绝缘栅双极型晶体管装置及半导体芯片的制作方法

本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种绝缘栅双极型晶体管装置及半导体芯片。

背景技术：

在半导体芯片中，高功率的绝缘双极型晶体管(igbt，insulatedgatebipolartransistor)芯片的使用越来越加广泛。由于高功率密度的igbt芯片如果不能及时散热会导致其所在半导体芯片的温度升高，当半导体芯片持续在高温环境中工作时，其绝缘能力减弱，内部结构材料发生老化，从而影响设备的正常使用，甚至导致设备失灵，因此，在半导体芯片的直接敷铜(dbc，directbondedcopper)基板上布局的有限的空间内设计更高热性能的绝缘栅双极型晶体管装置是非常有必要的。

但是，传统的包含绝缘栅双极型晶体管芯片的绝缘栅双极型晶体管装置由于直接敷铜基板上布局的不合理导致其散热性能较差，从而容易导致绝缘栅双极型晶体管装置所在的半导体芯片在工艺参数或者使用环境不合理时被损坏。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种绝缘栅双极型晶体管装置及半导体芯片。

一种绝缘栅双极型晶体管装置，所述绝缘栅双极型晶体管装置包括底板、至少两个直接敷铜基板、至少两个绝缘栅双极型晶体管芯片、以及至少两个二极管芯片；

所述直接敷铜基板设置于所述底板上，且每个所述直接敷铜基板上至少设置有一个所述绝缘栅双极型晶体管芯片和一个所述二极管芯片；所述至少两个直接敷铜基板上的所述二极管芯片相对设置，且所述至少两个直接敷铜基板上的所述绝缘栅双极型晶体管芯片和所述二极管芯片均呈镜像排布；

其中，所述直接敷铜基板上的绝缘栅双极型晶体管芯片和所述二极管芯片外围设置有绝缘沟槽，以划分出位于所述绝缘栅双极型晶体管芯片和所述二极管芯片与所述绝缘沟槽之间的散热区，所述散热区内暴露所述直接敷铜基板，且所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管芯片之间的所述散热区宽度大于预设宽度。

在其中一个实施例中，所述预设宽度大于等于3mm。

在其中一个实施例中，所述绝缘栅双极型晶体管装置还包括设置于所述至少两个直接敷铜基板之间的连接桥；

对于所述至少两个直接敷铜基板，其中一个所述直接敷铜基板上所述绝缘沟槽与所述直接敷铜基板边缘之间设置有信号端子区域；所述至少两个直接敷铜基板上的信号端子通过所述连接桥连接，并汇总至所述信号端子区域。

在其中一个实施例中，在所述直接敷铜基板上，所述信号端子区域与所述绝缘栅双极型晶体管芯片和所述二极管芯片均相对设置。

在其中一个实施例中，对于所述至少两个直接敷铜基板，在未设置有所述信号端子区域的所述直接敷铜基板上，所述绝缘沟槽与所述直接敷铜基板边缘之间设置有功率端子区域，且所述功率端子与所述信号端子区域相对设置；

所述至少两个直接敷铜基板上的功率端子通过所述连接桥连接，并汇总至所述功率端子区域。

在其中一个实施例中，对于所述至少两个直接敷铜基板，在设置有所述功率端子区域的所述直接敷铜基板上，所述绝缘沟槽与所述直接敷铜基板边缘之间还设置有预留区域；

所述预留区域设置于所述功率端子区域远离所述信号端子区域的一侧，且所述预留区域与所述绝缘栅双极型晶体管芯片相对设置。

在其中一个实施例中，所述直接敷铜基板的至少一顶角为倒角。

在其中一个实施例中，所述至少两个直接敷铜基板的所述倒角呈镜像设置。

在其中一个实施例中，所述直接敷铜基板、所述绝缘栅双极型晶体管芯片以及所述二极管芯片的数量均为两个，分别位于两个所述两个直接敷铜基板上的所述绝缘栅双极型晶体管芯片和所述二极管芯片组成半桥电路。

一种半导体芯片，所述半导体芯片包括如上任一所述的绝缘栅双极型晶体管装置。

上述绝缘栅双极型晶体管装置及半导体芯片，包括底板、设置于底板上的至少两个直接敷铜基板、至少两个绝缘栅双极型晶体管芯片以及至少两个二极管芯片，每个直接敷铜基板上至少设置有一个绝缘栅双极型晶体管芯片和一个二极管芯片，至少两个敷铜基板上的二极管芯片相对设置且绝缘栅双极型晶体管芯片和二极管芯片均呈镜像排布。其中，直接敷铜基板上的绝缘栅双极型晶体管芯片和二极管芯片外部设置有绝缘沟槽以划分出位于绝缘栅双极型晶体管芯片和二极管芯片与绝缘沟槽之间的暴露直接敷铜基板的散热区，散热区的覆铜面更利于散热，从而提升绝缘栅双极型晶体管装置的散热性能；同时，由于限制了绝缘栅双极型晶体管与二极管芯片之间的散热区宽度大于预设宽度，使得减少绝缘栅双极型芯片和二极管芯片的热量耦合，从而进一步提升了绝缘栅双极型晶体管模块的散热性能。包含绝缘栅双极型晶体管模块的半导体芯片即使在工艺参数或者使用环境不合理导致绝缘栅双极型晶体芯片温度升高时，由于绝缘栅双极型晶体管装置良好的散热性能，也不容易损坏半导体芯片。

附图说明

图1为一实施例中的绝缘栅双极型晶体管装置的立体图。

图2为一实施例中的绝缘栅双极型晶体管装置的俯视图。

图3为一实施例中的半桥电路电路图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”以及“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，需要说明的是，当元件被称为“形成在另一元件上”时，它可以直接连接到另一元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一元件或者同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

在半导体芯片中，高功率的绝缘双极型晶体管(igbt，insulatedgatebipolartransistor)芯片的使用越来越加广泛。由于高功率密度的igbt芯片如果不能及时散热会导致其所在半导体芯片的温度升高，当半导体芯片持续在高温环境中工作时，其绝缘能力减弱，内部结构材料发生老化，从而影响设备的正常使用，甚至导致设备失灵，因此，在半导体芯片的直接敷铜(dbc，directbondedcopper)基板上布局的有限的空间内设计更高热性能的绝缘栅双极型晶体管装置是非常有必要的。

但是，传统的包含绝缘栅双极型晶体管芯片的绝缘栅双极型晶体管装置由于直接敷铜基板上布局的不合理导致其散热性能较差，从而容易导致绝缘栅双极型晶体管装置所在的半导体芯片在工艺参数或者使用环境不合理时被损坏。

本申请提出一种能够在直接敷铜基板上布局合理的绝缘栅双极型晶体管装置，从而增强绝缘栅双极型晶体管装置的散热性能，使得包含绝缘栅双极型晶体管装置的半导体芯片在工艺参数或者使用环境不合理时即使绝缘栅双极型晶体管芯片温度升高，也不容易损坏半导体芯片。

图1为一实施例中的绝缘栅双极型晶体管装置的立体图。图2为一实施例中的绝缘栅双极型晶体管装置的俯视。如图1和图2所示，绝缘栅双极型晶体管装置100包括底板110、至少两个直接敷铜基板120、至少两个绝缘栅双极型晶体管芯片130以及至少两个二极管芯片140。

其中，底板110采用传统的半导体芯片中底板的材料即可，例如硅材料等。直接敷铜基板120设置于底板110上，直接敷铜基板120可以利用锡膏焊接于底板110上。例如，直接敷铜基板120可以采用陶瓷覆铜板，直接敷铜基板120的尺寸可以为34mm，其与底板110相对的一侧为陶瓷绝缘层，远离底板110的一侧为铜导电层或者铜合金导电层。

每个直接敷铜基板120上至少设置有一个绝缘栅双极型晶体管芯片130和一个二极管芯片140。二极管芯片140可以是快恢复二极管芯片(frd)。至少两个直接敷铜基板120上的二极管芯片140相对设置，且这两个直接敷铜基板120上的绝缘栅双极型晶体管芯片130和二极管芯片140均呈镜像排布。

其中，直接敷铜基板120上的绝缘栅双极型晶体管芯片130和二极管芯片140外围设置有绝缘沟槽121，例如，在直接敷铜基板120上去除导电层仅保留绝缘层从而形成绝缘沟槽121。绝缘沟槽121划分出位于绝缘栅双极型晶体管芯片130和二极管芯片140与绝缘沟槽121之间的散热区122(图2中虚线之间的区域)，在绝缘栅双极型晶体管芯片130周围的散热区122内以及二极管芯片140周围的散热区122内的直接敷铜基板120上不设置器件，从而暴露出直接敷铜基板120。并且，绝缘栅双极型晶体管130与二极管芯片140之间的散热区122宽度d大于预设宽度，例如，预设宽度大于等于3mm，并且预设宽度小于等于直接敷铜基板120的尺寸，例如，预设宽度小于等于28.6mm。

需要说明的是，本实施例中提供的绝缘栅双极型晶体管装置100可以兼容任意型号的绝缘栅双极型晶体管130与二极管芯片140。

上述绝缘栅双极型晶体管装置100包括底板110、设置于底板110上的至少两个直接敷铜基板120、至少两个绝缘栅双极型晶体管芯片130以及至少两个二极管芯片140，每个直接敷铜基板120上至少设置有一个绝缘栅双极型晶体管芯片130和一个二极管芯片140，至少两个直接敷铜基板120上的二极管芯片140相对设置且绝缘栅双极型晶体管芯片130和二极管芯片140均呈镜像排布。其中，直接敷铜基板120上的绝缘栅双极型晶体管芯片130和二极管芯片140外围设置有绝缘沟槽121以划分出位于绝缘栅双极型晶体管芯片130和二极管芯片140与绝缘沟槽121之间的暴露直接敷铜基板120的散热区122，散热区122的覆铜面更利于散热，从而提升绝缘栅双极型晶体管装置100的散热性能；同时，由于限制了绝缘栅双极型晶体管130与二极管芯片140之间的散热区122宽度d大于预设宽度，使得减少绝缘栅双极型芯片130和二极管芯片140的热量耦合，从而进一步提升了绝缘栅双极型晶体管装置100的散热性能。包含绝缘栅双极型晶体管装置100的半导体芯片即使在工艺参数或者使用环境不合理导致绝缘栅双极型晶体芯片130温度升高时，由于绝缘栅双极型晶体管装置100良好的散热性能，也不容易损坏半导体芯片。

在一实施例中，绝缘栅双极型晶体管装置100还包括设置于至少两个直接敷铜基板120之间的连接桥150。对于至少两个直接敷铜基板120，其中一个直接敷铜基板120上绝缘沟槽121与直接敷铜基板120边缘之间设置有信号端子区域123，连接桥150用于将另一个直接敷铜基板120上的信号端子(图1和图2未示出)引出，且这两个直接敷铜基板120上的信号端子均连接至信号端子区域123。本实施例中，信号端子区域123可以是绝缘栅双极型晶体管芯片130的集电极区域。

示例性的，在绝缘栅双极型晶体管装置100包括两个直接敷铜基板120时，两个直接敷铜基板120可以并列排布于底板110上，两个直接敷铜基板120之间的距离可以根据实际需求进行设置，例如设置为1mm。在这两个直接敷铜基板120之间设置有连接桥150，连接桥150用于实现这两个直接敷铜基板120上的器件之间的连接，例如用于信号端子的连接。结合图2和图3，绝缘栅双极型晶体管芯片130包括设置于右侧直接敷铜基板120上的绝缘栅双极型晶体管芯片131和设置于左侧直接敷铜基板120上的绝缘栅双极型晶体管芯片132，二极管芯片140包括设置于右侧直接敷铜基板120上的二极管芯片141和设置于左侧直接敷铜基板120上的二极管芯片142。位于右侧直接敷铜基板120上绝缘栅双极型晶体管芯片131和二极管芯片141的信号端子6、信号端子7通过连接桥150引到位于左侧的直接敷铜基板120上，并且，位于左侧直接敷铜基板120上绝缘栅双极型晶体管芯片132和二极管芯片142的信号端子4、信号端子5以及位于右侧直接敷铜基板120上绝缘栅双极型晶体管芯片131和二极管芯片141的信号端子6、信号端子7均连接至信号端子区域123。例如，可以在信号端子区域123设置信号端子连接端，从而外部设备可以通过与绝缘栅双极型晶体管装置100上的信号端子连接端连接以与各器件的信号端子连接。

