HU225864B1 - Power semiconductor module - Google Patents

Power semiconductor module Download PDF

Info

Publication number
HU225864B1
HU225864B1 HU0200604A HUP0200604A HU225864B1 HU 225864 B1 HU225864 B1 HU 225864B1 HU 0200604 A HU0200604 A HU 0200604A HU P0200604 A HUP0200604 A HU P0200604A HU 225864 B1 HU225864 B1 HU 225864B1
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
power semiconductor
semiconductor module
layers
module according
layer
Prior art date
Application number
HU0200604A
Other languages
English (en)
Inventor
Kuno Wolf
Gerhard Koelle
Juergen Zaremba
Wolfgang Jacob
Alexander Wallrauch
Christoph Ruf
Ralf Schmid
Peter Urbach
Bernd Bireckoven
Hans-Reiner Krauss
Dirk Scholz
Original Assignee
Bosch Gmbh Robert
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bosch Gmbh Robert filed Critical Bosch Gmbh Robert
Publication of HUP0200604A2 publication Critical patent/HUP0200604A2/hu
Publication of HUP0200604A3 publication Critical patent/HUP0200604A3/hu
Publication of HU225864B1 publication Critical patent/HU225864B1/hu

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/071Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next and on each other, i.e. mixed assemblies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5385Assembly of a plurality of insulating substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

(54) Teljesítmény-félvezető modul (57) Kivonat
A találmány tárgya teljesítmény-félvezető modul, mely magában foglal egy rétegszerkezetet, mely több rétegben egymásra fektetett hordozórétegekből (1, 2, 3) áll, amelyek legalább egy főfelületükön legalább egy vezetősínnel (31, 33) rendelkeznek, ahol a rétegszerkezet két szomszédos hordozórétege (1, 2, 3) között legalább
HU 225 864 Β1
1d. ábra
A leírás terjedelme 10 oldal (ezen belül 4 lap ábra)
HU 225 864 Β1 egy elektronikus félvezető építőelem (40-43) található, amely a rétegszerkezetben a félvezető építőelem (40-43) felett elhelyezkedő hordozóréteg (1, 2, 3) legalább egy vezetősínjéhez (31, 33) és a rétegszerkezetben a félvezető építőelem (40-43) alatt elhelyezkedő hordozóréteg (1, 2, 3) legalább egy további vezetősínjéhez (31, 33) van csatlakoztatva elektromos és hővezető csatlakozással. A jobb hőelvezetés érdekében a legalább egy félvezető építőelemet (40-43) zárt tokozás veszi körül, amelynek alsó és felső falát a rétegszerkezet két külső hordozórétege (1, 2, 3) képezi, és az egymásra rétegzett hordozórétegek (1, 2, 3) közötti köztes térrészek (4, 5) tömített lezárását egy, a hordozórétegekhez (1, 2, 3) rögzített, körbefutó borítás biztosítja.
A találmány tárgya teljesítmény-félvezető modul, amely rétegszerkezetet tartalmaz, amely több rétegben egymásra fektetett hordozórétegekből áll, amelyek legalább egy főfelüietükön legalább egy vezetősínnel rendelkeznek. A rétegszerkezet két szomszédos hordozórétege között legalább egy elektronikus félvezető építőelem található, amely a rétegszerkezetben a félvezető építőelem felett elhelyezkedő hordozóréteg legalább egy vezetősínjéhez és a rétegszerkezetben a félvezető építőelem alatt elhelyezkedő hordozóréteg legalább egy további vezetősínjéhez van csatlakoztatva elektromos és hővezető csatlakozással.
Ilyen teljesítmény-félvezető modult ismertet a WO 98/15005, mely több félvezető építőelemből áll, melyek felül egy első hordozóréteg vezetési síkjával, alul pedig egy második hordozóréteg vezetési síkjával érintkeznek elektromosan. A két hordozórétegből és a köztük elhelyezkedő félvezető építőelemekből képzett rétegszerkezet további hordozórétegek egymásra fektetésével kiterjeszthető úgy, hogy két hordozóréteg közé egy-egy félvezető építőelemeket tartalmazó réteg kerül. A hőelvezetés javítása érdekében a külső hordozórétegek legalább egyikére egy hőelnyelőként szolgáló fémlemezt erősítenek.
Annak érdekében, hogy az elektromos kapcsolást a nedvességtől és a szennyeződésektől megvédjék, a rétegszerkezetből és a hőelnyelőből álló elrendezést egy légmentesen lezárt tokban kell elhelyezni. Ennek hátránya, hogy a hő először a hőelnyelőre áramlik, majd csak ezután jut ki a tokozás falán keresztül a külvilágba. Ha a hőelnyelő egyidejűleg a tokozás falaként is szolgál, például fémből készült padlóként, nagyobb problémák lépnek fel a tokozás légmentes szigetelésével, mivel a hőelnyelőnek elég nagynak kell lennie a hatékony hűtés biztosítása érdekében. Ezért egy összességében nehezen kezelhető, nagy szerkezetet kell légmentesen betokozni, ahol a tokozás kivitele a használt hőelnyelő, illetve hűtőtest méretétől függ. A lezárt tokban elhelyezkedő hőelnyelőt a későbbiekben már nem lehet megváltoztatni, így a hűtőtest nem alkalmazkodhat rugalmasan a hőtermelő félvezető építőelemek számához és típusához.
