包括流體冷卻通道的電子模塊及其制造方法

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。各個實施例提供了一種電子模塊，該電子模塊包括：內插器，該內插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導電結構化層；至少一個電子芯片，該至少一個電子芯片附著到導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電子芯片的模塑包封體，其中，導電結構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
技術領域
[0001 ]各個實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】
[0002]在現場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，每個通道具有單獨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通道的中間板，該入口引導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通道，該出口引導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。

【發明內容】

[0004]各個實施例提供了一種電子模塊，所述電子模塊包括:內插器(interposer)，所述內插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導電結構化層;至少一個電子芯片，所述至少一個電子芯片附著到所述導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電子芯片，其中，所述導電結構化層直接形成在所述電隔離材料上。
[0005]此外，各個實施例提供了一種制造電子模塊的方法，其中，所述方法包括:提供內插器，所述內插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導電結構化層，其中，所述導電結構化層直接形成在所述電隔離材料上;將至少一個電子芯片附著到所述導電結構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，通常將重點放在說明本發明的原理上。在以下描述中，參考以下附圖描述各個實施例，其中:
[0007]圖1A示意性地示出了根據示例性實施例的電子模塊的剖面圖；
[0008]圖1B示意性地示出了根據示例性實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示例性實施例的電子模塊的透視圖；
[0010]圖3示出了根據示例性實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示例性實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另一個示例性實施例的制造方法的不同步驟。
【具體實施方式】
[0013]以下描述了電子模塊以及制造電子模塊的方法的進一步的示例性實施例。應當要注意，在一個特定的示例性實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施例組合。
[0014]本文中使用詞語“示例性的”來表示“用作例子、實例或說明”。本文中被描述為“示例性”的任何實施例或設計方案不一定解釋為比其它實施例或設計方案優選或有利。
[0015]各個示例性實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，該模塊包括內插器，該內插器包括由電隔離材料形成的主體，并且該內插器具有嵌入到其中的至少一個流體通道以及直接形成在其上的導電結構化層。至少一個或多個電子芯片或半導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插器的導電結構化層。至少一個電子芯片與流體通道熱接觸，使得能夠排放或導出由至少一個電子芯片生成的熱量。此外，至少一個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，在內插器中可以僅提供一個流體通道，并且該流體通道可以具有蜿蜒的形狀或外形，或者可以是單個腔室或中空空間。具體而言，流體通道可以直接形成在內插器的主體中，并且不形成附著到內插器的另一個元件或單元。即，限定流體通道的壁(側壁和/或下壁和/或上壁)可以是內插器的一部分，具體而言是電隔離材料所形成的內插器的主體的一部分。此外，應當提到的是，多個內插器可以彼此堆疊。具體而言，電子模塊可以包括若干個內插器的堆疊或者甚至多個電子模塊可以彼此堆疊。
[0017]應當要注意，原則上，針對所使用的電子芯片或半導體芯片不會給出限制，例如，針對所使用的半導體材料(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(其保護電子芯片不與冷卻流體直接接觸)中，因此會出現這種情況。此外，電子模塊可以包括多個電子芯片或管芯。
[0018]由于(冷卻)流體的高的熱容量或導熱性，因此甚至有可能在小的包封電子模塊或電子封裝中實現高功率電子芯片，使得可以達到高的功率密度。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機械應力或斷裂的改善的保護。
[0019]具體而言，應當提及的是，模塑包封體直接形成于內插器并且必須與預先制造的殼體(該殼體然后包圍電子芯片布置)相區別。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，環氧樹脂和/或有機硅。
