雙側(cè)冷卻芯片封裝和制造其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]各種實施例涉及雙側(cè)冷卻芯片封裝和制造雙側(cè)冷卻芯片封裝的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)例如EP 2 533 284中，可在高電壓和高電流應用中使用的具有功率器件的功率模塊是已知的。例如，功率模塊可以是具有作為功率開關(guān)的功率器件的電機驅(qū)動逆變器模塊。為了使功率器件正確地執(zhí)行，它們的溫度必須保持在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。然而，功率器件一般生成相當多的熱，這可使它們的溫度上升到適當?shù)臏囟确秶猓绻麩岵粡墓β势骷浞趾纳⒌脑?。因此，功率模塊和可包括功率模塊的任何封裝應被如此構(gòu)造以致有效地冷卻功率器件。
[0003]冷卻功率器件的一種方法可涉及利用熱耦合到功率器件的熱沉以幫助從功率器件耗散熱。作為示例，功率器件中的每一個可作為一個或多個管芯合并在功率模塊中。功率模塊照慣例包括將管芯連接到功率模塊的襯底上的導電跡線的接合線。熱沉可附著到襯底并可通過襯底熱耦合到功率器件。
[0004]此外，已知封裝或功率模塊，其具有在功率模塊或封裝的兩個主要或主表面上的熱沉以便更進一步增加熱耗散。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]各種實施例提供雙側(cè)冷卻芯片封裝，其中封裝包括第一熱沉；第二熱沉；堆疊芯片布置，其包括第一電子芯片、第二電子芯片和布置在第一電子芯片與第二電子芯片之間并包括在至少一個主表面上的電路的界面連接襯底，其中第一電子芯片和第二電子芯片之一電連接到界面連接襯底的電路；以及其中第一電子芯片附著到第一熱沉，而第二電子芯片附著到第二熱沉。
[0006]此外，各種實施例提供雙側(cè)冷卻芯片封裝，其中封裝包括第一導熱襯底；布置在第一導熱襯底上的第一電子芯片層；包括兩個相對的主表面的界面連接襯底，主表面具有布置在其上的導電材料，其中一個主表面布置在第一電子芯片層上；布置在界面連接襯底的第二主表面上的第二電子芯片；以及布置第二電子芯片層上的第二導熱襯底。
[0007]而且，各種實施例提供制造雙側(cè)冷卻芯片封裝的方法，其中該方法包括將第一電子芯片附著在第一熱沉上；使具有電路的界面連接襯底與第一電子芯片電接觸，使得第一電子芯片電連接到電路；將第二電子芯片布置在界面連接襯底上；以及將第二電子芯片附著到第二熱沉。
【附圖說明】
[0008]在附圖中，相似的參考符號遍及不同的視圖一般指的是相同的部件。附圖并不一定按比例，相反一般將重點放在說明本發(fā)明的原理上。在下面的描述中，參考下面的附圖描述了各種實施例，其中: 圖1A到IF示意性圖示根據(jù)示例性實施例的雙側(cè)冷卻芯片封裝的視圖。
[0009]圖2A和2B示意性示出根據(jù)示例性實施例的雙側(cè)冷卻芯片封裝的透視圖和橫截面視圖。
[0010]圖3示出根據(jù)示例性實施例的制造雙側(cè)冷卻芯片封裝的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]在下文中，將解釋雙側(cè)冷卻芯片封裝和制造其的方法的另外的示例性實施例。應注意，在一個特定的示例性實施例的上下文中描述的特定特征的描述也可與其它示例性實施例組合。
