一种功率半导体器件制造技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体器件。该功率半导体器件包括：至少一个晶体管元件，其中，所述晶体管元件包括高压功率端、低压功率端及控制端，所述高压功率端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的高压引脚，所述低压功率端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的低压引脚，所述控制端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的控制引脚；以及至少一个检测二极管单元，其中，所述检测二极管单元的阴极连接所述至少一个晶体管元件的所述高压功率端，所述检测二极管单元的阳极延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的检测引脚。半导体器件的检测引脚。半导体器件的检测引脚。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件


[0001]本专利技术涉及功率半导体器件的
，尤其涉及一种集成了检测二极管的功率半导体器件。

技术介绍

[0002]在功率半导体器件的应用中，会不可避免地因为器件老化、控制电路异常、散热异常、输出短路等原因导致电力电子装置进入异常状态，并导致功率半导体器件进入短路工况。为了保护电力电子装置并防止故障扩大，实际应用中需考虑功率半导体器件短路保护。
[0003]为了实现功率半导体器件短路保护，首先要进行功率半导体器件短路检测。常用的功率半导体器件短路检测方式为二极管退保和检测。请参考图1，图1示出了一种传统功率半导体器件的故障检测电路的示意图。
[0004]如图1所示，在进行传统功率半导体器件12的短路保护时，功率半导体器件的驱动电路(未绘示)可以首先利用检测二极管112阻断功率半导体器件关断时的高压，并在功率半导体器件12开通时由检测电路11利用检测二极管112来检测功率半导体器件12的端电压，从而实现功率半导体器件12的短路检测。在该方案中，检测二极管112需要在功率半导体器件12关断过程中及关断状态下承受功率半导体器件12的关断过电压与母线电压。因此，检测二极管112的选型与布局是功率半导体驱动电路设计的关键之一。
[0005]然而，现有的功率半导体器件12普遍未集成检测二极管112，需要由功率半导体器件12的驱动设计人员在驱动电路设计时进行选型。功率半导体器件12的驱动设计人员需要考虑检测二极管112的耐压、电气间隔距离及爬电距离等因素来进行检测二极管112的选型与布局，存在费时费力的缺陷。
[0006]进一步地，现有的高压二极管耐压一般在1000V～2000V之间，而商用的高压功率半导体器件12的最高阻断电压一般为6500V，因此需要选择4～7个，甚至更多串联的高压二极管来组成功率半导体器件12的故障检测二极管112，存在器件结构复杂、体积庞大的缺陷，不符合功率半导体器件封装小型化、高功率密度的方向发展。
[0007]更进一步地，现有功率半导体器件12的最高阻断电压一般为6500V，其高压功率端121与其控制端120及低压功率端122对应的引脚之间的间隔距离存在6500V的电气隔离需求及防爬电设计需求。对应地，现有功率半导体器件12的接地检测电路11的各检测接口之间的间隔距离也存在6500V的电气隔离需求及防爬电设计需求。这些电气隔离需求及防爬电设计需求严重限制了功率半导体器件封装小型化、高功率密度的发展趋势，不利于功率半导体器件的进一步发展。
[0008]为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种功率半导体器件的结构方案，用于避免驱动设计人员选型与布局检测二极管的麻烦、简化功率半导体器件的器件结构，并克服功率半导体器件的电气隔离需求及防爬电设计需求，以推进功率半导体器件向封装小型化及高功率密度方向的发展。

