低电感功率半导体组件制造技术

本发明专利技术涉及一种低电感功率半导体组件。在此，所使用的半导体开关在主电流方向上被相继布置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率半导体组件，其具有两个或更多电桥支路，这些电桥支路为了运行外部负载而分别具有相位输出端。这样的电桥支路例如可以是生成输出电势的半桥支路，但是也可以是可以在其相位输出端处提供3个或更多电势的电桥支路，如在所谓的3级或多级变流器的情况下就是这样。借助于这样的电桥支路，例如可以实现H电桥或多相变流器。
技术介绍
为此，图1示例性地示出具有3个半桥支路Bi、B2和B3的常规变流器的电路图， 这些半桥支路分别具有上半桥支路BIT、B2T及B3T、下半桥支路BIB、B2B及B3B、以及相位输出端PHI、PH2及PH3。在相位输出端PHI、PH2及PH3处连接有共同的负载M，例如电机。 在各个电桥支路B1、B2和B3方面，负载M分别具有负载电感L1、L2及L3。由于对于下面的研究而言所参与的电感占突出地位，因此将放弃对负载M和其他部件的欧姆分量的表示， 但是这些分量不可避免地存在。3个半桥B1、B2和B3中的每一个都包括两个可控半导体开关Z1/Z2J3/Z4及Z5/ Z6，这两个可控半导体开关的负载线路串联，其中对于负载线路来说共同的节点形成相位输出端PH1、PH2、PH3。在所示示例中，负载电感被星形互连，也就是说，电感L1-L3中的每一个都与共同的星形接点处的接线端子连接。可替代地，负载电感也可以三角形地互连。在这种情况下，每个电感L1-L3都连接在两个相位输出端之间。续流二极管D1、D2、D3、D4、D5 及D6分别与半导体开关Zl、Z2、Z3、Z4、Z5及Z6中的每一个反并联。为了实现变流器，半桥B1、B2和B3分别连接到中间电路电压Vl上。此外，中间电路电容器C1、C2及C3分别与半桥B1、B2、B3中的每一个并联。为了使各个电桥支路B1、B2、B3内的各个部件电互连，必须使用印制导线、连接金属片等等，由此不可避免地导致形成杂散电感。图1示例性地示出一些这样的杂散电感L4 至L9。因为由于这些杂散电感L4至L9在换向期间在各个电桥支路内出现高的感应电压尖峰，这些感应电压尖峰尤其是给半导体开关Zl、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6以及续流二极管Dl、D2、 D3、D4、D5、D6造成负荷并且由此可能导致整个系统中的振荡现象，因此在常规功率半导体组件的情况下尝试将各个电桥支路Bi、B2、B3内的杂散电感L4至L9保持得尽可能小。另外的改进可以通过如下方式实现接线和连接线路的电感L10、LlU L12、L13、 L14、L15被保持得尽可能短并且被平行和对称地引导，其中所述接线和连接线路在包含半导体开关的模块中基本上垂直地远离半导体开关Z1、Z2J3、Z4、Z5和Z6的安装平面延伸。尽管存在这些改进，但是仍然可能出现干扰的感应电压尖峰。在用于大电流应用的变流器的情况下，在图1中根据电开关符号示出的半导体开关Z1-Z6通常分别包括多个并联连接并且被共同激励的开关元件。在此，在各个并联的开关元件之间可以存在另外的寄生电感。这些另外的电感可能导致关于各个并联的开关元件的电流负荷的不对称性。在公知的变流器的情况下，各个电桥支路通常以与电桥支路的主电流方向垂直的方向并排布置，这参照图1阐述。图1中的图示被选择为使得不仅反映该装置的电路图，而且还反映可控功率半导体Z1、Z2J3、Z4、Z5和Z6彼此的相对位置。因此，可以给电桥支路Bi、B2、B3中的每一个分配主电流方向11、12及13，所述主电流方向分别由箭头表明并且大致由相应电桥B1、B2 及B3的两个功率开关Zl与Z2之间、两个功率开关Ti与Z4之间、及两个功率开关Z5与Z6 之间的连接线的方向来给出。各个电桥B1、B2、B3以大致垂直于这些主电流方向I1、I2、I3 走向的横向Q并排布置。由此在半桥B1、B2、B3中的换向过程中，由于电桥B1、B2、B3彼此在为此所需的连接线路中的互连导致了横向Q上的不可忽略的瞬间电流，并且由此伴随地导致感应电压尖峰，所述感应电压尖峰尤其是也由杂散电感L16、L17、L18和L19引起，这些杂散电感由连接线路的以横向Q走向的片段形成。这在下面根据图2示例性地阐述。