[发明专利]功率半导体结构及断路器转移支路组件

说明书

本申请涉及一种功率半导体结构及直流断路器。该功率半导体结构包括第一金属组件层、半导体芯片组件、第一冷却件、第二金属组件层和第二冷却件；半导体芯片设于第一金属组件层上；芯片门极线的第一端连接半导体芯片；第一冷却件设于半导体芯片上；第二金属组件层包括设于第一冷却件上的第一金属层，以及设于第一金属层上的第二金属层；其中，第一金属设有容纳腔；第二冷却件设于容纳腔内；芯片门极线的第二端依次绝缘穿过第一冷却件和第一金属层，并从第二金属层的一侧面绝缘穿出，实现在电网发生短路等故障时，可通过第一冷却件和第二冷却件快速降低半导体芯片温度，同时提升芯片的温度均匀性，进而提高了应用模块的安全可靠性。

技术领域

本申请涉及功率半导体技术领域，特别是涉及功率半导体结构及断路器转移支路组件。

背景技术

现代电力电子技术对功率半导体器件在提高功率密度及增强可靠性等方面不断提升需求，随着大电流、高电压功率器件的出现，在长期运行过程中，芯片内部及封装部分出现局部温度过热而导致老化或损坏，更进一步可能引发整个工作系统失稳，对系统可靠性带来严重隐患。

模块中的芯片在运行过程中将不断进行发热和散热的过程，这是由于系统的不断启停导致。当电流通过具有阻抗的模块内部，芯片开始工作发热，它的内部温差、开关频率，以及持续时长将决定芯片的总体寿命，而温差大小与寿命呈反比关系。

传统的压接式IGCT功率半导体本体模块结构，如在机械式高压直流断路器中作为转移支路阀组的主要部件，充分发挥着分断直流短路电流、隔离故障点、限制短路电流峰值、实现选择性保护等重要作用。当电网发生短路时，故障转移支路由睡眠状态开始运作，IGCT器件上将流过一个幅值较大、时间较短的冲击电流，该电流在IGCT硅芯片中产生的短时间温升，可能对其可靠性产生一定的影响，其器件的动作可靠性与老化程度将直接影响直流断路器工作的安全可靠性。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的功率半导体本体模块结构，在电网发生短路等故障时，短时间内产生大量热以引发的温度骤升和芯片发热不均，影响应用模块的安全可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对传统的功率半导体本体模块结构，在电网发生短路等故障时，短时间内产生大量热以引发的温度骤升和芯片发热不均，影响应用模块的安全可靠性的问题，提供一种功率半导体结构及断路器转移支路组件。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种功率半导体结构，包括：

第一金属组件层；

半导体芯片组件，半导体芯片组件包含半导体芯片和芯片门极线；半导体芯片设于第一金属组件层上；芯片门极线的第一端连接半导体芯片；

第一冷却件，第一冷却件设于半导体芯片上；

第二金属组件层，第二金属组件层包括设于第一冷却件上的第一金属层，以及设于第一金属层上的第二金属层；其中，第一金属层设有容纳腔；

第二冷却件，第二冷却件设于容纳腔内；

其中，芯片门极线的第二端依次绝缘穿过第一冷却件和第一金属层，并从第二金属层的一侧面绝缘穿出。

在其中一个实施例中，第一金属层设有缺口，缺口与容纳腔连通；缺口用于注入第二冷却件。

在其中一个实施例中，容纳腔内设有若干个间隔设置的隔板，各隔板分别覆盖有第三冷却件；各隔板上分别设有第一通孔，第一通孔与缺口连通，且用于流通第二冷却件。

在其中一个实施例中，第一金属层还设有第二通孔，第二通孔用于穿过芯片门极线的第二端；

第二通孔的表面设有绝缘外包层。

在其中一个实施例中，第一金属组件层包括第三金属层，以及设于第三金属层上的第四金属层；