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CN106463487B - 具有导热装置的电子模块和制造电子模块的方法 - Google Patents

具有导热装置的电子模块和制造电子模块的方法 Download PDF

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CN106463487B CN201580033048.5A CN201580033048A CN106463487B CN 106463487 B CN106463487 B CN 106463487B CN 201580033048 A CN201580033048 A CN 201580033048A CN 106463487 B CN106463487 B CN 106463487B
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Abstract

本发明涉及一种电子模块，其具有布置在塑料壳体(12)中的半导体装置(14)、导电的板组件(16)，半导体装置(14)能通过该导电的板组件被供应以电功率，其中，导电的板组件(16)与半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)通过热耦合件(18)面式连接，其中，导电的板组件(16)这样构型，使得其将由半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)产生的热量导出到塑料壳体(12)上。本发明还涉及一种用于制造相应的电子模块的方法。

Description

具有导热装置的电子模块和制造电子模块的方法
技术领域
本发明涉及一种电子模块，其具有一装置，该装置用于导出由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量，本发明还涉及一种用于制造电子模块的方法。
背景技术
当前，与构造大小相比具有较高损失功率的电子控制器具中热量导出基本上通过选择壳体材料来控制。铝作为壳体材料在热量导出方面具有有利的特性，但铝比塑料耗成本。如果将塑料用作壳体材料，则大多需要显著地增大控制器具的构造大小，以实现充分的热量导出。为了可从控制器具导出热量，需要控制器具和周围环境之间的良好热传递。但塑料导热差，使得热量输入的地方温度较高并且位于热量输入的直接周围环境中的面仅还具有小的热量导出。这导致简单地增大壳体表面并不总是实现热量导出方面的改善。
如果能将热源大面积式地热附接到壳体上，则也可由塑料壳体导出足够的热量。这里如可通过下述方式实现：将热源与散热器例如铝板连接并且该散热器与壳体大面积地连接。在此不利的是：需要单独的散热器并且必须以附加的工作步骤将该散热器装到壳体中。
DE202009000615Ul公开了一种模塑料浇铸的半导体元件，其中，具有导入到模具模块外侧上的金属触头的半导体以包封注塑的方式被热固性塑料包围，其中，为了底侧的热量导出而存在由半导体和衬底载体构成的导热路段，其中，附接有在半导体的其中一个触头的区域中在该半导体的上侧构造成面式地遮盖其中一个触头的接触舌片，并且在接触舌片的与模具模块的上侧热传导的面式区段上设置有导热元件，该导热元件用于将第二导热桥构造到模块外侧上。
发明内容
本发明提供一种电子模块，其具有布置在塑料壳体中的半导体装置、导电的板组件，半导体装置能通过该板组件被供应以电功率，其中，导电的板组件与半导体装置的产生热量的集成电路通过热耦合件面式地连接，其中，导电的板组件这样构型，使得该导电的板组件将由半导体装置的产生热量的集成电路产生的热量导出到塑料壳体上。
本发明还提供一种用于制造电子模块的方法。所述方法包括：将导电的板组件与半导体装置电连接，其中，所述导电的板组件给半导体装置供应电功率；将导电的板组件与半导体装置的产生热量的集成电路通过热耦合件来面式地连接；以及用塑料注塑包封与半导体装置的产生热量的集成电路通过热耦合件连接的导电的板组件，以形成塑料壳体，其中，所述导电的板组件将由半导体装置的产生热量的集成电路产生的热量导出到塑料壳体上。
本发明的构思在于，将已存在的导电的板组件用作散热器。因此，所述导电的板组件可既用于给半导体装置提供电功率也用于将由半导体装置产生的热量导出到塑料壳体上。
有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求和参照附图的描述得到。
优选设置，所述导电的板组件具有多个导电的板元件，所述板元件分别至少部分地被塑料壳体注塑包封并且覆盖塑料壳体的与半导体装置的产生热量的集成电路相对置的至少一个壁的表面的大部分。因此，通过就壳体而言大面积地构造的导电的板组件可将该板组件最佳地用于半导体装置的热量导出。
优选设置，所述多个导电的板元件覆盖所述塑料壳体的与半导体装置的产生热量的集成电路对置的至少所述壁的所述表面的至少50％，优选至少80％。因此，所述多个导电的板元件相对于所述塑料壳体的所述至少一个壁的表面可有利地适配于构造要求、例如所需的半导体装置热量导出。
根据另一优选构型设置，所述多个导电的板元件的第一部分具有第一表面而所述多个导电的板元件的第二部分具有第二表面，其中，第二表面构造得大于第一表面。因此例如可大面积地实施导电的板组件的地线而导电的板组件的其余导线的尺寸确定成使得这些导线具有小的表面。
