[发明专利]具有短路失效模式的功率半导体模块

说明书

功率半导体模块（10）包括：基板（12）；包括Si衬底的Si芯片（16a），该Si芯片（16a）附接到基板（12）；利用第一压销（24a）紧压Si芯片（16a）的第一金属预制件（22a）；宽带隙材料芯片（16b），其包括宽带隙衬底和在该宽带隙衬底中提供的半导体开关（28b），该宽带隙材料芯片（16b）附接到基板（12）；以及利用第二压销（24b）紧压宽带隙材料芯片（16b）的第二金属预制件（22b）；其中Si芯片（16a）和宽带隙材料芯片（16b）经由基板（12）并且经由第一压销（24a）和第二压销（24b）并联连接；其中第一金属预制件（22a）适合于在被过电流加热时形成通过Si芯片（16a）的传导路径；并且其中第二金属预制件（22b）适合于在被过电流加热时形成通过宽带隙材料芯片（16b）的暂时的传导路径或开路。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件的领域。特别地，本方面涉及用于这种器件的功率半导体模块。

背景技术

诸如转换器、电驱动器、STATCOMS之类的功率半导体器件通常由多个功率半导体模块组装而成，所述多个功率半导体模块中的每个机械且电连接一个或多个功率半导体元件。在高压DC应用中，通常需要多个功率半导体模块串联连接来满足高压和高电流要求。在失效（failure）情况下变成永久传导的功率半导体模块在这种串联连接中可具有很大优势。

在具有基于Si（硅）的半导体元件的半导体模块中，可以在Si芯片的电极上提供金属预制件（preform），该金属预制件适合于与芯片的Si材料形成低熔点共晶合金并且创建传导路径来运输全电流负载通过失效点。例如，在相对低的温度（577℃），Si与Al（铝）之间的共晶反应实现这样的固有失效补偿。

例如，EP 0989611 A2和EP 2 503 595 A1涉及具有基于Si的半导体芯片的功率半导体模块，该半导体芯片是在能够与芯片的Si材料形成共晶合金的两个层之间提供。

具有基于SiC（碳化硅）和其他宽带隙衬底的半导体元件的半导体模块由于它们的高阻断能力而越来越多地在高压应用中被采用。

WO 2016/062 426 A1示出了具有并联连接的Si芯片12和SiC芯片的半导体模块。按压器件用于压到Si芯片上。提到了这促进短路失效模式的预备。

WO 2013/004 297 A1示出了具有诸如IGBT的若干半导体器件的半导体模块，通过弹性元件将金属层压到半导体器件上。在熔化时，该金属层适合于与半导体器件的材料形成合金。

WO2012/107 482 A2示出了具有多个基于硅的半导体芯片的半导体模块，在该半导体芯片中的每个之上提供由Al制成的第一预制件和由Mo制成的第二预制件。提到了第一金属预制件与芯片之间的共晶合金的形成。

发明内容

本发明的目的是提供基于宽带隙半导体元件的紧凑、稳固且不太复杂的功率半导体器件。

该目的由独立权利要求的主题来实现。另外的示范性实施例从从属权利要求和下面的描述显而易见。

本发明涉及功率半导体模块。在此以及在下面，术语“功率”可涉及处理超过10A和/或超过1.000V的电流的能力。功率半导体模块一般可以是机械支承诸如晶体管、晶闸管、二极管之类的一个或多个功率半导体元件且为其提供端子的器件。一般来说，功率半导体模块可包括提供端子的壳体，其中容纳一个或多个功率半导体元件。

根据本发明的实施例，功率半导体模块包括基板，其可以完全导电或至少包括导电层。

此外，功率半导体模块包括：包括Si衬底的Si芯片，该Si芯片附接到基板；以及利用第一压销紧压Si芯片的一侧的第一金属预制件。例如，Si芯片可以熔接、烧结或焊接到基板。第一金属预制件可以直接紧压Si芯片。必须注意，用于将第一金属预制件接合到Si芯片和/或Si芯片上的电极层的接合层可以视为Si芯片的一部分。第一压销可以具有与第一金属预制件不同的材料。