CN112067920B - 一种功率半导体器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率半导体器件，包括多个第一电引线、多个第二电引线、第一导电终端、第二导电终端、驱动控制板和第一电极，其中，所述多个第一电引线的一端与功率半导体器件的各个阴极单元连接，另一端延伸出功率半导体器件与第一导电终端连接；所述多个第二电引线的一端与功率半导体器件的门极环连接，另一端与延伸至门极环的第二导电终端连接；所述第一电极与功率半导体器件的阳极连接；所述第一导电终端和第二导电终端还分别与所述驱动控制板连接。通过设置多个第一电引线与多个第二电引线将功率半导体器件的阴极单元和门极环引出，方便用户观测功率半导体器件在小电流等级关断过程下的表面温度分布情况。

Description

一种功率半导体器件
技术领域
本发明属于电力电子器件领域，特别涉及一种功率半导体器件。
背景技术
现有的功率半导体器件的芯片通过采用管壳形成全封闭的压装结构，如图1所示的现有技术中的一种功率半导体器件，其中，其正面包括阴极单元1和门极环2，其背面为阳极(图中未示出)，但现有技术中，阴极单元、门极环以及阳极均封装在管壳中，此外功率半导体器件还通过与驱动电路相连形成复杂的一体结构。但在直流电网的关键设备如直流断路器及交直流变换器中，功率半导体器件的最大可关断电流是重要的应用指标，然而目前关于功率半导体器件关断失效机理的认识，受全封闭管壳结构的限制，功率半导体器件芯片内部工作时的电流引起的温度变化信息无法进行测量。
如何提供一种能够直接监测功率半导体器件内部芯片温度分布情况的功率半导体器件越来越成为亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种功率半导体器件，该功率半导体器件方便用户对其的表面温度进行观测。
本发明的目的在于提供一种功率半导体器件，包括多个第一电引线、多个第二电引线、第一导电终端、第二导电终端、驱动控制板和第一电极，其中，
所述多个第一电引线的一端与功率半导体器件的各个阴极单元连接，另一端延伸出功率半导体器件与第一导电终端连接；
所述多个第二电引线的一端与功率半导体器件的门极环连接，另一端与延伸至门极环的第二导电终端连接；
所述第一电极与功率半导体器件的阳极连接；
所述第一导电终端和第二导电终端还分别与所述驱动控制板连接。
进一步地，所述多个第一电引线包括多个第一子电引线和多个第二子电引线，其中，
所述多个第一子电引线与功率半导体器件中的多个阴极环一一对应连接，且所述多个第一子电引线中的第一子电引线将对应的阴极环中的各个阴极单元依次顺序连接；
所述多个第二子电引线与所述功率半导体器件中多个阴极区域一一对应连接，且所述多个第二子电引线中的第二子电引线的一端将对应阴极区域中的多个阴极环依次顺序连接，另一端从功率半导体器件外侧阴极环延伸出连接至所述第一导电终端。
进一步地，所述第一导电终端为圆环形导电终端。
进一步地，所述第二导电终端为圆环形导电终端，且沿圆环行导电终端半径向内间隔设置有多个接触条，其中，
所述多个接触条将功率半导体器件门极环分割为多个门极环间隔。
进一步地，所述多个第二电引线中的第二电引线的两端分别与对应的接触条和门极环间隔连接。
进一步地，作为圆环形导电终端的所述第一导电终端和第二导电终端的内环半径均大于功率半导体器件的半径。
进一步地，所述接触条与第二导电终端一体成型设置。
进一步地，所述多个第一电引线和多个第二电引线均为键合引线。
进一步地，所述第一电极通过真空吸附与所述功率半导体器件的阳极接触连接。
进一步地，所述功率半导体器件还包括温度监测采集装置，设置在所述功率半导体器件设有各个阴极单元的一侧，用于监测、采集功率半导体器件的表面温度。
本发明的功率半导体器件通过设置多个第一电引线与多个第二电引线将功率半导体器件的阴极单元和门极环引出，然后多个第一电引线与多个第二电引线的一端分别连接至相应地第一导电终端和第二导电终端，从而避免传统密闭管壳结构带来的物理信息隔绝问题，方便用户观测功率半导体器件在小电流等级关断过程下的表面温度分布情况。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了现有技术中的一种功率半导体器件结构示意图；
图2示出了本发明实施例中一种功率半导体器件的俯视结构示意图；
图3示出了本发明实施例中一种功率半导体器件的剖面结构示意图；
图4示出了本发明实施例中一种功率半导体器件与外部电路相配合进行温度监测的结构示意图。
附图标记：1、阴极单元；2、门极环；3、驱动控制板；4、第一导电终端、5、第二导电终端，6、门极键合引线；7、阴极键合引线；71、第一子阴极键合引线；72、第二子阴极键合引线；8、第一电极；9、温度监测采集装置；10、直流电源；11、限流电感；12、续流二极管；13、母线电容；14、缓冲电容；15、缓冲电阻；16、缓冲二极管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中介绍了一种功率半导体器件，包括多个第一电引线、多个第二电引线、第一导电终端、第二导电终端、驱动控制板和第一电极，其中，所述多个第一电引线的一端与功率半导体器件的各个阴极单元连接，另一端延伸出功率半导体器件与第一导电终端连接；所述多个第二电引线的一端与功率半导体器件的门极环连接，另一端与延伸至门极环的第二导电终端连接；所述第一电极与功率半导体器件的阳极连接；所述第一导电终端和第二导电终端还分别与所述驱动控制板连接。本发明实施例中的功率半导体器件通过设置多个第一电引线与多个第二电引线将功率半导体器件的阴极单元和门极环引出，然后多个第一电引线与多个第二电引线的一端分别连接至相应地第一导电终端和第二导电终端，从而避免传统密闭管壳结构带来的物理信息隔绝问题，方便用户观测功率半导体器件在小电流等级关断过程下的表面温度分布情况。
具体的，所述多个第一电引线和多个第二电引线以均为键合引线为示例性说明，但不限于，其他引线也适用于本发明实施例中。所述多个第一电引线均为阴极键合引线7，所述多个第二电引线均为门极键合引线6，如图2所示，所述多个阴极键合引线7包括多个第一子阴极键合引线71和多个第二子阴极键合引线72，其中，所述多个第一子阴极键合引线71与功率半导体器件中的多个阴极环一一对应连接，且所述多个第一子阴极键合引线71中的第一子阴极键合引线71将对应的阴极环中的各个阴极单元1依次顺序连接，即，图2中的每个第一子阴极键合引线71将对应阴极环中的每个阴极单元横向交错连接在一起。
所述多个第二子阴极键合引线72与所述功率半导体器件中多个阴极区域一一对应连接，且所述多个第二子阴极键合引线72中的第二子阴极键合引线72的一端将对应阴极区域中多个阴极环依次顺序连接，另一端从功率半导体器件外侧阴极环延伸出连接至所述第一导电终端4上。即，图2中的每个第二子阴极键合引线72将对应阴极区域中的各阴极环中相邻的纵向阴极单元连接在一起，最后其一端向外延伸，通过功率半导体器件最外圈的阴极单元连接到第一导电终端4上。每个第二子阴极键合引线72在与阴极单元连接时，选择连接相应地阴极环中的一个阴极单元，对该阴极单元在阴极环中的位置可根据实际设计要求选择，并不局限于图2中仅选择相应阴极区域中位于各阴极环中间的一个阴极单元。优选地，所述多个第二子阴极键合引线72中的第二子阴极键合引线72的一端将对应阴极区域中多个阴极环上的第一子阴极键合引线71依次顺序连接，另一端从功率半导体器件外侧阴极环延伸出连接至所述第一导电终端4上。
本实施例中，所述第一导电终端4为驱动阴极导电终端，其为圆环形导电终端，其中，圆环形导电终端可以为环形导电板，用于实现功率半导体器件的阴极与驱动控制板3连接。
本实施例中，第二导电终端5为驱动门极导电终端，其也为圆环形导电终端，其中，圆环形导电终端可以为环形导电板，由于功率半导体器件的门极环被各阴极单元围绕，从而沿所述第二导电终端5半径向内间隔设置有多个接触条。优选的，所述接触条与第二导电终端5一体成型设置。
本实施例中，所述多个接触条将功率半导体器件门极环分割为多个门极环间隔，同时也将功率半导体器件的阴极环划分为多个阴极区域。示例性的，如图2所示，本发明实施例中通过多个接触条将门极环等分为六个间隔，以及将阴极环划分为六个阴极区域，但不限于六等分，四等分、八等分等等都适合本发明。
所述多个门极键合引线6中的每个门极键合引线6的两端分别与对应的接触条和门极环间隔连接，图2中，所述门极键合引线6(虚线表示)一端连接接触条，另一端连接所述门极环间隔。进一步，如图3所示，所述接触条与功率半导体器件表面无接触。
本实施例中，所述第一导电终端4和第二导电终端5还分别与所述驱动控制板3连接。如图4所示，所述驱动控制板3为环形控制板，设置在所述功率半导体器件的外侧，所述第一导电终端4和第二导电终端5分别设置在所述驱动控制板3的两侧。
本实施例中，如图2、3所示，作为圆环形导电终端的所述第一导电终端4和第二导电终端5的内环半径均大于功率半导体器件的半径。即本发明中的第一导电终端4和第二导电终端5均未覆盖在功率半导体器件的表面，均设置在功率半导体的外围，从而避免传统密闭管壳结构带来的物理信息隔绝问题。
本实施例中，所述第一导电终端4作为外接电路的阴极接口，第一电极8作为外接电路的阳极接口。
如图3所示，所述第一电极8与所述功率半导体器件的阳极连接，所述第一电极8为圆形高压电极，进一步，所述第一电极8通过真空吸附与所述功率半导体器件的阳极接触连接。
本实施例中，如图4所示，所述功率半导体器件还包括温度监测采集装置9，设置在所述功率半导体器件设有各个阴极单元的一侧，即功率半导体器件设有阴极和门极的一侧，用于监测、采集功率半导体器件的表面温度。图4中，所述温度采集装置采用红外热像仪，对功率半导体器件芯片表面温度进行局部或者全局监测，以及进行信息采集。但温度监测采集装置9的不限于红外热像仪，所述温度监测采集装置9还可以是温度传感器等，放置于功率半导体器件设有阴极和门极的表面。
本实施例中，所述功率半导体器件可以为集成门极换流晶闸管IGCT(IntegratedGate-Commutated Thyristor)、门极换流晶闸管GCT(Gate-Commutated Thyristor)等。
本实施例中，图4给出了本发明实施例中的功率半导体器件与一种外接电路配合对功率半导体器件表面温度进行测量的方法，所述外接电路包括直流电源10、限流电感11、续流二极管12、母线电容13、缓冲电容14、缓冲电阻15及缓冲二极管16，其中，缓冲电阻15与缓冲二极管16并联后一端连接至阳极导电终端，另一端与缓冲电容14串联后连接至阴极导电终端，所述限流电感11与续流二极管12并联后和母线电容13串联，母线电容13两端并联有直流电源10供能。
工作时，先通过直流电源10将母线电容13充电至指定电压，然后维持直流电源输出，按照一定控制频率和占空比对功率半导体器件实现重复开通和关断测试，功率半导体器件在重复测试过程中产生的热积累由热像仪从表面进行观测。特别地，当开通时间较短，测试频率较高时，功率半导体器件的关断损耗将占主导，因此可以得到关断电流不同造成的温度分布情况。
本发明仅以图4的外接电路对功率半导体器件的使用方法进行示例性说明，但不限于图4中的外接电路，其他与本发明功率半导体器件温度测量装置配合使用的外接电路，均适用于本发明。
本发明中的功率半导体器件与传统的压接式功率半导体器件相比，将功率半导体器件内部的电极引出，使得功率半导体表面无管壳或者驱动终端等部件的覆盖，方便用户观测功率半导体器件在小电流等级关断过程下的表面温度分布情况。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括多个第一电引线、多个第二电引线、第一导电终端、第二导电终端、驱动控制板和第一电极，其中，
所述多个第一电引线的一端与功率半导体器件的各个阴极单元连接，另一端延伸出功率半导体器件与第一导电终端连接；所述第一导电终端为圆环形导电终端；所述多个第一电引线包括多个第一子电引线和多个第二子电引线，其中，所述多个第一子电引线与功率半导体器件中的多个阴极环一一对应连接，且所述多个第一子电引线中的第一子电引线将对应的阴极环中的各个阴极单元依次顺序连接；
所述多个第二子电引线与所述功率半导体器件中多个阴极区域一一对应连接，且所述多个第二子电引线中的第二子电引线的一端将对应阴极区域中的多个阴极环依次顺序连接，另一端从功率半导体器件外侧阴极环延伸出连接至所述第一导电终端；
所述多个第二电引线的一端与功率半导体器件的门极环连接，另一端与延伸至门极环的第二导电终端连接；
所述第一电极与功率半导体器件的阳极连接；
所述第一导电终端和第二导电终端还分别与所述驱动控制板连接；
所述功率半导体器件还包括温度监测采集装置，设置在所述功率半导体器件设有各个阴极单元的一侧，用于监测、采集功率半导体器件的表面温度。
2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第二导电终端为圆环形导电终端，且沿圆环行导电终端半径向内间隔设置有多个接触条，其中，
所述多个接触条将功率半导体器件门极环分割为多个门极环间隔。
3.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，所述多个第二电引线中的第二电引线的两端分别与对应的接触条和门极环间隔连接。
4.根据权利要求3所述的功率半导体器件，其特征在于，作为圆环形导电终端的所述第一导电终端和第二导电终端的内环半径均大于功率半导体器件的半径。
5.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其特征在于，所述接触条与第二导电终端一体成型设置。
6.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其特征在于，所述多个第一电引线和多个第二电引线均为键合引线。
7.根据权利要求6所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一电极通过真空吸附与所述功率半导体器件的阳极接触连接。
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