具有集成的功率電子電路系統和邏輯電路系統的模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及功率電子電路系統，尤其是集成有邏輯電路系統的功率電子電路系統，該邏輯電路系統控制功率電路系統的運行。
【背景技術】
[0002]許多應用(比如，汽車應用和工業應用)使用功率電子電路系統，比如，絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，M0SFET)、功率二極管等。例如，常見的功率電路包括單相半波整流器和多相半波整流器、單相全波整流器和多相全波整流器、電壓調節器等。集成功率模塊(Integrated Power Module IPM)包括功率電子電路系統和邏輯電路系統兩者，該邏輯電路系統用于控制功率電子電路系統的運行。在一些常規IPM中，功率裸片(芯片)被附接至功率電子基板，比如，直接鍵合銅(Direct BondedCopper DBC)、絕緣金屬基板(Insulated Metal Substrate，IMS)或活潑金屬銅焊(ActiveMetal Brazed，AMB)基板。邏輯裸片被表面裝配至單獨的邏輯印刷電路板。然后，功率電子基板通過剛性連接器被連接至該邏輯印刷電路板。在其他常規IPM中，連接機制并不是這么龐大。然而，功率裸片通常被表面裝配至第二印刷電路板。在這兩種IPM實施中，有效面積需要容納各個部分，這增加了 IPM的總體大小和成本。其他的常規IPM把功率半導體模塊嵌入至邏輯印刷電路板之內。雖然該方法減少了實施IPM所需的面積，但其具有顯著變多的過程步驟并且成本昂貴。因此，需要更小的、更簡單的并且更具性價比的IPM解決方案。
【發明內容】
[0003]根據一種使功率電子電路系統和邏輯電路系統互相連接的方法的實施例，該方法包括:提供多層的邏輯印刷電路板和埋置功率半導體模塊，該埋置功率半導體模塊包括被埋置在介電材料之中的一個以上功率半導體裸片；將該一個以上邏輯裸片裝配至邏輯印刷電路板的表面；并且在埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間形成整體的柔性連接，該整體的柔性連接將埋置功率半導體模塊機械地連接至邏輯印刷電路板，并提供埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間的電氣通路。
[0004]根據一種集成功率模塊的實施例，該模塊包括埋置功率半導體模塊、多層邏輯印刷電路板和柔性連接，該埋置功率半導體模塊包括被埋置在介電材料中的一個以上功率半導體裸片，該多層邏輯印刷電路板具有被裝配至該邏輯印刷電路板的表面的一個以上邏輯裸片，并且該柔性連接被整體地形成在埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間。該柔性連接將埋置功率半導體模塊機械地連接至邏輯印刷電路板，并且提供埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間的電氣通路。
[0005]通過閱讀下面的【具體實施方式】以及參看附圖，本領域的技術人員將能認識到其他的特征和優點。
【附圖說明】
[0006]附圖中的元件不一定是彼此相對成比例的。相似的附圖標記指相應的類似部件。各種所示實施例的特征能夠被結合，除非其彼此排斥。實施例在附圖中被示出，并且在接下來的【具體實施方式】中進行了詳細說明。
[0007]圖1示出了集成功率模塊的一個實施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間柔性連接；
[0008]圖2示出了集成功率模塊的另一個實施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間的柔性連接；
[0009]圖3A至圖3D、圖4A和圖4B以及圖5至圖10示出了使用集成功率模塊來使功率電子電路系統與邏輯電路系統互相連接的方法的一個實施例的不同階段；
[0010]圖11示出了集成功率模塊的另一個實施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間柔性連接；
[0011]圖12示出了集成功率模塊的另一個實施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間柔性連接；
[0012]圖13示出了集成功率模塊的又一個實施例的剖視圖，該集成功率模塊具有被整體地形成在埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板之間柔性連接；
[0013]圖14至圖17示出了使用集成功率模塊來使功率電子電路系統與邏輯電路系統互相連接的方法的另一個實施例的不同階段。