További nehézség, hogy a teljesítmény-félvezetők erős hőtermelése miatt sok esetben a teljesítmény-félvezető modult hűtőfolyadékkal kell hűteni. Az ismert elrendezéseknél költséges módon hűtőcsatornákat kell létrehozni a hűtőtestben, melyekben a hűtőfolyadék áramolhat. Mivel a hűtőcsatornák a tokozás belsejében található hűtőtestben futnak, jelentős ráfordítást igényel a hűtőfolyadék be- és kivezetése a légmentesen szigetelt tokozásba.
A JP 10 056 131 (D1) olyan teljesítmény-félvezetőt ismertet, amely több egymás fölött elrendezett hordozóréteget tartalmaz, amelyek legalább egy főfelületén legalább egy vezetőpálya van kialakítva, ahol két szomszédos hordozóréteghez legalább egy elektronikus félvezető elem tartozik, amely legalább egy vezetőpályán keresztül a félvezető elem fölötti hordozóréteghez és legalább egy további vezetőpályán keresztül a félvezető elem alatti hordozóréteghez elektromosan és hővezetőén csatlakoztatva van (3b. ábra). A két külső hordozóréteg a köteg felső és alsó házfalát képezi, és így ezek a hordozórétegek a legtágabb értelemben határoló házrészeknek tekinthetők. A félvezető elem által termelt hő legalább egy részét a külső hordozóréteg által képezett felső és alsó házfalra van rávezetve, amely azt a ház környezetének adja át. Ez a leírás azonban nem foglalkozik a lezárás módjával.
A találmány szerinti teljesítmény-félvezető modullal ezek a hátrányok kiküszöbölhetők. Azáltal, hogy a rétegszerkezet legalsó és legfelső hordozórétege egyben a teljesítmény-félvezető modul alsó és felső falaként is szolgál, és a félvezető elemek által termelt hőt a külső hordozórétegekre vezetjük ki, elérhetjük, hogy a hő a külső hordozórétegekről közvetlenül a tokozást körülvevő térbe adódjon le, és ne egy, a tokozáson belül lévő hűtőtest vezesse le. A tokozás előnyös módon magában foglalja a külső hordozórétegekből képzett alulsó és felső falat, valamint a tokozás négy oldalfalát képző körbefutó falazatot, melyet a hordozórétegekhez rögzítünk, így egyszerű módon tudunk légmentesen zárt és különösen kompakt elrendezést létrehozni, amely emellett nagyon hatékonyan adja le a hőt a külvilágba. Különösen előnyös, hogy a találmány szerinti teljesítmény-félvezető modult hütőcsatornák munkaigényes kiképzése és a tokozás felépítésének megváltoztatása nélkül egy áramló hűtőközegbe helyezhetjük vagy egy hűtőtesthez kapcsolhatjuk. A külső hordozórétegekre kivezetett hő előnyös módon közvetlenül az adott esetben felhasznált hőelnyelőre adódik át. Sokoldalú és rugalmas alkalmazási lehetőségeivel a találmány szerinti teljesítmény-félvezető modul jelentős előnyöket kínál a technika jelenlegi állása szerint Ismert megoldásokkal szemben.
A találmány továbbfejlesztéseit és előnyös kiviteli példáit az aligénypontokban ismertetett jellemzők teszik lehetővé.
Azáltal, hogy forrasztással hozzuk létre a félvezető építőelemek elektromos érintkezését a félvezető építő2
HU 225 864 Β1 elemek felett elhelyezkedő hordozóréteggel, illetve a félvezető építőelemek felett elhelyezkedő hordozóréteggel, a rétegszerkezetben lehetővé válik a hő különösen gyors levezetése a külső hordozórétegekre.
A hőelvezetést fokozhatjuk azáltal, hogy az egymásra rétegzett hordozórétegek közötti teret egy folyékony, kikeményedő és hővezető közeggel töltjük ki.
Egyidejűleg előnyös módon a hordozórétegek főfelületeire merőlegesen futó homlokfelületeire is felvihetjük a folyékony, kikeményedő és hővezető közeget, oly módon, hogy a folyékony, kikeményedő és hővezető közeg képezze a körbefutó falazatot. Ezáltal feleslegessé válik a falazat rétegszerkezethez rögzítésének lépése.
Előnyös módon folyékony, kikeményedő és hővezető közegként kapilláris folyékony ragasztó használható.
A találmány egy másik kiviteli példájánál a folyékony, kikeményedő és hővezető közeg fröccsöntött anyag. A hordozórétegekből és a félvezető építőelemekből álló rétegszerkezetet például egy fröccsöntési eljárással, illetve transzferformálással hozható létre.
A teljesítmény-félvezető modul csatlakozói előnyös módon érintkező elemek, melyek elektromosan kapcsolódnak a hordozórétegeken elhelyezett vezetősínekhez, az oldalakon lépnek ki a hordozórétegek közötti térrészből és a körbefutó borításon keresztül jutnak ki a tokozásból a külvilágba. Ha a körbefutó borítás elektromosan vezető anyagból áll, akkor például szigetelt átvezetéssel is kivezethetjük az érintkező elemeket. Annak érdekében, hogy a tokozás légmentesen zárt legyen, a szigetelt átvezetéseket üveges átvezetésekként is elkészíthetjük a körbefutó borítás egy-egy nyílásában.
A találmány egy másik kivitelénél a körbefutó borítást legalább részben a hordozórétegek főfelületeire merőlegesen futó homlokfelületeihez rögzítjük. A borítást például egyetlen fémlemezből is készíthetjük, melyet a hordozórétegek homlokfelületeire ragasztunk vagy forrasztunk, vagy más módon erősítünk oda.
