CN108242401B - 用于制造电子模块组件的方法和电子模块组件 - Google Patents

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Abstract

一方面涉及一种用于制造电子模块组件的方法。在所述方法中，在衬底组件与模块壳体之间延伸的可固化的第一团块在所述衬底组件的电路载体具有至少第一温度的情况下被固化。在所述模块壳体的侧壁与所述衬底组件之间，通过固化可固化的第二团块形成粘合连接。在固化第一团块之后，所述电路载体被冷却到低于比所述第一温度低的第二温度。

Description

用于制造电子模块组件的方法和电子模块组件
技术领域
本发明涉及一种用于制造电子模块组件的方法以及一种电子模块组件。
背景技术
电子模块通常包括承载一个或两个以上电子器件(例如均具有集成半导体开关的一个或两个以上半导体芯片)的电路载体。例如，这样的电子模块可以包括逆变器、用于向诸如电动机的感性负载供电的电源或者任何其它功率电子电路。所述电路载体用于承载和电互连所述电子器件。为了消散由电子器件中(或者更一般地讲电路载体上实现的电子电路中)的功率损耗产生的热量，可以将电子模块挤压在散热器上。模块的具有热界面材料(例如，导热油脂，相变材料等)层的外部热交换表面设置在所述散热器与所述模块的热交换表面之间，使得大部分热量可以从电子器件经由所述电路载体和所述热界面材料层朝向散热器流动。
所述热界面材料用于从热交换表面和散热器之间的界面区域消除大的气隙或其它充气空隙(其起着热隔离体的作用)，从而使热传递最大化。传统热界面材料的导热率(例如在25℃的温度下从0.4W/(m·K)到1W/(m·K))大于充气空间中的空气/气体的导热率，但是与传统散热器的导热率相比较差。例如，许多传统散热器由铝或者铝合金制成，并且根据纯度或合金成分具有高达236W/(m·K)的导热率。因此，希望使热界面材料层尽可能薄。
然而，在电子模块的组装期间实际的热交换表面会不均匀或变得不均匀，使得热交换表面的一个或两个以上“远离”部分设置得比其它部分更远离散热器。不管散热器与远离部分之间的空间是否填充有热界面材料，远离部分与散热器之间的相对较大的距离增加了热交换表面与散热器之间的热传递阻力。
因此，总体上需要一种电子模块组件，所述电子模块组件允许电子模块与散热器之间的热界面材料具有低的厚度。
发明内容
一方面涉及一种用于制造电子模块组件的方法。在所述方法中，在衬底组件与模块壳体之间延伸的可固化的第一团块在所述衬底组件的电路载体具有至少第一温度的情况下被固化。在所述模块壳体的侧壁与所述衬底组件之间，通过固化可固化的第二团块形成粘合连接。在固化第一团块之后，所述电路载体被冷却到低于比所述第一温度低的第二温度。
根据一个可选实施例，所述电子模块组件被制造成使得：所述电路载体包括背离固化的第一团块的热交换表面；当所述电子模块组件被加热到至少所述第一温度时，所述热交换表面的与固化的第一团块相反的一点与所述模块壳体的盖之间具有第一距离；当所述电子模块组件被冷却至小于或等于所述第二温度时，所述热交换表面的所述点与所述模块壳体的所述盖之间具有第二距离；以及所述第一距离与所述第二距离之差为至少10μm。
根据一个可选实施例，执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得满足以下中的至少一种：固化的第一团块各处均具有至少1MPa的弹性模量；固化的第二团块各处均具有至少0.1MPa的弹性模量。
根据一个可选实施例，执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得固化的第一团块和固化的第二团块均各处具有至少1MPa的弹性模量。
根据一个可选实施例，所述模块壳体包括设置在所述侧壁的第一区段与第二区段之间并远离所述侧壁的第一区段和第二区段的撑杆。
根据一个可选实施例，所述撑杆包括自由端；并且执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得固化的第一团块邻接所述自由端和所述衬底组件。
根据一个可选实施例，执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得：在第一团块的固化状态下，所述模块壳体的盖与所述衬底组件之间的距离小于0.5mm。
根据一个可选实施例，执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得固化的第一团块邻接下列中的至少一个：所述电路载体；所述衬底组件的接合导线；所述衬底组件的半导体芯片。
根据一个可选实施例，满足以下中的至少一种：所述第一温度为至少100℃；所述第二温度小于或等于25℃。
根据一个可选实施例，所述第二温度与所述第一温度之间的差值为至少75℃。
根据一个可选实施例，所述电路载体包括介电绝缘载体和附连到所述介电绝缘载体的第一金属化层。
根据一个可选实施例，所述方法包括：将介电凝胶布置在所述模块壳体内，所述凝胶邻接所述电路载体、所述侧壁、以及所述第一团块和所述第二团块中的至少一个。
根据一个可选实施例，所述方法包括：在所述电路载体上产生热界面材料层；将所述模块壳体和散热器接合，使得所述热界面材料层邻接所述电路载体和所述散热器并且所述电路载体挤压在散热器上。
