CN107112306B - 具有一个或多个散热器的电子组件 - Google Patents

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Abstract

电子组件包括半导体装置(48)，所述半导体装置在半导体第一侧(72)具有导电垫(66)并且在与第一侧(72)相反的半导体第二侧(74)具有金属区域(266)。引线框架(16)提供电地和机械地连接到对应的导电垫的相应的分离端子(54、56)。第一散热器(30)包括具有配合侧面(62)的第一部件(37)。配合侧面(62)的一部分直接地结合半导体装置(48)的金属区域(266)。电路板具有用于接收半导体装置(48)的开口。引线框架(16)朝电路板或电路板的第一板侧向外延伸。

Description

具有一个或多个散热器的电子组件
该文件基于35U.S.C.119(e)要求于2015年2月13日提交的、名为“具有一个或多个散热器的电子组件”的、序号为62/115,719的美国临时申请的优先权。
技术领域
本发明涉及具有一个或多个散热器的电子组件，所述一个或多个散热器用于耗散来自电子组件的热能。
背景技术
在某些现有技术中，因为有限的散热，电子组件可能具有有限的最大操作功率容量。如果在超过其最大操作功率容量的情况下操作电子组件中的半导体装置，则电子组件可以过早失效或是不可靠的。例如，具有有限的散热的电子组件可能比其他装置适用于较小功率范围的电动马达或发电机。相应地，需要具有改进散热的电子组件以增加或优化最大操作功率容量。
发明内容
根据本发明的一个实施例，电子组件包括在半导体第一侧具有导电垫和在与第一侧相反的半导体第二侧具有金属区域的半导体装置。引线框架提供电地和机械地连接(例如，直接地结合)到对应的导电垫的相应的分离端子。第一散热器包括具有配合侧面(例如，大致平坦的侧面)的第一部件。配合侧面的一部分直接地结合半导体装置的金属区域。电路板具有用于接收半导体装置的开口。引线框架朝电路板或电路板的第一板侧向外延伸。板导电垫在电路板的第一板侧上以与引线框架的对应端子对齐以与之电连接。
附图说明
图1是电子组件的透视图。
图2是图1的电子组件的透视分解图，其中切掉一部分以显示各种部件的内部。
图3是图1的电子组件的透视分解图。
图4是电子组件的半导体装置和电路板的沿着在图3中的参考线4-4的俯视图。
图5是电子组件的第一实施例的沿着在图4中的参考线5-5的剖视图，并且还包括被动散热器。
图6A是电子组件的第二实施例的沿着在图4中的参考线5-5的剖视图，并且还包括被动散热器。
图6B是电子组件的第三实施例的沿着在图4中的参考线5-5的剖视图并且还包括被动散热器。
图7是电子组件的第四实施例的沿着在图4中的参考线5-5的剖视图并且还包括被动散热器。
图8是电子组件的沿着在图1中的参考线8-8的剖视图。
图9是电子组件的沿着在图1中的参考线9-9的剖视图。
图10示出共用内燃机或混合动力车辆的冷却剂***的组件的方框图。
在所有附图中，类似的附图标记指示类似的元件。
具体实施方式
金属或合金部件或结构之间的电连接和机械连接可以通过软钎焊(soldering)、硬钎焊(brazing)、熔化、熔接(welding)或施加导电黏合剂而形成。直接地结合表示在相同或类似的金属或合金之间或在兼容的(但是不同的)金属或合金之间的通过应用某些工艺而形成的电连接和机械连接。直接地结合表示在相同或类似的金属或合金之间或在兼容的金属或合金之间的利用热、压力、超声、反应结合、汽相结合、或其它技术形成的结合、熔合、熔接或其它的电连接和机械连接。
直接结合可以通过以下各项可以一起或分别施加的技术中的一个或多个实现。在直接结合的第一技术下，如果引线框架和装置垫由铜或铜合金组成，则引线框架可以通过直接的铜至铜热压缩结合或超声波结合而直接地结合到装置垫片。热压缩结合表示将压力和热同时应用到待连接的材料。
在直接结合的第二技术下，反应结合表示通过应用来自(例如，镍和铝的)反应性多层箔的热能而触发的、通过产生新的金属材料或合金(例如，镍-铝化合物)而连接材料的放热化学反应。例如，多层箔可以通过溅射交替的金属薄层(例如，镍层和铝层)而形成，其中每个层可以沉积成等于或小于目标厚度的厚度。在准备该文件的时候，适当的反应性多层箔(例如，用于将散热器直接结合到金属区域)以商标名称
Figure BDA0001345710160000031
被Indium公司售卖。
在直接结合的第三技术下，汽相结合方法可以用于使用打底(priming)中间金属层(例如，锡)的蒸汽沉积以在接头处形成金属间化合物(例如，铜-锡化合物或合金)以将金属或合金(例如，铜)结合到硅半导体，其中金属间化合物可以具有比同类的软钎焊接头低的热电阻和热阻。汽相结合可能要求在待使用热或压力或热和压力来连结的金属材料之间引入中间金属材料(例如，锡)。中间金属材料可具有比待电连接和机械地连接的金属或合金低的融点。
为了高效热传导，电子组件的邻接部件被连结以最小化热阻和最大化邻接部件之间的传热或热传导。可以通过电子组件10的部件被连接或结合的方式增强热传导。直接结合通常地提供比仅通过熔接、导电黏合剂连接或通过部件之间以导电膏接触的连接较大的热传导。总的来说，结合或被结合表示电子组件10的通过黏合剂(例如，导电黏合剂或热传导黏合剂)、软钎焊、硬钎焊、或熔接连接到一起或连结的部件，然而“直接结合”由减少接头的电阻和热阻的特定工艺或技术的应用导致。
根据本发明的一个实施例，图1到图3(包括图1和图3)，示出了电子组件10。根据本发明的一个实施例，电子组件10包括半导体装置48(图3、4和5)，所述半导体装置48在半导体第一侧72具有导电垫66和在与第一侧72相反的半导体第二侧74具有金属区域266。半导体装置48可以包括一个或多个功率半导体装置。引线框架16提供电地和机械地连接(例如，直接地结合)到对应的导电垫66的独立的端子(例如，附加端子58和端子52、54、56)。
第一散热器30包括具有配合侧面62(例如，大致平坦的侧面)和与配合侧面62相反的相反侧的第一部件37(例如，热交换器或被动散热器)。配合侧面62的一部分直接地结合半导体装置48的金属区域266。(在图3或4中的)电路板60具有用于接收半导体装置(在图7中的48或148)的开口20。引线框架16朝电路板60或电路板60的第一板侧76向外延伸。电路板60的第二板侧78与第一板侧76相反。板导电垫18或导电迹线19的金属端子在电路板60的第一板侧76上以与引线框架16的对应端子(52、54、56、58)对齐以与之电连接。在一个说明性构造中，引线框架可以由镀有金属或合金界面层(例如，银、金或镍或任何前述金属的合金)的铜基部或芯部构造。
第二散热器12包括具有配合侧面64(例如，大致平坦的侧面)和与配合侧面64相反的相反侧面的第一构件(44或144)。在某些实施例中，配合侧面64(例如，经由介电层或热界面材料506)与半导体第一侧72的至少一部分或端子(52、54、56)的至少界面表面热连通，其中导电垫(54、56)可直接地结合到装置导电垫66的对应的不同的一个。进一步地，在一个实施例中，辅助金属区域166和与半导体装置48的交流输出相关联的一个或多个装置导电垫66结合(例如，熔接)或直接地结合到输出端子56。因为导电垫66和辅助金属区域(266、366)定位在端子(52、54、56)下方，所以导电垫66和辅助金属区域(266、366)在图4中以虚线图或虚线示出。
引线框架16可以直接地结合到半导体装置48的装置垫片66和一个或多个可获得的辅助金属区域(166、366如果存在的话)。如果半导体装置44的内部电路允许，多个相应的装置垫片66可以互连到相同的对应端子(52、54、56)以增加半导体装置48的电流容量，如图4所示。例如，在图4中，在端子中的输出端子56连接到逆变器的输出相位和直接地结合到半导体第一侧72上的至少两个导电垫66、辅助金属区域166以及辅助金属区域366，其中输出端子56具有覆盖或覆在半导体装置48的第一侧72的大部分之上的表面区域，其中输出端子56具有比直流端子(52、54)的较小的总表面区域大的表面区域。
在多个实施例中，如图4到7所示，包括图4和7，电子组件10包括一个或多个半导体装置(48、148)，每个半导体装置(48、148)都可以包括一个或多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)；功率场效应晶体管(FET)；功率开关二极管、集成电路芯片、具有连接到集电极、发射极或二者的二极管的晶体管；或具有连接到源极、漏极或二者的二极管的场效应晶体管。例如，半导体装置48可以包括至少两个单独的或具有相关联的保护二极管的功率开关晶体管，功率开关晶体管被构造成提供逆变器的一个相位以用于输出交流信号或脉冲宽度调制(PWM)信号以用于控制马达、支持发电机或支持另一电机。