根据另一优选实施例设置，所述多个导电的板元件在位于塑料壳体外侧的第一端部处布置在塑料壳体的插头区域中而在第二端部处与半导体装置的接头电连接。因此，所述多个导电的板元件的总长度既可用于半导体装置的功率供应也可用于将由半导体装置产生的热量导出到塑料壳体上。
优选还设置，所述导电的板组件具有多个导电的板元件，其中，所述多个导电的板元件的第一部分这样构型，使得所述多个导电的板元件给半导体装置供应电功率而所述多个导电的板元件的第二部分这样构型，使得所述多个导电的板元件给半导体装置供应电功率以及将由半导体装置产生的热量导出到塑料壳体上。所述多个导电的板元件的第一部分由此有利地用于给半导体装置供应电功率。所述多个导电的板元件的第二部分有利地既具有给半导体装置提供电功率的功能也具有将由半导体装置产生的热量导出到壳体上的功能。所述多个导电的板元件的第二部分例如可通过地线构成。地线可大面积地构造，由此使得良好地将由半导体装置产生的热量导出到塑料壳体上。
根据另一优选实施例设置，所述导电的板组件具有第一板组件，该第一板组件这样构型，使得该第一板组件给半导体装置供应电功率；并且具有布置成与第一板组件分开的第二板组件，该第二板组件这样构型，使得该第二板组件将由半导体装置产生的热量导出到塑料壳体上。第一板组件由此有利地具有给半导体装置供应电功率的功能。与第一板组件分开的第二板组件有利地具有将由半导体装置产生的热量导出到壳体上的功能。
根据另一优选构型设置，所述第一板组件具有多个导电的板元件，所述多个导电的板元件分别至少部分地被塑料壳体注塑包封，其中，所述多个导电的板元件在位于塑料壳体外侧的第一端部处布置在塑料壳体的插头区域中并且在第二端部处与半导体装置的接头电连接。因此，第一板组件优选可用于给半导体装置供应功率。
优选还设置，第二板组件至少部分地被塑料壳体注塑包封并且基本上覆盖塑料壳体的与半导体装置的产生热量的集成电路相对置的至少一个壁的表面的大部分。因此，通过就壳体而言大面积地构造的第二板组件可将第二板组件最佳地用于将由半导体装置产生的热量导出。
根据另一优选实施例设置，所述第二板组件覆盖塑料壳体的与半导体装置的产生热量的集成电路相对置的至少所述壁的所述表面的至少50％、优选至少80％。因此，第二板组件相对于塑料壳体的所述至少一个壁的表面有利地可适配于结构要求、例如所需的半导体装置热量导出。
根据另一优选构型设置，所述导电的板组件在与热耦合件热附接的区域中从塑料壳体露出。通过在所述热附接区域中露出导电的板组件有利地可实现导电的板组件通过热耦合件附接到半导体装置上。
根据另一优选实施例设置，所述导电的板组件通过冲压格栅构成。因为冲压格栅在制造塑料壳体时就已被塑料壳体注塑包封或者说在该制造的范畴内被集成到塑料壳体中，所以冲压格栅既可提供给半导体装置供应电功率的功能也可提供将由半导体装置产生的热量导出到塑料壳体上的功能。
根据另一优选实施例设置，所述热耦合件通过导热凝胶或导热垫构成。由此可在半导体装置和导电的板组件之间设置高效的热传递。
优选还设置，所述半导体装置通过电路板和布置在所述电路板上的集成电路构成。因此，有利地可将电子模块的热量导出功率适配于半导体装置的尺寸。
所述构型和扩展方案可任意地相互组合。
本发明的其他可能的构型、扩展方案和实施方案还包括本发明在之前或之后关于实施例描述的特征的未明确提到的组合。
附图说明
附图可提供对本发明的实施方式的进一步理解。这些附图直观示出一些实施方式并且与说明书结合以解释本发明的原理和方案。
其他实施方式以及提到的多个优点可由附图得到。附图中示出的元件并不必然地相互按比例示出。
图1a根据本发明的第一实施方式的根据本发明的电子模块的示意图，该电子模块具有用于将由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量导出的装置；
图1b根据本发明的第一实施方式的根据本发明的电子模块的横截面视图，该电子模块具有用于将由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量导出的装置；
图2a根据本发明的第二实施方式的根据本发明的电子模块的示意图，该电子模块具有用于将由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量导出的装置；
图2b根据本发明的第二实施方式的根据本发明的电子模块的横截面视图，该电子模块具有用于将布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量导出的装置；
图3a根据本发明的第三实施方式的根据本发明的电子模块的示意图，该电子模块具有用于将布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量导出的装置；
图3b根据本发明的第三实施方式的根据本发明的电子模块的横截面视图，该电子模块具有用于将布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量导出的装置；以及
图4用于制造根据本发明的第一至第三实施方式的电子模块的方法的流程。
在附图的图示中，如果没有给出否定，则对相同的或功能相同的元件、构件或部件标记以相同的附图标记。
具体实施方式
图1a示出根据本发明的第一实施方式的电子模块的示意图，该电子模块具有用于导出由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量的装置。
