CN107567176A - 电子组件和用于制造电子组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有电路板(14)和布置在电路板(14)的第一表面(15)上的电子元件(16)的电子组件。电路板(14)具有凹槽(23)，其从电路板(14)的与第一表面(15)相对置的第二表面(24)起在电子元件(16)的方向上延伸。电子组件包括冷却剂容器(25)，其具有通过电路板(14)的第二表面(24)封闭的开口。此外，本发明涉及用于制造这样的电子组件的方法。

Description

电子组件和用于制造电子组件的方法
技术领域
本发明涉及一种电子组件，其中在电路板的第一表面上布置有电子元件。此外，本发明涉及用于制造这样的电子组件的方法。
背景技术
在这样的电子组件运行时会产生热量。这特别发生在元件以高功率运行的时候，例如在功率半导体的情况中。已知有DE 10 2004 062 441 B3、DE 20 2010 017 772 U1的电路板，在其内部延伸有冷却通道，冷却通道在电路板运行时流通有冷却液。在电路板内部的这样的冷却通道的制造是高耗费的。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种电路板以及用于制造这样的电路板的方法，在其中减少耗费。
从所谓的现有技术出发，该目的利用独立权利要求1和13所述的特征实现。
有利地实施方式在从属权利要求中给出。
利用本发明提出一种电子组件，其包括电路板和布置在电路板的第一表面上的电子元件。电路板具有凹槽，其从电路板的与第一表面相对置的第二表面起在电子元件的方向上延伸。此外，电子组件包括冷却剂容器。冷却剂容器具有通过电路板的第二表面封闭的开口。
元件能够是有源或无源的电子元件。特别地，其能够是半导体元器件，例如功率半导体的形式。作为无源的电子元件例如考虑分流器。
通过使冷却剂容器具有在电路板的方向上取向的开口，包含在冷却剂容器中的冷却液就能够与电路板接触并且由此有效地从电路板排出热量。在凹槽的区域中减小电路板的材料厚度，从而使得由电子元件输出的热量能够良好地传递到冷却液中，而不必使热量大面积地分布在电路板中。
为了保障从电子元件到冷却液的良好的热传递，凹槽的区域中的材料厚度能够明显小于电路板的厚度。例如，材料厚度能够小于电路板的厚度的50％，优选小于30％，进一步优选小于20％。
凹槽能够具有侧面，其垂直于电路板的平面地取向。侧面能够延伸直到平行于电路板的平面的端面为止。通过该端面使得电路板的两侧相互分离。凹槽没有形成电路板的断开部。在一个实施例中，凹槽是长方体形的。也包括以下实施方式：凹槽的侧面与电路板的平面围成不是90°的角度。
凹槽的大小能够规定为，凹槽在Z方向上覆盖电子元件。Z方向垂直于电路板的平面地取向。换句话说，如果凹槽至少与电子元件等大或大于电子元件，那么就能够实现电子元件在冷却液的方向上的高效热传递。
冷却剂容器的开口能够大于电路板中的凹槽。开口例如能够为凹槽的2倍(Faktor)，优选5倍，进一步优选10倍大。冷却剂容器能够如下地布置，使得凹槽完全位于开口之中。冷却剂容器在Z方向上的延展能够大于凹槽在Z方向上的延展。例如，冷却剂容器能够相关于Z方向为凹槽的1.2倍，优选2倍，进一步优选3倍。
冷却剂容器的环绕开口的正面(Stirnflaeche)能够与电路板的第二表面连接。在冷却剂容器的端侧和电路板的表面之间能够布置密封件，从而防止冷却剂在连接位置处溢出。为了将冷却剂容器机械地紧固在电路板处能够例如设置螺栓连接。
冷却剂容器能够具有入口和出口，从而能够通过冷却剂容器生成冷却剂流。冷却剂容器能够连接到包括热交换器的冷却***上。在冷却剂容器的出口与热交换器之间以及在热交换器与冷却剂容器的入口之间能够延伸有管道，从而能够产生冷却剂循环。
电路板的第一表面能够至少按区域地涂有导电层。电子元件能够与导电层电接触。
在凹槽与电子元件之间能够布置有电绝缘层。由此防止了在冷却剂与电子元件之间的电接触。为了实现在电子元件与冷却液之间的良好的热流通，电绝缘层能够具有良好的导热性。
本发明还包括以下实施方式，即在冷却剂与电子元件之间存在电接触。该情况特别地当与冷却剂电接触的电子元件的触点接地时是可能的。
