柔性连接件、半导体封装结构及封装方法与流程

1.本技术涉及半导体封装技术领域，特别涉及柔性连接件、半导体封装结构及封装方法。


背景技术：

2.随着电动汽车的发展，功率半导体模块已成为电驱动系统的核心器件之一。其中最主要、最关键的技术问题为功率半导体器件在处理高电压，大电流时会产生功率损耗，导致温度最高达到150～175℃，周围部件随之也产生温度的变化。各个连接端的不同材料的热膨胀系数不同，在温度变化下的热膨胀量的不匹配导致各部件之间连接界面产生较大的应力，在长期工作中，容易导致连接界面的应力疲劳失效。在汽车的应用中，不同道路工况会导致车身及其零部件的振动，当功率半导体内部电气连接与驱动板为刚性连接时，产生随机振动时容易产生机械损伤积累，长期工作中降低了连接结构的可靠性。次要问题为在传统的封装连接电路中，一般采用回流焊或者打线键合的方式连接内部电路和外部驱动电路及输入输出功率回路。在功率加载时，常见的失效形式为键合点或者焊接面。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种柔性连接件、半导体封装结构及封装方法，以解决相关技术中功率半导体器件在处理高电压、大电流时会产生功率损耗，导致温度最高达到150摄氏度～175摄氏度，周围部件也随之产生温度变化，各连接端的材料的热膨胀系数不同，在温度变化下热膨胀系数不匹配导致各部件之间连接界面产生较大的应力，容易导致连接界面的应力疲劳失效的技术问题。
4.第一方面，本技术提供一种柔性连接件，包括：
5.第一连接结构，与所述柔性内芯件的顶端连接，用于与半导体的驱动控制板电连接；
6.第二连接结构，与所述柔性内芯件的底端连接，具有焊接脚，用于与半导体的衬板覆铜面连接；
7.柔性内芯结构，包括柔性内芯件，连接于第一连接结构与第二连接结构之间；
8.柔性包芯结构，采用柔性绝缘耐高温材质的材料制成，包覆所述柔性内芯件；
9.卡接结构，凸设于所述第一连接结构的下部外周，用于卡入半导体盖板的盖板孔内。
10.一些实施例中，所述柔性内芯件采用纯铜、铜合金、纯铝或铝合金材质的材料制成。
11.一些实施例中，所述柔性内芯结构的厚度范围为0.5mm-2mm。
12.一些实施例中，所述第一连接结构形状为长方体、圆柱体或压接针眼结构，其外部镀层厚度范围可为0.2μm-2μm。
13.一些实施例中，所述卡接结构为凸设于所述第一连接结构的下部外周并对称设置
的一对三角翼，一对所述三角翼的外斜面由上至下自所述第一连接结构的外周面向外倾斜。
14.一些实施例中，所述第一连接结构的中下部对应于一对所述三角翼处开设有沉槽。
15.一些实施例中，所述焊接脚的厚度为0.2mm-3mm。
16.第二方面，本技术提供了一种半导体封装结构，其特征在于，包括外壳、卡设于外壳卡槽内的盖板，所述盖板具有多个盖板孔，以及设于所述外壳内的：
17.绝缘衬板，所述绝缘衬板具有衬板覆铜面；
18.如上所述的柔性连接件组成的连接件阵列，所述连接件阵列中的每一个所述卡接结构卡接入所述盖板孔内，所述柔性连接件的第一连接结构用于与所述半导体的驱动控制板电连接，所述第二连接结构与所述衬板覆铜面连接。
19.一些实施例中，所述第一连接结构与所述驱动控制板的连接部设有镀层，所述镀层为锡层或银层。
20.一些实施例中，所述焊接脚底面通过超声波焊接、摩擦焊接或激光焊接方式与所述衬板覆铜面连接。
21.第三方面，本技术提供了一种半导体封装方法，包括以下步骤：
22.将多个柔性连接件的第二连接结构焊接固定于衬板覆铜面上；
23.将多个柔性连接件的卡接结构卡入盖板板的盖板孔内；
24.将多个柔性连接件的盖板卡入外壳的卡槽内；
25.将多个柔性连接件的第一连接结构均与驱动控制板电连接。
26.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
27.本技术实施例提供了一种柔性连接件，通过在第一连接结构和第二连接结构之间的柔性内芯件外周包覆柔性包芯结构，可降低在温度变化下各部件之间连接界面之间产生的应力，从而避免连接界面的应力疲劳失效的情况发生，并且可以减少半导体封装结构在应用中因振动导致产生机械应力损伤积累，避免连接部分的机械疲劳失效的情况发生。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本技术实施例提供的柔性连接件的结构示意图；；
30.图2为本技术实施例提供的柔性连接件的另一结构示意图；
31.图3为本技术实施例提供的柔性连接件和衬板的覆铜面的安装示意图；
32.图4为本技术实施例提供的柔性连接件和衬板的覆铜面的安装示意图；
33.图5为本技术实施例提供的柔性连接件和盖板的安装示意图；
34.图6为图5圆中的放大结构示意图。
