[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

说明书

本发明涉及一种压接型功率半导体结构及其内部压力在线测量方法，属于功率半导体器件领域。该结构包括外壳和多个并列子单元；子单元包括顶板、柔性组件、银片、钼片、芯片和基板；柔性组件包括碟簧组和导电铜片，导电铜片的中间设有薄铜片；薄铜片的侧表面开设有沟槽，沟槽内安装有光纤应变计和光纤温度计，其中光纤温度计用于光纤应变计的温度补偿。本发明实现了压接型功率半导体模块内部压力的实时测量，测量灵敏度高。

技术领域

本发明属于功率半导体器件领域，涉及一种压接型功率半导体结构及其内部压力在线测量方法。

背景技术

压接型功率半导体器件内部材料采用接触连接，适当的接触压力对于其安全可靠运行至关重要。对于多芯片封装的压接型功率器件，由于尺寸公差和结构热变形等原因，并联芯片间的机械压力通常存在差异。这不仅导致芯片间机械应力分布不均匀，还会进一步影响芯片均流和芯片间的温度分布，加速器件失效。通过在线监测压接型功率器件的内部压力分布，可以评估器件的健康状况。

然而，在线测量压接型功率器件的内部压力面临诸多难题，现有的压接型功率器件压力测量方法存在局限性：

1)压力传感器。将压力传感器与功率模块串联，可以在线测量模块的外部机械压力。但是压接型封装结构紧凑，芯片尺寸小，而压力传感器尺寸较大，难以集成进模块封装测量其内部压力；且压力传感器大多基于电学信号，测量过程易受电磁干扰。

2)压力试纸。将压力试纸置于模块内部，可以获取模块内部的压力分布。但压力试纸只能离线测量静态压力，不能在线测量压力变化。

因此，亟需一种能够实时在线准确监测压接型功率模块内部压力的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种压接型功率半导体模块结构，以实现对模块内部压力的在线测量。通过将模块内部材料受到的机械压力转换为较大的机械应变，并在模块内部集成传感器对机械应变进行测量，从而实现对模块内部实时压力的监测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种压接型功率半导体结构，包括外壳和位于外壳内的多个并列子单元；每个子单元包括顶板1、柔性组件、银片3、钼片4、芯片5和基板6；

柔性组件包括碟簧组21、导电铜片22和基座23；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；

薄铜片221的侧表面开设有沟槽2211，沟槽2211内安装有光纤传感器；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；

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；芯片5的背面与基板6连接，芯片5的正面与钼片4连接。

进一步，导电铜片22和薄铜片221的横截面为矩形，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。

进一步，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；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，且与沟槽的间隙为0.05～0.2mm；其中光纤温度计72由导热胶722安装在其中一个沟槽内，光纤应变计71由环氧胶711安装在另一个沟槽内。

进一步，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。

进一步，薄铜片221中心设有通孔Ⅰ2212；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Ⅰ2212，导杆211的上端与顶板1连接，导杆211的下端与基座23连接。