每个半导体装置(48、148)都可以包括一个或多个半导体管芯(die)(50、150)和引线框架16(或基板505)，其中半导体管芯是被构造以形成一个或多个晶体管、二极管或电路的半导体材料。半导体装置48可以由诸如碳化硅半导体管芯的半导体管芯(50、150)形成。引线框架16提供彼此电地和机械地不同的分离的端子(52、54、56、58)。端子连接到在半导体装置48上的适当的对应的装置导电垫66以访问其内部电路。引线框架16提供对半导体装置(48、148)的直流电流供应的一组分离的直流端子(52、54)和用于交流输出的输出端子(56)。在一个实施例中，第一端子52和第二端子54包括直流总线端子，并且第三端子56包括用于逆变器的交流输出相位(例如，连接到逆变器相位电路的场效应晶体管对的源极和漏极节点或逆变器相位电路的双极晶体管对的集电极和发射极)。然而，在其它的实施例中，端子(52、54、56)的功能可以是不同的。
在如图4和5所示的一个构造中，输出端子或第三端子56可以机械地和电地连接到(例如，直接地结合到)一个或多个辅助金属区域(166、366)，其中每个辅助金属区域(166、366)表示半导体管芯(50、150)或封装上的过大的导电垫(与导电垫66相比)。类似地，第一端子52和第二端子54可以机械地和电地连接到(例如，直接地结合到)其它的对应的金属区域或过大的导电垫(与导电垫66相比)。
在一个实施例中，引线框架16具有用于以下各项信号中的一个或多个的补充端子58控制器、偏压电路、保护电路(例如，二极管)、传感器支持、数据通信或其它的功能。引线框架16的补充端子58从半导体装置48的封装501向外延伸；补充端子58可以连接到对应的装置导电垫66(在图4中)。如图4所示，半导体装置48在半导体装置48的周边附近具有装置垫片66，并且一个或多个金属区域(166、366)仅占据半导体装置48的中央区域。
一个或多个引线框架16可以消除对到半导体管芯(50、150)的焊丝连接的要求；可以提供用于电气特性的优化参数，诸如(例如，功率逆变器的相位的)电路提供的杂散电感和杂散电容的最小值。消除焊丝和用引线框架16替代焊丝可以减少电子组件10的半导体装置48的整体成本并且可以减少例如焊丝连接疲劳导致的过早失效。
在可替换的实施例中，端子56可以在其界面表面中具有可选择的凹口99以提供应力消除(例如，用于各种材料的热膨胀的差异)或提供用于实现***封装材料(例如，聚合物、弹性体或塑料)。可选择的凹口99的可选择的特性由在图3中的虚线指示。可选择的凹口99可以大致是例如V形的或U形的。在一个实施例中，凹口99提供金属材料的节省并且充分地支持向外地流动到连接到导电垫18的外部分的第三导电端子(例如，交流端子)56的输出电流。无论可选择的凹口99是否存在，电流不需要在凹口99所限定的三角形区域中流动或集中以供应给端子56的外部分足够的电流。因此，如果金属材料被取出(或削掉)以产生可选择的凹口99，则凹口99不打断或妨碍电子装置或逆变器中的电流。
在一个实施例中，凹口99的存在有助于缓和在图4左侧的一个或多个主半导体管芯(50、150)和图4右侧的一个或多个副半导体管芯之间的任何热膨胀系数失配，其中主半导体管芯或副半导体管芯在不同的时间是有效的并且可以具有不同的占空比。主半导体管芯(例如，低压侧半导体开关)或副半导体管芯(例如，高压侧半导体开关)向端子56的外部分和导电垫18供应电流(例如，交流逆变器相位输出信号)。通常地，主半导体管芯和副半导体管芯不同时地向端子18提供电流。因此，如果主半导体管芯或多个主半导体管芯因为较大的占空比、活性或其它的原因而加热电子装置10的左侧，右侧半导体管芯或多个右侧半导体管芯可更接近内部的环境温度，或反之亦然。在电子组件或逆变器的操作过程中，主半导体管芯和副半导体管芯之间的否则可能导致CTE相关的问题的温差由于凹口99的存在缓和。
图4是电子组件10的半导体装置48和电路板60的沿着在图3中的参考线4-4的俯视图。在图3和4中，在板60的第一板侧76的第一导电条带402在导电垫18处连接到第一端子52并且具有足够的尺寸(例如，金属、合金或金属材料的宽度和厚度，诸如重覆铜)以携载每个半导体装置48在对应的操作电压下所要求的需要的直流电流供应并且促进从第一端子52的辅助散热。在板60的第二板侧78的第二导电条带401在导电垫18处(例如，通过导电通孔或盲孔)连接到第二端子54并且具有足够的尺寸(例如，金属、合金或金属材料的宽度和厚度)以携载每个半导体装置48在对应的操作电压下所要求的需要的直流电流供应并且促进从第二端子54的辅助散热。第三导电条带403位于第二板侧78上并且(例如，通过一个或多个导电过孔或盲孔)在导电垫18处连接到第三端子56。在一个实施例中，第三导电条带402具有足够的尺寸(例如，金属、合金或金属材料的宽度和厚度)以携载需要的交流输出或脉宽调制信号(例如，以控制电动马达的一个相位)并且促进从第三端子56的辅助散热。
板60的第一板侧76上的第一导电条带402和板60的第二板侧78上的第二导电条带401空间上重叠(但是由板的介电层分离)以最小化回路电感。由板60上的功率迹线导致的回路电感的最小化允许功率半导体装置(48、148)更快切换并且由于切换时间减少而减少能量损耗。能量损耗的减少有助于增加逆变器效率和导致用于使用燃料用于内燃机的混合动力车辆的燃料节省。回路电感的减少趋向于减少DC端子(52和58)两端和输出AC端子(56)处的过电压，这可以增加功率半导体装置(48)的寿命和由逆变器或电子组件10驱动的电动马达的绝缘***的寿命。因此，因为在电应力、热应力或二者上的潜在的或实际的降低，所提出的封装概念导致提供能量/燃料节省并且增加电动驱动***的可靠性的电子组件10或逆变器***。
在一个替换实施例中，通过使用高压介电的和高导热率的TIM(热界面材料)，第一导电条带402、第二导电条带401和第三导电条带403可以热连接到第一散热器30、第二散热器12或电子组件的外壳或盖。
电流传感器91在第三导电条带403上方定位在第一板侧76上以感测由导电条带403携载的或由半导体装置48输出(例如，用于输出端子56处的单个逆变器相位的)的交流输出电流。电流传感器91可与电流传感器91的每侧的铁素体构件93相关联。电流传感器91和铁素体构件93被金属护罩409包围以防护电流传感器91免于否则可能使电流传感器91的灵敏度或性能退化的电磁干扰或噪声。金属护罩409可以符合电流传感器91的单独的或连同铁素体构件93的尺寸和形状，金属护罩409在电路板60上方，在金属护罩409和电流传感器91之间具有大致均一的用于机械余隙的空间间隙。例如，金属护罩409可以符合电流传感器91的单独的或与铁素体构件93组合的尺寸和形状，金属护罩409大致地是多边形的，在底部中在条带403上方具有开口。金属护罩可以由金属屏蔽件、金属材料或制成的金属板的一个或多个部分形成。在一个构造中，金属护罩409可以与外壳盖的壳体构件成为一体、固定到所述壳体构件或与壳体构件模制成型，外壳盖覆盖电子组件的至少顶部。
可以一体地装入上外壳或壳体盖中的电流传感器91和防护件409能够防护表面安装式电流传感器91以感测输出端子56处的交流功率输出。防护消除了用于不同相位的传感器的噪声和所述传感器之间的相互作用，使逆变器在无噪声的情况下操作，该噪声出现在当基于非芯部(磁芯)的传感器放置在交流条带或汇流条上方时。
在可替换的实施例中，第一导电条带402、第二导电条带401和第三导电条带403可以被金属汇流条或具有中间介电层的层压金属构件(例如，金属汇流条)替代。
图5是电子组件的第一实施例的沿着在图4中的参考线5-5的的剖视图，并且还包括被动散热器(144、37)或热交换器。在图5和6中，第二散热器12的第一构件144(例如，热交换器或被动散热器)通过热界面材料506、介电层或介电黏合剂与引线框架16电隔离。在一些构造中，第二散热器12可以连接到车辆或机壳接地线(chassis ground)。热界面材料506(TIM)板材或层放置在引线框架16的顶部表面和第二散热器12之间。在一个实施例中，TIM层506由黏附结合到引线框架16、第二散热器12或二者的介电材料或板材组成。第二散热器12的第一构件144通过热界面材料506与一个或多个端子(52、54和56，或至少端子56)电隔离或绝缘。
在第一散热器30中，第一突出部34从诸如金属板的第一基部部分32延伸。在第二散热器12中，第二突出部40从诸如金属板的第二基部部分14延伸。第一突出部34和第二突出部40被布置成耗散在半导体装置48的两侧(72、74)的来自半导体装置48的热能或热。
在图5、图6A和图7中，第一散热器30的第一部件37(例如，热交换器或被动散热器)可以被结合或直接地结合到半导体装置48或管芯(50、150)的装置第二侧74(例如，结合表面或底部表面)上的金属区域266。例如，直接结合支持从半导体装置48到第一部件37或第一散热器30的导热率的低热阻。金属区域266可以由例如铜、银、金、镍或合金形成。可替换地，金属区域266可以具有覆盖在铜芯部上方的银、金或镍层。类似地，第一部件37的配合侧面62和第一构件(44或144)的配合侧面64可以镀有银、金、镍或前述金属的任何合金或前述金属的组合以便于与第一部件37和第一构件(44或144)结合。
