CN112968007B - 功率半导体结构及断路器转移支路组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种功率半导体结构及直流断路器。该功率半导体结构包括第一金属组件层、半导体芯片组件、第一冷却件、第二金属组件层和第二冷却件；半导体芯片设于第一金属组件层上；芯片门极线的第一端连接半导体芯片；第一冷却件设于半导体芯片上；第二金属组件层包括设于第一冷却件上的第一金属层，以及设于第一金属层上的第二金属层；其中，第一金属设有容纳腔；第二冷却件设于容纳腔内；芯片门极线的第二端依次绝缘穿过第一冷却件和第一金属层，并从第二金属层的一侧面绝缘穿出，实现在电网发生短路等故障时，可通过第一冷却件和第二冷却件快速降低半导体芯片温度，同时提升芯片的温度均匀性，进而提高了应用模块的安全可靠性。

Description

功率半导体结构及断路器转移支路组件

技术领域

本申请涉及功率半导体技术领域，特别是涉及功率半导体结构及断路器转移支路组件。

背景技术

现代电力电子技术对功率半导体器件在提高功率密度及增强可靠性等方面不断提升需求，随着大电流、高电压功率器件的出现，在长期运行过程中，芯片内部及封装部分出现局部温度过热而导致老化或损坏，更进一步可能引发整个工作系统失稳，对系统可靠性带来严重隐患。

模块中的芯片在运行过程中将不断进行发热和散热的过程，这是由于系统的不断启停导致。当电流通过具有阻抗的模块内部，芯片开始工作发热，它的内部温差、开关频率，以及持续时长将决定芯片的总体寿命，而温差大小与寿命呈反比关系。

传统的压接式IGCT功率半导体本体模块结构，如在机械式高压直流断路器中作为转移支路阀组的主要部件，充分发挥着分断直流短路电流、隔离故障点、限制短路电流峰值、实现选择性保护等重要作用。当电网发生短路时，故障转移支路由睡眠状态开始运作，IGCT器件上将流过一个幅值较大、时间较短的冲击电流，该电流在IGCT硅芯片中产生的短时间温升，可能对其可靠性产生一定的影响，其器件的动作可靠性与老化程度将直接影响直流断路器工作的安全可靠性。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的功率半导体本体模块结构，在电网发生短路等故障时，短时间内产生大量热以引发的温度骤升和芯片发热不均，影响应用模块的安全可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对传统的功率半导体本体模块结构，在电网发生短路等故障时，短时间内产生大量热以引发的温度骤升和芯片发热不均，影响应用模块的安全可靠性的问题，提供一种功率半导体结构及断路器转移支路组件。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种功率半导体结构，包括：

