[發明專利]半導體功率模塊的連接布置

有效

• 申請號: 200980143814.8
• 申請日: 2009-10-29
• 公開（公告）號: CN102203941A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: D·科泰特;G·阿斯普倫;S·林德
• 申請（專利權）人: ABB研究有限公司
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 湯春龍;朱海煜

技術領域

一般來說，本公開涉及用于控制電子電路布置中的大電流的半導體功率模塊。具體來說，本公開涉及用于將功率模塊連接到外部電路組件的連接布置。此外，本公開涉及用于將功率模塊連接到外部電路組件的方法。

背景技術

半導體功率模塊通常包括IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。由于單個IGBT的安培容量受到限制，所以多個IGBT在半導體功率模塊中并聯。由于不對稱的DC通路，雜散電感和復電磁耦合效應，并聯IGBT之間的電流不平衡可能發生。這種電流不平衡可引起不充分的半導體功率模塊額定值。

發明內容

因此，一個目的是提供一種具有改進電流額定值的半導體功率模塊。

鑒于以上所述，提供一種包括至少兩個子模塊和連接布置的半導體功率模塊，子模塊包括具有集電極、發射極和柵極的至少一個相應晶體管，所述連接布置包括：集電極端子單元，適合將至少兩個子模塊的集電極共同連接到外部電路組件；至少兩個發射極端子單元，適合將至少兩個子模塊的相應發射極單獨連接到外部電路組件；以及至少兩個柵極端子單元，適合將至少兩個子模塊的相應柵極單獨連接到外部電路組件。

根據另一個方面，提供一種用于將包括至少兩個子模塊以及連接布置的半導體功率模塊連接到外部電路組件的方法，其中子模塊包括具有集電極、發射極和柵極的至少一個相應晶體管，該方法包括下列步驟：通過集電極端子單元將至少兩個子模塊的集電極共同連接到外部電路組件；通過至少兩個發射極端子單元將至少兩個子模塊的相應發射極單獨連接到外部電路組件；以及通過至少兩個柵極端子單元將至少兩個子模塊的相應柵極單獨連接到外部電路組件。

其它示范實施例依照從屬權利要求、說明書和附圖。

附圖說明

在包括參照附圖的說明書的其余部分更具體地提出針對本領域的技術人員的本發明的全面和能實現公開、包括其最佳模式，附圖包括：

圖1示出根據一個典型實施例、具有并聯的四個IGBT的半導體功率模塊的電路圖，其中IGBT的發射極端子單元和柵極單元是單獨可接入的；

圖2是具有四個IGBT的半導體功率模塊的電路圖，其中兩個相應子模塊中分別編組兩個IGBT；

圖3示出具有與圖2的電路配置對應的電路配置的半導體功率模塊的電路布置，其中門單元中的平衡單元示為連接到半導體功率模塊的發射極端子單元和柵極端子單元；

圖4是根據另一個典型實施例的半導體功率模塊的電路配置，其中兩個單獨門單元用于電流平衡；

圖5是根據一個典型實施例、包括六個子模塊和連接布置的半導體功率模塊的頂視圖；

圖6是根據一個典型實施例、具有六個子模塊的半導體功率模塊的連接布置的透視圖；

圖7是圖5所示的半導體功率模塊的截面圖，其中圖7(a)示出在單個柵極集電極對的情況下的標準柵極單元連接，其中圖7(b)示出在兩個柵極集電極對的情況下的柵極單元連接；

圖8(a)是示出沒有不平衡補償的各個子模塊的集電極電流的簡圖；

圖8(b)示出具有不平衡補償的各個模塊的集電極電流；以及

圖9是根據一個典型實施例、用于通過連接布置將半導體功率模塊連接到外部電路組件的方法的流程圖。

具體實施方式

現在詳細參照各個示范實施例，在附圖中示出它們的一個或多個示例。各示例作為說明而無意作為限制地提供。例如，作為一個實施例的一部分所示或所述的特征能夠在其它實施例使用或者與其配合使用，以便產生又一個實施例。預計本公開包括這類修改和變型。

下面說明多個實施例。在這種情況下，相同結構特征在附圖中由相同參考標號來標識。附圖所示結構沒有按實際比例示出，而是僅用于更好地理解實施例。

半導體功率模塊為例如功率晶體管等多個功率組件提供物理封閉。功率組件可設置在公共襯底或者公共電路板上，使得提供緊湊電子電路布置。半導體功率模塊可通過能夠由模塊進行處理的功率范圍、例如通過超過100A或者超過150A的所支持集電極電流來定義。具體來說，半導體功率模塊的電子組件可設置在AlSiC(鋁碳化硅)基板和/或AlN(氮化鋁)陶瓷襯底上。這類模塊稱作HiPak模塊。

此外，半導體功率模塊可包括若干子模塊。在這里，術語“子模塊”定義半導體功率模塊中的電路布置，其中子模塊本身可各包括至少一個相應晶體管。具體來說，具有單個晶體管的電路布置可被看作是子模塊。子模塊的這個晶體管的集電極、發射極和柵極能夠連接到相應集電極端子單元、發射極端子單元和柵極端子單元。