[0002] 本
发明要求于2016年12月12日提交的申请号为1662333的法国
专利申请的优先权，其内容(文本、
附图和
权利要求)通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本发明一般涉及电
力电子技术领域。更特别地，本发明涉及一种用于集成电子功率芯片的方法。本发明还涉及通过实施上述方法来实现的电子功率模块。
背景技术
[0004] 朝向可再生且产生较低CO2排放的
能源进行的期望的
能量转变将电力电子技术置于当前技术挑战的核心。电力电子技术存在于例如运输、工业、照明、供暖等的几乎所有活动领域。
[0005] 例如，在运输领域中，受到非常严格的污染排放物排放标准的
汽车工业正在经历车辆电
气化的真正技术变化。面对在该大规模生产工业中普遍存在的对重量、体积和成本的严格限制的车辆电气化需要集成电子功率芯片的方法的技术进步。
[0006] 在
现有技术中，通常需要称为HDI的技术来提高集成度并减小功率模块的尺寸，HDI代指英文中的“高
密度互连”。通常，在称为PCB的印刷
电路板上实现的HDI技术涉及尤其是通过使用带和更细的互连
电缆以及称为“微型过孔”的微型互连孔来优化构件的空间布置，PCB代指英文中的“印刷
电路板”。使用激光钻孔以及诸如钎焊、称为TLP的瞬时液相
焊接的各种焊接技术，或者金属纳米颗粒粉末
烧结。
[0007] 还已知的是，堆
叠印刷电路板以实现3D架构。因此，专利申请DE102014010373A1提出了一种电子模块，其具有第一印刷电路板和第二印刷电路板，该第一印刷电路板和第二印刷电路板是
叠加的且各自包括电子构件。使用一种烧结方法以使板连接在一起。此外，专利申请US2016/133558A1描述了一种功率模块，其包括夹设在两个热耗散板之间的中间印刷电路板。电子构件设置在中间板中。
[0008] 面对大规模生产以及集成度和紧凑性的提高所需的成本降低，HDI技术遇到了局限性。实际上，诸如激光钻孔的所使用的某些技术不利于
制造过程的并行化，并且妨碍成本降低。
[0009] 可以实现的集成度受到通过带和微型过孔的互连所占用的空间的限制。这些通过带或电缆的互连引入了寄生电感，这些寄生电感与较高的截止
频率或切换频率相互对立。减少寄生电感是必要的，以减少产生的热量并保护电路免受潜在破坏性过
电压。然而，尤其是在功率转换器中，增加切换频率有利于紧凑性。
[0010] 集成度的提高和电子功率模块的紧凑性突出了对构件的热约束。高性能冷却是必要的，以保持有源元件的
结温低于临界值、以实现热平衡并保证功率模块的可靠性。为此，功率模块的架构和所使用的技术必须允许尽可能接近构件地提取耗散的能量。
发明内容
[0011] 现在希望提出一种新技术，其允许电子功率模块的集成度增高并适合于大规模生产。
[0012] 根据第一方面，本发明涉及一种用于集成电子功率芯片的方法，该方法用于制造层叠分总成，该层叠分总成用于集成电子功率装置。根据本发明，该方法包括：
[0013] -制造第一
基板和第二基板，每个基板是通过在形成金属基底的板上层叠绝缘内层和导电内层制成的，至少一个电子芯片设置在第一基板和第二基板中的任一个中，并且第一基板和第二基板制造成其上层叠表面具有匹配的轮廓；
[0014] -通过第一基板和第二基板的具有匹配的轮廓的上表面而堆叠并接合第一基板和第二基板；并且
[0015] -对第一基板和第二基板进行压力组装，以制造用于集成电子功率装置的层叠分总成，该组装包括将压力保持到完成通过
树脂聚合的机械连接和在至少一个电子芯片之间的电气连接，板形成金属基底和导电内层。
[0016] 根据本发明的方法的特定特征，对第一基板和第二基板的绝缘内层和导电内层的层叠是在形成
铜制金属基底的板上实现的。
[0017] 根据另一特定特征，层叠的绝缘内层和导电内层通过称为IMS类型的技术形成。
[0018] 根据另一特定特征，形成金属基底的板是机械地并/或通过
光刻法成型的。
[0019] 根据另一特定特征，在制造第一基板和第二基板期间，B阶
预浸料介电部分是通过空心冲头模具
冲压( àl’emporte-pièce)和/或铣切和/或刀切而在B阶预浸料薄片的
基础上制造的，并且设置在基板的相应
