具有可靠地切换可控半导体元件的半导体装置制造方法及图纸

本公开涉及具有可靠地切换可控半导体元件的半导体装置，包括：电路板，包括具有第一导体轨道和第二导体轨道的金属化层；以及多个单独的半导体芯片，每个均包括可控半导体元件、第一负载电极、第二负载电极和控制电极，各个半导体芯片的第一负载电极彼此电连接，各个半导体芯片的第二负载电极彼此电连接，并且各个半导体芯片的控制电极彼此电连接。第一导体轨道包括基底部分和第一、第二和第三部分，第三部分布置在第一和第二部分之间，并且第二导体轨道包括第一和第二部分。第二导体轨道的第一部分布置在第一导体轨道的第一和第三部分之间，第二导体轨道的第二部分布置在第一导体轨道的第二和第三部分之间。

【技术实现步骤摘要】
具有可靠地切换可控半导体元件的半导体装置
本公开涉及具有可控半导体元件的半导体装置。
技术介绍
半导体装置(如功率半导体模块等)被广泛用于汽车、工业和消费电子应用，用于驱动负载、转换功率等。通常，这种半导体装置包括至少一个可控半导体元件，每个可控半导体元件均具有第一负载电极、第二负载电极、形成在它们之间的负载路径、以及用于控制负载路径的控制电极。为了实现高额定电流，该布置可以包括两个或更多个可控半导体元件，这些可控半导体元件并联电连接，使得它们的负载路径并联电连接，例如通过将第一负载电极彼此电连接以及通过将第二负载电极彼此电连接。任选地，控制电极也可以彼此电连接。在理想情况下，通过使用电线将公共控制电压(例如，由控制器提供)馈送给各个可控半导体元件来同步地操作并联电连接的两个或更多个可控半导体元件。由于可控半导体元件的切换状态(例如，负载路径是导电还是阻塞)取决于其对应的控制电压，即，取决于控制电极的电位与例如对应可控半导体元件的第一负载电极的电位的差，所以流过电连接第一负载电极的线路的大电流可与该线的不可避免的欧姆电阻和/或电感组合导致不同可控半导体元件的第一负载电极处显著不同的电位。因此，可能存在不同可控半导体元件的切换状态彼此显著不同的情况。即，可能存在一些可控半导体元件的负载路径导电而剩余可控半导体元件的控制路径电阻塞的时刻。因此，通过其负载路径并联连接的可控半导体元件的负载电流以及由此负载电流引起的热负载和电负载在可控半导体元件之间不均匀地分布。由此，会减少负载较重的可控半导体元件的寿命。此外，不同的切换状态也可能由可控半导体元件之间的不希望有的体间振荡引起。所描述的问题不限于对如基于碳化硅的半导体元件(例如，基于SiC的MOSFET或基于SiC的IGBT)的快速切换半导体元件的特别兴趣，因为目前存在的基于碳化硅的半导体芯片具有减小的占地面积，因此具有低额定电流，使得频繁要求并联电连接的基于碳化硅的半导体芯片。需要一种半导体组件，以减少或避免当两个或更多个可控半导体元件的负载路径并联操作时可能出现的至少一个缺点。
技术实现思路
该半导体装置包括：电路板，包括具有第一导体轨道和第二导体轨道的金属化层；以及多个单独的半导体芯片，每个半导体芯片均包括可控半导体元件、第一负载电极、第二负载电极和控制电极，各个半导体芯片的第一负载电极彼此电连接，各个半导体芯片的第二负载电极彼此电连接，并且各个半导体芯片的控制电极此电连接。第一导体轨道包括基底部分以及第一部分、第二部分和第三部分，第三部分布置在第一部分和第二部分之间，并且第二导体轨道包括第一部分和第二部分。第二导体轨道的第一部分布置在第一导体轨道的第一部分和第三部分之间，第二导体轨道的第二部分布置在第一导体轨道的第二部分和第三部分之间，并且第一导体轨道的第三部分布置在第二导体轨道的第一部分和第二部分之间。多个半导体芯片的第一子集和第二子集布置在第二导体轨道的第一部分上，并且多个半导体芯片的第三子集和第四子集布置在第二导体轨道的第二部分上。第一子集和第二子集中的每个半导体芯片的第一负载电极经由至少一个第一电连接而电连接至第一导体轨道的第一部分，并且经由至少一个第二电连接而电连接至第一导体轨道的第三部分。此外，第三子集和第四子集中的每个半导体芯片的第一负载电极经由至少一个第三电连接而电连接至第一金属化层的第三部分，并且经由至少一个第四电连接而电连接至第一导电轨道的第二部分。参照以下附图和说明，可以更好地理解本专利技术。