(57)【要約】【課題】電子デバイス冷却システムを製造する方法を提供する。【解決手段】本方法は、基板（１２）の内面上に伝導層を形成する段階と、伝導層を覆って犠牲層（３６）を設ける段階とを含む。本方法はまた、犠牲層（３６）内に複数のチャネルを形成する段階と、伝導性材料を含むめっき材料で複数のチャネルを実質的に満たすように犠牲層をめっきする段階とを含む。本方法はさらに、犠牲層（３６）をエッチングして、該犠牲層（３６）がエッチングされた部位であるマイクロチャネルによって分離された状態で伝導性材料が残存した部位であるフィンを有する伝導性構造を形成する段階を含む。【選択図】      図４
2007165896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１２）の内面上に伝導層を形成する段階と、
前記伝導層を覆って犠牲層（３６）を設ける段階と
前記犠牲層（３６）内に複数のチャネルを形成する段階と、
伝導性材料を含むめっき材料で前記複数のチャネルを実質的に満たすように前記犠牲層（３６）をめっきする段階と、
前記犠牲層（３６）をエッチングして、該犠牲層がエッチングされた部位であるマイクロチャネルによって分離された状態で前記伝導性材料が残存した部位であるフィンを有する伝導性構造を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記基板（１２）の外面に近接してパワーエレクトロニクスデバイス（１４）を装着する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記伝導層を形成する段階が、前記内面上に伝導性材料をスパッタリングする段階、又は接着剤を用いて前記内面上に伝導性材料を配置する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記伝導層が、３００ミクロンよりも小さい厚さを有する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記犠牲層（３６）がケイ素を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記複数のチャネルが、前記犠牲層をエッチングすることによって形成される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記複数のチャネルが、前記犠牲層をのこ引き加工することよって形成される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記マイクロチャネルが、１：２〜１：３の幅対高さのアスペクト比を有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記マイクロチャネル内に冷却媒体を導入するように該マイクロチャネルと流体連通した入口マニホルド（３２）を設ける段階と、前記マイクロチャネルから冷却媒体を排出するように該マイクロチャネルと流体連通した出口マニホルド（３４）を設ける段階とをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記入口マニホルドに冷却媒体を導入するための入口プレナム（２４）を設ける段階と、前記出口マニホルドから冷却媒体を排出するための出口プレナム（２６）を設ける段階とをさらに含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には電子デバイス用の冷却システムに関し、具体的には流体をデバイス冷却システム内で循環させるためのマイクロチャネルを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力密度パワーエレクトロニクスの発達により、次第に効率的な冷却システムを製造することがより困難になってきた。最大５００Ｗ／ｃｍ２までの熱を放散しかねない最新式のシリコンベースのパワーデバイスの場合には、熱管理解決策の改善に対するニーズが存在する。自然及び強制空気冷却方式は、最大約１Ｗ／ｃｍ２までの熱流束に対処することができるに過ぎない。従来型の流体冷却プレートは、２０Ｗ／ｃｍ２のオーダの熱流束に対して成果をあげることができる。しかしながら、マイクロチャネル冷却法は、約１０００Ｗ／ｃｍ２のオーダに対応するほどに冷却性能を大きく高める能力を示した。
