[发明专利]半导体模块

说明书

一种半桥功率模块(1)，包括：基板(2)，该基板包括内部负载轨迹(11)、两个中间负载轨迹(12，14)和两个外部负载轨迹(10，13)，其中，在中间负载轨迹(12，14)中的一个中间负载轨迹上安装外部端子，在外部负载轨迹(10，13)中的一个外部负载轨迹上安装外部端子(3，4)，并在内部负载轨迹(11)上安装外部端子(5)；其中，在外部负载轨迹(10，13)上安装半导体开关(101，102，105，106)并且将半导体开关(101，102，105，106)电连接到中间负载轨迹(12)；并且在中间负载轨迹(12，14)上安装半导体开关(103，104，107，108)并且将半导体开关(103，104，107，108)电连接到内部负载轨迹(11)。

背景技术

半导体功率模块在工业中被广泛使用。例如，这种功率模块可以用于大电流的受控切换，并且可以在功率转换器(例如逆变器)中使用，以将DC转换为AC，反之亦然，或者用于在不同电压或AC频率之间转换。此类逆变器被用在电机控制器，或者发电或存储或配电网之间的接口中。

半导体功率模块被设计为满足两个主要特点：高功率转换效率和高功率密度。也考虑寿命、成本和质量之类的因素。为了实现高功率密度，可以使用诸如碳化硅(SiC)半导体开关之类的高性能宽带隙半导体，因为它们通常胜过标准的基于硅的半导体开关，即，绝缘栅双极晶体管(IGBT)。从热和电的角度来看，SiC器件对功率模块的设计提出了很高的要求。宽带隙半导体(例如，SiC半导体开关)具有切换非常快的特点，这意味着从传导模式到阻断模式的转变仅花费几纳秒的时间。

当此类半导体功率模块使用时，电子电路中的快速切换与杂散电感一起导致电压过冲。这些电压过冲增加切换损耗，并且可以通过振荡而导致EMI辐射。由于切换期间的电流梯度较高，因此整个组件的杂散/寄生电感需要尽可能小。

SiC MOSFET在应用中被用作半导体开关，在这些应用中，应用在较小的构建体积中要求最高的效率时。SiC MOSFET同时显示出快速的切换速度和较低的导通电阻。由于SiC晶片的制造成本很高，并且在当前的制造工艺下，很难制造出具有可接受的低晶体缺陷量的组件，因此管芯通常非常小(例如5-25mm²)。这样可以保持低的产出率损失，但限制了SiC半导体开关可以通过的总电流。为了实现高输出功率，这些小型半导体开关(例如MOSFET)中的若干个小型半导体开关需要并联操作。在诸如汽车功率转换之类的应用中，并联使用多个半导体开关会占用半导体功率模块内的空间，可能产生更大的模块。然而，车辆内的空间资源有限，通常不会选择增加模块的尺寸。因此，如果布局的创新设计可以同时满足多个并联的半导体开关、平衡(对称)操作、低杂散电感和较小的总体布局尺寸，那么这将具有巨大的优势。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种功率模块，该功率模块能够表现出并联的多个半导体开关的同时切换和平衡操作、较低的杂散电感以及比目前可用的功率模块更稳定和高效的操作。

根据本发明的第一方面，通过提出提供半桥的功率模块来实现上述和其他目的，该功率模块包括：至少一个基板，该基板包括内部负载轨迹(track)、两个中间负载轨迹和两个外部负载轨迹，其中，内部负载轨迹是细长的并且可以实质上沿第一方向延伸穿过至少一个基板；其中，沿第一方向在功率模块的一端，在中间负载轨迹中的至少一个中间负载轨迹上安装外部端子；其中，在外部负载轨迹中的至少一个外部负载轨迹上安装外部端子，以及在内部负载轨迹上安装外部端子；其中，在对着沿第一方向安装在中间负载轨迹中的至少一个中间负载轨迹上的外部端子的功率模块的另一端安装外部端子；其中，在外部负载轨迹上安装半导体开关，并将半导体开关电连接到中间负载轨迹；以及其中，在中间负载轨迹上安装半导体开关，并将半导体开关电连接到内部负载轨迹。

基板可以包括绝缘基板，其具有用于形成附接到绝缘基板所需要的电路的导电轨迹。合适的基板可以是DBC(直接键合铜)基板，DBC基板由绝缘陶瓷层两侧的两个导电铜层形成。其他合适的基板可以包括DBA(直接键合铝)或本领域中公知的其他基板。