包括开关元件和二极管的功率半导体模块制造技术

一种功率模块

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括开关元件和二极管的功率半导体模块
[0001]本公开内容涉及一种功率模块，该功率模块包括第一开关和第二开关，每个开关包括至少一个开关元件和相关联的二极管
。
开关连接以形成半桥
。
半桥是包括串联连接在
DC+
端子与
DC
‑
端子之间的两个开关的电路，其中，
AC
端子连接在开关之间
。
连接到
DC+
端子的开关被表示为高侧
(HS)
开关，连接到
DC
‑
端子的开关被表示为低侧
(LS)
开关
。
[0002]半桥功率模块形成比如可以用在电动车辆
(EV)
中的马达驱动器或功率转换器等各种功率电子装置中的关键构建块
。
功率模块需要是紧凑的并且被设计成在严苛环境中长时间工作
。
功率模块可以包括硅
(Si)、
碳化硅
(SiC)、
氮化镓
(GaN)
或其他半导体元件
。
三个半桥功率模块形成所谓的六联式功率模块，从而形成逆变器的三相
。
开关的电磁设计对于开发装置的快速开关能力是至关重要的
。
[0003]文献
WO 2010/004802 A1
和
WO 2013/171996 A1
公开了不同的功率模块布局
。
文献
EP 3 246 945A1
公开了一种具有三个
DC
端子的功率模块，该三个
DC
端子以交变极性布置，以减小端子对功率模块的杂散电感的作用
。
[0004]文献
JP 2005 216876A
公开了一种功率模块，该功率模块具有高侧和低侧
IGBT
以及二极管的布置，使得导线并联布置并且布线电感通过在相反方向上流动的电流而减小
。
文献
EP 3 613 077 B1
和
US2011/062491 A1
公开了另外的半桥功率模块
。
[0005]本公开内容的实施例涉及一种具有提升的电磁特性的功率模块
。
[0006]根据实施例，功率模块包括：第一开关，该第一开关包括第一开关元件和相关联的第一二极管；以及第二开关，该第二开关包括第二开关元件和相关联的第二二极管
。
每个开关元件并联地电连接到其相关联的二极管
。
第一开关和第二开关电连接以形成半桥
。
开关元件和二极管彼此相邻，其中，第二开关元件和第二二极管可以位于第一开关元件与第一二极管之间
。
[0007]功率模块例如可以是
Si
或宽带隙模块，比如
SiC
或
GaN
模块
。
作为示例，开关元件可以是绝缘栅双极晶体管
(IGBT)。
开关元件例如可以替代性地是
MOSFET
或
MISFET
晶体管
。
相关联的二极管可以是续流二极管
(FWD)。
开关元件与其相关联的二极管电连接，使得相关联的二极管连接在开关元件的集电极与发射极之间
。
这样，电流可以经由二极管在一个方向上传导
。
[0008]在实施例中，第一开关是
HS
开关
、
连接到
DC+
端子
。
在这种情况中，第一开关元件和第一二极管分别被称为
HS
开关元件和
HS
二极管
。
第二开关是
LS
开关
、
连接到
DC
‑
端子
。
在这种情况中，第二开关元件和第二二极管分别被称为
LS
开关元件和
LS
二极管
。
[0009]在替代实施例中，第一开关是
LS
开关，并且第二开关是
HS
开关
。
[0010]开关元件和二极管以特定顺序彼此相邻的布置是对称的，即部件所属的侧的顺序在两个方向上是相同的
。
这使得杂散电感能够减小
。
此外，另一侧的开关元件
、
二极管与
DC
端子之间的换向路径的长度也可以被限制，这减小了回路电流的电感
。
[0011]在实施例中，第一开关元件与第二二极管相邻，并且第一二极管与第二开关元件相邻
。
相应地，不同侧的开关和二极管彼此相邻，导致短的换向路径
。
在一些实施例中，第二开关元件被布置为与距相关联的第二二极管相比更靠近第一二极管
。
[0012]功率模块可以包括位于功率模块的相同侧上的至少三个
DC
端子，其中，
DC
端子具有交变极性
。
作为示例，端子的布局可以是
DC+/DC
‑
/DC+。
替代性地，端子的布局可以是
DC
‑
/DC+/DC
‑
。
功率模块也可以在相同侧上具有为交变极性的另外的
DC
端子
。
功率模块可以包括位于与
DC
端子相反的一侧上的
AC
端子
。
[0013]功率模块可以包括金属化部
。
金属化部可以是连接到相应端子的
DC+、DC
