包括流体冷却通道的电子模块及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了包括流体冷却通道的电子模块及其制造方法。各个实施例提供了一种电子模块，该电子模块包括：内插器，该内插器包括形成在电隔离材料中的流体通道和导电结构化层；至少一个电子芯片，该至少一个电子芯片附着到导电层并且与流体通道热接触；以及被形成为至少部分地包围至少一个电子芯片的模塑包封体，其中，导电结构化层直接形成在电隔离材料上。
【专利说明】
包括流体冷却通道的电子模块及其制造方法
技术领域
[0001 ]各个实施例涉及包括流体冷却通道的电子模块及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在现场中广泛使用容置电子模块的电子芯片。由于该容置，被容置的电子芯片所生成的废热通常是重要的限制因素，使得必须提供冷却。通常使用所谓的散热器来排放废热。
[0003]从WO 2012/076552中已知有一种液冷式散热器，该液冷式散热器包括具有一组迂回的液体通道的顶板，每个通道具有单独的通道入口和公共的中央出口通道。该散热器还包括具有入口端口和出口端口的底板。该散热器还包括具有入口引导通道的中间板，该入口引导通道提供底板的入口端口和顶板的通道入口之间的流体连通，所述中间板还包括出口引导通道，该出口引导通道提供顶板的公共中央出口通道和底板的出口端口之间的流体连通。
【发明内容】
[0004]各个实施例提供了一种电子模块，所述电子模块包括:内插器(interposer)，所述内插器包括形成在电隔离材料中的流体通道和导电结构化层;至少一个电子芯片，所述至少一个电子芯片附着到所述导电层并且与所述流体通道热接触；以及模塑包封体，所述模塑包封体被形成为至少部分地包围所述至少一个电子芯片，其中，所述导电结构化层直接形成在所述电隔离材料上。
[0005]此外，各个实施例提供了一种制造电子模块的方法，其中，所述方法包括:提供内插器，所述内插器包括形成在电隔离材料中的流体通道和导电结构化层，其中，所述导电结构化层直接形成在所述电隔离材料上;将至少一个电子芯片附着到所述导电结构化层并且与所述流体通道热接触；以及将包封体模塑为至少部分地包围所述至少一个电子芯片。
【附图说明】
[0006]在附图中，贯穿不同视图类似的附图标记通常指代相同的部件。附图不一定按比例缩放。相反，通常将重点放在说明本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述各个实施例，其中:
[0007]图1A示意性地示出了根据示例性实施例的电子模块的剖面图；
[0008]图1B示意性地示出了根据示例性实施例的电子模块的剖面图；
[0009]图2A和图2B示意性地示出了根据示例性实施例的电子模块的透视图；
[0010]图3示出了根据示例性实施例的制造电子模块的方法的流程图；
[0011]图4A至图4F示出了示意性透视图，该示意性透视图示出了根据示例性实施例的制造方法的不同步骤；以及
[0012]图5A至图5F示出了示意性透视图，该示意性透视图示出了根据另一个示例性实施例的制造方法的不同步骤。
【具体实施方式】
[0013]以下描述了电子模块以及制造电子模块的方法的进一步的示例性实施例。应当要注意，在一个特定的示例性实施例的上下文中所描述的特定特征的描述也可以与其它示例性实施例组合。
[0014]本文中使用词语“示例性的”来表示“用作例子、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例或设计方案不一定解释为比其它实施例或设计方案优选或有利。
[0015]各个示例性实施例提供了一种电子模块，具体而言提供了一种电子功率模块，该模块包括内插器，该内插器包括由电隔离材料形成的主体，并且该内插器具有嵌入到其中的至少一个流体通道以及直接形成在其上的导电结构化层。至少一个或多个电子芯片或半导体芯片例如通过接合(例如，铜或铝)焊接直接或间接地附着到内插器的导电结构化层。至少一个电子芯片与流体通道热接触，使得能够排放或导出由至少一个电子芯片生成的热量。此外，至少一个电子芯片至少部分地或者完全由模塑包封体来包封。
