CN110993511B - 具有双面散热结构的半导体器件及封装器具、封装方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有双面散热结构的半导体器件及封装器具、封装方法，由于在设置半导体的散热结构时要经过多次回流焊，回流焊使散热板发生翘曲，在封装的过程中会在散热表面翘曲的位置产生溢料，溢料会影响散热板的散热，需要去除，增加了生产的成本，本申请通过对扣设置的第一挡墙和第二挡墙，第一挡墙的侧壁形成有至少一个第一凸台，第二挡墙的侧壁上形成有至少一个第二凸台，还包括注胶孔、排气孔、第一盖板和第二盖板；通过第一盖板和第二盖板与第一凸台和第二凸台的配合，抑制了散热板的翘曲，使第一第二盖板与散热板紧密接触，防止在封装的过程中在散热板的散热表面产生溢料，减少了去除溢料的工序。

Description

具有双面散热结构的半导体器件及封装器具、封装方法

技术领域

本申请一般涉及半导体多芯片功率封装领域，具体涉及一种具有双面散热结构的半导体器件及封装器具、封装方法。

背景技术

现有的功率模块封装的散热一般采用在半导体器件上设置散热基板的方法进行散热，但是在设置散热基板时要经过多次的回流焊接工艺，回流焊接使散热基板产生形变，后道的塑封过程由于基板的变形翘曲会使散热基板的散热面产生溢料的问题，溢料需要进行去除，增加了工艺的复杂性及成本不利于量产。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请提供了一种半导体双面散热结构的封装器具。

第一方面，本申请提供的半导体双面散热结构的封装器具包括：封装框架，形成有封装腔，所述封装框架包括对扣设置的第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙的侧壁向内形成有至少一个第一凸台，所述第一凸台形成有用于支撑第一散热板的第一支撑面和用于支撑第二散热板的第二支撑面，第二挡墙的相对所述第一凸台的侧壁上向内形成有至少一个第二凸台，所述第二凸台形成有用于支撑第一散热板的第一支撑面和用于支撑第二散热板的第二支撑面，

注胶孔，设置在所述封装框架一侧侧壁上，所述注胶孔连通所述封装腔，

排气孔，设置在所述封装框架与所述注胶孔相对一侧的侧壁上，所述排气孔连通所述封装腔，

第一盖板，贴合于所述封装框架，用于分别和所述第一支撑面、第三支撑面配合抑制所述第一散热板翘曲，

第二盖板，贴合于所述封装框架，用于分别和所述第二支撑面、第四支撑面配合抑制所述第二散热板翘曲。

进一步地，本申请还提供了一种根据上述所述的封装器具封装半导体器件的封装方法，包括：提供双面散热半导体器件，所述双面散热半导体器件包括第一散热板和第二散热板，所述第一散热板的上表面或/和所述第二散热板的下表面设置有至少一个芯片；所述芯片连接有多个引脚；

提供封装框架，所述封装框架形成有封装腔，将所述双面散热半导体器件设置于所述封装腔内，所述封装框架包括对扣设置第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙的侧壁向内形成有至少一个第一凸台，所述第一凸台形成有用于支撑第一散热板的第一支撑面和用于支撑第二散热板的第二支撑面，第二挡墙的相对所述第一凸台的侧壁上向内形成有至少一个第二凸台，所述第二凸台形成有用于支撑第一散热板的第三支撑面和用于支撑第二散热板的第四支撑面；

装入第一盖板，贴合于所述封装框架，用于和所述第一支撑面和所述第三支撑面配合抑制散所述第一散热板翘曲，所述第一盖板中间形成有开口区；

装入第二盖板，贴合于所述封装框架，用于和所述第二支撑面和所述第四支撑面配合抑制所述第二散热板翘曲，所述第二盖板中间形成有开口区；

通过注胶孔向所述封装腔内注入封装胶，在所述封装框架、所述第一散热板的上表面和所述第二散热板的下表面之间形成封装主体；

封装胶固化后拆除所述第一盖板和所述第二盖板，得到封装完成的半导体器件。

进一步地，本发明还提供了一种具有双面散热的半导体封装器具，包括：封装框架，所述封装框架包括对扣设置的第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙向内设置有至少一个第一凸台，第二挡墙均向内设置有至少一个第二凸台，

第一散热板，设置在封装框架的内侧且位于所述第一凸台和所述第二凸台的下部，

第二散热板，配置于所述封装框架的内侧且位于所述第一凸台和所述第二凸台的上部，

半导体芯片，配置于所述第一散热板的上表面或/和所述第二散热板的下表面，

多个引脚，其一端连接所述半导体芯片，另一端延伸至所述封装框架的外部，

封装主体，形成于所述封装框架、所述第一散热板的上表面和所述第二散热板的下表面之间。

本申请的有益效果是：本申请通过设置封装框架，封装框架包括第一挡墙和第二挡墙，第一挡墙和第二挡墙的侧壁上相对设置有至少一个第一凸台和至少一个第二凸台，通过将待封装的半导体器件设置在封装框架内，第一凸台和第二凸台的第一支撑面和第二支撑面分别支撑第一散热板和第二散热板，将第一盖板和第二盖板装贴在封装框架的表面上，由于第一凸台和第二凸台与第一盖板和第二盖板的配合关系，第一支撑面、第二支撑面、第三支撑面和第四支撑面会对散热板产生向封装框架外侧的支撑力，第一盖板和第二盖板对散热板产生向封装框架内侧的压紧力，在两种力的作用下将翘曲的散热板压平，使第一盖板和第二盖板与散热板紧密接触，另外第一盖板和第二盖板的中间均设置有开口区，使散热板与所述开口区对应的区域位于封装腔之外，达到了使散热板的散热表面不产生溢料的技术效果，从而减少了去除溢料的工序，简化了生产步骤并节省了成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请封装器具的实施例的第一挡墙的结构图；

图2为图1的主视图；

图3为本发明封装器具的实施例的第二挡墙的结构图。

图4为图3的后视图；

图5为半导体器件的结构图；

图6为本申请封装器具封装半导体器件的结构图；

图7为本申请封装器具的第一盖板和第二盖板的主视图；

图8为本申请封装器具封装完成的半导体器件的结构图；

图9为图8的截面图；

图10为用本申请封装器具封装半导体器件的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-图4、图6、图8所示，本申请实施例提供的半导体双面散热结构的封装器具包括：封装框架100，形成有封装腔，所述封装框架100包括对扣设置的第一挡墙10和第二挡墙20，所述第一挡墙10的侧壁向内形成有至少一个第一凸台11，所述第一凸台11形成有用于支撑第一散热板51的第一支撑面111和用于支撑第二散热板52的第二支撑面112，第二挡墙20的相对所述第一凸台11的侧壁上向内形成有至少一个第二凸台21，所述第二凸台21形成有用于支撑第一散热板51的第三支撑面211和用于支撑第二散热板52的第四支撑面212，

