本發(fā)明涉及電力半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是涉及一種功率器件。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電力電子器件具有大功率、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和開(kāi)關(guān)頻率高的優(yōu)勢(shì)，輸出功率較大的電子元器件稱為功率器件，包括：大功率晶體管、晶閘管、雙向晶閘管、GTO、MOSFET、IGBT等。例如功率器件絕緣柵極雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)為柵極電壓型驅(qū)動(dòng)器件，具有工作頻率高、功率密度大、可靠性高、易于串聯(lián)等優(yōu)點(diǎn)，在交通牽引領(lǐng)域、工業(yè)變頻器以及柔性直流輸電領(lǐng)域等高壓大功率場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中，功率器件普遍采用模塊結(jié)構(gòu)，以功率器件IGBT為例，一個(gè)IGBT功率器件包含若干IGBT芯片。最初IGBT的封裝形式為焊接式，即：將IGBT芯片通過(guò)焊接方式與導(dǎo)熱不導(dǎo)電的基板連接，其余引出線利用鍵合線與外接口相連。這種焊接結(jié)構(gòu)只能在導(dǎo)電電極的一面實(shí)現(xiàn)單面散熱，導(dǎo)致IGBT芯片與散熱器之間的熱阻較高，散熱效果不好，從而引起結(jié)溫升高，影響功率器件IGBT的正常工作，并且焊接式封裝結(jié)構(gòu)采用了鍵合工藝，其內(nèi)部連線過(guò)多，影響功率器件IGBT的可靠性。

針對(duì)上述單面散熱的情況，從業(yè)者提出一種全壓接式封裝結(jié)構(gòu)，即：將鉬片和功率芯片等結(jié)構(gòu)依次定位放置，然后壓接而成。壓接式封裝結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)雙面散熱，并且消除了鍵合線過(guò)多的影響。但是采用這種結(jié)構(gòu)后，每一個(gè)功率芯片所受的壓力會(huì)隨溫度和電流的變化而變化，芯片的位置、厚度差異，封裝結(jié)構(gòu)加工的不平整度，以及工作時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部各元件的熱脹冷縮特性帶來(lái)的差異也會(huì)使得各芯片所受壓力值發(fā)生改變。功率芯片所受壓力過(guò)大會(huì)使芯片產(chǎn)生機(jī)械損壞，壓力過(guò)小則會(huì)使功率芯片的結(jié)溫上升，影響功率器件的可靠性，因此壓力的均衡對(duì)于功率芯片的正常工作至關(guān)重要。另外，由于封裝結(jié)構(gòu)為壓接而成，在功率器件內(nèi)部需要設(shè)置多個(gè)芯片定位裝置，增加了功率器件制造的工序與成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種功率器件，以解決傳統(tǒng)功率器件由于散熱性能不好、芯片承受壓力不均勻?qū)е驴煽啃缘偷膯?wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種功率器件，所述功率器件包括：導(dǎo)電蓋板、導(dǎo)電薄層、印制電路板、n個(gè)功率器件芯片和導(dǎo)電基板，其中n為大于1的正整數(shù)；所述印刷電路板為圓柱型；

所述n個(gè)功率器件芯片與所述印刷電路板均位于所述導(dǎo)電基板上；

每個(gè)所述功率器件芯片下表面的幾何中心均勻分布在以所述印刷電路板下表面幾何中心為圓心、以設(shè)定長(zhǎng)度為半徑的圓周上，且每?jī)蓚€(gè)相鄰芯片之間的距離相等；所述設(shè)定長(zhǎng)度大于所述印刷電路板下表面的半徑；

每個(gè)所述功率器件芯片的控制端通過(guò)鍵合線連接所述印刷電路板的內(nèi)部通路，所述印刷電路板的內(nèi)部通路通過(guò)接口與外部電源相連；

每個(gè)所述功率器件芯片的輸入端電連接所述導(dǎo)電基板的上表面；

每個(gè)所述功率器件芯片的輸出端電連接所述導(dǎo)電薄層的下表面；

所述導(dǎo)電薄層下表面的幾何中心和所述導(dǎo)電基板上表面的幾何中心均位于所述印刷電路板的中軸線上；

所述導(dǎo)電薄層電連接所述導(dǎo)電蓋板，所述導(dǎo)電蓋板下表面的幾何中心與所述導(dǎo)電薄層上表面的幾何中心重合。

可選的，所述功率器件還包括：

n個(gè)導(dǎo)電凸臺(tái)，每個(gè)所述功率器件芯片上表面設(shè)置有一個(gè)導(dǎo)電凸臺(tái)，每個(gè)所述功率器件芯片的輸出端通過(guò)一個(gè)所述導(dǎo)電凸臺(tái)電連接所述導(dǎo)電薄層。

可選的，所述功率器件還包括：

側(cè)壁，所述側(cè)壁將所述功率器件的側(cè)面包裹，所述側(cè)壁的上邊緣與所述導(dǎo)電蓋板連接，所述側(cè)壁的下邊緣與所述導(dǎo)電基板連接；所述側(cè)壁為所述印制電路板提供外部連接端子。