可以通过直接铜到铜的热压缩结合或超声波结合，诸如反应性或汽相结合的另一适当的直接结合技术，以将半导体封装501的装置第二侧74(例如，底部)上的金属层266结合到第一散热器30或其第一部件37，将第一部件37或第一散热器30直接地结合到半导体装置48上的金属区域266。半导体装置48的装置第二侧74(例如，底部)上的金属区域266(例如，铜金属化区域)可以位于接地电势或浮动电势。金属区域266可以将来自半导体装置48的热耗散或传输到第一部件37或第一散热器30。类似地，辅助金属区域166和垫片66可以将来自半导体装置48的热耗散或传输到第二散热器12的第二构件42或其第一构件144。用于任何对应的端子的两个辅助金属区域166和一个或多个垫片66的存在提供潜在地比较小尺寸和大小的端子更大的散热和端子的电流携载容量。
在一个实施例中，第一构件(44、144)由例如金属材料、合金或金属形成。然而，在某些实施例中，第一构件44可以由诸如陶瓷的介电材料形成。在某些构造中，第二构件42可以由塑料、聚合物或纤维填充塑料或聚合物材料形成。
图6A是电子组件的第二实施例的沿着在图4中的参考线5-5的剖视图，并且还包括被动散热器。图6的电子组件类似于图5的电子组件，除了图6A的第一构件44替代图5的第一构件144并且TIM506具有与第一构件44相称的更大的尺寸、形状和表面面积。第一构件44可以覆盖在端子(52、54、56)上面。相反，图5的第一构件144的宽度可以是较窄的并且第一构件144可以仅覆盖在第三端子56(输出端子)上面。第二散热器12的第一构件44通过热界面材料506与端子(52、54和56)电隔离或绝缘。在图6A中，第一散热器30被结合或直接地结合到金属区域266。
图6B的构造类似于图6A的构造，除了热传导黏合剂508用于金属区域266(或第二表面74)和第一散热器30的第一部件37之间。半导体装置48和第一散热器30可以直接地结合、通过热传导黏合剂508结合或连接。如果使用热传导黏合剂，则可以省略图6B的半导体装置48的底部的金属区域并且围绕半导体装置48的底部延伸封装501。
图7是电子组件的第四实施例的沿着在图4中的参考线5-5的剖视图，并且还包括被动散热器。图7的电子组件类似于图5的电子组件，除了热界面材料506和引线框架16被具有其导电迹线端子(504、507)和其介电层502(例如，陶瓷、聚合物或复合物)的基板505替代。基板的导电迹线(504、507)包括类似于图5的电子组件上的输出端子56的输出端子504。例如，输出端子504可以表示逆变器的一个相位的交流输出。输出端子504或其界面表面结合(或直接地结合)到半导体装置48的一个或多个导电垫66和装置第一侧72上的辅助金属区域166；输出端子504的配合表面510电地和机械地连接到电路板60上的一个或多个导电垫18。类似地，端子507结合(或直接地结合)到半导体装置48的一个或多个导电垫66；配合表面510电地和机械地连接到电路板60上的一个或多个导电垫。输出端子504连接到对应的导电条带402(例如，在电路板60上)，其中导电条带402具有足够的尺寸以促进从输出端子504的辅助散热。在某些构造中，输出端子504连接到电路板上的对应的金属条带(例如，导电条带402)以用于将热从输出端子504传输到金属条带。
如图5到7所示(包括图5和7)，半导体装置的底部、侧面或引线框架下方的空气间隙用适当的填充物材料被塑料、聚合物、树脂、或塑料或聚合物包封，这可以称为封装501。半导体装置的封装减少组装污染，响应于热的或机械的应力增加尺寸稳定性，并且避免当半导体装置在操作高压(例如，800伏特加上额定电压，加上瞬态电压峰值)下操作时的电弧放电或飞弧。在图5到7中的半导体装置(48、148)可以用于被动冷却模式而未在图1-3、8和9的整个电子组件10中形成或提供冷却剂通路、腔室或用于循环冷却剂的内部结构。
本公开的电子组件10(或其半导体装置48、148)允许热能通过电子组件的一个或多个热路径从半导体装置48有效地传导到第一散热器30(或其第一部件37)、第二散热器12(或其第一构件44或144)，或二者。在第一示例中，第一热路径表示从管芯(50、150)经由结合或直接地结合到第一散热器30的金属区域266的热传导路线。在第二示例中，第一热路径表示从管芯(50、150)经由金属区域266(或封装501)的热传导路线，其中所述金属区域266(或封装501)通过热界面材料506或热传导黏合剂与第一散热器30热连通。在第三示例中，第二热路径表示从管芯(50、150)经由一个或多个装置导电垫66和一个或多个金属区域(166、366)到输出端子54(过大的交流端子)的热传导路线，输出端子54：(a)连接(例如，结合或直接地结合)到导电迹线(例如，条带403或重覆铜)，该导电迹线具有对输出交流电流的电流和功率合适的尺寸，和(b)经由热界面材料506或介电层热连通到第二散热器12(或其第一构件44、144)。例如，热界面材料506可以被选择成具有某个最小导热率或导热率的目标范围。在一个实施例中，第一热路径和第二热路径对半导体装置48充分的散热从而以需要的占空比或连续的占空比工作在目标额定功率容量下。
