本发明公开了种碳化硅功率器件的封装结构及封装方法,其封装结构包括直接覆铜陶瓷基板、碳化硅功率器件、PCB板、引线以及外壳,形成由碳化硅功率器件构成的半桥电路结构;本发明提供的这种封装结构及封装方法,有效地减少了功率回路的面积,在开关管换流过程中构成了电流流向相反的导体,利用互感抵消减小换流回路的寄生电感,有效地减小了开关过程中的过电压和振荡;驱动信号引线利用Kelvin连接方式,并且与功率引线垂直,起到有效地降低驱动回路和功率回路之间的耦合的作用,增强了驱动的稳定性;DBC板和PCB板全面焊接,增强了封装可靠性;功率端子和信号端子直接包含在PCB板中,减少额外端子带来的接触电阻和寄生电感,且兼具降低成本的效果。
1.一种碳化硅功率器件的封装结构，其特征在于，包括DBC基板、贴装在DBC基板(1)上的碳化硅功率器件、焊接在DBC基板(1)上开有窗口的PCB板(3)和外壳(4)；
所述碳化硅功率器件在DBC基板(1)上的贴装位置与PCB板(3)的窗口对应；碳化硅功率器件的电极与PCB板(3)之间通过引线键合实现电气连接；
所述外壳(4)固定在PCB板(3)上，具有可完全包围PCB板(3)的底面积，外壳(4)的高度高于引线高度；所述外壳(4)将DBC基板(1)、PCB板(3)与碳化硅功率器件罩起来，起保护封装结构的作用；在外壳(4)与DBC基板(1)、PCB板(3)和碳化硅功率器件之间的空隙空间，灌注有绝缘保护胶；
所述DBC基板(1)为三层结构；其中间层为绝缘传热材料，上、下层均为高导材料；所述上层的表面划分为互相绝缘的第一焊接面(9)和第二焊接面(10)；所述第一焊接面(9)与第二焊接面(10)之间的间距大于碳化硅功率器件最大工作电压对应的电气绝缘距离；
所述碳化硅功率器件包括第一碳化硅MOS管(2)、第二碳化硅MOS管(18)、第一碳化硅SBD芯片(19)、第二碳化硅SBD芯片(20)；
所述第一碳化硅MOS管(2)与第一碳化硅SBD芯片(19)贴装在第一焊接面(9)，所述第二碳化硅MOS管芯片(18)与第二碳化硅SBD芯片(20)贴装在第二焊接面(10)；
所述第一碳化硅MOS管(2)的漏极、第一碳化硅SBD芯片(19)的阴极和PCB板底层第一焊盘(11)焊接在所述第一焊接面(9)；第一碳化硅MOS管(2)的源极与PCB板顶层第一焊盘(25.1)通过第一键合线(21)连接，第一碳化硅SBD芯片(19)的阳极与PCB板顶层第二焊盘(25.2)通过第二键合线(22)连接；PCB板顶层第一焊盘(25.1)和顶层第二焊盘(25.2)经过孔与PCB板底层第二焊盘(12)连接；
所述第二碳化硅MOS管(18)的漏极、第二碳化硅SBD芯片(20)的阴极和PCB板底层第二焊盘(12)焊接在所述第二焊接面(10)；第二碳化硅MOS管(18)的源极与PCB板顶层第三焊盘(26.1)通过第三键合线(23)连接，第二碳化硅SBD芯片(20)的阳极与PCB顶层第四焊盘(26.2)通过第四键合线(24)连接；
第一碳化硅MOS管(2)的栅极与PCB顶层第五焊盘(28)通过第五键合线(32)连接；
第一碳化硅MOS管(2)的源极与PCB顶层第六焊盘(29)通过第六键合线(33)连接；
第二碳化硅MOS管(18)的栅极与PCB顶层第七焊盘(30)通过第七键合线(34)连接；
第二碳化硅MOS管(18)的源极与PCB顶层第八焊盘(31)通过第八键合线(35)连接。
