一种局部放电减弱的高压IGBT模块及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于减弱局部放电效果的高压IGBT模块的制造方法以及具有局部放电减弱行为的高压IGBT模块，通过在电绝缘衬底上下导电层之间淀积半导体氢化非晶薄膜以降低导电层与电绝缘衬底边界处电场强度，降低IGBT模块局部放电视在电荷，提高模块局部放电通过率，使得电场极大值处电场强度减弱明显，局部放电视在电荷减小，IGBT模块局部放电测试通过率提高。

【技术实现步骤摘要】
—种局部放电减弱的高压IGBT模块及其制造方法
本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及ー种用于减弱局部放电效果的高压IGBT模块的制造方法以及具有局部放电减弱行为的高压IGBT模块。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor,全文简称 IGBT)具有高频率、高电压、大电流、尤其是容易开通和关断的性能特点，是国际上公认的电カ电子技术第三次革命的最具代表性的产品，至今已经发展到第六代，商业化已发展到第五代。目前，IGBT已广泛应用于国民经济的各行各业中。IGBT模块主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即DC/AC变换中。当今以IGBT模块为代表的新型电カ电子器件是高频电カ电子线路和控制系统的核心开关元器件，现已广泛应用于电カ机车、高压输变电、电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源等领域，市场前景非常好。IGBT模块结合了大功率晶体管(GTR)及大功率场效应晶体管(MOSFET)的优点，是比较理想的全控型器件，具有控制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大等优点。目前IGBT模块容量已经达到2000A/6500V，满足电カ电子与电カ传动领域应用要求。然而，随着IGBT功率模块电压等级的升高，绝缘系统承受的电场越来越强，完全不发生局部放电是不实际的。目前，IGBT模块局部放电通常根据GB/T7305-2003/IEC60270:2000标准方法进行测试，测试中将局部放电视在电荷限制在10pC，保证模块能安全工作且有足够长的使用寿命。未通过测试的模块降级使用或报废，大大降低了生产效率。IGBT模块中，AlN陶瓷及敷铜板接触边缘曲率半径较小，电场集中。同吋，AlN陶瓷上敷铜板通常通过腐蚀形成，腐蚀过程中容易造成金属边缘不均匀，电场进ー步增强，导致局部放电的发生。2005年,瑞士 ABB公司J.H.Fabian等人在其发表的文章《Analysis ofInsulation Failure Modes in High Power IGBT Modules》中通过数值模拟的方法确定高压IGBT模块电场极大值位于DCB板上敷铜层、AlN陶瓷及硅凝胶交界处。2010年，Ning-yanWang等人通过实验法观察到放电位置发生在模块电场极大值处。2013年,J.-L.Auge等人在其发表的文章《Partial Discharges in Ceramic Substrates Embedded in Liquids andGels))中明确指出敷铜层、AlN陶瓷及硅凝胶交界处放电是导致IGBT模块局部放电测试不通过的主要原因。因此，如何降低电场极大值处电场强度是提高IGBT模块绝缘性能，降低局部放电视在电荷的关键。通常，改善IGBT模块局部放电性能有两个方面，一方面使用新的绝缘材料，提高其承受电场的能力；另一方面通过仿真计算或測量，判断发生局部放电的位置，通过改变结构及优化工艺来降低电场强度，避免局部放电的发生。美国专利US6201696B1中通过在AlN陶瓷及敷铜层边界覆盖电绝缘聚酯(Polyester)或环氧树脂来提高局部放电能力。由于AlN陶瓷和敷铜层表面比较粗糙，覆盖电绝缘聚酯或环氧树脂时，关键位置粘附性不好且空气容易残留在AlN陶瓷和敷铜层边界处，进一步导致局部放电的发生。瑞士 ABB公司也申请专利(申请号:200480009083.5)在敷铜层及AlN陶瓷边界覆盖低粘度单体或低聚体(oligomer)聚酰亚胺(polyimide)来减小局部放电的发生。聚酰亚胺前体使用量及粘度要足够低以保证其能覆盖陶瓷衬底和敷铜层拐角处，同时聚酰亚胺前体需要加入娃氧烧基(siloxane based)类粘附剂促进剂,改善金属和陶瓷之间粘附能力。覆盖完聚酰亚胺前体后需要进行I个小时200?350°C的固化，聚酰亚胺前体中的单体和低聚体聚合形成聚酰亚胺。工艺较为复杂且可控性较差。上述方法虽然可以降低局部放电的发生，但并没有降低电场极大值处电场强度，根本问题没有得到解决。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种用于减弱局部放电效果的高压IGBT模块的制造方法，降低IGBT模块电场极大值处电场强度。本专利技术的另一目的在于提供一种具有局部放电减弱行为的高压IGBT模块。为实现上述目的，本专利技术通过在电绝缘衬底上下导电层之间淀积半导体氢化非晶薄膜以降低导电层与电绝缘衬底边界处电场强度，降低IGBT模块局部放电视在电荷，提高模块局部放电通过率。