[0012]詞“示例性”在本文用于意指“用作示例、實例或例證”。在本文被描述為“示例性”的任何實施例或設計不一定被解釋為對于其它實施例或設計是優(yōu)選的或有利的。
[0013]各種示例性實施例提供包括堆疊芯片布置的雙側(cè)冷卻芯片封裝，堆疊芯片布置包括布置在彼此的頂部上的電子芯片的至少兩層并將布置在其間的界面連接襯底夾在中間并具有至少一個(熱和/或電)傳導襯底。此外，堆疊芯片布置被兩個熱沉夾在中間，一個熱沉布置在電子芯片層之一上，而另一熱沉在電子芯片中的另一個之下。
[0014]特別是，第一熱沉可以是底熱沉，而第二熱沉可以是頂熱沉，或反之亦然。例如，第一熱沉可以熱耦合到第一電子芯片，和/或第二熱沉可以熱耦合到第二電子芯片，或反之亦然。應注意，電子芯片可形成堆疊芯片布置的一層或可以是堆疊芯片布置的一層的部分。特別是，封裝或更特別，堆疊芯片布置當然可包括多于兩層，例如三、四、五、六或甚至更多層，其包括電子芯片。也就是說，堆疊芯片布置可包括在彼此的頂部上和/或以交錯的方式布置的三、四、五、六或甚至更多電子芯片。應注意，在電子芯片的多于兩層的情況下，功率芯片或功率管芯可僅布置在最外邊的電子層中(因而經(jīng)由外熱沉而使得能夠?qū)崿F(xiàn)改進的冷卻)可能是優(yōu)選的。此外或替換地，每層可包括并排布置或橫向布置在層中或上的幾個電子芯片。第一熱沉和/或第二熱沉可包括引線框，特別是雙規(guī)格(dual gauge)引線框，或可由引線框，特別是雙規(guī)格引線框組成。
[0015]通過提供夾在兩個熱沉之間并具有至少一個熱和/或電傳導表面的堆疊芯片布置，可以可能的是，提供包括高密度的電子芯片或管芯而同時提供良好的熱耗散的芯片封裝。因此，芯片封裝可能對功率管芯或芯片特別有用。特別是，芯片封裝可具有高緊湊性和/或功能性和/或性能。
[0016]在下文中，描述了雙側(cè)冷卻芯片封裝的示例性實施例。然而，關(guān)于這些實施例描述的特征和元件也可與制造雙側(cè)冷卻芯片封裝的方法的示例性實施例組合。
[0017]根據(jù)雙側(cè)冷卻芯片封裝的示例性實施例，界面連接襯底包括在與至少一個主表面相對的另一主表面上的另一電路，其中另一電路電連接到第一電芯片和第二電芯片中的另一個。
[0018]根據(jù)雙側(cè)冷卻芯片封裝的示例性實施例，界面連接襯底選自由下列組成的組:直接銅接合襯底；直接招接合襯底；以及引線框；球柵陣列；植球(stub bumping)襯底；以及焊料印刷襯底。
[0019]原則上，可使用任何種類的界面連接襯底，其至少在一個主表面上且優(yōu)選地在兩個相對的主表面上包括可用于電接觸第一和/或第二電子芯片或管芯的電路。
[0020]根據(jù)示例性實施例，雙側(cè)冷卻芯片封裝還包括至少部分地密封第一電子芯片、界面連接襯底和第二電子芯片的密封物。
[0021]特別是，密封物可包括模塑料或模制材料或可由模塑料或模制材料形成。密封物可特別起鈍化層的作用。
[0022]根據(jù)示例性實施例，雙側(cè)冷卻芯片封裝還包括至少一個接觸焊盤，其中電路電連接到至少一個接觸焊盤。
[0023]特別是，電路可經(jīng)由接合(例如接合線)連接到至少一個接觸焊盤或由粘合劑(如焊料)粘附。接觸焊盤可用于將電氣電路和因而連接到其的電子芯片與輸出和/或輸入端子且因而與外部環(huán)境電連接。
[0024]根據(jù)雙側(cè)冷卻芯片封裝的不例性實施例，第一電子芯片和第二電子芯片中的至少一個包括功率芯片。
