本發(fā)明涉及關(guān)于一種封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其涉及一種應(yīng)用于電源變換器，且可增加功率密度、減少尺寸及提升散熱效率的封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高效率、高功率密度及高可靠性一直是電力電子領(lǐng)域?qū)﹄娫醋儞Q器的要求。高效率意味著減少能耗，利于節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境，并減少使用成本。高功率密度則意味著體積小、重量輕，減少運(yùn)輸成本和空間需求，從而減少建設(shè)成本。高可靠性意味著更長(zhǎng)的使用壽命以及維護(hù)成本。在電源變換器中，半導(dǎo)體器件是決定效率的重要因素之一。為了順應(yīng)電源變換器的發(fā)展趨勢(shì)，半導(dǎo)體器件的封裝也正在朝著輕、薄、短、小的方向發(fā)展，越來(lái)越多的元器件需要放到封裝體內(nèi)，如驅(qū)動(dòng)器件、監(jiān)測(cè)器件、無(wú)源器件等；另外，隨著功率半導(dǎo)體器件封裝尺寸不斷縮小，對(duì)散熱的需求也越來(lái)越高。

對(duì)于電源變換器而言，其主要包括至少一功率器件以及用來(lái)驅(qū)動(dòng)功率器件的驅(qū)動(dòng)電路組件(包括驅(qū)動(dòng)器件和無(wú)源器件，如電容、電阻等)，而傳統(tǒng)電源變換器的封裝結(jié)構(gòu)則是利用一雙面覆銅陶瓷基板(Direct Bonded Copper-DBC；DBC)作為功率器件的安裝載板，并進(jìn)行封裝而形成封裝結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電路組件則相對(duì)于封裝結(jié)構(gòu)而另外設(shè)置。

隨著許多電子產(chǎn)品的內(nèi)部電路已朝模塊化發(fā)展以提升功率密度，電源變換器也要求將驅(qū)動(dòng)電路組件與功率器件進(jìn)行模塊化，即將驅(qū)動(dòng)電路組件與功率器件一同封裝而構(gòu)成封裝結(jié)構(gòu)。而由于驅(qū)動(dòng)電路組件實(shí)際上所傳遞或接收的電能或信號(hào)的等級(jí)相對(duì)較小，故對(duì)于通流能力(耐電流能力)的要求不高，故驅(qū)動(dòng)電路組件可做較密的布線，然而因雙面覆銅陶瓷基板的特性，雙面覆銅陶瓷基板并無(wú)法制造寬度較小或較密的布線(以0.25mm的銅厚為例，布線的線寬最小值為0.5mm)，因此上述傳統(tǒng)電源變換器的封裝結(jié)構(gòu)所使用的雙面覆銅陶瓷基板僅供對(duì)通流能力及散熱需求較高的功率器件設(shè)置，并不適合用作驅(qū)動(dòng)電路組件的布線，故無(wú)法供驅(qū)動(dòng)電路組件設(shè)置，導(dǎo)致傳統(tǒng)電源變換器 的封裝結(jié)構(gòu)無(wú)法符合朝提升功率密度的方向發(fā)展。

而由上可知，若要將驅(qū)動(dòng)電路組件整合于具有雙面覆銅陶瓷基板的電源變換器的封裝結(jié)構(gòu)中，勢(shì)必需引進(jìn)其它必要的結(jié)構(gòu)或手段于封裝結(jié)構(gòu)中，如此一來(lái)，卻又可能局限了電源變換器的封裝結(jié)構(gòu)的尺寸及布線靈活度。