35.图中：10、柔性连接件；11、第一连连接结构；12、三角翼；13、沉槽；14、柔性包芯结构；15、柔性内芯件；16、第二连接结构；20、覆铜面；30、盖板；31、盖板孔。
具体实施方式
36.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.本技术实施例提供了一种柔性连接件，其能解决功率半导体器件在处理高电压、大电流时会产生功率损耗，导致温度最高达到150摄氏度～175摄氏度，周围部件也随之产生温度变化，各连接端的材料的热膨胀系数不同，在温度变化下热膨胀系数不匹配导致各部件之间连接界面产生较大的应力，容易导致连接界面的应力疲劳失效的技术问题。
38.第一方面，请参考图1和图2，本技术提供一种柔性连接件，包括第一连接结构11、第二连接结构16、柔性内芯结构、柔性包芯结构14和卡接结构，柔性内芯结构包括柔性内芯件，第一连接结构11连接于所述柔性内芯件15的顶端，用于与半导体的驱动控制板电连接；第二连接结构16连接于所述柔性内芯件15的底端，具有焊接脚，用于与半导体的衬板覆铜面20连接；柔性包芯结构14采用柔性绝缘耐高温材质的材料制成，包覆所述柔性内芯件15；卡接结构凸设于所述第一连接结构11的下部外周，用于卡入盖板孔31半导体盖板30的盖板孔31内。
39.本技术实施例提供了一种柔性连接件，通过在两端头的第一连接结构11和第二连接结构16之间的柔性内芯件15外周包覆柔性包芯结构14，降低柔性内芯件15在温度变化下的曲率变化值，从而避免由于柔性内芯件15在温度变化情况下产生的热胀冷缩形变导致的曲率变化过大，而引发柔性内芯件15两端头第一连接结构11与驱动控制板之间的连接界面以及第二连接结构16与衬板覆铜面20之间的连接界面之间产生的较大应力，导致第一连接结构11与驱动控制板之间的连接界面以及第二连接结构16与衬板覆铜面20之间的连接界面的应力疲劳失效的情况发生，柔性连接件10柔性连接驱动控制板和衬板覆铜面20，可以减少半导体封装结构在应用中因振动导致产生机械应力损伤积累，避免连接部分的机械疲劳失效的情况发生。
40.在一实施例中，所述柔性内芯件15采用纯铜、铜合金、纯铝或铝合金材质的材料制成，以具有良好的导电功能。
41.在一实施例中，所述柔性内芯结构的厚度范围为0.5mm-2mm。
42.在一实施例中，所述第一连接结构11形状为长方体、圆柱体或压接针眼结构，只要可以实现与驱动控制板电连接即可，所述第一连接结构11和驱动控制板之间的连接处可设有镀层，厚度范围可为0.2μm-2μm。
43.在一实施例中，所述卡接结构为凸设于所述第一连接结构11的下部外周并对称设置的一对三角翼12，一对所述三角翼12的外斜面由上至下自所述第一连接结构11的外周面向外倾斜形成一对倒刺，以实现可以卡接于盖板孔31处。
44.在一实施例中，所述第一连接结构11的中下部对应于一对所述三角翼12处开设有沉槽13，减少一对所述三角处的第一连接结构11的宽度，避免其与盖板孔31的孔边沿处发生物理接触，磨损盖板孔31导致盖板孔31增大，引发卡接连接失效的情况发生。较具体地，一对所述三角翼12凸设于开设于第一连接结构11外周的沉槽13的槽底，以最大限度地避让出除一对三角翼12外的外圈空间，最大限度地降低对盖板孔31边沿的接触磨损。
45.在一实施例中，所述柔性包芯结构14采用耐高压耐高温的绝缘材料例如交联聚乙烯制成，更具体地，采用绝缘胶皮包覆所述柔性内芯件15外周或者采用绝缘胶套套设于柔性内芯件15的外周。
46.在一实施例中，所述柔性包芯结构14包覆所述柔性内芯件15外周的大部分面积。较具体地，所述柔性包芯结构14包覆柔性内芯件15除了两近端部的大部分面积，为柔性内芯件15在温度上升后热胀冷缩提供形变缓冲作用，避免其形变过大或曲率变化过大导致第一连接结构11和驱动控制板以及第二连接结构16和衬板的覆铜面20之间的连接处应力过大，引发连接处连接界面的应力疲劳失效。
47.在一实施例中，所述焊接脚为厚度均匀的块状结构，其厚度为0.2mm-3mm，可以依据不同的应用情况进行调整。
48.第二方面，本技术提供了一种半导体封装结构，包括外壳、卡设于外壳卡槽内的盖板30，所述盖板30具有多个盖板孔31，以及设于所述外壳内的绝缘衬板和如上所述的的柔性连接件10组成的连接件阵列，所述绝缘衬板具有衬板覆铜面20；如图5和图6所示，所述连接件阵列中的每一个所述卡接结构卡接入所述盖板孔31内，所述柔性连接件10的第一连接结构11用于与所述半导体的驱动控制板电连接，如图3-4所示，所述第二连接结构16与所述衬板覆铜面20连接。
