[發明專利]壓接型功率半導體模塊結構及其子單元和制作方法

在審

• 申請號: 202110292578.9
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113066785A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 任海;冉立;蔣華平;劉立;王小勇
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L25/18;H05K1/18;H05K3/32;G01K11/32
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 張雪林

本發明涉及一種壓接型功率半導體模塊結構及其子單元和制作方法，屬于功率半導體器件領域。包括絕緣框架和從下至上依次堆疊于絕緣框架內的銀片、下鉬片、芯片和上鉬片；絕緣框架上設置有彈簧針，彈簧針與芯片的柵極相連；下鉬片接觸芯片的表面開設有水平貫通的溝槽，光纖穿過溝槽，并且溝槽內的光纖上集成有一個以上的光柵。可以方便地實現對器件封裝內部芯片結溫的分布式在線實時測量。而且，光纖光柵體積小，重量輕，對結構影響小，易于布置；只需在正常的封裝過程中，增加光纖光柵的安裝步驟。光纖制作材料的電絕緣性好，集成后不影響壓接型功率半導體模塊本身的結構及功能。

技術領域

本發明屬于功率半導體器件領域，涉及一種壓接型功率半導體模塊結構及其子單元和制作方法。

背景技術

大容量壓接型IGBT器件采用多芯片并聯封裝，并聯芯片的結溫分布往往不均勻。仿真結果表明，器件工作過程中，由于封裝結構的熱變形，不同芯片的結溫最大可以相差數十攝氏度。為避免局部芯片過熱導致器件失效，提高變流器的運行可靠性，有必要對壓接型IGBT器件的運行結溫分布進行在線監測。

功率器件的結溫監測方法可以劃分為直接測量法和間接測量法，直接測量法通過物理接觸或者光學非接觸的方式直接測量結溫，間接測量法主要利用熱敏電參數，間接推算芯片結溫。物理接觸法以熱電偶和熱電阻為代表，成本低廉，但響應時間長，容易受到電磁干擾影響，且受限于壓接封裝器件的緊湊結構和外部施壓的工作方式，難以實現多芯片結溫的分布式測量。光學非接觸法以紅外熱成像法為代表，測量時需要對準芯片表面，受限于壓接器件封裝結構，僅能測量少數芯片的側面溫度，且需要器件開封。熱敏電參數包括多種靜態和動態參數，但在測量時具有侵入性，容易受到電磁干擾，且所獲得的結溫多為器件整體的平均結溫，不能反映并聯芯片的結溫分布差異。

綜上所述，傳統的結溫監測方法在用于壓接型封裝的結溫監測時存在局限性，無法監測所有芯片的結溫，且容易受到環境的干擾和限制，難以在工程實際中應用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種具備溫度實時監測功能的壓接型功率半導體模塊結構及其子單元和制作方法，以解決傳統壓接型功率半導體器件的結溫監測存在局限性，無法監測所有芯片的結溫，且容易受到環境的干擾和限制的問題。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

壓接型功率半導體模塊結構的子單元，包括絕緣框架和從下至上依次堆疊于絕緣框架內的銀片、下鉬片、芯片和上鉬片；絕緣框架上設置有彈簧針，彈簧針與芯片的柵極相連；下鉬片接觸芯片的表面開設有水平貫通的溝槽，光纖穿過溝槽，并且溝槽內的光纖上集成有一個以上的光柵。

進一步，光柵外套設有套管，套管設置于溝槽內，套管的頂部與下鉬片接觸芯片的表面平齊，以使套管貼緊芯片的表面。

進一步，套管的材質為不銹鋼。

進一步，套管的壁厚為0.1mm，套管與溝槽的間隙為0.05～0.1mm，套管與光纖的間隙為0.05mm。

進一步，溝槽沿下鉬片接觸芯片的表面中心延伸。

進一步，芯片為IGBT芯片或者FRD芯片。

進一步，芯片的正面通過機械壓力與下鉬片連接，芯片的背面通過燒結或機械壓力與上鉬片連接。

壓接型功率半導體模塊結構，包括殼體和從下至上依次堆疊并封裝在殼體內的基板、PCB網狀板、多個如上所述的子單元，多個子單元通過PCB網狀板并行排布在基板上；子單元的彈簧針與PCB網狀板相連；子單元的光纖與集成在殼體上的光纖接口相連。

進一步，殼體包括帶有開口的外殼和覆蓋外殼開口的蓋板；外殼的材質為陶瓷，蓋板和基板的材質為銅。

壓接型功率半導體模塊結構的制作方法，包括以下步驟：

S1.將集成有光柵的光纖穿過下鉬片表面開設的溝槽；