功率半导体模块制造技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体模块，包括模块壳体、至少一个基板、布置在模块壳体内部并沿着横向方向一个接一个布置的N个功率半导体芯片、布置在模块壳体的外部并电连接至第一主电极的主载荷终端、以及布置在模块壳体的外部并经由辅助终端连接导体电连接至第一主电极的辅助终端。每个基板具有电介质绝缘载体以及附接到绝缘载体且包括多个导体轨道的平面顶侧金属化层。功率半导体芯片并联地电连接，每个芯片布置在顶侧金属化层上。辅助终端连接导体在一个顶侧金属化层的连接位置处连接至该顶侧金属化层。主载荷终端在横向方向上与连接位置隔开一定距离，该距离小于或等于沿着横向方向发生在功率半导体芯片中的任意相邻的两个之间的最小重复距离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体模块。
技术介绍
电カ电子模块是用于电カ电子回路中的半导体模块。电カ电子模块通常用于车辆、鉄路以及エ业应用中，例如用于逆变器或整流器中。同样地，它们在能量发生和传递的形式中也发现了应用。容纳于电カ电子模块中的半导体器件可以包括例如半导体芯片，包括晶体管、绝缘栅(IGBT)、金属氧化物场效应晶体管(M0SFET)、结型场效应晶体管(JFET)、闸流管(thyristor)、或者ニ极管。这些半导体器件可以随着它们的电压和电流处理能力而改变。这些半导体器件中的每ー个都具有第一主电极、第二主电极、以及形成在第一主电极与第二主电极之间的载荷路径。例如，第一和第二主电极分别可以是漏极和源极、源极和漏扱、发射极和集电极、集电极和发射极、阳极和阴极、或者阴极和阳极。这些半导体器件中的许多另外地具有用于控制通过相应器件的载荷路径的电流的控制电扱。这种半导体器件也称作可控制半导体器件。为了提高切換能力，两个或更多个可控制半导体器件可以以单个半导体芯片的形式布置在共用的模块壳体中并且并联地电连接。为此，第一主电极在模块壳体的内部并联地电连接并且连接至至少ー个共用的外部第一主载荷终端。第二主电极也在模块壳体的内部并联地电连接并且连接至共用的外部第二主载荷终端。此外，控制电极在模块壳体的内部并联地电连接并且连接至共用的控制终端。在本专利技术的意义上，終端如果布置在模块壳体的外部便被称作“外部”終端。此外，可控制半导体器件中的每ー个，以及因此，相应的半导体芯片中的每ー个可经由与相应的可控制半导体芯片的控制电极一起使用的辅助接触在其相应的第一主载荷电极处连接，以便提供具有用于控制通过载荷路径的电流的控制电压的半导体芯片。为此，并联连接的半导体芯片的辅助接触也在模块壳体的内部相互连接并且连接至共用的外部辅助终端。在操作过程中，用于控制所有的并联半导体芯片的控制电压施加在外部辅助终端与外部控制终端之间，并且利用模块壳体内部的任意布线分配到单个半导体芯片。特别地，在通过载荷路径的高电流处，由于布线的不可避免的欧姆电阻，电位沿着电连接第一主载荷终端的布线可能下降。这致使不同的半导体芯片需要不同的控制电压以便接通，即，以便将相应的载荷路径从电阻断状态切换到高导电状态。然而，这可能造成不同的半导体芯片不会共用地并且同时地接通或断开。在最坏的情形中，可能发生的是，在所有的半导体芯片都趋于共用地接通或断开的切換事件的过程中，其中一些半导体芯片保持处于它们先前的断开或接通状态。因此，半导体芯片中的传导的那些，即处于接通状态的半导体芯片，被要求承载通过模块的总电流。因此，存在改进半导体模块的需要。
技术实现思路
