電子模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電子模塊，具有至少一個能在其上側和其下側處接觸的電子組件，該下側至少部分地平坦地貼靠在第一電路板的線路結構上。本發明還涉及一種制造該電子模塊的方法。本發明特別能應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】
[0002]在功率(電子)模塊中，通向功率半導體組件或者功率半導體芯片的兩個連接位置是必需的。這些連接位置通常稱為芯片上側和芯片下側。典型地，在芯片上側建立電連接并且產生到模塊的接點或者到絕緣層上的接觸面的電流。用于建立電連接的現有技術是鋁制厚線，其在一側鍵合到芯片上并且在另一側鍵合到連接面上。還公知的是，通過銅質線鍵合(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的、金屬化的塑料薄膜構成，例如根據Semikron公司的所謂的“SKiN”技術。SKiN技術的特征是，通過柔性的結構化的薄膜來取代鍵合線，該薄膜平坦的燒結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。
[0003]在公知的連接技術中不利的是，與芯片表面相連的上布線平面在應用非平面的連接技術(例如借助線鍵合)時很難冷卻。在制造時，應用平面的連接技術、如“SKiN”或“SiPLIT”連接技術則耗費更大，特別是又基于耗費大的生產步驟如結構化或者金屬化的又更昂貴。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于，至少部分地克服現有技術中的缺陷并且特別是提出一種用于電子模塊的能簡單地實現且能高效地冷卻的連接技術，特別是用于電子模塊的上側的連接技術，所述電子模塊具有至少一個電子組件，特別是功率電子組件，尤其是功率半導體芯片。
[0005]該目的根據獨立權利要求的特征來實現。優選的實施方式特別地能從屬權利要求中得出。
[0006]該目的通過一種電子模塊來實現，其具有至少一個能在其上側和其下側處接觸的電子組件，該下側至少部分地平坦地貼靠在第一電路板的線路結構上，并且該上側至少部分地平坦地貼靠在第二電路板的線路結構上。因此，至少一個電子組件特別地布置在兩個電路板之間，例如以所謂的“三明治”結構來布置。
[0007]這種電子模塊的優點在于，能簡單和廉價地生產電路板，以及電路板能夠簡單地且以多種方式與電子組件連接。為此，電路板的遠離至少一個電子組件的一側能大面積地冷卻，這實現了至少一個電子組件的、特別是在兩側上的特別有效的排熱。
[0008]所改進的冷卻產生了其他優點，如隱含的對電子組件的更好的充分利用、使用更熱的冷卻介質如冷水等等。
[0009]電子組件特別地能夠是芯片式存在的組件，該組件在其上側和其下側處具有該組件的電接點。組件例如能夠是半導體芯片，例如作為“未封裝芯片(Naked Chip)”或者“裸芯片(Bare Die) ”而存在。電接點能夠具有例如至少一個接觸區域和/或至少一個突出的接觸元件(例如至少一個接觸銷)。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。該陶瓷基質能夠在一側或者在兩側設置有相應的金屬層。金屬層至少在電路板的朝向至少一個電子組件的一側是結構化的，并且因此形成線路結構或者布線平面。特別地，線路結構能夠具有一個或者多個印制線路和/或接觸區和/或伸出的接觸元件。
[0011]特別地，在朝向至少一個電子組件的一側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]一種設計方案是，至少一個電子組件是功率電子組件。為此，根據本發明所實現的高效冷卻是特別有利的，因為來自功率電子組件的熱輸出特別高。
[0014]一種改進方案是，至少一個功率電子組件是IGBT、功率MOSFET、功率二極管、晶閘管、三端雙向可控硅開關元件(Triac)。特別地，至少一個功率電子組件作為(未封裝的)功率半導體芯片來存在。
[0015]還有一種設計方案是，第一電路板和/或第二電路板在其遠離至少一個電子組件的一側具有金屬層。該金屬層能夠是非結構化的，特別是完全平坦的。由此實現了特別良好的冷卻可行性和高頻特性。
[0016]一種改進方案是，在遠離的一側處存在的金屬層是銅層。還有一種改進方案是，基質是陶瓷基質并且在兩側都設置有銅層。一種特殊的改進方案是，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離的一側具有鋁層的IMS電路板(“絕緣金屬基質”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/或至少是常規的FR4電路板。
[0017]其他的設計方案是，至少一個電子組件、特別是半導體芯片在其上側處具有居中的或者中央的電接點，并且第二電路板具有接觸中央的電接點的金屬化通孔。這明顯提高了關于可用組件的靈活性，因為此時還能夠使用這種具有中央接點的組件。
