[发明专利]一种碳化硅功率器件封装结构

说明书

本发明提供一种碳化硅器件封装结构，包括：芯片，用于实现器件的主要功能；基板，用于连接到芯片并提供散热；塑封体，用于提供芯片和基板的外部塑封；其中基板表面的中间部位设置有凸起的键合部，芯片表面设置有凹进的键合配位部，当基板和芯片通过焊料键合时，键合部与键合配位部嵌套连接。本发明能够使得功率器件获得更低的结温，提高工作的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种碳化硅功率器件封装结构。

背景技术

相对于以硅为代表的第一代半导体和以砷化镓为代表的第二代半导体，第三代半导体材料碳化硅(SiC)具有比硅更大的禁带宽度和更高的临界击穿场强，相比同等条件下的硅功率器件，SiC的耐压程度约为硅材料的100倍，特别是近年来碳化硅器件厂商陆续推出的肖特基二极管(SBD/JBS)结构产品，耐压范围已经达到600V-1700V。同时，碳化硅具有较高的热导率和较低的本征载流子浓度，能够承受约600℃的结温，使得碳化硅器件的工作温度极限大大提高。另外，碳化硅器件的电子饱和速率较高，正向导通电阻大大减小，功率损耗大幅度地降低，适合大电流大功率运用。所以，碳化硅被认为是新一代高效能电力电子器件重要的发展方向，在新能源汽车、轨道交通、机车牵引、智能电网等领域具有广阔的应用前景。

近些年随着材料、工艺、结构的逐渐成熟，使得碳化硅器件日益小型化、高功率化，散热性在碳化硅器件可靠性设计中的重要程度愈加突显。电子器件的失效往往与其工作温度密切相关，据统计，大约占比55％的电子产品失效是由散热不良引起的温度过高或者过热的相关问题导致的。除此之外，散热不良引起的高温对电子元器件的电学特性也会有一定的影响，例如，温度的改变会引起晶体管和集成电路的电流增益变化，进而带来寄生电容、电阻等的改变，影响电信号传输特性等。因此，工业生产中需要降低碳化硅功率器件的工作温度，保证碳化硅功率器件封装良好的散热性能。

结点是微电子器件中电能集中活动并产生绝大部分热量的区域，也是芯片中的最热的部分，结点的最高允许温度被芯片的性能、可靠性、芯片和封装材料性质等条件所限制。碳化硅功率器件的热设计即通过合理的冷却方法保证碳化硅功率器件的结点温度低于结点的最高允许温度。

目前，微电子封装提供了从芯片至外部表面的传热途径，现有技术中，对于晶体管外形(Transistor Out-Line，TO)封装器件而言，热流路径主要有三种：一、芯片工作时产生的热量通过焊料层传至金属基板，再通过基板外表面将热量散至环境；二、芯片工作时产生的热量直接通过塑封材料传至外界；三、芯片工作时产生的热量通过引线传至金属管脚，通过金属管脚再传至外部环境。由于塑封材料热导率很低，引线传至金属管脚的热量有限，因此，芯片产生的热量主要是通过第一种散热路径将热量散至外部环境，然而，这样的散热量仍然难以满足日益提高的芯片功能的散热需求。

因此，亟需设计一种碳化硅功率器件的封装结构，解决现有技术的碳化硅功率器件封装散热量不足的技术问题。

发明内容

本发明提供的碳化硅功率器件的封装结构，能够针对现有技术的不足，有效提高碳化硅功率器件封装结构的散热效果。

本发明提供一种碳化硅器件封装结构，包括：

芯片，用于实现所述器件的主要功能；

基板，用于连接到所述芯片并提供散热；

塑封体，用于提供芯片和基板的外部塑封；

其中所述基板表面的中间部位设置有凸起的键合部，所述芯片表面设置有凹进的键合配位部，当所述基板和芯片通过焊料键合时，所述键合部与所述键合配位部嵌套连接。

可选地，上述键合部呈圆柱形，所述键合配合部呈圆孔型。

可选地，上述键合部与所述基板一体成型。

可选地，上述键合部与所述基板的材料均为铜。