[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]應當要注意，為了將至少一個電子芯片附著到內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電結構化層，另外的(例如，有機的)中間層可能不是必要的。這些有機層通常用于公共(包封的)電子模塊中。然而，為了提高性能，對這些有機層的可能的省略也許是有用的，這是因為這些有機層通常引起有關導熱性的大變化，會引起高的耐熱性，這會限制電子模塊的壽命和/或會增加對于電子模塊而言必要的體積。雖然這些有機層在開始時可以呈現良好的性能，但是它們通常相當快速地老化，這導致隨時間退化的速度增加(增加的電阻導致增加的產熱，增加的產熱導致增加的電阻，以此類推)。在可以使用“高溫”半導體(如氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC))的情況下，這種老化現象甚至會更重要。具體而言，僅可選的接合層可以放置在內插器和電子芯片之間。
[0022]具體而言，結構化層可以是通過減成(subtractive)處理(如蝕刻)來結構化的導電層。此外，導電結構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，形成結構化層的導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于給定性能(例如，功率容量)而言相當小的電子模塊。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。效率的增加轉而可以使得對于給定應用而言必要的電子模塊的數量能夠減少。另外，有可能將由冷卻流體導出的熱能用于其它目的。例如，在使用該模塊的電動汽車的情況下，廢熱可以用于在冬天對汽車或電池進行加熱等等。
[0024]此外，由于經由流體來排放熱量的事實，因此對用于包封體的材料的限制可以減輕。因此，對于電子模塊和周圍環境(電子模塊在該周圍環境中使用或固定到該周圍環境)之間的熱接觸，用于增加熱容量和/或導熱性的導熱區域(如金屬板等等)可能不是必要的。然而，應當提到的是，可以例如經由引線框架或者布置在電子芯片的前側和/或后側或者與所述前側和/或后側熱接觸的導熱間隔件來給出另外的導熱或排熱路徑。該周圍環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使用流體冷卻系統(流體通道可以容易地連接到該流體冷卻系統)的環境或應用中。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，可以提供具有低復雜性的緊湊模塊。具體而言，當使用該模塊時，通常由應用(模塊用于該應用中)來執行或負責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域的情況下，汽車制造商不必負責散熱特征和/或隔離特征(除了供應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施例。然而，針對這些實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施例組合。
[0028]根據電子模塊的不例性實施例，內插器包括陶瓷材料。
[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材料。
[0030]根據電子模塊的示例性實施例，陶瓷材料是經燒結的。
[0031]根據電子模塊的示例性實施例，導電結構化層包括金屬并且與陶瓷材料一起燒結。
[0032]具體而言，金屬可以是銅。例如，可以附著銅箔，然后通過蝕刻來對銅箔進行結構化，并且此后進行接合。替代地，此后可以印刷(通過使用金屬膏)并燒結金屬結構化層。另外的替代過程可以是使用3D“印刷”或生成技術，例如，使用激光來直接從金屬粉末形成傳導結構(其也可以已經由激光燒結)。通過將金屬材料與陶瓷材料一起燒結，這兩種材料之間的連接件或接頭可以呈現大的強度，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復合物或化合物。
[0033]當然應當要注意，可以在金屬結構化層上放置或布置另外的層或細化層。例如，可以通過化學鍍處理來放置鎳層、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微米的孔大小的結構化層。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)引起的機械應力(例如，在電子裝置或芯片和內插器的銅層之間的機械應力)最小化。因此，電子模塊可以呈現提高的可靠性和/或增加的壽命。
[0035]根據不例性實施例，電子模塊還包括另外的電子芯片，其中，所述至少一個電子芯片被布置在內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插器的相對側上。應當要注意，對于每個主表面，可以提供單獨的導電結構化層和/或引線框架。即，內插器可以包括另外的導電結構化層(每個主表面一個導電結構化層)。此外，還可以在內插器的其它側或表面上提供另外的導電結構化層。
[0037]當然應當要注意，多個電子芯片可以被布置在主表面或結構化層中的一個或每個主表面或結構化層上。應當要注意，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動器(例如，門控驅動器)。
[0038]根據電子模塊的示例性實施例，至少一個電子芯片通過燒結處理附著到導電結構層。
[0039]例如，可以由無壓燒結處理基于用于該無壓燒結處理的特定膏體來執行附著。電子芯片可以直接接合到內插器或芯片載體。例如，導電結構化層可以是銅層或銀層。替代地或另外地，可以通過(任何適當的)粘合材料或層和/或焊接處理(例如，擴散焊接)來執行附著。
[0040]根據示例性實施例，電子模塊還包括外部電接觸件，該外部電接觸件連接到導電結構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，應當要注意，外部電接觸件可以被焊接到導電結構化層并且可以(部分地)保持不具有模塑包封體的材料。
[0042]根據電子模塊的示例性實施例，導電結構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的組中選擇的:導線接合;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，銅導線和/或鋁導線和/或金導線和/或銀導線可以用于導線接合。這種接合連接還可以經由引線框架提供至外部結構或環境的(小的)另外的熱連接。然而，經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，接合結構、引線框架和/或結構化層均可以包括不同尺寸或尺寸標注的部分。例如，一些部分或區段可以由相對粗和/或寬的結構來形成，使得可以傳送相當高的電流。另外，其它部分可以由相對細和/或窄的結構來形成并且可以主要用于低電流，例如，邏輯信號。
[0044]根據電子模塊的示例性實施例，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構的表面結構。
[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或多個表面結構。該表面結構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構。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構的大量外形或形狀。具體而言，使用該表面或固定結構可以具有以下益處:在將電子模塊安裝到外部結構時，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將電子模塊固定在外部結構的任意期望的點，具體而言，這是由于在固定或附著的點可能不必提供與外部結構的良好熱接觸(例如，通過使用電子模塊和外部結構之間的大的接觸表面和/或提供具有高導熱性的材料)。
[0047]根據電子模塊的示例性實施例，表面結構具有從包括以下各項的組中選擇的形狀:凹槽;舌狀物;螺孔;柳釘;螺絲；以及凹陷。
[0048]通常，表面結構可以具有任何形狀，該形狀適合于提供與匹配或互補表面結構(其形成于電子模塊應當附著到的外部結構或元件中或者該外部結構或元件上)的形狀適配或正適配(positive fit)。當使用模塑化合物來進行包封時，可以相對容易地形成這種表面結構，這是因為典型的模塑化合物或材料可以比陶瓷化合物(其有時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該陶瓷材料。
[0049]根據示例性實施例，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固定元件上。
[0051 ]根據電子模塊的示例性實施例，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到外部結構的任何區域或結構(輸入端和輸出端除外)。
[0054]例如，在模塑包封體的外側可以不形成金屬(例如，銅)墊。具體而言，模塑包封體可以具有相當低的導熱性，或者至少不會給出有關模塑材料的導熱性的限制。具體而言，對于整個內插器僅提供一個輸入端和一個輸出端。因此，可以簡化至外部結構的連接。
[0055]根據電子模塊的不例性實施例，至少一個電子芯片是包括以下各項的組中的一個: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)驅動器)或者由其形成。
[0056]根據示例性實施例，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電結構化層。
[0058]根據電子模塊的不例性實施例，導電結構化層包括不同尺寸的部分。
[0059]具體而言，導電結構化層可以包括相對細的部分和/或包括具有窄的結構的部分。這些部分可以適合于傳導用于邏輯信號的相對低的電流。其它部分可以具有相對較大的厚度和/或可以包括較寬的結構。這些部分可以適合于傳導較高的電流。
[0060]根據電子模塊的示例性實施例，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，有可能提供還充當用于散去(廢)熱能的另外的導熱路徑的包封體。例如，這種包封體在減小對至少一個電子芯片的操作期間出現的熱峰值中可能是有效的。
[0062]根據不例性實施例，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電子芯片上或者優選地多個電子芯片，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電子芯片的情況下(這可以降低生產成本)，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，硅或環氧樹脂)形成的一層，而內部包封層可以由模塑化合物或者任何其它適當的材料(例如，陶瓷、玻璃、塑料材料、層壓材料等等)形成。在內部包封層上或內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施例。然而，針對這些實施例所描述的特征和元件可以與電子模塊的示例性實施例組合。
[0066]根據該方法的示例性實施例，對包封體的模塑包括形成被配置為固定到外部結構的表面結構。
[0067]根據該方法的示例性實施例，多個電子芯片附著到導電結構化層，并且該方法還包括包圍多個電子芯片形成內部包封體。
[0068]具體而言，多個電子芯片可以形成陣列，并且內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一步處理該面板或多塊，例如，通過在可以執行單片化步驟之前布置或接觸(電的)再分布層和/或阻焊層，以對面板或多塊進行劃分或單片化并且從而形成多個原始電子模塊，然后可以對這些原始電子模塊進一步處理(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。應當要注意，(原始)電子模塊中的一個、一些或所有(原始)電子模塊可以包括多個電子芯片或管芯。
[0069]應當要提到的是，不僅可以包圍多個電子芯片形成內部包封體(例如，用于形成面板或多塊)(此后對這些電子芯片進行單片化以形成多個電子模塊)，而且可以包圍單個電子模塊或單個內插器形成內部包封體(意在此后形成單個電子模塊)。
[0070]根據該方法的示例性實施例，多個電子芯片附著到導電結構化層，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多個電子芯片進行包封的內部或面板包封體中。可選地，可以執行另外的步驟，如在再分布層上形成阻焊層和/或對面板的單片化步驟(其可以對電子芯片或多個原始電子模塊進行單片化)。在單片化步驟之后，引線框架或另一種(載體)結構可以附著到單片化的電子模塊。之后可以執行模塑處理，該處理形成模塑或外部包封體。
[0072]以下將針對附圖來更詳細地描述電子模塊以及制造電子模塊的方法的特定實施例。所描述的實施例中的一些實施例可以提供以下效果或益處中的一個。具體而言，這些實施例可以提供對電子功率模塊的高效和/或穩健的冷卻。電子模塊或電子封裝可以容易地安裝到外部結構上和/或可以提供空間節省解決方案。原則上，為了提供良好的散熱或排熱，限制的有機材料或層可能不是必要的。電子模塊可以提供至應用(在該應用中使用電子模塊)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。
[0073]圖1示意性地示出了根據示例性實施例的電子模塊100的剖面圖。具體而言，電子模塊100包括內插器101，內插器101由陶瓷材料制成并且包括形成在內插器101中的流體通道102。此外，例如銅的導電結構化層103直接形成(例如，印刷或燒結)在內插器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構化。
[0074]替代地，可以執行如激光印刷之類的形狀“生成”處理(例如，3D印刷)，以形成結構化層。此外，電子模塊100包括多個電子芯片或管芯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)來附著到結構化層103。因此，電子芯片也附著到內插器。
[0075]如可以看到的，內插器101包括兩個主表面:上部主表面和下部主表面，在這兩個主表面上形成(燒結)相應的結構化層并且每個結構化層具有附著到其上的多個電子芯片。
[0076]如上面所描述的，(陶瓷)內插器包括或形成流體通道102或中空空間的側壁，可以引導如水或油之類的流體冷卻介質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)。在簡單的中空空間的情況下，如冷卻片(cooling fin)之類的一些結構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側上(如圖1A中所示出的)或者相鄰側上。
[0077]此外，包圍多個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。引線框架可以經由導線和/或夾片接合連接到導電結構化層。
[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，可以在左側和右側看到引線框架部分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路徑和功率路徑。另外，示出了接合導線123將引線框架部分與直接形成在陶瓷主體125上的金屬結構化層進行連接。
[0079]此外，電子芯片130附著到圖1B的內插器的兩個主表面，具體而言，附著到相應的金屬結構化層124。例如，電子芯片可以夾片接合132或導線接合131到金屬結構化層124。應當要注意，優選地，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:接合導線123可以相當短，這可以提高電子模塊的性能。此外，示出了包封體133對內插器以及附著或接合到其上的電子芯片進行包封。應當要注意，雖然圖1B中示出了若干個單獨的流體通道134，但是內插器中也可以形成一個流體通道，其中流體通道基本上填充內插器的整個內部。
[0080]圖2A和圖2B示意性地示出了根據示例性實施例的電子模塊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包括內插器201(的主體)，內插器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，導電結構化層203直接形成或燒結在內插器201的主體上。
[0081 ] 此外，電子模塊200包括多個電子芯片或管芯204，這些電子芯片或管芯204通過接合(例如，焊接接合)附著到結構化層203。因此，電子芯片也附著到內插器。
[0082]如可以看到的，內插器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，并且每個主表面均具有附著到其上的多個電子芯片。
[0083]可以引導如水之類的流體冷卻介質通過中空空間。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可以由與內插器201中的中空空間處于流體連通的、內插器中相應的孔形成。
[0084]此外，包圍多個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示出了根據示例性實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:提供內插器，該內插器包括形成在電隔離材料和導電結構化層中的流體通道，其中，導電結構化層直接形成在電隔離材料上(步驟301)。此外，至少一個電子芯片附著到導電結構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:傳導層(如銅)，其用于擴散熱量；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插器。因此，可以提供僅具有非常少量的層(例如，傳導層(Cu)、隔離層(陶瓷))的散熱堆疊以及中空空間(或者流經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示例性實施例的、經過不同步驟后的電子模塊400的制造過程。
[0088]具體而言，圖4A示出了經過在一個或若干個電子芯片或管芯401附著到導電結構化層402(其直接形成在內插器的電隔離材料404上)后制造電子模塊400的過程。在內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示意性地示出了經過在管芯上形成(內部)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的材料形成。
[0089 ]圖4C示意性地示出了經過在(內部)包封體410上或(內部)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可以用于傳導功率，而較窄和/或較細的引線可以用于傳導控制信號或邏輯信號。圖4F示意性地示出了經過形成(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插器的相對側，但是不言而喻，它們也可以布置在相同側或相鄰側。
