本发明涉及半导体封装，具体为一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块。
背景技术：
1、与分立功率器件相比，由多个功率半导体芯片按照一定拓扑封装集成的功率模块具有高度集成性、高功率密度与高可靠性的特点。对于电动汽车、航空航天、高压直流输电和光伏发电等大功率电力电子变换器应用领域，碳化硅功率半导体芯片由于其高阻断电压、低导通电阻、高开关频率和高工作温度，是硅igbt最有前景的替代品。
2、由于芯片生产良率的限制，单个碳化硅功率半导体芯片的额定电流是有限的，因此将多个碳化硅功率半导体芯片并联封装到一起是提高功率模块电流容量最简单实用的方法。
3、然而目前主流碳化硅功率模块的互连技术仍沿用传统硅功率模块的互连技术，无法充分发挥碳化硅功率半导体芯片的优势，主要表现在以下几个方面：
4、1、铝键合线互连结构的寄生电感和寄生电阻大，这会加剧碳化硅功率半导体芯片在高速开关过程中的电压过冲与振荡问题，增加开关损耗。
5、2、由于热膨胀系数不匹配，铝键合线在功率循环过程中会承受循环热应力，从而导致键合点容易发生老化脱落，降低功率模块可靠性。
6、3、多芯片并联运行时，功率源极寄生电感的差异将带来并联不均流问题，并联芯片间电流分配不均会造成损耗分配不均，进而导致芯片结温不均，这又会进一步加剧并联芯片的动态不电流问题，从而影响功率模块的稳定运行。
7、针对上述的互连结构与不均流问题已经提出了一些优化设计方法，例如使用铜线、铜带代替传统铝键合线进行互连，从而减小互连寄生参数，提高互连结构的可靠性；针对动态不均流问题，可以通过调整铝键合线的参数来均衡并联芯片的功率源极寄生电感，也可以采用动态调整驱动电压幅值或延迟的有源栅极驱动器。但上述方法仅侧重于某一方面来进行优化，且增加了制造工艺复杂程度和设计难度，不适合推广应用。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，以解决由碳化硅功率半导体芯片功率源极寄生电感差异所带来的动态电流分配不均问题的技术问题。
2、本发明是通过以下技术方案来实现：
3、一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，包括多芯片并联碳化硅功率模块本体，所述多芯片并联碳化硅功率模块本体包括上桥臂dbc基板和下桥臂dbc基板；
4、所述上桥臂dbc基板和下桥臂dbc基板在同一平面上通过铜夹扣连接组件连接；
5、所述上桥臂dbc基板上设有多个上桥臂碳化硅功率半导体芯片和上桥臂功率端子与驱动端子组件，且多个上桥臂碳化硅功率半导体芯片分别通过上桥臂铜夹扣电气连接在上桥臂dbc基板上，其中每个上桥臂碳化硅功率半导体芯片的栅极都连接有上桥臂栅极驱动电阻；
6、所述下桥臂dbc基板上设有多个下桥臂碳化硅功率半导体芯片和下桥臂功率端子与驱动端子组件，且多个下桥臂碳化硅功率半导体芯片分别通过下桥臂铜夹扣电气连接在下桥臂dbc基板上，其中每个下桥臂碳化硅功率半导体芯片的栅极都连接有下桥臂栅极驱动电阻。
7、优选的，多芯片并联碳化硅功率模块本体的电路拓扑为半桥结构，其中上桥臂dbc基板上的多个上桥臂碳化硅功率半导体芯片和下桥臂dbc基板的多个下桥臂碳化硅功率半导体芯片分别对称排布设置。
8、优选的，上桥臂dbc基板从下至上依次包括上桥臂下表面导电金属层、上桥臂绝缘介质层与上桥臂上表面导电金属层；
9、所述上桥臂上表面导电金属层包括上桥臂直流正极金属区域、上桥臂交流金属区域、上桥臂直流负极金属区域、上桥臂开尔文源极金属区域、上桥臂栅极驱动电阻金属区域和上桥臂栅极金属区域；
10、多个上桥臂碳化硅功率半导体芯片位于上桥臂直流正极金属区域上，且通过上桥臂栅极驱动电阻与上桥臂栅极金属区域相连接；上桥臂碳化硅功率半导体芯片上设有开尔文源极、栅极和功率源极，其中上桥臂碳化硅功率半导体芯片的开尔文源极通过上桥臂开尔文源极键合线与上桥臂开尔文源极金属区域相连接，上桥臂碳化硅功率半导体芯片的栅极通过上桥臂栅极键合线与上桥臂栅极驱动电阻金属区域相连接；上桥臂碳化硅功率半导体芯片的功率源极通过上桥臂铜夹扣与上桥臂交流金属区域连接。
