一种低寄生电感的Si-SiC功率集成模块制造技术

本发明专利技术公开了一种低寄生电感的Si

【技术实现步骤摘要】
一种低寄生电感的Si
‑
SiC功率集成模块


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种低寄生电感的Si
‑
SiC功率集成模块。

技术介绍

[0002]功率集成模块将整流电路、制动电路和逆变电路等封装在同一个模块中，以满足大电流、高功率的应用要求，并且具有体积小、重量轻、开关损耗低等优点，近年来受到了广泛的关注。随着第三代半导体的发展，功率模块中采用碳化硅(SiC)器件代替硅(Si)器件能够提高功率密度、减小功率损耗。当然同时也对功率集成模块的封装技术提出了更高的要求。胡娟等在中国专利申请202110426392.8中通过采用碳化硅基SBD芯片替代逆变电路中的硅基FRD芯片，增大了Si
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SiC功率集成模块内部的布局空间，采用Cu/GN异质薄膜代替局部键合线的方式，将大功率PIM中斩波电路IGBT芯片的局部热量通过上下两条热传导路径散发，降低芯片上的局部热点温度；同时将石墨烯均匀地添加到环氧树脂中作为灌封材料，从而减小大功率PIM从芯片到环境的整体热阻，提升散热效率。碳化硅基功率半导体器件开关频率不断提高，导致器件寄生参数的影响增大、开关损耗增大、EMI增加。在器件开和关的瞬间寄生电感将会产生较大的电压，与器件本身的电压或电流叠加，从而影响器件的正常工作状态，同时导致EMI增加，从而会加速器件的老化，甚至引起器件失效，同时寄生参数的存在也加大了器件的损耗。
[0003]为了减小功率模块由封装带来的寄生电感，并维持传统封装结构易于加工的特点，本专利技术通过优化Si
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SiC功率模块内部芯片布局，合理设置引脚电极位置，采用局部双层基板的方法，减小逆变电路的换流回路的寄生电感，并保证三相回路电感均衡，减小制动电路的栅极回路电感与共源极寄生电感，从而提高Si
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SiC功率集成模块的电学性能。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种低寄生电感的Si
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SiC功率集成模块。在逆变电路有效保证从内部结构上U、V、W三相走线一致，且功率换流回路较小，逆变电路寄生电感小且均衡。在制动电路中进一步减小制动电路的栅极回路寄生电感与共发射极寄生电感。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术公开了一种低寄生电感的Si
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SiC功率集成模块，从电路结构上包括三相逆变电路、制动电路和三相整流电路。
[0006]所有电路制作在一块覆铜陶瓷基板上，覆铜陶瓷基板表面刻蚀有若干铜基板作为布线层，其中一部分铜基板上焊接有引脚电极作为引线框架；所述三相逆变电路中，U、V、W每相都有专门的直流母线引脚电极，上桥臂焊接在同一个铜基板上，引出三组引脚电极，外接直流电压源的正极，下桥臂焊接在三个不同的铜基板上，各相通过键合线分别连到三个不同的引线框架铜基板上，分别引出三组引脚电极，外接直流电压源的负极；所述制动电路中的硅基FRD芯片的阴极焊接在三相逆变电路上桥臂所在的铜基板上，靠近U相上桥臂芯
片，并且与U相上桥臂共用同一个引脚电极外接直流电压源的正极；制动电路中的硅基IGBT芯片的集电极焊接在另一个铜基板上，该铜基板与硅基FRD芯片的阳极通过键合线相连并且引出制动电路输出引脚电极；制动电路中的硅基IGBT芯片的发射极旁设有一个外接直流电压源负极的引线框架铜基板，硅基IGBT芯片的发射极与该外接直流电压源负极的引线框架铜基板之间采用一个铜片连接。
[0007]在覆铜陶瓷基板上从左到右依次排布三相逆变电路、制动电路和三相整流电路。
[0008]其中，所述三相逆变电路中U、V、W三相上桥臂的三个硅基IGBT芯片的集电极和三个碳化硅基SBD芯片的阴极焊接在同一个铜基板上，三组芯片从左到右并排排列，布局一致，其中三个硅基IGBT芯片位于靠近覆铜陶瓷基板上边缘一侧，且IGBT芯片的栅极朝外，三个碳化硅基SBD芯片对应在三个硅基IGBT芯片下方等间距处，在三个碳化硅基SBD芯片右侧铜基板上分别引出三组引脚电极，作为U、V、W三相的直流电压源正极引脚，引脚电极一组两个；上桥臂三个IGBT芯片的发射极和三个碳化硅基SBD芯片的阳极通过键合线相连，并且碳化硅SBD芯片的阳极通过键合线连接到下桥臂的铜基板上。
[0009]三相逆变电路下桥臂的三个硅基IGBT芯片和三个碳化硅基SBD芯片两两一组，分别位于上桥臂本相芯片的下方，三组芯片也是从左到右并排排列，布局一致，其中三个硅基IGBT芯片位于靠近覆铜陶瓷基板下边缘一侧，且硅基IGBT芯片的栅极朝外，三个碳化硅基SBD芯片对应在三个硅基IGBT芯片上方等间距处；三组芯片位于三个不同铜基板上，其中硅基IGBT芯片的集电极和SBD芯片的阴极焊接在所在铜基板上，硅基IGBT芯片发射极和碳化硅SBD芯片的阳极通过键合线相连，并且IGBT芯片发射极通过键合线分别连到三个引线框架铜基板上，铜基板各引出一组引脚电极外接直流电压源负极。
