[发明专利]一种可隔离重构功率半导体模块及其隔离重构方法

说明书

本发明公开了一种可隔离重构功率半导体模块及其隔离重构方法，功率半导体模块包括：两组以上的功率芯片组，功率芯片组包括两组以上采用对称结构布置的功率芯片；与功率芯片的栅极相连的脉冲发生单元；与功率芯片的集电极和发射极分别相连的状态检测单元；分别与脉冲发生单元、状态检测单元相连的功率芯片管理单元；功率芯片组的集电极公共连接端，及发射极公共连接端至各个功率芯片的电气主端子之间的连接段采用快熔材料。本发明能够解决单个功率芯片或芯片组损坏的情况下，无法实现剩余正常功率芯片的电路和参数自平衡，需要紧急更换功率半导体模块的技术问题。同时，还可以有效提高整个系统的可靠性，并降低功率半导体模块的运营维护成本。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术领域，尤其是涉及一种可隔离重构的功率半导体模块及其隔离重构方法。

背景技术

随着科研技术的进步和制造工艺的提高，IGBT模块已成为电力电子领域理想的开关器件，已广泛应用于新能源发电、机车牵引、高压输电等诸多关键领域中。典型的IGBT器件结构由键合线、芯片、焊料层、衬板上部铜层、衬板陶瓷层、衬板下部铜层、基板等组成。如附图1所示，功率半导体模块1包括基板14，及设置在基板14上的多个衬板13，衬板13上设置有多个功率芯片10，从衬板13上引出发射极端子15和集电极端子16。作为一种当前广泛应用的功率开关元件，功率芯片10采用IGBT芯片，当然功率芯片10还可以采用其它功率开关元件，如晶闸管、GTO(Gate Turn-Off Thyristor，门极可关断晶闸管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效晶体管)、IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)等。

现有大功率IGBT元件通常由多组IGBT和Diode芯片焊接至衬板13上形成，当单片IGBT或Diode芯片因为故障不能使用时，整个IGBT元件都将报废。进而，由IGBT元件所构成的功率变流器也将停止使用，其弊端是严重影响了变流系统的工作可靠性，并增加了IGBT元件及系统的应用成本。大功率IGBT元件一般以衬板13为载体分成几块芯片组单元构成，每块衬板13上安装有若干组IGBT、Diode芯片。IGBT元件常见的故障为过流和过压故障，最终表现为器件电气短路或开路。当IGBT通过大电流的情况下，键合线将烧坏。另外，当IGBT出现过压击穿时，在芯片表面击穿点将出现大电流形成的熔点，使芯片组的C极(集电极)和E极(发射极)短路。以上故障共同作用的结果是：单个芯片出现故障将导致整个IGBT元件报废。

当由IGBT元件构成的整个变流器出现IGBT元件故障时，系统将会出现停机故障，无法正常运营。另一方面，当大功率IGBT元件应用在轨道交通领域时，若列车运营途中冗余设备已经无法使用，将最终导致列车停在路中，需要依赖拖车拉回段内维修。在以上情况下，IGBT使用成本以及由IGBT过程变流器的运营成本将增加。目前，即使采用最新的IPM智能型IGBT模块，虽然其能够实现IGBT在非正常工况的主动实时保护，比如过流，短路，欠压等，但一旦产生保护动作，将导致IPM封锁开关脉冲，使变流设备中断正常工作。另外，由很多组IGBT芯片所构成的IPM将直接报废，使用和维护成本高的问题也一直存在。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可隔离重构功率半导体模块及其隔离重构方法，以解决单个功率芯片或芯片组损坏的情况下，无法实现剩余正常功率芯片的电路和参数自平衡，需要紧急更换功率半导体模块的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种可隔离重构功率半导体模块的技术实现方案，一种可隔离重构功率半导体模块，所述功率半导体模块包括：

两组以上的功率芯片组，所述功率芯片组包括两组以上采用对称结构布置的功率芯片；

与所述功率芯片的栅极相连的脉冲发生单元；

与所述功率芯片的集电极和发射极分别相连的状态检测单元；