KR100342797B1 - 반도체 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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호조지히로시
세리자와고지
오가와도시오
구마자와데쯔오
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가나이 쓰도무
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 반도체 플라스틱 팩키지, 특히 파워 반도체 모듈을 제조하는 바람직한 모듈 구조물 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적은 파워 반도체 소자, 전기 회로 기판(4), 열 확산기(5), 전원 공급 단자(2) 및 제어 신호 단자를 포함하는 부품들이 장착된 위치 결정 홀을 갖는 기판(6)을 이용하고 상기 기판을 수지(7)로 성형함으로써 달성되고, 따라서 수지 성형식의 파워 반도체 모듈을 저비용으로 제조할 수 있다.

Description

반도체 소자 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
종래의 공지된 파워 모듈(이하 '파워 모듈'로 불릴 것임)은 패키지 케이스(60)에서, 파워 반도체 소자 및 열 확산기(heat spreader)와 같은 소자들이 장착된 기판을 밀봉하는 단계 및 패키지 포장(60)에서 실리콘 겔 및 에폭시 수지를 주조하고 경화하는 단계에 의해 제조되어 왔다.
이하, 도 33 내지 도 36과 관련해서, 일례로서 종래의 파워 반도체 모듈의 제조 공정을 설명할 것이다.
도 33은 열 확산기 상에 파워 모듈의 소자들을 장착하는 공정을 도시하는 도면이다.
즉, 절연 회로 기판(4)은 열 확산기(5)위에 결합되고, 그 위에 파워 반도체 소자와 같은 소자들(1)이 결합되고, 외부 접속 단자들로서 작용하는 단자 블럭(8)은 회로 기판(4)상에 장착된다. 회로 기판(4)상에 장착된 이들 소자들(1)은 전기 회로를 형성하기 위하여 금속 와이어(미 도시됨)로 선정된 단자들에 각각 접속된다. 또한, 단자 블럭(59)은 전체 파워 모듈을 위한 전기 회로를 설치하기 위하여 금속 와이어에 의해 절연 회로 기판 상의 전기 회로와 접속된다. 금속 와이어로서, 알루미늄 와이어 등이 사용된다. 이러한 배치에서, 단자 블럭(59)은 절연 회로 기판(4)에서 바로 위로 돌출된다. 따라서, 반도체 소자를 구성하는 열 확산기(5c)가 완성된다.
열 확산기(5) 위에 패키지 케이스를 설치하는 공정을 도시하는 도 34를 참조하면, 상부에 반도체 소자들이 장착된 열 확산기(5c)는 서로 일체로 합체되도록 열 확산기(5)의 외부에 접합되거나 용접된 패키지 케이스(60)로 삽입된다.
패키지 케이스(59)내로 실리콘군 수지를 주조하는 공정을 설명하기 위한 도 35를 참조하면, 실리콘군 겔(61)은 알루미늄 와이어가 매립되는 레벨까지 패키지 케이스(59)에서 주조되고, 그런 다음 경화를 위해 가열된다.
반도체 모듈을 완성하기 위하여, 에폭시 군 수지를 주조하는 단계를 포함하는 공정을 설명하기 위한 도 36을 참조하면, 에폭시 수지(62)는 실리콘군 겔(61)이 주조되었고 가열에 의해 경화되었던 부분(60b) 상에서 패키지 케이스(69) 내에 주조되고, 수지 주조 공정을 완료하도록 가열 경화된다.
주조 수지가 경화된 후, 파워 모듈은 시각 검사 및 그 동작 테스트를 통해 완성된다. 즉, 종래의 파워 모듈은 보호 케이스에서, 외부 단자들(단자 블럭)이 수직 배향되는 구조로 밀봉되고 그 안에 주형 수지를 주조함으로써 제조되어 왔다.
주형 수지를 사용하는 종래의 제조 방법은 주형 수지가 사용되기 때문에 보호 케이스 등의 접속이 반드시 요구되어 종래의 제조 단계는 복잡했다. 또한, 주형 수지의 사용으로 인해, 주형 수지를 경화하기 위한 시간이 더 길어짐에 따라, 종래의 파워 모듈 제조 방법에서 단계들 중 연속성은 한정된다. 또한, 비용의 관점에서 문제가 있다.
따라서, 발명자는 수직 배향된 외부 접속 단자들을 갖는 구조가 주형 수지를 사용하지 않고 제조되는 제조 방법을 고려한다.
일본 특허 공개 공보 제 H5-226575에 개시된 이송 성형(transfer molding) 처리는 주형 수지를 사용하지 않고 파워 모듈을 제조하는 방법들 중의 하나이다. 이러한 이송 성형 방법에서, 파워 모듈의 소자들은 주형 공구를 사용하여 수지로 밀봉된다. 이러한 이송 성형 처리는 처리 단계들 중에서 연속성을 얻기에 바람직하고, 제조 비용을 낮추기 위하여 대량 생산하는 것이 가능해진다.
그러나, 일반적으로 이송 성형 처리를 사용하는 종래의 제조 방법에서, 외부 접속 단자들은 제조될 파워 모듈의 소자들 중 하나인 열 확산기의 표면 상에 수평으로 정렬되고, 주형 전에 상부와 하부 주형 공구 사이에서 클램핑된다. 그러나, 본 발명의 목적으로서, 수직으로 배치된 외부 접속 단자들의 비성형된 부분을 주형하는 방법에 대해서 고려되지 않는다.
즉, 수직으로 정렬된 외부 접속 단자들을 이송 성형하는 경우에, 본 발명의 목적으로서 외부 접속 단자들은 주형 공구의 개방 방향 및 폐쇄 방향에 실제로 직각인 위치에 배치되고, 따라서 주형 공구를 세로로 고정시키기 위한 클램핑 압력은 외부 접속 단자들을 십자형으로 클램핑하기 위한 힘으로서 직접 사용될 수 없다.
외부 접속 단자들은 십자형으로 클램프될 수 없도록 하여, 수지 주형이 만들어지고, 주형 공구 내의 외부 접속 단자와 리세스 사이에 갭이 남아, 외부 접속 단자들은 고정되고, 수지 플레쉬의 형성을 초래한다. 반대로, 상기 언급된 갭의 형성을 막기 위하여 외부 접속 단자들에 주형 공구로 리세스의 면적에 가까울수록, 외부 접속 단자들의 치수 에러의 흡수는 더 힘들어질 것이다. 또한, 이송 성형 등을 안정적으로 수행하는 것이 불가능한 문제가 발생한다.
한편, 외부 접속 단자들이 종래의 열 확산기의 표면 상에 놓인 구조의 경우에, 병렬로, 외부 접속 단자들의 성형되지 않은 부분과 열 확산기 사이의 거리는 짧아, 그들 사이에 전기 방전이 일어날 가능성이 있고, 모듈이 파손될 가능성이 있다. 특히, 열 확산기 및 열 확산기와 접촉하게 만드는 열 방사핀을 요구하는 높은 발열량을 갖는 큰 용량 파워 모듈에서, 외부 접속 단자들은 수직이되도록 열 확산기(대안적으로, 열 절연 회로 기판) 상에 설치되어야 한다.
