電子模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子模塊，具有至少一個(gè)能在其上側(cè)和其下側(cè)處接觸的電子組件，該下側(cè)至少部分地平坦地貼靠在第一電路板的線路結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明還涉及一種制造該電子模塊的方法。本發(fā)明特別能應(yīng)用到特別是其中具有集成的半橋的功率電子模塊上。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率(電子)模塊中，通向功率半導(dǎo)體組件或者功率半導(dǎo)體芯片的兩個(gè)連接位置是必需的。這些連接位置通常稱為芯片上側(cè)和芯片下側(cè)。典型地，在芯片上側(cè)建立電連接并且產(chǎn)生到模塊的接點(diǎn)或者到絕緣層上的接觸面的電流。用于建立電連接的現(xiàn)有技術(shù)是鋁制厚線，其在一側(cè)鍵合到芯片上并且在另一側(cè)鍵合到連接面上。還公知的是，通過銅質(zhì)線鍵合(例如與厚線或者薄線)、短帶鍵合和與合金線的鍵合建立電連接。另外其他的連接解決方案由燒結(jié)的、金屬化的塑料薄膜構(gòu)成，例如根據(jù)Semikron公司的所謂的“SKiN”技術(shù)。SKiN技術(shù)的特征是，通過柔性的結(jié)構(gòu)化的薄膜來取代鍵合線，該薄膜平坦的燒結(jié)到具有固定在其上的功率電子組件的電路板上。此外，已知由薄的銅制成的焊接的匯流排。此外還公知了西門子公司的所謂的“ SiPLIT”連接技術(shù)。
[0003]在公知的連接技術(shù)中不利的是，與芯片表面相連的上布線平面在應(yīng)用非平面的連接技術(shù)(例如借助線鍵合)時(shí)很難冷卻。在制造時(shí)，應(yīng)用平面的連接技術(shù)、如“SKiN”或“SiPLIT”連接技術(shù)則耗費(fèi)更大，特別是又基于耗費(fèi)大的生產(chǎn)步驟如結(jié)構(gòu)化或者金屬化的又更昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷并且特別是提出一種用于電子模塊的能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)且能高效地冷卻的連接技術(shù)，特別是用于電子模塊的上側(cè)的連接技術(shù)，所述電子模塊具有至少一個(gè)電子組件，特別是功率電子組件，尤其是功率半導(dǎo)體芯片。
[0005]該目的根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的實(shí)施方式特別地能從屬權(quán)利要求中得出。
[0006]該目的通過一種電子模塊來實(shí)現(xiàn)，其具有至少一個(gè)能在其上側(cè)和其下側(cè)處接觸的電子組件，該下側(cè)至少部分地平坦地貼靠在第一電路板的線路結(jié)構(gòu)上，并且該上側(cè)至少部分地平坦地貼靠在第二電路板的線路結(jié)構(gòu)上。因此，至少一個(gè)電子組件特別地布置在兩個(gè)電路板之間，例如以所謂的“三明治”結(jié)構(gòu)來布置。
[0007]這種電子模塊的優(yōu)點(diǎn)在于，能簡(jiǎn)單和廉價(jià)地生產(chǎn)電路板，以及電路板能夠簡(jiǎn)單地且以多種方式與電子組件連接。為此，電路板的遠(yuǎn)離至少一個(gè)電子組件的一側(cè)能大面積地冷卻，這實(shí)現(xiàn)了至少一個(gè)電子組件的、特別是在兩側(cè)上的特別有效的排熱。
[0008]所改進(jìn)的冷卻產(chǎn)生了其他優(yōu)點(diǎn)，如隱含的對(duì)電子組件的更好的充分利用、使用更熱的冷卻介質(zhì)如冷水等等。
[0009]電子組件特別地能夠是芯片式存在的組件，該組件在其上側(cè)和其下側(cè)處具有該組件的電接點(diǎn)。組件例如能夠是半導(dǎo)體芯片，例如作為“未封裝芯片(Naked Chip)”或者“裸芯片(Bare Die) ”而存在。電接點(diǎn)能夠具有例如至少一個(gè)接觸區(qū)域和/或至少一個(gè)突出的接觸元件(例如至少一個(gè)接觸銷)。附加或者替代的能夠使用封裝的電子組件。
[0010]特別地，第一電路板和/或第二電路板能夠具有陶瓷基質(zhì)。該陶瓷基質(zhì)能夠在一側(cè)或者在兩側(cè)設(shè)置有相應(yīng)的金屬層。金屬層至少在電路板的朝向至少一個(gè)電子組件的一側(cè)是結(jié)構(gòu)化的，并且因此形成線路結(jié)構(gòu)或者布線平面。特別地，線路結(jié)構(gòu)能夠具有一個(gè)或者多個(gè)印制線路和/或接觸區(qū)和/或伸出的接觸元件。
[0011]特別地，在朝向至少一個(gè)電子組件的一側(cè)上的金屬層能夠由銅制成。
