用于冷却包封式芯片的具有部分地包封式冷却通道的封装体制造技术

一种功率模块(100)，包括：半导体芯片(102)；至少一个冷却板(120)，其具有至少一个冷却通道(104)，所述至少一个冷却通道热耦接至半导体芯片(102)且配置成使得冷却剂能够被引导通过所述至少一个冷却通道(104)；和包封材料(108)，其包封半导体芯片(102)的至少一部分和所述至少一个冷却通道(104)的至少一部分，其中，冷却板(120)的主表面的至少一部分形成功率模块(100)的外表面的一部分。

【技术实现步骤摘要】
用于冷却包封式芯片的具有部分地包封式冷却通道的封装体
本申请涉及一种功率模块，一种封装体，一种车辆，一种使用方法，一种制造功率模块的方法，以及一种制造封装体的方法。
技术介绍
例如用于汽车应用场合的功率模块对功率部件提供了物理容纳作用，所述功率部件通常是成包括一个或多个集成电路元件的电子芯片形式的功率半导体装置。功率模块的集成电路元件的示例是绝缘栅双极晶体管(IGBT，insulated-gatebipolartransistor)和二极管。仍存在可能的空间来降低制造成本，并简化功率模块的电子芯片到外部电路的连接，同时高效地散热。
技术实现思路
需要一种封装体，其使得能够高效地散除工作过程中所产生的热量，同时制造起来简单。根据一个示例性实施例，提供了一种功率模块，其包括：半导体芯片；至少一个冷却板，其具有至少一个冷却通道，所述至少一个冷却通道热耦接至半导体芯片且配置成使得冷却剂(比如流体，即气体和/或液体)能够被引导通过所述至少一个冷却通道；和包封材料，其包封半导体芯片的至少一部分和所述至少一个冷却通道的至少一部分；其中，冷却板的主表面的至少一部分形成功率模块的外表面的一部分。根据另一示例性实施例，提供了一种封装体，其包括：电子芯片，其具有第一主表面和相反的第二主表面；第一冷却通道，其热耦接至电子芯片的第一主表面，且配置成使得冷却剂能够被引导通过第一冷却通道；第二冷却通道，其热耦接至电子芯片的第二主表面，且配置成使得冷却剂能够被引导通过第二冷却通道；和包封材料，其包封电子芯片的至少一部分、第一冷却通道的至少一部分和第二冷却通道的至少一部分；其中，第一冷却通道和第二冷却通道中的至少一个的至少一部分(尤其是相应地包括所述至少一个第一冷却通道或所述至少一个第二冷却通道的冷却板的至少一部分)在周向方向上(即，绕着冷却剂的流动方向)部分地由包封材料覆盖且部分地从包封材料暴露。根据又一示例性实施例，提供了一种制造功率模块的方法，该方法包括：将半导体芯片与具有至少一个冷却通道(其可具有空心管道)的至少一个冷却板热耦接，冷却剂能够被引导通过所述至少一个冷却通道；和通过包封材料包封半导体芯片的至少一部分和所述至少一个冷却通道的至少一部分，从而冷却板的主表面的至少一部分形成功率模块的外表面的一部分。根据又一示例性实施例，提供了一种制造封装体的方法，该方法包括：将电子芯片的第一主表面热耦接至第一冷却通道(其可界定出空心管腔)，冷却剂能够被引导通过第一冷却通道；将电子芯片的第二主表面热耦接至第二冷却通道(其可界定出空心管腔)，冷却剂能够被引导通过第二冷却通道；和通过包封材料包封电子芯片的至少一部分、第一冷却通道的至少一部分和第二冷却通道的至少一部分，从而第一冷却通道和第二冷却通道中的至少一个的至少一部分(尤其是至少包括所述至少一个电子芯片和包封材料的封装体的材料块上和/或中的一部分)在周向方向上部分地由包封材料覆盖且部分地从包封材料暴露。根据又一示例性实施例，提供了一种车辆，其包括具有上述特征的功率模块或具有上述特征的封装体。根据又一示例性实施例，具有上述特征的功率模块或具有上述特征的封装体被用于汽车应用场合。一个示例性实施例可具有的优点是：由于封装体的冷却通道设计，可高效地散除在功率模块的工作过程中由半导体芯片所产生的热量。这可通过将一个或优选多于一个部分地包封的冷却通道集成或嵌入到封装体中并热耦接至芯片来实现。