第一金属组件层；

半导体芯片组件，半导体芯片组件包含半导体芯片和芯片门极线；半导体芯片设于第一金属组件层上；芯片门极线的第一端连接半导体芯片；

第一冷却件，第一冷却件设于半导体芯片上；

第二金属组件层，第二金属组件层包括设于第一冷却件上的第一金属层，以及设于第一金属层上的第二金属层；其中，第一金属层设有容纳腔；

第二冷却件，第二冷却件设于容纳腔内；

其中，芯片门极线的第二端依次绝缘穿过第一冷却件和第一金属层，并从第二金属层的一侧面绝缘穿出。

在其中一个实施例中，第一金属层设有缺口，缺口与容纳腔连通；缺口用于注入第二冷却件。

在其中一个实施例中，容纳腔内设有若干个间隔设置的隔板，各隔板分别覆盖有第三冷却件；各隔板上分别设有第一通孔，第一通孔与缺口连通，且用于流通第二冷却件。

在其中一个实施例中，第一金属层还设有第二通孔，第二通孔用于穿过芯片门极线的第二端；

第二通孔的表面设有绝缘外包层。

在其中一个实施例中，第一金属组件层包括第三金属层，以及设于第三金属层上的第四金属层；

第四金属层上设有第一冷却件。

在其中一个实施例中，第三金属层和第二金属层均为铜金属层；

第四金属层和第一金属层均为钼金属层；

半导体芯片为硅基IGCT芯片。

在其中一个实施例中，第一冷却件为石墨烯结构；所述第二冷却件为相变材料结构；第三冷却件为石墨烯结构。

在其中一个实施例中，第一冷却件为单层石墨烯结构或多层石墨烯结构。

在其中一个实施例中，相变材料结构为固体相变材料结构、液体相变材料结构、固液相变材料结构或固固相变材料结构。

另一方面，本申请实施例还提供了一种断路器转移支路组件，包括上述任意一项的功率半导体结构。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请实施例中通过提供一种功率半导体结构，该功率半导体结构包括第一金属组件层、半导体芯片组件、第一冷却件、第二金属组件层和第二冷却件；半导体芯片组件包含半导体芯片和芯片门极线；半导体芯片设于第一金属组件层上；芯片门极线的第一端连接半导体芯片；第一冷却件设于半导体芯片上；第二金属组件层包括设于第一冷却件上的第一金属层，以及设于第一金属层上的第二金属层；其中，第一金属设有容纳腔；第二冷却件设于容纳腔内；芯片门极线的第二端依次绝缘穿过第一冷却件和第一金属层，并从第二金属层的一侧面绝缘穿出，实现在电网发生短路等故障时，可通过第一冷却件和第二冷却件快速降低半导体芯片温度，同时提升芯片的温度均匀性，进而提高了应用模块的安全可靠性。本申请通过在半导体芯片和第一金属层之间设置第一冷却件，进而可将热量从半导体芯片表面迅速扩散，既可以降低器件温度峰值，又可以提升器件的温度均匀性；通过在第一金属层的容纳腔设置第二冷却件，进而可对应用模块工作中可能产生的大温差进行温度管控，从而延长使用寿命，提高应用模块的安全可靠性。

附图说明

图1为一个实施例中功率半导体结构的结构示意图；

图2为一个实施例中功率半导体结构的第一制备示意图；

图3为一个实施例中功率半导体结构的第二制备示意图；

图4为一个实施例中功率半导体结构的第三制备示意图；

图5为一个实施例中功率半导体结构的第四制备示意图；

图6为一个实施例中功率半导体结构的第五制备示意图；

图7为一个实施例中功率半导体结构的第六制备示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-7并结合实施例来详细说明本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种功率半导体结构，该功率半导体结构包括：

第一金属组件层110；

半导体芯片组件120，半导体芯片组件120包含半导体芯片122和芯片门极线124；半导体芯片122设于第一金属组件层110上；芯片门极线124的第一端连接半导体芯片122；

第一冷却件130，第一冷却件130设于半导体芯片122上；

第二金属组件层140，第二金属组件层140包括设于第一冷却件130上的第一金属层142，以及设于第一金属层142上的第二金属层144；其中，第一金属层142设有容纳腔；

第二冷却件150，第二冷却件150设于容纳腔内；

其中，芯片门极线124的第二端依次绝缘穿过第一冷却件130和第一金属层142，并从第二金属层144的一侧面绝缘穿出。

具体地，第一金属组件层110可包括至少一层金属层，第一金属组件包含的金属层可以是实心金属层。在一个示例中，第一金属组件可以是圆柱形结构。半导体芯片组件120可以是IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor，集成门极换流晶闸管)功率半导体组件。半导体芯片122可以是IGCT功率半导体芯片122；芯片门极线124指的是连接半导体芯片122的门极的金属线。

第一冷却件130指的是具有优异的热传导功能的冷却件。第一冷却件130可用来对半导体芯片122表面的热量迅速扩散，降低器件温度峰值，同时提升器件的温度均匀性。第二冷却件150可以是具有良好的形状稳定性和较高的热导率的相变材料。

第二金属组件层140可包括两层金属层(第一金属层142和第二金属层144)，第一金属层142的内部可掏空形成容纳腔；容纳腔可用来容纳第二冷却件150。第二金属层144可以是实心金属层。在一个示例中，第二金属组件可以是圆柱形结构。

进一步的，功率半导体结构的制备过程为：通过在第一金属组件层110上制备半导体芯片122；在半导体芯片122上制备第一冷却件130，芯片门极线124；在第一冷却件130上制备空心的第一金属层142上，并将第二冷却件150注入第一金属层142内的容纳腔；在第一金属层142上制备第二金属层144，并将芯片门极线124的第二端依次绝缘穿过第一冷却件130和第一金属层142，并从第二金属层144的一侧面绝缘穿出，最后整体模块由外力施加在第三金属层112和第二金属层144的外露表面，沿竖直方向进行压力施加进行电气连接。

