一种半导体器件及半导体组件.pdf

本发明提供一种半导体器件及半导体组件。一种半导体器件，具有相互平行的门极引出电极和阴极引出电极，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔；或者，所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔。本发明实施例中的半导体器件及组件，不仅使安装门、阴极引出电极时只旋转一个扇段齿位就可以进行固定，安装极为方便，

1、  一种半导体器件，具有相互平行的门极引出电极和阴极引出电极，其特征在于，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔；或者
所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔。

2、  根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述分叉结构具体为：沿所述分叉结构所在圆盘的圆周设置的扇段和第一切口，所述扇段上具有所述第二叉孔。

3、  根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述扇段和所述第一切口沿所述圆盘的圆周交替分布，每个所述扇段上设置有一个所述第二叉孔。

4、  根据权利要求1至3中任意一项所述的半导体器件，其特征在于，所述第一叉孔和所述第二叉孔均为圆形。

5、  根据权利要求1至3中任意一项所述的半导体器件，其特征在于，所述第一叉孔的孔径不等于所述第二叉孔的孔径。

6、  根据权利要求1至3中任意一项所述的半导体器件，其特征在于，所述门极引出电极的圆盘表面上具有至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙，和/或所述阴极引出电极的圆盘表面上具有至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙。

7、  一种半导体组件，包括半导体器件和与其连接的电路板，所述半导体器件具有相互平行的门极引出电极和阴极引出电极，其特征在于，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔，所述阴极引出电极和门极引出电极分立连接在所述电路板的两侧；或者
所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔；所述阴极引出电极和门极引出电极分立连接在所述电路板的两侧。

8、  根据权利要求7所述的半导体组件，其特征在于，所述分叉结构具体为：沿所述分叉结构所在圆盘的圆周设置的扇段和第一切口，所述扇段上具有所述第二叉孔。

9、  根据权利要求8所述的半导体组件，其特征在于，所述扇段和所述第一切口沿所述圆盘的圆周交替分布，每个所述扇段上设置有一个所述第二叉孔。

10、  根据权利要求7至9中任意一项所述的半导体组件，其特征在于，
所述电路板上具有安装孔，沿所述安装孔的圆周设置有形状与所述扇段相适配的第二切口，所述第二切口与所述扇段一一对应，两相邻第二切口之间还具有第三叉孔。

11、  根据权利要求10所述的半导体组件，其特征在于，所述第一叉孔、所述第二叉孔和所述第三叉孔均为圆形。

12、  根据权利要求10所述的半导体组件，其特征在于，所述阴极引出电极和门极引出电极分立连接在所述电路板的两侧具体为：
紧固件依次通过所述第一叉孔、第三叉孔和第二叉孔与所述门极引出电极、电路板和阴极引出电极固定连接。

13、  根据权利要求7至9中任意一项所述的半导体组件，其特征在于，所述第一叉孔的孔径不等于所述第二叉孔的孔径。

14、  根据权利要求7至9中任意一项所述的半导体组件，其特征在于，所述门极引出电极的圆盘表面上具有至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙，和/或所述阴极引出电极的圆盘表面上具有至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙。

