功率半导体模块制造技术

公开了一种功率半导体模块，包括：基板；宽带隙材料裸芯，包括附接至基板的宽带隙材料裸芯中的多个半导体电路的阵列，其中，半导体电路通过边缘终止区彼此间隔开；金属预制件，压靠在多个半导体电路中的每个半导体电路上，以电接触多个半导体电路中的每个半导体电路，并且适于在被过电流加热时形成通过宽带隙材料裸芯的至少临时导电路径，其中，半导体电路通过基板和金属预制件并联连接。过基板和金属预制件并联连接。过基板和金属预制件并联连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体模块


[0001]本申请涉及功率半导体器件领域。特别地，本申请涉及用于这些器件的功率半导体模块。

技术介绍

[0002]本节提供与本公开相关的背景信息，但是该背景信息不必要是现有技术。
[0003]诸如转换器、电驱动器等的功率半导体器件通常由多个功率半导体模块组装而成，每个功率半导体模块机械连接和电连接一个或多个功率半导体元件。在高压DC(HVDC) 应用中，通常需要串联多个功率半导体模块，以满足高电压和大电流要求。在发生故障时永久导通的功率半导体模块在这种串联连接中可能具有很大优势，因为其余模块可以共享阻断电压。这种操作被称作为短路故障模式(SCFM)。一种能够实现SCFM的现有封装技术是压装技术，其例如针对晶闸管和GTO(栅极可关断晶闸管)和IGCT(集成栅极换向晶闸管)和IGBT(绝缘栅双极晶体管)开发，因为它们可以很容易地进行电气和机械串联。在具有基于Si(硅)的半导体元件的半导体模块中，金属预制件可以形成在 Si芯片的电极上，其适于与芯片的Si材料形成低熔点共晶合金，并产生导电路径以承载通过故障点的全电流负载。例如，Si和Al(铝)在相对低温(577℃)下的共晶反应能够实现这种固有故障补偿。
[0004]由于其高阻挡能力，具有基于SiC(碳化硅)和其它宽带隙基板的半导体元件的半导体模块被越来越多地应用于高压应用中。
[0005]WO2018/141811A1公开了一种功率半导体器件，其包括提供Si开关的Si(硅)芯片和提供宽带隙材料开关的宽带隙材料芯片，其中Si开关和宽带隙材料开关并联电连接。
[0006]WO2018/065317A1公开了一种半导体模块，包括：半导体芯片，包括Si基层和Si 基层上的SiC(碳化硅)外延层，SiC外延层包括半导体元件；导电顶层，用于在SiC外延层的一侧上提供半导体模块的电接触；导电底层，用于在Si基层的一侧上提供半导体模块的电接触；以及失效模式层，与SiC外延层接触，且布置在顶层和底层之间，失效模式层包括适于与Si基层形成共晶合金以使半导体模块短路的金属材料。