49.本技术通过在盖板30上开设多个盖板孔31，以保证每个柔性连接件10连接的部件信号连接端的位置精度，降低工艺过程一致性控制的难度；通过柔性连接件10连接衬板覆铜面20和驱动控制板，在柔性内芯件15外包覆柔性包芯结构14，避免功率半导体器件在处理高电压、大电流时产生功率损耗，温度上升至150℃-175℃，周围部件也随之产生温度变化，各部件的热膨胀系数不同，导致各部件之间的连接界面产生较大的应力，容易导致连接界面的应力疲劳失效的问题产生，并且在半导体封装结构在具体应用的过程中起到缓振作用，从而进一步提升其耐久耐损耗能力。
50.在一实施例中，所述第一连接结构11与所述驱动控制板的连接部设有镀层，所述镀层为锡层或银层。
51.在一实施例中，所述焊接脚底面通过超声波焊接、摩擦焊接或激光焊接方式代替传统的回流焊或者打线键合连接方式与所述衬板覆铜面20连接，可以提高半导体封装结构模块的应用温度，以达到更高的寿命可靠性要求。
52.第三方面，基于同一发明构思，本技术提供了一种半导体封装方法，包括以下步骤：
53.步骤s1、将多个柔性连接件10的第二连接结构16焊接固定于衬板覆铜面20上；
54.步骤s2、将多个柔性连接件10的卡接结构卡入盖板30板的盖板孔31内；
55.步骤s3、将多个柔性连接件10的盖板30卡入外壳的卡槽内；
56.步骤s4、将多个柔性连接件10的第一连接结构11均与驱动控制板电连接。
57.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连
接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
58.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
59.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种柔性连接件，其特征在于，包括：柔性内芯件第一连接结构，柔性内芯件用于与半导体的驱动控制板电连接；第二连接结构，柔性内芯件具有焊接脚，用于与半导体的衬板覆铜面连接；柔性内芯结构，包括柔性内芯件，连接于第一连接结构与第二连接结构之间；柔性包芯结构，采用柔性绝缘耐高温材质的材料制成，包覆所述柔性内芯件；卡接结构，凸设于所述第一连接结构的下部外周，用于卡入半导体盖板的盖板孔内。2.如权利要求1所述的柔性连接件，其特征在于，所述柔性内芯件采用纯铜、铜合金、纯铝或铝合金材质的材料制成。3.如权利要求1所述的柔性连接件，其特征在于，所述第一连接结构形状为长方体、圆柱体或压接针眼结构。4.如权利要求1所述柔性连接件，其特征在于，所述卡接结构为凸设于所述第一连接结构的下部外周并对称设置的一对三角翼，一对所述三角翼的外斜面由上至下自所述第一连接结构的外周面向外倾斜。5.如权利要求4所述的柔性连接件，其特征在于，所述第一连接结构的中下部对应于一对所述三角翼处开设有沉槽。6.一种半导体封装结构，其特征在于，包括外壳、卡设于外壳卡槽内的盖板，所述盖板具有多个盖板孔，以及设于所述外壳内的绝缘衬板，所述绝缘衬板具有衬板覆铜面；如权利要求1-5任一项所述的柔性连接件组成的连接件阵列，所述连接件阵列中的每一个所述卡接结构卡接入所述盖板孔内，所述柔性连接件的第一连接结构用于与所述半导体的驱动控制板电连接，所述第二连接结构与所述衬板覆铜面连接。7.如权利要求6所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第一连接结构与所述驱动控制板的连接部设有镀层，所述镀层为锡层或银层。8.如权利要求6所述的半导体封装结构，其特征在于，所述焊接脚底面通过超声波焊接、摩擦焊接或激光焊接方式与所述衬板覆铜面连接。9.一种应用于权利要求6-8任一项所述的半导体封装结构中的半导体封装方法，其特征在于，包括以下步骤：将多个柔性连接件的第二连接结构焊接固定于衬板覆铜面上；将多个柔性连接件的卡接结构卡入盖板板的盖板孔内；将多个柔性连接件的盖板卡入外壳的卡槽内；将多个柔性连接件的第一连接结构均与驱动控制板电连接。

技术总结
本申请涉及一种柔性连接件、半导体封装结构及封装方法，柔性连接件包括第一连接结构、第二连接结构、柔性内芯结构、柔性包芯结构和卡接结构，柔性包芯结构采用柔性绝缘耐高温材质的材料制成，包覆柔性内芯件外周；卡接结构凸设于第一连接结构的下部外周。本申请提供的一种柔性连接件，通过在第一连接结构和第二连接结构之间的柔性内芯件外周包覆柔性包芯结构，以降低在温度变化下各部件之间连接界面之间产生的应力，从而避免连接界面的应力疲劳失效的情况发生，并且可以减少半导体封装结构在应用中因振动导致产生机械应力损伤积累，避免连接部分的机械疲劳失效的情况发生。连接部分的机械疲劳失效的情况发生。连接部分的机械疲劳失效的情况发生。


技术研发人员：牛春草 余辰将 焦双凤 王民
受保护的技术使用者：智新半导体有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/20