本公開涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，并且具體地涉及一種具有堆疊端子的半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

很多傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件具有基本相似的形狀：殼體，具有從其延伸的薄引線。殼體可以是實(shí)心矩形的形式，其用于包封并保護(hù)內(nèi)部的電路裝置。引線穿過(guò)殼體突出，引線用于將器件電連接至其它的部件或電路。例如，這種形式因子用于某些類型的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。

由于半導(dǎo)體器件用于控制電流，因此它們?cè)诳刂齐娏鞣矫娴男试谄渌鶓?yīng)用的整個(gè)裝置的效率中起著重要的作用。例如，功率逆變器的性能和效率-直流(DC)至交流(AC)的變換器-取決于其電路中的半導(dǎo)體器件的效率。該裝置的效率轉(zhuǎn)而可以影響一些較大系統(tǒng)的性能。例如，在電動(dòng)車輛中(例如，插電式電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車)，在必須對(duì)電池再次充電之前的通過(guò)電力提供的行程是個(gè)重要的特性。因此，改進(jìn)的半導(dǎo)體器件可以改善電動(dòng)車輛和其它系統(tǒng)的性能和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一方面中，半導(dǎo)體器件包括：殼體；在殼體內(nèi)的襯底；在襯底上的第一和第二半導(dǎo)體電路；以及分別電連接至第一和第二半導(dǎo)體電路的第一和第二平面端子，第一和第二平面端子彼此堆疊，其中第一和第二平面端子中的每個(gè)平面端子延伸遠(yuǎn)離殼體。

實(shí)施方式可以包括任意或全部的下列特征。第一和第二半導(dǎo)體電路被定位在襯底的頂部上的公共平面中，其中第一平面端子鄰接第一半導(dǎo)體電路，其中第二平面端子被定位在第一平面端子的與第一和第二半導(dǎo)體電路相對(duì)的側(cè)上，其中第二平面端子包含通過(guò)偏移部分從第二平面端子的主要部分偏移的接觸部分，并且其中接觸部分鄰接第二半導(dǎo)體電路。殼體具有公共開口，第一和第二平面端子穿過(guò)公共開口而延伸遠(yuǎn)離殼體。半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括位于第一平面端子與至少第二平面端子的主要部分之間的電絕緣層。第一和第二半導(dǎo)體電路被定位在襯底的頂部上的公共平面中，并且半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括：鄰接第一半導(dǎo)體電路的第一母線，其中第一平面端子鄰接第一母線；以及鄰接第二半導(dǎo)體電路的第二母線，其中第二平面端子鄰接第二母線。第一母線是平面的且穿過(guò)殼體延伸出，并且其中第一平面端子鄰接殼體外部的第一母線。第二母線是平面的并且具有通過(guò)殼體中的開口而被暴露的部分。第二平面端子被定位在第一平面端子的與第一和第二母線相對(duì)的側(cè)上，其中第二平面端子包含通過(guò)偏移部分從第二平面端子的主要部分偏移的接觸部分，并且其中接觸部分鄰接第二母線的部分。第一和第二平面端子針對(duì)其相應(yīng)表面積的大部分而彼此重疊。第一和第二平面端子中的每個(gè)平面端子具有的寬度是半導(dǎo)體器件的寬度的至少70％。

在第二方面中，一種裝置包括：多個(gè)半導(dǎo)體器件，每個(gè)半導(dǎo)體器件包括襯底、位于襯底上的第一和第二半導(dǎo)體電路、以及分別鄰接第一和第二半導(dǎo)體電路的第一和第二母線；電容器；以及電連接至電容器的第一平面端子和第二平面端子，第一和第二平面端子彼此堆疊，其中第一平面端子鄰接多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)半導(dǎo)體器件的第一母線，并且其中第二平面端子鄰接多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)半導(dǎo)體器件的第二母線。

實(shí)施方式可以包括任意或全部的下列特征。該裝置進(jìn)一步包括多個(gè)電容器，其中第一和第二平面端子電連接至多個(gè)電容器中的每個(gè)電容器。第一和第二平面端子中的每個(gè)平面端子包括相應(yīng)的片材，該相應(yīng)的片材在電容器與多個(gè)半導(dǎo)體器件之間延伸。至少一個(gè)片材具有階梯狀，以在電容器的遠(yuǎn)側(cè)提供第一接觸平面。片材中的其它片材也具有階梯狀，以在電容器的近側(cè)提供第二接觸平面。

在第三方面中，一種方法包括：將多個(gè)半導(dǎo)體器件定位在行中，多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)半導(dǎo)體器件包括襯底、位于襯底上的第一和第二半導(dǎo)體電路、以及分別鄰接第一和第二半導(dǎo)體電路的第一和第二母線；通過(guò)將第一平面端子放置成與多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)半導(dǎo)體器件的第一母線接觸以及將第二平面端子放置成與多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)半導(dǎo)體器件的第二母線接觸而形成組件，第一和第二平面端子彼此堆疊；將第一平面端子焊接至多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)半導(dǎo)體器件的第一母線，該焊接從組件的一側(cè)執(zhí)行；以及將第二平面端子焊接至多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)半導(dǎo)體器件的第二母線，該焊接從組件的相對(duì)側(cè)執(zhí)行。

實(shí)施方式可以包括任意或全部的下列特征。該方法進(jìn)一步包括：在第一和第二平面端子之間包括電絕緣層。該方法進(jìn)一步包括將第一和第二平面端子中的每個(gè)平面端子電連接至多個(gè)電容器。該焊接包括激光焊接。

附圖說(shuō)明

圖1示出了具有堆疊平面端子的半導(dǎo)體器件的示例的截面。

圖2示出了圖1中的半導(dǎo)體器件的頂視圖。

圖3示出了具有堆疊平面端子的半導(dǎo)體器件的另一示例的截面。

圖4示出了半導(dǎo)體器件和電容器的組件的透視圖。

圖5示出了圖4中的組件的截面。

具體實(shí)施方式

本文描述了與改進(jìn)的半導(dǎo)體器件有關(guān)的系統(tǒng)與技術(shù)的示例。在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體器件具有彼此堆疊的相對(duì)大和平面的高電壓端子。這些平面端子及其作為整體相對(duì)于器件的布置可以允許更高效的半導(dǎo)體操作并提供方便的制造工藝。例如，傳統(tǒng)地圍繞器件布置的系統(tǒng)的一些部件反而可以被集成到與器件相同的封裝中。這可以改善器件的電和熱性能，減小其電感，并降低制造和組裝成本。

本文的一些示例涉及IGBT或功率逆變器。這僅是示意性的并且其它實(shí)施方式包括除了IGBT之外的晶體管和/或除了逆變器之外的裝置。

在常規(guī)的IGBT中，模塊基本由襯底組成，其中四個(gè)半導(dǎo)體電路(也被稱為硅裸片)以大致矩形布置被定位在襯底的表面上。然后模塊具有被焊接至硅裸片的兩個(gè)母線，使得兩個(gè)母線延伸遠(yuǎn)離模塊。也就是說(shuō)，母線中的每一個(gè)均被定位在硅裸片中的兩個(gè)的頂部上，使得一個(gè)母線端部位于襯底上且另一個(gè)端部延伸超過(guò)襯底的邊緣。這些母線通常彼此平行并且間隔開某一距離，該距離基本上對(duì)應(yīng)于硅裸片在襯底上硅裸片的定位。在操作時(shí)，電流通過(guò)母線中的一個(gè)流入半導(dǎo)體器件中，穿過(guò)硅裸片，并通過(guò)另一母線流出器件。

對(duì)半導(dǎo)體器件性能產(chǎn)生負(fù)面影響的一個(gè)電特性是其電感。因此期望降低器件的電感，而不減小其傳導(dǎo)和變換電流的能力。在上述IGBT中，電感正比于母線之間的面積。以更高的層次看IGBT，各個(gè)硅裸片通過(guò)接合線彼此連接，該接合線還將各個(gè)硅裸片連接至從殼體延伸的三個(gè)引線中的一個(gè)或多個(gè)引線。接合線通常在兩個(gè)硅裸片之間、或者在裸片與引線之間形成回路。在這樣的背景下，電感正比于接合線的回路之下的面積。這樣，半導(dǎo)體器件的效率可以通過(guò)減小母線之間的面積或接合線的回路之下的面積來(lái)改善。

圖1示出了具有堆疊平面端子120A-B的半導(dǎo)體器件100的示例的截面。該器件使用襯底104來(lái)實(shí)施。該襯底可以用于引導(dǎo)熱量遠(yuǎn)離器件，而同時(shí)使高電壓部件電絕緣。在一些實(shí)施方式中，襯底包括直接接合銅(DBC)結(jié)構(gòu)。例如，DBC結(jié)構(gòu)可以包括夾設(shè)在所示的銅層之間的陶瓷層。

半導(dǎo)體電路實(shí)施在襯底的頂部上。在此，示出了硅裸片160A-B。這些硅裸片包含限定了整個(gè)半導(dǎo)體組件的特定操作模式的電路裝置。在一些實(shí)施方式中，硅裸片限定了IGBT器件。例如，硅裸片可以被制造為隨后被安裝到襯底的頂部表面上的芯片(有時(shí)也稱作硅芯片)。

在該示例中，半導(dǎo)體器件具有分別鄰接硅裸片106A-B的堆疊平面端子102A-B。該堆疊的平面端子具有朝向圖中左側(cè)延伸的任意長(zhǎng)度。每個(gè)端子均形成完整的平面，可以由任何導(dǎo)電材料制成，并可以被焊接至其相應(yīng)的硅裸片。平面端子102A在此鄰接硅裸片106A并被標(biāo)記為正(+)用于參考。平面端子102B在此鄰接硅裸片106B并被標(biāo)記為負(fù)(-)用于參考。也就是說(shuō)，端子彼此堆疊并且在該示例中負(fù)端子與正端子重疊。間隔108在此形成在平面端子之間。

具體地，因?yàn)楣杪闫?06A-B位于公共的平面中(襯底的頂部上)，因此平面端子102B具有沿著平面的整個(gè)寬度的偏移部分110以便提供鄰接硅裸片106B的接觸部分112。在一些實(shí)施方式中，接觸部分形成與平面端子102B的主要部分平行并且從其偏移的平面。偏移部分可使用任意合適的技術(shù)形成，如通過(guò)沖壓或彎曲。

殼體114包封半導(dǎo)體器件的至少一部分。該殼體可具有一個(gè)或多個(gè)開口。在一些實(shí)施方式中，殼體具有平面端子102A-B延伸穿過(guò)的公共開口116。例如，在襯底之后，硅裸片和平面端子被組裝，殼體可被注塑成型在該組件上，使得端子從包封的結(jié)構(gòu)延伸。

電絕緣體118可以設(shè)置在平面端子之間的間隔中。絕緣體提供跨形成相應(yīng)平面端子的導(dǎo)電片的整個(gè)寬度的電絕緣。在一些實(shí)施方式中，使用絕緣紙。

也就是說(shuō)，上述示例的半導(dǎo)體器件100包括殼體114，在殼體內(nèi)的襯底104，在襯底上的半導(dǎo)體電路106A-B，以及分別延伸遠(yuǎn)離殼體并電連接至第一和第二半導(dǎo)體電路的平面端子102A-B。具體地，平面端子彼此堆疊。

因此，電感當(dāng)前正比于平面端子102A-B之間的面積加上端子102B和襯底104之間的面積，在此處負(fù)端子與正端子重疊。這相比于傳統(tǒng)的器件設(shè)計(jì)可以允許電感的顯著降低。例如，因?yàn)槠矫娑俗余徑庸杪闫⑶疫€延伸出殼體，因此可以考慮將母線結(jié)構(gòu)(至少部分地)集成在殼體內(nèi)。本實(shí)施方式中的一些可以避免將IGBT引線附接至外部母線層并由此消除了在該母線層中形成孔的需要，在該母線層中形成孔會(huì)增大電感。

圖2示出了圖1中的半導(dǎo)體器件100的頂視圖。這示出了平面端子102A如何鄰接硅裸片106A以及平面端子102B如何鄰接硅裸片106B。因?yàn)槠矫娑俗颖舜硕询B并且其中的一個(gè)與另一個(gè)部分地重疊，因此端子102A和硅裸片106A-B用虛線示出。端子102A在此被示出為比端子102B窄，僅僅用于使圖示清楚。這種布置提供了每裸片面積增加的母線寬度，這改善了性能。在一些實(shí)施方式中，平面端子針對(duì)其相應(yīng)表面積的大部分而彼此重疊。還示出了附加的半導(dǎo)體電路。在一些實(shí)施方式中，這些附加的半導(dǎo)體電路包括另外的硅裸片200A-B，其也是半導(dǎo)體器件的一部分。平面端子通過(guò)任意適合的技術(shù)被附接至相應(yīng)的硅裸片106A-B和200A-B，包括但不限于，焊接。

圖3示出了具有堆疊平面端子302A-B的半導(dǎo)體器件300的另一示例的截面。硅裸片和襯底可以基本上與上文相同。然而，鄰接相應(yīng)硅裸片的母線304A-B在此在公共的平面中延伸，而不是彼此堆疊。母線304A-B基本上為平面導(dǎo)體，其提供與硅裸片的高電壓連接。母線304A中的一些或全部通過(guò)殼體308中的開口306暴露在外，該殼體308包封半導(dǎo)體器件的至少一部分。同樣，母線304B中的一些或全部通過(guò)殼體中的開口310暴露在外。例如，該開口可以形成為注塑成型工藝的一部分，該工藝將器件封裝到包封的結(jié)構(gòu)中。

此處，平面端子302A鄰接殼體外的母線304A。同樣，平面端子302B鄰接母線304B，母線304B的至少一部分通過(guò)開口310被暴露。例如，平面端子和母線可以焊接在一起。在一些實(shí)施方式中，該方法可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化的制造工藝，其中平面端子-其可以是足夠?qū)捯钥缭饺舾蒊GBT的片材-可以容易地與器件的母線對(duì)齊并附接至母線。在一些實(shí)施方式中，兩個(gè)母線可以如針對(duì)母線304B所示的那樣以類似的方式通過(guò)孔被暴露。

類似于前面的示例，平面端子302B可以具有偏移部分，其提供接觸部分-平行于平面端子的主要部分并且從其偏移-以便觸及其母線的至少一部分。

電絕緣312可以設(shè)置在平面端子302A-B之間的間隔中。在一些實(shí)施方式中，這些平面端子(帶有絕緣)的堆疊結(jié)構(gòu)可以預(yù)先組裝并且隨后該組件可被引至半導(dǎo)體器件的其余部分以進(jìn)行電連接。如此，當(dāng)前的示例可被認(rèn)為具有在半導(dǎo)體封裝外完成的堆疊，而不是在其內(nèi)部，這可以簡(jiǎn)化制造。

圖4示出了半導(dǎo)體器件402和電容器404的組件400的透視圖。圖5示出了圖4中的組件的截面。在一些實(shí)施方式中，電容器耦合至半導(dǎo)體器件以便保護(hù)免于瞬變，并有助于維持DC母線上的電壓。例如，電容器可以用作直流側(cè)電容器。可使用任意形式的電容器導(dǎo)體，包括但不限于，薄膜或箔片(例如，被折疊或卷繞成緊湊結(jié)構(gòu))。

在此，示出了一組六個(gè)半導(dǎo)體器件402，但在其它實(shí)施方式中可使用更多個(gè)或更少。在此為了清晰而省略了半導(dǎo)體殼體。半導(dǎo)體器件被布置為在行中彼此相鄰。每個(gè)器件具有襯底406和母線408A-B。母線連接至襯底上相應(yīng)的半導(dǎo)體電路(例如，硅裸片)，該襯底在該圖示中不可見(jiàn)。具體地，硅裸片可被定位在相應(yīng)的母線408A-B與襯底406之間。

平面端子410A-B在此包含導(dǎo)電片，其通過(guò)母線將電容器404連接至半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)。平面端子彼此堆疊，使得平面端子410A鄰接母線408A并且平面端子410B鄰接母線408B。在平面端子的另一端，它們連接至電容器的相應(yīng)導(dǎo)體。也就是說(shuō)，每一個(gè)平面端子將多個(gè)半導(dǎo)體器件連接至若干電容器中的每一個(gè)。圖4還示出了母線相比于作為整體的半導(dǎo)體器件(基本上是襯底的寬度)具有顯著的寬度。例如，母線中的每一個(gè)可以為半導(dǎo)體器件的寬度的至少70％。

從外形看去，一個(gè)或多個(gè)平面端子410A-B可具有階梯形狀。在此，平面端子在半導(dǎo)體器件附近的區(qū)域基本為平坦平面。為了容納電容器和半導(dǎo)體器件的相對(duì)位置，平面端子410B(在該示例中端子的“下部”)產(chǎn)生轉(zhuǎn)角412A-B以便為電容器的底部導(dǎo)體提供接觸平面414B(在該示例中)。平面端子410A可生成對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角以形成用于相對(duì)的電容器導(dǎo)體的接觸平面414A。

平面端子提供連續(xù)的導(dǎo)電平面以用于去往和來(lái)自電容器的電流傳送。也就是說(shuō)，因?yàn)檫@些片材或引腳的電連接至半導(dǎo)體器件的邊緣處不具有孔，因此，幾乎不存在或沒(méi)有阻礙電流流動(dòng)的“瓶頸”。

組件400可形成功率逆變器的一部分。在一些實(shí)施方式中，逆變器可以包括兩個(gè)(或更多)組件400，其中半導(dǎo)體器件(例如，IGBT)被共同控制以便執(zhí)行直流-到-交流變換。例如，兩個(gè)該組件可以被定向以使得它們相應(yīng)的半導(dǎo)體器件彼此靠近，這可以簡(jiǎn)化布置和冷卻系統(tǒng)(例如，液體散熱片)的操作。

現(xiàn)在將描述組裝裝置的示例。為了示意的目的，該描述將參考上述部件的一些示例。然而，可使用其它部件作為替代這些部件或者除了使用這些部件之外還可以使用其它部件。

半導(dǎo)體器件(例如，402)被定位在行中。半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)包含襯底(例如，406)，位于襯底上的第一和第二半導(dǎo)體電路(例如，106A-B)，以及分別鄰接第一和第二半導(dǎo)體電路的第一和第二母線(例如，408A-B)。

通過(guò)將第一平面端子(例如，410A)放置成與多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)的第一母線(例如，408A)接觸以及將第二平面端子(例如，410B)放置成與多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)的第二母線(例如，408B)接觸以形成組件。第一和第二平面端子彼此堆疊。例如，端子可首先被堆疊并隨后(作為組裝后的堆疊)被放置成與相應(yīng)的母線接觸。

第一平面端子被焊接至多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)的第一母線。該焊接從組件的一側(cè)執(zhí)行。從組件上方的焊接416A在此示意性地示出。類似地，第二平面端子被焊接至多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)的第二母線。該焊接從組件的相對(duì)側(cè)執(zhí)行。從組件下方的焊接416B在此示意性地示出。例如，可使用激光焊接。

電絕緣層(例如，118)可被包括在第一和第二平面端子之間。例如，可以在端子被彼此堆疊之前插入絕緣紙。

第一和第二平面端子中的每個(gè)平面端子可電連接至多個(gè)電容器(例如，404)。例如，端子的相應(yīng)接觸平面可以連接(例如，焊接)至相應(yīng)的電容器端子。

在一些組裝工藝中可執(zhí)行更多或更少的步驟。而且，兩個(gè)或更多多步驟可以不同的順序執(zhí)行。

多種實(shí)施方式已經(jīng)作為示例進(jìn)行了描述。然而，其它實(shí)施方式可由隨后的權(quán)利要求所覆蓋。