CN111490150B - 具有外部功率传感器的半导体模块 - Google Patents

具有外部功率传感器的半导体模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体模块，其包括：半导体管芯；包围所述半导体管芯的模制化合物；多个端子，其电连接到所述半导体管芯并从所述模制化合物突出出来，其中，所述端子中的第一端子具有被所述模制化合物覆盖的收缩区域，其中，所述模制化合物在所述第一端子的所述收缩区域附近具有凹陷或开口；以及无芯磁场传感器，其设置在所述模制化合物的所述凹陷或所述开口中并通过所述模制化合物与所述第一端子隔离。所述无芯磁场传感器被配置为响应于由在所述第一端子的所述收缩区域中流动的电流产生的磁场而产生信号，所述信号的大小与在所述第一端子的所述收缩区域中流动的电流的量成比例。还描述了一种制造模块的方法。

Description

具有外部功率传感器的半导体模块
背景技术
逆变器封装或模块的准确操作需要对AC电流进行电流感测，以确保有效的***性能。通常使用基于芯的磁场传感器来实施AC电流感测。特别是由于铁芯的负面影响，基于芯的开环电流传感器的性能受到限制。例如，基于芯的开环电流传感器受到磁滞、饱和、非线性、与温度有关的磁导率、涡流效应等的困扰。某些问题可以使用用于补偿测试电流产生的磁通量的外部电路以及用于确定气隙中的零通量条件的探针来解决。然而，附加的电路、补偿绕组以及补偿绕组中的附加的功率消耗为整个感测实施增加了相当大的成本。
在大多数情况下，基于芯的传感器的固有精度不足以满足终端客户的要求，例如，用于汽车牵引逆变器。因此，可能需要生产线终端校准来补偿传感器的增益和失调误差。该校准步骤是昂贵的，因为它要求在逆变器模块和电流传感器的组装之后以高精度强制施加高电流。由于校准步骤通常仅在室温下执行，因此由于寿命漂移和温度依赖性而产生的残留误差仍然很大，并会影响整个***性能。
因此，需要一种用于半导体模块的改进的外部功率传感器。
发明内容
根据半导体模块的实施例，半导体模块包括：半导体管芯；包围半导体管芯的模制化合物；多个端子，其电连接到半导体管芯并从模制化合物突出出来，其中，端子中的第一端子具有被模制化合物覆盖的收缩区域，其中，模制化合物在第一端子的收缩区域附近具有凹陷或开口；以及无芯磁场传感器，其设置在模制化合物的凹陷或开口中并且通过模制化合物与第一端子隔离，无芯磁场传感器被配置为响应于在第一端子的收缩区域中流动的电流所产生的磁场而产生信号，信号的大小与在第一端子的收缩区域中流动的电流的量成比例。
无芯磁场传感器可以是磁阻传感器或霍尔传感器。
单独地或组合地，第一端子的收缩区域可以包括锥形区域，第一端子的宽度在锥形区域之上变窄，模制化合物的凹陷可以在第一端子的锥形区域附近，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的凹陷中的单端传感器，并且包括被定位为与锥形区域的一侧相邻的单个感测元件，并且单个感测元件可以通过模制化合物与锥形区域隔离。
单独地或组合地，第一端子的收缩区域可以包括锥形区域，第一端子的宽度在锥形区域之上变窄，模制化合物的凹陷可以在第一端子的锥形区域附近，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的凹陷中的差分传感器，并且包括被定位为与锥形区域的第一侧相邻的第一感测元件和被定位为与锥形区域的与第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件，并且第一和第二感测元件可以通过模制化合物与锥形区域隔离。
单独地或组合地，第一端子的收缩区域可以包括蛇形区域，模制化合物的凹陷可以在第一端子的蛇形区域附近，其中无芯磁场传感器是设置在模制化合物的凹陷中的单端传感器并且包括被定位为与蛇形区域的一侧相邻的单个感测元件，并且其中单个感测元件通过模制化合物与蛇形区域隔离。
单独地或组合地，第一端子的收缩区域可以包括蛇形区域，模制化合物的凹陷可以在第一端子的蛇形区域附近，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的凹陷中的差分传感器，并且包括被定位为与蛇形区域的第一侧相邻的第一感测元件和被定位为与蛇形区域的与第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件，并且第一和第二感测元件可以通过模制化合物与蛇形区域隔离。
单独地或组合地，第一端子的收缩区域可以包括第一端子的具有开口的区域，模制化合物的开口可以与第一端子中的开口对准，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的开口中的单端传感器，并且包括被定位在第一端子中的开口上方或下方的单个感测元件，并且该单个感测元件可以通过模制化合物与第一端子中的开口的侧壁隔离。
