在印刷电路板中制作集成冷却液腔的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于通过如下操作在印刷电路板中制作集成冷却液腔的方法和装置：将功率半导体管芯插入介电材料中；在所述介电材料的每一侧上用介电材料和薄导电层层压所述介电材料；钻出穿过层压的铜和介电层的过孔；将所述过孔金属化以形成第一印刷电路板；将介电材料、具有预定形式的可溶性材料和导电层层压在所述第一印刷电路板上；将溶剂注入所述可溶性材料中以溶解所述可溶性材料并显露腔；将冷却液注入所述显露的腔中。却液注入所述显露的腔中。却液注入所述显露的腔中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在印刷电路板中制作集成冷却液腔的方法和装置


[0001]本专利技术总体上涉及印刷电路板中的集成冷却液腔及其制造方法。

技术介绍

[0002]电力电子产品的一般趋势是增大转换器的功率密度。该趋势由特定的应用要求所驱动。作为实施例，在电动汽车应用中，功率密度的增大允许向乘客舱分配更多空间，在混合动力电动车辆(HEV)的情况下,节省的重量有助于延长续航能力或减少CO2排放。在消费性电子产品应用中，更紧凑的功率转换器是小型化的关键，这在智能手机或笔记本电脑充电器中可以明显看到。
[0003]开关频率和功率密度的不断增大导致了对电力电子产品封装的热增强的迫切需求。
[0004]功率封装中的新兴解决方案是将管芯嵌入基板(主要是印刷电路板(PCB))中并且借助过孔连接功率管芯。
[0005]随着宽带隙半导体(诸如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN))的出现，高频操作所需的较小管芯面积、较高操作温度和紧凑封装的组合正在收缩用于热提取的可用表面。在这种情况下，需要优化热所循的路径的每个部分。除了热界面材料层，在嵌入式管芯封装的背景下，由填充的铜过孔和剩余的介电材料制成的层是该热路径的瓶颈。对转换器更高的功率密度的追求，导致了管芯附近的热通量密度增大。上述铜微过孔的有限密度目前妨碍高功率嵌入式管芯功率封装的热传递能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种印刷电路板中的集成冷却液腔及其制作方法。
[0007]为此，本专利技术涉及一种用于在印刷电路板中制作集成冷却液腔的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0008]将功率半导体管芯插入介电材料中；
[0009]在所述介电材料的每一侧上用介电材料和薄导电层层压所述介电材料；
[0010]穿过层压的铜和介电层钻出过孔；
[0011]将所述过孔金属化以形成第一印刷电路板；
[0012]在所述第一印刷电路板上在同一平面层压介电材料、具有预定形式的可溶性材料和导电层；
[0013]将溶剂注入所述可溶性材料中以溶解所述可溶性材料并显露腔；
[0014]将冷却液注入所显露的腔中。
[0015]本专利技术还涉及一种用于在印刷电路板中制作集成冷却液腔的装置，其特征在于，所述装置包括：
[0016]用于将功率半导体管芯插入介电材料中的装置；
[0017]用于在所述介电材料的每一侧上用介电材料和薄导电层层压所述介电材料的装
置；
[0018]用于穿过层压的铜和介电层钻出过孔的装置；
[0019]用于将所述过孔金属化以形成第一印刷电路板的装置；
[0020]用于在所述第一印刷电路板上在同一平面层压介电材料、具有预定形式的可溶性材料和导电层的装置；
[0021]用于将溶剂注入所述可溶性材料中以溶解所述可溶性材料并显露腔的装置；
[0022]用于将冷却液注入所显露的腔中的装置。
[0023]因此，冷却剂与最接近的导电层直接接触，从而大大减小了管芯和冷却剂之间的热路径。
[0024]根据具体特征，该方法包括在注入溶剂之前钻出穿过导电层的盲过孔的步骤。
[0025]根据具体特征，该方法还包括涂覆/镀盲过孔的步骤。
[0026]因此，在导电层之间提供电连续性，并且待显露的腔上方的导电层将由这些过孔支撑。
[0027]根据具体特征，该方法包括在注入冷却液之前涂覆/镀显露的腔的步骤。