该电子模块1具有布置在塑料壳体12中的半导体装置14和装置10，该装置用于导出由布置在塑料壳体12中的半导体装置14产生的热量。用于导出由布置在塑料壳体12中的半导体装置14产生的热量的装置10具有导电的板组件16，该板组件既给半导体装置14供应电功率又将由半导体装置14产生的热量导出到塑料壳体12上。导电的板组件16优选通过冲压格栅构成。该冲压格栅优选具有多层金属条，这些金属条连接成或堆叠成一个冲压格栅包。替代地，所述冲压格栅也可构造成单层。
导电的板组件16具有面式地构造的多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h。所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h的第一部分21具有第一表面17而所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h的第二部分22具有第二表面17b，其中，第二表面17b构造成大于第一表面17a。
通过所述面式地构造的多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h构成的导电的板组件16至少部分地被塑料壳体12注塑包封并且覆盖塑料壳体的一个壁的表面的基本上大部分。半导体装置14通过电路板14a和布置在该电路板14a上的专用集成电路14b构成。
所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h在位于塑料壳体12外侧的第一端部处布置在插头区域19中而在第二端部处与半导体装置14的接头20电连接。
根据本发明的第一实施方式，所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h优选覆盖塑料壳体12的所述至少一个壁的表面的至少80％。
图1b示出根据本发明的第一实施方式的电子模块的横截面视图，该电子模块具有用于将由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量导出的装置。
导电的板组件16在塑料壳体12的内侧在用于将导电的板组件16热附接到半导体组件14上的热附接区域25中露出。在本发明的第一实施方式，导电的板组件16具有三个热附接区域25。替代地，导电的板组件16也可具有合适的其他数量的附接区域25。
在各个热附接区域25上设有热耦合件18，导电的板组件16通过所述热耦合件与半导体装置14连接。热耦合件18优选通过导热凝胶构成。替代地，热耦合件18还可通过导热垫或其他合适的热耦合件件构成。
导电的板组件16从插头区域19延伸到塑料壳体12的内部区域中。导电的板组件16与插头区域19直接相邻地在塑料壳体12的内部在塑料壳体12的壁部12中被塑料壳体12包封。导电的板组件16延伸直至该板组件在塑料壳体12的壁部12a中的第二端部。在导电的板组件16的第二端部上，该板组件与半导体装置14的接头20电连接。
图2a示出根据本发明的第二实施方式的电子模块的示意图，该电子模块具有用于导出由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量的装置。
根据本发明的第二实施方式，导电的板组件16具有第一板组件23，该第一板组件给半导体装置14供应电功率。冲压格栅优选具有多层金属条，这些金属条连接成或堆叠成冲压格栅包。替代地，冲压格栅也可构造成单层。导电的板组件16还具有与第一板组件23分开地布置的第二板组件24，该第二板组件将由半导体装置14产生的热量导出到塑料壳体12上。
第一板组件23具有多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h，它们分别至少部分地被塑料壳体注塑包封，其中，所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h在位于塑料壳体12外侧的第一端部处布置在插头区域19中而在第二端部上与半导体装置14的接头20电连接。第二板组件24面式地构造、至少部分地被塑料壳体12注塑包封并且覆盖塑料壳体12的所述至少一个壁部12a的表面的基本上大部分。根据本发明的第二实施方式，第二板组件24优选覆盖塑料壳体12的所述至少一个壁部12a的表面的至少80％。半导体装置14通过电路板14a和布置在电路板14a上的专用集成电路14b构成。
图2b示出根据本发明的第二实施方式的电子模块的横截面视图，该电子模块具有用于导出由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量的装置。
与本发明的第一实施方式不同，第二实施方式的主要区别在于，导电的板组件16分成两部分。导电的板组件16的第一板组件23布置成与插头区域19相邻并且至少部分地被塑料壳体12注塑包封。第一板组件23从位于其在塑料壳体12外侧的第一端部处的插头区域19延伸直至位于其第二端部处的半导体装置14接头20。
第二板组件24面式地构造并且至少部分地被塑料壳体12注塑包封。第二板组件24完全布置在塑料壳体的壁部12中。导电的板组件16的第二板组件24在塑料壳体12的内侧在预先确定的用于将导电的板组件16热附接到半导体装置14上的热附接区域25处露出。
