本發(fā)明涉及電力半導體領域，特別是涉及一種功率器件。

背景技術：

現代電力電子器件具有大功率、驅動簡單和開關頻率高的優(yōu)勢，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)為柵極電壓型驅動器件，具有工作頻率高、功率密度大、可靠性高、易于串聯等優(yōu)點，在交通牽引領域、工業(yè)變頻器以及柔性直流輸電領域等高壓大功率場合得到了廣泛的應用。

現有技術中，功率器件普遍采用模塊結構，以功率器件IGBT為例，一個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芯片通過焊接方式與導熱不導電的基板連接，其余引出線利用鍵合線與外接口相連。這種焊接結構只能在導電電極的一面實現單面散熱，導致IGBT芯片與散熱器之間的熱阻較高，散熱效果不好，從而引起結溫升高，影響功率器件IGBT的正常工作，并且焊接式封裝結構采用了鍵合工藝，其內部連線過多，影響功率器件IGBT的可靠性。

針對上述單面散熱的情況，從業(yè)者提出一種全壓接式封裝結構，即：將鉬片和功率芯片等結構依次定位放置，然后壓接而成。壓接式封裝結構能夠實現雙面散熱，并且消除了鍵合線過多的影響。但是采用這種結構后，每一個功率芯片所受的壓力會隨溫度和電流的變化而變化，芯片的位置、厚度差異，封裝結構加工的不平整度，以及工作時結構內部各元件的熱脹冷縮特性帶來的差異也會使得各芯片所受壓力值發(fā)生改變。功率芯片所受壓力過大會使芯片產生機械損壞，壓力過小則會使功率芯片的結溫上升，影響功率器件的可靠性，因此壓力的均衡對于功率芯片的正常工作至關重要。另外，由于封裝結構為壓接而成，在功率器件內部需要設置多個芯片定位裝置，增加了功率器件制造的工序與成本。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種功率器件，以解決傳統功率器件由于散熱性能不好、芯片承受壓力不均勻導致可靠性低的問題。

為實現上述目的，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：導電蓋板、導電薄層、印制電路板、n個功率器件芯片和導電基板，其中n為大于1的正整數；所述印刷電路板為圓柱型；

所述n個功率器件芯片與所述印刷電路板均位于所述導電基板上；

每個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、以設定長度為半徑的圓周上，且每兩個相鄰芯片之間的距離相等；所述設定長度大于所述印刷電路板下表面的半徑；

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

每個所述功率器件芯片的輸入端電連接所述導電基板的上表面；

每個所述功率器件芯片的輸出端電連接所述導電薄層的下表面；

所述導電薄層下表面的幾何中心和所述導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；

所述導電薄層電連接所述導電蓋板，所述導電蓋板下表面的幾何中心與所述導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個導電凸臺，每個所述功率器件芯片上表面設置有一個導電凸臺，每個所述功率器件芯片的輸出端通過一個所述導電凸臺電連接所述導電薄層。

可選的，所述功率器件還包括：

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

可選的，所述側壁為剛性外殼，內部填充介質。

可選的，所述印刷電路板內部包含至少一個功率器件芯片控制端驅動信號路徑。

可選的，所述導電薄層上表面有n個水平方向貫通的凹槽；所述n個凹槽以所述導電薄層上表面幾何中心為起點，延伸至所述導電薄層邊緣；所述凹槽位于相鄰兩個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技術連接，所述元件包括所述導電蓋板、導電薄層、印制電路板、n個功率器件芯片和導電基板。

根據本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

本發(fā)明的功率器件芯片以圓周對稱分布，保證了驅動信號以及各芯片環(huán)境參數的一致性，改善了功率芯片受力不均衡的問題；將導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構中的絕大部分鍵合線，整體結構更加簡單緊湊，增加了功率器件的可靠性。

在部分具體實施例中，采用的燒結技術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。導電薄層上表面的凹槽作為導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)，保護了功率芯片表面的微敏感結構，改善了芯片工作的一致性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據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構俯視圖；

圖3為本發(fā)明功率器件的導電薄層結構俯視圖；

圖4為本發(fā)明功率器件的俯視透視圖。

具體實施方式

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

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

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：導電蓋板1、導電薄層2、印制電路板3、多個功率器件芯片4、導電基板5和多個導電凸臺6。將功率器件芯片的個數設置為n個，則n個功率器件芯片4和印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)3均位于導電基板5上。PCB板3為圓柱型，n個功率器件芯片4以圓周對稱分布，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、以設定長度為半徑的圓周上，其中設定長度需滿足大于PCB板3的下表面半徑長度。

每個功率器件芯片4的控制端通過鍵合線連接PCB板3的內部通路，PCB板3的內部通路通過接口與外部電源相連。每個功率器件芯片4的輸入端電連接導電基板5的上表面，功率器件芯片4的輸出端電連接導電薄層2的下表面，導電薄層2電連接導電蓋板1，當俯視功率器件時，導電蓋板1、導電薄層2、PCB板3和導電基板5的中心重合，這樣能夠使n個功率器件芯片4均勻對稱的分布在功率器件內部。

作為具體的實施例，功率器件芯片4可以通過導電凸臺6電連接至導電薄層2，每個功率器件芯片4上表面上均設置一個導電凸臺與功率器件芯片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，實現了雙面散熱。

導電薄層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，保護了功率芯片表面的微敏感結構，改善了芯片工作的一致性。作為具體的實施例，導電薄層2可以包括水平方向(半徑方向)貫通，縱向不貫通的凹槽9，每個凹槽9以導電薄層2上表面幾何中心為起點，延伸至導電薄層2邊緣。凹槽9位于相鄰兩個功率器件芯片4的中心連線的中垂線上，具體參見圖3，圖3為本發(fā)明功率器件的導電薄層結構俯視圖。每個凹槽9長度可變，也可以為距離導電薄層上表面幾何中心一段距離處為起點開始延伸。凹槽的設計使得導電薄層緩沖效果更佳。

本發(fā)明功率器件是指進行功率處理的，具有處理高電壓、大電流能力的半導體器件。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極，輸入端即為集電極，輸出端即為發(fā)射極。

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

金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(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。

作為一種具體的實施例，本發(fā)明的功率器件的元件連接部分均采用燒結技術連接。采用的燒結技術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壁將功率器件的側面包裹，側壁的上邊緣與導電蓋板1連接，所述側壁的下邊緣與所述導電基板5連接，側壁可以采用剛性材料制成剛性外殼，內部填充介質。側壁為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技術連接，結合了焊接與壓接的優(yōu)點，提供了雙面散熱接口，無需對封裝結構施加很大的外力，極大改善了功率芯片受力不均衡帶來的問題，所述封裝器件省去了焊接式封裝結構中的絕大部分鍵合線，整體結構更加簡單緊湊，增加了功率器件的可靠性；所述功率器件芯片以圓周對稱分布，所述驅動電路位于所述圓周的中間位置，保證了驅動信號以及各芯片環(huán)境參數的一致性，改善了并聯功率芯片電流的分布；導電薄層上表面的凹槽作為導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)，保護了功率芯片表面的微敏感結構，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流程也有不同，傳統工藝的主要流程如下：

1)焊接式：芯片生產——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——封裝外殼。

2)壓接式：芯片生產——定位與組裝(把芯片安置在封裝結構的指定位置，并安裝連接導體)——封裝外殼

本發(fā)明工藝流程：

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

在封裝中使用燒結技術，既保證了雙面散熱，無焊接線的特點；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題。

圖2為本發(fā)明功率器件的部分結構俯視圖。如圖所示功率器件芯片4以圓周對稱方式布置在導電基板5上。PCB板3內部包含至少一個功率器件芯片控制極(門極)驅動信號路徑，PCB板3包括導電層和絕緣層；導電層設置于絕緣層的內部，導電層在功率器件芯片4門極引出端子對應的位置暴露于絕緣層外部，PCB板通過鍵合線7與功率器件芯片的門極相連；PCB板3通過接口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的數量與凹槽9的數量相同，凹槽與芯片對稱布置，每個芯片布置在每兩個相鄰的凹槽中間。凹槽中線401為兩相鄰芯片外側距離凹槽最近頂點連線402的中垂線，也是兩個相鄰芯片中心連線的中垂線。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。