[发明专利]电力电子装置及其混合功率模块、混合功率模块的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种电力电子装置及其混合功率模块，以及一种混合功率模块的形成方法。

背景技术

在汽车、家电、产业设备、机车牵引、电力系统等各个领域，降低逆变器及变频器的电力损失都是必要课题，而这其中的功率半导体器件起着重要的作用。传统的硅基功率半导体器件的性能在很多方面都已经接近材料的理论极限，导致其在实际应用中很难满足电力电子系统对功率开关器件在阻断电压、通态电流、工作频率以及高温、高效等方面的新需求。

以碳化硅（SiC）为代表的宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移率高、热导率高等优异的物理特性，使得SiC电力电子器件在高压、高温、高效率、高频率等应用领域具有极大的优势。SiC电力电子器件可以大幅度降低逆变器及变频器等电力转换装置的损失，极大提高现有能源的转换效率，在传统工业领域和太阳能等新能源领域都能发挥重要作用。碳化硅肖特基二极管的一种主要的应用是在电力电子装置中，作为IGBT等开关器件的续流二极管。

由于碳化硅肖特基势垒二极管属于多数载流子器件，具有开启电压小，反向恢复电流小，反向恢复时间短，开关速度快等特点，因此，将碳化硅肖特基势垒二极管代替快恢复二极管，作为IGBT等开关器件的续流二极管，不仅能有效的降低续流二极管的反向恢复能量损耗，还能降低IGBT等开关器件的尖峰电流和开通能量损耗。

又由于功率模块具有体积小、外壳与电极绝缘、可靠性高、安装方便等优点，因此，在实际应用中，通常将碳化硅肖特基势垒二极管作为续流二极管与IGBT开关器件封装在同一模块中，如图1所示，形成混合功率模块，从而有效降低功率模块的能量损耗，提高能源的转换效率。

但是，现有技术中碳化硅肖特基势垒二极管在反向恢复过程中存在明显的振荡现象，同时导致IGBT开关器件的开通过程中也存在相同的振荡现象。这种振荡现象的存在将使得具有该混合功率模块的电力电子装置出现显著的高频振荡，从而无法正常工作。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电力电子装置及其混合功率模块，以及一种混合功率模块的形成方法，以解决现有技术中碳化硅肖特基势垒二极管在反向恢复过程中存在的振荡现象，并消除IGBT开关器件的开通过程中存在的振荡现象，使得具有该混合功率模块的电力电子装置在工作时，存在显著的高频振荡现象的问题，使其正常工作。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种混合功率模块，包括：IGBT开关器件；阴极与所述IGBT开关器件的集电极相连，阳极与所述IGBT开关器件的发射极相连的碳化硅肖特基势垒二极管；与所述IGBT开关器件栅极相连的栅极偏置电路，所述栅极偏置电路包括：相互并联的第一电阻和第一二极管，以及与所述第一电阻和第一二极管的并联结构串联的第二电阻。

优选的，所述栅极偏置电路包括：与所述IGBT开关器件栅极相连的所述第一电阻和第一二极管的并联结构；与所述第一电阻和第一二极管的并联结构另一端相连的第二电阻。

优选的，所述栅极偏置电路包括：与所述IGBT开关器件栅极相连的第二电阻；与所述第二电阻的另一端相连的所述第一电阻和第一二极管的并联结构。

优选的，所述第一电阻的阻值大于1000Ω。

优选的，所述第一二极管为整流二极管。

一种包括上述混合功率模块的电力电子装置。

一种混合功率模块的形成方法，包括：制备氮化铝衬板；在所述氮化铝衬板上形成图形化的金属层；在氮化铝衬板上形成IGBT开关器件、碳化硅肖特基势垒二极管、第一电阻和第一二极管的并联结构、第二电阻；将氮化铝衬板固定在基板上；实现IGBT开关器件、碳化硅肖特基势垒二极管与金属层电连接。

优选的，所述基板为镀镍的铝碳化硅基板或镀镍的铜基板。

优选的，还包括：

采用超声波清洗和化学清洗的方法，对所述基板和氮化铝衬板进行清洗。

优选的，在所述氮化铝衬板上形成IGBT开关器件、碳化硅肖特基势垒二极管、第一电阻和第一二极管的并联结构、第二电阻包括：采用丝网印刷技术，将焊料均匀涂在氮化铝衬板的焊接面上；采用高温回流焊接技术，将IGBT开关器件芯片、碳化硅肖特基势垒二极管芯片、第一电阻贴片元件、第一二极管贴片元件和第二电阻贴片元件焊接在所述氮化铝衬板的焊接面上。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：