[0010]三相逆变电路中U、V、W三相采用不同的直流母线引脚电极，且直流母线引脚电极位于覆铜陶瓷基板边缘，靠近各自对应的硅基IGBT芯片，各相功率换流回路相互独立，换流回路路径形状保持一致。
[0011]在制动电路中，所述外接直流电压源负极的引线框架铜基板位于硅基IGBT芯片与三相整流电路之间，在所述外接直流电压源负极的引线框架铜基板上设置与硅基IGBT芯片厚度相同的铜垫片，硅基IGBT芯片发射极和铜垫片上表面焊接一个铜片将二者连接，形成双层基板结构，通过所述外接直流电压源负极的引线框架铜基板引出制动电路硅基IGBT芯片的发射极引脚电极，外接直流母线的负极；制动电路硅基IGBT芯片的栅极靠近覆铜陶瓷基板下边缘，通过键合线连接到下边缘的引线框架铜基板上。
[0012]所述三相整流电路中，三相的上臂共阴极组的三个硅基整流二极管芯片的阴极焊接在同一个铜基板上，该铜基板引出引脚电极作为整流输出的正极，下臂共阳极组三个硅基整流二极管芯片的阴极分别焊接在三个铜基板上，上臂硅基整流二极管芯片的阳极分别通过键合线连接到下臂硅基整流二极管芯片所在的三个铜基板上，三个铜基板引出相应的三组引脚电极，外接三相交流电源；下臂三个二极管的阳极通过键合线连接到一起，并连接到另一单独铜基板，该铜基板引出引脚电极作为整流输出的负极。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0014]1、本专利技术的三相逆变电路的上桥臂采用了三组引脚电极分别作为U相、V相和W相三相的直流母线正极引脚，从而能够从内部保证外部直流电压源加入逆变电路U、V、W三相的内部走线相同，使得三相功率换流回路结构相同，同时电流回流路径最小，从而减小了三
相逆变电路换流回路的寄生电感，使得IGBT在开通和断开过程中的过冲和振荡较小，逆变电路能够安全工作。并且相同的回流路径使三相寄生电感大小基本一致，从而保证了三相电流能够均衡工作。
[0015]2、本专利技术采用碳化硅基SBD一方面减小开关损耗，另一方面使得制动电路布局方便。在制动电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低寄生电感的Si
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SiC功率集成模块，包括制作在覆铜陶瓷基板(11)上的三相逆变电路(1)、制动电路(2)和三相整流电路(3)，所述三相逆变电路(1)包括六个硅基IGBT芯片和六个碳化硅SBD芯片，一个硅基IGBT芯片和一个碳化硅SBD芯片构成一组，共六组，两组构成一相电路，共三相，分别称为U相、V相和W相，每相中的上下组分别称为上桥臂和下桥臂；制动电路(2)包括一个硅基IGBT芯片和硅基FRD芯片；三相整流电路(3)包括六个硅基整流二极管，两两一组构成三相，每组分成上臂和下臂，三相的上臂三个硅基整流二极管阴极连接在一起构成共阴极组，三相的下臂三个硅基整流二极管阳极连接在一起构成共阳极组；其特征在于，覆铜陶瓷基板(11)表面刻蚀有若干铜基板作为布线层，其中一部分铜基板上焊接有引脚电极作为引线框架；所述三相逆变电路(1)中，U、V、W每相都有专门的直流母线引脚电极，上桥臂焊接在同一个铜基板上，引出三组引脚电极，外接直流电压源的正极，下桥臂焊接在三个不同的铜基板上，各相通过键合线分别连到三个不同的引线框架铜基板上，分别引出三组引脚电极，外接直流电压源的负极；所述制动电路(2)中的硅基FRD芯片的阴极焊接在三相逆变电路(1)上桥臂所在的铜基板上，靠近U相上桥臂芯片，并且与U相上桥臂共用同一个引脚电极外接直流电压源的正极；制动电路(2)中的硅基IGBT芯片的集电极焊接在另一个铜基板上，该铜基板与硅基FRD芯片的阳极通过键合线相连并且引出制动电路(2)输出引脚电极；制动电路(2)中的硅基IGBT芯片的发射极旁设有一个外接直流电压源负极的引线框架铜基板(9)，硅基IGBT芯片的发射极与该外接直流电压源负极的引线框架铜基板(9)之间采用一个铜片(10)连接。2.根据权利要求1所述的低寄生电感的Si
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SiC功率集成模块，其特征在于：所述覆铜陶瓷基板(11)上从左到右依次排布三相逆变电路(1)、制动电路(2)和三相整流电路(3)。3.根据权利要求2所述的低寄生电感的Si
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SiC功率集成模块，其特征在于：所述三相逆变电路(1)中U、V、W三相上桥臂的三个硅基IGBT芯片的集电极和三个碳化硅基SBD芯片的阴极焊接在同一个铜基板上，三组芯片从左到右并排排列，布局一致，其中三个硅基IGBT芯片位于靠近覆铜陶瓷基板(11)上边缘一侧，且IGBT芯片的栅极朝外，三个碳化硅基SBD芯片对应在三个硅基IGBT芯片下方等间距处，在三个碳化硅基SBD芯片右侧铜基板上分别引出三组引脚电极，作为U、V、W三相的直流电压源正极引脚，引脚电极一组两个；上桥臂三个IGBT芯片的发射极和三个碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：周云艳，胡娟，鲍婕，芦莎，孙太明，赵年顺，汪礼，刘梓灿，刘永辉，
申请(专利权)人：黄山学院，
类型：发明
国别省市：