[0016]具体而言，在内插器中可以仅提供一个流体通道，并且该流体通道可以具有蜿蜒的形状或外形，或者可以是单个腔室或中空空间。具体而言，流体通道可以直接形成在内插器的主体中，并且不形成附着到内插器的另一个元件或单元。即，限定流体通道的壁(侧壁和/或下壁和/或上壁)可以是内插器的一部分，具体而言是电隔离材料所形成的内插器的主体的一部分。此外，应当提到的是，多个内插器可以彼此堆叠。具体而言，电子模块可以包括若干个内插器的堆叠或者甚至多个电子模块可以彼此堆叠。
[0017]应当要注意，原则上，针对所使用的电子芯片或半导体芯片不会给出限制，例如，针对所使用的半导体材料(如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC))的限制。由于电子芯片可以嵌入到模塑包封体中并且另外流体通道可以形成在电隔离基体材料(其保护电子芯片不与冷却流体直接接触)中，因此会出现这种情况。此外，电子模块可以包括多个电子芯片或管芯。
[0018]由于(冷却)流体的高的热容量或导热性，因此甚至有可能在小的包封电子模块或电子封装中实现高功率电子芯片，使得可以达到高的功率密度。替代地，由于有可能切换较高的功率，因此可以增加整体电子模块的效率。与陶瓷和/或金属壳体相比，模塑包封体还可以形成针对机械应力或断裂的改善的保护。
[0019]具体而言，应当提及的是，模塑包封体直接形成于内插器并且必须与预先制造的壳体(该壳体然后包围电子芯片布置)相区别。例如，模塑包封体可以限定电子模块的外周边或轮廓。具体而言，可以使用耐高温的模塑材料。例如，可以使用典型的模塑化合物，如环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、氰醇酯等等。此外，填充材料可以包含在包封剂或包封材料中，例如，环氧树脂和/或有机硅。
[0020]具体而言，电子模块可以是电子功率模块。例如，至少一个电子芯片可以是(功率)晶体管、(功率)二极管或者任何其它类型的电子芯片或管芯。
[0021]应当要注意，为了将至少一个电子芯片附着到内插器或者为了将电子芯片热耦合到流体通道的冷却特征并且具体而言热耦合到导电结构化层，另外的(例如，有机的)中间层可能不是必要的。这些有机层通常用于公共(包封的)电子模块中。然而，为了提高性能，对这些有机层的可能的省略也许是有用的，这是因为这些有机层通常引起有关导热性的大变化，会引起高的耐热性，这会限制电子模块的寿命和/或会增加对于电子模块而言必要的体积。虽然这些有机层在开始时可以呈现良好的性能，但是它们通常相当快速地老化，这导致随时间退化的速度增加(增加的电阻导致增加的产热，增加的产热导致增加的电阻，以此类推)。在可以使用“高温”半导体(如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC))的情况下，这种老化现象甚至会更重要。具体而言，仅可选的接合层可以放置在内插器和电子芯片之间。
[0022]具体而言，结构化层可以是通过减成(subtractive)处理(如蚀刻)来结构化的导电层。此外，导电结构化层可以直接印刷在隔离材料上，例如通过将铜层印刷到隔离材料上。在陶瓷材料作为内插器的基体材料的情况下，陶瓷材料可以形成或限定流体通道。因此，形成结构化层的导电材料可以通过陶瓷材料与流体通道电隔离。
[0023]由于流体(例如，水、油、隔离液体、气体或空气)的良好的排热能力，因此有可能提供非常紧凑的电子模块或者提供对于给定性能(例如，功率容量)而言相当小的电子模块。即，可以增加每体积的功率容量(其在例如汽车领域中是限制因素)。具体而言，电子模块的温度可以保持在较低的水平，这可以增加电子模块的效率。效率的增加转而可以使得对于给定应用而言必要的电子模块的数量能够减少。另外，有可能将由冷却流体导出的热能用于其它目的。例如，在使用该模块的电动汽车的情况下，废热可以用于在冬天对汽车或电池进行加热等等。
[0024]此外，由于经由流体来排放热量的事实，因此对用于包封体的材料的限制可以减轻。因此，对于电子模块和周围环境(电子模块在该周围环境中使用或固定到该周围环境)之间的热接触，用于增加热容量和/或导热性的导热区域(如金属板等等)可能不是必要的。然而，应当提到的是，可以例如经由引线框架或者布置在电子芯片的前侧和/或后侧或者与所述前侧和/或后侧热接触的导热间隔件来给出另外的导热或排热路径。该周围环境可以是其中可以使用(功率)电子模块的汽车等等。
