[发明专利]一种多芯片并联的半桥型IGBT模块

说明书

本发明公开了一种多芯片并联的半桥型IGBT模块，所述模块包括导热底板及陶瓷覆铜基板，陶瓷覆铜基板上设置芯片和用于连接的键合导线，芯片组成上桥臂和下桥臂，每个桥臂包含至少两颗IGBT芯片，每颗IGBT芯片附带续流二极管形成一个IGBT芯片单元，组成每个桥臂的IGBT芯片单元在陶瓷覆铜基板上纵向并列排列，每个桥臂的全部IGBT芯片的栅极指向相同方向，每个IGBT芯片的栅极都是通过独立的键合导线连接至覆铜基板上的栅极键合点上并最终通过覆铜或者键合导线连接到相应的上桥臂和下桥臂的栅极铜条上。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体来说涉及一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块内部多芯片并联的电流均衡设计和实现方法。

背景技术

IGBT不但可以耐受高压和提供大电流，而且控制方便，是电机控制、电源逆变的重要功率器件。IGBT单芯片，由于受到芯片尺寸的限制，单颗芯片的输出电流通常不会超过200A。为了控制更大的功率，可以通过在功率模块内部，进行多个IGBT芯片的并联，来得到数百甚至数千安培的输出电流。因此，IGBT模块，尺寸灵活多变，可以集成多颗IGBT芯片，来获得大电流输出能力，在工业领域得到了广泛的应用。但是，由于芯片本身的几何尺寸，以及功率模块内部连线和互联区域的限制，会带来功率模块内部较大的分布电感。这就会导致多颗并联的IGBT芯片，在开通和关断时，每一颗IGBT芯片各自所承担的电流产生不均衡。严重时，当个别芯片承担的电流将远超过其它芯片，设备运行时，IGBT的连续开通过，关断，将导致其结温将远高于其它承担电流较低的芯片。在这种情况下，IGBT芯片在开关时承担高电流的芯片，将由于其结温的高企而大大降低可靠性，容易造成模块的早期损坏。因此，如何在IGBT模块的设计过程中，平衡并联芯片的承担电流，就变得十分重要。

发明内容

本发明的目的是在多芯片并联的功率模块内部，平衡每颗芯片的栅极控制回路和功率回路的分布电感，从而达到在模块开通时，每颗芯片承担的电流基本平衡，而模块在关断时，每颗芯片承担的电压也基本平衡。

本发明采用以下手段实现以上所述的目的：

一种多芯片并联的半桥型IGBT模块，其特征在于，所述模块自下而上包括导热底板及陶瓷覆铜基板，陶瓷覆铜基板上设置芯片和用于连接的键合导线以及模块的输出端和正负极，陶瓷覆铜基板上的芯片包括IGBT芯片和附带的续流二极管，每颗IGBT芯片连同附带的续流二极管形成一个IGBT芯片单元，至少两个IGBT芯片单元组成一个桥臂，每个所述半桥型IGBT模块包含两个桥臂，分别称为上桥臂和下桥臂，组成每个桥臂的IGBT芯片单元在陶瓷覆铜基板上沿纵向并列排列，每个桥臂的全部IGBT芯片的栅极与键合导线的键合点指向相同方向，下桥臂的IGBT芯片的发射极和续流二极管的阳极通过键合导线连接至覆铜基板上的下桥臂发射极铜条上并最终连接到模块的负极，上桥臂的IGBT芯片的发射极和续流二极管的阳极通过键合导线连接至覆铜基板上的上桥臂发射极铜条上并最终连接到下桥臂IGBT芯片的集电极以及模块的输出端，每个IGBT芯片的栅极通过键合导线连接到覆铜基板上的栅极铜条上并最终连接到模块的信号端子，其中每个IGBT芯片的栅极都是通过独立的键合导线连接至覆铜基板上的栅极键合点上并最终通过覆铜或者键合导线连接到相应的上桥臂和下桥臂的栅极铜条上。

在以上模块中，优选地，上桥臂的IGBT芯片并联结构与下桥臂的IGBT芯片并联结构关于模块中心点成对称结构。

在另一个优选实施方案中，上下桥臂的发射极铜条的长度不超过每个桥臂的最外侧的IGBT芯片的外侧边缘位置，并且连接最外侧IGBT芯片的发射极和续流二极管的阳极与发射极铜条的键合导线中有至少50%是采用了叠层键合的设置。更进一步，发射极铜条最外端的位置比最外侧IGBT芯片外缘缩进了IGBT芯片宽度的30-60%。

优选地，每个桥臂的靠最内侧的至少一个IGBT芯片单元的IGBT芯片与续流二极管的排列位置与其它IGBT芯片单元的IGBT芯片与续流二极管的排列位置相反。