[0028]因此，通过使用可溶性部分制造印刷电路板内部的腔是可能的。实际上，该部分在所有层压步骤期间保持压力并且防止未固化的介电材料在未来的腔中流动。由于该部分被截留在印刷电路板结构中，因此仅可以使用可溶性材料。
[0029]根据具体特征，可溶性材料是聚乙烯醇、丁二醇乙烯醇共聚物或压缩形式的无机盐。
[0030]通过阅读以下对示例性实施方式的描述，本专利技术的特征将更清楚地显现，参考附图产生所述描述。
附图说明
[0031]图1a表示插入介电材料中的功率半导体。
[0032]图1b表示插入介电材料中的管芯的放大剖视图。
[0033]图2表示在每一侧上层压介电材料和导电材料层之后的印刷电路板。
[0034]图3表示激光钻出过孔之后的印刷电路板。
[0035]图4表示印刷电路板的导电材料的蚀刻。
[0036]图5表示在介电材料与由可溶性材料制成的特定形式的印模以及厚导电层层压一起层压之后的印刷电路板50。
[0037]图6表示在机械钻出盲过孔之后的印刷电路板。
[0038]图7表示在钻出用于冷却功率半导体的口孔之后的印刷电路板。
[0039]图8表示集成冷却液腔实现之后的印刷电路板的剖视图。
[0040]图9表示根据本专利技术在印刷电路板中实现集成冷却液腔的装置的架构。
[0041]图10表示根据本专利技术用于在印刷电路板中实现集成冷却液腔的算法的实施例。
具体实施方式
[0042]图1a表示插入介电材料中的功率半导体。
[0043]在图1的实施例中，介电材料11具有第一腔和第二腔，在第一腔和第二腔中插入相
应的功率半导体管芯Di1和Di2。
[0044]芯的厚度与待插入的一个管芯接近。图1中示出了管芯的电极12。
[0045]图1b表示插入介电材料11中的管芯Di1的放大剖视图。
[0046]图2表示在将介电材料21和薄导电材料22(例如铜层)层压在介电材料11的每一侧上以获得印刷电路板20之后的介电材料11。
[0047]在层压期间，介电材料21流入腔中留下的空间中，因此将管芯Di1“捕获”到印刷电路板20中。
[0048]在该阶段，管芯的顶部电极和底部电极不连接到导电材料。
[0049]图3表示在印刷电路板20上激光钻出过孔之后的印刷电路板30。
[0050]在穿过导电材料和介电层两者以微米尺度激光钻出过孔之后，过孔的金属化使用例如铜无电镀和电镀制成的序列来提供电连续性。
[0051]图4表示印刷电路板的导电材料的蚀刻。
[0052]该步骤创建将功率管芯电极与外部部件连接的期望电路。
[0053]为了清楚起见，图4中仅示出了管芯的栅极的连接件40。
[0054]图5表示在介电材料与由可溶性材料制成的特定形式的印模以及厚导电层层压一起层压之后的印刷电路板50。
[0055]在导电层22的顶部上，完成介电材料52与由可溶性材料制成的特定形式的印模53一起层压。与介电材料同时，厚导电层51层压在其顶部上。在图5的实施例中，可溶性材料是T形的。由可溶性材料制成的部分具有贯穿整个部分的半管状形状55，并且具有指向最终装置的边缘的至少一个出口。该特定形状旨在允许最小的液体流启动溶解步骤。其它形状可用于腔，只要其允许液体流动并保持层压压力。
[0056]优选地，可溶性材料可溶于将在冷却期间至少部分使用的冷却液材料。例如，冷却液材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在印刷电路板中制作集成冷却液腔的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将功率半导体管芯插入介电材料中；在所述介电材料的每一侧上用介电材料和薄导电层层压所述介电材料；穿过层压的铜和介电层钻出过孔；将所述过孔金属化以形成第一印刷电路板；在所述第一印刷电路板上层压介电材料、具有预定形式的可溶性材料和导电层；将溶剂注入所述可溶性材料中以溶解所述可溶性材料并显露腔；将冷却液注入所显露的腔中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在注入所述溶剂之前穿过所述导电层钻出盲过孔的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括涂覆/镀所述盲过孔的步骤。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：