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特表2020-502804ヒートシンクを形成するバスバーを備える電子電力回路および集積方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2020-502804(P2020-502804A)
(43)【公表日】2020年1月23日
(54)【発明の名称】ヒートシンクを形成するバスバーを備える電子電力回路および集積方法
(51)【国際特許分類】
H01L 23/36 20060101AFI20191220BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20191220BHJP
H01L 25/18 20060101ALI20191220BHJP
H01L 23/473 20060101ALI20191220BHJP
H05K 7/06 20060101ALI20191220BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20191220BHJP
【ＦＩ】
H01L23/36 C
H01L25/04 C
H01L23/46
H05K7/06 C
H05K7/20 B
H05K7/20 C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2019-532737(P2019-532737)
(86)(22)【出願日】2017年12月6日
(85)【翻訳文提出日】2019年8月14日
(86)【国際出願番号】FR2017053407
(87)【国際公開番号】WO2018115624
(87)【国際公開日】20180628
(31)【優先権主張番号】1662803
(32)【優先日】2016年12月19日
(33)【優先権主張国】FR
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】518403447
【氏名又は名称】アンスティテュ ヴェデコム
(71)【出願人】
【識別番号】519210376
【氏名又は名称】エルヴィア ペーセーベー
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】キエル， フリートバルト
(72)【発明者】
【氏名】ベルノー， オリヴィエ
【テーマコード（参考）】
5E322
5F136
【Ｆターム（参考）】
5E322AA01
5E322AA11
5E322AB08
5E322FA04
5F136BA30
5F136BB03
5F136DA27
5F136EA38
5F136FA03
5F136FA52
(57)【要約】
回路は、電子チップ（ＭＴ、ＭＤ）と、積層基板と、ヒートシンク手段と、を少なくとも備え、チップは基板に埋め込まれており、ヒートシンク手段は基板の両面に固着されている。本発明によれば、ヒートシンク手段は、基板の両面に装着されたヒートシンクを形成するバスバー（ＢＢＨ、ＢＢＬ）を備え、上記バスバーの各々は、離間された位置に固着されかつ金属層（ＭＥＨ、ＭＥＬ）によって互いにおよび電子チップ（ＭＴ、ＭＤ）の接触面と相互接続された、複数の金属セグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）によって形成されている。【選択図】図１５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子チップ（ＭＴ、ＭＤ）と、絶縁層および導電層から形成された積層基板（ＬＡ１、ＬＡ２、ＳＢ）と、熱放散手段と、を少なくとも備え、前記電子チップは前記基板に埋め込まれており、前記熱放散手段は前記基板の互いに反対側にある第１の面および第２の面に固着されている、電子電力回路であって、前記熱放散手段は、前記基板の前記互いに反対側にある第１の面および第２の面にそれぞれ装着された、ヒートシンクを形成する第１のバスバーおよび第２のバスバー（ＢＢＨ、ＢＢＬ）を備え、前記第１のバスバーおよび第２のバスバー（ＢＢＨ、ＢＢＬ）は各々、所定の離間された位置（ＭＣＨ、ＰＥ、ＭＣＬ）に固着されかつ金属の層（ＭＥＨ、ＭＥＬ）によって互いにおよび前記電子チップ（ＭＴ、ＭＤ）の接触面と相互接続された、複数の金属バスバーセグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）から形成されていることを特徴とする、電子電力回路。