2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述PCB板的顶层铜箔(27)、底层第一焊盘(11)、底层第二焊盘(12)作为所述封装结构的功率端子；PCB板的顶层第五焊盘(28)、第六焊盘(29)、第七焊盘(30)、第八焊盘(31)作为所述封装结构的驱动信号端子；功率端子和驱动信号端子可用于直接连接外部主电路或驱动电路；将该封装结构与外部电路连接时，不需要附加功率端子，减少了功率端子带来的接触电阻和寄生电感。
3.如权利要求2所述的封装结构，其特征在于，连接所述驱动信号端子与碳化硅MOS管电极的键合线采用Kelvin连接方式；并且连接驱动信号端子与第一、第二碳化硅MOS管栅极和源极的驱动信号线与连接第一、第二碳化硅MOS管源极与PCB焊盘的功率线互相垂直；起到降低驱动回路与功率回路之间的耦合的作用，以减少功率回路对驱动回路的干扰，增强了驱动的稳定性。
4.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述PCB板(3)上设置的窗口的尺寸与待封装碳化硅功率器件的尺寸匹配，使得加工过程中碳化硅功率器件可从所述窗口安放到DBC基板上；窗口个数与待封装碳化硅功率器件的个数相同。
5.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述DBC基板(1)采用双面覆铜的陶瓷基板，其中间层采用氮化铝、氧化铝、氮化硅或氧化铍中的一种；其上、下层均采用高导无氧铜；所述中间层将碳化硅功率器件产生的热量传递到DBC底部散热面，并实现封装结构内部的电气部件对散热器的绝缘隔离。
6.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述外壳上设有孔洞(5)，用来注入绝缘凝胶，孔洞(5)的直径为2mm～4mm。
7.一种碳化硅功率器件的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据拟封装的碳化硅功率器件制备DBC基板和PCB板；所述PCB板上开有窗口；窗口个数与拟封装的碳化硅功率器件的个数相同，窗口尺寸与拟封装的碳化硅功率器件尺寸匹配；
所制备的DBC基板的上层铜箔具有第一焊接面(9)和第二焊接面(10)；
(2)将PCB板焊接在DBC基板上，并将碳化硅功率器件从PCB板的窗口焊接到DBC基板上；
将第一碳化硅MOS管(2)与第一碳化硅SBD芯片(19)贴装在第一焊接面(9)，将第二碳化硅MOS管芯片(18)与第二碳化硅SBD芯片(20)贴装在第二焊接面(10)；
(3)采用引线键合工艺将碳化硅功率器件的电极与PCB板焊盘进行电连接；
所述步骤(3)具体为：将引线的一端通过键合工艺连接到碳化硅功率器件的上表面电极，将引线的另一端通过键合工艺连接到PCB板的焊盘上；
所述第一碳化硅MOS管(2)的漏极、第一碳化硅SBD芯片(19)的阴极和PCB板底层第一焊盘(11)焊接在所述第一焊接面(9)；第一碳化硅MOS管(2)的源极与PCB板顶层第一焊盘(25.1)通过第一键合线(21)连接，第一碳化硅SBD芯片(19)的阳极与PCB板顶层第二焊盘(25.2)通过第二键合线(22)连接；PCB板顶层第一焊盘(25.1)和顶层第二焊盘(25.2)经过孔与PCB板底层第二焊盘(12)连接；
所述第二碳化硅MOS管(18)的漏极、第二碳化硅SBD芯片(20)的阴极和PCB板底层第二焊盘(12)焊接在所述第二焊接面(10)；第二碳化硅MOS管(18)的源极与PCB板顶层第三焊盘(26.1)通过第三键合线(23)连接，第二碳化硅SBD芯片(20)的阳极与PCB顶层第四焊盘(26.2)通过第四键合线(24)连接；
第一碳化硅MOS管(2)的栅极与PCB顶层第五焊盘(28)通过第五键合线(32)连接；
第一碳化硅MOS管(2)的源极与PCB顶层第六焊盘(29)通过第六键合线(33)连接；
第二碳化硅MOS管(18)的栅极与PCB顶层第七焊盘(30)通过第七键合线(34)连接；
第二碳化硅MOS管(18)的源极与PCB顶层第八焊盘(31)通过第八键合线(35)连接；
(4)将外壳固定在PCB板上，并将绝缘硅凝胶注入外壳中，静置使绝缘硅凝胶固化。
8.如权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述步骤(1)所制备得到的DBC基板的上层铜箔具有两个矩形焊接面，这两个矩形焊接面之间的间距为1mm。
9.如权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在将PCB板焊接在DBC基板上之前，还包括清洗步骤：采用超声波清洗和化学清洗的方法清除DBC基板和PCB板表面的颗粒物和离子杂质。
10.如权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下子步骤：
(2.1)将融化温度超过200摄氏度的高温焊料通过丝网印刷涂在DBC基板上表面的焊接面；
(2.2)根据上述焊接面的位置贴装PCB板，并通过PCB板上的窗口将碳化硅功率器件放置在DBC基板上表面的焊接面上；
(2.3)采用真空回流焊的方法将碳化硅功率器件和PCB板焊接在DBC基板的焊接面上。
11.如权利要求10所述的封装方法，其特征在于，所述步骤(2.1)中采用的高温焊料为锡、银、铜的混合材料，锡、银、铜的比例为96.5:3:0.5。
一种碳化硅功率器件的封装结构及封装方法
技术领域
[0001] 本发明属于集成电路技术领域，更具体地，涉及一种碳化硅功率器件的封装结构及封装方法。
背景技术
[0002] 作为一种宽禁带半导体材料，碳化硅半导体不但击穿电场强度高、热稳定性好，还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，可以用来制造各种耐高温的高频、高效大功率器件，应用于传统硅器件难以胜任的场合。理论上碳化硅器件的开关频率可以达到上兆赫兹，但是现有商用器件的封装结构大大限制了碳化硅器件的高频应用，主要是由于在封装过程中基板、芯片、引脚互联引起的杂散电感比较大，例如TO247封装的每个引脚的电感大于4nH，而一般的器件封装模块也是通过功率接线端子引出电极，这些引线会增大回路的寄生电感；这些寄生电感导致器件在关断过程中承受较大的尖峰电压，严重时可能会损坏器件，因此必须设法降低碳化硅功率器件的寄生电感。
[0003] 对于如何降低碳化硅器件封装结构中的寄生电感这一问题，现有封装结构方法有键合线结构、平板结构、混合封装结构。其中，键合线结构简单、可靠性高，但是单面的封装尺寸大，寄生电感大；平板结构寄生参数小、散热性好，但是工艺复杂、可靠性差；混合封装结构是键合线结构与直接覆铜陶瓷基板技术的结合，兼具两者的优点，但是现有混合封装结构仍存在寄生参数较大、焊接面积小造成可靠性降低及需要外接端子与外部电路连接的问题，因此有必要进行封装结构及封装方法的优化。
发明内容
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种碳化硅功率器件的封装结构及封装方法，其目的在于降低现有碳化硅功率器件封装结构的寄生电感。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种碳化硅功率器件的封装结构，包括直接覆铜陶瓷(DBC)基板、贴装在DBC基板上的碳化硅功率器件、焊接在DBC基板上开有窗口的PCB板、外壳；
[0006] 碳化硅功率器件在DBC基板上的贴装位置与PCB板的窗口对应；碳化硅功率器件的电极与PCB板之间通过引线键合实现电气连接；外壳固定在PCB板上，具有可完全包围PCB板电路结构的底面积，外壳高度高于引线高度；外壳将DBC基板、PCB板电路结构与碳化硅功率器件罩起来，起保护封装结构的作用；在外壳与DBC基板、PCB板和碳化硅功率器件之间的空隙空间，灌注有绝缘保护胶；
[0007] 上述固定在DBC基板上的PCB板、通过PCB板的窗口贴装在DBC基板上与PCB板之间通过引线电连接的碳化硅功率器件构成的封装结构，其中碳化硅功率器件的换流回路所流经的路径大大减短，由此减小回路寄生电感。
[0008] 优选的，上述碳化硅功率器件的封装结构，其DBC基板为三层结构，上、下层均为高导材料，中间层为绝缘传热材料；上层表面划分为互相绝缘的第一焊接面和第二焊接面；第一焊接面与第二焊接面之间的间距大于碳化硅功率器件最大工作电压对应的电气绝缘距离；
[0009] 碳化硅功率器件包括第一碳化硅MOS管、第二碳化硅MOS管、第一碳化硅SBD芯片、第二碳化硅SBD芯片；
[0010] 第一碳化硅MOS管与第一碳化硅SBD芯片贴装在第一焊接面，第二碳化硅MOS管芯片与第二碳化硅SBD芯片贴装在第二焊接面；
[0011] 第一碳化硅MOS管的漏极、第一碳化硅SBD芯片的阴极和PCB板底层第一焊盘焊接在第一焊接面；第一碳化硅MOS管的源极与PCB板顶层第一焊盘通过第一键合线连接，第一碳化硅SBD芯片的阳极与PCB板顶层第二焊盘通过第二键合线连接；PCB板顶层第一焊盘和顶层第二焊盘经过孔与PCB板底层第二焊盘连接；
[0012] 第二碳化硅MOS管的漏极、第二碳化硅SBD芯片的阴极和PCB板底层第二焊盘焊接在第二焊接面；第二碳化硅MOS管的源极与PCB板顶层第三焊盘通过第三键合线连接，第二碳化硅SBD芯片的阳极与PCB顶层第四焊盘通过第四键合线连接；PCB板顶层第三焊盘和第四焊盘属于PCB板顶层铜箔；
[0013] 第一碳化硅MOS管的栅极与PCB顶层第五焊盘通过第五键合线连接；
[0014] 第一碳化硅MOS管的源极与PCB顶层第六焊盘通过第六键合线连接；
[0015] 第二碳化硅MOS管的栅极与PCB顶层第七焊盘通过第七键合线连接；
[0016] 第二碳化硅MOS管的源极与PCB顶层第八焊盘通过第八键合线连接。
[0017] 上述封装结构中，两个碳化硅MOS管串联且各自与一个碳化硅SBD芯片反并联，形成半桥电路结构的封装结构；
[0018] PCB板底层第一焊盘作为封装结构的正电极，PCB板顶层铜箔作为封装结构的负电极；碳化硅功率器件与封装结构的正、负电极的布局使得换流路径上的导体呈平行结构；换流时，封装结构的正电极到第一碳化硅SBD芯片阴极的导线、第一碳化硅SBD芯片源极到第二碳化硅MOS管漏极的导线中的电流流向，与第二碳化硅MOS管源极到负电极的导线中的电流流向相反，起到利用互感抵消来减小寄生电感的作用，可有效减小功率器件在开关过程中的过电压和振荡。
[0019] 优选的，上述碳化硅功率器件的封装结构，PCB板的顶层铜箔、底层第一焊盘、底层第二焊盘作为封装结构的功率端子，PCB板顶层的第五、第六、第七、第八焊盘作为封装结构的驱动信号端子；功率端子和驱动信号端子可直接用于与外部主电路或驱动电路相连；将该封装结构与外部电路连接时，不需要额外的功率端子，减少了额外功率端子带来的接触电阻和寄生电感，并且降低了成本。
