[发明专利]高速、高效SiC功率模块

说明书

一种功率转换器模块，包括活性金属钎焊(AMB)衬底、功率转换器电路以及外壳。AMB衬底包括氮化铝基层、氮化铝基层的第一表面上的第一导电层以及氮化铝基层的与第一表面相对的第二表面上的第二导电层。功率转换器电路包括经由第一导电层彼此耦接的多个碳化硅开关部件。外壳设置在功率转换器电路和AMB衬底之上。通过使用具有氮化铝基层的AMB衬底，可在保持功率转换器模块的结构完整性的同时，显著改善功率转换器模块的散热性。

技术领域

本公开涉及功率转换器模块，具体涉及利用碳化硅(SiC)部件的高频功率转换器模块。

背景技术

功率转换器模块(在此涉及的功率转换器模块还可包括电力逆变器模块)为可在功率转换器系统内执行各种功能的独立器件。例如，功率转换器模块可包括升压转换器、降压转换器、半桥转换器和全桥转换器。常规的功率转换器模块通常包括利用硅(Si)开关部件的功率转换器电路。虽然有效，但是在许多应用中，使用具有硅(Si)开关部件的功率转换器电路通常限制功率转换器电路能够运转的开关频率。功率转换器电路内的部件的开关频率越低，功率转换器系统内使用的如电感器和电容器的滤波部件需要越大。这样，与利用硅(Si)开关部件的功率转换器电路一起使用的滤波部件必须相当大，从而抬高功率转换器系统的成本。进一步地，高开关频率下，硅(Si)开关部件常常与较低效率和低功率密度相关。

发明内容

本公开涉及功率转换器模块，具体涉及利用碳化硅(SiC)部件的高频功率转换器模块。在一个实施方式中，功率转换器模块包括活性金属钎焊(AMB)衬底、功率转换器电路以及外壳。AMB衬底包括氮化铝基层、氮化铝基层的第一表面上的第一导电层以及氮化铝基层的与第一表面相对的第二表面上的第二导电层。功率转换器电路包括经由第一导电层耦接到彼此的多个碳化硅开关部件。外壳设置在功率转换器电路和AMB衬底之上(over)。通过使用具有氮化铝基层的AMB衬底，在维持功率转换器模块的结构完整性的同时，可大大改进功率转换器模块的散热性。

在一个实施方式中，第一导电层直接在氮化铝基层的第一表面上，并且第二导电层直接在氮化铝基层的第二表面上。

在一个实施方式中，蚀刻第一导电层，以在碳化硅开关部件之间形成期望的连接图案。碳化硅开关部件可经由一个或多个焊线耦接到第一导电层，使得功率切换路径具有大约50mm的最大长度，并且栅极控制路径具有大约20mm的最大长度。通过最小化功率切换路径长度和栅极控制路径长度，功率转换器模块的杂散电感降低。

在一个实施方式中，功率转换器电路为被配置为接收直流(DC)输入电压且提供提升的DC输出电压的升压转换器。功率转换器电路可包括与碳化硅肖特基二极管串联耦接的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。进一步地，功率转换器电路可被配置为提供大于650V的输出电压、提供大于900W的输出功率，并且以大于40kHz的开关频率操作。功率转换器电路具有的开关损耗可介于5mJ/A和100mJ/A之间。绝缘基层可具有30W/m-K的最小热导率，以在功率转换器电路和第二导电层之间提供低热阻。

在一个实施方式中，功率转换器电路为降压转换器、半桥转换器、全桥转换器、单相逆变器、三相逆变器和如中点箝位(NPC)和晶体管式中点箝位(TNPC)的多级拓扑中的一个。

在一个实施方式中，一种用于制造功率转换器模块的方法，包括：提供活性金属钎焊(AMB)衬底、提供功率转换器电路以及提供外壳。AMB 衬底包括氮化铝基层、氮化铝基层的第一表面上的第一导电层以及氮化铝基层的与第一表面相对的第二表面上的第二导电层。功率转换器电路包括经由第一导电层耦接到彼此的多个碳化硅开关部件。外壳设置在功率转换器电路和AMB衬底之上。通过使用具有氮化铝基层的AMB衬底，在保持功率转换器模块的结构完整性的同时，可大大改进功率转换器模块的散热性。

本领域的技术人员在阅读与附图相关的优选实施方式的以下详细描述后，将理解本公开的范围并且实现其另外的方面。

附图说明