在本发明的第二实施方式中，导电的板组件16具有三个热附接区域25。替代地，导电的板组件16也可具有适合的其他数量的附接区域25。在各个热附接区域25处设置有热耦合件18，导电的板组件16通过这些热耦合件与半导体装置14连接。热耦合件18优选通过导热凝胶构成。替代地，热耦合件18也可通过导热垫或合适的其他热耦合件件来构成。
图3a示出根据本发明的第三实施方式的电子模块的示意图，该电子模块具有用于导出由布置在塑料壳体中半导体装置产生的热量的装置。
根据本发明的第三实施方式，导电的板组件16具有多个面式地构造的导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h，其中，所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h的第一部分21给半导体装置14供应电功率而所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h的第二部分22给半导体装置14供应电功率并从而将由半导体装置14产生的热量导出到塑料壳体12上。
所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h的第二部分22与第一部分的所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h相比具有较大的表面。所述多个导电的板元件16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h的第二部分22优选构造为地线。冲压格栅优选具有多层金属条，这些金属条连接成或堆叠成冲压格栅包。替代地，所述冲压格栅也可构造成单层。半导体装置14通过电路板14a和布置在该电路板14a上的专用集成电路14b构成。
图3b示出根据本发明的第三实施方式的电子模块的横截面视图，该电子模块具有用于导出由布置在塑料壳体中的半导体装置产生的热量的装置。
导电的板组件16在塑料壳体12的内侧在用于将导电的板组件16附接到半导体组件14上的热附接区域25中露出。在本发明的第一实施方式中，导电的板组件16具有三个热附接区域25。替代地，导电的板组件16也可具有适合的其他数量的附接区域25。
在各个热附接区域25上设有热耦合件18，导电的板组件16通过所述热耦合件与半导体装置14连接。热耦合件18优选通过导热凝胶构成。替代地，热耦合件18也可通过导热垫或合适的其他热耦合件件构成。
导电的板组件16从插头区域19延伸到塑料壳体12的内部区域中。导电的板组件16与插头区域19直接相邻地在塑料壳体12内在塑料壳体12的壁部12a中被塑料壳体12注塑包封。导电的板组件16延伸直至其位于塑料壳体12的壁部12a中的第二端部。导电的板组件16在塑料壳体12内在与插头区域19相邻的区域中与接头20连接。
图4示出用于制造根据本发明的第一至第三实施方式的电子模块的方法的流程图。
用于制造所述电子模块的方法包括：将导电的板组件16与半导体装置14电连接S1，其中，导电的板组件16给半导体装置14供应电功率。所述方法还包括将导电的板组件16与半导体装置14的产生热量的集成电路14b通过热耦合件18面式地连接S2。
所述方法还包括将与半导体装置14的产生热量的集成电路14通过热耦合件18连接的导电的板组件16用塑料注塑包封S3，以构成塑料壳体12，其中，导电的板组件16将由半导体装置14的产生热量的集成电路14b产生的热量导出到塑料壳体12上。
尽管在前面已根据优选实施例描述本发明，但本发明并不局限于此，而是能以多种方式改型。本发明尤其可用各种方式进行改变和改型而不会偏离本发明的核心。
例如可将导电的板组件16的用于导出由半导体装置14产生的热量的表面的尺寸适配于结构上的要求或适配于所需的半导体装置14热量导出。

Claims (16)

1.一种电子模块，其具有:
布置在塑料壳体(12)中的半导体装置(14)，所述半导体装置(14)通过电路板(14a)和布置在该电路板(14a)上的集成电路(14b)构成；
导电的板组件(16)，所述半导体装置(14)能通过所述导电的板组件被供应以电功率，其中，所述导电的板组件(16)与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)通过热耦合件(18)面式连接；
其中，所述导电的板组件(16)这样构型，使得所述导电的板组件将由所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)产生的热量导出到所述塑料壳体(12)上，其中，所述导电的板组件具有多个导电的板元件，所述多个导电的板元件在一个端部上与所述半导体装置的接头电连接。
2.根据权利要求1所述的电子模块，其特征在于，所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)分别至少部分地被所述塑料壳体(12)注塑包封并且覆盖所述塑料壳体(12)的与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)相对置的至少一个壁部(12a)的表面的基本上大部分。
3.根据权利要求2所述的电子模块，其特征在于，所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)覆盖所述塑料壳体(12)的与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)相对置的至少所述壁部(12a)的所述表面的至少50％。