需要说明的是，半导体芯片的面积大于上下表面压接的金属层(即第一金属层和第四金属层)面积。

上述实施例中，通过在半导体芯片122和第一金属层142之间设置第一冷却件130，进而可将热量从半导体芯片122表面迅速扩散，既可以降低器件温度峰值，又可以提升器件的温度均匀性；通过在第一金属层142的容纳腔设置第二冷却件150，进而可对应用模块工作中可能产生的大温差进行温度管控，从而延长使用寿命，提高应用模块的安全可靠性。

在一个实施例中，如图4中，第一金属层142设有缺口212，缺口212与容纳腔连通；缺口212用于注入第二冷却件150。

其中，可在第一金属层142的上表面外沿设置缺口212，该缺口212与容纳腔相通；在一个示例中，缺口212可以是环形沟槽形状，并与内部容纳腔相通。在第一金属层142内制备第二冷却件150时，可通过将第二冷却件150沿环形沟槽灌入容纳腔，进而可通过第二冷却件150对半导体芯片122工作中可能产生的大温差进行温度管控，从而延长使用寿命，提高系统可靠性。

在一个实施例中，容纳腔内设有若干个间隔设置的隔板312，各隔板312分别覆盖有第三冷却件；各隔板312上分别设有第一通孔314，第一通孔314与缺口连通，且用于流通第二冷却件。

具体地，隔板312可以是环形隔板312。通过在容纳腔内设置多个隔板312，实现将容纳腔分割为多个隔槽。隔板312上覆盖第三冷却件的方式可以是：可通过电镀的方式将第三冷却件镀在隔板312的表面上。通过在各个隔板312镀上一层第三冷却件，可加速芯片温度沿隔槽纵向导热。

进一步，通过在各个隔板312上分别设置第一通孔314，进而方便第二冷却件从第一金属层的缺口灌入后，通过各第一通孔314，在各个隔槽流通，使得各个隔槽都添加有第二冷却件。进而可进一步的加速半导体芯片温度沿隔槽纵向导热，并同时降低了芯片的最高结温。

在一个实施例中，如图1中，第一金属层142还设有第二通孔214，第二通孔214用于穿过芯片门极线124的第二端；第二通孔214的表面设有绝缘外包层。

其中，第一金属层142对应半导体芯片122的门极(即栅极)设置有通孔214，进而芯片门极线124的第二端可穿过第二通孔214，并穿入第二金属层144。

进一步的，在通过的表面可设置绝缘外包层，进而可防止芯片门极线124与第一金属层142短路。

在一个示例中，由于半导体芯片122的栅极处于芯片正中心圆形区域，在第一金属层142制作时做成一中心区域留有一圆柱通孔214的形状，并做好绝缘处理，便于芯片门极线124由此引出。

在一个实施例中，如图1中，第一金属组件层110包括第三金属层112，以及设于第三金属层112上的第四金属层114；第四金属层114上设有第一冷却件130。

其中，第三金属层112可以是实心金属层。在一个示例中，第三金属组件可以是圆柱形结构。第四金属层114可以是实心金属层。在一个示例中，第四金属组件可以是圆柱形结构。

在一个具体的实施例中，第三金属层112和第二金属层144均为铜金属层；第四金属层114和第一金属层142均为钼金属层；半导体芯片122为硅基IGCT芯片。

具体地，基于第三金属层112和第二金属层144均为铜金属层，第四金属层114和第一金属层142均为钼金属层，半导体芯片122为硅基IGCT芯片。通过在第三金属层112上制备第四金属层114，在第四金属层114上制备半导体芯片122；在半导体芯片122上制备第一冷却件130，芯片门极线124；在第一冷却件130上制备空心的第一金属层142上，并将第二冷却件150注入第一金属层142内的容纳腔；在第一金属层142上制备第二金属层144，并将芯片门极线124的第二端依次绝缘穿过第一冷却件130和第一金属层142的通孔214，并从第二金属层144的一侧面绝缘穿出，第一金属层142上的中心第二通孔214用于半导体芯片122的栅极引出，并做绝缘处理，芯片门极线124最终由第二金属层144内部引出，并加以绝缘防护。最后整体模块由外力施加在第三金属层112和第二金属层144的外露表面，沿竖直方向进行压力施加进行电气连接。

上述实施例中，通过将第一金属层142制作为空腔圆柱体，中心设有第二通孔214方便芯片栅极线引出，并镀有绝缘膜。在圆柱体上表面开一缺口212，缺口212与第一金属层142内的容纳腔相连，并在容纳腔内添加制备得到第二冷却件150，达到降低短时间内大温差的作用。通过在在半导体芯片122上表面和第一金属层142之间沉积一层第一冷却件130，并避开芯片中心的栅极区域，起到均匀芯片表面温度、降低最高结温的效果。

在一个实施例中，第一冷却件130为石墨烯结构。

其中，通过在半导体芯片122与第一金属层142之间添加一层优异的热传导材料石墨烯，将热量从芯片表面迅速扩散，既可以降低器件温度峰值，又可以提升器件的温度均匀性。石墨烯具有极大的场效应和极高的载流子迁移率，通过数值模拟和实验获得的单层石墨烯的热导率高达6000Wm^-1K^-1左右，远远高于金刚石(热导率为2000Wm^-1K^-1)、银(热导率为427Wm^-1K^-1)、铜(热导率为398Wm^-1K^-1)和金(热导率为315Wm^-1K^-1)等。而石墨烯热导率随石墨烯层厚度的增加而降低，热流量随环境温度的升高而提高，进而通过在半导体芯片122与第一金属层142之间添加石墨烯，即可达到均温、热传导的效果。

在一个实施例中，第一冷却件130为单层石墨烯结构。

具体地，通过在第一金属组件上制备半导体芯片122，并将芯片门极线124的第一端连接在半导体芯片122的门极；在半导体芯片122上制备得到单层石墨烯；在单层石墨烯上制备第一金属层142，并对第一金属层142掏空，形成容纳腔；在容纳腔内注入第二冷却件150；在第一金属层142上制备第二金属层144，并将芯片门极线124的第二端依次穿过单层石墨烯和第一金属层142，并从第二金属层144的一侧面穿出；最后半导体芯片122与其余部件以压接的方式进行电气连接，实现在电网发生短路等故障时，可通过单层石墨烯和第二冷却件150快速降低半导体芯片122温度，同时提升芯片的温度均匀性，进而提高了应用模块的安全可靠性。

上述实施例中，通过在半导体芯片122和第一金属层142之间设置单层石墨烯，进而可将热量从半导体芯片122表面迅速扩散，既可以降低器件温度峰值，又可以提升器件的温度均匀性；通过在第一金属层142的容纳腔设置第二冷却件150，进而可对应用模块工作中可能产生的大温差进行温度管控，从而延长使用寿命，提高应用模块的安全可靠性。

在一个实施例中，第一冷却件130为多层石墨烯结构。

具体地，通过在第一金属组件上制备半导体芯片122，并将芯片门极线124的第一端连接在半导体芯片122的门极；在半导体芯片122上制备得到多层石墨烯；在多层石墨烯上制备第一金属层142，并对第一金属层142掏空，形成容纳腔；在容纳腔内注入第二冷却件150；在第一金属层142上制备第二金属层144，并将芯片门极线124的第二端依次穿过多层石墨烯和第一金属层142，并从第二金属层144的一侧面穿出；最后半导体芯片122与其余部件以压接的方式进行电气连接，实现在电网发生短路等故障时，可通过多层石墨烯和第二冷却件150快速降低半导体芯片122温度，同时提升芯片的温度均匀性，进而提高了应用模块的安全可靠性。

上述实施例中，通过在半导体芯片122和第一金属层142之间设置多层石墨烯，进而可进一步的将热量从半导体芯片122表面迅速扩散，既可以降低器件温度峰值，又可以提升器件的温度均匀性。通过在第一金属层142的容纳腔设置第二冷却件150，进而可对应用模块工作中可能产生的大温差进行温度管控，从而延长使用寿命，提高应用模块的安全可靠性。

在一个实施例中，第二冷却件150包括相变材料结构。

其中，相变材料是指温度不变的情况下改变物质状态，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，这时相变材料将吸收或释放大量潜热。在温度上升或下降过程中，相变材料晶体结构从一种向另一种转变的现象称为相变，而相变开始的温度，称之为相变温度Tpc。

