一种超低功率半导体功率器件的制作方法

1.本发明涉及半导体领域，尤其是涉及到一种超低功率半导体功率器件。


背景技术：

2.功率半导体器件也被称为电力电子器件，就是进行功率处理的，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件功率，半导体器件因其应用领域较为广泛，需求很大，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高，而低功率半导体器件在通讯移动方面的应用需求更高，其开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题，但是缺点在于电流容量小，电量损耗大且耐压低，一般只适用于功率较低电力电子装置，因此需要研制一种超低功率半导体功率器件，以此来解决现有半导体功率器件电流容量小，电量损耗大且耐压低的问题。
3.本

技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种超低功率半导体功率器件，其结构包括金属靶片、硅框架、合金片、散热片、铜底座，所述的金属靶片设于硅框架内且贴合连接硅框架，所述的硅框架连接有合金片，所述的合金片底端贴合散热片且二者相互连接，所述的散热片设于铜底座上方位置，金属靶片为半导体功率器件的引入结构，通过金属材质的靶片将电流引入结构中实现结构运转，采用硅框架作为结构的外壳，其优点在与硅框架所组成的单晶硅结构中，每个硅原子与其周围的四个硅原子构成四个共价键，因此晶体结构十分稳定，硅原子会形成四个共价键，这是由硅的化学本性，或说在周期表中的位置决定的，硅的原子序数是十四，在元素周期表中位于第ⅳ族，硅原子有十四个电子，最外壳层有四个电子，因此硅在与其他元素形成共价键时，表现为四价，这便是硅稳定性的原因，并且该结构经过氧化在其外层所形成的氧化硅膜组织具有良好的绝缘性，散热片用于为结构降温，其结构未采用滑动部件，利用直流电流运转，有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递，而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递，当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消，此时冷热端的温度就不会继续发生变化，从而达到降温的目的。
5.作为本技术方案的进一步优化，所述的合金片包括有片套、阳极、阴极、隔磁环、铁氧磁芯，所述的片套贯穿连接有阳极与阴极，所述的阳极与阴极相互间隔设立且在片套内设有隔磁环，所述的隔磁环之间分布排列有铁氧磁芯，片套为合金片的基础结构，通过阳极和阴极组成结构的控制电路，也称为触发电路，当阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关闭合，使控制极也加正向电压，说明结构电路导通，当阳极和阴极间加反向电压，不管控制极加不加电压，，此时结构电流截止。如果控制极加反向电压，无论主电路加正向电压还是反向电压，结构电路都不导通。
6.作为本技术方案的进一步优化，所述的隔磁环包括有导磁块、引磁管、永磁体，所
述的导磁块顶端位置成环形状设有引磁管，所述的引磁管中端位置包围连接有永磁体，隔磁环主要用于降低结构中因电流产生的磁场穿透至别的结构中，其通过在结构内增设具有强磁性的导磁块以及同样具有磁性的引磁管，配合永磁体在外围引导磁路并在中间隔断磁路，其结构利用数层较高磁导率金属做导磁块结合峰值磁导率对强度很高的永磁体形成屏蔽罩，永磁体在开路状态下能长期保持高剩磁，二者相互结合使得隔磁环能有效减少磁通效应，减少辐射从而降低功率损耗。
7.作为本技术方案的进一步优化，所述的铁氧磁芯包括有铁氧体、气隙架、陶瓷板，所述的铁氧体呈阶梯状分布贴合连接气隙架，所述的陶瓷板设于铁氧体底部末端位置，铁氧体由铁的氧化物结合其他配料烧结而成，是一种具有软磁性的金属氧化物，之所以称之为软磁，是因为当充磁磁场消失后，铁氧体残留磁场很小或几乎没有，并且利用铁氧体作为主体结构，能够使其在两个互相垂直的直流磁场和电磁波磁场的作用下的电磁波在材料内部按一定方向的传播过程中产生的旋磁性影响其偏振面使其不断绕传播方向旋转，结合采用聚脂薄膜树脂材料充当填充物的气隙架结构对磁场进行分隔，降低功率损耗。
8.作为本技术方案的进一步优化，所述的气隙架包括有一号气隙层、树脂层、二号气隙层，所述的一号气隙层底端间隔设有树脂层，所述的树脂层与二号气隙层之间相互间隔分布，一号气隙层与二号气隙层之间呈现梯级层次分布的特性在于能够将边缘的磁通效应降低，依靠多个气隙结构能够减少功率损失。
9.有益效果
10.本发明一种超低功率半导体功率器件，设计合理，功能性强，具有以下有益效果：
11.本发明首先利用隔磁环在外围引导磁路并在中间隔断磁路，其结构利用数层较高磁导率金属做导磁块结合峰值磁导率对强度很高的永磁体形成屏蔽罩，永磁体在开路状态下能长期保持高剩磁，二者相互结合使得隔磁环能有效减少磁通效应，减少辐射从而降低功率损耗；现有的传统电源铁氧体材料不能用于mhz的频率范围，相比于低频状态，在如此高频状况下它们会产生极大的损耗，铁氧体作为磁芯是提升效率的决定性因素，采用单气隙是目前延迟磁芯饱和并提升性能的常用技术，然而这种相当大的单气隙会导致更高的边缘磁通效应，特别是在高频状况下会导致额外的铜损，气隙架分布的气隙结构有效地防止了磁场向环境中辐射。
12.本发明通过铁氧体能够使其在两个互相垂直的直流磁场和电磁波磁场的作用下的电磁波在材料内部按一定方向的传播过程中产生的旋磁性影响其偏振面使其不断绕传播方向旋转，结合采用聚脂薄膜树脂材料充当填充物的气隙架结构对磁场进行分隔，通过分布式气隙的全新几何形状可减少电磁辐射及发热状况，通过在中间位置布置多个气隙，功率损失显著减少，降低功率损耗，从而解决现有半导体功率器件电流容量小，电量损耗大且耐压低的问题。
附图说明
13.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
