[发明专利]功率半导体模块衬底

说明书

本发明揭示了一种功率半导体模块衬底。功率半导体模块衬底包括：第一功率金属敷层、第二功率金属敷层、第三功率金属敷层、第四功率金属敷层、以及辅助金属敷层，该辅助金属敷层形成于第一功率金属敷层与第二功率金属敷层之间以及第三功率金属敷层与第四功率金属敷层之间，在该辅助金属敷层上形成有栅极信号端子，辅助金属敷层在晶体管芯片和二极管芯片的排列方向上延伸，至少延伸至与排列方向上位于最边缘处的晶体管芯片的控制电极正对的位置。根据本发明，能够通过合理的驱动回路布置从而减小并联芯片的杂散电感和不均程度。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体模块衬底。

背景技术

在功率半导体芯片中，通常都会用到晶体管芯片。对于具有控制端的晶体管芯片，功率模块内部驱动电路的示意图如图3所示。其中，Cg1、Cg2、Cg3分别代表并联的三块晶体管芯片的栅极电容，芯片的通流能力由栅极电容上的电压决定。Tg和Te为功率半导体模块与外部驱动电路连接的端口，用于接收驱动信号。Rg0和Lg0分别为芯片驱动回路公共部分的杂散电阻和杂散电感。Rg1、Lg1和Rg2、Lg2和Rg3、Lg3分别为三块晶体管芯片因位置分布导致的单独的杂散电阻和杂散电感。功率半导体模块开通过程中，加在Tg和Te上的驱动电压由特定的负值升高至正值，导致栅极电容两端电压上升，使通过晶体管功率端子的电流上升，晶体管开通；功率半导体模块关断过程中，加在Tg和Te上的驱动电压由特定的正值降低至负值，导致栅极电容两端电压下降，使通过晶体管功率端子的电流下降，晶体管关断。

若模块驱动回路中杂散电感值较大，在模块开关过程中容易引起杂散电感与芯片栅极电容之间的电压振荡，若开通过程中栅极电容两端的电压因振荡低于使芯片开通的阈值电压，则可能引起芯片误关断；若关断过程中栅极电容两端的电压因振荡高于使芯片关断的阈值电压，则可能引起芯片的误开通。以上两种情况均不利于功率半导体模块的可靠工作。栅极电容由芯片本身决定，在功率模块设计时应尽量减小驱动回路的杂散电感，降低高开关速度下误开通和误关断的风险。

若并联芯片的杂散参数不一致，则会导致在开关过程中栅极电容充放电速度不一致。从而引起开关过程中通过芯片的功率电流的不均，导致并联的芯片上损耗的不一致，最终反映在芯片的温度差异上。在功率模块满功率工作的情况下，因芯片电流分布不均引发的过温和过流可能引起半导体元件的失效，影响模块的可靠性和输出功率。

因此，通过合理的驱动回路布置从而减小并联芯片的杂散电感和不均程度就变得越来越迫切。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种实现功率模块驱动电路的低杂散电感和不同芯片间杂散电感的均衡的功率半导体模块衬底。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种功率半导体模块衬底，包括：

第一功率金属敷层，在该第一功率金属敷层上按两排平行排列有属于第一桥臂开关的N个晶体管芯片和N个二极管芯片，N为正整数；

第二功率金属敷层，在该第二功率金属敷层上形成有第一发射极信号端子；

第三功率金属敷层，在该第三功率金属敷层上按两排平行排列有属于第二桥臂开关的N个晶体管芯片和N个二极管芯片；

第四功率金属敷层，在该第四功率金属敷层上形成有第二发射极信号端子；以及

辅助金属敷层，该辅助金属敷层形成于第一功率金属敷层与第二功率金属敷层之间以及第三功率金属敷层与第四功率金属敷层之间，在该辅助金属敷层上形成有栅极信号端子，

辅助金属敷层在晶体管芯片和二极管芯片的排列方向上延伸，至少延伸至与排列方向上位于最边缘处的晶体管芯片的控制电极正对的位置。

优选地，二极管芯片与栅极信号端子的距离大于晶体管芯片与栅极信号端子的距离。