优选布置多个部分地包封的冷却通道，其优选在芯片的两个相反的外表面上热耦接至芯片，从而有利地产生了高效的双面冷却。因此，冷却剂(比如冷却流体)在所述一个或多个冷却通道中内部地流动、以便与芯片热相互作用、从而进行热交换，能够高效地散除在封装体的工作过程中由芯片产生的热量。高度有利地，冷却通道、尤其具有至少一个这种冷却通道的冷却板可定向成使其周向表面部分地朝着模块的内部、即朝着包封材料和/或芯片，且部分地朝着模块的外部、即背向包封材料和/或芯片。通过采取该措施，高效地促进了冷却剂与芯片之间的、以及冷却剂和冷却通道与环境之间的热交换，从而获得了很高的冷却效率。鉴于模块或封装体的极高效的冷却性能，后者可用于车辆中的汽车应用场合。在这种技术环境中(例如在至少部分地电驱动的车辆的逆变器方面)，产生显著的热量，且高效的散热能力极为重要。另外，汽车环境提供了使用这种车辆的工作液体(尤其是水)作为待被引导通过所述至少一个冷却通道的冷却剂的机会。对其他示例性实施例的描述在下文中，将阐述功率模块、封装体、车辆和方法的其他示例性实施例。在一个实施例中，所述至少一个冷却通道包括第一冷却通道，所述第一冷却通道热耦接至半导体芯片的第一主表面。因此，能够从半导体芯片的第一主表面高效地散热。在一个实施例中，所述至少一个冷却通道包括至少一个另外的第一冷却通道，所述至少一个另外的第一冷却通道热耦接至半导体芯片的第一主表面。因此，多个冷却通道可同时从第一主表面散热，从而获得了优秀的冷却性能。在一个实施例中，第一冷却通道和所述至少一个另外的第一冷却通道形成一体的第一冷却本体、尤其同一冷却板的一部分。所有第一冷却通道可形成第一冷却板的一部分。该第一冷却板可布置在半导体芯片的第一主表面上或布置成平行于半导体芯片的第一主表面。因此，可提供一个一体地形成的本体，其可由高度导热式材料制成，且可容纳多个冷却通道。这种冷却板可以以低成本和低花费来制造，例如通过挤压来制造。冷却剂通过多个第一冷却通道的平行流动可产生高效的散热。在一个实施例中，该功率模块包括布置在半导体芯片与所述一个或多个第一冷却通道/第一冷却板之间的至少一个间隔体，尤其是至少一个导热式间隔体。通过由高度导热的材料、比如铜制成的大块间隔体，可进一步促进从半导体芯片的相应主表面的散热。间隔体可优选基本上接触半导体芯片的整个主表面，以提供特别显著的散热能力。所述至少一个间隔体同时可抵消模块或封装体的各个部件之间的高度差。在一个实施例中，所述至少一个冷却通道包括第二冷却通道，所述第二冷却通道热耦接至所述至少一个半导体芯片的第二主表面(其可与第一主表面相反)。因此，功率封装体可配置成用于双面冷却，即一面通过所述至少一个第一冷却通道(尤其形成第一冷却板的一部分)且另一面通过所述至少一个第二冷却通道(尤其形成第二冷却板的一部分)来冷却。这使得功率封装体也适合于一些应用场合，比如汽车应用场合，在这些应用场合中大量的热量产生且需要从功率封装体散除。然而，应当强调，本申请的其他示例性实施例依赖于单面冷却，而非双面冷却。在一个实施例中，所述至少一个冷却通道包括至少一个另外的第二冷却通道，所述至少一个另外的第二冷却通道热耦接至半导体芯片的第二主表面。因此，在第二主表面上，也可通过邻近于半导体芯片的第二主表面沿着多个冷却通道引导冷却剂来实现平行冷却，以进一步提高冷却效率。在一个实施例中，第二冷却通道和所述至少一个另外的第二冷却通道形成一体的第二冷却本体、尤其一体的第二冷却板的一部分。所有第二冷却通道可形成第二冷却板的一部分。第二冷却板可布置在半导体芯片的第二主表面上或布置成大致平行于半导体芯片的第二主表面。高度有利地，同一类型的冷却板可用于所述一个或多个电子芯片的两个相反的主表面上。这进一步降低了制造冷却封装体的花费和成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块(100)，包括：·半导体芯片(102)；·至少一个冷却板(120)，其具有至少一个冷却通道(104)，所述至少一个冷却通道(104)热耦接至半导体芯片(102)且配置成使得冷却剂能够被引导通过所述至少一个冷却通道(104)；和·包封材料(108)，其包封半导体芯片(102)的至少一部分和所述至少一个冷却通道(104)的至少一部分；·其中，冷却板(120)的主表面的至少一部分形成功率模块(100)的外表面的一部分。