[0090]圖5A至圖5F示出了示意性透視圖，該透視圖示出了根據另一個示例性實施例的、經過不同步驟后的電子模塊500的制造過程。與圖4形成對比，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(內部)包封體501來包封并且形成面板。圖5B示出了經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示出了經過單片化步驟后(S卩，在對面板進行了劃片以使得形成了單個電子模塊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，而較窄的引線512可以適合于邏輯信號。圖5F示意性地示出了經過形成(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插器的一個公共側，但是不言而喻，它們可以也可以布置在相對側或相鄰側。
[0092]根據特定的實施例，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械應力或熱應力而具有提高的可靠性。這種應力的減小可以是由于以下事實:電子芯片所附著到的(金屬)結構化層部分地燒結到內插器的陶瓷主體中或者至少與內插器的陶瓷主體一起燒結。因此，以下情況是有可能的:一方面，達到內插器的陶瓷主體和結構化層之間的可靠連接，并且另一方面，結構化層的材料的孔大小可以在適當的范圍中以便確保結構化層和內插器主體的陶瓷材料之間的低應力。
[0093]還應當要注意，術語“包括”不排除其它的元件或特征，并且“一”或“一個”不排除復數。此外，與不同實施例相關聯所描述的元件可以組合。還應當注意，附圖標記不應當解釋為限制權利要求的范圍。雖然參考特定的實施例來具體示出并描述了本發明，但是本領域技術人員應當要理解，在不偏離如所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以在其中對形式和細節做出各種改變。因此，本發明的范圍由所附權利要求表示，并且本發明由此旨在包含權利要求的等同形式的含義和范圍內的所有改變。
【主權項】
1.一種電子模塊，包括: 內插器，所述內插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導電結構化層； 至少一個電子芯片，所述至少一個電子芯片附著到所述導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電子芯片， 其中，所述導電結構化層直接形成在所述電隔離材料上。2.根據權利要求1所述的電子模塊，其中，所述內插器包括陶瓷材料。3.根據權利要求2所述的電子模塊，其中，所述陶瓷材料是經燒結的。4.根據權利要求2所述的電子模塊，其中，所述導電結構化層包括金屬并且與所述陶瓷材料一起燒結。5.根據權利要求1所述的電子模塊，還包括另外的電子芯片，其中，所述至少一個電子芯片被布置在所述內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插器的第二主表面上。6.根據權利要求1所述的電子模塊，其中，所述至少一個電子芯片通過燒結處理附著到所述導電結構層。7.根據權利要求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電結構化層并且部分地嵌入到所述模塑包封體中。8.根據權利要求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的組中的接合處理而連接到所述導電結構化層: 導線接合； 夾片接合； 激光熔接； 焊接； 電阻熔接；以及 超聲波熔接。9.根據權利要求1所述的電子模塊，其中，所述模塑包封體包括表面結構，所述表面結構被配置為將所述電子模塊固定到外部結構。10.根據權利要求9所述的電子模塊，其中，所述表面結構具有選自包含以下項的組中的形狀: 凹槽； 舌狀物； 螺孔； 柳釘； 螺絲；以及 凹陷。11.根據權利要求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.根據權利要求1所述的電子模塊，其中，所述至少一個電子芯片是包含以下項的組中的一項: 功率晶體管； 功率二極管；以及 邏輯部件。13.根據權利要求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.根據權利要求1所述的電子模塊，其中，所述導電結構化層包括不同尺寸的部分。15.根據權利要求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.根據權利要求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: 提供內插器，所述內插器包括形成在電隔離材料中的流體通道和導電結構化層，其中，所述導電結構化層直接形成在所述電隔離材料上； 將至少一個電子芯片附著到所述導電結構化層并且使所述至少一個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電子芯片。18.根據權利要求17所述的方法，其中，對所述包封體進行的所述模塑包括形成表面結構，所述表面結構被配置為被固定到外部結構。19.根據權利要求17所述的方法，其中，多個電子芯片附著到所述導電結構化層，并且所述方法還包括將內部包封體形成為包圍所述多個電子芯片。20.根據權利要求17所述的方法，其中，多個電子芯片附著到所述導電結構化層，并且所述方法還包括將再分布層布置為與所述多個電子芯片電接觸。
【文檔編號】H01L23/31GK106098638SQ201610265239
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月26日 公開號201610265239.0, CN 106098638 A, CN 106098638A, CN 201610265239, CN-A-106098638, CN106098638 A, CN106098638A, CN201610265239, CN201610265239.0
【發明人】E·菲爾古特, M·格魯貝爾, W·哈布萊
【申請人】英飛凌科技股份有限公司