CN209326856U - 一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，包括集电极、发射极和子模组；集电极、子模组和发射极依次接触连接；子模组设置在集电极和发射极之间；其中，子模组包括半导体芯片、热流及电流传导结构和压力传感器，集电极、半导体芯片、热流及电流传导结构及发射极依次接触连接；压力传感器分别与热流及电流传导结构内壁底面和端面接触连接。本实用新型提供的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统能够降低对压力传感器的要求，实现对任意工况下芯片压力分布情况准确测量，突破现有测量方法在正常工况条件下测量的局限性。

Description

一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统。

背景技术

随着柔性直流输电技术的发展，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)器件越来越受到重视，成为换流阀和断路器中的关键器件。近年来，出现了压接封装形式的IGBT器件，与传统焊接式IGBT模块相比，具有功率密度大、可靠性高、易于串联和失效短路等优点，现已逐步应用于高压大功率输电的场合。

压接型IGBT器件通过外施压力保持各组件间的紧密接触，形成导电和导热通路。而芯片发热将导致极板出现翘曲，使得各芯片压力分布情况发生改变，进而影响温度分布和电流分布，对芯片寿命及器件可靠性产生影响。因此，各芯片压力分布的测量成为压接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器件内部芯片压力分布的测量方法尚不完善。目前测量压接器件内部各芯片压力分布的方法主要有两种：

1)压力纸测量方法：通过在器件内布置压力测量胶片，可以测量各芯片压力分布情况，但由于压力测量胶片不导电，故仅能获得器件不工作状况下的压力分布情况，而无法获得芯片出现温升时的压力分布情况。

2)器件外部布置压力传感器：对单芯片器件而言，可以在器件外布置压力传感器得到芯片实时所受平均压力。对多芯片器件而言，在器件外布置压力传感器可以得到器件实时所受平均压力，但不能得到各芯片的压力分布情况。若在器件内部布置压力传感器，则要求所应用的压力传感器必须具备良好的导电特性，同时应在大电流、高温环境下可以保持较高的测量精度，即对压力传感器的要求高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，能够降低对压力传感器的要求，实现对任意工况下芯片压力分布情况的测量。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，包括集电极、发射极和子模组；所述集电极、所述子模组和所述发射极依次接触连接；所述子模组设置在所述集电极和所述发射极之间；

其中，所述子模组包括半导体芯片、热流及电流传导结构和压力传感器，所述集电极、所述半导体芯片、所述热流及电流传导结构和所述发射极依次接触连接；所述压力传感器分别与所述热流及电流传导结构内壁底面和内壁端面接触连接。

可选的，所述热流及电流传导结构包括两个银垫片和绝热绝缘垫片，两所述银垫片成设定角度连接，所述绝热绝缘垫片与银垫片的内侧接触连接，所述压力传感器与所述绝热绝缘垫片接触连接。

可选的，所述子模组还包括：

第一钼片，分别与所述集电极和所述半导体芯片接触连接；

第二钼片，分别与所述半导体芯片和所述热流及电流传导结构接触连接。

可选的，所述子模组还包括子单元框架，设置在所述集电极与所述发射极之间，且所述子单元框架内固定设置有所述半导体芯片和所述热流及电流传导结构。

可选的，所述发射极包括：

凸台，与所述热流及电流传导结构接触连接，并与所述子单元框架匹配设置；

发射极极板，与所述凸台接触连接。

可选的，所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统还包括：

印刷电路板，分别与所述子模组和所述发射极连接；

引线，与所述印刷电路板连接；

压力传感器信号线，分别与所述子模组、所述印刷电路板和所述引线连接。

可选的，所述子模组的数量为多个。

可选的，所述的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统还包括陶瓷管壳，所述陶瓷管壳、所述集电极和所述发射极匹配设置，形成密闭空间。

可选的，所述的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统还包括电极法兰，所述电极法兰分别与所述所述陶瓷管壳、所述集电极和所述发射极连接。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型提供一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，包括集电极、发射极、半导体芯片、热流及电流传导结构和压力传感器，所述压力传感器内置于热流及电流传导结构内，所述热流及电流传导结构的设置使得热流、电流不再流经所述压力传感器，从而不再需要对压力传感器在大电流、高温环境下的测量精度提出要求，即降低了对压力传感器的要求，降低测量结构对测量结果的影响，进一步，可实现获得任意工况下各芯片压力分布情况，突破现有测量方法在正常工况条件下测量的局限性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统内部结构截面示意图；

图2为本实用新型实施例压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统内部结构局部放大示意图；

图3为本实用新型实施例压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统的传感器分布示意图；

图4为本实用新型实施例压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统测量结构组装方法示意图；

图5为本实用新型实施例压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统银垫片可选结构示意图；

图6为本实用新型实施例压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统热流及电流在传导结构中传导情况示意图。

附图说明：1、集电极；2、第一钼片；3、半导体芯片；4、第二钼片；5、银垫片；6、凸台；7、子单元框架；8、印刷电路板；9、发射极极板；10、压力传感器；11、绝缘绝热垫片；12、压力传感器信号线；13、电极法兰；14、陶瓷管壳；15、引线；101、第一子模组；102、第二子模组；103、第三子模组；104、第四子模组。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，能够降低对压力传感器10的要求，实现对任意工况下芯片压力分布情况的测量。

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统内部结构截面示意图示意图，如图1所示，本实用新型提供的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统集电极1、发射极和子模组；所述集电极1、所述子模组和所述发射极依次接触连接；所述子模组设置在所述集电极1和所述发射极之间；

