一种功率半导体器件封装结构及封装方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种功率半导体器件封装结构及封装方法，该功率半导体器件封装结构包括：至少一个封装子模组，该封装子模组包括：上金属片、定位框架、功率芯片及下金属片，功率芯片设置于下金属片上，上金属片卡合于定位框架中，与定位框架共同设置于功率芯片上，上金属片的尺寸不小于下金属片的尺寸，且上金属片的尺寸与下金属片的尺寸差异小于预设差值，使得上金属片与下金属片面积相当，从而有效地减小了功率半导体器件中芯片的弯曲，避免了芯片因产生裂纹甚至发生脆断而失效，提高了功率半导体器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件封装结构及封装方法
本专利技术涉及半导体器件封装
，具体涉及一种功率半导体器件封装结构及封装方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)具有输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、开关速度快、工作频率高、元件容量大、无吸收电路等优点，已广泛应用于工业变流、电力牵引等领域。压接封装是大功率IGBT最新的封装形式，与传统的焊接型IGBT(SolderedIGBTModule)相比，压接型IGBT(Press-packIGBT)利用压力实现热力学和电气的连接，并保证了双面散热，可靠性很高，被认为是大功率应用场合以及输出功率有大幅波动的应用场合的理想器件，能满足高压直流输电和新能源并网对开关器件的要求，也能满足电力系统对供电高可靠性的要求。传统的刚性压接IGBT器件结构中，功率芯片的集电极和发射极均与刚性材料直接接触，根据功率芯片表面功能区的布局，在功率芯片的背面全部为集电极，而在正面发射极一侧分布有发射极、绝缘终端和栅极三个区域，因此功率芯片的集电极面积要大于发射极。在这种传统压接型IGBT器件中，功率芯片两侧的刚性电极施加压力面积大小有所差别，集电极一侧的刚性电极压力面积往往同集电极面积本身相当，即压力均匀分布在集电极所有表面，而发射极一侧的刚性电极压力面积与发射极面积相当，压力均匀分布在发射极所有表面。采用这种封装结构的器件在承受压力时，由于上下接触面不相等，会导致芯片弯曲。在传统的中低压小容量的IGBT器件封装中，由于其绝缘终端的尺寸占比比较小，这种芯片两侧不对称施加压力的封装结构给功率芯片带来的影响还不是很明显；然而，随着IGBT器件在电力系统的应用需求，对芯片的电压和容量提出了更高的要求，在这种背景下，随着电压等级的提升，芯片表面绝缘终端的面积占比会增大，这就造成芯片受弯现象更加严重，在芯片集电极一侧产生较大的拉应力。由于芯片本身是脆性材料，脆性材料的抗拉能力又相对较弱，芯片内部容易产生裂纹，造成芯片发生脆断，给器件的制备以及服役可靠性造成严重的威胁。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术实施例提出了一种功率半导体器件封装结构及封装方法，用以解决现有封装结构中芯片上下两侧承压面积相差较大，造成严重的芯片弯曲，导致芯片因产生裂纹甚至发生脆断而失效，给器件的制备以及服役可靠性造成严重威胁的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：本专利技术实施例提供一种功率半导体器件封装结构，包括：至少一个封装子模组，所述封装子模组包括：上金属片、定位框架、功率芯片及下金属片；所述功率芯片设置于所述下金属片上；所述上金属片卡合于所述定位框架中，与所述定位框架共同设置于所述功率芯片上；所述上金属片的尺寸不小于所述下金属片的尺寸，且所述上金属片的尺寸与所述下金属片的尺寸差异小于预设差值。在一实施例中，所述封装子模组还包括：绝缘框架和连接件，所述绝缘框架的顶部为卡扣形状，所述连接件的第一端固定于所述绝缘框架的定位通孔内，所述连接件的第二端连接于所述功率芯片的第一电极。在一实施例中，所述连接件为弹簧探针。在一实施例中，所述封装子模组还包括：支撑片，设置于所述下金属片的下方，与所述上金属片、定位框架、功率芯片以及下金属片共同固定于所述绝缘框架内。在一实施例中，所述功率半导体器件封装结构还包括：下盖板，设置有多个金属凸台，多个所述封装子模组固定设置于所述多个金属凸台上，所述多个金属凸台与多个所述封装子模组一一对应设置。在一实施例中，所述功率半导体器件封装结构还包括：PCB板，设置于所述下盖板的上表面，与所述连接件连接。在一实施例中，所述功率半导体器件封装结构还包括：引出件，固定连接于所述PCB板上，通过所述连接件及所述PCB板将所述功率芯片的第一电极引出至所述功率半导体封装结构的侧面。在一实施例中，所述功率半导体器件封装结构还包括：上盖板，压接于多个所述封装子模组上，与所述下盖板之间绝缘连接。本专利技术实施例还提供一种功率半导体器件的封装方法，包括：得到封装子模组，所述得到封装子模组，包括：将功率芯片设置于下金属片上；将上金属片卡合于定位框架中，与所述定位框架共同设置于所述功率芯片上，所述上金属片的尺寸不小于所述下金属片的尺寸，且所述上金属片的尺寸与所述下金属片的尺寸差异小于预设差值。在一实施例中，所述得到封装子模组中，将功率芯片设置于下金属片上之前，还包括：将一连接件的第一端固定于绝缘框架的定位通孔内；将一支撑片固定于所述绝缘框架中；将所述下金属片设置于所述支撑片上。