JPH11297906A - 電子アセンブリおよび製造方法 - Google Patents

電子アセンブリおよび製造方法

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JPH11297906A
JPH11297906A JP11061203A JP6120399A JPH11297906A JP H11297906 A JPH11297906 A JP H11297906A JP 11061203 A JP11061203 A JP 11061203A JP 6120399 A JP6120399 A JP 6120399A JP H11297906 A JPH11297906 A JP H11297906A
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heat
heat sink
conductive layer
conductive
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ジョー・ルイス・マーティンズ，ジュニア
Pablo Rodriguez
パブロ・ロドリゲス
Aaron Calfas Martin
マーティン・アーロン・カルファス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁金属ヒート・シンク１０を有する電子ア
センブリ２０と、この電子アセンブリ２０を製造する方
法を提供する。 【解決手段】 電子アセンブリ２０は、散熱板１１，誘
電材料１２および導電層１３を有する。半導体チップ２
１は、絶縁金属ヒート・シンク１０に取り付けられる。
半導体チップ２１によって発生される熱は、散熱板１１
の伝導面１４に伝導され、散熱板１１の対流面１６に伝
導される。熱は、散熱板１１の対流面１６から流体に対
流によって伝達される。流体は、マニフォルド３１によ
って誘導される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、電子アセンブ
リに関し、さらに詳しくは、半導体ダイから熱を除去す
るための電子アセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】産業用電力製品，自動車電力製品，電気
自動車，電源などの分野におけるシステム・レベル設計
者にとって重要な設計事項に、システムの電子部品によ
って発散される熱の除去がある。一般に、これらの部品
は大量の電力を消費し、大量の熱を発生する。従って、
これらの部品は一般に電力デバイス(power device)と呼
ばれる。これらのデバイスによって発生される熱が除去
されないと、その接合温度(junction temperature)が限
界レベルを超えて、その結果、電子部品，システムまた
はその両方の破損または破壊が生じる。電子部品から熱
を除去する一般に用いられる方法では、電子部品からの
熱移動を促すヒート・シンクをこれらの部品に取り付け
る。ヒート・シンクは空冷あるいは液冷のいずれかでも
よく、ここで熱は電子部品から空気または液体と接触す
る表面に伝導を介して移動される。熱は、対流によって
空気または液体に移動される。その後、空気または液体
は熱を電子部品から逃がす。
【０００３】別の重要な設計事項は、電気システムのサ
イズである。一般に、電子システムは、スペースおよび
重量の制限のために、小型軽量であることことが望まし
い。しかし、電力デバイスからなる電気システムは、こ
の電気システムが電力デバイスによって発生される熱を
散逸する能力によって一般に制約される。具体的には、
電力デバイスは、十分な熱除去を確保して、電力デバイ
ス接合温度を安全な動作範囲内に維持するために大きな
ヒート・シンクを必要とする。従って、電力デバイスを
有する電気システムは、熱を除去する大きくて重い構
造、すなわち、大きなヒート・シンクを含む場合が多
い。これらの大きなヒート・シンクは、電気システムの
サイズおよび重量を増加する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、半導体ダイか
ら熱を除去するための電子アセンブリを設けることは有
利である。また、この電子アセンブリが電気システムを
小型化でき、しかも接合温度を安全な動作範囲内に維持
できることはさらに有利である。
【０００５】
【実施例】一般に、本発明は、電子アセンブリおよびこ
の電子アセンブリを製造する方法を提供する。本発明に
従って、電子アセンブリは、半導体デバイスが実装され
た絶縁金属ヒート・シンク(insulated metal heat sin
k)を含む。絶縁金属ヒート・シンクは、半導体デバイス
によって発生された熱を除去するための伝導面(conduct
ion surface)および対流面(convection surface)を有す
る散熱板(heat dissipater)を含む。熱は、半導体デバ
イスから伝導面に、そして散熱板を介して対流面に伝導
される。熱は、対流によって対流面から大気媒体に移動
される。
【０００６】図１は、本発明の実施例による絶縁金属ヒ
ート・シンク１０の等角図である。絶縁金属ヒート・シ
ンク１０は、伝導面１４と対流面１６とを有する散熱板
１１からなる。対流面１６は、伝熱性材料からなるフィ
ン１５を有する。散熱板１１として適切な材料には、亜
鉛，アルミニウム，銅，鉄鋼，銅合金，アルミニウム合
金などがある。散熱板１１を製造する方法には、機械加
工，押出加工，ボンディング，鋳造，打抜加工，成形な
どがある。なお、フィンの形状は本発明を制限するもの
ではないことを理解されたい。例えば、フィンはピン型
フィンや、円形ピン型フィンや、ダイヤモンド型フィン
や、方形フィンや、テーパ型フィンや、長い連続フィン
や、セグメント型フィンでもよい。散熱板１１はフィン
を有するものとして説明されているが、これは本発明を
制限するものではない。伝導面１１と対流面１６との間
の距離を最小限に抑えつつ、散熱板１１の表面積を増加
させる任意の方法を利用して、散熱板１１を形成でき
る。
【０００７】好ましくは、伝導面１４は誘電材料１２に
よって被覆され、この誘電材料１２は導電層１３によっ
て被覆される。すなわち、導電層１３は誘電材料１２に
よって伝導面１４に誘電結合される。一例として、誘電
材料１２は、シートとして面１４上に巻かれ、導電層１
３は誘電材料１２上に巻かれる。次に、散熱板１１，誘
電材料１２および導電層１３は、高温でラミネート処理
される。面１４上に誘電材料１２を形成する他の方法に
は、被着方法，溶射方法，スクリーン印刷方法などがあ
る。導電層１３を適用する適切な方法には、溶射方法，
ラミネート方法，ボンディング，半田付けなどがある。
【０００８】誘電材料１２の材料には、Ｂステージ・エ
ポキシ(B-staged epoxies)，セラミック充填エポキシや
ダイヤモンド充填エポキシなどの充填エポキシ(filled
epoxies)，セラミックまたは伝熱性を維持しつつ電気的
絶縁を施すことのできる他の材料が含まれる。
【０００９】さらに図１を参照して、導電層１３は、好
ましくは、従来のエッチング方法を利用してパターニン
グされ、電気経路，ワイヤボンド・ランド領域，半導体
装着領域などを形成する。導電層１３をパターニングし
て、パターン化層を形成する他の方法には、スクリーン
印刷方法，溶射工程中にパターニングする方法または打
抜型金属回路を誘電材料１２にボンディングする方法が
ある。
【００１０】導電層１３の材料には、例えば、銅，アル
ミニウム，真鍮，銀などの導電性金属が含まれる。さら
に、導電層１３は導電性インクから形成できる。
【００１１】図２は、本発明による電力モジュール・ア
センブリ２０の断面図である。電力モジュール・アセン
ブリ２０は、例えば、半導体チップ２１などの発熱部品
が実装された絶縁金属ヒート・シンク１０を含む。具体
的には、半導体チップ２１は、伝導面１３上に実装され
る。半導体チップ２１を伝導面１３に実装する方法に
は、半田付け，接着ボンディングなどがある。
【００１２】ハウジング２２は、例えば、シリコーン接
着剤などの接着材料（図示せず）によって絶縁金属ヒー
ト・シンク１０に接着される。好ましくは、ハウジング
２２は、金属挿入成形プラスチック・ハウジング(metal
insert molded plastic housing)であり、ここで金属
挿入物は電気相互接続２４として機能する。
【００１３】半導体チップ２１は、ワイヤボンド２５，
２６によって導電層１３および電気相互接続２４にそれ
ぞれ電気的に結合される。なお、図示のために一つのチ
ップしか図しておらず、複数のチップも導電層１３に実
装できることに留意されたい。さらに、半導体チップ２
１を電気相互接続２４および導電層１３に電気的に結合
する手段はワイヤボンディングに制限されないことを理
解されたい。例えば、半導体チップ２１は、金属クリッ
プ，導電性ストリップなどで電気相互接続２４に結合で
きる。
【００１４】半導体チップ２１，導電層１３，ワイヤボ
ンド２５，２６および導電層１３の一部は、例えば、注
封材料(potting compound)２７などの誘電材料で被覆さ
れる。注封材料の例には、シリコーン，エポキシなどが
含まれる。注封材料２７は、電気アークを防ぎ、不純物
が半導体チップ２１を破損することを防ぐ。注封材料２
７はハウジング２２によって形成される空洞部を部分的
に充填するものとして図示されているが、これは本発明
を制限するものではない。好ましくは、注封材料２７は
半導体チップ２１と、ワイヤボンド２５，２６の一部を
被覆する。
【００１５】モジュール・カバー２９は、ハウジング２
２に結合される。モジュール・カバー２９は、ハウジン
グ２２に接着しても、あるいはハウジング２２に超音波
ステーキング処理(ultrasonic staking)を施してもよ
い。
【００１６】電力モジュール・アセンブリ２０は、電力
モジュール・アセンブリ２０を流体で冷却して、より高
い熱除去を可能にする流体マニフォルド(fluid manifol
d)３１を含む。流体マニフォルド３１は、ハウジング２
２と嵌合し、かつ流体マニフォルド３１を電力モジュー
ル・アセンブリ２０に固定するためのリップ(lip)また
は嵌合機能３２を有する。さらに、流体マニフォルド３
１は、流路(flow channel)３８からの流体漏れを防ぐた
めの封止機能３７も含む。適切な封止機能には、ガスケ
ット，Ｏリング，超音波ステーキング，シリコーン接着
剤などがある。流体マニフォルド３１は、流体入口３３
および流体出口３４を含む。流体入口３３は、好ましく
は、流体の乱流(fluid turbulence)を高め、それにより
対流面１６から流路３８内の流体への対流熱伝達(conve
ctive heat transfer)を向上させるために流体出口３４
からずれている。さらに、流体マニフォルド３１は絶縁
金属ヒート・シンク１０と協働して、流体が流れること
のできる流路３８を形成する。具体的には、流体マニフ
ォルド３１は、フィン１５と協働して流体マニフォルド
３１の膨張を防いで、流体マニフォルド３１の応力およ
びたわみを制限する固定機能または固定具３６を含む。
流体マニフォルド３１は複数の固定具を有するものとし
て図示されているが、これは本発明を制限するものでは
ない。流体マニフォルド３１は、固定具３６がなくても
製造できる。
【００１７】流体マニフォルド３１は、流体の乱流を高
めて、それにより対流熱伝達を向上させる摂動部(pertu
rbators)を含むことができる。なお、流体マニフォルド
３１は、対流熱伝達を向上させる任意の機能であること
を理解されたい。流体マニフォルド３１の適切な材料に
は、プラスチック，金属，セラミックなどが含まれる。
【００１８】図３は、図２の電力モジュール・アセンブ
リの分解等角図である。図３は、電力モジュール・アセ
ンブリ２０をさらに図示するためのものである。上記の
ように、電力モジュール・アセンブリ２０は、ハウジン
グ２２に結合された絶縁金属ヒート・シンク１０を含
む。モジュール・カバー２９はハウジング２２に接着さ
れ、流体マニフォルド３１はハウジング２２に結合され
る。ワイヤボンド２６および注封材料２７は、わかりや
すいように図３では図示されていない。
【００１９】以上から、改善された熱性能を提供する電
子アセンブリが提供されたことが理解されよう。本発明
の利点は、半導体チップと大気媒体との間の界面の数が
減少していることである。そのため、使用する部品が少
なく、それにより信頼性を向上し、電子アセンブリのコ
ストを節減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による絶縁金属ヒート・シンク
の等角図である。
【図２】本発明による電力モジュール・アセンブリの断
面図である。
【図３】図２の電力モジュール・アセンブリの分解等角
図である。
【符号の説明】
１０ 絶縁金属ヒート・シンク １１ 散熱板 １２ 誘電材料 １３ 導電層 １４ 伝導面 １５ フィン １６ 対流面 ２０ 電力モジュール・アセンブリ ２１ 半導体チップ ２２ ハウジング ２４ 電気相互接続 ２５，２６ ワイヤボンド ２７ 注封材料 ２９ モジュール・カバー ３１ 液体マニフォルド ３２ 嵌合機能（リップ） ３３ 流体入口 ３４ 流体出口 ３６ 固定機能（固定具） ３７ 封止機能 ３８ 流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーティン・アーロン・カルファス アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデー ル、ノース・111ス・ストリート10916

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子アセンブリ（２０）であって：伝導
    面（１４）および対流面（１６）を有する散熱板（１
    １）；前記散熱板（１１）の上に配置された誘電材料
    （１２）；前記誘電材料（１２）の上に配置された導電
    層（１３）；および嵌合面を有するハウジング（２２）
    であって、前記嵌合面は前記散熱板（１１）に結合され
    る、ハウジング（２２）；によって構成されることを特
    徴とする電子アセンブリ（２０）。
  2. 【請求項２】 絶縁金属ヒート・シンク（１０）であっ
    て：伝導面（１４）および対流面（１６）を有する散熱
    板（１１）；前記散熱板（１１）の上に配置された誘電
    材料（１２）；および前記誘電材料（１２）の上に配置
    された導電層（１３）；によって構成されることを特徴
    とする絶縁金属ヒート・シンク（１０）。
  3. 【請求項３】 電子アセンブリ（２０）を製造する方法
    であって：伝導面（１４）および対流面（１６）を有す
    る散熱板（１１）を形成する段階；および前記散熱板
    （１１）の前記伝導面（１４）に導電層（１３）を誘電
    結合する段階；によって構成されることを特徴とする方
    法。
JP11061203A 1998-03-23 1999-03-09 電子アセンブリおよび製造方法 Pending JPH11297906A (ja)

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