包括布置在第一衬底与第二衬底之间的管芯的电子器件的制作方法

本公开涉及电子器件，并且更具体地涉及包括布置在第一衬底与第二衬底之间的管芯的电子器件(例如，功率模块)。

背景技术：

1、包括发热电子器件(例如，管芯)的常规电子器件，例如包括一个或多个金属-氧化物-半导体场效应晶体管(功率mosfet)的功率模块(或″功率封装件″)，通常依赖于使用陶瓷衬底或其它隔离层来提供发热电子器件与散热器之间的电隔离。在某些常规器件中，为了避免对此类热管理结构的物理干扰，用于提供到器件中的相应电子器件的电连接的母线通常与此类电子器件间隔开地定位，并且通过铜轨道或迹线、引线接合件、引线框引线或其它导电连接件电连接到该电子器件。然而，远离电子器件定位母线连接件通常会产生固有的性能瓶颈(由于高电感/损耗)。这种瓶颈是由向器件发射信号和从器件发射信号所需的复杂电路径引起的。例如，一些常规电子器件包括安装在陶瓷衬底上的功率mosfet，该陶瓷衬底将功率mosfet与竖直面中的散热器电隔离。功率mosfet通过使用引线接合件、带状接合件、夹具、衬底轨道/迹线、间隔件、多个焊接连接件和/或电源端子母线/引线框而电连接。功率信号在连接到专用电源端子之前沿衬底的第一侧(通常是顶侧)上的铜迹线行进，该专用电源端子使得能够连接到外部母线或电缆。因此，常规器件以热性能为代价提供电性能，反之亦然。

2、此外，包括位于衬底与电子器件之间的引线接合连接件的常规电子器件(例如，功率模块)可能在引线接合连接件处失效，例如在经受苛刻循环要求的功率模块中，例如在马达控制和发电应用中。

3、其它常规电子器件(例如，功率模块)使用其它电隔离层(即，除陶瓷之外)，或添加在发热电子器件与散热器之间的层。例如，一些器件包括用于电隔离的硅树脂玻璃纤维焊盘。然而，不管提供用于电隔离的材料或结构如何，常规器件(例如，功率模块)通常依赖于用于电子器件与相关源和负载之间的高功率连接的专用端子/连接件，这可能牺牲电流以换取热管理。

4、需要改善的电子器件(例如，功率模块)，例如在所包括的电子器件(例如，功率管芯)与外部电子器件(例如，功率源和/或负载)之间提供有效的热传递和电信号传送。

技术实现思路

1、如本文所公开的，该电子器件(例如，功率模块)可包括至少一个安装或″夹置″在包括相应导电结构的第一衬底与第二衬底之间的管芯，该布置可提供例如与某些常规功率模块相比改善的通过电子器件的电和热流动。相应衬底(管芯安装在其间)可包括导电和导热结构，该导电和导热结构促进远离管芯的热传递以及将电信号传送到管芯和/或从管芯传送电信号。在一些示例中，通过在提供电接触和热传递两者的一对衬底之间安装管芯，可以省略或消除常规功率模块的各种结构，例如，在某些常规器件中提供的某些引线接合件、附加迹线或专用电源端子或引线框。因此，一些示例可以提供与某些常规器件相比表现出低环路电感的功率模块。

2、根据一些示例的电子器件可包括多层衬底(例如，多层pcb)，该多层衬底包括导电结构(例如，金属硬币、镶嵌物和/或通孔)以向器件的外层或外部结构传递热并传导电信号。例如，可以使用适当的导电热中间层将热和电信号从发热管芯传递到相应散热器。在一些示例中，介电层被形成在相应散热器的相应外表面上，其中介电层涂覆的散热器可以通过基于流体的冷却系统来冷却。

3、本文所公开的电子器件可包括安装在一对衬底之间的任何一种或多种类型的管芯，例如至少一个绝缘栅双极晶体管(igbt)、半导体闸流管或竖直mosfet。一些示例提供了一种功率模块，该功率模块包括安装在一对衬底(例如，多层衬底)之间的至少一个功率管芯(例如，功率mosfet)，该一对衬底提供到该至少一个功率管芯的电连接并且促进远离至少一个功率管芯的热传递。在一些示例中，栅极驱动器可安装在相应衬底上且直接连接到相应功率管芯的相应栅极。

