本發明涉及電力電子，具體涉及一種3d封裝的低寄生電感sic功率模塊。
背景技術：
1、目前sic功率模塊在電力電子領域廣泛應用，其系統結構通常包括芯片、基板、互連和封裝外殼等部分。芯片負責功率轉換，基板提供機械支撐與電氣連接，互連實現芯片與基板的電連接，去耦電容實現降低芯片開關時過沖電壓的作用，緩沖墊塊實現減小連接面間的熱應力作用，延長模塊壽命，封裝外殼則起保護作用。在算法方面，主要采用傳統的電磁場仿真算法對模塊的性能進行預測和優化。
2、cn107170714a公開了一種低寄生電感功率模塊，包括輸入功率端子、輸出功率端子、頂部金屬絕緣基板、底部金屬絕緣基板和塑封外殼，輸入功率端子包括正極功率端子、負極功率端子，頂部金屬絕緣基板與底部金屬絕緣基板疊層設置，頂部金屬絕緣基板與底部金屬絕緣基板在二者相對的面上均燒結有芯片，正極功率端子、負極功率端子以及與輸出功率端子均與芯片電連接；輸出功率端子包括焊接部和位于塑封外殼外部的連接部，焊接部位于頂部金屬絕緣基板與底部金屬絕緣基板之間。該發明降低了回路寄生電感，減小了功率模塊的體積，節約了成本，減輕了重量，尤其適合sic功率芯片的封裝，充分提高了過流能力，提高了模塊的可靠性。
3、cn118431209a公開一種低寄生電感的sic功率模塊和制造方法，包括第一基板、第二基板、功率芯片、鍵合引線、第三基板、驅動端子和功率端子，所述第一基板的一側為下，所述第一基板、第二基板和第三基板由下至上依次疊層排布，若干個所述功率芯片和若干個驅動端子均固定安裝于第二基板，且所述若干個功率芯片均通過鍵合引線電連接第二基板，所述功率芯片之間形成功率回路，所述驅動端子與功率端子均電連接第二基板，所述第二基板用于電連接功率端子的輸入端和輸出端均設置在若干個功率芯片之間，所述第二基板用于電連接功率端子的輸入端和輸出端均位于功率回路以內，為了提升sic功率模塊的穩定性。
4、現有sic功率模塊產品缺陷主要包括以下幾類：
5、1、寄生電感問題：傳統封裝結構導致較大的寄生電感，使器件開關速度受限、電磁干擾增加以及電壓尖峰等問題頻發，嚴重削弱模塊性能與可靠性。如在高頻應用時，因寄生電感引起的電壓尖峰會擊穿芯片，降低模塊壽命。
6、2、散熱性能不足：現有模塊的散熱設計不夠完善，高功率運行時，芯片產生的大量熱量無法及時散發，致使模塊溫度過高，影響性能與穩定性，還可能引發熱失效問題。
7、3、抗機械應力能力弱：在一些振動或彎曲的工況下，傳統封裝的抗機械應力性能較差，易使芯片和互連結構受損，降低模塊的穩定性和使用壽命。
8、隨著電力電子技術向高頻化、高功率化和高集成化發展，對sic功率模塊的性能提出了更高的要求。
技術實現思路
1、本發明針對sic功率模塊存在的寄生電感高，散熱效果有待提高的問題，提供一種3d封裝的低寄生電感功率模塊，通過采用高導電率的銅材料，與疊層和基板內銅層相連形成中間層，明顯降低機身電感，提高散熱效果，在高頻、高壓、大功率應用中具有明顯的優勢，能夠有效提高電力電子系統的整體性能和可靠性。
2、為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：
3、一種3d封裝的低寄生電感sic功率模塊，包括依次堆疊的上基板層、上芯片層、上連接層、中間層、去耦電容、下連接層、下芯片層和下基板層；
4、芯片層與基板層電氣連接；所述上芯片層堆疊布置在上基板層內側上，所述下芯片層堆疊布置在下基板層內側上；
5、所述中間層位于上芯片層和下芯片層之間，中間層兩側分別通過鉬銅塊為緩沖層與芯片層電氣連接；所述中間層還設有ac連接端子；所述鉬銅塊與芯片層連接時不完全覆蓋芯片層，未覆蓋部分用于設置芯片層的柵極；
6、所述上連接層和下連接層為開窗型銅塊，外接dc端子，所述上連接層位于中間層和上基板層之間，用于連接上基板層和去耦電容；所述下連接層位于中間層與下基板層之間，用于連接下基板層和去耦電容；
7、所述去耦電容為設于所述中間層的旁側的兩組電容，與上連接層和下連接層電氣連接。