单独地或组合地，第一端子的收缩区域可以包括第一端子的具有开口的区域，模制化合物的开口可以与第一端子中的开口对准，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的开口中的差分传感器，并且包括被定位在第一端子中的开口上方的第一感测元件和被定位在第一端子中的开口下方的第二感测元件，并且第一感测元件和第二感测元件可以通过模制化合物与第一端子中的开口的侧壁隔离。
单独地或组合地，模制化合物可以具有突出部，与端子中的从模制化合物的与第一端子相同的一侧突出的其他端子相比，该突出部覆盖更多的第一端子，并且模制化合物的凹陷或开口可以形成在突出部中。
单独地或组合地，半导体管芯可以是功率半导体管芯，半导体模块可以具有双侧冷却，并且第一端子可以是功率半导体管芯的AC输出端子。
根据冷却***的实施例，冷却***包括：多个个体半导体模块，每个个体半导体模块包括：半导体管芯；包围半导体管芯的模制化合物；多个端子，其电连接到半导体管芯并从模制化合物突出出来，其中，端子中的第一端子具有被模制化合物覆盖的收缩区域，其中，模制化合物在第一端子的收缩区域附近具有凹陷或开口；以及无芯磁场传感器，其设置在模制化合物的凹陷或开口中并且通过模制化合物与第一端子隔离，所述无芯磁场传感器被配置为响应于在第一端子的收缩区域中流动的电流所产生的磁场而产生信号，信号的大小与在第一端子的收缩区域中流动的电流的量成比例；以及第一盖，其连结到第二盖以形成密封的壳体，该密封的壳体包括多个个体半导体模块以及在所述盖与个体半导体模块之间的腔，以用于经由形成在第一和/或第二盖中的多个端口进行流体流动。
冷却***的每个无芯磁场传感器可以是磁阻传感器或霍尔传感器。
单独地或组合地，每个第一端子的收缩区域可以包括锥形区域，第一端子的宽度在该锥形区域之上变窄，模制化合物的凹陷可以在第一端子的锥形区域附近，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的凹陷中的单端传感器，并且包括被定位为与锥形区域的一侧相邻的单个感测元件，并且单个感测元件可以通过模制化合物与锥形区域隔离。
单独地或组合地，每个第一端子的收缩区域可以包括锥形区域，第一端子的宽度在该锥形区域之上变窄，模制化合物的凹陷可以在第一端子的锥形区域附近，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的凹陷中的差分传感器，并且包括被定位为与锥形区域的第一侧相邻的第一感测元件和被定位为与锥形区域的与第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件，并且第一和第二感测元件可以通过模制化合物与锥形区域隔离。
单独地或组合地，每个第一端子的收缩区域可以包括蛇形区域，模制化合物的凹陷可以在第一端子的蛇形区域附近，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的凹陷中的单端传感器并包括被定位为与蛇形区域的一侧相邻的单个感测元件，并且单个感测元件可以通过模制化合物与蛇形区域隔离。
单独地或组合地，每个第一端子的收缩区域可以包括蛇形区域，模制化合物的凹陷可以在第一端子的蛇形区域附近，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的凹陷中的差分传感器，并且包括被定位为与蛇形区域的第一侧相邻的第一感测元件和被定位为与蛇形区域的与第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件，并且第一和第二感测元件可以通过模制化合物与蛇形区域隔离。
单独地或组合地，每个第一端子的收缩区域可以包括第一端子的具有开口的区域，模制化合物的开口可以与第一端子中的开口对准，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的开口中的单端传感器，并且包括被定位在第一端子中的开口上方或下方的单个感测元件，并且该单个感测元件可以通过模制化合物与第一端子中的开口的侧壁隔离。
单独地或组合地，每个第一端子的收缩区域可以包括第一端子的具有开口的区域，模制化合物的开口可以与第一端子中的开口对准，无芯磁场传感器可以是设置在模制化合物的开口中的差分传感器，并且包括被定位在第一端子中的开口上方的第一感测元件和被定位在第一端子中的开口下方的第二感测元件，并且第一感测元件和第二感测元件可以通过模制化合物与第一端子中的开口的侧壁隔离。
单独地或组合地，每个个体半导体模块的模制化合物可以具有突出部，与端子中的从模制化合物的与第一端子相同的一侧突出的其他端子相比，该突出部覆盖更多的第一端子，并且模制化合物的凹陷或开口可以形成在突出部中。