4.根据权利要求2或3所述的电子模块，其特征在于，所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)的第一部分(21)具有第一表面(17a)而所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)的第二部分(22)具有第二表面(17b)，其中，该第二表面(17b)构造成大于该第一表面(17a)。
5.根据权利要求1至3之一所述的电子模块，其特征在于，所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)在位于所述塑料壳体(12)外侧的第一端部处布置在所述塑料壳体(12)的插头区域(19)中而在第二端部处与所述半导体装置(14)的接头(20)电连接。
6.根据权利要求1所述的电子模块，其特征在于，所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)的第一部分(21)这样构型，使得所述导电的板元件给所述半导体装置(14)供应电功率，而所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)的第二部分(22)这样构型，使得所述导电的板元件给所述半导体装置(14)供应电功率以及将由所述半导体装置(14)产生的热量导出到所述塑料壳体(12)上。
7.根据权利要求1所述的电子模块，其特征在于，所述导电的板组件(16)具有第一板组件(23)，所述第一板组件这样构型，使得该第一板组件给所述半导体装置(14)供应电功率；以及具有与该第一板组件(23)分开地布置的第二板组件(24)，该第二板组件这样构型，使得该第二板组件将由所述半导体装置(14)产生的热量导出到所述塑料壳体(12)上。
8.根据权利要求7所述的电子模块，其特征在于，所述第一板组件(23)具有多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)，所述导电的板元件分别至少部分地被所述塑料壳体(12)注塑包封，其中，所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)在位于所述塑料壳体(12)外侧的第一端部处布置在所述塑料壳体(12)的插头区域(19)中而在第二端部处与所述半导体装置(14)的接头(20)电连接。
9.根据权利要求7或8所述的电子模块，其特征在于，所述第二板组件(24)至少部分地被所述塑料壳体(12)注塑包封并且覆盖所述塑料壳体(12)的与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)相对置的至少一个壁部(12a)的表面的基本上大部分。
10.根据权利要求9所述的电子模块，其特征在于，所述第二板组件(24)覆盖所述塑料壳体(12)的与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)相对置的至少所述壁部(12a)的所述表面的至少50％。
11.根据权利要求1至3之一所述的电子模块，其特征在于，所述导电的板组件(16)在与所述热耦合件(18)附接的热附接区域(25)中从所述塑料壳体(12)露出。
12.根据权利要求1至3之一所述的电子模块，其特征在于，所述导电的板组件(16)通过冲压格栅来构成。
13.根据权利要求1至3之一所述的电子模块，其特征在于，所述热耦合件(18)通过导热凝胶构成或通过导热垫构成。
14.根据权利要求3所述的电子模块，其特征在于，所述多个导电的板元件(16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h)覆盖所述塑料壳体(12)的与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)相对置的至少所述壁部(12a)的所述表面的至少80％。
15.根据权利要求10所述的电子模块，其特征在于，所述第二板组件(24)覆盖所述塑料壳体(12)的与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)相对置的至少所述壁部(12a)的所述表面的至少80％。
16.一种用于制造根据前述权利要求之一所述的电子模块的方法，该方法具有以下步骤：
将导电的板组件(16)与半导体装置(14)电连接(S1)，其中，所述导电的板组件(16)给所述半导体装置(14)供应电功率；
将所述导电的板组件(16)与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)通过热耦合件(18)面式地连接(S2)；以及
以塑料来注塑包封(S3)与所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)通过所述热耦合件(18)连接的所述导电的板组件(16)，以构成塑料壳体(12)，其中，所述导电的板组件(16)将由所述半导体装置(14)的产生热量的集成电路(14b)产生的热量导出到所述塑料壳体(12)上。
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