因此，如何發(fā)展一種具備較小尺寸，并具有較佳散熱效率的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，實(shí)為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域者目前所迫切需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，其將功率器件設(shè)置在通流及散熱能力較好的第一載板上，將驅(qū)動(dòng)電路組件設(shè)置在布線能力較好的第二載板上，并在第二載板上開設(shè)對(duì)應(yīng)于功率器件的貫穿孔，使第二載板設(shè)置在第一載板上時(shí)，功率器件可穿設(shè)而容置于對(duì)應(yīng)的貫穿孔內(nèi)，如此一來(lái)，本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)不但具備較小尺寸及較佳散熱效率的優(yōu)勢(shì)，且可以有效縮短功率器件與驅(qū)動(dòng)電路組件間的電性連接距離，進(jìn)而減少線路阻抗及寄生參數(shù)，進(jìn)而更適用于較高頻率的模塊封裝。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的一較廣實(shí)施方式為提供一種封裝結(jié)構(gòu)，其包含第一載板、第二載板、引導(dǎo)組件及封裝體；第一載板的第一上表面上設(shè)置至少一功率器件；第二載板設(shè)置于第一上表面上，且包含驅(qū)動(dòng)電路組件及至少一貫穿孔，其中驅(qū)動(dòng)電路組件設(shè)置于第二載板的第二上表面上，用以驅(qū)動(dòng)功率器件，貫穿孔與功率器件相對(duì)應(yīng)設(shè)置，當(dāng)?shù)诙d板設(shè)置于第一上表面上時(shí)，貫穿孔供功率器件穿設(shè)；引導(dǎo)組件包括第一引導(dǎo)腳及第二引導(dǎo)腳，第一導(dǎo)引腳與驅(qū)動(dòng)電路組件導(dǎo)接；第二導(dǎo)引腳與功率器件導(dǎo)接；封裝體包覆第一載板、第二載板、部份第一導(dǎo)引腳及部份第二導(dǎo)引腳，且第一導(dǎo)引腳及第二導(dǎo)引腳部份外露于封裝體。

本發(fā)明的另一實(shí)施方式為提供一種封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包含步驟：(a)將功率器件設(shè)置于第一載板上；(b)將驅(qū)動(dòng)電路組件設(shè)置于第二載板上，將第一導(dǎo)引腳及第二導(dǎo)引腳貼裝到第一載板及/或第二載板上，其中第二載板具有至少一貫穿孔；(c)將第二載板設(shè)置于第一載板上，并使功率器件穿設(shè)貫穿孔；(d)將第一載板、第二載板、功率器件、驅(qū)動(dòng)電路組件、第一導(dǎo)引 腳及第二導(dǎo)引腳進(jìn)行電氣連接；(e)利用封裝體將第一載板、第二載板、功率器件、驅(qū)動(dòng)電路組件、第一導(dǎo)引腳及第二導(dǎo)引腳進(jìn)行封裝，且使第一導(dǎo)引腳及第二導(dǎo)引腳部分外露于封裝體；以及(f)將外露于封裝體外的第一導(dǎo)引腳及第二導(dǎo)引腳切邊成型。

本發(fā)明至少具有以下有益效果之一：

本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)不但具備較小尺寸及較佳散熱效率的優(yōu)勢(shì)，且可以有效縮短功率器件與驅(qū)動(dòng)電路組件間的電性連接距離，進(jìn)而減少線路阻抗及寄生參數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所示的封裝結(jié)構(gòu)的第二載板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3A至3F為圖1所示的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖。

圖4為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明第四較佳實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【符號(hào)說(shuō)明】

1：封裝結(jié)構(gòu)

10、60：第一載板

11：第二載板

12、42、52、62：第一導(dǎo)引腳

13、43、53、63：第二導(dǎo)引腳

14：封裝體

15：黏接材料

16：鍵合引線

50：墊高部

100：第一上表面

101：功率器件

110：第二上表面

111：驅(qū)動(dòng)電路組件

112：貫穿孔

具體實(shí)施方式

體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的一些典型實(shí)施例將在后段的說(shuō)明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的方式上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說(shuō)明及附圖在本質(zhì)上當(dāng)作說(shuō)明之用，而非用以限制本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1及圖2，其中圖1為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1所示的封裝結(jié)構(gòu)的第二載板的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1及圖2所示，本實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)1可為但不限于應(yīng)用于電源變換器，且包含第一載板10、第二載板11、導(dǎo)引組件及封裝體14。導(dǎo)引組件與第一載板10及/或第二載板11組接，且包含第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13。第一載板10包含一第一上表面100，且第一上表面100上設(shè)置至少一功率器件101，例如圖1所示的兩個(gè)功率器件101。第二載板11設(shè)置于第一載板10的第一上表面100上，且具有一第二上表面110以及至少一貫穿孔112，其中，第二上表面110上設(shè)置驅(qū)動(dòng)電路組件111，驅(qū)動(dòng)電路組件111用來(lái)驅(qū)動(dòng)功率器件101的運(yùn)作，且一般包括驅(qū)動(dòng)器件和無(wú)源器件，而無(wú)源器件包括如電容、電阻等。貫穿孔112，例如圖1所示的兩個(gè)貫穿孔112分別貫穿第二載板11(如圖2所示)，且每一貫穿孔112與對(duì)應(yīng)的功率器件101相對(duì)應(yīng)設(shè)置，每一貫穿孔112用以當(dāng)?shù)诙d板11設(shè)置于第一載板10的第一上表面100上時(shí)，供功率器件101穿設(shè)而容置功率器件101。于本實(shí)施例中，第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13均設(shè)置于第二載板11上。封裝體14包覆第一載板10、第二載板11、部份第一導(dǎo)引腳12及部份第二導(dǎo)引腳13，且使第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13部份外露于封裝體14。

于本實(shí)施例中，外露于封裝體14的第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13可插接于一系統(tǒng)電路板上。此外，封裝結(jié)構(gòu)1還具有黏接材料15，設(shè)置于第一載板10和第二載板11之間，使第一載板10和第二載板11可通過(guò)黏接材料15的黏接而相互組接，更進(jìn)一步，第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13也通過(guò)黏接材料15而黏接設(shè)置于第二載板11上，功率器件101及驅(qū)動(dòng)電路組件111也通過(guò)黏接材料15而黏接設(shè)置于第一載板10上，其中，黏接材料15可為但不限于焊料(solder)、環(huán)氧樹脂(epoxy)等。當(dāng)然，封裝結(jié)構(gòu)1可具有鍵合引線16，而第一載板10及第二載板11還分別具有布線，因此封裝結(jié)構(gòu)1 的功率器件101、驅(qū)動(dòng)電路組件111、第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13彼此間便可選擇性地利用鍵合引線16、第一載板10上的布線、第二載板11上的布線及焊料等而導(dǎo)接，例如圖1所示，第一導(dǎo)引腳12通過(guò)第二載板11的布線及黏接材料15而與驅(qū)動(dòng)電路組件111導(dǎo)接，驅(qū)動(dòng)電路組件111以及功率器件101之間則通過(guò)鍵合引線16與第二載板11的布線導(dǎo)接，兩個(gè)功率器件101之間也可通過(guò)鍵合引線16相互導(dǎo)接，然導(dǎo)接方式并不以此為限，可依據(jù)封裝結(jié)構(gòu)1內(nèi)的電路布局的不同而有所變化。此外，封裝體14可為但不限于由塑酯所構(gòu)成。至于第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13則可由同一引線框架所構(gòu)成或由不同的引線框架所構(gòu)成。又于一些實(shí)施例中，如圖1所示，第一導(dǎo)引腳12可與驅(qū)動(dòng)電路組件111導(dǎo)接，第二導(dǎo)引腳13可與功率器件101導(dǎo)接，然第一導(dǎo)引腳12與第二導(dǎo)引腳13的連接關(guān)系并不局限于此，第一導(dǎo)引腳12與第二導(dǎo)引腳13可分別連接于功率器件101及驅(qū)動(dòng)電路組件111的其中之一，端依實(shí)際設(shè)計(jì)需求所決定。

于其他實(shí)施例中，第二載板11上的貫穿孔112個(gè)數(shù)及設(shè)置位置可對(duì)應(yīng)于第一載板10上功率器件101的個(gè)數(shù)及設(shè)置位置，當(dāng)然，也可以根據(jù)不同應(yīng)用和散熱設(shè)計(jì)的要求，而選擇合適的個(gè)數(shù)及設(shè)置位置。此外，如圖2所示，貫穿孔112的形狀除了長(zhǎng)方形的形狀外，也可以是圓形、六邊形、菱形等等，貫穿孔112的尺寸和形狀主要取決于功率器件101的尺寸及第一載板10、第二載板11的裝配要求，而較佳為貫穿孔112的尺寸實(shí)際上大于所對(duì)應(yīng)的功率器件101的尺寸。黏接材料15既可以是導(dǎo)電材料也可以是不導(dǎo)電材料，且黏接材料15的厚度一般大于20um；此外，第一載板10、第二載板11的面積也可隨設(shè)計(jì)需求而有所變化，一般來(lái)說(shuō)，第一載板10的面積小于第二載板11，但是考慮到散熱需求，第一載板10的面積也可以大于第二載板11。又根據(jù)不同的功率器件101也可使用不同的載板材質(zhì)，若功率器件101為垂直型功率器件101，如垂直型MOS、垂直型IGBT等，第一載板10一般會(huì)包含一層絕緣層，以第一載板10是雙面覆銅陶瓷基板為例，絕緣層就是其中的陶瓷層