【０００３】
一部の提案構造では、マイクロチャネルは、パワーデバイスの裏面上に製作され、このマイクロチャネルを通して冷却媒体流体を循環させて、デバイスによって発生した熱を放散させる。冷却効率は、チャネルの幅及び均一性に依存している。特定の限界値の範囲内では、例えば冷却媒体流体とのより良好な接触に起因して、チャネルが狭いほど、より良好に熱を放散する傾向にある。しかしながら、より狭いチャネルにおける熱伝達の増大は、多くの場合にチャネル全体にわたる圧力損失の増加によって相殺される可能性があり、このことにより、システムを通して冷却流体を強制的に流す上での困難な課題が生じるおそれがある。別の限界は、マイクロチャネルが不均一になる可能性があることであり、このことにより、パワーデバイスの性能に悪影響を及ぼす可能性があるホットスポットを生じるおそれがあり、またデバイスの破損すらも引き起こすおそれがある。ケイ素は、マイクロチャネルの製造に通常使用される材料である。しかしながら、ケイ素よりも高い熱伝導率を有する材料から作られたチャネルは、そのより良好な熱伝達特性に起因してより優れた効率を示すことができる。
【０００４】
さらに、そのような構造が提案されかつ試験されてきたが、それらの製造のための効率的かつ経済的な方法は、未だ不十分である。当技術分野では、均一なマイクロチャネルを高い信頼性で形成する厳しい要求は、未だ全く適切には解決されていない。
【特許文献１】米国特許第６，６７８，１８２号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／００６６３４号公報
【特許文献１】米国特許第６，５２９，３９４号公報
【特許文献１】米国特許第６，１３１，６５０号公報
【特許文献１】米国特許第６，０１４，３１２号公報
【特許文献１】米国特許第５，９９８，２４０号公報
【特許文献１】米国特許第５，７２７，６１８号公報
【特許文献１】米国特許第５，６９２，５５８号公報
【非特許文献１】Stevanovic et al.; "HEAT SINK WITH MICROCHANNEL COOLING FOR POWER DEVICES"; US Application Sr. No. 10/998707; Filed on Nov. 24, 2004; GE Docket No. 155805-1.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、より狭いチャネル幅及びより優れた均一性を有するマイクロチャネルを製造するように現行の方法を改善することに対するニーズが存在する。特に、そのような装置を効率的かつ低価格な方法で製造することに対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、このニーズ及びその他のニーズに対処するものである。１つの実施形態では、方法を提供する。本方法は、基板の内面上に伝導層を形成する段階と、伝導層を覆って犠牲層を設ける段階とを含む。本方法はまた、犠牲層内に複数のチャネルを形成する段階と、伝導性材料を含むめっき材料で複数のチャネルを実質的に満たすように犠牲層をめっきする段階とを含む。本方法はさらに、犠牲層をエッチングして、該犠牲層がエッチングされた部位であるマイクロチャネルによって分離された状態で伝導性材料が残存した部位であるフィンを有する伝導性構造を形成する段階を含む。
【０００７】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表わす添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読む時により良好に理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、パワーエレクトロニクスデバイスのようなデバイスの電子回路組立体１０の概略図である。回路組立体１０は、基板１２を含む。基板１２は、ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ガリウム又はその組合せのような、パワーエレクトロニクスデバイスで通常使用される半導体を含むことができる。デバイス１４は、図１に示すように基板１２の表面に近接して装着される。この図は、基板１２上に装着された６つのそのようなデバイス１４を示す。当業者には明らかなように、あらゆる数のデバイス又は単一のデバイスさえ、基板上に装着することができる。同様に、基板上には、あらゆる所望のデバイス、特に作動中に抽出又は放散を必要とする著しい熱を発生するデバイスを装着することができる。そのようなデバイスは、例えば半導体スイッチングデバイスを含むことができる。
