[发明专利]具有故障保护的半导体组合件

说明书

描述了半导体组合件和设备。在一个示例中，半导体组合件包括第一功率端子；第二功率端子；状态改变触发端子；以及半导体装置，所述半导体装置包括第一端子和第二端子。第一功率端子电连接到半导体装置的第一端子，并且第二功率端子电连接到半导体装置的第二端子。状态改变触发端子连接到半导体装置，并且配置成将能量传递到半导体装置以促使其状态中的改变，使得在第一端子和第二端子之间形成永久传导路径。

本发明涉及半导体组合件、包括这类组合件的设备及其操作方法。

背景技术

一个或多个半导体装置可以被容纳在壳体内以形成半导体组合件。壳体执行若干功能，例如，它保护半导体装置免受由于诸如湿度/潮湿或物理冲击之类的环境状况而导致的损害。此外，壳体可以通过将装置封装在绝缘材料中而使装置电隔离。通常，壳体还通过提供连接到半导体装置的端子的电端子来允许从半导体装置到其它电气组件的控制的电连接。壳体还可以充当散热器，以散发装置中产生的多余热量，特别是对于设计用于大功率应用中的半导体装置而言。

在一些半导体壳体中，使用引线接合在半导体装置的端子与壳体的端子之间进行连接，其中在半导体装置的端子与壳体的端子之间连接小的引线。在一些壳体中，半导体装置的端子直接焊接到壳体的端子。在其它壳体中，半导体装置的端子不与壳体的端子接合，而是通过对封装的外部施加力而保持物理和电接触。

用于半导体装置的壳体包括压装（press-pack）和平装（flat pack）壳体。在图1中示出了现有技术的压装100的示例，其示出了半导体装置102和壳体104的横截面。半导体装置102包括三个端子，其中两个是端子106、108，它们如下所述的那样连接到壳体的功率端子，并且其中一个是控制或栅极端子110。半导体装置102包括半导体材料118。在该示例中的半导体装置102可以是半导体开关装置，例如功率半导体装置，例如晶闸管、GTO（栅极关断晶闸管）、IEGT（注入增强型栅极晶体管）、IGCT（集成栅极换向晶闸管）、晶体管、IGBT（绝缘栅双极晶体管）、TRIAC（也称为双向三极晶闸管）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。然而，在其它示例中，可以在压装中使用其它半导体装置，例如二极管（其缺少栅极端子）。在该示例中，半导体装置的端子106、108、110连接到压装的端子112、114、116。压装壳体具有三个对应的端子，两个功率端子112、114和控制或栅极端子116。功率端子112、114与栅极端子116相比具有大得多的横截面接触面积，因此它们与控制/栅极端子116相比能够承载更大的电流。功率端子112、114的大横截面导致较低的电阻。通常，这种压装100在高压下被组装和夹紧以实现良好的电接触。

这样的半导体组合件可以适于供高功率应用中使用，例如，供用来改变功率源的电压电平和/或用来在直流（DC）和交流（AC）之间传输功率的转换器中使用。高压直流（HVDC）转换器的示例是模块化多电平转换器（MMC），它是一类具有可扩展拓扑的电压源转换器（VSC），其可以设计为在高压下操作。MMC可以提供出色的谐波性能，并且与定时控制的相对容易结合的这些优点使MMC成为许多正在进行的研究和开发的主题。

MMC VSC转换器可包括至少一个（通常是三个并行的）相臂（phase limb），每个臂包括两个阀。每个阀由多个子模块组成，每个子模块包括储能元件，通常是电容器。布置子模块，使得其中的储能元件可以切进或切出与阀中的其它储能元件的串联连接。

为了响应来自MMC的有功和/或无功功率需求，控制由每个子模块供应的能量和电压。

如上所述，包括半导体装置的半导体组合件可用于MMC的子模块的控制，并可用于切换储能元件。半导体壳体（诸如压装）可能适于此类用途，因为它们能够切换高功率储能元件并支持大电流。