功率半导体装置、功率模块组件及测量电流的方法制造方法及图纸

公开了一种功率半导体装置、功率模块组件及测量电流的方法。提出了一种封装集成的功率半导体装置，其包括耦接至电流路径的至少一个功率晶体管、电流测量装置以及封装件。电流测量装置与电流路径电绝缘并且磁耦接至电流路径。电流路径和电流测量装置被布置成使得电流测量装置能够感测流过电流路径的电流的磁场。功率晶体管、电流测量装置和电流路径被布置在封装件内部。此外，提出了一种包括封装集成的功率半导体装置的功率模块组件以及操作封装集成的功率半导体装置的方法。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体装置、功率模块组件及测量电流的方法
本公开内容涉及一种功率半导体装置、功率模块组件及测量电流的方法。
技术介绍
为了适当地控制功率半导体装置及其所连接的负载，功率半导体装置需要电流测量。通常，为了测量功率半导体装置中的电流，使用外部电流感测元件，例如分流器或磁传感器元件(例如霍尔元件、xMR、开环或闭环磁换能器)。虽然传感器单元例如电流镜是用于集成的电流测量装置的常见解决方案，但传感器单元仅可以用于具有低于100V的标称阻断电压的单极低电压装置。在双极功率半导体装置例如IGBT中，由于传感器单元的线性差且精度有限，它们仅能够检测过载或短路情况。因此，诸如IGBT的双极功率半导体装置需要外部电流测量装置，这导致了工程工作量以及空间和成本的增加。另外，内部电流测量装置不提供测量信号和负载电流的功能隔离。通常，功能上隔离的传感器仅可以以较高的成本获得，这使其与对成本敏感的应用例如家用电器、电动手持式工具等不兼容。因此，需要包括内部电流测量装置的低成本功率半导体装置，该内部电流测量装置在功能上是隔离的。内部电流测量装置需要测量负载电流，其中相应的电压以在若干kV/μs范围内的陡峭瞬变在正电源电压与负电源电压之间摆动。因此，随着功率半导体装置在陡峭的电流和电压瞬变下工作，还需要使内部电流测量装置的传感器信号与这些瞬变所产生的干扰隔离。
技术实现思路
为了解决上述问题，提出了一种封装集成的功率半导体装置，其包括耦接至电流路径的至少一个功率晶体管、电流测量装置以及封装件，其中，电流测量装置与电流路径电绝缘并且磁耦接至电流路径，其中，电流路径和电流测量装置被布置成使得电流测量装置能够感测流过电流路径的电流的磁场，并且其中，至少一个功率晶体管、电流测量装置和电流路径被布置在封装件内部。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流测量装置可以被布置成沿电流路径的长度延伸。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流测量装置可以被布置成至少部分地围绕电流测量装置。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流测量装置可以被布置成在三个侧至少部分地围绕电流测量装置。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流路径的一部分可以是U形的，并且电流测量装置可以被布置在电流路径的U形部分内部。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，至少一个功率晶体管和电流测量装置可以布置在分开的管芯焊盘上。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，可以布置有电流测量装置的管芯焊盘可以耦接至参考电位。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，封装件可以包括电绝缘的模料，其中，模料可以在电流测量装置和电流路径之间提供电绝缘。在一些实施方式中，封装集成的功率半导体装置还可以包括导热绝缘体，并且封装件、至少一个功率晶体管和电流路径可以被布置在导热绝缘体上。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，导热绝缘体可以包括无机材料，该无机材料包括以下材料中的至少一种：SiO2、Al2O3、AlN和Si3N4。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流测量装置可以包括传感器元件，该传感器元件被配置成检测由流过电流路径的电流产生的磁场。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，传感器元件可以包括至少两个磁阻元件。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，至少一个功率晶体管和电流测量装置可以被布置在分开的管芯焊盘上，并且至少两个磁阻元件可以被布置在可以布置有电流测量装置的管芯焊盘的两个相对侧上，其中，相对侧中的一侧为最靠近电流路径的侧，而相对侧的另一侧与所述一侧平行。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流测量装置可以包括金属屏蔽路径，并且金属屏蔽路径可以至少部分地围绕电流测量装置。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，金属屏蔽路径在金属屏蔽路径的与电流路径相对的一侧可以包括至少一个开口。在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，金属屏蔽路径可以耦接至参考电位。为了解决上述问题，还提出了一种功率模块组件，其包括如上所述的封装集成的功率半导体装置和散热器，其中，散热器接合至封装集成的功率半导体装置，并且其中，散热器经由电绝缘且导热的接口耦接至封装集成的功率半导体装置。为了解决上述问题，还提出了一种用于测量封装集成的功率半导体装置中的电流的方法，封装集成的功率半导体装置包括耦接至电流路径的至少一个功率晶体管、电流测量装置以及封装件，其中，电流测量装置与电流路径电绝缘并且磁耦接至电流路径，其中，电流路径和电流测量装置被布置成使得电流测量装置能够感测流过电流路径的电流的磁场，并且其中，至少一个功率晶体管、电流测量装置和电流路径被布置在封装件内部，其中，该方法包括以下步骤：使至少一个功率晶体管工作；利用电流测量装置测量流过电流路径的电流；以及利用电流测量装置提供表示所测量的电流的信号作为封装集成的功率半导体装置的输出。附图说明通过以下详细描述并且结合附图，可以容易地理解本公开内容。图1A、图1B和图1C示出了根据本专利技术的实施方式的具有集成的电流测量装置的封装集成的功率半导体装置的示例性框图。图2A、图2B和图2C示出了根据本专利技术的实施方式的具有集成的电流测量装置的封装集成的功率半导体装置的示例性框图。图3A和图3B示出了根据本专利技术的实施方式的具有集成的电流测量装置的半桥的电路图。图4A和图4B示出了根据本专利技术的实施方式的图3的电路的布局图。图5A和图5B示出了根据本专利技术的实施方式的图4的布局图的一部分的详细视图。图6示出了根据本专利技术的实施方式的沿图5中的线V-V的截面图。图7A和图7B示出了根据本专利技术的实施方式的具有集成的电流测量装置的升压转换器的电路图。图8A和图8B示出了根据本专利技术的实施方式的具有集成的电流测量装置的降压转换器的电路图。具体实施方式现在将详细参照附图中示出的示例性实施方式。尽管将以具体细节来描述示例性实施方式，但是应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践示例性实施方式。此外，示例性实施方式的以下描述不旨在将本申请限制于示例性实施方式。相反，本申请将被解释为覆盖可以包括在由所附权利要求书限定的所描述的实施方式的范围内的所有替选、修改和等同内容。此外，关于一个实施方式描述的特征可以与其他实施方式的特征组合，即使本文中没有明确描述特征的这种组合也是如此。在附图中，相似的附图标记表示相似的结构元件。为了避免不必要的重复，省略了对具有相似附图标记的元件的重复描述。因此，针对具有相似附图标记的结构元件提供的描述适用于所有相应的结构元件。出于描述本专利技术的目的，当将元件描述为“连接”或“耦接”至另一元件时，这种描述旨在包括直接连接即没有任何中间元件和间接连接即具有任意数量的中间元件两者，除非另有说明。图1A示出了封装集成的功率半导体装置10的示例性框本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装集成的功率半导体装置，包括：/n耦接至电流路径的至少一个功率晶体管；/n电流测量装置；以及/n封装件；/n其中，所述电流测量装置与所述电流路径电绝缘并且磁耦接至所述电流路径；/n其中，所述电流路径和所述电流测量装置被布置成使得所述电流测量装置能够感测流过所述电流路径的电流的磁场；并且/n其中，所述至少一个功率晶体管、所述电流测量装置和所述电流路径被布置在所述封装件内部。/n

