電子模塊和制造其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子模塊。而且，本發(fā)明涉及一種制造電子模塊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在該領(lǐng)域中，已知多個電子模塊，其包括提供某一電子功能的電子或半導(dǎo)體芯片。電子芯片可以被布置或放置在載體或板上并且可以通過包圍電子芯片的模塑料來容納或封裝。
[0003]特別地，由于通過模塑料的容納，由電子芯片生成的熱的耗散可能是目標(biāo)。在電子模塊形成功率模塊(即適于并且旨在處理相當(dāng)高功率的模塊)或是功率模塊的一部分的情況下特別是這樣，相當(dāng)高功率例如是比用于信息技術(shù)領(lǐng)域中的電子模塊更高幾個數(shù)量級。
[0004]這樣的功率模塊被用于電動電動機(jī)，例如在電動車輛的領(lǐng)域中。這些電動電動機(jī)在充電和放電過程期間的操作中通常沉重地被加應(yīng)變和被加應(yīng)力，導(dǎo)致高和快速的熱生成，這可能對于電池和電動機(jī)的功能來說是毀滅性的。因此，生成熱量的耗散是當(dāng)構(gòu)建或設(shè)計這樣的功率模塊時將要考慮的重要問題。例如，可將材料用于芯片安裝的基板或當(dāng)制造引線框架時使用材料，其中該材料具有高熱傳導(dǎo)性。附加地，可以將熱傳導(dǎo)材料用作電子模塊的頂層或外層以便提供與環(huán)境的大接觸面積或界面，這可用作該模塊或封裝的散熱器。為了改進(jìn)熱耗散，可以在功率模塊的兩個主表面上提供散熱器。散熱器熱耦合到半導(dǎo)體芯片，其中一個散熱器可用于冷卻芯片的一側(cè)，而另一散熱器與另一側(cè)熱接觸。散熱器轉(zhuǎn)而可通過空氣對流或液體冷卻熱耦合到外界或環(huán)境。
[0005]可歸因于相對高的充電或放電電流的另一問題是由于在操作周期期間的溫度改變引起的機(jī)械應(yīng)力。根據(jù)環(huán)境條件和電流，從-40°到+150°C的溫度改變可能發(fā)生，導(dǎo)致在電子模塊中相對高的熱機(jī)械應(yīng)力。
[0006]盡管描述的電子模塊可展示良好的功能質(zhì)量，但是可仍然存在提供改進(jìn)的電子模塊的潛在空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，可能需要提供電子模塊和制造其的方法，其中該電子模塊長時間(例如很多溫度周期)提供良好工作，并且使能電子模塊的低故障率。
[0008]根據(jù)示例性方面，提供一種電子模塊，其包括第一載體；包括至少一個電子部件并且被布置在第一載體上的電子芯片；布置在電子芯片上并且與至少一個電子部件熱傳導(dǎo)連接的間隔元件；布置在間隔元件上的第二載體；以及至少部分包圍電子芯片和間隔元件的模塑料；其中間隔元件包括具有與從由以下構(gòu)成的熱膨脹系數(shù)組中選擇的至少一個熱膨脹系數(shù)匹配的熱膨脹系數(shù)值的材料:第一載體的熱膨脹系統(tǒng)；第二載體的熱膨脹系數(shù)；電子芯片的熱膨脹系數(shù)；和模塑料的熱膨脹系數(shù)。
[0009]根據(jù)不例性方面，提供一種電子模塊，其中該電子模塊包括:第一傳導(dǎo)板；包括至少一個電子部件并且被布置在第一傳導(dǎo)板上的電子芯片；布置在電子芯片上并且與至少一個電子部件傳導(dǎo)連接的間隔元件；布置在間隔元件上的覆蓋層；以及至少部分包圍電子芯片和間隔元件并且具有X ppm/K的熱膨脹系數(shù)的模塑料；其中間隔元件包括具有位于(x-4) ppm/K和(x+4) ppm/K之間的范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)值的材料。