[0025]此外，包括(冷却)流体通道的电子模块可以有利地用于其中已经使用流体冷却系统(流体通道可以容易地连接到该流体冷却系统)的环境或应用中。因此，用于通过流体栗送流体的额外的栗可能不是必要的。然而，替代地或另外地，可以提供特定专用于内插器中的流体通道的流体的栗。
[0026]通过提供包括流体冷却并且由模具来包封的电子模块，可以提供具有低复杂性的紧凑模块。具体而言，当使用该模块时，通常由应用(模块用于该应用中)来执行或负责的功能中的一些功能(例如，冷却功能)由模块来接管。例如，在该模块用于汽车领域的情况下，汽车制造商不必负责散热特征和/或隔离特征(除了供应和排放冷却流体之外)。在某种程度上，电子模块类似于“即插即用(plug and play)”模块。
[0027]以下描述了电子模块的示例性实施例。然而，针对这些实施例所描述的特征和元件可以与制造电子模块的方法的示例性实施例组合。
[0028]根据电子模块的不例性实施例，内插器包括陶瓷材料。
[0029]具体而言，陶瓷材料(如铝氧化物、铝氮化物、氮化硅、钛酸铝、氧化锆或硅酸盐)可以是内插器的基体材料。例如，可以由陶瓷材料来形成或限定流体通道。即，可以由陶瓷材料来形成流体通道的壁。优选地，陶瓷材料是电隔离材料。具体而言，陶瓷材料可以是可烧结材料。
[0030]根据电子模块的示例性实施例，陶瓷材料是经烧结的。
[0031]根据电子模块的示例性实施例，导电结构化层包括金属并且与陶瓷材料一起烧结。
[0032]具体而言，金属可以是铜。例如，可以附着铜箔，然后通过蚀刻来对铜箔进行结构化，并且此后进行接合。替代地，此后可以印刷(通过使用金属膏)并烧结金属结构化层。另外的替代过程可以是使用3D“印刷”或生成技术，例如，使用激光来直接从金属粉末形成传导结构(其也可以已经由激光烧结)。通过将金属材料与陶瓷材料一起烧结，这两种材料之间的连接件或接头可以呈现大的强度，即，这两种材料可以以大的粘合力粘附在一起。原则上，之后两种组件可以形成单个复合物或化合物。
[0033]当然应当要注意，可以在金属结构化层上放置或布置另外的层或细化层。例如，可以通过化学镀处理来放置镍层、钯层、银层、金层和/或钨层。
[0034]此外，有可能提供具有大约5微米至30微米的孔大小的结构化层。该孔大小可以适合于使由于温度变化(例如，在功率周期期间)引起的机械应力(例如，在电子装置或芯片和内插器的铜层之间的机械应力)最小化。因此，电子模块可以呈现提高的可靠性和/或增加的寿命。
[0035]根据不例性实施例，电子模块还包括另外的电子芯片，其中，所述至少一个电子芯片被布置在内插器的第一主表面上，并且所述另外的电子芯片被布置在内插器的第二主表面上。
[0036]具体而言，第一主表面和第二主表面可以在内插器的相对侧上。应当要注意，对于每个主表面，可以提供单独的导电结构化层和/或引线框架。即，内插器可以包括另外的导电结构化层(每个主表面一个导电结构化层)。此外，还可以在内插器的其它侧或表面上提供另外的导电结构化层。
[0037]当然应当要注意，多个电子芯片可以被布置在主表面或结构化层中的一个或每个主表面或结构化层上。应当要注意，电子芯片可以具有不同类型或具有相同类型。例如，一些芯片可以是功率晶体管或者功率二极管，而其它电子芯片可以包括逻辑部件，如被配置用于例如控制电子模块或者其部分的驱动器(例如，门控驱动器)。
[0038]根据电子模块的示例性实施例，至少一个电子芯片通过烧结处理附着到导电结构层。
[0039]例如，可以由无压烧结处理基于用于该无压烧结处理的特定膏体来执行附着。电子芯片可以直接接合到内插器或芯片载体。例如，导电结构化层可以是铜层或银层。替代地或另外地，可以通过(任何适当的)粘合材料或层和/或焊接处理(例如，扩散焊接)来执行附着。
[0040]根据示例性实施例，电子模块还包括外部电接触件，该外部电接触件连接到导电结构化层并且部分地嵌入到模塑包封体中。
[0041]该外部电接触件可以是引线框架或引脚等等。引线框架(除了提供用于电子模块的电连接之外)还可以用于处理并包封电子模块。然而，应当要注意，外部电接触件可以被焊接到导电结构化层并且可以(部分地)保持不具有模塑包封体的材料。
