一种功率半导体器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种功率半导体器件及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种功率半导体器件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在电力电子行业的发展过程中，半导体技术起到了决定性作用
。
其中，功率半导体器件一直被认为是电力电子设备的关键组成部分
。
随着电力电子技术在工业
、
医疗
、
交通
、
消费等行业的广泛应用，功率半导体器件直接影响着这些电力电子设备的成本和效率
。
在“3060”双碳目标推动下，电动汽车
、
智能电网
、
储能
、
数据中心和服务器
、
高铁等特定场景应用对高电压
、
大容量
、
高可靠功率器件需求有望大幅增长
。
[0003]高压功率半导体指使用电压在
4.5kV
及以上的功率半导体
。
高压功率半导体器件内部通常存在高压局部放电问题，长时间存在的不可接受的局部放电会导致硅凝胶老化和降解，最终导致器件击穿或故障
。
因此，需要新的封装解决方案，在高压端子与接地的散热器之间提供电气绝缘
。
[0004]对于常规的陶瓷衬板，在金属层边缘，由于高电场易引发局部放电
。
特别是金属层下方的一些钎焊边缘非常锋利，导致电荷集中，形成高强度电场
。
高强度局部放电会损坏绝缘硅胶，导致电气绝缘故障，降低模块的可靠性
。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有功率半导体由于局部放电导致可靠性降低的缺陷，进而提供一种功率半导体器件及其制备方法
。
[0006]本专利技术提供一种功率半导体器件，包括：基板，所述基板包括绝缘衬底层和第一上电极层，所述绝缘衬底层包括衬底本体层和位于部分衬底本体层上的第一凸台部；所述第一上电极层包括第一电极部和与所述第一电极部连接的第二电极部；所述第一电极部位于所述第一凸台部背离所述衬底本体层的一侧表面；所述第二电极部与所述第一凸台部侧部的部分衬底本体层相对且与所述衬底本体层间隔设置；第一绝缘层，所述第一绝缘层位于所述第二电极部与所述衬底本体层之间
、
所述第二电极部背离所述第一电极部的侧壁
、
以及所述第二电极部的顶壁；功率半导体芯片，所述功率半导体芯片位于所述第一电极部背离所述绝缘衬底层的一侧且与所述第一电极部电学连接
。
[0007]可选的，所述第二电极部背离所述第一电极部的侧壁和所述第二电极部的顶壁的连接处呈圆角；所述第二电极部背离所述第一电极部的侧壁和所述第二电极部的底壁的连接处呈圆角
。
[0008]可选的，所述第一凸台部的侧壁与所述衬底本体层的连接处呈圆角
。
[0009]可选的，所述第一绝缘层的材料包括场相关电导率材料或场相关介电常数材料，所述场相关电导率材料为电导率随电场增大而增大的材料，所述场相关介电常数材料为介电常数随电场增大而增大的材料
。
[0010]可选的，所述绝缘衬底层的厚度为
0.5mm
～
3mm。
[0011]可选的，所述绝缘衬底层还包括：位于部分衬底本体层上的第二凸台部，所述第二凸台部和所述第一凸台部位于所述衬底本体层的同侧且间隔设置；所述基板还包括：与所述第一上电极层间隔设置的第二上电极层，所述第二上电极层包括第三电极部和与所述第三电极部连接的第四电极部；所述第三电极部位于所述第二凸台部背离所述衬底本体层的一侧表面；所述第四电极部与所述第二凸台部侧部的部分衬底本体层相对且与所述衬底本体层间隔设置；所述功率半导体器件还包括：第二绝缘层，所述第二绝缘层位于所述第四电极部与所述衬底本体层之间
、
所述第四电极部背离所述第三电极部的侧壁
、
以及所述第四电极部的顶壁
。
[0012]可选的，所述第二绝缘层的材料包括场相关电导率材料或场相关介电常数材料，所述场相关电导率材料为电导率随电场增大而增大的材料，所述场相关介电常数材料为介电常数随电场增大而增大的材料
