專利名稱：具有門極連接的半導(dǎo)體開關(guān)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及具有陰極-陽極-門極(cathode-anode-gate)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo) 體開關(guān)器件，并且特別地它涉及用于半導(dǎo)體開關(guān)器件與外部電路單元的電連接的連接器 件。具體地，半導(dǎo)體開關(guān)器件包括具有沉積在其上的半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極、陽極和門極的 襯底和用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極、陽極和門極與外部電路的連接部件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體開關(guān)器件與外部電路單元的電連接是關(guān)鍵問題(特別地如果該半導(dǎo)體開 關(guān)器件必須處理大電流和電壓的話)。這樣的半導(dǎo)體開關(guān)器件的示例是集成門極換向晶閘 管(integrated gate commutatedthyrister，IGCT)。IGCT 是門極可控關(guān)斷開關(guān)，其像絕緣 柵雙極晶體管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)那樣關(guān)斷，但像晶閘管那樣導(dǎo) 通且具有最低導(dǎo)體損耗。集成門極換向晶閘管是用于需要高功率應(yīng)用的功率開關(guān)器件，例 如中等電壓驅(qū)動(dòng)器(drive)、牽引、風(fēng)力轉(zhuǎn)換器、AC激勵(lì)系統(tǒng)、電池能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、固態(tài)斷路 器、牽引線助推器(traction line booster)、牽引功率補(bǔ)償器和感應(yīng)加熱等?，F(xiàn)在構(gòu)建為 IGCT的半導(dǎo)體開關(guān)器件由于它的通用性、效率和成本效率在多種應(yīng)用中使用。常規(guī)的IGCT 器件具有環(huán)形結(jié)構(gòu)，例如在圖1中示出的結(jié)構(gòu)等。陰極盤CD示為圖1中的下表面。在陰極 盤CD上，設(shè)置門極盤GD來提供到半導(dǎo)體器件的門極連接。陽極相A設(shè)置在外殼H的頂部， 外殼H在外面具有爬電距離(ere印age distance) Cr。圖2是在圖1中示出的設(shè)置的橫截面。爬電距離Cr在陽極A和陰極盤⑶之間形 成。在該情況下爬電距離(ere印ing distance) Cr是用例如陶瓷等絕緣材料構(gòu)成的外殼H 的一部分。為了連接陰極盤CD和門極盤GD到外部電路單元，提供陰極導(dǎo)體C和門極導(dǎo)體 G。本質(zhì)上，根據(jù)目前技術(shù)水平這些連接使用兩個(gè)盤進(jìn)行，即門極盤GD和陰極盤CD。這些盤 焊接到封裝陶瓷。由于機(jī)械原因，分開門極盤與陰極盤的陶瓷的厚度大大高于使相離大約 100V的電壓的兩個(gè)電勢(shì)絕緣所需要的厚度。不利地，該事實(shí)導(dǎo)致門極電極和陰極電極之間的大距離使得總回線電感(loop inductance)增加。在用于連接半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路單元的常規(guī)連接設(shè)置中不利 地形成的電感回線的示例由圖2中的標(biāo)號(hào)IL示出。如在圖2中示出的雜散電感(stray inductance) IL的雜散電感不利地使半導(dǎo)體開關(guān)器件的關(guān)斷性能變差。根據(jù)目前技術(shù)水平 的半導(dǎo)體開關(guān)器件的另一個(gè)劣勢(shì)是半導(dǎo)體開關(guān)器件的尺寸是大的，因?yàn)榉珠_門極和陰極盤 的陶瓷外殼的厚度高。

發(fā)明內(nèi)容
從而本發(fā)明的目的是提供用于電連接具有陰極盤的半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路 單元的連接部件，該連接部件具有低雜散電感。此外提供具有緊湊尺寸的半導(dǎo)體器件是可 取的。該目的通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路單元的電連接的連接器件和半導(dǎo)體開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)。另外本發(fā)明的優(yōu)選發(fā)展根據(jù)從屬權(quán)利要求。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供用于具有陰極盤的半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路單元 的電連接的連接器件，該連接器件包括具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極-門極連接單元，其包括用于 電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體，其中該陰極 導(dǎo)體包括適用于連接陰極導(dǎo)體到陰極盤的陰極連接端子。