8、本發明中3d封裝sic功率模塊的工作原理為：通過創新的堆疊結構和互連技術，實現了芯片與基板之間的緊密連接和高效電氣傳輸。在工作過程中，電流從dc+端進入模塊，經上連接層與上層dbc內側覆銅到達基板層，通過基板層上的布線層和銀燒結層到上芯片層，經由中間層從ac端輸出，或到下芯片層，經下基板層、連接銅塊和下連接層與下層dbc內側覆銅至dc-端流出。
9、由于芯片層的堆疊結構，電流路徑大大縮短，寄生電感顯著降低；利用上連接層與下連接層間的互感效應，進一步降低模塊的寄生電感。模塊內部集成去耦電容，降低芯片的過沖電壓，節省電路空間，提高芯片的電性能，促進模塊整體小型化。
10、優選地，芯片層與基板層電氣連接是通過銀燒結電氣連接，通過垂直互連技術實現芯片與基板之間的電氣連接，通常選用銀燒結，互連層的材料和結構設計能夠進一步降低寄生電感，提高信號傳輸效率。多次回流焊時，每次焊接對焊料熔點的要求會逐漸增加，本發明中芯片層與基板層電氣連接優選銀燒結方式，降低寄生電感。
11、優選地，所述上基板層和下基板層分別包括外銅層、陶瓷層和內銅層。
12、優選地，芯片層與基板層的內銅層連接。
13、優選地，所述芯片層為sic?mosfet、si?mosfet、coolsic?mosfet中任一種，優選地，所述芯片層為sic?mosfet，具有低導通電阻、高開關速度和高耐壓等優點。
14、優選地，所述陶瓷層為氮化鋁陶瓷基板、氧化鋁或氧化鈹中等絕緣性能良好的陶瓷材料。
15、優選地，所述去耦電容與上連接層和下連接層通過回流焊接方式實現電氣連接。去耦電容能夠用于吸收芯片導通瞬間在寄生電感上產生的過沖電壓，起到穩定芯片兩端電壓的作用，明顯提高芯片工作的穩定性。
16、優選地，所述中間層為銅塊組成。
17、優選地，所述上連接層和下連接層位外接直流端子，直流電經端子從上連接層流入，從下連接層流出，用于改變電流路徑，實現電流回路的互感相消，進一步降低寄生電感。所述ac連接端子通過回流焊焊接在中間層上。
18、優選地，所述上基板層和下基板層的外銅層上設有刻蝕的散熱微通道。能夠進一步提高模塊的散熱性能和可靠性，使其在更高功率、更高頻率的惡劣工作條件下仍能穩定運行，延長模塊的使用壽命。
19、優選地，所述內銅層采用開爾文布線法布線。
20、優選地，所述鉬銅塊為鉬質量占比50-80%，銅質量占比20-50%的合金塊。優選地，所述鉬銅墊塊采用鉬70%銅30%的組合合金，兼顧了鉬的應力緩沖和銅的散熱性能。
21、基板的內銅層布線采用開爾文布線法，避免柵極上產生的過沖電壓。同時，3d封裝的模塊可以實現雙面散熱，芯片產生的熱量通過高導熱的基板和封裝外殼快速傳導到外部散熱器，保證了模塊的正常工作溫度。
22、與傳統?sic?功率模塊相比，本發明采用了?3d?堆疊封裝結構，芯片層、基板層和互連層的緊密集成和互連層間的互感相消顯著降低了寄生電感；內部集成的去耦電容能降低芯片的過沖電壓，增加了芯片的穩定性；內部銅層布線采用開爾文布線法將漏源間電流路徑的源極與柵源間電流路徑的源極隔開，極大的降低了芯片開關時柵極上產生的過沖電壓。同時，優化的布線和互連技術進一步提高了電氣性能和信號傳輸效率；雙面散熱的結構也使得模塊的散熱能力大大提高。
23、本發明的sic功率模塊主要應用于高頻、高壓、大功率的電力電子設備，如電動汽車、工業電機驅動、可再生能源系統等。在使用時，模塊安裝在散熱器上，通過外部電路與系統其他部分相連。
24、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
25、（1）本發明的sic功率模塊能夠明顯降低?sic?功率模塊的寄生電感，提高開關速度和性能，減少電磁干擾和電壓尖峰，增強可靠性和穩定性。
26、（2）本發明的sic功率模塊可提升模塊的散熱性能，確保在高功率、高頻條件下穩定運行，電磁兼容性更好，減少了電磁干擾對系統的影響，提高了整個電力電子系統的可靠性和穩定性，且緩沖層還可以增強模塊的抗機械應力能力，適應不同的工作環境。