另一方面涉及一种电子模块组件。所述电子模块组件包括衬底组件、模块壳体、在衬底组件与模块壳体之间延伸的固化的第一团块以及由所述电路载体的背离固化的第一团块的表面形成的热交换表面。如果所述电子模块组件被加热到至少为第一温度的整体温度，则热交换表面的与固化的第一团块相反的一点与模块壳体的盖之间具有第一距离，如果所述电子模块组件的整体温度被冷却到小于或等于低于第一温度的第二温度，则热交换表面的所述点与模块壳体的盖之间具有第二距离。所述第一距离大于所述第二距离，并且所述电路载体至少在热交换表面的与固化的第一团块相反的区域中是凸形的。
根据一个可选实施例，所述第二温度与所述第一温度之间的差值为至少75℃；以及所述第一距离与所述第二距离之间的差值为至少10μm。
参考以下附图和描述可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，各个不同视图的相同的附图标记表示相应的部分。
附图说明
图1是示出了衬底组件和具有撑杆的模块壳体的垂直剖视图。
图2是示出了图1的模块壳体沿剖面E1-E1的横截面的水平剖视图。
图3A至3F示出了通过接合衬底组件和模块壳体来制造电子模块组件的过程的不同步骤。
图4示出了其中撑杆粘附到半导体芯片的电子模块组件。
图5示出了其中撑杆粘附到电路载体的绝缘载体的电子模块组件。
图6示出了其中撑杆粘附到衬底组件的接合导线的电子模块组件。
图7示出了具有多个均粘附到衬底组件的组成部分的撑杆的电子模块组件。
图8示出了其中固化的第一团块设置在衬底组件与模块壳体的无撑杆的区段之间的电子模块组件。
图9A示出了包括彼此远离设置的至少两个单独的衬底组件的电子模块组件。
图9B示出了附接到散热器的图9A的电子模块组件。
图10是仅示出了电路载体、固化的第一团块和撑杆的图3C的电子模块组件的俯视剖视图。
图11是图3D中所示的撑杆和固化的第一团块的俯视剖视图，其中，横截面取自于剖面E4-E4。
图12示出了用于估计待制造的电子模块组件的参数的测量布置。
图13示出了模块壳体的切平面、与电子模块组件的热传递表面的与固化的第一团块相反布置的一点之间的距离如何随着电子模块组件的温度而改变。
图14示出了模块壳体的盖、与电子模块组件的热传递表面的与固化的第一团块相反布置的一点之间的距离如何随着电子模块组件的温度而改变。
具体实施方式
在下面的详细描述中参考了附图。附图示出了可以实施本发明的特定示例。应该理解的是，除非另有特别说明，否则参照各种示例描述的特征和原理可以相互组合。
图1示意性地示出了衬底组件1和模块壳体5。衬底组件1包括具有第一表面2t和与第一表面2t相反的第二表面2b的电路载体2(也称为“衬底”)。图2示出了图1的模块壳体沿剖面E1-E1所作的横截面。图1的模块壳体5的横截面取自于剖面E2-E2。在完成的电子模块组件中，第二表面2b或第二表面2b的一部分可以用作热交换表面，在热交换表面处电子模块组件可以附接在散热器上。
电路载体2可以具有介电绝缘载体20、设置在绝缘载体20的第一表面上的第一衬底金属化层21以及可选的设置在绝缘载体20的第二表面上的第二衬底金属化层22。如果存在第二衬底金属化层22，则第一衬底金属化层21和第二衬底金属化层22可以设置在绝缘载体20的相反侧上。
例如，电路载体2可以是印刷电路板(PCB：Printed Circuit Board)或IMS(绝缘金属衬底，Insulated Metal Substrate)。根据一个示例，电路载体2可以是陶瓷衬底，其中，介电绝缘载体20是例如薄陶瓷层的陶瓷。所述陶瓷可以例如包括或由氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅、氮化硼或任何其它介电陶瓷组成。具有陶瓷介电绝缘载体的电路载体2可以是、但不限于DCB衬底(DCB＝直接铜接合，Direct Copper Bonding)、DAB衬底(DAB＝直接铝接合，Direct Aluminum Bonding)、AMB衬底(AMB＝活性金属钎焊，Active Metal Brazing)或IMS衬底(IMS＝绝缘金属衬底)。
第一衬底金属化层21和(如果提供有的话)第二衬底金属化层22中的至少一个可以彼此独立地相应具有处于0.05mm至2.5mm范围内的层厚度d21和d22，并且绝缘载体20可以具有例如0.1mm至2mm范围内的层厚度d20。例如，层厚度d21和d22中的每个可以是、但不限于0.2mm至1.2mm，和/或d21可以等于d22。绝缘载体20的层厚度d20可以是、但不限于0.2mm到1mm。然而，比所述的更大或更小的层厚度同样是可以的。
具有良好导电性的金属例如铜或铜合金、铝或铝合金适合作为相应的第一衬底金属化层21和第二衬底金属化层22的材料。第一衬底金属化层21和(如果提供有的话)第二衬底金属化层22中的至少一个可以以预制金属箔的形式提供并附接到绝缘载体20。如图1所示，第一衬底金属化层21可以被结构化以建立电路图案。
