具有两个辅助发射极导体路径的半导体模块制造技术

半导体模块（10）包括：至少一个半导体芯片（12），其包括至少一个半导体开关（14），该至少一个半导体开关（14）具有集电极（18）、发射极（22）和栅极（20）；集电极端子（24），其连接到集电极（18）；栅极端子（26），其连接到栅极（20）；发射极端子（28），其经由具有发射极电感（32）的发射极导体路径（30）连接到发射极（22）；辅助发射极端子（38），其连接到发射极（22）；第一导体路径（34），其连接到发射极（22）；和第二导体路径（36），其连接到发射极（22）具有与第一导体路径（34）不同的与发射极导体路径（30）的互感耦合。第一导体路径（34）和第二导体路径（36）能连接到辅助发射极端子（38）和/或第一导体路径（34）连接到辅助发射极端子（38）并且第二导体路径（36）连接到第二辅助发射极端子（44）。半导体开关（14）是IGBT，并且第一导体路径（34）和第二导体路径（36）中的每个包括桥接点（40），用于使相应导体路径连接到辅助发射极端子（38）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高功率半导体的领域。特别地，本专利技术涉及半导体模块和半导体组件。
技术介绍
半导体模块包括一个或多个半导体芯片，其每个包括一个或多个半导体，像二极管、晶体管、晶闸管及类似物。在这样的模块中，高功率半导体开关（像IGBT）用于开关超过10A和/或超过1000V的电流。一般说来，开关损耗应保持在最小值，这可能通过快速开关来实现。另一方面，快速开关还可能引起电磁干扰问题。开关速度因此通常经由栅极电阻或经由控制栅电流IC（例如通过使用IC和/或dIC/dt反馈）的智能栅极驱动器来控制。然而，栅极电阻在短路的情况下通常没有用并且智能栅极驱动器实现和控制起来昂贵且复杂。在大部分IGBT模块中，共发射极阻抗对于所有IGBT（在并联IGBT的情况下）精心设计成相同并且不是太大或太小。通常，实际值由模块制造商选择并且模块用户无法改变。一些IGBT模块提供辅助发射极端子，其可能用于提供电压以用于栅极驱动。特别地，高电流IGBT模块通常需要辅助发射极。否则开关将太慢。PCB设计无法补偿耦合。其他类型的模块根本未提供辅助发射极端子，从而将责任留给PCB和栅极驱动设计者。一般说来，对于具有低dI/dt阻尼的模块的短路保护必须被施加外部电路，从而典型地增加附加损耗和附加部件。在该
中，通用半导体模块从US 2013/153958 A1和DE 100 05 754 A1获悉。
技术实现思路
快速开关IGBT产生高dI/dt和dU/dt，这可以是半导体模块内部和外部各种电磁干扰问题的来源。该电磁干扰效应源于关系。IGBT模块内部的一个重要设计参数是主发射极端子与辅助发射极端子之间、用于连接栅极-发射极电压来开启和关断器件的所谓的共发射极杂散电感Lσ_CE。考虑典型高的开启/关断集电极电流（dIC/dt），跨该共发射极杂散电感Lσ_CE的电压降可以变得明显。因为感应电压，IGBT芯片看到与在模块端子处施加的栅电压UGE不同的有效栅电压。下列公式描述跨共发射极杂散电感Lσ_CE的感应UGE电压与有效栅电压之间的关系：在并联IGBT的情况下，由于不对称模块布局，每个IGBT可看到不同的UGE，其引起不平衡的动态电流共享。另一方面，优势是（如从上面的方程可以看到的）有效栅电压在dI/dt增加时减少，这在高dI/dt情况下起到自阻尼的作用，从而提供有效的内置短路保护。本专利技术的目标是提供易于控制且易于用内置短路保护来配置的半导体模块。该目标通过独立权利要求的主旨实现。另外的示范性实施例从从属权利要求和下列描述显而易见。本专利技术的方面涉及半导体模块，特别涉及高功率半导体模块。必须理解，高功率可涉及在10A以上和/或1000V以上的电流。模块可以是整体可互换的半导体器件的部件，例如它的构件可以经由例如共同板或共同外壳而彼此机械连接。