特開 2024-148151 高集積化パワーエレクトロニクス及び高集積化パワーエレクトロニクスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024148151

(43)【公開日】2024-10-17

(54)【発明の名称】高集積化パワーエレクトロニクス及び高集積化パワーエレクトロニクスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20241009BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20241009BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241009BHJP

【ＦＩ】

H01L23/40 A

H01L23/46 Z

H05K7/20 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024043323

(22)【出願日】2024-03-19

(31)【優先権主張番号】18/130,718

(32)【優先日】2023-04-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】507342261

【氏名又は名称】トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133835

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 努

(72)【発明者】

【氏名】フォン チョウ

(72)【発明者】

【氏名】ファン ティエンチュー

(72)【発明者】

【氏名】エルカン メフメト デデ

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA05

5E322AA11

5E322AB01

5E322AB02

5E322AB06

5E322FA01

5F136CB08

5F136DA27

5F136EA41

(57)【要約】

【課題】高集積化パワーエレクトロニクス（ＩＰＥ）組み込みプリント回路基板（ＰＣＢ）－冷却板アセンブリを製作又は製造する方法を提供すること。
【解決手段】高集積化パワーエレクトロニクス（ＩＰＥ）組み込みプリント回路基板（ＰＣＢ）－冷却板アセンブリを製作又は製造する方法は、パワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、パワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層ＰＣＢを接合することと、多層ＰＣＢに冷却板マニホールドを接合して、パワーデバイス－基板アセンブリのパワーデバイスと熱伝達する冷却板を形成することと、を含む。多層ＰＣＢは、パワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に３Ｄプリントされ得、多層ＰＣＢに対する冷却板マニホールドの接合は、機械的締結具を用いて補強され得る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、
前記パワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層プリント回路基板（ＰＣＢ）を接合することと、
前記多層ＰＣＢに冷却板マニホールドを接合し、冷却板及び該冷却板を有する高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリを形成することと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記冷却板基板は、フィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンクを備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記冷却板基板は、前記パワーデバイス－基板アセンブリの前記第１の側に接合された接合基板と、前記接合基板に接合されているか又は前記接合基板と一体的であるフィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンクと、を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記冷却板は、流体チャンバであって、該流体チャンバに配置されたフィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンクを有する流体チャンバを備える、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記冷却板は、冷却流体が前記流体チャンバ内に流れるように構成された入口と、前記冷却流体が前記流体チャンバから流れ出ていくように構成された出口と、を備える、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

入口チューブを前記入口に取り付けて、出口チューブを前記出口に取り付けることを更に含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記パワーデバイス－基板アセンブリの前記第２の側は、前記パワーデバイス－基板アセンブリの前記第１の側と反対側に配置されている、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記多層ＰＣＢは、前記パワーデバイス－基板アセンブリの前記第２の側に前記多層ＰＣＢを３Ｄプリントすることによって、前記パワーデバイス－基板アセンブリの前記第２の側の前記第２の側に接合される、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記冷却板マニホールドは、前記多層ＰＣＢに接合されたエポキシである、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記冷却板マニホールドは、３Ｄプリントのポリマー冷却板マニホールドである、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記３Ｄプリントのポリマー冷却板マニホールドは、前記多層ＰＣＢに接合されたエポキシである、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記多層ＰＣＢに接合された前記冷却板マニホールドのエポキシを補強するために複数の機械的締結具を設置することを更に含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記複数の機械的締結具は、前記冷却板マニホールドを通って延びて前記多層ＰＣＢと係合する、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記多層ＰＣＢは、複数の組み込みラグを備え、前記複数の機械的締結具は、前記複数の組み込みラグと係合する、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記パワーデバイス－基板アセンブリの前記第１の側に前記冷却板基板を接合することは、複数のパワーデバイス－基板アセンブリの前記第１の側に複数の冷却板基板を接合することを含み、
前記多層ＰＣＢに前記冷却板マニホールドを接合することで複数の流体チャンバが形成され、前記高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリは、前記複数の流体チャンバを備える、請求項１に記載の方法。

【請求項16】

パワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、
前記パワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層プリント回路基板（ＰＣＢ）を３Ｄプリントすることと、
前記多層ＰＣＢに冷却板マニホールドを接合して冷却板を形成することと、
前記多層ＰＣＢに接合された前記冷却板マニホールドを補強するために複数の機械的締結具を設置することと、
を含む、方法。

【請求項17】

前記複数の機械的締結具は、前記冷却板マニホールドを通って延びて前記多層ＰＣＢと係合する、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記多層ＰＣＢは、複数の組み込みラグを備え、前記複数の機械的締結具は、前記複数の組み込みラグと係合する、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

パワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、
前記パワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層プリント回路基板（ＰＣＢ）を３Ｄプリントすることと、
前記多層ＰＣＢにポリマー冷却板マニホールドを接合して、前記冷却板基板と組み合わせて冷却板を形成することと、
前記多層ＰＣＢに接合された前記ポリマー冷却板マニホールドを補強するために複数の機械的締結具を設置することと、
を含む、方法。

【請求項20】

前記冷却板は、流体チャンバであって、該流体チャンバに配置されたフィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンクを有する流体チャンバを備える、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、集積化パワーエレクトロニクス、特に、パワーデバイスが組み込まれたプリント回路基板に関する。

【背景技術】

【0002】

プリント回路基板（ＰＣＢ）は通常、機械的な支持用に使用され、非導電基板上に積層される銅シートの導電経路を使用して電子部品の電気接続用に使用される。多層ＰＣＢは、１つ以上のパワーデバイス内の電気伝達に２つ以上の層を導入することによって、より小さいフットプリントで電子部品のより高い能力及び／又は密度を提供する。しかしながら、多層ＰＣＢの設計及び／又は製造、並びに１つ以上のパワーデバイスとの当該多層ＰＣＢの電気伝達は困難であり得る。

【0003】

本開示は、多層ＰＣＢの製造に関する問題、及び多層ＰＣＢに関する他の問題に対処する。

【発明の概要】

【0004】

本節は、本開示の概略的な概要を提供しており、その完全な範囲又はその特徴の全ての包括的な開示ではない。

【0005】

本開示の一形態では、高集積化パワーエレクトロニクス（ＩＰＥ）組み込みプリント回路基板（ＰＣＢ）－冷却板アセンブリを製作又は製造する方法は、パワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、パワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層ＰＣＢを接合することと、多層ＰＣＢに冷却板マニホールドを接合して、パワーデバイス－基板アセンブリと熱伝達する冷却板を形成することと、を含む。

【0006】

本開示の別の形態では、方法は、パワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、第１の側と反対側に配置されたパワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層ＰＣＢを３Ｄプリントすることと、多層ＰＣＢに冷却板マニホールドを接合して、パワーデバイス－基板アセンブリと熱伝達する冷却板を形成することと、多層ＰＣＢに接合された冷却板マニホールドを補強するために複数の機械的締結具を設置することと、を含む。

【0007】

本開示の更に別の形態では、方法は、パワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、パワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層プリント回路基板（ＰＣＢ）を３Ｄプリントすることと、多層ＰＣＢにポリマー冷却板マニホールドを接合して、冷却板基板と組み合わせて冷却板を形成することと、多層ＰＣＢに接合されたポリマー冷却板マニホールドの接合を補強するために複数の機械的締結具を設置することと、を含む。

【0008】

適用可能性の更なる領域、及び上記技術を向上させる様々な方法は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。本概要における説明及び具体例は、単なる例示のためであって、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本教示は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解された状態になるであろう。

【図1】本開示の教示に係る高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリの側断面図を示す図である。

【図2A】図１における高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリについての多層ＰＣＢの斜視図を示す図である。

【図2B】図２Ａにおける多層ＰＣＢの電源層についての斜視図を示す図である。

【図3】本開示の一形態に係る多層ＰＣＢを製造する３次元（３Ｄ）プリントシステムの側面図及びブロック図を示す図である。

【図4A】本開示の教示に係るパワーデバイス－基板アセンブリのペアの電源に接合される冷却板基板のペアの側断面図を示す図である。

【図4B】図４Ａにおけるペア又はパワーデバイス－基板アセンブリに接合された冷却板基板のペアを示す図である。

【図4C】図４Ｂにおけるパワーデバイス－基板アセンブリのペアに接合される多層ＰＣＢの側断面図を示す図である。

【図4D】図４Ｃにおけるパワーデバイス－基板アセンブリのペアに接合された多層ＰＣＢを示す図である。

【図4E】図４Ｄにおける多層ＰＣＢに接合された冷却板マニホールドの側断面図を示す図である。

【図4F】図１における高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリを形成するように、図２Ｅにおける多層ＰＣＢに接合された冷却板マニホールドと共に組み立てられる入口チューブ、出口チューブ、及び機械的締結具を示す図である。

【図5】本開示の更に別の形態に係る高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリを製造する方法についてのフローチャートを示す図である。

