一种功率半导体模块衬底及功率半导体模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种功率半导体模块衬底及功率半导体模块。本实用新型专利技术的功率半导体模块衬底包括第一桥臂单元，第一桥臂单元包括沿第一方向依次设置的第一功率金属敷层、第一辅助金属敷层和第二功率金属敷层；第二功率金属敷层设有第一功率开关，其中，第一功率开关包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，第一开关组、第二开关组和第三开关组依次沿第二方向并排设置，第一开关组的晶体管芯片和第三开关组的晶体管芯片分别靠近第一辅助金属敷层设置，第二开关组的晶体管芯片远离第一辅助金属敷层设置。本实用新型专利技术的功率半导体模块衬底及功率半导体模块，能够降低并均衡功率开关的各个芯片之间的杂散参数，提高功率半导体模块的可靠性和输出功率。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体模块衬底及功率半导体模块
本技术涉及半导体
，尤其涉及一种功率半导体模块衬底及功率半导体模块。
技术介绍
单个功率半导体芯片的通流能力有限，为扩展功率半导体模块的功率处理能力，大容量的功率半导体模块内部通常采用多芯片并联的方式组成桥臂开关。在每个桥臂开关中，为实现电流的双向流动或降低损耗，并联的芯片通常采用可由控制电极控制其开关状态的晶体管芯片和具有单向导通能力的二极管芯片，其中，晶体管芯片和二极管芯片在其功率电极并联。对于具有控制端的晶体管芯片，具有3芯片门级的功率半导体模块内部的芯片驱动电路的模型如图1所示。其中，电容Cg1、电容Cg2、电容Cg3分别代表并联的三块晶体管芯片的栅极电容，每个晶体管芯片的通流能力分别由对应栅极电容上的电压决定。端口Tg和端口Tε为功率半导体模块与功率半导体模块外部的驱动电路的连接端口，用于接收驱动信号。电阻Rg0和电感Lg0分别为芯片驱动电路公共部分的杂散电阻和杂散电感。电阻Rg1、Rg2、Rg3和电感Lg1、Lg2、Lg3分别为三块晶体管芯片单独的杂散电阻和杂散电感。芯片驱动电路的具体工作原理为：在功率半导体模块开通过程中，加在端口Tg和端口Tε上的驱动电压由特定的负值升高至正值，导致电容Cg1、电容Cg2、电容Cg3两端电压上升，使通过晶体管芯片的功率端子的电流上升，晶体管芯片开通；在功率半导体模块关断过程中，加在端口Tg和端口Tε上的驱动电压由特定的正值降低至负值，导致电容Cg1、电容Cg2、电容Cg3两端电压下降，使通过晶体管芯片功率端子的电流下降，晶体管芯片关断。若芯片驱动电路中杂散电感值较大，在功率半导体模块开关过程中则容易引起杂散电感与栅极电容之间的电压振荡。例如，若开通过程中栅极电容两端的电压因振荡低于使晶体管芯片开通的阈值电压，则可能引起晶体管芯片误关断。再例如，若关断过程中栅极电容两端的电压因振荡高于使晶体管芯片关断的阈值电压，则可能引起晶体管芯片的误开通。以上两种情况均不利于功率半导体模块的可靠工作。若并联的晶体管芯片的杂散参数不一致，则会导致在开关过程中栅极电容充放电速度不一致，从而引起开关过程中通过晶体管芯片的功率电流的不均，最终反映在晶体管芯片的温度差异上。在功率半导体模块满功率工作的情况下，还可能因为晶体管芯片的电流分布不均引发过温和过流，导致可能引起晶体管芯片的失效，影响功率半导体模块的可靠性和输出功率。因此，针对现有的功率半导体模块的晶体管芯片的杂散参数不一致，导致影响功率半导体模块的可靠性和输出功率的问题，需要提供一种能够均衡晶体管芯片的杂散参数的功率半导体模块衬底及功率半导体模块。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供一种功率半导体模块衬底及功率半导体模块，其功率开关的布局方式能够降低并均衡功率开关的各个芯片之间的杂散参数，提高功率半导体模块的可靠性和输出功率。