本發(fā)明涉及設(shè)置有具有增強(qiáng)的熱耗散的封裝結(jié)構(gòu)的電子功率模塊并涉及用于制造電子功率模塊的方法。
背景技術(shù)：
：如已知的，在半導(dǎo)體器件的制造中，封裝是將包括電子和機(jī)電功能元件的經(jīng)過處理的襯底轉(zhuǎn)換成可以安裝在印刷電路板(PCB)上的部件的最終步驟。封裝體提供了對(duì)于襯底的保護(hù)并且提供了通過其能夠?qū)⑿盘?hào)供應(yīng)至功能元件并且獲取來自那里的信號(hào)的必要的電連接。為滿足不斷增加的集成度和尺寸上的減小的需要，目前所使用的封裝方法包括晶片級(jí)封裝(WLP)和3D封裝。進(jìn)一步的解決方案設(shè)想出表面安裝器件(SMD)，其使得能夠?qū)崿F(xiàn)封裝體的尺寸和組裝成本的進(jìn)一步減小。除所包含的尺寸之外，封裝體、特別是用于功率器件的封裝體必須同樣保證幾千瓦的峰值功率的供應(yīng)和同時(shí)幾百瓦的耗散。用于功率器件的封裝體因此必須滿足關(guān)于所使用的材料和關(guān)于組成它們的元件的相互布置兩者的精確要求。在現(xiàn)有技術(shù)中已知提供了圖1中的橫截面圖中所圖示出的類型的電子器件1，其中設(shè)置有側(cè)壁2(典型地是塑料材料的)和基板4(典型地是銅的)的殼體10在其內(nèi)部容納包括底部襯底6、被布置在底部襯底6上的一個(gè)或多個(gè)裸片8和在裸片8之上延伸的頂部襯底9的三維組件。頂部襯底9通過焊料球12被機(jī)械和電耦合至底部襯底6。同樣，裸片8也被布置在底部襯底6的適當(dāng)?shù)耐鈿ぶ胁⑶彝ㄟ^焊料球13被機(jī)械和電耦合至頂部襯底9的導(dǎo)電路徑。裸片8通過無鉛焊料膏或焊料的預(yù)制品(典型地是由SnAgCu合金組成的焊料膏或焊料的預(yù)制品)被耦合至底部襯底6。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，裸片8分別集成了被以反并聯(lián)配置可操作地耦合到一起的IGBT和二極管。頂部襯底9和底部襯底6是直接接合銅(DBC)類型的(或類似的)。DBC技術(shù)已被發(fā)展以提供陶瓷襯底與相對(duì)厚的銅薄層的直接接合，而不用添加進(jìn)一步的接合材料。DBC襯底典型地被用于功率電路/模塊。更詳細(xì)地，DBC襯底由陶瓷材料(典型地是氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN))的絕緣層構(gòu)成，通過高溫工藝使兩個(gè)金屬層、特別是呈薄層形式的純銅(Cu-OFE：99.99％)的兩個(gè)金屬層附著至該絕緣層。最終結(jié)果是在銅薄層與中間陶瓷層之間的親密接合。目前，該類型的襯底被廣泛用于將部件安裝在電子功率電路中，只要中間陶瓷層保證良好的電絕緣但同時(shí)使得能夠?qū)崿F(xiàn)熱的良好的向外傳遞。用于被安裝在所述襯底上的部件的連接的導(dǎo)電路徑通過對(duì)銅層進(jìn)行蝕刻直到達(dá)到絕緣的陶瓷層而獲得，由此形成了彼此絕緣的導(dǎo)電區(qū)域(路徑)。然而，用于襯底之間的相互耦合和用于裸片與襯底之間的耦合的焊料球的使用是所得到的堆疊體的過度厚度以及由于球與襯底之間的熔化區(qū)域的存在而產(chǎn)生的寄生效應(yīng)的引入的原因。此外，已知類型的實(shí)施例勢(shì)必造成在制造時(shí)間方面長(zhǎng)的工藝步驟，引起了生產(chǎn)效率的降低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的因此是提供將克服已知解決方案的缺點(diǎn)的配備有具有增強(qiáng)的熱耗散的封裝結(jié)構(gòu)的電子功率模塊和用于制造電子功率模塊的方法。根據(jù)本發(fā)明，電子功率模塊及其制造方法如隨附權(quán)利要求中所限定地提供。