本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，特別涉及一種雙面微通道液冷功率半導(dǎo)體整晶圓平板壓接封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件尤其是大功率半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于電子電力領(lǐng)域。隨著功率半導(dǎo)體的發(fā)展，如何減小功率半導(dǎo)體的重量和體積以及解決隨之而來(lái)的高功率密度所帶來(lái)的散熱問(wèn)題在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。半導(dǎo)體器件的壓接封裝形式以及高效的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為器件重量和體積減少的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有大功率半導(dǎo)體器件存在以下不足：一、普通功率半導(dǎo)體封裝所占體積較大，封裝時(shí)需要大量的引線邦定，帶來(lái)了寄生電感和寄生電容，從而增加了熱量的產(chǎn)生以及提高了失效率，并且受到單個(gè)芯片所能通過(guò)電流的限制無(wú)法承受更大的電流；二、傳統(tǒng)熱沉結(jié)構(gòu)在大功率器件中無(wú)法滿足散熱需求，并且需要較大體積的熱沉結(jié)構(gòu)或采用水冷結(jié)構(gòu)，而常規(guī)的水冷結(jié)構(gòu)體積龐大；三、傳統(tǒng)的平板壓接封裝結(jié)構(gòu)中，晶圓表面的壓接材料多采用硬質(zhì)金屬材料，為保證與晶圓表面的平整接觸，對(duì)壓接材料表面的平面度、粗糙度等提出了極高的要求，并且在封裝時(shí)對(duì)壓接力的要求也有極其嚴(yán)格，造成加工裝配困難；在加工裝配過(guò)程的瑕疵將會(huì)使接觸面積減小，單位面積的電流密度上升，熱阻增大而影響到可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，供一種雙面微通道液冷功率半導(dǎo)體整晶圓平板壓接封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明包括：功率半導(dǎo)體晶圓、彈簧針、石墨片、發(fā)射極金屬片、集電極金屬片、上冷卻板、下冷卻板、陶瓷管殼，其特征在于所述功率半導(dǎo)體晶圓上下表面采用石墨片壓接，發(fā)射極金屬片和集電極金屬片分別位于石墨片上作為引線端子引出功率半導(dǎo)體晶圓的集電極和發(fā)射極，石墨片、發(fā)射極金屬片、集電極金屬片和功率半導(dǎo)體晶圓均密封封裝在陶瓷管殼內(nèi)，上冷卻板和下冷卻板分別壓接在陶瓷管殼的頂部和底部，上冷卻板和下冷卻板中設(shè)有冷卻微通道，微通道內(nèi)的冷卻液通過(guò)泵經(jīng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻，在上冷卻板中心位置和石墨片、發(fā)射極金屬片中心位置均設(shè)有一孔，壓入彈簧針，彈簧針與功率半導(dǎo)體晶圓中心位置的門極接觸，彈簧針與上冷卻板、發(fā)射極金屬片、石墨片之間通過(guò)絕緣材料隔離并密封。所述石墨片在制造成型時(shí)預(yù)先埋入溫度測(cè)量裝置的溫度溫度傳感器、變測(cè)量裝置的應(yīng)變計(jì)，以便于測(cè)量使用過(guò)程中壓接力的變化和功率半導(dǎo)體晶圓溫度的變化。所述功率半導(dǎo)體晶圓表面采用較柔軟的石墨片或鉬片壓接。具有受到?jīng)_擊、震動(dòng)、熱脹冷縮變形時(shí)能發(fā)生形變以保證壓接緊密的力學(xué)特征。石墨片或鉬片表面可通過(guò)電鍍絕緣高分子材料的方法制備絕緣圖形的絕緣層，來(lái)斷開(kāi)功率半導(dǎo)體晶圓因生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的不合格區(qū)域的電接觸，該絕緣層的厚度在幾微米至幾十微米之間。所述彈簧針在功率半導(dǎo)體晶圓中心位置引出門極，彈簧針通過(guò)絕緣材料與石墨片、發(fā)射極金屬片絕緣隔離。彈簧針為門極信號(hào)引出端，上下兩個(gè)金屬片分別為發(fā)射極和集電極的引出端。所述上冷卻板、下冷卻板采用絕緣高導(dǎo)熱率材料制造，以防止上冷卻板、下冷卻板導(dǎo)電并可高效散熱。上冷卻板、下冷卻板中的微通道為分立型結(jié)構(gòu)。所述微通道中內(nèi)置有流量傳感器，可以監(jiān)測(cè)冷卻液的流量變化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：一、采用的功率半導(dǎo)體晶圓的平板壓接封裝，封裝器件為一個(gè)完整的功率半導(dǎo)體晶圓，無(wú)任何金屬或非金屬材料之間的強(qiáng)制性鍵合，解決了傳統(tǒng)多芯片功率半導(dǎo)體模塊中由于各種封裝材料熱膨脹系數(shù)差異造成的邦定線或焊接界面熱機(jī)械疲勞失效的問(wèn)題，提高了IGBT器件的長(zhǎng)期可靠性。