用作H-桥电路的功率半导体模块及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有四个功率半导体芯片（Ｎ１，Ｎ２，Ｐ１，Ｐ２）和一半导体控制芯片（ＩＣ）的作为Ｈ桥电路（４２）的功率半导体模块（４１），及制造该功率半导体模块（４１）的方法。半导体芯片（Ｎ１，Ｎ２，Ｐ１，Ｐ２，ＩＣ）设置在一引线平面（８０）的三个互相分离的大面积引线芯片接触区（４３到４５）上。半导体控制芯片（ＩＣ）设置于在中央设置的引线芯片接触区（４５）上。作为下侧开关（５８，５９）的ｎ型沟道功率半导体芯片（Ｎ１，Ｎ２）以及作为上侧开关（４８，４９）的Ｐ型沟道功率半导体芯片（Ｐ１，Ｐ２）在任何情况下都被设置在两个侧向设置的引线芯片接触区（４３，４４）上。ｎ型沟道功率半导体芯片（Ｎ１，Ｎ２）共同处于地电势（５０）且Ｐ型沟道功率半导体芯片（Ｐ１，Ｐ２）电连接到分开的电源电压（ＶＳ１，ＶＳ２）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种作为H -挢电路的功率半导体模块，该H -桥电路由两 个半桥电路组成。为了这个目的，该功率半导体模块具有四个功率半导体 芯片。io
技术介绍
文件US 5, 821, 618公开了一种功率半导体模块，该功率半导体模块 具有一绝缘外壳，在该外壳中多个金属安装板被排列在一个平面中并且彼 此电绝缘。整流器电桥(rectifier bridge)的半导体开关被导电地安装在该 金属安装板上。连接引线被电连接到半导体开关，至少一个连接引线被电 15连接到金属安装板。所述功率半导体模块具有这些缺点，即多个连接引线作为引线引脚从所述外壳伸出并远离外壳，并且在一端被单独地固定在该外壳中，因此存 在这些连接引线在机械负载的情况下从外壳脱落的风险，其危害该桥电路 的可靠性。20 再者，在US 5, 821， 618已经公知的该H -桥电路的机械结构需要将 各种各样的功率半导体芯片装在一个专门的引线框架上。对于该已知的H-桥电路的机械结构，在这种情况下利用安装在彼此绝缘的引线安装板上的、 两个分离的、形式为功率半导体芯片的下侧开关(low-side switches)和一 对上侧开关(high-side switches)。为了这目的，该对上侧开关被安装在一25中央引线安装板上，而该下侧开关被机械地和电学地固定在相对于该中央 引线安装板横向设置的两个引线安装板上。通过功率半导体芯片的栅电极 控制该H桥电路，伴随的结果是，为了专门应用，必须使用额外的外部驱 动电路，这是不利的。30
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供H -桥电路的改进的机械结构，其可以成本有 效地生产并可以承受更高的机械负荷。而且，本专利技术用于使该H -桥电路的 可靠性和该H -桥电路的可用性得到改进和扩展。用独立的权利要求的主题的手段实现这目的。在从属权利要求中公开 5 了本专利技术的有益的改良。本专利技术提供一种作为H -桥电路的功率半导体模块，其具有四个功率半 导体芯片和一半导体控制芯片。为了这个目的，这些半导体芯片布置在外 壳中一引线平面的三个互相分离的大面积引线芯片接触区域上。为了这个 目的，该引线平面具有设置在中央的引线芯片接触区，在其上布置该半导 10体控制芯片，以及相对于其横向布置的两个引线芯片接触区，在任何情况 下在这两个芯片接触区上布置作为下侧开关的n型沟道功率半导体芯片和 作为上侧开关的P型沟道功率半导体芯片。在这种情况下，所述n型沟道 功率半导体芯片共同电连接到地电势，P型沟道功率半导体芯片电连接到分开的电压源。15按照本专利技术的该功率半导体模块有下列好处，即，与现有技术比较， 其结果大大简化，因为包括n型沟道功率半导体芯片和P型沟道功率半导 体芯片的半桥设置在各自的横向引线芯片接触区上，并且这两个半桥由中 央引线芯片接触区上的中央半导体控制芯片控制，来实现全桥功能。同现 有技术比较，这个额外的半导体控制芯片显著地提高了功能性和该功率半20导体模块的使用可能性。由于该五个半导体芯片可以安装在单个弓战平面上，审腊得以简化，结果 是能利用便宜的引线框架。此外，因为提供了以大面积和机械方式固定到外壳 上、且可在不需要IW敏感的弓瞎弓脚的情况下^卜部访问的大面积弓战芯片,,该功率半导^^块的可靠(4M少在IW性方面显著地MJl高。25在一^专利技术的^i方案中，为了在该中央半导,制芯片和该四个在侧 向设置的功率半导体芯片之间的控制信号传输，在半导体芯片的顶部上的接触 区舰单独的接合导线^^接。根据本专利技术，繊髙了 H -桥电路的可控性， 并能使该H桥电路的使用范围变化更大。除在该功率^，块内部的信号传输和向半导^^制芯片外的信号传输30以外，还假设在功率半导体芯片的顶侧上的大面积接触区，ffi3t许多并联连接的接合导线^至IJ，弓践平面上的大面积弓l线,区中相应的一个。该多个接合导线使得可能在多个接合导线连接之间分配大面积,区的电 流负载，以便在功率半导体芯片的顶侧上和所述弓战接触区，传导待^^f述大面积,区之间切换的电流，而不会发生热过载。5 —种可选的可能性在于，通过接合带将该功率半导体芯片的顶侧上的大面积接触区 到所述引线平面上相应的大面积引线接触区。这种接合,决方 案优于多个接合导线，结果是带腊工艺简单化，尤其是因为接合导线连接的制作是一系列的操作，这一系列操作可以iKl接合带组合以形^^个接合步骤。在产生大面积电g的另一可能性中，有可能使用导体夹，其,导电粘10合剂导电地3^接到功率半导体芯片的顶侧上的大面积接触区和所述弓l线平面上的大面积,区。然而，这种解决方案!1^*准备好了相应地 跌制备的导体 夹，随后可以以制驗术的方式柳它们。该功率半导鹏^m具有引线，作为底面上的表面安紛卜部接触^g在一平面内。还有可能在该半导^块的两个彼此相对的边缘侧上提供36个边15缘侧接触。与先有技术对比，其中各个引线引脚一端固定在一塑料外壳部件 (housing composition)中，以及另一端从该塑料外壳部倂申出，该纖侧接触 解决方案有下列好处，即鹏纖侧接触可以承受高得多的tW负荷，尤其当 它们仅仅构成遞IJ戶腿侧纖的、该半导鹏块的底面上的大面积外部接触的 延伸时。于是，它们被相应的大面积外部^MIWfe保雜。20 相应地，该功率半导^^块的一^^方案具有36个ii^侧J^，具有 侧边,1到4以及33到36 (它们相对鹏置)的第1出端。第二输出端 具有侧边,15到18以及19到22，它们同样赃该半导條块的職区域 中刚好彼此相对。第一电源接线端具有iii^侧,29到32和第二电源接线端 具有ii^侧鄉ll到14，臓电源接线端體成电学上与输出端绝缘。最后，25中央弓l线端具有接地端，其电^到ii^侧接触5到8和23到26。仅仅， 侧撤虫9、 11、 27和28形^信号外部端子，并S3i相应接合导线连接电连 接到半导WS制芯片。ii型沟道功率半导体芯片和p型沟道功率半导体芯片,Ji^垂直MOS 技术的TFT晶体管。具有垂直的漂移路径的这样的TFT晶体管可用于相对高30的电源电压，特别在几^T伏特左右。根据该专利技术进一步优选的功率半导体模块的构i^rF侧开关，所述下侧开关ilil鄉极接触和栅鹏鹏性且导电ife^接到相应弓战芯片接触区上的相应输出端子。结果是，體在相对侧的它们的漏极是可自由达到并且可以通 过相应的接合带连接到所鄉的中央弓战芯片接触区域的地电势，结果是下侧5开关Mil它们可自由达到的漏极接触经由连接元件并经由中央弓l线接触区,接到臓接地端。具有漏极接触的上侧开关粘性且导电ife3i接到相应的弓践芯片,区上的相应的输出端。因此，上侧开关的设置在功率半导体芯片的相对侧上的源电极和栅电极可自由达到。当所述栅电^M:接合导线连接方式^g到该中央半导10條制芯片的接触区时，源电极的大面积接触区域经由接合带、粘性地并导电 it^到相应弓践外部mt的相应电源^E端子。戶，半导体控制芯片的多个接触区il^合导线^方式电连接到上侧开 关的栅极,和该源极接触，以及连接到下侧开关的漏极接触，由此根据本发 明的功率半导淋莫块的应用可能性得到显著地扩展。15 财卜，该半导体控制芯片的接触区ffi^合导^g方式一方面电雜到 地电势，另一方面电连接到该功率半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有四个功率半导体芯片（Ｎ１、Ｎ２、Ｐ１、Ｐ２）和半导体控制芯片（ＩＣ）的、作为Ｈ－桥电路（４２）的功率半导体模块，所述半导体芯片被设置在引线平面（８０）的三个互相分离的大面积引线芯片接触区（４３，４４，４５）上，所述引线平面具有：在中央设置的引线芯片接触区（４５），在其上设置所述半导体控制芯片（ＩＣ）；以及在两个在侧向设置的引线芯片接触区（４３、４４），在其每个上设置ｎ型沟道功率半导体芯片（Ｎ１，Ｎ２）作为下侧开关（５８，５９）和ｐ型沟道功率半导体芯片（Ｐ１，Ｐ２）作为上侧开关（４８，４９），并且所述ｎ型沟道功率半导体芯片（Ｎ１，Ｎ２）共同电连接到地电势（５０），且所述ｐ型沟道功率半导体芯片（Ｐ１，Ｐ２）电连接到分开的供电电压源（ＶＳ１，ＶＳ２）。

【技术特征摘要】
DE 2006-4-27 102006020243.01、一种具有四个功率半导体芯片(N1、N2、P1、P2)和半导体控制芯片(IC)的、作为H-桥电路(42)的功率半导体模块，所述半导体芯片被设置在引线平面(80)的三个互相分离的大面积引线芯片接触区(43，44，45)上，所述引线平面具有在中央设置的引线芯片接触区(45)，在其上设置所述半导体控制芯片(IC)；以及在两个在侧向设置的引线芯片接触区(43、44)，在其每个上设置n型沟道功率半导体芯片(N1，N2)作为下侧开关(58，59)和p型沟道功率半导体芯片(P1，P2)作为上侧开关(48，49)，并且所述n型沟道功率半导体芯片(N1，N2)共同电连接到地电势(50)，且所述p型沟道功率半导体芯片(P1，P2)电连接到分开的供电电压源(VS1，VS2)。2、 根据权利要求1的功率半导体模块，特征在于所述半导体芯片(Nl， N2, Pl， P2， IC)的顶部(52)上的接触区(51)通过各个接合导线(53)电连 接，用于在该中央半导体控制芯片(IC)和所述四个在侧向设置的功率半导15体芯片(N1， N2， Pl， P2)之间的控制信号传输。3、 根据权利要求1或权利要求2的功率半导体模块，特征在于 在所述功率半导体芯片(Nl, N2， Pl, P2)的顶部(60)上的大面积接触区(54到57)，通过多条平行接合导线连接到所述引线平面(80)上的大 面积引线接触区(45到47)中相应的一个。 204、根据权利要求1或权利要求2的功率半导体模块，特征在于在所述功率半导体芯片(Nl, N2, Pl， P2)的顶部(60)上的大面积 接触区(54到57)，通过接合带(61到64)连接到所述引线平面(80)上的相应 的大面积引线接触区(45到47)。5、 根据权利要求1或权利要求2的功率半导体模块，特征在于25 在所述功率半导体芯片(Nl， N2， Pl ， P2)的顶部(60)上的大面积 接触区(54到57),通过导体夹连接到所述引线平面(80)上的相应的大面积 弓战接触区(45到47)。6、 根据在前的权利要求之一的功率半导,块，特征在于 该功率半导体模块具有设置在一平面(80)上的引线作为该功率半导体30模块(41)底面上的可表面安装外部接触(71到79),其并入边缘侧(66到68) 的边缘侧接触(l-36)中。7、 根据在前权利要求之一的功率半导体模块，特征在于该功率半导体 模块(41)包括36个边缘侧接触(1到36);第一输出端(OUTl)，其包括边 缘恻接触1到4和33到36;第二输出端(OUT2),其包括边缘侧接触15到 5 18和19到22;第一电源接线端(VS1),其包括边缘侧接触29到32;第二 电源接线端(VS2),其包括边缘侧接触11到14;以及接地端(50)，其包括 边缘侧接触5到8和23到26,而边缘侧接触9、 11、 27和28是信号外部 端子。8、 根据在前权利要求之一的功率半导体模块，特征在于该功率半导体 io (41)包括FET晶体管作为功率半导体芯片(N1， N2, Pl, P2)。9、 根据在前权利要求之一的功率半导体模块，特征在于所述下侧开关 (58， 59)通过它们的源极接触和栅极接触分别粘性且导电地连接到相应引 线芯片接触区(43和44)上的输出端(OUTl和OUT2)。10、 根据在前权利要求之一的功率半导体模块，特征在于所述下侧开 15关(58， 59)通过它们的漏极接触(D1， D2)、经由连接元件(61， 62)和经由所述中央引线芯片接触区(45)电连接到接地端(50)。11、 根据在前权利要求之一的功率半导体模块，特征在于所述上侧开 关(48, 49)通过它们的漏极接触分别粘性且导电地连接到相应弓I线芯片接 触区(43和44)上的输出端(0UT1和OUT2)。12、根据在前权利要求之一的功率半导体模块，特征在于所述上侧开关(48， 49)通过它们的源极接触(S3， S4)、经由连接元#( 63， 64)，分 别粘性且导电地连接到相应引线外部接触(73和75)上的电源电压端(VS1和 VS2)。13、 根据在前权利要求之一的功率半导模块，特征在于该半导体控制 25芯片(IC)的接触区(51)通...

【专利技术属性】
技术研发人员：R桑德，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利股份公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]