11、进一步的，上桥臂功率端子与驱动端子组件包括直流正极功率端子、直流负极功率端子、上桥臂碳化硅芯片漏极驱动端子、上桥臂碳化硅芯片栅极驱动端子以及上桥臂碳化硅芯片开尔文源极驱动端子；
12、所述直流正极功率端子和上桥臂碳化硅芯片漏极驱动端子设置在上桥臂直流正极金属区域上；所述直流负极功率端子设置在上桥臂直流负极金属区域上；所述上桥臂碳化硅芯片栅极驱动端子设置在上桥臂栅极金属区域上；所述上桥臂碳化硅芯片开尔文源极驱动端子设置在上桥臂开尔文源极金属区域上。
13、更进一步的，直流正极功率端子与外部直流母线正极有两个连接点，与上桥臂直流正极金属区域有一个连接点，且为轴对称结构；直流负极功率端子与外部直流母线负极有一个连接点，与上桥臂直流负极金属区域有两个连接点，且为轴对称结构。
14、优选的，下桥臂dbc基板从下至上依次包括下桥臂下表面导电金属层、下桥臂绝缘介质层与下桥臂上表面导电金属层；
15、所述下桥臂上表面导电金属层包括下桥臂交流金属区域、下桥臂直流负极金属区域、下桥臂开尔文源极金属区域、下桥臂栅极驱动电阻金属区域、下桥臂栅极金属区域；
16、多个下桥臂碳化硅功率半导体芯片位于下桥臂交流金属区域，且通过下桥臂栅极驱动电阻与下桥臂栅极金属区域相连接；下桥臂碳化硅功率半导体芯片上设有开尔文源极、栅极和功率源极，其中下桥臂碳化硅功率半导体芯片的开尔文源极通过下桥臂开尔文源极键合线与下桥臂开尔文源极金属区域相连接；下桥臂碳化硅功率半导体芯片的栅极通过下桥臂栅极键合线与下桥臂栅极驱动电阻金属区域相连接；下桥臂碳化硅功率半导体芯片的功率源极通过下桥臂铜夹扣与下桥臂交流金属区域相连接。
17、进一步的，下桥臂功率端子与驱动端子组件包括交流功率端子、下桥臂碳化硅芯片漏极驱动端子、下桥臂碳化硅芯片栅极驱动端子以及下桥臂碳化硅芯片开尔文源极驱动端子；
18、所述交流功率端子和下桥臂碳化硅芯片漏极驱动端子设置在下桥臂交流金属区域上；下桥臂碳化硅芯片开尔文源极驱动端子设置在下桥臂开尔文源极金属区域上；下桥臂碳化硅芯片栅极驱动端子设置在下桥臂栅极金属区域上。
19、优选的，铜夹扣连接组件包括第一交流金属区域连接铜夹扣、第一直流负极金属区域连接铜夹扣、第二交流金属区域连接铜夹扣以及第二直流负极金属区域连接铜夹扣；
20、所述第一交流金属区域连接铜夹扣和第二交流金属区域连接铜夹扣分别位于上桥臂dbc基板和下桥臂dbc基板的两侧，其中一端连接在上桥臂dbc基板上所设置的上桥臂交流金属区域上，另一端连接在下桥臂dbc基板上所设置的下桥臂直流负极金属区域上；
21、所述第一直流负极金属区域连接铜夹扣和第二直流负极金属区域连接铜夹扣分别位于上桥臂dbc基板和下桥臂dbc基板的两侧，其中一端连接在上桥臂dbc基板上所设置的上桥臂直流负极金属区域上；另一端连接在下桥臂dbc基板上所设置的下桥臂直流负极金属区域。
22、进一步的，第一交流金属区域连接铜夹扣、第一直流负极金属区域连接铜夹扣、第二交流金属区域连接铜夹扣以及第二直流负极金属区域连接铜夹扣以及上桥臂铜夹扣和下桥臂铜夹扣的厚度为0.5～1mm。
23、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
24、本发明提供了一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，在多芯片并联碳化硅功率模块本体中通过铜夹扣连接组件将上桥臂dbc基板和下桥臂dbc基板连接，并且代替了传统铝键合线，完成碳化硅功率半导体芯片的功率源极和dbc基板的上表面金属区域间的电气互连，减小了互连部分的寄生参数，提高了互连结构的可靠性，同时为碳化硅功率半导体芯片增加了一条顶部的额外散热路径，从而增强了碳化硅功率模块的散热能力，通过调整铜夹扣的结构参数均衡了并联芯片的功率源极寄生电感，同时结合布局的对称性优化了多芯片并联碳化硅功率模块使用中存在的动态电流分配不均问题。
25、进一步的，将dbc基板分为上桥臂dbc基板和下桥臂dbc基板，可以分开焊接上桥臂和下桥臂的碳化硅功率半导体芯片，减小因芯片意外损坏的更换成本，同时小尺寸dbc基板可以减小焊接时因边缘热应力较大而造成的dbc基板翘曲问题，提高可靠性。
26、进一步的，在dbc基板上为每个碳化硅功率半导体芯片栅极均串联了一个驱动电阻，可以根据不同产商芯片的栅极内阻参数合理选取不同的阻值，从而优化碳化硅功率模块的开关性能，提升驱动稳定性。
27、进一步的，直流正极功率端子和直流负极功率端子的电流流向相反，在满足绝缘电压等级的前提下同侧平行放置，这样可以利用互感相消技术减小换流回路的寄生电感，并且功率端子结构对称，可以均衡对称放置并联芯片的寄生电感，进一步提升并联芯片的均流效果。
28、进一步的，两个解耦电容紧邻直流正极功率端子和直流负极功率端子，可以减小功率端子和母排寄生电感对换流回路的寄生电感的影响。
29、进一步的，碳化硅功率半导体芯片的开尔文源极连接可以解耦驱动回路与功率回路，消除共源电感对驱动波形的影响。
1.一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，包括多芯片并联碳化硅功率模块本体，所述多芯片并联碳化硅功率模块本体包括上桥臂dbc基板(110)和下桥臂dbc基板(120)；
2.根据权利要求1所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，多芯片并联碳化硅功率模块本体的电路拓扑为半桥结构，其中上桥臂dbc基板(110)上的多个上桥臂碳化硅功率半导体芯片(211)和下桥臂dbc基板(120)的多个下桥臂碳化硅功率半导体芯片(221)分别对称排布设置。
3.根据权利要求1所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，所述上桥臂dbc基板(110)从下至上依次包括上桥臂下表面导电金属层(111)、上桥臂绝缘介质层(112)与上桥臂上表面导电金属层；
4.根据权利要求3所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，所述上桥臂功率端子与驱动端子组件包括直流正极功率端子(301)、直流负极功率端子(302)、上桥臂碳化硅芯片漏极驱动端子(304)、上桥臂碳化硅芯片栅极驱动端子(305)以及上桥臂碳化硅芯片开尔文源极驱动端子(306)；
5.根据权利要求4所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，所述直流正极功率端子(301)与外部直流母线正极有两个连接点，与上桥臂直流正极金属区域(113)有一个连接点，且为轴对称结构；直流负极功率端子(302)与外部直流母线负极有一个连接点，与上桥臂直流负极金属区域(115)有两个连接点，且为轴对称结构。
6.根据权利要求3所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，所述上桥臂直流正极金属区域(113)与上桥臂直流负极金属区域(115)之间设有第一解耦电容(401)和第二解耦电容(402)。
7.根据权利要求1所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，所述下桥臂dbc基板(120)从下至上依次包括下桥臂下表面导电金属层(121)、下桥臂绝缘介质层(122)与下桥臂上表面导电金属层；
8.根据权利要求7所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，所述下桥臂功率端子与驱动端子组件包括交流功率端子(303)、下桥臂碳化硅芯片漏极驱动端子(307)、下桥臂碳化硅芯片栅极驱动端子(308)以及下桥臂碳化硅芯片开尔文源极驱动端子(309)；
9.根据权利要求1所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，所述铜夹扣连接组件包括第一交流金属区域连接铜夹扣(501)、第一直流负极金属区域连接铜夹扣(502)、第二交流金属区域连接铜夹扣(503)以及第二直流负极金属区域连接铜夹扣(504)；
10.根据权利要求9所述的一种基于铜夹扣的多芯片并联碳化硅功率模块，其特征在于，所述第一交流金属区域连接铜夹扣(501)、第一直流负极金属区域连接铜夹扣(502)、第二交流金属区域连接铜夹扣(503)以及第二直流负极金属区域连接铜夹扣(504)以及上桥臂铜夹扣(505)和下桥臂铜夹扣(506)的厚度为0.5～1mm。
