[发明专利]法兰、半导体功率器件和集成电路板

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种法兰、一种半导体功率器件和一种集成电路板。

背景技术

随着半导体功率器件向着更高的输出功率发展，其内部芯片的热功耗可高达几十甚至上百瓦，半导体封装的散热性和可靠性正面临严峻的挑战。射频功放管的封装结构包括如图1a所示的空腔封装和如图1b所示的塑封封装，在这两种封装结构中，芯片11通过硬焊料（例如金硅合金焊料、金锡合金焊料）或软焊料（例如高铅焊料）焊接到法兰10上，法兰10作为关键部件为芯片11提供了机械支撑和散热，因此，法兰10与芯片11之间热膨胀系数（CTE）的匹配程度以及法兰10的散热性能是影响封装性能的关键因素。

传统射频功放管的法兰包括如图2a所示的铜法兰20，和如图3所示的铜复合层法兰30。

铜法兰的导热性能较好，但热膨胀系数较大，铜法兰的热膨胀系数与芯片的热膨胀系数失配严重，当芯片尺寸较大时，两者之间会产生较大的热应力，从而导致芯片或焊料的机械可靠性明显下降。芯片与铜法兰连接的Von-Mises等效热应力仿真云图如图2b所示，该仿真模拟高铅回流过程，图中代表高热应力的深色区域面积较大，说明法兰与芯片之间存在较大的热应力。

铜复合层法兰是由铜Cu和钼Mo、钨Wu、钼铜合金、钨铜合金等材料通过银铜合金焊料叠层焊接而成。虽然钼、钨等低热膨胀系数材料的引入降低了法兰与芯片的热膨胀失配程度，但钼、钨等材料的导热率较小，与铜叠层设置后增加了芯片主散热路径上的热阻，因此，铜复合层法兰的散热能力较差，限制了功率器件输出功率的进一步提升。

如何提高半导体封装的散热性和机械可靠性是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种法兰、一种半导体功率器件和一种集成电路板，以提高半导体封装的散热性和机械可靠性。

本发明的第一方面，提供了一种法兰，包括法兰本体和嵌入所述法兰本体的嵌件，其中：

所述法兰本体具有与芯片相连接且用于导出所述芯片热量的散热锥台区和位于所述散热锥台区外侧的非散热区；

所述嵌件位于所述非散热区中，且所述嵌件的热膨胀系数与所述芯片的热膨胀系数之差的绝对值小于设定值。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述嵌件为两个嵌条，所述两个嵌条分别位于所述非散热区中、处于所述芯片的两侧的区域，且所述两个嵌条位置相对。

结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述嵌件为嵌环，所述嵌环位于所述非散热区中、处于所述芯片的周侧的区域。

结合第一方面、第一方面第一种可能的实现方式或者第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述嵌件贯穿所述非散热区。

结合第一方面、第一方面第一种可能的实现方式或者第一方面第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述嵌件未贯穿所述非散热区，所述嵌件和所述芯片位于所述非散热区的同一侧表面，或者所述嵌件和所述芯片分别位于所述非散热区的两侧表面。

结合第一方面或者第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第四种可能的实现方式中的任一种实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述设定值根据芯片的材质、芯片的尺寸和应用环境温度确定。

结合第一方面或者第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第五种可能的实现方式中的任一种实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述法兰本体的材质包括金、银或铜；

所述嵌件的材质包括钼、钨、铁镍钴合金、铁镍合金、镍、钨铜合金、钼铜合金、石墨或陶瓷。

结合第一方面或者第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第六种可能的实现方式中的任一种实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述嵌件与所述法兰本体焊接连接，所述焊接的焊料包括银铜合金焊料。

本发明的第二方面，提供了一种半导体功率器件，包括前述第一方面或者第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第七种可能的实现方式中的任一种实现方式所述的法兰以及连接于所述法兰上的芯片。

本发明的第三方面，提供了一种集成电路板，包括印刷电路板、散热器以及如前述第二方面所述的半导体功率器件，其中，

所述印刷电路板具有连接引脚以及法兰装配孔；

所述半导体功率器件的引脚与所述连接引脚对应连接，所述半导体功率器件中的法兰与所述法兰装配孔装配连接；

所述散热器与所述半导体功率器件中的法兰连接。