单独地或组合地，每个半导体管芯可以是功率半导体管芯，其中每个个体半导体模块具有双侧冷却，并且每个第一端子可以是功率半导体管芯的AC输出端子。
根据制造半导体模块的方法的实施例，该方法包括：将多个端子电连接到半导体管芯；模制多个端子和半导体管芯，使得半导体管芯被包围在模制化合物中，并且多个端子从模制化合物突出出来，其中，端子中的第一端子具有被模制化合物覆盖的收缩区域，其中，模制化合物在第一端子的收缩区域附近具有凹陷或开口；以及将无芯磁场传感器放置在模制化合物的凹陷或开口中，该无芯磁场传感器通过模制化合物与第一端子隔离，并被配置为响应于由在第一端子的收缩区域中流动的电流所产生的磁场而产生信号，该信号的大小与在第一端子的收缩区域中流动的电流的量成比例。
本领域技术人员在阅读以下详细描述并在查看附图时将认识到附加的特征和优点。
附图说明
附图的元件不必相对于彼此成比例。类似的附图标记表示对应的相似部分。除非它们相互排斥，否则可以组合各种所示实施例的特征。在附图中描绘了实施例，并且在随后的描述中详细描述了实施例。
图1示出了具有无芯磁场传感器的半导体模块的实施例的透视图。
图2示出了制造图1所示的半导体模块的方法的实施例的流程图。
图3A示出了在将无芯磁场传感器设置在模制化合物的凹陷中之前的图1的半导体模块的一部分的放大图。
图3B示出了与图3A中所示的半导体模块相同的视图，但是在将无芯磁场传感器设置在凹陷中之后。
图3C示出了沿着图1中标记为A-A'的线的半导体模块的局部截面图。
图4示出了图1的半导体模块的端子的实施例的俯视平面图，该端子具有紧靠无芯磁场传感器的收缩区域。
图5示出了图1的半导体模块的端子的另一实施例的俯视平面图，该端子具有紧靠无芯磁场传感器的收缩区域。
图6示出了具有无芯磁场传感器的半导体模块的另一实施例的透视图。
图7A示出了在将无芯磁场传感器设置在模制化合物的开口中之前的图6的半导体模块的一部分的放大图。
图7B示出了与图7A中所示的半导体模块相同的视图，但是在将无芯磁场传感器设置在凹陷中之后。
图7C示出了沿着图6中标记为B-B'的线的半导体模块的局部截面图。
图7D示出了图6的半导体模块的端子的实施例的俯视平面图，该端子具有用于接纳无芯磁场传感器的开口。
图8示出了具有多个个体半导体模块的冷却***的实施例的透视图，每个半导体模块具有集成的无芯磁场传感器。
具体实施方式
本文所述的实施例将无芯的开环电流传感器集成到功率模块的封装中。功率模块的端子具有产生用于电流感测的磁场的感测结构，并且封装的模制主体被设计为使得无芯电流传感器可以被安装并且朝向感测结构对准。由于无芯传感器不具有铁芯，因此不存在对应的负面影响(例如，温度依赖性、磁滞现象等)。为了抑制外部杂散场，该设计可以被实施为差分感测概念。为了实施差分设计，无芯电流传感器可以相对于电流轨以多种方式对准。本文描述了传感器的横向和垂直集成。例如，在低噪声应用的情况下，传感器实施方式反而可以是单端的。模块的模制主体被配置为接纳无芯磁场传感器，使得电流传感器被定位在端子上方或下方或在端子中。模制的模块主体可以被配置为将电流传感器与被感测的端子隔离。
图1示出了具有集成的无芯开环电流传感器102的半导体模块100的实施例。半导体模块100包括一个或多个半导体管芯104、106，例如功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、JFET(结FET)或类似器件。在一个实施例中，一个或多个半导体管芯104、106是不具有内部电流感测能力的SiC管芯。一个或多个半导体管芯104、106被模制化合物108包围，并且因此在图1中不可见并由相应的虚线框示出。
半导体模块100还包括电连接到一个或多个半导体管芯104、106并从模制化合物108突出出来的多个端子110、112、114。例如，端子110、112、114可以通过引线接合、金属带、金属夹等电连接到一个或多个半导体管芯104、106。在一个实施例中，端子110、112、114是引线框架的引线。在另一个实施例中，至少功率端子110、114是母线或接线片。还可以使用其他类型的端子。在同一模块中可以使用不同类型的端子。例如，引线框架型端子可以用于控制和/或感测连接，并且母线或接线片型端子可以用于功率连接。所提供的端子110、112、114的数量和类型取决于半导体模块的类型。
例如，在半桥功率半导体模块的情况下，高侧半导体管芯104和低侧半导体管芯106被模制化合物108包围。半导体模块100的第一组端子112可以是控制和感测端子，其用于向高侧和低侧半导体管芯104、106提供控制信号，并且用于从模块100接收遥测数据，例如电流感测信息、温度感测信息等。高侧和低侧半导体管芯104、106可以是不具有内部电流感测能力的SiC管芯。第二组端子110是DC电源端子，其用于向高侧和低侧半导体管芯104、106提供正和负(或地)电势。高侧和低侧半导体管芯104、106串联电耦合在公共输出节点。另一个端子114是电连接到管芯104、106的公共输出节点的AC输出端子。
