[发明专利]一种压接式半导体功率模块

说明书

本发明公开了功率半导体器件技术领域的一种压接式半导体功率模块，包括发射极导体和M个发射极凸台，N个所述发射极凸台通过焊料焊接于发射极导体表面，且N≤M，所述焊料于焊接后形成焊层，所述焊层于发射极凸台和发射极导体间压力达到指定值时发生塑形变形，且发射极凸台和发射极导体中的杨氏模量均大于焊层的杨氏模量。本发明通过将发射极凸台通过焊料焊接于发射极导体表面，减小压接式IGBT模块工作状态下各芯片间应力不均衡现象，提升各芯片间的受力一致性及压接式模块可靠性。

技术领域

本发明涉及一种压接式半导体功率模块，属于功率半导体器件技术领域。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是兼具MOS晶体管和双极型晶体管优点的新型电力半导体器件，具有优良的流通能力、开关速度和耐压水平。

随着电力电子系统设计容量的提高，以及应用领域需求的提高，对IGBT模块的性能的重视程度也越来越大。传统的焊接式IGBT模块的封装技术繁琐，受焊接、灌封、引线键合等工艺的影响，很难大幅提升其功率等级，并且存在焊料疲劳和焊料层空洞、铝接合线脱落等多种引起失效的隐患，因此很难满足高压直流输电和柔性交流输电等大型电力系统的需求，而拥有更高的功率等级和可靠性的压接型IGBT模块则解决了这一问题。大功率压接式IGBT器件无引线、双面散热的设计，大幅度提高了器件容量，提高了器件可靠性，在柔性直流输电、大型海上风力发电等高功率密度等级、高可靠性应用需求逐渐增多。

压接式IGBT器件通过外部施加一定的机械压力以保证器件内部各组件的良好接触，形成稳定的导电和导热通道。外部机械压力介入使得压接器件内部物理场更加复杂，由于器件外壳导体电极受外部机械压力会产生表面翘曲，同时运行温度下的热应力也会导致IGBT器件各部位变形不一致，导致不同芯片在工作时承受的压力产生差异。芯片受力偏大会使得表面金属层挤压过度损坏终端甚至导致芯片碎裂，芯片受力偏小会导致组件间接触电阻、接触热阻增加，芯片产生的热量不能及时传递，增加模块热失效的可能，影响模块可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种压接式半导体功率模块，通过将发射极凸台通过焊料焊接于发射极导体表面，减小压接式IGBT模块工作状态下各芯片间应力不均衡现象，提升各芯片间的受力一致性及压接式模块可靠性。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种压接式半导体功率模块，包括发射极导体和M个发射极凸台，N个所述发射极凸台通过焊料焊接于发射极导体表面，且N≤M，所述焊料于焊接后形成焊层，所述焊层于发射极凸台和发射极导体间压力达到指定值时发生塑形变形，且发射极凸台和发射极导体中的杨氏模量均大于焊层的杨氏模量。

进一步的，所述发射极凸台通过、焊层和发射极导体通过真空回流焊接连接成一体。

进一步的，所述焊层采用SAC、SnSb系列无铅焊料或SnPb系列含铅焊料。

进一步的，所述发射极凸台远离发射极导体的一端连接有钼片组件，所述焊层、发射极凸台和钼片组件形成子模块，所述功率模块还包括承压限位框和集电极导体，且子模块可插设于承压限位框内，所述发射极导体和集电极导体分别位于承压限位框两侧，且集电极导体和发射极导体远离承压限位框的一侧均压接有管盖，所述管盖、集电极导体、发射极导体外侧套设有管壳。

进一步的，所述钼片组件包括集电极钼片和发射极钼片，且二者之间夹有半导体芯片，所述发射级钼片靠近发射极凸台且集电极钼片靠近集电极导体。

进一步的，所述半导体芯片、发射级钼片和集电极钼片之间为接触连接、焊接连接或通过烧结工艺连接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：