[发明专利]一种改善焊接型碳化硅功率模块电热性能的封装结构

说明书

本发明公开了一种改善焊接型碳化硅功率模块电热性能的封装结构，该封装结构包括铜底板，DBC板，碳化硅芯片，驱动信号端子和功率回路端子；所述碳化硅芯片，以每两个为一个单元进行并联，长边沿着所述铜底板的长边平行排列放置，每两个单元共用一块DBC板，所述两个单元为串联结构，所述DBC板固定在所述铜底板上；所述驱动信号端子采用顶针方式直接引出；所述功率回路端子采用带有螺纹的铜块引出。本发明通过优化碳化硅芯片放置方式、DBC分布方式和端子的引出方式，减小了电流路径长度，增大了电流路径宽度，提高了DBC板的底板面积利用率，增大了散热面积，减小了散热热阻，从而提高封装的电热性能。

技术领域

本发明涉及功率模块封装技术领域，具体涉及一种改善焊接型碳化硅功率模块电热性能的封装结构。

背景技术

随着功率半导体器件应用场合日益丰富与多变，目前碳化硅功率半导体器件已初步在光伏逆变器、风力发电、电动汽车等领域进行了应用尝试。然而，新的封装方法和技术是目前制约碳化硅器件规模应用的主要因素之一。与硅基功率半导体器件相比，碳化硅器件开关速度更快，在相同寄生电感下，碳化硅器件在开关瞬态过程中承受更高的电压和电流应力，由此带来开关损耗增加，电磁干扰等问题，严重时会导致器件损坏或失效。因此，碳化硅功率模块对封装寄生参数的要求更加苛刻。另一方面，碳化硅芯片尺寸更小，相同电流等级下功率密度更高，这使得功率模块的散热面临更高的挑战。因此，焊接型功率模块封装的电热性能优化对于充分发挥碳化硅器件优异性能显得尤为重要。

现有的商业化碳化硅封装模块基本是沿用传统的硅基模块的封装结构，封装内部的寄生电感较大。尽管学术界和工业界也提出了很多新型的封装技术，例如混合封装，平面封装，3D封装等结构上的优化以及焊接球、纳米银烧结等互连技术，但这些新型封装技术存在工艺较复杂，成本较高，技术成熟度不高，可靠性尚待验证等诸多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善焊接型碳化硅功率模块电热性能的封装结构，在不改变传统封装工艺的前提下，通过优化芯片放置方式、DBC板分布方式、封装布局、互连结构来实现更好的模块电热性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种改善焊接型碳化硅功率模块电热性能的封装结构，包括铜底板，DBC板和碳化硅芯片；

所述碳化硅芯片，以每两个为一个单元进行并联，长边沿着所述铜底板的长边平行排列放置，每两个单元共用一块DBC板，所述两个单元为串联结构，所述DBC板固定在所述铜底板上。

优选的，所述封装结构还包括驱动信号端子，所述驱动信号端子采用顶针方式直接引出，与外部进行电气互连。

优选的，所述驱动信号端子包括栅极信号端子和辅助源极信号端子，所述栅极信号端子和辅助源极信号端子通过键合线引出到DBC板，而后由顶针直接引出。

优选的，所述封装结构还包括功率回路端子，所述功率回路端子采用铜块引出。

优选的，所述功率回路端子包括正极引出端子、负极引出端子和交流输出端子，所述正极引出端子、负极引出端子和交流输出端子采用铜块引出；所述铜块为一个下底板和一个方体的一体结构，所述下底板和所述方体宽相同，所述下底板的长比所述方体长，所述方体位于所述下底板中心位置。

优选的，所述铜块的方体上表面设有一个螺纹孔，用于与封装外壳螺纹连接，所述下底板与所述方体接触的面为所述下底板的第一表面，所述第一表面未与所述方体重叠的部分为第二表面和第三表面，所述第二表面和第三表面上设有小孔，用于端子焊接。

优选的，所述封装结构还包括键合线，用于连接碳化硅功率模块上桥臂源极与下桥臂漏极。

优选的，所述封装结构还包括键合线，用于碳化硅芯片的栅极、源极和辅助源极的引出。

优选的，所述封装结构还包括可拆卸式封装外壳。