[0010]根據(jù)示例性方面，提供一種制造電子模塊的方法，其中該方法包括提供第一載體；將包括至少一個電子部件的電子芯片布置在第一載體上；使間隔元件與電子芯片接觸；使第二載體與間隔元件接觸；至少部分圍繞間隔元件和電子芯片模制模塑料，其中間隔元件包括具有與從由以下構(gòu)成的熱膨脹系數(shù)組中選擇的至少一個熱膨脹系數(shù)匹配的熱膨脹系數(shù)值的材料:第一載體的熱膨脹系統(tǒng)；第二載體的熱膨脹系數(shù)；電子芯片的熱膨脹系數(shù)；和模塑料的熱膨脹系數(shù)。
【附圖說明】
[0011]附圖被包括以提供對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的進(jìn)一步理解并且構(gòu)成說明書的一部分，附圖圖示本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0012]在附圖中:
圖1A到IC示出根據(jù)示例性實(shí)施例的電子模塊的橫截面視圖。
[0013]圖2示出涉及蠕變應(yīng)變應(yīng)力的模擬結(jié)果。
[0014]圖3示出根據(jù)示例性實(shí)施例的制造電子模塊的方法的示意性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在下文中，將解釋電子模塊和制造其的方法的進(jìn)一步具體示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意到，在電子模塊的上下文中描述的實(shí)施例還可以與制造電子模塊的方法的實(shí)施例組合，并且反之亦然。
[0016]特別地，相應(yīng)地可以在提供包括夾在第一傳導(dǎo)板和間隔元件之間的電子芯片和鄰接的第二傳導(dǎo)板的電子模塊中看到示例性實(shí)施例的要旨，其中該電子模塊包括至少部分包圍電子芯片和間隔元件的模塑料，其中間隔元件的熱膨脹系統(tǒng)(CTE)適應(yīng)于從由以下構(gòu)成的熱膨脹系數(shù)組中選擇的至少一個熱膨脹系數(shù):第一傳導(dǎo)板的CTE，第二傳導(dǎo)板的CTE，電子芯片的CTE和模塑料的CTE。特別地，可通過模制，例如通過鑄造或注射成型來施加模塑料。
[0017]應(yīng)當(dāng)注意的是，電子模塊的材料的CTE中的一個或多個當(dāng)然可以相互匹配。特別地，間隔物材料的CTE可以與第一傳導(dǎo)板的CTE和/或第二傳導(dǎo)板的CTE和/或電子芯片的CTE和模塑料的CTE相匹配。優(yōu)選地，所有這些部件的CTE相互匹配，例如所有這些部件的CTE值可以在預(yù)先確定范圍內(nèi)，例如可以僅在±6ppm/K或甚至±5ppm/K的區(qū)間上相互不同。應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)將CTE相互匹配時也可以考慮焊膏的CTE。優(yōu)選地，可以以減小由溫度改變引起的機(jī)械應(yīng)力的方式執(zhí)行匹配過程。
[0018]附加地或替換地，間隔材料的CTE可以匹配于上述層或部件的所有CTE的和或平均值。例如，可以將該和或平均值計算為加權(quán)和或平均值，例如考慮不同層或部件的厚度。此外，應(yīng)當(dāng)提到，所有CTE可以特別在20°C和300°C，特別是25°C和150°C之間的溫度范圍內(nèi)測量。例如，可以通過測量在第一溫度(例如25°C)下在一個方向的延伸，并且然后測量在第二溫度(例如150°C)下在該一個方向的延伸并且然后從相應(yīng)測量值確定CTE來確定CTEo因此，CTE可以是平均數(shù)或平均CTE。應(yīng)當(dāng)注意到，優(yōu)選地，在同一環(huán)境和/或通過同一確定方法來測量不同CTE。
