载具和可实现不同框架材质的内部绝缘功率器件的方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种载具和可实现不同框架材质的内部绝缘功率器件的方法。


背景技术：

2.半导体器件是可以完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。
3.在现有技术的半导体器件制造过程中，考虑生产自动化及高效作业，一般是以一整条散热片框架放置在载具中，以散热片为基准台面，在基准台面上依次层叠绝缘片，引脚组件及芯片，通过回流焊接多层半导体器件的材料并封装后，形成多个相连的整条半导体器件后，对多个半导体器件进行裁切，得到单个半导体器件。基于多个器件单元相连在一整条框架的现有技术，其散热片材质和引脚组件必须是相同热膨胀系数材料，而保证引脚在内部绝缘功率器件的导电及表面镀层要求一般使用铜和铜合金。因此目前技术上散热片及引脚组件都是使用铜合金材料。但是基于内部绝缘功率器件的特点，其底部散热片材料实际不需要要有导电作用，也即仅提供一定强度的支撑及导热能力即可。因此在器件终端应用上使用铝或铝合金材料的散热片代替铜和铜合金材料的散热片是完全可以接受的。但是铜和铜合金的热膨胀系数是17.6ppm/℃；铝或铝合金的热膨胀系数是24.7ppm/℃。采用铝、铝合金材料制作的散热片，较采用的铜或者铜合金材料制作的散热片，热膨胀系数差异太大，因此，采用铝、铝合金材料的散热片在加热回流焊的加工过程中无法满足半导体器件加工及成品要求。
4.因此，为了更好地制造加工半导体器件，本技术提供了一种载具和可实现不同框架材质的内部绝缘功率器件的方法。


技术实现要素：

5.因此，本技术实施例提供了一种载具和可实现不同框架材质的内部绝缘功率器件的方法，能够极大降低半导体器件对铜材的依赖，从而有效降低原材料成本。同时用低密度的材质替换高密度铜材一方面可以减少单个器件的材料用量，另一方面也可以降低器件的重量。
6.本技术第一方面实施例提供了一种载具，用于加工半导体器件，半导体器件包括散热片，载具包括：至少一个加工单元，加工单元包括：
7.基准台面；
8.通孔，贯穿基准台面上；
9.限位件，设于基准台面上，限位件与基准台面围合形成用于容纳半导体器件的容纳槽，容纳槽用于容纳散热片，容纳槽包括第一腔室和第二腔室，通孔、第一腔室和第二腔室沿基准台面到限位件方向依次连通，第二腔室的口径沿基准台面到限位件方向逐渐增大。
10.根据本技术第一方面前述任一实施方式，限位件包括与基准台面相对设置的第一表面和连接基准台面与第一表面的侧表面，侧表面和基准台面围合形成容纳槽，侧表面包括形成第一腔室的第一连接面和形成第二腔室的第二连接面，第二连接面至少部分为弧面。
11.根据本技术第一方面前述任一实施方式，第二连接面为自第一连接面向远离容纳槽中轴线方向弯折的弧面。
12.根据本技术第一方面前述任一实施方式，第一连接面为平面。
13.根据本技术第一方面前述任一实施方式，限位件还包括自第一表面向靠近基准台面方向凹陷形成的退刀槽，退刀槽与容纳槽连通。
14.根据本技术第一方面前述任一实施方式，侧表面包括多个侧边，相邻侧边的延伸方向相交设置，退刀槽设置于相邻侧边的连接处。
15.根据本技术第一方面前述任一实施方式，基准台面包括第二表面，第二表面连接限位件，通孔的壁面与第二表面倒角连接。
16.根据本技术第一方面前述任一实施方式，加工单元为多个，相邻两个加工单元共用限位件，限位件还包括连通相邻容纳槽的缺口。
17.根据本技术第一方面前述任一实施方式，载具还包括凸台，凸台包括第三表面，第三表面与限位件连接并与基准台面间隔设置。
18.根据本技术第一方面前述任一实施方式，载具还包括定位柱，定位柱设于凸台并用于连接半导体器件。
19.本技术第二方面实施例提供了一种可实现不同框架材质的内部绝缘功率器件的方法，包括：本技术第一方面前述任一实施提供的载具；提供散热片，将散热片放置于载具的容纳槽内；提供绝缘片、引脚组件和半导体芯片，散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片上预涂锡焊金属，散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片沿散热片的厚度方向层叠设置；回流焊接散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片。
