用于高密度电子器件的部件组件和嵌入制造技术

提供了一种高密度多部件封装，其包括第一模块互连垫和第二模块互连垫。至少两个电子部件被安装至第一模块互连垫和第二模块互连垫并且在第一模块互连垫与第二模块互连垫之间，其中，第一电子部件相对于第一模块互连垫是竖直取向的。第二电子部件相对于第二模块互连垫是竖直取向的。是竖直取向的。是竖直取向的。

Component assembly and embedding for high density electronic devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高密度电子器件的部件组件和嵌入
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利技术要求2020年1月17日提交的待决的美国临时申请第62/962,340号的优先权，该申请通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及用于电子部件的改进的组件。更具体地，本专利技术涉及嵌入式电子部件，其允许高密度的电子部件，并且其特别适合于使用宽带隙半导体材料如SiC和GaN实现的高功率电子器件。

技术介绍

[0004]对改进的部件组件存在持续的需要，特别是与高功率电子器件一起使用，高功率电子器件如那些由使用宽带隙半导体材料如SiC或GaN代替硅而出现的。这些宽带隙半导体以更高的功率、以更高的频率操作，以实现允许电路的进一步小型化的更高效率的功率转换。不幸的是，使用常规技术所产生的热量难以减轻。
[0005]多层陶瓷电容器(MLCC)越来越多地用于高功率应用中，其中，它们受到高的AC电压量。在电容器中产生的所得纹波电流使得它们升温。消耗的功率(P)由等式P＝I2R定义，其中，I是电流并且R是等效串联电阻(ESR)。随着频率增加，电容器引起更多的AC电流，因此I2的增加超过ESR的减小。因为宽带隙半导体以比硅更高的频率操作，所以这变成重要的考虑因素。
[0006]在MLCC中，热量在电容器的表面处消散，在陶瓷表面处或通过外部端子消散。通常认识到，在表面处约20
‑
25℃的自加热对于这些类型的电容器是安全条件，但是任何另外的加热可能导致热失控和MLCC的故障。内部金属电极是有效的热导体，而陶瓷电介质通常是非常好的热绝缘体。因此，增加与外部端子接触的内部电极的数量可减小ESR和自加热。这在增加电容方面也是期望的。电容(C)由以下等式定义：C＝ε
r
ε0An/t；其中ε
r
是电介质的相对电容率；ε0是等于自由空间的电容率的常数；A是每个内部导电层的重叠面积，该每个内部导电层也称为有源物(active)；n是有源物的数目，并且t是电极之间的间隔距离或厚度。因此，一直希望在减小层间隔的同时增加层的数量和重叠区域。然而，在给定的MLCC中，减小陶瓷的有效厚度以增加电容降低了MLCC的电压处理能力。因此，将这些电容器封装在需要大电路板面积的大组件中已经变成必要的。大型组件与对电子器件小型化的持续需求相反，因此对将MLCC嵌入在电路中或者对提供具有多个MLCC的模块存在增加的兴趣，其提供可以集成到异构封装中的高密度封装。
[0007]美国专利第8,331,078号教导了设置在非铁(non
‑
ferrous)引线框中的MLCC，其中，电容器的基底内部电极和外部端子的边缘表面垂直于安装基板。该布置赋予所得组件低ESR和低ESL。美国专利第9,875,851号教导了优化的MLCC结构，其中内部电极垂直于组件平面布置，以在kHz至MHz的频率范围内赋予3mΩ至5mΩ的低ESR。美国专利第9,905,363号教导了基于反铁电的陶瓷电介质的电容器，该电容器布置在引线框上并结合在模块封装
内。
[0008]最近，美国专利第10,325,895号描述了具有电路元件(如电容器和电阻器)的半导体模块，该电路元件结合在多个金属板之间，多个金属板结合至至少一个开关元件。这两个端子电路元件在竖直于模块长度的取向上接合。电路元件在半导体模块的金属板之间竖直地取向，其中多个MLCC用于示出竖直取向的益处。
[0009]在这些现有技术教导内容中，电路元件必须作为单独的部件结合到功率电子器件模块中。在有引线的电容器的情况下，这些需要定制的组件，从成本和生产率的角度来看这是低效的。常规的表面安装组装技术是容易获得的，但是随后的模块具有相对低的封装密度。
[0010]嵌入更小的MLCC越来越受欢迎，并且在美国专利第8,720,050号描述了一些示例。
[0011]嵌入式电容器的现有技术示例需要经由至嵌入式部件的连接。近来，部件已经嵌入聚合物印刷电路板中，如美国专利专利第9,386,702号中描述的，其中过孔用于连接嵌入式部件。
[0012]在现有技术实施例中，可以通过将MLCC的内部电极平行于电路板的平面放置来嵌入MLCC。在随后的分层工艺中，在围绕零件形成空腔，然后形成电路互连穿过过孔至它们的端子。在当前实践中，通过FR4电路材料形成至端子的铜过孔。美国公布的专利申请US2019/0215950描述了多直径激光填充的孔，以解决以这种方式在电路中嵌入部件的一些限制。随着较大数目的较小部件嵌入在电路中，其变得难以配准用于过孔的激光孔且形成过孔非常耗时，因为过孔的后续镀铜也非常耗时。此工艺还要求部件具有兼容的端子，该兼容的端子典型地为用于MLCC的铜。如果在组装之前储存延长的时间，铜端子易于氧化，并且具有有限的顺应性(compliancy)。
[0013]尽管有进展，本领域仍然缺乏适合用于高功率应用(如通过使用SiC宽带隙材料所提供的)的适当的部件组件。本文提供了改进的部件组件，尤其是利用嵌入式部件(尤其是MLCC)的高密度电子器件。