AC输出端子114具有由模制化合物108覆盖的收缩区域。收缩区域在图1中不可见。
集成在半导体模块100中的无芯磁场传感器102被配置为响应于由在模块100的AC输出端子114的收缩区域中流动的电流所产生的磁场而产生信号。无芯磁场传感器102具有一个或多个端子116，例如引脚、引线等，其用于访问由传感器102产生的信号。无芯磁场传感器102可以在运输前在对半导体模块100执行的生产线终端测试程序期间被校准。与客户的校准过程相比，这样做可以产生提高的准确性，因为生产线终端测试程序是在具有多温度校准能力的受控环境中执行的，并且可能省略通常在现场执行的高电流校准步骤。
由无芯磁场传感器102产生的信号的大小与在AC输出端子114的收缩区域中流动的电流的量成比例。可以使用任何类型的无芯磁场传感器。在一个实施例中，无芯磁场传感器102是磁阻(XMR)传感器，例如各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器或隧道磁阻(TMR)传感器。在XMR传感器的情况下，传感器102中包括的金属、半金属或半导体的电阻率在磁场的影响下并且与在AC输出端子114的收缩区域中流动的电流的量成比例地变化。在另一个实施例中，无芯磁场传感器102是霍尔传感器。在霍尔传感器的情况下，传感器102中包括的换能器具有响应于磁场并且与在AC输出端子114的收缩区域中流动的电流的量成比例地变化的输出电压。
根据图1所示的实施例，模制化合物108在AC输出端子114的收缩区域附近具有凹陷118。无芯磁场传感器102设置在模制化合物108的凹陷118中。在一个实施例中，模制化合物108具有突出部120，与端子112中的从模制化合物108的与AC输出端子114相同的一侧突出的其他端子相比，该突出部120覆盖更多的AC输出端子114。模制化合物108的凹陷118形成在突出部120中。
图2示出了制造图1所示的半导体模块100的方法的实施例。该方法包括将端子110、112、114电连接到一个或多个半导体管芯104、106(方框200)。例如，端子110、112、114可以通过引线接合、金属带、金属夹等电连接到一个或多个半导体管芯104、106。该方法还包括模制端子110、112、114和一个或多个半导体管芯104、106，使得一个或多个半导体管芯104、106被包围在模制化合物108中，并且端子110、112、114从模制化合物108突出出来，AC输出端子114具有由模制化合物108覆盖的收缩区域，并且模制化合物108在AC输出端子114的收缩区域附近具有凹陷118(方框210)。可以使用任何典型的模制工艺，例如注射模制、膜辅助模制、传递模制等。可以使用模制工具中的销钉来形成模制化合物108的突出部120。该方法还包括将无芯磁场传感器102放置于模制化合物108的凹陷118中(方框220)。无芯磁场传感器102可以通过胶水、胶带等固定在凹陷中，或者通过凹陷118的形状和特征被夹在适当的位置。
图3A示出了在将无芯磁场传感器102设置在模制化合物108的凹陷118中之前的半导体模块100的一部分的放大图。图3B示出了与图3A中所示的半导体模块100相同的视图，但是在将无芯磁场传感器102设置在凹陷118中之后。图3C示出了沿着图1中的标记为A-A'的线的半导体模块100的局部截面图。半导体模块100可以包括：第一衬底122，例如PCB(印刷电路板)或DCB(直接铜接合)衬底，高侧功率半导体管芯104(在图3C中不可见)附接于其上；以及第二衬底124，例如PCB或DCB衬底，低侧功率半导体管芯106(在图3C中也不可见)附接于其上。通过这种配置，半导体模块100可以具有双侧冷却。
例如，在堆叠的DCB衬底122、124的布置的情况下，每个DCB衬底122、124具有两个金属化表面126、128，该金属化表面126、128被诸如陶瓷的绝缘衬底130隔开。上DCB衬底122的顶部金属化侧126在半导体模块100的一侧提供冷却，而下DCB衬底124的底部金属化侧126在模块100的相对侧提供冷却。双侧冷却也可以通过使用PCB衬底122、124来实现。双侧冷却对于高功率应用(例如汽车功率电子设备)而言是有利的。一个或多个半导体管芯104、106可以附接到同一衬底而不是单独的衬底。
