本发明专利技术公开了半导体模块装置以及用于操作半导体模块装置的方法。半导体模块装置包括：包括第一输出端子和第二输出端子的输入级，其中，第一电感元件耦接至第一输出端子；输出级，其包括至少一个可控半导体元件、耦接至第一电感元件的第三输入端子、耦接至第二输出端子的第四输入端子、第三输出端子以及第四输出端子，第一电感元件耦接在第一输出端子与第三输入端子之间；第一可控半导体元件和第一电容元件，其串联耦接并且在第一电感元件与第三输入端子之间的公共节点和第二输出端子与第四输入端子之间的公共节点之间；并联耦接至第一可控半导体元件的第一二极管元件。一可控半导体元件的第一二极管元件。一可控半导体元件的第一二极管元件。
【技术实现步骤摘要】
半导体模块装置以及用于操作半导体模块装置的方法
[0001]本公开内容涉及包括可控半导体元件的半导体模块装置以及用于操作该半导体模块装置的方法。
技术介绍
[0002]诸如功率半导体模块等的半导体装置被广泛用于汽车、工业和消费电子应用中，以驱动负载、转换电力等。这样的半导体装置可以包括一个或多于一个的可控半导体元件。例如，两个或更多个可控半导体元件可以形成半桥装置。许多应用需要快速切换可控半导体元件，而同时该装置的总体损耗优选地较低。甚至进一步地，该装置的电气强度应该足以使该装置承受在可控半导体元件被关断时的瞬间可能发生的甚至更高的电压过冲。
[0003]总体上需要允许快速切换可控半导体元件的同时保持低的总体损耗并且在关断时产生低电压过冲的半导体模块装置。
技术实现思路
[0004]一种半导体模块装置包括输入级，该输入级包括第一输出端子和第二输出端子，其中，第一电感元件耦接至第一输出端子。半导体模块装置还包括输出级，该输出级包括至少一个可控半导体元件、耦接至第一电感元件的第三输入端子、耦接至第二输出端子的第四输入端子、第三输出端子以及第四输出端子，第一电感元件耦接在第一输出端子与第三输入端子之间。该装置还包括第一可控半导体元件和第一电容元件，第一可控半导体元件和第一电容元件串联耦接并且在第一感应元件与第三输入端子之间的公共节点和第二输出端子与第四输入端子之间的公共节点之间，以及并联耦接至第一可控半导体元件的第一二极管元件，其中，第一二极管元件的阴极端子耦接至第一电容元件，并且第一二极管元件的阳极端子耦接至第一电感元件与第三输入端子之间的公共节点。
[0005]一种用于操作半导体装置的方法包括：导通输出级的至少一个可控半导体元件中的至少一个可控半导体元件，其中，第一感应元件在至少一个可控半导体元件的导通操作期间被充电，并且其中，一旦导通操作完成，则在该导通操作期间存储在第一电感元件中的能量经由第一二极管元件转向至第一电容元件。该方法还包括关断输出级的至少一个可控半导体元件中的至少一个可控半导体元件，其中，至少在至少一个可控半导体元件的导通操作期间，第一可控半导体元件处于阻断状态。
[0006]参照以下附图和描述可以更好地理解本专利技术。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。在附图中，贯穿不同的视图，相似的附图标记表示相应的部分。
附图说明
[0007]图1示意性地示出了半导体模块装置的截面图。
[0008]图2是包括DC链接电容器的半导体装置的电路图。
[0009]图3示意性地示出了用于将DC链接电容器电耦接至可控半导体元件的示例性带状导体。
[0010]图4是示例性半导体装置的电路图。
[0011]图5示意性地示出了在导通晶体管元件时图4的半导体装置中的不同电压和电流。
[0012]图6示意性地示出了在关断图4的装置的输出级的晶体管元件之一之后的晶体管电压和晶体管电流。
[0013]图7示意性地示出了当关断晶体管元件之一时图4的半导体装置中的不同电压和电流。
[0014]图8示意性地示出了根据第一示例通过导通和关断图4的半导体装置中的晶体管而引起的图4的装置中的不同电压和电流。
[0015]图9示意性地示出了根据第一示例的图4的半导体装置中的附加电容器上的电压。
[0016]图10示意性地示出了根据第二示例的图4的半导体装置中的不同电压和电流。
具体实施方式
[0017]在下面的详细描述中，参照附图。附图示出了可以实践本专利技术的具体示例。应当理解，除非另外特别指出，否则关于各个示例描述的特征和原理可以彼此组合。在说明书中以及在权利要求中，将某些元件命名为“第一元件”、“第二元件”、“第三元件”等不应被理解为列举性的。而是，这样的命名仅用于指出不同的“元件”。也就是说，例如，“第三元件”的存在不要求“第一元件”和“第二元件”的存在。本文所述的电气线可以是单个导电元件，或包括串联和/或并联连接的至少两个单独的导电元件。电气线可以包括金属和/或半导体材料，并且可以是永久导电的(即，不可切换的)。电气线可以具有与流过该电气线的电流方向无关的电阻率。本文所述的半导体本体可以由(掺杂的)半导体材料制成，并且可以是半导体芯片或被包括在半导体芯片中。半导体本体具有电连接衬垫并且包括至少一个具有电极的半导体元件。所述衬垫电连接至所述电极包括衬垫为电极，反之亦然。
[0018]参照图1，其示意性地示出了功率半导体模块装置100的截面图。功率半导体模块装置100包括壳体17和半导体衬底10。半导体衬底10包括介电绝缘层11、附接至介电绝缘层11的(结构化的)第一金属化层111以及附接至介电绝缘层11的(结构化的)第二金属化层112。介电绝缘层11被设置在第一金属化层111与第二金属化层112之间。