[0042]根据电子模块的示例性实施例，导电结构化层通过接合处理连接到外部电接触件，其中接合处理是从包括以下各项的组中选择的:导线接合;夹片接合;激光熔接，焊接，电阻熔接以及超声波熔接。
[0043]具体而言，铜导线和/或铝导线和/或金导线和/或银导线可以用于导线接合。这种接合连接还可以经由引线框架提供至外部结构或环境的(小的)另外的热连接。然而，经由该另外的热路径排放的(废)热能的量可以取决于引线框架和接合的尺寸(或大小)。例如，接合结构、引线框架和/或结构化层均可以包括不同尺寸或尺寸标注的部分。例如，一些部分或区段可以由相对粗和/或宽的结构来形成，使得可以传送相当高的电流。另外，其它部分可以由相对细和/或窄的结构来形成并且可以主要用于低电流，例如，逻辑信号。
[0044]根据电子模块的示例性实施例，模塑包封体包括被配置为将电子模块固定或安装到外部结构的表面结构。
[0045]具体而言，可以在模塑包封体的外周边上形成或提供一个或多个表面结构。该表面结构可以特别地使得模塑包封体能够容易的附着或固定到外部结构。在该上下文中，使用模塑包封体(其形成电子模块的外周边)可以特别地有助于提供适于非常不同的外部结构的大量外形或形状。具体而言，使用该表面或固定结构可以具有以下益处:在将电子模块安装到外部结构时，可以不必施加超常的压力。
[0046]具体而言，使用可连接到外部流体通道或管道的流体冷却通道可以使得能够将电子模块固定在外部结构的任意期望的点，具体而言，这是由于在固定或附着的点可能不必提供与外部结构的良好热接触(例如，通过使用电子模块和外部结构之间的大的接触表面和/或提供具有高导热性的材料)。
[0047]根据电子模块的示例性实施例，表面结构具有从包括以下各项的组中选择的形状:凹槽;舌状物;螺孔;柳钉;螺丝；以及凹陷。
[0048]通常，表面结构可以具有任何形状，该形状适合于提供与匹配或互补表面结构(其形成于电子模块应当附着到的外部结构或元件中或者该外部结构或元件上)的形状适配或正适配(positive fit)。当使用模塑化合物来进行包封时，可以相对容易地形成这种表面结构，这是因为典型的模塑化合物或材料可以比陶瓷化合物(其有时用作为用于制造公知的电子模块的壳体的材料)更加抗断裂。即使在内插器可以包括或者可以基本上包括陶瓷材料的情况下，也可以由通过模塑化合物形成的包封体而非陶瓷壳体来保护该陶瓷材料。
[0049]根据示例性实施例，电子模块还包括嵌入到模塑包封体中的固定元件。
[0050]具体而言，固定元件可以是螺母、螺丝或类似物，该固定元件通过模塑材料嵌入并且可以被配置为固定或安装到电子模块外部的互补固定元件上。
[0051 ]根据电子模块的示例性实施例，流体通道包括输入端和输出端。
[0052]具体而言，输入端和输出端可连接到电子模块外部的流体通道。输入端和/或输出端可以具有除内插器的基体材料以外的另一种材料。因此，流体通道可连接到外部散热器或散热元件。
[0053]具体而言，流体通道可以是经由输入端和输出端的、用于电子模块中(例如，在电子(功率)芯片中)生成的(废)热的基本上仅有的散热通道或路径。因此，有可能模塑包封体的外周边不具有意在将热引导到外部结构的任何区域或结构(输入端和输出端除外)。
[0054]例如，在模塑包封体的外侧可以不形成金属(例如，铜)垫。具体而言，模塑包封体可以具有相当低的导热性，或者至少不会给出有关模塑材料的导热性的限制。具体而言，对于整个内插器仅提供一个输入端和一个输出端。因此，可以简化至外部结构的连接。
[0055]根据电子模块的不例性实施例，至少一个电子芯片是包括以下各项的组中的一个:功率晶体管;功率二极管；以及逻辑部件。具体而言，逻辑部件可以包括逻辑芯片(例如，如(门控)驱动器)或者由其形成。
[0056]根据示例性实施例，电子模块还包括至少部分地嵌入到模塑包封体中的无源电气组件。
[0057]具体而言，无源电气组件可以是线圈、电阻器或电容器。无源电气组件还可以附着或接合到导电结构化层。
[0058]根据电子模块的不例性实施例，导电结构化层包括不同尺寸的部分。
[0059]具体而言，导电结构化层可以包括相对细的部分和/或包括具有窄的结构的部分。这些部分可以适合于传导用于逻辑信号的相对低的电流。其它部分可以具有相对较大的厚度和/或可以包括较宽的结构。这些部分可以适合于传导较高的电流。
