具有低寄生电感的SiCMOSFET功率模块制造技术

本发明专利技术公开了具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块，包括衬底基板，衬底基板上设置有衬板，衬板顶部刻蚀有电路图形，且衬板上设置有数量相等的多个SiC功率芯片和多个SiC反向恢复二极管，SiC功率芯片与SiC反向恢复二极管一一对应反向并联，还包括设置在衬板上的功率正端、功率负端、交流端。本发明专利技术具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块在不增加工艺难度的基础上，显著降低了传统SiCMOSFET功率模块的寄生电感。的寄生电感。的寄生电感。

【技术实现步骤摘要】
具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块


[0001]本专利技术属于电力电子
，涉及具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块。

技术介绍

[0002]随着电力电子，电动汽车等产业的不断发展，对功率模块的要求也在不断提高，例如功率密度逐渐提高，工作频率不断增加等等。传统的SiCMOSFET功率模块沿用SiIGBT的封装结构，在实际应用中，SiIGBT的封装结构会引入大量的寄生电感，而寄生电感会与di/dt会共同作用，进而对SiC功率芯片产生电压应力，当电压应力大于SiC功率芯片的额定时，会造成芯片的损坏。因此为了充分发挥SiCMOSFET功率模块的快速开关优势，需要对封装结构引入的寄生电感进行优化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块，在不提高工艺难度的基础上，能够有效降低功率模块内部的寄生电感。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块，包括衬底基板，衬底基板上设置有衬板，衬板顶部刻蚀有电路图形，且衬板上设置有数量相等的多个SiC功率芯片和多个SiC反向恢复二极管，SiC功率芯片与SiC反向恢复二极管一一对应反向并联，还包括设置在衬板上的功率正端、功率负端、交流端；
[0005]SiC MOSFET功率模块的电路拓扑为双芯片并联的半桥结构电路，SiC功率芯片在衬板上对称分布，SiC功率芯片设置有四个，分别为SiC功率芯片A、SiC功率芯片B、SiC功率芯片C、SiC功率芯片D，SiC反向恢复二极管也设置有四个，分别为SiC反向恢复二极管A、SiC反向恢复二极管B、SiC反向恢复二极管C、SiC反向恢复二极管D，SiC功率芯片和SiC反向恢复二极管呈两排在芯片焊料层上分布，一排从一端到另一端的顺序依次为SiC反向恢复二极管A、SiC功率芯片A、SiC功率芯片B、SiC反向恢复二极管B，该排为半桥结构电路的上桥臂，另一排从一端到另一端的顺序依次为SiC功率芯片C、SiC反向恢复二极管C、SiC反向恢复二极管D、SiC功率芯片D，该排为半桥结构电路的下桥臂，SiC反向恢复二极管A与SiC功率芯片C位置对应；
[0006]功率正端、交流端、功率负端从上到下依次排列，功率正端位于SiC功率芯片A和SiC功率芯片B中间，功率正端用于连接半桥结构电路上桥臂mosfets漏极与外部母线正电压，功率负端位于SiC反向恢复二极管C和SiC反向恢复二极管D中间，功率负端用于连接半桥结构电路下桥臂mosfets源极与母线负电压，SiC功率芯片A与SiC反向恢复二极管C上下对应位于同一侧，SiC功率芯片B与SiC反向恢复二极管D上下对应位于同一侧，交流端位于功率正端和功率负端中间，交流端连接负载。
[0007]本专利技术的特点还在于，
[0008]衬底基板上涂有基板焊料层，衬板设置在基板焊料层上。
[0009]衬板为DBC复合衬板，DBC复合衬板为上下三层结构，由上至下分别为上铜层、陶瓷
层和下铜层，电路图形刻蚀在上铜层上，SiC功率芯片、SiC反向恢复二极管和功率正端、功率负端、交流端也设置在上铜层。
[0010]DBC复合衬板的上铜层通过键合线分别与SiC功率芯片的不同电极连接。
[0011]衬板上涂有芯片焊料层，SiC功率芯片、SiC反向恢复二极管均通过芯片焊料层与衬板连接。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块，在利用将换流器件放在一侧，如SiC功率芯片A与SiC反向恢复二极管C位于同一侧，SiC功率芯片B与SiC反向恢复二极管D位于同一侧，保证物理上缩短换流路径的方式降低DBC版图上的寄生电感，进而改变传统的功率端子布局方式，使得交流端置于直流正端，直流负端之间，利用相邻导体的磁通互消来降低功率端子上面的寄生电感，最终通过对DBC版图、功率端子的优化来实现具有低寄生电感特点的SiCMOSFET封装结构；本专利技术的SiC MOSFET功率模块在不增加工艺难度的基础上，显著降低了传统SiCMOSFET功率模块的寄生电感。
附图说明
[0014]图1是本专利技术具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块的结构示意图；
[0015]图2是本专利技术具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块的等效spice电路图；
[0016]图3是对比模块的结构示意图；
[0017]图4是对比模块的电路示意图；
[0018]图5是本专利技术与对比模块的双脉冲开通波形图；
[0019]图6是本专利技术与对比模块的双脉冲关断波形图。
[0020]图中，1.衬底基板，2.基板焊料层，3.衬板，4.芯片焊料层，5.SiC功率芯片A，6.SiC功率芯片B，7.SiC功率芯片C，8.SiC功率芯片D，9.SiC反向恢复二极管A，10.SiC反向恢复二极管B，11.SiC反向恢复二极管C，12.SiC反向恢复二极管D，13.键合线，14.功率正端，15.功率负端，16.交流端。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0022]实施例
[0023]本实施例提供具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块，如图1所示，包括衬底基板1，衬底基板1上设置有衬板3，衬板3为DBC复合衬板，DBC复合衬板为上下三层结构，由上至下分别为上铜层、陶瓷层和下铜层，上铜层刻蚀有电路图形，衬板3上设置有数量相等的四个SiC功率芯片和四个SiC反向恢复二极管，SiC功率芯片与SiC反向恢复二极管并联，DBC复合衬板的上铜层通过键合线13分别与SiC功率芯片的不同电极连接，还包括从上到下依次设置在衬板上的功率正端14、功率负端15、交流端16，SiC功率芯片、SiC反向恢复二极管和功率正端14、功率负端15、交流端16也设置在上铜层，本专利技术的SiC MOSFET功率模块的等效spice电路图如图2所示。
[0024]衬底基板1长度为33.76mm，宽度为29.76，厚度为3mm，采用Cu材料制成；衬底基板1上涂有基板焊料层2，基板焊料层2长度为30.76mm，宽度为25.97mm，厚度为0.1mm，由Sn
‑
Ag
‑
Cu材料制成，衬板3设置在基板焊料层2上。
[0025]DBC复合衬板下铜层厚度0.3mm(材料为Cu)，陶瓷层厚度0.6mm(材料AlSiC)，上铜层厚度0.3mm(材料Cu)，其中对上铜层进行刻蚀，形成电路图形，中间陶瓷层用于实现散热基板与上铜层之间的电气隔离，下铜层为一整片铜箔与散热基板进行连接。
[0026]衬板3上涂有芯片焊料层4，SiC功率芯片、SiC反向恢复二极管均通过芯片焊料层4与衬板3连接。芯片焊料层4作为连接层，包括由，SnAgCu)组成，SiC功率芯片下方焊料层(长3.1mm，宽3.36mm，厚0.1mm)和SiC恢复二极管下方焊料层(长3.08mm，宽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有低寄生电感的SiC MOSFET功率模块，其特征在于，包括衬底基板(1)，所述衬底基板(1)上设置有衬板(3)，所述衬板(3)顶部刻蚀有电路图形，且所述衬板(3)上设置有数量相等的多个SiC功率芯片和多个SiC反向恢复二极管，所述SiC功率芯片与SiC反向恢复二极管一一对应反向并联，还包括设置在衬板上的功率正端(14)、功率负端(15)、交流端(16)；所述SiC MOSFET功率模块的电路拓扑为双芯片并联的半桥结构电路，所述SiC功率芯片在衬板(3)上对称分布，所述SiC功率芯片设置有四个，分别为SiC功率芯片A(5)、SiC功率芯片B(6)、SiC功率芯片C(7)、SiC功率芯片D(8)，所述SiC反向恢复二极管也设置有四个，分别为SiC反向恢复二极管A(9)、SiC反向恢复二极管B(10)、SiC反向恢复二极管C(11)、SiC反向恢复二极管D(12)，所述SiC功率芯片和SiC反向恢复二极管呈两排在芯片焊料层(4)上分布，一排从一端到另一端的顺序依次为SiC反向恢复二极管A(9)、SiC功率芯片A(5)、SiC功率芯片B(6)、SiC反向恢复二极管B(10)，该排为半桥结构电路的上桥臂，另一排从一端到另一端的顺序依次为SiC功率芯片C(7)、SiC反向恢复二极管C(11)、SiC反向恢复二极管D(12)、SiC功率芯片D(8)，该排为半桥结构电路的下桥臂，所述SiC反向恢复二极管A(9)与SiC功率芯片C(7)位置对应；所述功率正端(14)、交流端(16)、功率负端(15)从上到下依次排列，所述功率正端(14)位于SiC功率芯片A(5)和SiC...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨媛，张恒阳，马浩浩，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：