专利名称：一种良好温度特性的整流模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体整流模块性能改进和相应的内部结构设计方式，属于半导体整流器领域。
背景技术：
以往的半导体整流管及大电流整流模块，大量使用的都是硅二极管，它们的正向导通特性都是负温度系数特性。也就是说，随着温度升高，二极管的正向电压降会下降。例如，整流二极管常温下开始使用时管压降是0. 7V，用了几个小时后，由于温度升高，有可能管压降变为0.6V。这样的管压降变化在单管使用情况下，对设备影响不大。而在大电流设备上，因电流大，需要多管并联使用。各管在设备上的散热情况又不相同，有的温度高，有的温度低，温度高的管子因负温度特性，管压降变小，即内阻变小，造成电流变大。而电流变大的管子又进一步使温度升高，形成恶性循环，最终有可能造成这个管子因过大的电流而烧毁。这一个大电流下整流模块并联使用的麻烦问题，一直没能很好解决，各整流模块制造厂商和使用方都为此感到是一个难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在上述半导体整流模块基础上，提供一种使封装在模块内的硅整流二极管单元的负温度特性，从外部看来表现的不那么明显，而且设计模块时，可以调节补偿特性，得到希望的正或负的温度特性。本发明为解决上述技术问题，对整流模块内部的二极管硅芯片的连接铜件，有意设计成比较大的电阻。连接铜件的结构改为多条细铜条、增大电阻值，用铜条电阻的正温度系数去抵消硅片P-N结的负温度系数，使整流管单元的温度特性改良。调节多条细铜条数量或尺寸，可能获得具备补偿温度特性的整流模块。所述连接件的材料也可以采用铝丝或窄铝带，采用超声焊接方法连接，并对连接材料改变数量或尺寸对电阻作调整。经过温度补偿的整流模块可以稳定可靠地使用在需要并联以获得大电流的场合， 大大推进模块的并联使用领域。并联使用整流模块的好处是模块的品种可减少，便于生产和使用；模块的热量可分散，便于整机设计；模块一旦损坏的更换费用可大幅度减低。而且在设计方法上，对具有整流特性的任何半导体功率器件，例如用于逆变的IGBT、IPM等器件，内部都有续流二极管；如果要适应并联使用，为了器件之间的电流均衡，都可以利用连接到芯片的铜件电阻正温度系数特性，并改进连接铜件的结构，使他成为可调节的正温度系数电阻，它与整流元件串联使用，从而获取器件的温度补偿。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是普通单桥臂整流模块的电路原理图。图2是本发明用模块内部连接铜件形成补偿电阻后的模块等效电路原理图。图3是普通单桥臂整流模块作本发明改进后的内部结构立体图。图4是整流管在20°C和120°C正向导通曲线示意图。图5是整流管增加内部补偿铜电阻后的20°C正向导通曲线示意图。图6是整流管增加内部补偿铜电阻后的120°C正向导通曲线示意图。
具体实施例方式图1是一个普通单桥臂整流模块的电路原理图，其中1是交流输入端，2是直流输出端，3是直流返回端，Dl和D2是硅整流二极管。其中一个整流二极管Dl在常温20°C下的正向伏安特性如图4曲线A。当使用一段时间，温度升高到120°C后，由于硅P-N结的负温度特性，使它的正向特性变为图4曲线B。本发明的特点是在整流模块内部的二极管硅芯片的连接铜件上，有意设计成比较
大的电阻。根据电阻与导体长度、截面积、电阻率的基本公式R = P.，让连接铜件的结构改
