[发明专利]一种低接触热阻压接型半导体器件结构、制造方法

说明书

本发明属于半导体器件生产技术领域。涉及一种低接触热阻压接型半导体器件结构、制造方法，其中低接触热阻压接型半导体器件结构，包括多个压接元件，相邻两个压接元件之间设有高热导率、电导率的填充层；低接触热阻压接型半导体器件的制造方法，包括如下步骤：第一步，将液态金属热界面材料均匀喷涂在各压接元件表面；第二步，将各压接元件按半导体器件结构组装并放置在固定夹具中；第三步，采用步进式加压法对半导体器件进行封装。本发明中半导体器件具有高热导率、电导率的优点，采用的制作方法具有工艺过程简单，经济成本较低的优点。

技术领域

本发明属于半导体器件生产技术领域，涉及一种低接触热阻压接型半导体器件结构、制造方法。

背景技术

相比焊接型功率半导体器件，压接型功率半导体器件由于具有双面散热、失效短路、易于串联使用等优点，已经被广泛应用于高压直流输电、轨道交通及脉冲功率等高压大功率电力电子器件应用场合。压接型功率半导体器件内部多层材料通过外部压力使内部各个组件保持电气与机械连接，为了降低压接型半导体器件内部各个组件的接触电阻与接触热阻，需要施加适宜的额定压力。由于材料表面微观不平，材料接触面中会存在接触热阻。接触热阻会导致器件内部电热应力分布受压力分布的影响，同时在器件长期运行过程中，由于器件内部各层材料不匹配会导致材料表面发生微动磨损，导致器件接触热阻的增加，进而增大器件运行结温，严重时可导致器件由于结温超安全工作区而失效。未来压接封装功率半导体器件将向着更高电压更大容量发展，接触热阻对器件电热分布影响更加严重，急需降低压接封装器件内部接触热阻。

现有压接封装功率半导体器件的接触热阻优化主要是通过烧结工艺将芯片与钼片烧结在一起，从而减小接触面上的接触热阻，但是此方法需要制备专用的烧结纳米焊料，成本较高，且烧结工艺较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决现有半导体器件接触热阻高、制造工艺复杂的问题，提供一种低接触热阻压接型半导体器件结构、制造方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低接触热阻压接型半导体器件结构，包括多个压接元件，相邻两个压接元件之间设有高热导率、电导率的填充层。

本基础方案的原理在于：采用具有高热导率、电导率的材料作为填充层，以填充接触面中微小缝隙，增加器件热导率、电导率。

本基础方案的有益效果在于：采用具有高热导率、电导率的材料作为填充层，以填充接触面中微小缝隙，在提高导电性的同时，减小器件的接触热阻，同时具有较好的散热效果。

进一步，所述填充层材料为液态金属热界面材料，有益效果：液体金属热界面材料具有较高的电导率、热导率，且成本较低。

进一步，所述压接元件为半导体芯片或钼片或集电极铜板或发射极铜板或弹簧元件或银垫片或水冷散热板，有益效果：半导体器件各压接元件之间均可采用高热导率、电导率填充层，最大程度降低接触热阻，并提高散热。

一种低接触热阻压接型半导体器件的制造方法，包括如下步骤：

第一步，将液态金属热界面材料均匀喷涂在压接元件表面；

第二步，将压接元件按半导体器件结构组装并放置在固定夹具中；

第三步，采用步进式加压法对半导体器件进行封装。

进一步，所述步进式加压法包括如下步骤：

A、利用压接夹具在器件表面施加预压力，并将半导体器件在额定电流下加热至热稳态；

B、在步骤A的基础上，每次递增预压力，重复额定电流下的半导体器件加热过程，直至预压力达到最终设定的额定压力，完成半导体器件封装。

进一步，步骤A中，所述预压力为50％的额定压力。