一种功率半导体模块桥臂单元的制作方法

1.本实用新型涉及功率半导体的设计技术领域，具体地涉及一种功率半导体模块桥臂单元。


背景技术：

2.原有的功率半导体模块布局中有较大的寄生电感，在使用高开关速度的碳化硅、氮化镓等宽禁带功率半导体器件时，可能产生较大的电压、电流过冲和振荡，导致系统电磁兼容问题，影响系统的安全工作。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例的目的是提供一种功率半导体模块桥臂单元，该桥臂单元能够降低功率半导体芯片的门极电压震荡。
4.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种功率半导体模块桥臂单元，包括：
5.衬底；
6.金属敷层，设置于所述衬底的上表面；
7.功率半导体芯片，设置于所述金属敷层上；
8.门极驱动电阻芯片，设置于所述金属敷层上，与所述功率半导体芯片连接且一一对应；
9.半导体阻容吸收芯片，设置于所述金属敷层上，且与所述金属敷层连接。
10.可选地，所述金属敷层包括第一金属子敷层，设置于所述衬底的上表面，所述第一金属子敷层包括相互垂直的横向部和纵向部；
11.所述横向部设置于所述衬底顶部附近，且与所述衬底的顶部边缘平行，所述第一金属子敷层的纵向部与所述横向部相互垂直，且连接于所述横向部远离所述衬底边缘的一端；
12.所述纵向部包括上半部和下半部，所述上半部连接于所述下半部和所述横向部之间，所述纵向部上设置有所述功率半导体芯片；
13.所述桥臂单元还包括：
14.输出功率端子，设置于所述横向部上；
15.上桥臂源极信号端子，设置于所述横向部上且位于所述横向部与所述纵向部的连接点附近。
16.可选地，所述金属敷层还包括第二金属子敷层，设置于所述衬底的上表面，且设置于所述横向部与所述纵向部连接处靠近所述衬底两侧边缘的一侧；
17.所述桥臂单元还包括上桥臂门极信号端子，设置于所述第二金属子敷层上。
18.可选地，所述金属敷层还包括至少两个第三金属子敷层，所述第三金属子敷层设置于所述纵向部的两侧，所述第三金属子敷层相互连接，且与所述第二金属子敷层连接；
19.所述纵向部的上半部的两侧的边缘和所述第三金属子敷层靠近所述纵向部的一
侧的边缘均为锯齿状，且相互间隙啮合；
20.所述门极驱动电阻芯片设置于所述第三金属子敷层的锯齿状的凸出部分上。
21.可选地，所述金属敷层还包括至少两个第四金属子敷层，所述第四金属子敷层沿着所述衬底的两侧的边缘设置，位于所述横向部所在的一侧的所述第四金属子敷层自所述横向部的底部沿着所述衬底的边缘延伸至所述衬底的底部边缘附近，位于所述第二金属子敷层所在的一侧的所述第四金属子敷层自所述衬底的顶部沿着所述衬底的边缘延伸至所述衬底的底部附近；
22.所述第四金属子敷层靠近所述第三金属子敷层的部分向内侧延伸以形成延伸部，所述功率半导体芯片还设置于所述延伸部上，且与所述门极驱动电阻芯片、所述第一金属子敷层连接；
23.所述半导体阻容吸收芯片设置于所述第四金属子敷层上；
24.所述桥臂单元还包括正极功率端子，设置于所述第四金属敷层的底部。
25.可选地，所述金属敷层还包括至少两个第五金属子敷层，所述第五金属子敷层设置于所述纵向部的下半部的两侧和所述第四金属子敷层之间，且所述第五金属子敷层的底部延伸至所述衬底的底部边缘附近；
26.所述桥臂单元还包括：
27.下桥臂源极信号端子，设置于所述第五金属子敷层上；
28.负极功率端子，设置于所述第五金属子敷层上靠近所述衬底的底部边缘处。
29.可选地，所述金属敷层还包括第六金属子敷层；
30.所述纵向部的下半部的内部设置有一裂隙，所述第六金属子敷层设置于所述裂隙中，所述功率半导体芯片设置于下半部上且位于所述裂隙的两侧；
31.所述门极驱动电阻芯片还设置于所述第六金属子敷层上，且与设置于所述下半部上的所述门极驱动电阻芯片一一对应连接；
32.所述桥臂单元还包括下桥臂门极信号端子，设置于所述第六金属子敷层的底部附近。
33.可选地，所述功率半导体芯片和所述门极驱动电阻芯片通过铝键合线、铜键合线、铝键合带、铜键合带、铜夹中的至少一者连接。
34.通过上述技术方案，本实用新型提供的一种功率半导体模块桥臂单元通过在衬底上设置多个门极驱动电阻芯片，且与功率半导体芯片一一对应连接，使得每个门极驱动电阻芯片能够单独吸收门极振荡电压，从而提高了功率半导体模块工作的稳定性。
35.本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
36.附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：
37.图1是根据本实用新型的一个实施方式的一种功率半导体模块桥臂单元的示意图。
38.其中：
39.01、衬底
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02、功率半导体芯片
40.03、门极驱动电阻芯片
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04、半导体阻容吸收芯片
41.05、输出功率端子
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06、上桥臂源极信号端子
42.07、上桥臂门极信号端子
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08、下桥臂源极信号端子
43.09、负极功率端子
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10、正极功率端子
44.11、第一金属子敷层
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11a、横向部
45.11b、纵向部
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12、第二金属子敷层
46.13、第三金属子敷层
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13a、延伸部
47.14、第四金属子敷层
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15、第五金属子敷层
48.16、第六金属子敷层
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20、下桥臂门极信号端子
具体实施方式
49.以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。
50.如图1所示是根据本实用新型一个实施方式的一种功率半导体模块桥臂单元的示意图。在该图1中，该桥臂单元可以包括衬底01、金属敷层、功率半导体芯片02以及门极驱动电阻芯片03。
51.在该图1中，金属敷层可以设置于衬底01的上表面。功率半导体芯片02可以设置于金属敷层上。门极驱动电阻芯片03可以设置于金属敷层上，其与该功率半导体芯片02连接且一一对应。在该如图1所示出的桥臂单元中，由于门极驱动电阻芯片03和功率半导体芯片02一一对应，使得每个功率半导体芯片02的振荡电压或电流均可以由对应的门极驱动电阻芯片03吸收，使得功率半导体模块内部的振荡电压和电流大大减小，从而提高了功率半导体模块工作的稳定性。
52.在本实用新型的一个实施方式中，如图1所示，该桥臂单元还可以包括半导体阻容吸收芯片04。该半导体阻容吸收芯片04可以设置于金属敷层上，且与该金属敷层连接。相对于传统功率半导体模块而言，在该实施方式中由于将半导体阻容吸收芯片04集成于功率半导体模块的内部，使得功率半导体芯片开关过程中的电压、电流过冲和振荡能够被抑制，并且半导体阻容吸收芯片04的安装方式与功率半导体模块生产工艺完全兼容，易于生产。而由于该半导体阻容吸收芯片04是直接安装于衬底01或金属敷层上，散热条件也会较好。
53.在本实用新型的一个实施方式中，如图1所示，该金属敷层还可以包括第一金属子敷层11。该第一金属子敷层11可以设置于衬底01的上表面，且该第一金属子敷层11可以包括相互垂直的横向部11a和纵向部11b。其中，横向部11a可以设置于衬底01的顶部附近，且与该衬底01的顶部边缘平行。第一金属子敷层11的纵向部11b可以与横向部11a相互垂直，且连接于横向部11a远离衬底01边缘的一端。纵向部11b可以包括上半部和下半部。其中，上半部可以连接于下半部和横向部11a之间，纵向部11b上可以设置有功率半导体芯片02。在该图1中，该桥臂单元还可以包括输出功率端子05和上桥臂源极信号端子06。该输出功率端子05可以设置于横向部11a上。该上桥臂源极信号端子06可以设置于横向部11a上且位于横
向部11a与纵向部11b的连接点附近。
54.在本实用新型的一个实施方式中，如图1所示，该金属敷层还包括第二金属子敷层12。该第二金属子敷层12可以设置于衬底01的上表面，且设置于横向部11a与纵向部11b连接处靠近衬底01两侧边缘的一侧。该桥臂单元还可以包括上桥臂门极信号端子07。该上桥臂门极信号端子07可以设置于该第二金属子敷层12上。
55.在本实用新型的一个实施方式中，如图1所示，该金属敷层还包括至少两个第三金属子敷层13。该第三金属子敷层13可以设置于纵向部11b的两侧。两个第三金属子敷层11b可以(通过连接线20)相互连接，且与第二金属子敷层12连接。纵向部11b的上半部的两侧的边缘和第三金属子敷层13靠近纵向部11b的一侧的边缘均可以为锯齿状，且相互间隙啮合。从而进一步缩小器件的体积。该门极驱动电阻芯片03可以设置于第三金属子敷层13的锯齿状的凸出部分上。
56.在本实用新型的一个实施方式中，如图1所示，该金属敷层还包括至少两个第四金属子敷层14。两个第四金属子敷层14可以沿着衬底01的两侧的边缘设置。位于横向部11a所在的一侧的第四金属子敷层14自横向部11a的底部沿着衬底01的边缘延伸至衬底01的底部边缘附近。位于第二金属子敷层12所在的一侧的第四金属子敷层14可以自衬底01的顶部沿着衬底01的边缘延伸至衬底01的底部附近。此外，第四金属子敷层14靠近第三金属子敷层13的部分向内侧延伸以形成延伸部13a。功率半导体芯片02还可以设置于该延伸部13a上，且与门极驱动电阻芯片03、第一金属子敷层11连接。半导体阻容吸收芯片04可以设置于第四金属子敷层14上。该桥臂单元还可以包括正极功率端子10。该正极功率端子10可以设置于第四金属敷层14的底部。
57.在本实用新型的一个实施方式中，如图1所示，该金属敷层还可以包括至少两个第五金属子敷层15。该第五金属子敷层15可以设置于纵向部11b的下半部的两侧和第四金属子敷层14之间，且第五金属子敷层15的底部可以延伸至衬底01的底部边缘附近。该桥臂单元还可以包括下桥臂源极信号端子08和负极功率端子09。该下桥臂源极信号端子08可以设置于第五金属子敷层15上。负极功率端子09可以设置于第五金属子敷层15上靠近衬底01的底部边缘处。
58.在本实用新型的一个实施方式中，如图1所示，该金属敷层还可以包括第六金属子敷层16。纵向部11b的下半部的内部可以设置有一裂隙，该第六金属子敷层16可以设置于裂隙中。该功率半导体芯片02可以设置于纵向部11b的下半部上且位于裂隙的两侧。该门极驱动电阻芯片03还可以设置于第六金属子敷层16上，且与设置于纵向部11b的下半部上的门极驱动电阻芯片03一一对应连接。该桥臂单元还可以包括下桥臂门极信号端子20。该下桥臂门极信号端子20可以设置于第六金属子敷层16的底部附近。
59.另外，对于上述连接线的具体形式，则可以是本领域人员所知的多种形式，包括但不限于铝键合线、铜键合线、铝键合带、铜键合带、铜夹等。
60.通过上述技术方案，本实用新型提供的一种功率半导体模块桥臂单元通过在衬底上设置多个门极驱动电阻芯片，且与功率半导体芯片一一对应连接，使得每个门极驱动电阻芯片能够单独吸收门极振荡电压；半导体阻容吸收芯片使得该桥臂单元在开关过程中的电压、电流过冲和振荡能够被抑制，从而提高了功率半导体模块工作的稳定性。
61.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的
包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。