根据本专利技术的实施例，半导体模块包括：至少一个半导体芯片，其包括至少一个半导体开关，该至少一个半导体开关具有集电极、发射极和栅极；连接到集电极的集电极端子；连接到栅极的栅极端子；经由发射极导体路径（其具有发射极电感）连接到发射极的发射极端子；和连接到发射极的辅助发射极端子。也就是说，半导体模块包括具有半导体开关的芯片并且对开关的集电极、发射极和栅极提供端子。此外，半导体模块提供辅助发射极端子，其可以用于提供用于经由栅极来对开关进行开关的电压。通常，栅极驱动在栅极端子与辅助发射极端子之间连接。此外，半导体模块包括连接到发射极的第一导体路径和连接到发射极的第二导体路径，其具有与第一导体路径不同的与发射极导体路径的互感耦合。必须理解导体路径可以是任何类型的导体，像金属带、导线或电路板上的条带线路（stripe line）。这两个导体路径用于提供使栅极端子连接到发射极的不同方式。特别地，不同的路径具有到发射极导体路径的不同耦合，并且因此通过选择使导体路径中的一个或两个连接到栅极而允许使用上文描述的效应来控制它的开关特性。根据本专利技术的实施例，第一导体路径和第二导体路径能连接到辅助发射极端子。例如，半导体模块仅具有一个辅助发射极端子，但提供经由第一、第二或两个导体路径使辅助发射极端子与发射极连接的可能性。这样，半导体模块可以配置成在一个辅助发射极端子处提供与主发射极导体路径的期望耦合。半导体模块可提供两个或以上共发射极导体路径，每一个具有不同的UGE耦合，并且其可通过将接合线置于相应位点而选择。利用该方法，耦合在制造后通常无法改变，但模块用户可以选择在特定范围外的值并且获得交付的具有所选值的模块。根据本专利技术的实施例，第一导体路径连接到辅助发射极端子并且第二导体路径连接到第二辅助发射极端子。半导体模块可提供两个辅助发射极端子，其中的每个经由另一个导体路径连接到发射极。栅极驱动可以连接到第一、第二或到该两个辅助发射极端子以用于选择用于使发射极与栅极连接的期望耦合。根据本专利技术的实施例，至少一个半导体开关是晶体管，例如IGBT。然而，一般，半导体模块可以包括其他类型的半导体开关，例如晶闸管（例如IGCT）。根据本专利技术的实施例，第一导体路径和/或第二导体路径连接到发射极导体路径使得第一导体路径和/或第二导体路径和发射极电感具有共同部分。也就是说，相应导体路径和发射极导体路径可具有共同导体。第一导体路径可以一端连接到第一连接点而连接到发射极导体路径。相似地，第二导体路径可以一端连接到第二连接点而连接到发射极导体路径。第二连接点可以与第一连接点不同。根据本专利技术的实施例，第二导体路径具有与发射极导体路径的互感耦合，其是第一导体路径与发射极导体路径的互感耦合的至少两倍高。半导体模块可提供两个辅助发射极端子，一个具有（非常）低的耦合并且一个具有高耦合。模块用户可在两个之间选择或使用两个，同样结合分压电阻，来设置期望阻尼。一般，模块供应商和/或模块用户获得配置UGE耦合量的可能性以便使自阻尼适用于它的应用要求。根据本专利技术的实施例，第一导体路径和第二导体路径中的每个包括用于使相应导体路径连接到辅助发射极端子的桥接点。例如，两个导体路径可设计有中断（在末端处提供桥接点），其可利用接合线或其他导体而被绕过。桥接点因此可以是用于连接导体的地带。使期望导体路径连接到辅助发射极端子的接合线或其他导体已经可以被模块制造商放置。然而，桥接点在模块的制造（例如在半导体模块的外壳上提供）后可被接近和/或使期望导体路径连接到辅助发射极电极的接合线或其他导体由模块用户放置，这可以是可能的。可能的是，半导体模块进一步包括连接到发射极、具有与发射极导体路径的互感耦合（其与第一导体路径以及第二导体路径与发射极导体路径的互感耦合不同）的第三导体路径。第三导体路径也可经由桥接点连接到辅助发射极端子，如关于第一和第二导体路径描述的。第三导体路径和发射极导体路径具有共同部分。例如，第三导体路径的耦合可以比第一导体路径的耦合更高和/或比第二导体路径的耦合可更低。