技术领域
[0001] 各种
实施例涉及双侧冷却芯片封装和制造双侧冷却芯片封装的方法。
背景技术
[0002] 在
现有技术例如EP 2 533 284中，可在高
电压和高
电流应用中使用的具有功率器件的功率模
块是已知的。例如，功率模块可以是具有作为功率
开关的功率器件的
电机驱动逆变器模块。为了使功率器件正确地执行，它们的
温度必须保持在适当的温度范围内。然而，功率器件一般生成相当多的热，这可使它们的温度上升到适当的温度范围之外，如果热不从功率器件充分耗散的话。因此，功率模块和可包括功率模块的任何封装应被如此构造以致有效地冷却功率器件。
[0003] 冷却功率器件的一种方法可涉及利用热耦合到功率器件的热沉以帮助从功率器件耗
散热。作为示例，功率器件中的每一个可作为一个或多个管芯合并在功率模块中。功率模块照惯例包括将管芯连接到功率模块的衬底上的导电迹线的接合线。热沉可附着到衬底并可通过衬底热耦合到功率器件。
[0004] 此外，已知封装或功率模块，其具有在功率模块或封装的两个主要或主表面上的热沉以便更进一步增加热耗散。
发明内容
[0005] 各种实施例提供双侧冷却芯片封装，其中封装包括第一热沉；第二热沉；堆叠芯片布置，其包括第一
电子芯片、第二电子芯片和布置在第一电子芯片与第二电子芯片之间并包括在至少一个主表面上的
电路的界面连接衬底，其中第一电子芯片和第二电子芯片之一电连接到界面连接衬底的电路；以及其中第一电子芯片附着到第一热沉，而第二电子芯片附着到第二热沉。
[0006] 此外，各种实施例提供双侧冷却芯片封装，其中封装包括第一导热衬底；布置在第一导热衬底上的第一电子芯
片层；包括两个相对的主表面的界面连接衬底，主表面具有布置在其上的导电材料，其中一个主表面布置在第一电子芯片层上；布置在界面连接衬底的第二主表面上的第二电子芯片；以及布置第二电子芯片层上的第二导热衬底。
[0007] 而且，各种实施例提供制造双侧冷却芯片封装的方法，其中该方法包括将第一电子芯片附着在第一热沉上；使具有电路的界面连接衬底与第一电子芯片电
接触，使得第一电子芯片电连接到电路；将第二电子芯片布置在界面连接衬底上；以及将第二电子芯片附着到第二热沉。
附图说明
[0008] 在附图中，相似的参考符号遍及不同的视图一般指的是相同的部件。附图并不一定按比例，相反一般将重点放在说明本发明的原理上。在下面的描述中，参考下面的附图描述了各种实施例，其中：图1A到1F示意性图示根据示例性实施例的双侧冷却芯片封装的视图。
[0009] 图2A和2B示意性示出根据示例性实施例的双侧冷却芯片封装的透视图和横截面视图。
[0010] 图3示出根据示例性实施例的制造双侧冷却芯片封装的方法的
流程图。
具体实施方式
[0011] 在下文中，将解释双侧冷却芯片封装和制造其的方法的另外的示例性实施例。应注意，在一个特定的示例性实施例的上下文中描述的特定特征的描述也可与其它示例性实施例组合。
[0012] 词“示例性”在本文用于意指“用作示例、实例或例证”。在本文被描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为对于其它实施例或设计是优选的或有利的。
[0013] 各种示例性实施例提供包括堆叠芯片布置的双侧冷却芯片封装，堆叠芯片布置包括布置在彼此的顶部上的电子芯片的至少两层并将布置在其间的界面连接衬底夹在中间并具有至少一个（热和/或电）传导衬底。此外，堆叠芯片布置被两个热沉夹在中间，一个热沉布置在电子芯片层之一上，而另一热沉在电子芯片中的另一个之下。
[0014] 特别是，第一热沉可以是底热沉，而第二热沉可以是顶热沉，或反之亦然。例如，第一热沉可以热耦合到第一电子芯片，和/或第二热沉可以热耦合到第二电子芯片，或反之亦然。应注意，电子芯片可形成堆叠芯片布置的一层或可以是堆叠芯片布置的一层的部分。特别是，封装或更特别，堆叠芯片布置当然可包括多于两层，例如三、四、五、六或甚至更多层，其包括电子芯片。也就是说，堆叠芯片布置可包括在彼此的顶部上和/或以交错的方式布置的三、四、五、六或甚至更多电子芯片。应注意，在电子芯片的多于两层的情况下，功率芯片或功率管芯可仅布置在最外边的电子层中（因而经由外热沉而使得能够实现改进的冷却）可能是优选的。此外或替换地，每层可包括并排布置或横向布置在层中或上的几个电子芯片。第一热沉和/或第二热沉可包括引线框，特别是双规格（dual gauge）引线框，或可由引线框，特别是双规格引线框组成。
[0015] 通过提供夹在两个热沉之间并具有至少一个热和/或电传导表面的堆叠芯片布置，可以可能的是，提供包括高
密度的电子芯片或管芯而同时提供良好的热耗散的芯片封装。因此，芯片封装可能对功率管芯或芯片特别有用。特别是，芯片封装可具有高紧凑性和/或功能性和/或性能。
[0016] 在下文中，描述了双侧冷却芯片封装的示例性实施例。然而，关于这些实施例描述的特征和元件也可与制造双侧冷却芯片封装的方法的示例性实施例组合。
[0017] 根据双侧冷却芯片封装的示例性实施例，界面连接衬底包括在与至少一个主表面相对的另一主表面上的另一电路，其中另一电路电连接到第一电芯片和第二电芯片中的另一个。
[0018] 根据双侧冷却芯片封装的示例性实施例，界面连接衬底选自由下列组成的组：直接
铜接合衬底；直接
铝接合衬底；以及引线框；球栅阵列；植球（stub bumping）衬底；以及
焊料印刷衬底。
[0019] 原则上，可使用任何种类的界面连接衬底，其至少在一个主表面上且优选地在两个相对的主表面上包括可用于电接触第一和/或第二电子芯片或管芯的电路。
[0020] 根据示例性实施例，双侧冷却芯片封装还包括至少部分地密封第一电子芯片、界面连接衬底和第二电子芯片的密封物。
[0021] 特别是，密封物可包括模塑料或模制材料或可由模塑料或模制材料形成。密封物可特别起
钝化层的作用。
[0022] 根据示例性实施例，双侧冷却芯片封装还包括至少一个接触焊盘，其中电路电连接到至少一个接触焊盘。
[0023] 特别是，电路可经由接合（例如接合线）连接到至少一个接触焊盘或由
粘合剂（如焊料）粘附。接触焊盘可用于将电气电路和因而连接到其的电子芯片与输出和/或输入
端子且因而与外部环境电连接。
[0024] 根据双侧冷却芯片封装的示例性实施例，第一电子芯片和第二电子芯片中的至少一个包括功率芯片。
[0025] 特别是，功率芯片可以是适于携带、传导或切换比普通信息
信号的信号电平高的电功率信号或电压的芯片。例如，功率芯片可适于携带或传导具有大于20V、特别是大于50V、甚至更特别大于100V或甚至更大的电压电平的信号，而功率级别可高于25W，特别是高于50W，甚至更特别高于100W或甚至更高。特别是，功率芯片可以是功率晶体管，例如MOSFET、SFET或IGBT等。
[0026] 根据双侧冷却芯片封装的示例性实施例，界面连接衬底是直接铜接合衬底。
[0027] 直接铜接合（DCB）衬底可以特别是适当的界面连接衬底，因为DCB衬底的外铜层可适合于向附着到其的（多个）电子芯片提供
导电性或电导体路径。然而，应注意，也可使用直接铝接合（DAB）衬底。在封装中的电子芯片的多于两层或级别的情况下，即在多于一个界面连接衬底被使用的情况下，可以替换地关于电子芯片的层布置界面连接衬底。
[0028] 根据双侧冷却芯片封装的示例性实施例，经由夹接合来执行第一电子芯片或第二电子芯片的附着。
[0029] 特别是，第一电子芯片和第二电子芯片分别经由夹接合附着到第一和第二热沉。可替换地，可经由
焊接或任何其它适当的附着或粘附方法执行附着。
[0030] 根据示例性实施例，双侧冷却芯片封装还包括至少一个附加的电子芯片层，其包括布置在第一导热衬底和第二导热衬底之间并附着到附加的界面连接衬底的至少一个电子芯片。