。
[0013]可选的，所述场相关电导率材料包括掺杂半导体填料的高分子复合材料；所述场相关介电常数材料包括掺杂铁电填料的高分子复合材料
。
[0014]可选的，所述半导体填料包括氧化锌或碳化硅；所述铁电填料包括钛酸钡或钛酸铅锆
。
[0015]可选的，所述第一上电极层的材料包括铜或铝，所述第二上电极层的材料包括铜或铝；所述第一上电极层的厚度为
0.3mm
～
1mm
，所述第二上电极层的厚度为
0.3mm
～
1mm。
[0016]可选的，所述第一凸台部的高度为
0.1mm
～
1mm
，所述第二凸台部的高度为
0.1mm
～
1mm。
[0017]可选的，所述第二电极部的宽度为
0.5mm
～
2mm
，所述第四电极部的宽度为
0.5mm
～
2mm。
[0018]可选的，所述第四电极部背离所述第三电极部的侧壁和所述第四电极部的顶壁的连接处呈圆角；所述第四电极部背离所述第三电极部的侧壁和所述第四电极部的底壁的连接处呈圆角；所述第二凸台部的侧壁与所述衬底本体层的连接处呈圆角
。
[0019]可选的，还包括：引线框架，所述引线框架电学连接所述第二上电极层和所述功率半导体芯片；所述引线框架包括水平部
、
连接部和引脚部；所述水平部与所述第一上电极层平行，所述水平部的一端与所述功率半导体芯片电连接，所述引脚部与所述第二上电极层电连接，所述水平部的另一端与所述引脚部之间通过所述连接部连接
。
[0020]可选的，还包括：缓冲层，所述缓冲层位于所述功率半导体芯片和所述水平部之间，所述缓冲层的底端与所述功率半导体芯片电连接，所述缓冲层的顶端与所述水平部的一端电连接
。
[0021]可选的，所述缓冲层与所述功率半导体芯片的热膨胀系数相差
20
％以内；所述缓冲层的材料包括钼
、
钨
、
钼铜合金或钨铜合金
。
[0022]可选的，还包括：第一电极引出端子和第二电极引出端子，所述第一电极引出端子的一端与所述第一上电极层电连接，所述第二电极引出端子的一端与所述第二上电极层电连接
。
[0023]可选的，还包括：绝缘介质封装层，所述绝缘介质封装层包覆所述功率半导体芯片
、
所述缓冲层
、
所述引线框架
、
所述第一绝缘层
、
所述第二绝缘层
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种功率半导体器件，其特征在于，包括：基板，所述基板包括绝缘衬底层和第一上电极层，所述绝缘衬底层包括衬底本体层和位于部分衬底本体层上的第一凸台部；所述第一上电极层包括第一电极部和与所述第一电极部连接的第二电极部；所述第一电极部位于所述第一凸台部背离所述衬底本体层的一侧表面；所述第二电极部与所述第一凸台部侧部的部分衬底本体层相对且与所述衬底本体层间隔设置；第一绝缘层，所述第一绝缘层位于所述第二电极部与所述衬底本体层之间
、
所述第二电极部背离所述第一电极部的侧壁
、
以及所述第二电极部的顶壁；功率半导体芯片，所述功率半导体芯片位于所述第一电极部背离所述绝缘衬底层的一侧且与所述第一电极部电学连接
。2.
根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第二电极部背离所述第一电极部的侧壁和所述第二电极部的顶壁的连接处呈圆角；所述第二电极部背离所述第一电极部的侧壁和所述第二电极部的底壁的连接处呈圆角
。3.
根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一凸台部的侧壁与所述衬底本体层的连接处呈圆角
。4.
根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一绝缘层的材料包括场相关电导率材料或场相关介电常数材料，所述场相关电导率材料为电导率随电场增大而增大的材料，所述场相关介电常数材料为介电常数随电场增大而增大的材料
。5.