[0020] 优选的，上述碳化硅功率器件的封装结构，连接驱动信号端子与碳化硅MOS管电极的键合线采用Kelvin连接方式；并且连接驱动信号端子与碳化硅MOS管栅极和源极的驱动信号线与连接碳化硅MOS管源极与PCB焊盘的功率线互相垂直，起到降低驱动回路与功率回路之间的耦合作用，可以减少功率回路对驱动回路的干扰，增强了驱动的稳定性。
[0021] 优选的，上述碳化硅功率器件的封装结构，PCB板上设置的窗口尺寸与待封装碳化硅功率器件的尺寸匹配，使得加工过程中碳化硅功率器件可从所述窗口安放到DBC基板上；窗口个数与待封装碳化硅功率器件的个数相同。
[0022] 优选的，上述碳化硅功率器件的封装结构，其DBC基板采用双面覆铜的陶瓷基板，上、下层均采用高导无氧铜，中间层采用氮化铝、氧化铝、氮化硅或氧化铍中的一种；中间层将碳化硅功率器件产生的热量传递到DBC底部散热面，并实现封装结构内部的电气部件对散热器的绝缘隔离。
[0023] 优选的，上述碳化硅功率器件的封装结构，其外壳上表面设有孔洞，用来注入绝缘凝胶，孔洞直径为2mm～4mm。
[0024] 为实现本发明目的，按照本发明的另一方面，提供了一种碳化硅功率器件的封装方法，包括如下步骤：
[0025] (1)根据拟封装的碳化硅功率器件制备DBC基板和PCB板；所述PCB板上开有窗口；窗口个数与拟封装的碳化硅功率器件的个数相同，窗口尺寸与拟封装的碳化硅功率器件尺寸匹配；
[0026] (2)将PCB板焊接在DBC基板上，并将碳化硅功率器件从PCB板的窗口焊接到DBC基板上；
[0027] (3)采用引线键合工艺将碳化硅功率器件的电极与PCB板焊盘进行电连接；
[0028] (4)将外壳固定在PCB板上；并将绝缘硅凝胶注入外壳中；静置使绝缘硅凝胶固化。
[0029] 优选地，上述碳化硅功率器件的封装方法，在其步骤(2)之前，还包括清洗步骤：采用超声波清洗和化学清洗的方法清除DBC基板和PCB板表面的颗粒物和离子杂质。
[0030] 优选地，上述碳化硅功率器件的封装方法，其步骤(1)所制备得到的DBC基板的上层铜箔被刻蚀为两个矩形焊接面，这两个矩形焊接面之间的绝缘间距为1mm。
[0031] 优选地，上述碳化硅功率器件的封装方法，其步骤(3)通过引线将碳化硅功率器件与PCB板进行电连接的方法具体为：将引线的一端通过键合工艺连接到碳化硅功率器件的上表面电极，将引线的另一端通过键合工艺连接到PCB板的焊盘上。
[0032] 优选地，上述碳化硅功率器件的封装方法，其步骤(2)包括如下子步骤：
[0033] (2.1)将融化温度超过200摄氏度的高温焊料通过丝网印刷涂在DBC基板上表面的焊接面；
[0034] (2.2)根据上述焊接面的位置贴装PCB板，并通过PCB板上的窗口将碳化硅功率器件放置在DBC基板上表面的焊接面上；
[0035] (2.3)采用真空回流焊的方法将碳化硅功率器件和PCB板焊接在DBC基板的焊接面上。
[0036] 优选地，上述碳化硅功率器件的封装方法，其步骤(2.1)中采用的高温焊料为锡、银、铜的混合材料，锡、银、铜的比例为96.5:3:0.5；采用高温焊料可以提高封装结构的工作温度，提高稳定性；同时方便该封装结构在应用时的焊料选取；应用中对封装结构进行焊接时即可采用融化温度低于200摄氏度的焊料。
[0037] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，，能够取得下列有益效果：