【０００９】
さらに、システム１０は、基板１２の反対側表面上に配置された伝導層１６を含む。伝導層１６は、銅のようなあらゆる好適な熱伝導性材料を含むことができる。伝導層は、その高い熱伝達特性に起因して、デバイス１４と冷却システムとの間の放熱接触面として機能することができる。
【００１０】
熱交換層１８は、伝導層１６上に配置される。熱交換層１８は、冷却媒体を流すためのマイクロチャネル２２を含む。好適な冷却媒体には、オイル、水、エチレングリコール、航空機燃料又はその組合せが含まれる。液状又はガス状の冷却媒体を使用することができ、また本発明は、それらのいずれかに又はいずれかの特定の冷却媒体に限定しようとするものではないことに留意されたい。マニホルド２０は、熱交換層１８に取り付けられる。マニホルド２０はさらに、冷却媒体をマイクロチャネルに導くための入口プレナム２４と、冷却媒体をマイクロチャネルから排出するための出口プレナム２６とを含む。図２には、マニホルド構造の細部を示している。
【００１１】
図２は、図１に示す回路組立体１０の分解図である。デバイス１４がその上に装着された基板１２の表面は、外面２８として表しており、また伝導層１６がその上に形成された反対側面は、内面３０として表している。熱交換層１８は、伝導層１６上に配置され、マイクロチャネル２２は、熱交換層１８内に形成される。マイクロチャネル２２は、伝導層１６からマニホルド２０まで延びる。マニホルド２０は、マイクロチャネル２２に面した表面上に形成された２組のチャネル３２及び３４を有する。入口プレナム２４は、チャネル３２の組を介して冷却媒体をマイクロチャネル２２に導入し、別の言い方では入口マニホルドと呼ばれる。出口プレナム２６は、チャネル３４の組を介して冷却媒体をマイクロチャネル２２から排出し、これらのチャネルは、出口マニホルドと呼ばれる。マイクロチャネル２２の製造について以下に説明する。
【００１２】
図３〜図９は、１つの実施形態による、マイクロチャネル２２の製造段階を示す。図３に示すように、内面３０を有する基板１２が準備される。基板１２は、半導体とすることができ、この実施例では炭化ケイ素で作られる。伝導層１６が、基板１２上に配置される。伝導層は、電気めっきのような堆積法を用いて形成することができる。この実施形態では、伝導層の厚さは、約３００ミクロンよりも小さい。さらに、伝導層１６は、銅のような優れた熱伝導率を有する材料で作られる。使用することができる他の材料には、金及び銀が含まれる。
【００１３】
次に、犠牲層３６が、図４に示すように伝導層１６上に配置される。この実施例では、犠牲層３６は、ケイ素で作られるが、他の材料を使用することもできる。この図示した実施形態では、形成した犠牲層３６の厚さは、約４００ミクロンよりも小さい。層３６の厚さは、所望のマイクロチャネルの深さに応じて変化させることができることに留意されたい。
【００１４】
図５は、図４の犠牲層３６内でのチャネルの形成を示す。この図示した実施形態では、溝は、参照番号３８で表しており、参照番号４０は、チャネルのリブを表している。チャネルの形成は、エッチング液を用いて犠牲層３６をエッチングすることによるものである。例えば、水酸化カリウム溶液が、ケイ素で作られた犠牲層に対するエッチング液である。水酸化カリウムは、選択的にケイ素をエッチングするが、下にある伝導層１６は影響を受けない。１つの実施例では、エッチングの前に、リブを形成することになる領域をマスクすることができ、次に水酸化カリウム溶液を使用して該水酸化カリウム溶液に曝されたケイ素の領域を取除く。さらに、水酸化カリウム溶液への曝露は、伝導層１６に達するまで継続される。図に示すような垂直方向チャネルを形成することができる。チャネルの溝３８は、形成した犠牲層３６の厚さに関連する深さを有することができる。この実施形態では、溝３８は、約４００ミクロンよりも小さい深さを有することができる。特定の実施例では、溝３８は、約３００ミクロン〜約４００ミクロンの深さを有することができる。チャネルの形成により、約２００ミクロンよりも小さい幅を有するリブ４０が形成される。特定の実施形態では、リブ４０は、約１００ミクロン〜約２００ミクロンの幅を有する。当業者には明らかなように、リブの幅は、エッチング法の固有の制約、例えば使用したマスクの制約に応じて決まることになる。
【００１５】
犠牲層内でのチャネルの形成の後に、図６に示すように、めっきが実施される。めっきは、１つの実施例では、電気めっきによるものとすることができる。めっきは、実質的にチャネルを覆い、図示するようにめっき材料の上部層４６を形成する。この実施形態では、めっき材料は、銅、銀、金又はその合金のような熱伝導性材料を含む。この図示した実施例では、銅が使用された。
【００１６】
チャネルのリブ４０の上方に形成されためっき材料の上部層４６は、図７に示すように犠牲層３６を露出させるために取除かれる。めっき材料は、研削によって取除くことができる。研削は、めっき材料とリブ４０との上面が同一平面上にあって犠牲層３６を露出させるように実施される。
【００１７】
図８は、犠牲層３６内でのマイクロチャネルの形成を示す。ケイ素で作られた露出犠牲層３６は、水酸化カリウムの溶液を用いてエッチングされる。水酸化カリウム溶液は、ケイ素をエッチングするが、めっきに使用されて伝導性リブ４４を形成した銅は、残存する。以前はケイ素であった伝導性リブ間の領域が、マイクロチャネル２２を形成する。マイクロチャネル２２は、該マイクロチャネル２２の幅対高さのアスペクト比に関して定めることができる。冷却システムの場合には、可能な限り高いアスペクト比を有するのが望ましい。マイクロチャネル２２の幅は、リブ４０の幅に従い、約２００ミクロンよりも小さい。特定の実施形態では、マイクロチャネルは、約１００ミクロン〜約２００ミクロンの幅を有する。マイクロチャネルは、約４００ミクロンの深さとすることができる。特定の実施形態では、マイクロチャネルの深さは、約３００ミクロン〜約４００ミクロンで変化させることができる。マイクロチャネルの幅及び高さに基づいて、マイクロチャネルのアスペクト比は、約１：２〜約１：３の範囲内にある。
【００１８】
図９は、冷却システム上へのマニホルド２０及びデバイス１４の付加を示す。マイクロチャネルの形成の後に、マニホルド２０は、その間にマイクロチャネルが形成された熱伝導性リブ４４に取り付けられる。さらに、基板１２の外面上に装着されたデバイスは、参照番号１４で表している。実際には、単一のデバイス又は複数のデバイスを、図示するように基板上に装着することができる。所望の場合にまた使用した特定の処理に応じて、デバイスは、実際にはマイクロチャネルの形成の前に装着することができることに留意されたい。
【００１９】
図１０〜図１２は、付加的な伝導層を備えたマイクロチャネルの製造段階の変形形態を示す。図１０は、伝導層１６がその上に形成された基板１２を示す。基板は、ここでも半導体である。伝導層１６は、スパッタリング法を用いる堆積によって基板１２上に形成される。スパッタリングにより、この実施形態では約１ミクロンの厚さが形成される。伝導層１６は、銅のような優れた熱伝導率を有する材料で作られる。図１１に示すように、銅のような第２の伝導層４８を、伝導層１６を覆って堆積させることができ、かつこれらの層を構成する材料間でのダイレクトボンディングによって下にある層に固定することができる。第２の伝導層４８は、第１の伝導層１６を覆ってめっきすることができる。図１２は、第２の伝導層４８上への犠牲層３６の形成を示す。形成した犠牲層３６の典型的な厚さは、約４００ミクロンよりも小さい。層３６の厚さは、所望のマイクロチャネル２２の深さに応じて変化させることができる。図５〜図８を参照して説明した製造段階の後に、次に犠牲層３６内にマイクロチャネルを形成することができる。
【００２０】
図１３のフロー図５０を使用して上記のマイクロチャネル２２を形成する方法を要約する。図１３のステップ５２において、基板の内面上に伝導層を堆積させる。今一度言うが、伝導層は、スパッタリング法によって又は電気めっきによって堆積させる。任意選択的に、ステップ５４で表すように伝導層を覆って、第２の伝導層を付加することができる。次に、ステップ５６において、伝導層上に犠牲層を堆積させる。ステップ５８において、犠牲層を伝導層までエッチングしてチャネルを形成する。次に、ステップ６０において、エッチングした犠牲層をめっきして図６に示すように実質的にチャネルを満たす。さらに、ステップ６２において、研削などによってめっき材料の薄い表面を取除いて犠牲層の表面を露出させる。次に、ステップ６４において、残存犠牲層をエッチングしてマイクロチャネルを形成する。ステップ５８に関連して説明した選択エッチング液を使用することができる。エッチング液は、犠牲層をエッチングするが、めっき材料はエッチングされない状態で残存する。エッチングした犠牲層の領域は、熱交換リブによって分離されたマイクロチャネルを形成する。ステップ６６において、マニホルド及びデバイスを付加する。マイクロチャネルの形成の後に、デバイスは基板上に装着され、またマニホルドはマイクロチャネルに面する表面上に取り付けられる。
【００２１】
さらに別のめっき法の実施形態によると、図１４〜図２０に示すようにマイクロチャネルを形成する方法を提供する。この図示した実施形態では、伝導層１６は、図１４に示すように基板１２上に形成される。伝導層は、スパッタリングのような当業者に公知の堆積法を用いて形成される。伝導層１６の典型的な厚さは、約３００ミクロンよりも小さいが、この厚さは変化させることができる。好適な基板には、ここでも同様にＳｉ、ＳｉＣ、アルミナ、ＡｌＮ、ＧａＮ又はその組合せのようなパワーエレクトロニクスデバイスで使用する半導体が含まれる。前述と同様に、伝導層１６は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はあらゆる組合せ或いはあらゆる他の好適な材料のような伝導性材料で作られる。
【００２２】
図１５に示すように、犠牲層３６は、接着剤層６８の助けにより伝導層１６上に形成される。接着剤層６８は、層１６及び３６間に挟まれ、接着剤層６８と伝導層１６との間及びまた接着剤層６８と犠牲層３６との間を接合するのを促進する。接着剤層６８の典型的な厚さは、約１２ミクロン〜約１４ミクロンとすることができる。好適な接着材には、熱硬化性材料、熱可塑性材料又はエポキシが含まれる。この実施例では、犠牲層３６は、ケイ素で作られるが、他の材料を使用することもできる。犠牲層３６の典型的な厚さは、約４００ミクロンよりも小さい。犠牲層３６の厚さは、所望のマイクロチャネルの深さに応じて変化させることができる。
【００２３】
図１６は、犠牲層３６内のチャネルの形成を示す。要素４０はリブであり、犠牲層３６及び接着剤層６８内のチャネル３８は、リブ４０を形成するように伝導層１６までのこ引き加工（切込み加工）することによって形成される。のこ引き加工時における１１０面（１１０ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を有するケイ素は、良好な垂直方向チャネルを形成する。さらに、当技術分野で公知のあらゆるのこ引き加工法を使用することができる。１つの実施例では、熱炭素ブレードが使用され、のこ引き加工のパラメータは、約１００ミクロン幅のチャネルを形成するように調整される。溝３８は、約４００ミクロンよりも小さい深さを有することができる。特定の実施例では、溝３８は、約３００ミクロン〜約４００ミクロンの深さを有することができる。この実施形態では、チャネルの形成により、約２００ミクロンよりも小さい幅を有するリブ４０が形成される。特定の実施形態では、リブ４０は、約１００ミクロン〜約２００ミクロンの幅を有する。
【００２４】
図１７では、上記の実施形態におけるのと同様に、めっき材料が、溝３８を実質的に満たすように伝導層１６上に付加され、めっき材料の表面４６を形成する。次に、図１８に示すように、めっき材料は、犠牲層３６を露出させるために研削される。この研削により、犠牲層３６とめっき材料との上面とが同一平面上にあるようになる。
【００２５】
研削の後に、露出犠牲層３６は、図１９に示すように接着剤層６８までエッチングされる。エッチングは、リブ間に残存した犠牲層を選択的にエッチングするエッチング液によって実施される。それに代えて、後続のエッチングにおいてマスキングする方法を使用して、エッチング液に曝された領域が取除かれるようにすることもできる。水酸化カリウム溶液は、ケイ素で作られた犠牲層に対して許容可能なエッチング液である。水酸化カリウム溶液は、ケイ素を選択的にエッチングするが、下にある接着剤層６８は影響を受けない。水酸化カリウム溶液への曝露は、接着剤層６８に達するまで継続される。次に、接着剤層６８は、図２０に示すように伝導層１６を露出するようにエッチングされる。ここでも同様に、接着剤層をエッチングするが伝導層１６はエッチングされない状態に残存させるエッチング液が使用される。このエッチングにより、伝導性リブ４４が形成されることになる。以前はケイ素及び接着材であった伝導性リブ４４間の領域は、マイクロチャネル２２を形成する。得られたリブ及びマイクロチャネルの寸法は、第１の実施形態について上述した寸法と同様なものにすることができる。
【００２６】
図２１は、めっきの前にのこ引き加工を使用してマイクロチャネルを形成する方法を示すフロー図７０である。ステップ７２において、基板上に伝導層を堆積させる。
【００２７】
次に、ステップ７４で表すように、接着剤層によって伝導層に犠牲層を接着する。ステップ７６において、のこ引き加工によって犠牲層内にチャネルを形成する。のこ引き加工は、犠牲層の端縁部にデブリを生じる場合があるが、デブリは、清浄化工程の間に除去される。のこ引き加工により形成されるチャネル形状は、使用する材料に依存することになることに留意されたい。１つの実施例では、上述のように、１１０面を有するケイ素が、のこ引き加工時に垂直方向チャネルを形成する犠牲層として使用される。のこ引き加工してチャネルを形成した後に、ステップ７８において、のこ引き加工した犠牲層上にめっき材料を堆積させる。ステップ８０において、めっきの結果として形成された表面を取除いて、犠牲層を露出させる。ステップ８２において露出犠牲層をエッチングし、またステップ８４において接着剤層をエッチングによって取除いて、マイクロチャネルを形成する。マイクロチャネル形成の後に、ステップ８６において、マニホルド及びデバイスを付加して、デバイス冷却システムを形成する。
【００２８】
別の実施形態によると、マイクロチャネルは、内面及び外面を有する基板をレーザアブレーション（レーザ切除加工）することによって形成される。基板の内面上に銅又はそのような熱伝導性材料を堆積させて伝導層を形成し、伝導層内に徐々により深いチャネルを連続的に切除加工することによって銅層内にマイクロチャネルを形成する。
【００２９】
図２２〜図２６は、レーザアブレーション法によるマイクロチャネルの製造段階を示す。図２２に示すように、銅層８８が、基板１２上に形成される。基板１２は、上記の材料の１つのようなパワーエレクトロニクスデバイス内で通常使用される半導体材料である。銅層８８は、１つの実施例では電気めっき法によって基板１２上に堆積される。当業者に公知の他の方法を使用することもできる。この実施例では、電気めっきにより、約４００ミクロンの厚さを有する銅層８８が形成されるが、他の厚さも使用することができる。
【００３０】
銅層８８は、図２３に示すようにレーザ切除加工されて、部分的に切除加工されたチャネル９０を形成する。１つの実施例では、各連続的レーザ切除加工工程間に、シリコーン離型剤又は他の清浄化媒体が、銅層８８上に塗布される。この切除加工工程では、マイクロチャネル内にデブリが生じ、このデブリが、徐々に形成されるマイクロチャネルの壁に再付着する可能性があることが判明した。各切除加工工程間での清浄化剤の塗布は、このデブリを効果的に除去するか、又は少なくともそれがマイクロチャネル壁に再付着するのを防止する。次に、銅層には、レーザ切除加工が行われ、ここでも同様にシリコーン離型剤が噴霧される。清浄化剤の各塗布の後に、表面は、拭き取られてレーザ切除加工の結果として生じたデブリが除去される。別の実施例では、基板は、形成されたデブリを除去するために、各連続的レーザ切除加工工程間に水で洗い流される。
【００３１】
それに代えて、化学エッチング清浄化法を使用することができる。そのような場合には、銅層８８上に化学エッチング停止剤を塗布することができる。次に、銅層８８には、レーザ切除加工が行われる。レーザ切除加工の後に、銅層上に塩化第２鉄溶液を配置し、切除加工により生じたデブリをすすぎ落として、部分的に切除加工されたチャネル９０が形成される。切除加工及びエッチング工程は、所望の深さが得られるまで連続的パスの形態で行うことができる。
【００３２】
任意選択的に、レーザアブレーションは、当業者に公知の方法を使用して水中で実施することができ、例えば、レーザビームは、水を貫通して進みかつ基板を切除加工する。この方法では、連続的レーザパスの結果として形成されたデブリを清浄化することができるようになりかつより高速なレーザ切除加工速度を得ることができるようになる利点があるが、より高いレーザ出力が必要となる可能性がある。
【００３３】
図２４は、図２３に示すチャネルよりも深いチャネルを有する部分的に切除加工したチャネル９０を示す。シリコーン離型剤が、再び銅層上に塗布され、その後レーザ切除加工が行われ、デブリが拭き取られて、より深いチャネル９０が形成さる。同様に、化学エッチング停止剤が銅層８８上に塗布される場合には、塩化第２鉄溶液を塗布した後に、形成されたデブリがすすぎ流される。図２４に関連して説明した工程を反復して、マイクロチャネルを図２５に示すような所望の深さに徐々に形成する。レーザ切除加工によって得られたマイクロチャネル２２は一般的に、Ｖ字形である。この実施形態では、マイクロチャネルの典型的な厚さは、約２００ミクロンよりも小さい。特定の実施形態では、この厚さは、約１００ミクロン〜約２００ミクロンで変化させることができる。マイクロチャネルは、約４００ミクロンよりも小さい深さとすることができる。特定の実施形態では、マイクロチャネルの深さは、約３００ミクロン〜約４００ミクロンで変化させることができる。マイクロチャネルの形成の後に、レーザ切除加工の間に使用したシリコーン離型剤又は他の薬品を除去することができる。１つの実施例では、付着したシリコーン離型剤を除去するために、５０体積％のリモネン及びプロパノール溶液が使用される。加えて、窒素ガスを使用して、デブリを吹き飛ばすことができる。
【００３４】
図２６に示すように、次に、マニホルド２０及びデバイス１４が付加される。前の実施形態におけるのと同様に、マニホルドの表面は、マイクロチャネルと流体連通しかつ冷却媒体をマイクロチャネル２２に導入するように作動可能な入口マニホルドと、マイクロチャネル２２と流体連通しかつ冷却媒体をマイクロチャネル２２から排出するように作動可能な出口マニホルドとを含む。デバイス１４は、基板の外面に近接して装着される。上述のように、特定の用途では、デバイスは、レーザ切除加工及びマニホルドの付加の前に、装着することができる。
【００３５】
図２２〜図２６の製造方法を図２７の流れ図９２として要約する。ステップ９６において、熱伝導層にレーザ切除加工を行う。曝露時間、レーザ出力のようなレーザパラメータは、熱伝導層を曝露する前に測定されかつ標準化され、このレーザパラメータは一般的に、レーザの性質及び設計、伝導層として使用した材料並びにマイクロチャネルの所望の深さに応じて決まることとなる。ステップ９８において、レーザ切除加工の後に、熱伝導層上にシリコーン離型剤を塗布し、層を拭き取ってデブリを除去する。所望のチャネル寸法が得られるまで、ステップ９６及び９８を多数回数反復する。１つの実施例では、ステップ９６及び９８は、約１００ミクロンのチャネル深さを得るのに十分な回数反復された。レーザ切除加工により、Ｖ字形チャネルが形成された。マイクロチャネルの形成の後に、清浄化を実施する。清浄化には、洗浄、溶剤塗布又はガス吹付けの組合せが含まれる。ステップ１０２において、処理済み基板及び熱伝導層上にマニホルド及びパワーエレクトロニクスデバイスを装着する。
【００３６】
本明細書では本発明の特定の特徴だけを示しかつ説明してきたが、当業者は多くの修正及び変更を思いつくであろう。従って、提出した特許請求の範囲は、本発明の技術思想の範囲内に属する全てのそのような修正及び変更を保護しようとしていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の態様により製造したパワーデバイス用の例示的な冷却システムを示す図。
【図２】図１に示すパワーデバイスと共に冷却システムを示す分解図。
【図３】めっき法による、図１及び図２に示すタイプのデバイスのマイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図４】めっき法による、図１及び図２に示すタイプのデバイスのマイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図５】めっき法による、図１及び図２に示すタイプのデバイスのマイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図６】めっき法による、図１及び図２に示すタイプのデバイスのマイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図７】めっき法による、図１及び図２に示すタイプのデバイスのマイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図８】めっき法による、図１及び図２に示すタイプのデバイスのマイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図９】めっき法による、図１及び図２に示すタイプのデバイスのマイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１０】図３〜図９の実施形態の変形形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１１】図３〜図９の実施形態の変形形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１２】図３〜図９の実施形態の変形形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１３】図３〜図９の実施形態による、マイクロチャネルを製造する方法を示すフロー図。
【図１４】図１０〜図１２の実施形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１５】図１０〜図１２の実施形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１６】図１０〜図１２の実施形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１７】図１０〜図１２の実施形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１８】図１０〜図１２の実施形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図１９】図１０〜図１２の実施形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図２０】図１０〜図１２の実施形態による、マイクロチャネルの製造段階を示す図。
【図２１】本方法の別の変形形態による、マイクロチャネルを製造する方法のフロー図。
【図２２】レーザアブレーション法によるマイクロチャネル形成の製造段階を示す図。
【図２３】レーザアブレーション法によるマイクロチャネル形成の製造段階を示す図。
【図２４】レーザアブレーション法によるマイクロチャネル形成の製造段階を示す図。
【図２５】レーザアブレーション法によるマイクロチャネル形成の製造段階を示す図。
【図２６】レーザアブレーション法によるマイクロチャネル形成の製造段階を示す図。
【図２７】図２２〜図２６の実施形態による、マイクロチャネルを製造する方法のフロー図。
【符号の説明】
【００３８】
１０  電子回路組立体
１２  基板
１４  デバイス
１６  伝導層
１８  熱交換層
２０  マニホルド
２２  マイクロチャネル
２４  入口プレナム
２６  出口プレナム
２８  基板の外面
３０  基板の内面
３２  入口マニホルド
３４  出口マニホルド
３６  犠牲層
３８  溝
４０  リブ
４４  伝導性リブ
４６  上部層
４８  第２の伝導層
５０  プロセスフロー図
５２  基板上に伝導層を堆積させる
５４  第１の伝導層を覆う
５６  犠牲層を堆積させる
５８  犠牲層を伝導層までエッチングする
６０  エッチングした犠牲層をめっきする
６２  表面を取除いて犠牲層を露出させる
６４  残存犠牲層をエッチングする
６６  マニホルド及びデバイスを付加する
６８  接着剤層
７０  プロセスフロー図
７２  基板上に伝導層を堆積させる
７４  伝導層に犠牲層を接着する
７６  犠牲層及び接着剤層を貫通してのこ引き加工する
７８  伝導層までめっきする
８０  表面を取除いて犠牲層を露出させる
８２  残存犠牲層をエッチングする
８４  残存接着剤層をエッチングする
８６  マニホルド及びデバイスを付加する
８８  銅層
９０  部分的に切除加工したチャネル
９２  プロセスフロー図
９４  基板に伝導層をダイレクトボンディングする
９６  チャネルをレーザ切除加工する
９８  洗浄及び拭き取りを施す
１００  終了したか
１０２  マニホルド及びデバイスを付加する
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【外国語明細書】
2007165896000001.pdf