[0019]第一金属化层111和第二金属化层112中的每一个可以由以下材料之一组成或包括以下材料之一：铜；铜合金；铝；铝合金；在功率半导体模块装置的操作期间保持固态的任何其他金属或合金。半导体衬底10可以是陶瓷衬底，也就是说，其中介电绝缘层11是陶瓷例如薄陶瓷层的衬底。陶瓷可以由以下材料之一组成或包括以下材料之一：氧化铝；氮化铝；氧化锆；氮化硅；氮化硼；或任何其他介电陶瓷。例如，介电绝缘层11可以由以下材料组成或包括以下材料之一：Al2O3，AlN，SiC，BeO或Si3N4。例如，衬底10可以是例如直接铜键合(DCB)衬底、直接铝键合(DAB)衬底或活性金属钎焊(AMB)衬底。此外，衬底10可以是绝缘金属衬底(IMS)。绝缘金属衬底通常包括介电绝缘层11，该介电绝缘层11包括(填充的)材料，例如环氧树脂或聚酰亚胺。介电绝缘层11的材料可以例如填充有陶瓷颗粒。这样的颗粒可以包括例如Si2O、Al2O3、AlN或BN并且可以具有在大约1μm与大约50μm之间的直径。衬底10也可以是具有非陶瓷介电绝缘层11的常规印刷电路板(PCB)。例如，非陶瓷介电绝缘层11可以由固化
树脂组成或包括固化树脂。
[0020]半导体衬底10布置在壳体17中。在图1所示的示例中，半导体衬底10布置在形成壳体17的接地表面的基板12上，而壳体17本身仅包括侧壁和盖。但是，这仅是示例。壳体17还可以进一步包括接地表面，并且半导体衬底10和(可选的)基板12可以布置在壳体17内部。在一些功率半导体模块装置100中，多于一个半导体衬底10布置在单个基板12上或布置在壳体17的接地表面上。在其他功率半导体模块装置100中，半导体衬底10本身可以形成壳体17的接地表面。在后一种情况下，功率半导体模块装置100一般不包括基板12。
[0021]一个或更多个半导体本体120可以布置在至少一个半导体衬底10上。布置在至少一个半导体衬底10上的每个半导体本体120可以包括二极管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、JFET(结型场效应晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)和/本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半导体模块装置，包括：输入级(21)，其包括第一输出端子(OUT11)和第二输出端子(OUT12)，其中第一电感元件(L1)耦接至所述第一输出端子(OUT11)；输出级(22)，其包括至少一个可控半导体元件(T2，T3)、耦接至所述第一电感元件(L1)的第三输入端子(IN21)、耦接至所述第二输出端子(OUT12)的第四输入端子(IN22)、第三输出端子(OUT21)以及第四输出端子(OUT22)，所述第一电感元件(L1)耦接在所述第一输出端子(OUT11)与所述第三输入端子(IN21)之间；第一可控半导体元件(T1)和第一电容元件(C
s
)，所述第一可控半导体元件(T1)和第一电容元件(C
s
)串联耦接并且在所述第一电感元件(L1)与所述第三输入端子(IN21)之间的公共节点和所述第二输出端子(OUT12)与所述第四输入端子(IN22)之间的公共节点之间；以及并联耦接至所述第一可控半导体元件(T1)的第一二极管元件(D1)，其中，所述第一二极管元件(D1)的阴极端子(C1)耦接至所述第一电容元件(C
s
)，并且所述第一二极管元件(D1)的阳极端子(A1)耦接至所述第一电感元件(L1)与所述第三输入端子(IN21)之间的公共节点。2.根据权利要求1所述的半导体模块装置，其中，所述输出级(22)包括至少两个可控半导体元件(T2，T3)，以至少一个半桥构造来布置所述可控半导体元件(T2，T3)。3.根据权利要求1或2所述的半导体模块装置，其中，所述第一电感元件(L1)和所述第一电容元件(C
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)形成振荡电路；在所述振荡电路中发生的振荡具有一定的周期持续时间；需要第一切换时间以将所述输出级(22)的所述至少一个可控半导体元件(T2，T3)中的可控半导体元件(T2，T3)从导电状态切换至非导电状态；并且所述第一周期持续时间大于所述第一切换时间。4.根据权利要求3所述的半导体模块装置，其中，所述第一周期持续时间在所述第一切换时间的大约10倍与大约50倍之间。5.根据前述权利要求中任一项所述的半导体模块装置，其中，所述输出级(22)被配置成将在其输入端子(IN21，IN22)处提供的DC电压转换为在其输出端子(OUT21，OUT22)处提供的另一DC电压。6.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体模块装置，其中，所述输出级(22)被配置成将在其输入端子(IN21，IN22)处提供的DC电压转换为在其输出端子(OUT21，OUT...
【专利技术属性】
技术研发人员：米夏埃尔，
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：
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