[发明专利]电力电子组件和半导体器件叠层

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2016年3月8日提交的美国临时专利申请 NO.62/305,281的优先权。

技术领域

本说明书大体涉及电力电子组件，更具体地，涉及具有半导体器 件叠层和集成流体通道系统的电力电子组件，所述半导体器件叠层具 有半导体冷却芯片，所述集成流体通道系统在半导体器件叠层内延伸。

背景技术

散热装置可以联接到诸如电力电子器件这样的发热装置，以移除 热量并降低发热装置的最大工作温度。可以使用冷却流体经由对流热 传递来接收由发热装置产生的热量，并且从发热装置移除这种热量。 例如，可以引导冷却流体的射流使得其冲击发热装置的表面。从发热 装置移除热量的另一种方式是将发热装置联接到由导热材料(例如铝) 制成的翅片式散热器。

然而，由于新开发的电气系统的需求，电力电子组件被设计成在 增大的功率水平下工作并且产生了相应增加的热通量，常规的散热器 不能充分地除热通量来将电力电子组件的工作温度有效地降低到可接 受的温度水平。此外，传统的散热器和冷却结构需要附加的接合层和 热匹配材料(例如，结合层、衬底、热界面(thermal interface)材料)。 这些附加层使整个组件的热阻显著增大，并且使得电子系统的热管理 更为困难。

因此，需要具有内部冷却结构的替代电力电子组件和替代电力电 子器件。

发明内容

在一个实施例中，一种电力电子组件包括半导体器件叠层，所述 半导体器件叠层具有宽带隙半导体器件、半导体冷却芯片和第一电 极，所述宽带隙半导体器件包括宽带隙半导体材料，所述半导体冷却 芯片包括热联接到所述宽带隙半导体器件的半导体材料，所述第一电 极电联接到所述宽带隙半导体器件并且定位在所述宽带隙半导体器 件和所述半导体冷却芯片之间。所述电力电子组件还包括衬底层，所 述衬底层联接到所述半导体器件叠层，使得所述半导体冷却芯片定位 在所述衬底层和所述宽带隙半导体器件之间。所述衬底层包括衬底入 口端口和衬底出口端口。集成流体通道系统在所述衬底层的衬底入口 端口和衬底出口端口之间延伸。此外，所述集成流体通道系统包括衬 底流体入口通道、衬底流体出口通道和一个或多个冷却芯片流体通 道，所述衬底流体入口通道从所述衬底入口端口延伸到所述衬底层 中，所述衬底流体出口通道从所述衬底出口端口延伸到所述衬底层 中，所述一个或多个冷却芯片流体通道延伸到所述半导体冷却芯片 中。所述一个或多个冷却芯片流体通道与所述衬底流体入口通道和所 述衬底流体出口通道流体连通。

在另一个实施例中，一种半导体器件叠层包括第一半导体冷却芯 片和第二半导体冷却芯片，所述第一半导体冷却芯片联接到所述第二 半导体冷却芯片。所述第一半导体冷却芯片和所述第二半导体冷却芯 片每个均包括半导体材料、冷却芯片流体入口、冷却芯片流体出口和 一个或多个冷却芯片流体入口通道，所述一个或多个冷却芯片流体入 口通道定位在所述第一和第二半导体冷却芯片的凹部区域中并且与 所述冷却芯片流体入口和所述冷却芯片流体出口流体连通。所述半导 体器件叠层还包括宽带隙半导体器件、第一电极和第二电极，所述宽 带隙半导体器件定位在所述第一半导体冷却芯片和所述第二半导体 冷却芯片之间，并且热联接到所述第一半导体冷却芯片和所述第二半 导体冷却芯片，所述第一电极电联接并且热联接到所述宽带隙半导体 器件，并且定位在所述第一半导体冷却芯片和所述宽带隙半导体器件 之间，所述第二电极电联接并且热联接到所述宽带隙半导体器件，并 且定位在所述第二半导体冷却芯片和所述宽带隙半导体器件之间。