CN113394204B - 功率半导体器件及功率半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率半导体器件及功率半导体器件的制造方法，该功率半导体器件包括：塑封壳体，在塑封壳体上设有栅极引脚、集电极引脚、发射极引脚、正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚；封装在塑封壳体内的IGBT集成电路，其与栅极引脚、集电极引脚和发射极引脚相连；封装在塑封壳体内的DigiPOT集成电路，其与正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚相连，该DigiPOT集成电路通过固有的输入端和输出端接入在IGBT集成电路的栅极结构层内，并作为能够调节阻值的栅极电阻。该功率半导体器件不仅解决了栅极电阻不可调节的问题，还保证了其具有更广的适用范围和更好的通用性。

Description

功率半导体器件及功率半导体器件的制造方法
技术领域
本发明属于电力半导体器件领域，具体涉及一种功率半导体器件及功率半导体器件的制造方法。
背景技术
以IGBT(英文全称Insulated Gate Bipolar Transistor，中文全称绝缘栅双极型晶体管)为核心的功率半导体器件，是近乎理想的电力半导体器件，被广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域中。
然而，由于栅极电阻对该功率半导体器件的开通电压、开关能耗等特性有着重大影响，所以其阻值的选择是功率半导体器件的设计关键。目前做法是在带有IGBT集成电路的芯片上集成一个固定阻值的栅极电阻，该芯片虽然可以在选定领域内具有较好的匹配性能，但在其他领域内却不具有较好的匹配性能，这种做法严重限制了该IGBT芯片的适用范围及通用性。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种功率半导体器件及功率半导体器件的制造方法，该功率半导体器件不仅解决了栅极电阻不可调节的问题，还保证了其具有更广的适用范围和更好的通用性。
根据本发明的第一方面，提供了一种功率半导体器件，其包括：塑封壳体，在所述塑封壳体上设有栅极引脚、集电极引脚、发射极引脚、正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚；封装在所述塑封壳体内的IGBT集成电路，其与所述栅极引脚、集电极引脚和发射极引脚相连；封装在所述塑封壳体内的DigiPOT集成电路，其与正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚相连，该DigiPOT集成电路通过固有的输入端和输出端接入在所述IGBT集成电路的栅极结构层内，并作为能够调节阻值的栅极电阻。
进一步地，所述DigiPOT集成电路和所述IGBT集成电路形成在同一个芯片中。
进一步地，所述DigiPOT集成电路设于所述芯片的边角区域内。
进一步地，所述DigiPOT集成电路和IGBT集成电路各为一个芯片。
进一步地，所述功率半导体器件还包括用于承载所述芯片并将所述IGBT集成电路与集电极引脚连接的铜片或DBC陶瓷基板。
进一步地，所述栅极引脚、发射极引脚、正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚均通过键合线连接所述IGBT集成电路或DigiPOT集成电路。
进一步地，所述键合线为铜线或金线。
进一步地，所述铜片和集电极引脚为一体式结构
进一步地，所述功率半导体器件为单管式结构或模块式结构。
根据本发明的第二方面，提供了一种功率半导体器件的制造方法，其包括以下步骤：a、准备芯片，所述芯片包括IGBT集成电路和DigiPOT集成电路，所述DigiPOT集成电路通过固有的输入端和输出端接入在所述IGBT集成电路的栅极结构层内并作为能够调节阻值的栅极电阻；b、将栅极引脚、集电极引脚和发射极引脚与所述IGBT集成电路相连，再将正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚与所述DigiPOT集成电路相连；c、通过注塑方式对所述芯片进行封装，形成固定所述芯片及各个所述引脚用的塑封壳体。
在根据本发明各方面所述的功率半导体器件及其制造方法中，该功率半导体器件将DigiPOT集成电路的输入端和输出端接入在IGBT集成电路的栅极结构层内，并将DigiPOT集成电路作为能够调节阻值的栅极电阻，由于DigiPOT集成电路的阻值可以通过输入其引脚的控制信号来调整，所以使用者可以利用控制信号来调整DigiPOT集成电路的阻值，并控制IGBT集成电路的开通电压、开关能耗等特性，保证该功率半导体器件具有更广的适用范围和更好的通用性。此外，该功率半导体器件的结构简单、制造容易，使用安全可靠，便于推广应用。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述。在图中：
图1为本发明实施例的功率半导体器件的结构示意图；
图2示意性显示了图1所示功率半导体器件的芯片、铜片及各个引脚。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明实施例的功率半导体器件的结构示意图；图2示意性显示了图1所示功率半导体器件的芯片、铜片及各个引脚。如图1所示，该功率半导体器件包括塑封壳体30，以及设置在塑封壳体30上的栅极引脚11、集电极引脚12、发射极引脚13、正极引脚21、负极引脚22、片选端引脚23及控制端引脚24。
该功率半导体器件还包括共同封装在塑封壳体30内的IGBT集成电路10和DigiPOT集成电路20。其中，DigiPOT集成电路20另称数字电位器集成电路，其与正极引脚21、负极引脚22、片选端引脚23及控制端引脚24相连，而IGBT集成电路10与栅极引脚11、集电极引脚12和发射极引脚13相连。其中，正极引脚21和负极引脚22用于连接电源，片选端引脚23用于接收启动信号并控制DigiPOT集成电路20的启动与否，控制端引脚24用于接收控制信号并调整DigiPOT集成电路20的电阻值。该DigiPOT集成电路20通过固有的输入端和输出端接入在IGBT集成电路10的栅极结构层内并作为能够调节阻值的栅极电阻。
也就是说，该功率半导体器件将DigiPOT集成电路20的输入端和输出端接入到IGBT集成电路10的栅极结构层内并将DigiPOT集成电路20作为能够调节阻值的栅极电阻，由于DigiPOT集成电路20的阻值可通过输入其引脚的控制信号来调整，所以使用者可以使用控制信号来调整DigiPOT集成电路20的阻值，并间接地来控制IGBT集成电路10的开通电压、开关能耗等特性，保证该功率半导体器件具有更广的适用范围和更好的通用性。
DigiPOT集成电路20和IGBT集成电路10可以分别构造在两个芯片中，也可以构造在同一个芯片中。在本实施例中，为了降低该功率半导体器件的尺寸及成本，建议将DigiPOT集成电路20和IGBT集成电路10构造在同一个芯片中。优选地，DigiPOT集成电路20设于芯片的边角区域内，以降低该芯片的制造难度。
在本实施例中，发射极引脚13、栅极引脚11、正极引脚21、负极引脚22、片选端引脚23及控制端引脚24均通过键合线连接IGBT集成电路10或DigiPOT集成电路20。其中，键合线优选为铜线或金线。
功率半导体器件为单管式结构或模块式结构。当功率半导体器件为单管式结构时，其还包括用于承载芯片并将IGBT集成电路10与集电极引脚12连接的铜片50。该铜片50与集电极引脚12优选为一体式结构，以提高该功率半导体器件的整体强度。当功率半导体器件为模块式结构时，其还包括用于承载芯片并将IGBT集成电路10与集电极引脚12连接的DBC陶瓷基板(未示出)。
下面介绍上述功率半导体器件的制造方法，其包括以下步骤：a、准备芯片，芯片包括IGBT集成电路10和DigiPOT集成电路20，其中DigiPOT集成电路20通过固有的输入端和输出端接入在IGBT集成电路10的栅极结构层内并作为能够调节阻值的栅极电阻；b、将栅极引脚11、集电极引脚12和发射极引脚13与IGBT集成电路10相连，再将正极引脚21、负极引脚22、片选端引脚23及控制端引脚24与DigiPOT集成电路20相连；c、通过注塑方式对芯片进行封装，形成能够固定芯片及各个引脚的塑封壳体30。
综上所述，该功率半导体器件不仅解决了栅极电阻不可调节的问题，还保证了其具有更广的适用范围和更好的通用性。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：
塑封壳体，在所述塑封壳体上设有栅极引脚、集电极引脚、发射极引脚、正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚；
封装在所述塑封壳体内的IGBT集成电路，其与所述栅极引脚、集电极引脚和发射极引脚相连；
封装在所述塑封壳体内的DigiPOT集成电路，其与正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚相连，该DigiPOT集成电路通过固有的输入端和输出端接入在所述IGBT集成电路的栅极结构层内，并作为能够调节阻值的栅极电阻；
还包括用于承载芯片并将所述IGBT集成电路与集电极引脚连接的铜片；所述铜片和集电极引脚为一体式结构。
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DigiPOT集成电路和所述IGBT集成电路形成在同一个芯片中。
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DigiPOT集成电路设于所述芯片的边角区域内。
4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述DigiPOT集成电路和IGBT集成电路各为一个芯片。
5.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述栅极引脚、发射极引脚、正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚均通过键合线连接所述IGBT集成电路或DigiPOT集成电路。
6.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其特征在于，所述键合线为铜线或金线。
7.根据权利要求1到4中任一项所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件为单管式结构或模块式结构。
8.一种功率半导体器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法用于制造权利要求1至7中任一项所述的功率半导体器件，其包括以下步骤：
a、准备芯片，所述芯片包括IGBT集成电路和DigiPOT集成电路，其中所述DigiPOT集成电路通过固有的输入端和输出端接入在所述IGBT集成电路的栅极结构层内并作为能够调节阻值的栅极电阻；
b、将栅极引脚、集电极引脚和发射极引脚与所述IGBT集成电路相连，再将正极引脚、负极引脚、片选端引脚及控制端引脚与所述DigiPOT集成电路相连；
c、通过注塑方式对所述芯片进行封装，形成固定所述芯片及各个引脚用的塑封壳体。
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