原创 电感降低44.6%!西安交通大学研究团队提出一种具有极低电感的多芯片整体式Clip互连碳化硅功率模块封装方法
创始人
2026-01-07 18:54:01
0

多芯片碳化硅功率模块具有理论上极其优异的特性,然而传统功率模块的结构与布局引入了较大的寄生电感,产生较大的开关过冲与振荡,进而难以体现其理论上的优越性。
西安交通大学研究团队在《电工技术学报》2025年第16期上撰文,提出一种具有极低电感的多芯片整体式Clip互连碳化硅功率模块封装方法,将功率模块内部键合铝线替换成Clip互连,利用电流反向耦合效应降低功率模块内部寄生电感。同时,利用电容直连结构消除外部回路寄生电感,与传统布局功率模块相比电感降低了44.6%。研究人员提出的封装方法具有极低的寄生电感与电压过冲,有利于减小碳化硅器件使用中的电压过冲与损耗,提高变换器的效率。

研究背景

碳化硅功率器件具有优异的理论性能参数,实际性能发挥却受限于传统的功率模块封装方法。传统键合功率模块封装将功率芯片下表面粘接在陶瓷基板上,功率芯片上表面采用键合铝线完成电气连接,并在端子处使用螺栓连接,回路整体寄生电感较大,会因为碳化硅更快的开关速度给开关性能带来更多的负面影响,如增大电压过冲、引发振荡等,增大了开关损耗,降低了系统效率,影响电路的安全工作。因此,针对碳化硅功率模块有必要优化降低寄生电感。

图1 功率模块封装结构截面

论文所解决的问题及意义

传统封装功率模块总电感通常大于10nH,计算功率端子与外部电路通常会超过20nH,较难优化。改进功率模块结构的方法通常可以大幅降低功率模块内部的寄生电感,但也经常会引入新的复杂工艺流程以及与现有系统难以适配的外部接口,给实际应用带来了困难。

研究团队提出了一种具有极低电感的多芯片整体式Clip互连碳化硅功率模块封装方法降低功率模块内部寄生电感,结合电容直连结构消除外部回路寄生电感,大幅降低总回路电感,减小电压过冲与损耗,提升效率。

论文方法及创新点

1、多芯片整体式Clip结构实现功率模块内部电感优化

提出基于多芯片整体式Clip互连的碳化硅功率模块结构,使芯片上表面互连部分的线路布置拥有了远超键合铝线的自由度。在陶瓷基板上规划功率模块内部电流流动路径,使得在换流过程中绝大部分的功率电流在底层陶瓷基板铜路和上层Clip铜路的电流方向均构成反向电流对,从而最大程度地增大反向电流耦合效应,降低回路整体寄生电感。

图2 多芯片整体式Clip互连碳化硅功率模块结构

图3 整体式Clip互连碳化硅功率模块布局结构

2、电容直连结构实现功率模块外部电感优化

采用碳化硅功率模块电容直连结构,不采用端子栓接的方式,而是将线路板与引出的端子直接进行焊接连接,并在端子引出功率模块的位置就近放置陶瓷电容,完成功率模块与外部电路的解耦,最大限度地消除功率端子与外部连接电路电感对开关过程的影响,降低了回路上的总电感。

图4 碳化硅功率模块电容直连结构示意图

3、试验验证结果

制作所设计的功率模块样机并进行性能测试,测试得到所制作的整体式Clip碳化硅功率模块样机功率回路寄生电感为4.53nH,与传统布局的模块相比降低了44.6%,证明所提出的碳化硅功率模块整体具有极低的功率回路寄生电感。

图5 碳化硅功率模块寄生电感测试波形

结论

1)本文提出了整体式Clip互连结构降低了功率模块内部电感,提出了电容直连结构消除了外部电感。

2)所制作的基于一体式Clip互连的1200V/600A碳化硅功率模块样机功率回路电感约为4.53nH,比传统布局的功率模块降低了44.6%,换相回路总寄生电感约为5.87nH。

3)所提出的功率模块封装结构具有极低的寄生电感与电压过冲,有利于减小碳化硅器件使用中的电压过冲与损耗,提高变换器的效率,并使器件工作在更接近额定值的工况,充分地发挥碳化硅器件的优异性能。