电路板的布置在冷却剂容器的开口之中的表面区域能够与冷却剂直接接触。特别地，该表面区域能够包括电路板的与凹槽邻接的面。该表面区域能够相对于电子元件电绝缘。
在电路板中应用的电绝缘材料通常相对于液体不具有良好的电阻率。为了针对冷却液对电绝缘的材料进行保护，电路板的与冷却剂接触的表面区域能够覆盖有防扩散的保护层。保护层能够是抗腐蚀的金属涂层，特别是包括Cu、Ni或Au的涂层或者由这些材料组成的层序列。因此，电路板也能够经受住腐蚀性的冷却剂，例如乙二醇或乙二醇水溶剂。在冷却剂容器与电路板之间所围成的空间能够完全用冷却剂填满。
电路板能够是多层的电路板。这意味着，电路板包括以下区域，在该区域中在Z方向上彼此交替有多个导电层和不导电层。在导电层之间能够形成层间电路接通部，从而在Z方向上在导电层之间存在电连接。
导电层中的每个都能够针对冷却剂电绝缘。特别地，涂敷在电路板的第二表面上的保护层针对导电层电绝缘。
也能够在层之间设计热通孔(Via)。热通孔标志了在两个导电层之间的金属接触，热通孔在所涉及的应用中不用于传输电流，而是用于减小在电子元件与冷却剂之间的热累接阻抗(Uebergangswiderstand)。
此外，本发明涉及用于制造电子组件的方法。在该方法中，在电路板中生成凹槽，其从电路板的第二表面起在与第二表面相对置的第一表面的方向上延伸，而不断开电路板。具有开口的冷却剂容器与电路板的第二表面连接，以使得开口通过电路板封闭。将冷却液注入到冷却剂容器中。
在第一表面的与凹槽相对置的区域中，要冷却的电子元件能够与电路板连接。要冷却的电子元件例如能够是有源的元器件或无源的元器件。
如果在生成凹槽时切割电路板的导电层，那么就能够在凹槽的内部涂敷电绝缘层，通过电绝缘层使得凹槽的表面相对于导电层电绝缘。在电路板的第二表面上能够涂敷防扩散的保护层，保护层至少覆盖电路板的与冷却剂接触的表面区域。
该方法能够利用结合根据本发明的电子组件描述的另外的特征进行改进。电子组件能够利用结合根据本发明的方法描述的另外的特征进行改进。
附图说明
接下来在参考附图的情况下根据有利的实施方式示例性地描述本发明。在此示出：
图1是根据本发明的电子组件的示意性截面图。
具体实施方式
图1示出的电子组件包括电路板14，在其上侧15(第一表面)上布置有半导体元件16。半导体元件16是MOSFET形式的功率半导体，在其运行时发出可观的热量。半导体元件16与导电层17电接触，利用该导电层部分地遮盖电路板14的上侧。
导电层17涂敷到电路板14的电绝缘层18上，然而该电绝缘层能够具有良好的导热性。电路板14多层地构造，这意味着，在电绝缘层18的下面，另外的导电层19、20与绝缘层21、22彼此依次交替。在导电层17、19、20之间存在层间电路接通部(Durchkontaktierung)22，通过其在Z方向上在各种层之间制造电接触。
在电路板14中设计有横截面为矩形的凹槽23，其从电路板14的下侧24(第二表面)起在半导体元件16的方向上延伸。凹槽23的大小规定为，其在X-Y方向上的延展基本上等于半导体元件16。凹槽23如下地布置，使得其在Z方向上覆盖半导体元件16。
冷却剂容器25与电路板14的下侧24连接，该冷却剂容器在其上端部是开放的。经由正面26使得冷却剂容器25与电路板14的下侧24连接，从而形成闭合的空间，该空间在冷却剂容器25和电路板14之间围成。电路板14的凹槽23是该闭合空间的组成部分。在冷却剂容器25的正面26与电路板14之间涂敷有密封材料27，从而也能够在连接位置处不使冷却剂溢出。
冷却剂容器25设置有入口和出口(未示出)，经由其将冷却剂容器25连接到冷却***上。在冷却***中，冷却剂在闭合的循环中引导，该循环在冷却剂容器25与热交换器之间延伸。在热交换器中将热量发送到周围环境中。
电路板14的下侧涂有Cu-Ni/Cu-Ni-Au涂层形式的保护层28，从而在冷却剂与电路板的电绝缘层之间不存在接触。保护层28相对于导电层17、19、20电绝缘。
在根据本发明的设计方案中，半导体元件16仅通过导电层、薄的绝缘层18以及保护层28与冷却剂分离。因此形成较小的热累接阻抗，从而能够将热量良好地从半导体元件传输给冷却液。利用冷却液排出了冷却***中的热量，从而有效地冷却半导体元器件16。