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供半導(dǎo)體開關(guān)器件，其包括具有沉積在其上的半導(dǎo) 體開關(guān)器件的陰極盤、陽極和門極的襯底；和用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到 外部電路單元的連接部件，其中該連接部件包括具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極-門極連接單元，其 包括用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體，并 且其中該陰極導(dǎo)體包括適用于連接陰極導(dǎo)體到陰極盤的陰極連接端子。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)方面，提供半導(dǎo)體開關(guān)器件，其包括具有沉積在其上的半 導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極、陽極和門極的襯底；和用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到 外部電路單元的連接部件，其中該連接部件包括至少兩個(gè)具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極-門極連接 單元，其包括用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極 導(dǎo)體，并且其中該至少兩個(gè)陰極-門極連接單元對(duì)稱地設(shè)置在陰極盤周圍。


本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中描繪并且在接著的說明中詳細(xì)描述。在附圖中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體開關(guān)器件的正視圖；圖2是根據(jù)在圖1中示出的現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體開關(guān)器件的橫截面；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)器件的正視圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的陰極-門極連接單元的結(jié)構(gòu)；圖5示出在圖3中圖示的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中陽極移除使得可以看到半導(dǎo)體開 關(guān)器件的內(nèi)部；圖6是在圖5中示出的半導(dǎo)體開關(guān)器件的橫截面視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)器件的頂視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)器件的組合頂視圖/截面視圖；圖9圖示不同半導(dǎo)體開關(guān)器件的模擬結(jié)果，其中雜散電感示為運(yùn)行頻率的函數(shù)； 以及圖10是作為運(yùn)行頻率的函數(shù)的不同半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)體電阻。在圖中相同的標(biāo)號(hào)指示相同或相似的部分或步驟。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于在常規(guī)半導(dǎo)體開關(guān)器件(例如集成門極換向晶閘管(IGCT)器件)中 的雜散電感主要由在連接單元中形成的電感回線所引起的想法。本發(fā)明的核心概念基于以 下事實(shí)雜散電感可以通過連接半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路單元的電感器(inductor)的 適當(dāng)設(shè)置而避免，其中導(dǎo)體設(shè)置包括陽極、陰極和門極接點(diǎn)。為了最小化雜散電感，連接半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體通過同軸設(shè)置而彼此相關(guān)?？稍O(shè)計(jì)這種同軸設(shè)置使得用于連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的門極到外部電路單元的門 極導(dǎo)體形成為陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體并且用于連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極到外 部電路單元的陰極導(dǎo)體形成為陰極-門極連接單元的外部導(dǎo)體或反之亦然。陰極-門極連 接單元的外部導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體提供為同軸結(jié)構(gòu)。從而根據(jù)本發(fā)明的陰極-門極連接單元的 優(yōu)勢(shì)是雜散電感可以最小化。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于具有陰極盤的半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路單元的電 連接的連接器件包括具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極_門極連接單元，其包括電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件 的陰極和門極到外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體，其中該陰極導(dǎo)體包括適用于連接陰 極導(dǎo)體到陰極盤的陰極連接端子。