본 발명은 파워 반도체 모듈과 같은 반도체 소자와 그 제조 방법에 관한 것이다.　
도 1은 파워 반도체 모듈의 구조를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 구조를 도시하는 상부 평면도.
도 3은 위치 결정 홀들로 형성된 기판 상에 다양한 소자들을 장착하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 수지 주형의 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 성형된 제품에서 완전한 제품을 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 수지 주형을 위한 주형 공구로 공동를 도시하는 확대 단면도.
도 7a은 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 7b는 도 7a에 도시된 부분을 도시하는 단면도.
도 8a는 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 8b 및 도 8c는 상이한 방향에서 보았을 때 도 8a에 도시된 부분을 도시하는 단면도.
도 9는 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 10a는 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 10b는 도 10a에 도시된 부분을 도시하는 단면도.
도 11은 메인 파워 단자들의 구조를 도시하는 사시도.
도 12a는 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 12b는 도 12a에 도시된 부분을 도시하는 단면도.
도 13은 위치 결정 홀들로 형성된 기판 상에 다양한 소자들을 장착하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 14는 수지 주형의 공정으로 설명하기 위한 도면.
도 15는 성형된 제품에서 완전한 제품을 완성하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 16a은 수지 주형을 위한 주형 공구의 공동를 도시하는 단면도.
도 16b는 도 16a에 도시된 공동의 부분을 도시하는 확대 단면도.
도 17은 성형된 제품에서 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 18은 전원 단자들을 구부리는 방법을 설명하기 위하여 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 19a는 수지 주형을 위한 성형 공동 부분을 도시하는 단면도.
도 19b는 도 19a에 도시된 성형 공동를 도시하는 확대 단면도.
도 20은 성형된 제품의 전원 단자 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 21은 전원 단자들을 구부리는 방법을 설명하기 위하여 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 파손된 확대 사시도.
도 22a 및 도 22b는 나사부를 도시하는 사시도.
도 22c는 도 22a에 도시된 나사부를 도시하는 단면도.
도 23은 삽입된 외부 접속 단자들에서 주형 공구의 상반부를 도시하는 단면도.
도 24는 성형된 제품의 전원 단자 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 25는 삽입된 전원 단자들에서 주형 공구의 상반부를 도시하는 단면도.
도 26은 성형된 제품의 전원 단자부를 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 27은 수지 주형을 위한 성형 공동부를 도시하는 단면도.
도 28은 성형된 제품의 전원 단자부를 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도.
도 29는 수지 주형을 위한 성형 공동 부분을 도시하는 단면도.
도 30은 성형된 제품의 전원 단자부를 도시하는 부분적으로 파손된 확대 사시도.
도 31은 도 30에 도시된 전원부를 도시하는 확대 단면도.
도 32는 도 30에 도시된 전원부를 도시하는 확대 단면도.
도 33은 종래의 파워 반도체 모듈에서 열 확산기 상에 다양한 소자들을 장착하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 34는 열 확산기 상에 보호 케이싱을 고정하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 35는 보호 케이스내로 실리콘 수지를 주조하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 36은 보호 케이스내로 에폭시 수지를 주조하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 37은 수지 주형을 위한 성형 공동부를 도시하는 확대 단면도.
도 38은 수지 주형을 위한 성형 공동부를 도시하는 확대 단면도.
도 39는 공동에 슬라이딩 부분을 갖는 주형 공구를 도시하는 개략적 단면도.
도 40은 공동에 슬라이딩 부분을 갖는 주형 공구를 도시하는 개략도.
도 41은 가이드 핀에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 42는 가이드 핀에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 43은 가이드 핀에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 44는 가이드 핀에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 45는 주형 공구에 형성된 경사부에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 46은 주형 공구에 형성된 경사부에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 47은 주형 공구에 형성된 경사부에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 48은 주형 공구에 형성된 경사부에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 49는 주형 공구에 형성된 경사부에 의해 공동에 이동 가능한 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 50은 주형 공구에 형성된 경사부에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 51은 주형 공구에 형성된 경사부에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 52는 주형 공구에 형성된 경사부에 의해 공동에 슬라이딩 부분을 이동하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 53은 주형 공구에 제공된 슬라이딩 부분을 형성하는 리세스들 내의 주형 공구를 도시하는 상부도.
도 54는 공동에서 슬라이딩 부분에 의해 클램프된 수직 외부 접속 단자부가 절연막에 인가되는 반도체 소자를 도시하는 개략도.
도 55는 공동에서 슬라이딩 부분에 의해 클램프된 수직 외부 접속 단자들이 절연막에 인가되는 반도체 소자를 도시하는 개략도.
도 56는 탄성 중합체가 공동내의 슬라이딩 부분에 제공되는 주형 공구를 도시하는 상부도.
도 57은 가이드 핀의 기울어진 각을 도시하는 상부도.
도 58은 주형 공구의 상반부에 형성된 경사부의 경사각을 도시하는 도면.
도 59는 슬라이딩 부분에 형성된 경사부의 경사각을 도시하는 도면.
본 발명의 제1 목적은 수직으로 배열된 외부 접속 단자들이 높은 신뢰성으로 수지 밀봉되는 수직적으로 배열된 외부 접속 단자의 반도체 소자 제조 방법을 제공하기 위하여 이송 성형될 수 있는 그런 기술 및 이에 따라 제조된 반도체 소자를 제공하는 것이다.
또한, 일반적으로 핀-삽입 접속을 위한 고정형 및 나사를 고정하기 위한 리셉터를 갖는 파워 모듈을 위한 외부 접속 단자가 제시되고, 따라서 파워 모듈의 수지 주형은 각 타입에 대해 적절하게 채택될 수 있다.
본 발명의 제2 목적은 외부 접속 단자들이 수지 주형을 사용하여 실제로 수직이 되도록 배치되는 반도체 소자를 안정적으로 제조하는 방법 및 나사를 고정하기 위한 리셉터에 채택될 수 있는 이에 따라 제조된 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 실제로 수직 상태에서 형성되는 선정된 된 외부 접속 단자를 전기 회로 기판 상에 설치하는 단계를 포함하는 반도체 소자를 제조하는 방법이 제공된다.
이러한 배치를 가짐으로써, 전기적 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자가 위에 전기 회로가 형성되는 전기 회로 기판 상에 실제로 수직인 상태에서 배열되는 이송 성형된 반도체 소자가 제공된다.
여기에서 수직 방향이 외부 접속 단자가 전기 회로에서 주형 공구의 하반부 또는 상반부으로 직접 배치되는 방향임을 주목해야 하고, 단자는 문제가 없는 접속 단자의 중간에서 기계적 강도를 흡수하기 위한 구조와 같은 수직이 아닌 구조를 포함할 수 있다.
수직으로 배치된 외부 접속 단자가 보조 부재의 중간을 통해 주형 공구의 상반부 또는 하반부의 리세스내에 고정되는 그러한 배치에서, 주형 공구의 수직 고정힘은 보조 부재에 의해 외부 접속 단자를 클램핑하기 위한 힘으로 변환될 수 있고, 따라서 수지 리프레쉬의 형성을 방지할 수 있고 안정적인 이송 성형을 수행할 수 있으므로, 높은 신뢰성이 있는 반도체 소자를 제공하는 것이 가능해진다.
