【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电器元件封装的，更具体地说，它涉及一种碳化硅功率器件的封装结构和封装方式。
技术介绍
1、碳化硅芯片是宽带隙半导体器件的一种，与传统的硅相比，具有优越的热、机械和电特性，如更优越的高温运行能力、更高的功率密度、更高的击穿电压和更宽的频率带宽信号。为充分发挥碳化硅功率器件的优良电气特性，需通过封装结构实现电信号的可靠连接与器件结温的稳定控制。
2、目前，碳化硅功率器件大部分仍然沿用硅基器件的平面封装方式。该封装结构中，碳化硅功率芯片和肖基特二极管被焊接在同一覆铜陶瓷基板的铜基表面，通过锡基互连技术完成芯片和覆铜陶瓷基板之间的界面连接。覆铜陶瓷基板再与散热底板连接，完成单面散热。
3、但上述封装结构已不能满足碳化硅器件的发展和应用需求。首先，现有覆铜陶瓷基板的热阻较大，而覆铜陶瓷基板与底板的连接引入了寄生电感；其次，传统硅基器件的封装结构为单面散热，按照传统硅基封装得到的功率器件产生的热量只能通过底板传递，散热效果有限，工作结温一般为150℃，而碳化硅功率器件的运行温度需要达到300℃以上；因此，传统硅基器件的封装结构无法适用于碳化硅芯片，碳化硅器件无法充分发挥其高温运行能力。
技术实现思路
1、为了解决碳化硅功率器件散热性能差的问题，本申请提供一种碳化硅功率器件的封装结构和封装方式。
2、第一方面，本申请提供一种碳化硅功率器件的封装结构，采用如下的技术方案：
3、一种碳化硅功率器件的封装结构，包括芯片层，所述芯片层的两侧由内向
4、进一步的，所述导热应力缓冲层的厚度为0.1mm～1mm。
5、进一步的，所述导热应力缓冲层为圆柱形。
6、进一步的，所述导热应力缓冲层包括依次设置的第一导热应力缓冲层和第二导热应力缓冲层，所述第一导热应力缓冲层靠近所述芯片层，所述芯片层和所述第一导热应力缓冲层之间通过导热互连层相连。
7、进一步的，所述第一导热应力缓冲层为钼片。
8、进一步的，所述第二导热应力缓冲层为银垫片。
9、进一步的，所述导热互连层由含有核壳结构的纳米银包铜颗粒的焊膏制成。
10、进一步的，所述导热互连层的厚度为15μm～30μm。
11、进一步的，所述引线框架层为铜制引线。
12、进一步的，所述绝缘封装层的材料为环氧树脂、聚酰亚胺和微晶玻璃中的任意一种。
13、第二方面，本申请提供一种碳化硅功率器件的封装方式，采用如下的技术方案：
14、一种碳化硅功率器件的封装方式，包括如下步骤：
15、在芯片层的两侧各放置一个导热应力缓冲层，导热应力缓冲层与芯片之间填充焊膏，焊膏烧结固化形成导热互连层，完成一次互连；
16、在导热应力缓冲层远离芯片层的一侧放置引线框架层，导热应力缓冲层与引线框架层之间填充焊膏，焊膏烧结固化形成导热互连层，完成二次互连；
17、在引线框架层远离导热应力缓冲层的一侧放置散热件，引线框架层和散热件之间填充导热界面材料，导热界面材料固化成导热界面层后，完成引线框架层与散热件的导热互连；
18、在两个散热件的间隙中填充塑封胶粘剂，塑封胶粘剂固化形成绝缘封装层，完成碳化硅功率器件的封装。
19、综上所述，本申请的技术方案至少具备如下优势：
20、第一，本申请采用双面散热的封装结构，通过导热应力缓冲层、导热互连层以及引线框架层之间的相互配合，使用引线框架层代替传统覆铜陶瓷基板和传统长回路键合线，引线框架层既作为芯片层的承载主体，又能够实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接。引线框架层的厚度远小于覆铜陶瓷基板，因此能够有效减小封装尺寸，提高器件的紧凑性。同时，由于本申请的封装结构中无传统覆铜陶瓷基板和传统长回路键合线，极大地降低了封装电感。本申请中采用绝缘封装层和导热界面层的作用，保证在取消覆铜陶瓷基板后，器件仍然保持较好的耐电压击穿性能。
21、第二，由于芯片层和引线框架层的热膨胀系数差距大，容易因为热胀冷缩产生热应力，因此，本申请中采用了对称式结构的导热应力缓冲层，导热应力缓冲层具有一定的形变量，以降低芯片层和导热互连层的所受应力，提升器件的热机械可靠性。同时，本申请采用了钼片和银垫片的双金属对称缓冲结构，钼片和银垫片均具备一定的形变能力和极低的热阻，能够进一步优化器件的热机械可靠性。同时，银垫片本身作为焊料，银垫片和钼片之间无需使用导热互连层相连，银垫片熔化后可与多种金属、合金和封装材料形成可靠的连接。
22、第三，本申请中钼片和银垫片均为圆柱形垫片，圆柱形垫片的边缘过渡圆润，应力分布更均匀，而方形缓冲层的边缘或尖角易造成芯片层和导热互连层出现应力集中，容易造成局部热应力剧增。
