本发明专利技术涉及电力半导体封装技术领域，尤其涉及一种高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块及制备工艺，其模块包括正极负极电位DBC基板、直流正极电位端子、直流负极端子、上桥臂钼柱、上桥臂SiC MOSFET芯片、交流电位DBC基板、交流电位端子、下桥臂钼柱和下桥臂SiC MOSFET芯片，正极负极电位DBC基板和交流电位DBC基板相对设置，且相对的表面铜层上均涂覆有PI涂层，上桥臂SiC MOSFET芯片和下桥臂SiC MOSFET芯片的表面涂覆有PI涂层。本发明专利技术是基于平面封装和PI薄膜工艺的双面散热结构高功率密度封装模块，优化布局和PI薄膜的应用使模块能够在数十纳秒内切换6kV，同时振荡和电压过冲可以忽略不计且而由模块到芯片的功率利用率高达81％。率高达81％。率高达81％。
【技术实现步骤摘要】
高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块及制备工艺
[0001]本专利技术涉及电力半导体封装
，具体为一种高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块及制备工艺。
技术介绍
[0002]宽禁带功率器件的研发创新广泛推动了电力电子设备的发展，由碳化硅（SiC）制成的功率半导体器件更是引起了广泛关注。SiC半导体目前已展示出了卓越的高压能力。然而，半导体芯片的封装显著影响着实际工况下的工作表现，这是目前阻碍中压SiC器件发挥其性能的主要原因。此外引线键合会引入额外的固有寄生电感，这通常占开关电路寄生电感的很大一部分。
[0003]模块的绝缘设计对中压SiC器件的性能有特别突出的限制。在功率模块中，电场集中在三种介质的交点处，即三相点。目前研究已经提出了几种解决方案来降低三相点的电场强度，包括改变金属陶瓷基板的几何形状、改变基板电极的尺寸、在三相点应用高击穿场强电介质以及使用非线性电介质。这些方法可以优化模块内部的电场，但不适合应用于特定模块。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块及制备工艺，以优化中压模块的寄生参数与绝缘性能。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块制备工艺，包括以下步骤：S1，先将正极负极电位DBC基板、上桥臂钼柱和上桥臂SiC MOSFET芯片进行焊接，再将直流正极电位端子和直流负极端子焊接于正极负极电位DBC基板上，之后通过键合线将上桥臂SiC MOSFET芯片的栅极连接至正极负极电位DBC基板上，构成上桥臂子模块；先将交流电位DBC基板、下桥臂钼柱和下桥臂SiC MOSFET芯片进行焊接，再将交流电位端子焊接于交流电位DBC基板上，之后通过键合线将下桥臂SiC MOSFET芯片的栅极连接至交流电位DBC基板上，构成下桥臂子模块；S2，在上桥臂子模块和下桥臂子模块的互联区域上滴蜡掩膜，并在上桥臂SiC MOSFET芯片、正极负极电位DBC基板的金属化表面、下桥臂上SiC MOSFET芯片和交流电位DBC基板的金属化表面涂覆PI涂层，获得预处理子模块；S3，将栅极铜端子、直流正铜端子和直流负铜端子与正极负极电位DBC基板连接，交流铜端子与交流DBC基板连接，获得直流子模块和交流子模块；S4，将直流子模块和交流子模块以PI涂层相对的方式放置并进行焊接，获得中高压SIC功率模块。
[0006]优选的，在S2中，PI涂层由BPDA单体和PPDA单体聚合而成的PI溶液旋涂而成。
[0007]优选的，在旋涂过程中，转速为1000r/min
‑
3000r/min，时间为30s~60s。
[0008]优选的，PI涂层的厚度为20~40μm。
[0009]优选的，在PI涂层涂覆过程中，增加“30℃
‑
150℃
‑
260℃”曲线烧结工艺。
[0010]优选的，在曲线烧结工艺中，温升速率为1℃/min。
[0011]优选的，在曲线烧结工艺中，在“30℃~150℃”烧结区段在氮气气氛中进行，气压为1*103~1*104Pa；在“150℃~260℃”烧结区段中气压为10Pa~100Pa。
[0012]优选的，在“30℃~150℃”烧结区段包括“30℃~100℃”区段和“100℃
‑
150℃”区段，其中，在“30℃~100℃”区段和“100℃
‑
150℃”区段中均进行保温处理，保温的时间分别至少为0.5h和1h；在“150℃~260℃”烧结区段中升温时间为0.5~1h。
[0013]优选的，栅极铜端子、直流正铜端子和直流负铜端子与正极负极电位DBC基板通过纳米烧结银工艺进行连接，交流铜端子与交流DBC基板通过纳米烧结银工艺进行连接。
[0014]一种由所述的高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块制备工艺所制备的中高压SIC功率模块，包括正极负极电位DBC基板、直流正极电位端子、直流负极端子、上桥臂钼柱、上桥臂SiC MOSFET芯片、交流电位DBC基板、交流电位端子、下桥臂钼柱和下桥臂SiC MOSFET芯片，上桥臂SiC MOSFET芯片、上桥臂钼柱均设置于正极负极电位DBC基板上，正极负极电位DBC基板上设有上桥臂门极外引区，上桥臂SiC MOSFET芯片的栅极键合于上桥臂门极外引区，直流正极电位端子和直流负极端子均与正极负极电位DBC基板连接；下桥臂SiC MOSFET芯片、下桥臂钼柱均设置于交流电位DBC基板上，交流电位DBC基板上设有下桥臂门极外引区，下桥臂SiC MOSFET芯片的栅极键合于下桥臂门极外引区，交流电位端子与交流电位DBC基板连接；正极负极电位DBC基板和交流电位DBC基板相对设置，且相对的表面铜层上均涂覆有PI涂层，上桥臂SiC MOSFET芯片和下桥臂SiC MOSFET芯片的表面涂覆有PI涂层。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：由于三相点的高电场强度限制着功率模块的绝缘设计，本专利技术通过建模与电场模拟，计算得到电场集中在芯片端子的绝缘终端层与金属焊盘层的连接处，最大电场强度可达，远超填充硅胶所能承受的，因此在考虑到绝缘设计与功率模块长期运行的热可靠性后，采用由BPDA（C
16
H6O6）、PPDA（C6H8N2）两种单体聚合而成，且与SiC热膨胀系数相近的聚酰亚胺作为芯片表面的绝缘包覆材料。
[0016]本专利技术是基于平面封装和PI薄膜工艺的双面散热结构高功率密度封装模块。优化布局和PI薄膜的应用使模块能够在数十纳秒内切换6kV，同时振荡和电压过冲可以忽略不计且而由模块到芯片的功率利用率高达81%。受益于PI涂层的应用和双面散热结构体积的减小，使得模组功率密度达到了52.22W/mm3。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一种高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块的示意图；图2为本专利技术SiC功率模块直流正极负极电位子模块示意图；图3为本专利技术SiC功率模块交流电位子模块示意图。
[0018]图中，1、正极负极电位DBC基板；2、直流正极电位端子；3、直流负极端子；4、上桥臂钼柱；5、上桥臂SiC MOSFET芯片；6、上桥臂门极外引区；7、交流电位DBC基板；8、交流电位端子；9、下桥臂钼柱；10、下桥臂SiC MOSFET芯片；11、下桥臂门极外引区。
具体实施方式
[0019]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0020]参照图1，本专利技术公开了一种高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块，包括正极负极电位DBC基板、直流正极电位端子、直流负极端子、上桥臂钼柱、上桥臂SiC MOSFET芯片、交流电位DBC基板、交流电位端子、下桥臂钼柱和下桥臂SiC MOSFET芯片。
[0021]参照图2，上桥臂SiC MOSFET芯片、上桥臂钼柱均设置于正极负极电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1，先将正极负极电位DBC基板、上桥臂钼柱和上桥臂SiC MOSFET芯片进行焊接，再将直流正极电位端子和直流负极端子焊接于正极负极电位DBC基板上，之后通过键合线将上桥臂SiC MOSFET芯片的栅极连接至正极负极电位DBC基板上，构成上桥臂子模块；先将交流电位DBC基板、下桥臂钼柱和下桥臂SiC MOSFET芯片进行焊接，再将交流电位端子焊接于交流电位DBC基板上，之后通过键合线将下桥臂SiC MOSFET芯片的栅极连接至交流电位DBC基板上，构成下桥臂子模块；S2，在上桥臂子模块和下桥臂子模块的互联区域上滴蜡掩膜，并在上桥臂SiC MOSFET芯片、正极负极电位DBC基板的金属化表面、下桥臂上SiC MOSFET芯片和交流电位DBC基板的金属化表面涂覆PI涂层，获得预处理子模块；S3，将栅极铜端子、直流正铜端子和直流负铜端子与正极负极电位DBC基板连接，交流铜端子与交流DBC基板连接，获得直流子模块和交流子模块；S4，将直流子模块和交流子模块以PI涂层相对的方式放置并进行焊接，获得中高压SIC功率模块。2.根据权利要求1所述的高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块的制备工艺，其特征在于，在S2中，PI涂层由BPDA单体和PPDA单体聚合而成的PI溶液旋涂而成。3.根据权利要求2所述的高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块的制备工艺，其特征在于，在旋涂过程中，转速为1000r/min
‑
3000r/min，时间为30s～60s。4.根据权利要求1所述的高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块的制备工艺，其特征在于，PI涂层的厚度为20～40μm。5.根据权利要求1所述的高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块的制备工艺，其特征在于，在PI涂层涂覆过程中，增加“30℃
‑
150℃
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260℃”曲线烧结工艺。6.根据权利要求5所述的高功率密度和绝缘增强的中高压SIC功率模块的制备工艺，其特征在于，在曲线烧结工艺中，温升速率为1℃/min。7...
【专利技术属性】
技术研发人员：王来利，马良俊，马定坤，袁天舒，聂延，李磊，龚泓舟，张虹，贾立新，甘永梅，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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