附圖說明為了理解本發(fā)明，現(xiàn)在純粹通過非限制性示例的方式參照附圖來描述其優(yōu)選實(shí)施例，其中：-圖1示出根據(jù)已知類型的實(shí)施例的功率模塊；-圖2示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的功率模塊；-圖3示出根據(jù)本公開的進(jìn)一步實(shí)施例的功率模塊；-圖4至圖12示出圖2的功率模塊的制造步驟；和-圖13至圖16示出根據(jù)本公開的相應(yīng)的進(jìn)一步實(shí)施例的功率模塊；-圖17在俯視立體圖中示出了呈現(xiàn)出被設(shè)計(jì)成各容納集成了IGBT的相應(yīng)裸片和集成了二極管的相應(yīng)裸片的兩個(gè)凹部的DBC類型的襯底；-圖18示出通過將IGBT和二極管連接到一起而形成的電配置；和-圖19示出被容納在凹部中的兩個(gè)裸片以及進(jìn)一步的裸片。具體實(shí)施方式圖2在橫截面圖和X、Y、Z軸的三軸系統(tǒng)中示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的功率模塊(或電子功率器件)20。功率模塊20包括：-封裝體22，包括：電和熱傳導(dǎo)材料的(特別是諸如銅等的金屬材料的)處于XY平面中的基板23，和沿著基板23的周緣部分平行于XZ和YZ平面延伸的側(cè)壁24；側(cè)壁24是絕緣材料的、例如塑料材料的；-利用DBC技術(shù)獲得的底部襯底26，其通過包括電和熱傳導(dǎo)材料的燒結(jié)膏(特別是包括銀的膏)的第一耦合區(qū)域25被熱耦合至基板23的與第一表面23a相對(duì)的第二表面23b；-第一裸片27和第二裸片28，它們通過包括電和熱傳導(dǎo)材料的(特別是包括銀的)燒結(jié)膏的相應(yīng)的第二耦合區(qū)域30被機(jī)械和熱耦合至底部襯底26的表面26a；和-利用DBC技術(shù)獲得的頂部襯底29，其在第一和第二裸片27、28之上延伸并且具有通過包括電和熱傳導(dǎo)材料的(特別是包括銀的)燒結(jié)膏的相應(yīng)的第三耦合區(qū)域34被機(jī)械、熱和電耦合至第一和第二裸片27、28的選擇性部分的表面29a。熱耗散器31可以在功率模塊20的使用之前被可操作地耦合至基板23的第一表面23a。該操作一般由功率模塊20的最終用戶進(jìn)行。然而，根據(jù)不同的實(shí)施例，熱耗散器31可以由制造商直接安裝。根據(jù)本公開的進(jìn)一步方面，封裝體22進(jìn)一步包括頂帽19，其被設(shè)計(jì)成在頂部封閉封裝體22，以用于形成由側(cè)壁24、基板23和頂帽19界定的收容區(qū)域。頂部襯底29在對(duì)應(yīng)于表面29a的位置處具有被獲得用于接觸第一裸片27的電端子和將所述電端子中的一個(gè)或多個(gè)電連接至第二裸片的相應(yīng)的電端子的導(dǎo)電路徑。例如，第一裸片27是IGBT器件，其電端子包括集電極區(qū)、柵極區(qū)和發(fā)射極區(qū)，而第二裸片28是包括陰極端子和陽極端子的二極管。被設(shè)置在頂部襯底29的表面29a上的導(dǎo)電路徑在該示例中具有將第二裸片28的二極管以反并聯(lián)配置與第一裸片27的IGBT器件連接的功能，即將二極管的陰極連接至IGBT的集電極并且將二極管的陽極連接至IGBT的發(fā)射極。根據(jù)本公開的一個(gè)方面，存在導(dǎo)電路徑用于形成IGBT器件的電端子與封裝體22的外部之間的電連接。進(jìn)一步的導(dǎo)電路徑形成二極管的電端子與封裝體22的外部之間的電連接。