[0038] (1)本发明提供的碳化硅功率器件的封装结构，由碳化硅功率器件构成的半桥电路结构，有效地减少了功率回路的面积，从而减小了功率回路的寄生电感；
[0039] (2)本发明提供的碳化硅功率器件的封装结构，由于碳化硅功率器件半桥电路结构的输入、输出端子的布局使得换流路径上的导体呈平行结构，因此在开关管换流过程中构成了电流流向相反的功率导线，利用互感抵消起到减小开关管换流回路的寄生电感的作用，由此起到减小功率器件开关过程中的过电压和振荡；
[0040] (3)本发明提供的碳化硅功率器件的封装结构，由于驱动信号利用Kelvin连接方式，并且驱动信号线与功率线呈垂直结构，起到有效降低驱动回路与功率回路之间的耦合的作用，进而降低功率回路对驱动回路的干扰，增强驱动的稳定性；
[0041] (4)本发明提供的碳化硅功率器件的封装结构，将PCB板上的焊盘直接作为功率端子和驱动端子；这种功率端子与驱动端子均包含在PCB板中的结构，使得该封装结构可以直接外延与主电路、驱动电路相连，起到减少功率端子的作用，进一步起到减少功率端子带来的接触电阻和寄生电感的作用，还可以降低成本；
[0042] (5)本发明提供的碳化硅功率器件的封装结构以及封装方法，DBC基板和PCB板的之间的焊接采用全面焊接，极大的增强了封装结构的可靠性。
附图说明
[0043] 图1是本发明实施例提供的碳化硅功率器件的封装结构的剖面示意图；
[0044] 图2是本发明实施例提供的封装结构中DBC基板的结构示意图；
[0045] 图3是本发明实施例提供的封装结构中PCB板的背面结构示意图；
[0046] 图4是本发明实施例提供的封装结构的隐藏外壳后的截面示意图；
[0047] 图5是本发明实施例提供的封装结构所构成的半桥模块的电路原理图；
[0048] 图6是本发明实施例提供的封装结构的平面示意图；
[0049] 图7是本发明实施例提供的封装结构与外部电路连接方式的示例图；
[0050] 图8是根据本发明实施例提供的封装方法的流程示意图；
[0051] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-DBC基板、2-第一碳化硅MOS管、3-PCB板、4-外壳、5-圆孔、6-硅凝胶、7-DBC基板陶瓷层、8-DBC基板底层散热面、9-DBC基板上层第一焊接面、10-DBC基板上层第二焊接面、11-PCB板底层第一焊盘、12-PCB板底层第二焊盘、13-PBC板过孔、14-PCB板第一窗口、15-PCB板第二窗口、16-PCB板第三窗口、17-PCB板第四窗口、18-第二碳化硅MOS管、19-第一碳化硅SBD芯片、20-第二碳化硅SBD芯片、21-第一键合线、22-第二键合线、23-第三键合线、24-第四键合线、25.1-PCB板顶层第一焊盘、25.2-PCB板顶层第二焊盘、26.1-PCB顶层第三焊盘、26.2-PCB板第四焊盘、
27-PCB板顶层铜箔、28-PCB板顶层第五焊盘、29-PCB板顶层第六焊盘、30-PCB板顶层第七焊盘、31-PCB板顶层第八焊盘、32-第五键合线、33-第六键合线、34-第七键合线、35-第八键合线。
具体实施方式
[0052] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0053] 如图1所示，是本发明实施例提供的碳化硅功率器件的封装结构的剖面示意图，该封装结构包括DBC基板1、碳化硅功率器件、PCB板3、外壳4。
