一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构的制作方法

本技术涉及电力电子器件，特别是一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构。

背景技术：

1、功率半导体器件广泛应用于计算机、网络通信、消费电子、工业控制、汽车电子、机车牵引、钢铁冶炼、大功率电源、电力系统等领域，除了保证这些设备的正常运行以外，功率器件还能起到有效的节能作用，在发展低碳经济、节能减排、控制气候变暖等方面不可或缺。

2、传统的硅基功率器件受限于自身材料的属性限制，难以在高压高速高频领域发挥作用，碳化硅(silicon carbide,sic)相比于硅拥有更高的击穿电场强度(4-20倍)、更大的禁带宽度(3倍)、更低的本征载流子浓度(10-35个数量级)、更高的热导率(3-13倍)和更大的饱和电子漂移速度(2-2.5倍)等诸多优良的特性，有着广泛的应用前景。目前碳化硅功率模块大多采用单面散热的封装结构，直接影响着模块整体的散热性能，对器件、模块的使用方向和范围具有较大的限制，这种封装方式在大功率、高温工作条件下缺乏可靠性。

技术实现思路

1、本实用新型需要解决的技术问题是提供一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构来解决上述问题。

2、本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，包括上下两块陶瓷基板，所述陶瓷基板上分别设置有两块铜层，所述铜层上设置有碳化硅功率芯片、上功率端子和下功率端子，所述碳化硅功率芯片和铜层之间设置有焊料层和金属垫片。

3、作为本实用新型的一种优选技术方案，两块所述陶瓷基板外分别连接有上散热器和下散热器。

4、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述碳化硅功率芯片依次连接有上纳米银烧结层、金属垫片、下纳米银烧结层，所述下纳米银烧结层与所述铜层连接。

5、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述金属垫片的材质为铝或金或银或铜。

6、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述陶瓷基板上的碳化硅功率芯片通过金属连接线连接。

7、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述金属连接线的材质为铝或金或银或铜。

8、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述陶瓷基板的铜层通过金属连接柱连接。

9、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述金属连接柱的材质为铝或金或银或铜。

10、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述陶瓷基板、碳化硅功率器件和功率端子均设置在环氧树脂内。

11、由于本实用新型采用这样的结构后，具有如下有益效果：

12、1、本实用新型两块陶瓷基板上分别设置有散热器，实现了双面散热的效果，增加了热量损耗路线；

13、2、本实用新型使用四只碳化硅功率芯片串联，增大了整体模块的电压，增大了模块的使用方向，提高了用途；

14、3、本实用新型碳化硅功率器件采用纳米银烧结材料与陶瓷基板上铜层相连，散热性能更好；

15、4、本实用新型中所有元器件均可固定在陶瓷基板上，不会发生器件移动导致的电路问题；

16、5、本实用新型模块内部碳化硅功率芯片上方不存在焊料层，降低了运行过程中功率模块出现问题的概率，提高了模块整体的可靠性；

17、6、本实用新型功率模块可直接使用单面可焊的芯片，降低了制造成本。

技术特征：

1.一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：包括上下两块陶瓷基板（9），所述陶瓷基板（9）上分别设置有两块铜层（10），所述铜层（10）上设置有碳化硅功率芯片（14）、上功率端子（8）和下功率端子（5），所述碳化硅功率芯片（14）和铜层（10）之间设置有焊料层和金属垫片。

2.根据权利要求1所述的一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：两块所述陶瓷基板（9）外分别连接有上散热器（1）和下散热器（3）。

3.根据权利要求1所述的一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：所述碳化硅功率芯片（14）依次连接有上纳米银烧结层（13）、金属垫片（12）、下纳米银烧结层（11），所述下纳米银烧结层（11）与所述铜层（10）连接。

4.根据权利要求3所述的一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：所述金属垫片（12）的材质为铝或金或银或铜。

5.根据权利要求1所述的一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：所述陶瓷基板（9）上的碳化硅功率芯片（14）通过金属连接线（7）连接。

6.根据权利要求5所述的一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：所述金属连接线（7）的材质为铝或金或银或铜。

7.根据权利要求1所述的一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：所述陶瓷基板（9）的铜层通过金属连接柱（2）连接。

8.根据权利要求7所述的一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：所述金属连接柱（2）的材质为铝或金或银或铜。

9.根据权利要求2所述的一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，其特征是：所述陶瓷基板（9）、碳化硅功率器件和功率端子均设置在环氧树脂内。

技术总结
本技术涉及电力电子器件技术领域，特别是一种双面散热的碳化硅功率模块封装结构，包括多只碳化硅功率器件，还包括上下陶瓷基板，每块陶瓷基板上有两个铜层，碳化硅功率器件通过上纳米银烧结层、金属垫片和下纳米银烧结层放置在铜层上，每块陶瓷基板上的碳化硅功率器件通过金属连接线连接，上下两块陶瓷基板通过金属连接柱连接，上下陶瓷基板外分别设有散热器。该结构通过使用双面散热器和纳米银烧结材料，提高了整体模块的散热性能，使封装体使用寿命增加，更加耐老化。

技术研发人员：刘彤,梁琳,孙祥玉,陈晨
受保护的技术使用者：常州瑞华新能源科技有限公司
技术研发日：20240308
技术公布日：2025/2/17