‑
和
AC
金属化部的形式
。
开关元件和二极管可以位于
DC+
金属化部和
AC
金属化部上
。
金属化部可以以彼此平行的条带形式布置
。
[0014]在实施例中，第一开关和第二开关中的每一个包括并联连接到同一开关的其他开关元件和相关联的二极管的若干开关元件和相关联的二极管
。
开关中的每一个可以包括奇数个开关元件和相关联的二极管
。
作为示例，开关中的每一个可以包括三个开关元件和相关联的二极管
。
[0015]功率模块可以具有高度对称的布局
。
作为示例，同一开关的开关元件可以位于一排中
。
开关元件可以位于相隔规律的距离处
。
同一开关的相关联的二极管也可以位于一排中
。
同一开关的开关元件中的每一个可以位于同一金属化部上
。
相关联的二极管中的每一个也可以位于同一金属化部上
。
[0016]在实施例中，功率模块包括与第一开关元件和第二开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种功率模块
(1)
，包括
‑
第一开关
(2)
，所述第一开关包括第一开关元件
(9)
和相关联的第一二极管
(10)
，
‑
第二开关
(3)
，所述第二开关包括第二开关元件
(11)
和相关联的第二二极管
(12)
，
‑
所述第一开关
(2)
和所述第二开关
(3)
电连接以形成半桥，
‑
金属化部
(31)
，所述金属化部包括一个或多个
AC
金属化部
(15
，
15a
，
15b
，
15c)、
一个或多个
DC+
金属化部
(13
，
13a)
和一个或多个
DC
‑
金属化部
(14
，
14a
，
14b)
，
‑
一个或多个
AC
端子
(6)
，所述一个或多个
AC
端子连接到所述
AC
金属化部
(15
，
15a
，
15b
，
15c)
；一个或多个
DC+
端子
(4
，
4')
，所述一个或多个
DC+
端子连接到所述
DC+
金属化部
(13
，
13a)
；以及一个或多个
DC
‑
端子
(5)
，所述一个或多个
DC
‑
端子连接到所述
DC
‑
金属化部
(14
，
14a
，
14b)
，其中，至少一个
AC
金属化部
(15
，
15a
，
15b
，
15c)
位于至少一个
DC
‑
金属化部
(14
，
14a
，
14b)
与至少一个
DC+
金属化部
(13
，
13a)
之间，
‑
其中，所述第一开关元件
(9)、
所述第二开关元件
(11)、
所述第一二极管
(10)
和所述第二二极管
(12)
彼此相邻并且位于所述
DC+
金属化部
(13
，
13a)
和所述
AC
金属化部
(15
，
15a
，
15b
，
15c)
上，其中，所述第二开关元件
(11)
和所述第二二极管
(12)
位于所述第一开关元件
(9)
与所述第一二极管
(10)
之间
。2.
如权利要求1所述的功率模块
(1)
，其中，所述金属化部
(31)
以彼此平行的条带形式布置
。3.
如前述权利要求中任一项所述的功率模块
(1)
，包括栅极金属化部
(21
，
22)
，所述栅极金属化部连接到所述第二开关元件
(11)
的栅极
(20)
，其中，所述栅极金属化部
(21
，
22)
具有条带形式，位于与所述第二开关元件
(11)
相邻的所述第一二极管
(10)
和所述第二二极管
(12)
之一与所述第二开关元件
(11)
之间
。4.
如前述权利要求中任一项所述的功率模块
(1)
，其中，所述第一开关
(2)
包括一个或多个另外的第一开关元件
(9'
，
9”)
和相关联的另外的第一二极管
(10'
，
10”)
，并且所述第二开关
(3)
包括一个或多个另外的第二开关元件
(11'
，
11”)
和相关联的另外的第二二极管
(12'
，
12”)
，其中，所述第一开关元件
(9)
和所述另外的第一开关元件
(9'
，
9”)
在一排中彼此相邻，所述第二开关元件
(11)
和所述另外的第二开关元件
(11'
，
11”)
在一排中彼此相邻，所述第一二极管
(10)
和所述另外的第一二极管
(10'
，
10”)

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：日立能源瑞士股份公司，
类型：发明
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