一種功率半導體芯片測試單元的制作方法

本實用新型涉及電力半導體器件封裝測試技術領域，具體涉及一種功率半導體芯片測試單元。

背景技術：

壓接型大功率半導體器件，如壓接型IGBT器件(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，具有功率密度大、雙面散熱、易于串聯以及可靠性高等優點，并己逐步應用于電力系統的高壓直流輸電、電力機車等高電壓、大功率應用場合。隨著智能電網的發展，尤其是未來全球能源互聯網的構建，壓接型大功率半導體器件在電網中的需求量將會越來越大，這也對壓接型大功率半導體器件的性能和可靠性提出了嚴格地要求。

壓接型大功率半導體器件一般通過器件間的串聯來提高工作電壓、通過器件內部多芯片并聯來提高單個器件的電流。圖1為壓接型大功率半導體器件的內部截面示意圖，如圖所示，壓接型大功率半導體器件包括多個并聯的子模組，各子模組分別由集電極側鉬片21、半導體芯片22、發射極側鉬片23、銀墊片24直接接觸組成，通過外部施加壓力使各子模組的各構件之間保持良好地電氣與機械接觸。當測試壓接型大功率半導體器件的半導體芯片22的性能，尤其是測試單個半導體芯片22的性能時，子模組中各個構件之間存在與壓力、溫度等因素有關的接觸熱阻和接觸電阻會對測試結果產生一定的影響。同時，子模組的封裝管殼一般采用冷壓焊的方法密封，對大量半導體芯片22進行性能測試時，必須破壞封裝管殼逐個測試，測試步驟復雜、工作量大，不利于對大批量壓接型大功率半導體器件進行性能串聯。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺陷，本實用新型提供了一種功率半導體芯片測試單元。

本實用新型的技術方案是：

所述測試單元包括集電極(1)、被測芯片子模組(2)、PCB板(3)、固定框架(4)和發射極(5)；

所述集電極(1)和發射極(5)的外部側壁上分別設置有集電極限位凹槽(11)和發射極限位凹槽(51)，所述固定框架(4)的內部側壁上設置有限位凸臺(42)；

所述集電極(1)、被測芯片子模組(2)、PCB板(3)和發射極(5)順次疊放在所述固定框架(4)內，且所述限位凸臺(42)嵌入在所述集電極限位凹槽(11)和發射極限位凹槽(51)內。

進一步地，本方面提供一個優選技術方案為：所述測試單元還包括散熱器；所述散熱器分別固定在所述集電極(1)的上表面和所述發射極(5)的下表面；

所述集電極(1)的上表面設置有集電極定位凹槽(12)，用于嵌入所述散熱器的定位銷；

所述發射極(5)的下表面設置有發射極定位凹槽(52)，用于嵌入所述散熱器的定位銷。

進一步地，本方面提供一個優選技術方案為：所述被測芯片子模組(2)包括集電極側鉬片(21)、功率半導體芯片(22)、發射極側鉬片(23)、墊片(24)和塑料框架(25)；

所述集電極側鉬片(21)、功率半導體芯片(22)、發射極側鉬片(23)和墊片(24)順次疊放在所述塑料框架(25)內；

所述集電極側鉬片(21)與所述集電極(1)直接接觸，所述墊片(24)與所述發射極(5)直接接觸。

進一步地，本方面提供一個優選技術方案為：所述被測芯片子模組(2)還包括彈簧引針(26)；

所述塑料框架(25)包括一個彈簧引針通道(27)；所述彈簧引針(26)設置在彈簧引針通道(27)內，彈簧引針(26)的一端與所述功率半導體芯片(22)的門極直接接觸，另一端與所述PCB板(3)直接接觸。

進一步地，本方面提供一個優選技術方案為：所述PCB板(3)上焊接有一個引線端子(31)，所述固定框架(4)的側壁上還設置有預留窗口(41)；

所述引線端子(31)與所述預留窗口(41)相對應，所述被測芯片子模組(2)的驅動信號線通過所述預留窗口(41)與所述引線端子(31)連接。

進一步地，本方面提供一個優選技術方案為：

所述固定框架(4)為環氧樹脂框架。

與最接近的現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型提供的一種功率半導體芯片測試單元，通過設置集電極限位凹槽11、發射極限位凹槽51和限位凸臺42，可以固定集電極1、被測芯片子模組2、PCB板3和發射極5，限制測試單元內各部件的縱向位移而只存在軸向位移，不僅利于對被測芯片子模組2進行隨時拆卸和壓力加載，還能保證在多次測試過程測試單元內各部件的位置相對固定。

附圖說明

圖1：壓接型大功率半導體器件的內部截面示意圖；

圖2：本實用新型實施例中一種功率半導體芯片測試單元的爆炸視圖；

圖3：本實用新型實施例中一種功率半導體芯片測試單元的剖視圖；

圖4：本實用新型實施例中半導體芯片子模組的爆炸視圖；

圖5：本實用新型實施例中半導體芯片子模組斷面視圖；

其中，1：集電極；11：集電極限位凹槽；12：集電極定位凹槽；2：半導體芯片子模組；21：集電極側鉬片；22：功率半導體芯片；23：發射極側鉬片；24：銀墊片；25：塑料框架；26：彈簧引針；27：彈簧引針通道；3：PCB板；31：PCB板外部插口；4：固定框架；41：固定框架預留窗口；42：限位凸臺；5：發射極；51：發射極限位凹槽；52：發射極定位凹槽；6：基座。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

下面結合附圖，對本實用新型實施例提供的一種功率半導體芯片測試單元進行說明。

圖2為本實用新型實施例中一種功率半導體芯片測試單元的爆炸視圖，圖3為本實用新型實施例中一種功率半導體芯片測試單元的剖視圖，如圖所示，本實施例中功率半導體芯片測試單元包括集電極1、被測芯片子模組2、PCB板3、固定框架4和發射極5。其中，

集電極1的外部側壁上設置有集電極限位凹槽11。

發射極5的外部側壁上設置有發射極限位凹槽51。

固定框架4的內部側壁上設置有限位凸臺42，本實施例中固定框架4可以采用環氧樹脂框架。

集電極1、被測芯片子模組2、PCB板3和發射極5順次疊放在固定框架4內，且限位凸臺42嵌入在集電極限位凹槽11和發射極限位凹槽51內。

本實施例中通過設置集電極限位凹槽11、發射極限位凹槽51和限位凸臺42，可以固定集電極1、被測芯片子模組2、PCB板3和發射極5，限制測試單元內各部件的縱向位移而只存在軸向位移，不僅利于對被測芯片子模組2進行隨時拆卸和壓力加載，還能保證在多次測試過程測試單元內各部件的位置相對固定。

進一步地，本實施例中測試單元還可以包括下述結構。

本實施例中測試單元還包括散熱器，散熱器分別固定在集電極1的上表面和發射極5的下表面。其中，

集電極1的上表面設置有集電極定位凹槽12，用于嵌入散熱器的定位銷，從而固定散熱器。發射極5的下表面設置有發射極定位凹槽52，用于嵌入散熱器的定位銷，從而固定散熱器。

本實施例中散熱器可以對被測芯片子模組2進行散熱，還可以向其發射極傳導電流，向其集電極傳導電流和傳遞壓力。同時，通過控制散熱器內冷卻液的流通可以實現對被測芯片子模組2進行單面散熱和雙面散熱，從而滿足對被測半導體功率芯片的所有測試要求。本實施例中對被測半導體功率芯片的測試主要包括靜態測試、動態測試、壓力測試和可靠性測試，其中可靠性測試主要包括功率循環測試、溫度循環測試、高溫柵偏測試、高溫反偏測試和熱阻測試等，本實施例中所有測試均可采用常規測試方法。

進一步地，本實施例中被測芯片子模組可以包括下述結構。

圖4為本實用新型實施例中半導體芯片子模組的爆炸視圖，圖5為本實用新型實施例中半導體芯片子模組斷面視圖，本實施例中被測芯片子模組2包括集電極側鉬片21、功率半導體芯片22、發射極側鉬片23、墊片24、塑料框架25和彈簧引針26。其中，

集電極側鉬片21、功率半導體芯片22、發射極側鉬片23和墊片24順次疊放在塑料框架25內，集電極側鉬片21與集電極1直接接觸，墊片24與發射極5直接接觸。

塑料框架25包括一個彈簧引針通道27，彈簧引針26設置在彈簧引針通道27內，彈簧引針26的一端與功率半導體芯片22的門極直接接觸，另一端與PCB板3直接接觸。本實施例中彈簧引針26用于傳導被測功率半導體芯片的驅動信號，同時彈簧引針26可以發生一定的形變以保證被測功率半導體芯片的門極與PCB板3之間具有良好的接觸。

本實施例中將集電極側鉬片21、功率半導體芯片22、發射極側鉬片23和墊片24疊放在塑料框架25內，塑料框架25在起到支撐作用的同時，還可以使得在測試過程中被測芯片子模組2內各組件位置相對固定，而且可以避免被測功率半導體芯片受到外部損壞和環境污染，并具有可替換性提高了被測芯片子模組2的利用率、降低了加工成本。

進一步地，本實施例中PCB板還包括下述結構。

本實施例中PCB板3用于接收被測功率半導體芯片的驅動信號，并對其進行數據轉換后將驅動信號通過彈簧引針26傳導至被測功率半導體芯片的門極。

PCB板3的上表面為銅層，下表面為絕緣層以隔離驅動信號和外部電流。同時PCB板3上還焊接有一個引線端子31，固定框架4的側壁上還設置有預留窗口41。引線端子31與預留窗口41相對應，被測芯片子模組2的驅動信號線通過預留窗口41與引線端子31連接。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。