[發明專利]多芯片并聯非對稱碳化硅模塊的封裝結構及封裝方法

在審

• 申請號: 202210427689.0
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114914235A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 李道會;齊放;趙子豪;張鈴
• 申請（專利權）人: 蔚來動力科技（合肥）有限公司
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/31;H01L21/50;H01L21/56
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳俊

本發明公開一種多芯片并聯非對稱碳化硅模塊的封裝方法及封裝結構，該封裝結構包括底層直接覆銅襯板、與底層直接覆銅襯板相互面對的頂層直接覆銅襯板、多個碳化硅功率芯片、與多個碳化硅功率芯片對應的多個驅動電阻、墊片以及功率端子。功率端子包括主功率DC+端子、主功率DC?端子以及主功率AC端子。多個碳化硅功率芯片相互并聯以形成半橋電路，并且多個碳化硅功率芯片、多個驅動電阻以及墊片設置在底層直接覆銅襯板和頂層直接覆銅襯板之間。多個驅動電阻中的每一個的電阻值與多個碳化硅功率芯片中的每一個到對應的主功率DC+端子或主功率DC?端子的距離成反比。

技術領域

本發明涉及功率半導體模塊的封裝集成技術領域，具體而言，涉及一種多芯片并聯非對稱碳化硅模塊的封裝結構，以及一種多芯片并聯非對稱碳化硅模塊的封裝方法。

背景技術

現代電力電子裝置正朝著高功率密度和高效率的方向發展。而隨著工作環境趨向于高頻、高壓和高溫，Si半導體由于自身材料限制，難以滿足要求。

在這樣的背景下，寬禁帶半導體材料器件應運而生，并且寬禁帶半導體材料典型代表有碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)，這些半導體材料也稱為第三代半導體材料。與以硅(Si)和砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導體相比，寬禁帶半導體的優點更加突出。在相同的條件下，寬禁帶半導體材料器件擁有更高的擊穿電壓，更高的導通電流，更高的工作溫度，更高的開關速度以及更低的開關損耗，因此得到了廣泛應用。

由于現有的單個碳化硅芯片通流能力有限，因此在大功率場合一般會并聯多個分立器件或采用多芯片并聯結構功率模塊的方式，而現有的商用多芯片并聯模塊的直接覆銅(DBC)襯板許多都是非對稱的物理結構，這不可避免地造成功率回路寄生參數不一致，從而在不同的芯片上造成電流、損耗分配不均衡的問題，進一步導致熱應力不均等的可靠性問題。在SiC器件的開關頻率更高，并且電流的變化率更大的情況下，寄生參數的差異可帶來比Si器件更大的電流不均衡問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可克服上述缺點的多芯片并聯非對稱碳化硅模塊的封裝結構及封裝方法，其中本發明的封裝結構能夠克服現有商用多芯片并聯碳化硅功率模塊的非對稱結構導致的寄生參數不一致，以及因此電流和損耗分配不均的缺陷。

此外，本發明還旨在解決或者緩解現有技術中存在的其它技術問題。

根據本發明的第一方面，本發明解決技術問題所采用的技術方案是提供一種多芯片并聯非對稱碳化硅模塊的封裝結構，其特征在于，其包括底層直接覆銅襯板、與所述底層直接覆銅襯板相互面對的頂層直接覆銅襯板、多個碳化硅功率芯片、與所述多個碳化硅功率芯片對應的多個驅動電阻、墊片以及功率端子，其中，所述功率端子包括主功率DC+端子、主功率DC-端子以及主功率AC端子，其中，所述多個碳化硅功率芯片相互并聯以形成半橋電路，并且所述多個碳化硅功率芯片、所述多個驅動電阻以及所述墊片設置在所述底層直接覆銅襯板與所述頂層直接覆銅襯板之間，以及其中，所述多個驅動電阻中的每一個的電阻值與所述多個碳化硅功率芯片中的每一個到對應的主功率DC+端子或主功率DC-端子的距離成反比。

可選地，根據本發明的一種實施方式，所述多個碳化硅功率芯片包括第一組碳化硅功率芯片和第二組碳化硅功率芯片，并且所述第一碳化硅功率芯片相互并聯并且貼裝在所述底層直接覆銅襯板上以形成所述半橋電路的上橋臂，而所述第二碳化硅功率芯片相互并聯并且貼裝在所述頂層直接覆銅襯板上以形成所述半橋電路的下橋臂。

可選地，根據本發明的一種實施方式，第一散熱器和第二散熱器分別連接于所述頂層直接覆銅襯板和所述底層直接覆銅襯板的外側。

可選地，根據本發明的一種實施方式，所述頂層直接覆銅襯板和所述底層直接覆銅襯板均包括由銅塊構成的電路層、散熱層，以及設置在所述電路層和所述散熱層之間的絕緣層。

可選地，根據本發明的一種實施方式，所述絕緣層由Si₃N₄陶瓷制成。