参见图1到3、8和9，电子组件10包括第一散热器30、第二散热器12或二者。被动冷却散热器可以将热或热能从一个或多个半导体装置48传输、移除或传导到环境空气。主动冷却散热器可以使用冷却剂或液体通过经由泵(例如，在图10中的泵243)循环冷却剂到换热器(例如，在图10中的换热器246)，或例如经由风扇通过循环空气，将热或热能从一个或多个半导体装置48传输。在某些实施例中，如图5到7所示，第一散热器30或第二散热器12可以包括被动冷却散热器(例如，冷却板)。然而，如果第一散热器30与图1到3(包括图1和3)和8、9和10的额外部件结合使用，则第一散热器30可作为主动冷却散热器操作。类似地，如果第二散热器12与图1到3(包括图1和3)和8、9和10的额外部件结合使用，则第二散热器12可作为主动冷却散热器操作。如果作为主动散热器操作，第二散热器12和第一散热器30可以分别包括用于接收液体冷却剂的外壳。
在全文中，散热器可以表示以下各项中的一个或多个第一散热器30、第二散热器12；第一散热器30的一部分，诸如第二部件35；和第二散热器12的一部分，诸如第二构件42。散热器可以包括被动的或主动的第一散热器、第二散热器或二者。被动散热器可以被环境空气冷却，然而主动散热器可以例如被循环冷却剂或是被循环的空气冷却。
在一个实施例中，第一散热器30包括第一部件37和具有凹部28的第二部件35。第一部件37和第二部件35配合以形成由凹部28部分地限定的内部体积80。密封件96(例如，垫圈、密封剂、或密封件，如图8和9所示)可以在第一部件37和第二部件35之间介入以提供气密的或液密的密封使得内部腔室33中的冷却剂或液体***露或流出到外侧或周边环境。在一个实施例中，具有狭槽或孔26的板70可以设置在第一部件37和第二部件之间以减少否则可被施加(例如，来自冷却剂的抵靠第一部件35向上的，以防止第一基部32变形、凸出或弯曲)的液压或力。在某些构造中，第二部件35可以由塑料、聚合物或纤维填充塑料或聚合物材料形成。
在一个实施例中，第一散热器30的第一部件37包括具有从一个端部延伸的第一突出部34(例如，散热构件)的盖或第一基部32。第一突出部34可以表示用于散热的散热片、脊部、销、凸起岛部或突出部。第一突出部34包括可以在内部体积80中并且通常与彼此隔开的散热构件。第一突出部34从诸如金属板的第一基部部分32延伸。在某些构造中，基部部分32可以包括具有大致均一厚度的大致平坦的构件。如果冷却剂或液体在内部体积80中循环，则第一突出部34便于热从半导体装置48传输到循环冷却剂以经由换热器(例如，在图10中的246)或热交换器移除到环境空气或其它方式。
第一散热器30的特征为至少两个端口36：用于第一散热器30的入口和出口。端口36布置成与内部体积80连通以在第一散热器30的内部体积80中循环液体冷却剂。每个端口36都可与对应的连接器38相关联以允许管道或管附接到其上以用于连接到泵、换热器或二者以在内部体积80中循环冷却剂并且经由换热器将热能从冷却剂移除到环境空气。
在一个实施例中，第二散热器12进一步包括与第一构件44配合以形成内部腔室33的第二构件42。例如，第二散热器12可以包括与第二构件42(例如，第二壳体构件)配合以形成内部腔室33的第一构件44(例如，第一壳体构件)。密封件98(例如，垫圈、密封剂、或密封件，如图8和9所示)可以在第一构件44和第二构件42之间介入以提供气密的或液密的密封使得内部腔室33中的冷却剂或液体***露或流出到外侧或周边环境。
第一构件44(例如，散热器或热交换器)的一侧包括用于散热的第二突出部40。第二突出部40可以表示用于散热的散热片、脊部、销、凸起岛部或突出部。第一构件44包括第一基部14和第二突出部40的组合。在不存在第二构件42的情况下，第一构件44可以用作被动散热器。