[0031] 特别是，可提供多个附加的电子芯片层，其中每个附加的电子芯片层附着到另一附加的界面连接衬底。因此，可提供包括电子芯片层和界面连接衬底的交替序列的堆叠芯片布置。堆叠芯片布置然后布置在导热衬底之间或由导热衬底夹在中间，导热衬底形成这样的多层布置的外层。应注意，功率芯片，即适于经得起相对高的电压和/或电流（例如高于50V，其例如高于在电子芯片中的通常信息信号的电压电平）的电子芯片优选地仅被布置为最外边的电子芯片层，即布置成接近于导热衬底（例如直接接触其）的电子芯片层。
[0032] 在下文中，描述了制造双侧冷却芯片封装的方法的示例性实施例。然而，关于这些实施例描述的特征和元件也可与双侧冷却芯片封装的示例性实施例组合。
[0033] 在下面的示例性实施例中，该方法还包括至少部分地用密封物密封第一电子芯片、界面连接衬底和第二电子芯片。
[0034] 在该方法的下面的示例性实施例中，通过夹接合来执行附着。
[0035] 特别是，可通过夹接合来执行下列中的至少一个：将第一电子芯片附着到第一热沉和将第二电子芯片附着到第二热沉。可替换地，粘附工艺（如焊接）可用于附着。
[0036] 在下面的示例性实施例中，该方法还包括将电路接合到接触焊盘。
[0037] 特别是，接触焊盘可以与第一热沉和/或与第一电子芯片和/或第二电子芯片分离。例如，可通过丝焊或夹接合来执行接合。
[0038] 在该方法的下面的示例性实施例中，通过焊接来执行下列中的至少一个：将第一电子芯片附着在第一热沉上和将第二热沉附着在第二电子芯片上。
[0039] 特别是，将电子芯片附着到热沉的两个步骤都可经由焊接来执行。替换地或附加地，也可使用夹接合。
[0040] 在该方法的下面的示例性实施例中，通过球压焊来执行下列中的至少一个：将第二电子芯片附着到界面连接衬底和将第二界面连接衬底附着到第一电子芯片。
[0041] 也就是说，当执行相应的附着时可使用在界面连接衬底上和/或在（多个）电子芯片上形成的焊球或球栅阵列。
[0042] 图1A到1F示意性图示根据示例性实施例的双侧冷却芯片封装的视图。特别是，图1A示出双侧冷却芯片封装100的示意性透视顶视图，其中箭头101与顶视图方向有关，箭头102与底视图方向有关，箭头103与前视图方向有关，箭头104与后视图方向有关，以及箭头105与侧视图方向有关，其在下面的附图中示出。在双侧冷却芯片封装100的图1A的透视图中，可看到没有密封材料108且因此暴露于外部环境的第二或顶热沉106和两个侧触头例如电和/或热触头107。
[0043] 特别是，图1B示出双侧冷却芯片封装100的示意性透视底视图。在图1B的透视图中，可看到没有密封材料108且因此暴露于外部环境的第一或底热沉100和两个其它侧触头，例如电和/或热触头111。此外，可在图1B中看到也暴露于外部环境的四个接触焊盘112。
[0044] 特别是，图1C示出双侧冷却芯片封装100的并示出第一热沉110、四个接触焊盘112和密封材料108的示意性底平面图，而图1D（顶平面图）也示出第二热沉106和密封材料108。
[0045] 特别是，图1E示出双侧冷却芯片封装100的并仅示出密封材料108的示意性前/后平面图，而图1F（侧平面图）也示出密封材料108和侧触头107。
[0046] 图2A和2B示意性分别示出根据示例性实施例的双侧冷却芯片封装100的透视图和横截面视图。特别是，图2A示出双侧冷却芯片封装100的透视底视图，其对应于此外已经包括横截面线的图1B，图2B所示的双侧冷却芯片封装100的横截面沿着该横截面线被截取。
[0047] 特别是，图2B示出由导热材料（如例如铜、铝等的金属）形成的第一热沉或导热衬底110。第一热沉可包括引线框（例如双规格引线框）或可由引线框（例如双规格引线框）形成。第一电子芯片210例如通过夹接合或通过焊接层211附着到第一热沉110。此外，界面连接衬底212可附着、例如焊接到第一电子芯片210。优选地，界面连接衬底212包括在两个主表面上的导电材料。导电材料可用于形成导电路径或电路。例如，界面连接衬底212可以是包括核心材料层215和两个外层216和217的直接铜接合（DCB）衬底，外层216和217包括铜或由铜组成。核心材料层可包括非导电或
电介质材料（例如陶瓷或聚酰亚胺（Kapton）材料）或可由非导电或电介质材料（例如陶瓷或聚酰亚胺（Kapton）材料）组成。对DCB衬底可替换地，可使用直接铝接合衬底或提供在主表面处的导电性的任何其它适当的衬底。
[0048] 焊接可由焊层218或焊球219执行。然而，可使用任何适当的附着方法，其适合于提供在界面连接衬底212的导电层216与第一电子芯片210之间的电接触。
[0049] 第二电子设备220附着到界面连接衬底212的另一导电层217。在图2B的示例中，使用焊球或球压焊221通过焊接来执行附着。此外，界面连接衬底212的另一导电层217经由丝焊222电连接到接触焊盘112，而导电层216可直接焊接到接触焊盘112。
[0050] 第二电子芯片220又附着到第二热沉106，其在图2B中由焊层223示意性示出。此外，图2B的实施例示出连接第一热沉110和第二热沉106的可选通孔224。通孔224由电和/或热传导材料如铜、铝等填充。
[0051] 为了形成双侧冷却芯片封装100，密封材料108在电和/或电子部件周围形成或模制，其中密封材料仍然暴露第一和第二热沉及接触焊盘。
[0052] 应注意，图2A所示的侧触头可以是例如界面连接衬底212的部分，但由于所选择的横截面而不能在图2B中看到。
[0053] 图3示出根据示例性实施例的制造双侧冷却芯片封装的方法的流程图。特别是，方法300包括将第一电子芯片附着在第一热沉上（步骤301）以及使包括电路的界面连接衬底与第一电子芯片电接触（步骤302），使得第一电子芯片电连接到电路。此外，该方法包括将第二电子芯片布置在界面连接衬底上（步骤303）；以及将第二电子芯片附着到第二热沉（步骤304）。此外，可选地，可通过模塑料或另一适当的材料形成密封物。在密封物的可选形成之前，界面连接衬底可通过例如通孔接合来电连接到接触焊盘。
[0054] 总结示例性实施例可提供双侧冷却芯片封装，其中设计思想可以是DCB衬底（具有在顶和底表面两者的顶部上的电布线）和在DCB的表面上接合的电子芯片或堆叠管芯的使用。除了前热沉（例如通过夹接合附着到一个电子芯片的前侧）以外，附加的后热沉可接合到另一芯片的背侧上以扩大双侧热沉区域用于最大化双侧冷却。因此，堆叠芯片或堆叠管芯可通过使用DCB衬底而布置在双侧冷却（DSC）芯片封装内部。
[0055] 特别是，当使用根据示例性实施例的DSC芯片封装时，可以可能的是，通过使用DCB衬底作为界面连接衬底来维持在PCB上的相同的封装布局和/或大小，但在封装内部有堆叠管芯。前热沉可附着在顶芯片上，其中热沉的表面可以比芯片大小大得多，可能增强热耗散能
力。此外，当维持相同的封装布局时，可以可能通过有堆叠管芯而使得能够实现进一步的产品扩展。这样的堆叠管芯的提供可增加封装的紧凑性和功能性和/或性能。特别是，根据示例性实施例的封装可使用堆叠管芯而使得能够实现双侧冷却和热耗散能力。
[0056] 应注意，术语“包括”并不排除其它元件或特征，且“一”或“一个”并不排除多个。此外，结合不同的实施例描述的元件也可被组合。还应注意，参考符号不应被解释为限制
权利要求的范围。虽然参考特定的实施例特别示出和描述了本发明，但本领域中的技术人员应理解，可在其中做出在形式和细节中的各种变化而不偏离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。本发明的范围因此由所附权利要求指示，且出现在权利要求的等效形式的含义和范围内的所有改变因此意在被包括。