以上導(dǎo)電路徑包括：-被形成在頂部襯底29的表面29a上的導(dǎo)電路徑32、37；-在底部襯底26與頂部襯底29之間的電耦合區(qū)域36(其中僅一個(gè)被圖示在圖2中)，其中電耦合區(qū)域36包括電和熱傳導(dǎo)材料(特別是銀)的膏；和-在底部襯底26的表面26a之上延伸并且將電耦合區(qū)域36電連接至端子引腳38的導(dǎo)電路徑，端子引腳38進(jìn)而穿過側(cè)壁24在底部襯底26的表面26a與封裝體22的外部之間延伸。以該方式，被集成在第一和第二裸片27、28中的IGBT和二極管器件的電端子可從封裝體22的外部電訪問。如已經(jīng)說過的，頂部和底部襯底26、29是DBC類型的并且各具有陶瓷材料的(例如氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)的)相應(yīng)的絕緣層46、49。呈薄層形式的銅的兩個(gè)金屬層47和48附著至絕緣層46的相對(duì)側(cè)。呈薄層形式的銅(優(yōu)選純銅)的兩個(gè)金屬層50、51附著至絕緣層49的相對(duì)側(cè)。作為電絕緣體的陶瓷層46、49的使用確保隨時(shí)間保持穩(wěn)定的高的功能性質(zhì)(電絕緣、熱耗散)。典型地，絕緣層46、49的厚度被包括在0.25mm與1mm之間，而金屬層47、48、50、51的厚度被包括在0.12mm與0.5mm之間。在圖2中圖示出的實(shí)施例中，裸片27、28如已經(jīng)描述的通過相應(yīng)的耦合區(qū)域30、34在頂部被耦合至金屬層50并且在底部被耦合至金屬層48。金屬層48、50通過耦合區(qū)域36被耦合到一起。在頂部襯底29的表面29a之上延伸的導(dǎo)電路徑32、37通過用于使絕緣層49的一部分露出并因此界定導(dǎo)電區(qū)域的對(duì)金屬層50的蝕刻來獲得，以用于致使它們彼此電絕緣。同樣，底部襯底26的金屬層48也可以被選擇性地蝕刻以將容納第一和第二裸片27、28的區(qū)域界定并彼此電絕緣，和/或以將金屬層48的用于耦合端子引腳38的區(qū)域界定并電絕緣。此外，根據(jù)圖2的實(shí)施例，底部襯底26的金屬層48具有有著小于金屬層48的厚度的深度的凹部，其被設(shè)計(jì)成容納第一和第二裸片27、28。如此形成的凹部的深度使得第一和第二裸片27、28在Z軸的方向上不從凹部中顯著地突出，并且因此通過第一襯底26和通過底部襯底29及通過第一和第二裸片27、28形成的堆疊體的總厚度大致用第一襯底26和頂部襯底29的厚度的和來表示。底部和頂部襯底26、29及第一和第二裸片27、28被浸在電絕緣封裝硅凝膠52中。硅凝膠52保證金屬層51的頂部電絕緣，以及裸片27、28與分別屬于第一襯底26和頂部襯底29的金屬層48和50的面對(duì)裸片的部分之間的電絕緣。硅凝膠52進(jìn)一步具有保護(hù)功率模塊的裸片、端子和內(nèi)部區(qū)域的表面免受任何污染、氧化和免受潮濕的傷害的功能，以及使功率模塊20在使用期間所經(jīng)受的振動(dòng)和任何可能的機(jī)械沖擊衰減的功能。熱耗散器31通過被設(shè)計(jì)成有助于熱從底部襯底26傳遞至熱耗散器31的熱界面材料(TIM)56(例如硅脂)的層被熱耦合至基板23。熱耗散器31通過處于本身已知的方式的螺釘(圖2中未示出)被機(jī)械耦合至基板23。圖3示出根據(jù)本公開的進(jìn)一步實(shí)施例的功率模塊60。功率模塊60的與圖2的功率模塊20的那些特征共有的特征沒有進(jìn)行任何進(jìn)一步的描述并且用相同的附圖標(biāo)記指定出。功率模塊60進(jìn)一步包括被布置在底部襯底26與頂部襯底29之間的DBC類型的中間襯底62。中間襯底62根據(jù)DBC技術(shù)具有通過陶瓷材料的絕緣層66被分開的兩個(gè)金屬層64、65、特別是純銅的兩個(gè)金屬層。中間襯底62在對(duì)應(yīng)于底部表面62a的位置處(即，在金屬層64中)具有通過用于使絕緣層49的一部分露出因此形成彼此絕緣的導(dǎo)電區(qū)域的金屬層64的蝕刻而獲得的導(dǎo)電路徑。