[发明专利]一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块封装结构

说明书

本发明涉及电子电力器件技术领域，特别为一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块封装结构，由Si IGBT和SiC MOSFET构成的混合全桥结构，一个桥臂由Si IGBT和碳化硅肖特基二极管构成，一个桥臂由SiC MOSFET构成。采用上述结构后，本发明本发明提供的一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，通过将Si IGBT与MOSFET封装在一个模块内，具有两种使用模式，解决了IGBT的开关损耗大、开关频率不高的问题；同时解决IGBT搭建的逆变器的纹波大的问题；同时，本发明提供的封装结构能够以较低的成本获得较好的模块性能，使复合器件的整体性能逼近同等功率等级的单一类型器件，但价格较后者具有显著优势。

技术领域

本发明涉及电子电力器件技术领域，特别为一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块封装结构。

背景技术

基于硅(Si)材料的绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated gate bipolartransistor)是一种结合了金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-oxide-semiconductor field effect transistor)和双极结型晶体管(BJT，Bipolar junctiontransistor)优点的电力电子器件。Si IGBT作为新型电力半导体场控自关断器件，集SiMOSFET的高速性能与双极型器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，以其优异的性能得到了广泛的应用，极大地提升了电力电子装置和系统的性能，在各种电力变换中获得极广泛的应用。

Si IGBT在关断时有一个重要特征是：集电极电流缓慢衰减，即拖尾电流明显。集电极拖尾电流会引起开关损耗增大、发热加剧的问题，特别是用作高频开关时。因而，随着Si IGBT功率等级的提升，其开关工作频率明显受制于其拖尾电流，已很难进一步提升。

Si MOSFET具有驱动功率小、开关速度快、工作频率高、成本低的优点，其开关损耗较小，但导通电阻引起的动态损耗较高，为降低Si MOSFET的动态损耗，必须减小其导通电阻。由于Si MOSFET的击穿电压(B_v)和导通电阻(R_on)具有的极限关系(人们称为“硅极限”)，其载流耐压能力弱，通常用于低压场合。

具有新型PN交替结构的CoolMOS可以同时的到较低的动态损耗和较高的开关速度，其导通电阻约为普通Si MOSFET的五分之一，改善了导通电阻与器件耐压的矛盾，能够做到更高的耐压等级。但其体二极管反向恢复特性不佳，且制造工艺难度大。

硅材料因其本身物理特性的限制不适用于一些高压、高温、高效率及高功率密度等特殊应用场合。二十世纪九十年代以来，碳化硅(SiC)材料及其器件等相关技术得到了迅速发展。与Si材料相比，SiC材料较高的热导率决定了SiC器件具有高电流密度的特性，较大的禁带宽度决定了器件具有耐高压和耐高温的特点。与Si MOSFET相比，SiC MOSFET具有更小的导通电阻和更高的击穿电压；与相同功率等级Si IGBT相比，二者阻断电压水平相当，但得益于SiC材料的优异性能，SiC MOSFET开关损耗显著低于拖尾电流明显的Si IGBT。

当前，SiC MOSFET面临的问题是：碳化硅材料成本高昂，相应的器件成本是同等功率等级Si器件的5倍以上；SiC材料的缺陷密度仍高于Si材料，受到生产良品率的限制，其单个SiC MOSFET芯片的尺寸仍明显小于现有Si IGBT芯片；SiC MOSFET可工作的最高开关频率显著高于Si IGBT，但受制于传统封装技术和结构带来的寄生参数，SiC MOSFET高速开关工作性能未能得到充分发挥。因此，在一定程度上，较高的器件成本、较小的芯片尺寸和传统封装的不足限制了SiC MOSFET向更大功率等级、更高开关频率电能变换装置的推广应用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题提供一种可以保证高压SiC模块的整体性能的优化方法。