【請求項2】
前記バスバーセグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）は、誘電体層（ＰＰ１Ｈ、ＰＰ２Ｈ、ＰＰ３Ｈ、ＰＰ４Ｈ；ＰＰ１Ｌ、ＰＰ２Ｌ、ＰＰ３Ｌ）を介して、前記基板の前記第１のおよび第２の互いに反対側にある面に固着されていることを特徴とする、請求項１に記載の電子電力回路。
【請求項3】
前記バスバーセグメントのうちの少なくとも１つ（ＢＢ２Ｈ）は、誘電体層（ＰＰ２Ｈ）を介して前記チップ（ＭＴ）の電極（ＰＥ）に固着されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電子電力回路。
【請求項4】
前記バスバーセグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）、および前記導電層（ＦＣ１、ＦＣ２、ＰＬ）、および金属層（ＭＥＨ、ＭＥＬ）は、銅で製作されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子電力回路。
【請求項5】
第１の「ハイ側」回路（ＢＣＨＳ）が第２の「ロー側」回路（ＢＣＬＳ）上に積み重ねられている、少なくとも２つの請求項１から４のいずれか一項に記載の回路を備え、前記ハイ側およびロー側回路（ＢＣＨＳ、ＢＣＬＳ）はその対応するバスバー（ＢＢＨ、ＢＢＬ）によって機械的および電気的に接続されていることと、前記ハイ側およびロー側回路（ＢＣＨＳ、ＢＣＬＳ）の間に配置されている少なくとも１つの中央冷媒循環空間（ＣＣ１、ＣＣ２）を備え、前記中央冷媒循環空間（ＣＣ１、ＣＣ２）は前記バスバー（ＢＢＨ、ＢＢＬ）の前記セグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）の間に形成されていることと、を特徴とする、電子電力デバイス。
【請求項6】
前記デバイス（ＥＭ）の上側部分内に配置されている上側冷媒循環空間（ＣＨａ１、ＣＨｂ１、ＣＨ２）を少なくとも更に備え、前記上側冷媒循環空間（ＣＨａ１、ＣＨｂ１、ＣＨ２）は、前記上側回路（ＢＣＨＳ）の上側バスバー（ＢＢＨ）のセグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ）と上側誘電体層（ＤＬＨＳ）との間に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の電子電力デバイス。
【請求項7】
前記デバイス（ＥＭ）の下側部分内に配置されている少なくとも１つの下側冷媒循環空間（ＣＬ１、ＣＬ２）を更に備え、前記下側冷媒循環空間（ＣＬ１、ＣＬ２）は、前記下側回路（ＢＣＬＳ）の下側バスバー（ＢＢＬ）のセグメント（ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）と下側誘電体層（ＤＬＬＳ）との間に形成されていることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の電子電力デバイス。
【請求項8】
誘電体層（ＤＬＨＳ、ＤＬＬＳ）を介して前記デバイス（ＥＭ）の上側部分または下側部分に固着された少なくとも１つの制御回路（ＣＴＲＬＨＳ、ＣＴＲＬＬＳ）を備えることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の電子電力デバイス。
【請求項9】
電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込んで、請求項１から４のいずれか一項に記載の電子電力回路を作成する方法であって、
内部の積層された絶縁層および／または導電層間に含まれる少なくとも１つの電子チップ（ＭＴ、ＭＤ）を組み込んだ、ブランク材（ＥＢ１）を作成することと、
樹脂プリプレグの誘電体部分（ＰＰ１Ｈ、ＰＰ２Ｈ、ＰＰ３Ｈ、ＰＰ４Ｈ；ＰＰ１Ｌ、ＰＰ２Ｌ、ＰＰ３Ｌ）によって、機械的に取り付けることと、前記ブランク材（ＥＢ１）の互いに反対側にある上面および下面上の、所定の離間された位置にある金属バスバーセグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）、
