一种混合集成功率模块散热封装结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合集成功率模块散热封装结构，包括底座、盖板、引线，底座和盖板盖合后形成一容纳基板的封装外壳；底座上开有可容纳引线穿过的引线槽；引线穿过引线槽进入封装外壳内与基板连接；基板的两面组装有一个或多个功率器件；底座和/或盖板的内表面、朝向基板上组装的功率器件顶面的位置设置有凸台，通过导热胶使凸台与功率器件顶面相接触。本发明的散热封装结构采用的材料成本低廉，加工工艺简单；可以在基板上双面组装功率器件，功率器件通过导热胶与凸台接触进行散热，集成效率高、散热效果好；结构牢固、强度高、抗机械冲击能力强。
【专利说明】一种混合集成功率模块散热封装结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率器件的散热封装结构，属于半导体封装【技术领域】。
【背景技术】
[0002]5W >额定功率> Iff时的半导体封装器件统称“功率器件”，额定功率> 5W时半导体封装器件统称“大功率器件”，如:DSP、FPGA、电源电路、CMOS大功率器件以及其它。通常混合集成功率模块散热设计是:1)将功率器件组装到氮化铝或氧化铍基板上；2)采用焊接方式将基板固定到散热外壳上。
[0003]这种设计局限性在于:1)功率器件只能采用单面组装，集成效率不高；2)氮化铝或氧化铍基板工艺复杂，成本昂贵。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种混合集成功率模块散热封装结构，散热效果好，集成效率高。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，包括底座、盖板、引线，底座和盖板盖合后形成一容纳基板的封装外壳；底座上开有可容纳引线穿过的引线槽；引线穿过引线槽进入封装外壳内与基板连接；
[0006]基板的两面组装有一个或多个功率器件；
[0007]底座和/或盖板的内表面、朝向基板上组装的功率器件顶面的位置设置有凸台，通过导热胶使凸台与功率器件顶面相接触。
[0008]所述基板上组装功率器件的位置还设置有贯通基板的散热孔；底座和/或盖板的内表面、朝向功率器件背面的基板的散热孔的位置设置有背面凸台，通过导热胶使背面凸台与散热孔相接触。
[0009]所述凸台与功率器件顶面之间的距离为0.03mm?0.08mm。
[0010]所述凸台的长与宽不大于与其相对的功率器件顶面的长与宽。
[0011]所述底座内相对的两个侧壁上或四个侧壁上均设置凸出的装配台阶，用于支撑基板。
[0012]所述底座和盖板采用铝质材料加工而成。
[0013]所述基板采用LTCC或PCB基板。
[0014]所述引线包括多根引线针和固定引线针的塑料卡。
[0015]所述塑料卡安装于底座引线槽中，引线槽与塑料卡之间由绝缘硅胶密封
[0016]本发明所达到的有益效果:
[0017]I)散热封装结构采用的材料成本低廉，加工工艺简单；
[0018]2)可以在基板上双面组装功率器件，功率器件通过导热胶与凸台接触进行散热，集成效率高、散热效果好；
[0019]3)基板两面的功率器件均通过导热胶与凸台接触，对基板及功率器件形成夹持，使底座和盖板形成的封装外壳及内部，结构牢固、强度高、抗机械冲击能力强。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是外壳底座主视图；
[0021]图2是底座A-A向首I]视图；
[0022]图3是底座侧视图；
[0023]图4是盖板主视图；
[0024]图5是盖板仰视图；
[0025]图6是直插式排针主视图；
[0026]图7是直插式排针仰视图；
[0027]图8是功率模块散热封装结构示意图；
[0028]图9是功率模块散热封装结构侧视图；
[0029]图10是装配流程框图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0031]实施例1
[0032]如图1 一图9所示，本发明的混合集成功率模块散热封装结构包括底座1、盖板2、引线3，底座I和盖板2盖合后形成一封装外壳，将基板5容纳在其中。底座I上开有可容纳直插式引线穿透的双排引线槽12 ;引线采用双列直插式排针作为外引线，引线3穿进封装外壳内与基板连接。基板的两面组装有多个功率器件A、B、D或大功率器件C。
[0033]较佳地，底座I内相对的两个侧壁上或四个侧壁上均设置凸出的装配台阶13，用于支撑LTCC或PCB基板。
[0034]底座I和盖板2采用铝质材料加工。基板采用LTCC或PCB基板。
[0035]引线3包括多根截面为方形的引线针31和固定引线针的塑料卡32。
[0036]散热设计:
[0037]I)功率器件(5W ≥ P ≥Iff):在功率器件组装一侧的底座I内侧面或盖板2内侧面设计有导热凸台11、21，导热凸台11、21上可设置导热胶4，凸台目的是:通过导热胶4使凸台与功率器件顶面直接触，起散热作用。
[0038]2)大功率器件(P > 5W):①大功率器件体下LTCC或PCB基板上开有直通散热孔51，散热孔51贯通到基板另一侧；②大功率器件C组装一侧的底座I内侧面或盖板2内侧面设计有导热凸台11、21，导热凸台11、21上可设置导热胶4，通过导热胶4使导热凸台11、21与大功率器件C顶面直接触；③大功率器件C背面即另一侧的盖板2内侧面或底座I内侧面也设计有导热凸台11、21，导热凸台11、21上可设置导热胶4 ;通过导热胶4使基板5上散热孔51与盖板2内侧面或底座I内侧面的导热凸台21、11接触。
[0039]装配工艺设计，结合图10:
[0040]I)组装:采用铅锡焊接工艺将电路元器件(含功率器件)、直插式排针与LTCC或PCB基板装连，形成“LTCC或PCB电路芯片”。[0041]2)装配:采用绝缘结构胶6将“LTCC或PCB电路芯片”与底座I装连，形成“功率电路芯组”。其中，底座I内侧面的凸台与功率器件顶面接触处用导热胶4 (绝缘)粘接；对于大功率器件，散热孔51 —侧基板5通过导热胶4与导热凸台直接触；底座I引线槽12与直插式排针塑料卡32 口处用绝缘硅胶7密封。
[0042]3)封盖:采用激光封焊工艺将盖板2与底座I装连，形成“功率模块散热封装结构”，其中，盖板2内侧面的导热凸台与功率封装器件顶面接触处用导热胶(绝缘)粘接形成散热通道。
[0043]实施例2
[0044]在实施例1的基础上，结合图1 一图9，本实施例中分别对关键材料及尺寸进行了进一步优化。
[0045]1.基板 [0046]1.1基板材料:
[0047]I) LTCC基板:Dupont-951或相当性能生瓷材料；
[0048]2) PCB基板:FR_4 (环氧玻璃布)或相当性能材料。
[0049]1.2基板尺寸
[0050]I)长、宽:根据使用要求和集成元器件尺寸确定基板长、宽尺寸，根据布线层数和抗机械强度确定基板高度尺寸。
[0051]2)基板厚度:LTCC基板厚度≤2.5mm或PCB基板厚度≥1.5mm。
[0052]2.底座I与盖板2尺寸
[0053]I)底座I长、宽:按实际集成器件多少来确定，盖板2长、宽与底座I配套；
[0054]2)底座I厚度(不含凸台).) 1.0mm,盖板2厚度(不含凸台)≥0.8mm。
[0055]3)引线槽:
[0056]①槽长L。:/^ =i?-l)i + c + 0,r；15，η-单排引线数，b_引线针边长，c_塑料卡宽度；
[0057]②槽宽Wc: R;
[0058]4)导热凸台:
[0059]①凸台长、宽:≤功率器件顶面长、宽(每边小0.5mm为宜)
[0060]②凸台高度:装配时，凸台与功率器件顶面保持0.03mm~0.08mm缝隙为宜(缝隙内用导热胶填充)。
[0061]5)装配台阶:
[0062]①台阶宽度(tl):起支撑LTCC或PCB基板用，视基板上器件密度而定，一般每边与基板重叠区为0.5mm~0.8mm为宜。
[0063]②台阶厚度(t2):根据支撑基板机械强度而定,一般0.6mm~0.8mm为宜。
[0064]③台阶长度:能牢固支撑基板为宜，可双边设计，也可四周设计，本实施例中为双边设计)。
[0065]④台阶位置:台阶位置应与导热凸台相配合，当基板支撑在装配台阶上时，保证导热凸台与功率器件顶面保持0.03mm~0.08mm缝隙为宜。
[0066]3.直插式排针尺寸[0067]如图6、图7所示，根据功率模块结构设计。引线的长度hl、h2、h3 (h3为引线塑料卡长度，该长度设计很关键，塑料卡插入底座I引线槽并与底座I外表面平齐为宜)和引线间距Θ、引线针边长(b)等尺寸通过计算或实际需要确定。
[0068]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，包括底座、盖板、引线，底座和盖板盖合后形成一容纳基板的封装外壳；底座上开有可容纳引线穿过的引线槽；引线穿过引线槽进入封装外壳内与基板连接； 基板的两面组装有一个或多个功率器件； 底座和/或盖板的内表面、朝向基板上组装的功率器件顶面的位置设置有凸台，通过导热胶使凸台与功率器件顶面相接触。
2.根据权利要求1所述的混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，所述基板上组装功率器件的位置还设置有贯通基板的散热孔；底座和/或盖板的内表面、朝向功率器件背面的基板的散热孔的位置设置有背面凸台，通过导热胶使背面凸台与散热孔相接触。
3.根据权利要求1或2所述的混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，所述凸台与功率器件顶面之间的距离为0.03mm?0.08mm。
4.根据权利要求1或2所述的混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，所述凸台的长与宽不大于与其相对的功率器件顶面的长与宽。
5.根据权利要求1所述的混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，所述底座内相对的两个侧壁上或四个侧壁上均设置凸出的装配台阶，用于支撑基板。
6.根据权利要求1所述的混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，所述底座和盖板采用铝质材料加工而成。
7.根据权利要求1所述的混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，所述基板采用LTCC或PCB基板。
8.根据权利要求1所述的混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，所述引线包括多根引线针和固定引线针的塑料卡。
9.根据权利要求8所述的混合集成功率模块散热封装结构，其特征是，所述塑料卡安装于底座引线槽中，引线槽与塑料卡之间由绝缘硅胶密封。
【文档编号】H01L23/373GK103779285SQ201410027005
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】周冬莲, 张君利, 展丙章, 薛峻, 车勤 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心