本发明涉及功率器件封装结构及方法技术领域，特别是涉及一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构及封装方法。
背景技术：
由于si基功率器件的性能已逼近甚至达到了其材料的本征极限，研究人员从19世纪80年代开始就把目光转向宽禁带半导体器件，如sic、gan等。宽禁带半导体器件具有高击穿电场、高热导率、耐高温、高电子饱和速率和极佳的抗辐射能力等特性，除普遍应用于汽车电子外，还应用军用武器系统、核能开发、航空航天、石油地质勘探等领域，器件封装面临着高温、大温度范围的工作条件。由此导致的可靠性问题将非常突出。例如美国nasa研制的6h-sic掩埋栅jeft在600℃高温下表现出很好的低泄漏开关特性，但在此温度下只工作了30个小时，器件性能就开始发生退化，其退化的原因经分析表明在于长期高温下接触金属的氧化问题，因此如何对器件内部工作环境进行有效散热，使其内部金属器件工作环境温度较低，成为了急需解决的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是如何对器件内部工作环境进行有效散热，使其内部金属器件工作环境温度较低。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，包括正电极和负电极，所述正电极和负电极之间设有碳化硅功率器件，所述负电极下方设有封装基板，所述封装基板外侧设有外壳，所述封装基板下方设有散热器，所述封装基板和负电极之间设有导热层；
所述导热层包括数个导热排，每个导热排包括多个相互抵触的导热金属球，所述导热金属球一端与负电极粘结，另一端与封装基板粘结，且相邻导热排的所述导热金属球之间相互抵触，并形成散热间隙。
技术效果：本发明在碳化硅功率器件的两侧设有与其连接的正电极和负电极，封装基板作为基座起到支架作用，设置的导热层位于负电极和封装基板之间，导热层可以将碳化硅功率器件产生的热量有效并快速的传递给封装基板，然后由封装基板连接的散热器进行散热，可以快速有效的实现对器件内部进行散热，使内部工作环境温度较低，从而提高其使用寿命，此外，本发明设置的导热层又多排导热排构成，即多个导热金属球组成，导热金属球之间相互抵触，从而形成散热间隙，导热金属球一方面可以快速的将器件上的热量传递给封装基板，另一方面可以利用构成的散热间隙来将热量传递给封装基板，两者同时进行，可以快速提高散热效率，此外，由于中心区域温度较高，导热金属球之间相互抵触，可以将中心区域的温度迅速扩散开来，向周围的导热金属球进行传递，从而可以使导热层较大面积的传递热量，减缓中心区域导热层的散热压力，从而进一步提高散热效率。
本发明进一步限定的技术方案是：相邻所述导热排的导热金属球上下平齐。
进一步的，相邻所述导热排的导热金属球交错设置。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，所述导热金属球相互靠近的一侧均开设有第一接触面。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，所述导热金属球靠近负电极的一端开设有第二接触面。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，所述封装基板上开设有供导热金属球嵌入的沉槽，所述沉槽的深度小于导热金属球直径的五分之一。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，所述导热金属球由铝合金材料制成。
一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构的封装方法，包括以下步骤：
a、采用超声波清洗方法清除碳化硅功率器件表面的杂质，并对碳化硅功率器件的正反面分别处理，形成正电极和负电极；
b、在封装基板上开设沉槽，采用化学清洗的方法清除封装基板表面的颗粒物质和离子杂质；
c、利用回流焊接技术将导热金属球焊接到负电极上，在沉槽内涂覆导热硅胶材料，然后将导热金属球粘合到对应的沉槽内，使封装基板和导热层结合；
d、安装外壳，并采用环氧树脂进行密封。
本发明的有益效果是：
（1）本发明中导热层中的导热金属球可以分为两种方式排布，一种是将相邻导热排的导热金属球上下平齐设置，即中间导热金属球与周围的五颗导热金属球进行接触，此种排布方式可以提高散热间隙的整体面积，并可以减少导热金属球的整体使用数量，在不影响散热效率的情况下可以节省成本，且加工方便，当中心区域工作负荷较小，温度较低时，可以使用此种排布方式，以节省成本；另一种排布方式将相邻导热排的导热金属球交错设置，即中间导热金属球与周围的六颗导热金属球进行接触，此种排布方式可以提高导热金属球之间的接触面积，且可以整体提高导热球的使用数量，从而提高对中心区域热量分散的效率，扩大散热面积，当器件中心区域工作负荷较大，温度较高时，可以采用此种排布方式，以达到快速散热的目的；