【0010】

本明細書で記載される図は、特定の態様の説明のために、本技術の特質のうち、方法、デバイス、及びシステムの概略的な特質を例示することを意図したものであることに留意されたい。図は、任意の所与の態様の特質を正確に反映していない場合があって、必ずしも、本技術の範囲内の特定の形態又は変形体を定めるか又は限定することを意図したものではない。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示は、高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリ及び高集積化パワーエレクトロニクス（ＩＰＥ）組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリの製造方法を提供する。本明細書で使用されるフレーズ「集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ」及び「高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ」は、（本明細書で単に「パワーデバイス」若しくは「パワーデバイス（複数）」とも称される）２つ以上のパワー半導体デバイス、制御／駆動／保護電子回路、及び／又は受動部品が組み込まれ及び／又は取り付けられた単一の多層ＰＣＢモジュール又はユニットを指す。また、本明細書で使用されるフレーズ「パワーデバイス」は、パワーエレクトロニクスにおいてスイッチ又は整流器として使用される半導体デバイスを指す。高ＩＰＥ組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリは各々、冷却板に接合されて冷却板と熱伝達するＩＰＥ組み込みＰＣＢを有する冷却板を含む。冷却板は、冷却された流体であり得る、すなわち、冷却流体は、冷却板を通って流れることができ、その結果、動作中の１つ以上のパワーデバイスの温度は、所定の温度未満のままである。

【0012】

高ＩＰＥ組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリを製造する方法は、２つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、２つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層ＰＣＢを接合することと、冷却板が２つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリと共に形成されて２つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリと熱伝達するように、多層ＰＣＢに冷却板マニホールドを接合することと、を含む。一部の変形体では、多層ＰＣＢは、２つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリ上に３Ｄプリントされる。少なくとも１つの変形体では、冷却板基板は、接合基板と、接合基板と一体的であるか又は接合基板に接合されたフィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンクと、を含む。このような変形体では、冷却板マニホールドは、冷却板の流体チャンバがフィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンクを含むか又は包含するように、フィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンクをカプセル化する。本明細書で使用されるフレーズ「一体的」は、単一ピースの材料から形成された少なくとも２つの部品、又は１つの部品の少なくとも２つの区分若しくは部分を指す。例えば、冷却板基板が、接合基板と、接合基板と一体的であるフィンと、を含む変形体では、接合基板及びフィンは、単一ピースの材料から機械加工され得るか、又は単一の鋳造物から形成され得る。

【0013】

図１を参照すると、本開示の一形態に係る高ＩＰＥ組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリ２の側断面図が示されている。ＩＰＥ組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリ２は、多層ＰＣＢ１０と、２つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリ２０と、冷却板４０と、を含む。多層ＰＣＢ１０は、複数の誘電体層１００と、複数の電源層１１０と、隣接する電源層１１０間で電気伝達又は経路を提供する導電ビア１１４ｖと、を含む。１つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリ２０は、基板２０２（図４Ａ）に取り付けられているか又は接合されたパワーデバイス２００（例えば、ＭＯＳＦＥＴパワーデバイス）を含む。例えば、一部の変形体では、パワーデバイス－基板アセンブリ２０は、グラファイトコア２０４が銅のシェル２０６（図４Ａ）内に組み込まれた銅－グラファイト基板２０２に接合されたパワーデバイス２００を含む。このような変形体では、パワーデバイス２００は、例えば、銀焼結により銅シェル２０６に接合され得る。

【0014】

冷却板４０は、冷却板基板４１０、及び多層ＰＣＢ１０の下方（－ｚ方向）の面１０２に接合される冷却板マニホールド４２０内又はそれらの間でカプセル化された流体チャンバ４００を含む。一部の変形体では、１つ以上の機械的締結具４９は、多層ＰＣＢ１０の下方の面１０２に対する冷却板マニホールド４２０の接合を向上させるために、及び／又は冷却板マニホールド４２０に対する補強を提供するために含まれて使用され得る。冷却板４０は、冷却流体（図示せず）が流体チャンバ４００を通って流れることができるように入口４４と出口４６とを含む。一部の変形体では、入口チューブ４５は、入口４４に取り付けられており、出口チューブ４７は、出口４６に取り付けられている。少なくとも１つの変形体では、フィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンク４１２は、流体チャンバ４００内に配置されており、高ＩＰＥ組み込みＰＣＢ－基板アセンブリ２の使用及び／又は動作中に流体チャンバ４００を通って流れるパワーデバイス２００から冷却流体への熱移動を向上させる。

【0015】

多層ＰＣＢ１０に関して、図２Ａ～図２Ｂを参照して、多層ＰＣＢ１０の斜視断面図が図２Ａに示されており、電源層１１０のうちの１つの分離された斜視断面図が図２Ｂに示されている。電源層１１０は、誘電体材料１１２と、導電材料１１４と、を含む。誘電体層１００は、誘電体材料１１２と、隣接する電源層１１０間で電気伝達又は経路を提供する導電ビア１１４ｖと、を含む。別の言い方をすると、電源層１１０は、導電（例えば、銅）パターンを含み、誘電体層１００は、多層ＰＣＢ１０が所望のとおり機能及び／又は動作するように導電材料１１４のパターンを接続する導電（例えば、銅）経路を含む。