주형 공구의 수직 고정힘을 외부 접속 단자를 클램핑하기 위한 힘으로 변환하기 위하여, 바람직하게 임의의 부재가 사다리꼴 횡단면 형상 등을 갖는다. 그런 모양을 갖는 보조 부재를 사용함으로써, 외부 접속 단자는 주형 공구의 상반부 또는 하반부의 리세스에 고정될 수 없지만, 보조 부재와 외부 접속 단자 사이에 한정된 갭은 보조 부재의 변형으로 인해 실제로 제거될 수 있음에 따라, 수지 플래시의 형성을 방지할 수 있다. 만약, 보조 부재와 외부 접속 단자사이에 근접한 접점이 얻어질 수 있다면, 그것은 외부 접속 단자 상에 수지 플래시의 형성을 방지하기에 충분하고, 보조 부재에 의해 주형 공구의 수직 고정힘을 외부 접속 단자를 클램핑하기 위한 힘으로 항상 전환하여야 하는 것은 아니라는 것에 주목해야 한다.
보조 부재에 대해서, 폴리테트라플루오르에틸렌 수지, 실리콘 수지 또는 폴리아미드 수지로 이루어진 부드러운 연가요성 부재가 양호하게 사용된다. 이들 물질들을 사용함으로써, 수지가 주형시 열로 인해 확장하기 때문에, 보조 부재와 접속 단자사이의 근접한 접점의 정도는 증가되고, 따라서 수지 플래시의 형성을 방지할 수 있다. 또한, 이들 물질들을 사용하여, 성형 정지 및 접속 단자로부터 보조 부재의 제거는 주형후 용이해질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구성에 따라, 외부 접속 단자 상의 전기 회로 기판은 실제로 수직 상태로 배치되고, 외부 접속 단자를 위치시키기 위하여 공동 내에 형성된 리세스부 및 외부 접속 단자는 수지가 이송 성형을 위한 공동 내에서 주조되는 동안 공동 내에 형성된 리세스부에 대응하는 이동가능한 부분에 의해 클램프된다.
이러한 경우에, 1Mpa보다 크고 10Gpa보다 작은 탄성 모듈들을 갖는 탄성체 부재는 외부 접속 단자와 공동 내의 리세스부 사이의 접촉부에 양호하게 설치된다.
이러한 배치에 의해, 수지의 손실을 줄이고 수직으로 배치된 외부 접속 단자를 손상시키기 않고 안정적인 이송 성형을 수행하는 것이 가능해진다.
한편, 주형 공구를 사용하여 이송 성형을 수행하기 위하여, 주형 공구와 파워 모듈의 부품들을 서로 위치 정렬시키는 방법에 있어서 문제점이 제거되고 있다. 위치 정렬의 정확성이 보장될 수 없다면, 외부 접속 단자는 주형 공구의 조작 중에 (부품들이 주형 공구의 상부 및 하반부들 사이에 클램핑될 때) 주형 공구의 상부 또는 하반부 내의 리세스로 안정되게 끼워맞출 수 없을 것이고, 그에 따라 외부 접속 단자의 왜곡이 유발되고 상부 및 하반부들 사이에 수지 누출이 초래된다.
본 발명에 따라, 전기 회로 기판 상에 형성된 선정된 전기 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자는 실제로 수직 상태에서 전기 회로 기판 상에 설치되고, 전기 회로 기판은 이송 성형을 위한 가이드판 상에 설치되고, 가이드판은 주형 공구의 상부 또는 하반부의 선정된 부분에서 형성된 리세스로 고정되고, 최종적으로, 수지는 이송 성형을 위한 주형 공구로 주조된다.
이러한 배치로, 전기 회로 기판 상에 형성된 전기 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자에 이송 성형된 반도체 소자가 제공되고, 실제로 수직 상태에서 전기 회로 기판 상에 배치되고, 전기 회로 기판은 가이드판 상에 장착된다.
이러한 가이드판은 파워 모듈의 소자로서 열 확산기일 수 있거나 가이드 부재로서 추가적으로 제공된 부재일 수 있다. 가이드판을 사용함으로써, 각 제조 단계에서 소자들의 장착 위치의 설정이 용이해질 수 있고, 제조 단계를 통해 연속성및 자동성이 생김에 따라, 생산 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 주형 공구의 공동내에서 위치를 정하는 것이 용이해질 수 있다.
특히, 하반부의 리세스에 외부 접속 단자 및 가이드판을 미리 고정함으로써, 상반부와 하반부 사이에 소자들을 클램핑하는 경우에 평면 방향에서, 파워 모듈의 소자들이 장착된 전기 회로 기판에 대한 위치의 정확성을 계산할 필요가 없어짐에 따라 안정된 주형을 기대할 수 있다.
이러한 경우에, 가이드판의 후면을 노출시키기 위하여 이송 성형을 수행하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 언급된 전기 회로 기판 또는 가이드판은 그 후면을 노출시키기 위하여 상반부 또는 하반부에 고정되도록 배치된다.
그런 방법으로 후면을 노출시킴으로써, 성형된 제품에서 전기 회로 기판 또는 가이드판은 열 방사 핀으로 제공될 수 있다. 가이드 판은 높은 온도 전도성을 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 다수의 외부 접속 단자들을 배치하기 위하여, 상호 접속된 상태로 외부 접속 단자들을 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 외부 접속 단자들은 함께 서로 접속된 상태로 전기 회로 기판 상에 배치되고, 단자들 사이의 접속부는 이송 성형 후 다듬어진다. 이러한 경우에, 외부 접속 단자들은 외부 접속 단자들 사이에 접속된 부분이 포함되어 선정된 길이로 다듬어질 수 있다.
다수의 외부 접속 단자들은 서로서로 독립적으로 배치되어야 하며, 외부 접속 단자들은 상기 언급된 상반부 또는 하반부의 리세스에 개별적으로 고정되어야 한다. 따라서, 치수의 에러 및 위치적 편차를 완화시키는 것은 어려울 것이다.
반대로, 만약 외부 접속 단자들이 함께 접속된다면, 각각 리세스 내로 외부 접속 단자들을 고정할 필요가 없어지고, 주형 공구의 상반부 또는 하반부에 형성된 단일 리세스 내로 한측에서 고정될 수 있음에 따라, 상기 언급한 위치 에러 및 위치 편차를 완화하는 것이 가능하다.
핀-삽입 접속을 위한 고정형의 외부 접속 단자를 갖는 반도체 소자의 제조가 상기 설명되었다. 다음, 나사 고정 접속을 위한 리셉터의 외부 접속 단자를 갖는 반도체 소자의 제조가 설명될 것이다. 여기에서, 외부 접속 단자들의 핀-삽입 접속을 위한 고정형 및 나사 고정 접속을 위한 리셉터 모두가 전기 회로 기판에 직각 방향으로 배치되고, 거의 전체 부분이 성형된 수지로 배치되어, 서로 실제로 동일한 기본 배치를 갖는다는 것에 주목해야 한다.
