[發明專利]電力電子裝置及其混合功率模塊、混合功率模塊的形成方法

無效

• 申請號: 201310006151.3
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103051159A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 李誠瞻;劉可安;馮江華;史晶晶;彭勇殿
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M1/08;H01L25/07
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及功率半導體器件制造技術領域，尤其涉及一種電力電子裝置及其混合功率模塊，以及一種混合功率模塊的形成方法。

背景技術

在汽車、家電、產業設備、機車牽引、電力系統等各個領域，降低逆變器及變頻器的電力損失都是必要課題，而這其中的功率半導體器件起著重要的作用。傳統的硅基功率半導體器件的性能在很多方面都已經接近材料的理論極限，導致其在實際應用中很難滿足電力電子系統對功率開關器件在阻斷電壓、通態電流、工作頻率以及高溫、高效等方面的新需求。

以碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶半導體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電場高、飽和電子漂移率高、熱導率高等優異的物理特性，使得SiC電力電子器件在高壓、高溫、高效率、高頻率等應用領域具有極大的優勢。SiC電力電子器件可以大幅度降低逆變器及變頻器等電力轉換裝置的損失，極大提高現有能源的轉換效率，在傳統工業領域和太陽能等新能源領域都能發揮重要作用。碳化硅肖特基二極管的一種主要的應用是在電力電子裝置中，作為IGBT等開關器件的續流二極管。

由于碳化硅肖特基勢壘二極管屬于多數載流子器件，具有開啟電壓小，反向恢復電流小，反向恢復時間短，開關速度快等特點，因此，將碳化硅肖特基勢壘二極管代替快恢復二極管，作為IGBT等開關器件的續流二極管，不僅能有效的降低續流二極管的反向恢復能量損耗，還能降低IGBT等開關器件的尖峰電流和開通能量損耗。

又由于功率模塊具有體積小、外殼與電極絕緣、可靠性高、安裝方便等優點，因此，在實際應用中，通常將碳化硅肖特基勢壘二極管作為續流二極管與IGBT開關器件封裝在同一模塊中，如圖1所示，形成混合功率模塊，從而有效降低功率模塊的能量損耗，提高能源的轉換效率。

但是，現有技術中碳化硅肖特基勢壘二極管在反向恢復過程中存在明顯的振蕩現象，同時導致IGBT開關器件的開通過程中也存在相同的振蕩現象。這種振蕩現象的存在將使得具有該混合功率模塊的電力電子裝置出現顯著的高頻振蕩，從而無法正常工作。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種電力電子裝置及其混合功率模塊，以及一種混合功率模塊的形成方法，以解決現有技術中碳化硅肖特基勢壘二極管在反向恢復過程中存在的振蕩現象，并消除IGBT開關器件的開通過程中存在的振蕩現象，使得具有該混合功率模塊的電力電子裝置在工作時，存在顯著的高頻振蕩現象的問題，使其正常工作。

為解決上述問題，本發明實施例提供了如下技術方案：

一種混合功率模塊，包括：IGBT開關器件；陰極與所述IGBT開關器件的集電極相連，陽極與所述IGBT開關器件的發射極相連的碳化硅肖特基勢壘二極管；與所述IGBT開關器件柵極相連的柵極偏置電路，所述柵極偏置電路包括：相互并聯的第一電阻和第一二極管，以及與所述第一電阻和第一二極管的并聯結構串聯的第二電阻。

優選的，所述柵極偏置電路包括：與所述IGBT開關器件柵極相連的所述第一電阻和第一二極管的并聯結構；與所述第一電阻和第一二極管的并聯結構另一端相連的第二電阻。

優選的，所述柵極偏置電路包括：與所述IGBT開關器件柵極相連的第二電阻；與所述第二電阻的另一端相連的所述第一電阻和第一二極管的并聯結構。

優選的，所述第一電阻的阻值大于1000Ω。

優選的，所述第一二極管為整流二極管。

一種包括上述混合功率模塊的電力電子裝置。

一種混合功率模塊的形成方法，包括：制備氮化鋁襯板；在所述氮化鋁襯板上形成圖形化的金屬層；在氮化鋁襯板上形成IGBT開關器件、碳化硅肖特基勢壘二極管、第一電阻和第一二極管的并聯結構、第二電阻；將氮化鋁襯板固定在基板上；實現IGBT開關器件、碳化硅肖特基勢壘二極管與金屬層電連接。

優選的，所述基板為鍍鎳的鋁碳化硅基板或鍍鎳的銅基板。

優選的，還包括：

采用超聲波清洗和化學清洗的方法，對所述基板和氮化鋁襯板進行清洗。

優選的，在所述氮化鋁襯板上形成IGBT開關器件、碳化硅肖特基勢壘二極管、第一電阻和第一二極管的并聯結構、第二電阻包括：采用絲網印刷技術，將焊料均勻涂在氮化鋁襯板的焊接面上；采用高溫回流焊接技術，將IGBT開關器件芯片、碳化硅肖特基勢壘二極管芯片、第一電阻貼片元件、第一二極管貼片元件和第二電阻貼片元件焊接在所述氮化鋁襯板的焊接面上。

與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點：