23、第四，本申请中采用核壳结构的银包铜纳米颗粒代替传统的锡基焊料，纳米级尺寸的银包铜颗粒具备较好的表面活性，其焊接互连的温度低，封装可靠性好；其次，纳米级别的铜颗粒容易氧化，而包覆银层后，能够克服纳米级铜颗粒易氧化的缺陷，而铜具备较好的抗电子迁移能力，能够克服银的易迁移缺陷。因此，核壳结构的银包铜纳米颗粒作为导热互连层的主要成分，能够获得更高导电特性、更高导热特性、更耐高温特性以及更高可靠性的互连结构。
24、第五，本申请中优化了导热应力缓冲层和导热互连层的厚度。较薄的导热应力缓冲层可以降低热阻，提高散热性能，但同时可能影响机械强度。而较厚的导热应力缓冲层可以提高机械强度和电气绝缘性能，但可能增加热阻，影响散热性能。因此，为了兼顾散热性能、机械强度以及电气绝缘性能三者的平衡，导热应力缓冲层的厚度最佳控制在0.1mm。较薄的导热互连层可以降低热阻，提升散热性能，但同时可能影响粘接强度，从而影响器件的可靠性。而导热应力缓冲层在一定范围内，随着厚度的提升各层之间的粘接强度有所提升，但热阻也随之增加。因此，导热互连层的厚度最佳控制在15μm～30μm。
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1.一种碳化硅功率器件的封装结构，包括芯片层(1)，其特征在于：所述芯片层(1)的两侧由内向外依次设置有绝缘导热层、导热应力缓冲层(2)、引线框架层(3)和散热件(6)，所述绝缘导热层与所述导热应力缓冲层(2)之间以及所述导热应力缓冲层(2)与所述引线框架层(3)之间均设置有导热互连层(4)，所述引线框架层(3)与散热件(6)之间设置有导热界面层(5)，所述芯片层(1)与所述引线框架层(3)之间填充有绝缘封装层(7)。
2.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述导热应力缓冲层(2)的厚度为0.1mm～1mm。
3.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述导热应力缓冲层(2)为圆柱形。
4.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述导热应力缓冲层(2)包括依次设置的第一导热应力缓冲层(21)和第二导热应力缓冲层(22)，所述第一导热应力缓冲层(21)靠近所述芯片层(1)，所述芯片层(1)和所述第一导热应力缓冲层(21)之间通过导热互连层(4)相连。
5.如权利要求
6.如权利要求4所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述第二导热应力缓冲层(22)为银垫片。
7.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述导热互连层(4)由含有核壳结构的纳米银包铜颗粒的焊膏制成。
8.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述导热互连层(4)的厚度为15μm～30μm。
9.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述引线框架层(3)为铜制引线。
10.权利要求1-9中任意一项所述的一种碳化硅功率器件的封装方式，其特征在于：包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅功率器件的封装结构，包括芯片层(1)，其特征在于：所述芯片层(1)的两侧由内向外依次设置有绝缘导热层、导热应力缓冲层(2)、引线框架层(3)和散热件(6)，所述绝缘导热层与所述导热应力缓冲层(2)之间以及所述导热应力缓冲层(2)与所述引线框架层(3)之间均设置有导热互连层(4)，所述引线框架层(3)与散热件(6)之间设置有导热界面层(5)，所述芯片层(1)与所述引线框架层(3)之间填充有绝缘封装层(7)。
2.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述导热应力缓冲层(2)的厚度为0.1mm～1mm。
3.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述导热应力缓冲层(2)为圆柱形。
4.如权利要求1所述的一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于：所述导热应力缓冲层(2)包括依次设置的第一导热应力缓冲层(21)和第二导热应力缓冲层(22)，所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：王素，戴鑫宇，张鹏，
申请(专利权)人：江苏索力德普半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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