二、由于采用石墨片作為緩沖層，石墨材料較為柔軟，因此可以緊密貼合在功率半導(dǎo)體晶圓表面，避免了因功率半導(dǎo)體晶圓表面微觀結(jié)構(gòu)不平整或石墨表面加工不平整而導(dǎo)致的接觸間隙，使兩者可以緊密的貼合在一起；并且可防止器件在工作時(shí)受到?jīng)_擊、震動(dòng)、熱脹冷縮等而產(chǎn)生變形甚至芯片受損；三、通過(guò)在石墨片或鉬片上制備高分子絕緣圖形，可以斷開(kāi)功率半導(dǎo)體晶圓在生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的不合格區(qū)域，提高了容錯(cuò)性，降低了對(duì)功率半導(dǎo)體晶圓的要求，提高了對(duì)功率半導(dǎo)體晶圓的利用率。四、雙面微通道液冷技術(shù)的采用，使得器件的散熱效率更高，使功率器件可通過(guò)更大的電流或工作在更高的頻率，使其具有體積小、散熱系數(shù)大、可集成功率高的優(yōu)點(diǎn)。五、該封裝結(jié)構(gòu)具有智能監(jiān)控功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)下的器件溫度、壓接力的變化、冷卻液流量的變化，提高了器件的可靠性，并延長(zhǎng)器件的使用壽命，方便用戶使用。附圖說(shuō)明圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解示意圖；圖2本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明的上冷卻板俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明的上冷卻板立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本發(fā)明的下冷卻板俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的下冷卻板立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1彈簧針，2彈簧針絕緣密封材料，3上冷卻板，4上金屬片，5石墨片，6功率半導(dǎo)體晶圓，7石墨片，8下金屬片，9陶瓷管殼，10下冷卻板。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例：公知的功率半導(dǎo)體晶圓通常含幾十至幾百個(gè)相同的半導(dǎo)體芯片，每個(gè)芯片又由成千上萬(wàn)個(gè)相同的單元并聯(lián)而成，每個(gè)單元的發(fā)射極、門極和集電極都通過(guò)金屬或多晶硅膜分別連在一起。然而在實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程中，很難保證一個(gè)完整的晶圓上每個(gè)細(xì)小的單元都完全合格，不合格的單元如果繼續(xù)使用將導(dǎo)致整個(gè)晶圓失效。因此在制造晶圓時(shí)如有少量不合格單元，可在制造過(guò)程中將其隔離，并在晶圓表面將失效區(qū)域標(biāo)識(shí)出，然后在石墨片對(duì)應(yīng)的部位制備高分子絕緣圖形，斷開(kāi)失效區(qū)域，這樣提高了容錯(cuò)性，降低了對(duì)晶圓生產(chǎn)的要求，提高了晶圓的利用率。參見(jiàn)圖1～圖2，本實(shí)施例的功率半導(dǎo)體晶圓6上下表面采用較柔軟的石墨片5、7壓接，石墨片5、7在制造成型時(shí)內(nèi)置應(yīng)變計(jì)及溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控壓接力的變化和功率半導(dǎo)體晶圓表面溫度的變化；在石墨片5、7的另一面分別為上金屬片(發(fā)射極金屬片)4和下金屬片(集電極金屬片)8，石墨片5、7、發(fā)射極金屬片4、集電極金屬片8和功率半導(dǎo)體晶圓6均密封在陶瓷管殼9內(nèi)，上金屬片4和下金屬片8分別有一端位于陶瓷管殼外作為發(fā)射極和集電極的引線端子，上金屬片4上方為上冷卻板3，下金屬片8下方為下冷卻板10，上冷卻板3、下冷卻板10內(nèi)均加工有分立型結(jié)構(gòu)的微通道，參見(jiàn)圖3～圖6。在上冷卻板3、下冷卻板10的微通道內(nèi)置流量傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控冷卻液流量的變化；微通道內(nèi)的冷卻水或冷卻液通過(guò)泵經(jīng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻，上冷卻板3和下冷卻板10均采用絕緣導(dǎo)熱材料制作，如AlN等材料，以上部件均通過(guò)壓力接觸的方式進(jìn)行封裝，在上冷卻板3中心位置和石墨片5、上金屬片4中心位置均設(shè)有一孔，孔中壓入彈簧針1，彈簧針1穿過(guò)上冷卻板3、上金屬板片4和石墨片5與功率半導(dǎo)體晶圓6的門極接觸，引出門極輸出端，彈簧針絕緣密封材料2套裝在彈簧針1之上，起到將彈簧針1與上金屬片4和石墨片5絕緣的作用。