具体地，通过在第一金属层142的容纳腔内部加入相变材料，进而可进一步的加速半导体芯片温度沿隔槽纵向导热，并同时降低了芯片的最高结温。

选择一款合适的相变材料，使得其相变温度Tpc确保在半导体芯片122结温变化区间内。当相变材料发生相变时，将芯片结温维持在较低水平，半导体芯片122结构的温差ΔT可被减小，从而使用寿命可得到延长。

在一个实施例中，相变材料结构为固体相变材料结构、液体相变材料结构、固液相变材料结构或固固相变材料结构。

例如，相变材料结构为固液相变材料结构，通过在第一金属层142的容纳腔内部加入相变材料，进而可可进一步的加速半导体芯片温度沿隔槽纵向导热，并同时降低了芯片的最高结温。

在一个实施例中，第三冷却件为石墨烯结构。

具体地，通过在各个隔板312镀上一层石墨烯，可加速芯片温度沿隔槽纵向导热。

进一步的，通过将相变材料注入镀有石墨烯的容纳腔内，加速了半导体芯片纵向传热，同时降低了最高结温。

在一个具体的实施例中，如图2至图7所示，功率半导体结构的具体制备过程为：第一步(如图2中)：备好适当形状大小的第三金属层112、第四金属层114和半导体芯片122；在第三金属层112上制备第四金属层114，在第四金属层114上制备半导体芯片122，在半导体芯片122上制作好门极连接线。第二步(如图3中)：在半导体芯片122表面沉积一层第一冷却件130，其中，第一冷却件130避开芯片中心栅极区域，使得芯片门极线124的第二端可穿过第一冷却件130，即第一冷却件130(石墨烯)与门极引出线保持间距以绝缘。第三步(如图4中)：制作中空的第一金属层142，使得第一金属层142具有容纳腔；在第一金属层142上设置缺口212，缺口212连通容纳腔；对第一金属层142设置第二通孔214，使得芯片门极线124的第二端可从第一金属层142的第二通孔214引出，并在第二通孔214的表面添加绝缘外包层，避免芯片门极线124短路；另外，在容纳腔内间隔设置有多个隔板312，使得容纳腔形成多个隔槽，并将各个隔板312上镀上第三冷却件(石墨烯)，然后对各个隔板312设置第一通孔314。第四步(如图5中)：基于第一金属层142上的缺口212将第二冷却件150(相变材料)浇注于第一金属层142的容纳腔内部，第二冷却件150通过各第一通孔314，在各个隔槽流通。第五步(如图6中)：在第一金属层142上制备第二金属层144，对第二金属层144设置容纳通道，将芯片门极线124从第二金属层144的容纳通道绝缘穿过，并在容纳通道相应添加绝缘外包层，避免芯片门极线124与第二金属层144短路。第六步(如图7中)：在第二金属层144和第三金属层112的外表面，沿箭头的上下竖直方向施加压力进行电气连接，进而形成功率半导体结构。

上述实施例中，通过在半导体芯片122和第一金属层142之间设置第一冷却件130，进而可将热量从半导体芯片122表面迅速扩散，既可以降低器件温度峰值，又可以提升器件的温度均匀性；通过在第一金属层142的容纳腔设置第二冷却件150，进而可对应用模块工作中可能产生的大温差进行温度管控，从而延长使用寿命。通过在第一金属层的容纳腔内部设置隔板312并镀上一层石墨烯，可加速芯片温度沿隔槽纵向导热。通过对各个隔板312开孔，进而方便添加的第二冷却件流通，达到纵向导热快，降低短时间内大温差的作用。实现在电网发生短路等故障时，可通过第一冷却件130、第二冷却件150和第三冷却件快速降低半导体芯片122温度，同时提升芯片的温度均匀性，进而提高了应用模块的安全可靠性。

在一个实施例中，第一金属层142的容纳腔填充的相变材料也可为普通相变材料。通过对普通相变材料制备得到第二冷却件150，通过在第一金属层142的容纳腔内部加入第二冷却件150，加速纵向传热并降低瞬时过高温升，对芯片短时间内产生的温升起到抑制作用，从而延长使用寿命，提高系统可靠性。

在一个实施例中，第一金属层142具有可拆卸的金属盖，进而第一金属层142可在第二冷却件150填装完毕后再加金属盖封好，可以防止模块歪斜导致的内部材料泄漏。

在一个实施例中，还提供了一种断路器转移支路组件，包括上述任意一项的功率半导体结构。

具体而言，将芯片门极线的第一端连接在半导体芯片的门极；在半导体芯片上制备得到第一冷却件；在第一冷却件上制备第一金属层，并对第一金属层掏空，形成容纳腔；在容纳腔内注入第二冷却件；在第一金属层上制备第二金属层，并将芯片门极线的第二端依次绝缘穿过第一冷却件和第一金属层，并从第二金属层的一侧面绝缘穿出；最后半导体芯片与其余部件以压接的方式进行电气连接，进而得到功率半导体结构，可将得到的功率半导体结构作为断路器转移支路组件的部件，进而可实现在电网发生短路等故障时，可通过第一冷却件和第二冷却件快速降低半导体芯片温度，同时提升芯片的温度均匀性，进而提高了直流断路器的安全可靠性。

进一步的，通过在半导体芯片和第一金属层之间设置第一冷却件，通过在第一金属层的容纳腔设置第二冷却件，通过在容纳腔内设置多个隔板312，在各个隔板312镀上一层第三冷却件，可加速芯片温度沿隔槽纵向导热。通过在各个隔板312上分别设置第一通孔314，进而方便第二冷却件从第一金属层的缺口灌入后，基于各第一通孔314，在各个隔槽流通，使得各个隔槽都添加有第二冷却件。进而可进一步的加速半导体芯片温度沿隔槽纵向导热，并同时降低了芯片的最高结温，进而可解决电网发生故障时，半导体芯片在瞬间产生的大量热导致温度急剧攀升，大电流冲击后芯片及附件瞬时温升ΔT过高和半导体芯片本身存在的发热不均的问题；实现将产生的热量从半导体芯片表面迅速扩散，既可以降低器件温度峰值，又可以提升器件的温度均匀性；以及对应用模块工作中可能产生的大温差进行温度管控，从而延长了断路器转移支路组件的使用寿命，提高电路系统的工作可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种功率半导体结构，其特征在于，包括：

第一金属组件层；

半导体芯片组件，所述半导体芯片组件包含半导体芯片和芯片门极线；所述半导体芯片设于所述第一金属组件层上；所述芯片门极线的第一端连接所述半导体芯片；

第一冷却件，所述第一冷却件设于所述半导体芯片上；

第二金属组件层，所述第二金属组件层包括设于所述第一冷却件上的第一金属层，以及设于所述第一金属层上的第二金属层；其中，所述第一金属层设有容纳腔；

第二冷却件，所述第二冷却件设于所述容纳腔内；

其中，所述芯片门极线的第二端依次绝缘穿过第一冷却件和第一金属层，并从第二金属层的一侧面绝缘穿出；

所述第一金属层设有缺口，所述缺口与所述容纳腔连通；所述缺口用于注入所述第二冷却件；

所述容纳腔内设有若干个间隔设置的隔板，各所述隔板分别覆盖有第三冷却件；各所述隔板上分别设有第一通孔，所述第一通孔与所述缺口连通，且用于流通所述第二冷却件。

2.根据权利要求1所述的功率半导体结构，其特征在于，所述第一金属层还设有第二通孔，所述第二通孔用于穿过所述芯片门极线的第二端；

所述第二通孔的表面设有绝缘外包层。

3.根据权利要求1所述的功率半导体结构，其特征在于，所述第一金属组件层包括第三金属层，以及设于所述第三金属层上的第四金属层；

所述第四金属层上设有所述第一冷却件。

4.根据权利要求3所述的功率半导体结构，其特征在于，所述第三金属层和所述第二金属层均为铜金属层；

所述第四金属层和所述第一金属层均为钼金属层；

所述半导体芯片为硅基IGCT芯片。

5.根据权利要求1所述的功率半导体结构，其特征在于，所述第一冷却件为石墨烯结构；所述第二冷却件为相变材料结构；所述第三冷却件为石墨烯结构。

6.根据权利要求5所述的功率半导体结构，其特征在于，所述第一冷却件为单层石墨烯结构或多层石墨烯结构。

7.根据权利要求5所述的功率半导体结构，其特征在于，所述相变材料结构为固体相变材料结构、液体相变材料结构、固液相变材料结构或固固相变材料结构。

8.一种断路器转移支路组件，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述的功率半导体结构。

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