【0016】

一部の変形体では、誘電体層１００及び／又は電源層１１０は、ガラス繊維強化のエポキシ積層誘電体材料（例えば、ＦＲ－４）又は他の誘電体材料から形成され、導電材料１１４が組み込まれる。他の変形体では、電源層１１０及び／又は誘電体層１００は、誘電体材料１１２を形成するために誘電体材料インクを使用して３Ｄプリントされ、導電材料１１４が組み込まれる。少なくとも１つの変形体では、導電材料１１４はまた、導電材料インクを用いて３Ｄプリントされる。非限定的な例の誘電体材料インクは、特に、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、及びシリコンアクリレートのうちの１つ以上から選択されるＵＶ硬化性アクリレートモノマーなどのＵＶ硬化性誘電体材料を含むインクである。非限定的な例の導電材料インクは、特に、銀ナノ粒子及び／又はグラフェンナノシートを含むインクである。

【0017】

誘電体層１００及び電源層１１０は、既定の平均厚さ（ｚ方向）を有する。例えば、一部の変形体では、既定の平均厚さは、約５０マイクロメートル（μｍ）と約２５０μｍとの間、例えば、約７５μｍと約２００μｍとの間である。少なくとも１つの変形体では、既定の厚さは、約７５μｍと約１５０μｍとの間、例えば、約８０μｍと約１２０μｍとの間である。

【0018】

上述のように、一部の変形体では、誘電体層１００及び電源層１１０は、３Ｄプリントによって形成される。例えば、図３を参照すると、本開示の一形態に係る多層ＰＣＢ（例えば、多層ＰＣＢ１０）を製造する３Ｄプリントシステム５０が示されている。３Ｄプリントシステム５０は、３Ｄプリンタ５００（例えば、インクジェット３Ｄプリンタ）と、プラットフォーム５６０と、コントローラ５９０と、を含む。一部の変形体では、プラットフォーム５６０及び／又はコントローラ５９０は、３Ｄプリンタ５００の一部であるが、他の変形体では、プラットフォーム５６０及び／又はコントローラ５９０は、３Ｄプリンタ５００とは別の構成要素であるが、コントローラ５９０が、以下に記載されるように、既定の動作、動きなどを実行するように３Ｄプリンタ５００及びプラットフォーム５６０に命令できるように、３Ｄプリンタ５００と通信する。

【0019】

３Ｄプリンタ５００は、（光開始剤などの添加剤を有するか又は有しない）ＵＶ硬化性誘電体材料５１２用の貯蔵部５１０（例えば、ビン又はホッパー）と、低ＣＴＥフィラー５２２用の貯蔵部５２０と、導電材料５４２用の貯蔵部５４０と、貯蔵部５２０、５４０に流体を伝達するミキサ５５０と、を含む。一部の変形体では、３Ｄプリンタ５００はまた、ミキサ５５０に流体を伝達する貯蔵部５３０を含み、貯蔵部５３０は、ミキサ５５０におけるＵＶ硬化性誘電体材料５１２及び低ＣＴＥフィラー５２２の混合を向上させる界面活性剤５３２用である。少なくとも１つの変形体では、貯蔵部５２０は、低ＣＴＥフィラー５２２と、貯蔵部５２０からミキサ５５０への低ＣＴＥフィラー５２２の流れを向上させ、及び／又はミキサ５５０におけるＵＶ硬化性誘電体材料５１２との低ＣＴＥフィラー５２２の混合を向上させる溶剤及び／又は分散剤と、の混合物を含む。

【0020】

光開始剤などの添加剤を有するか又は有しない）ＵＶ硬化性誘電体材料５１２は、任意のＵＶ硬化性誘電体材料であってもよく、特に、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、及びシリコンアクリレートのうちの１つ以上から選択されるＵＶ硬化性アクリレートモノマーを含むが、これに限定されない。また、低ＣＴＥフィラー５２２は、硬化後のＵＶ硬化性誘電体材料５１２のＣＴＥ未満のＣＴＥを有する任意のフィラーであってもよく、特に、セラミックフィラー及び／又はセルロースナノファイバフィラーを含むが、これらに限定されない。例えば、セラミックフィラーは、特に、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、コーディエライト、及び酸化アルミニウムのうちの１つ以上から選択されるナノ粒子を含み得る。一部の変形体では、界面活性剤及び／又は分散剤は、上述の溶剤内でのセラミックフィラー及び／又はセルロースナノファイバフィラーの「凝集」又は分離が低減される分散の向上が提供されるように低ＣＴＥフィラー５２２に含まれ得る。

【0021】

少なくとも１つの変形体では、３Ｄプリンタ５００は、貯蔵部５１０からミキサ５５０へのＵＶ硬化性誘電体材料５１２の流れを制御するためのポンプ５１４及び／若しくはフローコントローラ５１６、貯蔵部５２０からミキサ５５０への低ＣＴＥフィラー５２２の流れを制御するためのポンプ５２４及び／若しくはフローコントローラ５２６、並びに／又は貯蔵部５３０からミキサ５５０への界面活性剤５３２の流れを制御するためのポンプ５３４及び／若しくはフローコントローラ５３６を含む。

【0022】

ミキサ５５０は、ＵＶ硬化性誘電体材料５１２、低ＣＴＥフィラー５２２、及び界面活性剤５３２（含まれる場合）をＵＶ硬化性誘電体インク１００ａに所望のとおり混合するように構成されており、ＵＶ硬化性誘電体インク１００ａは、ＵＶ硬化性誘電体材料５１２を含み、第１のノズル５５２から流れて誘電体層１００を形成する。加えて、３Ｄプリンタ５００は、導電材料１１４のパターンを形成するために、貯蔵部５４０から第２のノズル５４８への、導電材料５４２を含む導電インク１１４ａの流れを制御するためのポンプ５４４及び／又はフローコントローラ（図示せず）を含み得る。一部の変形体では、導電インク１１４ａは、銀ナノ粒子及び／又はグラフェンナノシートを含む。上述のように、本明細書で使用される用語「ノズル」は、（直接インク書込み法（ＤＩＷ）としても既知である）面に材料を直接的に書き込むノズル、又は（３Ｄインクジェットプリントとしても既知である）インク液滴を面に堆積させるノズルのアレイを有するプリンタヘッドを指す。したがって、一部の変形体では、３Ｄプリンタ５００及び本明細書に開示される他の３Ｄプリンタは、ＤＩＷ ３Ｄプリンタであるが、他の変形体では、３Ｄプリンタ５００及び本明細書に開示される他の３Ｄプリンタは、３Ｄインクジェットプリンタである。

【0023】

プラットフォーム５６０及び／又はノズル５５２、５４８は、３自由度を有し得る、すなわち、図に示されるｘ、ｙ、及びｚ方向に移動し得ることを理解されたい。例えば、一部の変形体では、プラットフォーム５６０は、ｘ及びｙ方向に移動するが、ノズル５５２、５４８は、プラットフォーム５６０の面に（以下で単に「プラットフォームに」又は「プラットフォーム上に」とも称される）多層ＰＣＢの所与の層をプリントし、次いで、所与の層の３Ｄプリントが完了した後、プラットフォーム５６０は、ノズル５５２、５４８が多層ＰＣＢの別の層をプリントできるように既定の距離（例えば、形成されたばかりの層の厚さに等しい距離）分、－ｚ方向に移動する。

【0024】

依然、図３を参照して、一部の変形体では、３Ｄプリントシステム５０は、プラットフォーム５６０上にプリントされた導電インク１１４ａ、若しくは前に形成された層を熱硬化させるように構成された熱硬化デバイス５７０（例えば、ヒータ）、及び／又はプラットフォーム５６０上でプリントされたＵＶ硬化性誘電体インク１００ａ、若しくは前に形成された層をＵＶ硬化させるように構成されたＵＶ硬化デバイス５８０（例えば、ＵＶ光源）を含む。少なくとも１つの変形体では、ＵＶ硬化デバイス５８０は、ＵＶ硬化性誘電体インク１００ａが多層ＰＣＢの次の層に関する３Ｄプリント前及び／又は３Ｄプリント中にＵＶ硬化及び熱硬化されるように熱硬化機能を含む。

【0025】

上述のように、３Ｄプリントシステム５０は、コントローラ５９０を含む。一部の変形体では、コントローラ５９０は、所望の量のＵＶ硬化性誘電体材料５１２、低ＣＴＥフィラー５２２、及び界面活性剤５３２（含まれる場合）がミキサ５５０に提供されるように、ポンプ５１４、フローコントローラ５１６、ポンプ５２４、フローコントローラ５２６、ポンプ５３４、及び／又はフローコントローラ５３６に命令するように構成されている。このような変形体では、ミキサ５５０は、所望のＵＶ硬化性誘電体インク１００ａが所望の流量で第１のノズル５５２から流れ出ていくようにＵＶ硬化性誘電体材料５１２、低ＣＴＥフィラー５２２、及び界面活性剤５３２（含まれる場合）を混合するように構成されている。ＵＶ硬化性誘電体インク１００ａは、多層ＰＣＢの所与の層に関する既定のボクセルでプラットフォーム５６０又は他の面（例えば、前に形成された層）に堆積される（プリントされる）ことを理解されたい。加えて、コントローラ５９０は、所望のＵＶ硬化性誘電体インク１００ａが所望の流量で第１のノズル５５２から流れ出ていくようにミキサ５５０及び／又は第１のノズル５５２に命令するように構成され得る。同様に、一部の変形体では、コントローラ５９０は、所望量の導電インク１１４ａが所望の流量で第２ノズル５４８を流れ出ていき、既定のボクセルでプラットフォーム５６０又は前に形成された層に堆積される（プリントされる）ように、ポンプ５４４、対応するフローコントローラ（図示せず）、及び／又は第２のノズル５４８に命令するように構成されている。