在一个实施例中，在第二散热器12中，第二突出部40或其它的散热构件在内部腔室33中并且彼此大致隔开。第二突出部40从第一基部14延伸。在某些构造中，第一基部14可以包括大致均一厚度的大致平坦的构件。如果冷却剂或液体在内部腔室33中循环，则第二突出部40便于热从半导体装置48传输到循环冷却剂以经由换热器(例如，在图10中的246)或热交换器移除到环境空气或其它方式。第二散热器12的特征为至少两个端口36：用于第二散热器12的入口和出口。
第二散热器12的端口36被布置成与内部腔室33连通以在第二散热器12的内部腔室33中循环液体冷却剂。
图8是电子组件的沿着在图1中的参考线8-8的剖视图。图9是电子组件的沿着在图1中的参考线9-9的剖视图。在图8、9和1中类似的附图标记指示类似的元件。图8和9图示在其被组装之后的电子组件10。在一个构造中，电子组件10可以被以如下方式组装。
第一，半导体装置48直接地结合到一个或多个冷却板或热交换器，诸如第一部件32或第一散热器30，以形成芯片组件。
第二，第二散热器12(或其第一构件44或144)，或二者通过电子组件的一个或多个热路径。在第一示例中，第一热路径表示从管芯(50、150)经由直接地结合到第一散热器30的或与热传导黏合剂结合的金属区域266的热传导路线。
第三，芯片组件可以通过电路板60中的适当的尺寸的开口20而被放置。电路板60具有用于接收半导体装置48的开口20。引线框架16朝电路板60的第一板侧76向外延伸或在第一板侧76处延伸。电路板60的第二板侧78与第一板侧76相反。板导电垫(18、19)在电路板60的第一板侧76上以与引线框架16的对应端子(52、54、56、58)对齐以与对应的端子电连接和机械连接。在某些制造技术中，电路板60中的开口20允许功率电路的后处理以满足蠕变、间隙和在半导体装置48和冷却板之间的高压绝缘的要求。因为用于从引线框架应用除去留下的残余物的洗涤和清选过程更容易并且更简单，所以芯片组件经由电路板60中的开口20的暴露可以降低制造成本或简化制造过程；这在一些情况下可以被取消。
第四，第二部件35被连结或固定到第一部件37以形成具有用于循环泵送流体的内部空间80的第一散热器30。
第五，第二构件42被连结或固定到第一构件(44或144)，以形成具有用于循环泵送流体的内部腔室33的第二散热器12。
图10提供电子组件10如何装在具有内燃机和一个或多个驱动马达248的混合动力车辆中的示例。在图10中，电子组件10使用主动冷却。电子组件10具有连接到诸如推进车辆的电动驱动马达248的马达248的输入的输电线251。在一个示例中，电子组件10经由一个或多个输电线251从发电机249或能量存储装置(例如，电池)接收直流电流供应。发电机249可以被内燃机241的轴(例如，直接地或间接地曲轴)机械地驱动或转动。
内燃机241还可以向泵243提供机械的转动能量或电能，泵243将冷却剂循环到电子组件10的一个或多个入口端口36并且从电子组件10的一个或多个出口端口36循环冷却剂。还在内燃机241的发动机水套(例如，方框或头部)的入口275和出口276之间循环冷却剂。在一个说明性构造中，电子组件10的输出端口36和发动机水套的出口276经由导管253连接到恒温阀244和低温旁通管线245。恒温阀244在预设温度或预设温度范围打开以使换热器246进入冷却回路。在打开恒温阀244之前，冷却剂经由低温旁通管线245返回至泵243的输入277以绕过换热器246。在恒温阀在预设温度处打开之后，电子组件10的一个或多个出口端口36经由导管253连接(直接地或间接地)到换热器246的换热器入口278；类似地，发动机水套的出口276经由导管253连接到换热器246。换热器246具有连接到泵243的泵输入277的出口279。换热器246可以被风扇247(例如，电风扇247)冷却，其中风扇247经由一个或多个传输线251通过直流总线被驱动。
电子组件支持与内燃机冷却剂环路分离的冷却剂***或使用与内燃机的相同的冷却剂***。对于分离的冷却剂***，最大入口温度可以设置成较小的最大温度(例如，70℃)，然而对于与内燃机共用的冷却剂***，冷却剂温度可以设置成较大的最大温度(例如，105℃)。可以例如经由通向换热器和相关联的风扇的恒温阀控制最大温度。
本公开的电子组件不要求：(1)半导体装置的与分离的介入铜基板的直接结合铜(DBC)连接，其中邻近的不同的散热器安装成用导热膏接触分离的基板，或(2)半导体装置48的端子的与电路板的导电迹线或垫片的直接结合铜连接。此处，在本公开的一个实施例中，半导体装置48(例如，半导体芯片组)直接地结合在一个或多个冷却板(热交换器)上，包括第一散热器30或其第一部件37，而未使用导热脂和导热脂的无效率。半导体装置48的端子可以经由直接结合或经由导电黏合剂、软钎焊、硬钎焊或熔接连接到对应的导电垫或电路板上的迹线。半导体装置48与一个或多个冷却板的不需要DBC、基板、和热油脂的直接结合可以显著地减少半导体装置48中的硅连接部和冷却剂通路、第一散热器30的内部或腔之间的热阻。