Különösen előnyös, ha a körbefutó borítást legalább egy, zárt, körbefutó keret alkotja, melyet egy alsó és felső hordozóréteg közé helyezünk oly módon, hogy legalább a félvezető építőelemet vagy építőelemeket teljesen körülfogja, ahol a keret szorosan kapcsolódik az alsó hordozóréteghez és a felső hordozóréteghez. Ez esetben a két-két hordozóréteg között elhelyezkedő rések mindegyikéhez egy-egy keret szükségeltetik.
A kereteket előnyös módon fémkeretekből képezzük ki, és a felső hordozóréteg egy körbefutó vezetősínjével és az alsó hordozóréteg egy körbefutó vezetősínjével nagy felületen összeforrasztjuk őket. A keretek forrasztása előnyösen a félvezető építőelemeknek a hordozórétegek vezetősínéihez forrasztásával egyszerre történik. Egy ilyen teljesítmény-félvezető modul előállítása különösen egyszerűen és biztonságosan elvégezhető. Mivel a körbefutó keretek nem teszik lehetővé a csatlakozók oldalirányú kivezetését a hordozórétegek közötti térrészből, a félvezető építőelemek elektromos csatlakozóit a hordozórétegeken keresztüli csatlakoztatásokkal vezetjük ki, és a külső hordozórétegek külső felületén elektromosan hozzákapcsoljuk őket a csatlakozóelemekhez.
A találmány egy másik előnyös kiviteli példájában a rétegszerkezet legalább egy hordozórétegét egy rugalmas csillapítóréteggel látjuk el, az így képzett szerkezet a hordozórétegek síkjára merőleges irányban rugalmasan összenyomható. Ez előnyös módon lehetővé teszi, hogy a teljesítmény-félvezető modult egy hűtőtest megfelelően kiképzett vájatába vagy rekeszébe helyezzük, ekkor a rugalmas réteg nyomóereje a külső hordozórétegeket erősen a hűtőtesthez szorítja. Ehhez csavaros kötés nem szükségeltetik. A rugalmas réteg készülhet például rugalmasan deformálható műanyagból. Egy másik kiviteli példában a rugalmas réteget több, egy síkban elhelyezett rugózó elemből képezzük ki.
A találmány kiviteli példáit az ábrák szemléltetik, ezeket a leírásban részletezzük.
la. ábra: a találmány szerinti teljesítmény-félvezető modul egy első kiviteli példájának keresztmetszeti képe.
lb. ábra: az 1a. ábra B-B vonal mentén vett metszeti képe.
lc. ábra: az 1a. ábra C-C vonal mentén vett metszeti képe.
ld. ábra: az 1a. ábra A-A vonal mentén vett metszeti képe.
2a. ábra: a találmány második kiviteli példájának keresztmetszeti képe.
2b. ábra: a 2a. ábra D-D vonal mentén vett metszeti képe.
3a. ábra: a találmány harmadik kiviteli példájának keresztmetszeti képe.
3b. ábra: a 3a. ábra D-D vonal mentén vett metszeti képe.
4. ábra: a találmány negyedik kiviteli példájának keresztmetszeti képe.
Mint az az 1. ábrán látható, a teljesítmény-félvezető modul egy több 1, 2, 3 hordozórétegből álló rétegszerkezetet tartalmaz. Az itt bemutatott kiviteli példákban a teljesítmény-félvezető modul összesen három hordozóréteget tartalmaz, lehetséges azonban csak két hordozórétegből, vagy háromnál több hordozórétegből álló szerkezet alkalmazása is. Az 1, 2, 3 hordozórétegek az 1a-1d. ábrákon bemutatott példában úgynevezett IMSrétegek (Insulated-metal-substrat), melyek egy-egy 11, 12, 13 fémlemezt tartalmaznak. A 11, 12,13 fémlemezek legalább egyik főfelületükön egy vékony 21, 22, 23, 24 szigetelőréteggel vannak ellátva. A 21, 22, 23, 24 szigetelőrétegek mindegyikén egy vékony fémréteg van felvive, melyben 31-36 vezetősínek vannak kiképezve ismert módon strukturálással, (gy az első 1 hordozóréteg alsó oldalán a 31, 32 vezetősínek találhatók. A 2 hordozóréteg felső oldalán a 33 vezetősín és alsó oldalán a 34 és 35 vezetősínek találhatók. A 3 hordozóréteg felső oldalán a 36 vezetősín található. Amint az az 1a. ábrán látható, az 1, 2, 3 hordozórétegek között található 4,5 köztes térrészben a 40-43 félvezető építőelemek helyezkednek el. Az 1a. és 1c. ábrán látható, hogy a 41 és 43 félvezető építőelemeket alsó felükkel a
HU 225 864 Β1 hordozóréteg 36 vezetősínére forrasztottuk, és ezáltal elektromosan érintkeznek a 36 vezetősínnel. A második 2 hordozóréteg alsó 34, 35 vezetősínéivel a 41, 43 félvezető építőelemek felső felére van felforrasztva. Ekkor a 34 vezetősín egy nem ábrázolt első csatlakozással, a 35 vezetősín pedig egy második csatlakozással kapcsolódik a 41, 43 félvezető építőelemekhez, és rajtuk keresztül elektromos kapcsolatban állnak. A középen lévő 2 hordozóréteg felső 33 vezetősínjére két további 40, 42 félvezető építőelemet forrasztottunk. A rétegszerkezetet az első 1 hordozóréteg zárja le, mely a 31, 32 vezetősínekkel a 40, 42 félvezető építőelemekre van ráforrasztva. A 40-43 félvezető építőelemek például teljesítménytranzisztorok.
