[发明专利]一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构及封装方法

说明书

本发明公开了一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构及封装方法，涉及碳化硅功率器件封装技术领域。包括正电极和负电极，所述正电极和负电极之间设有碳化硅功率器件，所述负电极下方设有封装基板，所述封装基板外侧设有外壳，所述封装基板下方设有散热器，所述封装基板和负电极之间设有导热层；所述导热层包括数个导热排，每个导热排包括多个相互抵触的导热金属球，所述导热金属球一端与负电极粘结，另一端与封装基板粘结，且相邻导热排的所述导热金属球之间相互抵触，并形成散热间隙。本发明可以快速有效的实现对器件内部进行散热，使内部工作环境温度较低，从而提高使用寿命。

技术领域

本发明涉及功率器件封装结构及方法技术领域，特别是涉及一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构及封装方法。

背景技术

由于Si基功率器件的性能已逼近甚至达到了其材料的本征极限， 研究人员从19世纪80年代开始就把目光转向宽禁带半导体器件，如 SiC、GaN等。宽禁带半导体器件具有高击穿电场、高热导率、耐高 温、高电子饱和速率和极佳的抗辐射能力等特性，除普遍应用于汽车 电子外，还应用军用武器系统、核能开发、航空航天、石油地质勘探 等领域，器件封装面临着高温、大温度范围的工作条件。由此导致的 可靠性问题将非常突出。例如美国NASA研制的6H-SiC掩埋栅JEFT 在600℃高温下表现出很好的低泄漏开关特性，但在此温度下只工作 了30个小时，器件性能就开始发生退化，其退化的原因经分析表明在于长期高温下接触金属的氧化问题，因此如何对器件内部工作环境进行有效散热，使其内部金属器件工作环境温度较低，成为了急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何对器件内部工作环境进行有效散热，使其内部金属器件工作环境温度较低。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，包括正电极和负电极，所述正电极和负电极之间设有碳化硅功率器件，所述负电极下方设有封装基板，所述封装基板外侧设有外壳，所述封装基板下方设有散热器，所述封装基板和负电极之间设有导热层；

所述导热层包括数个导热排，每个导热排包括多个相互抵触的导热金属球，所述导热金属球一端与负电极粘结，另一端与封装基板粘结，且相邻导热排的所述导热金属球之间相互抵触，并形成散热间隙。

技术效果：本发明在碳化硅功率器件的两侧设有与其连接的正电极和负电极，封装基板作为基座起到支架作用，设置的导热层位于负电极和封装基板之间，导热层可以将碳化硅功率器件产生的热量有效并快速的传递给封装基板，然后由封装基板连接的散热器进行散热，可以快速有效的实现对器件内部进行散热，使内部工作环境温度较低，从而提高其使用寿命，此外，本发明设置的导热层又多排导热排构成，即多个导热金属球组成，导热金属球之间相互抵触，从而形成散热间隙，导热金属球一方面可以快速的将器件上的热量传递给封装基板，另一方面可以利用构成的散热间隙来将热量传递给封装基板，两者同时进行，可以快速提高散热效率，此外，由于中心区域温度较高，导热金属球之间相互抵触，可以将中心区域的温度迅速扩散开来，向周围的导热金属球进行传递，从而可以使导热层较大面积的传递热量，减缓中心区域导热层的散热压力，从而进一步提高散热效率。

本发明进一步限定的技术方案是：相邻所述导热排的导热金属球上下平齐。

进一步的，相邻所述导热排的导热金属球交错设置。

前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，所述导热金属球相互靠近的一侧均开设有第一接触面。

前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，所述导热金属球靠近负电极的一端开设有第二接触面。

前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，所述封装基板上开设有供导热金属球嵌入的沉槽，所述沉槽的深度小于导热金属球直径的五分之一。

前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率器件封装结构，所述导热金属球由铝合金材料制成。