如參照頂部襯底29先前描述的，金屬層64的導(dǎo)電路徑被耦合至第一和第二裸片27、28的選擇性區(qū)域，例如以便將相應(yīng)的電子器件、IGBT和二極管以反并聯(lián)配置連接到一起，并且以便形成與端子引腳38的連接。第一和第二裸片27、28通過包括導(dǎo)電材料的(特別是包括銀的)燒結(jié)膏的耦合區(qū)域30被機(jī)械和熱耦合至底部襯底26的表面26a，并且通過電和熱傳導(dǎo)材料的(特別是包括銀的)燒結(jié)膏的相應(yīng)的耦合區(qū)域70被進(jìn)一步地機(jī)械、熱和電耦合至中間襯底62的導(dǎo)電路徑。中間襯底62進(jìn)一步在頂表面62b上(即，在金屬層65中)具有被設(shè)計(jì)成容納進(jìn)一步的第三和第四裸片67、68的凹部。如參照第一和第二裸片27、28所描述的，第三和第四裸片67、68通過包括電和熱傳導(dǎo)材料的(特別是包括銀的)燒結(jié)膏的耦合區(qū)域72被機(jī)械和熱耦合至中間襯底62的表面62b。頂部襯底29在中間襯底62之上延伸并且如參照?qǐng)D2先前所描述的具有通過包括電和熱導(dǎo)電性材料的(特別是包括銀的)燒結(jié)膏的相應(yīng)的耦合區(qū)域74被機(jī)械、熱和電耦合至裸片67、68的導(dǎo)電端子。硅凝膠72覆蓋第一襯底26、第二襯底62和第三襯底29以及存在于它們之間的空間。端子引腳38穿過封裝體22的側(cè)壁24延伸。一些端子引腳38僅接觸存在于底部襯底26上的接觸焊盤61，而其他端子引腳38僅接觸存在于中間襯底62上的接觸焊盤63。接觸焊盤61、63被形成在底部襯底26的和中間襯底62的周緣區(qū)域中。為此目的，為了便于側(cè)壁24在基板23上的組裝操作和同時(shí)提供端子引腳38與襯底26和62之間的接觸，底部襯底26沿著X軸的水平延伸大于中間襯底62的沿著X軸的水平延伸。進(jìn)而，中間襯底62沿著X軸的水平延伸大于頂部襯底29的沿著X軸的水平延伸。以該方式，在俯視圖中，底部襯底26的呈現(xiàn)出用于端子引腳38的接觸焊盤的周緣部分從中間襯底62在橫向上伸出。同樣，中間襯底62的呈現(xiàn)出用于端子引腳38的接觸焊盤的周緣部分從頂部襯底29在橫向上伸出。以該方式，側(cè)壁2可以被豎直地、即通過使側(cè)壁24沿著Z軸滑動(dòng)而被安裝在基板23上。參照?qǐng)D4至圖12，現(xiàn)在描述用于制造圖2的功率模塊20的方法。方法以明顯的方式也適用于圖3的功率模塊60的制造。參照?qǐng)D4，提供呈現(xiàn)出用于容納裸片27、28的凹部79的DBC類型的底部襯底26。DBC襯底是商業(yè)上可得到的并且基于消費(fèi)者的指示由供應(yīng)商進(jìn)行了預(yù)處理(例如，以形成凹部79)。接著(圖5)，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)或者寫入/分配技術(shù)，形成電和熱傳導(dǎo)材料的(特別是包括銀的)膏的第一中間耦合區(qū)域81。第一中間耦合區(qū)域81被形成在凹部79中，并且隨后的制造步驟中、在燒結(jié)步驟之后將變?yōu)樾纬神詈蠀^(qū)域30(圖6)。所使用的導(dǎo)電膏具有例如以下特性(其作為燒結(jié)壓力(例如在10MPa至30MPa范圍內(nèi)選擇出的壓力)的函數(shù)而變化)：熱傳導(dǎo)率150-250W/m·K電阻<0.008mΩ·cmCTE21ppm/K彈性模量50-60GPa在烘箱中的干燥的步驟已經(jīng)以近似100℃執(zhí)行了近似10分鐘之后，隨后是(圖6)將裸片27、28在120℃至125℃在對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的中間耦合區(qū)域81的位置處放置(使用選取和放置技術(shù))幾秒的步驟，和在壓力的施加下的熱處理的隨后步驟，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)燒結(jié)。