一种使用SIC二极管的IGBT功率模块及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种使用SIC二极管的IGBT功率模块及其制造方法，包括封装模块、IGBT单管及二极管，所述二极管为SIC二极管，所述IGBT单管的漏极与所述SIC二级管的正极固定在封装模块的基板上；所述IGBT单管的源极与所述SIC二级管的负极连接到封装模块的源极管脚上；所述IGBT单管的栅极连接到封装模块的栅极管脚上。采用SIC二极管与IGBT单管进行封装制成的IGBT功率模块，使得IGBT功率模块温度升高后的可靠性和性能指标明显提高；宽禁带提高了工作温度和可靠性；高击穿场强提高了耐压，减小了尺寸；高热导率提高了功率密度；强的抗辐射能力，更适合在外太空环境中使用。适合在外太空环境中使用。适合在外太空环境中使用。

【技术实现步骤摘要】
一种使用SIC二极管的IGBT功率模块及其制造方法


[0001]本专利技术涉及电子半导体器件应用领域，具体涉及一种使用SIC二极管的IGBT功率模块及其制造方法。

技术介绍

[0002]IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点。BJT饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
[0003]IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体器件；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上；IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化器件，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类器件在市场上将越来越多见；IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。
[0004]在传统的使用和设计IGBT的过程中，基本上都是采用粗放式的设计模式，所需余量较大，系统庞大，但仍无法抵抗来自外界的干扰和自身系统引起的各种失效问题。防护方案是防止栅极电荷积累及栅源电压出现尖峰损坏IGBT——可在G极和E极之间设置一些保护元件，如两个反向串联的稳压二极管，是为了防止栅源电压尖峰损坏IGBT。然而，现有的IGBT功率模块中使用的二极管是硅基二极管。二极管的恢复时间和峰值电流也会随着温度明显增加，因此在实际应用中随着温度功耗增大，可靠性和性能指标已经明显降低，尤其是在结温大于150℃～175℃后。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种使用SIC二极管的IGBT功率模块，使得IGBT功率模块温度升高后的可靠性和性能指标明显提高。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种使用SIC二极管的IGBT功率模块，包括封装模块、IGBT单管及二极管，所述二极管为SIC二极管，所述IGBT单管的漏极与所述SIC二级管的正极固定在封装模块的基板上；所述IGBT单管的源极与所述SIC二级管的负极连接到封装模块的源极管脚上；所述IGBT单管的栅极连接到封装模块的栅极管脚上。
[0007]进一步的，所述SIC二极管为碳化硅肖特基二极管，包括依次设置的背面金属、碳化硅n+衬底、n
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外延漂移区和底部金属，所述n
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外延漂移区和所述底部金属相对的一面设
有若干个沟槽，每两个相邻的沟槽间设有第一接触孔，每个所述沟槽的底部设有第二接触孔，所述沟槽的底部覆盖有正面金属，所述沟槽的侧壁设有栅氧化层，所述底部金属和所述n
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外延漂移区相对的一面设有与所述沟槽数量相等的凸起，所述凸起与所述沟槽相配合。
[0008]进一步的，所述碳化硅肖特基二极管为6H
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SiC、4H
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SiC或3C
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SiC。
[0009]进一步的，所述封装模块的封装标准序号为247，所述IGBT单管及所述SIC二极管固定在封装标准序号为247的封装模块上。
[0010]本专利技术还提供一种使用SIC二极管的IGBT功率模块的制造方法，包括如下步骤：
[0011]S10、把IGBT单管的漏极和SIC二级管的正极通过芯片键合的方式固定在封装模块基板上；
[0012]S20、把IGBT单管的源极和SIC二级管的负极通过引线键合的方式连接到封装模块源极管脚上；
[0013]S30、把IGBT单管的栅极极通过引线键合的方式连接到封装模块栅极管脚上；
[0014]S40、用塑封料将IGBT单管及SIC二极管固定在封装模块上并封装在一起；
[0015]S50、通过IGBT测试仪测试合格后包装出厂。
[0016]进一步的，所述SIC二级管采用碳化硅肖特基二极管。
[0017]进一步的，还包括如下生产所述碳化硅肖特基二极管的步骤：
[0018]S100、在碳化硅n+衬底上生长有n
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外延漂移区；
[0019]S200、在n
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外延漂移区3上相隔预定距离刻有若干个沟槽；
[0020]S300、在沟槽侧壁生长有栅氧化层；
[0021]S400、在沟槽间和沟槽底开设有接触孔，沟槽底接触孔覆盖有高势垒的正面金属；
[0022]S500、在沟槽间接触孔和正面金属之上覆盖有低势垒的底部金属；
[0023]S600、碳化硅n+衬底背面覆盖有背面金属；
[0024]所述正面金属和所述背面金属构成碳化硅肖特基二极管的阳极；所述碳化硅n+衬底和所述背面金属构成碳化硅肖特基二极管的阴极。
[0025]进一步的，所述步骤S40中，将所述IGBT单管及所述SIC二极管固定封装在封装标准序号为247的封装模块上。
[0026]本专利技术的有益效果在于：本专利技术使用SIC二极管替代IGBT功率模块中传统的硅基二极管。特别采用采用SIC肖特基二极管作为IGBT功率模块中的二极管，1.宽禁带提高了工作温度和可靠性；2.高击穿场强提高了耐压，减小了尺寸；3.高热导率提高了功率密度。4.强的抗辐射能力，更适合在外太空环境中使用。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术一种使用SIC二极管的IGBT功率模块的制造方法流程图。
具体实施方式
[0029]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用SIC二极管的IGBT功率模块，包括封装模块、IGBT单管及二极管，其特征在于，所述二极管为SIC二极管，所述IGBT单管的漏极与所述SIC二级管的正极固定在封装模块的基板上；所述IGBT单管的源极与所述SIC二级管的负极连接到封装模块的源极管脚上；所述IGBT单管的栅极连接到封装模块的栅极管脚上。2.根据权利要求1所述的一种使用SIC二极管的IGBT功率模块，其特征在于，所述SIC二极管为碳化硅肖特基二极管，包括依次设置的背面金属、碳化硅n+衬底、n
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外延漂移区和底部金属，所述n
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外延漂移区和所述底部金属相对的一面设有若干个沟槽，每两个相邻的沟槽间设有第一接触孔，每个所述沟槽的底部设有第二接触孔，所述沟槽的底部覆盖有正面金属，所述沟槽的侧壁设有栅氧化层，所述底部金属和所述n
‑
外延漂移区相对的一面设有与所述沟槽数量相等的凸起，所述凸起与所述沟槽相配合。3.根据权利要求1所述的一种使用SIC二极管的IGBT功率模块，其特征在于，所述碳化硅肖特基二极管为6H
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SiC、4H
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SiC或3C
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SiC。4.根据权利要求1所述的一种使用SIC二极管的IGBT功率模块，其特征在于，所述封装模块的封装标准序号为247，所述IGBT单管及所述SIC二极管固定在封装标准序号为247的封装模块上。5.一种如权利要求1所述的一种使用SIC二极管的IGBT功率模块的制造方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳旅，王海强，袁秉荣，何昌，
申请(专利权)人：深圳市美浦森半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：