즉, 본 발명의 제2 목적을 이루기 위하여, 전기 회로 기판 상에 형성된 선정된 전기 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자는 실제로 수직 상태로 전기 회로 기판 상에 배치되고, 전기 회로 기판에 대해 수평적으로 부분을 설치하기 위하여 수지로 밀봉되지 않을 부분으로 구부려지고, 그런 다음, 전기 회로 기판은 위치되도록 주형 공구의 상반부 또는 하반부의 소정 부분에 고정되고, 마침내 수지는 이송 성형을 위한 주형 공구로 주조된다. 가이드판이 전기 회로 기판을 위치시키기 위해 사용될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 또한, 상반부 또는 하반부은 상기 언급된 만곡된 부분으로 고정되도록 리세스로 형성될 수 있다.
이러한 리셉터의 파워 모듈의 경우에, 나사 기구를 제공하는 것이 문제가 된다.
본 발명에 따라면, 이송 성형은 외부 접속 단자의 접합부로서 작용하는 나사 기구의 그런 상태로 수행되고, 다른 나사 기구으로 나사 기구를 고정하기 위해 필요한 공간을 형성하기 위한 용기부는 외부 접속 단자의 만곡된 부분에 결합된다. 나사 기구이 다른 임계 부분(더미)으로 고정되는 그런 상태에서 이송 성형이 이루어짐을 주목해야 한다.
그런 리셉터의 구조는 상기 언급한 고정형을 사용하여 성형될 수 있다. 즉, 고정형의 파워 모듈이 이송 성형된 후에, 수지로 아직 성형되지 않는 부분을 갖는 외부 접속 단자의 노출된 부분은 전기 회로 기판과 실제로 수평이되도록 만곡된다.
이러한 경우에, 이송 성형은 수지 주형 부분으로 외부 접속 단자의 만곡된 부분을 조정하기 위하여 주형 공구의 상반부 또는 하반부에 형성된 돌기로 주형 공구를 사용하여 수행될 수 있고, 제3 돌기가 다른 나사 기구과 함께 나사 기구를 고정하기 위하여 필요한 공간을 형성하기 위하여 선정된 위치에서 제2 돌기 상에 형성되는 동안, 제2 돌기는 외부 접속 단자의 접합부로서 작용하는 나사 기구를 조정하기 위하여 선정된 위치에서 제1 돌기 상에 형성된다.
이하, 도 1 내지 도 56과 관련해서 본 발명의 실시예가 설명될 것이다.
첫째, 핀 삽입 접속을 위한 고정형(fast-on)의 외부 접속 단자들(전원 단자들 및 제어 신호 단자들)의 파워 반도체 모듈의 제조 방법이 도 1 내지 도 12와 관련해서 설명될 것이다.
도 1은 파워 반도체 소자, 전원 단자들(2), 제어 신호 단자들(3), 절연 회로 기판(4), 열 확산기(5) 및 위치 결정 홀들을 갖는 기판(6)을 포함하는 파워 반도체 모듈의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이고, 이들 부분들은 파워 반도체 모듈을 얻기 위하여 수지(7)로 덮혀있다.
상기 언급한 바와 같이, 만약 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)이 절연 회로 기판(4)에 수직으로 배치된다면, 외부 접속 단자로서 작용하는 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)의 주형되지 않은 부분과 열 확산기(5)[절연 회로 기판(4)]사이의 거리가 보장될 수 있음에 따라, 방전 현상은 그것 사이에서 거의 일어날 수 없고, 따라서 모듈에 손상을 주는 것은 거의 발생하지 않는다.
도 2는 상부에서 볼 때 파워 반도체 모듈을 도시하는 평면도이다. 파워 반도체 소자들을 포함하는 소자들(1)은 절연 회로 기판(4) 상에 놓여진 전기 회로(8)에 소정의 위치에서 땜질 등에 의해 결합된다. 또한, 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)은 땜납(10)에 의해 회로 기판(8) 상에서 패드 부분(9)에 결합된다. 파워 반도체 소자를 포함하는 소자(1), 전기 회로(8), 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)은 전기 회로(8)에 접속을 완료하기 위하여 금속 와이어들로 함께 접속된다. 절연 회로 기판(4)은 위치 결정 홀들을 갖는 기판(6) 상에 장착되고, 그런 다음, 땜납에 의해 앞에서와 같이 결합된다. 또한, 열 확산기(5)는 열 확산기(5)에 부착되는 열 방사 핀과 같은 부분들을 통해 부착된 홀들(12)을 갖으면서 형성된다. 또한, 부착된 홀들(12)이 위치 결정 홀들을 갖는 기판(6)을 통해 관통한다고는 말할 수 없다. 또한, 전원 단자들의 부분 및 제어 신호 단자들(3)의 부분 및 위치 결정 홀들을 갖는 기판(6)의 후면을 제외한, 절연 회로 기판(4)의 장착면은 수지(7)로 덮혀진다. 이러한 배치에서, 알루미늄 와이어등은 금속 와이어로서 사용될 수 있다. 열 확산기(5)는 동 합금, 알루미늄 합금 등으로 만들어 질 수 있다. 또한, 위치 결정 홀들을 갖는 기판은 동 합금 또는 철-니켈 합금 등과 같은 금속 재료로 이루어진다.
열 확산기 및 부착된 홀들을 갖는 기판은 결합하여 실제로 동일한 열 확장 계수를 갖는 물질들로 이루어거나 전자는 계수를 갖는 금속 물질로 이루어지고 후자는 전자보다 더 낮은 계수를 갖는 금속 물질로 이루어진다. 이들 결합으로, 모듈은 왜곡이 억제될 수 있다.
또한, 위치 결정 홀들은 위치 결정 홀들을 갖는 기판(6)을 사용하는 대신에 열 확산기(5)에 형성될 수 있다.
부수적으로, 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3) 모두가 수직으로 결합되도록 항상 요구되는 것은 아니지만, 전원 단자들(2) 또는 제어 신호 단자들(3) 중 하나가 수직으로 결합되도록 하는 것은 가능할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 상기 언급된 파워 반도체 모듈 구조를 제작하는 공정이 설명될 것이다.
도 3은 위치 결정 홀들을 갖는 기판(6) 상에 다양한 소자들을 장착하는 제조 공정을 도시하고, 이하 간략하게 '가이드 판'으로서 표시할 것이다. 가이드 판(6) 상에 다양한 소자들을 장착하는 개요를 설명할 것이다.
첫째, 열 확산기(5)는 선정된 위치에서 가이드 패널(6)에 결합된다. 이때, 선정된 위치는 주요점으로서 가이드 판(6) 상에 기준홀들을 사용하여 설정된다. 또한, 연속적인 제조 단계들은 주요점들로서 기준홀들(13)을 사용함으로써 실행되고, 따라서 이들 단계들은 계속적이고 자동적으로 실행될 수 있다. 다음, 절연 회로 기판(4)은 땜납 등에 의해 열 확산기(5)에 결합된다. 또한, 파워 반도체 소자들을 포함하는 소자들은 절연 회로 기판(4) 상의 선정된 위치에서 땜납 등에 의해 미 도시된 전기 회로에 결합된다. 그후, 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)은 땜납 등에 의해 전기 회로상의 미 도시된 패드 부분에 결합된다.
각각 다수인 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)이 결합부(14, 15)에 의해 기계적으로 함께 결합됨에 주목해야 한다. 따라서, 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)은 안정적으로 절연 회로 기판(4) 상에 수직으로 결합된다.
파워 반도체 소자를 포함하는 소자(1), 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3), 절연 회로 기판(4), 열 확산기(5) 및 가이드 판(6)의 결합 순서가 본 실시예에서 설명되는 것으로 제한되지는 않아야 하지만, 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)이 절연 회로 기판(4) 상에 수직으로 결합되는 공정에서 임의의 다른 순서가 취해질 수 있다는 것에 주목해야 한다.
도 4는 주형 공구을 사용하여 제품을 수지-주형하는 공정을 도시한다.
소자들이 가이드 판(6)에 장착된 후, 전원 단자들(2)을 함께 접속하는 결합부(14) 및 제어 신호 단자들(3)을 함께 접속하는 결합부(15)는 서로서로 단자들을 분리하도록 잘려진다. 이러한 경우에, 결합부들(14, 15)은 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)이 선정된 길이를 유지할 수 있는 그런 방법으로 잘려진다.
또한, 단자들, 회로 기판 및 소자들(1)은 주형 공구(16)의 캐비티에 설치된 전기 회로를 완성하기 위하여 금속 와이어들에 의해 접속된다.
이러한 실시예에서, 열경화성 수지로서 에폭시 수지가 이송 성형을 실행하기 위하여 사용되는 경우를 설명할 것이다. 물론, 주형 공구는 에폭시 수지가 경화되는 온도까지 가열된다. 수지 주형은 미 도시된 주형된 수지 타블렛이 주형 공구내에서 미 도시된 포트내로 주조된 다음, 미 도시된 피스톤으로 압축되는 그런 방법으로 실행된다. 피스톤에 의해 압축된 수지가 가열되고 용해됨에 따라 주형 공구 내의 러너(runner)에서 게이트(18)를 통해 캐비티(19)내로 흐른다. 그때, 주형된제품으로 형성되도록 경화 작용을 통해 경화된다.
캐비티의 상태를 설명할 것이다. 즉, 가이드 판(6)은 주형 공구(16)의 상반부 (20)과 하반부(21)사이에 클램프되고, 열 확산기(5)를 포함하는 다른 부분은 캐비티(19)에 설치된다. 이러한 실시예의 구성에서, 캐비티(19)의 위치가 주형 공구내의 가이드 판(6) 및 미 도시된 위치 결정 핀의 기준 홀들(13)을 사용하여 결정되도록 가이드 판(6)은 실제로 주형 공구의 하반부(21)에 끼워진다. 이러한 위치 결정으로, 전원 단자들 및 제어 신호 단자들은 주형 공구의 상반부에 형성된 들어간 부분에 끼워진다.
따라서, 모든 부분들이 캐비티(19)로 설정된 상태에서, 수지는 전원 단자들 및 제어 신호 단자들의 부분을 제외한 모든 부분들 및 가이드판(6)의 후면을 피복하기 위하여 그 안으로 주조되고, 따라서 주형된 제품은 완성된다.
가이드 판(6)의 후면이 주형되지 않았기 때문에, 파워 반도체 소자 등으로부터 발생된 열은 가이드 판(6)의 후면에서 방사될 수 있다.
단자 삽입부가 주형 공구의 상반부(20)에 존재하는 이런 경우의 본 실시예를 설명함에도 불구하고, 단자 삽입부는 장해없이 주형 공구의 하반부(21)에 제공될 수 있다. 또한, 주형 수지는 경화성 수지로 제한되지 않아야 하지만, 열가소성 수지는 사용될 수 있다. 이러한 사실은 아래 상세히 설명될 임의의 다양한 실시예에서 유사하게 효과적일 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 주형된 제품으로부터 완성된 제품을 얻는 공정을 도시한다.
수지-주형된 제품(22)은 주형된 제품 설치대(23)에 고정되고, 러너(17), 게이트(18) 및 수지 주형후에 더 사용되지 못하는 가이드 판(6)의 부분은 완성된 제품(25)을 얻기 위하여 컷팅 블레이드(24)로 잘려진다.
도 6을 참조하면, 수직으로 배치된 전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)을 수지 주형하기 위한 주형 공구의 캐비티 부분을 도시하는 단면도이다.
전원 단자들(2) 및 제어 신호 단자들(3)의 노출될 부분은 주형 공구의 상반부(20)의 단자 삽입부에 삽입되고, 그런 다음 수지로 주형된다. 삽입부(A, B)는 상호 유사한 공정들로 수행될 수 있고, 따라서 전원 단자들(2)에 대한 공정은 일반적으로 상세히 설명될 것이다.
부분적으로 절결된 확대 사시도인 도 7a를 참조하면, 내열성 점착 테이프(26)는 수지 주형된 표면에서 노출될 부분으로 단자들의 외면상에 붙혀지고, 단자들은 주형 공구의 상반부(20)에 설치된다. 내열성 점착 테이프(26)를 부착하는 단계는 도 4에 도시된 바와 같이 단자 결합부를 자른 후에 실행된다.
도 7b는 A 부분을 도시하는 확대도이다. 단자들(2)을 주형 공구의 상반부(20)의 단자 조정부(27)로 삽입하기 위하여, 단자 조정부(27)의 단면(28)은 0.5 내지 0.2㎜의 만곡 반경으로 둥글게 되도록 모서리가 깍여진다. 이러한 배치로, 단자들에 부착된 점착 테이프(26)는 주형 공구의 고정시 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 점착 테이프(26)의 변형을 통해, 주형 공구 내의 단자들의 설정 위치의 위치상의 편차는 완화될 수 있다. 또한, 단자 조정부(17)의 두께는 0.1 내지 0.2㎜로 단자들의 두께보다 더 좁게 설정되고, 점착 테이프는 압축되고 단자들의 삽입시 변형되고, 따라서 단자들의 표면에 점착성을 향상시킬 수 있다. 내열성 점착 테이프는 폴리이미드 (polyimide) 수지, 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluoro-ethylene) 수지, 실리콘 수지 등으로 이루어질 수 있다.