具体的，本专利技术提供如下技术方案:本专利技术的局部放电减弱的高压IGBT模块的制造方法，具体包括下述步骤:(I)提供一电绝缘衬底，在所述电绝缘衬底的两个表面上分别设置导电层，使得所述电绝缘衬底的周边顶部区域不被所述的导电层覆盖，形成表面无导电物的衬底露出端；(2)在除了所述衬底露出端表面以外的其他区域设置掩膜层，沉积半导体氢化非晶薄膜层，去除所述的掩膜层及其上的半导体氢化非晶薄膜层，使得所述的衬底露出端为半导体氢化非晶薄膜层所包覆，连通两侧导电层；(3)将半导体芯片接合到一侧的导电层上，另一侧的导电层通过阻焊层接合到底板上。优选的，所述的电绝缘衬底为AlN陶瓷。优选的，所述的导电层为敷铜板。所述的半导体氢化非晶薄膜为a_S1:H、a-Ge:H, a-SiGe:H, a_SiC:H，优选的，所述的半导体氢化非晶薄膜为a_S1:H。进一步的，所述的a_S1:H薄膜层通过射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法沉积而成。优选的，所述的半导体氢化非晶薄膜层厚度为300nm，电导率为IO5 Ω.cm。优选的，所述的底板为AlSiC。本专利技术的局部放电减弱的高压IGBT模块，包括:电绝缘衬底；设置在所述电绝缘衬底两个表面上的导电层，所述电绝缘衬底的周边顶部区域不被所述的导电层覆盖，形成表面无导电物的衬底露出端；接合在一侧导电层上的至少ー个半导体芯片；通过阻焊层接合在另ー侧导电层上的底板；所述的衬底露出端为半导体氢化非晶薄膜层所包覆，连通所述电绝缘衬底两侧的导电层。所述的半导体氢化非晶薄膜为a_S1:H、a_Ge:H、a_SiGe:H、a_SiC:H，优选的，所述的半导体氢化非晶薄膜为a_S1:H。优选的，所述的半导体氢化非晶薄膜层厚度为300nm，电导率为IO5Q.cm。优选的，所述的电绝缘衬底为AlN陶瓷；所述的导电层为敷铜板；所述的底板为AlSiC0本专利技术通过在IGBT模块电绝缘衬底上下导电层边缘淀积半导体氢化非晶薄膜，合理调整半导体氢化非晶薄膜厚度及电导率来控制集电极与地之间电流強度。电流强度一定时，电场分布发生变化，电场极大值处电场强度减弱明显，局部放电视在电荷减小，IGBT模块局部放电测试通过率提高。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本专利技术的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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是本专利技术的局部放电减弱的高压IGBT模块的结构示意图；图2是本专利技术的半导体氢化非晶薄膜厚度确定的结构及原理示意图。【具体实施方式】下面将结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部放电减弱的高压IGBT模块的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：（1）提供一电绝缘衬底，在所述电绝缘衬底的两个表面上分别设置导电层，使得所述电绝缘衬底的周边顶部区域不被所述的导电层覆盖，形成表面无导电物的衬底露出端；（2）在除了所述衬底露出端表面以外的其他区域设置掩膜层，沉积半导体氢化非晶薄膜层，去除所述的掩膜层及其上的半导体氢化非晶薄膜层，使得所述的衬底露出端为半导体氢化非晶薄膜层所包覆，连通两侧导电层；（3）将半导体芯片接合到一侧的导电层上，另一侧的导电层通过阻焊层接合到底板上。

【技术特征摘要】
1.一种局部放电减弱的高压IGBT模块的制造方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)提供一电绝缘衬底，在所述电绝缘衬底的两个表面上分别设置导电层，使得所述电绝缘衬底的周边顶部区域不被所述的导电层覆盖，形成表面无导电物的衬底露出端； (2)在除了所述衬底露出端表面以外的其他区域设置掩膜层，沉积半导体氢化非晶薄膜层，去除所述的掩膜层及其上的半导体氢化非晶薄膜层，使得所述的衬底露出端为半导体氢化非晶薄膜层所包覆，连通两侧导电层； (3)将半导体芯片接合到一侧的导电层上，另一侧的导电层通过阻焊层接合到底板上。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述的半导体氢化非晶薄膜为a-S1: H、a-Ge: H、a-SiGe: H、a_SiC: H。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:所述的半导体氢化非晶薄膜层厚度为300nm,电导率为IO5 Ω.cm。4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:所述的半导体氢化非晶薄膜为a-S1:H。5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于:所述的a-S1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹琳，
申请(专利权)人：西安永电电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：