本公开的电子组件很适合诸如逆变器的电子组件的双侧热管理。双侧热管理具有显著地减少半导体装置、电容器、功率装置和部件的热阻的可能性。进一步地，电子组件便于主动的热管理，诸如电子组件的主动的单侧热管理或双侧热管理。
因为本公开的电子组件支持使电路板用于大量、低成本生产的表面安装式制造过程和大致平坦的封装构造，所以本公开的电子组件支持逆变器的减少的尺寸、重量和成本。
已经描述了优选实施例，显然可以在没有脱离在附随权利要求中限定的本发明范围的情况下制定各种修改例。

Claims (18)

1.一种电子组件，包括：
半导体装置，所述半导体装置在装置第一侧具有导电垫并且在与第一侧相反的装置第二侧具有金属区域；
引线框架，所述引线框架用于提供分离的端子，所述端子电连接和机械连接到所述导电垫；
第一散热器，所述第一散热器包括第一部件，所述第一部件具有配合侧面和与配合侧面相反的相反侧面，所述配合侧面的一部分直接地结合半导体装置的金属区域，以在第一部件和半导体装置之间提供电连接和机械连接；和
电路板，所述电路板具有开口、所述半导体装置和引线框架，所述引线框架朝电路板的第一板侧向外延伸或在所述第一板侧处延伸，电路板的第二板侧与第一侧相反，多个板导电垫在电路板的第一板侧与引线框架的对应端子对齐以与所述对应端子电连接。
2.根据权利要求1所述的电子组件，其中：
半导体装置进一步具有辅助金属区域，辅助金属区域包括在装置第一侧的中心金属区域。
3.根据权利要求2所述的电子组件，其中：
导电垫在辅助金属区域之外布置在半导体装置的周边处或布置在半导体装置的周边附近。
4.根据权利要求1所述的电子组件，其中：
第一散热器的所述相反侧面包括用于散热的第一突出部。
5.根据权利要求1所述的电子组件，其中：
板导电垫包括金属层，所述金属层具有大于电路板上的其它导电迹线的厚度的厚度。
6.根据权利要求1所述的电子组件，其中：
板导电垫包括覆铜或覆铜合金。
7.根据权利要求1所述的电子组件，其中：
直接地结合表示金属区域和散热器的第一部件被熔合、硬钎焊或熔接以形成电连接和机械连接。
8.根据权利要求1所述的电子组件，其中：
第一散热器定位在电路板的第二板侧处或低于所述第二板侧。
9.根据权利要求1所述的电子组件，进一步包括：
第二散热器，所述第二散热器包括第一构件，第一构件覆盖半导体装置的装置第一侧，使得半导体装置在装置第一侧和装置第二侧都具有用于热传导或热耗散的热路径。
10.根据权利要求9所述的电子组件，其中：热界面材料包括在第二散热器的第一构件和半导体装置的端子之间的介电材料，其中所述端子电连接和机械连接到装置第一侧上的一个或多个导电垫。
11.根据权利要求9所述的电子组件，其中第二散热器进一步包括：
第二构件，所述第二构件与第一构件配合以形成内部腔室；
多个第二突出部，所述多个第二突出部位于所述内部腔室中并且彼此大致隔开；
入口和出口，所述入口和出口用于与所述内部腔室连通以在所述内部腔室中循环液体冷却剂。
12.根据权利要求1所述的电子组件，其中第一散热器包括：
具有凹部的第二部件，所述第二部件与第一部件配合以形成内部空间；
第一构件的多个第一突出部，所述多个第一突出部位于所述内部空间中并且彼此大致隔开；和
入口和出口，所述入口和出口用于与所述内部空间连通以在所述内部空间中循环液体冷却剂。
13.根据权利要求12所述的电子组件，其中：
第一部件包括盖，所述盖具有从一个端部延伸的散热构件，其中每个突出部包括从盖的基部表面向外延伸的脊部或凸起区域。
14.根据权利要求1所述的电子组件，进一步包括：
位于电路板上的导电条带上方的电流传感器。
15.根据权利要求14所述的电子组件，其中：
电流传感器被与电路板相关联的金属护罩包围。
16.按照权利要求1所述的电子组件，其中：
所述引线框架包括具有界面表面的输出端子，所述界面表面结合到半导体装置的导电垫和装置第一侧的辅助金属区域。
17.根据权利要求16所述的电子组件，其中：
输出端子连接到在电路板上的对应的导电条带，其中导电条带具有足以促进从输出端子进行辅助散热的尺寸。
18.根据权利要求16所述的电子组件，其中：
所述输出端子在所述输出端子的界面表面中具有一凹口。
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