可以是衬底组件1的组成部分的至少一个半导体芯片10可以设置在第一衬底金属化层21的第一表面21t上。第一衬底金属化层21的第一表面21t是电路载体2的第一表面2t的一部分。第二衬底金属化层22(如果提供有的话)的背离介电绝缘载体20的第二表面22b是电路载体2的第二表面2b的一部分。可选地，第二表面22b或第二表面22b的一部分可以形成完成的电子模块组件的热交换表面。
可以使用诸如焊料层、包括烧结金属粉末的层或粘合层的连接层(未示出)将半导体芯片10与第一衬底金属化层21结合。半导体芯片10可以包括具有例如形成在第一和第二芯片金属化结构(未示出)之间的负载路径的半导体装置。所述半导体装置可以是例如二极管，或者如单极晶体管或双极晶体管的可控半导体装置，或者晶闸管。在晶体管的情况下，所述可控半导体装置可以是例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，Metal OxideSemiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(绝缘栅双极晶体管，Insulated GateBipolar Transistor)、HEMT(高电子迁移率晶体管，High Electron MobilityTransistor)或任何其它晶体管。在一个示例中，所述半导体装置、例如上述半导体装置中的一个可以可选地是垂直半导体装置。
可选地，衬底组件1可以包括至少一个接合导线3，其直接导线接合到半导体芯片10和第一衬底金属化层21的第一表面2t中的至少一个。
模块壳体5包括侧壁，所述侧壁可以包括第一侧壁区段51、第二侧壁区段52、第三侧壁区段53和第四侧壁区段54。第一侧壁区段51和第二侧壁区段52可以形成模块壳体5的相反的外壁区段，第三侧壁区段53和第四侧壁区段54也可以形成模块壳体5的相反的外壁区段。就此而论，“外壁区段”可从模块壳体5的外部、即从模块壳体5的周围环境触及到。如图2所示，侧壁可以是环形的，例如形成为大致矩形的环。然而，例如圆环的任何环形也是可以的。可选地，模块壳体5可以包括盖50。如果需要为待制造的电子模块组件100提供电隔离，则模块壳体5可以是诸如塑料壳体(例如热固性壳体或热塑性壳体)或陶瓷壳体的介电壳体。
如图1所示，模块壳体5可以包括具有端部551的撑杆55。所述撑杆可以是盖50的一部分。端部551可以是自由端。撑杆55或者至少其端部551可以设置在侧壁之间并且远离侧壁，因此远离侧壁区段51、52、53、54。如果所述侧壁包括第一侧壁区段51和相反的第二侧壁区段52，撑杆55或至少其端部551可以设置在第一侧壁区段51和第二侧壁区段52之间并且远离第一侧壁区段51和第二侧壁区段52，并且如果侧壁包括第三侧壁区段53和相反的第四侧壁区段54，撑杆55或至少其端部551可以设置在第三侧壁区段53和第四侧壁区段54之间并且远离第三侧壁区段53和第四侧壁区段54。如果模块壳体5具有盖50，则撑杆55可以是盖50的突出部。可选地，盖50和侧壁可以一体制成。
所述电子模块包括可从电子模块的外部触及到的电端子8。这样的端子8可用于向模块提供电力、连接由模块驱动的电负载、向模块提供用于控制开关特性的控制信号、或者获取任何状态信号(例如，指示半导体芯片10的温度的信号、指示过电压状态的信号、指示短路检测的信号等)。如图1和3C所示，完成的电子模块的端子8可以是衬底组件1的一部分(见图1)并刺穿盖50(见图3C)。然而，这只是一个示例。根据另一个示例，端子8可以与模块壳体5接合，例如注射模制到模块壳体5中，并使用接合导线电连接到衬底组件1。然而，也可以使用任何其它技术来提供端子8。
在电子模块组件的生产期间，使用可固化的第一团块61和可固化的第二团块62。未固化的第一团块61(例如滴状物)被引入到衬底组件1和模块壳体5(例如撑杆55或端部551)之间，使得它从模块壳体5(例如撑杆或端部551)延伸到衬底组件1。可选地，可以在将模块壳体5放置到衬底组件1上之前将未固化的第一团块61施加到衬底组件1。未固化的第二团块62是用于接合模块壳体5和衬底组件1的粘合剂，未固化的第二团块62被引入到侧壁51、52、53、54和衬底组件1(例如电路载体2)之间，使得它从侧壁51、52、53、54延伸到衬底组件1(例如电路载体2)。因此，第二团块62可以被设置成远离第一团块61。这种状态在图3A中示出。可以用于第一团块61和第二团块62中的至少一个的合适的可固化团块可以是、但不限于粘合剂，例如硅酮粘合剂、环氧粘合剂或丙烯酸粘合剂。然而，第一团块61可以是、但不必须是粘合剂。可选地，未固化的第一团块61和/或未固化的第二团块62可以是触变的，这便于相应的未固化的团块61、62的施加，因为它在施加期间是柔性的，但是在施加之后保持就位。可固化的第一团块61和可固化的第二团块62的组分可以相同或不同。
在衬底组件1和模块壳体5之间引入未固化的第一团块61之后，以及可选地在侧壁51、52、53、54和衬底组件1(例如电路载体2)之间引入未固化的第二团块62之后，第一团块61和可选的第二团块62被固化。第一团块61和第二团块62以任何顺序固化。例如，第一和第二团块61、62可以基本上同时固化，或者第二团块62可以在第一团块61之前固化。然而，第一团块61在第二团块62之前固化也是可以的。