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選發(fā)展，陰極_門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體通過包括介電材料的絕 緣體與陰極-門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的發(fā)展，陰極_門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體通過包括聚合 物或陶瓷基材料的絕緣體與陰極_門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。優(yōu)選地，連接器件包括具有小于500 μ m的厚度的絕緣體。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供半導(dǎo)體開關(guān)器件，其包括具有沉積在其上的半導(dǎo)體 開關(guān)器件的陰極盤、陽極和門極的襯底和用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部 電路單元的連接部件，其中陰極導(dǎo)體包括適用于連接陰極導(dǎo)體到陰極盤的陰極連接端子。該連接部件包括具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極-門極連接單元，其包括用于電連接半導(dǎo)體 開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)發(fā)展，設(shè)計(jì)同軸結(jié)構(gòu)使得用于連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的門極 到外部電路單元的門極導(dǎo)體形成為陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體并且用于連接半導(dǎo)體 開關(guān)器件的陰極到外部電路單元的陰極導(dǎo)體形成為陰極_門極連接單元的外部導(dǎo)體。備選 地，陰極導(dǎo)體形成為內(nèi)部導(dǎo)體而門極導(dǎo)體形成為外部導(dǎo)體。優(yōu)選地，半導(dǎo)體開關(guān)器件是集成門極換向晶閘管(IGCT)。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)發(fā)展，用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電 路單元的連接部件附加至半導(dǎo)體開關(guān)器件的外殼。優(yōu)選地，半導(dǎo)體開關(guān)器件的外殼用絕緣 材料制成。如果外殼用陶瓷材料制成，這是個(gè)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)優(yōu)選發(fā)展，陰極盤包括陰極極點(diǎn)(cathod印ole)，特別地包 括第一陰極極片(pole piece)和第二陰極極片。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)優(yōu)選發(fā)展，陰極_門極連接單元的陰極導(dǎo)體包括用于連接 陰極導(dǎo)體到陰極盤的陰極連接端子。優(yōu)選地，陰極-門極連接單元的門極導(dǎo)體還包括用于 連接門極導(dǎo)體到外部電路單元的門極連接端子。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)優(yōu)選發(fā)展，半導(dǎo)體開關(guān)器件的外殼在其的外面包括至少一 個(gè)爬電段以便使爬電電流從陽極偏離到陰極盤。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，半導(dǎo)體開關(guān)器件包括具有沉積在其上的半導(dǎo)體開關(guān)器件 的陰極、陽極和門極的襯底，和用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元 的連接部件。
該連接部件有利地包括至少兩個(gè)具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極_門極連接單元，其包括用 于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體，其中該至 少兩個(gè)陰極-門極連接單元對(duì)稱地設(shè)置在陰極盤周圍。根據(jù)本發(fā)明再另一個(gè)的優(yōu)選發(fā)展，陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體通過包括介電 材料的絕緣體與陰極-門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。優(yōu)選地，陰極-門極連接的內(nèi)部導(dǎo)體 通過包括聚合物或陶瓷基材料的絕緣體與陰極-門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。有利地， 絕緣體具有小于500 μ m的厚度。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)器件100。如在圖3中示出的，半 導(dǎo)體開關(guān)器件包括陰極盤102和在陰極盤102頂部與陰極盤102絕緣的門極盤103。用例 如陶瓷材料等絕緣材料制成的外殼104放置在陰極盤102的頂部。外殼可包括用于陰極盤 102與放置在外殼104頂部的陽極101絕緣的爬電段105。爬電段105提供從陽極101到 陰極盤102的爬電距離使得爬電電流經(jīng)受從陽極101到陰極盤102的擴(kuò)大距離。這樣，改 善了陰極101和陽極盤102之間的絕緣。根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，陰極_門極連接單元200提供在外殼104的一側(cè)。 陰極-門極連接單元用于半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路單元的電連接。連接器件用于半導(dǎo)體 開關(guān)器件的門極和陰極到外部電路單元的連接。陰極101如在目前技術(shù)水平中連接到外部 電路單元。為了避免電感回線(參見圖2)，門極和陰極連接提供為同軸設(shè)置，如將在本文下 文中參照?qǐng)D4說明。陰極-門極連接包括用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陽極和門極到外部 電路單元的同軸結(jié)構(gòu)。陰極_門極連接單元200包括陰極導(dǎo)體202和門極導(dǎo)體203，如在圖 3中示出的。陰極-門極連接單元200的內(nèi)部導(dǎo)體提供為門極導(dǎo)體203，而陰極-門極連接 單元200的外部導(dǎo)體提供為陰極導(dǎo)體202。陰極-門極連接單元200的內(nèi)部導(dǎo)體202與陰 極_門極連接單元200的外部導(dǎo)體202絕緣。絕緣可包括用介電材料制成的絕緣體。此外，陰極-門極連接200的內(nèi)部導(dǎo)體203 可通過包括聚合物或陶瓷基材料的絕緣體與陰極_門極連接單元200的外部導(dǎo)體202絕 緣。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選發(fā)展，絕緣體具有小于500μπι的厚度。圖4詳細(xì)圖示陰極_門極連接單元200。如之前描述的，門極導(dǎo)體203提供為陰 極_門極連接單元200的內(nèi)部導(dǎo)體，其中陰極導(dǎo)體202提供為陰極-門極連接單元200的 外部導(dǎo)體。陰極-門極連接單元的橫截面是圓形的使得同軸設(shè)置提供為在圖4中示出的。 陰極導(dǎo)體202包括用于連接陰極導(dǎo)體202到陰極盤的陰極連接端子302，如將參照下文圖6 示出的。此外，門極導(dǎo)體203包括用于連接門極導(dǎo)體203到外部電路單元(沒有示出)的 門極連接端子303。提供絕緣體204以便使陰極導(dǎo)體202與門極導(dǎo)體203絕緣。絕緣可以是空氣、例 如聚合物或陶瓷基材料等絕緣材料或本領(lǐng)域中已知的另一個(gè)絕緣材料。由于陰極-門極連 接單元200的結(jié)構(gòu)，如例如門極_陰極回線電感的雜散電感最小化。注意到門極-陰極回 線電感是IGCT(集成門極換向晶閘管)的關(guān)斷性能的最相關(guān)的參數(shù)。圖5是在圖3中示出的半導(dǎo)體100的正視圖，其中示出半導(dǎo)體開關(guān)器件100，其中 陽極101移除。從而，外殼104的內(nèi)部更詳細(xì)地圖示。注意到本文上文已經(jīng)描述的部分或 部件沒有在另外的說明中詳細(xì)描述以便簡化說明。如在半導(dǎo)體開關(guān)器件100的內(nèi)部視圖中
7示出的，陰極盤102包括在外殼104的內(nèi)部中的第一陰極極片304和第二陰極極片305，其 采用同軸設(shè)置。在第一陰極極片304和第二陰極極片305之間，提供門極環(huán)201，其與門極 盤103電接觸。門極環(huán)201必須由陰極-門極連接單元200的門極導(dǎo)體203接觸。該連接將在下文參照?qǐng)D6詳細(xì)描述，其是陰極-門極連接單元連同半導(dǎo)體開關(guān)器 件100的部分的橫截面。如在圖5中圖示的，陰極導(dǎo)體202通過絕緣外殼104到達(dá)外殼104 的內(nèi)部，其中門極導(dǎo)體202電連接到陰極盤102。此外，示出陰極-門極連接單元位于陰極 槽301中。注意到即使僅一個(gè)陰極-門極連接單元200在圖5中示出，可在外殼104的外圍 提供超過一個(gè)陰極-門極連接單元200，如將在本文下文參照關(guān)于本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施 例的說明的圖7和8示出。圖6是在圖3中示出的沿線A_A(參見圖3)的半導(dǎo)體開關(guān)器件的一部分的橫截面。 根據(jù)本發(fā)明的同軸門極概念可以清楚地看見。圖6示出陰極盤102和陽極101的部分。此 外，襯底112在圖的中心部分中示出。此外，描繪了外殼104和爬電段105的部分。在外殼 104和襯底112之間，提供絕緣單元106。在頂側(cè)，襯底112提供為用于與陽極101接觸的 陽極接觸層107。在襯底112的下部，第一陰極極片304和第二陰極極片305提供用于與陰 極盤102接觸。此外，示出門極環(huán)201，其由門極導(dǎo)體203接觸。此外，在圖6中描繪陰極導(dǎo) 體202連接到陰極盤102。從而，圖6的橫截面顯示安裝在外殼104的通孔中的陰極-門極連接單元200。為 了使爬電電流能夠從陽極101通過爬電段105流到陰極盤102，提供陽極連接110用于連接 外殼104與陽極101。此外，提供陰極連接111用于連接陰極盤102通過外殼104。門極導(dǎo)體203在其的左端提供有門極連接端子303以便使門極環(huán)201到外部電路 單元(沒有示出)的連接成為可能。此外，陰極導(dǎo)體202通過使用陰極連接端子302電連 接到陰極盤102。從而，電連接在陰極導(dǎo)體202和陰極盤102之間直接和通過陰極連接111 和陰極連接端子302提供，如在圖6中描繪的。門極環(huán)201通過絕緣層109與環(huán)境絕緣，特 別與陰極盤102絕緣。注意到，即使陰極門極連接單元200的圓形橫截面在圖中(特別在圖3、4和5中) 示出，陰極_門極連接單元200和陰極導(dǎo)體202以及門極導(dǎo)體203可具有非圓形的橫截面， 例如矩形橫截面。