注胶孔22，设置在所述封装框架100一侧侧壁上，所述注胶孔22连通所述封装腔，

排气孔23，设置在所述封装框架100与所述注胶孔22相对一侧的侧壁上，所述排气孔23连通所述封装腔，

第一盖板30，贴合于所述封装框架100，用于和所述第一支撑面111和第三支撑面211配合抑制第一散热板51翘曲，所述第一盖板30中间形成有开口区，

第二盖板40，贴合于所述封装框架100，用于和所述第二支撑面112和第四支撑面212配合抑制第二散热板52翘曲，所述第二盖板40中间形成有开口区：工作时，将第一挡墙10和第二挡墙20对扣设置形成一封装腔，将半导体散热器件50设置在封装腔内，并且第一凸台11和第二凸台21设置在第一散热板51和第二散热板52之间，通过将第一盖板30和第二盖板40贴合于封装框架100的上下表面，通过第一盖板30和第二盖板40与第一支撑面111和第三支撑面211和第二支撑面112和第四支撑面212的配合对第一散热板51和第二散热板52产生挤压力，从而将翘曲的散热板压平，使第一散热板51和第二散热板52的散热表面能分别与第一盖板30和第二盖板41紧密接触，另外，第一盖板30和第二盖板40的中间部位均设置有开口区，开口的大小可以根据散热板的尺寸相应设置，开口区可以将第一散热板51和第二散热板52的散热表面大部分露出，使在封装的过程中使散热表面处于封装腔的外部,；然后通过注胶孔向封装腔内注入封装胶，排气孔的设置可以及时排除封装腔内的气体，防止在封装的过程中形成气泡，本申请结构简单，通过凸台和盖板的结合抑制了散热板的翘曲，并通过在盖板上设置开口，从而保证了不在散热表面形成溢料，减少了去除散热表面溢料的工序，降低了制造成本。

进一步地，作为一种较优的实施方式，所述第一支撑面111和第二支撑面112向内的延伸面相交，所述第三支撑面211和所述第四支撑面212向内的延伸面相交。

具体的，如图9所示，第一支撑面111和第二支撑面112至少一个面为倾斜设置，第三支撑面211和第四支撑面212至少一个面为倾斜设置，且第一支撑面111为倾斜设置时第三支撑面211也为倾斜设置；第二支撑面112为倾斜设置时第四支撑面212也为倾斜设置，通过支撑面的倾斜设置的优点为：在工作时，通过将第一、第二盖板装入封装框架内，可以使第一挡墙10和第二挡墙20向封装框架100内移动一定距离，倾斜支撑面的设计可以在挡墙在向内移动时对散热板的挤压幅度增大，能够有效地抑制散热板的翘曲，保证第一盖板30和第二盖板40与第一散热板51和第二散热板52的散热面紧密接触，防止在封装的过程中溢料，进一步地，第一凸台11和第二凸台21的支撑均为倾斜设置，效果更优；

此外，当第一支撑面111、第二支撑面112、第三支撑面211和第四支撑面212与所述封装框架100的交线均与所述封装框架100的上下表面平行时，可使每个支撑面与散热板在挤压弯曲的散热板时与散热板与的接触面足够大，避免了挤压受力集中对散热板的损伤。

进一步地，所述第一凸台10关于所述封装框架100垂直于所述第一凸台10所在侧壁的竖直对称面对称设置；所述第二凸台20关于所述封装框架垂直于所述第一凸台10所在侧壁的竖直对称面对称设置。

具体的，如图1、图2所示，作为一种优选地技术方案：第一挡墙10的侧壁上设置有两个第一凸台11，第一凸台11关于第一挡墙10的竖直中心线对称设置，如图3所示，第二挡墙20上与所述第一挡墙10相对的侧壁上设置有两个第二凸台21，第二凸台21关于第二挡墙20的竖直中心线设置：两个凸台的设置可以使在挤压弯曲的散热板时能够充分受力，另外，第一凸台11在第二挡墙21上的投影与第二挡墙20不重合，这样可以使弯曲的散热板分段受力，能够更好地起到抑制翘曲的技术效果，此外，第一凸台10和第二凸台20的数量并不局限于两个，可以根据需要设计凸台的数量，本技术人员应当理解。

第二挡墙20上设置有注胶孔22和排气孔23，注胶孔22和排气孔23的设置标准为分别位于封装框架100的两个相对的侧壁上，排气孔23设置在封装过程中封装腔的上方；如此设置可以使在向封装腔内通过注胶孔23注入封装胶时，封装胶从封装腔的下部慢慢注满封装腔，气体可以从设置在上方的排气孔23排出，避免在封装过程中产生气泡。

进一步地，如图3所示，作为一种较优的实施方式，所述注胶孔22和出气孔23异于所述第一凸台111和第二凸台112所在的侧壁设置，另外和第一凸台10同侧的侧壁上设置有多个第一过孔13供第一引脚53穿过，和第二凸台20同侧的侧壁上还设置有多个第二过孔26供第二引脚54穿过，第一引脚与第一过孔和第二引脚和第二过为密封设置，可以避免在封装过程中封装胶的溢出；异于凸台的设置注胶孔22和出气孔23可以避免在加工挡墙的的过程中的加工难度，另外异于凸台的设计可以减少在注胶的过程中凸台和引脚对封装胶的阻挡，使封装胶能够平稳地进入封装腔。