[0018]在上側和/或下側處能夠存在一個或者多個接點。例如電子開關、特別是斷路器、例如IGBT芯片在其上側處能夠不僅具有負載接點(典型的是發射器接點)而且還具有輔助接點(例如中央柵欄或者柵欄接點)。
[0019]用于相同目的的替代設計方案是，至少一個電子組件在其上側處具有居中的或者中央的電接點，并且第二電路板具有相對應的空隙。這對于以下情況能夠特別有利的，即中央的電接點不具有平坦的接觸區，而是例如向上伸出。
[0020]中央的電接點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開地布置。
[0021]附加于或者替代中央的接點地，電子組件能夠在其上側處具有至少一個邊緣側的接點(例如邊緣柵欄)和/或至少一個布置在邊角處的接點(例如角柵欄)。
[0022]特別地，配備有中央的接點的電子組件能夠是電子開關、特別是斷路器、例如IGBTo特別地，中央的電接點能夠是控制接點、特別是柵欄接點或者“中央柵欄”。
[0023]還有一種其他的設計方案是，第一電路板和第二電路板借助至少一個間距保持件(特別是借助多個間距保持件)彼此分開。這實現了兩個電路板彼此間的特別精確的定位。
[0024]由此的一種改進方案是，至少一個間距保持件是能導電的。因此，其能夠同時用作兩個電路板的導體結構之間的電連接元件。
[0025]間距保持件例如能夠構造成在橫剖面中具有兩個平行的接觸面的棒狀、例如長方體狀的。也能夠使用從這兩個電路板的每一個或者其線路結構出發的間距保持件，這些間距保持件分別具有相應的較小的高度并且例如成對地接觸。
[0026]此外，一種設計方案是，第一電路板的安裝了至少一個電子組件的線路結構具有至少一個第一子區域和至少一個與第一子區域電隔開的第二子區域，并且第一電路板的第一子區域和第二子區域通過第二電路板的安裝了至少一個電子組件的線路結構電連接。這實現了至少一個電子組件的能簡單實現的且多樣化的電布線。因此，第一和第二電路板的線路結構組成了用于第一電子組件的布線。
[0027]一種改進方案是，在第一電路板的不同子區域中，至少兩個子區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現。
[0028]第二電路板的線路結構也能夠具有多個分開的子區域。一種改進方案是，在第二電路板的不同的子區域中，至少兩個子區域處于彼此不同的電位。
[0029]相對應的接點(例如負載或者強電接點、如發射器接點和/或集電極接點，和/或輔助接點、如控制接點或者柵欄接點)，特別是負載接點能夠設置在第一電路板和/或第二電路板上。
[0030]接點、特別是負載接點能夠例如存在于兩個電路板中的一個上或者線路結構上、特別是存在于兩個電路板的面積更大的一個上，在該處特別地存在于未由另外的電路板覆蓋的區域處。替代地，其例如還能夠存在于兩個電路板之間并且然后例如從側面向外伸出。
[0031]還有一種設計方案是，第一電路板的安裝了至少一個電子組件的線路結構附加地具有與其他子區域隔開的至少一個第三子區域，并且至少一個第三子區域與其他的子區域中的至少一個子區域通過第二電路板的特別安裝了至少一個電子組件的線路結構電連接。
[0032]此外，一種設計方案是，在第一子區域和第三子區域之間能夠施加直流電壓，并且在第二子區域處能夠施加高頻的電信號，例如交流電壓。因此，特別地支持了為至少一個功率組件供應高頻電信號。特別地，第一電路板的第一子區域和第二子區域或者其線路結構能夠借助第二電路板的線路結構的子區域彼此連接，并且第一電路板的第二子區域和第三子區域或者其線路結構能夠借助第二電路板的其他子區域彼此連接。特別地，至少一個第一區域、至少一個第二區域和至少一個第三區域能夠按這種次序串聯。
[0033]此外，一種設計方案是，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現，其中該方法至少具有以下步驟:(i)將至少一個電子組件利用其上側安裝在第二電路板的線路結構處；(ii)將至少一個間距保持件安裝在第二電路板的線路結構處；并和(iii)將第一電路板的線路結構安裝到至少一個電子組件的下側和至少一個間距保持件上。
[0035]該方法的優點在于，其考慮到了，對于至少一個電子組件在第二電路板的線路結構處的定位來說，可能需要特別高的精確性，特別是如果至少一個電子組件在其上側處具有中央的接點。為此，特別是能夠借助已知的倒裝芯片技術(Flip-Chip-Technologie)來實行至少一個電子組件的安裝。對定位精度的要求在步驟(iii)中明顯低于步驟(i)中，例如因為要定位在彼此上的金屬化通孔的面積和中央接點的面積明顯小于例如在第一電路板的線路結構上的電子組件的可能的接觸面。
[0036]然而，設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行步驟(ii)且執行相應調整了的步驟(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行。
[0038]在電子組件和線路結構之間的、在間距保持件和線路結構之間的和/或在接點和線路結構之間的連接能夠特別地通過燒結工藝來實現。
【附圖說明】
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