주형 공구의 다른 구성은 도 8a 내지 도 8b에 도시된다. 도 8a는 전원 단자들 주위의 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도이다. 이러한 배치에서, 캡 모양의 탄성중합체 입자(30)는 수지 주형면으로부터 노출될 단자들의 단면부상에 끼워지고, 그런 다음 주형 공구의 상반부(20)에 설치된다. 탄성중합체 입자(30)를 부착하는 단계는 도 4에 도시된 단자 결합을 자른 후에 실행된다. 탄성중합체 입자(30)는 부착될 전원 단자들(2) 또는 제어 신호 단자들(3)로 끼워지도록 적합한 홈으로 형성된다. 탄성중합체 입자(30)의 홈의 크기는 탄성중합체 입자가 전원 단자들(2)에 부착되고 홈으로 끼워진 다음 주형되는 동안 주형 수지가 홈으로 들어가는 것을 방지할 수 있는 그런 크기이다. 따라서, 탄성중합체 입자가 주형 공구을 고정하는 동안 변형되고 압축될 수 있기 때문에, 단자들 표면의 점착을 향상시킬 수 있다. 탄성중합체 물질은 폴리테트라플루오르에틸렌 수지, 실리콘 수지 등으로 이루어질 수 있다.
도 8b는 도 8a에 도시된 부분 A를 도시하는 확대도이다. 상반부(20)의 삽입부(29)는 탄성중합체 입자(30)의 삽입을 용이하게 하기 위하여 약 0.5 내지 2.0㎜의 반경을 갖고 둥글게 되도록 모서리가 깍여진다. 탄성중합체 입자(30)의 단자 삽입부는 단자들이 용이하게 삽입될 수 있는 약 0.2 내지 1.0㎜의 만곡 반경의 모서리가 깍여진 구조를 갖는다. 0.2 내지 1.0㎜의 만곡 반경을 갖는 탄성중합체 입자(30)의 모서리가 깍여진 구조는 주형 수지가 홈내로 들어가는 것을 방지할 수 있다.
도 8c는 도 8a에 도시된 부분 B를 도시하는 확대도이다. 단자 조정부의 단면(32)은 도 8b와 유사한 약 0.2 내지 1.0㎜의 반경을 갖는 만곡으로 모서리가 깍여진다. 이러한 배치에서, 단자의 말단부가 그 삽입을 용이하게 하기 위하여 모서리가 깍여지는 것은 당연하다.
도 9는 주형 공구의 다른 구성을 도시한다. 도 9는 전원 단자들의 주변 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도이다. 사다리꼴 탄성중합체 입자는 수지 주형된 표면에서 노출된 단자들의 부분으로 끼워지고, 주형 공구의 상반부에 설치된다. 상반부에 삽입되는 동안, 사다리꼴 탄성중합체 입자(33)는 단자들의 표면에 점성을 향상시키는 그런 이점을 제공하기 위하여 단자들(2)의 바깥면에 근접하여 접촉되도록 변형된다. 또한, 탄성중합체 입자가 사다리꼴이기 때문에, 단자들의 위치적 편차는 완화될 수 있다. 이러한 사다리꼴 탄성중합체 입자(33)는 폴리테트라플루오르에틸렌 수지, 실리콘 수지 등으로 만들어 질 수 있다.
주형 공구의 다른 구성이 전원 단자들 주변 부분을 도시하는 부분적으로 파손된 확대 사시도인 도 10a에 도시된다. 이러한 구성은 액체 매체(38)로 주조된 컨테이터(36)가 수지 주형된 표면으로부터 노출된 단자들 상에 끼워지고, 상부(20)에 설치되도록 하는 것이다.
도 10b는 도 10a에 도시된 부분을 도시하는 확대도이다. 상반부(20)의 조정부(36)는 액체 매체로 주조된 컨테이너(35)의 삽입을 용이하게 하기 위하여 만곡 반경 0.5 내지 2.0㎚로 모서리가 깍여지고, 이러한 컨테이너(35)는 단자들(2)보다 약간 더 큰 크기를 갖는 삽입 홀들(37)로 형성된다. 액체 매체는 비록 온도가 180 내지 200deg까지 올라간다 하더라도 증발될 수 없고 매체가 삽입홀(37)로부터 흘러나가는 것을 방지하는 점성을 갖는 컨테이너(35)에서 주조된다. 액체 매체는 실리콘 오일 또는 미네랄 오일을 용이하게 제거할 수 있는 물질이다. 액체 매체를 갖는 컨테이너 주조는 폴리테트라플루오르에틸렌 수지, 실리콘 수지 등으로 만들어 질 수 있고, 주형후 주형 공구로부터 용이하게 분리될 수 있다. 이러한 배치로, 단자 표면이 닦여지도록 주형후에 간단하게 세척하는 그런 배치를 제공할 수 있다.
도 11은 다수의 전원 단자들 또는 제어 신호 단자들이 함께 접속되어 있는 구조의 다른 구성을 도시한다. 전원 단자들의 구조는 이하에서 이러한 구성으로 일반적으로 설명될 것이다. 단자 구조는 전원 단자들(2)을 형성하는 동안 프레임(14)을 연결하는 단자와 함께 전원 단자들(2) 사이에 댐바(dam bar: 37)를 갖는다. 이러한 배치에 있어서, 단자들(2) 및 댐바(37)의 단면의 모양은 단일 평면 부재를 형성하기 위하여 간주될 수 있고, 따라서 강도가 증가될 수 있음에 따라, 단자 연결부(14)가 제거될 때 단자들이 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 댐바들(37)을 준비함으로써 수지가 단자들 사이에서 흘러나가는 것을 방지하는 이점을 제공할 수 있다.
도 12a는 도 11에 도시된 단자 구조를 사용할 때 전원 단자들의 주변 부분을 도시하는 부분적으로 절결된 확대 사시도이다. 이러한 배치에서, 탄성중합체 입자(40)는 수지 주형된 표면으로부터 노출된 단자들 상에 끼워지고, 댐부분까지 연장될 수 있고, 그런 다음 상반부(20)에 설치된다.
도 12b는 도 12a에 도시된 부분을 도시하는 확대도이다. 상반부(20)의 조정부(38)는 탄성중합체 입자의 삽입을 용이하게 하기 위하여 약 0.5 내지 2.0㎜의 만곡 반경을 갖도록 모서리가 깍여진다. 따라서, 탄성중합체 입자는 압축될 수 있고, 단자들의 표면에 점성을 향상시키기 위하여 주형 공구을 고정하는 동안 변형될 수 있다. 또한, 댐바를 준비함으로써, 단자들 사이의 공간은 균일한 두께를 가질 수 있고, 탄성중합체 입자들이 균일하게 압축될 수 있도록 하는 것이 가능해진다. 탄성중합체 입자는 폴리테트라플루오르에틸렌 수지, 실리콘 수지 등으로 만들어질 수 있다.
상기 설명된 실시예들 중의 하나는 주형되는 동안 수지 플래시의 발생이 방지될 수 있는 그런 이점을 나타낸다. 또한, 주형 공구를 고정하는 동안 내열성 테이프 또는 탄성중합체 입자가 변형되기 때문에, 단자들의 설치 위치의 편차가 완화될 수 있는 그러한 이점을 나타낼 수 있다. 또한, 소자들이 수지 주형에 의해 서로 전체적으로 합체될 수 있기 때문에, 내습성의 신뢰성을 향상시키는 이점이 제공된다.
다음, 도 13 내지 도 32를 참조하여 나사 고정 접속을 위한 리셉터의 외부 접속 단자들을 갖는 파워 반도체 모듈의 제조에 대해서 설명할 것이다.
