带有堆叠功率电子组件的冷却电子封装制造技术

电子封装（10）包括导电支承层（20b）；至少一个导电外层（20a、20c）；至少两个功率电子组件（14），布置在支承层（20b）的不同侧上并与支承层（20b）和至少一个外层（20a、20b）电互连；隔离材料（18），在其中嵌入支承层（20b）和至少两个功率电子组件（14），其中支承层（20b）和至少一个外层（20a、20c）与隔离材料（18）层压在一起；以及冷却通道（26），用于传导冷却流体通过电子封装（10），其中冷却通道（26）通过支承层（20b）在至少两个功率电子组件（14）之间延伸。

Cooling Electronic Packaging with Stacked Power Electronic Components

The electronic package (10) comprises a conductive support layer (20b); at least one conductive outer layer (20a, 20c); at least two power electronic components (14), arranged on different sides of the support layer (20b) and electrically interconnected with the support layer (20b) and at least one outer layer (20a, 20b); and an isolating material (18), in which a support layer (20b) and at least two power electronic components (14) are embedded. The supporting layer (20b) and at least one outer layer (20a, 20c) are laminated with the isolating material (18) and the cooling channel (26) is used to conduct the cooling fluid through the electronic packaging (10), where the cooling channel (26) extends between at least two power electronic components (14) through the supporting layer (20b).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有堆叠功率电子组件的冷却电子封装
本专利技术涉及功率电子组件的封装和冷却的领域。特别地，本专利技术涉及一种电子封装。
技术介绍
功率半导体的切换速度受到承载功率半导体的电子封装的寄生电感和电容的限制。用于减小寄生效应的电路板的一种解决方案是将功率半导体及其连接嵌入在电路板的基板内。这允许创建短金属互连，其可以使由寄生效应引起的失真最小化。嵌入技术还可以提供将具有与电感和电容耦合噪声的高级别隔离的（多个）EMI屏蔽嵌入电路板的机会，这可以消除对额外的表面安装屏蔽的需要。对于例如利用宽带隙半导体可实现的更高功率和更高切换频率，寄生电感问题可能变得更糟。例如，WO2012/072212A2示出了具有若干导电层的功率电子封装，所述若干导电层与预浸材料层压在一起，其中还嵌入有半导体芯片。然而，就冷却功率半导体和电子封装的热管理的观点，将功率半导体芯片非常密集地封装在一起可能是具有挑战性的。将芯片更靠近地放置在一起可以减少寄生问题，但是作为热源的半导体芯片更加彼此接近，这可能会导致差的热扩散和热点。虽然全局温度可能不会过高，但是半导体芯片处的局部热点温度可能会阻止高效操作并且可能缩短半导体芯片的寿命。已知从一侧用冷却体冷却电子封装。然而，这仅允许单侧冷却并且可能妨碍芯片在电子封装内堆叠。还存在可以如何冷却电子封装的其他解决方案。例如，US2012/0228779A1涉及一种包括垂直流体通孔的芯片。此外，从US2008/0286531A1中已知一种设有热循环介质的印刷电路板。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有密集封装的功率电子组件（诸如半导体芯片）的电子封装，其被有效地冷却而不会降低电性能。该目的是通过独立权利要求的主题实现的。另外的示例性实施例根据从属权利要求和以下描述是明显的。本专利技术涉及一种电子封装，其可以是包括功率电子组件（诸如半导体芯片）以及机械和电气互连的电导体的组装件。电导体可以设在若干个层中，其与隔离材料（诸如预浸材料）层压在一起。功率电子组件可以设置在电子封装内部和/或可以被布置在若干个层中。以这种方式，电子封装可以被视为多层电路板。电子封装和/或功率电子组件可以能够处理大于10A和/或大于1kV的电流。根据本专利技术的实施例，电子封装包括导电支承层；至少一个导电外层；至少两个功率电子组件，布置在支承层的不同侧上，并与支承层和至少一个外层电互连；隔离材料，其中嵌入支承层和至少两个功率电子组件，其中支承层和至少一个外层与隔离材料层压在一起；以及冷却通道，用于传导冷却流体通过电子封装，其中冷却通道通过支承层在至少两个功率电子组件之间延伸。电子封装可包括若干层导电材料，诸如铜或铝。这些层可以与电隔离材料（诸如预浸材料）层压在一起，以形成电子封装。在电子封装中并且特别是向隔离材料中，可以嵌入若干功率电子组件。功率电子组件可以设置在中央支承层的两侧上，其可以机械地支承至少一些功率电子组件和/或可以电互连至少一些功率电子组件。此外，一些或所有功率电子组件可以布置在支承层和一个或两个外层之间，其也可以与功率电子组件电连接和/或可以为电子封装提供电触点区。每个外层可以提供电子封装的平面侧。支承层和/或一个或两个外层的导电部分可以由所谓的引线框架即结构化金属板提供。换句话说，功率电子组件可以堆叠在电子封装中。例如，两个功率电子组件可以相对于彼此在相同方向上堆叠，其中电子组件的层被堆叠。通过内部堆叠功率电子组件，可以实现高密度的有源和无源组件，同时与没有堆叠的功率电子组件的电子模块相比，电子封装的体积仅略微增加。减小功率电子组件和连接之间的距离可能导致低寄生电感。此外，在电子封装中，可以布置冷却通道，通过该冷却通道可以泵送诸如水的冷却流体。冷却通道可以布置在堆叠的功率电子组件之间和/或可以设置在支承层内。因此，从冷却通道到每个功率电子组件可能只有很小的距离，这然后可以高效地进行冷却。冷却通道可以允许冷却剂更靠近通过功率电子组件，从而导致更低的热阻。此外，功率电子组件和冷却通道之间的距离都可以基本相等，从而为所有功率电子组件提供相等的冷却。此外，电子封装内的热点可以更特定地进行冷却。冷却通道可以是用于功率电子组件的穿过支承层的微流体通道。例如，通道可以具有小于1mm的直径，诸如50μm、100μm等。此外，利用集成的冷却通道，可以消除对直接附接的未集成的主散热器的需要。没有主散热器，就没有主散热器和电子封装之间的电容性耦合，就不需要热界面材料和到电子封装的机械固定。可以减少电子封装的总重量。此外，冷却通道已经可以通过电子封装的制造而集成到电子模块中。之后不需要将外部散热器添加和/或附接到电子封装。存在支承层如何结构化的若干种可能性。支承层可以包括若干个导电组件，这些导电组件彼此电隔离。作为替选，支承层可以包括一个单个导电组件。根据本专利技术的实施例，支承层包括用于电隔离支承层的两个导电组件的隔离元件，其中冷却通道延伸通过隔离元件。以这种方式，冷却通道可以设置在电隔离组件中。此外，在基本上平行于电子封装的不同层的方向上延伸的冷却通道的至少部分可以设置在可以容易利用内部通道制造的部分中。例如，隔离元件可以由聚合物制成。在将隔离元件集成到支承层中之前，可以在隔离元件中设置冷却通道。还可以是可能的是隔离元件由陶瓷制成。根据本专利技术的实施例，隔离元件是布置在支承层的两个导电子层之间的隔离层。导电子层和/或隔离层可以在与支承层和至少一个外层相同的方向上延伸。根据本专利技术的实施例，隔离元件将支承层的两个导电组件分开，这两个导电组件沿支承层的纵向方向并排布置。还可以是可能的是支承层包括支承层的岛（即支承层的导电组件，其包括电连接到每一侧的功率电子组件）之间的绝缘部分。根据本专利技术的实施例，功率电子组件包括半导体芯片、电阻器和/或电容器中的至少一个。例如，至少两个功率电子组件中的一个或多个可以是半导体芯片。由于减小的寄生电感，电子封装可以适于快速切换。此外，由于有效的冷却，电子封装可以设有一个或多个宽带隙半导体。一个或多个半导体芯片可以基于宽带隙半导体，诸如SiC或GaN。根据本专利技术，冷却通道的至少一部分由支承层的导电组件提供。可以是可能的是冷却通道具有直接延伸通过一个或两个导电组件的一个或多个部分。此外，冷却通道的该部分可以在其与电子封装的其他组件联接之前制造成导电组件。