技术实现思路

[0014]本专利技术涉及改进的部件组件。
[0015]更具体地，本专利技术涉及特别适合用于高功率应用的改进的部件组件，高功率应用如用SiC基的宽带隙半导体器件和GaN基的宽带隙半导体器件可获得的。
[0016]本专利技术的具体特征是结合冷却部件的能力。
[0017]如将认识到的，在包括第一模块互连垫和第二模块互连垫的高密度多部件封装中提供这些和其他实施例。至少两个电子部件被安装至所述第一模块互连垫和所述第二模块互连垫并且在所述第一模块互连垫与所述第二模块互连垫之间，其中，第一电子部件相对于所述第一模块互连垫是竖直取向的。第二电子部件相对于第二模块互连垫是竖直取向的。
[0018]在包括第一电子部件和第二电子部件的高密度多部件封装中提供了又一另外实施例。第一电子部件和第二电子部件各自包括第一外部端子和第二外部端子，其中，每个第一外部端子和每个第二外部端子包括边缘表面和侧表面。封装还包括宽带隙半导体器件，宽带隙半导体器件包括第一互连垫和第二互连垫，其中，第一互连垫电连接至第一外部端
子的边缘表面并且第二互连垫电连接至第二电子部件的边缘表面。
[0019]在用于形成高密度多部件封装的方法中提供了又一另外实施例。该方法包括：
[0020]提供包括第一互连垫和第二互连垫的宽带隙半导体器件；
[0021]提供基板；
[0022]提供至少两个电子部件；以及
[0023]将两个电子部件安装在基板与宽带隙半导体器件之间，其中，两个电子部件是竖直取向的。
附图说明
[0024]图1是具有标准MLCC的封装的横截面图示，该标准MLCC表示电子部件，布置为用于电感消除。
[0025]图2是DC链路电容器的电气示意图。
[0026]图3是集成组装的电容器的图示。
[0027]图4是高密度电容器封装的图示。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高密度多部件封装，包括：第一模块互连垫；以及第二模块互连垫；至少两个电子部件，所述至少两个电子部件安装到所述第一模块互连垫和所述第二模块互连垫并且在所述第一模块互连垫和所述第二模块互连垫之间，其中，所述至少两个电子部件中的第一电子部件相对于所述第一模块互连垫是竖直取向的，并且所述至少两个部件中的第二电子部件相对于所述第二模块互连垫是竖直取向的。2.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，其中，所述电子部件中的至少一个所述电子部件包括内部电极，其中，所述内部电极垂直于所述模块互连垫。3.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，其中，所述电子部件中的至少一个所述电子部件包括外部端子，其中，所述外部端子中的每个外部端子包括边缘表面和侧表面，其中，一个所述边缘表面安装至所述第一模块互连垫。4.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，进一步包括：宽带隙半导体器件，其中，所述第一互连垫和所述第二互连垫与所述宽带隙半导体器件是一体的。5.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，其中，所述第一电子部件和所述第二电子部件是相邻的电子部件。6.根据权利要求5所述的高密度多部件封装，其中，所述第一电子部件是第一多层陶瓷电容器，并且所述第二电子部件是第二多层陶瓷电容器。