20.根据本技术第二方面前述任一实施方式，载具为铜或者铜合金，散热片为铁、镍、铝、铝合金中的任意一种。
21.本技术实施例提供的一种载具，用于加工半导体器件，半导体器件包括散热片，载具包括：至少一个加工单元，加工单元包括：基准台面、通孔和限位件。通孔贯穿基准台面上，限位件设于基准台面上，限位件与基准台面围合形成用于容纳半导体器件的容纳槽，容纳槽用于容纳散热片，容纳槽包括第一腔室和第二腔室，通孔、第一腔室和第二腔室沿基准台面到限位件方向依次连通，第二腔室的口径沿基准台面到限位件方向逐渐增大。载具至少包括一个加工单元，一个加工单元内对应放置一块散热片，并用于加工一个半导体器件，如此能够将半导体器件内部不同材质制作的散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片进行加工组合，可以极大降低半导体器件对铜材的依赖，从而有效降低半导体器件原材料成本。同时用低密度的材质替换高密度铜材一方面可以减少单个器件的材料用量，另一方面也可以降低器件的重量。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本技术实施例提供的一种加工单元的结构示意图；
24.图2是本技术实施例提供的一种载具的结构示意图；
25.图3是本技术实施例提供的一种载具和部分半导体器件的示意图；
26.图4是本技术实施例提供的一种可实现不同框架材质的内部绝缘功率器件的方法的流程图。
27.附图标记说明：
28.100、载具；101、加工单元；
29.1、基准台面；11、第二表面；
30.2、通孔；21、壁面；
31.3、限位件；31、第一表面；32、侧表面；321、第一连接面；322、第二连接面；323、侧边；33、缺口；
32.4、凸台；41、第三表面；
33.5、定位柱；
34.a1、容纳槽；a2、退刀槽；
35.200、半导体器件。
具体实施方式
36.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，用于示例性的说明本发明的原理，并不被配置为限定本发明。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本技术实施例的理解。
37.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本技术实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
39.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。下述描述中出现
的方位词均为图中示出的方向，并不是对本技术实施例具体结构进行限定。
40.为了更好的理解本发明，下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
41.请一并参阅图1-图3，图1是本技术实施例提供的一种加工单元的结构示意图，图2是本技术实施例提供的一种载具的结构示意图，图3是本技术实施例提供的一种载具和部分半导体器件的示意图。在本技术第一方面实施例提供了一种载具100，用于加工半导体器件，半导体器件包括散热片，载具100包括：至少一个加工单元101，加工单元101包括：基准台面 1；通孔2，贯穿基准台面1上；限位件3，设于基准台面1上，限位件3与基准台面1围合形成用于容纳半导体器件的容纳槽a1，容纳槽a1用于容纳散热片，容纳槽a1包括第一腔室和第二腔室，通孔2、第一腔室和第二腔室沿基准台面1到限位件3方向依次连通，第二腔室的口径沿基准台面 1到限位件3方向逐渐增大。
42.在本技术提供的载具100中，限位件3与基准台面1围合形成用于容纳半导体器件的容纳槽a1，容纳槽a1包括第一腔室和第二腔室，通孔2 贯穿基准台面1，通孔2、第一腔室和第二腔室沿基准台面1到限位件3方向依次连通，限位件3绕通孔2设置在基准台面1上。当散热片放置于容纳槽a1中进行加工，通孔2可以使加工半导体器件时所需的热量流动至散热片远离容纳槽a1的端面，从而可以更快地使散热片吸收热量。容纳槽a1 用于容纳散热片，第二腔室的口径沿基准台面1到限位件3方向逐渐增大，如此，在自动化生产和加工半导体器件过程中，可以更方便地使散热片从限位件3远离基准台面1的方向放置在容纳槽a1内。载具100至少包括一个加工单元101，一个加工单元101内对应放置一块散热片，并用于加工一个半导体器件，如此能够将半导体器件内部不同材质制作的散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片进行加工组合，可以极大降低半导体器件对铜材的依赖，从而有效降低半导体器件原材料成本。
43.在一些可选的实施例中，限位件3包括与基准台面1相对设置的第一表面31和连接基准台面1与第一表面31的侧表面32，侧表面32和基准台面1围合形成容纳槽a1，侧表面32包括形成第一腔室的第一连接面321 和形成第二腔室的第二连接面322，第二连接面322至少部分为弧面。
44.在这些可选的实施例中，侧表面32包括第一连接面321和第二连接面 322。第一连接面321与基准台面1围合形成第一腔室，第二连接面322与基准台面1围合形成第二腔室。
45.在一些可选的实施例中，第二连接面322为自第一连接面321向远离容纳槽a1中轴线方向弯折的弧面。
46.在这些可选的实施例中，第二连接面322至少部分为弧面，第二连接面322与散热片的连接部位较为平滑，不易对散热片产生损坏。进一步的，第二连接面322为自第一连接面321向远离容纳槽a1中轴线方向弯折的弧面。
47.在一些可选的实施例中，第一连接面321为平面。
48.在这些可选的实施例中，第一连接面321可以是与基准台面1垂直连接的平面，与基准台面1垂直连接的第一连接面321可以更好地使散热片放置于第一腔室内，第一连接面321可以对散热片的周边进行限位，并在一定程度上避免散热片受到外力脱离载具100。
49.可选的，第一连接面321也可以是分别与基准台面1和第二连接面322 呈夹角连接的平面。本技术不限定第一连接面321分别与基准台面1和第二连接面322连接的夹角大小。
50.在一些可选的实施例中，限位件3还包括自第一表面31向靠近基准台面1方向凹陷
形成的退刀槽a2，退刀槽a2与容纳槽a1连通。
51.在这些可选的实施例中，退刀槽a2可以在载具100切削加工时提供空间以容纳切割刀具，而且还可以在退刀槽a2内拨动散热片，使散热片与载具100分离。
52.在一些可选的实施例中，侧表面32包括多个侧边323，相邻侧边323 的延伸方向相交设置，退刀槽a2设置于相邻侧边323的连接处。
53.在这些可选的实施例中，通孔2的形状可以是多边形，可选的，通孔2 可以是方形，侧表面32包括多个侧边323，多个侧边323可以形成绕通孔 2设置的方形，退刀槽a2设置于相邻侧边323的连接处，相邻侧边323的连接处可以是方形的顶点。
54.在一些可选的实施例中，基准台面1包括第二表面11，第二表面11连接限位件3，通孔2的壁面21与第二表面11倒角连接。
55.在这些可选的实施例中，散热片放置在容纳槽a1后第二表面11相接触，通孔2的壁面21与第二表面11倒角连接可以使散热片和第二表面11 的接触更平滑。
56.在一些可选的实施例中，加工单元101为多个，相邻两个加工单元101 共用限位件3，限位件3还包括连通相邻容纳槽a1的缺口33。
57.在这些可选的实施例中，缺口33可以更好地使载具100加工的半导体器件脱模，并且还能减小载具100的用料，从而减小载具100的生产成本。
58.在一些可选的实施例中，载具100还包括凸台4，凸台4包括第三表面 41，第三表面41与限位件3连接并与基准台面1间隔设置。
59.在这些可选的实施例中，相邻两个加工单元101共用限位件3可以减小限位件3的制造成本。当载具100水平放置以进行加工时，与限位件3连接的第三表面41可以使凸台4的高度高于限位件3，凸台4可以用于支撑半导体器件200的引脚组件，引脚组件用于与半导体芯片电连接。引脚组件可以包括多个引脚，具体地，引脚组件可以包括第一引脚、第二引脚、第三引脚以及连接第一引脚、第二引脚、第三引脚的引脚连接件，第一引脚、第二引脚、第三引脚间隔设置、第二引脚和第三引脚分别设置在第一引脚的两侧，其中，引脚连接件可以与通孔2间隔设置。
60.在一些可选的实施例中，载具100还包括定位柱5，定位柱5设于凸台 4并用于连接半导体器件。
61.在这些可选的实施例中，引脚组件可以通过定位柱更好地与载具100配合连接。
62.图2中示出了9个相邻的加工单元101，但本技术提供的载具100不限于9个加工单元101，加工单元101可以是12个或者20个。本技术对此不进行限定。
63.请参阅图4，图4是本技术实施例提供的一种可实现不同框架材质的内部绝缘功率器件的方法的流程图。本技术第二方面实施例还提供了一种可实现不同框架材质的内部绝缘功率器件的方法，包括：
64.s100，提供如本技术第一方面任一实施例提供的载具，
65.s200，提供散热片，将散热片放置于载具的容纳槽内；
66.s300，提供绝缘片、引脚组件和半导体芯片，散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片上预涂锡焊金属，散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片沿散热片的厚度方向层叠设置；
67.s400，回流焊接散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片。
68.为了降低绝缘片和半导体芯片的制造成本，可选的，半导体芯片在散热片上的正投影与绝缘片在散热片上的正投影部分或全部交叠。完成半导体芯片的焊接之后通过引线键合线使得半导体芯片上的电极与框架单元上引脚组件电连接。绝缘片的材料可以选用成本低、且具有有效绝缘性能及优良散热性的材料，例如，可以选用价格较低的陶瓷和氧化铝，当然也可以选用价格较高的氮化铝和氮化硅等其它适合的材料。绝缘片的正反两面需预先镀好可锡焊材质，如镍，铜，银，金等。
69.锡焊金属可以使不同材质的散热片、绝缘片、引脚组件和半导体芯片在回流焊接后形成一个整体。锡焊金属的材料成本低、耐热性强、导电性能佳且粘接能力强的材料，焊料也可以根据需求选择其它适合材料。本技术对此不进行限定。
70.作为一个可选的实施例，载具为铜或者铜合金，散热片为铁、镍、铝、铝合金中的任意一种。
71.载具可以多次进行加工制造，因此铜或者铜合金材质的载具可以提高载具的使用寿命。
72.铁、镍材料的散热片可以降低散热片的制造成本。铝或者铝合金的材料稳定性高、导电性能强、耐热性强、散热性佳并且成本较低。因此，铝、铝合金材料的散热片的散热效果更好，热阻会更低。铝或铝合金的密度是 2.7g/cm3，杨氏模量是72.5x103n/mm2，而热膨胀系数是24.7ppm/℃。相对的，铜和铜合金的密度是8.93g//cm3，杨氏模量是120x103n/mm2，而热膨胀系数是17.6ppm/℃。铝的密度是铜的1/3，采用铝、铝合金材料制作散热片可以大幅减轻散热片(100是载具)重量。进一步的，每吨铜的价格比每吨铝的价格高出3～4倍，因此，采用铝、铝合金材料制作散热片可以大幅降低半导体器件的制造成本。
73.可以理解的是，半导体器件还包括封装层，封装层能够隔绝外界的水汽或氧气等进入半导体芯片内部，提高半导体芯片使用寿命以及稳定性。
74.在这些可选的实施例中，半导体器件可以是利用全封闭式(transistoroutline，或者through-hole，to)封装。通过上述设置，使得半导体器件在使用过程中寄生参数较小，而且能够简化半导体器件的制作工艺。
75.半导体器件的封装材料可以是均匀的单一封装材料或混合封装材料，封装材料可以但不限于：酚醛基树脂(novolac-based resin)、环氧基树脂(epoxy-basedresin)、硅基树脂(silicone-based resin)或其他适当的封装材料中的一种或多种。或者，封装材料可以是包覆材料和填充材料的组合结构，其中包覆材料可以选自但不限于：酚醛基树脂、环氧基树脂、硅基树脂或其他适当的封装材料中的一种或多种；其中填充材料优选为成本较低，填充性高，绝缘性能优的材料，例如粉状的二氧化硅(sio2)。可以理解的是，可利用多种封装技术形成半导体封装结构，例如但不限于压缩成型(compressionmolding)、注射成型(injection molding)、转注成型(transfer molding)或其他适当的封装技术。
76.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a 和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
77.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
78.虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述，但在不脱离本技术的范围的情况
下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。