【具體實施方式】
[0014]本文中所描述的實施例提供了具有被整體地形成在埋置功率半導體模塊和邏輯印刷電路板(PCB)之間柔性連接的IPM(集成功率模塊。PCB使用由層壓在非導電的基板材料之上的銅片(箔)蝕刻形成的導電的軌(痕)、焊盤和其他特征，機械地支撐和電連接電子部件。PCB可以是單面的(例如，一個銅層)、雙面的(例如，兩個銅層)或多層的。在不同層上的導體與電鍍孔通孔(via)、激光鉆孔的微通孔、導電膠通孔(例如，ALIVH、B2it)等被連接。先進的PCB可包括被埋置在PCB樹脂材料中和/或被裝配至PCB表面的部件(比如，電容器、電阻器或有源器件)。在每種情況下，IPM的邏輯PCB包括用于控制埋置功率半導體模塊的功率電路系統的邏輯電路系統。IPM的柔性連接將埋置功率半導體模塊機械地連接至邏輯印刷電路板，并且提供該埋置功率半導體模塊和該邏輯印刷電路板之間的電氣通路。本文中所描述的IPM解決方案通過使用例如柔性的互相連接技術(比如，柔性的FR-4、柔性的PCB技術、柔性的印刷電路(FCP)技術等)，允許高密度邏輯PCB與埋置功率技術的結合。
[0015]圖1示出了一個IPM的實施例的剖視圖。根據該實施例，IPM包括埋置功率半導體模塊100、多層邏輯印刷電路板(PCB) 102和柔性連接104，柔性連接104被整體地形成在埋置功率半導體模塊100和邏輯PCB 102之間。由于模塊100包括被埋置在介電材料108中的一個以上功率半導體裸片106，因此功率半導體模塊100是“埋置模塊”。被包括在功率半導體模塊100中的功率半導體裸片106可包括任何類型的功率半導體器件，比如垂直電流功率晶體管、橫向功率晶體管、分立智能功率晶體管、功率二極管等。在一個實施例中，埋置功率半導體模塊100包括金屬塊110，功率半導體裸片106被附接至金屬塊110。金屬塊110和功率半導體裸片106被埋置在介電材料108中。在一個實施例中，功率半導體模塊100的介電材料108作為層壓過程的部分被形成，該層壓過程被用來制造IPM。在另一個實施例中，埋置功率半導體模塊100在PCB處理期間被嵌入至邏輯PCB 102之中。另一種其他類型的埋置功率半導體模塊可以被使用。
[0016]另外的有源部件和/或無源部件112可被裝配至埋置功率半導體模塊100的表面101。另外的部件112可通過圖案化的金屬箔114和導電通孔116被電連接至功率半導體裸片106，金屬箔114位于埋置功率半導體模塊100的裝配表面101，導電通孔116在圖案化的金屬箔114和功率半導體裸片106之間延伸。在一個實施例中，IPM模塊通過層壓過程被形成，并且圖案化的金屬箔114是被層壓在埋置功率半導體模塊100和多層邏輯PCB102之上的最上面的層壓基板的部分。用于控制功率半導體裸片106的運行的一個以上邏輯裸片118以及對應的無源部件120被裝配至邏輯PCB 102的外部表面103。例如，邏輯裸片118和無源部件120可以是表面裝配技術(Surface Mount Technology SMT)器件。邏輯裸片118可包括用于控制功率半導體裸片106的運行的任何類型的電子器件(比如，控制器、驅動器等)。
[0017]在任何情況下，被整體地形成在埋置功率半導體模塊100和邏輯PCB 102之間的柔性連接104機械地將埋置功率半導體模塊100連接至邏輯PCB 102，并且還提供埋置功率半導體模塊100和邏輯PCB 102之間的電氣通路。柔性連接104 “被整體地形成”在埋置功率半導體模塊100和邏輯PCB 102之間，因此柔性連接104不易與埋置功率半導體模塊100或邏輯PCB 102分離。相反地，在IPM制造過程期間，柔性連接104變成埋置功率半導體模塊100和邏輯PCB 102的整體部分或組成部分。在一個實施例中，IPM通過本文中稍后將更詳細描述的層壓過程被形成，并且柔性連接104包括被層壓至埋置功率半導體模塊100和邏輯PCB 102的層壓基板。根據此實施例，由該整體的柔性連接所提供的電氣通路由被布置在該層壓基板的介電材料124上的金屬箔122所形成。熱沉或板126可在埋置功率半導體模塊100下方被附接至金屬箔122，例如用來提升在IPM的此區域中的散熱，或提供與另外的組件的連接。
[0018]通常地，整體的柔性連接104可具有例如通過層壓層壓板和銅層被形成的一個以上電連接層。整體的柔性連接104橋接了埋置功率半導體模塊100和邏輯PCB 102之間的間隙或空間，并且提供功率模塊100和邏輯PCB 102之間的柔性機械連接和電連接。整體的柔性連接104可根據IPM所被使用的應用，以各種配置被彎曲。例如在圖1中，整體的柔性連接104被彎曲，從而邏輯PCB 102處于一個平面(A)，并且埋置功率半導體模塊100處于不同的平面(B)。在一個實施例中，柔性連接104被彎曲，從