高压SiC功率模块可以简化变流器拓扑,降低系统复杂度,提升电能变换效率,在高压直流输电、高压电机驱动、新能源发电等领域,具有不可替代的作用。然而,高压SiC芯片的电场应力集中、热通量大、成本高,制约了高压SiC功率模块的应用。相反,多芯片串联SiC功率模块,在实现高击穿电压的同时,拥有更低的电热应力和制造成本,具有较好的学术研究价值和工业应用前景。然而,多芯片串联SiC功率模块,在高电流密度键合、多芯片串联均压、低感封装布局等方面,依然面临若干关键技术难题,亟待进一步的深入研究。首先,SiC芯片的电流密度是Si的4倍,源极焊盘面积仅为Si的50%,给封装键合线的通流能力设计,提出了严峻挑战。其次,SiC芯片的参数分散性比Si更大,导致串联芯片之间的电热应力失配,给多芯片串联电压均衡调控,带来了严峻挑战。此外,多芯片串联会增加换流回路的长度,增加功率模块的封装寄生电感,给低感封装的优化布局设计,提出了严峻挑战。因此,本文围绕多芯片串联SiC功率模块的封装集成,针对电流密度高、电压均衡差和寄生电感大等问题,开展了较为深入的基础理论研究和关键技术研究,取得了一定的创新成果。1、针对键合线电流密度高的问题,建立了表征键合线通流能力的数学模型,揭示了键合线的熔断机制,提出了功率模块封装键合线的设计方法。根据封装键合线的热平衡过程,计及键合线的焦耳热、热传导、对流换热和晗变等热学行为,考虑多根键合线并联、持续电流和脉冲电流等应用条件,建立了键合线的通流能力模型,基于不同直径、并联根数、灌封条件的键合线,采用大量的仿真分析和实验结果,验证了模型和方法的有效性,发现了并联键合线的电流退额效应,结合商业化功率模块,给出了键合线的通流能力设计方法。2、针对串联芯片电压均衡差的问题,分析了共源共栅均压电路的工作原理,揭示了串联芯片的电压应力调控机理,给出了均压电路的设计方法。以共源共栅电路为例,分析了多芯片串联SiC功率模块的开关工作模态,详细探讨了均压电路的电阻和电容参数对电压失配的调节效果,结合SiC芯片的结电容、漏电流等关键参数,给出了均压电路的设计方法,详细阐释了多芯片串联SiC功率模块的封装设计、制造工艺和评测方法,研制了3.3k V/45A三芯片串联SiC功率模块,采用双脉冲测试的实验结果,验证了均压电路及设计方法的有效性。3、针对封装布局寄生电感大的问题,提出了一种多芯片串联倒装封装结构。基于磁路相消原理,为了降低高压SiC功率模块的寄生电感,采用铜框架封装技术,增强回路功率耦合,使用多物理场仿真方法,给出了多芯片串联SiC功率模块的设计方法,研制了3.3k V/45A三芯片串联的SiC功率模块,采用双脉冲实验结果,验证了所提封装结构的有效性,相对于传统引线键合封装结构,寄生电感降低42.7%。