7.根据权利要求5所述的高密度多部件封装，其中，所述第一电子部件和所述第二电子部件具有相反的极性。8.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，其中，所述电子部件使用瞬态液相烧结粘合剂安装。9.根据权利要求8所述的高密度多部件封装，其中，所述瞬态液相烧结粘合剂包括铜和锡。10.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，其中，所述部件端子包含顺应性柔性端子。11.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，其中，导电部分被接纳在所述电绝缘部分的凹部中。12.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，其中，至少一个所述电子部件嵌入在所述电绝缘部分中。13.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，其中，至少一个所述电子部件是多层陶瓷电容器。14.根据权利要求13所述的高密度多部件封装，其中，相邻的电子部件是具有相反极性的多层陶瓷电容器。15.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，进一步包括：至少一个冷却部件。16.根据权利要求15所述的高密度多部件封装，其中，所述冷却部件位于第一基板与第二基板之间。17.根据权利要求15所述的高密度多部件封装，其中，所述冷却部件是冷却通道。18.根据权利要求15所述的高密度多部件封装，其中，所述冷却部件包括热导体。
19.根据权利要求1所述的高密度多部件封装，进一步包括：至少一个电绝缘约束件，所述至少一个电绝缘约束件布置成将第一基板和第二基板相对于彼此固定在固定位置中。20.一种高密度多部件封装，包括：第一电子部件和第二电子部件，其中，所述第一电子部件和所述第二电子部件各自包括第一外部端子和第二外部端子，其中，每个所述第一外部端子和每个所述第二外部端子包括边缘表面和侧表面；以及宽带隙半导体器件，所述宽带隙半导体器件包括第一互连垫和第二互连垫，其中，所述第一互连垫与所述第一外部端子的所述边缘表面电连接，并且所述第二互连垫与所述第二电子部件的所述边缘表面电连接。21.根据权利要求20所述的高密度多部件封装，其中，所述第一互连垫与所述第一外部端子的所述边缘表面直接电连接，所述第二互连垫与所述第二电子部件的所述边缘表面直接电连接。22.根据权利要求20所述的高密度多部件封装，其中，所述第一电子部件包括内部电极。23.根据权利要求22所述的高密度多部件封装，其中，所述第一内部电极垂直于所述互连垫。24.根据权利要求20所述的高密度多部件封装，其中，所述第一电子部件和所述第二电子部件具有相反的极性。25.根据权利要求20所述的高密度多部件封装，进一步包括：在所述宽带隙半导体和所述第一电子部件之间的基板，其中，所述基板包括电绝缘部分和导电部分。26.根据权利要求25所述的高密度多部件封装，其中，所述导电部分是穿过所述电绝缘部分的过孔。27.根据权利要求26所述的高密度多部件封装，其中，所述过孔是预形成的过孔。28.根据权利要求20所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：凯米特电子公司，
类型：发明
国别省市：