本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體電子器件的領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體模塊以及功率半導(dǎo)體模塊的疊層布置。

背景技術(shù)：

基于寬帶隙(wbg)材料、具體來(lái)說(shuō)是單極材料(例如比如碳化硅(sic)和氮化鎵(gan))的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)因這些材料的固有優(yōu)點(diǎn)(例如，比如在高操作溫度下的低泄漏電流以及在低電流下的低損耗)而提供低切換損耗。因此，這類半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)還適合于高頻應(yīng)用。

但是，例如，sic基開(kāi)關(guān)當(dāng)前限制到與雙極硅(si)基的開(kāi)關(guān)相比更小大小的芯片。例如，半導(dǎo)體模塊中采用的雙極si開(kāi)關(guān)的基區(qū)的典型尺寸為大約17×17mm²，而sic開(kāi)關(guān)因關(guān)于關(guān)聯(lián)較高成本的缺陷和產(chǎn)率問(wèn)題而最多不超過(guò)那些值的一半。

此外，與雙極si基的開(kāi)關(guān)相比，小型的寬帶隙開(kāi)關(guān)可具有某些缺點(diǎn)，例如振蕩行為、在高溫度和電流下的高通態(tài)損耗以及較小故障電流操控能力。

us2014/0185346a1涉及一種混合功率裝置，其包括包含第一和第二不相等的帶隙半導(dǎo)體材料的第一和第二切換裝置，其中切換裝置是不同類型的三端子或更多端子的切換裝置。

ep0443155b1涉及一種用于接通和關(guān)斷的開(kāi)關(guān)設(shè)備，其具有用于切換mos-fet半導(dǎo)體(其并聯(lián)連接)和igbt功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器。

us2004/0188706a1公開(kāi)一種具有igbt并且具有寬帶隙二極管的半導(dǎo)體模塊，由此igbt和寬帶隙二極管布置在基板上。

ep0637080a1公開(kāi)一種壓力接觸類型功率模塊，其具有布置在igbt結(jié)構(gòu)上的緊壓裝置（pressdevice）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有寬帶隙開(kāi)關(guān)和雙極si基開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體模塊，其可易于按照疊層布置串聯(lián)連接，以便增加功率和/或電壓。

這個(gè)目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)從屬權(quán)利要求和下面描述，另外的示范實(shí)施例是顯而易見(jiàn)的。

本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種半導(dǎo)體模塊。該半導(dǎo)體模塊具體可以是高功率半導(dǎo)體模塊，其適合于處理高于大約10a的電流和/或高于大約100v的電壓。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，該半導(dǎo)體模塊包括絕緣柵雙極晶體管、寬帶隙開(kāi)關(guān)(其可以是寬帶隙晶體管)、基板和緊壓裝置。絕緣柵雙極晶體管包括第一平面端子和第二平面端子，以及寬帶隙開(kāi)關(guān)包括第一平面端子和第二平面端子。絕緣柵雙極晶體管和寬帶隙開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接，由此對(duì)于并聯(lián)連接，絕緣柵雙極晶體管的第一平面端子和寬帶隙開(kāi)關(guān)的第一平面端子安裝到基板的同一側(cè)。絕緣柵雙極晶體管的第一平面端子和/或?qū)拵堕_(kāi)關(guān)的第一平面端子例如可焊接和/或熔接到基板的一側(cè)?；宓乃觥皞?cè)”在這里以及在下文可表示基板的外表面和/或表面區(qū)域。此外，絕緣柵雙極晶體管的第二平面端子和寬帶隙開(kāi)關(guān)的第二平面端子與導(dǎo)電連接元件相連接，以及緊壓裝置布置在絕緣柵雙極晶體管的第二平面端子上。第二平面端子可處于與第一平面端子相對(duì)的相應(yīng)晶體管的一側(cè)上。此外，該半導(dǎo)體模塊還包括至少一個(gè)柵極墊(gatepad)，其用于連接絕緣柵雙極晶體管的柵極和寬帶隙開(kāi)關(guān)的柵極，以便互連絕緣柵雙極晶體管的柵極和寬帶隙開(kāi)關(guān)的柵極，所述柵極墊絕緣安裝在基板中與絕緣柵雙極晶體管的第一平面端子和寬帶隙開(kāi)關(guān)的第一平面端子相同的一側(cè)。晶體管中的一個(gè)的柵極可通過(guò)平面柵端子(其可提供在也提供第二端子的相應(yīng)晶體管的所述側(cè))來(lái)提供。