14.图1为本发明一种超低功率半导体功率器件的侧视结构示意图；
15.图2为本发明的合金片结构侧剖图；
16.图3为本发明的隔磁环结构侧剖图；
17.图4为本发明的铁氧磁芯结构侧剖图；
18.图5为本发明的气隙架结构侧剖图；
19.图中：金属靶片
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1、硅框架
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2、合金片
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3、散热片
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4、铜底座
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5、片套
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30、阳极
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31、阴极
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32、隔磁环
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33、铁氧磁芯
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34、导磁块
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330、引磁管
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331、永磁体
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332、铁氧体
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340、气隙架
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341、陶瓷板
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342、一号气隙层
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3410、树脂层
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3412、二号气隙层
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3413。
具体实施方式
20.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式以及附图说明，进一步阐述本发明的优选实施方案。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.实施例1
23.请参阅图1
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3，本发明提供一种超低功率半导体功率器件的具体实施方式：
24.请参阅图1，一种超低功率半导体功率器件，其结构包括金属靶片1、硅框架2、合金片3、散热片4、铜底座5，所述的金属靶片1设于硅框架2内且贴合连接硅框架2，所述的硅框架2连接有合金片3，所述的合金片3底端贴合散热片4且二者相互连接，所述的散热片4设于铜底座5上方位置，金属靶片1为半导体功率器件的引入结构，通过金属材质的靶片将电流引入结构中实现结构运转，采用硅框架2作为结构的外壳，其优点在与硅框架2所组成的单晶硅结构中，每个硅原子与其周围的四个硅原子构成四个共价键，因此晶体结构十分稳定，硅原子会形成四个共价键，这是由硅的化学本性，或说在周期表中的位置决定的，硅的原子序数是十四，在元素周期表中位于第ⅳ族，硅原子有十四个电子，最外壳层有四个电子，因此硅在与其他元素形成共价键时，表现为四价，这便是硅稳定性的原因，并且该结构经过氧化在其外层所形成的氧化硅膜组织具有良好的绝缘性，散热片4用于为结构降温，其结构未采用滑动部件，利用直流电流运转，有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递，而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递，当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消，此时冷热端的温度就不会继续发生变化，从而达到降温的目的。
25.请参阅图2，所述的合金片3包括有片套30、阳极31、阴极32、隔磁环33、铁氧磁芯34，所述的片套30贯穿连接有阳极31与阴极32，所述的阳极31与阴极32相互间隔设立且在片套30内设有隔磁环33，所述的隔磁环33之间分布排列有铁氧磁芯34，片套30为合金片3的基础结构，通过阳极31和阴极32组成结构的控制电路，也称为触发电路，当阳极31和阴极32承受正向电压，控制电路中开关闭合，使控制极也加正向电压，说明结构电路导通，当阳极31和阴极32间加反向电压，不管控制极加不加电压，，此时结构电流截止。如果控制极加反向电压，无论主电路加正向电压还是反向电压，结构电路都不导通。
26.请参阅图3，所述的隔磁环33包括有导磁块330、引磁管331、永磁体332，所述的导磁块330顶端位置成环形状设有引磁管331，所述的引磁管331中端位置包围连接有永磁体332，隔磁环33主要用于降低结构中因电流产生的磁场穿透至别的结构中，其通过在结构内增设具有强磁性的导磁块330以及同样具有磁性的引磁管331，配合永磁体332在外围引导磁路并在中间隔断磁路，其结构利用数层较高磁导率金属做导磁块330结合峰值磁导率对强度很高的永磁体332形成屏蔽罩，永磁体332在开路状态下能长期保持高剩磁，二者相互结合使得隔磁环33能有效减少磁通效应，减少辐射从而降低功率损耗。
27.实施例2
28.请参阅图1
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5，本发明提供一种超低功率半导体功率器件的具体实施方式：
29.请参阅图1，一种超低功率半导体功率器件，其结构包括金属靶片1、硅框架2、合金片3、散热片4、铜底座5，所述的金属靶片1设于硅框架2内且贴合连接硅框架2，所述的硅框架2连接有合金片3，所述的合金片3底端贴合散热片4且二者相互连接，所述的散热片4设于铜底座5上方位置，金属靶片1为半导体功率器件的引入结构，通过金属材质的靶片将电流引入结构中实现结构运转，采用硅框架2作为结构的外壳，其优点在与硅框架2所组成的单晶硅结构中，每个硅原子与其周围的四个硅原子构成四个共价键，因此晶体结构十分稳定，硅原子会形成四个共价键，这是由硅的化学本性，或说在周期表中的位置决定的，硅的原子序数是十四，在元素周期表中位于第ⅳ族，硅原子有十四个电子，最外壳层有四个电子，因此硅在与其他元素形成共价键时，表现为四价，这便是硅稳定性的原因，并且该结构经过氧化在其外层所形成的氧化硅膜组织具有良好的绝缘性，散热片4用于为结构降温，其结构未采用滑动部件，利用直流电流运转，有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递，而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递，当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消，此时冷热端的温度就不会继续发生变化，从而达到降温的目的。
30.请参阅图2，所述的合金片3包括有片套30、阳极31、阴极32、隔磁环33、铁氧磁芯34，所述的片套30贯穿连接有阳极31与阴极32，所述的阳极31与阴极32相互间隔设立且在片套30内设有隔磁环33，所述的隔磁环33之间分布排列有铁氧磁芯34，片套30为合金片3的基础结构，通过阳极31和阴极32组成结构的控制电路，也称为触发电路，当阳极31和阴极32承受正向电压，控制电路中开关闭合，使控制极也加正向电压，说明结构电路导通，当阳极31和阴极32间加反向电压，不管控制极加不加电压，，此时结构电流截止。如果控制极加反向电压，无论主电路加正向电压还是反向电压，结构电路都不导通。
31.请参阅图3，所述的隔磁环33包括有导磁块330、引磁管331、永磁体332，所述的导磁块330顶端位置成环形状设有引磁管331，所述的引磁管331中端位置包围连接有永磁体332，隔磁环33主要用于降低结构中因电流产生的磁场穿透至别的结构中，其通过在结构内增设具有强磁性的导磁块330以及同样具有磁性的引磁管331，配合永磁体332在外围引导磁路并在中间隔断磁路，其结构利用数层较高磁导率金属做导磁块330结合峰值磁导率对强度很高的永磁体332形成屏蔽罩，永磁体332在开路状态下能长期保持高剩磁，二者相互结合使得隔磁环33能有效减少磁通效应，减少辐射从而降低功率损耗。
32.请参阅图4，所述的铁氧磁芯34包括有铁氧体340、气隙架341、陶瓷板342，所述的铁氧体340呈阶梯状分布贴合连接气隙架341，所述的陶瓷板342设于铁氧体340底部末端位置，铁氧体340由铁的氧化物结合其他配料烧结而成，是一种具有软磁性的金属氧化物，之所以称之为软磁，是因为当充磁磁场消失后，铁氧体340残留磁场很小或几乎没有，并且利用铁氧体340作为主体结构，能够使其在两个互相垂直的直流磁场和电磁波磁场的作用下的电磁波在材料内部按一定方向的传播过程中产生的旋磁性影响其偏振面使其不断绕传播方向旋转，结合采用聚脂薄膜树脂材料充当填充物的气隙架341结构对磁场进行分隔，降低功率损耗。
33.请参阅图5，所述的气隙架341包括有一号气隙层3410、树脂层3412、二号气隙层3413，所述的一号气隙层3410底端间隔设有树脂层3412，所述的树脂层3412与二号气隙层3413之间相互间隔分布，一号气隙层3410与二号气隙层3413之间呈现梯级层次分布的特性在于能够将边缘的磁通效应降低，依靠多个气隙结构能够减少功率损失。
34.其具体实现原理如下：
35.永磁体332在开路状态下能长期保持高剩磁，利用铁氧体340作为主体结构，在两个互相垂直的直流磁场和电磁波磁场的作用下的电磁波在材料内部按一定方向的传播过程中产生的旋磁性影响其偏振面使其不断绕传播方向旋转，结合采用聚脂薄膜树脂材料充当填充物的气隙架341结构对磁场进行分隔，降低功率损耗，二者相互结合使得隔磁环33能有效减少磁通效应，减少辐射从而降低功率损耗；现有的传统电源铁氧体材料不能用于mhz的频率范围，相比于低频状态，在如此高频状况下它们会产生极大的损耗，铁氧体作为磁芯是提升效率的决定性因素，采用单气隙是目前延迟磁芯饱和并提升性能的常用技术，然而这种相当大的单气隙会导致更高的边缘磁通效应，特别是在高频状况下会导致额外的铜损，气隙架341分布的气隙结构有效地防止了磁场向环境中辐射，最多可将功率损耗降低70％，解决现有半导体功率器件电流容量小，电量损耗大且耐压低的问题。
36.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神或基本特征的前提下，不仅能够以其他的具体形式实现本发明，还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围，因此本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定，而不是上述说明限定。
37.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。