一种具有低热阻的半导体器件封装结构及其制造方法技术

本发明专利技术属于半导体封装技术领域，一种具有低热阻的半导体器件封装结构，包括半导体芯片、引线框架和封装树脂，引线框架包括金属底座及引脚，半导体芯片背面焊接在金属底座上，封装树脂盖封在半导体芯片上，露出部分引脚及部分金属底座，露出的引脚向上弯折延伸，且引脚末端为平面，平面与封装树脂表面处于同一平面或呈θ角，引脚末端焊接在PCB电路板上；本发明专利技术封装结构的引脚向封装树脂的表面弯曲，使得引脚能直接焊接在PCB电路板上，且封装树脂与PCB电路板接触，而金属底座散热面向上与散热器连接，通过金属底座与散热器能有效散热，大幅降低了半导体器件在电子设备中的热阻，降低了器件的温升，提高的器件可靠性和电子设备系统可靠性。

A Packaging Structure of Semiconductor Devices with Low Thermal Resistance and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种具有低热阻的半导体器件封装结构及其制造方法
本专利技术涉及半导体器件封装结构及其制作方法，尤其是一种具有低热阻的半导体器件封装结构及其制造方法，属于半导体器件封装

技术介绍
半导体器件最终是使用在PCB电路板上，通过电路板上的线路设计和半导体器件等电子元件的配置连接，可形成完整的电路架构，以提供电子设备所需要的功能。半导体器件与电路板之间是否可靠地连接决定了电子设备的功能正常与否。目前，传统半导体功率器件与电路板之间通常有通孔式和贴片式两种。通孔式连接如图1所示，在生产过程中，通孔式连接需要人工焊接，焊接效率低、成本高，且焊接过程中往往会由于人工操作不当对半导体器件造成损伤，导致产品生产良率低。而贴片式封装的半导体器件更容易实现电子设备大规模自动化生产，因此，越来越多的半导体器件采用贴片式与电路板进行连接。对于半导体功率器件而言，采用典型的贴片式封装（如TO-252、TO-263封装）的半导体功率器件在与电路板直接进行电学特性连接时，芯片的金属底座（连接MOSFET漏极）需要焊接在电路板上，需要大电流流经芯片的金属底座才能到达整个电子线路中，增加了封装电阻，如图2所示。但是，由于半导体功率器件在系统工作中是自身功率很大，除了与电路板必要的电学特性连接外，半导体器件的热耗散特性及散热方案也极大程度上影响了器件的正常使用。采用传统TO-252、TO-263等封装形式的半导体功率器件，在电路板上的散热路径包括两条：1、热量由芯片经过封装树脂、散热器最终传导至环境中；2、热量由芯片经过金属底座、PCB电路板、散热器最终传导至环境中。然后，封装树脂和PCB电路板的热阻都非常大，导致半导体功率器件热量不能有效的散热，器件温度升高，易失效。除此之外，传统TO-252、TO-263封装的金属底座面积较小，热容较小，导致芯片在瞬间高功率状态下会有较高的温度过冲，导致器件易失效。因此需要一种低热阻、高热容的封装形式，以满足系统需求。
技术实现思路
本专利技术针对传统封装后半导体功率器件与电路板间连接存在的诸多问题，提供一种具有低热阻的半导体器件封装结构及其制造方法，该封装结构的引脚向封装树脂的表面弯曲，使得引脚能直接焊接在PCB电路板上，且封装树脂与PCB电路板接触，而金属底座散热面向上与散热器连接，这样通过金属底座与散热器能有效散热，大幅降低了半导体器件在电子设备中的热阻，降低了器件的温升，提高的器件可靠性和电子设备系统可靠性。为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种具有低热阻的半导体器件封装结构，包括半导体芯片、引线框架和封装树脂，其特征在于，所述引线框架包括金属底座及与所述金属底座连接的引脚，所述半导体芯片的背面焊接在金属底座上，所述封装树脂盖封在所述半导体芯片上，露出部分引脚及部分金属底座，露出的引脚向上弯折延伸，且引脚末端为平面，所述平面与封装树脂表面处于同一平面，所述引脚末端焊接在PCB电路板上。