[发明专利]一种基于SiC MOSFET的1000A大容量半桥功率模块及制作工艺

说明书

本发明涉及电力半导体封装领域，尤其涉及一种基于SiC MOSFET的1000A大容量半桥功率模块及制作工艺，其功率模块包括外壳、铜基板、功率母排和三块DBC子单元，所述DBC子单元为半桥拓扑；所述DBC子单元包括DBC基板和至多十二个SiCMOSFET芯片，多个所述SiCMOSFET芯片对称并联设置于DBC基板上，所述功率母排与DBC基板连接；所述DBC基板上设有导电柱，所述导电柱用于连接外接驱动信号端子。本发明优化了现有技术中存在的SiC器件多芯片并联使用时电流分配不均的问题，降低了模块的寄生电感，提高散热能力，同时兼容传统的键合线工艺和焊接工艺，适宜于在工业生产中推广应用，获得的产品额定电流为1000A，实现了半桥功率模块电流容量的突破。

技术领域

本发明涉及电力半导体封装领域，具体为一种基于SiC MOSFET的1000A大容量半桥功率模块及制作工艺。

背景技术

在功率半导体领域，传统硅器件经过数十年的开发利用，性能已接近其物理极限，近年来，随着半导体制造工艺的进步，第三代宽禁带功率半导体发展迅猛，其中碳化硅(Silicon Carbon,SiC)因其优越的材料特性被认为是目前替代硅材料制造功率半导体器件的最优选择。与传统Si器件相比，SiC器件具有导通电阻小、击穿场强高、开关速度快、耐高温等特点，更加适用于高频、高压、高温等应用场景，有助于电力电子系统效率和功率密度的提升。

在SiC器件的生产过程中，为了提高芯片良品率，相较于Si器件，SiC芯片单个器件面积往往较小，这限制了单个SiC器件的电流容量，在实际大电流应用场合，往往会选择通过模块封装的方法将多芯片并联使用来提高电流容量。

但由于目前SiC器件的模块封装技术仍沿用传统Si器件的封装技术，在制作过程中使用的键合线连接工艺会引入较大的寄生电感，这会在SiC器件的高速开关过程中产生较为严重的电压过冲和震荡过程，对于多芯片并联的使用场景，还存在由于源极寄生电感的差异而引起的并联均流问题，电流分配不均会导致不同芯片间损耗的差异，使模块可靠性降低。

因此目前商用SiCMOSFET功率模块电流等级仍小于SiIGBT功率模块，Rohm公司基于SiC MOSFET的功率模块最大额定电流为576A，Cree公司达到765A，但在对电流容量要求更高的应用场景，使用的仍然是SiIGBT。SiIGBT虽然电流容量大，但其开关速度低，且关断过程存在拖尾电流，这导致其开关过程中产生额外的损耗，而SiCMOSFET理论上不存在该问题，因此若能使用SiCMOSFET替代SiIGBT，则不仅能大大减小变换器中无源器件的体积，提高功率密度，还能减小开关过程损耗，提高系统效率。

针对上述的高寄生电感问题已经提出了一些优化设计方法，包括主功率回路的布局优化、驱动回路的布局优化、端子结构的优化等方式；针对SiC器件多芯片并联使用时的动态电流不均等问题，可通过添加电流检测回路，通过检测反馈来调整驱动信号以达到主动均流效果，但上述方法由于增加了设计难度与制造工艺的复杂程度，在功率模块容量较大，并联芯片较多时并不适合推广使用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于SiC MOSFET的1000A大容量半桥功率模块及制作工艺。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于SiC MOSFET的1000A大容量半桥功率模块，包括外壳、铜基板、功率母排和三块DBC子单元，所述外壳和铜基板之间形成空腔，所述功率母排和三块所述DBC子单元平行等间距设置于空腔中，所述DBC子单元为半桥拓扑；所述DBC子单元包括DBC基板和至多十二个SiCMOSFET芯片，多个所述SiCMOSFET芯片对称并联设置于DBC基板上，且形成上半桥臂和下半桥臂；所述功率母排与DBC基板连接，形成功率回路；所述DBC基板上设有导电柱，所述导电柱用于连接外接驱动信号端子。

优选的，所述D BC子单元上设有多个连接端子，所述连接端子远离DBC子单元的一端与功率母排连接。