一种自恢复熔断结构和具有其的功率半导体芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种自恢复熔断结构和具有其的功率半导体芯片，涉及功率器件领域。所述自恢复熔断结构包括：上极板、下极板和基板，所述基板位于所述上极板和下极板之间，并被上极板和下极板覆盖；所述基板具有多个中空通道，所述多个中空通道连接上极板和下极板；所述中空通道内填充熔丝材料。本发明专利技术使用具有熔丝特性的自恢复熔断结构用于功率半导体芯片的功率回路和信号回路的连接，适用于任何多芯片并联的功率半导体模块的拓扑，在模块发生单芯片故障失效时能够迅速将失效芯片进行电气隔离，防止失效蔓延至其余健康芯片，从而保证功率模块具有容错运行的能力。块具有容错运行的能力。块具有容错运行的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种自恢复熔断结构和具有其的功率半导体芯片


[0001]本专利技术涉及功率器件领域，具体涉及一种自恢复熔断结构和具有其的功率半导体芯片。

技术介绍

[0002]为了增大输出电流/功率能力，功率半导体模块往往采用多芯片并联的架构。在模块运行过程中，由于过流、过压、宇宙射线以及芯片缺陷等原因造成的单颗芯片局部坏点短路失效会导致功率模块失去阻断电压的能力，并且这种失效会迅速蔓延到模块的其余芯片，从而造成模块中并联的所有芯片全部失效，彻底失去开关的能力。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种自恢复熔断结构和具有其的功率半导体芯片，在功率模块单一芯片出现失效时能迅速将故障芯片切除主回路，避免芯片的失效蔓延至其余健康芯片，从而保障原有功率模块仍具备降额运行的能力。本专利技术提供如下技术方案：一种自恢复熔断结构，包括：上极板；下极板；基板，所述基板位于所述上极板和下极板之间，并被上极板和下极板覆盖；所述基板具有多个中空通道，所述多个中空通道连接上极板和下极板；所述中空通道内填充熔丝材料。
[0004]较佳地，所述基板为陶瓷基板、玻璃基板、石英基板或有机聚合物基板中的一种。
[0005]较佳地，所述熔丝材料为以下材料中的一种：铅锡合金、银、铅或锡。
[0006]本专利技术还提供一种功率半导体芯片，包括上述的自恢复熔断结构、功率芯片、绝缘基板、第一引线和第一金属层；所述功率芯片设置在第一金属层上，所述第一金属层设置在绝缘基板上，所述自恢复熔断结构连接所述功率芯片并通过第一引线连接设置在绝缘基板上的第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层无连接关系。
[0007]较佳地，所述自恢复熔断结构的下极板电性连接在功率芯片的上方，所述自恢复熔断结构的上极板通过第一引线连接到第二金属层。
[0008]较佳地，所述自恢复熔断结构的下极板设置在第三金属层上，所述功率芯片通过第二引线连接第三金属层。
[0009]较佳地，所述第二金属层还连接有功率端子；和/或，所述第一引线焊接或烧结在所述第二金属层；和/或，所述第二金属层焊接或烧结在所述绝缘基板上。
[0010]较佳地，所述自恢复熔断结构的下极板焊接或烧结在所述功率芯片上；
和/或，所述第一引线烧结或焊接在所述自恢复熔断结构的上极板。
[0011]较佳地，所述自恢复熔断结构的下极板焊接或烧结在第三金属层上，所述第三金属层不与第一金属层或第二金属层连接，所述第三金属层焊接或烧结在所述绝缘基板上。
[0012]较佳地，所述功率芯片焊接或烧结在所述第一金属层上；和/或，所述第一金属层焊接或烧结在所述绝缘基板上。
[0013]本专利技术的有益效果如下：1.使用具有熔丝特性的自恢复熔断结构用于功率半导体芯片的功率回路和信号回路的连接，适用于任何多芯片并联的功率半导体模块的拓扑，包括但不限于二极管整流桥拓扑，IGBT/MOSFET半桥/全桥拓扑，各类型三电平拓扑等。
[0014]2.在电控模块发生单芯片故障失效时能够迅速将失效芯片进行电气隔离，防止失效蔓延至其余健康芯片，从而保证功率模块具有容错运行的能力。
[0015]3.失效处理机制温和，有效，可以避免电弧、爆炸等剧烈严重的失效模式。
附图说明
[0016]图1为实施例1中的自恢复熔断结构示意图；图2为实施例2中的功率半导体芯片图；图3为实施例3中的功率半导体芯片图；
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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。
[0018]实施例1一种自恢复熔断结构，包括：上极板1；下极板3；基板2，所述基板2位于所述上极板1和下极板3之间，并被上极板1和下极板3覆盖；所述基板2具有多个中空通道（也即基板2是贯通的），所述多个中空通道连接上极板1和下极板3；所述中空通道内填充熔丝材料4。
[0019]本实施例中，所述基板为陶瓷基板，也可以替换为玻璃基板、石英基板或有机聚合物基板。
[0020]本实施例中，所述熔丝材料为以下材料中的一种：铅锡合金、银、铅或锡等容易熔融并在冷却时恢复状态的金属材料。
[0021]实施例2本实施例还提供一种功率半导体芯片，包括实施例1中的自恢复熔断结构6、功率芯片4、绝缘基板1、第一引线7和第一金属层2；所述功率芯片4设置在第一金属层2上，所述第一金属层2设置在绝缘基板1上，所述自恢复熔断结构6连接所述功率芯片4并通过第一引
线7连接设置在绝缘基板1上的第二金属层3，所述第一金属层2和所述第二金属层3无连接关系。
[0022]本实施例中，所述自恢复熔断结构6的下极板电性连接在功率芯片4的上方，所述自恢复熔断结构6的上极板通过第一引线连接到第二金属层3。本实施例中，所述自恢复熔断结构6的下极板焊接或烧结在所述功率芯片4上；并在焊接或者烧结时形成了位于自恢复熔断结构6和功率芯片4之间的焊接层或烧结层5。
[0023]本实施例中，所述第二金属层3还连接有功率端子8，所述功率端子用于连接外围电路。
[0024]本实施例中，所述第一引线7一端焊接或烧结在所述第二金属层3。所述第一引线7的另一端烧结或焊接在所述自恢复熔断结构6的上极板。
[0025]本实施例中，所述第二金属层3焊接、烧结或蚀刻等方式覆盖在所述绝缘基板1上。同样的，所述第一金属层2焊接、烧结或蚀刻等方式覆盖在所述绝缘基板1上。
[0026]本实施例中，所述功率芯片4焊接或烧结等方式覆盖在所述第一金属层2上。
[0027]本实施例中，所述绝缘基板1的底部也设置了金属层。
[0028]本实施例中，所述功率芯片4为半导体功率芯片。所述第一引线7为金属线。
[0029]本实施例使用具有熔丝特性的自恢复熔断结构用于功率半导体芯片的功率回路或信号回路的连接，适用于任何多芯片并联的功率半导体模块的拓扑，包括但不限于二极管整流桥拓扑，IGBT/MOSFET半桥/全桥拓扑，各类型三电平拓扑等。
[0030]在整个模块发生单芯片故障失效时能够迅速将失效芯片进行电气隔离，防止失效蔓延至其余健康芯片，从而保证功率模块具有容错运行的能力。
[0031]实施例3本实施例还提供一种功率半导体芯片，包括实施例1中的自恢复熔断结构8、功率芯片6、绝缘基板1、第一引线4和第一金属层2；所述功率芯片6设置在第一金属层2上，所述第一金属层2设置在绝缘基板1上，所述自恢复熔断结构8连接所述功率芯片6并通过第一引线7
‑
1连接设置在绝缘基板1上的第二金属层4，所述第一金属层2和所述第二金属层4是分开设置的，无连接关系。这样的设置方式能够使得在高温时，自恢复熔断结构8断路进而断开了与外围电路的连接。
[0032]本实施例中，所述自恢复熔断结构8的下极板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自恢复熔断结构，其特征在于，包括：上极板；下极板；基板，所述基板位于所述上极板和下极板之间，并被上极板和下极板覆盖；所述基板具有多个中空通道，所述多个中空通道连接上极板和下极板；所述中空通道内填充熔丝材料。2.如权利要求1所述的自恢复熔断结构，其特征在于，所述基板为陶瓷基板、玻璃基板、石英基板或有机聚合物基板中的一种。3.如权利要求1所述的自恢复熔断结构，其特征在于，所述熔丝材料为以下材料中的一种：铅锡合金、银、铅或锡。4.一种功率半导体芯片，其特征在于，包括如权利要求1
‑
3任一项所述的自恢复熔断结构、功率芯片、绝缘基板、第一引线和第一金属层；所述功率芯片设置在第一金属层上，所述第一金属层设置在绝缘基板上，所述自恢复熔断结构连接所述功率芯片并通过第一引线连接设置在绝缘基板上的第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层无连接关系。5.如权利要求4所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述自恢复熔断结构的下极板电性连接在功率芯片的上方，所述自恢复熔断结构的上极板通过第一引线连接到第二金属层。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐贺，朱楠，史经奎，邓永辉，梅营，
申请(专利权)人：致瞻科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：