[发明专利]悬浮压接功率半导体模块

说明书

本发明的名称为悬浮压接功率半导体模块。属于高压功率半导体器件技术领域。它主要是解决现有芯片和电极片通过焊料高温焊接而存在焊接应力和焊接空洞的问题。它的主要特征是：包括模块底板，绝缘导热片，金属A、K电极，上、下钼圆片，功率半导体芯片，门极组件，模块塑料外壳；上钼圆片中心设有安装孔；门极引线组件卡入该安装孔内定位；金属A电极、下钼圆片、功率半导体芯片、上钼圆片、门极引线组件和金属K电极依次为压接接触。本发明具有可消除芯片高温焊接产生的形变和应力，能满足客户对模块产品提出的高电压、大电流要求的特点，主要用于高压软启动电源、高压静止无功补偿电源、高压脉冲功率电源、高压直流输电等领域的高压半导体器件。

技术领域

本发明属于高压功率半导体器件技术领域。涉及一种悬浮压接功率半导体模块。具体为一种性能有大幅度改善的大电流功率半导体模块。主要应用于UPS电源、高压软启动电源、高压静止无功补偿电源、高压直流输电等领域。

背景技术

传统的功率半导体模块芯片，其内部构造是：半导体芯片+稀有金属钼通过焊料高温焊接而成，由于单晶硅晶片和金属钼之间存在焊接应力导致功率半导体模块使用的芯片发生弯曲形变，同时由于焊接焊料的关系，在单晶硅晶片和金属钼的焊接存在空洞，由于以上原因严重影响功率半导体模块的性能，特别是高电压、大电流产品的性能，高温焊接导致的物理形变使其耐久性、可靠性无法满足新的需求，因此，必须采用新的半导体器件结构和工艺技术。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种全新芯片内部结构的悬浮压接功率半导体模块，可消除以前芯片高温焊接产生的形变和应力，能满足客户对模块产品提出的高电压、大电流的要求。

本发明的技术解决方案是：一种悬浮压接功率半导体模块，包括模块底板、绝缘导热片、金属A电极、功率半导体芯片、门极组件、金属K电极和模块塑料外壳，其特征在于：还包括下钼圆片和上钼圆片；所述上钼圆片中心设有安装孔；所述门极引线组件卡入该安装孔内定位，引出门极控制极；所述金属A电极、下钼圆片、功率半导体芯片、上钼圆片、门极引线组件和金属K电极依次为压接接触（欧姆接触）。

本发明的技术解决方案中所述的模块塑料外壳内形成密封腔体，该密封腔体内充有凝胶或者环氧树脂从而既保证各部件相互接触良好，又防止芯片氧化或高压打火。

本发明的技术解决方案中所述的功率半导体芯片的边缘两面双负角台面设有环形直角圆柱形绝缘保护硅胶环，双面表面台面设有2-4层高纯度高绝缘性的聚酰亚胺钝化层。

本发明的技术解决方案中所述的硅胶环外层表面设有凹槽，增加爬电距离。

本发明的技术解决方案中所述的钼圆片和上钼圆片的上下表面、金属A电极和金属K电极的内外表面为研磨面，面平面度和平行度小于10微米。

本发明的技术解决方案中所述的上钼圆片、下钼圆片的表面涂镀有钌钝化层，防止上钼圆片、下钼圆片热氧化。

本发明的技术解决方案中所述的功率半导体芯片的阴、阳极表面涂覆10-100微米厚的金属导电层。

本发明的技术解决方案中所述的功率半导体芯片与上钼圆片和下钼圆片之间为悬浮压接接触。

本发明的技术解决方案中所述的功率半导体芯片的边缘两面双负角台面上的绝缘保护硅胶环分别与上钼圆片、下钼圆片定位配合。

本发明的技术解决方案中所述的功率半导体芯片的边缘两面双负角的台面造型角度在0.5°与35°之间。

本发明由于采用由金属A电极、下钼圆片、功率半导体芯片、上钼圆片、门极组件、金属K电极和模块塑料外壳组装而成的半导体器件，因而功率半导体芯片与上下钼圆片直接压接而不再用传统工艺的高温焊接，这样就消除了以前芯片高温焊接而产生的形变和应力，进而保证了器件特性的稳定性和可靠性。