可選的，所述側(cè)壁為剛性外殼，內(nèi)部填充介質(zhì)。

可選的，所述印刷電路板內(nèi)部包含至少一個(gè)功率器件芯片控制端驅(qū)動(dòng)信號(hào)路徑。

可選的，所述導(dǎo)電薄層上表面有n個(gè)水平方向貫通的凹槽；所述n個(gè)凹槽以所述導(dǎo)電薄層上表面幾何中心為起點(diǎn)，延伸至所述導(dǎo)電薄層邊緣；所述凹槽位于相鄰兩個(gè)所述功率器件芯片的中心連線的中垂線上。

可選的，所述功率器件的元件之間的連接均采用燒結(jié)技術(shù)連接，所述元件包括所述導(dǎo)電蓋板、導(dǎo)電薄層、印制電路板、n個(gè)功率器件芯片和導(dǎo)電基板。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明的功率器件芯片以圓周對(duì)稱分布，保證了驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及各芯片環(huán)境參數(shù)的一致性，改善了功率芯片受力不均衡的問(wèn)題；將導(dǎo)電基板作為功率器件封裝的下端蓋以及功率器件封裝的輸入端電極和散熱面，導(dǎo)電蓋板作為功率器件封裝的上端蓋以及功率器件封裝的輸出端電極和散熱面，提供了雙面散熱接口，并且省去了焊接式封裝結(jié)構(gòu)中的絕大部分鍵合線，整體結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊，增加了功率器件的可靠性。

在部分具體實(shí)施例中，采用的燒結(jié)技術(shù)降低了接觸熱阻與封裝器件的整體熱阻，各元件連接更緊密，提高了封裝器件的功率密度。導(dǎo)電薄層上表面的凹槽作為導(dǎo)電薄層的薄弱處為功率芯片的熱脹冷縮提供了緩沖環(huán)節(jié)，保護(hù)了功率芯片表面的微敏感結(jié)構(gòu)，改善了芯片工作的一致性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明功率器件的正視圖；

圖2為本發(fā)明功率器件的部分結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3為本發(fā)明功率器件的導(dǎo)電薄層結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖4為本發(fā)明功率器件的俯視透視圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明功率器件的正視圖。如圖1所示，功率器件包括：導(dǎo)電蓋板1、導(dǎo)電薄層2、印制電路板3、多個(gè)功率器件芯片4、導(dǎo)電基板5和多個(gè)導(dǎo)電凸臺(tái)6。將功率器件芯片的個(gè)數(shù)設(shè)置為n個(gè)，則n個(gè)功率器件芯片4和印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)3均位于導(dǎo)電基板5上。PCB板3為圓柱型，n個(gè)功率器件芯片4以圓周對(duì)稱分布，即功率器件芯片4的下表面的幾何中心均勻分布在以PCB板3下表面幾何中心為圓心、以設(shè)定長(zhǎng)度為半徑的圓周上，其中設(shè)定長(zhǎng)度需滿足大于PCB板3的下表面半徑長(zhǎng)度。

每個(gè)功率器件芯片4的控制端通過(guò)鍵合線連接PCB板3的內(nèi)部通路，PCB板3的內(nèi)部通路通過(guò)接口與外部電源相連。每個(gè)功率器件芯片4的輸入端電連接導(dǎo)電基板5的上表面，功率器件芯片4的輸出端電連接導(dǎo)電薄層2的下表面，導(dǎo)電薄層2電連接導(dǎo)電蓋板1，當(dāng)俯視功率器件時(shí)，導(dǎo)電蓋板1、導(dǎo)電薄層2、PCB板3和導(dǎo)電基板5的中心重合，這樣能夠使n個(gè)功率器件芯片4均勻?qū)ΨQ的分布在功率器件內(nèi)部。

作為具體的實(shí)施例，功率器件芯片4可以通過(guò)導(dǎo)電凸臺(tái)6電連接至導(dǎo)電薄層2，每個(gè)功率器件芯片4上表面上均設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電凸臺(tái)與功率器件芯片4的輸出端連接。

本發(fā)明的功率器件中，導(dǎo)電基板5作為功率器件封裝的下端蓋以及功率器件封裝的輸入端電極和散熱面；導(dǎo)電蓋板1作為功率器件封裝的上端蓋以及功率器件封裝的輸出端電極和散熱面，實(shí)現(xiàn)了雙面散熱。

導(dǎo)電薄層2作為緩沖層，為功率器件芯片4的熱脹冷縮提供緩沖功能，保護(hù)了功率芯片表面的微敏感結(jié)構(gòu)，改善了芯片工作的一致性。作為具體的實(shí)施例，導(dǎo)電薄層2可以包括水平方向(半徑方向)貫通，縱向不貫通的凹槽9，每個(gè)凹槽9以導(dǎo)電薄層2上表面幾何中心為起點(diǎn)，延伸至導(dǎo)電薄層2邊緣。凹槽9位于相鄰兩個(gè)功率器件芯片4的中心連線的中垂線上，具體參見(jiàn)圖3，圖3為本發(fā)明功率器件的導(dǎo)電薄層結(jié)構(gòu)俯視圖。每個(gè)凹槽9長(zhǎng)度可變，也可以為距離導(dǎo)電薄層上表面幾何中心一段距離處為起點(diǎn)開(kāi)始延伸。凹槽的設(shè)計(jì)使得導(dǎo)電薄層緩沖效果更佳。

