具有集成的功率電子電路系統(tǒng)和邏輯電路系統(tǒng)的模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及功率電子電路系統(tǒng)，尤其是集成有邏輯電路系統(tǒng)的功率電子電路系統(tǒng)，該邏輯電路系統(tǒng)控制功率電路系統(tǒng)的運(yùn)行。
【背景技術(shù)】
[0002]許多應(yīng)用(比如，汽車應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用)使用功率電子電路系統(tǒng)，比如，絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，M0SFET)、功率二極管等。例如，常見的功率電路包括單相半波整流器和多相半波整流器、單相全波整流器和多相全波整流器、電壓調(diào)節(jié)器等。集成功率模塊(Integrated Power Module IPM)包括功率電子電路系統(tǒng)和邏輯電路系統(tǒng)兩者，該邏輯電路系統(tǒng)用于控制功率電子電路系統(tǒng)的運(yùn)行。在一些常規(guī)IPM中，功率裸片(芯片)被附接至功率電子基板，比如，直接鍵合銅(Direct BondedCopper DBC)、絕緣金屬基板(Insulated Metal Substrate，IMS)或活潑金屬銅焊(ActiveMetal Brazed，AMB)基板。邏輯裸片被表面裝配至單獨(dú)的邏輯印刷電路板。然后，功率電子基板通過剛性連接器被連接至該邏輯印刷電路板。在其他常規(guī)IPM中，連接機(jī)制并不是這么龐大。然而，功率裸片通常被表面裝配至第二印刷電路板。在這兩種IPM實(shí)施中，有效面積需要容納各個(gè)部分，這增加了 IPM的總體大小和成本。其他的常規(guī)IPM把功率半導(dǎo)體模塊嵌入至邏輯印刷電路板之內(nèi)。雖然該方法減少了實(shí)施IPM所需的面積，但其具有顯著變多的過程步驟并且成本昂貴。因此，需要更小的、更簡單的并且更具性價(jià)比的IPM解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一種使功率電子電路系統(tǒng)和邏輯電路系統(tǒng)互相連接的方法的實(shí)施例，該方法包括:提供多層的邏輯印刷電路板和埋置功率半導(dǎo)體模塊，該埋置功率半導(dǎo)體模塊包括被埋置在介電材料之中的一個(gè)以上功率半導(dǎo)體裸片；將該一個(gè)以上邏輯裸片裝配至邏輯印刷電路板的表面；并且在埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間形成整體的柔性連接，該整體的柔性連接將埋置功率半導(dǎo)體模塊機(jī)械地連接至邏輯印刷電路板，并提供埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間的電氣通路。
[0004]根據(jù)一種集成功率模塊的實(shí)施例，該模塊包括埋置功率半導(dǎo)體模塊、多層邏輯印刷電路板和柔性連接，該埋置功率半導(dǎo)體模塊包括被埋置在介電材料中的一個(gè)以上功率半導(dǎo)體裸片，該多層邏輯印刷電路板具有被裝配至該邏輯印刷電路板的表面的一個(gè)以上邏輯裸片，并且該柔性連接被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間。該柔性連接將埋置功率半導(dǎo)體模塊機(jī)械地連接至邏輯印刷電路板，并且提供埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間的電氣通路。
[0005]通過閱讀下面的【具體實(shí)施方式】以及參看附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能認(rèn)識到其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0006]附圖中的元件不一定是彼此相對成比例的。相似的附圖標(biāo)記指相應(yīng)的類似部件。各種所示實(shí)施例的特征能夠被結(jié)合，除非其彼此排斥。實(shí)施例在附圖中被示出，并且在接下來的【具體實(shí)施方式】中進(jìn)行了詳細(xì)說明。
[0007]圖1示出了集成功率模塊的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間柔性連接；
[0008]圖2示出了集成功率模塊的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間的柔性連接；
[0009]圖3A至圖3D、圖4A和圖4B以及圖5至圖10示出了使用集成功率模塊來使功率電子電路系統(tǒng)與邏輯電路系統(tǒng)互相連接的方法的一個(gè)實(shí)施例的不同階段；
[0010]圖11示出了集成功率模塊的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間柔性連接；
[0011]圖12示出了集成功率模塊的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間柔性連接；
[0012]圖13示出了集成功率模塊的又一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板之間柔性連接；
[0013]圖14至圖17示出了使用集成功率模塊來使功率電子電路系統(tǒng)與邏輯電路系統(tǒng)互相連接的方法的另一個(gè)實(shí)施例的不同階段。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本文中所描述的實(shí)施例提供了具有被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊和邏輯印刷電路板(PCB)之間柔性連接的IPM(集成功率模塊。PCB使用由層壓在非導(dǎo)電的基板材料之上的銅片(箔)蝕刻形成的導(dǎo)電的軌(痕)、焊盤和其他特征，機(jī)械地支撐和電連接電子部件。PCB可以是單面的(例如，一個(gè)銅層)、雙面的(例如，兩個(gè)銅層)或多層的。在不同層上的導(dǎo)體與電鍍孔通孔(via)、激光鉆孔的微通孔、導(dǎo)電膠通孔(例如，ALIVH、B2it)等被連接。先進(jìn)的PCB可包括被埋置在PCB樹脂材料中和/或被裝配至PCB表面的部件(比如，電容器、電阻器或有源器件)。在每種情況下，IPM的邏輯PCB包括用于控制埋置功率半導(dǎo)體模塊的功率電路系統(tǒng)的邏輯電路系統(tǒng)。IPM的柔性連接將埋置功率半導(dǎo)體模塊機(jī)械地連接至邏輯印刷電路板，并且提供該埋置功率半導(dǎo)體模塊和該邏輯印刷電路板之間的電氣通路。本文中所描述的IPM解決方案通過使用例如柔性的互相連接技術(shù)(比如，柔性的FR-4、柔性的PCB技術(shù)、柔性的印刷電路(FCP)技術(shù)等)，允許高密度邏輯PCB與埋置功率技術(shù)的結(jié)合。
[0015]圖1示出了一個(gè)IPM的實(shí)施例的剖視圖。根據(jù)該實(shí)施例，IPM包括埋置功率半導(dǎo)體模塊100、多層邏輯印刷電路板(PCB) 102和柔性連接104，柔性連接104被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊100和邏輯PCB 102之間。由于模塊100包括被埋置在介電材料108中的一個(gè)以上功率半導(dǎo)體裸片106，因此功率半導(dǎo)體模塊100是“埋置模塊”。被包括在功率半導(dǎo)體模塊100中的功率半導(dǎo)體裸片106可包括任何類型的功率半導(dǎo)體器件，比如垂直電流功率晶體管、橫向功率晶體管、分立智能功率晶體管、功率二極管等。在一個(gè)實(shí)施例中，埋置功率半導(dǎo)體模塊100包括金屬塊110，功率半導(dǎo)體裸片106被附接至金屬塊110。金屬塊110和功率半導(dǎo)體裸片106被埋置在介電材料108中。在一個(gè)實(shí)施例中，功率半導(dǎo)體模塊100的介電材料108作為層壓過程的部分被形成，該層壓過程被用來制造IPM。在另一個(gè)實(shí)施例中，埋置功率半導(dǎo)體模塊100在PCB處理期間被嵌入至邏輯PCB 102之中。另一種其他類型的埋置功率半導(dǎo)體模塊可以被使用。
[0016]另外的有源部件和/或無源部件112可被裝配至埋置功率半導(dǎo)體模塊100的表面101。另外的部件112可通過圖案化的金屬箔114和導(dǎo)電通孔116被電連接至功率半導(dǎo)體裸片106，金屬箔114位于埋置功率半導(dǎo)體模塊100的裝配表面101，導(dǎo)電通孔116在圖案化的金屬箔114和功率半導(dǎo)體裸片106之間延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，IPM模塊通過層壓過程被形成，并且圖案化的金屬箔114是被層壓在埋置功率半導(dǎo)體模塊100和多層邏輯PCB102之上的最上面的層壓基板的部分。用于控制功率半導(dǎo)體裸片106的運(yùn)行的一個(gè)以上邏輯裸片118以及對應(yīng)的無源部件120被裝配至邏輯PCB 102的外部表面103。例如，邏輯裸片118和無源部件120可以是表面裝配技術(shù)(Surface Mount Technology SMT)器件。邏輯裸片118可包括用于控制功率半導(dǎo)體裸片106的運(yùn)行的任何類型的電子器件(比如，控制器、驅(qū)動器等)。
[0017]在任何情況下，被整體地形成在埋置功率半導(dǎo)體模塊100和邏輯PCB 102之間的柔性連接104機(jī)械地將埋置功率半導(dǎo)體模塊100連接至邏輯PCB 102，并且還提供埋置功率半導(dǎo)體模塊100和邏輯PCB 102之間的電氣通路。柔性連接104 “被整體地形成”在埋置功率半導(dǎo)體模塊100和邏輯PCB 102之間，因此柔性連接104不易與埋置功率半導(dǎo)體模塊100或邏輯PCB 102分離。相反地，在IPM制造過程期間，柔性連接104變成埋置功率半導(dǎo)體模塊100和邏輯PCB 102的整體部分或組成部分。在一個(gè)實(shí)施例中，IPM通過本文中稍后將更詳細(xì)描述的層壓過程被形成，并且柔性連接104包括被層壓至埋置功率半導(dǎo)體模塊100和邏輯PCB 102的層壓基板。根據(jù)此實(shí)施例，由該整體的柔性連接所提供的電氣通路由被布置在該層壓基板的介電材料124上的金屬箔122所形成。熱沉或板126可在埋置功率半導(dǎo)體模塊100下方被附接至金屬箔122，例如用來提升在IPM的此區(qū)域中的散熱，或提供與另外的組件的連接。
[0018]通常地，整體的柔性連接104可具有例如通過層壓層壓板和銅層被形成的一個(gè)以上電連接層。整體的柔性連接104橋接了埋置功率半導(dǎo)體模塊100和邏輯PCB 102之間的間隙或空間，并且提供功率模塊100和邏輯PCB 102之間的柔性機(jī)械連接和電連接。整體的柔性連接104可根據(jù)IPM所被使用的應(yīng)用，以各種配置被彎曲。例如在圖1中，整體的柔性連接104被彎曲，從而邏輯PCB 102處于一個(gè)平面(A)，并且埋置功率半導(dǎo)體模塊100處于不同的平面(B)。在一個(gè)實(shí)施例中，柔性連接104被彎曲，從