[实用新型]一种功率半导体模块衬底及功率半导体模块

说明书

本实用新型公开了一种功率半导体模块衬底及功率半导体模块。本实用新型的功率半导体模块衬底包括第一桥臂单元，第一桥臂单元包括沿第一方向依次设置的第一功率金属敷层、第一辅助金属敷层和第二功率金属敷层；第二功率金属敷层设有第一功率开关，其中，第一功率开关包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，第一开关组、第二开关组和第三开关组依次沿第二方向并排设置，第一开关组的晶体管芯片和第三开关组的晶体管芯片分别靠近第一辅助金属敷层设置，第二开关组的晶体管芯片远离第一辅助金属敷层设置。本实用新型的功率半导体模块衬底及功率半导体模块，能够降低并均衡功率开关的各个芯片之间的杂散参数，提高功率半导体模块的可靠性和输出功率。

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种功率半导体模块衬底及功率半导体模块。

背景技术

单个功率半导体芯片的通流能力有限，为扩展功率半导体模块的功率处理能力，大容量的功率半导体模块内部通常采用多芯片并联的方式组成桥臂开关。在每个桥臂开关中，为实现电流的双向流动或降低损耗，并联的芯片通常采用可由控制电极控制其开关状态的晶体管芯片和具有单向导通能力的二极管芯片，其中，晶体管芯片和二极管芯片在其功率电极并联。

对于具有控制端的晶体管芯片，具有3芯片门级的功率半导体模块内部的芯片驱动电路的模型如图1所示。其中，电容C_g1、电容C_g2、电容C_g3分别代表并联的三块晶体管芯片的栅极电容，每个晶体管芯片的通流能力分别由对应栅极电容上的电压决定。端口T_g和端口T_ε为功率半导体模块与功率半导体模块外部的驱动电路的连接端口，用于接收驱动信号。电阻R_g0和电感L_g0分别为芯片驱动电路公共部分的杂散电阻和杂散电感。电阻R_g1、R_g2、R_g3和电感L_g1、L_g2、L_g3分别为三块晶体管芯片单独的杂散电阻和杂散电感。

芯片驱动电路的具体工作原理为：在功率半导体模块开通过程中，加在端口T_g和端口T_ε上的驱动电压由特定的负值升高至正值，导致电容C_g1、电容C_g2、电容C_g3两端电压上升，使通过晶体管芯片的功率端子的电流上升，晶体管芯片开通；在功率半导体模块关断过程中，加在端口T_g和端口T_ε上的驱动电压由特定的正值降低至负值，导致电容 C_g1、电容C_g2、电容C_g3两端电压下降，使通过晶体管芯片功率端子的电流下降，晶体管芯片关断。若芯片驱动电路中杂散电感值较大，在功率半导体模块开关过程中则容易引起杂散电感与栅极电容之间的电压振荡。例如，若开通过程中栅极电容两端的电压因振荡低于使晶体管芯片开通的阈值电压，则可能引起晶体管芯片误关断。再例如，若关断过程中栅极电容两端的电压因振荡高于使晶体管芯片关断的阈值电压，则可能引起晶体管芯片的误开通。以上两种情况均不利于功率半导体模块的可靠工作。

若并联的晶体管芯片的杂散参数不一致，则会导致在开关过程中栅极电容充放电速度不一致，从而引起开关过程中通过晶体管芯片的功率电流的不均，最终反映在晶体管芯片的温度差异上。在功率半导体模块满功率工作的情况下，还可能因为晶体管芯片的电流分布不均引发过温和过流，导致可能引起晶体管芯片的失效，影响功率半导体模块的可靠性和输出功率。

因此，针对现有的功率半导体模块的晶体管芯片的杂散参数不一致，导致影响功率半导体模块的可靠性和输出功率的问题，需要提供一种能够均衡晶体管芯片的杂散参数的功率半导体模块衬底及功率半导体模块。

实用新型内容