【技术特征摘要】
2016.08.02 DE 102016114303.01.一种功率模块(100)，包括：·半导体芯片(102)；·至少一个冷却板(120)，其具有至少一个冷却通道(104)，所述至少一个冷却通道(104)热耦接至半导体芯片(102)且配置成使得冷却剂能够被引导通过所述至少一个冷却通道(104)；和·包封材料(108)，其包封半导体芯片(102)的至少一部分和所述至少一个冷却通道(104)的至少一部分；·其中，冷却板(120)的主表面的至少一部分形成功率模块(100)的外表面的一部分。2.根据权利要求1所述的功率模块(100)，其特征在于，所述至少一个冷却通道(104)包括第一冷却通道，所述第一冷却通道热耦接至半导体芯片(102)的第一主表面。3.根据权利要求2所述的功率模块(100)，其特征在于，所述至少一个冷却通道(104)包括至少一个另外的第一冷却通道，所述至少一个另外的第一冷却通道热耦接至半导体芯片(102)的第一主表面。4.根据权利要求2或3所述的功率模块(100)，其特征在于，第一冷却通道和所述至少一个另外的第一冷却通道形成同一冷却板(120)的一部分，该同一冷却板尤其布置成大致平行于半导体芯片(102)的第一主表面。5.根据权利要求2-4中任一项所述的功率模块(100)，其特征在于，该功率模块(100)包括布置在半导体芯片(102)与第一冷却通道之间的间隔体(130)，尤其是导热式间隔体(130)。6.根据权利要求2-5中任一项所述的功率模块(100)，其特征在于，所述至少一个冷却通道(104)包括第二冷却通道，所述第二冷却通道尤其通过直接的金属或塑料接触而热耦接至半导体芯片(102)的与第一主表面相反的第二主表面。7.根据权利要求6所述的功率模块(100)，其特征在于，所述至少一个冷却通道(104)包括至少一个另外的第二冷却通道，所述至少一个另外的第二冷却通道尤其通过直接的金属或塑料接触而热耦接至半导体芯片(102)的第二主表面。8.根据权利要求6或7所述的功率模块(100)，其特征在于，第二冷却通道和所述至少一个另外的第二冷却通道形成另一共同冷却板(122)的一部分，该另一共同冷却板尤其布置成大致平行于半导体芯片(102)的第二主表面。9.根据权利要求1-8中任一项所述的功率模块(100)，其特征在于，所述冷却板(120)和所述至少一个冷却通道(104)中的至少一个包括由以下组成的组中的至少一个或由由以下组成的组中的至少一个组成：陶瓷体和金属体，尤其具有电介质涂层的金属体。10.根据权利要求1-9中任一项所述的功率模块(100)，其特征在于，该功率模块(100)包括导电式布线结构(143)，所述导电式布线结构(143)布置在所述至少一个冷却通道(104)与半导体芯片(102)之间，且配置成将半导体芯片(102)电连接至外界。11.根据权利要求1-10中任一项所述的功率模块(100)，其特征在于，所述包封材料(108)包括模制型包封材料(108)或由模制型包封材料(108)组成。12.根据权利要求1-11中任一项所述的功率模块(100)，其特征在于，该功率模块(100)包括冷却剂供送单元(126)，该冷却剂供送单元(126)配置成用于驱动冷却剂、尤...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·格拉斯曼，W·哈布莱，J·赫格尔，I·尼基廷，A·施特拉斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE