本技術(shù)涉及封裝結(jié)構(gòu)，特別是一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，sic器件憑借其高阻斷電壓、高開(kāi)關(guān)頻率、高導(dǎo)熱系數(shù)以及低損耗等優(yōu)異特性在模塊化多電平換流器、混合式高壓直流斷路器等新能源發(fā)電并網(wǎng)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于受半導(dǎo)體工藝、成本及熱、力學(xué)等因素的限制，單個(gè)芯片的通流能力有限，例如目前大部分商用單個(gè)sic?mosfet芯片的通流能力僅為幾十安培。因此，在這些中大型功率應(yīng)用的領(lǐng)域中，為了提高sic功率模塊的電流等級(jí)，需要將多個(gè)器件進(jìn)行并聯(lián)。然而，傳統(tǒng)的多模塊并聯(lián)方式不僅會(huì)引入較大的寄生電感，還會(huì)對(duì)器件的開(kāi)關(guān)速度以及動(dòng)態(tài)均衡問(wèn)題造成較大影響。因此，發(fā)展多芯片并聯(lián)封裝的功率模塊是必要的。

2、然而，目前多芯片并聯(lián)封裝功率模塊存在幾個(gè)挑戰(zhàn)。首先，主要由于回路寄生參數(shù)分散性導(dǎo)致的模塊并聯(lián)中的各支路電流不均衡問(wèn)題，會(huì)造成模塊中各芯片所承受的電、熱應(yīng)力不均衡，因而導(dǎo)致模塊中有芯片由于承受過(guò)大應(yīng)力而提早失效，嚴(yán)重降低了整個(gè)模塊的使用壽命。其次，傳統(tǒng)封裝模塊結(jié)構(gòu)采用鋁鍵合作為芯片與dbc的互連方式，鋁鍵合線由于細(xì)且長(zhǎng)，將會(huì)帶來(lái)極大的寄生電感；并且鍵合封裝中可能出現(xiàn)鍵合線翹曲、脫落的失效模式也降低了模塊長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性。由于sic模塊的高速開(kāi)關(guān)能力，sic功率模塊在開(kāi)關(guān)過(guò)程容易受到模塊中寄生電感的影響而產(chǎn)生較大的過(guò)電壓，降低了模塊的可靠性，加速了模塊的老化。最后，將多個(gè)sic芯片并聯(lián)在一個(gè)功率模塊中，對(duì)模塊的散熱能力提出了更高的要求，普通的單面散熱封裝模式將使得模塊整體結(jié)溫過(guò)高，對(duì)模塊十分不利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊來(lái)解決上述問(wèn)題。

2、本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，包括上dbc板和下dbc板，所述上dbc板上的源極功率端子連接有源極回路覆銅層，所述上dbc板上的柵極驅(qū)動(dòng)端子連接有柵極回路覆銅層，所述下dbc板上的漏極功率端子連接有漏極回路覆銅層，所述漏極回路覆銅層與源極回路覆銅層之間設(shè)有sic?mosfet和二極管芯片，所述sic?mosfet、二極管芯片分別通過(guò)緩沖導(dǎo)電片與上dbc板連接。

3、作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述上dbc板與下dbc板均為覆銅陶瓷板，所述覆銅陶瓷板包括上銅層，所述上銅層通過(guò)絕緣層與下銅層連接。

4、作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述絕緣層的材質(zhì)為氮化鋁陶瓷或氧化鋁陶瓷。

5、作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述上dbc板和下dbc板均為圓形結(jié)構(gòu)，所述上dbc板下表面的源極功率回路與下dbc板上表面的漏極功率回路呈鏡像對(duì)稱(chēng)分布。

6、作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述sic?mosfet和二極管芯片有若干組，且呈圓周對(duì)稱(chēng)分布。

7、作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述緩沖導(dǎo)電片包括第一緩沖導(dǎo)電片、第二緩沖導(dǎo)電片和第三緩沖導(dǎo)電片，所述第一緩沖導(dǎo)電片（3）的一端與sic?mosfet源極連接，所述第二緩沖導(dǎo)電片的一端與sic?mosfet柵極連接，所述第三緩沖導(dǎo)電片與二極管芯片陽(yáng)極連接。

8、作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第一緩沖導(dǎo)電片、第二緩沖導(dǎo)電片和第三緩沖導(dǎo)電片的材質(zhì)均為鉬。

9、作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述源極功率端子與漏極功率端子均為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述源極功率端子與上dbc板的連接處安裝有絕緣片，所述漏極功率端子與下dbc板的連接處安裝有絕緣片，所述絕緣片的材質(zhì)為氮化鋁陶瓷或氧化鋁陶瓷。

10、作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述源極功率端子、漏極功率端子與柵極驅(qū)動(dòng)端子的材質(zhì)均為銅。

11、由于本實(shí)用新型采用這樣的結(jié)構(gòu)后，具有如下有益效果：

12、1、通過(guò)采用圓形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，將多組sic?mosfet和二極管芯片以dbc板圓心為中心沿著圓周對(duì)稱(chēng)分布，使得每組sic?mosfet和二極管芯片功率回路的回路面積和回路長(zhǎng)度相等，使得每個(gè)并聯(lián)支路的寄生參數(shù)基本相同，從而使每條并聯(lián)支路的電流分布更加平均，每組sic?mosfet和二極管芯片承受的電熱應(yīng)力更均衡，提高了并聯(lián)功率模塊整體壽命。

