半导体模块制造技术

一种半桥功率模块(1)，包括：基板(2)，该基板包括内部负载轨迹(11)、两个中间负载轨迹(12，14)和两个外部负载轨迹(10，13)，其中，在中间负载轨迹(12，14)中的一个中间负载轨迹上安装外部端子，在外部负载轨迹(10，13)中的一个外部负载轨迹上安装外部端子(3，4)，并在内部负载轨迹(11)上安装外部端子(5)；其中，在外部负载轨迹(10，13)上安装半导体开关(101，102，105，106)并且将半导体开关(101，102，105，106)电连接到中间负载轨迹(12)；并且在中间负载轨迹(12，14)上安装半导体开关(103，104，107，108)并且将半导体开关(103，104，107，108)电连接到内部负载轨迹(11)。

【技术实现步骤摘要】
半导体模块
技术介绍
半导体功率模块在工业中被广泛使用。例如，这种功率模块可以用于大电流的受控切换，并且可以在功率转换器(例如逆变器)中使用，以将DC转换为AC，反之亦然，或者用于在不同电压或AC频率之间转换。此类逆变器被用在电机控制器，或者发电或存储或配电网之间的接口中。半导体功率模块被设计为满足两个主要特点：高功率转换效率和高功率密度。也考虑寿命、成本和质量之类的因素。为了实现高功率密度，可以使用诸如碳化硅(SiC)半导体开关之类的高性能宽带隙半导体，因为它们通常胜过标准的基于硅的半导体开关，即，绝缘栅双极晶体管(IGBT)。从热和电的角度来看，SiC器件对功率模块的设计提出了很高的要求。宽带隙半导体(例如，SiC半导体开关)具有切换非常快的特点，这意味着从传导模式到阻断模式的转变仅花费几纳秒的时间。当此类半导体功率模块使用时，电子电路中的快速切换与杂散电感一起导致电压过冲。这些电压过冲增加切换损耗，并且可以通过振荡而导致EMI辐射。由于切换期间的电流梯度较高，因此整个组件的杂散/寄生电感需要尽可能小。SiCMOSFET在应用中被用作半导体开关，在这些应用中，应用在较小的构建体积中要求最高的效率时。SiCMOSFET同时显示出快速的切换速度和较低的导通电阻。由于SiC晶片的制造成本很高，并且在当前的制造工艺下，很难制造出具有可接受的低晶体缺陷量的组件，因此管芯通常非常小(例如5-25mm2)。这样可以保持低的产出率损失，但限制了SiC半导体开关可以通过的总电流。为了实现高输出功率，这些小型半导体开关(例如MOSFET)中的若干个小型半导体开关需要并联操作。在诸如汽车功率转换之类的应用中，并联使用多个半导体开关会占用半导体功率模块内的空间，可能产生更大的模块。然而，车辆内的空间资源有限，通常不会选择增加模块的尺寸。因此，如果布局的创新设计可以同时满足多个并联的半导体开关、平衡(对称)操作、低杂散电感和较小的总体布局尺寸，那么这将具有巨大的优势。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种功率模块，该功率模块能够表现出并联的多个半导体开关的同时切换和平衡操作、较低的杂散电感以及比目前可用的功率模块更稳定和高效的操作。根据本专利技术的第一方面，通过提出提供半桥的功率模块来实现上述和其他目的，该功率模块包括：至少一个基板，该基板包括内部负载轨迹(track)、两个中间负载轨迹和两个外部负载轨迹，其中，内部负载轨迹是细长的并且可以实质上沿第一方向延伸穿过至少一个基板；其中，沿第一方向在功率模块的一端，在中间负载轨迹中的至少一个中间负载轨迹上安装外部端子；其中，在外部负载轨迹中的至少一个外部负载轨迹上安装外部端子，以及在内部负载轨迹上安装外部端子；其中，在对着沿第一方向安装在中间负载轨迹中的至少一个中间负载轨迹上的外部端子的功率模块的另一端安装外部端子；其中，在外部负载轨迹上安装半导体开关，并将半导体开关电连接到中间负载轨迹；以及其中，在中间负载轨迹上安装半导体开关，并将半导体开关电连接到内部负载轨迹。基板可以包括绝缘基板，其具有用于形成附接到绝缘基板所需要的电路的导电轨迹。合适的基板可以是DBC(直接键合铜)基板，DBC基板由绝缘陶瓷层两侧的两个导电铜层形成。其他合适的基板可以包括DBA(直接键合铝)或本领域中公知的其他基板。术语“轨迹”在此被用于指定电路轨迹，电路轨迹由形成基板的一部分的金属层形成并且通过间隙与其他轨迹绝缘。术语“负载轨迹”在此被用于指定适合于承载大电流(例如为由功率模块对其供电的电负载所供应的)的轨迹。适用大电流可以是轨迹宽度和轨迹厚度的组合，从而形成大的横截面积，由此允许大电流通过而不会过度发热。术语“半导体开关”在此被用于包括大量已知的半导体切换器件中的任何一种。