其中，所述子模组包括半导体芯片3、热流及电流传导结构和压力传感器 10，所述集电极1、所述半导体芯片3、所述热流及电流传导结构及发射极依次接触连接；所述压力传感器10分别与所述热流及电流传导结构内壁底面和端面接触连接。

本实施例中热流及电流传导结构用于改变器件原有电流、热流通路，使得无需对压力传感器10在大电流、高温环境下的测量精度提出要求。

为了半导体芯片3应力分布更均匀，本实用新型设置了应力缓冲区第一钼片2和述第二钼片4；所述第一钼片2分别与所述集电极1和所述半导体芯片 3接触连接；所述第二钼片4，分别与所述半导体芯片3和所述热流及电流传导结构接触连接。

进一步的，为了固定设置有所述半导体芯片3和所述热流及电流传导结构，将所述半导体芯片3和所述热流及电流传导结构设置在子单元框架7内。

本实用新型提供的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统的发射极包括凸台6和发射极极板9；所述凸台6与所述热流及电流传导结构接触连接，并与所述子单元框架7匹配设置，进而所述凸台6实现了对子模组的支撑及定位作用。

在具体的实施例中，本实用新型提供的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统还包括印刷电路板8、引线15和压力传感器信号线12；其中，所述印刷电路板8分别与所述子模组和所述发射极连接；所述引线15与所述印刷电路板8连接；所述压力传感器信号线12分别与所述子模组、所述印刷电路板8和所述引线15连接；其中，所述印刷电路板8与所述子模组和所述发射极是物理上的接触连接，即所述印刷电路板8及所述引线15用于提供门极驱动信号，并不在主电气回路中，进而所述子模组所在的位置电路印刷板是空的。

为了器件免受外界污染，本实施例提供的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统还包括陶瓷管壳14，所述陶瓷管壳14、所述集电极1和所述发射极匹配设置，形成密闭空间，并且为了保证密闭空间的稳固连接，进一步的设置电极法兰13，所述电极法兰13分别与所述所述陶瓷管壳14、所述集电极 1和所述发射极连接。

图2为本实用新型实施例压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统内部结构局部放大示意图。其中，所述热流及电流传导结构包括两个银垫片5 和绝热绝缘垫片11，两所述银垫片5成设定角度连接，所述绝热绝缘垫片11 分别与银垫片5的内侧接触连接，所述压力传感器10与所述绝热绝缘垫片11 接触连接。银垫片5分别与所述第一钼片2和所述凸台6接触。利用所述银垫片5具有良好的导热性和导电性及绝热绝缘垫片11的特性，使热流和电流不再沿垂直方向流动，而是沿所述银垫片5表面从所述第二钼片4流至所述凸台6，不再流经所述压力传感器10，如图6所示，从而达到改变热流和电流传导路径的目的。

其中，所述热流及电流传导结构中的两所述银垫片5不仅可以通过接触、焊接等方式实现连接，也可以作为同一整体的两个部分实现连接，如图5所示，一侧开口的盒状结构或其他类似导流结构也可认为是两所述银垫片5的一种连接方式，其上下表面即为两所述银垫片5。

进一步的，本实用新型提供的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统中的所述子模组的数量为多个，并如图3和图4可知，多个子模组并联设置，可以实时获得压接器件内部任何工况下各芯片的压力分布情况。

本实用新型提供一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，所述压力传感器10内置于热流及电流传导结构内，所述热流及电流传导结构的设置使得热流、电流不再流经所述压力传感器10，从而不再需要对压力传感器 10在大电流、高温环境下的测量精度提出要求，即降低了对压力传感器10的要求，降低测量结构对测量结果的影响，进一步，可实现获得任意工况下各芯片压力分布情况，并且充分利用原有结构，操作简便，同时降低了测量结构对测量结果的影响。

本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统包括集电极、发射极和子模组；所述集电极、所述子模组和所述发射极依次接触连接；所述子模组设置在所述集电极和所述发射极之间；

其中，所述子模组包括半导体芯片、热流及电流传导结构和压力传感器，所述集电极、所述半导体芯片、所述热流及电流传导结构和所述发射极依次接触连接；所述压力传感器分别与所述热流及电流传导结构内壁底面和内壁端面接触连接。

2.根据权利要求1所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述热流及电流传导结构包括两个银垫片和绝热绝缘垫片，两所述银垫片成设定角度连接，所述绝热绝缘垫片与所述银垫片的内侧接触连接，所述压力传感器与所述绝热绝缘垫片接触连接。

3.根据权利要求1所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述子模组还包括：

第一钼片，分别与所述集电极和所述半导体芯片接触连接；

第二钼片，分别与所述半导体芯片和所述热流及电流传导结构接触连接。

4.根据权利要求1所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述子模组还包括子单元框架，设置在所述集电极与所述发射极之间，且所述子单元框架内固定设置有所述半导体芯片和所述热流及电流传导结构。

5.根据权利要求4所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述发射极包括：

凸台，与所述热流及电流传导结构接触连接，并与所述子单元框架匹配设置；

发射极极板，与所述凸台接触连接。

6.根据权利要求1所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统还包括：

印刷电路板，分别与所述子模组和所述发射极连接；

引线，与所述印刷电路板连接；

压力传感器信号线，分别与所述子模组、所述印刷电路板和所述引线连接。

7.根据权利要求1所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述子模组的数量为多个。

8.根据权利要求1-7中任一项所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统还包括陶瓷管壳，所述陶瓷管壳、所述集电极和所述发射极匹配设置，形成密闭空间。

9.根据权利要求8所述压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统，其特征在于，所述的压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统还包括电极法兰，所述电极法兰分别与所述陶瓷管壳、所述集电极和所述发射极连接。