团队介绍

西安交通大学电力电子与新能源技术研究中心(Power Electronics and Renewable Energy Center,PEREC)成立于1995年,依托电工材料电气绝缘全国重点实验室。PEREC始终致力于推动能源技术的创新发展,并一直走在电力电子与新能源技术的科学前沿。研究中心先后承担了40余项国家自然科学基金项目,承担973计划项目、863计划项目、国家科技支撑计划重点项目、国家重点研发计划项目等国家级重大、重点项目及课题10余项,国际、国内企业合作项目上百项,科研成果显著。

张彤宇,博士研究生,研究方向为碳化硅功率模块封装集成。

王来利,教授,博士生导师,研究方向为宽禁带半导体芯片设计制备;宽禁带半导体芯片设计制备;电力电子变换器拓扑与集成;器件与变换器检测与可靠性;多芯粒先进封装与系统集成。

苗昱,硕士研究生,研究方向为碳化硅功率模块封装性能优化。

裴云庆,教授,博士生导师,研究方向为大功率电力电子拓扑及控制技术。

甘永梅,副教授,硕士生导师,研究方向为宽禁带功率半导体器件封装集成;电力电子器件与变换器可靠性。

本工作成果发表在2025年第16期《电工技术学报》,论文标题为“ 多芯片整体式Clip互连碳化硅功率模块反向耦合低感封装方法“。本课题为国家自然科学基金国家杰出青年科学基金资助项目。

相关内容

A股“分红王”出炉,总派息...
中上协日前发布的《境内股票市场上市公司2025年经营业绩报告》(以...
2026-05-06 15:47:07
遇难人数升至26人!发布会...
5月5日13时30分, 湖南浏阳举行烟花厂爆炸事故新闻发布会。 发...
2026-05-06 15:45:51
原创 ...
美国试图通过军事封锁以应对伊朗的核计划和能源贸易,然而,现实却是这...
2026-05-06 15:45:03
特朗普:应巴基斯坦等国请求...
当地时间5月5日傍晚,美国总统特朗普在社交媒体上发文表示,“应巴基...
2026-05-06 15:44:20
外国游客被中国圈粉:“我想...
“五一”假期,中国旅游市场迎来入境游高峰。外国人来到中国饱览大好河...
2026-05-06 15:43:50
巴基斯坦外长:相信调解结束...
△巴基斯坦外长达尔(资料图) 巴基斯坦副总理兼外交部长达尔5日晚表...
2026-05-06 15:43:21
日本在菲军演发射88式导弹...
据@CCTV国际时讯,据菲律宾媒体报道,今天(5月6日),日本的8...
2026-05-06 15:42:36
比特币财库的逻辑变了:St...
Strategy正在悄然改写其比特币战略的核心逻辑,这家全球最大的...
2026-05-06 15:41:54
绥化两名十一二岁女孩失联多...
极目新闻记者 王鹏 近日,黑龙江绥化市望奎龙城救援队发布一则寻人启...
2026-05-06 15:40:35

热门资讯

A股“分红王”出炉,总派息11... 中上协日前发布的《境内股票市场上市公司2025年经营业绩报告》(以下简称“《报告》”)显示,全市场3...
外国游客被中国圈粉:“我想为中... “五一”假期,中国旅游市场迎来入境游高峰。外国人来到中国饱览大好河山的同时,也对中国人竖起了大拇指。...
日本在菲军演发射88式导弹,系... 据@CCTV国际时讯,据菲律宾媒体报道,今天(5月6日),日本的88式岸基反舰导弹首次在美菲“肩并肩...
比特币财库的逻辑变了:Stra... Strategy正在悄然改写其比特币战略的核心逻辑,这家全球最大的企业比特币持有方宣布放弃坚守多年的...
雄安立亚科技取得可生物降解环保... 国家知识产权局信息显示,雄安立亚科技集团有限公司取得一项名为“一种可生物降解的环保型塑料材料及其制备...
山东水总四川资中产业园项目顺利... 近日,由山东水总承建的四川资中产业园项目顺利通过竣工验收,标志着项目建设任务圆满完成,正式具备整体交...
原创 百... 1979年2月17日,中越边境硝烟弥漫,一场注定改变两国命运的战争正式爆发。曾经自诩为世界第三军事强...
二十冶申请用于钢管混凝土柱的高... 国家知识产权局信息显示,浙江二十冶建设有限公司、中国二十冶集团有限公司申请一项名为“一种用于钢管混凝...
重庆瀚方钢结构取得建筑钢结构强... 国家知识产权局信息显示,重庆瀚方钢结构有限公司取得一项名为“一种建筑钢结构的强度检测装置”的专利,授...