[发明专利]功率模块及制造功率模块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率模块（power module，动力模块）以及制造功率模块的方法。

背景技术

典型地，通过为功率模块提供有效的冷却系统来保护半导体器件防止过热。功率模块能够直接或间接地冷却，以及可能具有底板（base plate），该底板能够是平坦的或是有构造的。典型地，为了高的导热率，通常底板由铜制成。在底板中，其他低成本材料诸如AlSiC、铝或包层材料能够替换铜。底板能够从功率模块中排除以进一步减少成本，但是与使用底板的模块相比较热性能差。

具有以及不具有底板的功率模块通常通过基于空气或流体的冷却器被间接冷却。由半导体器件产生的热量流经DCB-堆栈（DCB=直接结合铜）的陶瓷基板（substrate，衬底），并且也流经包括芯片焊接（chip-soldering）和系统焊接的不同焊接层并且最后流经底板。用于在底板与冷却器之间（或在基板与冷却器之间，如果底板不存在）导热的热接触典型地通过在底板或基板与冷却器之间设置的导热脂实现。使用这样的布置，冷却低于最佳效果，因为导热脂具有低的大约1W/mK的导热率。

具有构造的底板的直接冷却功率模块更加有效地冷却功率器件。典型地，底板在底板的冷却侧上具有冷却结构（诸如销、散热片或散热片类似结构）并且这些冷却结构与冷却流体（诸如水、或水乙二醇混合物）直接接触，从而获得高的导热系数。用于制作底板的不同技术包括金属注入成型工艺（MIM）或锻造技术。在这两种情况中，冷却结构没有直接附接至底板的冷却侧。而是，一种或更多种中间材料（诸如焊料等）被用于将冷却结构附接至底板，这降低了热性能并且增加了模块成本。可选择地，陶瓷基板的金属化（metallized，敷金属，喷涂金属）表面通过蚀刻能够被构造。然而，由此产生的结构的长度受限于金属化层的厚度（例如，对于铜大约600μm）。这样的结构是基板金属化的整体部分并且所以没有附接至基板金属化，而是与金属化具有连续构造。这些冷却结构提供了受限的热容量。构造的DCB能够使用微变形技术（MDT）制作，其产生大约1到2mm的结构长度。由此产生的结构也具有与基板金属化连续的构造并且具有相对小的横截面宽度，同样限制了模块的热容量。

发明内容

根据功率模块的一个实施例，该功率模块包括基板（该基板包括具有相对的第一和第二金属化侧的电绝缘构件）以及一个或更多个附接至基板的第一金属化侧的半导体芯片（die，裸片，小片）。多个导热结构横向地（laterally，在侧面）彼此隔开并且独立地（individually，个别地，单独地）直接附接至基板的第二喷镀侧，从而多个导热结构从第二金属化侧向外延伸。

根据功率模块的另一个实施例，功率模块包括基板（该基板包括具有相对的第一和第二金属化侧的电绝缘构件）以及一个或更多个附接至基板的第一金属化侧的半导体芯片。冷却器具有实体部分（solid portion）和腔室，该实体部分附接至基板的第二金属化侧。多个导热结构横向地彼此隔开并且独立地直接附接至基板的第二金属化侧从而多个导热结构从第二金属化侧向外延伸入腔室中并且由冷却器横向地包围。

根据一种制造功率模块的方法的实施例，该方法包括：将一个或更多个半导体芯片附接至基板的第一金属化侧，基板包括具有第一金属化侧和相对的第二金属化侧的电绝缘构件；以及将多个独立的导热结构直接附接至基板的第二金属化侧，从而多个导热结构横向地彼此隔开并且从第二金属化侧向外延伸。

本领域的技术人员通过阅读以下详细描述并且通过查看附图，将认识到额外的特征与优势。

附图说明

图中的部件没有必要按比例绘制，而是重点放在示出本发明的原理上。此外，在图中，相同的参考标号指示对应的部分。在图中：

图1A示出了具有直接附接的导热结构的功率模块的横截面图。

图1B示出了在图1A中示出的功率模块的一部分的分解横截面图。

图2示出了位于冷却器的腔室中的具有直接附接的导热结构的功率模块的分解透视图。

图3示出了具有直接附接的导热结构的功率模块的底侧金属化的平面图。

图4示出了层叠有直接附接的导热结构的功率模块的顶侧芯片金属化的混合视图。

图5A示出了根据另一个实施例的位于冷却器的腔室中的具有直接附接的导热结构的功率模块的分解透视图。

图5B示出了在图5A中示出的功率模块的部分横截面图。

具体实施方式