[發明專利]由IGBT和MOSFET構成的混合功率模塊的封裝結構及其使用方法

在審

• 申請號: 202110961862.0
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113690203A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 陳利;陳彬
• 申請（專利權）人: 廈門芯一代集成電路有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/473;H01L23/34;B08B5/02;F16F15/04
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務所(普通合伙) 44777
• 代理人: 魏昕

本發明公開了由IGBT和MOSFET構成的混合功率模塊的封裝結構及使用方法，涉及電力電子器件技術領域，包括第一基板和第二基板，第一基板頂端的兩側均固定設有IGBT，兩個IGBT的頂端均固定設有多個引針，多個引針分別通過多個引母與兩個MOSFET連接，兩個MOSFET分別固定設置在第二基板底端的兩側，兩個IGBT的兩側均接觸連接有導熱板，四個導熱板的底端均固定設有多個導熱桿，多個導熱桿均貫穿第一基板的頂端與兩個第一導管頂端的兩側固定連接，本發明通過導熱板和導熱桿的使用，模塊工作時產生的熱量傳遞至第一導管，對第一導管內導熱油進行加熱，將模塊產生的熱量吸收轉移至導熱油內，對模塊吸收散熱，避免模塊熱量過高而造成損壞，提高模塊使用壽命。

技術領域

本發明涉及電力電子器件技術領域，具體涉及由IGBT和MOSFET 構成的混合功率模塊的封裝結構及使用方法。

背景技術

基于硅(Si)材料的絕緣柵雙極型晶體管是一種結合了金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)和雙極結型晶體管(BJT)優點的電力電子器件。Si IGBT作為新型電力半導體場控自關斷器件，集Si MOSFET的高速性能與雙極型器件的低電阻于一體，具有輸入阻抗高，電壓控制功耗低，控制電路簡單，耐高壓，承受電流大等特性，以其優異的性能得到了廣泛的應用，極大地提升了電力電子裝置和系統的性能，在各種電力變換中獲得極廣泛的應用。

常見的分離器件通常采用標準化的封裝，其可以保證較高的可靠性和較低的成本，但是其內部存在較大的寄生參數，使得其不適合應用于并聯使用場合。而功率電子封裝技術從解決模塊的封裝結構、模塊內部芯片與基板互連等問題出發，可使各種元器件的不利寄生參數減小，同時具有更大的電流承載能力，減小模塊體積重量，提高系統功率密度，目前的功率模塊的封裝形式按組裝工藝和安裝固定方法主要分為：壓接式結構、焊接結構以及直接敷銅基板結構等形式。其中 DBC基板結構具有更好的熱疲勞穩定性和很高的集成度。

Si IGBT在關斷時有一個重要特征是：集電極電流緩慢衰減，即拖尾電流明顯。集電極拖尾電流會引起開關損耗增大、發熱加劇的問題，特別是用作高頻開關時。因而，隨著Si IGBT功率等級的提升，其開關工作頻率明顯受制于其拖尾電流，已很難進一步提升，具有新型PN交替結構的Cool MOS可以同時的到較低的動態損耗和較高的開關速度，其導通電阻約為普通Si MOSFET的五分之一，改善了導通電阻與器件耐壓的矛盾，能夠做到更高的耐壓等級。但其體二極管反向恢復特性不佳，且制造工藝難度大。

硅材料因其本身物理特性的限制不適用于一些高壓、高溫、高效率及高功率密度等特殊應用場合。二十世紀九十年代以來，碳化硅材料及其器件等相關技術得到了迅速發展。與Si材料相比，SiC材料較高的熱導率決定了SiC器件具有高電流密度的特性，較大的禁帶寬度決定了器件具有耐高壓和耐高溫的特點。與Si MOSFET相比，Si CMOSFET具有更小的導通電阻和更高的擊穿電壓；與相同功率等級Si IGBT相比，二者阻斷電壓水平相當，但得益于SiC材料的優異性能， Si CMOSFET開關損耗顯著低于拖尾電流明顯的Si IGBT，除此之外， Si CMOSFET的工作溫度遠高于Si器件，具有更好的高溫工作性能。

在IGBT功率模塊日常使用中，需要對混合模塊進行封裝工作，已滿足混合模塊的使用，在對混合模塊封裝的過程中，主要存在以下缺陷：

專利號CN110634817A提出了一種由IGBT和MOSFET構成的混合功率模塊的封裝結構，包括底部金屬板和頂部金屬板，所述底部金屬板和頂部金屬板上分別隔離設置有兩塊DBC板；所述頂部DBC板上并聯設置有MOSFET，所述底部DBC板上并聯設置有Si IGBT和二極管芯片；所述頂部金屬板與底部金屬板上DBC板通過排針和排母連接，與傳統的單面散熱的封裝結構相比，本發明能夠遏制空間分布參數對 MOSFET高速開關工作性能的影響，可雙面散熱以提高功率密度，并具有空間緊湊、裝配簡單快捷等特點；同時，本發明提供的封裝結構能夠以較低的成本獲得較好的模塊性能；