包括流體冷卻通道的電子模塊及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了包括流體冷卻通道的電子模塊及其制造方法。各個(gè)實(shí)施例提供了一種電子模塊，該電子模塊包括：內(nèi)插器，該內(nèi)插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層；至少一個(gè)電子芯片，該至少一個(gè)電子芯片附著到導(dǎo)電層并且與流體通道熱接觸；以及被形成為至少部分地包圍至少一個(gè)電子芯片的模塑包封體，其中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層直接形成在電隔離材料上。
【專利說明】
包括流體冷卻通道的電子模塊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]各個(gè)實(shí)施例涉及包括流體冷卻通道的電子模塊及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)場(chǎng)中廣泛使用容置電子模塊的電子芯片。由于該容置，被容置的電子芯片所生成的廢熱通常是重要的限制因素，使得必須提供冷卻。通常使用所謂的散熱器來排放廢熱。
[0003]從WO 2012/076552中已知有一種液冷式散熱器，該液冷式散熱器包括具有一組迂回的液體通道的頂板，每個(gè)通道具有單獨(dú)的通道入口和公共的中央出口通道。該散熱器還包括具有入口端口和出口端口的底板。該散熱器還包括具有入口引導(dǎo)通道的中間板，該入口引導(dǎo)通道提供底板的入口端口和頂板的通道入口之間的流體連通，所述中間板還包括出口引導(dǎo)通道，該出口引導(dǎo)通道提供頂板的公共中央出口通道和底板的出口端口之間的流體連通。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]各個(gè)實(shí)施例提供了一種電子模塊，所述電子模塊包括:內(nèi)插器(interposer)，所述內(nèi)插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層;至少一個(gè)電子芯片，所述至少一個(gè)電子芯片附著到所述導(dǎo)電層并且與所述流體通道熱接觸；以及模塑包封體，所述模塑包封體被形成為至少部分地包圍所述至少一個(gè)電子芯片，其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層直接形成在所述電隔離材料上。
[0005]此外，各個(gè)實(shí)施例提供了一種制造電子模塊的方法，其中，所述方法包括:提供內(nèi)插器，所述內(nèi)插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層，其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層直接形成在所述電隔離材料上;將至少一個(gè)電子芯片附著到所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層并且與所述流體通道熱接觸；以及將包封體模塑為至少部分地包圍所述至少一個(gè)電子芯片。
【附圖說明】
[0006]在附圖中，貫穿不同視圖類似的附圖標(biāo)記通常指代相同的部件。附圖不一定按比例縮放。相反，通常將重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。在以下描述中，參考以下附圖描述各個(gè)實(shí)施例，其中:
[0007]圖1A示意性地示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的電子模塊的剖面圖；
[0008]圖1B示意性地示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的電子模塊的剖面圖；
[0009]圖2A和圖2B示意性地示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的電子模塊的透視圖；
[0010]圖3示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的制造電子模塊的方法的流程圖；
[0011]圖4A至圖4F示出了示意性透視圖，該示意性透視圖示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的制造方法的不同步驟；以及
[0012]圖5A至圖5F示出了示意性透視圖，該示意性透視圖示出了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的制造方法的不同步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下描述了電子模塊以及制造電子模塊的方法的進(jìn)一步的示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)要注意，在一個(gè)特定的示例性實(shí)施例的上下文中所描述的特定特征的描述也可以與其它示例性實(shí)施例組合。
[0014]本文中使用詞語(yǔ)“示例性的”來表示“用作例子、實(shí)例或說明”。本文中被描述為“示例性”的任何實(shí)施例或設(shè)計(jì)方案不一定解釋為比其它實(shí)施例或設(shè)計(jì)方案優(yōu)選或有利。
[0015]各個(gè)示例性實(shí)施例提供了一種電子模塊，具體而言提供了一種電子功率模塊，該模塊包括內(nèi)插器，該內(nèi)插器包括由電隔離材料形成的主體，并且該內(nèi)插器具有嵌入到其中的至少一個(gè)流體通道以及直接形成在其上的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層。至少一個(gè)或多個(gè)電子芯片或半導(dǎo)體芯片例如通過接合(例如，銅或鋁)焊接直接或間接地附著到內(nèi)插器的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層。至少一個(gè)電子芯片與流體通道熱接觸，使得能夠排放或?qū)С鲇芍辽僖粋€(gè)電子芯片生成的熱量。此外，至少一個(gè)電子芯片至少部分地或者完全由模塑包封體來包封。
[0016]具體而言，在內(nèi)插器中可以僅提供一個(gè)流體通道，并且該流體通道可以具有蜿蜒的形狀或外形，或者可以是單個(gè)腔室或中空空間。具體而言，流體通道可以直接形成在內(nèi)插器的主體中，并且不形成附著到內(nèi)插器的另一個(gè)元件或單元。即，限定流體通道的壁(側(cè)壁和/或下壁和/或上壁)可以是內(nèi)插器的一部分，具體而言是電隔離材料所形成的內(nèi)插器的主體的一部分。此外，應(yīng)當(dāng)提到的是，多個(gè)內(nèi)插器可以彼此堆疊。具體而言，電子模塊可以包括若干個(gè)內(nèi)插器的堆疊或者甚至多個(gè)電子模塊可以彼此堆疊。
[0017]應(yīng)當(dāng)要注意，原則上，針對(duì)所使用的電子芯片或半導(dǎo)體芯片不會(huì)給出限制，例如，針對(duì)所使用的半導(dǎo)體材料(如氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC))的限制。由于電子芯片可以嵌入到模塑包封體中并且另外流體通道可以形成在電隔離基體材料(其保護(hù)電子芯片不與冷卻流體直接接觸)中，因此會(huì)出現(xiàn)這種情況。此外，電子模塊可以包括多個(gè)電子芯片或管芯。
[0018]由于(冷卻)流體的高的熱容量或?qū)嵝?，因此甚至有可能在小的包封電子模塊或電子封裝中實(shí)現(xiàn)高功率電子芯片，使得可以達(dá)到高的功率密度。替代地，由于有可能切換較高的功率，因此可以增加整體電子模塊的效率。與陶瓷和/或金屬殼體相比，模塑包封體還可以形成針對(duì)機(jī)械應(yīng)力或斷裂的改善的保護(hù)。
[0019]具體而言，應(yīng)當(dāng)提及的是，模塑包封體直接形成于內(nèi)插器并且必須與預(yù)先制造的殼體(該殼體然后包圍電子芯片布置)相區(qū)別。例如，模塑包封體可以限定電子模塊的外周邊或輪廓。具體而言，可以使用耐高溫的模塑材料。例如，可以使用典型的模塑化合物，如環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酰亞胺、氰醇酯等等。此外，填充材料可以包含在包封劑或包封材料中，例如，環(huán)氧樹脂和/或有機(jī)硅。
[0020]具體而言，電子模塊可以是電子功率模塊。例如，至少一個(gè)電子芯片可以是(功率)晶體管、(功率)二極管或者任何其它類型的電子芯片或管芯。
[0021]應(yīng)當(dāng)要注意，為了將至少一個(gè)電子芯片附著到內(nèi)插器或者為了將電子芯片熱耦合到流體通道的冷卻特征并且具體而言熱耦合到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層，另外的(例如，有機(jī)的)中間層可能不是必要的。這些有機(jī)層通常用于公共(包封的)電子模塊中。然而，為了提高性能，對(duì)這些有機(jī)層的可能的省略也許是有用的，這是因?yàn)檫@些有機(jī)層通常引起有關(guān)導(dǎo)熱性的大變化，會(huì)引起高的耐熱性，這會(huì)限制電子模塊的壽命和/或會(huì)增加對(duì)于電子模塊而言必要的體積。雖然這些有機(jī)層在開始時(shí)可以呈現(xiàn)良好的性能，但是它們通常相當(dāng)快速地老化，這導(dǎo)致隨時(shí)間退化的速度增加(增加的電阻導(dǎo)致增加的產(chǎn)熱，增加的產(chǎn)熱導(dǎo)致增加的電阻，以此類推)。在可以使用“高溫”半導(dǎo)體(如氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC))的情況下，這種老化現(xiàn)象甚至?xí)匾＞唧w而言，僅可選的接合層可以放置在內(nèi)插器和電子芯片之間。
[0022]具體而言，結(jié)構(gòu)化層可以是通過減成(subtractive)處理(如蝕刻)來結(jié)構(gòu)化的導(dǎo)電層。此外，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層可以直接印刷在隔離材料上，例如通過將銅層印刷到隔離材料上。在陶瓷材料作為內(nèi)插器的基體材料的情況下，陶瓷材料可以形成或限定流體通道。因此，形成結(jié)構(gòu)化層的導(dǎo)電材料可以通過陶瓷材料與流體通道電隔離。
[0023]由于流體(例如，水、油、隔離液體、氣體或空氣)的良好的排熱能力，因此有可能提供非常緊湊的電子模塊或者提供對(duì)于給定性能(例如，功率容量)而言相當(dāng)小的電子模塊。即，可以增加每體積的功率容量(其在例如汽車領(lǐng)域中是限制因素)。具體而言，電子模塊的溫度可以保持在較低的水平，這可以增加電子模塊的效率。效率的增加轉(zhuǎn)而可以使得對(duì)于給定應(yīng)用而言必要的電子模塊的數(shù)量能夠減少。另外，有可能將由冷卻流體導(dǎo)出的熱能用于其它目的。例如，在使用該模塊的電動(dòng)汽車的情況下，廢熱可以用于在冬天對(duì)汽車或電池進(jìn)行加熱等等。
[0024]此外，由于經(jīng)由流體來排放熱量的事實(shí)，因此對(duì)用于包封體的材料的限制可以減輕。因此，對(duì)于電子模塊和周圍環(huán)境(電子模塊在該周圍環(huán)境中使用或固定到該周圍環(huán)境)之間的熱接觸，用于增加熱容量和/或?qū)嵝缘膶?dǎo)熱區(qū)域(如金屬板等等)可能不是必要的。然而，應(yīng)當(dāng)提到的是，可以例如經(jīng)由引線框架或者布置在電子芯片的前側(cè)和/或后側(cè)或者與所述前側(cè)和/或后側(cè)熱接觸的導(dǎo)熱間隔件來給出另外的導(dǎo)熱或排熱路徑。該周圍環(huán)境可以是其中可以使用(功率)電子模塊的汽車等等。