所述电路载体2从初始状态加热到加热状态，使得电路载体2至少在第一团块61达到其固化状态的时刻处于加热状态。一旦第一团块61各处都具有至少1MPa或至少4MPa或至少10MPa或甚至至少20MPa的弹性模量，就达到了第一团块61的固化状态。在电路载体2的加热状态下，在整个电路载体2上(即，在电路载体2上或电路载体2中的任何位置)，温度至少为第一温度T21，并且由于温度上升而使得盖50(例如撑杆55)与电路载体2的远离侧壁51、52、53、54的部分之间的间隙(距离)出现或增加，电路载体2弯曲，如图3B所示。在电路载体2被加热并因此弯曲的状态下，第一团块61在整个电路载体2上的温度保持在至少第一温度T21下时被固化。固化的第一团块61用于保持衬底组件1和模块壳体5(例如，撑杆55或端部551)之间的最小距离。为了近似地将所述最小距离调整到如果电子模块组件在没有固化的第一团块61的情况下运行时会发生的距离，固化第一团块61可以在电路载体2的温度更接近其最高运行温度的状态下进行，所述最高运行温度显著高于室温。
电路载体2保持处于加热状态的持续时间可以是、但不限于至少15分钟、至少30分钟或者甚至至少60分钟。在加热状态开始时，第一团块61可以是膏状的，随后被固化。第一团块61可以在所述持续时间内达到其固化状态。即使当电路载体2的温度随后降低时，固化的第一团块也基本上防止了电路载体2的回弯。如果第一团块61是粘合剂，则通过固化被固化的第一团块61来形成盖50(例如撑杆55)和衬底组件1之间的第一粘合连接。
在初始状态下，在整个电路载体2上(即，在电路载体2上和电路载体2中的任何位置)温度小于或等于低于第一温度T21的初始温度T20。例如，初始温度T20可以是、但不限于室温、例如25℃，并且第一温度T21可以显著高于室温，例如但不限于100℃、或125℃、或150℃、或者甚至175℃。可选地或附加地，第一温度T21与初始温度T20之间的差值可以是至少75℃。
综上所述，图3A示出了所描述的初始状态，其中，在整个电路载体2上温度小于或等于低于第一温度T21的初始温度T20。在初始状态下，第一团块61未固化(即，尚未达到其固化状态)，并且第二团块62未固化，并且表面2b可以是平面或大致平面。然而，表面2b也可以稍微凹入，或者甚至稍微凸出。第一团块61可以在第二团块62达到固化状态的同时或之后达到其固化状态。一旦第二团块62各处均具有至少0.1MPa的弹性模量，就达到了第二团块62的固化状态。在电路载体2的加热状态以及可选的冷却状态下，电路载体2可以在整个热交换表面2b上或者至少在热交换表面2b的与固化的第一团块61相反的区域内是凸出的。
如图3A所示，所述未固化的第一团块61(至少)在盖50(例如撑杆55)和衬底组件1之间延伸。当电路载体2从初始状态(图3A)加热到到加热状态(图3B)时，电路载体2由于温度上升而弯曲。因此，盖50(例如撑杆55)和电路载体2之间的距离改变。电路载体2的弯曲的发生使得在加热状态下所述盖(例如撑杆55)与电路载体2之间的距离大于初始状态下的距离。
在电路载体2的加热状态下，第一团块61被固化，使得盖50(例如撑杆55)和电路载体2之间的(扩大的)距离基本上是固定的(除了固化阀团块61的可能弹性变形)。
为粘合剂的第二团块62也被固化。因此，在模块壳体5和电路载体2之间形成(第二)粘合连接。换言之，固化的第二团块62连接模块壳体5和电路载体2。在未固化和固化状态下，第二团块62(至少)在模块壳体5和衬底组件1之间、例如(至少)在模块壳体5和电路载体2之间延伸。可选地，未固化和固化的第二团块62可以是环形的并且密封模块壳体5和电路载体2之间的环形间隙。第二团块62可以在第一团块61之前或同时达到其固化状态。
当第二团块62在第一团块61达到固化状态之前达到其固化状态的情况下，例如当电路载体2仍处于其初始状态时(即，当整个电路载体2的温度小于或等于初始温度T20时)或者当电路载体2处于其初始状态和其加热状态之间时(即，当电路载体2上或内部至少有一个位置的温度大于初始温度T20但小于第一温度T21时)第二团块62达到其固化状态的情况下，未固化的第一团块61在一定程度上是粘性的并且可以是触变性的，从而一方面不会流走，另一方面可以跟随电路载体2的弯曲，因为在电路载体2的初始状态和第一团块61达到其固化状态之间的任何时间(特别是在电路载体2的初始状态和第二团块62达到其固化状态之间的任何时间)，第一团块在撑杆55(例如端部551)和衬底组件1(例如电路载体2)之间伸展。形象地说，第一团块61“跟随”电路载体2的弯曲，使得第一团块61始终桥接盖50(例如撑杆55)与衬底组件1之间的间隙。
在第一团块61达到其固化状态之后(即，在盖50(例如撑杆55)与电路载体2之间的(扩大的)距离已经基本固定之后)，并且在第二团块62达到其固化状态之后(即，在模块壳体5和电路载体2已经通过固化的第二团块62接合之后)，衬底组件1、模块壳体5、固化的第一团块61和固化的第二团块62成为电子模块组件100的组成部分，并且电路载体2可以冷却下来而使得电路载体2上和电路载体2中的任何位置的温度都小于或等于低于第一温度T21的第二温度T22。这个状态在图3C中示出。图3D中示出了图3C的电子模块组件100的放大部分。根据一个选项，第二温度T22和第一温度T21之间的差值可以是、但不限于至少75℃。根据一个选项，第二温度T22可以小于或等于25℃。
冷却下来的电路载体2基本上保持其弯曲的形状，因为固化的第一团块61防止了(除了固化的第一团块61的弹性变形)盖50(例如撑杆55)与衬底组件1之间的距离d15(图3D)的减小，并且因为模块壳体5比电路载体2明显更硬。在第一团块61的固化状态下，盖50(例如撑杆55)与衬底组件1之间的距离d15可以是、但不限于小于0.5mm。
如图3E进一步所示，诸如凝胶(例如硅凝胶)的介电灌封材料63可以设置在模块壳体5的内部。灌封材料63可以邻接所述电路载体2、所述侧壁51、52、53、54、所述第二团块62以及可选的所述第一团块61。可选地，灌封材料63可以覆盖半导体芯片10以及(如果提供有的话)接合导线3。
在图3E中还示出了可以产生在电路载体2的热交换表面2b上的热界面材料层7，热交换表面2b可以是电路载体2的背离盖50(如果模块壳体5具有撑杆55，则也背离撑杆55)的表面2b。也就是说，电路载体2设置在撑杆55与热界面材料层7之间。替代性地，也可在散热器200上产生热界面材料层7。在这两种情况下，热界面材料在25℃的温度下可以具有、但不限于0.4W/(m·K)到1W/(m·K)范围内的导热率。
如果施加到电路载体2的热交换表面2b或散热器200上的层7是连续层，则其可以具有、但不限于小于或等于30μm的层厚度d7，因此使得热界面材料的一小部分横向地从热交换表面2b与散热器200之间的间隙蔓延出所需的下压力F是非常低的。由于相同的原因，如果施加到电路载体2的热交换表面或散热器200上的层7包括彼此间隔开的多个单点，则层厚度d7可以、但不限于小于或等于120μm。因此，每个单点所占面积可以小于或等于10mm2。可选地，热界面材料的总量可以选择为使得层7的平均厚度小于或等于30μm。
随后，所述模块壳体5和散热器200可以被接合，使得热界面材料层7邻接电路载体2(即，热交换表面2b)和散热器200，并且使得电路载体2被挤压在散热器200上。结果如图3F所示。在图3F的示例中，模块壳体5和散热器200通过螺钉9接合。然而，也可以使用诸如夹持、铆接的任何其它接合技术。当接合模块壳体5和散热器200时，电路载体2被挤压在散热器200上，使得电路载体2的弯曲减小。因此，模块壳体5被预张紧，这使得盖50(例如撑杆55)间接地(即经由固化的第一团块61)将衬底组件1局部地挤压在散热器200上。当电路载体2在电子模块100的运行期间被衬底组件1的电子器件10产生的热量加热时，这种挤压阻止电路载体2(即，热交换表面2b)与散热器200之间的气隙或其它充气空间的形成。在图3F中，由模块壳体5的预张紧引起的下压力F通过粗箭头示意性地表示。在此需要注意的是，加热电路载体2使得电路载体2朝着盖50(例如朝着撑杆55)远离散热器200弯曲，这是因为当模块壳体5与散热器200接合时电路载体2的边缘被模块壳体5夹持住，使得被加热且因此扩展的电路载体2能够充分弯曲的唯一方向是远离散热器200。
在前面的示例中，未固化和固化的第一团块61被描述为在电路载体2处、例如在第一金属化层21处邻接衬底组件1。然而，如果未固化和固化的第一团块61在半导体芯片10处(见图4)、在绝缘载体20处(见图5)或者在接合导线3处(例如，在接合导线3的最大环高度的区域处)(参见图6)或者在衬底组件1的任何其它组成部分处邻接衬底组件1，则上述示例的原理、方法、设计、尺寸、选项、材料等也适用。
如图7进一步所示，模块壳体5可以包括两个或更多个撑杆55，并且在每个撑杆55与衬底组件1之间均可放置可固化的第一团块61并可以如上所述地随后固化。如果第一团块61是粘合剂，则固化的第一团块61在相应的撑杆55与衬底组件1之间形成物质与物质的结合。不同的未固化和固化的第一团块61可以可选地远离彼此布置，和/或也可以可选地远离未固化的和固化的第二团块62布置。
在示例的电子模块组件100中，使用的是具有约50mm×50mm的边长的电路载体2、Al2O3构成的绝缘载体20、铜构成的第一衬底金属化层21和第二衬底金属化层22。绝缘载体20的层厚度d20为0.38mm，衬底金属化层21、22的层厚度d21和d22分别为0.3mm。所需的下压力F在5N和10N之间，距离d15为约0.1mm，撑杆是直的销并且具有约5mm2的横截面，并且固化的第一团块61的弹性模量在25℃的温度下为约20MPa。
如将参照图8通过示例方式所解释的，未固化和固化的第一团块61不一定需要被设置在衬底组件1与撑杆55之间。替代地，未固化的第一团块61可以施加在衬底组件1与盖50的无撑杆的区段501之间，然后固化以使得固化的第一团块61设置在衬底组件1(例如衬底组件1的接合导线3)与盖50的无撑杆的区段501之间。例如，固化的第一团块61可以在无撑杆的区段501与衬底组件1(例如接合导线3)之间延伸。除了在区段501中没有撑杆之外，上述示例的原理、方法、设计、尺寸、选项、材料等也适用。
如果诸如凝胶(例如硅凝胶)的介电灌封材料63布置在模块壳体5内，并且如果第一团块61在接合导线3与盖50之间(例如在接合导线3与撑杆55或端部551之间)延伸，则接合导线3可以如图6、7和8所示地完全嵌入在灌封材料63中。替代性地，接合导线3也可以从灌封材料63中突出，并且第一团块61可以在接合导线3的突出部分与盖50之间延伸。
如图9A进一步所示，电子模块100可以包括彼此远离布置的两个或更多个单独的衬底组件1。不管其它衬底组件1的结构如何，每个衬底组件1可以具有上述任何一个衬底组件1的特性，并且如上所述使用可固化的第一团块61和第二团块62附接到模块壳体5上。根据图9A所示的一个示例，对于每个衬底组件1，模块壳体5可以具有至少一个撑杆55，并且可固化的第一团块61可以设置在所述撑杆55与相应的衬底组件1之间。根据另一个示例(未示出)，对于至少一个衬底组件1中的每一个，模块壳体5可以具有至少一个撑杆55，并且可固化的第一团块61可以设置在所述撑杆55与相应的衬底组件1之间(如参考图1至7所解释的那样)，并且对于至少一个另外的衬底组件1中的每一个，可固化的第一团块61可以设置在模块壳体5的无撑杆的区段501与相应的衬底组件1之间(如参考图8所解释的那样)。根据又一个示例(未示出)，对于每个衬底组件1，可固化的第一团块61可以设置在模块壳体5的无撑杆的区段501和相应的衬底组件1之间(如参考图8所解释的那样)。
同样如图9A所示，每个衬底组件1可以包括具有热交换表面2b的电路载体2。在每个热交换表面2b上，已经产生了具有参考图3E所解释的特性的热界面材料层7。如参考图3F更详细解释的，具有施加到热交换表面2b的热界面材料层7的电子模块100可以与散热器200接合。替代性地，在散热器200上产生多个热界面材料层7(或者一个连续层7)也是可以的。通过接合模块壳体5和散热器200，电路载体2被挤压在散热器200上，使得电路载体2的弯曲减小。因此，模块壳体5被预张紧，这使得盖50(例如撑杆55)间接地(即经由相应固化的第一团块61)将衬底组件1局部地挤压在散热器200上。在图9B中，通过模块壳体5的预张紧引起的下压力F通过粗箭头示意性地表示。
不管电子模块100是否包括仅一个或至少两个衬底组件1，通过模块壳体5的预张紧引起的下压力F均从模块壳体5(例如从盖50、例如从撑杆55或无撑杆的区段501)经由固化的第一团块61传导。为了有效地将相应的衬底组件1(即其电路载体2)挤压在散热器200上，固化的第一团块61可以具有高的弹性模量，该弹性模量可以高于传统电子模块中用于接合电路载体和模块壳体所使用的许多粘合剂的弹性模量。例如，固化的第一团块61可以在25℃的温度下各处均具有、但不限于至少1MPa或者甚至至少15MPa的弹性模量。
为了防止衬底组件1与模块壳体5之间出现大的相对运动，固化的第二团块62可以在25℃的温度下各处均具有、但不限于至少0.1MPa的弹性模量。可选地，固化的第一团块61和固化的第二团块62都可以在25℃的温度下各处均具有相同、例如至少1MPa的弹性模量。通过由相同类型的可固化团块生产固化的第一和第二团块61、62可以容易地实现这种相同的弹性模量。
为了有效地将相应的衬底组件1(即，其电路载体2)挤压在散热器200上，固化的第一团块61可以设置为远离衬底组件1的电路载体2的绝缘载体20的每一个边缘。图10是图3C的电子模块100的俯视剖视图，图10仅示出了电路载体2、固化的第一团块61和撑杆55。为了清楚起见，电子模块100的其它部分被省略。如图所示，电路载体2的绝缘载体20具有多个边缘20e。固化的第一团块61与所有边缘20e之间的所有距离中最短的那个用d0表示。例如，最短距离d0可以是、但不限于10mm。
如上已经所解释的，图3D示出了根据图3C的电子模块100的放大部分，所述电子模块100包括模块壳体，所述模块壳体包括具有撑杆55的盖，图3D中示出了在将电路载体2从加热状态降温到冷却状态后而使得在电路载体2上和电路载体2中的任何地方的温度都小于或等于第二温度T22时的情况。撑杆55的一部分嵌入在固化的第一团块61中。如图3C所示，没有热界面材料层7施加到表面2b上(不像图3E所示的那样)，并且电子模块100没有安装在散热器200上(不像图3F所示的那样)。换言之，表面2b被暴露。在该冷却状态下，如上所述，模块壳体5被预张紧并产生下压力F。图11是仅示出撑杆55和固化的第一团块61的俯视剖视图，截面是在图3D所示的剖面E4-E4上截取的。剖面E4-E4与撑杆55和固化的第一团块61相交并垂直于下压力F的方向，并且在剖面E4-E4中，固化的第一团块61围绕撑杆55并且邻接撑杆55的整个圆周。在剖面E4-E4中，撑杆55的横截面面积是A55。
固化的第一团块61的弹性模量高到足以产生适当的下压力F和防止冷却的电路载体2的粘附到模块壳体5(参见图3C)的表面2b成凹形。凹形表面2b是不希望的，这是因为当设有热界面材料层7的电子模块100安装在散热器200上时，凹形表面2b会导致热界面材料的积聚。相反地，当包括具有凸形表面2b的电路载体2和施加到凸形表面2b上的热界面材料层7的电子模块100安装到散热器200上时，少量热界面材料可以容易地从热交换表面2b与散热器200之间的间隙挤出，使得层7变薄并因此具有低的热阻。
对于直的撑杆55，如图12所示，用于估计合适的下压力F的方法是获取要在电子模块100中使用的衬底组件1的样品1'(即，其相同的副本)。在至少一个温度循环中的每一个中，样品衬底组件1'如上所述被加热到加热状态，随后被冷却到冷却状态，这是因为已经显示出在这样的温度循环之后衬底组件1、1'的热力学特性的重复性显著改善。在所述温度循环之后以及冷却状态中，如图12的测量布置所示，电路载体2在其边界处通过稳定的支撑件300支撑。随后，搁置在支撑件300上的电路载体2通过局部挤压样品衬底组件1'而偏转，使得力作用的位置偏移了预定距离d2，例如10μm或30μm，并且电路载体2在表面2b处变为凸形或变得更加凸形。在第一团块61(以虚线示出)放置在待制造的电子模块100中的对应位置处局部地挤压样品衬底组件1'。在图12中，虚线表示当达到期望的预定距离d2时表面2b的状态。力测量装置400用于测量达到所需预定距离d2所需的力FTEST。所述力FTEST被作为参考图3F所述的期望的(目标)下压力F。
撑杆55的横截面面积A55、冷却状态下的距离d15(参见图3D)、固化的第一团块61的弹性模量E61被选择为满足以下等式：
FTEST＝A55·E61·(d2/d15)。
尽管参考图3C的示例性电子模块100解释了用于估计适当的下压力F的方法，但所述该方法还可以结合所有其它电子模块100使用，其中，固化的第一团块61(至少)设置在衬底组件1和直的撑杆55之间。在第一团块61放置在待制造的电子模块100的衬底组件1上的对应位置处局部地挤压样品衬底组件1'，例如，在第一衬底金属化层21处(图3C)、在半导体芯片10处(图4)、在绝缘载体20处(图5)或者在接合导线3处(图6)局部地挤压样品衬底组件1'。
在图13中，示出了电子模块组件100的热交换表面2b在电子模块组件100的两个不同温度下所呈现的形状。当电子模块组件100各处都具有低温Tlow时，热交换表面所呈现的形状用2b(Tlow)表示，当电子模块组件100各处都具有比低温Tlow高的高温Thigh时，热交换表面所呈现的形状用2b(Thigh)表示并用虚线表示。通过比较这些形状可以看出，电子模块组件100在高温Thigh时的热交换表面(2b(Thigh))的曲率大于在低温Tlow时的热交换表面(2b(Tlow))的曲率。因此，热交换表面2b的与固化的第一团块61相反的点P与模块壳体5的切平面E3-E3之间的距离可能与电子模块组件100的温度有关。如示出了处于低温Tlow下的电子模块组件100的图13所示，热交换表面2b的点P位于位置Plow处而与固化的第一团块61相反(并且如果存在撑杆55，与撑杆55相反或与端部551相反)。在电子模块组件100处于低温Tlow时，所述点P与切平面E3-E3之间的距离用dPlow表示，在电子模块组件100处于高温Thigh时，所述点P(即点P的位置Phigh)与切平面E3-E3之间的距离用dPhigh表示。同样如图13所示，距离dPhigh和dPlow彼此不同。例如，如果所述高温Thigh至少是所述第一温度T21(即，电路载体2在其加热状态下的最低温度)并且所述低温Tlow小于或等于所述第二温度T22(即，电路载体2在其冷却状态下的最高温度)，距离dPhigh与dPlow之差的绝对值可以是、但不限于至少10μm。可选地，距离dPhigh可以大于距离dPlow。切平面E3-E3可以是邻接模块壳体5的安装有电路载体2的一侧的(虚拟)平面。
替代地或附加地，这样的点P与盖50之间的距离(如果存在撑杆55，所述距离可以是点P与撑杆55或端部551之间的距离)可以随着电子模块组件100的温度而变化。这类似于图13，在图14中示出。如图14所示，在电子模块组件100处于低温Tlow下，点P与盖50之间的距离(在图14的示例中是点P与撑杆55或端部551之间的距离)用aPlow表示，在电子模块组件100处于高温Thigh下，所述点P与盖50之间的距离用aPlow表示。如图14所示，距离aPhigh和aPlow彼此不同。例如，如果所述高温Thigh至少是第一温度T21(即，电路载体2在其加热状态下的最低温度)并且所述低温Tlow小于或等于第二温度T22(即，电路载体2在其冷却状态的最高温度)，距离aPhigh与aPlow之差aPhigh-aPlow可以是、但不限于至少10μm。因此，距离aPhigh大于距离aPlow。
如果电子模块组件100例如在其冷却状态下如参考图3F和9B所述地安装到散热器200的平的表面上，模块壳体5(例如，撑杆55或端部551)在电路载体2上施加力F，使得固化的第一团块61被压缩。所述压缩可以用距离d15(参见图3D)在电子模块组件100处于未安装状态(即，当电子模块组件100未安装到散热器或类似物上而使得电路载体2的弯曲不受外部元件的限制时)到电子模块组件100处于安装状态(即，当电子模块组件100安装到散热器的平的表面上时)的变化Δd15表示。例如，如果电子模块组件100处于未安装状态并且具有小于或等于第二温度T22的整体温度，则距离d15如参考图3D所解释的那样。如果电子模块组件100如参考图3F和9B所述地安装到散热器200的平的表面上，并且具有小于或等于第二温度T22的相同的整体温度，则固化的第一团块61被力F压缩并且距离d15减小到d15red。换言之，Δd15＝d15-d15red。为了计算或至少估计所需参数，可以使用以下关系：
F＝A55·E61·(Δd15/d15)。
其中，A55是参考图11所述的撑杆55的横截面面积，E61是固化第一团块61的弹性模量E61。
根据一个示例，对于直径为2.5mm(即，横截面面积A55为大约4.9mm2)的圆柱形撑杆55，固化的第一团块61的弹性模量E61为20MPa，初始距离d15为100μm，距离d15的变化量Δd15为10μm，产生的力F为约9.8N。
根据另一个示例，对于直径为3.0mm(即，横截面面积A55为大约7.1mm2)的圆柱形撑杆55，固化的第一团块61的弹性模量E61为1MPa，初始距离d15为100μm，距离d15的变化量Δd15为20μm，产生的力F为约5.7N。

Claims (15)

1.一种用于制造电子模块组件的方法，所述方法包括：
在衬底组件的电路载体具有至少为第一温度的温度时固化在衬底组件与模块壳体之间延伸的可固化的第一团块；
通过固化可固化的第二团块在所述模块壳体的侧壁和所述衬底组件之间形成粘合连接；和
在固化所述第一团块之后冷却所述电路载体至低于比第一温度低的第二温度；
其中，所述电子模块组件被制造成使得：所述电路载体包括背离固化的第一团块的热交换表面；当所述电子模块组件被加热到至少所述第一温度时，所述热交换表面的与固化的第一团块相反的一点与所述模块壳体的盖之间具有第一距离；当所述电子模块组件被冷却至小于或等于所述第二温度时，所述热交换表面的所述点与所述模块壳体的所述盖之间具有第二距离；
其中，所述第一距离大于所述第二距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一距离与所述第二距离之差为至少10μm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得满足以下中的至少一种：
固化的第一团块各处均具有至少1MPa的弹性模量；
固化的第二团块各处均具有至少0.1MPa的弹性模量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得固化的第一团块和固化的第二团块均各处具有至少1MPa的弹性模量。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
所述模块壳体包括设置在所述侧壁的第一区段与第二区段之间并远离所述侧壁的第一区段和第二区段的撑杆。
6.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述撑杆包括自由端；和
执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得固化的第一团块邻接所述自由端和所述衬底组件。
7.根据权利要求1、2、6中任一项所述的方法，其中，执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得：
在第一团块的固化状态下，所述模块壳体的盖与所述衬底组件之间的距离小于0.5mm。
8.根据权利要求1、2、6中任一项所述的方法，其中，执行固化第一团块、形成所述粘合连接并冷却所述电路载体而使得：
固化的第一团块邻接下列中的至少一个：
所述电路载体；
所述衬底组件的接合导线；
所述衬底组件的半导体芯片。
9.根据权利要求1、2、6中任一项所述的方法，其中，满足以下中的至少一种：
所述第一温度为至少100℃；
所述第二温度小于或等于25℃。
10.根据权利要求1、2、6中任一项所述的方法，其中，所述第二温度与所述第一温度之间的差值为至少75℃。
11.根据权利要求1、2、6中任一项所述的方法，其中：
所述电路载体包括介电绝缘载体和附连到所述介电绝缘载体的第一金属化层。
12.根据权利要求1、2、6中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：
将介电凝胶布置在所述模块壳体内，所述凝胶邻接所述电路载体、所述侧壁、以及所述第一团块和所述第二团块中的至少一个。
13.根据权利要求1、2、6中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：
在所述电路载体上产生热界面材料层；
将所述模块壳体和散热器接合，使得所述热界面材料层邻接所述电路载体和所述散热器并且所述电路载体挤压在散热器上。
14.一种电子模块组件，包括：
衬底组件，其包括电路载体；
模块壳体；
在所述衬底组件与所述模块壳体之间延伸的固化的第一团块；和
通过所述电路载体的背离固化的第一团块的表面形成的热交换表面；
其中，
当所述电子模块组件被加热到至少第一温度时，所述热交换表面的与固化的第一团块相反的一点与所述模块壳体的盖之间具有第一距离；
当所述电子模块组件冷却到小于或等于比所述第一温度低的第二温度时，所述热交换表面的所述点与所述模块壳体的所述盖之间具有第二距离；
所述第一距离大于所述第二距离；和
所述电路载体至少在所述热交换表面的与固化的第一团块相反的区域中是凸形的。
15.根据权利要求14所述的电子模块组件，其中：
所述第二温度与所述第一温度之间的差值为至少75℃；和
所述第一距离与所述第二距离之间的差值为至少10μm。
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