A rétegszerkezet felépítése azonban nem korlátozódik a bemutatott kiviteli példára. így a rétegszerkezet mindegyik 4, 5 köztes térrészében további félvezető építőelemek és más elektronikus kapcsolóelemek helyezhetők el. A 40-47 félvezető építőelemek elektromosan vezető ragasztó segítségével is hozzákapcsolhatók a 31-36 vezetősínekhez. Általában azonban forrasztással rögzítik a félvezető építőelemeket, mivel a forrasztott összeköttetések különösen gyorsan képesek kivezetni a 40-47 félvezető építőelemek által termelt hőt a külső 1 és 3 hordozórétegekre. Természetesen továbbra is lehetséges, hogy háromnál több ilyen réteget rétegezzünk egymásra a bemutatott módon, vagy hogy csak két hordozó szubsztrátréteget használjunk. Adott esetben az 1-3 hordozórétegekbe keresztirányú érintkezőket is építhetünk, hogy a különböző síkokban elhelyezkedő vezetősíneket egymással összekössük, vagy hogy az 1-3 hordozórétegekre merőleges irányban javítsuk a hőelvezetést. Az 1-3 hordozórétegek választéka nem korlátozódik az IMS-rétegekre. Azaz használhatunk például DCB-rétegeket (direct copper bonded) kerámiamaggal vagy más alkalmas rétegeket is.
Amint az az 1a. és 1c. ábrán látható, a lényegében téglatest alakú rétegszerkezet felső 1 hordozórétege és alulsó 3 hordozószubsztrátja képezi a teljesítményfélvezető modul tokozásának felső és alsó falát. A tokozás négy oldalfalát a körbefutó 70 borítás képezi, mely az 1, 2, 3 hordozórétegek főfelületeire merőlegesen futó 15, 16, 17 homlokfelületekhez van rögzítve. A 70 borítás lehet fémfólia, és például forrasztással, ragasztással vagy más módon rögzíthető az 1-3 hordozórétegek 15, 16, 17 homlokfelületeire. Amint azt az 1b. és 1d. ábra mutatja, a hat 51-56 érintkező elem mindegyike egy-egy 31-36 vezetősínnel áll összeköttetésben. Emiatt az 51-56 érintkező elemek teljesítmény-félvezető modul felőli végei az 1-3 hordozórétegek közötti 4, 5 köztes térrészekben a megfelelő 33, 34 vezetősínekkel vannak összeforrasztva, vagy más alkalmas módon összekötve. Az 1d. ábrán látható, hogy például az 53 érintkező elem a 33 vezetősínnel áll elektromos összeköttetésben. Az 51, 55 érintkező elemek a felső, az 1d. ábrán nem látható 31 és 32 vezetősínekkel lettek összeforrasztva. Ez a 40-43 félvezető építőelemek felforrasztásával együtt megtehető.
Látható továbbá, hogy az 51-56 érintkező elemek teljesítmény-félvezető modullal ellentétes végeit a borításon keresztül kivezettük a tokozásból. Az 59 üveges kivezetések a 70 borítás 71 homlokfalának nyílásaiban helyezkednek el és az üveg az 51-56 érintkező elemeket koncentrikusan körülfogja, amely a fémből készült 70 borítás és az 51-56 érintkező elemek egymástól való elszigetelésére szolgál. A 70 borítás állhat egy vagy több részből is. így például a 71 homlokfalat az 59 üveges kivezetésekkel külön is elkészíthetjük, és egy U alakban az 1-3 hordozórétegek köré csavart fémfóliával köthetjük össze, ahogy ez legjobban az 1d. ábrán látható. Ha a 71 homlokfal valamelyest távolabb van az 1-3 hordozórétegek rétegszerkezetétől, mint azt az 1a. ábra mutatja, a 72, 73 fedőelemek, melyek egyrészt a tokozás alsó és felső falaival, másrészt a 71 homlokfallal vannak összekötve, biztosítják a tokozás légmentes szigetelését. Az 51-56 érintkező elemek megfelelő kialakítása mellett azonban a 71 homlokfalai közvetlenül az 1-3 hordozórétegek 15-17 homlokfelületeire is helyezhetjük. A 71 homlokfal és az 1-3 hordozórétegek közötti esetleges rést, illetve az 1-3 hordozórétegek közötti 4, 5 köztes térrészeket egy folyékony, kikeményedő és 101 hővezető közeggel, például kapilláris ragasztóval tölthetjük ki, mely például a flip-chip-technológiából underfillként ismert. A folyékony, kikeményedő 101 hővezető közeg hatására javul a hő leadása az 1, 3 külső hordozórétegekre, és ezenkívül nő a tokozott szerkezet sűrűsége is. A tokozást előnyösen a 70 borítás 15, 16, 17 homlokfelületekre rögzítésével légmentesen lezárhatjuk.