位置中。
[0020] 根据另一特定特征，在制造第一基板和第二基板期间，导电部分是通过空心冲头模具冲压和/或铣切和/或刀切而在铜片的基础上制成的，并且设置在基板的相应位置中。
[0021] 根据另一特定特征，在制造第一基板和第二基板期间，通过
真空压制并/或通过进真空
层压炉处理而将导电部分层叠在其相应位置中。
[0022] 根据另一特定特征，在制造第一基板和第二基板期间，介电部分和导电部分是通过空心冲头模具冲压和/或铣切和/或刀切而在
覆铜箔层压板的基础上制成的，并且通过真空压制并/或通过进真空层压炉处理而设置在基板的相应位置中并被层叠。
[0023] 根据另一特定特征，在制造第一基板和第二基板期间，内层的形成结合了通过光刻法对连接图案的精确限定。
[0024] 根据另一特定特征，在制造第一基板和第二基板期间，内层的形成包括通过
电解沉积金属层。
[0025] 根据另一特定特征，在制造第一基板和第二基板期间，内层的形成包括在确定的位置沉积电互连材料，该确定的位置包括专用于至少一个电子芯片的位置，沉积通过电解和/或
焊膏的或借助焊膏分配器的丝网印刷来进行。
[0026] 根据另一特定特征，对第一基板和第二基板的压力组装包括真空压制和/或进真空层压炉处理。
[0027] 根据另一方面，本发明还涉及一种电子功率模块形式的集成电子功率装置，该装置包括第一层叠分总成和第二层叠分总成以及中部
冷却液流通空间，该第一层叠分总成和第二层叠分总成通过执行如上简述的方法制成，该中部冷却液流通空间设置在第一分总成和第二分总成之间。第一层叠分总成和第二层叠分总成叠置并连接在一起，并且分别包括形成桥臂的第一电子功率
开关和第二电子功率开关。
[0028] 根据特定特征，电子功率开关是MOSFET或IGBT类型的晶体管。
附图说明
[0029] 通过参照附图阅读以下本发明的多个特定
实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点将更清楚地显现，在附图中：
[0030] 图1a和图1b示出了晶体管桥臂的两个示意图，其中晶体管为MOSFET晶体管和IGBT晶体管；
[0031] 图2至图9是简化剖视图，其示出了根据本发明的用于集成电子芯片的方法的步骤；并且
[0032] 图10和图11是简化剖视图，其示出了用于空气冷却模块和液体冷却模块的根据本发明的功率模块的第一实施例和第二实施例。
具体实施方式
[0033] 下面在制造晶体管切换桥臂或半桥形式的功率模块的背景下描述根据本发明的方法的特定实施例。
[0034] 在图1a和图1b中示出功率模块的两个示例。这些模块可以相关联以形成完整的切换桥，或者并联组合以传递期望的
电流。
[0035] 如图1a和图1b所示，这些功率模块由晶体管切换桥壁或半桥形成。通常，桥臂包括在英文中分别被称为“下侧”和“上侧”的上部晶体管和下部晶体管，以及相关的
二极管。图1a示出了第一桥臂BM的示意图，第一桥臂BM由MOSFET晶体管MTHS和MTLS以及分别与晶体管相关联的二极管MDHS和MDLS组成。图1b示出了第二桥臂BI的示意图，第二桥臂BI由IGBT晶体管ITHS和ITLS以及其相关联的二极管IDHS和IDLS组成。
[0036] 在下面的描述中，制造的功率模块被认为是如图1a所示的桥臂BM，也就是说，包括MTHS和MTLS两个MOSFET晶体管，以及分别与晶体管相关联的二极管MDHS和MDLS。在部分配置中，与晶体管相关联的二极管集成到晶体管的芯片中，使得它们的设置不再是必需的。应注意到，在下文中，制造的功率模块和桥臂这两个都具有相同的参照标记BM。还应注意到，通过用IGBT晶体管代替MOSFET晶体管，该描述也适用于图1b的桥臂BI。
[0037] 通常，在本发明中使用主要来自称为IMS(英文中的“绝缘金属基板”)的技术的已知且掌握良好的电力电子制造技术。因此，在根据本发明的方法中可以使用包括层压、光刻、金属
电沉积、湿法蚀刻等的不同制造技术的组合。对于构件的焊接，可以使用称为TLP焊接的瞬时液相焊接、金属纳米颗粒粉末烧结或
扩散焊接。还使用空心冲头模具冲压，以在制造过程中切割附着到模块的基板的元件的绝缘膜或绝缘薄片以及铜膜或铜薄片。在附着到基板的操作期间也将使用用于
