[發明專利]一種半導體器件封裝結構

有效

• 申請號: 201710660322.2
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN107611102B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 韓榮剛;李現兵;林仲康;武偉;石浩;張朋;田麗紛;張喆
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司
• 主分類號: H01L23/32
• 分類號: H01L23/32;H01L23/48
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 吳黎

本發明提供了一種半導體器件封裝結構，包括：彈性絕緣框架，其內側具有用于固定所述半導體器件的固定槽，以夾持所述半導體器件的邊緣，所述半導體器件的第一電極從所述彈性絕緣框架的第一表面通孔引出，所述半導體器件的第二電極從所述彈性絕緣框架的第二表面通孔引出，其中所述第一表面與所述第二表面相對。該方案通過在彈性絕緣框架內設置固定槽，由固定槽夾持住半導體器件的邊緣，以固定裝配入的半導體器件，分別通過彈性絕緣框架的通孔引出半導體器件的電極，彈性接觸可以更加緊密的壓緊半導體器件，避免了現有技術中因為半導體器件與固定框架硬接觸或機械定位的余量導致的微小間隙，從而避免了因間隙放電導致的半導體器件失效。

技術領域

本發明涉及電力電子器件領域，具體涉及一種半導體器件封裝結構。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)作為電力電子系統的一種關鍵電力半導體器件已經持續增長了若干年，這是因為它使電力電子裝置和設備實現了更高的效率，也實現了小型化的設計。柔性直流輸電用IGBT器件的電流規格通常為幾kA，單顆芯片的規格不足100A。所以往往需要幾十顆IGBT芯片的并聯使用，目前的產品化IGBT器件有三種解決方案，分別是：整體式封裝、單顆IGBT芯片封裝以及十幾顆芯IGBT片組成一個子單元后再并聯的方式。其中，單顆IGBT芯片的子模組封裝具有靈活性高、替換便捷等優勢。在封裝過程中，IGBT芯片及組件的機械定位、電氣連接方式及高壓芯片的絕緣保護等直接影響到封裝后器件的性能，因此是封裝的主要考慮因素。現有的大功率IGBT芯片的封裝通常有如下兩種方案：

方案一：底板絕緣模塊式封裝，由底板，覆銅陶瓷基板，絕緣外殼等組成，芯片背面通過焊料與陶瓷覆銅面焊接，正面通過鍵合線連接到陶瓷覆銅面，陶瓷覆銅面通過刻蝕形成連接正負電極的不同區域。該方案容易因焊接疲勞導致的器件失效，并且作為非氣密性封裝，模塊內部通過灌注硅凝膠或環氧樹脂等絕緣材料來隔離芯片與外界環境(水，氣，灰塵)的接觸，但灌注材料通常也隔絕了熱量的傳遞并在長期工作過程中出現隔離效果退化的現象。

方案二：壓接式封裝，由陶瓷管殼及銅電極組成，芯片與電極通過壓力接觸。全壓接IGBT芯片封裝由上下電極配合多層材料與硅片實現全壓接式接觸，這種壓接式封裝雖然消除了方案一中因焊接疲勞導致的器件失效的現象，但是由于器件之間的硬接觸很容易導致氣隙放電，進而容易導致芯片失效；如圖1A所示，是現有的一種壓接式IGBT子模組的封裝結構，每個子模組的功率芯片以及多層金屬墊片層疊組裝于一個絕緣框架5而成，用于IGBT的絕緣框架5中必須留有柵極定位孔。柵極定位孔中放置有柵極觸點，其上部與IGBT芯片的柵極焊盤接觸，下部與導入柵極的印制電路板接觸。該框架5外部邊沿每一面均分布兩個突起的條形柱3，將每個面均分為四等分，該條形柱用于約束芯片在子模組內，在實際封裝過程中，依靠器件外部施加的數十牛壓力實現芯片7和上下功率電極6的良好連接。如圖1B所示，這種封裝結構，由于在芯片7壓入框架5時，當下功率電極6將芯片7托起時，在芯片7的絕緣終端和框架5之間容易形成一個間隙15，該間隙15約幾十微米到200微米，該間隙15形成了一個狹小的空間，而當芯片7兩個電極面加高電壓時，會在芯片7的絕緣終端周圍形成電場，此時，如果絕緣終端之間的電壓超過3000V，就會在該間隙10間發生放電，即發生間隙放電，從而導致芯片失效。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于現有技術中IGBT芯片封裝容易因氣隙放電致使芯片失效。從而提供一種半導體器件封裝結構。

有鑒于此，本發明實施例的第一方面提供了一種半導體器件封裝結構，包括：彈性絕緣框架，其內側具有用于固定所述半導體器件的固定槽，以夾持所述半導體器件的邊緣，所述半導體器件的第一電極從所述彈性絕緣框架的第一表面通孔引出，所述半導體器件的第二電極從所述彈性絕緣框架的第二表面通孔引出，其中所述第一表面與所述第二表面相對。

優選地，所述彈性絕緣框架的側面還包括：開口，所述開口用于在裝配所述半導體器件時使所述半導體器件通過所述開口裝配到所述框架中。