此类器件的示例是晶闸管、JFET、IGBT和MOSFET，它们可以基于传统的硅技术或宽带隙技术，例如碳化硅(SiC)。术语“安装”在此被用于意指器件到轨迹的永久连接，并且可以包括导电连接。此类连接方式包括钎焊、铜焊和烧结。术语“电连接到”在此被用于意指器件的一部分到远程轨迹或其他器件的连接。传统上，这种形式的连接是使用包括铝的金属焊线键合制成的。然而，也可以使用诸如铜之类的其他金属。该术语还涵盖了条带(ribbon)或带状键合、编织带(braidedtape)的使用，以及固态金属结构(例如夹子或导电条(busbar))的使用。负载轨迹的布局可以关于沿第一方向延伸的线对称。在本专利技术功率模块的一个实施例中，每个中间负载轨迹可以包括：第一细长臂，第一细长臂沿第一方向延伸，相对于与第一方向成直角的第二方向，在外部负载轨迹和内部负载轨迹之间；以及第二细长臂，第二细长臂沿第一方向延伸，相对于第二方向，在外部负载轨迹和基板的边缘之间，其中，可以在外部负载轨迹上安装至少一个半导体开关，并且将至少一个半导体开关电连接到中间负载轨迹中的一个中间负载轨迹的第二细长臂。附加地或备选地，内部负载轨迹可以包括：第三细长臂，第三细长臂沿第一方向延伸，相对于第二方向，在第一中间负载轨迹和基板的边缘之间；以及第四细长臂，第四细长臂沿第一方向延伸，相对于第二方向，在第二中间负载轨迹和基板的边缘之间，其中，可以在中间负载轨迹上安装至少一个半导体开关，并且将至少一个半导体开关电连接到内部负载轨迹的细长臂。在特别优选的实施例中，该功率模块可以包括栅极接触焊盘，该栅极接触焊盘定位在半导体开关的组的中央，并且其中栅极连接可以从栅极接触焊盘到半导体开关径向延伸。在另一个优选实施例中，外部栅极接触端子可以放置在功率模块的外表面上，并且实质上垂直于基板平面而延伸。附图说明根据下面在本文中给出的详细描述，将更加全面地理解本专利技术。附图仅以举例说明的方式给出，因此它们不限制本专利技术。在附图中：图1示出了本专利技术功率模块的第一实施例的透视图；图2示出了形成图1所示的功率模块1的部分的基板2的实施例的平面图；图3示出了形成图1所示的功率模块1的部分的基板2的备选实施例的平面图；图4示出了本专利技术功率模块1的基板的另一实施例的平面图；图5示出了本专利技术功率模块1的基板的另一实施例的平面图；图6示出了对图5所示的布局的改进；以及图7示出了对图4所示的布局的改进。具体实施方式为了说明本专利技术的优选实施例，现在详细地参考附图，在图1中示出了本专利技术功率模块1的第一实施例。所示的功率模块1包括基板2，基板2在功率模块的主体内。功率模块1被设计为提供半桥电路，因此在封装的相对端处提供了三个DC功率端子3、4、5和两个AC功率端子6、7。在该实施例中，基板2和连接到基板2的电路以及功率端子3、4、5、6、7的内部部分一起封装在模塑化合物22中。可以有备选的实施例，其中基板附接到底板和/或安装在框架内，随后利用硅凝胶填充该框架并用盖上盖子。另外，还可以在单个封装内安装若干个基板，以提供包含若干个半桥的功率模块。图2示出了形成图1所示的功率模块1的部分的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提供半桥的功率模块(1)，所述功率模块包括：/n至少一个基板(2)，所述至少一个基板(2)包括内部负载轨迹(11)、两个中间负载轨迹(12，14)和两个外部负载轨迹(10，13)，其中，所述内部负载轨迹(11)是细长的，并且实质上沿第一方向(8)延伸穿过所述至少一个基板(2)；/n其中，沿所述第一方向(8)，在所述功率模块的一端，在所述中间负载轨迹(12，14)中的至少一个中间负载轨迹上安装外部端子(6，7)；/n其中，在所述外部负载轨迹(10，13)中的至少一个外部负载轨迹上安装外部端子(3，4)，并且在所述内部负载轨迹(11)上安装外部端子(5)；/n其中，沿所述第一方向(8)，在对着安装在所述中间负载轨迹中的至少一个中间负载轨迹上的外部端子(6，7)的所述功率模块的另一端安装外部端子(3，4，5)；/n其中，在所述外部负载轨迹(10，13)上安装半导体开关(101，102，105，106)，并且将所述半导体开关(101，102，105，106)电连接到所述中间负载轨迹(12)；并且/n其中，在所述中间负载轨迹(12，14)上安装半导体开关(103，104，107，108)，并且将所述半导体开关(103，104，107，108)电连接到所述内部负载轨迹(11)。/n...

【技术特征摘要】
20190516 DE 102019112935.41.一种提供半桥的功率模块(1)，所述功率模块包括：
至少一个基板(2)，所述至少一个基板(2)包括内部负载轨迹(11)、两个中间负载轨迹(12，14)和两个外部负载轨迹(10，13)，其中，所述内部负载轨迹(11)是细长的，并且实质上沿第一方向(8)延伸穿过所述至少一个基板(2)；
其中，沿所述第一方向(8)，在所述功率模块的一端，在所述中间负载轨迹(12，14)中的至少一个中间负载轨迹上安装外部端子(6，7)；
其中，在所述外部负载轨迹(10，13)中的至少一个外部负载轨迹上安装外部端子(3，4)，并且在所述内部负载轨迹(11)上安装外部端子(5)；
其中，沿所述第一方向(8)，在对着安装在所述中间负载轨迹中的至少一个中间负载轨迹上的外部端子(6，7)的所述功率模块的另一端安装外部端子(3，4，5)；
其中，在所述外部负载轨迹(10，13)上安装半导体开关(101，102，105，106)，并且将所述半导体开关(101，102，105，106)电连接到所述中间负载轨迹(12)；并且
其中，在所述中间负载轨迹(12，14)上安装半导体开关(103，104，107，108)，并且将所述半导体开关(103，104，107，108)电连接到所述内部负载轨迹(11)。


2.根据权利要求1所述的功率模块，其中，负载轨迹(10，11，12，13，14)的布局关于沿所述第一方向(8)延伸的线对称。


3.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块，其中，每个中间负载轨迹(12，14)包括：第一细长臂(15)，所述第一细长臂(15)沿所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔瓦罗·豪尔赫·马里·库尔韦洛，托维亚斯·许茨，罗伯特·勒斯纳，
申请(专利权)人：丹佛斯硅动力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE