[发明专利]用作H－桥电路的功率半导体模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为H-桥电路的功率半导体模块，该H-桥电路由两个半桥电路组成。为了这个目的，该功率半导体模块具有四个功率半导体芯片。

背景技术

文件US 5,821,618公开了一种功率半导体模块，该功率半导体模块具有一绝缘外壳，在该外壳中多个金属安装板被排列在一个平面中并且彼此电绝缘。整流器电桥(rectifier bridge)的半导体开关被导电地安装在该金属安装板上。连接引线被电连接到半导体开关，至少一个连接引线被电连接到金属安装板。

所述功率半导体模块具有这些缺点，即多个连接引线作为引线引脚从所述外壳伸出并远离外壳，并且在一端被单独地固定在该外壳中，因此存在这些连接引线在机械负载的情况下从外壳脱落的风险，其危害该桥电路的可靠性。

再者，在US 5,821,618已经公知的该H-桥电路的机械结构需要将各种各样的功率半导体芯片装在一个专门的引线框架上。对于该已知的H-桥电路的机械结构，在这种情况下利用安装在彼此绝缘的引线安装板上的、两个分离的、形式为功率半导体芯片的下侧开关(low-side switches)和一对上侧开关(high-side switches)。为了这目的，该对上侧开关被安装在一中央引线安装板上，而该下侧开关被机械地和电学地固定在相对于该中央引线安装板横向设置的两个引线安装板上。通过功率半导体芯片的栅电极控制该H桥电路，伴随的结果是，为了专门应用，必须使用额外的外部驱动电路，这是不利的。

发明内容

本发明的一个目的是提供H-桥电路的改进的机械结构，其可以成本有效地生产并可以承受更高的机械负荷。而且，本发明用于使该H-桥电路的可靠性和该H-桥电路的可用性得到改进和扩展。

用独立的权利要求的主题的手段实现这目的。在从属权利要求中公开了本发明的有益的改良。

本发明提供一种作为H-桥电路的功率半导体模块，其具有四个功率半导体芯片和一半导体控制芯片。为了这个目的，这些半导体芯片布置在外壳中一引线平面的三个互相分离的大面积引线芯片接触区域上。为了这个目的，该引线平面具有设置在中央的引线芯片接触区，在其上布置该半导体控制芯片，以及相对于其横向布置的两个引线芯片接触区，在任何情况下在这两个芯片接触区上布置作为下侧开关的n型沟道功率半导体芯片和作为上侧开关的P型沟道功率半导体芯片。在这种情况下，所述n型沟道功率半导体芯片共同电连接到地电势，P型沟道功率半导体芯片电连接到分开的电压源。

按照本发明的该功率半导体模块有下列好处，即，与现有技术比较，其结果大大简化，因为包括n型沟道功率半导体芯片和P型沟道功率半导体芯片的半桥设置在各自的横向引线芯片接触区上，并且这两个半桥由中央引线芯片接触区上的中央半导体控制芯片控制，来实现全桥功能。同现有技术比较，这个额外的半导体控制芯片显著地提高了功能性和该功率半导体模块的使用可能性。

由于该五个半导体芯片可以安装在单个引线平面上，制造得以简化，结果是能利用便宜的引线框架。此外，因为提供了以大面积和机械方式固定到外壳上、且可在不需要机械敏感的引线引脚的情况下从外部访问的大面积引线芯片接触，该功率半导体模块的可靠性至少在机械性方面显著地被提高。

在一个该发明的优选方案中，为了在该中央半导体控制芯片和该四个在侧向设置的功率半导体芯片之间的控制信号传输，在半导体芯片的顶部上的接触区通过单独的接合导线电连接。根据本发明，这提高了H-桥电路的可控性，并能使该H桥电路的使用范围变化更大。

除在该功率半导体模块内部的信号传输和向半导体控制芯片外的信号传输以外，还假设在功率半导体芯片的顶侧上的大面积接触区，通过许多并联连接的接合导线连接到所述引线平面上的大面积引线接触区中相应的一个。

该多个接合导线使得可能在多个接合导线连接之间分配大面积接触区的电流负载，以便在功率半导体芯片的顶侧上和所述引线接触区，传导待在所述大面积接触区之间切换的电流，而不会发生热过载。

一种可选的可能性在于，通过接合带将该功率半导体芯片的顶侧上的大面积接触区连接到所述引线平面上相应的大面积引线接触区。这种接合带解决方案优于多个接合导线，结果是制造工艺简单化，尤其是因为接合导线连接的制作是一系列的操作，这一系列操作可以通过接合带组合以形成单个接合步骤。