[0019]術(shù)語“匹配”或“基本上匹配”可以特別表示以下事實(shí):在間隔物或間隔元件材料和(其所匹配的)其它元件的熱膨脹系數(shù)(CTE)之間的差可以小于預(yù)先確定閾值。相應(yīng)閾值可以取決于電子模塊旨在被用于的具體應(yīng)用。例如，閾值可以是12ppm/K，優(yōu)選10ppm/K或甚至更小，例如8ppm/K或甚至6ppm/K，可以在25°C的溫度下或在25°C和150°C之間的區(qū)間下測量或確定陳述的CTE中的所有。特別地，所有描述的部件或復(fù)合物(即模塑料、間隔元件、第一載體、第二載體和電子芯片)的CTE可以位于大約3ppm/K和15ppm/K的范圍內(nèi)，即在9ppm/K的平均值的大約±6ppm/K的范圍內(nèi)。即，間隔元件的材料的CTE的值可以在9ppm/K±6ppm/K的范圍內(nèi)，更特別地在llppm/K±3ppm/K的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意到，術(shù)語“匹配”還包括相應(yīng)的材料是考慮間隔元件材料和電子模塊的另外其它材料或元件的CTE的慎重或任意選擇的結(jié)果。其應(yīng)當(dāng)與碰巧地偶然匹配結(jié)果區(qū)分開。應(yīng)當(dāng)提到的是，當(dāng)選擇間隔元件材料時，還可以考慮間隔材料的可濕性和/或可涂布性。即，間隔材料可以是在可執(zhí)行焊接步驟的足夠程度上被潤濕或涂布的材料。
[0020]例如，對于一般模塑料的CTE的大約10ppm/K的一般值，間隔元件的CTE值可以在5ppm/K和15ppm/K之間的范圍內(nèi)，其低于通常在電子模塊的該領(lǐng)域中針對間隔元件使用的銅的CTE。
[0021]換言之，間隔元件的材料(間隔元件材料)的熱膨脹系數(shù)可以適應(yīng)于或至少部分匹配于模塑料或電子模塊的任何其它復(fù)合物的熱膨脹系數(shù)。特別地，可以將電子芯片焊接到載體，例如銅板、鋁板或直接覆銅(DCB)板或直接覆鋁(DAB)板。此外或替換地，可以將間隔元件或間隔物焊接到電子芯片。優(yōu)選地，間隔元件或間隔物的材料可以是可焊接材料，即該材料可以是可潤濕的。
[0022]此外或替換地，間隔元件材料的熱膨脹系數(shù)可以與載體和/或芯片的熱膨脹系數(shù)匹配。
[0023]術(shù)語“傳導(dǎo)性”可以特別表示以下事實(shí):材料、元件或結(jié)構(gòu)可以是電和/或熱傳導(dǎo)性的，例如可以意指電傳導(dǎo)性或熱傳導(dǎo)性在給定閾值之上，給定閾值將由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)給定條件來定義。
[0024]特別地，傳導(dǎo)性材料可以具有高電氣傳導(dǎo)性，例如電傳導(dǎo)性在預(yù)先確定閾值之上。預(yù)先確定閾值可以特別是l*106S/m，優(yōu)選是10*106S/m，更優(yōu)選地是15*106S/m，并且甚至更優(yōu)選地是20*106S/m。
[0025]特別地，間隔元件包括傳導(dǎo)性材料。例如，傳導(dǎo)性材料可以是熱和/或電傳導(dǎo)性的。間隔元件也可以滿足平衡電子模塊的部件或?qū)拥母叨戎械牟畹恼{(diào)平效應(yīng)。特別地，電子芯片可包括功率晶體管(即適于切換處于幾十或幾百瓦的量的電功率的開關(guān)元件)，或可由功率晶體管形成。這樣的功率晶體管必須與用于切換信息信號的(例如在處理器或存儲器的集成電路中的)晶體管區(qū)分開。替換地，電子模塊可包括電子電路的密集陣列。應(yīng)當(dāng)注意到，可以將間隔元件或間隔物用于提供從電子芯片到電子模塊的另一部件和/或到電子模塊的外部的電氣路徑。即，間隔物可以是由電子模塊形成或在電子模塊中的電氣電路或電路系統(tǒng)的部分。
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