互いに反対側にある上面および下面の各々について、前記当該面に固着された前記バスバーセグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）と前記電子チップ（ＭＴ、ＭＤ）の接触面とを金属層堆積（ＭＥＨ、ＭＥＬ）によって相互接続し、この結果、ヒートシンクを形成するバスバー（ＢＢＨ、ＢＢＬ）を備える前記電子電力回路を形成することと、を含むことを特徴とする、方法。
内部の積層された絶縁層および／または導電層間に含まれる少なくとも１つの電子チップ（ＭＴ、ＭＤ）を組み込んだ、ブランク材（ＥＢ１）を作成することと、
樹脂プリプレグの誘電体部分（ＰＰ１Ｈ、ＰＰ２Ｈ、ＰＰ３Ｈ、ＰＰ４Ｈ；ＰＰ１Ｌ、ＰＰ２Ｌ、ＰＰ３Ｌ）によって、機械的に取り付けることと、前記ブランク材（ＥＢ１）の互いに反対側にある上面および下面上の、所定の離間された位置にある金属バスバーセグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）、
互いに反対側にある上面および下面の各々について、前記当該面に固着された前記バスバーセグメント（ＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ；ＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ）と前記電子チップ（ＭＴ、ＭＤ）の接触面とを金属層堆積（ＭＥＨ、ＭＥＬ）によって相互接続し、この結果、ヒートシンクを形成するバスバー（ＢＢＨ、ＢＢＬ）を備える前記電子電力回路を形成することと、を含むことを特徴とする、方法。
【請求項10】
積層のステップ、アブレーションによる材料の除去のステップ、電着のステップ、およびフォトリソグラフィのステップを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は２０１６年１２月１９日に出願された仏国特許出願第１６６２８０３号の優先権を主張するものであり、その内容（本分、図面、および特許請求の範囲）は参照によって本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は一般に、パワーエレクトロニクスの分野に関する。より詳細には、本発明は、ヒートシンクを形成するバスバーを備える電子電力回路に関する。本発明はまた、これらの回路を複数個備えるデバイスと、これらの回路を作成するための、電子電力チップを組み込む方法およびバスバーを相互接続する方法と、にも関する。
【背景技術】
【0003】
電力変換器などの電子電力デバイスは、例えば輸送、工業、照明、暖房等、多くの分野で非常に広く利用されている。ＣＯ２排出量がより少ない再生可能なエネルギー源への望ましいエネルギー移行を考えると、パワーエレクトロニクスはより一層広く利用されることになり、増え続ける経済的および技術的制約に対応しなければならなくなるであろう。
【0004】
現在の研究開発は、コスト削減、電力密度の向上、信頼性の向上、寄生要素の低減、および放散したエネルギーの熱移動に注力している。
【0005】
現況技術では、集積のレベルを上げ電力回路のサイズを低減するために、高密度相互接続（ＨＤＩ）技術が一般に使用されている。プリント回路基板（ＰＣＢ）上に一般に実装されるＨＤＩ技術は、表面実装型コンポーネントを相互接続するために、「リードフレーム」として知られるストリップおよび銅トレース回路を備えたセラミックプレートを、または、より高度な技術では、埋込みコンポーネントを相互接続するために、「マイクロビア」として知られる銅を充填された微小な穴を、特に使用して、コンポーネントの埋め込みを空間的に最適化することに基づいている。レーザ穿孔、並びに、ろう付け、過渡液相（ＴＬＰ）接合、または金属ナノ粒子粉末焼結などの、様々なはんだ付け技法が使用される。
【0006】
しかしながら、大量生産のために必要となるコスト削減並びに集積およびコンパクトさのレベルの上昇を考えると、ＨＤＩ技術はその限界に達しつつある。ストリップおよびマイクロビアとの相互接続部が占める容積により、達成可能な集積のレベルが制限される。ストリップまたはケーブルとの相互接続部は、より高いクエンチング周波数または転流周波数と適合しない寄生インダクタンスをもたらす。しかしながら、転流周波数の増大は一般に、とりわけ電力変換器において、コンパクトさにとっては有利に働く。寄生インダクタンスの低減はまた、熱の発生を低減するために、破壊的であり得る電圧サージから回路を保護するために、および電磁放射の制御を改善するために、必要でもある。
【0007】
能動コンポーネントおよび受動コンポーネントの温度を臨界値未満に維持するため、熱平衡状態に達するため、並びに電力回路の信頼性を保証するためには、高性能の冷却が必要である。表面積が更に小さいシリコンチップおよび炭化シリコンなどの新しいパワー半導体が利用できれば、より高い電流密度およびクエンチング周波数の向上が可能になり、このことにより、電力回路をより一層コンパクトにすることが可能になる。しかしこれを行うためには、電力回路の構造および使用する技術は、コンポーネントの出来る限り近くで放散したエネルギーを取り除くことができるものでなければならない。コンポーネントによって形成された熱源と熱放散手段によって形成されたヒートシンクとの間の熱経路は、最適化されねばならない。
【0008】
知られている技術では、熱は、空気内にまたは冷媒内に伝達されるまでに、はんだ、銅めっき誘電性基板、金属ベースプレート、熱界面材料、および塊としてのヒートシンクなど、様々な層を通らなければならない。
【0009】
今や、当てはまる様々な制約に対して更なる最適化を可能にする、優れた熱放散性能を有する電子電力デバイスを製造するための、新規な技術を提案することが、必要であるように思われる。
【発明の概要】
【0010】
第１の態様によれば、本発明は、電子チップと、絶縁層および導電層から形成された積層基板と、熱放散手段と、を少なくとも備え、電子チップは基板に埋め込まれており、熱放散手段は基板の互いに反対側にある第１の面および第２の面に固着されている、電子電力回路に関する。本発明によれば、熱放散手段は、基板の互いに反対側にある第１の面および第２の面にそれぞれ装着された、ヒートシンクを形成する第１のバスバーおよび第２のバスバーを備え、第１のバスバーおよび第２のバスバーは各々、所定の離間された位置に固着されかつ金属の層によって互いにおよび電子チップの接触面と相互接続された、複数の金属バスバーセグメントから形成されている。
【0011】
本発明に係る回路の特定の特徴によれば、バスバーセグメントは、基板の第１のおよび第２の互いに反対側にある面に、誘電体層を介して固着される。
【0012】
別の特定の特徴によれば、バスバーセグメントのうちの少なくとも１つが、誘電体層を介してチップの電極に固着される。
【0013】
更に別の特定の特徴によれば、回路のバスバーセグメントおよび導電層および金属層は、銅で製作される。
【0014】
別の態様によれば、本発明はまた、「ハイ側」回路として知られる第１の回路が第２の「ロー側」回路上に積み重ねられている、少なくとも２つの上で概説したような回路であって、ハイ側回路およびロー側回路はその対応するバスバーによって機械的および電気的に接続されている、少なくとも２つの回路を備え、かつ、ハイ側回路とロー側回路との間に配置されている少なくとも１つの中央冷媒循環空間を備え、中央冷媒循環空間は、バスバーセグメント間に形成されている、電子電力デバイス、にも関する。
【0015】
特定の特徴によれば、デバイスは更に、デバイスの上側部分内に配置されている上側冷媒循環空間を少なくとも備え、上側冷媒循環空間は、上側回路の上側バスバーのセグメントと上側誘電体層との間に形成されている。
【0016】
別の特定の特徴によれば、デバイスは更に、デバイスの下側部分内に配置されている少なくとも１つの下側冷媒循環空間を備え、下側冷媒循環空間は、下側回路の下側バスバーのセグメントと下側誘電体層との間に形成されている。
【0017】
別の特定の特徴によれば、デバイスは、デバイスの上側部分または下側部分に誘電体層を介して固着された、少なくとも１つの制御回路を備える。
【0018】
更に別の態様によれば、本発明はまた、上で概説したような電子電力回路を作成するための、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法にも関する。本発明によれば、方法は、− 内部の積層された絶縁層および／または導電層間に含まれる少なくとも１つの電子チップを組み込んだ、ブランク材を作成することと、
− 樹脂プリプレグの誘電体部分によって、機械的に取り付けることと、ブランク材の互いに反対側にある上面および下面上の、所定の離間された位置にある金属バスバーセグメント、
− 互いに反対側にある上面および下面の各々について、当該面に固着されたバスバーセグメントと電子チップの接触面とを金属層堆積によって相互接続し、この結果、ヒートシンクを形成するバスバーを備える電子電力回路を形成することと、を含む。