[0012]特別地，第一電路板和第二電路板彼此平行地布置。
[0013]一種設(shè)計(jì)方案是，至少一個(gè)電子組件是功率電子組件。為此，根據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的高效冷卻是特別有利的，因?yàn)閬碜怨β孰娮咏M件的熱輸出特別高。
[0014]一種改進(jìn)方案是，至少一個(gè)功率電子組件是IGBT、功率MOSFET、功率二極管、晶閘管、三端雙向可控硅開關(guān)元件(Triac)。特別地，至少一個(gè)功率電子組件作為(未封裝的)功率半導(dǎo)體芯片來存在。
[0015]還有一種設(shè)計(jì)方案是，第一電路板和/或第二電路板在其遠(yuǎn)離至少一個(gè)電子組件的一側(cè)具有金屬層。該金屬層能夠是非結(jié)構(gòu)化的，特別是完全平坦的。由此實(shí)現(xiàn)了特別良好的冷卻可行性和高頻特性。
[0016]一種改進(jìn)方案是，在遠(yuǎn)離的一側(cè)處存在的金屬層是銅層。還有一種改進(jìn)方案是，基質(zhì)是陶瓷基質(zhì)并且在兩側(cè)都設(shè)置有銅層。一種特殊的改進(jìn)方案是，第一電路板和/或第二電路板是DCB電路板(直接覆銅板“Direct Bonded Cooper”，也作DBC，“Direct CooperBonded”)。第一電路板和/或第二電路板能夠附加地或替換地是在遠(yuǎn)離的一側(cè)具有鋁層的IMS電路板(“絕緣金屬基質(zhì)”Insulated Metal Substrate)。但是第一和/或第二電路板也能夠至少是DAB電路板(直接覆銷板“Direct Aluminium Bonded”)、至少是AMB電路板(活性金屬釬焊“Active Metal Brazing”)和/或至少是常規(guī)的FR4電路板。
[0017]其他的設(shè)計(jì)方案是，至少一個(gè)電子組件、特別是半導(dǎo)體芯片在其上側(cè)處具有居中的或者中央的電接點(diǎn)，并且第二電路板具有接觸中央的電接點(diǎn)的金屬化通孔。這明顯提高了關(guān)于可用組件的靈活性，因?yàn)榇藭r(shí)還能夠使用這種具有中央接點(diǎn)的組件。
[0018]在上側(cè)和/或下側(cè)處能夠存在一個(gè)或者多個(gè)接點(diǎn)。例如電子開關(guān)、特別是斷路器、例如IGBT芯片在其上側(cè)處能夠不僅具有負(fù)載接點(diǎn)(典型的是發(fā)射器接點(diǎn))而且還具有輔助接點(diǎn)(例如中央柵欄或者柵欄接點(diǎn))。
[0019]用于相同目的的替代設(shè)計(jì)方案是，至少一個(gè)電子組件在其上側(cè)處具有居中的或者中央的電接點(diǎn)，并且第二電路板具有相對(duì)應(yīng)的空隙。這對(duì)于以下情況能夠特別有利的，即中央的電接點(diǎn)不具有平坦的接觸區(qū)，而是例如向上伸出。
[0020]中央的電接點(diǎn)不需要精確居中地布置在組件上，而是能夠例如與精確的中心輕微錯(cuò)開地布置。
[0021]附加于或者替代中央的接點(diǎn)地，電子組件能夠在其上側(cè)處具有至少一個(gè)邊緣側(cè)的接點(diǎn)(例如邊緣柵欄)和/或至少一個(gè)布置在邊角處的接點(diǎn)(例如角柵欄)。
[0022]特別地，配備有中央的接點(diǎn)的電子組件能夠是電子開關(guān)、特別是斷路器、例如IGBTo特別地，中央的電接點(diǎn)能夠是控制接點(diǎn)、特別是柵欄接點(diǎn)或者“中央柵欄”。
[0023]還有一種其他的設(shè)計(jì)方案是，第一電路板和第二電路板借助至少一個(gè)間距保持件(特別是借助多個(gè)間距保持件)彼此分開。這實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)電路板彼此間的特別精確的定位。
[0024]由此的一種改進(jìn)方案是，至少一個(gè)間距保持件是能導(dǎo)電的。因此，其能夠同時(shí)用作兩個(gè)電路板的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的電連接元件。
[0025]間距保持件例如能夠構(gòu)造成在橫剖面中具有兩個(gè)平行的接觸面的棒狀、例如長(zhǎng)方體狀的。也能夠使用從這兩個(gè)電路板的每一個(gè)或者其線路結(jié)構(gòu)出發(fā)的間距保持件，這些間距保持件分別具有相應(yīng)的較小的高度并且例如成對(duì)地接觸。
[0026]此外，一種設(shè)計(jì)方案是，第一電路板的安裝了至少一個(gè)電子組件的線路結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)第一子區(qū)域和至少一個(gè)與第一子區(qū)域電隔開的第二子區(qū)域，并且第一電路板的第一子區(qū)域和第二子區(qū)域通過第二電路板的安裝了至少一個(gè)電子組件的線路結(jié)構(gòu)電連接。這實(shí)現(xiàn)了至少一個(gè)電子組件的能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的且多樣化的電布線。因此，第一和第二電路板的線路結(jié)構(gòu)組成了用于第一電子組件的布線。