【0026】

３Ｄプリントシステム５０の動作中、コントローラ５９０には、（以下で多層ＰＣＢ１０と称される）多層ＰＣＢの製造についての情報が（例えば、ユーザインターフェース、ルックアップテーブルなどから）提供される。多層ＰＣＢ１０は、複数の層を有し、各層は、誘電体材料の既定の領域、エリア、層、及び／又はトレースと組み合わされているか又はそれらが無い、導電材料の既定の領域、エリア、層、及び／又はトレースを有する既定の電子回路を含み得る。別の言い方をすると、多層ＰＣＢ１０の所与の層は、導電材料及び誘電体材料の既定の設計又はレイアウトを有する。加えて、コントローラ５９０は、多層ＰＣＢ１０全体が形成されるまで多層ＰＣＢ１０の各誘電体層１００及び各電源層１１０が３Ｄプリント及び硬化されるように上述の様々な構成要素に命令する。図３は、プラットフォーム５６０上のみの多層ＰＣＢ１０の形成を示しているが、一部の変形体では、３Ｄプリントシステム５０は、以下に記載されるように１つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリ２０に多層ＰＣＢ１０を形成する。例えば、プラットフォーム５６０は、多層ＰＣＢ１０が１つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリ２０に３Ｄプリントされている間、１つ以上のパワーデバイス－基板アセンブリ２０を保持するポケットを含み得る。

【0027】

ここで、図４Ａ～図４Ｆを参照すると、本開示の少なくとも一形態に係る高集積化パワーエレクトロニクス組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリ２を製造するステップが示されている。例えば、図４Ａは、２つのパワーデバイス－基板アセンブリ２０の第１の側２０１に接合される２つの冷却板基板４１０を示し、図４Ｂは、パワーデバイス－冷却板基板アセンブリ３０のペアを形成するように２つのパワーデバイス－基板アセンブリ２０の第１の側２０１に接合された２つの冷却板基板４１０を示す。第１の側２０１は、面（例えば、平面）を含み、２つのパワーデバイス－基板アセンブリ２０及び冷却板基板４１０が、特に、はんだ付け、液相遷移接合、及びラミネートなどの既知の半導体及び／又は電子産業の接合技術を使用して互いに接合可能であって接合されるように、２つの冷却板基板４１０は各々、補完的な面（例えば、平面）を含むことを理解されたい。一部の変形体では、接合界面４０１は、冷却板基板４１０と、それぞれのパワーデバイス－基板アセンブリ２０の第１の側２０１との間に配置されている。すなわち、一部の変形体では、冷却板基板４１０は、接合界面４０１を介してパワーデバイス－基板アセンブリ２０に接合されている。

【0028】

一部の変形体では、接合界面４０１は、第１の側２０１と、それぞれの冷却板基板４１０との間に配置されたＬＴＲ誘電体層を含む。他の変形体では、接合界面４０１は、それぞれの基板２０２の第１の側２０１と冷却板基板４１０との間に配置されたＣＶＤ誘電体層を含む。更に他の変形体では、接合界面４０１は、それぞれの基板２０２の第１の側２０１と冷却板基板４１０との間に配置されたセラミック焼結層を含む。少なくとも１つの変形体では、接合界面４０１は、第１の側２０１と冷却板基板４１０との間に配置された１つ以上の３Ｄプリント層である。本明細書で使用されるフレーズ「ＣＶＤ誘電体層」は、化学気相成長（ＣＶＤ）を使用して面に形成された誘電体層を指す。加えて、上述のように、少なくとも１つの変形体では、フィン、多孔質材料、メッシュ構造のヒートシンク、機械加工されたヒートシンク、及び／又は鋳造されたヒートシンク４１２は、冷却板基板４１０に接合されるか又は冷却板基板４１０と一体的である。

【0029】

特に、図４Ｃ～図４Ｄを参照すると、２つのパワーデバイス－基板アセンブリ２０の第２の側２０３に接合される多層ＰＣＢ１０は図４Ｃに示されており、２つのパワーデバイス－基板アセンブリ２０に接合された多層ＰＣＢ１０の下方の面１０２は図４Ｄに示されている。一部の変形体では、図４Ｃに示されるように、パワーデバイス－基板アセンブリ２０の第２の側２０３は、第１の側２０１と反対側に配置されている。図４Ｄに示されていないが、一部の変形体では、接合界面は、２つのパワーデバイス－基板アセンブリ２０の第２の側２０３と多層ＰＣＢ１０の下方の面１０２との間に配置されている。すなわち、一部の変形体では、多層ＰＣＢ１０は、接合界面（図示せず）を介して２つのパワーデバイス－基板アセンブリ２０に接合されている。