根据ー个实施方式，半导体模块包括模块壳体、至少ー个基板、布置在模块壳体内部并沿着横向方向ー个接ー个地布置的N个(至少两个)可控制的功率半导体芯片、布置在模块壳体外部并电连接至第一主电极的单个主载荷终端、以及布置在模块壳体外部并经由辅助终端连接导体电连接至第一主电极的辅助终端。至少两个可控制的功率半导体芯片中的N可以是奇数或偶数。此外，N大于或等于2，并且可以大于或等于3，大于或等于4，大于或等于5，或者大于或等于6。所述至少ー个基板中的每个具有电介质绝缘载体以及附接到绝缘载体且包括多个导体轨道的平面顶侧金属化层。N个可控制的功率半导体芯片中的每个布置在基板中的ー个的顶侧金属化层上并且包括第一主电极、第二主电极、形成在第一主电极与第二主电极之间的载荷路径、以及用于控制通过载荷路径的电流的控制电扱。于是，第一主电极彼此电连接，第二主电极彼此电连接，并且控制电极彼此电连接。辅助终端连接导体在所述至少一个顶侧金属化层中的一个的连接位置处连接至该顶侧金属化层。主载荷终端在横向方向上与该连接位置隔开一定距离，该距离小于或等于沿着横向方向发生在功率半导体芯片中的任意相邻是两个之间的最小重复距离。根据另ー实施方式，半导体模块包括模块壳体、至少ー个基板、布置在模块壳体内部并沿着横向方向ー个接ー个地布置的N个(至少两个)可控制的功率半导体芯片、布置在模块壳体外部的两个第一主载荷终端、布置在模块壳体的外部并电连接至第二主电极的第ニ主载荷终端、以及布置在单元壳体的外部并经由辅助终端连接导体电连接至第一主电极的辅助终端，其中，第一主载荷终端中的第一个经由第一主終端连接导体电连接至第一主电极，并且第一主载荷终端中的第二个经由第二主終端连接导体电连接至第一主电极。所述至少ー个基板中的每个具有电介质绝缘载体以及附接到绝缘载体且包括多个导体轨道的平面顶侧金属化层。N个可控制的功率半导体芯片中的每个布置在基板中的ー个的顶侧金属化层上并且包括第一主电极、第二主电极、形成在第一主电极与第二主电极之间的载荷路径、以及用于控制通过载荷路径的电流的控制电扱。于是，第一主电极彼此电连接，第二主电极彼此电连接，并且控制电极彼此电连接。辅助终端连接导体在所述至少一个顶侧金属化层中的一个的连接位置处连接至该顶侧金属化层。该模块被构造为使得如果第一主载荷终端都在模块壳体的外部短路，那么欧姆载荷的第一終端便连接至两个第一主载荷终端，第一供电电位连接至欧姆载荷的第二終端，第二供电电位连接至第二主载荷终端，每个功率半导体芯片完全地接通，使得通过每个功率半导体芯片的载荷路径确定由第一和第二供电电位导致的电流，并且确定通过欧姆载荷的总电流，该总电流是通过第一主終端连接导体的第一部分电流与通过第二主終端连接导体的第二部分电流的总和，其中第一部分电流大于第二部分电流。第一主载荷终端在横向方向上与连接位置隔开一定距离，该距离小于或等于沿着横向方向发生在功率半导体芯片中的任意相邻的两个之间的最小重复距离。在阅读以下的详细描述并且观看附图之后，本领域技术人员将认识到其他的特征和优点。附图说明参照下面的附图和描述可以更好地理解本专利技术。附图中的元件不是必须按比例绘制，而是重点放在示出本专利技术的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记表示相应的部分。附图中:图1是具有布置在模块壳体外部并且电连接至第一主电极的单个主载荷终端的半导体模块的电路图；图2是通过根据图1中的电路图的半导体模块的竖直截面；图3是可控制半导体芯片的立体图；图4是图2中的基板以及布置于其上的半导体芯片的截面的俯视图；图5是通过根据图1中的电路图的半导体模块的竖直截面，其中半导体芯片布置在多于一个的基板上；图6是具有布置在模块壳体外部并且电连接至第一主电极的两个主载荷终端的半导体模块的电路图；图7是通过根据图6中的电路图的半导体模块的竖直截面；以及图8是图7中的基板以及布置于其上的半导体芯片的截面的俯视图。具体实施方式 在下面详细的描述中，参照附图，附图形成了描述的一部分，并且通过描述可以实践本专利技术的具体实施方式的方式示出。在这个方面，参照附图的方位来使用方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“前方”、“后方”、“首部”、“尾部”等。因为实施方式的元件可以定位在多个不同的方位，所以方向性术语用于描述的目的，并且不以任何方式限定。应该理解，可以使用其它实施方式，并且在不偏离本专利技术的范围的情况下，可以做出结构或逻辑上的改变。因此，以下的详细描述不认为是限制意义上的，并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。