[发明专利]一种双向开关功率模块及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双向开关功率模块及其制备方法，覆铜基板DBC的一侧表面依次设置有驱动端子、碳化硅MOSFET芯片和功率端子，碳化硅MOSFET芯片包括多个且间隔设置，多个碳化硅MOSFET芯片之间两两一组并联连接形成两个不同方向的电力电子开关，每个碳化硅MOSFET芯片的栅极和源极分别经驱动电阻与驱动端子连接，多个碳化硅MOSFET芯片设置在同一片铜基板上，源极分别与功率端子连接，形成共漏极连接。本发明具有更高的工作频率，更好的可靠性，更低的热阻及良好的电气性能。

技术领域

本发明属于功率器件封装技术领域，具体涉及一种双向开关功率模块及其制备方法。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体材料，具有三倍于硅的禁带宽度及热导率、十倍于硅的击穿场强等优良性能。因此具有更高的电压阻断能力，更低的通态压降，更高的开关速度、更高的工作温度和更低的热阻。因此，与硅功率器件相比，碳化硅功率器件具有更小的导通和开关损耗，且具有更高的工作温度。基于碳化硅MOSFET的双向开关功率模块可以具有更高的工作温度，更高的封装集成度及更高的可靠性。

双向开关能够控制两个方向的电流传输，是矩阵变换器的核心组件。矩阵变换器由9个双向开关搭接而成。通过对9个开关的合适控制，它还可以在控制输出电压的同时，控制输入电流，使功率因数可控。它是研究得最多的一种拓扑，和传统的变换器相比，它具有如下优点：输出电压的幅值和频率可以独立控制；不需要中间直流储能环节，能量转换效率高；能够四象限运行；具有优良的输入电流波形和输出电压波形；可自由控制的功率因数。

但是目前的矩阵变换器电路往往使用分立器件搭建，集成度较低，体积较大、功率密度低，且不符合目前电力电子方向模块化、集成化的发展趋势。为了提高矩阵变换器的集成度、减小变换器体积，就需要提出一种集成化的双向开关功率模块。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种双向开关功率模块及其制备方法，实现更高的工作频率，更好的可靠性，更低的热阻及良好的电气性能。

本发明采用以下技术方案：

一种双向开关功率模块，包括覆铜基板DBC，覆铜基板DBC的一侧表面依次设置有驱动端子、碳化硅MOSFET芯片和功率端子，碳化硅MOSFET芯片包括多个且间隔设置，多个碳化硅MOSFET芯片之间两两一组并联连接形成两个不同方向的电力电子开关，每个碳化硅MOSFET芯片的栅极和源极分别经驱动电阻与驱动端子连接，多个碳化硅MOSFET芯片设置在同一片铜基板上，源极分别与功率端子连接，形成共漏极连接。

具体的，覆铜基板DBC包括陶瓷，陶瓷的一侧设置有下铜层，另一侧对应设置有上铜层，驱动端子、碳化硅MOSFET芯片和功率端子分别设置在上铜层上。

进一步的，上铜层上设置有漏极导电铜基板，漏极导电铜基板的两侧分别设置有驱动侧导电铜基板和源极导电铜基板，碳化硅MOSFET芯片设置在漏极导电铜基板上，通过键合线分别与驱动侧导电铜基板和源极导电铜基板连接。

更进一步的，驱动电阻与驱动端子设置在驱动侧导电铜基板上。

更进一步的，功率端子设置在源极导电铜基板上。

更进一步的，碳化硅MOSFET芯片与驱动侧导电铜基板和源极导电铜基板之间分别通过键合线连接。

具体的，碳化硅MOSFET芯片包括4个。

本发明的另一技术方案是，一种制备双向开关功率模块的方法，包括以下步骤：

S1、对覆铜基板DBC进行清洁，在覆铜基板DBC上对应碳化硅MOSFET芯片和驱动电阻的位置处采用钢网印刷方式印制一层纳米银焊膏，将碳化硅MOSFET芯片和驱动电阻贴附于纳米银焊膏层上；

S2、将步骤S1印刷好纳米银焊膏的覆铜基板DBC放入真空烧结炉中进行回流焊接；