핀 삽입 접속을 위한 고정형이거나 나사 고정 접속을 위한 리셉터 중의 하나가 외부 접속 단자들의 주형에 위치된 거의 같은 부분에, 전기 회로 기판에 수직으로 배치되는 그런 배치를 갖음에 따라 둘다 기본적으로 서로 동일하다는 것에 주목해야 한다.
도 13 내지 도 15를 참조하여, 나사 고정 접속을 위한 리셉터의 반도체 모듈 구조의 제조 공정을 설명할 것이다. 이러한 공정에서, 전원 단자들 또는 제어 신호 단자들은 고정형과 실제로 동일한 방법으로 제조 처리되고, 그런 후에 전원 단자들 및 제어 신호 단자들이 구부려진다.
도 13은 위치 결정 홀들로 형성된 가이드판(6) 상에 다양한 소자들을 장착하는 공정이다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 제조 공정은 메인 소자로서 전원 단자들(2)을 접속하기 위한 통과홀(41)을 준비하는 것을 제외하고는, 나사의 고정을 통해 외부 유닛을 갖는 핀 삽입 접속을 위한 고정형의 제조 공정과 유사하다.
도 14를 참조하여, 도 13에 도시된 제품을 수지 주형하는 공정을 설명할 것이다. 이러한 공정은 핀 삽입형을 위한 고정형을 위한 공정과 유사하다.
도 15를 참조하여, 주형 공구를 사용하여 도 14에 도시된 제품을 수지 주형하는 공정을 설멸할 것이다.
다듬어진 블레이드(2)를 사용하여 수지 주형된 제품(22)에서, 더 이상 요구되지 않는 러너(17) 및 게이트(18)를 다듬는 단계까지, 핀 삽입 접속을 위한 고정형 단계와 유사한 단계들이 이하 설명될 단계들을 제외하고 실행된다.
즉, 트림 주형된제품(44)은 수지 주형된 표면쪽으로 전원 단자들(42)의 노출된 부분을 구부려 완성된 제품(45)이 된다
나사 고정 접속을 위한 리셉터에 관해서, 어떻게 나사산 기구를 제공하는 지의 문제가 발생한다.
도 16a 내지 도 32를 참조하여 나사산 기구를 준비하여 설명될 것이다. 주형 공구의 상반부(20)에 접속된 전원 단자(42) 및 제어 신호 단자(44)의 A 부분 및 B 부분은 이미 설명되었던 핀 삽입 접속을 위한 고정형과 유사한 구조를 갖는다. 이러한 배치에 있어서, 전원 단자 등의 노출된 부분은 주형된 표면으로 매끄럽게 되도록 주형된 제품의 바깥면쪽으로 구부려져, 전기 절연을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 주형된 제품의 단자부가 전체적으로 수지로 몰드되기 때문에, 주형된 제품의 단자들의 기계적 강도는 나사 고정 접속동안 향상될 수 있다. 또한, 모듈에 대한 내습성의 신뢰성을 향상시키기 위한 그런 이점을 제공하기 위하여 부분은 전체적으로 수지로 합체된다.
도 16b는 A 부분(전원 단자들(42)의 주변 부분)을 도시하는 확대도이고, 이러한 실시예의 특성들 중 하나이다. 즉, 전원 단자들(42)이 구부려질 때 주형된 제품의 바깥 표면으로 매끄러워질 수 있도록, 상반부(20)는 전원 단자들(42)의 근처에서 전원 단자 조정부를 형성하기 위한 돌출(46) 및 전원 단자 아래의 나사산 형성부를 조정하기 위한 나사산 형성부 조정부를 형성하는 돌출(47)로 형성된다. 이러한 배치는 단자 조정부 및 나사산 형성부 조정부가 다발로 형성될 수 있도록 보여질 수 있다. 나사산 형성부 조정부를 형성하는 돌출(47)은 구부려진 전원 단자(42)에서 통과홀을 가지고 정렬되도록 배치된다. 유사하게, 전원 조정부를 형성하는 돌출(46)은 구부려진 전원 단자들(42)을 조정하기 위하여 배치된다.
도 17은 도 16a에 도시된 주형 공구에서 떨어진 주형된 제품의 전원 단자 주변 부분 즉, 전원 단자(42)가 안쪽으로 구부려진 부분을 도시하는 확대도이다. 즉, 주형된 제품(22)은 단자 조정부(48) 및 상반부(20)에 다발로 돌출(46, 47)에 의해 형성된 나사산 형성부 조정부(49)를 위한 리세스로 제공된다.
도 18은 구부려질 전원 단자 주변 부분을 도시하는 사시도이다. 즉, 나사산 형성부(50)가 나사산 형성부 조정부(49)에 삽입된 후에, 전원 단자(42)의 노출된부분은 구성을 완성하기 위하여 나사산 형성부 조정부(49)와 함께 전원 단자(42)내에 형성된 통과홀(41)을 정렬하기 위하여 주형된 제품으로 형성된 단자 조정부(48)내로 구부려진다. 이러한 배치에 있어서, 단자는 전기 절연을 향상시키기 위한 그런 이점을 보이기 위하여 주형된 제품에서 부품으로 끼워진다.
본 실시예의 이러한 구성에서 전원 단자(42)가 도 19 내지 도 21에 도시된 바와 같이 밖으로 구부려질 수 있음에 주목해야 한다. 이러한 형태를 제조하기 위한 주형 공구 및 공정은 전원 단자를 구부리는 방향이 상이한 것을 제외하고는 상기에 언급한 것과 동일하다.
전원 단자들(42)을 밖으로 구부림으로써, 나사산 형성 조정부는 전기 회로 표면의 바깥쪽으로 배치될 수 있어, 전기 회로의 설계가 용이해질 수 있다.
다음, 도 22a 내지 도 22b는 나사산 형성부(50)를 포함하는 나사산부(52)를 형성하기 위한 구조를 도시한다. 이러한 구조에서, 나사산 형성부(50)는 나사산부(52)를 형성하도록 공간 제한 컨테이너와 결합된다. 이러한 배치에서, 컨테이너(51)는 나사산 형성부(50)보다 더 긴 나사를 사용할 수 있다. 나사산 형성부(50)보다 더 긴 나사를 사용하여, 나사산 고정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것은 당연하다.
나사산 형성부는 임의의 종류의 금속 재료로 만들어 질 수 있고, 또한 공간을 제한하는 컨테이너는 에폭시 수지, 페놀릭 수지 등과 같은 열경화성 물질, 또는 폴리페닐렌술푸라이드 수지, 폴리부틸렌 테레페타레이트 수지 등과 같은 열가소성 수지로 만들어 질 수 있다.
도 23은 나사산부가 인가된 주형 공구의 구조를 도시한다. 도 23은 전원 단자 주변 상반부(20)의 부분을 도시하는 확대도이다. 전원 단자(42) 주변의 상반부(20)는 전원 단자(42)가 구부려질 때, 전원 단자가 주형된 제품 바깥면으로 매끄럽게 되도록 전원 단자 조정부를 형성하는 돌출(46), 전원 단자 아래에서 나사산 형성부를 조정하기 위한 나사산 형성부 조정부를 형성하는 돌출(47) 및 공간 제한 컨테이너(52)를 조정하기 위한 컨테이너 조정부를 형성하는 돌출(53)을 포함하는 그런 구조를 갖는다. 이러한 배치는 전원 단자 조정부, 나사산 형성부 조정부 및 컨테이너 조정부가 다발로 형성될 수 있는 그런 이점을 제공할 수 있다.