在一实施例中，所述得到封装子模组，还包括：将所述连接件的第二端连接于所述功率芯片的第一电极。在一实施例中，所述得到封装子模组之后，还包括：将PCB板设置于下盖板的上表面；将多个所述封装子模组固定设置于所述下盖板上的多个金属凸台上，多个所述封装子模组与所述多个金属凸台一一对应设置；将所述PCB板与所述连接件连接；将一引出件与所述PCB板固定连接，通过所述连接件、PCB板及引出件将所述功率芯片的第一电极引出至所述功率半导体封装结构的侧面；将上盖板压接于多个所述封装子模组上，所述上盖板与下盖板之间绝缘连接。本专利技术技术方案，与现有技术相比，至少具有如下优点：本专利技术实施例提供了一种功率半导体器件封装结构及封装方法，该功率半导体器件封装结构包括：至少一个封装子模组，该封装子模组包括：上金属片、定位框架、功率芯片及下金属片，功率芯片设置于下金属片上，上金属片卡合于定位框架中，与定位框架共同设置于功率芯片上，上金属片的尺寸不小于下金属片的尺寸，且上金属片的尺寸与下金属片的尺寸差异小于预设差值，使得上金属片与下金属片面积相当，从而有效地减小了功率半导体器件中芯片的弯曲，避免了芯片产生裂纹甚至发生脆断，提高了功率半导体器件的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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为本专利技术实施例中封装子模组的一个具体示例的截面图；图2为本专利技术实施例中封装子模组的另一个具体示例的截面图；图3为本专利技术实施例中封装子模组的一个具体示例的结构示意图；图4为本专利技术实施例中封装子模组的另一个具体示例的结构示意图；图5为本专利技术实施例中封装子模组的另一个具体示例的结构示意图；图6为本专利技术实施例中功率半导体器件封装结构的一个具体示例的截面图；图7为本专利技术实施例中得到封装子模组的一个具体示例的流程图；图8为本专利技术实施例中得到封装子模组的另一个具体示例的流程图；图9为本专利技术实施例中功率半导体器件的封装方法的一个具体示例的流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件封装结构，其特征在于，包括：至少一个封装子模组，所述封装子模组包括：上金属片(11)、定位框架(12)、功率芯片(13)及下金属片(14)；所述功率芯片(13)设置于所述下金属片(14)上；所述上金属片(11)卡合于所述定位框架(12)中，与所述定位框架(12)共同设置于所述功率芯片(13)上；所述上金属片(11)的尺寸不小于所述下金属片(14)的尺寸，且所述上金属片(11)的尺寸与所述下金属片(14)的尺寸差异小于预设差值。

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件封装结构，其特征在于，包括：至少一个封装子模组，所述封装子模组包括：上金属片(11)、定位框架(12)、功率芯片(13)及下金属片(14)；所述功率芯片(13)设置于所述下金属片(14)上；所述上金属片(11)卡合于所述定位框架(12)中，与所述定位框架(12)共同设置于所述功率芯片(13)上；所述上金属片(11)的尺寸不小于所述下金属片(14)的尺寸，且所述上金属片(11)的尺寸与所述下金属片(14)的尺寸差异小于预设差值。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述封装子模组还包括：绝缘框架(17)和连接件(16)，所述绝缘框架(17)的顶部为卡扣形状，所述连接件(16)的第一端固定于所述绝缘框架(17)的定位通孔内，所述连接件(16)的第二端连接于所述功率芯片(13)的第一电极。3.根据权利要求2所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述连接件(16)为弹簧探针。4.根据权利要求2或3所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述封装子模组还包括：支撑片(15)，设置于所述下金属片(14)的下方，与所述上金属片(11)、定位框架(12)、功率芯片(13)以及下金属片(14)共同固定于所述绝缘框架(17)内。5.根据权利要求4所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，还包括：下盖板(3)，设置有多个金属凸台(31)，多个所述封装子模组固定设置于所述多个金属凸台(31)上，所述多个金属凸台(31)与多个所述封装子模组一一对应设置。6.根据权利要求5所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，还包括：PCB板(4)，设置于所述下盖板(3)的上表面，与所述连接件(16)连接。7.根据权利要求6所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，还包括：引出件(5)，固定连接于所述PCB板(4)上，通过所述连接件(16)及所述PCB板(4)将所述功率芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：武伟，韩荣刚，张喆，李现兵，石浩，张朋，唐新灵，王亮，林仲康，田丽纷，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11