[实用新型]一种高频大功率碳化硅MOSFET模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种高频大功率碳化硅MOSFET模块，属于半导体模块封装技术领域。

技术背景

高频大功率半导体模块主要应用于电能转换的应用场合，如：感应加热、逆变焊机、UPS、电解电镀电源等，传统大功率半导体模块主要包括：IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、功率MOSFET（场效应晶体管）、晶闸管以及功率二极管等，功率半导体模块是将以上功率半导体芯片封装成各种电路基本单元，应用于电力电子系统功率回路。

目前对于大功率器件开关频率高达100kHz以上的应用，一般使用硅基高压mosfet器件或硅基coolmos器件，而传统的IGBT器件一般只适用于开关频率低于100kHz的应用领域。目前利用硅基高压mosfet和硅基coolmos设计的高频系统因为器件本身的损耗较高、最高可允许工作结温不超过175度、价格昂贵、需要多片分立器件并联以提供大电流输出等诸多原因，导致电力电子高频系统频率做到500kHz就难以再继续提升，同时面临系统效率低、体积大等缺点。

当前以碳化硅mosfet和碳化硅SBD为代表的新一代宽禁带半导体器件取得突破，业界已经有600V和1200V的碳化硅mosfet和SBD分离器件可供客户选用，但因为分离器件不适合应用于大功率系统，如存在需要大量并联、器件间连线复杂、寄生参数大、安装拆换复杂、系统可靠性低、参数一致性难以控制等问题，致使碳化硅器件难以应用于大功率高频高压系统中，目前唯一的解决办法是解决碳化硅芯片的模块设计问题，为用户提供高集成度、高压、高频、大电流的模块产品，可以从根本上解决高频系统面临的诸多问题，大幅提升系统性能。

碳化硅器件模块着重需要解决的技术问题主要有：低寄生电感设计以满足高频要求，高温封装材料及封装工艺的开发。

目前电力电子行业使用量最大的功率模块封装仍然采用的是34mm、62mm宽度的封装结构，该模块结构具有30mm高度，这种类型的功率模块功率密度不高，其内部功率回路的寄生电感较大，无法适应某些应用领域对高功率密度和低寄生电感的要求，故本专利提出使用新型的16mm紧凑型低寄生电感封装以解决该问题，模块内部采用低寄生电感功率回路设计，同时模块内部选用高温封装材料，如：硅凝胶、焊料、密封胶等，要求以上材料可以承受200度以上连续工作，如此碳化硅模块可以充分发挥宽禁带半导体器件的高工作结温的优势。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种具有高温、高频、大功率的优势，可应用于开关频率超过500kHz、输出功率超过100kW应用领域的紧凑型高频大功率碳化硅MOSFET模块。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现的：所述的高频大功率碳化硅MOSFET模块，它包括散热基板、壳体，封装于壳体内的电路结构，壳体包括外壳和盖于外壳上的外盖，电路结构包括功率端子、信号端子、绝缘陶瓷基板、碳化硅mosfet芯片、碳化硅SBD芯片；所述绝缘陶瓷基板通过高温回流焊接到散热基板上，在绝缘陶瓷基板上焊接有碳化硅mosfet芯片和碳化硅SBD芯片，碳化硅mosfet芯片、碳化硅SBD芯片与绝缘陶瓷基板上刻蚀的电路结构连接起来，并通过铝线将碳化硅mosfet芯片、碳化硅SBD芯片相互之间连接起来，至少三个功率端子焊接在绝缘陶瓷基板的对应位置上。

所述壳体包括外壳和盖于外壳上的外盖，所述外壳通过密封胶与散热基板的外侧部分粘结在一起，壳体内部灌有硅凝胶，所述外盖和外壳之间通过螺丝紧固在一起。

所述壳体内部封装的电路结构包含半桥电路结构，包括抑制mosfet体二极管形式和利用mosfet体二极管两种形式；所述半桥电路结构有三个功率端子引出壳体外部，所述碳化硅mosfet芯片上串联一片碳化硅SBD芯片，另在两者旁边反并联一片碳化硅SBD芯片；所述碳化硅mosfet芯片和碳化硅SBD芯片的栅极各串接一片以改善各并联芯片之间动态均流的贴片电阻。

所述碳化硅mosfet芯片和碳化硅SBD芯片的上表面之间采用铝线键合，碳化硅mosfet芯片和碳化硅SBD芯片对绝缘陶瓷基板的焊接采用PbSnAg或SnAu高温焊料；所述绝缘陶瓷基板采用SnAgCu或SnAg焊料与散热基板基板焊接；所述绝缘陶瓷基板上灌有玻璃化温度超过200度的硅凝胶，灌封的硅凝胶高度以将所有键合铝线浸没为准。

所述功率端子在模块外盖以上部分折成90度，外盖对应功率端子折弯后的安装孔处嵌有安装螺母；所述功率端子顶部与壳体内的散热基板底部距离，即模块的总高在15-18mm，优选16mm。