定位和保持就位的工具。
[0038] 参照图2至图9，现在将详细描述根据本发明的用于集成电子功率芯片的方法中涉及的不同制造步骤。这些步骤使得可以生产存在于根据本发明的功率模块中的层叠内层和夹层结构的一般架构。
[0039] 图2示出了处于初始阶段的功率模块的分总成的基板EB1。
[0040] 在图2的制造步骤中，B阶预浸料介电部分PPb在板MB1上沉积，板MB1在其相应位置MP处形成金属基底。如果需要，使用定位装置以将介电部分PPb置于其相应位置MP。
[0041] 这里的B阶预浸料介电部分PPb通常是涂有环
氧型树脂并部分聚合化的编织的玻璃
纤维电介质。然而，诸如Téflon(注册商标)或聚酰亚胺的其他电介质可用于特殊应用。介电部分PPb可以通过对B阶预浸料薄片的空心冲头模具冲压或通过铣切或刀切获得。
[0042] 优选地，金属基底MB1是铜制的。如图2所示，预先对金属基底MB1进行成型以形成位置MP。通常，金属基底MB1的预设轮廓通过机械去除材料或通过光刻法获得。
[0043] 在图3所示的步骤中，介电部分PPb部分地被铜制的导电部分CP
覆盖。如果需要，使用定位装置以将导电部分CP附着到介电部分PPb。未被导电部分CP覆盖的部件NC留在位置MP的
侧壁处。
[0044] 通过空心冲头模具冲压或通过铣切或刀切而在铜片的基础上获得导电部分CP。通过真空压制或进真空层压炉处理而在金属基底MB1上获得部分PPb和部分CP的层的层叠。在图3中，介电部分PPb以其聚合在介电层PP中的形式示出。
[0045] 在变型中，应注意到，可以在称为CCL(代指英文中的“覆铜箔层压板”)的覆铜箔层压板的基础上获得图3的层叠基板EB1。由介电层和铜包层形成的层压部分由层压板切割出并附着在位置MP上，如果需要，位置WP可以预先涂覆树脂。在金属基底MB1上的层压部分的层叠是通过真空压制或进真空层压炉处理获得的。
[0046] 图4和图5示出了光刻操作，其用于高
精度地限定铜制的连接图案。在这些图中，作为示例地，示出了导电部分CP1的宽度的调节。
[0047] 在图4中，
光刻胶树脂PS涂覆在基板EB1的上层叠表面上。然后，通过使用丝网印刷掩模并暴露于紫外线
辐射而以通常的方式限定并指出通过湿法蚀刻所
腐蚀的表面部分。
[0048] 在图5中，基板EB1准备用于铜的湿法蚀刻。去除金属部分CP1a并因此精确地形成连接图案。
[0049] 图6的步骤是金属电解沉积，用于使基板EB1的铜制上连接表面SH平坦。
[0050] 如图6所示，沉积掩模光刻胶树脂PS1以填充空腔。然后，执行金属电解沉积并使上连接表面SH平坦。根据应用，通过电解沉积的平坦化金属层可以由铜、
锡或其他合适的金属制成。然后，使
用例如氧
等离子体处理、干法剥离或
溶剂剥离的已知方法除去掩模光刻胶树脂PS1。
[0051] 在图7的步骤中，如果需要，则在基板EB1的表面部分上沉积多层B阶预浸料介电部分PPb1。该步骤使得可以配置电互连材料的沉积和电子芯片的设置所需的空腔和电绝缘部件。以类似于图2的部分PPb的方式获得并设置介电部分PPb1。
[0052] 如图7所示，在该实施示例中，位置L1和L2在该步骤中成型，以分别接收晶体管MT的芯片和二极管MD的芯片。
[0053] 位置L1包括用于电互连材料的空腔L10和L11。空腔L10用于导电部分CP2和晶体管MT的栅
电极(图1a中的GHS或GLS)之间的电
接触。腔L11用于
底板MB1和晶体管MT的漏电极(图1a中的DHS或DLS)之间的电接触。
[0054] 位置L2包括用于电互连材料的空腔L20。空腔L20用于底板MB1和二极管MD的
阴极(图1a)之间的电接触。
[0055] 在图8的步骤中，构件MT和MD的芯片置于基板EB1的位置L1和位置L2。
[0056] 在图8中，B阶预浸料介电部分PPb1示出为完全聚合并形成介电层PP。然而，应注意到，在部分PPb1尚未完全聚合时也可进行该制造步骤。
[0057] 如图8中所示，电互连材料EI1沉积在位置L1的空腔L10、空腔L11以及位置L2的空腔L20中。电互连材料EI1的沉积可以通过电解、焊膏的或借助焊膏分配器的丝网印刷实现。
