[发明专利]由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构及其使用方法

说明书

本发明公开了由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构及使用方法，涉及电力电子器件技术领域，包括第一基板和第二基板，第一基板顶端的两侧均固定设有IGBT，两个IGBT的顶端均固定设有多个引针，多个引针分别通过多个引母与两个MOSFET连接，两个MOSFET分别固定设置在第二基板底端的两侧，两个IGBT的两侧均接触连接有导热板，四个导热板的底端均固定设有多个导热杆，多个导热杆均贯穿第一基板的顶端与两个第一导管顶端的两侧固定连接，本发明通过导热板和导热杆的使用，模块工作时产生的热量传递至第一导管，对第一导管内导热油进行加热，将模块产生的热量吸收转移至导热油内，对模块吸收散热，避免模块热量过高而造成损坏，提高模块使用寿命。

技术领域

本发明涉及电力电子器件技术领域，具体涉及由IGBT和MOSFET 构成的混合功率模块的封装结构及使用方法。

背景技术

基于硅(Si)材料的绝缘栅双极型晶体管是一种结合了金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)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Si MOSFET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。

常见的分离器件通常采用标准化的封装，其可以保证较高的可靠性和较低的成本，但是其内部存在较大的寄生参数，使得其不适合应用于并联使用场合。而功率电子封装技术从解决模块的封装结构、模块内部芯片与基板互连等问题出发，可使各种元器件的不利寄生参数减小，同时具有更大的电流承载能力，减小模块体积重量，提高系统功率密度，目前的功率模块的封装形式按组装工艺和安装固定方法主要分为：压接式结构、焊接结构以及直接敷铜基板结构等形式。其中 DBC基板结构具有更好的热疲劳稳定性和很高的集成度。

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，具有新型PN交替结构的Cool MOS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，Si CMOSFET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， Si CMOSFET开关损耗显著低于拖尾电流明显的Si IGBT，除此之外， Si CMOSFET的工作温度远高于Si器件，具有更好的高温工作性能。

在IGBT功率模块日常使用中，需要对混合模块进行封装工作，已满足混合模块的使用，在对混合模块封装的过程中，主要存在以下缺陷：

专利号CN110634817A提出了一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，包括底部金属板和顶部金属板，所述底部金属板和顶部金属板上分别隔离设置有两块DBC板；所述顶部DBC板上并联设置有MOSFET，所述底部DBC板上并联设置有Si IGBT和二极管芯片；所述顶部金属板与底部金属板上DBC板通过排针和排母连接，与传统的单面散热的封装结构相比，本发明能够遏制空间分布参数对 MOSFET高速开关工作性能的影响，可双面散热以提高功率密度，并具有空间紧凑、装配简单快捷等特点；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；