应该理解，除非另外具体地指明，否则本文中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体模块，包括：模块壳体；至少一个基板，具有电介质绝缘载体以及附接到所述绝缘载体且包括多个导体轨道的平面顶侧金属化层；N个，至少两个可控制的功率半导体芯片，布置在所述模块壳体的内部并沿着横向方向一个接一个地布置，其中，所述N个可控制的功率半导体芯片中的每个布置在所述至少一个基板中的一个的顶侧金属化层上并且包括第一主电极、第二主电极、形成在所述第一主电极与所述第二主电极之间的载荷路径、以及用于控制通过所述载荷路径的电流的控制电极，并且其中，所述第一主电极彼此电连接，所述第二主电极彼此电连接，并且所述控制电极彼此电连接；单个主载荷终端，布置在所述模块壳体的外部并电连接至所述第一主电极；辅助终端，布置在所述模块壳体的外部并经由辅助终端连接导体电连接至所述第一主电极，所述辅助终端连接导体在所述至少一个顶侧金属化层中的一个的连接位置处连接至该顶侧金属化层；并且其中，所述主载荷终端在横向方向上与所述连接位置隔开一定距离，所述距离小于或等于沿着所述横向方向发生在所述功率半导体芯片中的任意相邻的两个之间的最小重复距离。

【技术特征摘要】
2011.09.30 US 13/249,4271.ー种功率半导体模块，包括: 模块壳体； 至少ー个基板，具有电介质绝缘载体以及附接到所述绝缘载体且包括多个导体轨道的平面顶侧金属化层； N个，至少两个可控制的功率半导体芯片，布置在所述模块壳体的内部并沿着横向方向ー个接ー个地布置，其中，所述N个可控制的功率半导体芯片中的每个布置在所述至少一个基板中的ー个的顶侧金属化层上并且包括第一主电极、第二主电极、形成在所述第一主电极与所述第二主电极之间的载荷路径、以及用于控制通过所述载荷路径的电流的控制电极，并且其中，所述第一主电极彼此电连接，所述第二主电极彼此电连接，并且所述控制电极彼此电连接； 单个主载荷终端，布置在所述模块壳体的外部并电连接至所述第一主电极； 辅助终端，布置在所述模块壳体的外部并经由辅助终端连接导体电连接至所述第一主电极，所述辅助終端连接导体在所述至少一个顶侧金属化层中的一个的连接位置处连接至该顶侧金属化层；并且 其中，所述主载荷終端在横向方向上与所述连接位置隔开一定距离，所述距离小于或等于沿着所述横向方向发生在所述功率半导体芯片中的任意相邻的两个之间的最小重复距离。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，N^ 3。3.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，N是奇数。4.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，N是偶数。5.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，所述功率半导体模块具有单个基板。6.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，所述功率半导体模块具有至少两个基板。7.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，ー个、多个或每个基板的所述绝缘载体由陶瓷材料制成。8.—种功率半导体模块，包括: 模块壳体； 至少ー个基板，具有电介质绝缘载体以及附接到所述绝缘载体且包括多个导体轨道的平面顶侧金属化层； N个，至少两个可控制的功率半导体芯片，布置在所述模块壳体的内部并沿着横向方向ー个接ー个地布置，其中，所述N个可控制的功率半导体芯片中的每个布置在所述至少一个基板中的ー个的顶侧金属化层上并且包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·杜特梅依尔，托马斯·瑙尔，乔治·布雷克，龙尼·赫姆斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE