功率半导体器件的封装结构及方法与流程

本发明属于半导体封装领域，特别关于一种功率半导体器件的封装结构及其封装方法。

背景技术：

现有技术中的功率半导体器件的生产都是采用单独的塑封体对每个金属载芯板进行塑封，然后得到单个的功率半导体器件的成品后再进行运输。

但是对每个金属载芯板单独进行塑封时，同样产能情况下不仅需要塑封模具的数量多，而且模具的体积小、结构复杂，就会使得模具的精度要求提升，相应的造成生产难度和生产成本提高。还有塑封模具在模具使用的生产过程中模具因为精度更高反而更容易出问题，造成最后产品的成品合格率难以提升。

同时进行外协镀锡时产能低，成本高，运输包装体积大。

另外，单排的金属载芯板与单排的器件引脚进行加工，加工效率低，不利于大规模的生产。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、设计巧妙、便于生产制造和运输、提高生产效率、降低生产成本的功率半导体器件的封装结构。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种功率半导体器件的封装结构，其封装功率半导体器件，所述功率半导体器件包括有金属载芯板、半导体芯片和器件引脚，所述封装结构包括有金属载芯板框架、器件引脚框架、框架塑封体和半导体芯片，

所述金属载芯板框架为两排对顶连接的金属载芯板，每个所述金属载芯板上设置有散热片，所述金属载芯板之间通过所述散热片连接；

所述器件引脚框架设置有矩形边框，所述器件引脚框架内设置有多排器件引脚；

所述半导体芯片分别焊接于所述金属载芯板上；

将多排所述金属载芯板框架平行定位排列后，所述器件引脚框架定位叠放于所述金属载芯板框架上，每个所述器件引脚的上端与对应的所述金属载芯板及所述半导体芯片相接触；

每个所述框架塑封体将叠合后的对顶连接的两排所述金属载芯板及对应的半导体芯片、部分所述器件引脚整体包覆，所述框架塑封体整体呈矩形形状。

进一步地，所述金属载芯板框架通过裁切厚金属板成形，所述器件引脚框架通过冲压金属薄片成形。

进一步地，所述散热片上设置有安装孔，所述金属载芯板框架通过所述安装孔定位。

更进一步地，所述器件引脚框架的边框上设置有定位孔，所述器件引脚框架通过所述定位孔进行定位。

更进一步地，所述器件引脚框架内位于两端边缘位置的所述器件引脚为单排设置，位于中间内侧位置的相邻所述器件引脚之间采用交叉设置，每排所述器件引脚上都设置有连接筋，所述连接筋将每排所述器件引脚与所述器件引脚框架的矩形边框相连接固定。

更进一步地，相邻连接的两排所述散热片之间设置有第一连接部连接两排所述散热片，同排设置的所述散热片之间设置有第二连接部连接所述散热片。

进一步地，所述第一连接部间隔设置，所述第二连接部设置于所述散热片顶部两侧，所述第一连接部与所述第二连接部对应相连。

进一步地，同排的所述散热片之间的距离小于0.5mm。

更进一步地，将叠合后的金属载芯板框架、半导体芯片、器件引脚框架和框架塑封体拆分成单独的功率半导体器件，需采用高压水刀切割机沿所述第一连接部和第二连接部的方向对所述框架塑封体进行切割，再采用切筋机将所述器件引脚分离即可得单独的功率半导体器件。