4、在一些示例中，如本文所公开的电子器件(即，包括安装在一对衬底之间的至少一个管芯)可布置在各种电路拓扑结构中，例如半桥拓扑结构、h桥拓扑结构、单相反相器拓扑结构、三相反相器拓扑结构、中性点箝位(npc)拓扑结构、混合电压npc(mnpc)或有源npc(anpc)拓扑结构，但不限于此。

5、如本文所公开的示例电子器件(例如，功率模块)可用于各种应用中，例如用于电气化、运输(例如，电动车辆(ev)、ev充电、船、飞机或火车，但不限于此)以及电力基础设施(例如，电网管理或能量产生，但不限于此)，但不限于此。

6、一个方面提供了一种电子器件，该电子器件包括安装在第一衬底与第二衬底之间的管芯。管芯包括在该管芯的第一侧处的第一管芯元件和在该管芯的与该管芯的第一侧相对的第二侧处的第二管芯元件。第一衬底包括在该第一衬底的第一侧上的第一衬底管芯接触件和在该第一衬底的与该第一衬底的第一侧相对的第二侧上的第一衬底端子接触件，该第一衬底管芯接触件电连接且热连接到第一管芯元件，该第一衬底端子接触件电连接且热连接到第一衬底管芯接触件。第二衬底包括在该第二衬底的第一侧上的第二衬底管芯接触件和在该第二衬底的与该第二衬底的第一侧相对的第二侧上的第二衬底端子接触件，该第二衬底管芯接触件电连接且热连接到第二管芯元件，该第二衬底端子接触件电连接且热连接到第二衬底管芯接触件。

7、一个方面提供了如前一段中的电子器件，其中第一衬底、管芯和第二衬底共同限定导电路径，该导电路径允许在管芯的至少一个操作模式期间通过第一衬底、管芯和第二衬底将电流从第一衬底端子接触件传送到第二衬底端子接触件。

8、一个方面提供了如前两个段落中的一个段落中的电子器件，该电子器件包括：第一衬底集成导电结构，该第一衬底集成导电结构延伸穿过第一衬底的厚度以将第一衬底管芯接触件与第一衬底端子接触件电连接且热连接；和第二衬底集成导电结构，该第二衬底集成导电结构延伸穿过第二衬底的厚度以将第二衬底管芯接触件与第二衬底端子接触件电连接且热连接。

9、一个方面提供了如前三个段落中的一个段落中的电子器件，其中第一衬底包括第一印刷电路板，并且第二衬底包括第二印刷电路板。

10、一个方面提供了如前四个段落中的一个段落中的电子器件，其中：管芯包括竖直晶体管；第一管芯元件包括竖直晶体管的源极；第二管芯元件包括竖直晶体管的漏极；在第一衬底的第一侧上的第一衬底管芯接触件包括源极接触件；并且第二衬底的第一侧上的第二衬底管芯接触件包括漏极接触件。

11、一个方面提供了如前五个段落中的一个段落中的电子器件，其中：管芯包括竖直晶体管的栅极端子；第一衬底包括在该第一衬底的第一侧上的栅极接触件；该电子器件包括：栅极驱动器，该栅极驱动器安装在第一衬底上并连接到栅极接触件；和栅极驱动器控制电路，该栅极驱动器控制电路安装在第一衬底上并连接到栅极驱动器。

12、一个方面提供了如前六个段落中的一个段落中的电子器件，该电子器件包括：第一母线，该第一母线电连接且热连接到第一衬底端子接触件；和第二母线，该第二母线电连接且热连接到第二衬底端子接触件。

13、一个方面提供了如前七个段落中的一个段落中的电子器件，该电子器件包括：功率源，该功率源连接到第一母线；和负载，该负载连接到第二母线。

14、一个方面提供了如前八个段落中的一个段落中的电子器件，其中：第一母线包括第一组合母线和散热器器件；第二母线包括第二组合母线和散热器器件；第一流体热耦合到第一组合母线和散热器器件；并且第二流体热耦合到第二组合母线和散热器器件。