根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述绝缘衬底层的厚度为
0.5mm
～
3mm。6.
根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述绝缘衬底层还包括：位于部分衬底本体层上的第二凸台部，所述第二凸台部和所述第一凸台部位于所述衬底本体层的同侧且间隔设置；所述基板还包括：与所述第一上电极层间隔设置的第二上电极层，所述第二上电极层包括第三电极部和与所述第三电极部连接的第四电极部；所述第三电极部位于所述第二凸台部背离所述衬底本体层的一侧表面；所述第四电极部与所述第二凸台部侧部的部分衬底本体层相对且与所述衬底本体层间隔设置；所述功率半导体器件还包括：第二绝缘层，所述第二绝缘层位于所述第四电极部与所述衬底本体层之间
、
所述第四电极部背离所述第三电极部的侧壁
、
以及所述第四电极部的顶壁
。7.
根据权利要求6所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第二绝缘层的材料包括场相关电导率材料或场相关介电常数材料，所述场相关电导率材料为电导率随电场增大而增大的材料，所述场相关介电常数材料为介电常数随电场增大而增大的材料
。8.
根据权利要求4或7所述的功率半导体器件，其特征在于，所述场相关电导率材料包括掺杂半导体填料的高分子复合材料；所述场相关介电常数材料包括掺杂铁电填料的高分子复合材料
。9.
根据权利要求8所述的功率半导体器件，其特征在于，所述半导体填料包括氧化锌或碳化硅；所述铁电填料包括钛酸钡或钛酸铅锆
。10.
根据权利要求6所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一上电极层的材料包
括铜或铝，所述第二上电极层的材料包括铜或铝；所述第一上电极层的厚度为
0.3mm
～
1mm
，所述第二上电极层的厚度为
0.3mm
～
1mm。11.
根据权利要求6所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一凸台部的高度为
0.1mm
～
1mm
，所述第二凸台部的高度为
0.1mm
～
1mm。12.
根据权利要求6所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第二电极部的宽度为
0.5mm
～
2mm
，所述第四电极部的宽度为
0.5mm
～
2mm。13.
根据权利要求6所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第四电极部背离所述第三电极部的侧壁和所述第四电极部的顶壁的连接处呈圆角；所述第四电极部背离所述第三电极部的侧壁和所述第四电极部的底壁的连接处呈圆角；所述第二凸台部的侧壁与所述衬底本体层的连接处呈圆角
。14.
根据权利要求6所述的功率半导体器件，其特征在于，还包括：引线框架，所述引线框架电学连接所述第二上电极层和所述功率半导体芯片；所述引线框架包括水平部
、
连接部和引脚部；所述水平部与所述第一上电极层平行，所述水平部的一端与所述功率半导体芯片电连接，所述引脚部与所述第二上电极层电连接，所述水平部的另一端与所述引脚部之间通过所述连接部连接
。15.
根据权利要求
14
所述的功率半导体器件，其特征在于，还包括：缓冲层，所述缓冲层位于所述功率半导体芯片和所述水平部之间，所述缓冲层的底端与所述功率半导体芯片电连接，所述缓冲层的顶端与所述水平部的一端电连接
。16.
根据权利要求
15
所述的功率半导体器件，其特征在于，所述缓冲层与所述功率半导体芯片的热膨胀系数相差
20
％以内；所述缓冲层的材料包括钼
、
钨
、
钼铜合金或钨铜合金
。17.
根据权利要求
15
所述的功率半导体器件，其特征在于，还包括：第一电极引出端子和第二电极引出端子，所述第一电极引出端子的一端与所述第一上电极层电连接，所述第二电极引出端子的一端与所述第二上电极层电连接
。18.
根据权利要求

【专利技术属性】
技术研发人员：林仲康，杜玉杰，唐新灵，支妍力，曾萍，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网江西省电力有限公司国网江西省电力有限公司吉安供电分公司，
类型：发明
国别省市：