一种芯片封装电极及其制备方法和芯片封装结构技术

本发明专利技术提供一种芯片封装电极及其制备方法和芯片封装结构。该芯片封装电极，包括：电极板以及在所述电极板上层叠设置的第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层，其中，所述第一钼铜合金层和第二钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上均逐渐增大，所述弹性层由铜和弹性体形成的复合材料制成。第一钼铜合金层和第二钼铜合金层中，铜保证该电极具有优良的导电性能，由于钼的热膨胀系数与芯片更匹配，从而降低了热膨胀系数不匹配对电极或芯片所造成的损害；弹性层中，铜保证了电极的导电性能，弹性体的添加增加了电极的弹性，进一步降低了对芯片的机械损伤风险。上述封装电极结构紧凑，电极与芯片距离适宜，保证了芯片的良好散热。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片封装电极及其制备方法和芯片封装结构
本专利技术涉及芯片封装
，具体涉及一种芯片封装电极及其制备方法和芯片封装结构。
技术介绍
目前，功率型半导体器件发展迅速，例如，晶闸管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)广泛应用于新能源、输变电、轨道交通、冶金以及化工等领域。压接式封装是功率型半导体器件封装的一种重要形式，特别是在IGBT芯片封装中得到了广泛应用，在压接式封装结构中，IGBT模块的发射极与集电极通过压力的形式与芯片封装电极进行连接。压接式IGBT模块由于其芯片布局密集、双面散热、功率密度大、可靠性高、易于串联等优势非常适用于电力系统、电力机车、智能电网等高压大功率应用场合，并且随着电压、电流参数的迅速提高，目前已经在电力机车、智能电网等领域迅速推广。基于上述优点，压接IGBT模块串联将使主电路结构大为简化，控制复杂性大为降低，所需器件减少，使装置更加紧凑、重量更轻，可靠性不会随着装置电压风机的提高而明显降低，在柔性直流输电、柔性交流输电、定制电力园区、“全国联网”工程、海上风电接入、光伏接入等工程建设中具有广泛的应用。因此，压接型IGBT器件逐渐在电网中成为主流器件，并在我国开发的柔性直流输电换流阀和直流断路器中得到了大量应用。目前主流压接封装形式以全刚性压接结构(东芝器件)和弹性压接器件(ABB器件)两种封装结构为主，其中，东芝刚性压接器件，钼片与芯片电极直接刚性接触，芯片存在机械损伤的风险，同时芯片与钼片之间接触界面较多，接触热阻与接触电阻较大；ABB器件引用碟簧的弹性结构，解决了芯片受力问题，大大降低了芯片机械损坏的现象，但弹性组件的引入造成弹性电极距离芯片距离变大，大大影响了芯片的散热，因此ABB器件的热阻远大于东芝器件的热阻，从而导致器件的损耗加大，结温升高，对芯片的可靠性提出了更加严苛的环境。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的刚性压接式芯片封装结构机械损伤风险大、弹性压接式芯片封装结构芯片散热差的缺陷，从而提供一种芯片封装电极及其制备方法和芯片封装结构。第一方面，本专利技术提供一种芯片封装电极，包括：电极板以及在所述电极板上层叠设置的第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层，其中，所述第一钼铜合金层和第二钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上均逐渐增大，所述弹性层由铜和弹性体形成的复合材料制成。进一步地，所述电极板为铜板。进一步地，所述第一钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上由0％增至30％～55％；所述第二钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上由0％～5％增至100％。进一步地，以形成所述弹性层的复合材料的总质量计，弹性体的质量百分比为10～20％。进一步地，在所述电极板和所述第一钼铜合金层之间，还包括：铜金属层。进一步地，所述铜金属层的厚度为5-10mm。进一步地，所述第一钼铜合金层、弹性层、第二钼铜合金层的厚度均为5-10mm。进一步地，所述弹性体为硅橡胶。进一步地，形成所述弹性层的复合材料具有多孔结构。进一步地，形成所述弹性层的复合材料具有蜂窝结构，所述蜂窝结构空腔的横截面为菱形。第二方面，本专利技术提供一种所述的芯片封装电极的制备方法，包括：在所述电极板上依次形成所述第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层。进一步地，所述的芯片封装电极的制备方法，采用3D打印工艺在所述电极板上依次形成所述第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层，得到合金成形件；将所述合金成形件进行热处理，得到所述芯片封装电极。进一步地，形成所述第一钼铜合金层和第二钼铜合金层的方法包括：采用激光束加热钼和铜的混合粉末，使所述钼和铜的混合粉末熔合形成激光熔覆层。进一步地，所述钼和铜的混合粉末的粒径为15～60μm，氧含量低于2000ppm。进一步地，形成所述弹性层的方法包括：采用激光束加热铜和弹性体的混合粉末，使所述铜和弹性体的混合粉末熔合形成激光熔覆层。进一步地，所述铜和弹性体的混合粉末的粒径为45～100μm，氧含量低于2000ppm。进一步地，所述激光束的扫描速率为1000～1200mm/s；所述激光束的激光功率为200W～250W；所述激光束的扫描间距为0.07～0.11mm。进一步地，所述热处理包括：将所述合金成形件于673K～773K下保温1～2小时，再升温至1073K～1173K，保温3～4小时，冷却。第三方面，本专利技术提供所述的芯片封装电极，或者所述的制备方法得到的芯片封装电极在绝缘栅双极型晶体管芯片封装中的应用。第四方面，本专利技术提供一种芯片封装结构，包括所述的芯片封装电极，或者所述的制备方法得到的芯片封装电极。进一步地，所述的芯片封装结构，包括：管壳以及沿所述管壳的轴向依次压接的集电极、钼片、芯片和所述芯片封装电极。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的芯片封装电极，包括电极板以及在所述电极板上层叠设置的第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层。第一钼铜合金层和第二钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上均逐渐增大，一方面，铜保证该电极具有优良的导电性能，另一方面，使其越靠近芯片的一侧钼含量越高，由于钼的热膨胀系数与芯片更匹配，从而降低了热膨胀系数不匹配对电极或芯片所造成的损害。弹性层由铜和弹性体形成的复合材料制成，铜保证了电极的导电性能，弹性体的添加增加了电极的弹性，进一步降低了对芯片的机械损伤风险。同时，上述封装电极结构紧凑，电极与芯片距离适宜，保证了芯片的良好散热。2.本专利技术提供的芯片封装电极，在电极板和第一钼铜合金层之间还包括铜金属层。铜金属层的引入有利于电极板与第一钼铜合金层之间的过渡，增加电极的导电性能。3.本专利技术提供的芯片封装电极，形成弹性层的复合材料具有多孔结构。多孔结构有利于电极在受到挤压时释放内部应力，可以降低封装过程中对零部件的尺寸公差要求，均衡降低芯片表面压力，提高芯片良率。4.本专利技术提供的芯片封装电极的制备方法，采用3D打印工艺在电极板上依次形成第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层，得到合金成形件；将合金成形件进行热处理。3D打印工艺的应用有利于第一钼铜合金层和第二钼铜合金层中钼、铜含量的灵活调整，且有利于弹性层中铜和弹性体的均匀分布。5.本专利技术提供的芯片封装电极在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片封装中的应用，使用本专利技术提供的芯片封装电极，既具有金属的导电性能又具有一定弹性，应用于IGBT封装中，从而得到一种介于刚性压接与弹性压接之间的芯片封装结构，并且该电极整体性好，封装时可直接与芯片压接，操作简便。6.本专利技术提供的芯片封装结构，包括本专利技术提供的芯片封装电极，结构整体芯片散热性好，且芯片在封装和使用过程中不易遭到破坏，结构稳定性好。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芯片封装电极，其特征在于，包括：电极板以及在所述电极板上层叠设置的第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层，其中，所述第一钼铜合金层和第二钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上均逐渐增大，所述弹性层由铜和弹性体形成的复合材料制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种芯片封装电极，其特征在于，包括：电极板以及在所述电极板上层叠设置的第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层，其中，所述第一钼铜合金层和第二钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上均逐渐增大，所述弹性层由铜和弹性体形成的复合材料制成。