[0060]根据电子模块的示例性实施例，包封体包括包封剂和填充材料。
[0061]具体而言，填充材料可以是氧化物(如氧化硅或氧化铝)或者氮化物(如氮化铝或孔氮化物)。通过将这些填充物包括到(基体)包封材料或包封剂中，有可能提供还充当用于散去(废)热能的另外的导热路径的包封体。例如，这种包封体在减小对至少一个电子芯片的操作期间出现的热峰值中可能是有效的。
[0062]根据不例性实施例，电子模块还包括再分布层。
[0063]具体而言，(电的(galvanic))再分布层可以被布置在至少一个电子芯片上或者优选地多个电子芯片，并且可以用于再分布电子模块中的电接触件或电端子，例如，电子芯片的电端子。具体而言，例如在所谓的面板或多块中可以并行处理多个电子芯片的情况下(这可以降低生产成本)，这种再分布层可能是有用的。在面板或多块中，电子芯片可以被布置在阵列中，可以由第一或内部包封体(例如，由模具、层压材料、玻璃、塑料或陶瓷化合物形成的)来包封该阵列。
[0064]具体而言，电子模块可以包括两层包封材料，即，内部包封体和外部包封体，其中，外部包封层可以是由模塑化合物(例如，硅或环氧树脂)形成的一层，而内部包封层可以由模塑化合物或者任何其它适当的材料(例如，陶瓷、玻璃、塑料材料、层压材料等等)形成。在内部包封层上或内部包封层中可以形成金属化层和/或通孔，在该金属化层和/或通孔上可以形成可选的阻焊层。
[0065]以下描述了制造电子模块的方法的示例性实施例。然而，针对这些实施例所描述的特征和元件可以与电子模块的示例性实施例组合。
[0066]根据该方法的示例性实施例，对包封体的模塑包括形成被配置为固定到外部结构的表面结构。
[0067]根据该方法的示例性实施例，多个电子芯片附着到导电结构化层，并且该方法还包括包围多个电子芯片形成内部包封体。
[0068]具体而言，多个电子芯片可以形成阵列，并且内部包封层可以形成阵列包封。因此，可以形成某种类型的面板或多块，此后可以以类似批量的方式来进一步处理该面板或多块，例如，通过在可以执行单片化步骤之前布置或接触(电的)再分布层和/或阻焊层，以对面板或多块进行划分或单片化并且从而形成多个原始电子模块，然后可以对这些原始电子模块进一步处理(例如，通过附着引线框架和/或在原始电子模块上形成外部模塑包封体)，从而制造电子模块。应当要注意，(原始)电子模块中的一个、一些或所有(原始)电子模块可以包括多个电子芯片或管芯。
[0069]应当要提到的是，不仅可以包围多个电子芯片形成内部包封体(例如，用于形成面板或多块)(此后对这些电子芯片进行单片化以形成多个电子模块)，而且可以包围单个电子模块或单个内插器形成内部包封体(意在此后形成单个电子模块)。
[0070]根据该方法的示例性实施例，多个电子芯片附着到导电结构化层，并且该方法还包括布置再分布层，其中再分布层与多个电子芯片电接触。
[0071 ]具体而言，(电的)再分布层可以被布置在对多个电子芯片进行包封的内部或面板包封体中。可选地，可以执行另外的步骤，如在再分布层上形成阻焊层和/或对面板的单片化步骤(其可以对电子芯片或多个原始电子模块进行单片化)。在单片化步骤之后，引线框架或另一种(载体)结构可以附着到单片化的电子模块。之后可以执行模塑处理，该处理形成模塑或外部包封体。
[0072]以下将针对附图来更详细地描述电子模块以及制造电子模块的方法的特定实施例。所描述的实施例中的一些实施例可以提供以下效果或益处中的一个。具体而言，这些实施例可以提供对电子功率模块的高效和/或稳健的冷却。电子模块或电子封装可以容易地安装到外部结构上和/或可以提供空间节省解决方案。原则上，为了提供良好的散热或排热，限制的有机材料或层可能不是必要的。电子模块可以提供至应用(在该应用中使用电子模块)的容易和良好定义的接口和/或良好定义的操作或性能参数。
[0073]图1示意性地示出了根据示例性实施例的电子模块100的剖面图。具体而言，电子模块100包括内插器101，内插器101由陶瓷材料制成并且包括形成在内插器101中的流体通道102。此外，例如铜的导电结构化层103直接形成(例如，印刷或烧结)在内插器101的主体上。例如，铜层或铜箔可以印刷在陶瓷材料上并且此后可以通过蚀刻处理来结构化。