本發(fā)明不限制于陰極_門極連接單元200的橫截面的具體設(shè)計(jì)。根據(jù)在 圖3、4、5和6中示出的本發(fā)明的第一實(shí)施例，陰極導(dǎo)體202和門極導(dǎo)體203之間的距離可 沿整個(gè)回線保持在最小值，從而確保最小回線電感。陰極-門極連接單元200位于第二陰極極片的現(xiàn)有陰極槽中(參見圖5)。因此， 陰極盤102連接到陰極導(dǎo)體202，其中門極導(dǎo)體203連接到門極環(huán)201使得整個(gè)半導(dǎo)體開關(guān) 器件的容易構(gòu)建和成本有效的制造是可能的。注意到，在同軸連接內(nèi)的電絕緣(即，絕緣體 204)可以是非常薄的，因?yàn)轭A(yù)期的峰值電壓在僅大約100V的范圍中。因此主要的要求是絕 緣材料需要與陶瓷外殼104的剩余部分一樣是密封的。對(duì)于20. . . 30mm的總長度(取決于 IGCT襯底/封裝直徑)和極少的IOOym的厚度的絕緣體204，可以使用大多數(shù)聚合物或陶 瓷基材料。此外，陰極-門極連接單元200的插入將使半導(dǎo)體開關(guān)器件100的較廉價(jià)的外殼 104成為可能，使得降低制造成本。
圖7和8示出根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)器件的頂視圖和橫截面 視圖。如之前提到的，本發(fā)明不限于一個(gè)單個(gè)陰極-門極連接單元200的提供。提供大量 (至少兩個(gè))陰極-門極連接單元200是相當(dāng)可能的。如在圖7中示出的，在半導(dǎo)體開關(guān)器 件100的外殼104的外圍周圍設(shè)置許多陰極_門極連接單元200是有利的。如在圖7中示出的，十二個(gè)陰極_門極連接單元200對(duì)稱地設(shè)置在半導(dǎo)體開關(guān)器 件100的外殼104的外圍周圍。這樣，可以改善半導(dǎo)體開關(guān)器件100到外部電路單元的電 連接。在圖7中示出的陰極-門極連接單元200中的每個(gè)采用在本文上文關(guān)于圖3至6描 述的方式構(gòu)建。在圖8中，根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)器件100更詳細(xì)地示出。為 此，除了頂視圖(圖8(a))，在圖8(b)的右側(cè)示出通過陰極_門極連接單元200的中心的橫 截面視圖。圖9和10圖示關(guān)于具有根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的陰極-門極連接單元200 的半導(dǎo)體開關(guān)器件與在圖ι和2中示出的常規(guī)半導(dǎo)體開關(guān)器件比較的電感和電阻模擬。在 圖9和10中，“同軸門極(coaxgate) ”意思是已經(jīng)分析了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的 陰極-門極連接單元200的不同設(shè)置。在圖9和10中，“原始切割(original cut) ”意思 是已經(jīng)模擬了在圖1和2中示出的常規(guī)半導(dǎo)體開關(guān)器件的電感和電阻行為。如在圖9中示出的，電感402繪制為運(yùn)行頻率401的函數(shù)。該頻率從IOHz示出到 1MHz，其是IGCT的相關(guān)運(yùn)行頻率范圍。具有標(biāo)號(hào)404的曲線圖示如在現(xiàn)有技術(shù)中沒有同軸 門極的電感分布。具有標(biāo)號(hào)405的曲線同軸門極1、同軸門極2、同軸門極3和同軸門極4 顯示具有同軸門極的電感分布。如可以看見的，雜散電感減小高達(dá)40% (特別在高頻率范 圍中)。此外，如參照?qǐng)D10示出的，模擬了使用根據(jù)本發(fā)明的陰極-門極連接單元200的 設(shè)置與在常規(guī)半導(dǎo)體開關(guān)器件中使用的常規(guī)連接比較的電阻。如在圖10中示出的，電阻 403繪制為在與在圖9中示出的頻率范圍相同的頻率范圍中(即在感興趣的IOHz和IMHz 之間的頻率范圍中)的運(yùn)行頻率401的函數(shù)。曲線406示出如在現(xiàn)有技術(shù)中沒有同軸門極 的電阻分布，其中標(biāo)號(hào)407指示具有如之前關(guān)于圖9示出的同軸門極(S卩，具有同軸門極1、 同軸門極2、同軸門極3和同軸門極4)的電阻分布。從在圖10中示出的電阻圖表，可以得出結(jié)論，由根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的陰 極_門極連接單元200提供的電阻403上的增加(與由曲線406指示的常規(guī)設(shè)置的電阻比 較)是可忽略的。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員，基于本文教導(dǎo)，可做出變化和改動(dòng)而不偏離公開的本發(fā) 明和它的更寬的方面，這將是明顯的。即，本文上文闡述的所有示例意為示范性和非限制性 的。標(biāo)號(hào)列表100半導(dǎo)體開關(guān)器件 202陰極導(dǎo)體101陽極203門極導(dǎo)體102陰極盤 204絕緣體103門極盤 301陰極槽104外殼 302陰極連接端子
9
105爬電段303門極連接端子
106絕緣單元304第一陰極極片
107陽極接觸層305第二陰極極片
108陰極接觸層401運(yùn)行頻率
109絕緣層402電感
110陽極連接403電阻
111陰極連接200陰極-門極連接單元
112襯底201門極環(huán)
404沒有同軸門極的電感分布(現(xiàn)有技術(shù))
405具有同軸門極的電感分布
406沒有同軸門極的電阻分布(現(xiàn)有技術(shù))
407具有同軸門極的電阻分布
權(quán)利要求
一種用于具有陰極盤的半導(dǎo)體開關(guān)器件到外部電路單元的電連接的連接器件，所述連接器件包括具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極 門極連接單元，其包括用于電連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到所述外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體，其中所述陰極導(dǎo)體包括適用于連接所述陰極導(dǎo)體到所述陰極盤的陰極連接端子。
2.如權(quán)利要求1所述的連接器件，其中所述陰極_門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體通過包括介電材料的絕緣體與所述陰極-門 極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。
3.如權(quán)利要求2所述的連接器件，其中所述陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體通過包括聚合物或陶瓷基材料的絕緣體與 所述陰極-門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。
4.如權(quán)利要求2或3所述的連接器件，其中所述絕緣體具有小于500 μ m的厚度。
5.一種半導(dǎo)體開關(guān)器件，包括a)具有沉積在其上的所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極盤、陽極和門極的襯底；以及b)用于電連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元的連接部件，其中c)所述連接部件包括具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極-門極連接單元，其包括用于電連接所述半 導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到所述外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體，其中所述陰極導(dǎo) 體包括適用于連接所述陰極導(dǎo)體到所述陰極盤的陰極連接端子。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極_門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體通 過包括介電材料的絕緣體與所述陰極_門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體通 過包括聚合物或陶瓷基材料的絕緣體與所述陰極_門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。
8.如權(quán)利要求6或7所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述絕緣體具有小于500μ m的厚度。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述同軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成使得用于連接所述 半導(dǎo)體開關(guān)器件的門極到所述外部電路單元的門極導(dǎo)體形成為所述陰極-門極連接單元 的內(nèi)部導(dǎo)體并且用于連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極到所述外部電路單元的陰極導(dǎo)體形 成為所述陰極_門極連接單元的外部導(dǎo)體，或在于用于連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的門極到所述外部電路單元的門極導(dǎo)體形成為所述陰 極-門極連接單元的外部導(dǎo)體并且用于連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極到所述外部電路 單元的陰極導(dǎo)體形成為所述陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體。
10.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述半導(dǎo)體開關(guān)器件是集成門極換向 晶閘管。
11.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述用于電連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件 的陰極和門極到外部電路單元的所述連接部件附加到所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的外殼。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述外殼用絕緣材料制成。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述外殼用陶瓷材料制成。
14.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極盤包括陰極極片。
15.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極盤包括第一陰極極片和第二陰極極片。
16.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極-門極連接單元的陰極導(dǎo)體包 括用于連接所述陰極導(dǎo)體到所述陰極盤的陰極連接端子。
