一种功率半导体器件及阀串结构的制作方法

本发明涉及半导体生产，尤其涉及一种功率半导体器件及阀串结构。

背景技术：

1、为满足高压大电流新型电力系统的发展需求，以电力电子技术应用为代表的功率半导体器件封装结构在新型电力系统发展中发挥着越来越重要的作用。功率半导体器件是能够支持高压、大电流的半导体设备，但是功率半导体器件在高频、大功率的情况下容易发热而产生高温，过高的温度容易导致功率半导体器件发生故障或损坏。并且随着碳化硅的推广使用，芯片的尺寸相比于传统硅基器件更小，同样的功率等级下一般碳化硅芯片面积仅为硅基芯片的四分之一。同样电压和功率下体积更小，这就要求功率模块具有更高的功率密度和更好的绝缘强度。

2、现有的刚性压接型功率半导体器件内部通常是填充绝缘气体来达到绝缘的目的。但绝缘气体导热率低、比热容也较小，在应过程中不能满足高功率的散热需求，另外在面对电流过冲导致的短时温升情况时，很容易出现器件内部温度升高从而产生热故障的风险。且绝缘气体的介电强度低，功率半导体器件在高电压等级的应用过程中，需要从长宽高三个维度上分别增加电气间隙、爬电距离、固体绝缘厚度，这会使高压器件的体积和重量增加，进而增加器件的寄生参数，降低器件乃至整个系统的效率。此外，随着碳化硅的推广使用，芯片的尺寸相比于传统硅基器件更小，同样的功率等级下一般碳化硅芯片面积仅为硅基芯片的四分之一。同样电压和功率下体积更小，这就要求功率模块具有更高的功率密度和更好的绝缘强度。

3、因此，需要改进现有的功率半导体器件的结构，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种功率半导体器件，该功率半导体器件可以通过油腔中填充绝缘油来有效减小器件的体积和寄生参数，同时提升器件的散热效率和对短时电流过冲的耐受能力，并且能够提升模块的绝缘能力，减少模块内部芯片的局部放电和沿面放电。

2、一种功率半导体器件，包括：

3、主体，所述主体内设有芯片单元，所述主体内设有油腔，所述芯片单元位于所述油腔中。

4、在本发明较佳的技术方案中，所述主体包括壳体，所述壳体相对的两侧的分别设有集电极和发射极；所述芯片单元设置在所述集电极与所述发射极之间。

5、在本发明较佳的技术方案中，所述油腔上设有油嘴。

6、本发明的目的之二是提供一种阀串结构，包括多个如上所述的功率半导体器件。

7、在本发明较佳的技术方案中，还包括多个散热器、油枕以及支撑框架，其中，多个所述功率半导体器件相互并行并电气串联，多个所述散热器设置在所述功率半导体器件之间；所述功率半导体器件与所述散热器依次层叠设置在所述支撑框架中；

8、所述油枕通过散热油路与各个功率半导体器件的所述油腔并联。

9、在本发明较佳的技术方案中，所述油枕包括密封的框体，所述框体储存有绝缘油，所述框体上设有管路接口，所述管路接口与所述散热油路连通；所述框体内设有用于改变框体内部容积的气囊。

10、在本发明较佳的技术方案中，所述散热油路与所述油腔之间设有四通阀；

11、所述四通阀的第一接口与所述散热油路连通、所述四通阀的第二接口与所述油腔连通；所述四通阀上还设有取油口以及传感器。

12、在本发明较佳的技术方案中，所述框体通过支撑板固定在所述支撑框架上。

13、在本发明较佳的技术方案中，所述支撑框架包括相互平行的第一法兰板、第二法兰板，所述第一法兰板与所述第二法兰板之间通过绝缘拉杆连接；

14、所述功率半导体器件与所述散热器沿所述绝缘拉杆的长度方向，依次层叠在所述第一法兰板与所述第二法兰板之间；

15、其中，所述第一法兰板与所述散热器之间设有压力加载适配器，所述第一法兰板与所述散热器之间设有碟簧。

16、在本发明较佳的技术方案中，各个所述散热器中均设有油冷通道，各个所述散热器的油冷通道相互并联。

17、本发明的有益效果为：

18、本发明提供的一种功率半导体器件，包括主体，主体内设有芯片单元，主体内设有油腔，芯片单元位于所述油腔中。该功率半导体器件可以通过油腔中填充绝缘油来有效减小器件的体积和寄生参数，而且由于绝缘油的介电强度高，导热率低和比热容也远高于绝缘气体，因此，通过在油腔中填充绝缘油能够同时提升器件的散热效率和对短时电流过冲的耐受能力，使得功率半导体器件能够满足高功率、高电压的使用需求。

19、本申请还提供包括上述功率半导体器件的阀串结构，该组件具有绝缘性能大、散热能力强的优点。

技术特征：

1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于：

4.一种阀串结构，其特征在于：包括多个如权利要求1-3任一项所述的功率半导体器件。

5.根据权利要求4所述的阀串结构，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的阀串结构，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的阀串结构，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的阀串结构，其特征在于：

9.根据权利要求5所述的阀串结构，其特征在于：

10.根据权利要求5所述的阀串结构，其特征在于：

技术总结
本发明提供了一种功率半导体器件及阀串结构，属于功率半导体技术领域，该功率半导体器件包括主体，所述主体内设有芯片单元，所述主体内设有油腔，所述芯片单元位于所述油腔中。该功率半导体器件可以通过油腔中填充绝缘油来有效减小器件的体积和寄生参数，同时提升器件的散热效率和对短时电流过冲的耐受能力，并且能够提升模块的绝缘能力，减少器件内部芯片的局部放电和沿面放电。

技术研发人员：李文源,石浩,鲁燕青,高凯,曹培,黄兴德,魏晓光,李学宝,唐新灵,赵波,梁玉
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16