功率半导体模块制造技术

本发明专利技术提供功率半导体模块（1），其包括基板（2）和安装在其上的至少一对衬底（3），由此多个功率半导体（4，5，25）安装在每个衬底（3）上，该功率半导体（4，5，25）布置在每个衬底（3）上，该衬底（3）沿其的相对边缘（6）具有不同数量的功率半导体（4，5，25），至少一对衬底（3）布置在基板（2）上，其中提供有较低数量的功率半导体（4，5，25）的衬底（3）的边缘（6）面朝彼此。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体模块
本专利技术涉及功率半导体模块。
技术介绍
功率半导体模块在高功率应用中使用来切换高电压和电流并且包括多个功率半导体。因为每个单一半导体具有最大电压和电流，半导体必须在功率半导体模块内并联和/或串联组合以实现在高功率应用中的使用。为了便于制造这样的模块，它们通常包括多个衬底并且功率半导体安装在其上。这些衬底提供有对于发射极、集电极和基极接触的公共接触，使得衬底可以容易地在功率半导体模块中连接。衬底安装在公共基板上，其可以是功率半导体模块的壳体的一部分或其可以保持在功率半导体模块的壳体内。在现今的功率半导体模块中，典型地组合四个或六个衬底，每个提供有六个功率半导体，其包括绝缘栅双极晶体管（IGBT）、功率二极管、逆导绝缘栅双极晶体管（RC-IGBT），或适合于高功率应用的其他功率半导体。功率半导体通常布置在每个衬底上的两个行中。例如，衬底可以包括四个IGBT和两个功率二极管。功率半导体模块的重要特性是它的尺寸、热生成以及冷却和最大功率。为了便于使用功率半导体模块，期望的是，提供具有紧凑尺寸的模块，其需要很少的空间用于安装并且其能够与高电流一起使用。由于施加的高功率，功率半导体生成可损坏单独半导体或整个功率半导体模块的量的热。也期望的是，实现最大电流与热生成之间的良好关系，使得作为整体的功率半导体模块和所有单独功率半导体在使用期间不损坏。因此，使在模块内以及远离模块的功率半导体中生成的热消散也是重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供上面提到的种类的功率半导体模块，其实现在具有高电流的高功率应用中的使用，其示出改进的温度特性，并且其能方便且经济地安装。该目的由独立权利要求实现。有利的实施例在从属权利要求中给出。特别地，本专利技术提供功率半导体模块，其包括基板和安装在其上的至少一对衬底，由此每个衬底具有矩形形状，多个功率半导体安装在每个衬底上，这些功率半导体布置在沿其的相对边缘具有不同数量的功率半导体的每个衬底上，并且该至少一对衬底布置在基板上，其中提供有较低数量的功率半导体的衬底的边缘面朝彼此。也就是说，该对衬底布置在基板上，其中提供有较低数量的功率半导体的衬底的边缘紧接于彼此并且至少大致上平行于彼此。本专利技术的基本思想是提供功率半导体模块，其中功率半导体不均等地间隔开来实现改进的电流/热特性。因此，沿提供有较少功率半导体的边缘，留下有未被功率半导体占据的空间，并且在该空间中没有热生成。因为具有较低数量的功率半导体的边缘面向彼此，在该对衬底的中心处的功率半导体的数量减少，从而导致在该区域中的热生成减少。该区域一般指功率半导体模块的中心区域，并且因此与其的其他区域相比具有较低密度的功率半导体。利用在模块的中心中生成的较少的热，可以实现均匀的温度分布，使得模块整体上较少受到由于单独功率半导体的过热引起的损坏的影响。因此，半导体功率模块可以处理仅由于衬底和其上的半导体的专利技术性放置而引起的电流增加。优选地，功率半导体模块包括两对或三对衬底。这导致功率半导体模块适合于具有小尺寸的高功率应用。进一步优选地，每个衬底提供有两行的功率半导体，一行沿衬底的相对边缘中的每个布置。功率半导体模块可包括额外的半导体和/或衬底。优选地，较低数量的功率半导体位于衬底的相应边缘处使得所得的沿这些边缘的间隙彼此移位。来自一个衬底的热可以朝相对间隙消散而不加热另一个功率半导体。在在衬底上使用不同的功率半导体的情况下，它们优选地布置在其上使得生成较少热的功率半导体布置在相对侧壁的中心中。特别地，面向另一个衬底的边缘的衬底边缘上的功率半导体这样布置。热可以更容易地从衬底的角消散，使得实现进一步的改进。不面朝彼此的衬底的边缘可以更容易地消散热，因为它们不被其他功率半导体环绕。根据本专利技术的修改实施例，衬底的相对边缘是它们的较长边缘。衬底的矩形形状增加衬底设计的以及功率半导体放置的自由度。利用较长边缘是相对边缘，可以提供具有紧凑尺寸的功率半导体模块。利用衬底的较长边缘是相对边缘，热消散具有增加的重要性。根据本专利技术的修改实施例，功率半导体具有矩形形状。功率半导体的该矩形形状增加衬底设计的以及功率半导体放置的自由度。矩形形状允许根据要求（例如，用于衬底上的不同接触的连接）通过衬底上的自由空间布置功率半导体。进一步优选地，功率半导体具有相同的尺寸或至少近似相同的尺寸。这允许有效利用衬底上可用的空间。根据本专利技术的修改实施例，布置在提供有较高数量的功率半导体的衬底的边缘处的功率半导体以它们的较长横向边缘沿衬底的该边缘来布置，并且布置在提供有较低数量的功率半导体的衬底的边缘处的功率半导体以它们的较短横向边缘沿衬底的该边缘来布置。该设计在沿提供有较低数量的功率半导体的边缘增加衬底上的自由空间的尺寸。根据本专利技术的修改实施例，提供衬底和功率半导体，使得布置在提供有较高数量的功率半导体的衬底的边缘处的功率半导体基本上沿该边缘的整个长度延伸。这允许提供衬底和功率半导体模块的优化设计。沿该边缘的衬底的整个长度用于定位功率半导体，使得可以提供紧凑的衬底。然而，由于沿另一边缘的较低数量的功率半导体，足够的空间可用，例如用于衬底的连接区域。根据本专利技术的修改实施例，功率半导体包括至少一个绝缘栅双极晶体管和至少一个功率二极管。这些功率半导体通常在功率半导体模块中使用并且适合于高功率应用。根据本专利技术的修改实施例，每个衬底上的功率半导体包括三个绝缘栅双极晶体管和两个功率二极管。优选地，每个绝缘栅双极晶体管和每个功率二极管具有至少近似相同的尺寸。此外，每个功率半导体优选地具有矩形形状。功率半导体装置的该组合提供IGBT与二极管性能之间良好的关系，尤其在使用相同尺寸的半导体时。由于IGBT的设计方面的改进（其具有增加的效率），半导体的该关系对衬底和功率半导体模块提供优化特性。先前，广泛使用四个IGBT和两个功率二极管的组合。根据本专利技术的修改实施例，一个功率二极管和一个绝缘栅双极晶体管沿衬底的相对边缘中的一个布置，并且一个功率二极管和两个绝缘栅双极晶体管沿衬底的相对边缘中的另一个布置。这在所有操作状态中在衬底上实现均等分布的热生成。优选地，采用使得面向彼此的衬底边缘的功率二极管和IGBT被移位的方式安置功率二极管和IGBT。进一步优选地，由于衬底的设计和使用而布置功率半导体使得生成较少热的功率半导体布置在沿衬底边缘的中心中。根据本专利技术的修改实施例，功率半导体是逆导绝缘栅双极晶体管。逆导绝缘栅双极晶体管（RC-IGBT）是绝缘栅双极晶体管和功率二极管在单一半导体内的组合。RC-IGBT可以通过单一芯片的设计而提供有功率二极管和IGBT的优化关系，由此进一步改进功率半导体模块的性能。根据本专利技术的修改实施例，功率半导体是逆导绝缘栅双极晶体管，每个具有矩形形状以及大致上相同的尺寸。根据本专利技术的修改实施例，衬底具有等同的形状和设计并且等同地配备有功率半导体。一个单一类型的衬底用于功率半导体模块，其便于生产并且降低功率半导体模块的成本。一对等同的衬底关于该对衬底之间的中心点而对称地布置，使得绕该中心点的180°旋转导致功率半导体模块内衬底的等同布置。进一步优选地，功率半导体具有相同的尺寸。根据本专利技术的修改实施例，至少一对衬底布置在基板上，其中它们的沿其提供较高数量的功率半导体的边缘面朝基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体模块（1），包括基板（2）和安装在其上的至少一对衬底（3），由此每个衬底（3）具有矩形形状，多个功率半导体（4，5，25）安装在每个衬底（3）上，所述功率半导体（4，5，25）布置在每个衬底（3）上，所述衬底（3）沿其的相对边缘（6）具有不同数量的功率半导体（4，5，25），并且所述至少一对衬底（3）布置在所述基板（2）上，其中提供有较低数量的功率半导体（4，5，25）的所述衬底（3）的所述边缘（6）面朝彼此。