15、在一些示例中，第一衬底、管芯和第二衬底共同限定导电路径，该导电路径允许在管芯的至少一个操作模式期间通过第一衬底、管芯和第二衬底将电流从第一衬底端子接触件传送到第二衬底端子接触件。

16、在一些示例中，该电子器件包括：第一衬底集成导电结构，该第一衬底集成导电结构延伸穿过第一衬底的厚度以将第一衬底管芯接触件与第一衬底端子接触件电连接且热连接；和第二衬底集成导电结构，该第二衬底集成导电结构延伸穿过第二衬底的厚度以将第二衬底管芯接触件与第二衬底端子接触件电连接且热连接。

17、在一些示例中，第一衬底包括第一印刷电路板，并且第二衬底包括第二印刷电路板。

18、在一些示例中，管芯包括竖直晶体管，第一管芯元件包括竖直晶体管的源极，第二管芯元件包括竖直晶体管的漏极，在第一衬底的第一侧上的第一衬底管芯接触件包括源极接触件，并且第二衬底的第一侧上的第二衬底管芯接触件包括漏极接触件。

19、在一些示例中，管芯包括竖直晶体管的栅极端子，第一衬底包括在该第一衬底的第一侧上的栅极接触件，并且该电子器件包括安装在第一衬底上并连接到栅极接触件的栅极驱动器。

20、在一些示例中，该电子器件包括安装在第一衬底上并连接到栅极驱动器的栅极驱动器控制电路。

21、在一些示例中，该电子器件包括：第一母线，该第一母线电连接且热连接到第一衬底端子接触件；和第二母线，该第二母线电连接且热连接到第二衬底端子接触件。

22、在一些示例中，该电子器件包括连接到第一母线的功率源和连接到第二母线的负载。

23、在一些示例中，第一母线包括第一组合母线和散热器器件，并且第二母线包括第二组合母线和散热器器件。

24、在一些示例中，该电子器件包括：第一流体，该第一流体热耦合到第一组合母线和散热器器件；和第二流体，该第二流体热耦合到第二组合母线和散热器器件。

25、一个方面提供了一种电子器件，该电子器件包括安装在第一衬底与第二衬底之间的第一管芯和第二管芯。第一管芯包括以第一取向安装的第一晶体管，该第一晶体管包括在第一管芯的第一侧处的第一晶体管源极、在第一管芯的第一侧处的第一晶体管栅极和在第一管芯的第二侧处的第一晶体管漏极。第二管芯包括以相对于第一取向反转的第二取向安装的第二晶体管，该第二晶体管包括在第二管芯的第一侧处的第二晶体管源极、在第二管芯的第一侧处的第二晶体管栅极和在第二管芯的第二侧处的第二晶体管漏极。第一衬底包括：(a)在第一衬底的第一侧上的第一衬底源极接触件、第一衬底栅极接触件和第一衬底漏极接触件，该第一衬底源极接触件连接到第一晶体管源极，该第一衬底栅极接触件连接到第一晶体管栅极，并且该第一衬底漏极接触件连接到第二晶体管漏极；和(b)在第一衬底的与第一衬底的第一侧相对的第二侧上的第一衬底第一端子接触件和第一衬底第二端子接触件，该第一衬底第一端子接触件传导地连接到第一衬底源极接触件，并且该第一衬底第二端子接触件传导地连接到第一衬底漏极接触件。第二衬底包括：(a)在第二衬底的第一侧上的第二衬底源极接触件、第二衬底栅极接触件和第二衬底漏极接触件，该第二衬底源极接触件连接到第二晶体管源极，该第二衬底栅极接触件连接到第二晶体管栅极，并且该第二衬底漏极接触件连接到第一晶体管漏极；和(b)在第二衬底的与第二衬底的第一侧相对的第二侧上的第二衬底端子接触，该第二衬底端子接触传导地连接到第二衬底源极接触件和第二衬底漏极接触件。

