[发明专利]功率半导体装置、功率模块组件及测量电流的方法

说明书

公开了一种功率半导体装置、功率模块组件及测量电流的方法。提出了一种封装集成的功率半导体装置，其包括耦接至电流路径的至少一个功率晶体管、电流测量装置以及封装件。电流测量装置与电流路径电绝缘并且磁耦接至电流路径。电流路径和电流测量装置被布置成使得电流测量装置能够感测流过电流路径的电流的磁场。功率晶体管、电流测量装置和电流路径被布置在封装件内部。此外，提出了一种包括封装集成的功率半导体装置的功率模块组件以及操作封装集成的功率半导体装置的方法。

技术领域

本公开内容涉及一种功率半导体装置、功率模块组件及测量电流的方法。

背景技术

为了适当地控制功率半导体装置及其所连接的负载，功率半导体装置需要电流测量。通常，为了测量功率半导体装置中的电流，使用外部电流感测元件，例如分流器或磁传感器元件(例如霍尔元件、xMR、开环或闭环磁换能器)。虽然传感器单元例如电流镜是用于集成的电流测量装置的常见解决方案，但传感器单元仅可以用于具有低于100V的标称阻断电压的单极低电压装置。在双极功率半导体装置例如IGBT中，由于传感器单元的线性差且精度有限，它们仅能够检测过载或短路情况。因此，诸如IGBT的双极功率半导体装置需要外部电流测量装置，这导致了工程工作量以及空间和成本的增加。

另外，内部电流测量装置不提供测量信号和负载电流的功能隔离。通常，功能上隔离的传感器仅可以以较高的成本获得，这使其与对成本敏感的应用例如家用电器、电动手持式工具等不兼容。

因此，需要包括内部电流测量装置的低成本功率半导体装置，该内部电流测量装置在功能上是隔离的。

内部电流测量装置需要测量负载电流，其中相应的电压以在若干kV/μs范围内的陡峭瞬变在正电源电压与负电源电压之间摆动。因此，随着功率半导体装置在陡峭的电流和电压瞬变下工作，还需要使内部电流测量装置的传感器信号与这些瞬变所产生的干扰隔离。

发明内容

为了解决上述问题，提出了一种封装集成的功率半导体装置，其包括耦接至电流路径的至少一个功率晶体管、电流测量装置以及封装件，其中，电流测量装置与电流路径电绝缘并且磁耦接至电流路径，其中，电流路径和电流测量装置被布置成使得电流测量装置能够感测流过电流路径的电流的磁场，并且其中，至少一个功率晶体管、电流测量装置和电流路径被布置在封装件内部。

在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流测量装置可以被布置成沿电流路径的长度延伸。

在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流测量装置可以被布置成至少部分地围绕电流测量装置。

在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流测量装置可以被布置成在三个侧至少部分地围绕电流测量装置。

在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，电流路径的一部分可以是U形的，并且电流测量装置可以被布置在电流路径的U形部分内部。

在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，至少一个功率晶体管和电流测量装置可以布置在分开的管芯焊盘上。

在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，可以布置有电流测量装置的管芯焊盘可以耦接至参考电位。

在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，封装件可以包括电绝缘的模料，其中，模料可以在电流测量装置和电流路径之间提供电绝缘。

在一些实施方式中，封装集成的功率半导体装置还可以包括导热绝缘体，并且封装件、至少一个功率晶体管和电流路径可以被布置在导热绝缘体上。

在封装集成的功率半导体装置的一些实施方式中，导热绝缘体可以包括无机材料，该无机材料包括以下材料中的至少一种：SiO₂、Al₂O₃、AlN和Si₃N₄。