必须注意的是，延伸通过导电组件的冷却通道的部分可以在基本平行于支承层和/或外层的方向上延伸和/或可以在相对于这些层的基本垂直方向上延伸。根据本专利技术的实施例，冷却通道包括至少一个冷却通孔，该冷却通孔沿电子封装的堆叠方向延伸。通孔可以指互连电子封装的两个不同层的导体（传导冷却流体或传导电流）。这种通孔可以在相对于支承层和/或外层基本垂直的方向上延伸。冷却通孔可以延伸通过传导材料和/或通过隔离材料。冷却通孔可以延伸到电子封装的外部，其中冷却流体可以被引入冷却通道中。根据本专利技术的实施例，电子封装还包括与冷却通道互连的流体连接器，其用于将冷却流体源与冷却通道连接。例如，可以是插塞的流体连接器可以附接到冷却通孔的端部。流体连接器布置在电子封装的一侧上和/或可以从该侧突出。可以是可能的是流体连接器设置在封装的设置有外层的一侧上，或者设置在电子封装的窄侧上。根据本专利技术的实施例，电子封装还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子封装（10），包括：导电支承层（20b）；至少一个导电外层（20a、20c）；至少两个功率电子组件（14），布置在支承层（20b）的不同侧上，并与支承层（20b）和至少一个外层（20a、20b）电互连；隔离材料（18），在其中嵌入所述支承层（20b）和所述至少两个功率电子组件（14），其中所述支承层（20b）和所述至少一个外层（20a、20c）与隔离材料（18）层压在一起；冷却通道（26），用于传导冷却流体通过所述电子封装（10），其中所述冷却通道（26）通过所述支承层（20b）在所述至少两个功率电子组件（14）之间延伸；并且其中所述冷却通道（26）的至少一部分由所述支承层（20b）的导电组件（34）提供。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.28 EP 16176641.51.一种电子封装（10），包括：导电支承层（20b）；至少一个导电外层（20a、20c）；至少两个功率电子组件（14），布置在支承层（20b）的不同侧上，并与支承层（20b）和至少一个外层（20a、20b）电互连；隔离材料（18），在其中嵌入所述支承层（20b）和所述至少两个功率电子组件（14），其中所述支承层（20b）和所述至少一个外层（20a、20c）与隔离材料（18）层压在一起；冷却通道（26），用于传导冷却流体通过所述电子封装（10），其中所述冷却通道（26）通过所述支承层（20b）在所述至少两个功率电子组件（14）之间延伸；并且其中所述冷却通道（26）的至少一部分由所述支承层（20b）的导电组件（34）提供。2.根据权利要求1所述的电子封装（10），其中所述支承层（20b）包括用于电隔离所述支承层（20b）的两个导电组件（34）的隔离元件（36）；其中所述冷却通道（26）延伸通过所述隔离元件（36）。3.根据权利要求2所述的电子封装（10），其中所述隔离元件（36）是布置在所述支承层（20a）的两个导电子层（34a、34b）之间的隔离层（36a）。4.根据权利要求2所述的电子封装（10），其中所述隔离元件（36b）将沿所述支承层（20b）的纵向方向并排布置的所述支承层（20b）的两个导电组件（34c、34d）分开。5.根据前述权利要求之一所述的电子封装（10），其中所述功率电子组件（14）包括半导体芯片、电阻器和/或电容器中的至少一个。6.根据前述权利要求之一所述的电子封装（10），其中所述冷却通道（26）包括至少一个冷却通孔（30），其沿所述电子封装（10）的堆叠方向延伸。7.根据前述权利要求之一所述的电子封装（10），还包括：流体连接器（32），与所述冷却通道（26）互连，用于将冷却流体源和所述冷却通道（26）连接；和/或其中所述流体连接器（32）布置在所述电子封装（10）的一侧（17a）上。8.根据前述权利要求之一所述的电子封装（10），还包括：导电通孔（22），其将所述至少两个功率电子组件（14）与所述至少一个外层（20a、20c）互连和/或与所述支承层（20b）的导电组件（34）互连；和/或其中所述支承层（20b）包括至少一个空腔（24），在其中布置所述功率电子组件（14）中的至少一个。9.根据前述权利要求之一所述的电子封装（10），其中至少两个功率电子组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：D卡尼，J舒德雷尔，S基钦，L杜阿尔特，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH