一种多碳化硅芯片并联的模块

文档序号:1940224 发布日期:2021-12-07 浏览:9次 >En<

阅读说明:本技术 一种多碳化硅芯片并联的模块 (Module with multiple silicon carbide chips connected in parallel ) 是由 庄伟东 成浩 赵冲 于 2021-10-26 设计创作,主要内容包括:本发明涉及碳化硅模块领域,公开了一种多碳化硅芯片并联的模块,其技术方案要点是包括铜底板,所述铜底板上方连接有覆铜基板,所述覆铜基板上设置有芯片、键合线、正极功率端子、负极功率端子和交流输出端子,其特征是:所述芯片包括若干碳化硅芯片和附带的续流二极管,对应连接的所述碳化硅芯片和续流二极管形成碳化硅芯片组,所有的碳化硅芯片组形成半桥型模块,所述半桥型模块包括上桥臂和下桥臂,上桥臂中碳化硅芯片组间的键合线与下桥臂中碳化硅芯片组间的键合线的角度为90度,使得模块的电感值有了明显的降低,增加了模块的输出能力。(The invention relates to the field of silicon carbide modules, and discloses a module with multiple silicon carbide chips connected in parallel, which adopts the technical scheme that the module comprises a copper base plate, wherein a copper-clad substrate is connected above the copper base plate, and the copper-clad substrate is provided with a chip, a bonding wire, a positive power terminal, a negative power terminal and an alternating current output terminal, and is characterized in that: the chip comprises a plurality of silicon carbide chips and attached freewheeling diodes, the silicon carbide chips and the freewheeling diodes which are correspondingly connected form a silicon carbide chip set, all the silicon carbide chip sets form a half-bridge type module, the half-bridge type module comprises an upper bridge arm and a lower bridge arm, and the angle between a bonding wire between the silicon carbide chip sets in the upper bridge arm and a bonding wire between the silicon carbide chip sets in the lower bridge arm is 90 degrees, so that the inductance value of the module is obviously reduced, and the output capacity of the module is improved.)

一种多碳化硅芯片并联的模块

技术领域

本发明涉及碳化硅模块领域,更具体地说,它涉及一种多碳化硅芯片并联的模块。

背景技术

随着电力电子技术的发展,对高效率、高功率密度设计的不断需求,使得功率半导体的性能达到了硅材料的极限。宽禁带半导体材料,包括碳化硅和GaN(氮化镓),与Si(硅)材料相比,可以同时降低导通损耗和开关损耗。然而,随着开关速度和工作频率的增加,模块封装中寄生参数的影响也越来越大。例如,覆铜基板(DBC基板)和线键合封装结构因其制造成熟、成本低、热性能好而被广泛应用于多芯片功率模块封装,但是,此封装方法会导致电流回路中的寄生电感较大。大的寄生电感会导致功率半导体器件的过电压,造成较高的开关损耗,也会引起高频振荡等电磁干扰问题。

当使用碳化硅芯片时,通常采用多芯片并联以增加模块的电流处理能力,多芯片功率模块内部的寄生电感因其并联结构而变得更加复杂。为了充分利用宽禁带半导体材料的优点,解决由寄生电感引起的多芯片功率模块振荡问题是至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种多碳化硅芯片并联的模块,使得模块的电感值有了明显的降低,增加了模块的输出能力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种多碳化硅芯片并联的模块,包括铜底板,所述铜底板上方连接有覆铜基板,所述覆铜基板上设置有芯片、键合线、正极功率端子、负极功率端子和交流输出端子,所述芯片包括若干碳化硅芯片和附带的续流二极管,对应连接的所述碳化硅芯片和续流二极管形成碳化硅芯片组,所有的碳化硅芯片组形成半桥型模块,所述半桥型模块包括上桥臂和下桥臂,上桥臂中碳化硅芯片组间的键合线与下桥臂中碳化硅芯片组间的键合线的角度为90度。

作为本发明的一种优选技术方案,同一桥臂上包括的各碳化硅芯片组之间上下分开设置。

作为本发明的一种优选技术方案,正极功率端子和负极功率端子的端脚数量和碳化硅芯片的数量相对应。

作为本发明的一种优选技术方案,正极功率端子的端脚分别与碳化硅芯片的集电极和续流二极管的阴极连接,负极功率端子的端脚分别与碳化硅芯片的发射极和续流二极管的阳极连接。

作为本发明的一种优选技术方案,碳化硅芯片与正极功率端子和负极功率端子之间的连接,均通过连接覆铜基板的铜层而进行连接。

综上所述,本发明具有以下有益效果:可以有效地降低总寄生电感,在不增加任何制造难度的情况下,可以实现较低的开关损耗、较低的关断过电压和较低的电磁干扰。

附图说明

图1为本发明的碳化硅芯片的半桥型模块的结构示意图;