【0030】

第１の側２０１と同様に、多層ＰＣＢ１０及び２つのパワーデバイス－基板アセンブリ２０が、特に、はんだ付け、液相遷移接合、及びラミネートなどの既知の半導体及び／又は電子産業の接合技術を使用して互いに接合可能であって接合されるように、第２の側２０３は、多層ＰＣＢ１０の下方の面１０２と補完的な面（例えば、平面）を含むことを理解されたい。一部の変形体では、第２の側２０３は、パワーデバイス２００の上方（＋ｚ方向）の面を含む。すなわち、パワーデバイス２００の上方の面は、図４Ｃに示されるようにパワーデバイス－基板アセンブリ２０の第２の側２０３の一部を形成している。このような変形体では、パワーデバイス２００の上方の面は、多層ＰＣＢ１０の下方の面１０２に接合され得る。

【0031】

図４Ｅを参照すると、冷却板マニホールド４２０が示されており、冷却板マニホールド４２０は、パワーデバイス－冷却板基板アセンブリ３０が組み込まれた多層ＰＣＢ１０に配置されている。冷却板基板４１０と組み合わされた冷却板マニホールド４２０は、２つの流体チャンバ４００を形成しており、２つの流体チャンバ４００は、そこを通って冷却流体（図示せず）が流れるように構成されていることを理解されたい。加えて、冷却板マニホールド４２０は、２つの流体チャンバ４００に流体を伝達する入口４４及び出口４６を含む。一部の変形体では、冷却板マニホールド４２０は、３Ｄプリントの冷却板マニホールドであって、少なくとも１つの変形体では、冷却板マニホールド４２０は、３Ｄプリントのポリマー冷却板マニホールドである。また、冷却板マニホールド４２０は、例示的に、特に、はんだ、接着剤を含むがこれらに限定されない、２つのＩＰＥ組み込みＰＣＢ部品を共に接合するのに好適である任意の接合技術、接合プロセス、及び／又は接合材料を使用して、多層ＰＣＢ１０の下方の面１０２、任意選択的に、パワーデバイス－冷却板基板アセンブリ３０の少なくとも一部に接合され得る。少なくとも１つの変形体では、冷却板マニホールド４２０は、エポキシ、例えば、ソフトエポキシを使用して下方の面１０２に取り付けられ及び／又は接合される。

【0032】

一部の変形体では、図４Ｆを参照して、多層ＰＣＢ１０に対する冷却板マニホールド４２０の接合又は取り付けは、機械的締結具により強化される。例えば、ねじ付きボルト又はスクリュー４９は、冷却板マニホールド４２０を通って延びて、多層ＰＣＢ１０に組み込まれたねじ付きラグ４９２と係合することができ、その結果、冷却板マニホールド４２０と多層ＰＣＢ１０との間に圧縮力が提供され、流体チャンバ４００は、「リークしない」。すなわち、流体は、入口４４０及び出口４６０のみを介して流体チャンバ４００を出入りする。加えて、ねじ付きラグ４９２と組み合わされるねじ付きボルト又はスクリュー４９は、冷却板マニホールド４２０に補強、例えば、剛性を提供し得ることを理解されたい。少なくとも１つの変形体では、入口チューブ４５０及び出口チューブ４７０は図４Ｆに示されており、機械的締結具と組み合わされて、図１に示される高ＩＰＥ組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリ２が形成されるように、入口チューブ４５０及び出口チューブ４７０はそれぞれ、入口４４０及び出口４６０に取り付けられて流体を伝達する。

【0033】

ここで、図５を参照して、高ＩＰＥ組み込みＰＣＢ－冷却板アセンブリを製造する方法６０は、６００でパワーデバイス－基板アセンブリの第１の側に冷却板基板を接合することと、６１０でパワーデバイス－基板アセンブリの第２の側に多層ＰＣＢを接合することと、を含む。６２０で、冷却板基板と組み合わされて、流体チャンバが冷却板マニホールド内に形成されるように、冷却板マニホールドは、多層ＰＣＢに接合される。一部の変形体では、６３０で、多層ＰＣＢに対する冷却板マニホールドの接合及び／又は冷却板マニホールドの補強は向上し、６４０で、入口チューブ及び／又は出口チューブは、冷却板マニホールドの入口及び／又は出口に取り付けられる。

【0034】

先行する説明は、本質的に単なる例示であって、本開示、その用途、又はその使用を限定することを全く意図していない。現在名前が挙げられている発明者らの成果は、背景技術の節で記載され得る程度、及び出願時に別段、従来技術と見なされない場合がある説明の態様の程度において、明示的にも暗示的にも本技術に対する従来技術と認められない。