Claims (15)

1.一种电子组件，具有电路板(14)和布置在所述电路板(14)的第一表面(15)上的电子元件(16)，其中，所述电路板(14)具有凹槽(23)，所述凹槽从所述电路板(14)的与所述第一表面(15)相对置的第二表面(24)起在所述电子元件(16)的方向上延伸，并且所述电子组件具有冷却剂容器(25)，所述冷却剂容器具有开口，所述开口通过所述电路板(14)的所述第二表面(24)封闭。
2.根据权利要求1所述的电子组件，其特征在于，所述电路板(14)的材料厚度在所述凹槽(23)的区域中小于所述电路板(14)的厚度的50％，优选小于30％，进一步优选小于20％。
3.根据权利要求1或2所述的电子组件，其特征在于，所述凹槽(23)具有侧面，所述侧面垂直于所述电路板(14)的平面地取向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子组件，其特征在于，所述凹槽(23)在垂直于所述电路板(14)的平面的方向上覆盖所述电子元件(16)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子组件，其特征在于，所述冷却剂容器(25)的所述开口大于所述电路板(14)的所述凹槽(23)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电子组件，其特征在于，所述凹槽(23)完全布置在所述冷却剂容器的所述开口之中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子组件，其特征在于，基于垂直于所述电路板(14)的平面的方向，所述冷却剂容器(25)的延展大于所述凹槽(23)的延展。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电子组件，其特征在于，在所述凹槽(23)和所述电子元件(16)之间布置有电绝缘层(18)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电子组件，其特征在于，所述电路板(14)的布置在所述冷却剂容器(25)的所述开口之中的表面区域相对于所述电子元件(16)电绝缘。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电子组件，其特征在于，所述电路板(14)的与冷却剂接触的表面区域涂有防扩散的保护层(28)。
11.根据权利要求10所述的电子组件，其特征在于，所述保护层(28)是包括Cu、Ni或Au的涂层或者是由Cu、Ni或Au组成的层序列。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电子组件，其特征在于，所述电路板(14)包括多个导电层(17、19、20)，所述导电层相互电连接，并且所有的所述导电层(17、19、20)相对于冷却剂电绝缘。
13.一种用于制造电子组件的方法，其中，在电路板(14)中生成凹槽(23)，所述凹槽从所述电路板(14)的第二表面(24)起在与所述第二表面(24)相对置的第一表面(15)的方向上延伸而不断开所述电路板(14)，其中，具有开口的冷却剂容器(25)与所述电路板(14)的所述第二表面(24)连接，以使得所述开口通过所述电路板(14)封闭，并且其中，将冷却液注入到所述冷却剂容器(25)中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在制造所述凹槽(23)时切割所述电路板(14)的导电层(19、20)，并且在所述凹槽(23)的内部涂敷电绝缘层，使得所述凹槽(23)的表面相对于所述导电层(19、20)电绝缘。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在所述电路板(14)的所述第二表面(24)上涂敷防扩散的保护层(28)，所述保护层至少覆盖所述电路板(14)的与所述冷却剂接触的表面区域。
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