如上所述，由于其較小大小，專門用于半導(dǎo)體模塊、即所謂的全寬帶隙模塊中的寬帶隙開(kāi)關(guān)可能不適合于這類模塊的疊層布置、即這類模塊的所謂緊壓封裝，從而將模塊的串聯(lián)連接的簡(jiǎn)易性以及超過(guò)大約1000a的極高額定電流定為目標(biāo)。小寬帶隙開(kāi)關(guān)也可能不適合于緊壓封裝和/或疊層布置中的失效故障條件保護(hù)、例如短路失效模式(scfm)。

另一方面，通過(guò)并聯(lián)地電連接絕緣柵雙極晶體管和寬帶隙開(kāi)關(guān)，可提供混合半導(dǎo)體模塊，從而允許獲益于絕緣柵雙極晶體管和寬帶隙開(kāi)關(guān)的各種有利性質(zhì)。除了較低成本之外，并聯(lián)布置的主要優(yōu)點(diǎn)是在全電流范圍內(nèi)的低傳導(dǎo)損耗、低切換損耗、低熱電阻、軟截止性能、高切換健壯性和改進(jìn)的故障電流保護(hù)。與全寬帶隙模塊相比,這可導(dǎo)致在熱、傳導(dǎo)(損耗)、切換(損耗、軟性)和故障條件性能(浪涌、短路、短路失效模式“scfm”)、總體性能和成本方面的整體半導(dǎo)體模塊的最佳性質(zhì)。另一方面，通過(guò)將緊壓裝置只布置在大型絕緣柵雙極晶體管的第二端子上，由此在與基板的所述側(cè)的表面法線矢量反平行的方向上對(duì)絕緣柵雙極晶體管施加力，如所提出的半導(dǎo)體模塊可有利地按照串聯(lián)連接模塊的疊層布置來(lái)布置。

換言之，為了解決在緊壓封裝模塊和/或疊層布置中與混合模塊中并聯(lián)連接的si基開(kāi)關(guān)和寬帶隙開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合采用寬帶隙開(kāi)關(guān)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種概念，其提供一種在這種封裝并且具體來(lái)說(shuō)是疊層布置中采用混合模塊的緊壓封裝布置。

除了上述優(yōu)點(diǎn)之外，發(fā)明半導(dǎo)體模塊還可因大面積絕緣柵雙極晶體管而提供改進(jìn)的保護(hù)特性。除了別的以外，這包含:特別是用于電網(wǎng)應(yīng)用例如比如高壓dc(hvdc)和柔性ac傳輸系統(tǒng)(facts)的高電流和串聯(lián)連接高電壓能力；經(jīng)過(guò)緊壓裝置和絕緣柵雙極晶體管的短路失效模式，而不管絕緣柵雙極晶體管還是寬帶隙開(kāi)關(guān)出故障；通過(guò)確保絕緣柵雙極晶體管具有在與寬帶隙開(kāi)關(guān)相比時(shí)要高的短路(飽和電流)、因si基絕緣柵雙極晶體管引起的良好短路能力；通過(guò)確保絕緣柵雙極晶體管的雪崩擊穿比寬帶隙開(kāi)關(guān)的雪崩擊穿要低的良好雪崩能力；以及絕緣柵雙極晶體管、例如二極管模式中的反向傳導(dǎo)絕緣柵雙極晶體管的良好浪涌電流能力。