如图3、图6所示，所述注胶孔22和排气孔23均设置在所述封装框架的上表面，所述第一盖板30或第二盖板40上形成有与所述注胶孔22和排气孔23相对应的第二注胶孔31和第二排气孔32。

如图3所示，第二挡墙20的相对两侧壁的上表面设置有三个注胶孔22和一个排气孔23，如图6所示，第一盖板30上设置有与注胶孔孔22和排气孔23相对应的第二注胶孔31和第二排气孔32，这种设计可以使封装框架100水平放置，通过注胶孔注入封装胶，封装胶从封装腔的一侧平稳的流向另一侧，气体从排气孔排出，当封装胶充满封装腔时，封装胶从排气孔排出，停止注胶，另外三个注胶孔的设置更利于封装胶均匀充满封装腔，还可以缩短注胶时间，提高效率。

如图1、图3、图7所示，第一挡墙10与第一凸台11同侧的侧壁的上表面和下表面均设置有沿第一挡墙10长度方向延伸的第一固定槽12，第一固定槽12可以设置为一端贯通也可以为两端均贯通，第二挡墙20的侧壁的上表面和下表面均设置有平行第一固定槽12的第二固定槽24，第二固定槽24相对于第一固定槽12贯通的一端贯通，也可以为两端均贯通，第一固定槽和第二固定槽可以设置为燕尾槽、T型槽、L型槽的等。

第一盖板30和第二盖板40上均形成有与所述第一固定槽12和第二固定槽24相配合的滑台33/43，滑台可以为燕尾凸台、T型凸台、L型凸台等，工作时将第一盖板30和第二盖板40可以从一端将滑台33、43插入第一固定槽12和第二固定槽24内，通过滑台和第一固定槽和第二固定槽的配合，贴合于封装框架100的上下表面和向散热板施加压紧力。

如图1、图2、图3所示，为保证封装的可靠性，在第一挡墙10与第二挡墙20对扣的部位设置有凸起14或凹槽25，第二挡墙20与第一挡墙10对扣的部位设置有与凸起14或凹槽25配合的凹槽25或凸起14，在封装的过程中，凸起14和凹槽25相配合，保证了第一挡墙10和第二挡墙20的扣合的强度，避免在封装的过程中扣合部位溢料。

另外，在第一挡墙10和第二挡墙20上还设置有多个第一过孔13和第二过孔26，用于使半导体器件的引脚53/54穿过，如图2图4所示，第一过孔13与第一凸台11同侧设置，第二过孔26与第二凸台21同侧设置，这种设置使在封装过程中，第一挡墙10和第二挡墙20向内的位移方向与引脚的方向一致，不影响封装。

如图10所示，用上述的封装器具封装半导体器件的方法，包括：

S101：提供双面散热半导体器件，如图5、图9所示，所述双面散热半导体器件50包括第一散热板51和第二散热板52，所述第一散热板51的上表面或/和所述第二散热板的下表面设置有至少一个芯片60；所述芯片60连接有多个引脚53/54；

S102：提供封装框:100，所述封装框架100形成有封装腔，将所述双面散热半导体器件设置封装腔内，所述封装框架包括对扣设置第一挡墙10和第二挡墙20，所述第一挡墙10的侧壁向内形成有至少一个第一凸台11，所述第一凸台11形成有用于支撑第一散热板51的第一支撑面111和用于支撑第二散热板52的第二支撑面112，第二挡墙20的相对所述第一凸台11的侧壁上向内形成有至少一个第二凸台21，所述第二凸台21形成有用于支撑第一散热板51的第一支撑面211和用于支撑第二散热板52的第二支撑面212，具体为：将引脚53穿过第一挡墙10的过孔13，将第一挡墙设置在双面散热半导体器件的一侧，然后将引脚54穿过第二挡墙过孔26，将第二挡墙设置在双面散热半导体器件的另一侧，第一挡墙10和第二挡墙20共同将双面散热半导体散热器件包围。