图2示出根据图1的处于特定运行状态下的装置，在该运行状态下，存在沿着由箭头和提高的线宽所示出的第一路径Pl的电流。在功率开关Zl和Z4导通并且功率开关Z2截止的情况下，该电流从中间电路电压源V12经过杂散电感L20、L16、L10和L4、功率开关Z1、电感Ll和L2、功率开关Z4以及杂散电感L7、L13和 L21流回到中间电路电压源Vl。在下面的换向过程中，功率开关Zl被转换到截止状态，而功率开关Z4保持导通。 紧接着在关断以后，由于尤其是在外部负载M的电感Ll和L2中所存储的能量，在电感Ll 和L2中导致感应电流，该感应电流的方向对应于在Zl关断以前流经电感Ll和L2的电流的方向。由于功率开关Zl被关断，因此由负载电感L1、L2所引起的电流沿着同样由箭头和提高的线宽示出的第二路径P2流动，该第二路径P2在图3中示出。在此，该电流从电感Ll 出发经过电感L2、接通的功率开关Z4、杂散电感L7、L13、L18、L11和L5通过续流二极管D2 流回到电感Li。通过比较图2和图3能够认识到，流经杂散电感L4、L10、L16、L20和L21的电流由于换向过程而变为0或者至少显著下降，而流经杂散电感L18、L11和L5的电流产生或者显著增强。电感L4、L5、L10、L11、L16、L18、L20和L21中的这些电流变化尤其是在Zl的“硬性”关断的情况下非常快速地进行，使得导致在相应的电感L4、L5、L10、L11、L 16、L18、L20 和L21上下降的高的不期望的感应电压尖峰U4、U5、U10、Ull、U16、U18、U20及U21。在类似的换向过程中，在其他电路部分中也以相应的方式导致不期望的感应电压尖峰。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提供一种具有至少两个电桥支路的功率半导体组件，以及提供一种具有至少两个彼此互连的电桥支路的功率半导体装置，其中不期望的感应电压尖峰在换向过程中的出现得到改善。该任务通过根据权利要求1和9所述的功率半导体组件来解决。本专利技术的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。在本专利技术中已经认识到，尽管在常规装置中通过对电感L4、L5、L10、Lll、L20、L21 的最小化所进行的改进是或多或少充分的，但是可以通过对下面称为“横向电感”的杂散电感L16、L17、L18和L19的最小化来进行进一步的优化。迄今为止，该方面从未被考虑到，尽管在换向过程中出现不期望的感应电压尖峰这一问题几十年以来一直是公知的。本专利技术的第一方面涉及一种功率半导体组件，该功率半导体组件具有至少两个电桥支路，所述电桥支路分别具有至少两个功率开关，所述功率开关直接或间接地连接到相位输出端上，其中功率开关中的每一个都具有至少两个并联的分别被集成在半导体芯片中的开关元件。功率开关中的每一个都被布置在功率半导体模块中，并且各个功率半导体模块在第一方向上彼此相邻布置，其中功率开关的功率半导体芯片在垂直于第一方向走向的第二方向上彼此相邻地布置在相关的功率半导体模块中。本专利技术的另一方面涉及一种功率半导体组件，所述功率半导体模块具有至少一个电桥支路，所述电桥支路分别具有至少三个功本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　功率半导体组件，所述功率半导体组件具有：至少两个电桥支路（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３），所述电桥支路分别具有至少两个功率开关（Ｂ１Ｔ－Ｂ３Ｔ，Ｂ１Ｂ－Ｂ３ｂ），所述功率开关直接或间接地连接到相位输出端（Ｐｈ１，Ｐｈ２，Ｐｈ３）上，其中功率开关（Ｂ１Ｔ－Ｂ３Ｔ，Ｂ１Ｂ－Ｂ３ｂ）中的每一个都具有至少两个并联的分别被集成在半导体芯片（１）中的开关元件，其中功率开关（Ｂ１Ｔ－Ｂ３Ｔ，Ｂ１Ｂ－Ｂ３ｂ）中的每一个都布置在功率半导体模块中，并且各个功率半导体模块在第一方向上彼此相邻地布置，其中功率开关的半导体芯片（１）在垂直于第一方向走向的第二方向上彼此相邻地布置在相关的功率半导体模块中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R巴耶雷尔，D多梅斯，
申请(专利权)人：R巴耶雷尔，D多梅斯，
类型：发明
国别省市：DE