[发明专利]一种基于SiC MOSFET的多芯片并联半桥模块

说明书

本发明涉及电力半导体封装技术领域，尤其涉及一种基于SiC MOSFET的多芯片并联半桥模块，包括DBC基板、连接节点、对称设置于DBC基板上的上半桥臂和下半桥臂，所述DBC基板包括陶瓷层和两层导电层，所述陶瓷层设置于两层导电层之间；所述上半桥臂和下半桥臂均包括对称且并联设置的六枚SiC MOSFET芯片，在上半桥臂中，所述SiC MOSFET芯片的漏极与DC+节点连接，所述SiC MOSFET芯片的功率源极与AC节点连接，所述SiC MOSFET芯片的驱动源极与第一源极节点连接，所述SiC MOSFET芯片的栅极与第一栅极节点连接。本发明通过调整源极键合线参数以及布局的对称性，优化了传统功率模块中多芯片并联使用中存在的电流分配不均问题。

技术领域

本发明涉及电力半导体封装技术领域，具体为一种基于SiC MOSFET的多芯片并联半桥模块。

背景技术

近年来，以碳化硅(Silicon Carbon,SiC)器件为代表的第三代宽禁带功率半导体发展迅猛。传统硅器件的性能已接近其物理极限，提升其性能愈发困难，与之相比，SiC器件具有导通电阻小、击穿场强高、最大开关频率高、最大工作结温高、功率密度高等特点，更加适用于高频、高压、高温等应用场景，有助于电力电子系统效率和功率密度的提升。

在SiC器件的生产过程中，出于提高芯片良品率的考量，单个器件面积往往较小，这限制了单个SiC器件的电流容量，在实际大电流应用场合，往往会选择通过模块封装的方法将多芯片并联使用来提高电流容量。

但由于目前SiC器件的模块封装技术仍沿用传统Si器件的封装技术，因此在SiC器件的工作场景下存在一些问题有待解决。例如传统功率模块所使用的直接覆铜陶瓷基板(Direct Bond Copper,DBC)中间的陶瓷绝缘层使用的材料为Al₂O₃陶瓷，其热导率较低，这导致SiC器件在高功率密度下的散热问题严峻；功率模块内使用的键合线连接工艺会引入较大的寄生电感，这会在SiC器件的高速开关过程中引入较为严重的电压过冲和震荡过程，对于多芯片并联的使用场景，还存在由于源极寄生电感的差异而引起的并联均流问题，电流分配不均会导致不同芯片间损耗的差异，使模块可靠性降低。上述原因成为制约SiC器件发挥其高开关频率优势的主要因素，阻碍SiC器件的推广与应用。

针对上述的散热及高寄生电感问题已经提出了一些优化设计方法，包括主功率回路的布局优化、驱动回路的布局优化、节点结构的优化等方式；针对源极寄生电感差异带来的动态电流不均等问题，可通过调整布局与灵活调整键合线参数来进行优化；针对散热问题也有一些优化方案，包括使用双面散热结构、改进绝缘材料与散热器结构、使用纳米银烧结工艺等。但上述方法由于增加了设计难度与制造工艺的复杂程度，因此并不适合推广使用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于SiC MOSFET的多芯片并联半桥模块，解决由寄生参数差异带来的电流分配不均问题与陶瓷材料低热导率带来的散热问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于SiC MOSFET的多芯片并联半桥模块，包括DBC基板、连接节点、对称设置于DBC基板上的上半桥臂和下半桥臂，所述DBC基板包括陶瓷层和两层导电层，所述陶瓷层设置于两层导电层之间；

所述上半桥臂和下半桥臂均包括对称且并联设置的六枚SiC MOSFET芯片；所述导电层上设有连接节点，所述连接节点包括DC+节点、DC-节点、AC节点、第一源极节点、第一栅极节点、第二源极节点和第二栅极节点；

在上半桥臂中，所述SiC MOSFET芯片的漏极与DC+节点连接，所述SiC MOSFET芯片的功率源极与AC节点连接，所述SiC MOSFET芯片的驱动源极与第一源极节点连接，所述SiCMOSFET芯片的栅极与第一栅极节点连接；