A találmány egy további kiviteli példáját mutatja be a 2a. és 2b. ábra. A három 1, 2, 3 hordozóréteg ebben a példában DCB-rétegből áll, melyek mindegyike tartalmaz egy-egy, például AI2O3-ból vagy ΑΙΝ-ből készült 61, 62, 63 kerámialemezt, melyek alsó és felső oldalai rézréteggel vannak bevonva. A rézrétegekben 30-37 vezetősíneket hoztunk létre, ahol a 31-36 vezetősínek az 1a. és 1c. ábrán látott 31-36 vezetősíneknek felelnek meg. Az 1, 2, 3 hordozórétegek közötti 4, 5 köztes térrészben helyezkednek el a 40-47 félvezető építőelemek, melyeket a 31-36 vezetősínekkel az első kiviteli példában leírt módon összeforrasztottunk. Az 1a-1d. ábrákon látható első kiviteli példától eltérően a lezárást itt két körbefutó téglalap alakú 80 keret képezi, ahol minden egyes 4, 5 köztes térrészhez egy-egy zárt 80 keret tartozik, mely az ott elhelyezett 40-47 félvezető építőelemeket veszi körül. A 80 keretek előnyös módon fémkeretek, melyeket az 1-3 hordozórétegek körbefutó 38, 39 vezetősínéihez forrasztunk. Mint az ábrán látható, például a felső 80 keretet a 2 hordozóréteg egy zárt 39 vezetősínjével és az 1 hordozóréteg egy zárt 38 vezetősínjével forrasztottuk össze, ahol a 40,42,44, 46 félvezető építőelemek mind az 1, 2 hordozórétegek zárt 38, 39 vezetősínéi között helyezkednek el. A teljesítmény-félvezető modul elektromos csatlakozóit az
1. ábrától eltérően nem az oldalakon vezettük ki a rétegszerkezetből, hanem 81-86 keresztérintkezőkön keresztül a külső 1,3 hordozórétegeken lévő 51-56 érintkező elemekkel kötöttük össze. Az 51-56 érintkező elemeket strukturálással képeztük ki a rétegszerkezet kül4
HU 225 864 Β1 ső 30 és 37 vezetősínéiből, amit adott esetben fémfóliával is megerősíthetünk. Az 51-56 érintkező elemek teljesítmény-félvezető modultól távolabbi végei előnyösen csatlakozóként szolgálnak.
Mint azt a 2a. és 2b. ábra mutatja, ehhez a 40, 42, 44, 46 félvezető építőelemek felső csatlakozóival összekötött 31 és 32 vezetősíneket a 81 és 85 keresztérintkezők segítségével kivezethetjük, miközben a 40, 42, 44, 46 félvezető építőelemek alsó csatlakozófelületével összekötött 33 vezetősínt a 88 érintkező részen keresztül a 83 keresztérintkezővel forrasztjuk össze. A 88 érintkező rész forrasztása a 40, 42, 44, 46 félvezető építőelemekkel együtt történhet, ahol a 88 érintkező rész magassága nagyjából megegyezik a 40, 42,
44, 46 félvezető építőelemek magasságával. Hasonlóan járhatunk el a 34-36 vezetősínek, az alsó 41, 43,
45, 47 félvezető építőelemek és az alsó 88 érintkező részek esetében is.
A 3a. és 3b. ábrán egy harmadik kiviteli példa látható, mely a 2a. és 2b. ábrán bemutatott példától csak a középső 2 hordozóréteg felépítésében különbözik. Amint az látható, a 2 hordozóréteget a középső réteg veszi körül, mely rugalmas anyagból készült. A 90 rugalmas réteg állhat például rugalmasan deformálható műanyagból, vagy több, egy síkban elhelyezett rugózó elemből. A rugalmasan deformálható réteg alsó és felső oldalára egy-egy 62a és 62b kerámiaréteget vittünk fel. A 62a és 62b kerámiarétegek 90 rugalmas réteggel ellentétes oldalán helyezkednek el a 33 és 34 vezetősínek. Egyébiránt a teljesítmény-félvezető modul felépítése a 2a. ábrán bemutatott példával azonos módon történik. Lehetséges azonban, hogy a 33 és 34 vezetősíneket közvetlenül a 90 rugalmas rétegre vigyük fel, és a 62a és 62b kerámiaréteget elhagyjuk, abban az esetben, ha a 90 rugalmas réteg elektromosan szigetelő anyagból, például műanyagból készült.
A 90 rugalmas réteg hatására az 1-3 hordozórétegek rétegszerkezete az 1-3 hordozórétegek főfelületeire merőleges irányban összenyomhatóvá válik. A rétegszerkezet deformálhatósága ellenére a teljesítmény-félvezető modul tokozása légmentesen zárt marad, ugyanis összenyomáskor a 80 keretek egymás felé mozdulnak el. Az ábrázolt teljesítmény-félvezető modul például összenyomva elhelyezhető a 95 hűtőtest egy vájatszerű rekeszébe. A 90 rugalmas réteg nyomóereje a külső 1 és 3 hordozórétegeket, rajtuk a külső 30 és 37 vezetősínekkel erősen a 95 hűtőtesthez szorítja, így javítva a hőelvezetést. A teljesítmény-félvezető modul hűtőtesthez csavarozása ehhez nem szükséges.
A 4. ábra a találmány egy negyedik kiviteli példáját mutatja be. Az 1, 2, 3 hordozórétegek itt is DCB-rétegek központi 61, 61, 63 kerámialemezekkel. Az 1-3. ábrákon bemutatott kiviteli példáktól eltérően itt a 100 körbefutó borítás nem egy, az 1-3 hordozórétegekhez rögzített körbetekert borítás, és nem is több egymás fölé helyezett körbefutó keret, hanem 101 hővezető közeg, melyet egy megfelelően kiképzett fröccsöntő eszközzel oly módon viszünk fel az 1, 2, 3 hordozórétegek közötti 4, 5 köztes térrészekbe és a hordozórétegek 15, 16, 17 homlokfelületeire, hogy a szerszám eltávolítása után a 15-17 homlokfelületeken egy fröccsöntött anyagból álló 100 körbefutó borítás marad, mely a teljesítmény-félvezető modult légmentesen lezárja. A teljesítmény-félvezető modul csatlakozóit 51-56 érintkező elemek alkotják, melyeket az 1. ábrán látottakhoz hasonló módon forrasztunk a 31-35 vezetősínekre. Az 51-56 érintkező elemeket a fröccsöntési lépés előtt előnyösen alkalmas formájúra hajlíthatjuk.
