功率半导体模块制造技术

本发明专利技术涉及一种功率半导体模块，其具有包括第一表面、与第一表面相对的第二表面、第一长侧和与第一长侧相对的第二长侧的功率电子衬底。此外，该功率半导体模块还具有模块框架，该模块框架被如此布置，使得其包围该功率电子衬底，布置在第一长侧处并且穿过模块框架地延伸的至少一个功率连接端，布置在第二长侧处且穿过模块框架地延伸的其他连接端，至少一个功率半导体元器件，其布置在功率电子衬底的第一表面上并且与至少一个功率连接端电性连接，以及具有至少一个电流传感器，该电流传感器构造用于，测量在功率连接端中的电流，其中，该至少一个电流传感器布置在功率连接端上并且具有信号输出端，该信号输出端与其他连接端相连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率半导体模块领域，尤其涉及带有在外部的负载连接端上的负载电 流测量的功率半导体模块。
技术介绍
功率半导体模块通常包括功率电子衬底，其上布置有多个功率半导体元器件（例 如半导体开关、例如多个IGBT(具有绝缘的栅极的双极型晶体管，英文：绝缘栅双极型晶体 管）或者多个M0SFET (金属氧化物半导体场效应管，英文：金属氧化物半导体场效应管））。 该功率电子衬底能够直接固定（例如粘贴）在壳部（所谓的模块框架）上。替代地该功率 电子衬底也能够固定（例如焊接）在金属底盘上，该金属底盘又布置在模块框架上。这种 情况下该底盘实际上构成功率半导体模块的壳底。该模块框架通常由塑料且通过例如以压 铸方法制成。 该功率电子衬底尤其能够是DCB衬底（DCB =双铜键合）、DAB衬底（DAB =双铝键 合）或者AMB衬底（AMB=活性金属钎焊），其中绝缘载体大多由陶瓷组成。另一种功率电 子衬底为所谓的頂S衬底（MS =绝缘金属衬底），其中金属载体通过薄的绝缘层与金属化 绝缘。在该载体（绝缘金属或者陶瓷）的两面布置金属化。顶面的金属化是结构化的且因 此具有印制导线（Leiterbahnen)、焊接垫和键合垫等。底面的金属化通常是整面的。 该布置在衬底上的功率半导体元器件通常以其背面（底面）焊接在顶面的金属化 上。这些功率半导体元器件通常通过多根键合金属丝（BoncidrlMeii. )与绝缘衬底上的多 个金属连接面（键合垫）接触。由连接导线，例如接触销，构成外部连接端，这些外部连接 端延伸穿过壳体并且实现外部接触多个连接面。 在运行期间在高电流和电压的情况下半导体模块和尤其是功率半导体模块产生 热量，当其未被相应地散发时，这些热量降低模块的功率和寿命。在功率半导体元器件和功 率半导体模块中在相当高的功耗的情况下大多使用液体冷却，以保证足够的热量转移。 在直接液体冷却的情况下功率半导体模块在其底面具有热交换器（例如散热 器），其吸收这些部件的热量并且通过与冷却液的直接接触向其传递该热量。因此当冷却液 沿着模块的底面流动时该冷却液变暖，其中冷却液的温度逐渐接近模块的运行温度。通常 沿着每个散热器相继布置多个功率半导体模块。其中该散热器能够例如是直线延伸的或者 是U型的散热器。还已知这些结构，其中在功率半导体的顶面上布置另一个散热器，以增大 一倍用于散热的面积。 在很多应用中期望，测量流过至少一个外部连接端的电流。然而由于功率半导体 模块紧凑的结构，用于电流测量结构的空间沿着该散热器或者该些散热器而受到限制。此 外功率半导体模块和分析电子器件必须电镀分离。因此在已知的结构中电流测量结构在外 部通过母线（英文：母线（busbar))与功率半导体模块的相应的连接端连接。在此通过相 应的供电线和数据线来实现电流测量结构的电流供给以及向控制模块或者分析模块的数 据传输。然而为了测量电流在这种结构中通过附加的电流测量结构需要很多额外的空间。
技术实现思路
基于本专利技术的目的在于实现一种功率半导体模块，其中尽量节省空间地应用用于 测量至少一根连接导线的电流的电流测量结构。基于本专利技术的目的由根据权利要求1的功 率半导体模块和根据权利要求19的系统来实现。本专利技术不同的实施方式和改进为从属权 利要求的目标。 本专利技术的第一方面涉及一种功率半导体模块。根据本专利技术的示例该模块包括功率 电子衬底，该功率电子衬底具有第一表面、与该第一表面相对的第二表面、第一长侧和与该 第一长侧相对的第二长侧。此外，该功率半导体模块还包括模块框架，该模块框架被如此布 置，使得其包围该功率电子衬底，至少一个功率连接端，该功率连接端布置在第一长侧上并 且穿过该模块框架地延伸，其他连接端，该其他连接端布置在第二长侧上且穿过该模块框 架地延伸，至少一个功率半导体元器件，其布置在该功率电子衬底的第一表面上并且与至 少一个功率连接端电性连接，以及至少一个电流传感器，其被构造用于测量功率连接端中 的电流，其中，该至少一个电流传感器布置在功率连接端上并且具有与该其他连接端相连 接的信号输出端。 本专利技术的另一方面涉及一种具有至少两个功率半导体模块的系统，其中，该至少 两个功率半导体模块具有共同的冷却设备，该冷却设备沿着功率电子衬底的第二表面延伸 并且被构造用于，冷却功率电子衬底和布置在其上的功率半导体元器件。【附图说明】 以下通过其中示有附图的示例进一步阐述本专利技术。这些示意图不一定按正确的比 例且本专利技术不仅仅限于所示的方面。更确切地说，其意义在于阐述基于本专利技术的原理。以 下附图中： 图1示出了具有外部连接端的功率半导体模块的示意性的横截面图； 图2示出了具有多个功率连接端和其他连接端的功率半导体模块的示意性顶视 图； 图3示出了具有多个功率连接端和布置在第一位置处的电流传感器的功率半导 体模块的示意性顶视图； 图4示出了具有多个功率连接端和布置在第二位置处的电流传感器的功率半导 体模块的示意性顶视图； 图5示出了具有多个功率连接端和布置在第三位置处的电流传感器的功率半导 体模块的示意性顶视图； 图6示出了具有功率连接端的功率半导体模块的示意性的横截面图； 图7示出了具有多个功率连接端和布置在该第三位置处的电流传感器的功率半 导体模块的示意性顶视图； 图8示出了具有在该第三位置处的电流传感器的功率连接端的示意性顶视图； 图9示出了具有功率连接端和电流传感器的功率半导体模块的示意性的横截面 图； 图10示出了具有功率连接端和在该第三位置处的电流传感器的功率半导体模块 的示意性顶视图； 图11示出了具有功率连接端和在该第三位置处的电流传感器的另一功率半导体 模块的示意性顶视图； 图12示出了具有在该第三位置处的磁性电流传感器的功率连接端的示意性顶视 图； 图13示出了具有在该第三位置处的磁性电流传感器的另一功率连接端的示意性 顶视图； 图14示出了具有在该第三位置处的分流电流传感器的功率连接端的示意性顶视 图； 图15示出了具有功率连接端和在该第二位置处的电流传感器的功率半导体模块 的示意性顶视图；以及 图16示出了具有多个功率连接端和在该第二位置处的多个电流传感器的功率半 导体模块的示意性顶视图。【具体实施方式】 在这些附图中相同的附图标记表示分别具有相同或相似含义的相同或相似的构 件。 首先根据图1和图2中所示的示意图概述功率半导体模块1的示例。模块1包括 具有第一表面201和与该第一表面201相对的第二表面202的功率电子衬底20。该功率 电子衬底20包括例如电介质绝缘载体，该绝缘载体通常设置有上金属化和下金属化（两者 在图1中未示出）。该绝缘载体用于，将上金属化相对于下金属化电性绝缘。功率电子衬 底20尤其能够是DCB衬底（DCB =双铜键合）、DAB衬底（DAB =双铝键合）或者AMB衬底 (AMB =活性金属钎焊），其中该绝缘载体大多由陶瓷组成。另一功率电子衬底是所谓的頂S 衬底（IMS =绝缘金属衬底），其中金属载体通过薄的绝缘层与金属化绝缘。在载体（绝缘 金属或陶瓷）的两个面上布置金属化。顶面的金属化是结构化的且因此具有印制导线、焊 接垫和键合垫之类。底面的金属化通常是整面的。 该功率电子衬底20通过连接层31 (例如焊接层）与基板30的第一表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
功率半导体模块(1)，其具有：功率电子衬底(20)，所述功率电子衬底(20)具有第一表面(201)、与所述第一表面(201)相对的第二表面(202)、第一长侧(L1)和与所述第一长侧(L1)相对的第二长侧(L2)；模块框架(60)，所述模块框架(60)被如此布置，使得所述模块框架包围所述功率电子衬底(20)；至少一个功率连接端(51)，所述至少一个功率连接端布置在第一长侧(L1)处并且所述至少一个功率连接端穿过所述模块框架(60)地延伸；其他连接端(52)，所述其他连接端布置在第二长侧(L2)处并且所述其他连接端穿过所述模块框架(60)地延伸；至少一个功率半导体元器件(21)，所述至少一个功率半导体元器件布置在所述功率电子衬底(20)的所述第一表面(201)上并且与至少一个功率连接端(51)电连接；以及至少一个电流传感器(S)，所述至少一个电流传感器被构造用于，测量在功率连接端(51)中的电流，其中，所述至少一个电流传感器(S)布置在所述功率连接端(51)上并且具有信号输出端，所述信号输出端与所述其他连接端(52)相连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：U·奥塞勒克纳，A·格雷斯曼，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE