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半导体功率器件

阅读：352发布：2024-01-08

专利汇可以提供半导体功率器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于半导体功率器件技术领域，具体公开了一种半导体功率器件，包括MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片；所述MOSFET功率器件芯片和所述IGBT功率器件芯片封装在同一个封装体内，其中：所述MOSFET功率器件芯片的源极与所述IGBT功率器件芯片的发射极均接所述封装体的源极引脚；所述MOSFET功率器件芯片的漏极与所述IGBT功率器件芯片的集电极均接所述封装体的漏极引脚；所述MOSFET功率器件芯片的栅极与所述IGBT功率器件芯片的栅极均接所述封装体的栅极引脚。本发明提供的半导体功率器件能够降低半导体功率器件的通态损耗，提高系统效率。，下面是半导体功率器件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种半导体功率器件，其特征在于，包括：
MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片；
所述MOSFET功率器件芯片和所述IGBT功率器件芯片封装在同一个封装体内，其中：
所述MOSFET功率器件芯片的源极与所述IGBT功率器件芯片的发射极均接所述封装体的源极引脚；
所述MOSFET功率器件芯片的漏极与所述IGBT功率器件芯片的集电极均接所述封装体的漏极引脚；
所述MOSFET功率器件芯片的栅极与所述IGBT功率器件芯片的栅极均接所述封装体的栅极引脚。
2.如权利要求1所述的一种半导体功率器件，其特征在于，所述IGBT功率器件芯片为沟槽栅结构的IGBT功率晶体管。
3.如权利要求1所述的一种半导体功率器件，其特征在于，所述IGBT功率器件芯片为平面栅结构的IGBT功率晶体管。
4.如权利要求1所述的一种半导体功率器件，其特征在于，所述IGBT功率器件芯片具有负的电阻-温度系数。
5.如权利要求1所述的一种半导体功率器件，其特征在于，所述MOSFET功率器件芯片为垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管。
6.如权利要求1所述的一种半导体功率器件，其特征在于，所述MOSFET功率器件芯片为超级结结构的功率晶体管。

说明书全文

半导体功率器件

技术领域

[0001] 本发明属于半导体功率器件技术领域，特别是涉及一种低电阻-温度系数的半导体功率器件。

背景技术

[0002] 随着新能源和高效节能产业的不断发展，对低功耗的MOSFET功率器件的要求越来越高，对单颗MOSFET功率器件芯片的电流处理能力的要求也越来越大，而MOSFET功率器件芯片可以处理的电流密度相对较小。同时，MOSFET功率器件具有比较大的电阻-温度系数，MOSFET功率器件的导通电阻随着温度的增加而迅速增大，这极大的增加了MOSFET功率器件的通态损耗，降低了系统效率。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种半导体功率器件，以解决现有技术中的MOSFET功率器件的通态损耗高以及进一步提升MOSFET功率器件可处理的电流密度的问题。

[0004] 为达到本发明的上述目的，本发明提供了一种半导体功率器件，包括：

[0005] MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片；

[0006] 所述MOSFET功率器件芯片和所述IGBT功率器件芯片封装在同一个封装体内，其中：

[0007] 所述MOSFET功率器件芯片的源极与所述IGBT功率器件芯片的发射极均接所述封装体的源极引脚；

[0008] 所述MOSFET功率器件芯片的漏极与所述IGBT功率器件芯片的集电极均接所述封装体的漏极引脚；

[0009] 所述MOSFET功率器件芯片的栅极与所述IGBT功率器件芯片的栅极均接所述封装体的栅极引脚。

[0010] 可选的，所述IGBT功率器件芯片为沟槽栅结构的IGBT功率晶体管。

[0011] 可选的，所述IGBT功率器件芯片为平面栅结构的IGBT功率晶体管。

[0012] 可选的，所述IGBT功率器件芯片具有负的电阻-温度系数。

[0013] 可选的，所述MOSFET功率器件芯片为垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管。

[0014] 可选的，所述MOSFET功率器件芯片为超级结结构的功率晶体管。

[0015] 本发明提供的一种半导体功率器件由MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片并联后封装在同一个封装体内，使得半导体功率器件的电阻随温度上升的电阻-温度系数低，能够降低半导体功率器件的通态损耗，提高系统效率，特别适合应用于大电流、大功率及高温下的系统。附图说明

[0016] 为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

[0017] 图1是本发明提供的一种半导体功率器件中的MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片封装在同一个封装体内的内部结构示意图；

[0018] 图2是本发明提供的一种半导体功率器件的等效电路示意图；

[0019] 图3是现有技术的一种MOSFET功率器件的输出特性曲线图；

[0020] 图4是现有技术的一种IGBT功率器件的输出特性曲线图；

[0021] 图5是本发明提供的一种半导体功率器件的输出特性曲线图。

具体实施方式

[0022] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

[0023] 应当理解，本发明所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”等术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。说明书附图是示意性的，不应限定本发明的范围。

[0024] 图1是本发明提供的一种半导体功率器件中的MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片封装在同一个封装体内的内部结构示意图，图1中仅示例性的示出了MOSFET功率器件芯片50和IGBT功率器件芯片60封装在同一个封装体内的打线结构示意图，如图1所示，本发明提供的一种半导体功率器件中：MOSFET功率器件芯片50的源极(源极pad层)51与IGBT功率器件芯片60的发射极(发射极pad层)61均通过源极金属导线71接封装体的源极引脚81；MOSFET功率器件芯片50的漏极与IGBT功率器件芯片60的集电极均接封装体的漏极引脚
82(MOSFET功率器件芯片50的漏极金属层与IGBT功率器件芯片60的集电极金属层均是位于其芯片的背面，从而均与封装体中的金属框架直接接触接漏极引脚82，而不需要打线)；
MOSFET功率器件芯片50的栅极(栅极pad层)53与IGBT功率器件芯片60的栅极(栅极pad层)
63均通过栅极金属导线73接封装体的栅极引脚83。

[0025] 需要说明的是，图1中的MOSFET功率器件芯片50和IGBT功率器件芯片60仅是示例性的结构，根据不同的设计要求，MOSFET功率器件芯片50和IGBT功率器件芯片60均可以有不同的芯片尺寸和耐压，也可以均有不同的pad层形状或结构。此外，MOSFET功率器件芯片50和IGBT功率器件芯片60也都可以内置栅极电阻。

[0026] 本发明的一种半导体功率器件中的MOSFET功率器件芯片可以是超级结结构的功率晶体管，也可以是垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管。IGBT功率器件芯片可以是沟槽栅结构的IGBT功率晶体管，也可以是平面栅结构的IGBT功率晶体管。本发明对MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片的类型及结构不作限制。

[0027] 图2是本发明提供的一种半导体功率器件的等效电路示意图，如图2所示，本发明的一种半导体功率器件的等效电路包括MOSFET功率器件202和IGBT功率器件101，其中：MOSFET功率器件202的源极21与IGBT功率器件101的发射极11连接并接入源极电压31；
MOSFET功率器件202的漏极22与IGBT功率器件101的集电极12连接并接入漏极电压32；
MOSFET功率器件202的栅极23与IGBT功率器件101的栅极13连接并接入栅极电压33。

[0028] 可选的，本发明的一种半导体功率器件中的IGBT功率器件芯片具有负的电阻-温度系数，以尽可能地抵消MOSFET功率器件芯片的正的电阻-温度系数，进一步降低半导体功率器件在高温下的通态损耗。

[0029] 本发明的一种半导体功率器件中的MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片属于并联的结构，由于IGBT功率器件芯片具有较小的甚至是负的电阻-温度系数，这可以降低或者抵消MOSFET功率器件芯片的正的电阻-温度系数，从而使得本发明的半导体功率器件具有低的电阻-温度系数，进而能够降低半导体功率器件在高温下的通态损耗，提高系统效率，特别适合应用于大电流、大功率及高温下的系统。

[0030] 本发明的一种半导体功率器件，当漏源电压Vds较小时，半导体功率器件的电流主要从MOSFET功率器件芯片中流过，当漏源电压Vds增大时，流过IGBT功率器件芯片的电流也会增大，随着漏源电压Vds的继续增大，流过IGBT功率器件芯片的电流可以等于或者大于流过MOSFET功率器件芯片的电流。由于本发明的半导体功率器件的电流是由流过MOSFET功率器件芯片的电流和IGBT功率器件芯片的电流组成的，而IGBT功率器件芯片可以处理的电流密度往往大于MOSFET功率器件芯片可以处理的电流密度，因此，本发明提出的半导体功率器件可以处理的电流密度大于传统MOSFET功率器件可以处理的电流密度。同时，MOSFET功率器件芯片在较低的漏源电压Vds时就可以实现比IGBT功率器件芯片小的多的导通电阻，因此，本发明提出的半导体功率器件可以实现比传统的IGBT功率器件小得多的饱和导通压降。

[0031] 图3是现有技术的一种MOSFET功率器件的输出特性曲线图，图4是现有技术的一种IGBT功率器件的输出特性曲线图，图5是本发明提供的一种半导体功率器件的输出特性曲线图。示例性的，图3中的MOSFET功率器件选用的是苏州东微半导体有限公司的OSG60R074HSZ产品进行测试得到输出特性曲线图，图4中的IGBT功率器件选用的是英飞凌有限公司的IGW60N60H产品进行测试得到的输出特性曲线图，图5是将OSG60R074HSZ产品和IGW60N60H产品并联后进行测试得到的输出特性曲线图。由图3、图4和图5可知，将MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片并联后的半导体功率器件，其可以处理的电流密度大于MOSFET功率器件可以处理的电流密度，且其饱和导通压降小于IGBT功率器件的饱和导通压降。另外，将MOSFET功率器件芯片和IGBT功率器件芯片封装在同一个封装体内，可以简化应用电路板的设计。

[0032] 以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种半导体功率器件的技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

[0033] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

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