[0025]此外，包括(冷卻)流體通道的電子模塊可以有利地用于其中已經(jīng)使用流體冷卻系統(tǒng)(流體通道可以容易地連接到該流體冷卻系統(tǒng))的環(huán)境或應(yīng)用中。因此，用于通過流體栗送流體的額外的栗可能不是必要的。然而，替代地或另外地，可以提供特定專用于內(nèi)插器中的流體通道的流體的栗。
[0026]通過提供包括流體冷卻并且由模具來包封的電子模塊，可以提供具有低復(fù)雜性的緊湊模塊。具體而言，當(dāng)使用該模塊時(shí)，通常由應(yīng)用(模塊用于該應(yīng)用中)來執(zhí)行或負(fù)責(zé)的功能中的一些功能(例如，冷卻功能)由模塊來接管。例如，在該模塊用于汽車領(lǐng)域的情況下，汽車制造商不必負(fù)責(zé)散熱特征和/或隔離特征(除了供應(yīng)和排放冷卻流體之外)。在某種程度上，電子模塊類似于“即插即用(plug and play)”模塊。
[0027]以下描述了電子模塊的示例性實(shí)施例。然而，針對(duì)這些實(shí)施例所描述的特征和元件可以與制造電子模塊的方法的示例性實(shí)施例組合。
[0028]根據(jù)電子模塊的不例性實(shí)施例，內(nèi)插器包括陶瓷材料。
[0029]具體而言，陶瓷材料(如鋁氧化物、鋁氮化物、氮化硅、鈦酸鋁、氧化鋯或硅酸鹽)可以是內(nèi)插器的基體材料。例如，可以由陶瓷材料來形成或限定流體通道。即，可以由陶瓷材料來形成流體通道的壁。優(yōu)選地，陶瓷材料是電隔離材料。具體而言，陶瓷材料可以是可燒結(jié)材料。
[0030]根據(jù)電子模塊的示例性實(shí)施例，陶瓷材料是經(jīng)燒結(jié)的。
[0031]根據(jù)電子模塊的示例性實(shí)施例，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層包括金屬并且與陶瓷材料一起燒結(jié)。
[0032]具體而言，金屬可以是銅。例如，可以附著銅箔，然后通過蝕刻來對(duì)銅箔進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，并且此后進(jìn)行接合。替代地，此后可以印刷(通過使用金屬膏)并燒結(jié)金屬結(jié)構(gòu)化層。另外的替代過程可以是使用3D“印刷”或生成技術(shù)，例如，使用激光來直接從金屬粉末形成傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(其也可以已經(jīng)由激光燒結(jié))。通過將金屬材料與陶瓷材料一起燒結(jié)，這兩種材料之間的連接件或接頭可以呈現(xiàn)大的強(qiáng)度，即，這兩種材料可以以大的粘合力粘附在一起。原則上，之后兩種組件可以形成單個(gè)復(fù)合物或化合物。
[0033]當(dāng)然應(yīng)當(dāng)要注意，可以在金屬結(jié)構(gòu)化層上放置或布置另外的層或細(xì)化層。例如，可以通過化學(xué)鍍處理來放置鎳層、鈀層、銀層、金層和/或鎢層。
[0034]此外，有可能提供具有大約5微米至30微米的孔大小的結(jié)構(gòu)化層。該孔大小可以適合于使由于溫度變化(例如，在功率周期期間)引起的機(jī)械應(yīng)力(例如，在電子裝置或芯片和內(nèi)插器的銅層之間的機(jī)械應(yīng)力)最小化。因此，電子模塊可以呈現(xiàn)提高的可靠性和/或增加的壽命。
[0035]根據(jù)不例性實(shí)施例，電子模塊還包括另外的電子芯片，其中，所述至少一個(gè)電子芯片被布置在內(nèi)插器的第一主表面上，并且所述另外的電子芯片被布置在內(nèi)插器的第二主表面上。
[0036]具體而言，第一主表面和第二主表面可以在內(nèi)插器的相對(duì)側(cè)上。應(yīng)當(dāng)要注意，對(duì)于每個(gè)主表面，可以提供單獨(dú)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層和/或引線框架。即，內(nèi)插器可以包括另外的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層(每個(gè)主表面一個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層)。此外，還可以在內(nèi)插器的其它側(cè)或表面上提供另外的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層。
[0037]當(dāng)然應(yīng)當(dāng)要注意，多個(gè)電子芯片可以被布置在主表面或結(jié)構(gòu)化層中的一個(gè)或每個(gè)主表面或結(jié)構(gòu)化層上。應(yīng)當(dāng)要注意，電子芯片可以具有不同類型或具有相同類型。例如，一些芯片可以是功率晶體管或者功率二極管，而其它電子芯片可以包括邏輯部件，如被配置用于例如控制電子模塊或者其部分的驅(qū)動(dòng)器(例如，門控驅(qū)動(dòng)器)。
[0038]根據(jù)電子模塊的示例性實(shí)施例，至少一個(gè)電子芯片通過燒結(jié)處理附著到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層。
[0039]例如，可以由無壓燒結(jié)處理基于用于該無壓燒結(jié)處理的特定膏體來執(zhí)行附著。電子芯片可以直接接合到內(nèi)插器或芯片載體。例如，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層可以是銅層或銀層。替代地或另外地，可以通過(任何適當(dāng)?shù)?粘合材料或?qū)雍?或焊接處理(例如，擴(kuò)散焊接)來執(zhí)行附著。
[0040]根據(jù)示例性實(shí)施例，電子模塊還包括外部電接觸件，該外部電接觸件連接到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層并且部分地嵌入到模塑包封體中。
[0041]該外部電接觸件可以是引線框架或引腳等等。引線框架(除了提供用于電子模塊的電連接之外)還可以用于處理并包封電子模塊。然而，應(yīng)當(dāng)要注意，外部電接觸件可以被焊接到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層并且可以(部分地)保持不具有模塑包封體的材料。
[0042]根據(jù)電子模塊的示例性實(shí)施例，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層通過接合處理連接到外部電接觸件，其中接合處理是從包括以下各項(xiàng)的組中選擇的:導(dǎo)線接合;夾片接合;激光熔接，焊接，電阻熔接以及超聲波熔接。
[0043]具體而言，銅導(dǎo)線和/或鋁導(dǎo)線和/或金導(dǎo)線和/或銀導(dǎo)線可以用于導(dǎo)線接合。這種接合連接還可以經(jīng)由引線框架提供至外部結(jié)構(gòu)或環(huán)境的(小的)另外的熱連接。然而，經(jīng)由該另外的熱路徑排放的(廢)熱能的量可以取決于引線框架和接合的尺寸(或大小)。例如，接合結(jié)構(gòu)、引線框架和/或結(jié)構(gòu)化層均可以包括不同尺寸或尺寸標(biāo)注的部分。例如，一些部分或區(qū)段可以由相對(duì)粗和/或?qū)挼慕Y(jié)構(gòu)來形成，使得可以傳送相當(dāng)高的電流。另外，其它部分可以由相對(duì)細(xì)和/或窄的結(jié)構(gòu)來形成并且可以主要用于低電流，例如，邏輯信號(hào)。
[0044]根據(jù)電子模塊的示例性實(shí)施例，模塑包封體包括被配置為將電子模塊固定或安裝到外部結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)。
[0045]具體而言，可以在模塑包封體的外周邊上形成或提供一個(gè)或多個(gè)表面結(jié)構(gòu)。該表面結(jié)構(gòu)可以特別地使得模塑包封體能夠容易的附著或固定到外部結(jié)構(gòu)。在該上下文中，使用模塑包封體(其形成電子模塊的外周邊)可以特別地有助于提供適于非常不同的外部結(jié)構(gòu)的大量外形或形狀。具體而言，使用該表面或固定結(jié)構(gòu)可以具有以下益處:在將電子模塊安裝到外部結(jié)構(gòu)時(shí)，可以不必施加超常的壓力。
[0046]具體而言，使用可連接到外部流體通道或管道的流體冷卻通道可以使得能夠?qū)㈦娮幽K固定在外部結(jié)構(gòu)的任意期望的點(diǎn)，具體而言，這是由于在固定或附著的點(diǎn)可能不必提供與外部結(jié)構(gòu)的良好熱接觸(例如，通過使用電子模塊和外部結(jié)構(gòu)之間的大的接觸表面和/或提供具有高導(dǎo)熱性的材料)。
[0047]根據(jù)電子模塊的示例性實(shí)施例，表面結(jié)構(gòu)具有從包括以下各項(xiàng)的組中選擇的形狀:凹槽;舌狀物;螺孔;柳釘;螺絲；以及凹陷。
[0048]通常，表面結(jié)構(gòu)可以具有任何形狀，該形狀適合于提供與匹配或互補(bǔ)表面結(jié)構(gòu)(其形成于電子模塊應(yīng)當(dāng)附著到的外部結(jié)構(gòu)或元件中或者該外部結(jié)構(gòu)或元件上)的形狀適配或正適配(positive fit)。當(dāng)使用模塑化合物來進(jìn)行包封時(shí)，可以相對(duì)容易地形成這種表面結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)榈湫偷哪Ｋ芑衔锘虿牧峡梢员忍沾苫衔?其有時(shí)用作為用于制造公知的電子模塊的殼體的材料)更加抗斷裂。即使在內(nèi)插器可以包括或者可以基本上包括陶瓷材料的情況下，也可以由通過模塑化合物形成的包封體而非陶瓷殼體來保護(hù)該陶瓷材料。
[0049]根據(jù)示例性實(shí)施例，電子模塊還包括嵌入到模塑包封體中的固定元件。
[0050]具體而言，固定元件可以是螺母、螺絲或類似物，該固定元件通過模塑材料嵌入并且可以被配置為固定或安裝到電子模塊外部的互補(bǔ)固定元件上。
[0051 ]根據(jù)電子模塊的示例性實(shí)施例，流體通道包括輸入端和輸出端。
[0052]具體而言，輸入端和輸出端可連接到電子模塊外部的流體通道。輸入端和/或輸出端可以具有除內(nèi)插器的基體材料以外的另一種材料。因此，流體通道可連接到外部散熱器或散熱元件。
[0053]具體而言，流體通道可以是經(jīng)由輸入端和輸出端的、用于電子模塊中(例如，在電子(功率)芯片中)生成的(廢)熱的基本上僅有的散熱通道或路徑。因此，有可能模塑包封體的外周邊不具有意在將熱引導(dǎo)到外部結(jié)構(gòu)的任何區(qū)域或結(jié)構(gòu)(輸入端和輸出端除外)。
[0054]例如，在模塑包封體的外側(cè)可以不形成金屬(例如，銅)墊。具體而言，模塑包封體可以具有相當(dāng)?shù)偷膶?dǎo)熱性，或者至少不會(huì)給出有關(guān)模塑材料的導(dǎo)熱性的限制。具體而言，對(duì)于整個(gè)內(nèi)插器僅提供一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。因此，可以簡(jiǎn)化至外部結(jié)構(gòu)的連接。
[0055]根據(jù)電子模塊的不例性實(shí)施例，至少一個(gè)電子芯片是包括以下各項(xiàng)的組中的一個(gè):功率晶體管;功率二極管；以及邏輯部件。具體而言，邏輯部件可以包括邏輯芯片(例如，如(門控)驅(qū)動(dòng)器)或者由其形成。
[0056]根據(jù)示例性實(shí)施例，電子模塊還包括至少部分地嵌入到模塑包封體中的無源電氣組件。
[0057]具體而言，無源電氣組件可以是線圈、電阻器或電容器。無源電氣組件還可以附著或接合到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層。
[0058]根據(jù)電子模塊的不例性實(shí)施例，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層包括不同尺寸的部分。