一种半导体器件及半导体组件
技术领域
本发明涉及电力半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件及半导体组件。
背景技术
集成门极换流晶闸管(IGCT)等全控型电力半导体组件，具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作且其开关过程可以由门极控制，因此被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电力电子线路中。
这类全控型电力半导体组件是由GCT元件和位于印制电路板上的控制电路通过“接口”连接起来的新型电力半导体组件，其中，印制电路板分别与门极和阴极连接，该电路板与门极和阴极的“接口”方式要保证GCT元件和电路板上的控制电路之间的低电感、低电阻连接，同时接口方式对GCT类器件整体的安全性、可靠性、可加工性、可装配性、可应用性及可维护性等均有重要影响。
现有技术中采用的接口方式中，如图1所示为重叠放置的门、阴极引出电极的俯视图，门极和阴极可分别延伸出具有相同分叉结构的圆盘形门极引出电极1和圆盘形阴极引出电极2(图中用阴影表示)，门极引出电极1和阴极引出电极2的分叉结构交错设置并固定连接在印制电路板3的同侧，但是发明人研究发现采用该连接方式，门、阴极引出电极与电路板的接触面积过小，容易增大GCT元件和电路板连接的电阻和电感。在另一种接口方式中，如图2所示，门、阴极引出电极均为圆盘形，且在阴极引出电极4的圆盘上具有一条缝隙4a，电路板5上设有安装孔5a，安装孔5a上具有相应的缝隙5b，阴极引出电极4通过缝隙4a、5b旋转360度后通过电路板5上的安装孔5a到达电路板5的另外一侧，然后再进行门、阴极引出电极和电路板的固定，发明人研究发现这种固定方式虽然增大了门、阴极引出电极与电路板的接触面积，但是安装时阴极引出电极4和电路板5之间的摩擦阻力很大并且需要通过狭窄的缝隙并需旋转360度，所以安装非常费时费力，效率很低。
发明内容
本发明实施例提供一种半导体器件及半导体组件，能够安装方便且GCT元件和电路板之间具有较小的连接电阻和电感。
为了解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案如下：
一种半导体器件，具有相互平行的门极引出电极和阴极引出电极，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔；或者
所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔。
进一步，所述分叉结构具体为：沿所述分叉结构所在圆盘的圆周设置的扇段和第一切口，所述扇段上具有所述第二叉孔。
进一步，所述扇段和所述第一切口沿所述圆盘的圆周交替分布，每个所述扇段上设置有一个所述第二叉孔。
进一步，所述第一叉孔和所述第二叉孔均为圆形。
进一步，所述第一叉孔的孔径不等于所述第二叉孔的孔径。
进一步，所述门极引出电极的圆盘表面上具有至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙，和/或所述阴极引出电极的圆盘表面上具有至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙。
一种半导体组件，包括半导体器件和与其连接的电路板，所述半导体器件具有相互平行的门极引出电极和阴极引出电极，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔，所述阴极引出电极和门极引出电极分立连接在所述电路板的两侧；或者
所述阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，所述门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，所述分叉结构上具有与所述第一叉孔相对应的第二叉孔；所述阴极引出电极和门极引出电极分立连接在所述电路板的两侧。
进一步，所述分叉结构具体为：沿所述分叉结构所在圆盘的圆周设置的扇段和第一切口，所述扇段上具有所述第二叉孔。
进一步，所述扇段和所述第一切口沿所述圆盘的圆周交替分布，每个所述扇段上设置有一个所述第二叉孔。
进一步，所述电路板上具有安装孔，沿所述安装孔的圆周设置有形状与所述扇段相适配的第二切口，所述第二切口与所述扇段一一对应，两相邻第二切口之间还具有第三叉孔。
进一步，所述第一叉孔、所述第二叉孔和所述第三叉孔均为圆形。
进一步，所述阴极引出电极和门极引出电极分立连接在所述电路板的两侧具体为：紧固件依次通过所述第一叉孔、第三叉孔和第二叉孔与所述门极引出电极、电路板和阴极引出电极固定连接。
进一步，所述第一叉孔的孔径不等于所述第二叉孔的孔径。
进一步，所述门极引出电极的圆盘表面上具有至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙，和/或所述阴极引出电极的圆盘表面上具有至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙。
本发明实施例中的半导体器件及组件，通过将阴极引出电极设置为分叉结构，而门极引出电极设置为圆盘形结构，不仅可以使安装门、阴极引出电极时，只旋转一个扇段齿位就可以进行固定，安装极为方便，而且使门、阴极引出电极和电路板的接触面积相对于现有技术中均为分叉结构的门、阴极引出电极与电路板的接触面积变大，从而可以使GCT元件和电路板之间具有较小的连接电阻和电感。
