一种短时发热的大功率器件封装结构及方法技术

本发明专利技术涉及一种短时发热的大功率器件封装结构及方法，属于半导体封装技术领域，该封装结构包括大功率器件和封装壳体，所述封装壳体分为壳体上层和壳体下层，所述壳体上层为一封闭的空腔，所述大功率器件通过绝缘基板装在空腔底部，所述大功率器件的引线从壳体上层侧壁引出，所述壳体下层为一金属实体，在所述金属实体内设置有多个空心腔室，所述空心腔室内填充有相变材料。采用该封装结构的大功率器件无需再安装在靠近热沉的结构件上，其本身运行时，相变材料可以吸收短时间内大功率运行产生的热量，使元器件温度工作在安全的范围内，待机时，相变材料的热量通过印制板或很小的导热结构件散去，相变材料由液态转换到固态，满足下一次运行的条件。

【技术实现步骤摘要】
一种短时发热的大功率器件封装结构及方法
本专利技术属于半导体封装
，具体地说涉及一种短时发热的大功率器件封装结构及方法。
技术介绍
随着航天技术的快速发展，航天器的用电设备种类和数量越来越多，功率也越来越大，用电功率从原来的数千瓦，发展到数十千瓦，未来需要数百千瓦，甚至更高的用电功率，在航天器的电源中需要采用大量的大功率电子元器件，这种类型的电源往往每次工作几秒到数十秒的时间，其他时间处于待机状态。在地面系统中，大功率器件一般采用风冷、水冷等方法，但在航天器中，由于无法采用水冷或风冷的方式冷却，通常是将大功率器件安装在靠近热沉的结构件上，通过结构件传热到热沉，达到散热目的，但随着用电设备增大，采用的大功率电子器件越来越多，而热沉附近的结构空间非常有限，无法把所用大功率器件安装在靠近热沉的结构件上。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种短时发热的大功率器件封装结构，采用该封装结构的大功率器件无需再安装在靠近热沉的结构件上，其本身可以吸收短时间内大功率运行产生的热量，使元器件温度工作在安全的范围内。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供一种短时发热的大功率器件封装结构，包括大功率器件和封装壳体，所述封装壳体分为壳体上层和壳体下层，所述壳体上层为一封闭的空腔，所述大功率器件通过绝缘基板安装在空腔底部，所述大功率器件的引线从壳体上层侧壁引出，所述壳体下层为一金属实体，在所述金属实体内设置有多个空心腔室，所述空心腔室内填充有相变材料。进一步，所述引线与壳体上层侧壁之间设置有绝缘陶瓷。进一步，所述壳体上层的顶部边角设置有封装焊接点。进一步，所述壳体下层底部两端分别设置有器件安装脚。本专利技术还提供一种短时发热的大功率器件的封装方法，包括：S1：根据待封装的大功率器件，制备一个金属的封装壳体，所述封装壳体分为上下两层，分别为壳体上层和壳体下层，所述壳体上层为空腔，所述壳体下层为金属实体；S2：在壳体下层底部打孔，在孔内填充相变材料后焊接密封，并在底部两端加工器件安装脚；S3：制备与大功率器件尺寸相匹配的绝缘基板，将大功率器件焊接到绝缘基板上，再将绝缘基板固定在壳体上层底部；S4：在壳体上层侧壁打孔，孔内安装绝缘陶瓷，将大功率器件的引线从绝缘陶瓷内引出，并将出线口密封；S5：将壳体上层抽真空后充入氮气，然后将壳体上层顶部边角上的封装焊接点焊接密封。本专利技术技术方案，与现有技术相比，至少具有如下优点：采用本封装结构的大功率器件在运行时，填充的相变材料能够吸收短时间内大功率运行产生的热量，使元器件温度工作在安全的范围内，待机时，相变材料的热量通过印制板或很小的导热结构件散去，相变材料由液态转换到固态，满足下一次运行的条件，该封装结构的大功率器件无需再安装在靠近热沉的结构件上，可以大幅度减小对热沉面积的需求，从而减小航天系统的体积和重量。附图说明图1是本专利技术的短时发热的大功率器件封装结构示意图；图2是本专利技术的短时发热的大功率器件封装结构具体示例的示意图；图3是本专利技术的短时发热的大功率器件封装方法的流程图。附图中：1-绝缘陶瓷，2-引线，3-封装焊接点，4-封装壳体，5-大功率器件，6-绝缘基板，7-相变材料，8-导热金属，9-器件安装脚，10-壳体上层，11-壳体下层，12-短时发热的大功率器件，13-小功率器件，14-铝合金结构框架，15-热沉，16-电路板。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本专利技术创造。