[發明專利]一種雙向開關功率模塊及其制備方法

在審

• 申請號: 202110304159.2
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113097154A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 王來利;孫立杰;侯震鵬;趙成;裴云慶;楊旭;甘永梅;張虹
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L23/14
• 分類號: H01L23/14;H01L23/31;H01L25/07;H01L29/16;H01L29/78;H02M1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種雙向開關功率模塊及其制備方法，覆銅基板DBC的一側表面依次設置有驅動端子、碳化硅MOSFET芯片和功率端子，碳化硅MOSFET芯片包括多個且間隔設置，多個碳化硅MOSFET芯片之間兩兩一組并聯連接形成兩個不同方向的電力電子開關，每個碳化硅MOSFET芯片的柵極和源極分別經驅動電阻與驅動端子連接，多個碳化硅MOSFET芯片設置在同一片銅基板上，源極分別與功率端子連接，形成共漏極連接。本發明具有更高的工作頻率，更好的可靠性，更低的熱阻及良好的電氣性能。

技術領域

本發明屬于功率器件封裝技術領域，具體涉及一種雙向開關功率模塊及其制備方法。

背景技術

碳化硅作為第三代半導體材料，具有三倍于硅的禁帶寬度及熱導率、十倍于硅的擊穿場強等優良性能。因此具有更高的電壓阻斷能力，更低的通態壓降，更高的開關速度、更高的工作溫度和更低的熱阻。因此，與硅功率器件相比，碳化硅功率器件具有更小的導通和開關損耗，且具有更高的工作溫度。基于碳化硅MOSFET的雙向開關功率模塊可以具有更高的工作溫度，更高的封裝集成度及更高的可靠性。

雙向開關能夠控制兩個方向的電流傳輸，是矩陣變換器的核心組件。矩陣變換器由9個雙向開關搭接而成。通過對9個開關的合適控制，它還可以在控制輸出電壓的同時，控制輸入電流，使功率因數可控。它是研究得最多的一種拓撲，和傳統的變換器相比，它具有如下優點：輸出電壓的幅值和頻率可以獨立控制；不需要中間直流儲能環節，能量轉換效率高；能夠四象限運行；具有優良的輸入電流波形和輸出電壓波形；可自由控制的功率因數。

但是目前的矩陣變換器電路往往使用分立器件搭建，集成度較低，體積較大、功率密度低，且不符合目前電力電子方向模塊化、集成化的發展趨勢。為了提高矩陣變換器的集成度、減小變換器體積，就需要提出一種集成化的雙向開關功率模塊。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種雙向開關功率模塊及其制備方法，實現更高的工作頻率，更好的可靠性，更低的熱阻及良好的電氣性能。

本發明采用以下技術方案：

一種雙向開關功率模塊，包括覆銅基板DBC，覆銅基板DBC的一側表面依次設置有驅動端子、碳化硅MOSFET芯片和功率端子，碳化硅MOSFET芯片包括多個且間隔設置，多個碳化硅MOSFET芯片之間兩兩一組并聯連接形成兩個不同方向的電力電子開關，每個碳化硅MOSFET芯片的柵極和源極分別經驅動電阻與驅動端子連接，多個碳化硅MOSFET芯片設置在同一片銅基板上，源極分別與功率端子連接，形成共漏極連接。

具體的，覆銅基板DBC包括陶瓷，陶瓷的一側設置有下銅層，另一側對應設置有上銅層，驅動端子、碳化硅MOSFET芯片和功率端子分別設置在上銅層上。

進一步的，上銅層上設置有漏極導電銅基板，漏極導電銅基板的兩側分別設置有驅動側導電銅基板和源極導電銅基板，碳化硅MOSFET芯片設置在漏極導電銅基板上，通過鍵合線分別與驅動側導電銅基板和源極導電銅基板連接。

更進一步的，驅動電阻與驅動端子設置在驅動側導電銅基板上。

更進一步的，功率端子設置在源極導電銅基板上。

更進一步的，碳化硅MOSFET芯片與驅動側導電銅基板和源極導電銅基板之間分別通過鍵合線連接。

具體的，碳化硅MOSFET芯片包括4個。

本發明的另一技術方案是，一種制備雙向開關功率模塊的方法，包括以下步驟：

S1、對覆銅基板DBC進行清潔，在覆銅基板DBC上對應碳化硅MOSFET芯片和驅動電阻的位置處采用鋼網印刷方式印制一層納米銀焊膏，將碳化硅MOSFET芯片和驅動電阻貼附于納米銀焊膏層上；

S2、將步驟S1印刷好納米銀焊膏的覆銅基板DBC放入真空燒結爐中進行回流焊接；