用于梯度放大器的碳化硅功率模块制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于梯度放大器的碳化硅功率模块，包括：并联的两个基板，其中，每个基板具有第一区域和第二区域并且包括在所述第一区域与所述第二区域之间的导电路径；设置于每个基板上的半桥功率模块，其中，所述半桥功率模块包括位于所述第一区域的上侧管芯和位于所述第二区域的下侧管芯，所述上侧管芯和所述下侧管芯分别包括多个碳化硅芯片；以及设置于每个基板上且分别与所述上侧管芯和下侧管芯相对应的上侧栅极驱动端口和下侧栅极驱动端口。分别位于所述两个基板上的包含所述上侧管芯的多个上侧碳化硅芯片和所述下侧管芯的多个下侧碳化硅芯片的管芯布局相对于彼此具有镜像对称的设计，由此实现均匀的杂散电感分布和平衡的电流分布。感分布和平衡的电流分布。感分布和平衡的电流分布。

【技术实现步骤摘要】
用于梯度放大器的碳化硅功率模块


[0001]本技术涉及电路
，尤其是一种用于磁共振系统的基于碳化硅的多芯片功率模块。

技术介绍

[0002]在常规采用绝缘栅双极晶体管设计的大功率放大器中，系统性能较差，效率低、功耗高、功率密度低、输出电流噪声大。这些方面使得常规的绝缘栅双极晶体管和放大器偏离了最佳设计，即，无法实现低功耗和低噪声。
[0003]由于碳化硅功率半导体具有开关速度快、导通电阻低、工作温度高等优点，正逐渐取代硅功率半导体。碳化硅功率半导体能够以更高的效率、更高的功率密度和更低的输出电流噪声改善大功率放大器系统的性能。在医学梯度放大器应用领域，梯度放大器通常需要百万伏安级的输出功率(例如，电流高达1600A，电压高达1200V)。
[0004]为了满足大功率和高开关频率的需求，许多文献对碳化硅功率模块的设计进行了研究。在大功率放大器的应用中，驱动负载需要在有限的封装尺寸内具有较大的载流能力，这对碳化硅功率模块的设计提出了挑战。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本技术提供了一种用于磁共振成像系统的梯度放大器的碳化硅功率模块，克服了现有技术中存在的这些或其他问题。
[0006]本技术的一方面提供了一种用于梯度放大器的碳化硅功率模块，其特征在于，所述碳化硅功率模块包括：
[0007]并联的两个基板，其中，每个基板具有第一区域和第二区域，并且其中，每个基板包括在所述第一区域与所述第二区域之间的导电路径；
[0008]设置于每个基板上的半桥功率模块，其中，所述半桥功率模块包括位于所述第一区域的上侧管芯和位于所述第二区域的下侧管芯，其中，所述上侧管芯和所述下侧管芯分别包括多个碳化硅芯片；以及
[0009]设置于每个基板上且分别与所述上侧管芯和下侧管芯相对应的上侧栅极驱动端口和下侧栅极驱动端口；
[0010]其中，分别位于所述两个基板上的包含所述上侧管芯的多个上侧碳化硅芯片和所述下侧管芯的多个下侧碳化硅芯片的管芯布局相对于彼此具有镜像对称的设计。
[0011]采用本技术的碳化硅功率模块，能够实现均匀的杂散电感分布和平衡的电流分布。
[0012]在一个实施例中，每个基板上的所述上侧管芯和所述下侧管芯分别包括八个碳化硅芯片，使得所述碳化硅功率模块的所述两个基板上共有三十二个碳化硅芯片。由此，本技术的碳化硅功率模块能够用于医用梯度放大器，其通常需要百万伏安级的输出功率(例如，峰值电流通常大于600A，甚至高达1600A，电压也高达1200V)。在其他示例中，每一侧
管芯也可以包括其他数量的碳化硅芯片。
[0013]在一个实施例中，所述碳化硅功率模块可用于峰值电流至少为600A的梯度放大器。
[0014]在一个实施例中，所述两个基板通过叠置的端子母排并联在一起。端子母排采用叠层结构，有助于降低模块回路杂感。
[0015]在一个实施例中，所述基板是直接键合铜(DBC)基板。在其他示例中，可以采用其他类型的基板。在一个示例中，外部端子通过端子母排焊接(例如超声焊接)至基板(例如DBC基板)。
[0016]在一个实施例中，所述碳化硅芯片是场效应晶体管(FET)，尤其是例如碳化硅金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)芯片。
[0017]在一个实施例中，分别位于所述两个基板上的包含栅极驱动端口和/或开尔文源极的端口布局相对于彼此具有镜像对称的设计。这种设计也有助于平衡碳化硅功率模块的电流分布。
[0018]在一个实施例中，所述多个上侧碳化硅芯片中的每个上侧碳化硅芯片的源极耦合到所述多个下侧碳化硅芯片中的相应的一个下侧碳化硅芯片的漏极。
[0019]参照结合附图进行的说明，本技术的其他目的和效果将变得更加显而易见并且更加易于理解。
附图说明
[0020]下面将结合实施例并且参照附图更加具体地介绍和解释本技术，在附图中：
[0021]图1示出了根据本技术的碳化硅功率模块的一个示例的俯视图；
[0022]图2示出了图1所涉及的一个碳化硅芯片中的场效应晶体管的等效电路图及布局图；
[0023]图3示出了图1所涉及的一个基板上从正电压到上侧碳化硅芯片再到桥臂中点的迹线的俯视图及等效电路图；
[0024]图4示出了图1所涉及的一个基板上从桥臂中点到下侧碳化硅芯片再到负电压的迹线的俯视图及等效电路图；
[0025]图5示出了根据本技术的一个实施例的32个碳化硅芯片的等效电路图以及使用时每个碳化硅芯片的漏极侧和源极侧的杂散电感测量值的图
[0026]图6示出了根据本技术的碳化硅功率模块的另一个示例的俯视图；
[0027]图7示出了图6所涉及的一个碳化硅芯片中的场效应晶体管的等效电路图及布局图；
[0028]图8示出了图6所涉及的一个基板上从正电压到上侧碳化硅芯片再到桥臂中点的迹线的俯视图及等效电路图；
[0029]图9示出了图6所涉及的一个基板上从桥臂中点到下侧碳化硅芯片再到负电压的迹线的俯视图及等效电路图；
[0030]图10示出了根据本技术的碳化硅功率模块的一个示例的封装图。
[0031]在附图中相同的附图标记表示相似或相应的特征和/或功能。
具体实施方式
[0032]下文中将参照附图更加具体地说明技术的优选实施例。应当理解，以下实施方式是示例性的，而非限制性的，其仅用于说明本技术的原理，而并非意在限制本技术的范围。
[0033]磁共振成像(MRI)系统需要梯度功率放大器来驱动梯度线圈，梯度线圈为MRI系统提供梯度场。在医学梯度放大器应用领域，梯度放大器通常需要百万伏安级的输出功率(例如，峰值电流通常大于600A，甚至高达1600A，电压也高达1200V)。由于碳化硅(SiC)半导体具有开关速度快、导通电阻低、工作温度高等优点，因此碳化硅(SiC)功率模块在大电流和高温应用环境下成为比硅(Si)功率模块更好的选择。现有技术中，针对例如900A的大电流应用场景，提出将24个MOSFET分布在三个直接接合铜(DBC)基板上的功率模块。本技术的专利技术人注意到，由于这24个MOSFET采用了阵列布局，因此这种功率模块的杂散电感不够均匀，电流分布也不够平衡。
[0034]为了解决现有技术中存在的问题，本技术提出了一种用于磁共振成像系统或梯度放大器的大功率多芯片碳化硅功率模块。
[0035]如图1所示，本技术的碳化硅功率模块10包括并联的两个基板100、200。每个基板100、200具有第一区域110、210和第二区域112、212，并且包括在第一区域110、210与第二区域112、212之间的导电路径(下文将对其进行详细描述)。在一些实施例中，基板具有平坦的表面。导电路径在平行于基板的平坦平面中延伸。在一个方向上，导电路径与基板的平坦表面重叠。本技术采用接合技术将碳化硅功率模块的组件接合到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于梯度放大器的碳化硅功率模块(10、10
′
)，其特征在于，所述碳化硅功率模块(10、10
′
)包括：并联的两个基板(100、200；100
′
、200
′
)，其中，每个基板具有第一区域(110、210)和第二区域(112、212；112
′
、212
′
)，并且其中，每个基板包括在所述第一区域(110、210；110
′
、210
′
)与所述第二区域(112、212；112
′
、212
′
)之间的导电路径；设置于每个基板上的半桥功率模块，其中，所述半桥功率模块包括位于所述第一区域(110、210；110
′
、210
′
)的上侧管芯和位于所述第二区域(112、212；112
′
、212
′
)的下侧管芯，其中，所述上侧管芯和所述下侧管芯分别包括多个碳化硅芯片；以及设置于每个基板上且分别与所述上侧管芯和下侧管芯相对应的上侧栅极驱动端口(G1)和下侧栅极驱动端口(G2)；其中，分别位于所述两个基板(100、200；100
′
、200
′
)上的包含所述上侧管芯的多个上侧碳化硅芯片和所述下侧管芯的多个下侧碳化硅芯片的管芯布局相对于彼此具有镜像对称的设计。2.如权利要求1所述的碳化硅功率模块(10、10
′
)，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾克秋，余辉，赵燕，杨敏，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：新型
国别省市：