[发明专利]具有集成电流传感器的功率模块

说明书

技术领域

本申请涉及功率模块，并且更具体地涉及具有集成电流传感器的功率模块。

背景技术

在功率模块中对用于测量负载电流的磁阻或霍尔传感器的集成呈现几个挑战。例如，传感器必须被放置在正确位置以实现必要的准确度。在差分霍尔传感器的情况中，传感器的两个霍尔板必须都定位在生成要测量磁场的电流轨的侧面上。而且，磁阻和霍尔传感器必须与模块的其它部件电流隔离。电流隔离通常通过把附加陶瓷结构添加到功率模块来实现。这样的结构在功率模块的产生中呈现高复杂性。下层模块衬底和用于传感器的陶瓷隔离结构之间的附着必须非常坚固以实现可靠性要求，诸如热冲击、热循环和功率循环。

发明内容

根据功率模块的实施例，功率模块包括：具有金属化侧面的第一衬底；第二衬底，与第一衬底分离放置并且具有面对第一衬底的金属化侧面的金属化侧面；和半导体管芯，插入在第一和第二衬底之间。半导体管芯具有连接到第一衬底的金属化侧面的第一侧面和连接到第二衬底的金属化侧面的相对的第二侧面。功率模块进一步包括传感器，连接到第一衬底的金属化侧面并且与第二衬底的金属化侧面电流隔离。传感器与第二衬底的金属化侧面的第一金属区对齐以便传感器能够测量由第一金属区生成的磁场。

根据制造功率模块的方法的实施例，方法包括：把半导体管芯的第一侧面附着到第一衬底的金属化侧面，并且把半导体管芯的相对的第二侧面附着到第二衬底的金属化侧面，其中半导体管芯插入在第一和第二衬底之间；以及把传感器附着到第一衬底的金属化侧面，以便所述传感器与第二衬底的金属化侧面电流隔离并且与第二衬底的金属化侧面的第一金属区对齐。

根据感测在功率模块中流动的电流的实施例，方法包括：切换半导体管芯使得电流在第二衬底的金属化侧面的与所述传感器对齐的第一金属区中流动，在第一金属区中流动的电流对应于在切换期间穿过半导体管芯流动的电流；通过传感器感测由第一金属区响应于穿过第一金属区流动的电流而生成的磁场；以及生成对应于由传感器所感测的磁场的信号。

通过阅读后面的详细描述以及通过观看附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。

附图说明

图中的部件不一定按比例，相反地，重点放在图示本发明的原理。此外，在图中，相似的参考数字指定对应的部分。在附图中：

图1图示了具有集成电流传感器的功率模块的实施例的截面视图；

图2图示了具有集成电流传感器、模制化合物和散热器的功率模块的实施例的截面视图；

图3图示了具有集成电流传感器的功率模块的另一实施例的截面视图；

图4图示了具有集成电流传感器的功率模块的再另一实施例的截面视图；

图5图示了具有集成电流传感器和散热器的功率模块的实施例的截面视图；

图6A和6B图示了具有用于在具有集成电流传感器的功率模块中使用的不同导电区的下和上衬底的实施例的相应的俯视图；以及

图7图示了由包括在封装中的部件实现的半桥变流器电路的示例性电路图，该封装由图6A和6B的下和上衬底实现。

具体实施方式

根据本文中描述的实施例，在不针对传感器添加另外的隔离结构的情况下，电流隔离传感器被集成到具有双侧冷却的功率模块中。例如，传感器可以插入在两个陶瓷衬底之间，每个陶瓷衬底具有相对的金属化侧面。这样的模块构造供给了双侧热路径用于耗散由包括在模块中的每个开关中的损耗产生的热量，从而减小模块的热阻并且因此增加模块的性能（例如最大功率和功率密度）。传感器可以放置在任一陶瓷衬底上，并且由传感器感测的电流轨放置在相对的衬底上。传感器与电流轨分离放置以确保足够的电流隔离。金属块（诸如夹具）可以用于调整电流轨和传感器之间的距离。