[發明專利]一種Vienna整流用雙面結構碳化硅功率模塊及其制備方法

有效

• 申請號: 202010485710.3
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111642061B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 王來利;趙成;李錫光;楊奉濤;齊志遠;王見鵬;陳陽
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;廣東天澤恒益科技有限公司
• 主分類號: H05K1/02
• 分類號: H05K1/02;H05K1/18;H05K3/34;H02M7/06;H02M7/217
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種Vienna整流用雙面結構碳化硅功率模塊，其特征在于，采用母排式的雙面結構，包括上下兩塊DBC基板，每個DBC基板中包含兩層銅層，其中一層銅層上設置有Vienna整流拓撲電路，Vienna整流拓撲電路的輸入交流端包括AC₁和AC₂，直流側中點包括O₁和O₂；下層DBC基板上設置鍵合線，實現驅動部分的開爾文連接；通過雙面結構碳化硅功率模塊中的兩個換流路徑彼此解耦實現換流回路路徑的最小化，Vienna整流拓撲電路包括碳化硅MOSFET管Q1，碳化硅MOSFET管Q1的柵極連接驅動柵極G，漏極分三路，分別與二極管D1的正極，二極管D2的負極和二極管D3的負極連接，二極管D1的負極連接DC+，二極管D2的正極連接交流輸入端口AC₁，二極管D3的正極連接直流側中點O₁；碳化硅MOSFET管Q1的源極分四路，一路連接驅動源極K，剩余三路分別連接二極管D4的正極，二極管D5的正極和二極管D6的負極，二極管D4的負極交流輸入端口AC₂，二極管D5的負極連接直流側中點O₂，二極管D6的正極連接DC-。

2.根據權利要求1所述的Vienna整流用雙面結構碳化硅功率模塊，其特征在于，上層DBC基板中換流路徑經過二極管D1和二極管D6，二極管D1和二極管D6通過納米銀燒結的方式焊接在上層DBC基板上。

3.根據權利要求1所述的Vienna整流用雙面結構碳化硅功率模塊，其特征在于，下層DBC基板中換流路徑經過二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5以及碳化硅MOSFET管Q1，二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5以及碳化硅MOSFET管Q1通過納米銀燒結的方式焊接在下層DBC基板上。

4.一種制備權利要求1所述Vienna整流用雙面結構碳化硅功率模塊的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將二極管D1和二極管D6通過納米銀燒結的方式焊接在上層DBC基板上，將二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5以及碳化硅MOSFET管Q1通過納米銀燒結的方式焊接在下層DBC基板上；

S2、在下層DBC基板上打鍵合線，實現碳化硅MOSFET管Q1的開爾文連接；

S3、通過納米銀燒結的方式實現銅-鉬-銅金屬柱與二極管陽極以及碳化硅MOSFET源極的連接以及功率端子與上層DBC基板、下層DBC基板的連接；

S4、將上下層DBC基板按照指定的方式裝配起來，并將銅-鉬-銅柱的另一端通過納米銀燒結或者焊接的方式與上層DBC基板或下層DBC基板實現穩定的連接。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S1中，二極管D1和二極管D6的負極與上層DBC基板通過納米銀燒結連接在一起，二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5的負極以及化硅MOSFET管Q1的漏極與下層DBC基板通過納米銀燒結的方式連接在一起，納米銀焊料的厚度為0.05～0.1mm。

6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S2中，采用直徑小于5mil的鋁鍵合線實現碳化硅MOSFET管Q1的開爾文連接。

7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S3中，銅-鉬-銅金屬柱的高度為3mm，同時金屬柱與芯片的接觸面小于芯片的金屬電極大小。

8.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S4中，納米銀焊料的厚度為0.1～0.15mm。

9.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，碳化硅MOSFET和二極管電極均進行重新金屬化處理，電極上采用金屬蒸鍍方式增加有厚度100nm/200nm的鉻/銀金屬層。