进一步根据图3C所示的实施例，无芯磁场传感器102可以是设置在模制化合物108的凹陷118中的单端或差分传感器。在差分传感器的情况下，无芯磁场传感器102具有被定位为与AC输出端子114的收缩区域134的第一侧相邻的第一感测元件132和被定位为与收缩区域134的与第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件136。差分无芯磁场传感器102生成信号，该信号是通过第一和第二感测元件132、136的磁场的差分磁通密度的线性函数。例如在低噪声应用中，可以省略感测元件132、136中的一个，以产生单端无芯磁场传感器102。在该实施例中，单个感测元件132(或136)被定位为与半导体模块100的AC输出端子114的收缩区域134的一侧相邻。在差分或单端的情况下，无芯磁场传感器102的感测元件132、136可以附接到衬底138，例如PCB，传感器102的端子116也被附接到衬底138。在两种情况下，无芯磁场传感器102的每个感测元件132、136都通过模制化合物108与AC输出端子114的收缩区域134隔离，以确保适当的电隔离以对在端子114的收缩区域134中流动的电流的准确感测。
图4示出了AC输出端子114的由模制化合物108覆盖并具有收缩区域134的部分的实施例。模制化合物108在图4中未示出，以提供收缩区域134的无遮挡图。根据该实施例，AC输出端子114的收缩区域134是锥形区域300，在该锥形区域300之上，端子114的宽度从较大的宽度W1变窄为较小的宽度W2。在差分无芯磁场传感器102的情况下，传感器102具有被定位为与AC输出端子114的锥形区域300的相对侧相邻的感测元件132、136。在单端无芯磁场传感器102的情况下，省略了图4中所示的感测元件132(或136)之一。在任一种情况下，模制化合物108的凹陷118都位于AC输出端子114的锥形区域300附近，并且(差分或单端)无芯磁场传感器102设置在模制化合物108的凹陷118中，例如，如图1和图3A-3C所示。
图5示出了AC输出端子114的被模制化合物108覆盖并具有收缩区域134的部分的另一实施例。模制化合物108在图5中未示出，以提供收缩区域134的无遮挡视图。根据该实施例，AC输出端子114的收缩区域134是端子114的蛇形区域400，该蛇形区域400向一个方向缠绕或转动并且然后向另一方向。在差分无芯磁场传感器102的情况下，传感器102具有被定位为与AC输出端子114的蛇形区域400的相对侧相邻的感测元件132、136。在单端无芯磁场传感器102的情况下，省略了图5所示的感测元件132(或136)之一。在任一种情况下，模制化合物108的凹陷118都位于AC输出端子114的蛇形区域400附近，并且(差分或单端)无芯磁场传感器102设置在模制化合物108的凹陷118中，例如，如图1和图3A-3C所示。
上述实施例提供了无芯磁场传感器的横向型集成，其提供了最小解决方案高度和最大场感测。然而，横向型集成感测结构可能为半导体模块的AC输出端子中的电流造成明显的瓶颈。所产生的更高的耗散可能限制半导体模块的最大输出电流能力。接下来描述的是具有无芯磁场传感器的垂直型集成的半导体模块的实施例。垂直型***感测结构以降低的感测场强度为代价提供了较低的***电阻。
图6示出了具有集成的无芯开环电流传感器102的半导体模块500的另一个实施例。图6所示的实施例类似于图1所示的实施例。但是，不同的是，AC输出端子114的收缩区域134是端子的具有在图6中看不见的开口的区域。根据该实施例，模制化合物108具有与AC输出端子114中的开口对准的开口502。无芯磁场传感器102设置在模制化合物108的开口502中。模制化合物108覆盖AC输出端子114中的开口的侧壁，从而将无芯磁场传感器102与AC输出端子114中的开口的侧壁隔离。在一个实施例中，模制化合物108具有突出部120，与端子112中的从模制化合物108的与AC输出端子114相同的一侧突出的其他端子相比，该突出部120覆盖更多的AC输出端子114。模制化合物108的开口502形成在突出部120中。
图2所示的方法可以用于制造图6所示的半导体模块500。然而不同的是，无芯磁场传感器102放置在模制化合物108的开口502中而不是凹陷中。无芯磁场传感器102可以通过胶水、胶带等固定在模制化合物108的开口502中，或者由开口502夹在适当的位置。
图7A示出了在将无芯磁场传感器102设置在模制化合物108的开口502中之前的图6所示的半导体模块500的一部分的放大图。图7B示出了与图7A中所示的半导体模块500相同的视图，但是在将无芯磁场传感器102设置在模制化合物108的开口502中之后。图7C示出了沿着图6中标记为B-B'的线的半导体模块500的局部截面图。
在一个实施例中，无芯磁场传感器102是差分传感器，其设置在模制化合物108的开口502中，并且具有被定位在半导体模块500的AC输出端子114中的开口504上方的第一感测元件132和被定位在AC输出端子114中的开口504下方的第二感测元件136。在另一实施例中，无芯磁场传感器102是单端传感器。根据该实施例，省略了图7C中所示的感测元件132(或136)之一。在差分或单端的情况下，无芯磁场传感器102的每个感测元件132、136通过模制化合物108与AC输出端子114中的开口504的侧壁506隔离，以确保适当的电隔离以及对在AC输出端子的收缩区域134中流动的电流的准确感测。图7D示出了AC输出端子114的被模制化合物108覆盖并且具有开口504的部分，无芯磁场传感器102被***在开口504中。模制化合物108未在图7D中示出以提供开口504和对应的收缩区域134的无遮挡图。
图8示出了冷却***600的实施例，该冷却***600包括多个先前在本文中描述的种类的个体半导体模块。个体半导体模块在图8中不可见，并且可以具有如图1和图3A-3C所示的横向型集成感测结构或者如图6和图7A-7C所示的垂直型集成感测结构。即，每个个体半导体模块可以包括一个或多个半导体管芯、包围每个半导体管芯的模制化合物、电连接到半导体管芯并且从模制化合物突出出来的多个端子602，其中，端子中的第一端子具有被模制化合物覆盖的收缩区域，其中，模制化合物在第一端子的收缩区域附近具有凹陷或开口，并且无芯磁场传感器设置在模制化合物的凹陷或开口中并通过模制化合物与第一端子隔离。无芯磁场传感器被配置为响应于由在第一端子的收缩区域中流动的电流产生的磁场而产生信号，该信号的大小与在第一端子的收缩区域中流动的电流的量成比例，如本文前面所述。
冷却***600还包括第一盖604，其连结到第二盖606以形成密封的壳体。密封的壳体包括个体半导体模块以及在盖与个体半导体模块之间的腔。该腔在图8中不可见。第一盖604具有一个或多个端口608，并且第二盖606具有一个或多个端口610，使得诸如水、冷却剂等流体可以在腔中在盖604、606与个体半导体模块之间流动。在双侧冷却的情况下，流体可以沿个体半导体模块的两个主侧流动。在单侧冷却的情况下，流体可以仅沿着具有冷却结构的个体半导体模块的主侧流动。与没有冷却结构的个体半导体模块的侧面相邻的盖604、606可以不具有任何端口。盖604、606可以由金属或塑料、或金属和塑料的组合制成。
诸如“第一”、“第二”等术语用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不旨在进行限制。在整个说明书中，类似的术语指代类似的元件。
如本文中所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，其指示所陈述的元件或特征的存在，但是不排除附加的元件或特征。除非上下文另外明确指出，否则冠词“一”和“所述”旨在包括复数以及单数。
应当理解，除非另外特别指出，否则本文所述的各种实施例的特征可以彼此组合。
尽管在本文中已经图示和描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，各种替代和/或等同的实施方式可以替代所示出和描述的特定实施例。本申请旨在覆盖本文讨论的特定实施例的任何改编或变型。因此，旨在使本发明仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (21)

1.一种半导体模块，包括：
半导体管芯；
包围所述半导体管芯的模制化合物；
多个端子，其电连接到所述半导体管芯并从所述模制化合物突出出来，其中，所述端子中的第一端子具有被所述模制化合物覆盖的收缩区域，其中，所述模制化合物在所述第一端子的所述收缩区域附近具有凹陷或开口；以及
无芯磁场传感器，其设置在所述模制化合物的所述凹陷或所述开口中并通过所述模制化合物与所述第一端子隔离，所述无芯磁场传感器被配置为响应于由在所述第一端子的所述收缩区域中流动的电流产生的磁场而产生信号，所述信号的大小与在所述第一端子的所述收缩区域中流动的电流的量成比例。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述无芯磁场传感器是磁阻传感器或霍尔传感器。
3.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述第一端子的所述收缩区域包括锥形区域，所述第一端子的宽度在所述锥形区域之上变窄，其中，所述模制化合物的所述凹陷在所述第一端子的所述锥形区域附近，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的所述凹陷中的单端传感器，并且包括被定位为与所述锥形区域的一侧相邻的单个感测元件，并且其中，所述单个感测元件通过所述模制化合物与所述锥形区域隔离。
4.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述第一端子的所述收缩区域包括锥形区域，所述第一端子的宽度在所述锥形区域之上变窄，其中，所述模制化合物的所述凹陷在所述第一端子的所述锥形区域附近，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的所述凹陷中的差分传感器，并且包括被定位为与所述锥形区域的第一侧相邻的第一感测元件和被定位为与所述锥形区域的与所述第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件，并且其中，所述第一感测元件和所述第二感测元件通过所述模制化合物与所述锥形区域隔离。
5.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述第一端子的所述收缩区域包括蛇形区域，其中，所述模制化合物的所述凹陷在所述第一端子的所述蛇形区域附近，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的所述凹陷中的单端传感器，并且包括被定位为与所述蛇形区域的一侧相邻的单个感测元件，并且其中，所述单个感测元件通过所述模制化合物与所述蛇形区域隔离。
6.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述第一端子的所述收缩区域包括蛇形区域，其中，所述模制化合物的所述凹陷在所述第一端子的所述蛇形区域附近，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的所述凹陷中的差分传感器，并且包括被定位为与所述蛇形区域的第一侧相邻的第一感测元件和被定位为与所述蛇形区域的与所述第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件，并且其中，所述第一感测元件和所述第二感测元件通过所述模制化合物与所述蛇形区域隔离。
7.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述第一端子的所述收缩区域包括所述第一端子的具有开口的区域，其中，所述模制化合物的开口与所述第一端子中的开口对准，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的开口中的单端传感器，并且包括被定位在所述第一端子中的开口上方或下方的单个感测元件，并且其中，所述单个感测元件通过所述模制化合物与所述第一端子中的开口的侧壁隔离。
8.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述第一端子的所述收缩区域包括所述第一端子的具有开口的区域，其中，所述模制化合物的开口与所述第一端子中的开口对准，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的开口中的差分传感器，并且包括被定位在所述第一端子中的开口上方的第一感测元件和被定位在所述第一端子中的开口下方的第二感测元件，并且其中，所述第一感测元件和所述第二感测元件通过所述模制化合物与所述第一端子中的开口的侧壁隔离。
9.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述模制化合物具有突出部，与所述端子中的从所述模制化合物的与所述第一端子相同的一侧突出的其他端子相比，所述突出部覆盖更多的所述第一端子，并且其中，所述模制化合物的所述凹陷或所述开口形成在所述突出部中。
10.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述半导体管芯是功率半导体管芯，其中，所述半导体模块具有双侧冷却，并且其中，所述第一端子是所述功率半导体管芯的AC输出端子。
11.一种冷却***，包括：
多个个体半导体模块，每个个体半导体模块包括：半导体管芯；包围所述半导体管芯的模制化合物；多个端子，其电连接到所述半导体管芯并从所述模制化合物突出出来，其中，所述端子中的第一端子具有被所述模制化合物覆盖的收缩区域，其中，所述模制化合物在所述第一端子的所述收缩区域附近具有凹陷或开口；以及无芯磁场传感器，其设置在所述模制化合物的所述凹陷或所述开口中并且通过所述模制化合物与所述第一端子隔离，所述无芯磁场传感器被配置为响应于由在所述第一端子的所述收缩区域中流动的电流产生的磁场而产生信号，所述信号的大小与在所述第一端子的所述收缩区域中流动的电流的量成比例；以及
第一盖，其连结到第二盖以形成密封的壳体，所述密封的壳体包括多个个体半导体模块以及在所述盖与所述个体半导体模块之间的腔，所述腔用于经由形成在所述第一盖和/或所述第二盖中的多个端口进行流体流动。
12.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个无芯磁场传感器是磁阻传感器或霍尔传感器。
13.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个第一端子的所述收缩区域包括锥形区域，所述第一端子的宽度在所述锥形区域之上变窄，其中，所述模制化合物的所述凹陷在所述第一端子的所述锥形区域附近，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的所述凹陷中的单端传感器，并且包括被定位为与所述锥形区域的一侧相邻的单个感测元件，并且其中，所述单个感测元件通过所述模制化合物与所述锥形区域隔离。