Az 1-4. ábrákon bemutatott teljesítmény-félvezető modult hűtés céljából egy áramló hűtőfolyadékba vagy egy hűtőaggregátor légáramába helyezhetjük. A külső 1, 3 hordozórétegeket ekkor közvetlenül a tokozás körül áramló hűtőközeg hűti.

Claims (17)

1. Teljesítményfélvezető modul, mely magában foglal egy rétegszerkezetet, mely több rétegben egymásra fektetett hordozórétegekből (1, 2, 3) áll, amelyek legalább egy főfelületükön legalább egy vezetősínnel (31-36) rendelkeznek, ahol a rétegszerkezet két szomszédos hordozórétege (1, 2, 3) között legalább egy elektronikus félvezető építőelem (40-47) található, amely a rétegszerkezetben a félvezető építőelem (40-47) felett elhelyezkedő hordozóréteg (1, 2, 3) legalább egy vezetősínjéhez (31-36) és a rétegszerkezetben a félvezető építőelem (40-47) alatt elhelyezkedő hordozóréteg (1, 2, 3) legalább egy további vezetősínjéhez (31-36) van csatlakoztatva elektromos és hővezető csatlakozással, azzal jellemezve, hogy a legalább egy félvezető építőelemet (40-47) zárt tokozás veszi körül, amelynek alsó és felső falát a rétegszerkezet két külső hordozórétege (1,3) alkotja, és a félvezető építőelem (40-47) által termelt hő legalább részben a külső hordozórétegek (1, 3) alkotta alsó és felső tokfalra áramlik, és onnan a tokozás környezetébe adódik le, továbbá az egymásra rétegzett hordozórétegek (1, 2, 3) közötti köztes térrészeket (4, 5) egy, a hordozórétegekhez (1, 3) rögzített körbefutó borítás és keret (70, 80, 100) tömören lezárja.
2. Az 1. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy az alsó és felső hordozóréteg (1, 3), valamint a körbefutó borítás és keret (70, 80,100) képezte tokozás légmentesen zárt.
3. Az 1. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a legalább egy félvezető építőelem (40-47) elektromos érintkezését a félvezető építőelem (40-47) felett elhelyezkedő hordozóréteg (1) legalább egy vezetősínjével (31-36) és a félvezető építőelem alatt (40-47) elhelyezkedő hordozóréteg (3) legalább egy további vezetősínjével (31-36) forrasztás alkotja.
4. Az 1. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy az egymásra rétegzett hordozórétegek (1, 2, 3) közötti köztes térrészeket (4, 5) teljes egészében egy folyékony, kikeményedő és hővezető közeg (101) tölti ki.
HU 225 864 Β1
5. A 4. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a folyékony, kikeményedő és hővezető közeg (101) a hordozórétegek (1-3) főfelületeire merőlegesen futó homlokfelületeire (15, 16, 17) úgy van felvive, hogy a folyékony, kikeményedő és hővezető közeg (101) egyben a körbefutó borítást (100) is alkotja.
6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a folyékony, kikeményedő és hővezető közeg (101) folyékony kapillárisragasztó.
7. A 4. vagy 5. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a folyékony, kikeményedő és hővezető közeg (101) fröccsöntött anyag.
8. Az 1. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a hordozórétegeken (1-3) elhelyezkedő vezetősínekkel (31-36) érintkező elemek (51-56) vannak elektromosan összekapcsolva, amelyek a hordozórétegek (1-3) közötti köztes térrészekből (4, 5) oldalt és borításon (70) körbefutó borításon (100) keresztül a tokozásból ki vannak vezetve.
9. A 8. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a borításban (70) és a körbefutó borításban (100) szigetelt kivezetések vannak elhelyezve az érintkező elemek (51-56) számára.
10. A 9. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a szigetelt kivezetések üveges kivezetések (59), melyek mindegyike a körbefutó borítás (100) és borítás (70) egy-egy nyílásában van elhelyezve, és amelyek egy-egy érintkező elemet (51-56) zárnak körül légmentesen.
11. A 10. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a körbefutó borítás (100) és a borítás (70) legalább részben a hordozórétegek (1-3) főfelületeire merőlegesen futó homlokfelületeihez (15, 16, 17) van rögzítve.
12. Az 1. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a körbefutó borítást (100) legalább egy körbefutó, zárt keret (80) alkotja, amely egy felső és egy alsó hordozóréteg (1, 2, 3) között úgy van elhelyezve, hogy a keret (80) legalább a legkevesebb egy félvezető építőelemet (40-47) teljesen körbefogja, és a keret (80) az alsó hordozóréteghez (3) és a felső hordozóréteghez (1) tömítetten van rögzítve.
13. A 12. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a keret (80) fémkeret, amely a felső hordozóréteg (1) körbefutó vezetősínjével (38) és az alsó hordozóréteg (3) körbefutó vezetősínjével (38) nagy felületen van összeforrasztva.
14. A 12. vagy 13. igénypontok bármelyike szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a félvezető építőelemek (40-47) elektromos csatlakozói a hordozórétegekben (1, 2, 3) lévő keresztérintkezők (81-86) segítségével vannak kivezetve, és a külső hordozórétegek (1, 3) külső felületén lévő érintkező elemekkel (51-56) elektromosan össze vannak kötve.
15. A 12-14. igénypontok bármelyike szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a rétegszerkezet legalább egy hordozórétege (2) egy rugalmas réteggel (90) van ellátva, úgyhogy az így képzett rétegszerkezet a hordozórétegek (1, 2, 3) síkjára merőleges irányban rugalmasan összenyomható.
16. A 15. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a rugalmas réteg (90) rugalmasan deformálható műanyagból áll.