[0025]特別是，功率芯片可以是適于攜帶、傳導或切換比普通信息信號的信號電平高的電功率信號或電壓的芯片。例如，功率芯片可適于攜帶或傳導具有大于20V、特別是大于50V、甚至更特別大于100V或甚至更大的電壓電平的信號，而功率級別可高于25W，特別是高于50W，甚至更特別高于100W或甚至更高。特別是，功率芯片可以是功率晶體管，例如MOSFET、SFET 或 IGBT 等。
[0026]根據(jù)雙側(cè)冷卻芯片封裝的示例性實施例，界面連接襯底是直接銅接合襯底。
[0027]直接銅接合(DCB)襯底可以特別是適當?shù)慕缑孢B接襯底，因為DCB襯底的外銅層可適合于向附著到其的(多個)電子芯片提供導電性或電導體路徑。然而，應注意，也可使用直接鋁接合(DAB)襯底。在封裝中的電子芯片的多于兩層或級別的情況下，即在多于一個界面連接襯底被使用的情況下，可以替換地關(guān)于電子芯片的層布置界面連接襯底。
[0028]根據(jù)雙側(cè)冷卻芯片封裝的示例性實施例，經(jīng)由夾接合來執(zhí)行第一電子芯片或第二電子芯片的附著。
[0029]特別是，第一電子芯片和第二電子芯片分別經(jīng)由夾接合附著到第一和第二熱沉。可替換地，可經(jīng)由焊接或任何其它適當?shù)母街蛘掣椒椒▓?zhí)行附著。
[0030]根據(jù)示例性實施例，雙側(cè)冷卻芯片封裝還包括至少一個附加的電子芯片層，其包括布置在第一導熱襯底和第二導熱襯底之間并附著到附加的界面連接襯底的至少一個電子芯片。
[0031]特別是，可提供多個附加的電子芯片層，其中每個附加的電子芯片層附著到另一附加的界面連接襯底。因此，可提供包括電子芯片層和界面連接襯底的交替序列的堆疊芯片布置。堆疊芯片布置然后布置在導熱襯底之間或由導熱襯底夾在中間，導熱襯底形成這樣的多層布置的外層。應注意，功率芯片，即適于經(jīng)得起相對高的電壓和/或電流(例如高于50V，其例如高于在電子芯片中的通常信息信號的電壓電平)的電子芯片優(yōu)選地僅被布置為最外邊的電子芯片層，即布置成接近于導熱襯底(例如直接接觸其)的電子芯片層。
[0032]在下文中，描述了制造雙側(cè)冷卻芯片封裝的方法的示例性實施例。然而，關(guān)于這些實施例描述的特征和元件也可與雙側(cè)冷卻芯片封裝的示例性實施例組合。
[0033]在下面的示例性實施例中，該方法還包括至少部分地用密封物密封第一電子芯片、界面連接襯底和第二電子芯片。
[0034]在該方法的下面的示例性實施例中，通過夾接合來執(zhí)行附著。
[0035]特別是，可通過夾接合來執(zhí)行下列中的至少一個:將第一電子芯片附著到第一熱沉和將第二電子芯片附著到第二熱沉。可替換地，粘附工藝(如焊接)可用于附著。
[0036]在下面的示例性實施例中，該方法還包括將電路接合到接觸焊盤。
[0037]特別是，接觸焊盤可以與第一熱沉和/或與第一電子芯片和/或第二電子芯片分離。例如，可通過絲焊或夾接合來執(zhí)行接合。
[0038]在該方法的下面的示例性實施例中，通過焊接來執(zhí)行下列中的至少一個:將第一電子芯片附著在第一熱沉上和將第二熱沉附著在第二電子芯片上。
[0039]特別是，將電子芯片附著到熱沉的兩個步驟都可經(jīng)由焊接來執(zhí)行。替換地或附加地，也可使用夾接合。
[0040]在該方法的下面的示例性實施例中，通過球壓焊來執(zhí)行下列中的至少一個:將第二電子芯片附著到界面連接襯底和將第二界面連接襯底附著到第一電子芯片。
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