附图说明
图1是现有技术中第一种接口方式的示意图；
图2是现有技术中第二种接口方式的示意图；
图3是本发明实施例一种半导体器件的结构示意图；
图4是本实施例门极引出电极的结构示意图；
图5是本实施例阴极引出电极的结构示意图；
图6是本发明实施例一种半导体组件的结构示意图；
图7是本发明实施例门、阴极引出电极的结构示意图；
图8是本发明实施例电路板的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来限制本发明。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行描述。
参照图3，为本发明实施例一种半导体器件的结构示意图。
本实施例中，该半导体器件(GCT元件)包括阳极11、半导体芯片12、门极13和阴极14。
门极13向半导体器件外侧延伸出门极引出电极131。阴极14向所述半导体器件外侧延伸出阴极引出电极141，所述阴极引出电极141向上弯折后与所述门极引出电极131平行，通过该设置阴极引出电极141可以直接与位于阴极下方的散热台相接触，利于散热，相对于现有的取消了阴极引出电极而通过垫块进行散热的接口方式，避免了电阻、热阻的增加。阴极引出电极141和门极引出电极131之间具有用于设置电路板的间距。
本实施例中，门极引出电极131为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，阴极引出电极141为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，该分叉结构上具有与第一叉孔相对应的第二叉孔，它们各自的结构请参照图4和图5。
参照图4，为本实施例一门极引出电极的结构示意图。
门极引出电极为圆盘形，沿圆周分布有多个第一叉孔21，第一叉孔21可以呈以圆心为中心对称分布，当然该第一叉孔的数量和位置分布可以根据需要进行设定，只要能够实现通过该第一叉孔与电路板和阴极引出电极固定即可。本实施例中第一叉孔21的个数可以是16个。
参照图5，为本实施例一阴极引出电极的结构示意图。
阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，该分叉结构具体为：沿圆周交替分布有扇段31和第一切口32，扇段31的形状可以为扇形、矩形等多种形状。扇段31的设置可以呈以圆心为中心对称分布，第一切口32的设置与扇段31类似。扇段31上还设置有第二叉孔311，每一个扇段31上可以设置一个第二叉孔311。在另一实施例中，该扇段和第一切口的个数及位置分布，还可以根据需要进行设置，如设置1个扇段和1个切口，在扇段上设置第二叉孔。
第二叉孔311与第一叉孔21可以一一对应，即两相邻第二叉孔311的间距与两相邻第二叉孔21的间距相同，当将阴极引出电极和门极引出电极重叠时，第二叉孔311和第一叉孔21的位置可以重合，两类叉孔的形状可以均为圆形，当然也可以为细腰型等。因为阴极引出电极和门极引出电极各位于电路板的一侧，在与电路板连接时，紧固件需要穿过第二叉孔311、电路板和第一叉孔21，将三者固定连接，阴极引出电极和门极引出电极之间虽然采取了增加绝缘垫片等绝缘措施，但是为了避免当该绝缘措施失效时，阴极引出电极和门极引出电极被紧固件同时连接导通而产生的短路现象，第一叉孔21孔与第二叉孔311可以采用不同的孔径，这样可以使紧固件进行固定时，即使绝缘失效，也只可能与孔径小的部件连接，而与孔径大的部件不连接，从而可以避免短路，本实施例中门极引出电极上的第一叉孔21的孔径可以设置为大于第二叉孔311的孔径。
扇段31、第一切口32以及第二叉孔311的个数可以根据需要设置，例如各为16个。
上述实施例中的半导体器件，通过将阴极引出电极设置为分叉结构，而门极引出电极设置为带第一叉孔的圆盘形结构，使门、阴极引出电极和电路板的接触面积相对于现有技术中均为分叉结构的门、阴极引出电极与电路板的接触面积变大，从而可以使GCT元件和电路板之间具有较小的连接电阻和电感。
IGCT作为一种组合型电力半导体组件，由于通过接口将GCT元件与驱动电路的电路板紧密相联，如果接口处的门、阴极引出电极等金属环形部件在电气上完全是闭合的话，GCT元件工作时通过的变化电流(最高达4000A)将会通过电磁感应在接口处的相关环节形成涡流，这种感应的模型可等效为两个单匝的空心线圈间的耦合。而涡流造成的危害是：1)使金属环形部件发热升温；并传导至电路板使其升温；2)降低电路板的工作效率；3)可能引发电磁兼容性问题使整个器件工作不稳定。
上述实施例中，为了解决涡流产生的问题，在门极引出电极的圆盘表面上可以设置至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙22，在阴极引出电极的圆盘表面上也可以设置至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙33，也可以只在其中一个引出电极上设置该缝隙，该缝隙的设置优选为沿径向设置。通过在金属环形部件留出一个很小的空气缝隙，可以使接口处的金属环形部件电气断开，通常设置缝隙宽度为0.3～0.5mm。
