[发明专利]一种压接型功率半导体结构及其内部压力在线测量方法

权利要求书

1.一种压接型功率半导体结构，其特征在于，该结构包括多个并列子单元；所述子单元包括顶板(1)、柔性组件、银片(3)、钼片(4)、芯片(5)和基板(6)；

所述柔性组件包括碟簧组(21)、导电铜片(22)和基座(23)；所述导电铜片(22)的上端位于碟簧组(21)和顶板(1)之间，导电铜片(22)的下端位于碟簧组(21)和基座(23)之间；导电铜片(22)的中间设有薄铜片(221)，导电铜片(22)受到外部纵向压力时，在中间的薄铜片(221)上产生横向拉伸应变；

所述薄铜片(221)的侧表面开设有沟槽(2211)，所述沟槽(2211)内安装有光纤传感器；所述光纤传感器包括光纤应变计(71)和光纤温度计(72)，其中光纤温度计(72)用于光纤应变计(71)的温度补偿；

所述银片(3)的上表面与基座(23)底部连接，银片(3)的下表面与钼片(4)连接；所述芯片(5)的背面与基板(6)连接，芯片(5)的正面与钼片(4)连接。

2.根据权利要求1所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，所述导电铜片(22)和薄铜片(221)的横截面为矩形，所述导电铜片(22)的正向纵截面为封闭形状，其两侧呈拱形或多边形。

3.根据权利要求1所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，所述薄铜片(221)的两侧表面开设有水平贯通的沟槽(2211)，两个沟槽(2211)的位置对称；所述光纤应变计(71)和光纤温度计(72)分别固定安装在两个沟槽(2211)内。

4.根据权利要求1或3所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，所述每支光纤应变计(71)和光纤温度计(72)上均集成有光栅(73)，光栅(73)的数量和位置与芯片(5)对应。

5.根据权利要求1所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，所述薄铜片(221)中心设有通孔Ⅰ(2212)；所述碟簧组(21)由至少一对碟簧串联构成，碟簧组(21)的导杆(211)穿过薄铜片(221)的通孔Ⅰ(2212)，导杆(211)的上端与顶板(1)连接，导杆(211)的下端与基座(23)连接。

6.根据权利要求1所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，所述芯片(5)的背面通过真空钎焊或烧结与基板(6)连接，芯片(5)的正面通过机械压力与钼片(4)连接。

7.根据权利要求5所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，所述芯片(5)为IGBT或FRD。

8.根据权利要求1所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，该结构还包括外壳，多个并列子单元位于外壳内；所述外壳上集成有光纤接口，各支光纤传感器与光纤接口连接。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，该半导体结构内部压力的在线测量方法，具体包括以下步骤：

S1：制作并封装压接型功率半导体模块，安装光纤应变计和光纤温度计；

S2：在参考温度下，对光纤应变计进行压力标定：给安装有光纤传感器的压接型功率半导体模块施加不同机械压力，记录光纤应变计输出信号变化，建立光纤应变计的压力灵敏度方程；

S3：不施加外部压力，对光纤温度计和光纤应变计进行温度标定：将未施加压力的压接型功率半导体模块置于温箱中，设置不同的环境温度，分别记录光纤温度计和光纤应变计的输出信号变化，建立其温度灵敏度方程；

S4：结合S2和S3的灵敏度标定结果，建立光纤应变计的压力-温度灵敏度方程；

S5：压接型功率半导体模块运行时，在线测量其内部压力；同时记录光纤应变计和光纤温度计输出信号；由记录的光纤温度计输出信号，根据S3中光纤温度计的温度灵敏度方程，计算出薄铜片沟槽温度；由记录的光纤应变计输出信号，以及薄铜片沟槽温度，根据S4中光纤应变计的压力-温度灵敏度方程，计算实时压力。

10.根据权利要求9所述的压接型功率半导体结构，其特征在于，步骤S4中建立的光纤应变计的压力-温度灵敏度方程为：

其中，Δλ_B为布拉格波长变化量，λ_B为参考布拉格波长，K_T为光纤应变计的等效温度灵敏度系数，k_P为压力灵敏度系数，ΔT为温度变化量，ΔP为压力变化量。