[发明专利]一种三维集成高压碳化硅模块封装结构

说明书

发明公开了一种三维集成高压碳化硅模块封装结构，其包括自上而下的源极基板、芯片子模块、上驱动端子、上驱动基板、陶瓷外壳、可集成水冷散热器的金属基板、进水口、出水口、芯片子模块、下驱动端子、下驱动基板、漏极基板，其中芯片子模块由驱动连接基板、功率源极金属块、驱动栅极金属柱、驱动源极金属柱、碳化硅裸片、绝缘结构等组成。采用三维集成结构让回路不收二维布局的局限，寄生参数大幅降低；采用集成水冷散热器的中间基板能保证每层芯片都是双面散热结构，提高模块的散热效率；采用外接解耦电容组，减小电压振荡的同时也不会影响模块内部的可靠性；采用金属平板作为引出端子，能够与现有的电网输变电系统相兼容。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种三维集成高压碳化硅模块封装结构。

背景技术

以碳化硅和氮化镓为代表的第三代功率半导体器件(即宽禁带功率半导体器件)具有开关速度快，损耗低，工作温度高等特点，其性能远超现有的硅功率半导体器件。目前，在宽禁带功率半导体器件技术逐渐走向成熟的过程中，尤其针对高压碳化硅功率器件的封装，国际上还没有成熟的封装技术。

目前已有的封装结构可以分为两类：基于焊接工艺的封装结构和基于压接工艺的封装结构。基于焊接工艺的封装结构通常在中低压(650～3300V)功率器件的封装中使用，在高压功率器件的封装中应用较少。目前电网用功率模块通常采用基于压接工艺的封装结构。

目前的典型的压接封装结构主要适用于硅功率器件，针对高压碳化硅器件的封装技术尚不成熟，无法保证可靠性、充分发挥高压碳化硅器件的优良性能，并在电网领域得到广泛的应用。

在输配电系统实际应用过程中，经常需要将两个分立的压接模块串联起来形成半桥结构，这样会导致寄生参数高的问题。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提出一种三维集成高压碳化硅模块封装结构，解决现有封装结构寄生参数大的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种三维集成高压碳化硅模块封装结构，包括源极基板、外壳、金属基板、漏极基板和驱动层，金属基板设置于外壳内，源极基板和漏极基板分别与外壳的两端密封连接；

驱动层包括第一驱动层和第二驱动层，第一驱动层和第二驱动层结构相同，均包括驱动基板和芯片子模块，驱动基板和芯片子模块构成半桥结构，驱动基板上设置有驱动端子，驱动端子贯穿外壳并伸出于外壳：

芯片子模块包括驱动连接基板、功率源极金属块、驱动栅极金属柱、驱动源极金属柱、碳化硅裸片和绝缘结构，驱动栅极金属柱的一端和驱动源极金属柱的一端分别与碳化硅裸片上的栅极和源极烧结，功率源极金属块的一端与碳化硅裸片上的源极烧结，驱动连接基板与驱动栅极金属柱的另一端和驱动源极金属柱的另一端均烧结，碳化硅裸片的四周设置绝缘结构；

驱动连接基板与驱动基板烧结，功率源极金属块的另一端贯穿驱动基板；

第一驱动层和第二驱动层均设置于外壳内，第一驱动层设置于源极基板与金属基板之间，第一驱动层的功率源极金属块的另一端与源极基板烧结，第一驱动层的碳化硅裸片的漏极与金属基板烧结；

第二驱动层设置于漏极基板与金属基板之间，第二驱动层的功率源极金属块的另一端与金属基板烧结，第二驱动层的碳化硅裸片的漏极与漏极基板烧结。

金属基板内部设置有水冷通道，水冷通道上连接有进水口和出水口，进水口和出水口贯穿外壳并伸出于外壳。

源极基板和漏极基板时间连接有解耦电容。

解耦电容设置于外壳的外部，解耦电容包括电容基板和设置于电容基板上的高压电容，高压电容的两极分别与源极基板和漏极基板连接，电容基板和高压电容包覆于绝缘层内。