燒結(jié)步驟以近似230℃的溫度和被包括在10MPa與30MPa之間的壓力進(jìn)行1至3分鐘。接下來(圖7)，提供DBC類型的頂部襯底29。如已經(jīng)說過的，DBC襯底是商業(yè)上可得到的并且基于消費(fèi)者的指示由供應(yīng)商進(jìn)行了預(yù)處理。頂部襯底29具有在金屬層50中被蝕刻出的多個(gè)溝槽，以形成彼此電絕緣的導(dǎo)電路徑。各導(dǎo)電路徑被設(shè)計(jì)用于當(dāng)頂部襯底29被面對(duì)底部襯底26布置時(shí)接觸裸片27、28的選擇性部分(特別地，被集成在裸片27、28中的器件的電端子)和底部襯底26的選擇性部分(特別地，以形成來自和朝向相應(yīng)的端子引腳38的電路徑)。接著使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)或?qū)懭?分配技術(shù)形成電和熱傳導(dǎo)材料的(特別是包括銀的)膏的第二中間耦合區(qū)域84、86。第二中間耦合區(qū)域84、86被形成在第一裸片27上(選擇性地、即僅在對(duì)應(yīng)于后者的電端子的區(qū)域中)、在第二裸片28上(選擇性地、即僅在對(duì)應(yīng)于后者的電端子的區(qū)域中)和在金屬層48的被設(shè)置用于與金屬層50的相應(yīng)部分機(jī)械和電耦合的表面區(qū)域中。在隨后的制造步驟中，在燒結(jié)之后，耦合區(qū)域84、86將分別形成耦合區(qū)域34和36。在干燥步驟已經(jīng)在烤箱中在100℃執(zhí)行了近似10分鐘之后，接著進(jìn)行用于將頂部襯底29耦合至底部襯底26的倒裝芯片步驟。接著(圖8)，在壓力P的施加下的熱處理的隨后步驟實(shí)現(xiàn)燒結(jié)步驟。更詳細(xì)地，該燒結(jié)步驟以近似230℃的溫度和被包括在10MPa與30MPa之間的壓力進(jìn)行1至3分鐘。由此通過用耦合區(qū)域30、34和36被從機(jī)械、熱和電角度耦合到一起的底部襯底26、第一和第二裸片27、28及頂部襯底29形成了堆疊體或子組件88。接著(圖9)，提供基板23。使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)或者寫入/分配技術(shù)，形成電和熱傳導(dǎo)材料的(特別是包括銀的)膏的層90，用于隨后的燒結(jié)步驟。接下來(圖10)，在以100℃在烤箱中執(zhí)行了干燥的步驟近似10分鐘之后，接下來的步驟是在已經(jīng)形成導(dǎo)電膏的層90所在的區(qū)域中將圖8的堆疊體88耦合至圖9的基板23的步驟。接著，以近似230℃的溫度和被包括在10MPa與30MPa之間的壓力持續(xù)1至3分鐘的隨后的熱處理實(shí)現(xiàn)燒結(jié)步驟。因此堆疊體88的至基板23的良好的附著以及堆疊體88的至基板23的最佳的熱耦合通過如此形成的耦合區(qū)域25被保證。接下來(圖11)，組裝側(cè)壁24，這些壁24已經(jīng)設(shè)置有端子引腳38。這些步驟牽涉到沿著基板23的周緣區(qū)域(或者在任何情況中，基板23的包圍堆疊體88的區(qū)域)沉積膠(例如專門用于密封和保護(hù)電子部件的硅膠)的層91，以及將側(cè)壁24(即，殼體的)安裝在膠的層91上。同時(shí)，使端子引腳38與金屬層48的被設(shè)置用于規(guī)定目的的區(qū)域(即配備有用于通過焊料焊接與端子引腳38連接的金屬焊盤61的區(qū)域)接觸地布置。接下來(圖12)，倒入由側(cè)壁24界定的空間的一部分的是封裝硅凝膠52，其被設(shè)計(jì)成保護(hù)堆疊體88連同組成堆疊體88的元件免受任何機(jī)械、熱或振動(dòng)沖擊以及免受有害的化學(xué)或大氣制劑、污染、氧化和潮濕的傷害。封裝硅凝膠52完全覆蓋堆疊體88并且滲透到存在于包圍裸片27、28的底部襯底26與頂部襯底29之間的間隙和空腔內(nèi)。接著，安裝帽19，其典型地通過使端子引腳滑動(dòng)到被設(shè)置用于該目的的通孔內(nèi)而被固定并裝配在殼體的外周界24上。同樣，接著執(zhí)行耗散器31的安裝，其包括形成熱界面層56、分配典型地由聚合材料(其從熱的角度是高度地傳導(dǎo)的但從電的角度是較差地傳導(dǎo)的)的化合物形成的導(dǎo)熱油脂并接著通過將耗散器31經(jīng)由熱界面層56耦合至基板23的步驟。以本身已知的方式且圖中未示出的，通過螺釘將耗散器31保持機(jī)械地耦合至基板23。由此獲得了圖2的功率模塊20。圖3的功率模塊60的制造通過遵照?qǐng)D4至圖12的步驟來獲得，只是圖7的步驟同樣地設(shè)想使用倒裝芯片技術(shù)將進(jìn)一步的中間襯底62耦合至底部襯底26、使用導(dǎo)電膏將進(jìn)一步的裸片67、68耦合至中間襯底、用于使導(dǎo)電膏硬化的隨后的燒結(jié)和使用倒裝芯片技術(shù)將頂部襯底29耦合至中間襯底62。圖13示出根據(jù)本公開的進(jìn)一步的實(shí)施例的功率模塊100。功率模塊100包括圖8中圖示出的且如先前所描述的類型的堆疊體88。圖2的功率模塊20和圖13的功率模塊100共有的元件通過相同的附圖標(biāo)記指定出并且沒有任何進(jìn)一步的描述。然而，根據(jù)圖13的實(shí)施例，基板23不存在，形成封裝體22的外部殼體的側(cè)壁24和帽19也不存在。事實(shí)上，在該情況中，封裝體101是通過使設(shè)置有被焊料焊接的端子引腳38的堆疊體88經(jīng)受注塑成型步驟、用通過專用模具(典型地是環(huán)氧樹脂、也稱作環(huán)氧樹脂注塑化合物-EMC的模具)獲得的塑料殼體102完全地涂覆底部襯底26和頂部襯底29的橫向部分而獲得。頂部襯底29的和底部襯底26的表面29b和26b分別未由塑料殼體102覆蓋并且通過相應(yīng)的熱界面層106和108被熱耦合至相應(yīng)的耗散器108和31。端子引腳38未完全由塑料殼體102覆蓋，并且從封裝體101中伸出來，由此使得能夠?qū)崿F(xiàn)從外部的電訪問。為了使可能在注塑成型步驟期間未填充有樹脂的可能的空隙的存在最小化，分配硅凝膠，其通過毛細(xì)作用填充在襯底26耦合至襯底29之后存在的所有間隙和可能的空隙。該步驟在兩個(gè)襯底26和29的耦合之后且在注塑成型步驟之前使用分配技術(shù)(可能是真空輔助下的)進(jìn)行。圖14示出根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的功率模塊110。功率模塊110與圖13的功率模塊100類似；即，它具有由通過注塑成型獲得的塑料殼體102形成的封裝體；然而，在該情況中，功率模塊110進(jìn)一步包括在第一襯底26與頂部襯底29之間延伸的DBC類型的中間襯底62，如已經(jīng)參照?qǐng)D3圖示出且描述的并且在這里沒有任何進(jìn)一步描述。先前所描述的功率模塊20、60、100和110被設(shè)計(jì)成待安裝在容納對(duì)于功率模塊20、60、100和110的控制所必要的電路的印刷電路板(PCB)上。然而，根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，圖13和圖14的功率模塊100和110的控制電路可以被至少部分地集成在它自己的封裝體內(nèi)。圖15通過示例的方式示出具有中間襯底62和以與參照中間襯底62已在先前所描述的類似的方式被布置在中間襯底62和頂部襯底29之間的進(jìn)一步的中間襯底122的功率模塊120。