附图中的部件不需要按比例绘制，而是着重于说明本专利技术的原理。此外，在附图中，类似的参考符号在不同附图中表示对应部分。附图说明图1是示出示例性半导体装置的顶视图。图2是图1的半导体装置在截面E1-E1中的截面图。图3是包括MOSFET的示例性可控半导体元件的电符号。图4是示出另一示例性半导体装置的顶视图。图5是示出包括半桥的示例性半导体装置的顶视图。具体实施方式在下面的详细描述中，参考附图。附图示出了可实践本专利技术的具体示例。应当理解，除非特别注明，否则关于各种示例描述的特征和原理可以相互组合。此外，在权利要求中，特定元件被指定为“第一元件”、“第二元件”、“第三元件”等不被理解为枚举性的。相反，这种指定仅用于表示不同的“元件”。也就是说，例如，“第三元件”的存在不要求存在“第一元件”和“第二元件”。图1是示出示例性半导体装置100的顶视图，图2是图1的半导体装置在截面E1-E1中的截面图，以及图3是包括MOSFE的可控半导体元件的电符号。参考图1和图2，示例性半导体装置100包括电路板2以及布置在电路板2上的多个(这里为八个)半导体芯片1。每个半导体芯片1都包括半导体本体10，并且每个半导体本体10(因此，每个半导体芯片1)均包括可控半导体元件T。除半导体本体10之外，每个半导体芯片1还包括布置在半导体本体10上的第一负载电极11、布置在半导体本体10上的第二负载电极12以及布置在半导体本体10上的控制电极13。在不受限制的情况下，第一负载电极11和控制电极13可布置在半导体本体10的远离电路板2的表面上，并且第二负载电极12可布置在半导体本体10面向电路板2的表面上。每个可控半导体元件T均包括在相应可控半导体元件T的第一和第二负载电极11、12之间集成在半导体本体10中的负载路径。为了控制可控半导体元件T的负载路径，即，为了控制负载路径的电导率，可以在控制电极13与第一或第二负载电极11、12之一之间施加控制电压。负载路径的电导率取决于控制电压的绝对值和极性，以及取决于可控半导体元件T的设计，使得负载路径的电导率的期望状态(例如，“接通”，即负载路径＝导电，或者“断开”，即负载路径＝电阻塞)可通过适当地调节控制电压来实现。如上所述，每个半导体芯片1的半导体本体10均包括对应的可控半导体元件T。不同的可控半导体元件T可以彼此相同。在这个意义上，“相同”可能意味着“除制造公差外的”相同。适当的可控半导体元件T的示例包括但不限于单极或双极晶体管、晶闸管或任何其他可控半导体元件。如果可控半导体元件T包括晶体管，则相同的可控半导体元件T可包括例如IGFET(绝缘栅场效应晶体管)，如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管，例如反向导电IGBT)或JFET(结场效应晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)、BJT(双极结晶体管)或任何其他类型的晶体管。根据可控半导体元件T的类型，第一负载电极11和第二负载电极12可以是源电极和漏电极、或者漏电极和源电极、发射极电极和集电极、或者集电极电极和发射极电极，并且控制电极13可以为栅电极或基极电极。本领域已知这种半导体元件T的设计和操作原理，因此关于这点不要求进一步的解释。图3示出了包括MOSFET的示例性可控半导体元件T的电符号。如图3示意性示出的，包括可控半导体元件T的半导体芯片1可任选地包括集成二极管14，其可以根据应用而操作为续流二极管。如果可控半导体元件T包括MOSFET，则其可以包括形成集成二极管14的固有本体二极管。如果可控半导体元件T包括RC-IGBT(反向导通IGBT)，则对应的半导体芯片1可以包括允许反向导通操作并且可以形成集成二极管14的固有续流二极管。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括：电路板，包括具有第一导体轨道和第二导体轨道的金属化层；多个单独的半导体芯片，每个半导体芯片均包括可控半导体元件、第一负载电极、第二负载电极和控制电极，各个半导体芯片的所述第一负载电极彼此电连接，各个半导体芯片的所述第二负载电极彼此电连接，并且各个半导体芯片的控制电极彼此电连接，其中所述第一导体轨道包括基底部分以及第一部分、第二部分和第三部分，所述第三部分布置在所述第一部分和所述第二部分之间；所述第二导体轨道包括第一部分和第二部分；所述第二导体轨道的第一部分布置在所述第一导体轨道的第一部分和第三部分之间；所述第二导体轨道的第二部分布置在所述第一导体轨道的第二部分和第三部分之间；所述第一导体轨道的第三部分布置在所述第二导体轨道的第一部分和第二部分之间；所述多个半导体芯片的第一子集和第二子集布置在所述第二导体轨道的第一部分上；所述多个半导体芯片的第三子集和第四子集布置在所述第二导体轨道的第二部分上；所述第一子集和所述第二子集的每个半导体芯片的第一负载电极经由至少一个第一电连接而电连接至所述第一导体轨道的第一部分，并且经由至少一个第二电连接而电连接至所述第一导体轨道的第三部分；以及所述第三子集和所述第四子集的每个半导体芯片的第一负载电极经由至少一个第三电连接而电连接至第一金属化层的第三部分，并且经由至少一个第四电连接而电连接至所述第一导体轨道的第二部分。...

【技术特征摘要】
2017.11.03 EP 17199950.11.一种半导体装置，包括：电路板，包括具有第一导体轨道和第二导体轨道的金属化层；多个单独的半导体芯片，每个半导体芯片均包括可控半导体元件、第一负载电极、第二负载电极和控制电极，各个半导体芯片的所述第一负载电极彼此电连接，各个半导体芯片的所述第二负载电极彼此电连接，并且各个半导体芯片的控制电极彼此电连接，其中所述第一导体轨道包括基底部分以及第一部分、第二部分和第三部分，所述第三部分布置在所述第一部分和所述第二部分之间；所述第二导体轨道包括第一部分和第二部分；所述第二导体轨道的第一部分布置在所述第一导体轨道的第一部分和第三部分之间；所述第二导体轨道的第二部分布置在所述第一导体轨道的第二部分和第三部分之间；所述第一导体轨道的第三部分布置在所述第二导体轨道的第一部分和第二部分之间；所述多个半导体芯片的第一子集和第二子集布置在所述第二导体轨道的第一部分上；所述多个半导体芯片的第三子集和第四子集布置在所述第二导体轨道的第二部分上；所述第一子集和所述第二子集的每个半导体芯片的第一负载电极经由至少一个第一电连接而电连接至所述第一导体轨道的第一部分，并且经由至少一个第二电连接而电连接至所述第一导体轨道的第三部分；以及所述第三子集和所述第四子集的每个半导体芯片的第一负载电极经由至少一个第三电连接而电连接至第一金属化层的第三部分，并且经由至少一个第四电连接而电连接至所述第一导体轨道的第二部分。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述多个半导体芯片的所述第一子集和所述第三子集布置在第一行中；所述多个半导体芯片的所述第二子集和所述第四子集布置在第二行中；所述多个半导体芯片的所述第一子集和所述第二子集布置在第一列中；所述多个半导体芯片的所述第三子集和所述第四子集布置在第二列中；并且所述第一导体轨道的第三部分在所述第一列和所述第二列之间延伸。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中以下至少之一适用：所述第一子集和所述第三子集中的每一个均包括至少两个半导体芯片；以及所述第二子集和所述第四子集中的每一个均包括至少两个半导体芯片。4.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，包括与以下部分附接且电连接的至少一个单条第一连接线：所述第一导体轨道的第一部分、第二部分和第三部分中的每一个；所述第一子集的至少一个、多于一个或所有半导体芯片的所述第一负载电极；以及所述第三子集的至少一个、多于一个或所有半导体芯片的所述第一负载电极。5.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，包括与以下部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·雅各比，C·科赫，
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