[0074]替代地，可以执行如激光印刷之类的形状“生成”处理(例如，3D印刷)，以形成结构化层。此外，电子模块100包括多个电子芯片或管芯104，这些电子芯片或管芯104通过接合、焊接、粘合层等等(在图1A中用层105示意性地指示)来附着到结构化层103。因此，电子芯片也附着到内插器。
[0075]如可以看到的，内插器101包括两个主表面:上部主表面和下部主表面，在这两个主表面上形成(烧结)相应的结构化层并且每个结构化层具有附着到其上的多个电子芯片。
[0076]如上面所描述的，(陶瓷)内插器包括或形成流体通道102或中空空间的侧壁，可以引导如水或油之类的流体冷却介质通过该流体通道或中空空间(在图1A中用箭头106示意性地指示)。在简单的中空空间的情况下，如冷却片(cooling fin)之类的一些结构可以凸出到中空空间中。流体通道包括输入端107和输出端108，其中输入端107和输出端108可以由内插器的相同(陶瓷)材料形成或者可以由另一种材料形成。输入端和输出端可以形成在相对侧上(如图1A中所示出的)或者相邻侧上。
[0077]此外，包围多个电子芯片和流体通道102形成模塑包封体109。仅外部电连接件(例如，引线框架的一部分;剖面图中未示出)以及输入端107和输出端108的一部分保持不具有形成包封体的模塑材料。引线框架可以经由导线和/或夹片接合连接到导电结构化层。
[0078]图1B示意性地示出了类似的电子模块120的剖面图，其中，沿着与图1A的剖面图垂直的方向(即，与输入端和输出端垂直并与流体通道134相交)来获得该剖面图。此外，可以在左侧和右侧看到引线框架部分122。这些引线框架部分可以具有不同的尺寸并且可以分别用于逻辑信号路径和功率路径。另外，示出了接合导线123将引线框架部分与直接形成在陶瓷主体125上的金属结构化层进行连接。
[0079]此外，电子芯片130附着到图1B的内插器的两个主表面，具体而言，附着到相应的金属结构化层124。例如，电子芯片可以夹片接合132或导线接合131到金属结构化层124。应当要注意，优选地，电子芯片可以与引线框架部分相齐平，如图1B中所示出的。为了达到齐平，引线框架部分可以如图1B中所示出的弯曲。这种齐平可以引起以下事实:接合导线123可以相当短，这可以提高电子模块的性能。此外，示出了包封体133对内插器以及附着或接合到其上的电子芯片进行包封。应当要注意，虽然图1B中示出了若干个单独的流体通道134，但是内插器中也可以形成一个流体通道，其中流体通道基本上填充内插器的整个内部。
[0080]图2A和图2B示意性地示出了根据示例性实施例的电子模块200的透视图，其中图2B表不图2A的电子模块的剖面图。具体而言，电子模块200包括内插器201(的主体)，内插器201由陶瓷材料制成并且在其中形成中空空间或流体通道202(参见图2B)。此外，导电结构化层203直接形成或烧结在内插器201的主体上。
[0081 ] 此外，电子模块200包括多个电子芯片或管芯204，这些电子芯片或管芯204通过接合(例如，焊接接合)附着到结构化层203。因此，电子芯片也附着到内插器。
[0082]如可以看到的，内插器201在其中形成中空空间，并且该中空空间具有上部主表面和下部主表面，并且每个主表面均具有附着到其上的多个电子芯片。
[0083]可以引导如水之类的流体冷却介质通过中空空间。流体通道包括输入端207和输出端208，其中输入端207和输出端208可以由与内插器201中的中空空间处于流体连通的、内插器中相应的孔形成。
[0084]此外，包围多个电子芯片和流体通道202形成模塑包封体209。仅外部电连接210(例如，引线框架的一部分)保持不具有形成包封体的模塑材料。
[0085]图3示出了根据示例性实施例的制造电子模块的方法300的流程图。具体而言，该方法包括:提供内插器，该内插器包括形成在电隔离材料和导电结构化层中的流体通道，其中，导电结构化层直接形成在电隔离材料上(步骤301)。此外，至少一个电子芯片附着到导电结构化层并且与流体通道热接触(步骤302)。另外，至少部分地包围至少一个电子芯片来模塑包封体。