进一步的，在左侧的直接敷铜基板120上，信号端子区域123与绝缘栅双极型晶体管芯片130和二极管芯片140均相对设置，即信号端子区域123能够保证面积足够大，从而可以容纳两个直接敷铜基板120上各器件的信号端子引线。

在一实施例中，仍然参见图2，对于至少两个直接敷铜基板120，在未设置有信号端子区域123的直接敷铜基板120上，绝缘沟槽121与直接敷铜基板120边缘之间设置有功率端子区域124，且功率端子区域124与绝缘栅双极型晶体管芯片130相对设置。连接桥150还用于将未设置有功率端子区域124的直接敷铜基板120上的功率端子(图1和图2中未示出)引出，这两个直接敷铜基板120上的功率端子均连接至功率端子区域124。

示例性的，结合图2和图3，位于左侧直接敷铜基板120上绝缘栅双极型晶体管芯片132和二极管芯片142的功率端子3通过连接桥150引到位于右侧的直接敷铜基板120上，并且，位于右侧直接敷铜基板120上绝缘栅双极型晶体管芯片131和二极管芯片141的功率端子1、功率端子2以及位于左侧直接敷铜基板120上绝缘栅双极型晶体管芯片132和二极管芯片142的功率端子3均连接至功率端子区域124。例如，可以在功率端子区域124设置功率端子连接端，从而外部设备可以通过与绝缘栅双极型晶体管装置100上的功率端子连接端连接以与各器件的功率端子连接，从而可以使得直接敷铜基板120上各器件的功率端子能够合理布局。

在一实施例中，对于至少两个直接敷铜基板120，在设置有功率端子区域124的直接敷铜基板120上，绝缘沟槽121与直接敷铜基板120边缘之间还设置有预留区域125，预留区域125位于信号端子区域123和功率端子区域124之间，从而给焊接信号端子留足够的区域的同时保证不损伤绝缘栅双极型晶体管芯片130的栅极与绝缘栅双极型晶体管芯片130的打线。

在一实施例中，直接敷铜基板120的至少一个顶角为倒角126。进一步的，至少两个直接敷铜基板120的倒角126呈镜像设置，例如，图2中左右两侧的直接敷铜基板120顶角为呈镜像的倒角126，从而在回流焊的过程中防止左右两侧的直接敷铜基板120放置失误，提高绝缘栅双极型晶体管装置100的成品率。

在一实施例中，绝缘栅双极型晶体管装置100中直接敷铜基板120、绝缘栅双极型晶体管芯片130以及二极管芯片140的数量均为两个，分别位于两个两个直接敷铜基板120上的绝缘栅双极型晶体管芯片130和二极管芯片140组成半桥电路。半桥电路的杂散电感相比于全桥电路有明显降低，且半桥电路中电流通路有更短的电流路径和更大的电流横截面积，这使得上桥和下桥的杂散电感都会有一定程度的降低。较高的杂散电感会在绝缘栅双极型晶体管开关两端形成较高的尖峰电压值，易造成绝缘栅双极型晶体管装置100损坏，而本实施例中通过降低杂散电感，使得避免出现绝缘栅双极型晶体管开关两端形成较高的尖峰电压值，从而能够更好的保护绝缘栅双极型晶体管装置100。

本申请还提供一种半导体芯片。半导体芯片包括如上任意一个实施例中所述的绝缘栅双极型晶体管装置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。