电极、其制造方法及包括其的功率半导体器件与流程

本发明涉及功率半导体器件领域，更具体地，涉及用于功率半导体器件的电极、电极制造方法及功率半导体器件。

背景技术：

1、在电力电子领域，功率半导体器件作为关键部件，其特性对系统性能的实现和改善有着至关重要的作用。如图1所示，现有的封装半导体器件的外壳由上下铜电极和侧面的陶瓷环构成一个封闭腔体，芯片置于其中。外壳的铜电极的上下两侧分别有一个水冷板用于对器件进行散热，整个装置通过施加压力实现有效电气连接。

2、公开号为cn114207817a的中国专利申请公开了一种功率半导体器件，包括：盘状第一电极和盘状第二电极；芯片，芯片夹在第一电极和第二电极之间。

3、根据现有技术，热管与翅片结合构成风冷散热器，利用热管内的冷却介质相变，吸收被散热体的热量，将热量传导至翅片位置，再利用风冷将热量散入环境中。该方案存在的主要问题是，基于热管的风冷散热器不适用于具有大功率散热需求的压接型功率半导体器件，在该器件的应用工况下，通常使用水冷散热器，如何在保持现有水冷散热系统的前提下，引入热管的高效散热能力，进一步提升散热效率和器件通流能力成为需要解决的关键问题。

4、公开号为cn117080352a的中国专利申请公开了一种晶上系统封装结构及其制备方法，包括：第一晶圆基板、第二晶圆基板及芯片。第一晶圆基板包括第一衬底和第一互连层，第一衬底的第二面处设有第一微通道。第二晶圆基板与第一晶圆基板堆叠，第二晶圆基板包括第二衬底和第二互连层，第二衬底的第二面处设有第二微通道，第一微通道和第二微通道互相连通形成微通道散热结构。第一微通道内和所述第二微通道内均填充有泡沫金属。泡沫金属具有较高的热导率。

5、公开号为cn104966704a的中国专利申请公开了一种低热阻的压接式功率器件封装，其中，上电极内部的空腔相互连接，空腔中填充有导热流体介质，用于传导热量；或者，空腔用于在接口与外部冷却装置连接后流通冷却液体，冷却液体将热量带走，从而实现对热源的冷却。

6、由于铜电极的材料为无氧铜，热导率接近400w/(m·k)，已经是导电材料中热导率排名第二的材料，仅次于银，因此很难进一步提升其自身的热导率。但，冷却介质的相变热导率通常大于1500w/(m·k)，远高于铜，因此可考虑利用冷却介质的相变来提高铜电极的综合热传导能力，从而提升铜电极的等效热导率，降低器件结壳热阻。

技术实现思路

1、本发明公开一种用于功率半导体器件的电极，从而实现提高器件电极的传热效率，降低器件结壳热阻，使得器件工作时芯片结温更低，提升器件额定通流能力的目的。

2、根据本发明的一方面，本发明提供一种用于功率半导体器件的电极，所述电极包括电极主体和盖板；电极主体设有间隔开的多个盲孔，盲孔的开口端位于电极主体的上表面，每个盲孔内设有一个毛细微管，并且盲孔内容纳有冷却介质；盖板设置在电极主体的上表面上，以密封地覆盖盲孔。

3、优选地，盲孔的底端尽可能接近电极主体的底部。

4、优选地，盲孔沿电极主体的中心轴线方向延伸。

5、优选地，毛细微管的外直径不大于盲孔的直径。

6、优选地，盲孔和毛细微管同轴。

7、优选地，盲孔的长度和毛细微管的长度相同。

8、优选地，盲孔内的冷却介质的量不超过盲孔的容积的一半。

9、优选地，所述电极还包括管壳法兰，管壳法兰连接在电极主体的侧壁台阶处。

10、根据本发明的另一方面，本发明提供一种包括上述的电极的功率半导体器件，所述电极用作功率半导体器件的上电极、或下电极、或上电极和下电极；其中，当所述电极用作下电极的时候，电极主体的上表面对应于下电极主体的下表面。

11、优选地，功率半导体器件包括沿竖直方向由上至下依次设置的上电极、上电极金属片、芯片、下电极金属片、下电极管壳底座；其中，下电极管壳底座包括下电极。

12、根据本发明的再一方面，本发明提供一种上述的用于功率半导体器件的电极的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：加工电极主体及管壳法兰；对电极主体与管壳法兰进行一次焊接；组装毛细微管与电极主体；对电极主体与盖板进行二次焊接

13、基于上述技术方案可知，本发明的相对于现有技术至少具有如下有益效果之一。

14、1.功率半导体器件热阻大幅降低。将功率半导体的电极引入冷却介质的相变散热后，提升了铜的热导率，突破器件结壳热阻理论极限，大幅提升器件通流能力。

15、2.在提高热导率的基础上，保留了电极原有导电、承受机械压力的作用。

16、3.兼容性高。器件封装结构可很好的兼容现有的阀串压装结构，且不改变现有的管壳封焊工艺。

17、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

技术特征：

1.一种用于功率半导体器件的电极(10)，其特征在于，所述电极(10)包括电极主体(11)和盖板(44)；

2.如权利要求1所述的电极(10)，其特征在于，

3.如权利要求1所述的电极(10)，其特征在于，

4.如权利要求1所述的电极(10)，其特征在于，

5.如权利要求1所述的电极(10)，其特征在于，

6.如权利要求1所述的电极(10)，其特征在于，

7.如权利要求1所述的电极(10)，其特征在于，

8.如权利要求1所述的电极(10)，其特征在于，

9.一种包括权利要求1至8中任一项所述的电极(10)的功率半导体器件，其特征在于，所述电极(10)用作功率半导体器件的上电极(4)、或下电极(51)、或上电极(4)和下电极(51)；

10.如权利要求9所述的功率半导体器件，其特征在于，

11.一种如权利要求8所述的用于功率半导体器件的电极(10)的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

技术总结
一种用于功率半导体器件的电极、其制造方法及功率半导体器件。电极包括电极主体和盖板；电极主体设有间隔开的多个盲孔，盲孔的开口端位于电极主体的上表面，每个盲孔内设有一个毛细微管，并且盲孔内容纳有冷却介质；盖板设置在电极主体的上表面上，以密封地覆盖盲孔。通过用于功率半导体器件的电极、其制造方法及功率半导体器件，实现提高器件电极的传热效率，降低器件结壳热阻，使得器件工作时芯片结温更低，提升器件额定通流能力的目的。

技术研发人员：魏晓光,林仲康,唐新灵,代安琪,王亮,杜玉杰,石浩,郝炜,高佳敏
受保护的技术使用者：北京怀柔实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23