本实施例提供了一种短时发热的大功率器件封装结构，如图1所示，该大功率器件封装结构包括大功率器件5和封装壳体4，所述封装壳体4分为壳体上层10和壳体下层11，所述壳体上层10为一封闭的空腔，所述大功率器件5通过绝缘基板6安装在空腔底部，所述大功率器件5的引线2从壳体上层10侧壁引出，在实施例中，大功率器件5具有两根引线2，分别从壳体上层10两侧的侧壁引出，所述壳体上层10的顶部边角设置有封装焊接点3，在大功率器件5安装完后，通过封装焊接点3可将壳体上层10的顶板焊接密封，使壳体上层10形成一个空腔，所述壳体下层11为一金属实体，在所述金属实体内设置有多个空心腔室7，空心腔室7可以是均布，也可以是不规则布置，空心腔室7之间的室壁成为导热金属8，所述空心腔室7内填充有相变材料，如石蜡。可选的，本专利技术的一些实施例中，在所述引线2与壳体上层10侧壁之间设置有绝缘陶瓷1，引线2通过绝缘陶瓷1引出，多根引线2则设置有相应数量的绝缘陶瓷1，绝缘陶瓷1的设置可以使引线2与壳体上层10绝缘。可选的，本专利技术的一些实施例中，所述壳体下层11底部两端分别设置有器件安装脚9，用于固定封装壳体4。该大功率器件封装结构应用到航天设备系统中，如图2所示，铝合金结构框架14设由多层隔板，大功率器件12、小功率器件13均安装在每层隔板上，隔板底部设有电路板16，铝合金结构框架14一端设有热沉15，现有技术中的大功率器件需要安装在热沉附近才能够散热，而采用本专利技术的封装结构，大功率器件12无需安装在热沉15附近，大功率器件12短时产生的热量被相变材料吸收，待机时，热量传导到铝合金结构框架14或电路板16上，再通过热沉15散去，大幅度减小对热沉面积的需求，从而减小航天系统的体积和重量。本实施例还提供一种短时发热的大功率器件的封装方法，如图3所示，包括：步骤S1：根据待封装的大功率器件5，制备一个金属的封装壳体4，所述封装壳体4分为上下两层，分别为壳体上层10和壳体下层11，所述壳体上层10为空腔，所述壳体下层11为金属实体。具体地，所述壳体上层10的顶板可敞开，便于安装大功率器件5。步骤S2：在壳体下层11底部打孔，在孔内填充相变材料后焊接密封，并在底部两端加工器件安装脚9。S3：制备与大功率器件5尺寸相匹配的绝缘基板6，将大功率器件5焊接到绝缘基板6上，再将绝缘基板6固定在壳体上层10底部。S4：在壳体上层10侧壁打孔，孔内安装绝缘陶瓷1，将大功率器件5的引线2从绝缘陶瓷1内引出，并将出线口密封。S5：将壳体上层10抽真空后充入氮气，然后将壳体上层10顶部边角上的封装焊接点3焊接密封。采用本实施例提供的封装方法得到的大功率器件在运行时，填充的相变材料能够吸收短时间内大功率运行产生的热量，使元器件温度工作在安全的范围内，待机时，相变材料的热量通过印制板或很小的导热结构件散去，相变材料由液态转换到固态，满足下一次运行的条件，该封装结构的大功率器件无需再安装在靠近热沉的结构件上，可以大幅度减小对热沉面积的需求，从而减小航天系统的体积和重量。需要说明的是，上述序号S1-S5不构成对专利技术短时发热的大功率器件封装方法的顺序限定，各步骤之间只要不构成冲突就可以进行互换，本专利技术不依次为限。以上已将本专利技术做一详细说明，以上所述，仅为本专利技术之较佳实施例而已，当不能限定本专利技术实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短时发热的大功率器件封装结构，包括大功率器件(5)和封装壳体(4)，其特征在于，所述封装壳体(4)分为壳体上层(10)和壳体下层(11)，所述壳体上层(10)为一封闭的空腔，所述大功率器件(5)通过绝缘基板(6)安装在空腔底部，所述大功率器件(5)的引线(2)从壳体上层(10)侧壁引出，所述壳体下层(11)为一金属实体，在所述金属实体内设置有多个空心腔室(7)，所述空心腔室(7)内填充有相变材料。

【技术特征摘要】
1.一种短时发热的大功率器件封装结构，包括大功率器件(5)和封装壳体(4)，其特征在于，所述封装壳体(4)分为壳体上层(10)和壳体下层(11)，所述壳体上层(10)为一封闭的空腔，所述大功率器件(5)通过绝缘基板(6)安装在空腔底部，所述大功率器件(5)的引线(2)从壳体上层(10)侧壁引出，所述壳体下层(11)为一金属实体，在所述金属实体内设置有多个空心腔室(7)，所述空心腔室(7)内填充有相变材料。2.根据权利要求1所述的一种短时发热的大功率器件封装结构，其特征在于，所述引线(2)与壳体上层(10)侧壁之间设置有绝缘陶瓷(1)。3.根据权利要求2所述的一种短时发热的大功率器件封装结构，其特征在于，所述壳体上层(10)的顶部边角设置有封装焊接点(3)。4.根据权利要求3所述的一种短时发热的大功率器件封装结构，其特征在于，所述壳体下层(11)底部两...

【专利技术属性】
技术研发人员：任先文，孙会，谭志远，刘平，于婷，力军，龚胜刚，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51