（2）本发明中在相邻导热排的导热金属球上下平齐设置时，使导热金属球相互靠近的一侧均开设有第一接触面，从而增大导热金属球之间的接触面积，提高导热金属球之间传递热量的效率，达到快速对中心区域热量扩散的目的；
（3）本发明中设置的第二接触面一方面可以增大导热金属球与负电极的接触面积，从而提高接收器件上热量的能力，进而提高对器件散热的效率，另一方面可以使导热金属球配合沉槽较稳定的处于负电极和封装基板之间；
（4）本发明中设置的沉槽的深度小于导热金属球直径的五分之一，一方面可以对沉槽进行限位，另一方面可以确保导热层的整体散热空间。
附图说明
图1为实施例1用于体现碳化硅功率器件的结构示意图；
图2为图1中a的放大图；
图3为实施例1用于体现导热金属球的结构示意图；
图4为实施例2用于体现导热金属球的结构示意图。
其中：1、碳化硅功率器件；11、正电极；12、负电极；3、导热金属球；31、第二接触面；32、第一接触面；33、散热间隙；4、封装基板；41、沉槽；5、散热器。
具体实施方式
实施例1：一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，如图1所示，包括正电极11和负电极12，正电极11和负电极12之间设有碳化硅功率器件1，正电极11和负电极12与碳化硅功率器件1电性连接。
如图1所示，负电极12下方设有起到底座作用的封装基板4，封装基板4外侧设有外壳，封装基板4和负电极12之间设有导热层，封装基板4下方设有散热器5，导热层将热量传递给封装基板4，散热器5对封装基板4进行散热，从而实现对器件的散热。
如图2和3所示，导热层包括数个导热排，每个导热排包括多个相互抵触的导热金属球3，导热金属球3由铝合金材料制成，其导热效率较高，导热金属球3一端与负电极12粘结，另一端与封装基板4粘结，且相邻导热排的导热金属球3之间相互抵触，并形成散热间隙33，且相邻导热排的导热金属球3上下平齐，即中间的一个导热金属球3与周围五个导热金属球3抵触。
如图1和2所示，封装基板4上开设有供导热金属球3嵌入的沉槽41，沉槽41的深度小于导热金属球3直径的五分之一，导热金属球3相互靠近的一侧均开设有第一接触面32，从而增大导热金属球3之间的接触面积，提高导热金属球3之间传递热量的效率，达到快速对中心区域热量扩散的目的，导热金属球3靠近负电极12的一端开设有第二接触面31，使导热金属球3配合沉槽41较稳定的处于负电极12和封装基板4之间。
散热过程如下：
器件上的热量传递给导热金属球3和散热间隙33，将一部分热量直接传递给封装基板4，另一部分热量由相互接触的部分向温度较低的导热金属球3迅速扩散，从而减缓温度较高区域的散热压力，以提高整体的散热面积和效率，热量传递给封装基板4后，经由散热器5进行散热，从而达到快速散热的目的。
一种宽禁带半导体碳化硅功率器件1封装结构的封装方法，包括以下步骤：
a、采用超声波清洗方法清除碳化硅功率器件1表面的杂质，并对碳化硅功率器件1的正反面分别处理，形成正电极11和负电极12；
b、在封装基板4上开设沉槽41，采用化学清洗的方法清除封装基板4表面的颗粒物质和离子杂质；
c、利用回流焊接技术将导热金属球3焊接到负电极12上，在沉槽41内涂覆导热硅胶材料，然后将导热金属球3粘合到对应的沉槽41内，使封装基板4和导热层结合；
d、安装外壳，并采用环氧树脂进行密封。
实施例2：一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，与实施例1不同之处在于，如图4所示，相邻导热排的导热金属球3交错设置，即中间导热金属球3与周围的六颗导热金属球3进行接触，此种排布方式可以提高导热金属球3之间的接触面积，且可以整体提高导热球的使用数量，从而提高对中心区域热量分散的效率，扩大散热面积，当器件中心区域工作负荷较大，温度较高时，可以采用此种排布方式，以达到快速散热的目的。
一种宽禁带半导体碳化硅功率器件1封装结构的封装方法，包括以下步骤：
a、采用超声波清洗方法清除碳化硅功率器件1表面的杂质，并对碳化硅功率器件1的正反面分别处理，形成正电极11和负电极12；
b、在封装基板4上开设沉槽41，采用化学清洗的方法清除封装基板4表面的颗粒物质和离子杂质；
c、利用回流焊接技术将导热金属球3焊接到负电极12上，在沉槽41内涂覆导热硅胶材料，然后将导热金属球3粘合到对应的沉槽41内，使封装基板4和导热层结合；
d、安装外壳，并采用环氧树脂进行密封。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。