【技术特征摘要】
2012.05.02 EP 1216637691.一种功率半导体模块（1），包括基板（2）和安装在其上的至少一对衬底（3），由此每个衬底（3）具有矩形形状，多个功率半导体（4，5，25）安装在每个衬底（3）上，所述功率半导体（4，5，25）布置在每个衬底（3）上，所述衬底（3）沿其的相对边缘（6）具有不同数量的功率半导体（4，5，25），并且所述至少一对衬底（3）布置在所述基板（2）上，其中提供有较低数量的功率半导体（4，5，25）的所述衬底（3）的所述边缘（6）面朝彼此。2.如权利要求1所述的功率半导体模块（1），其特征在于所述衬底（3）的所述相对边缘（6）是它们的较长边缘。3.如权利要求1所述的功率半导体模块（1），其特征在于，所述功率半导体（4，5，25）具有矩形形状。4.如权利要求1所述的功率半导体模块（1），其特征在于，所述功率半导体（4，5，25）至少具有相同的尺寸。5.如权利要求3所述的功率半导体模块（1），其特征在于布置在提供有较高数量的功率半导体（4，5，25）的所述衬底（3）的所述边缘（6）处的所述功率半导体（4，5，25）以它们的较长横向边缘（7）沿所述衬底（3）的该边缘（6）来布置，并且布置在提供有较低数量的功率半导体（4，5，25）的所述衬底（3）的所述边缘（6）处的所述功率半导体（4，5，25）以它们的较短横向边缘（8）沿所述衬底（3）的该边缘（6）来布置。6.如权利要求1-5中任一项所述的功率半导体模块（1），其特征在于提供所述衬底（3）和所述功率半导体（4，5，25）使得布置在提供有较高数量的功率半导体（4，5，25）的所述衬底（3）的所述边缘（6）处的所述功率半导体（4，5，25）沿该边缘（6）的整个长度延伸。7.如权利要求1-5中任一项所述的功率半导体模块（1），其特征在于所述功率半导体（4，5，25）包括至少一个绝缘栅双极晶体管（4）和至少一个功率二极管（5）。8.如前述权利要求6所述的功率半导体模块（1），其特征在于每个衬底（3）上的所述功率半导体（4，5，25）包括三个绝缘栅双极晶体管（4）和两个功率二...

【专利技术属性】
技术研发人员：S哈特曼，D特吕泽尔，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：