一种功率半导体模块及电子设备制造技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体模块及电子设备，解决了IGBT当发生过流或短路故障时，由于芯片温升过高而烧损的问题。所述功率半导体模块包括：芯片和短路保护单元；所述芯片包括：发射极和栅极；所述短路保护单元连接在所述发射极和所述栅极之间，用于抑制短路电流。用于抑制短路电流。用于抑制短路电流。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体模块及电子设备


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种功率半导体模块及电子设备。

技术介绍

[0002]随着功率半导体模块的应用普及，功率半导体的工作电压、开关频率都在不断上升。同时，模块的功率密度也不断提升，不断向智能化和一体化的方向发展。而模块在应用过程中还需要适应不同应用工况，不同地理位置，不同气候因素的影响。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，作为高频开关器件，当发生过流或短路故障时，会出现退保和现象，器件的损耗迅速爬升，器件负荷大于额定值，极易使得芯片温升过高而烧损。因此，功率器件进行过流或短路保护尤为重要，且对IGBT芯片的过流或保护响应时间必须足够快，一般要求10μs内完成。IGBT模块的短路保护在动作的准确性和时效性上都有较为严苛的要求。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种功率半导体模块及电子设备，解决了IGBT当发生过流或短路故障时，由于芯片温升过高而烧损的问题。
[0004]第一方面，本专利技术一实施例提供的一种功率半导体模块包括：
[0005]芯片和短路保护单元；所述芯片包括：发射极和栅极；所述短路保护单元连接在所述发射极和所述栅极之间，用于抑制短路电流。
[0006]在本专利技术一种实施方式中，所述短路保护单元为双向瞬态抑制二极管管或电压抑制电路。
[0007]在本专利技术一种实施方式中，包括：主回路辅助端子、栅极辅助端子和短路保护辅助端子；所述主回路辅助端子与所述发射极相连；所述栅极辅助端子与所述栅极相连；所述短路保护辅助端子的一端与所述主回路辅助端子相连，所述短路保护辅助端子的另一端与短路保护单元相连，所述短路保护单元的另一端与所述栅极辅助端子相连。
[0008]在本专利技术一种实施方式中，所述短路保护辅助端子与所述主回路辅助端子的连接方式为以下连接方式中的一种：直接集成、通过螺丝与所述主回路辅助端子连接、通过引线键合与所述主回路辅助端子连接、通过超声焊接的方式与所述主回路辅助端子连接。
[0009]在本专利技术一种实施方式中，包括：衬板，所述芯片设置在所述衬板上。
[0010]在本专利技术一种实施方式中，所述衬板上设置有温度传感器和/或电流传感器。
[0011]在本专利技术一种实施方式中，所述衬板为DBC衬板、DBA衬板、AMB衬板或IMS衬板中的至少一种。
[0012]在本专利技术一种实施方式中，包括：散热底板，所述衬板设置在所述散热底板上。
[0013]在本专利技术一种实施方式中，所散热底板设置有风冷散热流道和/或水冷散热流道。
[0014]第二方面。本专利技术一实施例提供的一种电子设备，包括上述任意一项所述的功率半导体模块。
[0015]本专利技术实施例提供的一种功率半导体模块及电子设备，该功率半导体模块在IGBT器件主发射极和栅极之间提供连接瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)的辅助端子，将功率半导体模块中的寄生电感引入到栅极电压钳位保护回路中。其中，保护回路中引入的寄生电感包含主发射极寄生电感、部分主回路寄生电感以及栅极寄生电感，进行模块设计时，可以根据需要控制钳位保护回路中引入的主回路寄生电感大小。如此，当IGBT发生短路时，TVS管可有效抑制栅极和主发射极之间的电压变化，从而降低短路峰值电流，起到短路保护的作用。
附图说明
[0016]图1所示为本专利技术一实施例中所提供的短路保护电路示意图。
[0017]图2所示为本专利技术另一实施例中所提供的短路保护电路示意图。
[0018]图3所示为本专利技术一实施例中所提供的短路保护模块结构示意图。
