[发明专利]具有可靠地切换可控半导体元件的半导体装置

说明书

本公开涉及具有可靠地切换可控半导体元件的半导体装置，包括：电路板，包括具有第一导体轨道和第二导体轨道的金属化层；以及多个单独的半导体芯片，每个均包括可控半导体元件、第一负载电极、第二负载电极和控制电极，各个半导体芯片的第一负载电极彼此电连接，各个半导体芯片的第二负载电极彼此电连接，并且各个半导体芯片的控制电极彼此电连接。第一导体轨道包括基底部分和第一、第二和第三部分，第三部分布置在第一和第二部分之间，并且第二导体轨道包括第一和第二部分。第二导体轨道的第一部分布置在第一导体轨道的第一和第三部分之间，第二导体轨道的第二部分布置在第一导体轨道的第二和第三部分之间。

技术领域

本公开涉及具有可控半导体元件的半导体装置。

背景技术

半导体装置(如功率半导体模块等)被广泛用于汽车、工业和消费电子应用，用于驱动负载、转换功率等。通常，这种半导体装置包括至少一个可控半导体元件，每个可控半导体元件均具有第一负载电极、第二负载电极、形成在它们之间的负载路径、以及用于控制负载路径的控制电极。为了实现高额定电流，该布置可以包括两个或更多个可控半导体元件，这些可控半导体元件并联电连接，使得它们的负载路径并联电连接，例如通过将第一负载电极彼此电连接以及通过将第二负载电极彼此电连接。任选地，控制电极也可以彼此电连接。在理想情况下，通过使用电线将公共控制电压(例如，由控制器提供)馈送给各个可控半导体元件来同步地操作并联电连接的两个或更多个可控半导体元件。

由于可控半导体元件的切换状态(例如，负载路径是导电还是阻塞)取决于其对应的控制电压，即，取决于控制电极的电位与例如对应可控半导体元件的第一负载电极的电位的差，所以流过电连接第一负载电极的线路的大电流可与该线的不可避免的欧姆电阻和/或电感组合导致不同可控半导体元件的第一负载电极处显著不同的电位。因此，可能存在不同可控半导体元件的切换状态彼此显著不同的情况。即，可能存在一些可控半导体元件的负载路径导电而剩余可控半导体元件的控制路径电阻塞的时刻。因此，通过其负载路径并联连接的可控半导体元件的负载电流以及由此负载电流引起的热负载和电负载在可控半导体元件之间不均匀地分布。由此，会减少负载较重的可控半导体元件的寿命。此外，不同的切换状态也可能由可控半导体元件之间的不希望有的体间振荡引起。

所描述的问题不限于对如基于碳化硅的半导体元件(例如，基于SiC的MOSFET或基于SiC的IGBT)的快速切换半导体元件的特别兴趣，因为目前存在的基于碳化硅的半导体芯片具有减小的占地面积，因此具有低额定电流，使得频繁要求并联电连接的基于碳化硅的半导体芯片。

需要一种半导体组件，以减少或避免当两个或更多个可控半导体元件的负载路径并联操作时可能出现的至少一个缺点。

发明内容

该半导体装置包括：电路板，包括具有第一导体轨道和第二导体轨道的金属化层；以及多个单独的半导体芯片，每个半导体芯片均包括可控半导体元件、第一负载电极、第二负载电极和控制电极，各个半导体芯片的第一负载电极彼此电连接，各个半导体芯片的第二负载电极彼此电连接，并且各个半导体芯片的控制电极此电连接。第一导体轨道包括基底部分以及第一部分、第二部分和第三部分，第三部分布置在第一部分和第二部分之间，并且第二导体轨道包括第一部分和第二部分。第二导体轨道的第一部分布置在第一导体轨道的第一部分和第三部分之间，第二导体轨道的第二部分布置在第一导体轨道的第二部分和第三部分之间，并且第一导体轨道的第三部分布置在第二导体轨道的第一部分和第二部分之间。多个半导体芯片的第一子集和第二子集布置在第二导体轨道的第一部分上，并且多个半导体芯片的第三子集和第四子集布置在第二导体轨道的第二部分上。第一子集和第二子集中的每个半导体芯片的第一负载电极经由至少一个第一电连接而电连接至第一导体轨道的第一部分，并且经由至少一个第二电连接而电连接至第一导体轨道的第三部分。此外，第三子集和第四子集中的每个半导体芯片的第一负载电极经由至少一个第三电连接而电连接至第一金属化层的第三部分，并且经由至少一个第四电连接而电连接至第一导电轨道的第二部分。