[0058] 图9示出了对基板EB1和匹配的基板EB2的组装，基板EB1通过图2至图8的制造步骤实现。根据与基板EB1的制造步骤类似的制造步骤实现基板EB2。应注意到，优选地，基板EB1和EB2在不同的生产线上并联制造，这允许显着减少制造时间。
[0059] 如图9中所示，基板EB2的上层叠表面轮廓与基板EB1的上层叠表面轮廓相匹配。
[0060] 基板EB2包括位置L3和L4，其分别对应于基板EB1的位置L1和L2。位置L1和L2的表面覆盖有与衬底EB1的材料EI1相同的电互连材料EI2，其用于晶体管MT芯片和二极管MD芯片的源电极(图1a中的SHS或SLS)和阳电极(图1a)分别与板BM2的电连接，板BM2形成基板EB2的金属基底。
[0061] 基板EB2包括B阶预浸料介电部分PPb2，其设置成与基板EB1的介电部分PP(PPb1)相对应。
[0062] 如图9中所示，基板EB1和EB2彼此压靠并在其内层限制构件MT和MD的芯片。最终组装和对层叠的分总成的获取是通过真空压制或进真空层压炉处理来实现的。在该最终组装期间，发生了介电部分的最终聚合和通过电互连材料的连接。
[0063] 如以上参照图2至图9描述的根据本发明的方法允许制造具有夹层结构型层叠架构的功率分总成或完整的电子功率装置。与诸如HDI技术的已知的其他技术相比，这里提出的方法同时允许提高性能、增加紧凑性，并且通过更短的制造时间和使用IMS类型的经过验证且经济的技术而带来的成本降低。特别地，在没有过孔或微型过孔的情况下实现的分总成的内部连接性的优化允许减少寄生电感和更好的集成。由于构件的两侧存在大量高导热率的铜，接近且设置在电子构件两侧的具有两个铜制板(MB1、MB2)的夹层架构极大地促进了耗
散热量的排出。
[0064] 参照图10和图11，现在描述如图1a和1b中所示的桥臂形式的功率模块的第一实施例和第二实施例EM1和EM2。
[0065] 这些功率模块EM1和EM2通过两个层叠分总成BBHS和BBLS的堆叠构建，与以上参照图1至图9所述分总成类似地制造这些分总成。
[0066] 通常，应注意到，根据本发明的层叠分总成是基本单元，其可被组装以构成或多或少复杂的集成电子功率器件。对两个堆叠的基本单元的组装通常在压力下并进炉处理而实现。两个单元之间的机械和电气连接将通过焊接确保。
[0067] 图10中所示的模块EM1是空气冷却的实施例。如果需要，通过组装多个功率模块EM1形成的转换器可以装配热耗散装置。热耗散装置包括与铜制部件MB1、MB2热接触的电绝缘的一个或多个
散热器。本发明的架构允许通过常规的散热器来有效地提取耗散热量，从而在一定数量的应用中避免使用诸如
相变冷却装置的更昂贵的装置。
[0068] 在图10的单元BBLS和BBHS之间的连接平面IP处的机械和电气连接可以通过称为TLP的过渡液相焊接、通过烧结或通过上述其他焊接技术进行连接而获得。
[0069] 如图10中所示，模块EM1在此装配有控制电路CTRL，其设置在模块的上部，并且通过介电层DLHS与单元BBHS的铜制部分MB1电绝缘。介电层DLLS设置在模块的下部并确保单元BBLS的该部分的电绝缘。电路CTRL包括根据上述技术实现的多个层叠层。如果需要，有源构件和无源构件可以内置在电路CTRL的内层之间，或者通过钎焊或导电胶而以传统方式表面安装到电路。
[0070] 图11中所示的模块EM2是液体冷却的实施例，其适用于高功率应用。
[0071] 除了单元BBLS和BBHS、设置在模块的上部的控制电路CTRL、以及介电层DLHS和DLHS之外，类似于图10的模块，模块EM2还包括冷却液流通空间CC。用于在压力下冷却的介电液体可以例如用作载热冷却液。空间CC设置在模块EM2的中间部分，其分别与单元BBLS和BBHS的铜制板MB1和MB2直接接触。
[0072] 根据本发明的功率模块的其他实施例当然是可能的，例如在模块的上部和下部中还包括冷却液循环空间的模块。然后，通过在每个单元BBHS，BBLS的两侧流通的冷却液来冷却单元BBLS和BBHS，以便进一步提取热量。
[0073] 本发明不限于这里作为示例描述的特定实施例。根据本发明的应用，本领域技术人员可以进行属于所附权利要求范围内的各种
修改和变化。