为实现上述目的，本技术提供了一种功率半导体模块衬底，包括第一桥臂单元，第一桥臂单元包括沿第一方向依次设置的第一功率金属敷层、第一辅助金属敷层和第二功率金属敷层；第二功率金属敷层设有第一功率开关，第一功率金属敷层通过第一功率开关与第二功率金属敷层导电连接；第一辅助金属敷层与第一功率金属敷层、第二功率金属敷层绝缘设置，并且与第一功率开关信号连接；其中，第一功率开关包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，第一开关组、第二开关组和第三开关组依次沿第二方向并排设置，开关组分别包括沿第一方向设置并且相互连接的晶体管芯片和二极管芯片，第一开关组的晶体管芯片和第三开关组的晶体管芯片分别靠近第一辅助金属敷层设置，第二开关组的晶体管芯片远离第一辅助金属敷层设置。进一步地，还包括第二桥臂单元，第二桥臂单元包括沿第一方向依次设置的第三功率金属敷层、第二辅助金属敷层和第四功率金属敷层；第三功率金属敷层设有第二功率开关，第三功率金属敷层通过第一功率开关与第二功率金属敷层导电连接，第四功率金属敷层通过第二功率开关与第三功率金属敷层导电连接；第二辅助金属敷层与第三功率金属敷层、第四功率金属敷层绝缘设置，并且与第二功率开关信号连接；其中，第二功率开关包括第四开关组、第五开关组和第六开关组，第四开关组、第五开关组和第六开关组依次沿第二方向并排设置，开关组分别包括沿第一方向设置并且相互连接的晶体管芯片和二极管芯片，第四开关组的晶体管芯片和第六开关组的晶体管芯片分别靠近第二辅助金属敷层设置，第五开关组的晶体管芯片远离第二辅助金属敷层设置。进一步地，晶体管芯片和二极管芯片沿第一方向分别设有两组功率电极，晶体管芯片和二极管芯片相互靠近的一组的功率电极用于相互连接，晶体管芯片和二极管芯片相互远离的一组的功率电极用于与功率金属敷层导电连接。进一步地，晶体管芯片设有控制电极，第一辅助金属敷层通过晶体管芯片的控制电极与第一开关组、第二开关组和第三开关组信号连接。进一步地，第一辅助金属敷层上设有第一栅极信号端子，第一开关组和第二开关组的晶体管芯片的控制电极分别设置靠近第三开关组的一侧，第三开关组的晶体管芯片的控制电极设置于靠近第二开关组的一侧；第一开关组的晶体管芯片的控制电极与第一辅助金属敷层信号连接，第二开关组的晶体管芯片的控制电极与第三开关组的晶体管芯片的控制电极连接后与第一辅助金属敷层信号连接。进一步地，第一功率金属敷层上与第一栅极信号端子对应的位置设有第一发射极信号端子。进一步地，晶体管芯片设有控制电极，第二辅助金属敷层通过晶体管芯片的控制电极与第四开关组、第五开关组和第六开关组信号连接。进一步地，第二辅助金属敷层靠近第四开关组的一端设有第二栅极信号端子，第四开关组的晶体管芯片的控制电极设置于靠近第五开关组的一侧，第五开关组和第六开关组的晶体管芯片的控制电极分别设置靠近第四开关组的一侧；第五开关组的晶体管芯片的控制电极与第四开关组的晶体管芯片的控制电极串联后与第二辅助金属敷层信号连接，第六开关组的晶体管芯片的控制电极与第二辅助金属敷层信号连接。进一步地，第四功率金属敷层上与第二栅极信号端子对应的位置设有第二发射极信号端子。本技术还提供了一种功率半导体模块，包括上述的功率半导体模块衬底。本技术的功率半导体模块衬底及功率半导体模块，其每个桥臂单元的功率开关的三组开关组内的晶体管芯片和半导体芯片均交替布置，且使位于中间一组的开关组的晶体管芯片远离辅助金属敷层设置，能够有效降低和均衡功率开关的各个芯片之间的杂散参数、均衡开关过程中并联的功率开关的各个芯片的功率电流，从而降低功率半导体模块在高速开关时的误触发风险，提高功率半导体模块运行可靠性，并且提高功率半导体模块的输出功率。附图说明图1为现有技术的功率半导体模块的芯片驱动电路图；图2为本技术功率半导体模块衬底的金属敷层的结构示意图；图3为本技术第一功率开关的各组开关组的排列结构图；图4为本技术功率半导体模块衬底的结构示意图。具体实施方式下面，结合附图，对本技术的结构以及工作原理等作进一步的说明。如图2所示，本技术实施例提供了一种功率半导体模块衬底，包括第一桥臂单元和第二桥臂单元。其中，第一桥臂单元包括沿第一方向(第一方向为图2-4中由上至下的方向)依次设置的第一功率金属敷层10、第一辅助金属敷层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体模块衬底，其特征在于，包括第一桥臂单元，所述第一桥臂单元包括沿第一方向依次设置的第一功率金属敷层、第一辅助金属敷层和第二功率金属敷层；所述第二功率金属敷层设有第一功率开关，所述第一功率金属敷层通过所述第一功率开关与所述第二功率金属敷层导电连接；所述第一辅助金属敷层与所述第一功率金属敷层、所述第二功率金属敷层绝缘设置，并且与所述第一功率开关信号连接；其中，所述第一功率开关包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，所述第一开关组、第二开关组和第三开关组依次沿第二方向并排设置，开关组分别包括沿所述第一方向设置并且相互连接的晶体管芯片和二极管芯片，所述第一开关组的晶体管芯片和所述第三开关组的晶体管芯片分别靠近所述第一辅助金属敷层设置，所述第二开关组的晶体管芯片远离所述第一辅助金属敷层设置。

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体模块衬底，其特征在于，包括第一桥臂单元，所述第一桥臂单元包括沿第一方向依次设置的第一功率金属敷层、第一辅助金属敷层和第二功率金属敷层；所述第二功率金属敷层设有第一功率开关，所述第一功率金属敷层通过所述第一功率开关与所述第二功率金属敷层导电连接；所述第一辅助金属敷层与所述第一功率金属敷层、所述第二功率金属敷层绝缘设置，并且与所述第一功率开关信号连接；其中，所述第一功率开关包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，所述第一开关组、第二开关组和第三开关组依次沿第二方向并排设置，开关组分别包括沿所述第一方向设置并且相互连接的晶体管芯片和二极管芯片，所述第一开关组的晶体管芯片和所述第三开关组的晶体管芯片分别靠近所述第一辅助金属敷层设置，所述第二开关组的晶体管芯片远离所述第一辅助金属敷层设置。2.如权利要求1所述的功率半导体模块衬底，其特征在于，还包括第二桥臂单元，所述第二桥臂单元包括沿第一方向依次设置的第三功率金属敷层、第二辅助金属敷层和第四功率金属敷层；所述第三功率金属敷层设有第二功率开关，所述第三功率金属敷层通过所述第一功率开关与所述第二功率金属敷层导电连接，所述第四功率金属敷层通过所述第二功率开关与所述第三功率金属敷层导电连接；所述第二辅助金属敷层与所述第三功率金属敷层、所述第四功率金属敷层绝缘设置，并且与所述第二功率开关信号连接；其中，所述第二功率开关包括第四开关组、第五开关组和第六开关组，所述第四开关组、第五开关组和第六开关组依次沿第二方向并排设置，开关组分别包括沿所述第一方向设置并且相互连接的晶体管芯片和二极管芯片，所述第四开关组的晶体管芯片和所述第六开关组的晶体管芯片分别靠近所述第二辅助金属敷层设置，所述第五开关组的晶体管芯片远离所述第二辅助金属敷层设置。3.如权利要求1或2所述的功率半导体模块衬底，其特征在于，所述晶体管芯片和所述二极管芯片沿所述第一方向分别设有两组功率电极，所述晶体管芯片和所述二极管芯片相互靠近的一组的功率电极用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：安冰翀，
申请(专利权)人：臻驱科技上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31