14.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个第一端子的所述收缩区域包括锥形区域，所述第一端子的宽度在所述锥形区域之上变窄，其中，所述模制化合物的所述凹陷在所述第一端子的所述锥形区域附近，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的所述凹陷中的差分传感器，并且包括被定位为与所述锥形区域的第一侧相邻的第一感测元件和被定位为与所述锥形区域的与所述第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件，并且其中，所述第一感测元件和所述第二感测元件通过所述模制化合物与所述锥形区域隔离。
15.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个第一端子的所述收缩区域包括蛇形区域，其中，所述模制化合物的所述凹陷在所述第一端子的所述蛇形区域附近，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的所述凹陷中的单端传感器，并且包括被定位为与所述蛇形区域的一侧相邻的单个感测元件，并且其中，所述单个感测元件通过所述模制化合物与所述蛇形区域隔离。
16.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个第一端子的所述收缩区域包括蛇形区域，其中，所述模制化合物的所述凹陷在所述第一端子的所述蛇形区域附近，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的所述凹陷中的差分传感器，并且包括被定位为与所述蛇形区域的第一侧相邻的第一感测元件和被定位为与所述蛇形区域的与所述第一侧相对的第二侧相邻的第二感测元件，并且其中，所述第一感测元件和所述第二感测元件通过所述模制化合物与所述蛇形区域隔离。
17.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个第一端子的所述收缩区域包括所述第一端子的具有开口的区域，其中，所述模制化合物的开口与所述第一端子中的开口对准，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的开口中的单端传感器，并且包括被定位在所述第一端子中的开口上方或下方的单个感测元件，并且其中，所述单个感测元件通过所述模制化合物与所述第一端子中的开口的侧壁隔离。
18.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个第一端子的所述收缩区域包括所述第一端子的具有开口的区域，其中，所述模制化合物的开口与所述第一端子中的开口对准，其中，所述无芯磁场传感器是设置在所述模制化合物的开口中的差分传感器，并且包括被定位在所述第一端子中的开口上方的第一感测元件和被定位在所述第一端子中的开口下方的第二感测元件，并且其中，所述第一感测元件和所述第二感测元件通过所述模制化合物与所述第一端子中的开口的侧壁隔离。
19.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个个体半导体模块的所述模制化合物具有突出部，与所述端子中的从所述模制化合物的与所述第一端子相同的一侧突出的其他端子相比，所述突出部覆盖更多的所述第一端子，并且其中，所述模制化合物的所述凹陷或所述开口形成在所述突出部中。
20.根据权利要求11所述的冷却***，其中，每个半导体管芯是功率半导体管芯，其中，每个个体半导体模块具有双侧冷却，并且其中，每个第一端子是所述功率半导体管芯的AC输出端子。
21.一种制造半导体模块的方法，所述方法包括：
将多个端子电连接到半导体管芯；
模制所述多个端子和所述半导体管芯，使得所述半导体管芯被包围在模制化合物中，并且所述多个端子从所述模制化合物突出出来，其中，所述端子中的第一端子具有被所述模制化合物覆盖的收缩区域，其中，所述模制化合物在所述第一端子的所述收缩区域附近具有凹陷或开口；以及
将无芯磁场传感器放置在所述模制化合物的所述凹陷或所述开口中，所述无芯磁场传感器通过所述模制化合物与所述第一端子隔离，并且所述无芯磁场传感器被配置为响应于由在所述第一端子的所述收缩区域中流动的电流产生的磁场而产生信号，所述信号的大小与在所述第一端子的所述收缩区域中流动的电流的量成比例。
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