为多条细铜条，用铜条电阻的正温度系数去抵消硅片P-N结的负温度系数，使整流管单元的温度特性改良，最终的等效电路如图2所示。在图2中，两个二极管先看一个就可以了，连接铜件的电阻Rl与Dl串联，它们在温度升高后，Rl为正温度特性、压降增加；Dl为负温度特性，压降减小。共同作用的结果，其整流二极管单元的特性随温度变化就不那么明显。调整Rl的电阻值，可以获得过补偿或欠补偿，或者几乎全补偿。过补偿后呈现正温度特性，欠补偿后呈现负温度特性。图3是普通单桥臂整流模块作本发明改进后的内部结构示意，1、2、3同图1、2的含义一样，1是交流输入端，2是直流输出端，3是直流返回端。硅整流二极管D1、D2图中用 6、7表不。整流桥内部有连接铜件4和5，它们相当于图2中的电阻Rl、R2，以前连接铜件的结构都是用大块铜件连接的，而现图中已改为多条细铜条，用铜条电阻的正温度系数去抵消硅片P-N结的负温度系数，使二极管单元的温度特性改良。调节连接铜件多条细铜条数量或尺寸，能实现补偿后的各种温度特性。例如。选用较大的铜电阻可以过补偿，出现总体为正温特性，较小的的铜电阻可以欠补偿，出现总体为负温特性。上述连接件的材料也可以采用铝丝或窄铝带，采用超声焊接方法连接，并对连接材料改变数量或尺寸对电阻作调整。更为详细的分析见图4、5、6，图4曲线A表示二极管在20°C时的伏安特性。例如， 图中100A时管压降0. 7V，当温度升高后，由于P-N结的负温度特性，变为曲线B。这时的 100A，管压降变为0. 6V，这样的变化对于二极管并联使用不利。本发明在整流模块内部的二极管硅芯片的连接铜件上，有意增加铜件的电阻。图 5中①是原来20°C时二极管特性曲线，②是增加的铜电阻曲线，它们的合成曲线是③。例如假定100A时的曲线③总压降为0. 85V。图6中，当温度升高到120°C，④是120°C时二极管特性曲线，它因负温特性，比20°C时曲线向左移了些；⑤是铜电阻曲线，它因正温特性，比20°C时曲线向右移了些，它们的合成曲线是⑥。如果配合得好，100A的总压降还在为0. 85V附近，得到了较好补偿。
扩展本发明的设计思想，即二极管硅芯片的连接铜件上，有意增加铜件的电阻的方法。对具有整流特性的任何半导体功率器件，例如用于逆变的IGBT、IPM等器件，内部都有续流二极管。如果要适应并联使用，为了器件之间的电流均衡，都可以采用连接到芯片铜件的电阻正温度系数特性，改进连接铜件的结构，使他成为可调节的正温度系数电阻，与整流元件串联使用，从而获取器件的温度补偿。
权利要求
1.一种良好温度特性的整流模块，其特征在于在结构上连接到整流模块内部二极管芯片的连接铜件，有意地设计成比较大的电阻；连接铜件的结构改为多条细铜条，用铜条电阻的正温度系数去抵消硅片P-N节的负温度系数，使整流管单元的温度特性改良，以利于不同批次整流管芯片制成的模块并联使用。
2.根据权利要求1一种良好温度特性的整流模块，其特征在于调节连接铜件多条细铜条数量或尺寸，改变电阻值能实现补偿后的各种温度特性；例如，选用较大的铜电阻可以过补偿，出现总体为正温特性；较小的的铜电阻可以欠补偿，出现总体为负温特性。
3.根据权利要求1一种良好温度特性的整流模块，其特征在于所述连接件的材料也可以采用铝丝或窄铝带，采用超声焊接方法连接，并对连接材料改变数量或尺寸对电阻作调整。
4.根据权利要求1一种良好温度特性的整流模块，对具有整流特性的任何半导体功率器件，例如用于逆变的IGBT、IPM等器件，如果要适应并联使用，为了器件之间的电流均衡， 都可以采用器件内部连接到芯片的铜件电阻正温度系数特性，改进连接铜件的结构，使铜件成为可调节的正温度系数电阻，与整流元件串联使用，从而获取整流器件的温度补偿。
全文摘要
本发明涉及半导体整流模块温度特性的改善，在整流模块内部的二极管硅芯片的连接铜件上，有意设计成比较大的电阻。连接铜件的结构改为多条细铜条，用铜条电阻的正温度系数去抵消硅片P-N节的负温度系数，使整流管的温度特性改良。调节连接铜件多条细铜条数量或尺寸，能获得具备补偿温度特性的整流模块。这样的整流模块可以稳定可靠地使用在需要并联获得大电流的场合。
文档编号H01L23/522GK102237346SQ20101016128
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者刘永言 申请人:成都深蓝高新技术发展有限公司