基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块及其制备方法技术

基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块及制备方法，包括第一底板、第二底板、功率铜面、驱动铜面、功率回路、第一驱动模块、第二驱动模块、第一解耦电容和第二解耦电容；第一底板和第二底板上均设置有功率铜面和驱动铜面，第一底板的功率铜面和第二底板的功率铜面之间设置有功率回路；第一底板的功率铜面上设置有第一解耦电容和第二解耦电容；第一底板的驱动铜面连接第一驱动模块，第二底板的驱动铜面连接有第二驱动模块。本发明专利技术功率模块内部集成解耦电容，并实现两个碳化硅功率半桥的并联。功率回路经过优化，功率换流回路寄生电感小于4nH，有效减小芯片开通关断过程中的过电压和电流震荡。同时优化驱动回路寄生电感，减小碳化硅芯片误开通现象。化硅芯片误开通现象。化硅芯片误开通现象。

【技术实现步骤摘要】
基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块及其制备方法


[0001]本专利技术属于功率模块制备
，特别涉及基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅(Silicon Carbide,SiC)功率器件作为宽禁带半导体的代表，因其高频、高热导率的优异特性，在功率半导体市场正逐步替代传统硅IGBT功率器件。但是，目前的大部分宽禁带半导体仍然沿用传统硅基半导体的封装集成方式，限制了其优异特性的发挥，是宽禁带半导体功率器件应用的瓶颈问题。碳化硅器件相比传统的硅器件拥有更高的开关速度，因而在开关过程中对寄生参数更加敏感。现有的芯片封装技术，会引发严重的过电压、电磁干扰等问题，造成电力电子开关器件损耗增加，器件可靠性变差，甚至引发器件损坏。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块及其制备方法，以解决芯片封装技术不当，会引发严重的过电压、电磁干扰，造成电力电子开关器件损耗增加，器件可靠性变差，甚至引发器件损坏的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块，包括第一底板、第二底板、功率铜面、驱动铜面、功率回路、第一驱动模块、第二驱动模块、第一解耦电容和第二解耦电容；第一底板和第二底板上均设置有功率铜面和驱动铜面，第一底板的功率铜面和第二底板的功率铜面之间设置有功率回路；第一底板的功率铜面上设置有第一解耦电容和第二解耦电容；第一底板的驱动铜面连接第一驱动模块，第二底板的驱动铜面连接有第二驱动模块。
[0006]进一步的，功率铜面包括第一功率铜面、第二功率铜面和第三功率铜面；第一功率铜面和第二功率铜面均设置在第一底板上，第三功率铜面设置在第二底板上；第一功率铜面呈U型，第二功率铜面设置在第一功率铜面的内侧。
[0007]进一步的，第一解耦电容和第二解耦电容均设置在第一功率铜面和第二功率铜面之间；第一功率铜面上设置有第一功率端子，第二功率铜面上还置有第二功率端子；第三功率铜面上设置有第三功率端子。
[0008]进一步的，功率回路包括第二功率芯片、第一功率芯片、第一功率垫块、第二功率垫块、第三功率芯片、第四功率芯片、第三功率垫块和第四功率垫块；第三功率芯片和第四功率芯片设置在第三功率铜面上，第三功率芯片和第四功率芯片分别通过第三功率垫块和第四功率垫块连接到第二功率铜面；第二功率芯片和第一功率芯片设置在第一功率铜面上，第二功率芯片和第一功率芯片分别通过第二功率垫块和第一功率垫块连接到第三功率铜面。
[0009]进一步的，驱动铜面包括第一驱动铜面和第二驱动铜面；第一驱动铜面设置在第一底板上，第二驱动铜面设置在第二底板上。
[0010]进一步的，第一驱动模块包括第一驱动端子、第二驱动端子、第一驱动印刷电路板、第一驱动芯片和第一供电电源模块；第一驱动铜面通过第一驱动端子和第二驱动端子连接到第一驱动印刷电路板，第一驱动芯片和第一供电电源模块设置在第一驱动印刷电路板上。
[0011]进一步的，第二驱动模块包括第三驱动端子、第四驱动端子、第二驱动芯片、第二供电电源模块和第二驱动印刷电路板；第二驱动铜面通过第三驱动端子和第四驱动端子连接到第二驱动印刷电路板，第二驱动芯片和第二供电电源模块设置在第二驱动印刷电路板上。
[0012]进一步的，第一底板和第二底板分别为第一陶瓷基板和第二陶瓷基板。
[0013]进一步的，第一底板和第二底板之间灌封绝缘材料。
[0014]进一步的，制备基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块的方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1，通过钢网在第一陶瓷基板和第二陶瓷基板表面涂抹烧结材料；
[0016]步骤2，通过贴片机将功率芯片放置在陶瓷基板上，此后放入石墨夹具中，在真空焊接炉中，进行真空焊接或烧结；采用超声清洗设备，清洗模块表面残留助焊剂；
[0017]步骤3，通过钢网在功率芯片表面涂抹烧结材料，通过石墨夹具将垫块和功率芯片固定，在真空焊接炉中，进行真空焊接或烧结；采用超声清洗设备，清洗模块表面残留助焊剂；通过键合互连设备将功率芯片电极和驱动端子连接；
[0018]步骤4，通过钢网在垫块表面及陶瓷基板表面指定位置涂抹烧结材料，通过石墨夹具将双侧陶瓷基板、功率端子、功率解耦电容及驱动端子固定，在真空焊接炉中，进行真空焊接或烧结；采用专用的超声清洗设备，清洗模块表面残留助焊剂；
[0019]步骤5，在真空灌封炉中，灌封绝缘材料，通过贴片机将驱动芯片、解耦电容、电阻、驱动端子放置在驱动印刷电路板的指定位置；
[0020]步骤6，将印刷电路板放入真空焊接炉中，进行真空焊接或烧结，采用超声清洗设备，清洗印刷电路板表面残留助焊剂；驱动印刷电路板和功率模块驱动端子连接。
[0021]与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：
[0022]本专利技术功率模块内部集成解耦电容，并实现两个碳化硅功率半桥的并联。功率回路经过优化，功率换流回路寄生电感小于4nH，有效减小芯片开通关断过程中的过电压和电流震荡。同时优化驱动回路寄生电感，减小碳化硅芯片误开通现象。高度对称设计的功率回路，保证并联回路的电流均衡。采用双面陶瓷基板散热，增加散热面积以减小模块热阻。
[0023]本模块适用于对功率密度要求高的场合，对新能源汽车电驱系统，工业用大功率伺服电机的节能减排具有重要作用，可以带来极大的经济效益，为碳化硅模块化封装的产业落地提供支持。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的三维结构图拆分图；
[0025]图2是本专利技术的功率模块的电路原理图；
[0026]图3是本专利技术的半桥拓扑换流回路示意图；
[0027]图4是本专利技术的阐述的加工工艺流程图；
[0028]图5是石墨夹具和功率模块连接的示意图。
[0029]其中：
[0030]1.第一陶瓷基板；2.第一功率铜面；3.第二功率铜面；4.第一功率端子；5.第二功率端子；6.第一解耦电容；7.第一功率芯片；8.第一功率垫块；9.第二功率芯片；10.第二功率垫块；11.第一驱动铜面；12.第一驱动端子；13.第二驱动端子；14.第一驱动印刷电路板；15.第一驱动芯片；16.第一供电电源模块；17.第二解耦电容；18.第三功率端子；19.第二陶瓷基板；20.第三功率铜面；21.第三功率垫块；22.第三功率芯片；23.第四功率垫块；24.第四功率芯片；25.第二驱动铜面；26.第三驱动端子；27.第四驱动端子；28.第二驱动芯片；29.第二供电电源模块；30.第二驱动印刷电路板；31.固定用螺母；32.石墨夹具。
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本专利技术进一步说明：
[0032]请参阅图1至图5，功率模块第一功率铜面2和第一功率端子4、第一解耦电容6、第一功率芯片7、第二功率芯片9、第二解耦电容17连接。第二功率铜面3和第二功率端子5、第一解耦电容6、第二解耦电容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块，其特征在于，包括第一底板、第二底板、功率铜面、驱动铜面、功率回路、第一驱动模块、第二驱动模块、第一解耦电容(6)和第二解耦电容(17)；第一底板和第二底板上均设置有功率铜面和驱动铜面，第一底板的功率铜面和第二底板的功率铜面之间设置有功率回路；第一底板的功率铜面上设置有第一解耦电容(6)和第二解耦电容(17)；第一底板的驱动铜面连接第一驱动模块，第二底板的驱动铜面连接有第二驱动模块。2.根据权利要求1所述的基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块，其特征在于，功率铜面包括第一功率铜面(2)、第二功率铜面(3)和第三功率铜面(20)；第一功率铜面(2)和第二功率铜面(3)均设置在第一底板上，第三功率铜面(20)设置在第二底板上；第一功率铜面(2)呈U型，第二功率铜面(3)设置在第一功率铜面(2)的内侧。3.根据权利要求2所述的基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块，其特征在于，第一解耦电容(6)和第二解耦电容(17)均设置在第一功率铜面(2)和第二功率铜面(3)之间；第一功率铜面(2)上设置有第一功率端子(4)，第二功率铜面(3)上还置有第二功率端子(5)；第三功率铜面(20)上设置有第三功率端子(18)。4.根据权利要求2所述的基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块，其特征在于，功率回路包括第二功率芯片(9)、第一功率芯片(7)、第一功率垫块(8)、第二功率垫块(10)、第三功率芯片(22)、第四功率芯片(24)、第三功率垫块(21)和第四功率垫块(23)；第三功率芯片(22)和第四功率芯片(24)设置在第三功率铜面(20)上，第三功率芯片(22)和第四功率芯片(24)分别通过第三功率垫块(21)和第四功率垫块(23)连接到第二功率铜面(3)；第二功率芯片(9)和第一功率芯片(7)设置在第一功率铜面(2)上，第二功率芯片(9)和第一功率芯片(7)分别通过第二功率垫块(10)和第一功率垫块(8)连接到第三功率铜面(20)。5.根据权利要求1所述的基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块，其特征在于，驱动铜面包括第一驱动铜面(11)和第二驱动铜面(25)；第一驱动铜面(11)设置在第一底板上，第二驱动铜面(25)设置在第二底板上。6.根据权利要求5所述的基于碳化硅功率芯片的双面散热功率模块，其特征在于，第一驱动模块包括第一驱动端子...

【专利技术属性】
技术研发人员：王来利，姚乙龙，赵一平，孔航，董晓博，汪岩，马定坤，张虹，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：