[发明专利]一种使用SIC二极管的IGBT功率模块及其制造方法

说明书

本发明涉及一种使用SIC二极管的IGBT功率模块及其制造方法，包括封装模块、IGBT单管及二极管，所述二极管为SIC二极管，所述IGBT单管的漏极与所述SIC二级管的正极固定在封装模块的基板上；所述IGBT单管的源极与所述SIC二级管的负极连接到封装模块的源极管脚上；所述IGBT单管的栅极连接到封装模块的栅极管脚上。采用SIC二极管与IGBT单管进行封装制成的IGBT功率模块，使得IGBT功率模块温度升高后的可靠性和性能指标明显提高；宽禁带提高了工作温度和可靠性；高击穿场强提高了耐压，减小了尺寸；高热导率提高了功率密度；强的抗辐射能力，更适合在外太空环境中使用。

技术领域

本发明涉及电子半导体器件应用领域，具体涉及一种使用SIC二极管的IGBT功率模块及其制造方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点。BJT饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体器件；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上；IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化器件，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类器件在市场上将越来越多见；IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

在传统的使用和设计IGBT的过程中，基本上都是采用粗放式的设计模式，所需余量较大，系统庞大，但仍无法抵抗来自外界的干扰和自身系统引起的各种失效问题。防护方案是防止栅极电荷积累及栅源电压出现尖峰损坏IGBT——可在G极和E极之间设置一些保护元件，如两个反向串联的稳压二极管，是为了防止栅源电压尖峰损坏IGBT。然而，现有的IGBT功率模块中使用的二极管是硅基二极管。二极管的恢复时间和峰值电流也会随着温度明显增加，因此在实际应用中随着温度功耗增大，可靠性和性能指标已经明显降低，尤其是在结温大于150℃～175℃后。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使用SIC二极管的IGBT功率模块，使得IGBT功率模块温度升高后的可靠性和性能指标明显提高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种使用SIC二极管的IGBT功率模块，包括封装模块、IGBT单管及二极管，所述二极管为SIC二极管，所述IGBT单管的漏极与所述SIC二级管的正极固定在封装模块的基板上；所述IGBT单管的源极与所述SIC二级管的负极连接到封装模块的源极管脚上；所述IGBT单管的栅极连接到封装模块的栅极管脚上。

进一步的，所述SIC二极管为碳化硅肖特基二极管，包括依次设置的背面金属、碳化硅n+衬底、n-外延漂移区和底部金属，所述n-外延漂移区和所述底部金属相对的一面设有若干个沟槽，每两个相邻的沟槽间设有第一接触孔，每个所述沟槽的底部设有第二接触孔，所述沟槽的底部覆盖有正面金属，所述沟槽的侧壁设有栅氧化层，所述底部金属和所述n-外延漂移区相对的一面设有与所述沟槽数量相等的凸起，所述凸起与所述沟槽相配合。

进一步的，所述碳化硅肖特基二极管为6H-SiC、4H-SiC或3C-SiC。

进一步的，所述封装模块的封装标准序号为247，所述IGBT单管及所述SIC二极管固定在封装标准序号为247的封装模块上。