【0035】

図におけるブロック図は、様々な形態又は変形体に係る方法及びシステムの考えられる実装態様の機能及び動作を示す。この点に関して、ブロック図における各ブロックは、指定された論理機能を実装する１つ以上の実行可能命令を備えるコードのモジュール、セグメント、又は一部を表し得る。一部の代替的な実装態様では、ブロックに記される機能は、図に記される順序と関係なく生じ得ることにも留意されたい。例えば、連続して示される２つのブロックは実際、実質的に同時に実行され得るか、又はブロックは時には、関連する機能に応じて、逆順で実行され得る。

【0036】

本明細書で使用されるフレーズ、Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つは、非排他的な論理「ＯＲ」を使用した論理的（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味するものと解釈されるべきである。方法内の様々なステップは、本開示の原理を変更することなく異なる順序で実行され得ることを理解されたい。範囲の開示は、全ての範囲、及び範囲全体内の細分された範囲の開示を含む。

【0037】

本明細書で使用される（「背景技術」及び「発明の概要」などの）見出し並びに小見出しは、本開示内のトピックの概略的な体系化を意図しているだけであって、本技術又はその任意の態様の開示を限定することを意図したものではない。述べられた特徴を有する複数の変形体又は形態の記載は、追加の特徴を有する他の変形体若しくは形態、又は述べられた特徴の異なる組合せを組み込んだ他の変形体若しくは形態を除外することを意図したものではない。

【0038】

本明細書の数値に関連するときに本明細書で使用される用語「約」は、参照量に対する既知の商業的及び／又は実験的な測定値の変動又は許容差を指す。一部の変形体では、このような既知の商業的及び／又は実験的な測定値の許容差は、測定された値の＋／－１０％であるが、他の変形体では、このような既知の商業的及び／又は実験的な測定値の許容差は、測定された値の＋／－５％であるが、更に他の変形体では、このような既知の商業的及び／又は実験的な測定値の許容差は、測定された値の＋／－２．５％である。少なくとも１つの変形体では、このような既知の商業的及び／又は実験的な測定値の許容差は、測定された値の＋／－１％である。

【0039】

本明細書で使用される用語「１つ（ａ）」及び「１つ（ａｎ）」は、１つ又は１つよりも多いものとして定義される。本明細書で使用される用語「複数」は、２つ又は２つよりも多いものとして定義される。本明細書で使用される用語「別の」は、少なくとも第２の又はより多くのものとして定義される。本明細書で使用される用語「含む」及び／又は「有する」は、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）（すなわち、オープンランゲージ）として定義される。本明細書で使用されるフレーズ「～及び～のうちの少なくとも１つ」は、関連付けられる列挙事項のうちの１つ以上の任意の全ての考えられる組合せを指し、それを包含する。一例として、フレーズ「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、又はそれらの任意の組合せ（例えば、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、若しくはＡＢＣ）を含む。

【0040】

本明細書で使用される用語「備える」及び「含む」並びにそれらの変形体は、連続的な事項又はリストの記載が、本技術のデバイス及び方法においても有用であり得る他の同様の事項を除外しないように非限定的であることを意図したものである。同様に、用語「～できる（ｃａｎ）」及び「～得る（ｍａｙ）」並びにそれらの変形体は、形態又は変形体が特定の要素又は特徴を備えることができるか又は備え得るという記載が、当該要素又は特徴を含まない本技術の他の形態又は変形体を除外しないように非限定的であることを意図したものである。

【0041】

本開示の広範な教示は、様々な形態で実装され得る。したがって、本開示は特定の例を含むが、明細書及び以下の特許請求の範囲を検討すると他の修正は当業者に明らかになるため、本開示の真の範囲は、当該特定の例に限定されるべきではない。一変形体又は様々な変形体に対する本明細書での言及は、形態若しくは変形体又は特定のシステムと関連して記載される特定の特徴、構造、又は特質が少なくとも１つの変形体又は形態に含まれることを意味する。フレーズ「一変形体では」（又はその変形体）が出てきても、必ずしも同じ変形体又は形態を指しているわけではない。本明細書で論じられる様々な方法ステップは、描写されるものと同じ順序で行われる必要はなく、各方法ステップが各変形体又は形態で必要とされるわけではないことも理解されたい。

【0042】

形態及び変形体の以上の説明は、例示及び説明のために提供されている。それは、網羅的であることも本開示を限定することも意図していない。特定の形態又は変形体の個々の要素又は特徴は概して、その特定の形態又は変形体に限定されるのではなく、適用可能な場合には交換可能であって、具体的に示されていないか又は記載されていない場合であっても、選択される形態又は変形体で使用され得る。これらはまた、多くの点で変更され得る。このような変形体は、本開示から逸脱していると見なされるべきではなく、全てのこのような修正は、本開示の範囲内に含まれることを意図したものである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図5】

【外国語明細書】