[发明专利]功率电子设备模块

说明书

一种功率电子设备模块(10)，其包括：具有衬底金属化层(14)的衬底(12)，该衬底金属化层被分成用于为功率电子设备模块(10)提供导电路径的导电区域(16，18)；半导体开关芯片(26)，其利用第一功率电极(28)结合至衬底金属化层(14)的第一导电区域(18)；导体板(34，34’)，其结合至半导体开关芯片(26)的与第一功率电极(28)相对的第二功率电极(30)；以及栅极导体(40，40’)，其结合至半导体开关芯片(26)的除第二功率电极(30)以外的栅电极(32)；其中，导体板(34，34’)延伸到衬底金属化层(14)的第二导电区域(18)，并且栅极导体(40，40’)延伸穿过布置在栅电极(32)上方的所述导体板(34，34’)中的开口(38)。

技术领域

本发明涉及一种功率电子设备模块。

背景技术

包含固态开关器件如IGBT或功率MOSFET的功率电子设备模块被用于各种功率电子设备应用中，以对电流进行切换或整流。一种重要且快速增长的应用是用于电动或混合动力车辆的转换器系统。用于此类应用的典型六件套模块可具有高达1200V的额定电压和数百安的额定电流。由于电动车辆中的安装空间通常非常有限且受到几何形状的约束，所以电气传动系统的功率电子设备模块和转换器尽可能紧凑以允许灵活的安装是非常有利的。

一种增加功率电子设备模块的功率密度的方法是芯片堆叠，即，弃用半导体芯片的并排布置的传统二维电路布局而转向第三维的布置。例如，可以将半导体开关及其续流二极管一起堆叠到芯片叠层中。

尽管可以通过芯片堆叠来减小半导体芯片的占用空间，但是其它板载部件和电导体仍然布置在芯片叠层的旁边，并且可能导致进一步明显的占用空间和相应的杂散电感，这可能导致显著的电磁耦合。

此外，芯片堆叠可能导致涉及多个单独的粘结层界面和材料的复杂制造序列。

JP 2004 311 685A、US 2012 181 996A1和US 2013 113 114A1示出了具有堆叠的半导体芯片的电子设备模块。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有增强的功率密度的功率电子设备模块，该功率电子设备模块具有通过该功率电子设备模块提供的半导体芯片的电气互连所产生的低杂散电感。本发明的另一目的是简化功率电子设备模块的制造。

这些目的通过独立权利要求的主题来实现。根据从属权利要求和以下描述，其它示例性实施例是显而易见的。

本发明涉及一种功率电子设备模块。功率电子设备模块可以是机械地和电气地支持一个或多个半导体芯片的任何组件。必须指出的是，术语“功率”可以与以下模块和/或半导体芯片有关，即，其适于处理100V以上的电压和/或10A以上。

根据本发明的一个实施例，该功率电子设备模块包括：具有衬底金属化层的衬底，该衬底金属化层被分成用于为功率电子设备模块提供导电路径的多个导电区域；至少一个半导体开关芯片，其利用第一功率电极结合至衬底金属化层的第一导电区域；导体板，该导体板结合至半导体开关芯片的与第一功率电极相对的第二功率电极；以及栅极导体，该栅极导体结合至半导体芯片的除第二功率电极以外的栅电极。

所述衬底可以是陶瓷衬底，其在至少一侧上设置有金属化层，该金属化层可以是铜层。半导体开关芯片可以包括晶体管或晶闸管。例如，半导体开关芯片可以是IGBT或MOSFET。半导体开关芯片可以基于宽带隙材料，例如SiC。

如将在下面更详细描述的，该功率电子设备模块还可以包括具有二极管的半导体芯片，该二极管可以与半导体开关芯片的开关反并联连接。同样，具有二极管的半导体芯片可以基于诸如SiC的宽带隙材料。宽带隙半导体芯片可以减少损耗和/或具有在较高接合温度(例如高于200℃)下工作的能力。