进一步地，所述金属底座包括载片基岛区和框架本体区，所述半导体芯片背面焊接在载片基岛区上，所述半导体芯片正面通过金属引线与键合区连接，所述键合区与引脚连接。进一步地，所述封装树脂盖封在载片基岛区、键合区及金属引线上，露出框架本体区和部分引脚。进一步地，所述金属底座的背面为散热面，所述散热面通过绝缘垫与散热片连接；所述PCB电路板的下方装有散热片。进一步地，所述半导体芯片包括MOSFET芯片、IGBT芯片或二极管。进一步地，对于MOSFET芯片，所述MOSFET芯片的背面为漏极，正面设有栅极和源极，栅极与第一键合区之间电学相连，源极与第二键合区之间电学相连，漏极通过载片基岛区和第二引脚电学相连；对于IGBT芯片，所述IGBT芯片的背面为集电极，正面设有栅极和发射极，栅极与第一键合区之间电学相连，发射极与第二键合区之间电学相连，集电极通过载片基岛区与第二引脚电学相连；对于二极管，所述二极管的正面为阳极，背面为阴极，阳极与第二键合区之间电学相连，阴极通过载片基岛区与第二引脚电学相连。进一步地，所述第一键合区与第一引脚连接，第二键合区与第三引脚连接，第二引脚设置在第一引脚和第三引脚之间。进一步地，所述θ角为0~8度。进一步地，所述引线框架包括TO-220引线框架、TO-247引线框架、TO-3P引线框架、TO-251引线框架、TO-262引线框架。为了进一步实现以上技术目的，本专利技术还提出一种具有低热阻的半导体器件封装结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：a.选取多个半导体芯片和联排引线框架，所述联排引线框架包含多个并列连接排布的引线框架；b.将所述半导体芯片的背面依次贴装在所述联排引线框架中每个引线框架的载片基岛区；c.将所述半导体芯片正面电极通过金属引线与对应的键合区键合；d.将焊接有半导体芯片的联排引线框架用封装树脂进行塑封和包封，露出引线框架的框架本体区及部分引脚；e.将包封后的联排引线框架进行高温固化；f.将所述联排引线框架上未包封区域内的冗余封装树脂去除；g.对所述联排引线框架上未包封区域的引线框架进行镀锡；h.将所述联排引线框架进行切筋处理，切割去除引线框架间的框架连接部分，形成多个独立的包封后的器件单元；i.将引脚向封装树脂表面弯曲延伸，使得引脚末端与封装树脂表面处于同一平面；j.对上述每颗独立的器件单元进行指定参数的测试，并对满足测试规范要求的器件在其封装树脂表面进行激光打字；k.将包封后的器件单元的引脚焊接在PCB电路板上。进一步地，其特征在于，所述步骤d中，所述引脚包括与第一键合区电连接的第一引脚、与第二键合区电连接的第三引脚及位于第一引脚、第三引脚间的第二引脚，所述封装树脂包裹载片基岛区上面的半导体芯片、金属引线、键合区和第二引脚的顶部。与传统半导体器件封装结构相比，本专利技术具有以下优点：1）与传统的通孔式封装方式相比，本专利技术与PCB电路板连接时，不需要通孔焊接，只需将引脚末端平面焊接在PCB板上，效率高、成本低产品生产良率高；2）与传统贴片式封装方式相比，本专利技术与PCB电路板连接时，不需要将芯片的金属底座焊接在PCB板上，一方面将金属底座朝上，同时在载片基岛区的散热面通过绝缘垫与散热片连接，另一方面将弯折的引脚末端平面焊接在PCB板上，同时PCB板下方接散热片；因此，本专利技术半导体器件在PCB电路板上的散热路径包括：1、热量由半导体芯片经过封装树脂、PCB电路板、散热片最终传导至环境中；2、热量由半导体芯片经过金属底座、绝缘垫、散热器最终传导至环境中；由于金属底座和绝缘垫热阻非常低，第