[0086]通常，制造方法可以基于引线框架安装概念并且可以包括形成(用于散热)层堆叠，包括:传导层(如铜)，其用于扩散热量；隔离层(例如，陶瓷)，其形成冷却通道或冷却体(例如，包括冷却片的中空空间)并且由形成电子模块的壳体的模塑材料来包封。具体而言，限定中空空间的陶瓷材料也可以形成内插器。因此，可以提供仅具有非常少量的层(例如，传导层(Cu)、隔离层(陶瓷))的散热堆叠以及中空空间(或者流经中空空间的冷却流体)。
[0087]图4A至图4F示出了示意性透视图，该透视图示出了根据示例性实施例的、经过不同步骤后的电子模块400的制造过程。
[0088]具体而言，图4A示出了经过在一个或若干个电子芯片或管芯401附着到导电结构化层402(其直接形成在内插器的电隔离材料404上)后制造电子模块400的过程。在内插器主体中形成流体通道，其中用输入端403来指示该流体通道。图4B示意性地示出了经过在管芯上形成(内部)包封体410后的过程，其中包封体410可以由模塑材料或化合物、树脂、玻璃、层压材料、塑料或任何其它适当的材料形成。
[0089 ]图4C示意性地示出了经过在(内部)包封体410上或(内部)包封体410中形成金属化层411和/或通孔后的过程，其中在(内部)包封体410上形成阻焊层412，图4D中示出了阻焊层412。在形成金属化层之前，可以形成种晶层和/或可以执行热激活步骤。在下一步骤中，引线框架413可以附着到阻焊层(图4E中示意性地示出了该步骤)。如图4E中可以看到的，引线框架的引线的尺寸可以不同，例如，较宽的引线416可以用于传导功率，而较窄和/或较细的引线可以用于传导控制信号或逻辑信号。图4F示意性地示出了经过形成(外部)包封体414并且流体端415附着或布置到(外部)包封体414上或(外部)包封体414中并且与(未示出的)流体通道处于流体连通后所制造的电子模块。虽然示出流体端附着到或形成在包封体或内插器的相对侧，但是不言而喻，它们也可以布置在相同侧或相邻侧。
[0090]图5A至图5F示出了示意性透视图，该透视图示出了根据另一个示例性实施例的、经过不同步骤后的电子模块500的制造过程。与图4形成对比，图5示出了其中使用包括电子芯片510的阵列的面板或多块的制造过程。具体而言，图5A示出了电子芯片或管芯的阵列，该电子芯片或管芯的阵列由(内部)包封体501来包封并且形成面板。图5B示出了经过在阵列包封体上形成(电)再分布层502后的图5的过程，其中在阵列包封体上形成或布置阻焊层503，如图5C中所示出的。例如，可以通过所谓的图案电镀处理来形成再分布层。
[0091]图5D示出了经过单片化步骤后(S卩，在对面板进行了划片以使得形成了单个电子模块500之后)的图5的过程。在下一步骤中，引线框架504可以附着到阻焊层503，图5E中示意性地示出了该步骤。与图4中一样，引线框架的引线的尺寸可以不同，例如，较宽的引线511可以适合于功率信号，而较窄的引线512可以适合于逻辑信号。图5F示意性地示出了经过形成(外部)包封体505并且流体端506附着或布置到(外部)包封体505上或(外部)包封体505中并且与(未示出的)流体通道处于流体连通后所制造的电子模块500。虽然示出流体端附着或形成在包封体或内插器的一个公共侧，但是不言而喻，它们可以也可以布置在相对侧或相邻侧。
[0092]根据特定的实施例，提供了一种电子模块，该电子模块由于在电子模块的功率周期期间减小的机械应力或热应力而具有提高的可靠性。这种应力的减小可以是由于以下事实:电子芯片所附着到的(金属)结构化层部分地烧结到内插器的陶瓷主体中或者至少与内插器的陶瓷主体一起烧结。因此，以下情况是有可能的:一方面，达到内插器的陶瓷主体和结构化层之间的可靠连接，并且另一方面，结构化层的材料的孔大小可以在适当的范围中以便确保结构化层和内插器主体的陶瓷材料之间的低应力。
[0093]还应当要注意，术语“包括”不排除其它的元件或特征，并且“一”或“一个”不排除复数。此外，与不同实施例相关联所描述的元件可以组合。还应当注意，附图标记不应当解释为限制权利要求的范围。虽然参考特定的实施例来具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应当要理解，在不偏离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中对形式和细节做出各种改变。因此，本发明的范围由所附权利要求表示，并且本发明由此旨在包含权利要求的等同形式的含义和范围内的所有改变。