[0054] PCB板3、碳化硅功率器件焊接在DBC基板1上；外壳4通过密封胶与PCB板3粘接在一起，外壳4壳体的正面有直径为2mm～4mm的孔5，通过孔5向封装结构内注入硅凝胶6；实施例中，硅凝胶6为玻璃化耐200度高温的，硅凝胶6的灌封高度以将所有引线浸没为准。
[0055] 图2所示，是实施例提供的封装结构中的DBC基板1的结构示意图；实施例中，DBC基板1为三层结构，中间层为陶瓷层7，上、下层均为高导无氧铜箔；
[0056] 上层高导无氧铜箔被刻蚀为第一焊接面9和第二焊接面10；第一焊接面9与第二焊接面10之间的间距离根据半桥电路的最高工作电压设定，实施例中设为1mm，确保可以提供有效的绝缘；下层高导无氧铜箔8的底面可用作与散热器相连的散热面；陶瓷层11将碳化硅功率器件产生的热量传到该散热面，并在封装结构内部的电气部件与散热面之间形成绝缘层。
[0057] 图3所示是实施例提供的封装结构中的PCB板的背面结构示意图，PCB板3底层的第一焊盘11与DBC基板上层铜箔第一焊接面9的尺寸相同，PCB板底层第二焊盘12与DBC基板上层铜箔第二焊接面10的尺寸相同；在PCB板3上开设有4个窗口，第二窗口15和第三窗口16的长5.1mm、宽4.3mm，分别用于放置第一碳化硅MOS管2、第二碳化硅MOS管18，第一窗口14和第四窗口17的长3.8mm、宽3.2mm，分别用于放置第一碳化硅SBD芯片19、和第二碳化硅SBD芯片20；实施例中，窗口尺寸根据芯片尺寸确定。
[0058] 图4所示是实施例提供的封装结构的隐藏外壳后的截面示意图。如图4所示，第一碳化硅MOS管2的漏极、第一碳化硅SBD芯片19的阴极和PCB板的底层第一焊盘11焊接在DBC基板1的上层第一焊接面9；第一碳化硅MOS管2的源极通过第一键合线21连接到PCB板3的顶层第一焊盘25.1，第一碳化硅SBD芯片19的阳极通过第二键合线22连接到PCB板的顶层第二焊盘25.2，PCB板顶层第一焊盘25.1和PCB板顶层第二焊盘25.2经过孔13连接到PCB板底层第二焊盘12；第二碳化硅MOS管18的漏极、第二碳化硅SBD芯片20的阴极和PCB板的底层第二焊盘12焊接在DBC基板1的上层第二焊接面10；第二碳化硅MOS管18的源极通过第三键合线23连接到PCB板顶层第三焊盘26.1，第二碳化硅SBD芯片的阳极通过第四键合线24连接到PCB板顶层第四焊盘26.2，PCB板顶层第三焊盘26.1和第四焊盘26.2属于PCB顶层同一个铜箔27。
[0059] 第一碳化硅MOS管2的栅极通过第五键合线32连接到PCB板顶层第五焊盘28，第一碳化硅MOS管2的源极通过第六键合线33连接到PCB板顶层第六焊盘29；第二碳化硅MOS管18的栅极通过第七键合线34连接到PCB板顶层第七焊盘30，第二碳化硅MOS管18的源极通过第八键合线35连接到PCB板顶层第八焊盘31。
[0060] 图5所示是实施例提供的封装结构所构成的半桥电路的原理图，两个碳化硅MOS管串联并且各自反并联一个碳化硅SBD芯片。
[0061] 由图4和图5可以看出，功率回路所经过的导线长度大大减小，且功率回路的导线是平行结构，换流时正电极11到第一碳化硅SBD芯片19阴极的导线、第一碳化硅SBD芯片19阳极到第二碳化硅MOS管18的漏极的导线与第二碳化硅MOS管18的源极到负电极27的导线的电流流向相反，利用了互感抵消技术进一步减小了功率回路的寄生电感，从而可以降低开关过程中的过电压和振荡。