中間襯底122進(jìn)一步在其頂表面122b上具有被設(shè)計(jì)成容納進(jìn)一步的第五裸片127和進(jìn)一步的第六裸片128的凹部。如參照第一的第二裸片27和28所描述的，第五和第六裸片127、128通過包括電和熱傳導(dǎo)燒結(jié)膏材料(特別是包括銀)的膏材料的耦合區(qū)域124被機(jī)械和熱耦合至中間襯底122的表面122b。具有有著以反并聯(lián)配置連接的相應(yīng)的二極管的三個(gè)IGBT的該類型的功率模塊可以例如用作IPM(智能功率模塊)。頂部襯底29在中間襯底122之上延伸并且具有(如先前已經(jīng)描述的)通過包括電和熱傳導(dǎo)材料(特別是包括銀)的燒結(jié)膏的相應(yīng)的耦合區(qū)域129被機(jī)械、熱和電耦合至裸片127、128的導(dǎo)電端子的導(dǎo)電路徑(未圖示)。頂部襯底29的頂表面29b容納PCB115，其通過非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂膠的層116被機(jī)械耦合至頂表面29b。PCB115進(jìn)而容納驅(qū)動(dòng)器件118，其被配置成驅(qū)動(dòng)被集成在裸片27、67和127中的IGBT。驅(qū)動(dòng)器件118通過接合導(dǎo)線130被可操作地連接至PCB115，并且通過接合導(dǎo)線132和穿過頂部襯底29與中間襯底62、122形成的相應(yīng)的通孔(未圖示)被可操作地連接至裸片27、67和127。PCB115進(jìn)一步可選地容納溫度傳感器134和/或進(jìn)一步的無源元件136(電阻器、電容器等等)，其具有電容和RC濾波器的功能(以本身已知的方式并且未形成本發(fā)明的主題)。此外，附加的溫度傳感器138可以被布置在容納裸片27、28的凹部中、在容納裸片67、68的凹部中和在容納裸片127、128的凹部中。溫度傳感器138通過穿過頂部襯底29和中間襯底62、122形成的通孔(通過示例的方式用虛線表示出通孔123)并通過在PCB115與頂部襯底29的表面29b之間延伸的接合導(dǎo)線140被電連接至PCB115。圖15的功率模塊120具有由通過注塑成型獲得的塑料殼體142所形成的封裝體，其在襯底26、62、122、29的旁邊并且在襯底29的頂部延伸。結(jié)果，在該情況中僅存在有被熱耦合至底部襯底26的耗散器31。端子引腳139延伸穿過塑料殼體142并且與底部襯底26、中間襯底62、中間襯底122和頂部襯底29電接觸(例如，通過焊料焊接)。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例(圖16中圖示出)，功率模塊150包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)器件152，各布置在底部襯底26、中間襯底62和中間襯底122的容納集成了IGBT的相應(yīng)裸片27、67、127的相應(yīng)凹部中。各驅(qū)動(dòng)器件152被配置成控制和驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的IGBT器件。各驅(qū)動(dòng)器件152通過一個(gè)或多個(gè)接合導(dǎo)線156和通過彼此絕緣的導(dǎo)電路徑被電連接至相應(yīng)的IGBT器件，導(dǎo)電路徑是通過對(duì)相應(yīng)的襯底26、62、122的金屬層進(jìn)行蝕刻直到到達(dá)下層絕緣層由此限定出適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電路徑而在相應(yīng)的襯底26、62、122的金屬層中獲得的。底部襯底26的、中間襯底62的和中間襯底122的各凹部可選地容納有相應(yīng)的溫度傳感器160。