[发明专利]一种压接式功率器件内部结构及其制作方法

说明书

一种压接式功率器件内部结构，包括：集电极电路板、发射极电路板和PCB栅极电路板，所述集电极板设有若干个芯片子单元；所述发射极电路板设有导电缓冲层，每个芯片子单元通过凸台连接导电缓冲层，所述PCB栅极电路板连接所述导电缓冲层。针对刚性压接导通电路目前无法实现大面积大电流器件的限制，通过集成诺干个芯片封装为一个单元结构提高芯片的连接数量；针对弹性压接电流通路在器件短路时单个短路芯片的上方的导电臂大电流通路能力有限的缺点，本发明结构属于刚性压接结构可以克服短路同流问题。

技术领域

本发明属功率半导体器件封装领域，具体涉及一种压接式功率器件内部结构及其制作方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)自1986年开始正式生产并逐渐系列化以来，其封装质量及可靠性一直影响着其在工业控制，机车牵引，电力系统等大功率应用领域的使用及推广。

现有电力系统，机车牵引等领域的发展对IGBT的器件功率提出了更高的要求。目前大功率IGBT的封装通常有两种形式，一种是底板绝缘模块式封装，由芯片，底板，覆铜陶瓷基板，键合线，密封材料，绝缘外壳，功率端子等组成，模块内部通过灌注硅凝胶或环氧树脂等绝缘材料来隔离芯片与外界环境(水，气，灰尘)的接触，缩短器件的使用寿命。另外一种为类似晶闸管，平板压接式封装，由陶瓷管壳及铜电极组成，芯片与电极通过压力接触。全压接IGBT封装由上下电极配合多层材料与硅片实现全压接式接触，消除了因焊接疲劳导致的器件失效。

现有技术中使用与外壳内的单个半导体单元平齐的导电体，层层叠压，通过压接的方式实现电流从集电极流向发射极的目的。使用加工精度非常高的部件(通常匹配到在5μm之内)，以确保部件厚度尽可能地匹配并且为终端用户提供这样的加压部件(如散热器等)，对于多芯片压力接触设备要求具有极其严格的平行度、平面度、粗糙度等公差。在物料种类繁多、要求精度高、加工量大的情况下，对供应商及厂商的加工能力、质量管控能力等提出了极大的挑战，在大面积的多芯片压力接触设备中也是同样的情况。夹持部件的严格的平行度、平面度公差公差在大的表面面积上同样变得更难实现。

或者使用与外壳内的单个半导体单元平齐的盘簧堆叠，以便减小力/位移比。这样，对于给定的半导体单元厚度差异或给定的平行度、平面度公差改变，接触压力的差异得以最小化。厂商ABB的弹簧组件承受压力收缩，补偿加工精度带来的高度差，电流通过碟簧周边的桥臂进行联通，该方式有效克服方案1的压力分布不均问题和改善方案二横向导电板疲劳寿命较低的问题，但是单颗芯片上的导电通路能力有限，无法承受器件的短路同流，可能发生熔断带来器件爆炸的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种压接式功率器件及其制作方法，针对刚性压接导通电路目前无法实现大面积大电流器件的限制，通过将凸台结构独立连接芯片，减少热应力，实现通过增大器件面积的方式增大电流；针对弹性压接电流通路在器件短路时单个短路芯片的上方的导电臂大电流通路能力有限的缺点，本发明结构属于刚性压接结构可以克服短路同流问题。

为解决现有技术问题，本发明公开了

一种压接式功率器件内部结构，包括：集电极电路板、发射极电路板和PCB栅极电路板，所述集电极板设有若干个芯片子单元；所述发射极电路板设有导电缓冲层，每个芯片子单元通过凸台连接导电缓冲层，所述PCB栅极电路板连接所述导电缓冲层。

进一步地，

所述个芯片子单元包括上钼片、IGBT芯片和下钼片，所述IGBT芯片一面连接所述上钼片，另一面连接所述下钼片。

进一步地，

所述栅极电路板设有栅极针，所述栅极电路板通过所述栅极针连接所述IGBT芯片。

进一步地，

还包括绝缘限位框架，所述绝缘限位框架设有凸台导向孔和栅极针导向孔。