[发明专利]一种芯片独立成型的压接式IGBT模块及其制备方法

说明书

一种芯片独立成型的压接式IGBT模块及其制备方法。本发明涉及电气元件制备技术领域，具体涉及大功率压接式IGBT模块封装技术领域。本发明提供的芯片结构，通过对烧结有第一导电平面和第二导电平面的半导体芯片进行绝缘外壳的包裹，能够最大限度的保护半导体芯片，避免环境对芯片的污染和破坏，降低芯片的储存环境要求苛刻度，并将储存、封装过程中有可能对半导体芯片带来损坏的风险降至最低。本发明所提供的芯片结构储存方便，环境宽松，并能够有效提高器件整体可靠性。本发明提供的压接式IGBT模块，接触热阻和接触电阻更低，器件可靠性高，早期失效率低，当其中并联的任一个芯片单元出现问题时，能够轻松进行更替。

技术领域

本发明属于电气元件技术领域，具体涉及一种芯片独立成型的大功率压接式IGBT模块及其制备方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是能源变换与传输的核心器件，目前IGBT模块通常采用焊接式或压接式的封装形式。其中，压接式IGBT模块由于具有芯片布局密集、功率密度大、可双面散热、易于串联，且串联后能有效减少器件数目、简化主电路结构、降低控制复杂性、确保器件可靠性、使装置更紧凑、重量更轻等优势，从而广泛适用于电力系统、电力机车、智能电网等高压大功率场合，例如在我国开发的柔性直流输电换流阀和直流断路器中就有压接式IGBT模块的应用，又如在柔性交流输电、定制电力园区、“全国联网”工程、海上风电接入、光伏接入等工程建设中也已经广泛使用了压接式IGBT模块。

压接式IGBT模块是依靠外部压力作用以促使半导体芯片与钼片之间紧密相连，这种结构可以避免焊接式IGBT模块因键合引线脱落、焊接层疲劳或金属重建而带来的器件失效问题。但美中不足的是，压接式IGBT模块同样也存在着亟待改进的缺陷：(1)半导体芯片的机械强度较低，在压接过程中，容易受压力不均而发生破损；(2)由于模块中各材料的热膨胀系数不同，温度变化时各接触面会因材料的膨胀和收缩程度不同而发生相对摩擦，产生微动磨损，使得表面粗糙程度增大，从而增加接触热阻和接触电阻，造成IGBT的可靠性下降和早期失效；(3)组装复杂，对操作精度要求高，稍有偏差就有可能造成器件的损坏和早期失效。

为此，中国专利文献CN105679750A公开了一种压接式半导体模块及其制作方法，该方法是将半导体芯片烧结于下钼片上，再将半导体芯片的另一面与上钼片烧结，制备得到了两面都烧结有钼片的芯片结构，并进一步制得了以上述芯片结构为子单元的IGBT模块。上述现有技术通过将上、下钼片烧结于芯片的两面，虽然有利于提高半导体芯片的机械强度和承压能力，但由于组装的需要，上钼片的尺寸通常小于芯片尺寸，从而导致芯片的部分上表面仍暴露于环境之中，并且芯片的外围也未得到有效保护，这就使得暴露的部分芯片有受到环境污染的风险；另外，在存储和组装过程中，芯片的边界一旦受损，其所脱落的微粒还会破坏模块内部的绝缘性能，容易造成器件短路或被击穿。除此之外，该技术通过采用烧结有钼片的芯片，虽然可以暂时避免温度变化所引起的芯片与钼片之间的微动磨损，但却有可能因为引入了烧结材料介质而带来新的应力匹配等问题。再者，该技术在组装IGBT模块时，芯片子单元需要通过密封胶固定于底座上，如此得避免胶水渗透至下钼片与底座之间的界面而影响电气连接，此步操作要求较高。

综上分析可见，现有的压接式IGBT模块所存在的易被污染、组装复杂、机械强度差、微动磨损难以克服等问题均尚未得到良好解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的压接式IGBT模块所存在的易被污染、组装复杂、机械强度差、微动磨损难以避免的缺陷，进而提供一种可免受污染、机械强度高、便于组装、使用寿命长、可靠性好的独立成型的芯片结构及其制备方法。

进一步地，本发明还提供了一种包含上述芯片结构的压接式IGBT模块及其生产工艺。

上述发明目的是通过以下技术方案实现的：