【主权项】
1.一种电子模块，包括: 内插器，所述内插器包括形成在电隔离材料中的流体通道和导电结构化层； 至少一个电子芯片，所述至少一个电子芯片附着到所述导电层并且与所述流体通道热接触；以及 模塑包封体，所述模塑包封体被形成为至少部分地包围所述至少一个电子芯片， 其中，所述导电结构化层直接形成在所述电隔离材料上。2.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述内插器包括陶瓷材料。3.根据权利要求2所述的电子模块，其中，所述陶瓷材料是经烧结的。4.根据权利要求2所述的电子模块，其中，所述导电结构化层包括金属并且与所述陶瓷材料一起烧结。5.根据权利要求1所述的电子模块，还包括另外的电子芯片，其中，所述至少一个电子芯片被布置在所述内插器的第一主表面上，并且所述另外的电子芯片被布置在所述内插器的第二主表面上。6.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述至少一个电子芯片通过烧结处理附着到所述导电结构层。7.根据权利要求1所述的电子模块，还包括外部电接触件，所述外部电接触件连接到所述导电结构化层并且部分地嵌入到所述模塑包封体中。8.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述电子芯片通过选自包含以下项的组中的接合处理而连接到所述导电结构化层: 导线接合； 夹片接合； 激光熔接； 焊接； 电阻熔接；以及 超声波熔接。9.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述模塑包封体包括表面结构，所述表面结构被配置为将所述电子模块固定到外部结构。10.根据权利要求9所述的电子模块，其中，所述表面结构具有选自包含以下项的组中的形状: 凹槽； 舌状物； 螺孔； 柳钉； 螺丝；以及 凹陷。11.根据权利要求1所述的电子模块，还包括嵌入到所述模塑包封体中的固定元件。12.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述至少一个电子芯片是包含以下项的组中的一项: 功率晶体管； 功率二极管；以及 逻辑部件。13.根据权利要求1所述的电子模块，还包括至少部分地嵌入到所述模塑包封体中的无源电气组件。14.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述导电结构化层包括不同尺寸的部分。15.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述包封体包括包封剂和填充材料。16.根据权利要求1所述的电子模块，还包括再分布层。17.—种制造电子模块的方法，所述方法包括: 提供内插器，所述内插器包括形成在电隔离材料中的流体通道和导电结构化层，其中，所述导电结构化层直接形成在所述电隔离材料上； 将至少一个电子芯片附着到所述导电结构化层并且使所述至少一个电子芯片与所述流体通道热接触；以及 将包封体模塑为至少部分地包围所述至少一个电子芯片。18.根据权利要求17所述的方法，其中，对所述包封体进行的所述模塑包括形成表面结构，所述表面结构被配置为被固定到外部结构。19.根据权利要求17所述的方法，其中，多个电子芯片附着到所述导电结构化层，并且所述方法还包括将内部包封体形成为包围所述多个电子芯片。20.根据权利要求17所述的方法，其中，多个电子芯片附着到所述导电结构化层，并且所述方法还包括将再分布层布置为与所述多个电子芯片电接触。
【文档编号】H01L23/31GK106098638SQ201610265239
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月26日 公开号201610265239.0, CN 106098638 A, CN 106098638A, CN 201610265239, CN-A-106098638, CN106098638 A, CN106098638A, CN201610265239, CN201610265239.0
【发明人】E·菲尔古特, M·格鲁贝尔, W·哈布莱
【申请人】英飞凌科技股份有限公司