柵極墊可包括例如導(dǎo)電條、帶、桿、線帶、條帶和/或板。柵極墊可例如通過(guò)在基板與柵極墊之間布置絕緣層、絕緣膜和/或絕緣隔離片來(lái)布置和/或附連到基板的絕緣區(qū)。柵極墊可布置在基板的所述側(cè)上和/或基板的各種其他部分上。但是，柵極墊在半導(dǎo)體模塊中也可與基板分開(kāi)布置。柵極墊是公共柵極墊，其互連絕緣柵雙極晶體管的柵極和寬帶隙開(kāi)關(guān)的柵極。這可允許采用施加到柵極墊的單個(gè)柵控制信號(hào)同時(shí)控制絕緣柵雙極晶體管和寬帶隙開(kāi)關(guān)，這又可簡(jiǎn)化模塊的總體控制，并且它可在其布局和/或構(gòu)造方面簡(jiǎn)化模塊本身，由此潛在地降低生產(chǎn)成本。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，絕緣柵雙極晶體管的第一平面端子是集電極(即，集電極端子)，以及寬帶隙開(kāi)關(guān)的第一平面端子是漏極(即，漏極端子)。此外，絕緣柵雙極晶體管的第二平面端子是發(fā)射極(即，發(fā)射極端子)，以及寬帶隙開(kāi)關(guān)的第二平面端子是源極(即，源極端子)。因此，為了并聯(lián)連接絕緣柵雙極晶體管和寬帶隙開(kāi)關(guān)，絕緣柵雙極晶體管的集電極和寬帶隙的漏極安裝到基板的所述側(cè)，以及絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極和寬帶隙開(kāi)關(guān)的源極通過(guò)連接元件來(lái)連接。但是，它還可以可設(shè)想將發(fā)射極和源極安裝到基板的所述側(cè)，并且采用連接元件來(lái)連接集電極和漏極。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，連接元件是線結(jié)合件(wirebond)和帶式結(jié)合件(ribbonbond)中的至少一個(gè)。這類類型的結(jié)合件可在將它們安裝于基板之后易于附連到絕緣柵雙極晶體管和/或?qū)拵堕_(kāi)關(guān)的相應(yīng)端子。這可簡(jiǎn)化模塊的組裝和/或生產(chǎn)過(guò)程以及維護(hù)，并且它可降低模塊的生產(chǎn)成本。此外，這因布置和/或附連線結(jié)合件和/或帶式結(jié)合件中的固有靈活性而可提供和/或增加模塊的組件、例如模塊的電路系統(tǒng)的布局和/或設(shè)置的靈活性。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，絕緣柵雙極晶體管的柵極和/或?qū)拵堕_(kāi)關(guān)的柵極采用線結(jié)合件和帶式結(jié)合件中的至少一個(gè)來(lái)連接到柵極墊。這可進(jìn)一步簡(jiǎn)化模塊的組裝、生產(chǎn)過(guò)程和/或維護(hù)，并且可進(jìn)一步增加模塊的組件的布局和/或設(shè)置中的靈活性。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，絕緣柵雙極晶體管是雙模絕緣柵晶體管bigt或者反向傳導(dǎo)絕緣柵雙極晶體管rc-igbt。這類類型的晶體管可提供總體性能、功率額定和/或使用期限方面的優(yōu)點(diǎn)。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，寬帶隙開(kāi)關(guān)是電壓控制單極開(kāi)關(guān)和/或mosfet(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。術(shù)語(yǔ)“電壓控制開(kāi)關(guān)”可涉及開(kāi)關(guān)和/或半導(dǎo)體裝置，其輸出特性通過(guò)取決于施加到柵極的電壓的電場(chǎng)來(lái)確定和/或控制。例如，mosfet、結(jié)型柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(jfet)和/或高電子遷移率晶體管(hemt)可用作寬帶隙開(kāi)關(guān)。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，寬帶隙開(kāi)關(guān)基于碳化硅或氮化鎵。例如，sicmosfet和/或ganhemt可用作寬帶隙開(kāi)關(guān)。這類開(kāi)關(guān)具體可提供在低電流下的低損耗。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，緊壓裝置包括至少一個(gè)彈簧元件和/或至少一個(gè)板元件。一般來(lái)說(shuō)，緊壓裝置可適合在不損壞晶體管的同時(shí)對(duì)絕緣柵雙極晶體管朝基板施加某個(gè)力。為此，緊壓裝置可包括彈簧元件，其在某個(gè)程度上可至少部分是彈性可變形和/或可壓縮的。彈簧元件可包括例如扭簧、復(fù)合彈簧、扁簧和/或另一個(gè)彈性元件(例如比如橡膠或硅元件)。此外，緊壓裝置可提供針對(duì)過(guò)度或過(guò)量變形的某種穩(wěn)定性，其可通過(guò)板元件來(lái)提供。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體模塊包括多個(gè)絕緣柵雙極晶體管和/或多個(gè)寬帶隙開(kāi)關(guān)，其可并列布置在基板的所述側(cè)。以這種方式，可增強(qiáng)模塊的功率、健壯性和/或緊湊性。多個(gè)絕緣柵雙極晶體管和寬帶隙開(kāi)關(guān)可按照若干行和/或任意圖案布置在基板上。例如，寬帶隙開(kāi)關(guān)可布置在基板的所述側(cè)的中間區(qū)域中，以及絕緣柵雙極晶體管可布置在基板的所述側(cè)的邊緣或邊界區(qū)域中。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，許多的多個(gè)絕緣柵雙極晶體管連接到單個(gè)寬帶隙開(kāi)關(guān)，和/或許多的多個(gè)寬帶隙開(kāi)關(guān)連接到單個(gè)絕緣柵雙極晶體管。這可簡(jiǎn)化模塊的布局和/或控制，并且可降低模塊的總成本。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，許多的多個(gè)寬帶隙開(kāi)關(guān)與線結(jié)合件和帶式結(jié)合件中的至少一個(gè)互連。這可進(jìn)一步簡(jiǎn)化模塊的寬帶隙開(kāi)關(guān)的控制。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體模塊還包括導(dǎo)電板，其布置成與基板相對(duì)，從而將緊壓裝置固定在絕緣柵雙極晶體管上。因此，板可布置在與緊壓裝置的另外的表面相對(duì)的緊壓裝置的外表面，其可與絕緣柵雙極晶體管的第二端子接觸和/或布置于絕緣柵雙極晶體管的第二端子上，使得緊壓裝置布置在板與絕緣柵雙極晶體管的第二端子之間。這種布置可促進(jìn)一個(gè)在另一個(gè)之上地堆疊若干發(fā)明半導(dǎo)體模塊，從而允許易于串聯(lián)互連相鄰模塊。導(dǎo)電板和基板可通過(guò)模塊的(非導(dǎo)電)殼體機(jī)械地連接。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體模塊還包括至少一個(gè)二極管。二極管例如可基于si、sic、ge和/或gn。此外，二極管可結(jié)合到半導(dǎo)體模塊的元件、例如比如基板，并且它可例如經(jīng)由線結(jié)合件和/或帶式結(jié)合件電連接到半導(dǎo)體模塊的其他元件。二極管還可形成為寬帶隙開(kāi)關(guān)和集成柵雙極晶體管中的至少一個(gè)的集成內(nèi)部二極管。此外，二極管可以是pin二極管或雙極二極管，以及二極管可正向或反向傳導(dǎo)。一般來(lái)說(shuō)，二極管可提供浪涌電流或過(guò)電流攜帶能力，和/或它可提供半導(dǎo)體模塊的另外的傳導(dǎo)能力。

本發(fā)明的另一方面涉及半導(dǎo)體模塊的疊層布置。該疊層布置包括如以上和以下所述的至少第一半導(dǎo)體模塊和至少第二半導(dǎo)體模塊。在其中，第二半導(dǎo)體模塊布置在第一半導(dǎo)體模塊上，使得第二半導(dǎo)體模塊的基板壓到第一半導(dǎo)體模塊的緊壓裝置上，緊壓裝置又壓在第一半導(dǎo)體模塊的絕緣柵雙極晶體管的第二平面端子上。以這種方式，基本上任意數(shù)量的半導(dǎo)體模塊可以以緊湊的方式堆疊，并且可串聯(lián)連接，以便增加疊層布置的功率。

根據(jù)以下所述實(shí)施例，本發(fā)明的這些方面及其他方面將會(huì)顯而易見(jiàn)并且參照以下所述實(shí)施例，將對(duì)本發(fā)明的這些方面及其他方面進(jìn)行說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

下文中將參照附圖圖示的示范實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明的主題。

圖1a示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的絕緣柵雙極晶體管和寬帶隙開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)說(shuō)明。

圖1b示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的電路圖。

圖1c示出按照本發(fā)明的另外的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的電路圖。

圖2示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊。

圖3示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的頂視圖。

圖4示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的疊層布置。

附圖中所使用的參考符號(hào)及其含意在參考符號(hào)的列表中以概括形式列示。大體上，附圖中，相同部件提供有相同參考符號(hào)。

具體實(shí)施方式

圖1a示出半導(dǎo)體模塊10(參見(jiàn)圖2和圖3)的采取反向傳導(dǎo)絕緣柵雙極晶體管(rc-igbt)形式的絕緣柵雙極晶體管12以及采取sicmosfet形式的寬帶隙開(kāi)關(guān)14。圖1b示出模塊10的電路圖。

在第一端上，rc-igbt12包括作為集電極的第一平面端子16，以及在與第一端相對(duì)的第二端上，rc-igbt12包括作為發(fā)射極的第二平面端子18。圖1a僅示出一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體單元19a(mos單元)。rc-igbt12由多個(gè)這類單元19a來(lái)組成。此外，與第二平面端子18相鄰，rc-igbt12包括用于控制rc-igbt12的柵極20。與柵極20鄰接，rc-igbt12包括n⁺摻雜區(qū)22和p摻雜區(qū)24，其至少部分嵌入n基層26中。n基層26鄰接n緩沖層28，其又鄰接p摻雜區(qū)30和n摻雜區(qū)32(其布置在n緩沖層28與第一平面端子16之間)，由此提供rc-igbt12的反向傳導(dǎo)二極管。

sicmosfet14在第一端上包括作為漏極的第一平面端子34，以及在與第一端相對(duì)的第二端上包括作為源極的第二平面端子36。圖1a僅示出一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體單元19b(mos單元)。sicmosfet14由多個(gè)這類單元19b來(lái)組成。sicmosfet14還包括柵極38，其與第二平面端子36相鄰，用于控制sicmosfet14。與柵極38鄰接，sicmosfet14包括n⁺摻雜區(qū)40和p摻雜區(qū)42，其至少部分嵌入n基層44中。在n基層44與第一平面端子34之間布置n+摻雜層45。

如圖1b的電路系統(tǒng)圖所描繪，rc-igbt12并聯(lián)連接到sicmosfet14，其中互連相應(yīng)的第一平面端子16、34和第二平面端子18、36。更準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，rc-igbt12的集電極連接到sicmosfet14的漏極，以及rc-igbt12的發(fā)射極連接到sicmosfet14的源極。

圖1c示出按照本發(fā)明的另外的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊10的電路圖。如果沒(méi)有另外規(guī)定，則圖1c的半導(dǎo)體模塊10可包括與圖1b的半導(dǎo)體模塊10相同的元件和特征。

除了并聯(lián)連接到寬帶隙開(kāi)關(guān)14的絕緣柵雙極晶體管12之外，圖1c的半導(dǎo)體模塊10還包括二極管47。二極管47可反向傳導(dǎo)，并且它可提供浪涌電流或過(guò)電流攜帶能力，和/或它可提供另外的傳導(dǎo)能力給半導(dǎo)體模塊10。例如，二極管47可提供從絕緣柵雙極晶體管12的發(fā)射極端子18和寬帶隙開(kāi)關(guān)14的源極端子36到絕緣柵雙極晶體管12的集電極端子16和寬帶隙開(kāi)關(guān)14的漏極端子34的傳導(dǎo)通路。二極管47可例如安裝到半導(dǎo)體模塊10的基板48(參見(jiàn)圖2)，并且它可例如通過(guò)線結(jié)合件和/或帶式結(jié)合件電連接。但是，還可能存在半導(dǎo)體模塊10中布置的多個(gè)二極管。此外，二極管47也可以是絕緣柵雙極晶體管12和/或?qū)拵堕_(kāi)關(guān)14的內(nèi)部集成二極管，例如比如內(nèi)部正-本征-負(fù)二極管或內(nèi)部雙極二極管。