S103：装入第一盖板30，贴合于封装框架100，用于和第一支撑面111、211配合抑制散第一散热板51翘曲，第一盖板30中间形成有开口区，第一散热板51的散热表面在第一盖板的开口区部分露出；

S104：装入第二盖板40，贴合于封装框架100，用于和第二支撑面112、212配合抑制第二散热板52翘曲，第二盖板40中间形成有开口区，第二散热板52的散热面在第二盖板的开口区部分露出，具体为，第一盖板30和第二盖板40从一端将滑台33/43插入第一固定槽12和第二固定槽24内，通过滑台和第一固定槽和第二固定槽的配合，贴合于封装框架的上下表面和向散热板施加压紧力，另外，第二注胶孔和注胶孔相对应重合，第二排气口和排气口重合。

S105：向注胶孔内注入封装胶，所述注胶孔设置在所述封装框架一侧侧壁上，所述注胶孔连通所述封装腔，通过注胶孔向封装腔内注入封装胶，当封装胶由排气口溢出时停止注胶。

S106:封装胶固化后拆除第一盖板30和第二盖板40，得到封装完成的半导体器件。

本申请还提供了一种具有双面散热的半导体器件，如图8、图9所示，包括：封装框架100，所述封装框架100包括相对设置的第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙向内设置有至少一个第一凸台11，第二挡墙均向内设置有至少一个第二凸台21，

第一散热板51，设置在封装框架100内侧且位于所述第一凸台11/和第二凸台21的下部，

第二散热板52，配置与所述封装框架100的内侧且位于所述第一凸台11和第二凸台21的上部，

半导体芯片60，配置与所述第一散热板51的上表面或/和第二散热板52的下表面，半导体芯片通过回流焊焊接在散热板上，

多个引脚53、54，其一端连接所述半导体芯片60，另一端延伸至所述封装框架100的外部，

封装主体60，形成于所述封装框架100、第一散热板51的上表面和第二散热板52的下表面之间；

另外，还包括设置在半导体芯片和散热基板之间的垫块70，所述垫块60由金属块制成，通过焊锡膏与半导体芯片55和第二散热板的下表表面连接，半导体芯片55通过焊锡膏与第一散热板连接，第一散热板51和第二散热板52为双面覆铜陶瓷板。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种半导体双面散热结构的封装器具，其特征在于，包括：

封装框架，形成有封装腔，所述封装框架包括对扣设置的第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙的侧壁向内形成有至少一个第一凸台，所述第一凸台形成有用于支撑第一散热板的第一支撑面和用于支撑第二散热板的第二支撑面， 所述第二挡墙的相对所述第一凸台的侧壁上向内形成有至少一个第二凸台，所述第二凸台形成有用于支撑所述第一散热板的第三支撑面和用于支撑所述第二散热板的第四支撑面，

注胶孔，设置在所述封装框架一侧侧壁上，所述注胶孔连通所述封装腔，

排气孔，设置在所述封装框架与所述注胶孔相对一侧的侧壁上，所述排气孔连通所述封装腔，

第一盖板，贴合于所述封装框架，用于分别和所述第一支撑面、第三支撑面配合抑制所述第一散热板翘曲，所述第一盖板中间形成有开口区，

第二盖板，贴合于所述封装框架，用于分别和所述第二支撑面、第四支撑面配合抑制所述第二散热板翘曲，所述第二盖板中间形成有开口区。

2.根据权利要求1所述的半导体双面散热结构的封装器具，其特征在于，所述第一支撑面和第二支撑面向内的延伸面相交，所述第三支撑面和所述第四支撑面向内的延伸面相交。

3.根据权利要求1所述的半导体双面散热结构的封装器具，其特征在于，所述第一凸台关于所述封装框架垂直于所述第一凸台所在侧壁的竖直对称面对称设置；所述第二凸台关于所述封装框架垂直于所述第一凸台所在侧壁的竖直对称面对称设置。