本發(fā)明功率器件是指進(jìn)行功率處理的，具有處理高電壓、大電流能力的半導(dǎo)體器件。例如包括：

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)；則功率器件芯片的控制端即為門(mén)極，輸入端即為集電極，輸出端即為發(fā)射極。

集成門(mén)極換流晶閘管(Integrated Gate Commutated Thyristors，IGCT)；則功率器件芯片的控制端即為門(mén)極，輸入端即為陽(yáng)極，輸出端即為陰極

金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，則功率器件芯片的控制端即為柵極，輸入端一般為漏極，輸出端為源極。

作為一種具體的實(shí)施例，本發(fā)明的功率器件的元件連接部分均采用燒結(jié)技術(shù)連接。采用的燒結(jié)技術(shù)降低了接觸熱阻與封裝器件的整體熱阻，各元件連接更緊密，提高了封裝器件的功率密度。

本發(fā)明的功率器件還可以使用側(cè)壁將功率器件的側(cè)面包裹，側(cè)壁的上邊緣與導(dǎo)電蓋板1連接，所述側(cè)壁的下邊緣與所述導(dǎo)電基板5連接，側(cè)壁可以采用剛性材料制成剛性外殼，內(nèi)部填充介質(zhì)。側(cè)壁為PCB板提供外部連接端子。

本發(fā)明功率器件中各元件連接部分采用燒結(jié)技術(shù)連接，結(jié)合了焊接與壓接的優(yōu)點(diǎn)，提供了雙面散熱接口，無(wú)需對(duì)封裝結(jié)構(gòu)施加很大的外力，極大改善了功率芯片受力不均衡帶來(lái)的問(wèn)題，所述封裝器件省去了焊接式封裝結(jié)構(gòu)中的絕大部分鍵合線，整體結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊，增加了功率器件的可靠性；所述功率器件芯片以圓周對(duì)稱分布，所述驅(qū)動(dòng)電路位于所述圓周的中間位置，保證了驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及各芯片環(huán)境參數(shù)的一致性，改善了并聯(lián)功率芯片電流的分布；導(dǎo)電薄層上表面的凹槽作為導(dǎo)電薄層的薄弱處為功率芯片的熱脹冷縮提供了緩沖環(huán)節(jié)，保護(hù)了功率芯片表面的微敏感結(jié)構(gòu)，改善了芯片工作的一致性。

本發(fā)明的功率器件制造工藝與傳統(tǒng)流程也有不同，傳統(tǒng)工藝的主要流程如下：

1)焊接式：芯片生產(chǎn)——貼片(把芯片焊接在底板上)——焊線(在芯片表面焊接引線)——填充絕緣介質(zhì)——封裝外殼。

2)壓接式：芯片生產(chǎn)——定位與組裝(把芯片安置在封裝結(jié)構(gòu)的指定位置，并安裝連接導(dǎo)體)——封裝外殼

本發(fā)明工藝流程：

芯片生產(chǎn)——燒結(jié)(把芯片與底板和各連接導(dǎo)體燒結(jié)成一體)——填充絕緣介質(zhì)——封裝外殼。

在封裝中使用燒結(jié)技術(shù)，既保證了雙面散熱，無(wú)焊接線的特點(diǎn)；又能保證充分良好的電氣接觸與熱接觸，不需要從外部施加很大壓力，從而改善壓力不均勻問(wèn)題。

圖2為本發(fā)明功率器件的部分結(jié)構(gòu)俯視圖。如圖所示功率器件芯片4以圓周對(duì)稱方式布置在導(dǎo)電基板5上。PCB板3內(nèi)部包含至少一個(gè)功率器件芯片控制極(門(mén)極)驅(qū)動(dòng)信號(hào)路徑，PCB板3包括導(dǎo)電層和絕緣層；導(dǎo)電層設(shè)置于絕緣層的內(nèi)部，導(dǎo)電層在功率器件芯片4門(mén)極引出端子對(duì)應(yīng)的位置暴露于絕緣層外部，PCB板通過(guò)鍵合線7與功率器件芯片的門(mén)極相連；PCB板3通過(guò)接口8與外部電源相連。

圖4為本發(fā)明功率器件的俯視透視圖。如圖4所示，功率器件芯片4的數(shù)量與凹槽9的數(shù)量相同，凹槽與芯片對(duì)稱布置，每個(gè)芯片布置在每?jī)蓚€(gè)相鄰的凹槽中間。凹槽中線401為兩相鄰芯片外側(cè)距離凹槽最近頂點(diǎn)連線402的中垂線，也是兩個(gè)相鄰芯片中心連線的中垂線。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。