另外，于上述實(shí)施例中，第一載板10的通流能力及散熱效率優(yōu)于第二載板11的通流能力及散熱效率，故第一載板10供需要較高通流能力及散熱要求的功率器件101來(lái)設(shè)置，第二載板11的布線能力優(yōu)于第一載板10，故 第二載板11供對(duì)布線能力要求較高的驅(qū)動(dòng)電路組件111來(lái)設(shè)置。而對(duì)應(yīng)上述內(nèi)容，第一載板10可為雙面覆銅陶瓷基板，第二載板11可為印制電路板(PCB-Print Circuit Board；PCB)或金屬絕緣基板(Insulated Metal Substrate；IMS)。而由于本發(fā)明利用布線能力較佳的第二載板11來(lái)設(shè)置驅(qū)動(dòng)電路組件111，故第二載板11上便可相對(duì)制造寬度較小的布線，以符合驅(qū)動(dòng)電路組件111的要求，且因本發(fā)明也利用散熱效率較優(yōu)的第一載板10來(lái)設(shè)置對(duì)散熱需求較高的功率器件101，便可提升功率器件101的散熱效率。更進(jìn)一步，由于本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)1的第一載板10與第二載板11重疊設(shè)置，且于第一載板10與第二載板11組接時(shí)，功率器件101穿設(shè)貫穿孔112，如此一來(lái)，使本發(fā)明具備較小尺寸，例如水平方向尺寸的優(yōu)勢(shì)。另外，由于貫穿孔112的設(shè)置位置可根據(jù)功率器件101的設(shè)置位置而進(jìn)行相對(duì)應(yīng)設(shè)置，故驅(qū)動(dòng)電路組件111可與功率器件101相鄰設(shè)置，如此可以有效縮短功率器件101與驅(qū)動(dòng)電路組件111間的電性連接距離，進(jìn)而減少線路阻抗及寄生參數(shù)，因此本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)1更適用于較高頻率(>500kHz)的模塊封裝，以達(dá)成在高頻化下電壓尖峰的抑制。

請(qǐng)參閱圖3A至圖3F，其為圖1所示的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖。如圖3A至圖3F所示，本實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)1的制造方法的流程包括下列步驟。首先，參照?qǐng)D3A所示，將功率器件101通過(guò)黏接材料15黏接到第一載板10(如雙面覆銅陶瓷基板)上。并接續(xù)參照?qǐng)D3B，將驅(qū)動(dòng)電路組件111貼裝到開了貫穿孔112的第二載板11(如印制電路板)上，其中貫穿孔112的位置和數(shù)量與功率器件101的位置和數(shù)量相對(duì)應(yīng)，將第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13貼裝到第一載板10及/或該第二載板11上。然后，參照?qǐng)D3C，通過(guò)黏接材料15將第一載板10和第二載板11黏接在一起，并使功率器件101穿設(shè)貫穿孔112。接著，參照?qǐng)D3D，通過(guò)鍵合引線16、第一載板10上的布線和第二載板11上的布線等使封裝體14內(nèi)的多個(gè)組件實(shí)現(xiàn)電氣連接。然后，參照?qǐng)D3E，通過(guò)模塊化技術(shù)而利用封裝體14將圖3D所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝。最后，參照?qǐng)D3F，分別將第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13切邊成型，進(jìn)而完成封裝結(jié)構(gòu)1。于一些實(shí)施例中，圖3B及圖3C所示的封裝結(jié)構(gòu)的制造步驟的順序可互換。另外，當(dāng)黏接材料15為導(dǎo)電材料時(shí)，可通過(guò)鍵合引線16、第一載板10上的布線和第二載板11上的布線及黏接材料15而使封 裝體14內(nèi)的多個(gè)組件實(shí)現(xiàn)電氣連接。于一些實(shí)施例中，在圖3B所示的封裝結(jié)構(gòu)的制造步驟之前還可包括在第二載板11上開設(shè)貫穿孔112的步驟。

