大功率半導體電路的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大功率半導體電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在由現(xiàn)有技術(shù)已知的大功率半導體裝置中，通常在基板上布置有多個大功率半導體結(jié)構(gòu)元件，例如大功率半導體開關(guān)和二極管并且借助基板的導電層以及焊線和/或薄膜復合層相互導電地連接。對此，大功率半導體開關(guān)通常以晶體管、例如IGBTs (InsulatedGate Bipolar Transistor)或者 MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)的形式存在。
[0003]對此，布置在基板上的大功率半導體結(jié)構(gòu)元件通常電聯(lián)接到單個或多個所謂的半橋電路，該半橋電路例如用于整流和逆變電壓和電流。
[0004]例如由于從輸入導線到大功率半導體開關(guān)的寄生電感，在大功率半導體開關(guān)斷開時在大功率半導體開關(guān)的第一和第二負載電流端子之間出現(xiàn)電壓峰值，如果該電壓峰值變得太高，可能導致大功率半導體開關(guān)的損壞或者破壞。該電壓峰值越低，大功率半導體開關(guān)斷開越慢。然而大功率半導體開關(guān)斷開越慢，大功率半導體開關(guān)處的開關(guān)能量損耗就越大，這對通過大功率半導體開關(guān)實現(xiàn)的電路(例如半橋電路)的效率有不利的影響。由于給定的物理條件，大功率半導體開關(guān)在大功率半導體開關(guān)變得越來越熱的情況下比在冷態(tài)下斷開得更慢，這雖然一方面降低了大功率半導體開關(guān)斷開時所出現(xiàn)的電壓峰值，但是另一方面提高了大功率半導體開關(guān)處的能量損耗，因此通過大功率半導體開關(guān)實現(xiàn)的電路的效率變差。
[0005]由DE 103 61 714 Al已知一種聯(lián)接在大功率半導體開關(guān)的控制端子和第二負載電流端子之間的電阻元件，該電阻元件具有負的溫度系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是在大功率半導體開關(guān)變熱時降低大功率半導體開關(guān)的開關(guān)損耗。
[0007]該目的通過一種這樣的大功率半導體電路得以實現(xiàn)，該大功率半導體電路包括具有控制端子和第一、第二負載電流端子的大功率半導體開關(guān)以及與控制端子和第二負載電流端子電連接的觸發(fā)電路，該觸發(fā)電路用于操縱大功率半導體開關(guān)，
[0008].其中，在觸發(fā)電路和控制端子之間電聯(lián)接控制端子電阻元件，其中，控制端子電阻元件熱耦合在大功率半導體開關(guān)上，其中，在控制端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時控制端子電阻元件的歐姆電阻是在控制端子電阻元件的溫度為20°C時控制端子電阻元件的歐姆電阻的最大90%，和/或
[0009].其中，在觸發(fā)電路和第二負載電流端子之間電聯(lián)接負載電流端子電阻元件，其中，負載電流端子電阻元件熱耦合在大功率半導體開關(guān)上，其中，在負載電流端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時負載電流端子電阻元件的歐姆電阻是在負載電流端子電阻元件的溫度為20°C時負載電流端子電阻元件的歐姆電阻的最大90%，和/或
[0010].其中，控制端子通過第一電流支路與第二負載電流端子電連接，其中，控制負載電流端子電阻元件電聯(lián)接到第一電流支路中，其中，控制負載電流端子電阻元件熱耦合在大功率半導體開關(guān)上，其中，在控制負載電流端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時控制負載電流端子電阻元件的歐姆電阻是在控制負載電流端子電阻元件的溫度為20°C時控制負載電流端子電阻元件的歐姆電阻的最小150%。
[0011]本發(fā)明的有利的設計方案由下文給出。
[0012]已證實有利的是，在大功率半導體電路具有控制端子電阻元件的情況下，在該控制端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時該控制端子電阻元件的歐姆電阻是在該控制端子電阻元件的溫度為20°C時該控制端子電阻元件的歐姆電阻的優(yōu)選最大75%。
[0013]進一步證實有利的是，在大功率半導體電路具有控制端子電阻元件的情況下，在該控制端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時該控制端子電阻元件的歐姆電阻是在該控制端子電阻元件的溫度為20°C時該控制端子電阻元件的歐姆電阻的優(yōu)選最大60%。