[0019]图4所示为本专利技术一实施例中所提供的短路保护模块主回路端子排布替代方案示意图。
[0020]图5所示为本专利技术一实施例中所提供的IGBT模块结构爆炸图。
[0021]图6所示为本专利技术一实施例中所提供的用于短路保护的主回路端子(平行于底板的卧式端子)结构示意图。
[0022]图7所示为本专利技术一实施例中所提供的用于短路保护的主回路端子(垂直于底板的立式端子)结构示意图。
[0023]图8所示为本专利技术一实施例中所提供的用于短路保护的并联回路的多发射极引脚端子结构示意图。
[0024]图9所示为本专利技术一实施例中所提供的用于短路保护的单发射极引脚的端子结构示意图。
[0025]附图标记：1
‑
主回路端子引出端、2
‑
短路保护辅助端子、3
‑
发射极引脚、4
‑
螺丝、5
‑
主回路端子引出端、6
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主回路端子引出端、7
‑
散热底板、8
‑
栅极辅助端子、9
‑
衬板
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]在本专利技术一实施例中，根据应用需要，在IGBT主发射极和栅极之间连接合适电压值的双向TVS管或电压抑制电路，该TVS管或电压抑制电路能有效抑制模块发生短路时高电流变化率di/dt在发射极寄生电感作用下产生的感生电压V
GE
，从而达到抑制短路电流的目的。如图1和图2所示，短路保护回路中利用了主发射极寄生电感(L
S2
)、部分主回路寄生电感(L
S3
)以及栅极寄生电感(L
S1
)，增强了TVS管的短路保护能力。
[0028]本实施例提供一种功率半导体模块，如图3、图4和图5所示，这种功率半导体模块具有短路保护功能，该功率半导体模块的封装体系中具有至少一个散热底板(7)、至少一个衬板(9)、至少两个主回路端子、至少两个辅助端子(8)、至少一个半导体芯片(图中未示
出)。
[0029]可选地，散热底板(7)为纯金属底板或添加了结构强化颗粒的金属底板、也可以是集成了风冷或水冷散热器的底板结构；优选地，金属为铜活铝合金等；优选地，结构强化颗粒为AlSiC(铝碳化硅)。
[0030]半导体芯片通过焊接或烧结等工艺与衬板(9)之间实现电气连接，衬板(9)可以通过自带夹层或额外的辅助层与外界实现电气绝缘。芯片与芯片、芯片与衬板(9)、衬板(9)与衬板(9)以及芯片或衬板(9)与端子之间通过金属引线或扁平金属结构实现特定的电气连接；辅助端子中至少有两个端子外接短路保护电路，且其中一个辅助端子还充当了模块的栅极辅助端子，根据需要可以给模块添加传感器和传感器端子(如温度传感器辅助端子、电流传感器辅助端子或发射极辅助端子等)；模块内部通过硅胶或树脂材料进行填充，对模块中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体模块，其特征在于，包括：芯片和短路保护单元；所述芯片包括：发射极和栅极；所述短路保护单元连接在所述发射极和所述栅极之间，用于抑制短路电流。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述短路保护单元为双向瞬态抑制二极管或电压抑制电路。3.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，包括：主回路辅助端子、栅极辅助端子和短路保护辅助端子；所述主回路辅助端子与所述发射极相连；所述栅极辅助端子与所述栅极相连；所述短路保护辅助端子的一端与所述主回路辅助端子相连，所述短路保护辅助端子的另一端与短路保护单元相连，所述短路保护单元的另一端与所述栅极辅助端子相连。4.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述短路保护辅助端子与所述主回路辅助端子的连接方式为以下连接方式中的一种：直接集成、通过螺丝与所述主回路辅助...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗海辉，常桂钦，董国忠，肖强，邓岳平，石廷昌，彭勇殿，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：