技术实现思路

[0007]本节提供本公开的一般性摘要，并非对其全部范围或所有特征的全面公开。
[0008]根据一个实施例，功率半导体模块包括：基板；宽带隙材料裸芯，包括附接至基板的宽带隙材料裸芯中的多个半导体电路的阵列，其中，半导体电路通过边缘终止区彼此间隔开；金属预制件，压靠在多个半导体电路中的每个半导体电路上，以电接触多个半导体电路中的每个半导体电路，并且适于在被过电流加热时形成通过宽带隙材料裸芯的至少临时导电路径。半导体电路通过基板和金属预制件并联连接。
[0009]根据另一实施例，宽带隙材料包括碳化硅(SiC)。
[0010]根据另一实施例，金属预制件包括Mo(钼)、W(钨)、Cu(铜)或其合金中的至少一种。
[0011]根据另一实施例，基板包括Mo、W、Cu或其合金中的至少一种。
[0012]根据另一实施例，多个半导体电路中的至少一个包括IGBT(绝缘栅双极晶体管)、 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或二极管中的至少一种。
[0013]根据另一实施例，多个半导体电路的阵列包括彼此并联连接的四个半导体电路。
[0014]根据另一实施例，功率半导体模块还包括将金属预制件压靠在多个半导体电路中的每个半导体电路上的至少一个压销。
[0015]根据另一实施例，功率半导体模块还包括连接到至少一个压销的导电顶板。
[0016]根据另一实施例，至少一个压销包括弹簧元件。
[0017]根据另一方面，功率半导体模块包括：基板；至少两个模块部分；至少两个宽带隙材料裸芯，各自布置在至少两个模块部分中的一个模块部分中，并且各自包括附接至基板的宽带隙材料裸芯中的多个半导体电路的阵列，其中，半导体电路由边缘终止区彼此间隔开。功率半导体模块还包括至少两个金属预制件，每个金属预制件压靠在多个半导体电路中的每个半导体电路上，以电接触多个半导体电路中的每个半导体电路，并且适于在被过电流加热时形成通过宽带隙材料裸芯的至少临时导电路径，其中，至少两个宽带隙材料裸芯中的每个宽带隙材料裸芯的半导体电路通过基板和至少两个金属预制件中的一个金属预制件并联连接。功率半导体模块还包括：至少两个压销，该至少两个压销将金属预制件中的每个金属预制件压靠在至少两个宽带隙材料裸芯中的每个宽带隙材料裸芯的多个半导体电路中的每个半导体电路上；导电顶板，连接到至少两个压销。
[0018]根据另一实施例，至少两个模块部分布置在一个封装中。
[0019]根据本文提供的描述，应用的其它领域将变得显而易见。本
技术实现思路
中的描述和具体示例仅旨在出于说明目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
[0020]本文中所描绘的附图仅出于所选实施例的说明性目的，并非所有可能的实施方案，并且不旨在限制本公开的范围。
[0021]图1示意性地示出了功率半导体模块的示例。
[0022]图2示意性地示出了功率半导体模块的另一示例。
具体实施方式
[0023]现在将参照附图对实施例的示例进行更全面地描述。
[0024]提供示例性实施例使得本公开将是透彻的，并且向本领域技术人员充分传达本公开的范围。阐述诸如特定组件、器件和方法的示例的多个具体细节，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员而言将是显然的是，不需要采用特定细节，示例性实施例可以以多种不同的形式实施，并且均不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，未详细描述公知的工艺、公知的器件结构和公知的技术。
[0025]本文中使用的术语仅出于描述特定示例性实施例的目的，并不旨在进行限制。如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也可以旨在包括复数形式。术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”是包括性的，并且因此指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
[0026]当元件或层被称作为“在”另一元件或层“上”、“接合至”、“连接至”或“耦接至”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、直接接合、连接或耦接至另一元件或层，或者可以存在居间元件或居间层。相反，当元件被称作为“直接在”另一元件或层“上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件或层时，可以不存在居间元件或居间层。用于描述元件之间的关系的其它词应以类似的方式解释(例如，“在
…
之间”与“直接在
…
之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文中所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和全部组合。
[0027]开发具有SCFM(短路故障模式)能力的大电流模块是有挑战性的，因为例如当使用 SiC(碳化硅)作为裸芯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率半导体模块(1)，其特征在于，包括：基板(10)；宽带隙材料裸芯(12)，包括附接至所述基板(10)的所述宽带隙材料裸芯(12)中的多个半导体电路(11)的阵列，其中，所述半导体电路(11)由边缘终止区(16)彼此间隔开；金属预制件(14)，压靠在所述多个半导体电路(11)中的每个半导体电路上以电接触所述多个半导体电路(11)中的每个半导体电路，并且适于在被过电流加热时，形成通过所述宽带隙材料裸芯(12)的至少临时导电路径；其中，所述半导体电路(11)通过所述基板(10)和所述金属预制件(14)并联连接。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，所述宽带隙材料包括碳化硅(SiC)。3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，所述多个半导体电路(11)中的至少一个包括IGBT、MOSFET或二极管中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，所述多个半导体电路(11)的阵列包括四个半导体电路(11)。5.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，还包括：将所述金属预制件(14)压靠在所述多个半导体电路(11)中的每个半导体电路上的至少一个压销(18)。6.根据权利要求5所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，还包括：连接至所述至少一个压销(18)的导电顶板(20)。7.根据权利要求5所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，所述至少一个压销(18)包括弹簧元件(22)。8.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，所述金属预制件(14)是多引脚金属预制件。9.根据权利要求1所述的功率半导体模块(1)，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳春雷，J，
申请(专利权)人：日立能源瑞士股份公司，
类型：新型
国别省市：