CN109855752A - 一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统 - Google Patents

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邓二平
张一鸣
傅实
任斌
赵志斌
黄永章
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Abstract

本发明公开了一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，包括接触式测温元件(10)和从上到下依次连接的集电极(1)、子模组、PCB板(8)和发射极(9)；所述子模组从上至下依次包括上钼片(2)、芯片(3)、下钼片(4)和银垫片(5)；所述下钼片(4)开有凹槽，所述下钼片(4)开有凹槽的一面与所述芯片接触；所述接触式测温元件(10)，置于所述凹槽内，与所述芯片(3)接触，输出端连接所述PCB板(8)。本发明钼片凹槽的设置使得接触式测温元件免受应力的影响，使得接触式测温元件得以在压接型半导体器件中应用，可以准确获得各芯片结温分布。

Description

一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统
技术领域
本发明属于半导体器件测温领域，具体涉及一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统。
背景技术
对多芯片规模化并联成组的压接型半导体器件而言，由于内部各物理场相互作用，使得各芯片结温间出现差异，进而对器件性能及可靠性产生影响，成为制约器件功率等级提高的重要因素之一。因此，各芯片结温的准确测量成为压接型半导体器件应用中最为关注的问题之一。
由于压接封装形式十分新颖，压接型IGBT器件内部芯片温度分布的测量方法尚不完善。目前测量压接器件内部各芯片温度分布的方法主要有三种：
1)目前热敏电参数法是广泛应用的压接型半导体器件结温测量方法，通过测量半导体器件的电学参数，转换得到半导体器件的结温，对单芯片器件来说，热敏电参数法可以得到芯片的平均温度近似代替结温，满足测量需求，但对多芯片器件而言，热敏电参数法仅能得到所有芯片的平均温度，并不能获得各芯片结温分布情况。
2)光学测量方法需要破坏器件封装结构且在待测表面涂黑漆，仅能测得最外层芯片侧面温度，无法获得所有芯片的温度分布情况。
3)接触式测量方法需布置热电偶或光纤等测温结构，由于压接器件正常工作时需要一定的压力(1～2kN/cm2)保持组件接触，若直接置入在组件接触面或埋设在组件内，由于应力过大将影响测量精度甚至导致测温结构的损坏，目前尚无法应用于压接器件内部各芯片温度分布的测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，通过对钼片结构的改造，消除应力对测温元件的影响，使得接触式测温元件得以应用，从而准确获得各个芯片的结温分布。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，包括接触式测温元件(10)和从上到下依次连接的集电极(1)、子模组、PCB板(8)和发射极(9)；
所述子模组从上至下依次包括上钼片(2)、芯片(3)、下钼片(4)和银垫片(5)；所述下钼片(4)开有凹槽，所述下钼片(4)开有凹槽的一面与所述芯片(3)接触；
所述接触式测温元件(10)，置于所述凹槽内，与所述芯片(3)接触，输出端连接所述PCB板(8)。
可选的，还包括导热硅脂(11)，用于填满所述接触式测温元件(10)与所述凹槽之间的空隙。
可选的，所述凹槽的槽长为6-18mm。
可选的，所述凹槽的槽宽为0.4-2mm。
可选的，所述凹槽的槽深为0.4-2mm。
可选的，所述凹槽的长边与所述上钼片或下钼片的任一边平行。
可选的，所述凹槽的长边与所述上钼片或下钼片的任一边呈45度。
可选的，所述接触式测温元件(10)为热电偶。
可选的，所述接触式测温元件(10)为测温光纤。
可选的，所述接触式测温元件(10)测温范围为0-200℃。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过对钼片进行开槽处理，将接触式测温元件置于所述凹槽内，消除了应力对测温元件的影响，通过在各个芯片周围布置接触式测温元件，可以准确获得各芯片结温分布情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统结构示意图；
图2为本发明实施例压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统局部放大示意图；
图3为本发明实施例压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统钼片结构示意图；
1-集电极，2-上钼片，3-芯片，4-下钼片，5-银垫片，6-凸台，7-子单元框架，8-PCB板，9-发射极，10-接触式测温元件，11-导热硅脂，12-电极法兰，13-陶瓷管壳，14-引线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，通过对钼片结构的改造，消除应力对测温元件的影响，通过在各芯片周围布置接触式测温元件，从而准确获得各个芯片结温分布。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统结构示意图，图2为本发明实施例压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统局部放大示意图，如图1和2所示，压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统包括包括接触式测温元件10和从上到下依次连接的集电极1、子模组、PCB板8、凸台6和发射极9；所述凸台6与发射极9连接为一体，所述PCB板8上有孔，与所述凸台6卡接；