圖2示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊10。半導(dǎo)體模塊10包括絕緣柵雙極晶體管(igbt)12(其例如可以是rc-igbt、bigt或公共igbt)以及電壓控制單極寬帶隙(wbg)開(kāi)關(guān)14(其例如可以是sicmosfet)。當(dāng)被要求時(shí)并且取決于應(yīng)用還可包含單獨(dú)si和/或wbg二極管，但是優(yōu)選地不通過(guò)使用rc-igbt或bigt和/或利用內(nèi)部sicmosfet。

igbt12和wbg開(kāi)關(guān)14安裝到基板48的一側(cè)46。所述側(cè)46在這個(gè)上下文中可表示基板48的外平面表面。更詳細(xì)來(lái)說(shuō)，igbt12和wbg開(kāi)關(guān)14采用其相應(yīng)的第一平面端子16、34來(lái)安裝到基板48的所述側(cè)46。例如，第一平面端子16、34可熔接和/或焊接到所述側(cè)46，使得它們經(jīng)由基板48電連接。為此，基板可由諸如金屬和/或適當(dāng)合金的導(dǎo)電材料來(lái)制造。圖2所示igbt12的第一平面端子16是igbt12的集電極或集電極端子，以及wbg開(kāi)關(guān)14的第一平面端子34是漏極或漏極端子。

在與基板48相對(duì)的igbt12的一端上，igbt包括第二平面端子18，其作為發(fā)射極或發(fā)射極端子。igbt12的第二平面端子18采用導(dǎo)電連接元件電連接到wbg開(kāi)關(guān)14的第二平面端子36，其作為wbg開(kāi)關(guān)14的源極或源極端子。通過(guò)經(jīng)由基板48將igbt12的集電極與wbg開(kāi)關(guān)14的漏極相連接，并且通過(guò)將wbg開(kāi)關(guān)14的源極與igbt12的發(fā)射極相連接，igbt12和wbg開(kāi)關(guān)14并聯(lián)地電連接。圖12所示的連接元件50包括多個(gè)線結(jié)合件52a、52b52c，其連接wbg開(kāi)關(guān)14的源極和igbt12的發(fā)射極。作為替代或補(bǔ)充，連接元件50可包括帶式結(jié)合件，其用于分別連接wbg開(kāi)關(guān)14和igbt12的第二平面端子18、36。

但是，為了采用這些元件的并聯(lián)連接，還有可能將igbt12的發(fā)射極和wbg開(kāi)關(guān)14的源極安裝到基板48的所述側(cè)46，并且將wbg開(kāi)關(guān)14的漏極和ibgt12的集電極與連接元件50相連接。

igbt12和wbg開(kāi)關(guān)的第一平面端子16、34和第二平面端子18、36相應(yīng)地還可各包括導(dǎo)電材料的墊，以便提供最佳電連接，即，可能存在設(shè)置于igbt12和/或wbg開(kāi)關(guān)14的相應(yīng)的第一平面端子16、34和/或第二平面端子18、36的發(fā)射極墊、集電極墊、源極墊和/或漏極墊。

半導(dǎo)體模塊10還包括柵54，其并列地和/或在igbt12與wbg開(kāi)關(guān)14之間絕緣安裝到基板48的所述側(cè)46。在柵極墊54與基板48之間布置絕緣層56，其適合絕緣柵極墊54和基板48。絕緣層56例如可包括絕緣材料膜和/或絕緣隔離片。絕緣層56例如可膠合、熔接和/或焊接到基板48，以及柵極墊54例如可膠合、熔接和/或焊接到絕緣層56。柵極墊54采用第一柵極連接元件58電連接到wbg開(kāi)關(guān)14的柵極38。柵極墊54還采用第二柵極連接元件60連接到igbt12的柵極20。因此，柵極墊54互連wbg開(kāi)關(guān)14的柵極38和ibgt12的柵極20。在這個(gè)上下文中，柵極墊54設(shè)計(jì)為公共柵極墊，從而允許經(jīng)由相應(yīng)的柵極20、38同時(shí)控制wbg開(kāi)關(guān)14和igbt12。但是，還有可能將單獨(dú)柵極墊用于igbt12和wbg開(kāi)關(guān)14的相應(yīng)的柵極20、38。柵極連接元件58、60可以是線結(jié)合件和帶式結(jié)合件中的至少一個(gè)。

半導(dǎo)體模塊10還包括緊壓裝置62，其以第一端64布置在igbt12的第二平面端子18、即igbt12的發(fā)射極上。緊壓裝置62可包括用于機(jī)械穩(wěn)定性的至少一個(gè)彈性可變形彈簧元件68和/或至少一個(gè)板元件70。緊壓裝置62可任意成形，即，它可具有例如圓柱形狀、立方體形狀或矩形形狀。此外，緊壓裝置62可具有任意截面，例如比如圓形、多邊形狀、三角形或矩形截面。如圖2所示，緊壓裝置62僅覆蓋igbt12的第二平面端子18的一部分，因?yàn)榈诙矫娑俗?8還需要經(jīng)由連接元件50來(lái)連接到wbg開(kāi)關(guān)14的第二平面端子36。換言之，igbt12(更準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是igbt12的第二平面端子18)包括兩個(gè)區(qū)域，即，專用于緊壓裝置62的第一區(qū)域61以及用于將igbt12的第二平面端子18與wbg開(kāi)關(guān)14的第二平面端子36電連接的第二區(qū)域63。第一和第二區(qū)域61、63可同樣定大小，或者第一區(qū)域61的大小可比第二區(qū)域63要大。

由于緊壓裝置62只布置在igbt12的第二平面端子18上的事實(shí)，由緊壓裝置62所施加和/或由緊壓裝置64所傳遞的任何力或壓力主要對(duì)大型igbt12起作用。在其中，由緊壓裝置62所施加和/或傳遞的力具有與基板48的所述側(cè)46的表面法線矢量反平行的方向，即，力被定向到基板48的所述側(cè)46。這樣，基本上任意數(shù)量的半導(dǎo)體模塊10可一個(gè)在另一個(gè)之上地堆疊，并且可串聯(lián)連接，以便增加功率。除此之外，緊壓裝置62還可提供短路能力。

半導(dǎo)體模塊10還包括導(dǎo)電板72，其布置在與第一端64相對(duì)的緊壓裝置62的第二端66上。因此，板72布置成與基板48相對(duì)并且平行。相應(yīng)地，緊壓裝置62和igbt12布置在板72與基板48之間。板72可由諸如金屬和/或合金的導(dǎo)電材料來(lái)制造。一般來(lái)說(shuō)，板72適合于在緊壓裝置62的縱向方向上將緊壓裝置62固定在igbt12上。除此之外，板72可允許和/或支承和/或簡(jiǎn)化一個(gè)在另一個(gè)之上地堆疊各種半導(dǎo)體模塊10并且串聯(lián)連接相鄰模塊。

圖3示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊10的頂視圖。如果沒(méi)有另外規(guī)定，則圖3的半導(dǎo)體模塊10可包括與圖2的半導(dǎo)體模塊10相同的特征和元件。

半導(dǎo)體模塊10包括多個(gè)六個(gè)igbt12和六個(gè)wbg開(kāi)關(guān)14。igbt12按照二行各三個(gè)igbt布置在基板48的邊緣或邊界區(qū)域中，以及wbg開(kāi)關(guān)14按照二行三個(gè)wbg開(kāi)關(guān)14布置在基板48的中間區(qū)域中。每個(gè)igbt12的第二平面端子18采用連接元件50(其可以是線結(jié)合件52a、52b、52c和帶式結(jié)合件53中的至少一個(gè))電連接到wbg開(kāi)關(guān)14的第二平面端子38。

但是，還有可能將任意數(shù)量或全部多個(gè)igbt12連接到單個(gè)wbg開(kāi)關(guān)14，和/或?qū)⑷我鈹?shù)量或全部多個(gè)wbg開(kāi)關(guān)14連接到單個(gè)igbt12。此外，許多或全部wbg開(kāi)關(guān)14可采用線結(jié)合件和帶式結(jié)合件中的至少一個(gè)來(lái)互連。

半導(dǎo)體模塊10還包括兩個(gè)柵極墊54，其布置在igbt12與wbg開(kāi)關(guān)14之間。相應(yīng)地，一個(gè)柵極墊54互連兩個(gè)igbt12和兩個(gè)wbg開(kāi)關(guān)14的相應(yīng)的柵極20、38，以及一個(gè)柵極墊54互連四個(gè)igbt12和四個(gè)wbg開(kāi)關(guān)14的柵極20、38。還有可能僅將一個(gè)柵極墊54布置在基板48上,從而互連半導(dǎo)體模塊的全部igbt12和wbg開(kāi)關(guān)14，或者還有可能布置多于兩個(gè)柵極墊54。

圖4示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊10a、10b的疊層布置100。疊層布置100包括殼體101，其中半導(dǎo)體模塊10a、10b一個(gè)在另一個(gè)之上地布置和/或堆疊，并且其中模塊10a、10b可選地通過(guò)固定部件機(jī)械固定。

在圖4的疊層布置100中，示出第一半導(dǎo)體模塊10a和第二半導(dǎo)體模塊10b，但是疊層布置100基本上可包括任意數(shù)量的半導(dǎo)體模塊10、10a、10b，如由圖4中的點(diǎn)所指示。

如能夠看到，第一半導(dǎo)體模塊10a布置在疊層布置100的殼體101中，使得與所述側(cè)46相對(duì)的基板48的另外的側(cè)面向殼體101的內(nèi)表面。第二半導(dǎo)體模塊10b布置在第一半導(dǎo)體模塊10a上，使得第二半導(dǎo)體模塊10b的基板48壓到第一半導(dǎo)體模塊10a的緊壓裝置62上，緊壓裝置62又壓在第一半導(dǎo)體模塊10a的第二平面端子18上。為此，第二半導(dǎo)體模塊10b的基板48可直接布置在第一半導(dǎo)體模塊10a的緊壓裝置62的第二端66。備選地，它可布置在第一半導(dǎo)體模塊10a的板72上。以這種方式，第一和第二半導(dǎo)體模塊10a、10b采取緊壓封裝的形式串聯(lián)地電連接，其中第二半導(dǎo)體模塊10b的igbt12的第一平面端子16經(jīng)由第二半導(dǎo)體模塊10b的基板48和/或板72與第一半導(dǎo)體模塊10a的igbt12的第二平面端子18以及緊壓裝置62相連接。

雖然在附圖和以上描述中詳細(xì)提示和描述了本發(fā)明，但是這種說(shuō)明和描述被認(rèn)為是說(shuō)明性的或示范性的而不是限制性的；本發(fā)明并不局限于所公開(kāi)的實(shí)施例。根據(jù)研究附圖、本公開(kāi)和所附權(quán)利要求書(shū)，對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變更能夠由本領(lǐng)域并且實(shí)施要求保護(hù)的本發(fā)明的技術(shù)人員理解和實(shí)施。在權(quán)利要求書(shū)中，詞語(yǔ)“包括”并不排除其他元件或特征，以及不定冠詞“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)。僅僅是在互不相同的從屬權(quán)利要求中陳述某些措施的事實(shí)并不指示這些措施的組合不能有利地使用。權(quán)利要求書(shū)中的任何參考符號(hào)不是被理解為限制范圍。

參考符號(hào)列表

10半導(dǎo)體模塊

12絕緣柵雙極晶體管

14寬帶隙開(kāi)關(guān)

16igbt的第一端子

18igbt的第二端子

19aigbt的mos單元

19bwbg開(kāi)關(guān)的mos單元

20igbt的柵極

22n+摻雜區(qū)

24p摻雜區(qū)

26n基層

28n緩沖層

30p摻雜區(qū)

32n摻雜區(qū)

34wbg開(kāi)關(guān)的第一端子

36wbg開(kāi)關(guān)的第二端子

38wbg開(kāi)關(guān)的柵極

40n+摻雜區(qū)

42p摻雜區(qū)

44n基層

45n+摻雜層

46基板側(cè)

47二極管

48基板

50連接元件

52a、b、c線結(jié)合件

53帶式結(jié)合件

54柵極墊

56絕緣層

58,60柵極連接元件

61第一區(qū)域

62緊壓裝置

63第二區(qū)域

64緊壓裝置的第一端

66緊壓裝置的第二端

68彈簧單元

70板元件

72板

100疊層布置

101殼體