17. A 15. igénypont szerinti teljesítmény-félvezető modul, azzal jellemezve, hogy a rugalmas réteget (90) több, egy síkban elhelyezett rugózó elem alkotja.
HU0200604A 1999-10-09 2000-10-07 Power semiconductor module HU225864B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19950026A DE19950026B4 (de) 1999-10-09 1999-10-09 Leistungshalbleitermodul
PCT/DE2000/003529 WO2001027997A2 (de) 1999-10-09 2000-10-07 Leistungshalbleitermodul

Publications (3)

Publication Number Publication Date
HUP0200604A2 HUP0200604A2 (en) 2002-06-29
HUP0200604A3 HUP0200604A3 (en) 2003-02-28
HU225864B1 true HU225864B1 (en) 2007-11-28

Family

ID=7925962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU0200604A HU225864B1 (en) 1999-10-09 2000-10-07 Power semiconductor module

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6697257B1 (hu)
EP (1) EP1145316A3 (hu)
JP (1) JP4886137B2 (hu)
KR (1) KR100665933B1 (hu)
DE (1) DE19950026B4 (hu)
HU (1) HU225864B1 (hu)
WO (1) WO2001027997A2 (hu)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3780230B2 (ja) * 2002-07-03 2006-05-31 株式会社日立製作所 半導体モジュール及び電力変換装置
JP3673776B2 (ja) 2002-07-03 2005-07-20 株式会社日立製作所 半導体モジュール及び電力変換装置
JP3847676B2 (ja) * 2002-07-15 2006-11-22 三菱電機株式会社 パワー半導体装置
DE10258565B3 (de) * 2002-12-14 2004-08-12 Semikron Elektronik Gmbh Schaltungsanordnung für Halbleiterbauelemente und Verfahren zur Herstellung
DE10303103B4 (de) * 2003-01-28 2009-07-09 Ixys Semiconductor Gmbh Halbleiterbauteil, insbesondere Leistungshalbleiterbauteil
DE10303463B4 (de) * 2003-01-29 2006-06-14 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit wenigstens zwei in einem Gehäuse integrierten und durch einen gemeinsamen Kontaktbügel kontaktierten Chips
DE10352079A1 (de) * 2003-11-08 2005-06-02 Robert Bosch Gmbh Elektromotor, sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen
US7068515B2 (en) * 2004-11-24 2006-06-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Multi-chip module with stacked redundant power
US7623349B2 (en) * 2005-03-07 2009-11-24 Ati Technologies Ulc Thermal management apparatus and method for a circuit substrate
DE102005039478B4 (de) 2005-08-18 2007-05-24 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleiterbauteil mit Halbleiterchipstapel und Verfahren zur Herstellung desselben
JP4979909B2 (ja) 2005-08-19 2012-07-18 株式会社日立製作所 電力変換装置
US7554188B2 (en) * 2006-04-13 2009-06-30 International Rectifier Corporation Low inductance bond-wireless co-package for high power density devices, especially for IGBTs and diodes
DE102006018161A1 (de) * 2006-04-19 2007-10-25 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Elektronisches Bauelementmodul
JP4564937B2 (ja) 2006-04-27 2010-10-20 日立オートモティブシステムズ株式会社 電気回路装置及び電気回路モジュール並びに電力変換装置
US8089150B2 (en) * 2006-11-14 2012-01-03 Rinehart Lawrence E Structurally robust power switching assembly
JP4694514B2 (ja) * 2007-02-08 2011-06-08 トヨタ自動車株式会社 半導体素子の冷却構造
DE102007025957A1 (de) * 2007-06-04 2008-12-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Festlegen eines eine elektrische Schaltung oder dergleichen aufweisenden Flächensubstrats in einer Einbauposition
US7808788B2 (en) * 2007-06-29 2010-10-05 Delphi Technologies, Inc. Multi-layer electrically isolated thermal conduction structure for a circuit board assembly
US7911792B2 (en) * 2008-03-11 2011-03-22 Ford Global Technologies Llc Direct dipping cooled power module and packaging
WO2009150875A1 (ja) * 2008-06-12 2009-12-17 株式会社安川電機 パワーモジュールおよびその制御方法
DE102009045063C5 (de) * 2009-09-28 2017-06-01 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul mit angespritztem Kühlkörper, Leistungshalbleitermodulsystem und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls
DE102010020900C5 (de) * 2010-05-18 2013-06-06 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von Leistungshalbleitersubstraten
US8699225B2 (en) * 2012-03-28 2014-04-15 Delphi Technologies, Inc. Liquid cooled electronics assembly suitable to use electrically conductive coolant
CN104704629A (zh) * 2012-10-16 2015-06-10 富士电机株式会社 冷却构造体和发热体
KR101482317B1 (ko) * 2012-10-30 2015-01-13 삼성전기주식회사 단위 전력 모듈 및 이를 포함하는 전력 모듈 패키지
ITPI20130044A1 (it) * 2013-05-24 2014-11-25 Marco Ariani Struttura perfezionata di supporto per articoli di vario genere
JP6500563B2 (ja) * 2015-03-31 2019-04-17 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 スイッチング素子ユニット
EP3249685B1 (en) * 2016-05-24 2019-11-27 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. System comprising at least one power module comprising at least one power die that is cooled by a liquid cooled busbar
JP6522243B1 (ja) * 2017-07-14 2019-05-29 新電元工業株式会社 電子モジュール
JP7172847B2 (ja) * 2019-05-15 2022-11-16 株式会社デンソー 半導体装置