【0019】
特定の特徴によれば、方法は、積層のステップ、アブレーションによる材料の除去のステップ、電着のステップ、およびフォトリソグラフィのステップを含む。
【0020】
以下の添付の図面を参照して、本発明の複数の特定の実施形態の以下の詳細な説明を読めば、本発明の他の利点および特徴がより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図2】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図3】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図4】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図5】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図6】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図7】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図8】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図9】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図10】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図11】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図12】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図13】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図14】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図15】本発明に係る、電子電力チップとヒートシンクを形成するバスバーとを組み込む方法のステップを示す、簡略化した断面図である。
【図16】液冷を行う、本発明に係る電子電力デバイスの特定の実施形態を示す簡略化した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明に係る方法の具体的な実施形態について、トランジスタ転流ブリッジまたはハーフブリッジのアームの形態の電子電力デバイスまたはモジュールの実施形態と関連させて、以下に記載する。従来、ブリッジアームは、「ハイ側」および「ロー側」トランジスタとしてそれぞれ知られる上側トランジスタおよび下側トランジスタと、関連付けられたダイオードと、を備える。かかるデバイスを、完全な転流ブリッジを形成するようにリンクさせてもよく、または、必要とされる電流が流れるように並列にリンクさせてもよい。
【0023】
一般に、本発明では、電子チップを組み込むための既知のよく理解されているプリント回路製造技法が使用される。したがって、本発明に係る方法は、積層、レーザアブレーション、フォトリソグラフィ、電解金属析出、および湿式エッチングを含む、異なる製造技法の組み合わせを使用してもよい。電子チップとバスバーを相互接続するために、電解金属析出が特に使用され得る。
【0026】
基板ＳＢは積層体ＬＡ１から作成され、積層体ＬＡ１上に誘電体部分ＣＳが堆積される。
【0027】
積層体ＬＡ１は、通常は銅で製作される導電性の金属箔ＦＣ１に固着される、誘電体層ＣＤ１から形成される。層ＣＤ１は通常は、グラスファイバとエポキシ樹脂とで構成された、ステップＢ（すなわち中間の重合ステップ）の誘電体層である。変形形態では、有機積層体または銅張積層板（ＣＣＬ）も使用され得る。
【0028】
誘電体部分ＣＳは事前に切断され、誘電体層ＣＤ１に移されて、キャビティＯＴおよびＯＤが形成される。誘電体部分ＣＳは通常は、グラスファイバとエポキシ樹脂とから構成されたステップＣの（すなわち完全に重合した）誘電体層から形成される。
【0029】
図３のステップでは、例えばパワートランジスタＭＴおよびダイオードＭＤの形態のコンポーネントチップは、基板ＳＢのキャビティＯＴおよびＯＤ内に位置決めされている。