2条散热路径成为器件的主要散热路径，且具有极低的热阻，大幅降低了半导体器件在电子设备中的热阻，降低了器件的温升，提高的器件可靠性和电子设备系统可靠性；3）本专利技术金属底座具有较大的面积与体积，具有更大热容，使器件在瞬间高功率状态下不会有明显的温度过冲，提高了器件的可靠性；4）本专利技术的引线框架可适用于TO-220、TO-247、TO-3P、TO-262、TO-251等传统封装引线框架，无需重新对引线框架开模，且可以实现与上述封装形式的产线共线，无需额外增加工艺复杂度及加工成本，具有生产成本低，易于使用等优点，具有极高的性价比。附图说明图1为传统TO-220封装与PCB电路板连接的结构关系示意图。图2为传统T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有低热阻的半导体器件封装结构，包括半导体芯片（1）、引线框架和封装树脂（3），其特征在于，所述引线框架包括金属底座（2）及与所述金属底座（2）连接的引脚（4），所述半导体芯片（1）的背面焊接在金属底座（2）上，所述封装树脂（3）盖封在所述半导体芯片（1）上，露出部分引脚（4）及部分金属底座（2），露出的引脚（4）向上弯折延伸，且引脚（4）末端为平面，所述平面与封装树脂（3）表面处于同一平面或与封装树脂（3）表面呈θ角，所述引脚（4）末端焊接在PCB电路板（5）上。

【技术特征摘要】
1.一种具有低热阻的半导体器件封装结构，包括半导体芯片（1）、引线框架和封装树脂（3），其特征在于，所述引线框架包括金属底座（2）及与所述金属底座（2）连接的引脚（4），所述半导体芯片（1）的背面焊接在金属底座（2）上，所述封装树脂（3）盖封在所述半导体芯片（1）上，露出部分引脚（4）及部分金属底座（2），露出的引脚（4）向上弯折延伸，且引脚（4）末端为平面，所述平面与封装树脂（3）表面处于同一平面或与封装树脂（3）表面呈θ角，所述引脚（4）末端焊接在PCB电路板（5）上。2.根据权利要求1所述的一种具有低热阻的半导体器件封装结构，其特征在于，所述金属底座（2）包括载片基岛区（21）和框架本体区（22），所述半导体芯片（1）背面焊接在载片基岛区（21）上，所述半导体芯片（1）正面通过金属引线与键合区（6）连接，所述键合区（6）与引脚（4）连接。3.根据权利要求2所述的一种具有低热阻的半导体器件封装结构，其特征在于，所述封装树脂（3）盖封在载片基岛区（21）、键合区（6）及金属引线上，露出框架本体区（22）和部分引脚（4）。4.根据权利要求1所述的一种具有低热阻的半导体器件封装结构，其特征在于，所述金属底座（2）的背面为散热面，所述散热面通过绝缘垫（7）与散热片（8）连接；所述PCB电路板（5）的下方装有散热片（8）。5.根据权利要求1所述的一种具有低热阻的半导体器件封装结构，其特征在于，所述半导体芯片包括MOSFET芯片、IGBT芯片或二极管。6.根据权利要求5所述的一种具有低热阻的半导体器件封装结构，其特征在于，对于MOSFET芯片，所述MOSFET芯片的背面为漏极，正面设有栅极和源极，栅极与第一键合区之间电学相连，源极与第二键合区之间电学相连，漏极通过载片基岛区和第二引脚电学相连；对于IGBT芯片，所述IGBT芯片的背面为集电极，正面设有栅极和发射极，栅极与第一键合区之间电学相连，发射极与第二键合区之间电学相连，集电极通过载片基岛区与第二引脚电学相连；对于二极管，所述二极管的正面为阳极，背面为阴极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，杨卓，朱久桃，叶鹏，
申请(专利权)人：无锡新洁能股份有限公司，无锡电基集成科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32