[发明专利]带固定装置双面水冷的半导体器件三维堆叠封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别涉及一种带固定装置双面水冷的半导体器件的三维智能封装结构。

背景技术

半导体器件尤其是大功率半导体器件广泛应用于弱电及强电领域。随着功率器件的发展，如何减小功率器件的重量和体积以及解决随之而来的高功率密度所带来的散热问题在行业内已经受到广泛关注。半导体器件的三维封装形式以及高效的冷却结构设计成为器件重量和体积减少的关键因素。

目前传统结构中所用的半导体元件平面封装以及铝合金的热沉体积和重量都不满足需求，一方面，平面封装所占体积较大，封装时需要大量的引线绑定，带来了大量的引线电阻和自生电感，从而增加了热量的产生以及提高了失效率；另一方面，传统热沉结构在大电力器件中无法满足散热需求，并且需要较大体积的热沉结构。故采用立体封装以及液冷来取代传统封装结构。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种带固定装置双面水冷的半导体器件三维智能封装结构。本发明包括：包括：叠压板、叠压板内的定位装置、叠压板内的连接件、引线端子、基板、温度及压力检测装置和水冷通道，其特征在于所述叠压板由单元板和可变形的连接件组成，每个单元板封装一个半导体元件形成基本单元的芯片，单元板的尺寸根据被封装的半导体元件设置，三维堆叠封装结构由四个或四个以上偶数个叠压板层压叠装组成，每个叠压板设有定位装置并封装若干个半导体元件，叠压板之间通过螺栓连接，每个叠压板设有温度和压力检测装置，完成层压叠装的叠压板最外层的上下两端设有基板，基板内设有冷却水通道，冷却水通过泵驱动循环，整体封装结构设有半导体元件的输入输出引线端子。

所述芯片上下两侧均设有与硅相同或相近的热膨胀系数材料的导电缓冲层。如钼等，也可以使用其他满足使用要求的导电材料，如铝、铜等。

所述单元板周边设有凹槽分布在单元板的四周。

叠压板和单元板之间的可变形的连接件为抗冲击、抗震动、抗热胀冷缩变形的立体弹簧形式的可在空间内压缩或拉伸的变形结构。或为结构弱化的可控整体铰接形结构，即连接件和单元板交接处为铰接连接方式，可在空间内受外力移动。

所述引线端子以及叠压板之间的层叠经螺栓螺母连接。

所述压力检测装置为压力传感器，安装在每个叠压板之中。

所述基板内的冷却水通道为树形或蛇形结构。

所述叠压板由冲压、铸造或者锻造制成。

本发明的优点是实现了半导体器件的立体封装，无引线连接，降低引线接合所产生的线路电阻和自身电感，采用双面水冷散热，具有体积小，可集成的功率大，散热系数大。同时，每个叠压板可以封装任意个数的以及尺寸相同或各异的半导体元件，并且预置的固定结构有效的防止半导体元件在受到外部冲击时产生滑移，可变性的连接件防止器件在工作时受到冲击、震动、热胀冷缩等而产生变形甚至芯片受损，每个叠压板都具有温度和压力检测装置用以防止因使用环境不当而造成的芯片寿命损耗。本封装结构具有智能监控功能，可以实时监测工作状态下的器件温度、压力提高了器件的可靠性，并延长器件的使用寿命，方便用户使用。

附图说明

图1实施例一的电路原理图；

图2叠压板A的结构示意图，其中2A是俯视结构示意图，2B是上视结构示意图，2C是主视结构示意图，2D是立体结构示意图；

图3叠压板B的结构示意图，其中3A是俯视结构示意图，3B是立体结构示意图；

图4芯片和导电缓冲层三明治结构的立体结构示意图，其中4A是俯视结构示意图，4B是立体结构示意图；

图5实施例一中叠压板堆叠结构示意图，其中5A是立体结构示意图，5B是结构分解示意图，5C是俯视结构示意图；

图6实施例一中底板的结构示意图，其中6A是立体结构示意图，6B是主视结构示意图，6C是剖视结构示意图；

图7实施例一的立体结构示意图，其中7A是立体结构示意图，7B是结构分解示意图，7C是俯视结构示意图；

图8实施例二中底板的结构示意图，其中8A是立体结构示意图，8B是主视结构示意图；

图9实施例二的立体结构示意图，其中9A是立体结构示意图，9B是俯视结构示意图；

图10实施例三中底板的结构示意图，其中10A是立体结构示意图，10B是主视结构示意图；

图11实施例三的立体结构示意图，其中11A是立体结构示意图，11B是俯视结构示意图；

图12实施例四的二维示意图；

图13实施例四的遭遇外界冲击、震动或热胀冷缩等引起变形后的二维示意图；