請(qǐng)參閱圖4，其為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)1與圖1所示的封裝結(jié)構(gòu)1相似，故以相同的附圖標(biāo)記代表電路結(jié)構(gòu)及功能相似而不再贅述。然相較于圖1的封裝結(jié)構(gòu)1的第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13均設(shè)置于第二載板11上，本實(shí)施例中的第一導(dǎo)引腳42及第二導(dǎo)引腳43改為均設(shè)置于第一載板10上，如此一來(lái)，通過(guò)第一載板10具有優(yōu)異通流能力的優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)施例的第一導(dǎo)引腳42及第二導(dǎo)引腳43便可充分利用第一載板10上較佳的通流能力來(lái)傳導(dǎo)較大的電流。此外，由于第一導(dǎo)引腳42與第二導(dǎo)引腳43均設(shè)置于第一載板10上，功率器件101產(chǎn)生的熱能可以經(jīng)由第一載板10而傳導(dǎo)至第一導(dǎo)引腳42與第二導(dǎo)引腳43上，第一導(dǎo)引腳42與第二導(dǎo)引腳43將熱能導(dǎo)出封裝結(jié)構(gòu)1，而因第一載板10的導(dǎo)熱效率較佳，故本實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)1可進(jìn)一步提升散熱效率。

請(qǐng)參閱圖5，其為本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)1與圖1所示的封裝結(jié)構(gòu)1相似，故以相同的附圖標(biāo)記代表電路結(jié)構(gòu)及功能相似而不再贅述。惟相較于圖1將第一導(dǎo)引腳12及第二導(dǎo)引腳13均設(shè)置于第二載板11上，于本實(shí)施例中，第一導(dǎo)引腳52設(shè)置于第二載板11上，第二導(dǎo)引腳53則設(shè)置于第一載板10上，而因第二導(dǎo)引腳53實(shí)際上是與功率器件101導(dǎo)接，故將第二導(dǎo)引腳53設(shè)置于第一載板10上而使第二導(dǎo)引腳53滿足功率器件101對(duì)通流的要求，至于第一導(dǎo)引腳52因與驅(qū)動(dòng)電路組件111導(dǎo)接，又驅(qū)動(dòng)電路組件111所接收的信號(hào)或電壓為相對(duì)較低等級(jí)，故第一導(dǎo)引腳52通過(guò)的電流相對(duì)很小，因此第一導(dǎo)引腳52便設(shè)置于鄰近驅(qū)動(dòng)電路組件111的第二載板11上。此外，于本實(shí)施例中，因第二載板11堆棧在第一載板10上后，第一載板10的第一上表面100的水平位置低于第二載板11的第二上表面110的水平位置，故為了使設(shè)置于第一載板10上的第二導(dǎo)引腳53與設(shè)置于第二載板11上的第一導(dǎo)引腳52在外露于封裝體14時(shí)的水平高度相同，第二導(dǎo)引腳53還包含一墊高部50，由第二導(dǎo)引腳53的一端所延伸構(gòu)成，并設(shè)置于第一載板10上，且墊高部50的厚度與第二載板11的厚度相同，用以使設(shè)置于第一載板10上 的第二導(dǎo)引腳53與設(shè)置于第二載板11上的第一導(dǎo)引腳52外露于封裝體14時(shí)的水平高度相同。

于一些實(shí)施例中，若功率器件101為平面型功率器件101(如氮化鎵-GaN)，則用來(lái)設(shè)置功率器件101的第一載板10可以不包含絕緣層，例如圖6所示，第一載板60由引線框架所構(gòu)成，此外，于圖6所示的實(shí)施例中，第一導(dǎo)引腳62及第二導(dǎo)引腳63也可由引線框架構(gòu)成，因此，第一載板60、第一導(dǎo)引腳62及第二導(dǎo)引腳63實(shí)際上是一體成型。

綜上所述，本發(fā)明提供一種封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，其將功率器件設(shè)置在通流及散熱能力較好的第一載板上，將驅(qū)動(dòng)電路組件設(shè)置在布線能力較好的第二載板上，并在第二載板上開設(shè)對(duì)應(yīng)于功率器件的貫穿孔，使第二載板設(shè)置在第一載板上時(shí)，功率器件可穿設(shè)而容置于對(duì)應(yīng)的貫穿孔內(nèi)，如此一來(lái)，本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)不但具備較小尺寸及較佳散熱效率的優(yōu)勢(shì)，且可以有效縮短功率器件與驅(qū)動(dòng)電路組件間的電性連接距離，進(jìn)而減少線路阻抗及寄生參數(shù)，進(jìn)而更適用于較高頻率的模塊封裝。

本發(fā)明得由本領(lǐng)域技術(shù)人員任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附權(quán)利要求所欲保護(hù)者。