【0030】
図４のステップは、チップＭＴおよびＭＤを担持する、図１の積層体ＬＡ１と類似の、別の積層体ＬＡ２の基板ＳＢ上の堆積を示す。積層体ＦＡ２は、銅で製作される導電性の金属箔ＦＣ２と、誘電体層ＣＤ２と、を備える。
【0031】
この段階では、誘電体層ＣＤ１およびＣＤ２は、まだ部分的にしか重合されていない。チップＭＴおよびＭＤは、誘電体層ＣＤ１と誘電体ＣＤ２との間に挟まれる。基板ＳＢ上でのＬＡ２の積層は通常、プレス加工および真空積層オーブンを通過させることによって達成される。
【0032】
真空積層オーブンから出て来ると、図５では、層ＣＤ１、ＣＳ、およびＣＤ２の積層に由来する完全に重合した誘電体層ＣＤ内にチップＭＴおよびＭＤが埋設されている、ブランク材ＥＢ１が得られる。銅箔ＦＣ１およびＦＣ２は、ブランク材ＥＢ１の互いに反対側にある上面および下面を形成する。
【0033】
図６のステップでは、ブランク材ＥＢ１上で材料除去工程が例えばレーザアブレーションによって行われ、この結果、金属製の微細なチップ接続パターンが作成される。図６に示すように、この場合、ブランク材ＥＢ１の上面にキャビティＣＡ１が作成され、この結果、チップＭＴの制御電極が解放される。チップＭＴはこの場合、例えばＭＯＳ−ＦＥＴパワートランジスタであり、解放される制御電極はトランジスタのゲート電極である。
【0034】
図７のステップは、ブランク材ＥＢ１の上面に被覆されているフォトレジストマスキング樹脂ＰＳ１を示す。この樹脂の部分ＣＡ２は、スクリーン印刷マスクの使用および紫外放射への暴露を従来通り用いて、解放されている。クリアランスＣＡ１およびＣＡ２は、ストリップ上に制御チップＭＴの制御電極用の接触ブロックおよび接続コーティングを作成することが意図されている。
【0035】
図８は、例えば酸素プラズマ処理、乾式剥離などの知られている方法によってまたは溶剤を使用して、マスキング樹脂ＰＳ１を除去した後の、作成の中間段階におけるチップＭＴの制御電極の接触ブロックＰＥを示す。接触ブロックＰＥは、ブランク材ＥＢ１上の、図７に示すクリアランスＣＡ１およびＣＡ２内に、通常は銅である、金属の電解析出によって作成される。
【0036】
図９のステップでは、ブランク材ＥＢ１の上面および下面を平面化するために、銅の電解析出が行われる。銅箔ＦＣ２および電極接触ブロックＰＥで製作されるブランク材ＥＢ１の上面は、銅平面化層ＰＬである。銅箔ＦＣ１で製作されたブランク材ＥＢ１の下面は、同じく銅平面化層ＰＬで覆われる。
【0037】
ステップ１０は、ブランク材ＥＢ１の上面および下面上の微細な金属接続パターンを明確にするための、別のフォトリソグラフィステップである。図１０に示すように、ブランク材ＥＢ１の上面および下面には、フォトレジスト樹脂ＰＳ２が堆積している。次に、湿式エッチングによって除去されることになる金属部分ＥＴが画定されており、樹脂ＰＳ２はこれらの部分から除去されている。
【0038】
ステップ１０でのエッチング後のブランク材ＥＢ１を図１１に示す。図１１に示すように、エッチングによる露出した銅部分の除去により、下にある誘電体層ＣＤの複数の部分が現われている。この段階では、ブランク材ＥＢ１の上側および下側金属接続パターンＭＣＨ、ＰＥ、およびＭＣＬ、特に電極接触ブロックＰＥおよびその接続ストリップ（図示せず）は、精確に完成および画定されている。しかしながら、下にある誘電体層ＣＤ内に埋設されたチップＭＴおよびＭＤの上側および下側接触面は、まだ解放されていない。
【0039】
図１２のステップでは、チップＭＴおよびＭＤの上側および下側接触面は、例えばレーザアブレーションによる、材料の除去によって解放されている。図１２に見ることができるように、層ＣＤに由来する誘電体部分ＣＤａが、金属接続パターンの、特に電極接触ブロックＰＥのおよびその接続ストリップの、両側に残されている。
【0040】
図１３から図１５は、上側バスバーＢＢＨおよび下側バスバーＢＢＬとブランク材ＥＢ１の互いに反対側にある上面および下面との、相互接続を示す。その通常の電力供給または他の機能に加えて、上側バスバーＢＢＨおよび下側バスバーＢＢＬはこの場合、互いに反対側にあるブランク材ＥＢ１の上面および下面に埋め込まれたヒートシンクを形成することを意図している。バスバーＢＢＨ、ＢＢＬは通常は銅で製作される。
【0041】
図１３に示すように、上側バスバーＢＢＨおよび下側バスバーＢＢＬは各々、機械的加工によって事前に切断されている、または場合によっては型成形によって得られる、複数のバスセグメントＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ、およびＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌから形成される。
【0042】
ステップＢの事前に含浸させた誘電体部分ＰＰ１Ｈ、ＰＰ２Ｈ、ＰＰ３Ｈ、ＰＰ４Ｈは、バスセグメントＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈの対応する面に移されて、ブランク材ＥＢ１の上面に押し付けられる。ステップＢの事前に含浸させた誘電体部分ＰＰ１Ｌ、ＰＰ２Ｌ、ＰＰ３Ｌは、バスセグメントＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌの対応する面に移されて、ブランク材ＥＢ１の下面に押し付けられる。誘電体部分ＰＰ１Ｈ、ＰＰ２Ｈ、ＰＰ３Ｈ、ＰＰ４Ｈ、およびＰＰ１Ｌ、ＰＰ２Ｌ、ＰＰ３Ｌは、ブランク材ＥＢ１の金属接続パターン部分ＭＣＨ、ＰＥ、およびＭＣＬに押し付けられて上記部分を覆うように提供される。
【0043】
ブランク材ＥＢ１はこの場合、バスセグメントＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４ＨとＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌとの間に挟まれる。誘電体部分ＰＰ１Ｈ、ＰＰ２Ｈ、ＰＰ３Ｈ、ＰＰ４Ｈ、およびＰＰ１Ｌ、ＰＰ２Ｌ、ＰＰ３Ｌを有する、バスセグメントＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈ、およびＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌは、ブランク材ＥＢ１の上面および下面に対して、より具体的にはその金属接続パターンＭＣＨ、ＰＥ、およびＭＣＬに対して、押圧される。組立体の積層は通常、真空プレスまたは真空積層オーブンを通過させることによって得られる。
【0044】
図１４は、組み付けられたバスセグメントを有するブランク材ＥＢ１の状態を示す。この段階では、バスセグメントは、誘電体部分の完全な重合によって、回路に機械的に固着されている。回路の誘電体絶縁パターンはこの段階で完成される。この場合、誘電体部分ＰＰ１Ｈ、ＰＰ２Ｈ、ＰＰ３Ｈ、ＰＰ４Ｈ、およびＰＰ１Ｌ、ＰＰ２Ｌ、ＰＰ３Ｌは、プレス加工および重合が終わると、誘電体部分ＣＤａに強固に接続され、バスバーから金属接続パターンＭＣＨ、ＰＥ、およびＭＣＬを電気的に絶縁することが留意されよう。誘電体部分ＰＰ１Ｈ、ＰＰ２Ｈ、ＰＰ３Ｈ、ＰＰ４Ｈ、およびＰＰ１Ｌ、ＰＰ２Ｌ、ＰＰ３Ｌは、好適な電気的絶縁および熱伝導効率を実現するように選択される。
【0045】
図１５のステップは、一方で機械的な組み付けを、他方で上側バスセグメントＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４ＨとチップＭＴ、ＭＤの上側接触面との電気的な相互接続、および下側バスセグメントＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３ＬとチップＭＴ、ＭＤの下側接触面との電気的な相互接続を完成させるための、金属化およびはんだ付けのステップである。
【0046】
この場合、電極接触ブロックＰＥの上方に固着されたバスバーセグメントＢＢ２Ｈおよびその接続ストリップの機能は、チップＭＴの制御電極の効果的な冷却であることが、留意されよう。
【0047】
図１５に示すように、ブランク材ＥＢ１の上側および下側部分に、電着によって銅の層ＭＥＨおよびＭＥＬが堆積される。
【0048】
銅の層ＭＥＨはブランク材ＥＢ１の上側部分上に堆積され、バスバーＢＢＨのバスセグメントＢＢ１Ｈ、ＢＢ２Ｈ、ＢＢ３Ｈ、およびＢＢ４Ｈと、例えばドレイン電極およびカソード電極に対応する、トランジスタチップＭＴおよびダイオードチップＭＤの上面とを、相互接続する。銅の層ＭＥＬはブランク材ＥＢ１の上側部分上に堆積され、バスバーＢＢＬのバスセグメントＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、およびＢＢ３Ｌと、ソース電極およびアノード電極に対応する、トランジスタチップＭＴおよびダイオードチップＭＤの下面とを、相互接続する。
