【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及四电平功率模块的，具体涉及一种四电平有源中点钳位型功率模块及其封装工艺。
技术介绍
1、功率半导体器件作为电力电子变换器中的核心组件，在电力电子变换器实现高效节能性能优化提升方面至关重要。近些年来，第三代宽禁带半导体材料例如碳化硅(sic)和氮化镓(gan)因其性能优势，正不断开拓应用市场，引起人们的广泛关注。碳化硅相比硅(si)材料，具有更宽的禁带宽度，差不多是硅(si)材料的三倍左右，从而使得其耐受击穿场强更高，相同电压等级下，sic功率半导体器件的漂移区可以做得更薄，可使整体功率模块的尺寸更小，极大地提高功率模块的功率密度；碳化硅具有更高的载流子饱和速率，是硅(si)材料的十倍以上，从而使得开关频率更高且开关过程中导通损耗也大大变小，器件高频特性得到提升；碳化硅具有更高的热导率，是硅(si)材料的三倍多，使得碳化硅器件散热性能更佳，且具有更高的结温。尽管目前功率半导体器件市场占据主导地位的，仍然是以硅(si)材料为基础的第一代功率半导体器件，但是碳化硅材料未来极大可能将会替代硅基材料或者使用在硅基材料难以适应的工作场景。
2、碳化硅材料总的来说，如图1所示，相比于硅材料有着耐高温、耐高压、低损耗、高开关频率等优点，可以有效推动电力电子变换装置朝着高功率密度、高效率、高频化方向发展。在较低的功率水平下，功率半导体芯片通常封装为单个分立器件，然后与其他组件连接以形成电力电子变换器。较高的功率场合中下，功率半导体芯片会被集成封装为功率模块，基于拓扑结构在功率模块内部实现芯片之间的连接，同时功率模块与外部
3、为降低碳化硅功率模块寄生电感，从而满足碳化硅器件的高性能需求，国内外科研团队和半导体企业在这方面进行了很多研究。德国semikron公司开发的skin技术通过将pcb板和dbc板结合起来，用柔性pcb结构代替了传统结构中的键合线，将模块内部芯片表面连接起来，同时通过端子与外部实现互联，如图4所示。skin技术通过柔性pcb板和下部的dbc板形成了上下垂直换流路径，相比传统键合结构，换流回路杂散电感减小了60％，功率密度提升了50％。德国西门子公司的karl weidner等人提出了siplit技术，如图5所示，采用电镀沉积铜的方式连接功率半导体芯片表面电极，通过环氧绝缘薄膜将电镀沉积铜层和dbc上铜层隔离，相比于传统铝线键合结构具有更低的导通电阻、杂散电感和热阻。此外，电镀沉积铜层的大面积接触显著提高了模块功率循环能力和浪涌电流稳健性。株洲中车时代电气公司李诚瞻等人提出一种低感封装的1200v混合碳化硅功率模块，如图6所示，该结构通过选择芯片及衬板对称性结构设计来减小回路电感偏差，采用低感母排跨接式结构来减少模块中电极间的平行互连铝线数量，从而实现其杂散电感相对传统封装降低了33％。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种四电平有源中点钳位型功率模块，提升电力电子变换器功率密度、转换效率的方向，对推动四电平变流器的产业化具有重要意义。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种四电平有源中点钳位型功率模块的封装工艺。
3、本专利技术实现目的之一所采用的方案是：一种四电平有源中点钳位型功率模块，包括上下平行设置的第一dbc基板层和第二dbc基板层，所述第一dbc基板层布置有功率模块，包括依次连接的换流回路一、换流回路二以及换流回路三，换流回路一和换流回路三分别设置于第一dbc基板层的两边，第一dbc基板层和第二dbc基板层上下层叠封装形成换流回路二。
4、优选地，所述换流回路一包括依次串联的电容c1、开关管s1、开关管s2。
5、优选地，所述换流回路二包括依次串联为一个回路的电容c2、开关管s2、开关管s3、开关管s5、开关管s6。
6、优选地，所述换流回路三包括依次串联的电容c3、开关管s3、开关管s4。
7、优选地，所述第一dbc基板层和第二dbc基板层通过激光过孔注铜结合为整体。
8、优选地，所述第一dbc基板层和第二dbc基板层通过铝线键合结合形成上下层换流回路。
9、本专利技术实现目的之二所采用的方案是：一种如权利要求1-6中任一项所述的四电平有源中点钳位型功率模块的封装工艺，其特征在于，包括以下步骤：
10、提供两个dbc基板层，即第一dbc基板层和第二dbc基板层，并在第一dbc基板层上封装三个换流模块，即换流回路一、换流回路二以及换流回路三；
11、在第一dbc基板层左右两侧平行封装换流回路一以及换流回路三，换流回路二通过第一dbc基板层和第二dbc基板层封装形成回路。
12、优选地，所述换流回路一包括依次焊接的电容c1、开关管s1、开关管s2，其中开关管的源极通过铝线与第一dbc基板层的上部铜层连接，栅极与开尔文源极也采用铝线连接；
13、所述换流回路三包括依次焊接的电容c3、开关管s3、开关管s4，其中开关管的源极通过铝线与第一dbc基板层的上部铜层连接，栅极与开尔文源极也采用铝线连接；
14、所述换流回路二包括电容c2、开关管s2、开关管s3、开关管s5、开关管s6；其中开关管的源极通过铝线与第一dbc基板层的上部铜层连接，栅极与开尔文源极也采用铝线连接。
15、优选地，所述开关管s1、s2采用两个1200v sic mosfet芯片并联，开关管s3、s4、s5、s6采用两个650v sic mosfet芯片并联，电容c1、c2、c3采用陶瓷电容，输入输出端子采用铜排进行连接。
16、优选地，所述第一dbc基板层和第二dbc基板层的厚度均为0.630～0.640mm，其中第一dbc基板层和第二dbc基板层表面的铜厚0.25～0.35mm，aln衬底厚度为0.330～0.340mm。
17、优选地，在第一dbc基板层在左右两侧采用激光过孔，第一dbc基板层和第二dbc基板层通过激光过孔注铜结合为整体，或者第一dbc基板层在左右两侧放置铝线用于上下层dbc板连接，第一dbc基板层和第二dbc基板层通过铝线键合结合形成上下层换流回路。
18、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：包括上下平行设置的第一DBC基板层和第二DBC基板层，所述第一DBC基板层布置有功率模块，包括依次连接的换流回路一、换流回路二以及换流回路三，换流回路一和换流回路三分别设置于第一DBC基板层的两边，第一DBC基板层和第二DBC基板层上下层叠封装形成换流回路二。
2.根据权利要求1所述的四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述换流回路一包括依次串联的电容C1、开关管S1、开关管S2。
3.根据权利要求1所述的四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述换流回路二包括依次串联为一个回路的电容C2、开关管S2、开关管S3、开关管S5、开关管S6。
4.根据权利要求1所述的一种四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述换流回路三包括依次串联的电容C3、开关管S3、开关管S4。
5.根据权利要求1所述的一种四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述第一DBC基板层和第二DBC基板层通过激光过孔注铜结合为整体。
6.根据权利要求1所述的一种四电平有源中点钳位型功率模块
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的四电平有源中点钳位型功率模块的封装工艺，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的四电平有源中点钳位型功率模块的封装工艺，其特征在于：所述换流回路一包括依次焊接的电容C1、开关管S1、开关管S2，其中开关管的源极通过铝线与第一DBC基板层的上部铜层连接，栅极与开尔文源极也采用铝线连接；
9.根据权利要求8所述的四电平有源中点钳位型功率模块的封装工艺，其特征在于：所述开关管S1、S2采用两个1200V SiC MOSFET芯片并联，开关管S3、S4、S5、S6采用两个650VSiCMOSFET芯片并联，电容C1、C2、C3采用陶瓷电容，输入输出端子采用铜排进行连接。
10.根据权利要求7所述的四电平有源中点钳位型功率模块的封装工艺，其特征在于：所述第一DBC基板层和第二DBC基板层的厚度均为0.630～0.640mm，其中第一DBC基板层和第二DBC基板层表面的铜厚0.25～0.35mm，AlN衬底厚度为0.330～0.340mm。
...【技术特征摘要】
1.一种四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：包括上下平行设置的第一dbc基板层和第二dbc基板层，所述第一dbc基板层布置有功率模块，包括依次连接的换流回路一、换流回路二以及换流回路三，换流回路一和换流回路三分别设置于第一dbc基板层的两边，第一dbc基板层和第二dbc基板层上下层叠封装形成换流回路二。
2.根据权利要求1所述的四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述换流回路一包括依次串联的电容c1、开关管s1、开关管s2。
3.根据权利要求1所述的四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述换流回路二包括依次串联为一个回路的电容c2、开关管s2、开关管s3、开关管s5、开关管s6。
4.根据权利要求1所述的一种四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述换流回路三包括依次串联的电容c3、开关管s3、开关管s4。
5.根据权利要求1所述的一种四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述第一dbc基板层和第二dbc基板层通过激光过孔注铜结合为整体。
6.根据权利要求1所述的一种四电平有源中点钳位型功率模块，其特征在于：所述...
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