[0062] 图6所示是实施例提供的封装结构的平面示意图，PCB板3的顶层铜箔经过盖油处理，裸露出8个焊盘，其中顶层第一焊盘25.1和第二焊盘25.2和顶层铜箔27没有电气连接关系；顶层第三焊盘26.1和第四焊盘26.2属于顶层铜箔27；半桥电路结构的三个功率端子11、12和27与驱动信号端子28、29、30和31包含在PCB板3内；PCB板3的底层焊盘29作为半桥电路的正电极，PCB板3的底层焊盘28作为半桥电路的桥臂中点输出电极；PCB板3的顶层铜箔27作为半桥电路的负电极；PCB板3的顶层第五焊盘28、第六焊盘29、第七焊盘30、第八焊盘31分别作为半桥电路结构的4个驱动端子。
[0063] 结合图1、图4和图5，可以看出，在实施例提供的封装结构的布局方式所形成的半桥电路中，上桥臂的MOS管2和下桥臂的二极管20、下桥臂的MOS管18和上桥臂的二极管19的换流回路所流经的路线大大减小；同时在换流过程中，功率端子11、12、27和引线21、22、23、24存在电流流向相反的结构，充分利用了互感抵消技术进一步减小了寄生电感。
[0064] 如图6所示，半桥电路中的两个MOS管的驱动信号线采用Kelvin连接方式，上管的驱动信号线32、33和功率线21呈垂直结构，下管的驱动信号线34、35和功率线23呈垂直结构；图6所示的信号线的连接方式极大地减小了驱动回路的寄生电感，消除了共源电感对驱动回路造成的干扰；而信号线与功率线的垂直结构极大地减小了驱动回路与功率回路的耦合，从而增强了驱动的稳定性。
[0065] 图7所示是实施例的封装结构与外部电路连接的示例图；其中，PCB板可以扩展到外部电路，功率端子和信号端子可直接与外部电路连接；封装结构中的PCB板可作为外部电路的一部分，将驱动电路、主电路结构直接设计在同一块PCB板上；这种连接方式省去连接引线和端子，有效的降低了接触电阻和寄生电感，同时节省了成本。
[0066] 图8所示，是本发明实施例提供的碳化硅功率器件封装方法的流程示意，具体包括以下步骤：
[0067] (1)根据MOS管与SBD芯片的封装规格制备DBC基板和PCB板；其中DBC基板的绝缘层采用具有高热导率的氮化铝(AlN)材料；DBC基板的上层铜箔刻蚀为如图2所示的结构，包括两个焊接面；
[0068] 采用超声波清洗结合化学清洗的方法清除DBC基板和PCB板表面的颗粒物质和离子杂质；
[0069] (2)在DBC基板的两个焊接面上印刷锡膏，将芯片和PCB板焊接在DBC基板上；实施例中，采用的高温焊料是熔点为220摄氏度的锡、银、铜的混合材料，锡、银、铜的比例为96.5:3:0.5；通过钢网将焊料丝印到DBC的两个焊接面上；通过真空高温回流焊将芯片和PCB板焊接在DBC基板上；
[0070] (3)采用引线键合将MOS管与SBD器件的电极与PCB板的焊盘进行电连接；其中，引线的两端通过键合工艺分别连接到芯片的电极与PCB板的焊盘上；引线的数量和粗细根据芯片电极的面积和所通过电流的大小确定；
[0071] (4)安装外壳，填充硅凝胶；实施例中，通过密封剂将外壳粘合在PCB板上，外壳的大小以能够完全覆盖PCB板上的电路结构为准；硅凝胶通过点胶法灌入到外壳内，灌封后静置24小时直至硅凝胶固化。
[0072] 所述的封装方法使PCB板底层焊盘和DBC基板上层焊接面实现了全面焊接，增强了封装结构的可靠性；另外在外壳中填充耐高温的硅凝胶，不仅起到增强绝缘的作用，还可以有效地保护芯片和键合线，增强封装结构的可靠性。
[0073] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
