[發(fā)明專利]懸浮壓接功率半導(dǎo)體模塊

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911157725.0
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN111261619A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊成標;董明;劉婧;劉鵬;肖彥;李新安;段彬彬;朱玉德
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北臺基半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/31;H01L23/367
• 代理公司: 襄陽嘉琛知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42217
• 代理人: 嚴崇姚

本發(fā)明的名稱為懸浮壓接功率半導(dǎo)體模塊。屬于高壓功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。它主要是解決現(xiàn)有芯片和電極片通過焊料高溫焊接而存在焊接應(yīng)力和焊接空洞的問題。它的主要特征是：包括模塊底板，絕緣導(dǎo)熱片，金屬A、K電極，上、下鉬圓片，功率半導(dǎo)體芯片，門極組件，模塊塑料外殼；上鉬圓片中心設(shè)有安裝孔；門極引線組件卡入該安裝孔內(nèi)定位；金屬A電極、下鉬圓片、功率半導(dǎo)體芯片、上鉬圓片、門極引線組件和金屬K電極依次為壓接接觸。本發(fā)明具有可消除芯片高溫焊接產(chǎn)生的形變和應(yīng)力，能滿足客戶對模塊產(chǎn)品提出的高電壓、大電流要求的特點，主要用于高壓軟啟動電源、高壓靜止無功補償電源、高壓脈沖功率電源、高壓直流輸電等領(lǐng)域的高壓半導(dǎo)體器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高壓功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種懸浮壓接功率半導(dǎo)體模塊。具體為一種性能有大幅度改善的大電流功率半導(dǎo)體模塊。主要應(yīng)用于UPS電源、高壓軟啟動電源、高壓靜止無功補償電源、高壓直流輸電等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體模塊芯片，其內(nèi)部構(gòu)造是：半導(dǎo)體芯片+稀有金屬鉬通過焊料高溫焊接而成，由于單晶硅晶片和金屬鉬之間存在焊接應(yīng)力導(dǎo)致功率半導(dǎo)體模塊使用的芯片發(fā)生彎曲形變，同時由于焊接焊料的關(guān)系，在單晶硅晶片和金屬鉬的焊接存在空洞，由于以上原因嚴重影響功率半導(dǎo)體模塊的性能，特別是高電壓、大電流產(chǎn)品的性能，高溫焊接導(dǎo)致的物理形變使其耐久性、可靠性無法滿足新的需求，因此，必須采用新的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述不足，提供一種全新芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的懸浮壓接功率半導(dǎo)體模塊，可消除以前芯片高溫焊接產(chǎn)生的形變和應(yīng)力，能滿足客戶對模塊產(chǎn)品提出的高電壓、大電流的要求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種懸浮壓接功率半導(dǎo)體模塊，包括模塊底板、絕緣導(dǎo)熱片、金屬A電極、功率半導(dǎo)體芯片、門極組件、金屬K電極和模塊塑料外殼，其特征在于：還包括下鉬圓片和上鉬圓片；所述上鉬圓片中心設(shè)有安裝孔；所述門極引線組件卡入該安裝孔內(nèi)定位，引出門極控制極；所述金屬A電極、下鉬圓片、功率半導(dǎo)體芯片、上鉬圓片、門極引線組件和金屬K電極依次為壓接接觸（歐姆接觸）。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的模塊塑料外殼內(nèi)形成密封腔體，該密封腔體內(nèi)充有凝膠或者環(huán)氧樹脂從而既保證各部件相互接觸良好，又防止芯片氧化或高壓打火。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的功率半導(dǎo)體芯片的邊緣兩面雙負角臺面設(shè)有環(huán)形直角圓柱形絕緣保護硅膠環(huán)，雙面表面臺面設(shè)有2-4層高純度高絕緣性的聚酰亞胺鈍化層。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的硅膠環(huán)外層表面設(shè)有凹槽，增加爬電距離。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的鉬圓片和上鉬圓片的上下表面、金屬A電極和金屬K電極的內(nèi)外表面為研磨面，面平面度和平行度小于10微米。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的上鉬圓片、下鉬圓片的表面涂鍍有釕鈍化層，防止上鉬圓片、下鉬圓片熱氧化。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的功率半導(dǎo)體芯片的陰、陽極表面涂覆10-100微米厚的金屬導(dǎo)電層。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的功率半導(dǎo)體芯片與上鉬圓片和下鉬圓片之間為懸浮壓接接觸。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的功率半導(dǎo)體芯片的邊緣兩面雙負角臺面上的絕緣保護硅膠環(huán)分別與上鉬圓片、下鉬圓片定位配合。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案中所述的功率半導(dǎo)體芯片的邊緣兩面雙負角的臺面造型角度在0.5°與35°之間。

本發(fā)明由于采用由金屬A電極、下鉬圓片、功率半導(dǎo)體芯片、上鉬圓片、門極組件、金屬K電極和模塊塑料外殼組裝而成的半導(dǎo)體器件，因而功率半導(dǎo)體芯片與上下鉬圓片直接壓接而不再用傳統(tǒng)工藝的高溫焊接，這樣就消除了以前芯片高溫焊接而產(chǎn)生的形變和應(yīng)力，進而保證了器件特性的穩(wěn)定性和可靠性。