26、一个方面提供了如前一段中的电子器件，其中第一衬底包括第一印刷电路板，并且第二衬底包括第二印刷电路板。

27、一个方面提供了如前两个段落中的一个段落中的电子器件，其中该电子器件包括反相器。

28、一个方面提供了如前三个段落中的一个段落中的电子器件，该电子器件包括安装在第一衬底的第一侧上并连接到第一衬底栅极接触件的栅极驱动器。

29、一个方面提供了如前四个段落中的一个段落中的电子器件，该电子器件包括：第一母线，该第一母线电连接且热连接到第一衬底第一端子接触件；第二母线，该第二母线电连接且热连接到第一衬底第二端子接触件；和第三母线，该第三母线电连接且热连接到第二衬底端子接触件。

30、一个方面提供了如前五个段落中的一个段落中的电子器件，该电子器件包括：功率源，该功率源连接到第一母线和第二母线中的一者；和负载，该负载连接到第三母线。

31、一个方面提供了如前六个段落中的一个段落中的电子器件，其中：第一母线包括第一组合母线和散热器器件；并且第二母线包括第二组合母线和散热器器件。

32、在一些示例中，第一衬底包括第一印刷电路板，并且第二衬底包括第二印刷电路板。

33、在一些示例中，该电子器件包括反相器。

34、在一些示例中，该电子器件包括安装在第一衬底的第一侧上并连接到第一衬底栅极接触件的栅极驱动器。

35、在一些示例中，第一母线电连接且热连接到第一衬底第一端子接触件，第二母线电连接且热连接到第一衬底第二端子接触件，并且第三母线电连接且热连接到第二衬底端子接触件。

36、在一些示例中，该电子器件包括连接到第一母线和第二母线中的一者的功率源，和连接到第三母线的负载。

37、在一些示例中，第一母线包括第一组合母线和散热器器件，并且第二母线包括第二组合母线和散热器器件。

38、一个方面提供了一种电子器件，该电子器件包括布置在第一衬底与第二衬底之间的管芯。第一衬底包括延伸穿过第一衬底的厚度的第一集成导电结构，该第一集成导电结构将第一衬底的第一侧上的第一衬底管芯接触件连接到第一衬底的第二侧上的第一衬底端子接触件。第二衬底包括延伸穿过第二衬底的厚度的第二集成导电结构，该第二集成导电结构将第二衬底的第一侧上的第二衬底管芯接触件连接到第二衬底的第二侧上的第二衬底端子接触件。管芯包括电耦合且热耦合到第一衬底的第一侧上的第一衬底管芯接触件的第一侧，和电耦合且热耦合到第二衬底的第一侧上的第二衬底管芯接触件的第二侧。

39、一个方面提供了如前一段中的电子器件，其中第一衬底、管芯和第二衬底共同限定导电路径，该导电路径允许在管芯的至少一个操作模式期间通过第一衬底、管芯和第二衬底将电流从第一衬底端子接触件传送到第二衬底端子接触件。

40、一个方面提供了如前两个段落中的一个段落中的电子器件，其中第一衬底包括第一印刷电路板，并且第二衬底包括第二印刷电路板。

41、一个方面提供了如前三个段落中的一个段落中的电子器件，其中延伸穿过第一衬底的厚度的第一集成导电结构包括金属镶嵌物，该金属镶嵌物：(a)通过一组第一通孔连接到第一衬底的第一侧上的第一衬底管芯接触件，以及(b)通过一组第二通孔连接到第一衬底的第二侧上的第一端子接触件。

42、在一些示例中，第一衬底、管芯和第二衬底共同限定导电路径，该导电路径允许在管芯的至少一个操作模式期间通过第一衬底、管芯和第二衬底将电流从第一衬底端子接触件传送到第二衬底端子接触件。

43、在一些示例中，第一衬底包括第一印刷电路板，并且第二衬底包括第二印刷电路板。

44、在一些示例中，延伸穿过第一衬底的厚度的第一集成导电结构包括金属镶嵌物，该金属镶嵌物：(a)通过一组第一通孔连接到第一衬底的第一侧上的第一衬底管芯接触件，以及(b)通过一组第二通孔连接到第一衬底的第二侧上的第一端子接触件。