技术实现思路

[0009]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
[0010]为了克服现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种功率半导体器件，能够避免驱动设计人员选型与布局检测二极管的麻烦、简化功率半导体器件及其检测电路的器件结构，并克服功率半导体器件和/或接地检测电路的电气隔离需求及防爬电设计需求，以推进功率半导体器件向封装小型化及高功率密度方向的发展。
[0011]具体来说，本专利技术提供的上述功率半导体器件，包括：至少一个晶体管元件，其中，所述晶体管元件包括高压功率端、低压功率端及控制端，所述高压功率端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的高压引脚，所述低压功率端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的低压引脚，所述控制端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的控制引脚；以及至少一个检测二极管单元，其中，所述检测二极管单元的阴极连接所述至少一个晶体管元件的所述高压功率端，所述检测二极管单元的阳极延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的检测引脚。
[0012]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述检测引脚到所述低压引脚和/或所述控制引脚的距离可以小于对应晶体管元件的阻断电压所对应的电气隔离距离和/或爬电距离。
[0013]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述低压功率端还延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的电位基准引脚。所述检测引脚到所述电位基准引脚的距离可以小于所述对应晶体管元件的阻断电压所对应的电气隔离距离和/或爬电距离。
[0014]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述检测二极管单元包括多个串联的二极管元件。所述多个串联的二极管元件的反向阻断电压之和大于或等于所述检测二极管单元对应的至少一个晶体管元件的阻断电压。
[0015]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述功率半导体器件包括多个并联的晶体管元件，以及一个检测二极管单元。所述多个并联的晶体管元件的所述高压功率端分别延伸出所述功率半导体器件的封装，以构成所述功率半导体器件的多个所述高压引脚。所述多个并联的晶体管元件的所述低压功率端分别延伸出所述功率半导体器件的封装，以构成所述功率半导体器件的多个所述低压引脚。所述多个并联的晶体管元件的所述控制端统一延伸出所述功率半导体器件的封装，以构成所述功率半导体器件的所述控制引脚。所述检测二极管单元的所述阴极连接第一晶体管元件的所述高压功率端。所述检测二极管单元的所述阳极延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的所述检测引脚。
[0016]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述功率半导体器件包括多个串联的晶体管元件，以及多个所述检测二极管单元。第一晶体管元件的所述高压功率端延伸出所述功率半导体器件的封装，以构成所述功率半导体器件的高压引脚。所述第一晶体管元件的所述低压功率端连接第二晶体管元件的所述高压功率端，以构成桥臂电路。所述第二晶体管
元件的所述低压功率端延伸出所述功率半导体器件的封装，以构成所述功率半导体器件的低压引脚。所述第一晶体管元件及所述第二晶体管元件的所述控制端分别延伸出所述功率半导体器件的封装，以构成所述功率半导体器件的多个所述控制引脚。第一检测二极管单元的所述阴极连接所述第一晶体管元件的所述高压功率端。所述第一检测二极管单元的所述阳极延伸出所述功率半导体器件的封装，以构成所述功率半导体器件的第一检测引脚。第二检测二极管单元的所述阴极连接所述第二晶体管元件的所述高压功率端。所述第二检测二极管单元的所述阳极延伸出所述功率半导体器件的封装，以构成所述功率半导体器件的第二检测引脚。
[0017]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述功率半导体器件包括多个所述桥臂电路。各所述桥臂电路的所述第一晶体管元件的所述高压功率端分别延伸出所述功率半导体器件的封本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：至少一个晶体管元件，其中，所述晶体管元件包括高压功率端、低压功率端及控制端，所述高压功率端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的高压引脚，所述低压功率端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的低压引脚，所述控制端延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的控制引脚；以及至少一个检测二极管单元，其中，所述检测二极管单元的阴极连接所述至少一个晶体管元件的所述高压功率端，所述检测二极管单元的阳极延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的检测引脚。2.如权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述检测引脚到所述低压引脚和/或所述控制引脚的距离小于对应晶体管元件的阻断电压所对应的电气隔离距离和/或爬电距离。3.如权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，所述低压功率端还延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的电位基准引脚，其中，所述检测引脚到所述电位基准引脚的距离小于所述对应晶体管元件的阻断电压所对应的电气隔离距离和/或爬电距离。4.如权利要求1～3中任一项所述的功率半导体器件，其特征在于，所述检测二极管单元包括多个串联的二极管元件，所述多个串联的二极管元件的反向阻断电压之和大于或等于所述检测二极管单元对应的至少一个晶体管元件的阻断电压。5.如权利要求1～3中任一项所述的功率半导体器件，其特征在于，包括：多个并联的晶体管元件，其中，所述多个并联的晶体管元件的所述高压功率端分别延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的多个所述高压引脚，所述多个并联的晶体管元件的所述低压功率端分别延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的多个所述低压引脚，所述多个并联的晶体管元件的所述控制端统一延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的所述控制引脚；以及一个所述检测二极管单元，所述检测二极管单元的所述阴极连接第一晶体管元件的所述高压功率端，所述检测二极管单元的所述阳极延伸出所述功率半导体器件的封装以构成所述功率半导体器件的所述检测引脚。6.如权利要求1～3中任一项所述的功率半导体器件，其特征在于，包括：多个串联的晶体管元件，其中，第一晶体管元件的所述高压功率端延伸出所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕平，窦泽春，谢舜蒙，彭勇殿，朱武，张荣，荣春晖，袁勇，陈明翊，谭一帆，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：