TWI701991B (zh) * 2019-07-08 2020-08-11 欣興電子股份有限公司 電路板結構
IT201900013743A1 (it) * 2019-08-01 2021-02-01 St Microelectronics Srl Dispositivo elettronico di potenza incapsulato, in particolare circuito a ponte comprendente transistori di potenza, e relativo procedimento di assemblaggio

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE468884A (hu) 1945-06-02 1900-01-01
DE1439060B2 (de) 1960-12-29 1970-08-13 Siemens AG, 1000 Berlin u. 8000 München Halbleiter-Gleichrichteranordnung
US3266125A (en) * 1962-11-13 1966-08-16 Douglas Aircraft Co Inc Method for making electrical circuit modules
US3388302A (en) 1966-12-30 1968-06-11 Coors Porcelain Co Ceramic housing for semiconductor components
US4218694A (en) * 1978-10-23 1980-08-19 Ford Motor Company Rectifying apparatus including six semiconductor diodes sandwiched between ceramic wafers
FR2525392A1 (fr) 1982-04-19 1983-10-21 Inst Elektrodinamiki Akademii Transistor de puissance du type comportant un nombre n de structures fonctionnelles branchees en parallele
DE3322593A1 (de) 1983-06-23 1985-01-10 Klöckner-Moeller Elektrizitäts GmbH, 5300 Bonn Halbleiteranordnung und verfahren zu ihrer herstellung
GB2146174B (en) * 1983-09-06 1987-04-23 Gen Electric Hermetic power chip packages
EP0244767A3 (en) 1986-05-05 1988-08-03 Silicon Power Corporation Hermetic semiconductor enclosure and process of manufacture
JPH0235453A (ja) * 1988-07-25 1990-02-06 Sekisui Chem Co Ltd 感光性樹脂組成物
JPH0514519Y2 (hu) * 1988-08-30 1993-04-19
EP0399161B1 (en) * 1989-04-17 1995-01-11 International Business Machines Corporation Multi-level circuit card structure
DE3924823A1 (de) 1989-07-27 1991-02-21 Telefunken Electronic Gmbh Halbleiteranordnung
US4965710A (en) * 1989-11-16 1990-10-23 International Rectifier Corporation Insulated gate bipolar transistor power module
JP2705368B2 (ja) * 1991-05-31 1998-01-28 株式会社デンソー 電子装置
JP2854757B2 (ja) * 1992-06-17 1999-02-03 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール
US5229917A (en) * 1992-07-24 1993-07-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force VLSI integration into a 3-D WSI dual composite module
JP3022178B2 (ja) * 1994-06-21 2000-03-15 日産自動車株式会社 パワーデバイスチップの実装構造
JP3879150B2 (ja) * 1996-08-12 2007-02-07 株式会社デンソー 半導体装置
DE59713027D1 (de) 1996-09-30 2010-03-25 Infineon Technologies Ag Mikroelektronisches bauteil in sandwich-bauweise
SE511425C2 (sv) * 1996-12-19 1999-09-27 Ericsson Telefon Ab L M Packningsanordning för integrerade kretsar
US5986887A (en) * 1998-10-28 1999-11-16 Unisys Corporation Stacked circuit board assembly adapted for heat dissipation
JP2000174180A (ja) * 1998-12-02 2000-06-23 Shibafu Engineering Kk 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR100665933B1 (ko) 2007-01-09
DE19950026B4 (de) 2010-11-11
US6697257B1 (en) 2004-02-24
KR20010104308A (ko) 2001-11-24
EP1145316A2 (de) 2001-10-17
WO2001027997A2 (de) 2001-04-19
HUP0200604A2 (en) 2002-06-29
HUP0200604A3 (en) 2003-02-28
DE19950026A1 (de) 2001-04-12
JP2003511864A (ja) 2003-03-25
WO2001027997A3 (de) 2001-12-06
JP4886137B2 (ja) 2012-02-29
EP1145316A3 (de) 2002-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
HU225864B1 (en) Power semiconductor module
JP6326280B2 (ja) パワーエレクトロニクス開閉装置及びパワーエレクトロニクス開閉装置を有する装置
CN107134443B (zh) 覆晶薄膜、显示装置和集成电路的封装方法
CN109564908B (zh) 半导体装置以及半导体装置的制造方法
CA2120468A1 (en) Electronic module containing an internally ribbed, integral heat sink and bonded, flexible printed wiring board with two-sided component population
US12041755B2 (en) Power semiconductor module arrangement and method for producing a power semiconductor module arrangement
JP2003258166A (ja) 半導体装置
US20170311482A1 (en) Heat dissipating structure
JP2003168769A (ja) 電力用半導体装置
US6700783B1 (en) Three-dimensional stacked heat spreader assembly for electronic package and method for assembling
JPH10335863A (ja) 制御装置
US5978226A (en) Electrical device having component heat dissipation
CN107452688B (zh) 半导体装置
JPS59132155A (ja) 半導体装置用容器
JP2000252419A (ja) 3次元モジュール構造
US10251256B2 (en) Heat dissipating structure
US7476571B2 (en) Method for cooling a semiconductor device
US20080224286A1 (en) Vertically mountable semiconductor device package
WO2016067390A1 (ja) 放熱構造
JPH0476944A (ja) 半導体装置の放熱構造とその実装方法
US20240071853A1 (en) Power Semiconductor Module Comprising a First and a Second Compartment and Method for Fabricating the Same
EP4270454A2 (en) Power semiconductor module comprising a first and a second compartment and method for fabricating the same
JPH01318259A (ja) 混成集積回路装置
JPH05160305A (ja) 半導体装置
JPH0927590A (ja) 複合半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of definitive patent protection due to non-payment of fees