根據(jù)圖16的實(shí)施例，頂部襯底29的表面29b未容納PCB115并因此如已經(jīng)在圖13中圖示出并參照其描述的那樣自由地被耦合至熱耗散器108。參照?qǐng)D15，可能需要注意的是，PCB115可以使用被認(rèn)為最適當(dāng)?shù)募夹g(shù)被電耦合至頂部襯底29。可能的技術(shù)包括導(dǎo)線接合或焊料球接合。同樣，驅(qū)動(dòng)器件118和溫度傳感器134可以使用從導(dǎo)線接合或利用導(dǎo)電焊料膏(例如，燒結(jié)膏)的接合之間選取的最適當(dāng)?shù)募夹g(shù)被電耦合至PCB115。同樣，參照?qǐng)D16，驅(qū)動(dòng)器件152可以使用從導(dǎo)線接合或焊料球接合之間選取的技術(shù)被電耦合至相應(yīng)的襯底，而溫度傳感器160使用導(dǎo)電焊料膏(例如，燒結(jié)膏)被耦合至相應(yīng)的襯底26、62、122。上述描述中所呈現(xiàn)出的內(nèi)容發(fā)現(xiàn)了例如在包括高側(cè)IGBT和低側(cè)IGBT的半橋功率模塊的制造上的應(yīng)用，各IGBT如先前所討論的被反并聯(lián)地連接至相應(yīng)的二極管。IGBT器件無論低側(cè)的還是高側(cè)的都具有功率開關(guān)的功能，并且二極管是續(xù)流二極管(FWD)。其他應(yīng)用可能關(guān)于包括六個(gè)IGBT和FWD的六組類型的三相功率模塊。圖17在俯視立體圖中示出了呈現(xiàn)出被設(shè)計(jì)成各容納集成了IGBT的相應(yīng)裸片和集成了二極管的相應(yīng)裸片的兩個(gè)凹部200、202的DBC類型的襯底226。凹部是在襯底226的頂部金屬層248中獲得的。根據(jù)已經(jīng)與DBC技術(shù)有關(guān)地所注意到的，金屬層248在絕緣層246之上延伸。通過在在底部襯底的正上方延伸的DBC襯底(未圖示)的金屬層中形成導(dǎo)電路徑而獲得的適當(dāng)?shù)倪B接(根據(jù)已經(jīng)討論的堆疊體88的實(shí)施例)，能夠?qū)GBT和二極管連接到一起以提供圖18的電配置(半橋配置)。如可以從圖17注意到的，凹部200、202通過對(duì)金屬層248進(jìn)行蝕刻直到到達(dá)下層的絕緣層246而獲得的溝槽206彼此電絕緣。圖19示出被容納在凹部200中的兩個(gè)裸片207和208，及被容納在凹部202中的進(jìn)一步的裸片217、218。裸片207和217各集成了IGBT，其中的每一個(gè)設(shè)置有集電極端子C、發(fā)射極端子E和柵極端子G。裸片208和218各集成了設(shè)置有相應(yīng)的陰極端子K和相應(yīng)的陽極端子A的二極管。所有端子可從頂部訪問，使得它們可以通過燒結(jié)膏的層的介入由在襯底226之上延伸的襯底(未圖示)的導(dǎo)電路徑接觸?？衫帽疚闹兴_的發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)從上述描述中清楚地顯現(xiàn)出。特別地，根據(jù)本公開的發(fā)明使得能夠?qū)崿F(xiàn)待獲得的部件的高集成水平、高可靠性和高密度。最后，很顯然可以對(duì)本文中所描述和圖示出的內(nèi)容進(jìn)行許多修改和變化，其所有均落入如所附權(quán)利要求中所限定的發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)。特別地，組成根據(jù)所圖示出的實(shí)施例中的任何一個(gè)的堆疊體88的襯底的數(shù)量可以大于或小于所描述的和圖中所圖示出的；特別地，可以根據(jù)具體應(yīng)用的和必要數(shù)量的裸片(電子部件)而根據(jù)需要選取。此外，IGBT和二極管可以并聯(lián)連接到一起，而不是如先前所描述的反并聯(lián)。當(dāng)前第1頁1 2 3