[0027]一種改進(jìn)方案是，在第一電路板的不同子區(qū)域中，至少兩個(gè)子區(qū)域處于彼此不同的電位。這能夠例如通過施加直流電壓或者交流電壓來實(shí)現(xiàn)。
[0028]第二電路板的線路結(jié)構(gòu)也能夠具有多個(gè)分開的子區(qū)域。一種改進(jìn)方案是，在第二電路板的不同的子區(qū)域中，至少兩個(gè)子區(qū)域處于彼此不同的電位。
[0029]相對(duì)應(yīng)的接點(diǎn)(例如負(fù)載或者強(qiáng)電接點(diǎn)、如發(fā)射器接點(diǎn)和/或集電極接點(diǎn)，和/或輔助接點(diǎn)、如控制接點(diǎn)或者柵欄接點(diǎn))，特別是負(fù)載接點(diǎn)能夠設(shè)置在第一電路板和/或第二電路板上。
[0030]接點(diǎn)、特別是負(fù)載接點(diǎn)能夠例如存在于兩個(gè)電路板中的一個(gè)上或者線路結(jié)構(gòu)上、特別是存在于兩個(gè)電路板的面積更大的一個(gè)上，在該處特別地存在于未由另外的電路板覆蓋的區(qū)域處。替代地，其例如還能夠存在于兩個(gè)電路板之間并且然后例如從側(cè)面向外伸出。
[0031]還有一種設(shè)計(jì)方案是，第一電路板的安裝了至少一個(gè)電子組件的線路結(jié)構(gòu)附加地具有與其他子區(qū)域隔開的至少一個(gè)第三子區(qū)域，并且至少一個(gè)第三子區(qū)域與其他的子區(qū)域中的至少一個(gè)子區(qū)域通過第二電路板的特別安裝了至少一個(gè)電子組件的線路結(jié)構(gòu)電連接。
[0032]此外，一種設(shè)計(jì)方案是，在第一子區(qū)域和第三子區(qū)域之間能夠施加直流電壓，并且在第二子區(qū)域處能夠施加高頻的電信號(hào)，例如交流電壓。因此，特別地支持了為至少一個(gè)功率組件供應(yīng)高頻電信號(hào)。特別地，第一電路板的第一子區(qū)域和第二子區(qū)域或者其線路結(jié)構(gòu)能夠借助第二電路板的線路結(jié)構(gòu)的子區(qū)域彼此連接，并且第一電路板的第二子區(qū)域和第三子區(qū)域或者其線路結(jié)構(gòu)能夠借助第二電路板的其他子區(qū)域彼此連接。特別地，至少一個(gè)第一區(qū)域、至少一個(gè)第二區(qū)域和至少一個(gè)第三區(qū)域能夠按這種次序串聯(lián)。
[0033]此外，一種設(shè)計(jì)方案是，電子模塊是具有半橋或者電子模塊是半橋。
[0034]所述目的也能夠通過用于制造電子模塊的方法實(shí)現(xiàn)，其中該方法至少具有以下步驟:(i)將至少一個(gè)電子組件利用其上側(cè)安裝在第二電路板的線路結(jié)構(gòu)處；(ii)將至少一個(gè)間距保持件安裝在第二電路板的線路結(jié)構(gòu)處；并和(iii)將第一電路板的線路結(jié)構(gòu)安裝到至少一個(gè)電子組件的下側(cè)和至少一個(gè)間距保持件上。
[0035]該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，其考慮到了，對(duì)于至少一個(gè)電子組件在第二電路板的線路結(jié)構(gòu)處的定位來說，可能需要特別高的精確性，特別是如果至少一個(gè)電子組件在其上側(cè)處具有中央的接點(diǎn)。為此，特別是能夠借助已知的倒裝芯片技術(shù)(Flip-Chip-Technologie)來實(shí)行至少一個(gè)電子組件的安裝。對(duì)定位精度的要求在步驟(iii)中明顯低于步驟(i)中，例如因?yàn)橐ㄎ辉诒舜松系慕饘倩椎拿娣e和中央接點(diǎn)的面積明顯小于例如在第一電路板的線路結(jié)構(gòu)上的電子組件的可能的接觸面。
[0036]然而，設(shè)置間距保持件原則上是能夠選擇的，從而該方法也能夠不執(zhí)行步驟(ii)且執(zhí)行相應(yīng)調(diào)整了的步驟(iii)。
[0037]步驟⑴和步驟(ii)能夠以任意的順序、也能夠在相同的過程步驟中執(zhí)行。
[0038]在電子組件和線路結(jié)構(gòu)之間的、在間距保持件和線路結(jié)構(gòu)之間的和/或在接點(diǎn)和線路結(jié)構(gòu)之間的連接能夠特別地通過燒結(jié)工藝來實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
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