在本发明实施例二中，门极引出电极的结构与阴极引出电极的结构可以对换，即阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，分叉结构上具有与第一叉孔相对应的第二叉孔。其中，该实施例中门极引出电极的具体结构与前述实施例一中图3所示的阴极引出电极相同；该实施例中阴极引出电极的具体结构与前述实施例一中图2所示的门极引出电极相同。
上述两个实施例中的结构具有相同的有益效果，差别在于与电路板进行固定时的安装方法不同，由带分叉结构的部件(实施例一中的阴极引出电极或实施例二中的门极引出电极)穿过电路板上的安装孔进行安装固定，如以下实施例所述。
本发明还提供了一种半导体组件的实施例，如图6、7所示。
该半导体组件包括半导体器件41和与其连接的电路板42，半导体器件41包括阳极、半导体芯片、门极和阴极，门极向所述半导体器件外端延伸出门极引出电极411，阴极向所述半导体器件外端延伸出阴极引出电极412，阴极引出电极412弯折后与门极引出电极411同侧且平行，阴极引出电极412和门极引出电极411分立连接在电路板42的两侧，电路板42上设有与上述GCT门、阴极引出电极一一对应的平面电极。
本实施例中，门、阴极引出电极与前述实施例一类似，阴极引出电极为圆盘形且沿圆周设有分叉结构，门极引出电极为圆盘形且沿圆周设有第一叉孔，如图7所示，为重叠放置的阴极引出电极和门极引出电极的俯视图，阴极引出电极在上，门极引出电极在下，阴极引出电极412也具有沿圆周交替分布的扇段412a和第一切口412b，所述扇段上设置有第二叉孔412c，门极引出电极411具有沿圆周分布的第一叉孔(图中未示出，被第二叉孔412c遮挡)与扇段412a上的第二叉孔412c一一对应。第一叉孔和第二叉孔412c孔径也不相同，与前述实施例类似，此处不再赘述。
电路板42的结构如图8所示，电路板42上具有一个较大的安装孔421，安装孔421的圆周上具有与阴极引出电极412的扇段412a形状相适配的第二切口421a，第二切口421a与扇段412a一一对应，两相邻第二切口421a之间还具有第三叉孔421b，与扇段412a上的第二叉孔412c位置一一对应，当然也就与第一叉孔的位置也一一对应，即，将门极引出电极、电路板和阴极引出电极重叠时，第一、第二、第三叉孔的位置可以重合。第三叉孔421b的孔径大小可以与第一或第二叉孔的孔径相同，也可不同，此处不作限制。
在将GCT元件与电路板固定连接时，GCT元件的阴极引出电极412穿过电路板42的安装孔421及第二切口421a套装入电路板42后，旋转一个扇段412a齿位，使第二叉孔412c对准电路板42上的第三叉孔421b，此时，门极引出电极411上的第一叉孔也对准第三叉孔421b。
在另一半导体组件的实施例中，如果GCT元件采用前述实施例二中的结构，即门极引出电极具有分叉结构，阴极引出电极为具有第一叉孔的圆盘，则在将GCT元件与电路板固定连接时，将GCT元件的门极引出电极穿过电路板的安装孔及第二切口套装入电路板，旋转一个扇段齿位，使第二叉孔对准电路板上的第三叉孔，此时，阴极引出电极上的第一叉孔也对准第三叉孔。
参见图6所示，本实施例中，完成装配后的IGCT器件，其GCT元件依靠电极的支撑悬置于电路板的安装位置，然后将GCT元件与电路板用紧固件43，如螺栓穿过第一叉孔、第三叉孔和第二叉孔，依次将门极引出电极、电路板和阴极引出电极固定连接，接口中GCT元件的门极引出电极和阴极引出电极分别位于电路板的两侧，引出电极通过多个安装叉孔均力的方式与电路板42上的平面电极紧密连接。
为了使门极引出电极和阴极引出电极与电路板连接紧密，还可以在门极引出电极的上方设置压条44。为了防止发生短路，还可以在压条44和门极引出电极之间，紧固件和阴极引出电极之间加入绝缘件45进行隔离。
在前述实施例的半导体组件中，同样为了解决涡流产生的问题，也可以采用前述半导体器件实施例中的结构，即在门极引出电极的圆盘表面上设置至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙，在阴极引出电极的圆盘表面上也可以设置至少一条由圆心到圆盘边缘的缝隙，也可以只在其中一个引出电极上设置该缝隙，另外，还可以在压条44上也设置至少一条沿径向的缝隙。通过在金属环形部件留出一个很小的空气缝隙，可以使接口处的金属环形部件电气断开，通常设置缝隙宽度为0.3～0.5mm。
本实施例中，GCT器件的阳极端封口的封装工艺平台是建立在充氮式冷压焊工艺之上的，而现有技术中第一接口方式的GCT器件由于门、阴两极引出的圆盘形电极尺寸较大，不宜使用冷压焊方式焊接，而是采用专用的等离子焊接。
上述实施例中的半导体组件，通过将阴极引出电极设置为分叉结构，而门极引出电极设置为带第一叉孔的圆盘形结构，不仅可以使安装门、阴极引出电极时，只旋转一个扇段齿位就可以进行固定，安装极为方便，而且使门、阴极引出电极和电路板的接触面积相对于现有技术中均为分叉结构的门、阴极引出电极与电路板的接触面积变大，从而可以使GCT元件和电路板之间具有较小的连接电阻和电感。本实施例中采用的接口方式满足了对GCT类器件整体的安全性、可靠性、可加工性、可装配性、可应用性及可维护性等要求。
上述实施例中各叉孔、扇段和切口的个数及尺寸可以根据需要进行设置，如第一切口、第二切口、第一叉孔、第二叉孔、第三叉孔的数目均为16个，此处不作限定。各叉孔、扇段和切口的形状也可以根据需要进行设定，如叉孔形状为圆形或细腰型，扇段和切口的形状为矩形、扇形或梯形等。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。