第三导体路径在第一导体路径到发射极导体路径的第一连接点与第二导体路径到发射极导体路径的第二连接点之间的第三连接点处连接到发射极导体路径。也就是说，第三导体路径可以在其他两个路径的分支点（即，连接点）之间从发射极导体路径分出。根据本专利技术的实施例，第一导体路径和/或第二导体路径包括辅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体模块（10），其包括：至少一个半导体芯片（12），其包括至少一个半导体开关（14），所述至少一个半导体开关（14）具有集电极（18）、发射极（22）和栅极（20）；集电极端子（24），其连接到所述集电极（18）；栅极端子（26），其连接到所述栅极（20）；发射极端子（28），其经由具有发射极电感（32）的发射极导体路径（30）连接到所述发射极（22）；辅助发射极端子（38），其连接到所述发射极（22）；第一导体路径（34），其连接到所述发射极（22）；第二导体路径（36），其连接到所述发射极（22）并且具有与所述第一导体路径（34）不同的与所述发射极导体路径（30）的互感耦合；所述第一导体路径（34）和所述第二导体路径（36）能连接到所述辅助发射极端子（38）；和/或所述第一导体路径（34）连接到所述辅助发射极端子（38）并且所述第二导体路径（36）连接到第二辅助发射极端子（44），其中所述半导体开关（14）是IGBT，并且其中所述第一导体路径（34）和所述第二导体路径（36）中的每个包括桥接点（40），用于使相应导体路径连接到所述辅助发射极端子（38）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.14 EP 14155208.31.一种半导体模块（10），其包括：至少一个半导体芯片（12），其包括至少一个半导体开关（14），所述至少一个半导体开关（14）具有集电极（18）、发射极（22）和栅极（20）；集电极端子（24），其连接到所述集电极（18）；栅极端子（26），其连接到所述栅极（20）；发射极端子（28），其经由具有发射极电感（32）的发射极导体路径（30）连接到所述发射极（22）；辅助发射极端子（38），其连接到所述发射极（22）；第一导体路径（34），其连接到所述发射极（22）；第二导体路径（36），其连接到所述发射极（22）并且具有与所述第一导体路径（34）不同的与所述发射极导体路径（30）的互感耦合；所述第一导体路径（34）和所述第二导体路径（36）能连接到所述辅助发射极端子（38）；和/或所述第一导体路径（34）连接到所述辅助发射极端子（38）并且所述第二导体路径（36）连接到第二辅助发射极端子（44），其中所述半导体开关（14）是IGBT，并且其中所述第一导体路径（34）和所述第二导体路径（36）中的每个包括桥接点（40），用于使相应导体路径连接到所述辅助发射极端子（38）。2.如权利要求1所述的半导体模块（10），其中所述第一导体路径（34）和/或第二导体路径（36）连接到所述发射极导体路径（30）使得所述第一导体路径（34）和/或所述第二导体路径（36）和所述发射极电感（32）具有共同部分。3. 如权利要求1-2中的一项所述的半导体模块（10），其中所述第二导体路径（36）具有与所述发射极导体路径（30）的互感耦合，其是所述第一导体路径（34）与所述发射极导体路径（30）的互感耦合的至少两倍高。4.如权利要求1-3中的一项所述的半导体模块（10），其中所述第一导体路径（34）和/或第二导体路径（36）包括与所述发射极电感（32）不同的辅助电感（54）；和/或其中所述第一导体路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：S哈特曼，D科泰特，S基钦，
申请(专利权)人：ABB瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH