KR100603880B1 - 냉각 수단을 포함하는 전력 전자 소자 - Google Patents

냉각 수단을 포함하는 전력 전자 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100603880B1
KR100603880B1 KR1019990052891A KR19990052891A KR100603880B1 KR 100603880 B1 KR100603880 B1 KR 100603880B1 KR 1019990052891 A KR1019990052891 A KR 1019990052891A KR 19990052891 A KR19990052891 A KR 19990052891A KR 100603880 B1 KR100603880 B1 KR 100603880B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
composite structure
power electronic
semiconductor circuit
electronic device
semiconductor
Prior art date
Application number
KR1019990052891A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000035714A (ko
Inventor
섀퍼크리스티안
메르메-귀에네미셸
Original Assignee
알스톰 홀딩스
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 알스톰 홀딩스 filed Critical 알스톰 홀딩스
Publication of KR20000035714A publication Critical patent/KR20000035714A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100603880B1 publication Critical patent/KR100603880B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies 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
    • H01L25/04—Assemblies 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
    • H01L25/07—Assemblies 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
    • H01L25/072—Assemblies 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 to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명의 소자는 제1 열 전달 및 전기 절연 합성 구조, 및 접속 단자들을 구비한 적어도 하나의 전력 반도체 회로를 포함하며, 상기 제1 합성 구조는 상기 반도체 회로에 인접한 각각의 도전층 또는 반도체 층 및 상기 반도체 회로에 대향하는 도전층 또는 반도체 층들을 구비한다. 접속 단자들은 상기 제1 합성 구조의 대향측에서 상호 절연된 도전성 부재들의 평면 어레이에 부착되고, 상기 어레이는 상기 반도체 회로에 대향하는 도전층 또는 반도체층을 포함하는 적어도 제2 합성 구조에 통합되며, 적어도 제1 합성 구조 또는 제2 합성 구조의 대향 층은 열 전달 유체 유동 수단을 포함한다. 이 소자는 그 저면 및 상면에서부터 냉각가능하다.
냉각 수단, 전력 전자 소자, 열 전달 유체 유동 수단, 열 전달 및 전기 절연 합성 구조, 평면 어레이

Description

냉각 수단을 포함하는 전력 전자 소자{POWER ELECTRONIC COMPONENT INCLUDING COOLING MEANS}
도 1 내지 3은 본 발명에 따른 전력 전자 소자 내에 포함된 합성 구조(composite structure)의 층 형성부의 제조 공정을 도시한 도면.
도 4는 도 1 내지 3에 도시된 층들로부터 형성된 합성 구조 및 상기 구조 상의 전력 반도체 회로를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 반도체 회로를 도시한 확대도.
도 6은 도 4에 도시된 구조와 같은 2개의 합성 구조들을 포함하는 본 발명에 따른 소자를 도시한 도면.
도 7 내지 9는 본 발명에 따른 전력 전자 소자의 합성 구조의 변형을 도시한 도면.
도 10은 도 8 및 9에 도시된 구조와 같은 2개의 구조를 포함하는 본 발명에 따른 소자를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 제1 웨이퍼
4 : 제2 웨이퍼
6, 8 : 그루브
12 : 관통로
16 : 절연 실리카 층
18 : 단결정 실리콘층
19 : 합성 구조
주로 레일 견인(rail traction)용 인버터를 구성하는데 사용되는 전력 전자 소자는, 일반적으로, 예를 들어 구리로 이루어진 기판을 포함한다. 이 기판에는 열 전달 및 전기 절연 기능을 갖는 합성 도전체-절연체-도전체 구조가 부착된다. 이들은 직접 결합된 구리(DBC), 구리-세라믹-구리의 적층 형태이다. 또한 이러한 합성 구조는, 여러 부품에서 형성될 수 있는, 알루미늄 또는 구리의 하부층, 에폭시 중간층 및 구리의 상부층을 포함하는 절연된 금속 기판(IMS) 형태가 될 수도 있다.
다수의 전력 반도체 회로들, 예를 들면 절연된 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)나 다이오드는 각 합성 구조에 배치된다. 반도체 회로의 일측에는 접속 단자들이 덮이고, 단자가 없는 측에는 합성 구조의 프리 금속층에 회로들이 고정되게 된다. 이 회로들은 예를 들면 주석-납 또는 주석-납-은의 소프트 납땜을 사용하여 고정시킨다.
그 다음, 통상적으로 380 내지 500 마이크론 범위의 직경을 갖는 알루미늄 배선이 각각의 접속 단자에 납땜된다. 이들 배선 각각은 또한 합성 구조의 상부 금속층에 납땜된다. 다음으로, 기판, 합성 구조 및 전력 반도체 회로의 어셈블리는 실리콘 젤로 충진되고 에폭시 수지 캡으로 덮인 케이스 내에 배치되어 전력 전자 소자를 형성한다.
이 소자는 일반적으로 수냉식 플레이트(water-cooled plate), 공기 가열 교환기 또는 "히트파이프(heatpipe)" 증발기 기반일 수 있는, 냉각 유닛에 배치된다. 이 유닛은 전력 전자 소자의 온도를 125 ℃ 이하로 유지하도록 설계되어 그 보존성(integrity)을 보장한다.
125 ℃ 주위의 임계 온도는 소자의 정격 전류를 결정하기 때문에, 전력 전자 소자의 기술 분야에서 냉각 문제는 특히 중요하다.
특히, 이러한 소자들의 공칭 전류 용량을 증가시키기 위해서는, 유닛의 비용을 명백히 증가시키는, 사용된 반도체 재료에 대한 품질을 향상시킬 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 소정 부피에 대한 정격 전류를 높여 유닛 가격을 높이거나 또는 부피를 감소시켜 소정의 공칭 전류에 대한 유닛 가격을 낮추기 위해 전력 전자 소자의 냉각을 개선하는데 있다.
본 발명은 특히 전체적인 구성을 종래의 소자들과 다르게 하여 냉각을 개선한 전력 전자 소자를 제공할 것을 제시한다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 적어도 하나의 전력 반도체 회로를 지지하는 제1 열 전달 및 전기 절연 합성 구조를 포함하며, 상기 제1 합성 구조에 대향하는 상기 전력 반도체 회로의 측면은 접속 단자를 가지며, 상기 제1 합성 구조는 상기 반도체 회로에 인접 및 대향하는 도전층 또는 반도체층들을 포함하는 전력 전자 소자에 있어서, 상기 접속 단자들은 상기 제1 합성 구조의 대향측에서 상호 절연된 도전성 부재들의 평면 어레이에 부착되고, 상기 어레이는 상기 반도체 회로에 대향하는 도전층 또는 반도체층을 포함하는 적어도 제2 열 전달 및 전기 절연 합성 구조에 통합되며, 적어도 상기 제1 합성 구조 또는 상기 제2 합성 구조의 대향 층은 열 전달 유체 유동 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 특징들에 따르면:
- 반도체 회로에 대향하는 층은 반도체 재료, 특히 실리콘으로 이루어진다.
- 반도체 회로에 대향하는 반도체 층은 함께 조립되는 제1 및 제2 웨이퍼 - 상기 웨이퍼들중 적어도 하나는 그루브(groove)들을 가짐 -를 포함하며, 열 전달 유체 유동 수단은 반도체 회로에 대향하는 상기 층에 관통로(through passage)를 포함하며, 상기 관통로는 상기 웨이퍼들 간의 형상의 결합에 의해 형성된다.
- 웨이퍼들은 각각의 그루브 열을 가지며, 상기 관통로는 상기 2개의 웨이퍼의 접합면의 각 대향측 상의 상기 대향 그루브들 간의 형상의 결합에 의해 형성된다.
- 관통로는 육각형 단면을 갖는다.
- 반도체 회로에 대향하는 층은 금속 재료로 이루어진다.
- 열 전달 유체 유동 수단은 전력 반도체 회로에 대향하는 금속층의 말단면 상으로 개구된다.
- 상기 유동 수단은 반도체 회로에 대향하는 금속층의 두께의 적어도 일부분에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 관통로를 포함한다.
- 단자들은 적어도 하나의 주석-납-은 돌기부(boss)를 납땜함으로써 제2 합성 구조의 평면 어레이에 부착된다.
- 단자들은 상기 돌기부 또는 각 돌기부에 접착된 코팅, 특히 티타늄-니켈-금 증착물에 의해서 상기 돌기부 또는 각 돌기부와 분리된다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 이하 기술되며, 이 도면들은 단지 예로써 이에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 전력 전자 소자 내에 통합된 반도체층의 제조 공정을 도시한 것이다. 본 공정에서는 도 1에 도시된 2개의 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용하는데, 이를 편의상 제1 웨이퍼(2) 및 제2 웨이퍼(4)라 한다. 이들은 동일 치수, 즉 약 1 ㎜의 두께(e)와 약 50 ㎜ × 50㎜의 면적을 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다음 단계는 제1 웨이퍼(2) 내에 그루브들을 형성하는 단계이다. 그루브는 본 기술 분야에서 공지되어 있는 방법인, 습식 화학적 에칭 공정에 의해서 형성된다. 이러한 동작들은 단결정 실리콘의 특성으로 인하여, 특히 용이하게 행해지며, 경사진 측면(flank)을 구비한 U-형 프로파일(profile)을 갖는 그루브들을 형성하고, 결정 면(crystal plane)을 따라 에칭이 이루어 진다. 그루브들의 측면(6A)의 경사 각도(α)는 57°에 가깝다. 그루브들은 웨이퍼의 주 방향들 중 한 방향과 평행하며, 2개의 대향하는 에지들 사이에 있다.
그루브(6)의 깊이(p)가 대략 폭(L)의 1/2과 같을 때 에칭이 중단된다. 도시된 실시예에서는, 대략 50 그루브들이, ㎝ 당 대략 10 그루브의 밀도에 대응하며, 웨이퍼(2) 상에 형성된다. 그루브들(6)은 균일하게 V-형의 웰이 될 수도 있다.
도 2는 웨이퍼(2)에 그루브(6) 만을 형성한 것을 도시한 도면으로, 이는 기술된 실시예에서 유사한 그루브들(8)이 제2 웨이퍼(4) 상에 형성됨을 알 수 있다.
다음 단계는 두개의 웨이퍼들(2 및 4)을 함께 조립하는 것이다. 이를 위해서, 2개의 웨이퍼들이 서로 결합된 후에 일련의 그루브들(6, 8) 각각이 서로 정렬된다. 이러한 동작은 약 600 ℃의 온도에서 행해진다.
이러한 방법으로 두개의 웨이퍼들(2, 4)을 조립함으로써 층(10)이 형성된다. 이는 각 웨이퍼들(2 및 4)에서 대향하는 그루브들(6, 8)의 형상의 결합에 의해서 다수의 관통로(12)가 형성된다. 관통로(12)는 2개의 웨이퍼들(2, 4) 사이의 결합면(P)의 각각의 대향 측에 있으며, 거의 육각형이며 이들의 높이(H)와 거의 동일한 폭(L)을 갖는다. 관통로는 층(10)의 2개의 대향 에지들 중 한 에지로부터 다른 에지로 연장된다는 점에서 관통로이다.
본 예에서, 그루브들은 2개의 웨이퍼들(2 및 4) 내에 형성된다. 그루브들은 또한 단 하나의 웨이퍼 상에 형성될 수도 있는데, 이 경우 그루브와 다른 웨이퍼의 평면에 의해서 관통로가 형성된다.
그 다음은, 도 4에 도시된 바와 같이, 절연 실리카 층(16)이 층(10)의 상부 상에 형성되고 그 위에 부가적인 단결정 실리콘층(18)이 배치되어 합성 구조(19)를 형성한다. 층들(10, 16 및 18)을 포함한 구조(19)는 전자 기술 분야에서 공지되어 있는 박막 증착 및 전해 공정들을 이용하여 종래의 방법으로 제조된다.
종래에는, IGBT 또는 다이오드와 같은 전력 반도체 회로(20)가 주석-납 납땜 층(22)에 의해서 층(18)의 자유면에 부착되었다. 즉, 표준 전력 전자 소자들과는 달리, 회로(20)의 단자들(23)이 알루미늄 배선에 의해 층(18)에 접속되지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 전자 소자의 제조에 있어서 이후의 단계를 도시한 도면으로, 예를 들면 스프레이 공정에 의해서 먼저 단자들(23)의 자유면 상에 대략 0.8 마이크로미터 두께의 다층 티타늄-니켈-금 코팅(24)을 증착시키는 단계를 구성한 도면이다.
주석-납-실버 돌기부(26)는 다층 코팅(24) 상에 배치되며, 그 크기는 단자(12)의 크기에 대응한다. 본 예에서, 돌기부는 대략 2%의 주석, 95.5%의 납 및 2.5%의 은을 함유한다. 다층 코팅(24)은 돌기부(26)의 우수한 기계적 접착력에 의해 단자(23)에 접착된다.
다음 단계는 열 전달 및 전기 절연 기능을 갖는 제2 합성 구조(119)를 제조하는 것이다.
구조(119)는 구조(19)의 층들(10 및 16)과 동일한 층들(110 및 116)을 포함한다. 층(116)은 상호 절연된 도전성 부재들의 평면 어레이(118)로 덮이며, 그 구성은 평면 어레이(118)가 덮혀지도록 된 반도체 회로(20)의 구성과 일치한다.
그 다음, 제2 구조(119)가 변경되고 그 평면 어레이(118)는 전력 반도체 회로(20)의 단자(23)에서 각 돌기부(26)와의 접속을 갖는다. 그 다음, 각 돌기부(26)를 예들 들어, 10초 당 약 330 ℃로 가열함으로써 용융시킨다. 이에 의해 단자들(23)이 합성 구조(119)의 평면 어레이(118)에 부착된다. 이 어레이(118)는 이하 대향층으로 불리우는 층(110)과 대향되므로, 이하 인접 어레이로 불린다.
그 다음, 제조된 전력 전자 소자(28)를 층(10 및 110)에 의해서 냉각시킬 수 있다. 여기서, 관통로(12 및 112)는 가스 상태 또는 액체 상태의 열 전달 유체를 수송하고 이를 위해서 이러한 유체 공급원에 접속되어 있다.
본 발명의 전력 전자 소자(28)의 구성은 종래 기술의 소자에서 통상적으로 이용되던 알루미늄 배선의 필요성을 제거한다. 여기서, 제2 합성 구조(119)의 평면 어레이(118)는 이들 알루미늄 배선들과 동일한 기능을 갖는다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 전력 전자 소자들 내에 통합되도록 설계된 다른 합성 구조의 실시 형태를 도시한 도면이다.
공정은 도 7에 도시된 통상의 구성 내에 도전체-절연체-도전체의 합성 구조를 제공하면서 시작된다. 본 구조는 구리로 이루어진 제2 또는 상부 금속층(206)을 지지하는 중간 절연층(204) 상부에, 예를 들면 구리로 이루어진 제1 또는 하부층(202)을 포함한다. 도전층들(202 및 206)은 예를 들면, 3 내지 4 ㎜ 두께이고, 48 ㎜ × 48 ㎜의 면적을 갖는다. 절연층(204)은 0.635 ㎜의 두께를 가지며 50 ㎜ × 50 ㎜의 면적을 갖는다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 구성에 통합되도록 설계된 합성 구조(208)를 도시한 것으로, 이는 도 7에 도시된 구조에 의해서 만들어졌다. 구조(208)의 하부층(202)은 다수의 관통로 또는 도관(conduit)(210)을 가지고 있어 열 전달 유체 유동 수단을 구성한다. 관통로는 하부층(202)의 주요 디멘전들 중 하나와 평행하며, 특히 도 8에 도시된 바와 같이 그 하부면에서부터 시작된다. 각 관통로는 예를 들면 2 내지 3 ㎜ 범위의 높이를 갖는 하부층(2)의 두께의 상당한 부분으로 확장한다. 관통로(210)는 또한 하부층(202)의 두께까지 완전히 확장할 수도 있다. 관통로는 예를 들면 200 마이크로미터의 폭과 40 내지 50 ㎜ 길이를 갖는다. 상술된 실시예에서는, 대략 50개의 관통로들(210)이 존재하며 2개의 인접한 관통로들은 200 내지 300 마이크로미터 만큼 떨어져 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 4 내지 6에서의 회로(20)와 동일한 2개의 전력 반도체 회로들(220)이 이후에 층(206)의 상면 상에 배치된다. 다음으로, 주석-납-은 돌기부(226)가 도 5를 참조로 설명하였던 방법과 유사한 방법으로, 반도체 회로들의 각 단자(23)에 배치된다.
다음 단계는 층들(202 및 204)과 동일한 층들(302 및 304)을 포함하는 제2 합성 구조(308)을 제조하는 단계이다.
층(304)은 상호 절연된 도전성 부재들의 평면 어레이(306)로 덮여지며, 그 구성은 평면 어레이로 덮여진 반도체 회로(220)의 구성과 일치한다.
그 다음, 구조(308)가 변경되고 그 평면 어레이(306)는 돌기부(326)와 접촉된다. 그 다음 도 6을 참조하여 설명한 방법에서와 같이 돌기부를 용융시킨다.
이는 단자들(223)을 제2 합성 구조(308)의 평면 어레이(306)에 부착시킨다. 어레이(306)는 이하 대향 층으로 불리우는 층(302)과 대향되므로, 이하 인접 어레이로 불린다.
그 다음, 제조된 전력 전자 소자(228)를 반도체 회로(220)에 대향하는 층(202, 302)에 의해서 냉각시킬 수 있다. 여기서, 관통로(210 및 310)는 가스 상태 또는 액체 상태의 열 전달 유체를 수송하고 이를 위해서 이러한 유체의 공급원에 접속되어 있다.
본 예에서, 관통로는 층들(202 및 302)의 말단면, 즉 반도체 회로(220)로부터 상당히 떨어진 거리의 면 상으로 개구되어 있다.
본 발명에 따른 전력 전자 소자는 이미 상술한 목적들을 달성할 수 있다. 이는 종래의 장치에서 사용되던 알루미늄 배선의 필요성을 제거한다. 이러한 배선들은, 상기 배선들 내에 흐르는 전류의 제곱에 비례하여 열이 발생되기 때문에, 냉각에 대하여 제한 요인이 되며, 이들이 실리콘 젤 내에 매립되어 있기 때문에 냉각시키기 어렵다. 더욱이, 알루미늄 배선은 전체로서 전력 전자 소자의 심각한 고장을 야기할 수 있다. 따라서, 이들이 파열되지 않도록 열 사이클링 동작을 실시한다.
알루미늄 배선을 사용하지 않는 것과는 별도로, 본 발명의 소자는, 전력 반도체 회로들의 상부면 및 하부면에서, 소자를 구성하는 전력 반도체 회로의 동시 냉각을 보장할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 소자들을 형성하는 합성 구조들은 이들의 일반적인 열 전달 및 전기 절연 기능에 추가로 냉각 기능을 갖는다. 각각의 합성 구조 내에 냉각 소자를 통합한 것은 본 발명의 소자를 구성하는 다양한 층들간의 인터페이스 수를 제한한다. 이는 또한 각 합성 구조에 대향하는 층 내에 형성된 관통로에 흐르는 열 전달 유체로의 대류 전환에 의해 열 교환 계수를 증가시킨다.
제공된 공칭 전류에 대해서, 종래 기술의 전력 전자 소자에서 요구되는 실리콘의 체적과 비교해서, 요구되는 실리콘 체적을 상당히 감소시킬 수 있다. 더욱이, 종래 기술의 소자에서 사용되는 실리콘의 체적과 비교한 실리콘의 체적에 대하여, 본 발명의 소자는 상당히 큰 정격 전류를 갖는다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 전력 반도체 회로(20; 220)를 지지하는 제1 열 전달 및 전기 절연 합성 구조(19; 208)를 포함하며, 상기 제1 합성 구조(19; 208)에 대향하는 상기 전력 반도체 회로(20; 220)의 측면은 접속 단자(23; 223)를 가지며, 상기 제1 합성 구조(19; 208)는 상기 반도체 회로(20; 220)에 인접한 각각의 도전층 또는 반도체층들(18; 206)과 상기 반도체 회로(20; 220)에 대향하는 도전층 또는 반도체층들(10; 202)을 포함하는 전력 전자 소자(28, 228)에 있어서,
    상기 접속 단자들(23; 223)은 상기 제1 합성 구조(19; 208)의 대향측에서 상호 절연된 도전성 부재들의 평면 어레이(118; 306)에 부착되고, 상기 어레이는 상기 반도체 회로(20; 220)에 대향하는 도전층 또는 반도체층(110; 302)을 포함하는 적어도 제2 열 전달 및 전기 절연 합성 구조(119; 308)에 통합되며, 적어도 상기 제1 합성 구조(19; 208) 또는 상기 제2 합성 구조(119; 308)의 대향 층(10, 110; 202, 302)은 열 전달 유체 유동 수단(12, 112; 210, 310)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 회로에 대향하는 상기 층(10, 110)은 반도체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반도체 회로(20; 220)에 대향하는 상기 반도체 층(10, 110)은 함께 조립되는 제1 및 제2 웨이퍼(2, 4, 102, 104) - 상기 웨이퍼들 중 적어도 하나는 그루브들(6, 8, 106, 108)을 가짐 -를 포함하며, 상기 열 전달 유체 유동 수단은 상기 반도체 회로(20; 220)에 대향하는 상기 층(10, 110)에 관통로(through passage)(12, 112)를 포함하며, 상기 관통로(12, 112)는 상기 웨이퍼들(2, 4, 102, 104) 간의 형상의 결합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 웨이퍼들(2, 4, 102, 104)은 각각의 그루브 열(6, 8)을 가지며, 상기 관통로(12, 112)는 상기 2개의 웨이퍼(2, 4, 102, 104)의 접합면(P)의 각 대향 측 상의 상기 대향 그루브들(6, 8, 106, 108) 간의 형상의 결합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 관통로(12, 112)는 육각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 회로(20; 220)에 대향하는 상기 층(202, 302)은 금속 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열 전달 유체 유동 수단(210, 310)은 상기 전력 반도체 회로(20; 220)에 대향하는 상기 금속층(202, 302)의 말단면(distal face) 상으로 개구(open)된 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 열 전달 유체 유동 수단은 상기 반도체 회로(20; 220)에 대향하는 상기 금속층(202, 302)의 두께의 적어도 일부분에 걸쳐 확장하는 적어도 하나의 관통로(210, 310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단자들(23; 223)은 적어도 하나의 주석-납-은 돌기부(boss)(26; 226)를 납땜함으로써 상기 제2 합성 구조(119; 308)의 상기 평면 어레이(118; 306)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 단자들(23; 223)은 상기 돌기부(26; 226)에 접착된 코팅에 의해서 상기 돌기부(26; 226)와 분리되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  11. 제2항에 있어서, 상기 반도체 재료는 실리콘인 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
  12. 제10항에 있어서, 상기 코팅은 티타늄-니켈-금 증착물인 것을 특징으로 하는 전력 전자 소자.
KR1019990052891A 1998-11-27 1999-11-26 냉각 수단을 포함하는 전력 전자 소자 KR100603880B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9815155 1998-11-27
FR9815155A FR2786656B1 (fr) 1998-11-27 1998-11-27 Composant electronique de puissance comportant des moyens de refroidissement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000035714A KR20000035714A (ko) 2000-06-26
KR100603880B1 true KR100603880B1 (ko) 2006-07-24

Family

ID=9533441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990052891A KR100603880B1 (ko) 1998-11-27 1999-11-26 냉각 수단을 포함하는 전력 전자 소자

Country Status (13)

Country Link
US (1) US6344686B1 (ko)
EP (1) EP1005083B1 (ko)
JP (1) JP2000164780A (ko)
KR (1) KR100603880B1 (ko)
CN (1) CN1146041C (ko)
AT (1) ATE271259T1 (ko)
AU (1) AU755407B2 (ko)
CA (1) CA2290802C (ko)
DE (1) DE69918644T2 (ko)
DK (1) DK1005083T3 (ko)
ES (1) ES2222674T3 (ko)
FR (1) FR2786656B1 (ko)
PT (1) PT1005083E (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001050526A1 (en) * 1999-12-30 2001-07-12 Intel Corporation Optimized driver layout for integrated circuits with staggered bond pads
US6773963B2 (en) * 2002-01-16 2004-08-10 Intel Corporation Apparatus and method for containing excess thermal interface material
US6934154B2 (en) * 2003-03-31 2005-08-23 Intel Corporation Micro-channel heat exchangers and spreaders
US6903929B2 (en) * 2003-03-31 2005-06-07 Intel Corporation Two-phase cooling utilizing microchannel heat exchangers and channeled heat sink
JP4491244B2 (ja) * 2004-01-07 2010-06-30 三菱電機株式会社 電力半導体装置
US7353859B2 (en) * 2004-11-24 2008-04-08 General Electric Company Heat sink with microchannel cooling for power devices
US7327024B2 (en) * 2004-11-24 2008-02-05 General Electric Company Power module, and phase leg assembly
JP4478049B2 (ja) * 2005-03-15 2010-06-09 三菱電機株式会社 半導体装置
DE102005050028A1 (de) 2005-10-14 2007-04-19 Robert Bosch Gmbh Elektrische Vorrichtung, insbesondere zur Ansteuerung einer motorisch und/oder generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine
US20070158050A1 (en) * 2006-01-06 2007-07-12 Julian Norley Microchannel heat sink manufactured from graphite materials
US7973387B2 (en) 2007-06-08 2011-07-05 Continental Automotive Systems Us, Inc. Insulated gate bipolar transistor
US7898807B2 (en) * 2009-03-09 2011-03-01 General Electric Company Methods for making millichannel substrate, and cooling device and apparatus using the substrate
US8232637B2 (en) * 2009-04-30 2012-07-31 General Electric Company Insulated metal substrates incorporating advanced cooling
WO2012058105A1 (en) * 2010-10-28 2012-05-03 Spx Cooling Technologies, Inc. Heat exchanger fin, roll forming die assembly for forming same, and method of forming
JP5891707B2 (ja) * 2011-10-28 2016-03-23 富士通株式会社 半導体装置とその製造方法
KR101692490B1 (ko) 2015-08-11 2017-01-04 주식회사 세미파워렉스 액체냉각구조를 갖는 전력반도체 모듈
EP3410478A1 (en) * 2017-05-29 2018-12-05 Mitsubishi Electric R & D Centre Europe B.V. Power module and method for manufacturing the power module

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3663184A (en) * 1970-01-23 1972-05-16 Fairchild Camera Instr Co Solder bump metallization system using a titanium-nickel barrier layer
US3652903A (en) * 1971-02-01 1972-03-28 Gen Electric Fluid cooled pressure assembly
DE2160001C2 (de) * 1971-12-03 1974-01-10 Siemens Ag, 1000 Berlin U. 8000 Muenchen Halbleiteranordnung, insbesondere Thyristorbaugruppe
DE2813529A1 (de) * 1978-03-29 1979-10-04 Siemens Ag Anordnung zur beidseitigen kuehlung von halbleiterbauelementen
US4392153A (en) * 1978-05-01 1983-07-05 General Electric Company Cooled semiconductor power module including structured strain buffers without dry interfaces
US4520305A (en) * 1983-08-17 1985-05-28 Cauchy Charles J Thermoelectric generating system
US4774630A (en) * 1985-09-30 1988-09-27 Microelectronics Center Of North Carolina Apparatus for mounting a semiconductor chip and making electrical connections thereto
US4758926A (en) * 1986-03-31 1988-07-19 Microelectronics And Computer Technology Corporation Fluid-cooled integrated circuit package
US4879629A (en) * 1988-10-31 1989-11-07 Unisys Corporation Liquid cooled multi-chip integrated circuit module incorporating a seamless compliant member for leakproof operation
JP2891432B2 (ja) * 1989-12-27 1999-05-17 田中電子工業株式会社 半導体材料の接続方法，それに用いる接続材料及び半導体装置
US5168537A (en) * 1991-06-28 1992-12-01 Digital Equipment Corporation Method and apparatus for coupling light between an optoelectronic device and a waveguide
US5323292A (en) * 1992-10-06 1994-06-21 Hewlett-Packard Company Integrated multi-chip module having a conformal chip/heat exchanger interface
FR2701600B1 (fr) * 1993-02-10 1995-09-08 Gec Alsthom Transport Sa Dispositif de refroidissement de composants electriques de puissance.
DE4311839A1 (de) * 1993-04-15 1994-10-20 Siemens Ag Mikrokühleinrichtung für eine Elektronik-Komponente
JP3152834B2 (ja) * 1993-06-24 2001-04-03 株式会社東芝 電子回路装置
US5829516A (en) * 1993-12-15 1998-11-03 Aavid Thermal Products, Inc. Liquid cooled heat sink for cooling electronic components
US5504378A (en) * 1994-06-10 1996-04-02 Westinghouse Electric Corp. Direct cooled switching module for electric vehicle propulsion system
US5774334A (en) * 1994-08-26 1998-06-30 Hitachi, Ltd. Low thermal resistant, fluid-cooled semiconductor module
JPH08241943A (ja) * 1995-03-07 1996-09-17 Fuji Electric Co Ltd パワー半導体素子用の液冷式冷却体
FR2737608A1 (fr) * 1995-08-02 1997-02-07 Alsthom Cge Alcatel Dispositif electronique de puissance pourvu de moyens ameliores d'evacuation de la chaleur
US5831336A (en) * 1996-07-25 1998-11-03 International Business Machines Corporation Ternary solder for the enhancement of C-4 fatigue life
US5790376A (en) * 1996-11-06 1998-08-04 Compaq Computer Corporation Heat dissipating pad structure for an electronic component
JP2914342B2 (ja) * 1997-03-28 1999-06-28 日本電気株式会社 集積回路装置の冷却構造

Also Published As

Publication number Publication date
ATE271259T1 (de) 2004-07-15
FR2786656A1 (fr) 2000-06-02
AU5961099A (en) 2000-06-01
DE69918644D1 (de) 2004-08-19
ES2222674T3 (es) 2005-02-01
DK1005083T3 (da) 2004-11-22
CN1146041C (zh) 2004-04-14
KR20000035714A (ko) 2000-06-26
PT1005083E (pt) 2004-10-29
CN1258934A (zh) 2000-07-05
JP2000164780A (ja) 2000-06-16
FR2786656B1 (fr) 2001-01-26
CA2290802C (fr) 2008-08-05
CA2290802A1 (fr) 2000-05-27
US6344686B1 (en) 2002-02-05
AU755407B2 (en) 2002-12-12
EP1005083B1 (fr) 2004-07-14
EP1005083A1 (fr) 2000-05-31
DE69918644T2 (de) 2005-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100603880B1 (ko) 냉각 수단을 포함하는 전력 전자 소자
US9530707B2 (en) Semiconductor module
CN102148316B (zh) 采用电表面安装的发光晶片封装
US7190581B1 (en) Low thermal resistance power module assembly
KR100578441B1 (ko) 파워 전자 장치
US6765285B2 (en) Power semiconductor device with high radiating efficiency
KR101319208B1 (ko) 전자 부품용 접속 소자
US20060279949A1 (en) LED package, manufacturing method thereof, and LED array module using the same
JPS62108552A (ja) 電力用半導体モジユ−ル
CN100561735C (zh) 功率电路组件及制造方法
WO2013171946A1 (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
US20210143103A1 (en) Power module and method for manufacturing power module
US5804873A (en) Heatsink for surface mount device for circuit board mounting
EP0696882A1 (en) Printed circuit board with bi-metallic heat spreader
CN1835223B (zh) 半导体装置及该半导体装置用绝缘衬底
JPS6050354B2 (ja) 樹脂封止型半導体装置
US20120199989A1 (en) Circuit arrangement and manufacturing method thereof
JP7147186B2 (ja) 半導体装置
JP6953859B2 (ja) 半導体装置
JP2011526422A (ja) 高温で使用するためのプレーナ型電力電子構成素子およびその製造方法
JP7269400B2 (ja) キャリア基板及びその適用可能なパワーモジュール
WO2024075445A1 (ja) 半導体モジュール、半導体装置、及び車両
TW202410362A (zh) 具有供電及熱通過之雙重傳導通道的半導體組體
CN216450397U (zh) 柔性电气连接结构及功率模块
JP2019067950A (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130705

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140707

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150703

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160705

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170707

Year of fee payment: 12