碳化硅(SiC)功率器件在高頻和高溫應用中具有顯著優勢。目前,鋁線鍵合互連結合直接鍵合銅基板仍然是SiC功率器件的主流封裝結構。然而,由于寄生參數高和熱性能差,它無法充分發揮潛在的性能。更高的開關頻率使得SiC功率器件對寄生參數更加敏感,以至于過電壓、寄生振蕩和電磁干擾比硅功率器件更為嚴重。此外,如果沒有足夠的散熱性能,SiC器件的高溫特性也無法在傳統封裝中充分發揮。可以看出,開發具有低寄生電感和高效散熱的新解決方案已成為SiC功率器件大規模應用的必然選擇。
隨著先進基板技術的快速發展,嵌入式封裝技術應運而生。功率芯片可以嵌入到基板中,并通過再分布層(RDL)、通孔、引線等與外部電路互連。相應地,嵌入式封裝中的電氣互連長度和熱傳導距離可以縮短。因此,嵌入式封裝的寄生電感和熱阻相對較低。2013年,Ostmann等人提出了一種基于引線框架的PCB嵌入式IGBT半橋模塊,但未詳細討論電氣分析。在此基礎上,有認提出了基于銅引線框架的功率模塊,預制腔體以提高電鍍質量,但模塊的裸芯片動態行為比較是不同的。此外,Polezhaev等人提出了一種更容易制造基于PCB的功率器件的新概念,其中裸芯片被夾在兩個電路板之間,使用銀燒結和預浸料的同時層壓。
然而,熱阻高于1 K/W,且沒有優化雜散電感。因此,很明顯嵌入式封裝的發展主要體現在工藝實施上,而寄生參數和熱特性的關鍵技術指標,這些對SiC功率器件特別重要的指標,尚未得到足夠的關注和妥善處理。
在本文中,提出了一種具有低寄生電感和低熱阻的嵌入式SiC半橋功率模塊。在第二節中,進行了封裝設計、寄生電感提取和熱阻網絡分析。在第三節中,通過實驗比較了所提出的嵌入式封裝和傳統TO-247封裝的開關特性以及熱阻。最后,第四節對本文進行了總結。






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