CN113140524A - 一种半导体模块结构 - Google Patents

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吕宏水
童颜
刘克明
姚二现
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Abstract

本发明公开了一种半导体模块结构，包括：基板、半导体芯片、触点元件和顶板，所述半导体芯片设有第一主电极和第二主电极，所述第一主电极耦接所述基板，所述第二主电极耦接所述触点元件，所述触点元件为螺纹结构，所述顶板与所述触点元件通过螺纹连接。通过采用触点元件的方式，单独旋转调节触点元件的高度来调整半导体芯片所承载的压力，实现单颗芯片压力可调，解耦芯片间的压力，实现芯片间应力均衡，一致性更高；通过采用螺纹结构的触点元件增大导电面积，降低热阻，提高通流能力，提高可靠性；针对超过阈值压力的部分通过承压体来承担，使得半导体芯片上的压力在规定的范围内，外部压力变化不会导致半导体芯片表面的压力变化。

Description

一种半导体模块结构
技术领域
本发明属功率半导体器件封装领域，具体涉及一种半导体模块结构。
背景技术
现有电力***，机车牵引等领域的发展对IGBT的器件功率提出了更高的要求。目前大功率 IGBT 的封装通常有两种形式，一种是底板绝缘模块式封装，由芯片，底板，覆铜陶瓷基板，键合线，密封材料，绝缘外壳，功率端子等组成，模块内部通过灌注硅凝胶或环氧树脂等绝缘材料来隔离芯片与外界环境（水，气，灰尘）的接触，缩短器件的使用寿命。另外一种为类似晶闸管，平板压接式封装，由陶瓷管壳及铜电极组成，芯片与电极通过压力接触。全压接 IGBT 封装由上下电极配合多层材料与硅片实现全压接式接触，消除了因焊接疲劳导致的器件失效。
现有技术方案使用加工精度非常高的部件，以确保部件厚度尽可能地匹配并且为终端用户提供这样的加压部件（如散热器等），对于多芯片压力接触设备要求具有极其严格的平行度、平面度、粗糙度等公差。在物料种类繁多、要求精度高、加工量大的情况下，对供应商及厂商的加工能力、质量管控能力等提出了极大的挑战，在大面积的多芯片压力接触设备中也是同样的情况。夹持部件的严格的平行度、平面度公差在大的表面面积上同样变得更难实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种半导体模块结构，采用触点元件的方式，可以通过将触点元件设为螺纹机构，单独旋转调节触点元件的高度来减少半导体芯片所承载的压力，实现单颗芯片压力可调，实现芯片间应力均衡，也可以通过将多颗半导体芯片的触点元件设置在指定高度后与顶板焊接，一致性更高；同时采用螺纹结构的触点元件增大导电面积，降低热阻，提高通流能力，提高可靠性；针对超过阈值压力的部分通过承压体来承担，使得半导体芯片上的压力在规定的范围内，外部压力变化不会导致半导体芯片表面的压力变化。
为解决现有技术问题，本发明公开了
一种半导体模块结构，包括：基板、半导体芯片、触点元件和顶板，所述半导体芯片设有第一主电极和第二主电极，所述第一主电极耦接所述基板，所述第二主电极耦接所述触点元件，所述顶板与所述触点元件连接,所述顶板设于所述基板的上方，所述顶板与所述基板之间设有承压体。
进一步地，
所述触点元件为螺纹结构，所述触点元件与所述顶板螺纹连接。
进一步地，
所述触点元件与所述顶板焊接。
进一步地，
所述顶板与所述触点元件耦接。
进一步地，
所述半导体芯片与所述触点元件之间还设有导电块，所述第二主电极通过导电块耦接所述触点元件。
进一步地，
所述承压体为电绝缘承压体。
进一步地，
所述顶板设有散热结构。
进一步地，
所述基板设有散热结构。
进一步地，
所述顶板为散热板、流道冷板、风冷型材板、针翅散热板或微通道散热板的任意一种。
进一步地，
所述基板为散热板、流道冷板、风冷型材板、针翅散热板或微通道散热板的任意一种。
本发明具有的有益效果：
1、通过采用触点元件的方式，通过将触点元件设为螺纹机构，单独旋转调节触点元件的高度来减少半导体芯片所承载的压力，实现单颗芯片压力可调，实现所有芯片间应力均衡，也可以通过将多颗半导体芯片触点元件设置在指定高度后与顶板焊接，一致性更高；
2、通过采用螺纹结构的触点元件增大导电面积，降低热阻，提高通流能力，提高可靠性；