13、2、通過(guò)將上dbc板下銅層中的功率回路與下dbc板上銅層中的功率回路鏡像對(duì)稱(chēng)分布，使得每條并聯(lián)支路中處于上dbc板下銅層中的功率回路與下dbc板上銅層中的功率回路路徑重疊，電流方向相反，由磁鏈相消原理可知，有效降低了并聯(lián)模塊功率回路寄生電感；同時(shí)，采用兩塊dbc板的覆銅層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模塊中各部分的電氣連接，沒(méi)有采用鋁鍵合線，既避免了鍵合封裝中可能出現(xiàn)的鍵合線翹曲、脫落的失效模式，也有效降低回路寄生電感，大大提升并聯(lián)模塊可靠性。

14、3、通過(guò)采用兩塊dcb板和緩沖導(dǎo)電片實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部各部分的電氣連接，使得模塊整體封裝結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，同時(shí)，通過(guò)兩塊dbc板表面設(shè)置的覆銅層實(shí)現(xiàn)sic?mosfet和二極管芯片的雙面散熱，有效降低了模塊整體溫度及芯片結(jié)溫，有效延長(zhǎng)了模塊壽命。

技術(shù)特征：

1.一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：包括上dbc板（13）和下dbc板（16），所述上dbc板（13）上的源極功率端子（1）連接有源極回路覆銅層（9），所述上dbc板（13）上的柵極驅(qū)動(dòng)端子（11）連接有柵極回路覆銅層（10），所述下dbc板（16）上的漏極功率端子（17）連接有漏極回路覆銅層（6），所述漏極回路覆銅層（6）與源極回路覆銅層（9）之間設(shè)有sic?mosfet（7）和二極管芯片（8），所述sic?mosfet（7）、二極管芯片（8）分別通過(guò)緩沖導(dǎo)電片與上dbc板（13）連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：所述上dbc板（13）與下dbc板（16）均為覆銅陶瓷板，所述覆銅陶瓷板包括上銅層，所述上銅層通過(guò)絕緣層與下銅層連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：所述絕緣層的材質(zhì)為氮化鋁陶瓷或氧化鋁陶瓷。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：所述上dbc板（13）和下dbc板（16）均為圓形結(jié)構(gòu)，所述上dbc板（13）下表面的源極功率回路與下dbc板（16）上表面的漏極功率回路呈鏡像對(duì)稱(chēng)分布。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：所述sic?mosfet（7）和二極管芯片（8）有若干組，且呈圓周對(duì)稱(chēng)分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：所述緩沖導(dǎo)電片包括第一緩沖導(dǎo)電片（3）、第二緩沖導(dǎo)電片（5）和第三緩沖導(dǎo)電片（4），所述第一緩沖導(dǎo)電片（3）的一端與sic?mosfet（7）源極連接，所述第二緩沖導(dǎo)電片（5）的一端與sicmosfet（7）柵極連接，所述第三緩沖導(dǎo)電片（4）與二極管芯片（8）陽(yáng)極連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：所述第一緩沖導(dǎo)電片（3）、第二緩沖導(dǎo)電片（5）和第三緩沖導(dǎo)電片（4）的材質(zhì)均為鉬。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：所述源極功率端子（1）與漏極功率端子（17）均為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述源極功率端子（1）與上dbc板（13）的連接處安裝有絕緣片（2），所述漏極功率端子（17）與下dbc板（16）的連接處安裝有絕緣片（2），所述絕緣片（2）的材質(zhì)為氮化鋁陶瓷或氧化鋁陶瓷。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，其特征是：所述源極功率端子（1）、漏極功率端子（17）與柵極驅(qū)動(dòng)端子（11）的材質(zhì)均為銅。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及封裝結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種對(duì)稱(chēng)封裝結(jié)構(gòu)的大功率并聯(lián)功率模塊，包括上DBC板和下DBC板，上DBC板上的源極功率端子連接有源極回路覆銅層，上DBC板上的柵極驅(qū)動(dòng)端子連接有柵極回路覆銅層，下DBC板上的漏極功率端子連接有漏極回路覆銅層，漏極回路覆銅層與源極回路覆銅層之間設(shè)有SiC?MOSFET和二極管芯片，SiC?MOSFET、二極管芯片分別通過(guò)緩沖導(dǎo)電片與上DBC板連接。本技術(shù)通過(guò)采用兩塊DCB板和緩沖導(dǎo)電片實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部各部分的電氣連接，使得模塊整體封裝結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，通過(guò)兩塊DBC板表面設(shè)置的覆銅層實(shí)現(xiàn)SiC?MOSFET和二極管芯片的雙面散熱，有效降低了模塊整體溫度及芯片結(jié)溫，有效延長(zhǎng)了模塊壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：萬(wàn)祥宇,梁琳,邵凌翔,楊煒俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州瑞華新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240329
技術(shù)公布日：2024/12/19