[发明专利]具有改进几何形状的堆叠连接板的功率半导体装置

说明书

本发明涉及功率半导体装置，具有多个并联连接的、布置成一排的功率半导体开关元件，每个功率半导体开关元件具有用于负载电流输入的和用于负载电流输出的负载电流接头，相同负载电流方向的负载电流接头布置在一个共同的假想线上，功率半导体装置在每个负载电流方向上具有连接板以分别用于负载电流输入和负载电流输出的相同负载电流方向的所有负载电流接头的共同电接触和固定，借助于在相同负载电流方向的相邻负载电流接头之间延伸的狭槽将至少一个连接板多次开槽，使得连接板分别形成由狭槽限定的分别对应于一个负载电流接头的区段，相邻的区段仅在馈电侧导电地连接；和/或连接板中的至少一个沿纵向边缘朝另一连接板的方向通过构造角部而弯边。

技术领域

本发明涉及电力电子学领域。本发明涉及一种功率半导体装置，其具有多个并联连接的相似的功率半导体开关元件，这些功率半导体开关元件优选相同地构造并且布置成行。每个开关元件设置有用于负载电流输入的负载电流接头和用于负载电流输出的负载电流接头。为了快速且低损耗地切换电流，在能源技术、成型技术和传输技术中通常使用功率晶体管，特别是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。为了能够接通高电流(特别是大于等于1kA的数量级)，在此大量单个功率半导体元件(以下也称为功率晶体管)并联电连接。在此，功率晶体管通常组合在模块中，这尤其可在安装和更换时简化处理，允许限定且优化的冷却，用于一系列安全方面等。在此，在模块内，元件组或子模块通常由所述多个功率晶体管的一部分形成。

背景技术

就功率半导体装置的开关特性而言，通常希望尽可能快地接通或断开电流。特别是在压控功率晶体管的情况下(其中借助于施加在第一功率电极和控制电极之间的控制电压可在第一功率电极和第二功率电极之间接通电流)，这尤其受到电感效应的阻碍。这些电感效应不仅影响控制电压而导致有效控制电压与预定控制电压的偏差，而且还影响负载电流耗散和负载电流输入。

由此，由于所谓的互感，由流过其余功率晶体管的时变电流进一步产生电感影响。此外，在电流流经的导体中，从而也在负载电流接头的周围形成磁场。在接头中流动的电流促使形成磁通量。这些磁场如何在载流导体周围的空间中传播以及由此产生的磁通量变得多大取决于周围环境的磁特性。在此，不仅周围环境中的材料的磁特性，而且由其他负载电流接头引起的额外磁场的存在也起到决定性作用。通过至少两个功率半导体开关元件的并联连接产生对各个引导负载电流的路径的磁性影响，使得其电感可能剧烈变化。这导致不均匀的电流分布，也称为不对称电流分布，尤其是在开关瞬间，从而整个功率半导体装置的开关特性都受到这种影响。

事实表明，可借助功率半导体开关元件的接触方式通过以下方式来解决电流不对称的问题，即，例如可通过接头舌片的不同几何构造和/或通过一个或多个功率半导体开关元件的单独屏蔽来使电感“对称”，并且可大大消除在功率半导体开关元件开关期间的电流不对称性。

然而，此外也已表明，所谓的集肤效应会导致电流分布不均匀，特别是在开关过程期间有高频电流分量的情况下，因为高频电流分量的散布靠近表面并且特别是靠近边缘。在每个负载电流方向通过公共连接板接触的多个功率半导体开关元件中，这导致位于外部的功率半导体开关元件具有较高的总换向电感，位于内部的功率半导体开关元件具有较低的总换向电感。

发明内容

在此背景下，现在本发明所基于的目的在于，提供一种功率半导体装置，其具有多个并联连接的、优选为构造相同的且布置成一排的功率半导体开关元件，其开关特性得到改善，特别是其中各个功率半导体开关元件的开关特性更好地彼此适配。该目的通过根据本发明所述的功率半导体装置来实现。应注意的是，权利要求中单独列出的特征可以任何技术上有意义的方式相互组合并且表明本发明的其他设计方案。特别是结合附图的说明附加地表征和指定了本发明。