本发明的另一目的是提供一种封装功率半导体器件的封装方法，其包括有如下步骤：

s1，将厚金属板裁切成金属载芯板框架，金属薄片冲压成器件引脚框架，

所述金属载芯板框架为两排对顶连接的金属载芯板，每个所述金属载芯板上设置有散热片，所述金属载芯板之间通过所述散热片连接，所述散热片上设置有安装孔，

所述器件引脚框架设置有矩形边框，所述器件引脚框架内设置有多排器件引脚，所述器件引脚框架的边框上设置有定位孔，相邻所述器件引脚之间采用交叉设置；

s2，将半导体芯片焊接在所述金属载芯板框架上的每个所述金属载芯板上；

s3，通过所述散热片上的安装孔将所述金属载芯板框架定位固定于工作台上；

s4，通过所述器件引脚框架上的所述定位孔将所述器件引脚框架定位叠放于所述金属载芯板框架上，使得每个所述器件引脚的上端与对应的所述金属载芯板及所述半导体芯片相接触；

s5，采用整体塑封模具将对顶连接的两排所述金属载芯板及对应的半导体芯片、部分所述器件引脚进行整体塑封形成框架塑封体，所述框架塑封体整体呈矩形形状；

s6，框架整体塑封好后，采用高压水刀切割机沿所述第一连接部和第二连接部的方向对所述框架塑封体进行切割，再采用切筋机将所述器件引脚分离即可得单独的功率半导体器件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.结构简单、设计巧妙，采用两种框架组合叠加，便于大规模生产制造和工业推广。

2.便于生产制造，采用整体塑封结构代替以前给每个功率半导体单独塑封，所需模具的数量极大减少，并且结构更简单，容错率更高。

3.提高整体生产效率，采用金属载芯板框架和器件引脚框架组合叠加的方式生产，减少了固定资产投入，同时可以生产更多的功率半导体器件，节省了大量的生产时间。

4.降低生产成本，金属载芯板框架和器件引脚框架之间采用更密集的连接方式，包括引脚交叉和减小金属载芯板之间的间距，减少了金属耗材。

附图说明

图1为本发明功率半导体器件的封装结构的结构示意图。

图2为图1中金属载芯板框架的结构示意图。

图3为图2中金属载芯板的结构示意图。

图4为图1中器件引脚框架的结构示意图。

图5为框架塑封体的结构示意图。

附图标记为：金属载芯板框架20、器件引脚框架30、框架塑封体40、半导体芯片50、金属载芯板21、散热片22、安装孔23、第一连接部24、所述第二连接部25、矩形边框31、器件引脚32、定位孔33、连接筋34。

具体实施方式

为进一步阐述本发明所采用的技术手段和达到的技术效果，以下结合附图和实施例做详细说明。

参考图1至图5，本发明提供了一种功率半导体器件的封装结构，其包括有金属载芯板框架20、器件引脚框架30、框架塑封体40和半导体芯片50。所述金属载芯板框架20为两排对顶连接的金属载芯板21，每个所述金属载芯板21上设置有散热片22，所述金属载芯板21之间通过所述散热片22连接。

所述器件引脚框架30设置有矩形边框31，所述器件引脚框架30内设置有多排器件引脚32。

所述半导体芯片50分别焊接于所述金属载芯板21上。

将多排所述金属载芯板框架20平行定位排列后，所述器件引脚框架30定位叠放于所述金属载芯板框架20上，每个所述器件引脚32的上端与对应的所述金属载芯板21及所述半导体芯片50相接触。

每个所述框架塑封体40将叠合后的对顶连接的两排所述金属载芯板32及对应的半导体芯片50、部分所述器件引脚32整体包覆，所述框架塑封体40整体呈矩形形状。

在一个实施例中，所述金属载芯板框架20通过裁切厚金属板成形，所述器件引脚框架30通过冲压金属薄片成形。所述所述金属载芯板框架20因为材料较厚，因此选择采用两排对顶连接的裁切方式，以达到节省物料的目的。而器件引脚框架30本身材料较薄，所以可以直接用整片金属材料冲压成形。

在一个实施例中，所述散热片22上设置有安装孔23，所述金属载芯板框架20通过所述安装孔23定位在工作台设定好的凸起上。

在一个实施例中，相邻连接的两排所述散热片22之间设置有第一连接部24连接两排所述散热片22，同排设置的所述散热片22之间设置有第二连接部25连接所述散热片22。所述第一连接部24间隔设置，所述第二连接部25设置于所述散热片22顶部两侧，所述第一连接部24与所述第二连接部25对应相连。

在一个实施例中，同排的所述散热片之间的距离小于0.5mm。减小同排散热片之间的间隙距离，同等距离下可以增加每排金属载芯板21的数量，提升工作效率。

在一个实施例中，所述器件引脚框架30的矩形边框31上设置有定位孔33，所述器件引脚框架30通过所述定位孔33进行定位将其固定在工作台的指定位置上。

在一个实施例中，所述器件引脚框架30内位于两端边缘位置的所述器件引脚32为单排设置，位于中间内侧位置的相邻所述器件引脚32之间采用交叉设置，每排所述器件引脚32上都设置有连接筋34，所述连接筋34将每排所述器件引脚32与所述器件引脚框架30的矩形边框31相连接固定。器件引脚32之间采用交叉设置同样是为了减少物料的浪费，降低整个生产成本。

在一个实施例中，将叠合封装后的金属载芯板框架20、半导体芯片50、器件引脚框架30和框架塑封体40拆分成单独的功率半导体器件，需采用高压水刀切割机沿所述第一连接部22和第二连接部23的方向对所述框架塑封体40进行切割，再采用切筋机将器件引脚31分离即可得单独的功率半导体器件。所述功率半导体器件包括有金属载芯板21、半导体芯片50和器件引脚31。

本发明还提供了一种封装功率半导体器件的封装方法，其包括有如下步骤：

s1，将厚金属板裁切成金属载芯板框架，金属薄片冲压成器件引脚框架，

所述金属载芯板框架为两排对顶连接的金属载芯板，每个所述金属载芯板上设置有散热片，所述金属载芯板之间通过所述散热片连接，所述散热片上设置有安装孔，

所述器件引脚框架设置有矩形边框，所述器件引脚框架内设置有多排器件引脚，所述器件引脚框架的边框上设置有定位孔，相邻所述器件引脚之间采用交叉设置；

s2，将半导体芯片焊接在所述金属载芯板框架上的每个所述金属载芯板上；

s3，通过所述散热片上的安装孔将所述金属载芯板框架定位固定于工作台上；

s4，通过所述器件引脚框架上的所述定位孔将所述器件引脚框架定位叠放于所述金属载芯板框架上，使得每个所述器件引脚的上端与对应的所述金属载芯板及所述半导体芯片相接触；

s5，采用整体塑封模具将对顶连接的两排所述金属载芯板及对应的半导体芯片、部分所述器件引脚进行整体塑封形成框架塑封体，所述框架塑封体整体呈矩形形状；

s6，框架整体塑封好后，采用高压水刀切割机沿所述第一连接部和第二连接部的方向对所述框架塑封体进行切割，再采用切筋机将所述器件引脚分离即可得单独的功率半导体器件。

本发明的有益效果为：

1.本发明采用一个大的塑封体框架代替之前多个小塑封体，降低了工艺生产的难度，增加了容错率，并且塑封体框架采用的模具使其成为一个整体腔体，腔体内体积扩大，易于塑封料流动，不易有死角，提高产品的收率。

2.本发明中采用所述金属载芯板框架通过裁切厚金属板成形为两排对顶连接的金属载芯板，所述器件引脚框架通过冲压金属薄片成形，器件引脚之间采用交叉设置等等手段，都是在减少材料的浪费，从而降低整个生产成本。

3.本发明中金属载芯板框架中减少金属载芯板之间的距离，使得同排金属载芯板之间的距离不超过0.5mm，相当于增加了同等距离框架下金属载芯板的数量，提高了生产效率。

4.本发明中将整块板子拆分为单独的功率半导体器件只需要采用高压水刀切割机沿所述第一连接部和第二连接部的方向对所述框架塑封体进行切割即可，拆分更方便。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。