2.根据权利要求1所述的芯片封装电极，其特征在于，所述第一钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上由0％增至30％～55％；
所述第二钼铜合金层中钼的质量百分比沿背离所述电极板的方向上由0％～5％增至100％。


3.根据权利要求1或2所述的芯片封装电极，其特征在于，以形成所述弹性层的复合材料的总质量计，弹性体的质量百分比为10～20％。


4.根据权利要求1-3任一所述的芯片封装电极，其特征在于，在所述电极板和所述第一钼铜合金层之间，还包括：铜金属层。


5.根据权利要求1-4任一所述的芯片封装电极，其特征在于，所述弹性体为硅橡胶。


6.根据权利要求1-5任一所述的芯片封装电极，其特征在于，形成所述弹性层的复合材料具有多孔结构。


7.根据权利要求6所述的芯片封装电极，其特征在于，形成所述弹性层的复合材料具有蜂窝结构，所述蜂窝结构空腔的横截面为菱形。


8.根据权利要求1-7任一所述的芯片封装电极，其特征在于，第一钼铜合金层、弹性层和第二钼铜合金层的厚度均为5～10mm。


9.一种权利要求1-8任一所述的芯片封装电极的制备方法，其特征在于，包括：
在所述电极板上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，石浩，吴军民，金锐，张朋，唐新灵，林仲康，周扬，
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