[0059]具體而言，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層可以包括相對(duì)細(xì)的部分和/或包括具有窄的結(jié)構(gòu)的部分。這些部分可以適合于傳導(dǎo)用于邏輯信號(hào)的相對(duì)低的電流。其它部分可以具有相對(duì)較大的厚度和/或可以包括較寬的結(jié)構(gòu)。這些部分可以適合于傳導(dǎo)較高的電流。
[0060]根據(jù)電子模塊的示例性實(shí)施例，包封體包括包封劑和填充材料。
[0061]具體而言，填充材料可以是氧化物(如氧化硅或氧化鋁)或者氮化物(如氮化鋁或孔氮化物)。通過將這些填充物包括到(基體)包封材料或包封劑中，有可能提供還充當(dāng)用于散去(廢)熱能的另外的導(dǎo)熱路徑的包封體。例如，這種包封體在減小對(duì)至少一個(gè)電子芯片的操作期間出現(xiàn)的熱峰值中可能是有效的。
[0062]根據(jù)不例性實(shí)施例，電子模塊還包括再分布層。
[0063]具體而言，(電的(galvanic))再分布層可以被布置在至少一個(gè)電子芯片上或者優(yōu)選地多個(gè)電子芯片，并且可以用于再分布電子模塊中的電接觸件或電端子，例如，電子芯片的電端子。具體而言，例如在所謂的面板或多塊中可以并行處理多個(gè)電子芯片的情況下(這可以降低生產(chǎn)成本)，這種再分布層可能是有用的。在面板或多塊中，電子芯片可以被布置在陣列中，可以由第一或內(nèi)部包封體(例如，由模具、層壓材料、玻璃、塑料或陶瓷化合物形成的)來包封該陣列。
[0064]具體而言，電子模塊可以包括兩層包封材料，即，內(nèi)部包封體和外部包封體，其中，外部包封層可以是由模塑化合物(例如，硅或環(huán)氧樹脂)形成的一層，而內(nèi)部包封層可以由模塑化合物或者任何其它適當(dāng)?shù)牟牧?例如，陶瓷、玻璃、塑料材料、層壓材料等等)形成。在內(nèi)部包封層上或內(nèi)部包封層中可以形成金屬化層和/或通孔，在該金屬化層和/或通孔上可以形成可選的阻焊層。
[0065]以下描述了制造電子模塊的方法的示例性實(shí)施例。然而，針對(duì)這些實(shí)施例所描述的特征和元件可以與電子模塊的示例性實(shí)施例組合。
[0066]根據(jù)該方法的示例性實(shí)施例，對(duì)包封體的模塑包括形成被配置為固定到外部結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)。
[0067]根據(jù)該方法的示例性實(shí)施例，多個(gè)電子芯片附著到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層，并且該方法還包括包圍多個(gè)電子芯片形成內(nèi)部包封體。
[0068]具體而言，多個(gè)電子芯片可以形成陣列，并且內(nèi)部包封層可以形成陣列包封。因此，可以形成某種類型的面板或多塊，此后可以以類似批量的方式來進(jìn)一步處理該面板或多塊，例如，通過在可以執(zhí)行單片化步驟之前布置或接觸(電的)再分布層和/或阻焊層，以對(duì)面板或多塊進(jìn)行劃分或單片化并且從而形成多個(gè)原始電子模塊，然后可以對(duì)這些原始電子模塊進(jìn)一步處理(例如，通過附著引線框架和/或在原始電子模塊上形成外部模塑包封體)，從而制造電子模塊。應(yīng)當(dāng)要注意，(原始)電子模塊中的一個(gè)、一些或所有(原始)電子模塊可以包括多個(gè)電子芯片或管芯。
[0069]應(yīng)當(dāng)要提到的是，不僅可以包圍多個(gè)電子芯片形成內(nèi)部包封體(例如，用于形成面板或多塊)(此后對(duì)這些電子芯片進(jìn)行單片化以形成多個(gè)電子模塊)，而且可以包圍單個(gè)電子模塊或單個(gè)內(nèi)插器形成內(nèi)部包封體(意在此后形成單個(gè)電子模塊)。
[0070]根據(jù)該方法的示例性實(shí)施例，多個(gè)電子芯片附著到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層，并且該方法還包括布置再分布層，其中再分布層與多個(gè)電子芯片電接觸。
[0071 ]具體而言，(電的)再分布層可以被布置在對(duì)多個(gè)電子芯片進(jìn)行包封的內(nèi)部或面板包封體中?？蛇x地，可以執(zhí)行另外的步驟，如在再分布層上形成阻焊層和/或?qū)γ姘宓膯纹襟E(其可以對(duì)電子芯片或多個(gè)原始電子模塊進(jìn)行單片化)。在單片化步驟之后，引線框架或另一種(載體)結(jié)構(gòu)可以附著到單片化的電子模塊。之后可以執(zhí)行模塑處理，該處理形成模塑或外部包封體。
[0072]以下將針對(duì)附圖來更詳細(xì)地描述電子模塊以及制造電子模塊的方法的特定實(shí)施例。所描述的實(shí)施例中的一些實(shí)施例可以提供以下效果或益處中的一個(gè)。具體而言，這些實(shí)施例可以提供對(duì)電子功率模塊的高效和/或穩(wěn)健的冷卻。電子模塊或電子封裝可以容易地安裝到外部結(jié)構(gòu)上和/或可以提供空間節(jié)省解決方案。原則上，為了提供良好的散熱或排熱，限制的有機(jī)材料或?qū)涌赡懿皇潜匾?。電子模塊可以提供至應(yīng)用(在該應(yīng)用中使用電子模塊)的容易和良好定義的接口和/或良好定義的操作或性能參數(shù)。
[0073]圖1示意性地示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的電子模塊100的剖面圖。具體而言，電子模塊100包括內(nèi)插器101，內(nèi)插器101由陶瓷材料制成并且包括形成在內(nèi)插器101中的流體通道102。此外，例如銅的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層103直接形成(例如，印刷或燒結(jié))在內(nèi)插器101的主體上。例如，銅層或銅箔可以印刷在陶瓷材料上并且此后可以通過蝕刻處理來結(jié)構(gòu)化。
[0074]替代地，可以執(zhí)行如激光印刷之類的形狀“生成”處理(例如，3D印刷)，以形成結(jié)構(gòu)化層。此外，電子模塊100包括多個(gè)電子芯片或管芯104，這些電子芯片或管芯104通過接合、焊接、粘合層等等(在圖1A中用層105示意性地指示)來附著到結(jié)構(gòu)化層103。因此，電子芯片也附著到內(nèi)插器。
[0075]如可以看到的，內(nèi)插器101包括兩個(gè)主表面:上部主表面和下部主表面，在這兩個(gè)主表面上形成(燒結(jié))相應(yīng)的結(jié)構(gòu)化層并且每個(gè)結(jié)構(gòu)化層具有附著到其上的多個(gè)電子芯片。
[0076]如上面所描述的，(陶瓷)內(nèi)插器包括或形成流體通道102或中空空間的側(cè)壁，可以引導(dǎo)如水或油之類的流體冷卻介質(zhì)通過該流體通道或中空空間(在圖1A中用箭頭106示意性地指示)。在簡(jiǎn)單的中空空間的情況下，如冷卻片(cooling fin)之類的一些結(jié)構(gòu)可以凸出到中空空間中。流體通道包括輸入端107和輸出端108，其中輸入端107和輸出端108可以由內(nèi)插器的相同(陶瓷)材料形成或者可以由另一種材料形成。輸入端和輸出端可以形成在相對(duì)側(cè)上(如圖1A中所示出的)或者相鄰側(cè)上。
[0077]此外，包圍多個(gè)電子芯片和流體通道102形成模塑包封體109。僅外部電連接件(例如，引線框架的一部分;剖面圖中未示出)以及輸入端107和輸出端108的一部分保持不具有形成包封體的模塑材料。引線框架可以經(jīng)由導(dǎo)線和/或夾片接合連接到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層。
[0078]圖1B示意性地示出了類似的電子模塊120的剖面圖，其中，沿著與圖1A的剖面圖垂直的方向(即，與輸入端和輸出端垂直并與流體通道134相交)來獲得該剖面圖。此外，可以在左側(cè)和右側(cè)看到引線框架部分122。這些引線框架部分可以具有不同的尺寸并且可以分別用于邏輯信號(hào)路徑和功率路徑。另外，示出了接合導(dǎo)線123將引線框架部分與直接形成在陶瓷主體125上的金屬結(jié)構(gòu)化層進(jìn)行連接。
[0079]此外，電子芯片130附著到圖1B的內(nèi)插器的兩個(gè)主表面，具體而言，附著到相應(yīng)的金屬結(jié)構(gòu)化層124。例如，電子芯片可以?shī)A片接合132或?qū)Ь€接合131到金屬結(jié)構(gòu)化層124。應(yīng)當(dāng)要注意，優(yōu)選地，電子芯片可以與引線框架部分相齊平，如圖1B中所示出的。為了達(dá)到齊平，引線框架部分可以如圖1B中所示出的彎曲。這種齊平可以引起以下事實(shí):接合導(dǎo)線123可以相當(dāng)短，這可以提高電子模塊的性能。此外，示出了包封體133對(duì)內(nèi)插器以及附著或接合到其上的電子芯片進(jìn)行包封。應(yīng)當(dāng)要注意，雖然圖1B中示出了若干個(gè)單獨(dú)的流體通道134，但是內(nèi)插器中也可以形成一個(gè)流體通道，其中流體通道基本上填充內(nèi)插器的整個(gè)內(nèi)部。
[0080]圖2A和圖2B示意性地示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的電子模塊200的透視圖，其中圖2B表不圖2A的電子模塊的剖面圖。具體而言，電子模塊200包括內(nèi)插器201(的主體)，內(nèi)插器201由陶瓷材料制成并且在其中形成中空空間或流體通道202(參見圖2B)。此外，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層203直接形成或燒結(jié)在內(nèi)插器201的主體上。
[0081 ] 此外，電子模塊200包括多個(gè)電子芯片或管芯204，這些電子芯片或管芯204通過接合(例如，焊接接合)附著到結(jié)構(gòu)化層203。因此，電子芯片也附著到內(nèi)插器。
[0082]如可以看到的，內(nèi)插器201在其中形成中空空間，并且該中空空間具有上部主表面和下部主表面，并且每個(gè)主表面均具有附著到其上的多個(gè)電子芯片。
[0083]可以引導(dǎo)如水之類的流體冷卻介質(zhì)通過中空空間。流體通道包括輸入端207和輸出端208，其中輸入端207和輸出端208可以由與內(nèi)插器201中的中空空間處于流體連通的、內(nèi)插器中相應(yīng)的孔形成。
[0084]此外，包圍多個(gè)電子芯片和流體通道202形成模塑包封體209。僅外部電連接210(例如，引線框架的一部分)保持不具有形成包封體的模塑材料。
[0085]圖3示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的制造電子模塊的方法300的流程圖。具體而言，該方法包括:提供內(nèi)插器，該內(nèi)插器包括形成在電隔離材料和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層中的流體通道，其中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層直接形成在電隔離材料上(步驟301)。此外，至少一個(gè)電子芯片附著到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層并且與流體通道熱接觸(步驟302)。另外，至少部分地包圍至少一個(gè)電子芯片來模塑包封體。
[0086]通常，制造方法可以基于引線框架安裝概念并且可以包括形成(用于散熱)層堆疊，包括:傳導(dǎo)層(如銅)，其用于擴(kuò)散熱量；隔離層(例如，陶瓷)，其形成冷卻通道或冷卻體(例如，包括冷卻片的中空空間)并且由形成電子模塊的殼體的模塑材料來包封。具體而言，限定中空空間的陶瓷材料也可以形成內(nèi)插器。因此，可以提供僅具有非常少量的層(例如，傳導(dǎo)層(Cu)、隔離層(陶瓷))的散熱堆疊以及中空空間(或者流經(jīng)中空空間的冷卻流體)。
[0087]圖4A至圖4F示出了示意性透視圖，該透視圖示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的、經(jīng)過不同步驟后的電子模塊400的制造過程。