所述子模组由子单元框架7固定，自上至下依次包括上钼片2、芯片3、下钼片4和银垫片5；所述上钼片2和/或下钼片4开有凹槽，所述上钼片2和/或下钼片4开有凹槽的一面与所述芯片3接触；其中，上钼片2和下钼片4作为应力缓冲区，可以使半导体芯片3应力分布更均匀，起保护作用；银垫片5用来补偿组件间加工误差。
所述接触式测温元件10，置于所述凹槽内，与凹槽间的空隙通过导热硅脂11填满，检测范围为0～200℃；所述接触式测温元件10输出端穿过子单元框架7的空隙引至PCB板8，PCB板8上布置有驱动电路或者信号处理电路，用于处理接触式测温元件10所采集的数据，该数据经过PCB板8后通过引线14引出。
电极法兰12和陶瓷管壳13为所述压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统提供密封环境，使器件免受外界污染。
组装该系统时，先将子单元框架7置与凸台6上，而后依次放置银垫片5、下钼片4和接触式测温元件10、芯片3及上钼片2，各子模组组装完毕后，在各子模组上钼片2上方放置集电极1，通过外施压力将各组件压在一起。
图3为本发明实施例压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统中钼片结构示意图，(a)、(b)、(c)分别为钼片的正视图、侧视图与俯视图；如图3所示，钼片结构上开有凹槽，凹槽所涉及尺寸有槽长L、槽宽W、槽深H及槽中心与钼片中心线距离D，凹槽尺寸取值参考测温元件实际尺寸进行选择，凹槽尺寸应略大于接触式测温元件10的尺寸，以足够容纳测温元件，并保证其在各种工况下均不会受到应力的影响。
优选的，可取槽长L为6～18mm，槽宽W为0.4～2mm，槽深H为0.4～2mm，槽中心与钼片中心线距离D在0至钼片尺寸范围内取值。
在各子模组内，钼片结构布置于芯片周围，钼片开设有凹槽的一面与芯片接触，便于布置接触式测温元件进行结温测量。
优选的，凹槽的布局方向要尽可能保证器件整体的对称性，并降低各子模组开设凹槽对各芯片温度分布的影响，所以本发明中开设凹槽的角度满足凹槽的长边与钼片的任一边平行或呈45度。
与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.现有压接型半导体器件结温测量技术中尚不能应用接触式测量方法。本发明提供的技术方案通过合理改造器件结构，使得接触式测量方法在压接型器件结温测量中能得以应用；由于器件为压接型半导体，与直接将接触式测温元件压接于芯片周围相比，在钼片上开设凹槽结构，并将该接触式测温元件放置于凹槽内与芯片接触连接，从而消除接触式测温元件与芯片之间的应力。
2.现有压接型半导体器件结温测量技术采用热敏电参数法，仅能测量各芯片平均结温，不能得到各芯片结温分布。本发明提供的技术方案通过在各芯片布置接触式测温结构，可以获得任意工况下各芯片结温分布情况。
3.本发明提供的技术方案仅对钼片进行了优化设计，改造部分少，更换灵活，便于科学研究，也可以在器件设计过程中，预埋设测温元件用于在线监测。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，包括接触式测温元件(10)和从上到下依次连接的集电极(1)、子模组、PCB板(8)和发射极(9)；
所述子模组从上至下依次包括上钼片(2)、芯片(3)、下钼片(4)和银垫片(5)；所述下钼片(4)开有凹槽，所述下钼片(4)开有凹槽的一面与所述芯片(3)接触；
所述接触式测温元件(10)，置于所述凹槽内，与所述芯片(3)接触，输出端连接所述PCB板(8)。
2.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，还包括导热硅脂(11)，用于填满所述接触式测温元件(10)与所述凹槽之间的空隙。
3.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，所述凹槽的槽长为6-18mm。
4.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，所述凹槽的槽宽为0.4-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，所述凹槽的槽深为0.4-2mm。
6.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，所述凹槽的长边与所述上钼片或下钼片的任一边平行。
7.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，所述凹槽的长边与所述上钼片或下钼片的任一边呈45度。
8.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，所述接触式测温元件(10)为热电偶。
9.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，所述接触式测温元件(10)为测温光纤。
10.根据权利要求1所述的一种压接型半导体器件内部温度分布的接触式测温系统，其特征在于，所述接触式测温元件(10)测温范围为0-200℃。
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