图2为一种半桥型模块的电感示意图;

图3为一种常规半桥型碳化硅模块的结构示意图;

图4为本发明的半桥型模块电感示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种多碳化硅芯片并联的模块,包括铜底板,所述铜底板上方连接有覆铜基板,所述覆铜基板上设置有芯片、键合线、正极功率端子、负极功率端子和交流输出端子,所述芯片包括若干碳化硅芯片和附带的续流二极管,对应连接的所述碳化硅芯片和续流二极管形成碳化硅芯片组,所有的碳化硅芯片组形成半桥型模块,所述半桥型模块包括上桥臂和下桥臂,上桥臂中碳化硅芯片组间的键合线与下桥臂中碳化硅芯片组间的键合线的角度为90度。同一桥臂上包括的各碳化硅芯片组之间上下分开设置。

具体的,正极功率端子和负极功率端子的端脚数量和碳化硅芯片的数量相对应。

具体的,正极功率端子的端脚分别与碳化硅芯片的集电极和续流二极管的阴极连接,负极功率端子的端脚分别与碳化硅芯片的发射极和续流二极管的阳极连接。

具体的,碳化硅芯片与正极功率端子和负极功率端子之间的连接,均通过连接覆铜基板的铜层而进行连接。

一般的半桥型模块,如图2所示,在计算回路的电感和互感时,上桥臂的两个碳化硅芯片T1和T2并联,下桥臂的两个碳化硅芯片T3和T4并联,在每个碳化硅芯片的发射极回路,存在着芯片连接的键合线造成的碳化硅芯片的回路电感,针对于图2中的第一条回路,有正极功率端子P到覆铜基板的铜层的Ld1;连接上、下桥臂碳化硅芯片的键合线和陶瓷覆铜基板的铜层的Lo1;下桥臂碳化硅芯片键合线和覆铜基板的铜层到负极功率端子N的Ls1,针对第二回路,也如第一条回路一样,有Ld2、Lo2、Ls2,同时,且Ld1和Ld2之间、Lo1和Lo2之间、Ls1和Ls2之间还存在互感。

如图3所示,是一种常规的半桥型模块,标记10为正极功率端子的第一端脚,标记20为负极功率端子的的第一端脚。以两组并联芯片为例,上桥臂有两颗碳化硅芯片(标记为9a、9b),同时每颗碳化硅芯片附带反并联的续流二极管(标记为8a、8b)。相对应的,模块的下桥臂有碳化硅芯片(标记为9c、9d),同时每颗碳化硅芯片附带反并联续流二极管(标记为8c、8d)。所有的碳化硅芯片焊接在覆铜基板(标记为6、7),并通过焊料层焊接到模块的底板(标记为12)上。模块的正极功率端子的第一端脚10通过覆铜基板的铜层,然后再通过键合线(标记为11a、11b)、DBC上的铜层和键合铝线(标记12a),连接到下桥臂芯片,下桥臂芯片通过键合铝线(标记为13a、13b)和DBC的铜层最终连接到负极功率端子的的第一端脚。计算结果表示,Ld1和Ld2、Lo1和Lo2、Ls1和Ls2三组之间的互感,分别为:11.91nH、7.66nH、17.61nH。因为两条电流路径之间的夹角几乎为零,这就导致两条电流路径之间的互感很大,其他电流路径也是如此。

而本发明提供的一种多碳化硅芯片并联的模块,如图1所示,同样以两组并联芯片为例,左侧两组并联芯片的正极功率端子增加到两个端脚作为输入,即第一端脚10和第二端脚11;负极功率端子增加为两个端脚作为输出,即第一端脚20和第二端脚21;同时,将单个碳化硅芯片和附带反并联续流二极管作为一个芯片组,上下桥臂两个芯片组相对垂直摆放(如上桥臂的续流二极管8a、碳化硅芯片9a和下桥臂的续流二极管8c、碳化硅芯片9c),使得上下桥臂单个芯片组上的键合线和芯片的角度呈90度,上桥臂中碳化硅芯片组间的键合线与下桥臂中碳化硅芯片组间的键合线的角度为90度;且同一桥臂两个芯片组上下分开布局(如上桥臂的续流二极管8a、碳化硅芯片9a和续流二极管8b、碳化硅芯片9b),其他并联芯片布局也如上所述。

如图4所示,各个电流回路之间的角度很大,计算结果表示,Ld1和Ld2、Lo1和Lo2、Ls1和Ls2三组之间的互感,分别为:6.7nH、0.008nH、5.49nH,电流回路的互感值分别下降43.7%、99.9%、68.8%,使得模块的电感值有了明显的降低,增加了模块的输出能力。

综上所述,本发明的一种多碳化硅芯片并联的模块可以有效地降低总寄生电感,在不增加任何制造难度的情况下,可以实现较低的开关损耗、较低的关断过电压和较低的电磁干扰。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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