[0088]具體而言，圖4A示出了經(jīng)過在一個(gè)或若干個(gè)電子芯片或管芯401附著到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層402(其直接形成在內(nèi)插器的電隔離材料404上)后制造電子模塊400的過程。在內(nèi)插器主體中形成流體通道，其中用輸入端403來指示該流體通道。圖4B示意性地示出了經(jīng)過在管芯上形成(內(nèi)部)包封體410后的過程，其中包封體410可以由模塑材料或化合物、樹脂、玻璃、層壓材料、塑料或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧闲纬伞?br>[0089 ]圖4C示意性地示出了經(jīng)過在(內(nèi)部)包封體410上或(內(nèi)部)包封體410中形成金屬化層411和/或通孔后的過程，其中在(內(nèi)部)包封體410上形成阻焊層412，圖4D中示出了阻焊層412。在形成金屬化層之前，可以形成種晶層和/或可以執(zhí)行熱激活步驟。在下一步驟中，引線框架413可以附著到阻焊層(圖4E中示意性地示出了該步驟)。如圖4E中可以看到的，引線框架的引線的尺寸可以不同，例如，較寬的引線416可以用于傳導(dǎo)功率，而較窄和/或較細(xì)的引線可以用于傳導(dǎo)控制信號(hào)或邏輯信號(hào)。圖4F示意性地示出了經(jīng)過形成(外部)包封體414并且流體端415附著或布置到(外部)包封體414上或(外部)包封體414中并且與(未示出的)流體通道處于流體連通后所制造的電子模塊。雖然示出流體端附著到或形成在包封體或內(nèi)插器的相對(duì)側(cè)，但是不言而喻，它們也可以布置在相同側(cè)或相鄰側(cè)。
[0090]圖5A至圖5F示出了示意性透視圖，該透視圖示出了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的、經(jīng)過不同步驟后的電子模塊500的制造過程。與圖4形成對(duì)比，圖5示出了其中使用包括電子芯片510的陣列的面板或多塊的制造過程。具體而言，圖5A示出了電子芯片或管芯的陣列，該電子芯片或管芯的陣列由(內(nèi)部)包封體501來包封并且形成面板。圖5B示出了經(jīng)過在陣列包封體上形成(電)再分布層502后的圖5的過程，其中在陣列包封體上形成或布置阻焊層503，如圖5C中所示出的。例如，可以通過所謂的圖案電鍍處理來形成再分布層。
[0091]圖5D示出了經(jīng)過單片化步驟后(S卩，在對(duì)面板進(jìn)行了劃片以使得形成了單個(gè)電子模塊500之后)的圖5的過程。在下一步驟中，引線框架504可以附著到阻焊層503，圖5E中示意性地示出了該步驟。與圖4中一樣，引線框架的引線的尺寸可以不同，例如，較寬的引線511可以適合于功率信號(hào)，而較窄的引線512可以適合于邏輯信號(hào)。圖5F示意性地示出了經(jīng)過形成(外部)包封體505并且流體端506附著或布置到(外部)包封體505上或(外部)包封體505中并且與(未示出的)流體通道處于流體連通后所制造的電子模塊500。雖然示出流體端附著或形成在包封體或內(nèi)插器的一個(gè)公共側(cè)，但是不言而喻，它們可以也可以布置在相對(duì)側(cè)或相鄰側(cè)。
[0092]根據(jù)特定的實(shí)施例，提供了一種電子模塊，該電子模塊由于在電子模塊的功率周期期間減小的機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力而具有提高的可靠性。這種應(yīng)力的減小可以是由于以下事實(shí):電子芯片所附著到的(金屬)結(jié)構(gòu)化層部分地?zé)Y(jié)到內(nèi)插器的陶瓷主體中或者至少與內(nèi)插器的陶瓷主體一起燒結(jié)。因此，以下情況是有可能的:一方面，達(dá)到內(nèi)插器的陶瓷主體和結(jié)構(gòu)化層之間的可靠連接，并且另一方面，結(jié)構(gòu)化層的材料的孔大小可以在適當(dāng)?shù)姆秶幸员愦_保結(jié)構(gòu)化層和內(nèi)插器主體的陶瓷材料之間的低應(yīng)力。
[0093]還應(yīng)當(dāng)要注意，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其它的元件或特征，并且“一”或“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)。此外，與不同實(shí)施例相關(guān)聯(lián)所描述的元件可以組合。還應(yīng)當(dāng)注意，附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。雖然參考特定的實(shí)施例來具體示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)要理解，在不偏離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中對(duì)形式和細(xì)節(jié)做出各種改變。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求表示，并且本發(fā)明由此旨在包含權(quán)利要求的等同形式的含義和范圍內(nèi)的所有改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電子模塊，包括: 內(nèi)插器，所述內(nèi)插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層； 至少一個(gè)電子芯片，所述至少一個(gè)電子芯片附著到所述導(dǎo)電層并且與所述流體通道熱接觸；以及 模塑包封體，所述模塑包封體被形成為至少部分地包圍所述至少一個(gè)電子芯片， 其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層直接形成在所述電隔離材料上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，其中，所述內(nèi)插器包括陶瓷材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子模塊，其中，所述陶瓷材料是經(jīng)燒結(jié)的。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子模塊，其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層包括金屬并且與所述陶瓷材料一起燒結(jié)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，還包括另外的電子芯片，其中，所述至少一個(gè)電子芯片被布置在所述內(nèi)插器的第一主表面上，并且所述另外的電子芯片被布置在所述內(nèi)插器的第二主表面上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，其中，所述至少一個(gè)電子芯片通過燒結(jié)處理附著到所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，還包括外部電接觸件，所述外部電接觸件連接到所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層并且部分地嵌入到所述模塑包封體中。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，其中，所述電子芯片通過選自包含以下項(xiàng)的組中的接合處理而連接到所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層: 導(dǎo)線接合； 夾片接合； 激光熔接； 焊接； 電阻熔接；以及 超聲波熔接。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，其中，所述模塑包封體包括表面結(jié)構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)被配置為將所述電子模塊固定到外部結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子模塊，其中，所述表面結(jié)構(gòu)具有選自包含以下項(xiàng)的組中的形狀: 凹槽； 舌狀物； 螺孔； 柳釘； 螺絲；以及 凹陷。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，還包括嵌入到所述模塑包封體中的固定元件。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，其中，所述至少一個(gè)電子芯片是包含以下項(xiàng)的組中的一項(xiàng): 功率晶體管； 功率二極管；以及 邏輯部件。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，還包括至少部分地嵌入到所述模塑包封體中的無源電氣組件。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層包括不同尺寸的部分。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，其中，所述包封體包括包封劑和填充材料。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊，還包括再分布層。17.—種制造電子模塊的方法，所述方法包括: 提供內(nèi)插器，所述內(nèi)插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層，其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層直接形成在所述電隔離材料上； 將至少一個(gè)電子芯片附著到所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層并且使所述至少一個(gè)電子芯片與所述流體通道熱接觸；以及 將包封體模塑為至少部分地包圍所述至少一個(gè)電子芯片。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，對(duì)所述包封體進(jìn)行的所述模塑包括形成表面結(jié)構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)被配置為被固定到外部結(jié)構(gòu)。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，多個(gè)電子芯片附著到所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層，并且所述方法還包括將內(nèi)部包封體形成為包圍所述多個(gè)電子芯片。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，多個(gè)電子芯片附著到所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)化層，并且所述方法還包括將再分布層布置為與所述多個(gè)電子芯片電接觸。
【文檔編號(hào)】H01L23/31GK106098638SQ201610265239
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日 公開號(hào)201610265239.0, CN 106098638 A, CN 106098638A, CN 201610265239, CN-A-106098638, CN106098638 A, CN106098638A, CN201610265239, CN201610265239.0
【發(fā)明人】E·菲爾古特, M·格魯貝爾, W·哈布萊
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