4.根据权利要求1所述的半导体双面散热结构的封装器具，其特征在于，所述注胶孔和排气孔异于所述第一凸台和所述第二凸台所在的侧壁设置。

5.根据权利要求1所述的半导体双面散热结构的封装器具，其特征在于，所述注胶孔和排气孔均设置在所述封装框架的上表面，所述第一盖板或第二盖板上形成有与所述注胶孔和所述排气孔相对应的第二注胶孔和第二排气孔。

6.根据权利要求1所述的半导体双面散热结构的封装器具，其特征在于，所述第一挡墙的上表面和下表面均设置有沿所述第一挡墙长度方向延伸的第一固定槽，所述第一固定槽至少一端贯通，且所述第一固定槽与所述第一凸台同侧设置；所述第二挡墙的上表面和下表面均设置有平行所述第一固定槽的第二固定槽，所述第二固定槽至少相对于所述第一固定槽贯通的一端贯通。

7.根据权利要求6所述的半导体双面散热结构的封装器具，其特征在于，所述第一盖板和第二盖板上均形成有与所述第一固定槽和第二固定槽相配合的第一滑台和第二滑台。

8.根据权利要求1所述的半导体双面散热结构的封装器具，其特征在于，所述第一挡墙与所述第二挡墙的对扣部位设置有凸起，所述第二挡墙与所述第一挡墙对扣的部位设置有与所述凸起相配合的凹槽；

或/和所述第一挡墙与所述第二挡墙的对扣部位设置有所述凹槽，所述第二挡墙与所述第一挡墙对扣的部位设置有与所述凹槽相配合的所述凸起。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的封装器具封装半导体器件的方法，其特征在于，包括：

提供双面散热半导体器件，所述双面散热半导体器件包括第一散热板和第二散热板；

提供封装框架，所述封装框架形成有封装腔，将所述双面散热半导体器件设置于所述封装腔内，所述封装框架包括对扣设置的第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙的侧壁向内形成有至少一个第一凸台，所述第一凸台形成有用于支撑所述第一散热板的第一支撑面和用于支撑所述第二散热板的第二支撑面， 所述第二挡墙相对所述第一凸台的侧壁上向内形成有至少一个第二凸台，所述第二凸台形成有用于支撑所述第一散热板的第三支撑面和用于支撑所述第二散热板的第四支撑面；

装入第一盖板，贴合于所述封装框架，用于和所述第一支撑面配合抑制散所述第一散热板翘曲，所述第一盖板中间形成有开口区；

装入第二盖板，贴合于所述封装框架，用于和所述第二支撑面配合抑制所述第二散热板翘曲，所述第二盖板中间形成有开口区；

通过注胶孔向所述封装腔内注入封装胶，在所述封装框架、所述第一散热板的上表面和所述第二散热板的下表面之间形成封装主体；

封装胶固化后拆除所述第一盖板和所述第二盖板，得到封装完成的半导体器件。

10.一种根据权利要求1-8中任一项所述的封装器具制成的具有双面散热的半导体器件，其特征在于，包括：

封装框架，所述封装框架包括对扣设置的第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙向内设置有至少一个第一凸台，第二挡墙均向内设置有至少一个第二凸台，

第一散热板，配置于封装框架的内侧且位于所述第一凸台和所述第二凸台的下部，

第二散热板，配于所述封装框架的内侧且位于所述第一凸台和所述第二凸台的上部，

半导体芯片，配置于所述第一散热板的上表面或所述第二散热板的下表面，

金属垫块，其一端与所述芯片远离所述第一散热板的表面连接，另一端与所述第二散热板的下表面连接，或其一端与所述芯片远离所述第二散热板的表面连接，另一端与所述第一散热板的上表面连接；

多个引脚，其一端连接所述半导体芯片，另一端延伸至所述封装框架的外部，

封装主体，形成于所述封装框架、所述第一散热板的上表面和所述第二散热板的下表面之间。

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