【0049】
図１から図１５を参照して上記した本発明に係る方法により、より複雑さの高いまたは低い電子電力デバイスを形成するように組み付け可能な、サンドイッチ構造を用いた基本的回路ブリック（ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｉｃｋ）の製造が可能になる。これらの基本ブリックの組み立ては通常、プレス機内で、およびオーブンを通過させることによって、行われる。２つのブリックの間の機械的接続部および電気的接続部は、はんだ付けによって作成される。基本回路ブリックを複数の生産ライン上で生産して、製造を並行して行うことができることが、留意されよう。
【0050】
本発明に係る基本回路ブリックの構造は、バスバーによって形成されるヒートシンクと、電子チップの上側接触面および下側接触面との間での、銅の直接接触を可能にする。電子チップの両側に配置されかつ電子チップと直接接触している、銅塊から形成されたヒートシンクにより、熱を効果的に取り除くことが可能になる。トランジスタチップの制御電極の冷却はまた、電極に対して押圧されたバスバーセグメントによっても最適化される。更に、接続導体の長さが最小化されるが、このことは寄生インダクタンスの低減を助け、コンパクトさを更に高める。
【0051】
図１６は、２つの基本回路ブリックＢＣＨＳおよびＢＣＬＳを積み重ねることによって構築される、液冷式の電子電力デバイスＥＭを示す。デバイスＥＭはこの場合、２つのＭＯＳ−ＦＥＴトランジスタおよび２つのフライバックダイオードで構成されたトランジスタブリッジのアームである。
【0052】
２つの積み重ねられた基本ブリックＢＣＨＳおよびＢＣＬＳは、バスバーＢＢＨおよびＢＢＬをそのセグメントＢＢ１Ｌ、ＢＢ２Ｌ、ＢＢ３Ｌ、およびＢＢ１Ｈ、ＢＢ３Ｈ、ＢＢ４Ｈによって互いに組み付けることによって、接合平面ＩＰの領域内で機械的および電気的に接続される。例えば過渡液相（ＴＬＰ）はんだ付けによってまたは他のはんだ付け技法によって、組み付けを行うことができる。
【0053】
基本ブリックＢＢＨＳおよびＢＢＬＳの組み付けにより、デバイスの中央部分に中央冷媒循環空間、この場合ＣＣ１およびＣＣ２が創出される。電子チップの可能な限り近くに配置された冷媒循環空間ＣＣ１およびＣＣ２は、圧力下で熱交換冷媒を循環させるために提供される。
【0054】
デバイスＥＭは、デバイスＥＭの上側および下側部分にそれぞれ組み込まれている、制御回路ＣＴＲＬＨＳおよびＣＴＲＬＬＳを備える。制御回路ＣＴＲＬＨＳおよびＣＴＲＬＬＳは機械的に固着されており、誘電体層ＤＬＨＳおよびＤＬＬＳによって、基本ブリックＢＣＨＳおよびＢＣＬＳの上側および下側部分からそれぞれ電気的に絶縁されている。回路ＣＴＲＬＨＳおよびＣＴＲＬＬＳは各々、知られている技法に従って作成される、複数の積層された層を備える。能動コンポーネントおよび受動コンポーネントは、必要であれば、回路ＣＴＲＬＨＳおよびＣＴＲＬＬＳの内部の層の間に埋められるか、または別法として、ろう付けおよび／もしくは導電接合による従来のやり方で回路の表面に埋め込まれる。
【0055】
図１６で明らかなように、デバイスＥＭの上側および下側部分に絶縁誘電体層ＤＬＨＳおよびＤＬＬＳを有する制御回路ＣＴＲＬＨＳおよびＣＴＲＬＬＳを組み込むことにより、上側冷媒循環空間ＣＨａ１、ＣＨｂ２、ＣＨ２および下側冷媒循環空間ＣＬ１、ＣＬ２を形成することが可能になる。中央空間ＣＣ１およびＣＣ２の両側に配置された空間ＣＨａ１、ＣＨｂ２、ＣＨ２、およびＣＬ１、ＣＬ２は、デバイスＥＭの冷却を向上させるのを助ける。電子チップはこの結果、その上面および下面の並びに制御電極の近くで熱交換液を循環させることによって、より効果的に冷却される。
【0056】
本発明に係る電子電力デバイスの他の実施形態が、当然ながら可能である。この場合、例えば、デバイスＥＭの上側部分および／または下側部分は、必ずしもこの位置に制御回路を埋め込まなくても、単に誘電体層を用いて閉じることができる。別法として、デバイスＥＭの下側部分は空冷できるように開いたままとすることができ、バスバーのスロット状の外形により熱交換面積は大きくなる。
【0057】
本発明は、本明細書で例として記載した特定の実施形態に限定されない。当業者は、本発明の用途に応じて、付属の特許請求の範囲の範囲内にある、様々な修正形態および変形形態を作り出すことができる。
【国際調査報告】