17.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極-門極連接單元的門極導(dǎo)體包 括用于連接所述門極導(dǎo)體到所述外部電路單元的門極連接端子。
18.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述外殼在其的外面包括至少一個(gè)爬 電段以便使爬電電流從所述陽極偏離到所述陰極盤。
19.如權(quán)利要求5至18中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述連接部件包括至少 兩個(gè)具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極-門極連接單元，其包括用于電連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極 和門極到所述外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體，其中所述至少兩個(gè)陰極-門極連接單 元對(duì)稱地設(shè)置在所述陰極盤周圍。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體 通過包括介電材料的絕緣體與所述陰極_門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。
21.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體 通過包括聚合物或陶瓷基材料的絕緣體與所述陰極_門極連接單元的外部導(dǎo)體絕緣。
22.如權(quán)利要求20或21所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述絕緣體具有小于500μ m的 厚度。
23.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述同軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成使得用于連接所 述半導(dǎo)體開關(guān)器件的門極到所述外部電路單元的門極導(dǎo)體形成為所述陰極-門極連接單 元的內(nèi)部導(dǎo)體并且用于連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極到所述外部電路單元的陰極導(dǎo)體 形成為所述陰極-門極連接單元的外部導(dǎo)體，或者在于用于連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的門極到所述外部電路單元的門極導(dǎo)體形成為所述陰 極-門極連接單元的外部導(dǎo)體并且用于連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極到所述外部電路 單元的陰極導(dǎo)體形成為所述陰極-門極連接單元的內(nèi)部導(dǎo)體。
24.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述半導(dǎo)體開關(guān)器件是集成門極換向 晶閘管。
25.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述用于電連接所述半導(dǎo)體開關(guān)器件 的陰極和門極到外部電路單元的所述連接部件附加到所述半導(dǎo)體開關(guān)器件的外殼。
26.如權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述外殼用絕緣材料制成。
27.如權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述外殼用陶瓷材料制成。
28.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極盤包括陰極極片。
29.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極盤包括第一陰極極片和第二 陰極極片。
30.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極_門極連接單元的陰極導(dǎo)體 包括用于連接所述陰極導(dǎo)體到所述陰極盤的陰極連接端子。
31.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述陰極_門極連接單元的門極導(dǎo)體 包括用于連接所述門極導(dǎo)體到所述外部電路單元的門極連接端子。
32.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中所述外殼在其的外面包括至少一個(gè)爬 電段以便使爬電電流從所述陽極偏離到所述陰極盤。
全文摘要
本發(fā)明提供半導(dǎo)體開關(guān)器件，其包括具有沉積在其上的半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極、陽極和門極的襯底，和用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元的連接部件。該連接部件包括具有同軸結(jié)構(gòu)的陰極-門極連接單元，其包括用于電連接半導(dǎo)體開關(guān)器件的陰極和門極到外部電路單元的門極導(dǎo)體和陰極導(dǎo)體。
文檔編號(hào)H01L23/48GK101897021SQ200880121029
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者D·科泰特, T·威克斯特倫, T·斯蒂亞斯尼 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司