[0014]進一步證實有利的是，在大功率半導體電路具有負載電流端子電阻元件的情況下，在該負載電流端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時該負載電流端子電阻元件的歐姆電阻是在該負載電流端子電阻元件的溫度為20°C時該負載電流端子電阻元件的歐姆電阻的優(yōu)選最大75%。
[0015]進一步證實有利的是，在大功率半導體電路具有負載電流端子電阻元件的情況下，在該負載電流端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時該負載電流端子電阻元件的歐姆電阻是在該負載電流端子電阻元件的溫度為20°C時該負載電流端子電阻元件的歐姆電阻的優(yōu)選最大60%。
[0016]此外已證實有利的是，在大功率半導體電路具有控制負載電流端子電阻元件的情況下，在該控制負載電流端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時該控制負載電流端子電阻元件的歐姆電阻是在該控制負載電流端子電阻元件的溫度為20°C時該控制負載電流端子電阻元件的歐姆電阻的優(yōu)選最小200%。
[0017]進一步證實有利的是，在大功率半導體電路具有控制負載電流端子電阻元件的情況下，在該控制負載電流端子電阻元件的溫度為175°C或者300°C時該控制負載電流端子電阻元件的歐姆電阻是在該控制負載電流端子電阻元件的溫度為20°C時該控制負載電流端子電阻元件的歐姆電阻的優(yōu)選最小500%。
【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且在下面進行詳細闡述。在附圖中:
[0019]圖1示出了一種大功率半導體裝置；
[0020]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的大功率半導體電路；
[0021]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的大功率半導體電路的另一種設計方案；
[0022]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的大功率半導體電路的另一種設計方案；
[0023]圖5以示意性的剖面圖的形式示出了在大功率半導體開關(guān)上的熱耦合的各種設計方案；以及
[0024]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的大功率半導體電路的另一種設計方案。
【具體實施方式】
[0025]圖1示出了一種大功率半導體裝置1，其示例性地形成為所謂的3相電橋電路的形式。大功率半導體裝置I在本實施例的范圍中具有六個根據(jù)本發(fā)明的大功率半導體電路2。圖2詳細地示出了根據(jù)本發(fā)明的大功率半導體電路2。在本實施例中，分別有一個續(xù)流二極管3與大功率半導體電路2電氣式地反向并聯(lián)，對此也可以對每個大功率半導體電路2電氣式地反向并聯(lián)多個續(xù)流二極管。在所示實施例的范圍中，大功率半導體裝置I使得來自左側(cè)在直流電壓端子DC+和DC-之間供給的直流電壓在交流電壓端子AC處產(chǎn)生3相交流電壓。
[0026]每個大功率半導體電路2都具有大功率半導體開關(guān)Tl，其具有第一負載電流端子C、第二負載電流端子E和控制端子G。在本實施例的范圍中，第一負載電流端子C以大功率半導體開關(guān)Tl的集電極的形式存在，并且第二負載電流端子E以大功率半導體開關(guān)Tl的發(fā)射極的形式存在，并且控制端子G以大功率半導體開關(guān)Tl的控制極的形式存在。大功率半導體開關(guān)優(yōu)選以晶體管、例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)或者MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的形式存在，其中在本實施例的范圍中大功率半導體開關(guān)Tl是以η-溝道的IGBT的形式存在。
[0027]此外，大功率半導體電路2具有觸發(fā)電路4，其用于操縱大功率半導體開關(guān)Tl，其中，觸發(fā)電路4與大功率半導體開關(guān)Tl的控制端子G以及與大功率半導體開關(guān)Tl的第二負載電流端子E電連接。觸發(fā)電路4能夠具有單個或者多個集成電路和/或多個分立電子結(jié)構(gòu)元件。
[0028]觸發(fā)電路4通過在其端子7處相對于其端子8產(chǎn)生正的或者負的輸出電壓Ua從而產(chǎn)生用于操縱大功率半導體開關(guān)Tl的觸發(fā)信號。如果需要接通大功率半導體開關(guān)Tl，那么由觸發(fā)電路4產(chǎn)生正的輸出電壓Ua。如果需要斷開大功率半導體開關(guān)Tl，那么由觸發(fā)電路4產(chǎn)生負的輸出電壓Ua。在本實施例的范圍中，觸發(fā)電路4對此根據(jù)由外部的控制裝置(未示出)所產(chǎn)生的控制信號S產(chǎn)生觸發(fā)信號。
[0029]在觸發(fā)電路4和控制端子G之間電聯(lián)接有控制端子電阻元件RN1。控制端子電阻元件RNl熱耦合在大功率半導體開關(guān)Tl上，因此，當大