【技术特征摘要】
20190514 DE 102019003373.61.一种封装集成的功率半导体装置，包括：
耦接至电流路径的至少一个功率晶体管；
电流测量装置；以及
封装件；
其中，所述电流测量装置与所述电流路径电绝缘并且磁耦接至所述电流路径；
其中，所述电流路径和所述电流测量装置被布置成使得所述电流测量装置能够感测流过所述电流路径的电流的磁场；并且
其中，所述至少一个功率晶体管、所述电流测量装置和所述电流路径被布置在所述封装件内部。


2.根据权利要求1所述的封装集成的功率半导体装置，其中，所述电流测量装置被布置成沿所述电流路径的长度延伸。


3.根据权利要求1所述的封装集成的功率半导体装置，其中，所述电流路径被布置成至少部分地围绕所述电流测量装置。


4.根据权利要求3所述的封装集成的功率半导体装置，其中，所述电流路径被布置成在三个侧至少部分地围绕所述电流测量装置。


5.根据权利要求3或4中任一项所述的封装集成的功率半导体装置，其中，所述电流路径的一部分是U形的，并且其中，所述电流测量装置被布置在所述电流路径的U形部分内部。


6.根据前述权利要求中任一项所述的封装集成的功率半导体装置，其中，所述至少一个功率晶体管和所述电流测量装置被布置在分开的管芯焊盘上。


7.根据前述权利要求中任一项所述的封装集成的功率半导体装置，其中，所述封装件包括电绝缘的模料，其中，所述模料在所述电流测量装置与所述电流路径之间提供电绝缘。


8.根据前述权利要求中任一项所述的封装集成的功率半导体装置，还包括导热绝缘体，其中，所述封装件、所述至少一个功率晶体管和所述电流路径被布置在所述导热绝缘体上。


9.根据权利要求8所述的封装集成的功率半导体装置，其中，所述导热绝缘体包括无机材料，所述无机材料包括以下材料中的至少一种：SiO2、A...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东·毛德，托马斯·基默，沃尔夫冈·拉贝格，米蒂亚·勒贝克，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT