一种功率器件封装结构及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种功率器件封装结构及其制备方法。


背景技术：

2.引线框封装件一直半导体封装的常用封装结构，其需要利用引线框的基岛和电极端子结构进行电引出和承载芯片，而该结构电连接件是必须的，该连接件连接芯片的电极以及电极端子结构以实现芯片封装。而该种结构每个电连接件需要两次焊接，即电连接件与芯片的电极焊接以及电连接件与电极端子结构的电连接件，较为复杂，并且，对于焊料接合电连接件，接合位置容易因为接合焊料缺少，或电连接件接合不平，造成虚焊，或者焊接断开等风险。


技术实现要素：

3.本发明的目的之一在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种功率器件封装结构，其包括：引线框架、第一功率芯片、第一电连接件和密封层。引线框架包括处于同一平面上的第一导电基岛和围绕在所述第一导电基岛周围的多个引脚，且所述引线框架包括相对的第一表面和第二表面。第一功率芯片包括在其下表面的第一电极以及在其上表面的第二电极，所述第一电极接合于所述导电基岛的第一表面上。第一电连接件的一端电接合于所述第二电极，另一端电接合于所述多个引脚中的一个。密封层密封所述引线框架、第一功率芯片和电连接件，且所述引线框架的第二表面与所述密封层的下表面齐平。所述第一电连接件包括依次连接的端子部、连接部和焊接部，所述焊接部包括第一凹槽，所述第一凹槽为方形结构且具有一底壁；所述焊接部还包括一位于所述底壁下方的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽至少通过所述底壁边缘的贯通结构连通；所述第二凹槽内设置有第一焊料，所述第一电连接件通过所述第一焊料电连接于所述第二电极。
4.根据本发明的实施例，所述第一凹槽内包括残留焊料，所述残留焊料与所述第一焊料为一体结构。
5.根据本发明的实施例，所述第一凹槽的孔径从上至下逐渐减小。
6.根据本发明的实施例，所述引线框架还包括第二导电基岛；还包括位于所述第二导电基岛上的第二功率芯片以及电连接于所述第一功率芯片和所述第二功率芯片之间的第二电连接件，其中，所述第二电连接件的一端直接焊接于所述第一电互连件的焊接部上。
7.根据本发明的实施例，所述第二电连接件的所述一端包括一突起部，所述突起部与所述第一凹槽的形状相匹配，且所述突起部嵌入于所述第一凹槽中，并通过所述残留焊料进行直接焊接接合。
8.基于上述封装结构，本发明还提供了一种功率器件封装结构的制备方法，包括以下步骤：
9.s1、提供引线框架，所述引线框架包括处于同一平面上的第一导电基岛和围绕在
所述第一导电基岛周围的多个引脚，且所述引线框架包括相对的第一表面和第二表面；
10.s2、提供第一功率芯片，所述第一功率芯片包括在其下表面的第一电极以及在其上表面的第二电极，将所述第一电极接合于所述第一导电基岛的第一表面上；
11.s3、提供第一电连接件，所述第一电连接件包括依次连接的端子部、连接部和焊接部，所述焊接部包括第一凹槽，所述第一凹槽为方形结构且具有一底壁；所述焊接部还包括一位于所述底壁下方的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽至少通过所述底壁边缘的贯通结构连通；并将所述焊接部压合于所述第二电极上，其中，所述第二凹槽对准所述第二电极；
12.s4、在所述第一凹槽内设置焊料片，并热压，使得所述焊料片熔融形成第一焊料进入所述第二凹槽内，以实现所述第一电连接件与所述第二电极的接合；
13.s5、形成密封层，所述密封层密封所述引线框架、第一功率芯片和第一电连接件，且所述引线框架的第二表面与所述密封层的下表面齐平。
14.根据本发明的实施例，在s4中，所述热压包括利用压块按压所述焊料片，并加热使得所述焊料片熔融，进一步的使得熔融的焊料通过所述贯通结构填充所述第二凹槽内，实现所述第一电连接件与所述第二电极的焊接接合。
15.根据本发明的实施例，所述电连接件通过冲压模具一次性冲压形成，得到的所述电连接件为一体成型结构。
16.根据本发明的实施例，所述引线框架还包括第二导电基岛；还包括在所述第二导电基岛上接合第二功率芯片；以及利用第二电连接件电连接所述第一功率芯片和所述第二功率芯片，其中，所述第二电连接件的一端直接焊接于所述第一电互连件的焊接部上。
17.根据本发明的实施例，所述第一凹槽内包括残留焊料，所述残留焊料与所述第一焊料为一体结构；所述第二电连接件的所述一端包括一突起部，所述突起部与所述第一凹槽的形状相匹配，且所述突起部嵌入于所述第一凹槽中，并通过所述残留焊料进行直接焊接接合。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明的第一电连接件的焊接部包括上下相互连通的第一凹槽和第二凹槽，其中所述第一凹槽朝上，所述第二凹槽朝下。在使用时，在第一凹槽内容置焊料片，并在热压状态下使得焊料片熔化为焊料进入第二凹槽内，实现第一电连接件与芯片的上部电极的直接电连接件。并且，焊料部分残留于所述第一凹槽内，第一凹槽内的焊料用于后期的电连接，第一凹槽可以用于后期电连接其他端子部的部位。
20.本发明的第一电连接件通过冲压模具一次冲压形成，其为一体结构，形成方法简单，且该第一电连接件的焊接部可以很容易的对准焊接位置，焊料也可以较多的容置于第二凹槽内用于电连接。并且，第二凹槽的侧壁可以阻挡焊料向外侧溢出，实现焊料的隔断，保证电连接的可靠性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
22.图1为本发明的功率器件封装结构沿第一方向的剖面图；
23.图2为本发明的功率器件封装结构沿第二方向的剖面图，其中第一方向与第二方向垂直；
24.图3为本发明的第一电连接件的俯视图；
25.图4为本发明的第一电连接件的剖面图；
26.图5为功率芯片、第一电连接件与引线框架的连接示意图；
27.图6为放置焊料片之后的示意图；
28.图7为回流焊料片进行接合的示意图；
29.图8为形成密封层后的示意图。
30.附图标记说明：
31.10、引线框架；11、第一导电基岛；12、引脚；13、第一接合层；14、第二接合层；15、第一功率芯片；16、第一电极；17、第二电极；18、第一电连接件；19、端子部；20、连接部；21、焊接部；22、第一凹槽；24、第二凹槽；25、贯通结构；26、焊料；27、第二电连接件；28、凸起部；29、密封层；30、第二导电基岛；31、第三接合层；32、第三电连接件；33、第二功率芯片；34、第三电极；35、第四电极；36、焊料片。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.本实施例提供了一种功率器件封装结构，其包括：引线框架，包括处于同一平面上的第一导电基岛和围绕在所述第一导电基岛周围的多个引脚，且所述引线框架包括相对的第一表面和第二表面；第一功率芯片，包括在其下表面的第一电极以及在其上表面的第二电极，所述第一电极接合于所述导电基岛的第一表面上；第一电连接件，一端电接合于所述第二电极，另一端电接合于所述多个引脚中的一个；密封层，密封所述引线框架、第一功率芯片和电连接件，且所述引线框架的第二表面与所述密封层的下表面齐平；其中，所述第一电连接件包括依次连接的端子部、连接部和焊接部，所述焊接部包括第一凹槽，所述第一凹槽为方形结构且具有一底壁；所述焊接部还包括一位于所述底壁下方的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽至少通过所述底壁边缘的贯通结构连通；所述第二凹槽内设置有第一焊料，所述第一电连接件通过所述第一焊料电连接于所述第二电极。
34.首先参见图1，本发明的功率芯片封装结构至少包括引线框架10、第一功率芯片15、第一电连接件18和密封层29。所述引线框架10为铜、铝或其合金材质形成的载体结构，其包括处在同一平面的第一导电基岛11和多个围绕所述第一导电基岛11的多个引脚12，引线框架10的背面与密封层29的背面齐平，且引线框架10的背面露出以实现散热和背面电互连。引线框架10呈长方形结构，且至少包括一连接筋(未示出)以连接第一导电基岛11和多个引脚12，连接筋在形成密封层29之前被切断以达到电隔离的目的。
35.第一功率芯片15可以是igbt、bjt、hbt、mos等功率器件，其包括在其下表面的第一电极16以及在其上表面的第二电极17，第二电极17的数量可以是多个，但是第一电极16的数量为一个。第一功率芯片15的第一电极16通过第一接合层13接合于所述第一导电基岛11上，以形成电连接和热连接。第一接合层13可以是铅锡焊料。
36.第一功率芯片15的第二电极17通过第一电连接件18接合至引脚12上，第一电连接件18的一端通过焊料26接合至第二电极17，另一端通过第二接合层14接合至引脚12。
37.第一电连接件18的具体结构参见图3和图4，其采用铜或铝材料形成，且具体包括端子部19、连接部20和焊接部21。其中端子部19通过第二接合层14接合至引脚12，而连接部20连接所述端子部19和焊接部21，连接部20倾斜设置，以使得端子部19和焊接部21具有高度差。焊接部21包括向下凹入的第一凹槽22和向上凹入的第二凹槽24，第一凹槽22和第二凹槽24之间由第一凹槽22的底壁分隔开，且第一凹槽22和第二凹槽24之间具有贯通结构25，贯通结构25可以是第一凹槽22的部分底部开孔实现。
38.第一凹槽22为上宽下窄的结构，且第二凹槽24位于所述第一凹槽22的正下方，第二凹槽24的底面23为所述焊接部21的最底部，其在焊接时直接接合至第一功率芯片15的第二电极17上。并且第一凹槽22和第二凹槽24均设置在焊接部21的远离所述端子部19的一端。
39.再次参见图1，第二凹槽24的底面23贴合于第二电极17上，且焊料26的一部分容置于第二凹槽24内形成第一焊料以焊接第一电连接件18和第二电极17。
40.此外，焊料26还有一部分设置于第一凹槽22的底面上以形成残留焊料，该残留焊料用于焊接其他电连接件，例如图2中，残留焊料用于电连接第二电连接件27。本实施例中，还包括第二功率芯片33，第二功率芯片33的芯片种类可以与第一功率芯片15的种类相同或不同。
41.第二功率芯片33设置于引线框架10的第二导电基岛30上，且包括在其下表面的第三电极34和在其上表面的第四电极35。同样的，第四电极35上可以接合有与第一电连接件18相同的接合件，即第三电连接件32，以实现引脚12与第二功率芯片33的电连接。第三电极34通过第三接合层31接合至第二导电基岛30上，第四电极35则接合到第三电连接件32。
42.为了电连接第一功率芯片15和第二功率芯片33，第二电连接件27横跨于所述第一功率芯片15和第二功率芯片33之间，且分别电连接于在其上表面的第一电连接件18和第三电连接件32。其中第二电连接件27的两端分别具有突起部28。突起部28可以嵌入于第一电连接件18和第二电连接件27的第一凹槽中，并与第一凹槽中的残留焊料接合。
43.密封层29采用热固化树脂形成，其可以选自环氧树脂、聚酰亚胺、聚乙烯等改性聚合物材料。密封层29呈立方体结构，且密封该引线框架10、第一功率芯片15、第二功率芯片33、第一电连接件18、第二电连接件27以及第三电连接件32。
44.具体的，形成本发明实施的功率器件封装结构的方法，包括以下步骤s1-s5。
45.s1、提供引线框架，所述引线框架包括处于同一平面上的第一导电基岛和围绕在所述第一导电基岛周围的多个引脚，且所述引线框架包括相对的第一表面和第二表面；
46.s2、提供第一功率芯片，所述第一功率芯片包括在其下表面的第一电极以及在其上表面的第二电极，将所述第一电极接合于所述第一导电基岛的第一表面上。
47.s3、提供第一电连接件，所述第一电连接件包括依次连接的端子部、连接部和焊接
部，所述焊接部包括第一凹槽，所述第一凹槽为方形结构且具有一底壁；所述焊接部还包括一位于所述底壁下方的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽至少通过所述底壁边缘的贯通结构连通；并将所述焊接部压合于所述第二电极上，其中，所述第二凹槽对准所述第二电极。
48.s4、在所述第一凹槽内设置焊料片，并热压，使得所述焊料片熔融形成第一焊料进入所述第二凹槽内，以实现所述第一电连接件与所述第二电极的接合。
49.s5、形成密封层，所述密封层密封所述引线框架、第一功率芯片和第一电连接件，且所述引线框架的第二表面与所述密封层的下表面齐平。
50.具体的，首先参见图5，提供前述所提及的引线框架10，该引线框架10至少包括第一导电基岛11、多个引脚12，在第一导电基岛11上通过第一接合层13接合第一功率芯片15，第一功率芯片15的下表面的第一电极16与第一接合层13直接接触。特别的第一接合层13可以是焊料，其通过回流焊技术形成。
51.所述第一电连接件18的一端压合于第一功率芯片15的上表面的第二电极17上，其另一端则通过第二接合层14电连接于引脚12中一个，第二接合层14的材质和形成方法与第一接合层13相同。第一电连接件18可以具有多个，分别连接于多个第二电极17。其中，第一电连接件18的第二凹槽24底部贴合于第二电极17，
52.接着，在第一电连接件18的第一凹槽22中放置焊料片36，焊料片36为预制焊料片，且焊料片36承载于第一凹槽22的底壁上，参见图6。焊料片36可以是金锡焊料，或者是与第一接合层13和第二接合层14相同的材质。
53.参见图7，利用热压头37热压该焊料片36，焊料片36熔融以通过所述贯通结构25进入至第二凹槽24的焊料26中，实现与第二电极17的焊接。特别的，在第一凹槽22中还具有残留焊料，该残留焊料可以用于实现后续与其他导电连接件的电连接件。
54.此外，所述引线框架10还包括第二导电基岛30；还包括在所述第二导电基岛30上接合第二功率芯片33；以及利用第二电连接件27电连接所述第一功率芯片15和所述第二功率芯片33，其中，所述第二电连接件27的一端直接焊接于所述第一电互连件18的焊接部21上。所述第二电连接件27的所述一端包括一突起部28，所述突起部28与所述第一凹槽22的形状相匹配，且所述突起部28嵌入于所述第一凹槽22中，并通过所述残留焊料进行直接焊接接合。
55.当然，第二电连接件27的接合方法可以包括两种，其一是将第二电连接件27直接压合于焊料片36上，然后再利用热压头37直接热压接合，实现第一电连接件18和第二电连接件27的电互连；其二是先利用热压头37压住焊料片36上，进行热压接合，并在第一凹槽22中形成残留焊料，然后将第二电连接件27的凸起部28压合于残留焊料上，然后再回流接合第二电连接件27与第一电连接件18。
56.最后，移除热压头37，将温度降为常温态，然后注塑形成密封层29，密封层29的底面露出引线框架10的底面，这样便于实现第一导电基岛11的电引出和热扩散，同时实现引脚12的电引出。
57.本发明的第一电连接件的焊接部包括上下相互连通的第一凹槽和第二凹槽，其中所述第一凹槽朝上，所述第二凹槽朝下，在使用时，在第一凹槽内容置焊料片，并在热压状态下使得焊料片熔化为焊料进入第二凹槽内，实现第一电连接件与芯片的上部电极的直接
电连接件。并且，焊料部分残留于所述第一凹槽内，第一凹槽内的焊料用于后期的电连接，第一凹槽可以用于后期电连接其他端子部的部位。
58.本发明的第一电连接件通过冲压模具一次冲压形成，其为一体结构，形成方法简单，且该第一电连接件的焊接部可以很容易的对准焊接位置，焊料也可以较多的容置于第二凹槽内用于电连接。并且，第二凹槽的侧壁可以阻挡焊料向外侧溢出，实现焊料的隔断，保证电连接的可靠性。
59.以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。