3、针对超过阈值压力的部分通过承压体来承担，使得半导体芯片上的压力在规定的范围内，外部压力变化不会导致半导体芯片表面的压力变化。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的中模块电流与导热路径图；
图3为本发明实施例的中针翅散热板结构示意图；
图4为本发明实施例的中流道冷板结构示意图；
图5为本发明实施例的中微通道散热板结构示意图；
图6为本发明实施例的中风冷型材板结构示意图；
图7为本发明实施例的结构示意图。
附图标记
1：基板；2：半导体芯片；3：导电块；4：承压体；5：触点元件；6：顶板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种半导体模块结构，包括：基板1、半导体芯片2、导电块3、触点元件5和顶板6，所述半导体芯片2设有第一主电极和第二主电极，所述第一主电极耦接所述基板1，所述第二主电极耦接所述触点元件5，所述触点元件5为螺纹结构，所述顶板6与所述触点元件5螺纹连接，通过旋转调节所述触点元件5的高度，减少所述半导体芯片2压力，实现所有半导体芯片5应力均衡的目的。同时所述顶板6与所述触点元件5耦接，螺纹结构的触点元件5增大导电面积，降低热阻，提高通流能力。如图7所示，所述触点元件5也可以设置在指定高度后与所述顶板6焊接，如激光焊、电阻焊、低温连接等方式实现触点元件5的固定，从而实现芯片压力均衡，并且一致性更高。所述顶板6设于所述基板1的上方，所述顶板6与所述基板1之间设有承压体4，所述承压体4用于承受超过阈值压力的部分压力，使得半导体芯片2上的压力在规定的范围内，外部压力变化不会导致半导体芯片2表面的压力变化。所述承压体4采用电绝缘材料，优选采用陶瓷。所述半导体芯片2与所述触点元件5之间还设有导电块3用于芯片承压，均衡芯片表面压力，所述导电块与半导体芯片的热膨胀系数一致，所述第二主电极耦接通过导电块3所述触点元件5。
如图2所示，本发明的一种半导体模块结构电流与导热的路径为从基板1依次经过半导体芯片2、导电块3、触点元件5和顶板6，具备良好的导电性和散热性。
如图3-6所示，所述顶板6和基板1设有散热结构，用于增强导热性，具体可采用散热板、流道冷板、风冷型材板、针翅散热板或微通道散热板的任意一种。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。且在本发明的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种半导体模块结构，其特征在于，包括：基板（1）、半导体芯片（2）、触点元件（5）和顶板（6），所述半导体芯片（2）设有第一主电极和第二主电极，所述第一主电极耦接所述基板（1），所述第二主电极耦接所述触点元件（5），所述顶板（6）与所述触点元件（5）连接,所述顶板（6）设于所述基板（1）的上方，所述顶板（6）与所述基板（1）之间设有承压体（4）。
2.根据权利要求1所述的一种半导体模块结构，其特征在于：
所述触点元件（5）为螺纹结构，所述触点元件（5）与所述顶板（6）螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种半导体模块结构，其特征在于：
所述触点元件（5）与所述顶板（6）焊接。
4.根据权利要求1所述的一种半导体模块结构，其特征在于：
所述顶板（6）与所述触点元件（5）耦接。
5.根据权利要求1所述的一种半导体模块结构，其特征在于：
所述半导体芯片（2）与所述触点元件（5）之间还设有导电块（3），所述第二主电极通过导电块（3）耦接所述触点元件（5）。
6.根据权利要求1所述的一种半导体模块结构，其特征在于：
所述承压体（4）为电绝缘承压体。
7.根据权利要求1所述的一种半导体模块结构，其特征在于：所述顶板（6）设有散热结构。
8.根据权利要求1所述的一种半导体模块结构，其特征在于：
所述基板（1）设有散热结构。
9.根据权利要求1所述的一种半导体结构，其特征在于：
所述顶板（6）为散热板、流道冷板、风冷型材板、针翅散热板或微通道散热板的任意一种。
10.根据权利要求1所述的一种半导体结构，其特征在于：
所述基板（1）为散热板、流道冷板、风冷型材板、针翅散热板或微通道散热板的任意一种。
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