도 24는 도 23에 도시된 주형 공구에서 떨어진 주형된 제품 및 전원 단자가 구부려진 것을 도시하는 개략도이다. 이러한 배치에 있어서, 전원 단자는 안쪽으로 구부려진다. 즉, 단자 조정부(48)로서 작용하는 리세스, 나사산 형성부 조정부(49) 및 컨테이너 조정부(52)는 상반부 (20)에서 돌출들(46, 47, 53)에 의해 다발로 주형된 제품(22)에서 형성된다. 나사산부(52)가 리세스 내로 삽입된 후에, 전원 단자(42)의 노출된 부분은 모양을 완성하기 위하여 리세스를 갖는 전원 단자(42)내에 형성된 통과홀(41)을 정렬하도록 주형된 제품에 형성된 단자 조정부(48) 쪽으로 구부려진다.
본 실시예의 구성에 있어서, 전원 단자는 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이 바깥쪽으로 구부려질 수 있다. 구부림 방향이 상이하다는 것만 제외하면, 상기 언급된 주형 공구 및 그 제조 공정과 동일한 주형 공구 및 그 제조 공정이 사용될 수 있다.
다음, 도 27 내지 도 32를 참조하여 다른 리셉터의 반도체 모듈 구조의 제조 공정을 설명할 것이다. 이러한 공정에 있어서, 전원 단자 및 제어 신호 단자가 원하는 모양으로 구부려진 후에 주형이 실행된다.
도 27은 전원 단자 및 제어 신호 단자가 원하는 모양으로 구부려진 후에, 주형을 위한 주형 공구내의 캐비티를 도시하는 단면도이다. 실시예의 구성에 있어서, 상반부(20)과 접촉하게 만드는 제어 신호 단자의 B 부분은 고정형과 유사한 구조를 갖는다. 이러한 것은 원하는 모양으로 만곡된 후에 주형될 수 있다.
A 부분에서, 바깥쪽으로 구부려지고, 절연 회로 기판(4)에 결합되는 전원 단자(55)는 캐비티 내에 설치된다. 즉, 밖으로 만곡된 전원 단자(55)내의 통과홀(41) 아래에, 도 22에 도시된 땜납 등으로 결합된 나사산부(52)는 캐비티 내에 설치된다. 그런 후에, 수지 주형이 실행된다.
또한, 상반부 (20)은 전원 단자의 만곡된 부분(수평부)이 끼워진 리세스로 형성할 수 있다. 이러한 배치에 있어서, 전원 단자(55)의 나사산 고정 기구의 바깥면이 주형되지 않기 때문에, 나사산 고정 기구의 바깥면에서 주형된 수지를 제거하는 추가적 단계는 다른 단자와 나사 고정 접속의 경우에 삭제될 수 있다.
도 28은 도 27에 도시된 주형 공구에 의해 주형된 몰드 입자의 전원 단자의 확대도이다.
전원 단자의 노출된 표면은 주형된 제품(22)의 바깥면과 동일한 표면상에 설치되고, 또한 단자의 주변 부분은 주형된 수지로 전체적으로 주형된다. 또한, 나사산부(52)는 주형된 수지로 전체적으로 주형된다. 나사산부(52)의 원단부(56)는 위치 결정 홀들에 형성된 가이드 판(6)에 접촉된다. 이러한 배치는 단자의 굴곡부가 수지 주형에 의해 변형되는 것을 방지하는 이점을 제공할 수 있다. 또한, 나사산부 조정부가 절연 회로 기판(4)의 외측에 배치되기 때문에, 회로 설계가 용이하다는 이점을 제공할 수 있다.
도 29 및 도 30에 도시된 전원 단자(42)는 본 실시예의 구성에서 안쪽으로 구부려질 수 있다.
단자 및 나사산부는 전체적으로 수지로 주형될 수 있고, 나사산 고정부의 기계적 강도가 향상될 수 있다는 이점을 제공한다. 또한, 모든 부분은 수지로 서로서로 합체될 수 있고, 모듈의 내습성의 신뢰성이 향상될 수 있다는 이점을 제공한다. 또한, 단자의 노출된 부분은 주형된 제품의 바깥면으로 매끄럽게 되고, 전기 절연이 향상될 수 있다는 이점이 제공된다.
전원 단자 및 제어 신호 단자가 원하는 모양으로 구부려진 후의 주형의 경우에, 단자들의 굴곡부는 도 31 및 도 32에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
도 28 및 도 30에 도시된 A 부분을 도시하는 확대도인 도 31을 참조하면, 내열성 점착 테이프(26)는 상부(22)와 접촉하게 만드는 단자(55)의 바깥면 상에 인가된다.
도 28 및 도 30에 도시된 A 부분을 도시하는 확대도인 도 32을 참조하면, 외부 단자와 접촉시 사용된 것과 유사한 더미 나사산(58)는 상반부 (22)에 접촉하게 만드는 단자(55)의 바깥면 상에 고정된다. 더미 나사산(58)가 고정되어 있기 때문에, 나사산 고정부가 주형 압력에 의해 변형되는 것을 방지하는 이점을 제공한다. 이러한 경우에, 주형 공구의 상반부 (22)에 더미 나사산(58)로 고정된 리세스를 형성할 필요가 있다.
도 31, 32에 도시된 배치에 있어서, 수지 주형하는 동안 형성될 것 같은 전원 단자의 바깥면 상에 수지 플래시의 발생이 방지될 수 있는 이점이 제공된다. 다음, 외부 접속 단자(2, 3)가 도 38 및 도 39와 관련해서 하반부(21)에 설치되는 그런 실시예를 설명할 것이다. 이러한 실시예는 외부 접속 단자(2, 3)가 하반부(21)에 설치된다는 점을 제외하고는 상기 설명된 실시예와 동일하다. 이러한 실시예에서, 고정형 파워 모듈에 대한 주형 공정을 설명할 것이다. 그러나, 리셉터 파워 모듈에 대해 동일한 공정이 실행되는 것은 당연하다.
도 37은 외부 접속 단자(2, 3)가 하반부(21)에 삽입된 후, 수지 주형이 실행되는 그런 경우에 있어서의 몰드 캐비티를 도시하는 단면도이다. 외부 접속 단자(2, 3)가 삽입되는 하반부의 부분의 구조는 상기 설명된 상반부의 구조와 유사하다. 또한, 장착될 소자의 위치 결정은 단지 하반부에서 할 수 있고, 위치적 정확성이 향상될 수 있다. 또한, 외부 접속 단자가 상부 및 하부 선반들이 움직이기 전에 하반부에 안전하게 삽입되기 때문에, 안정적인 주형을 기대할 수 있다.
도 38은 수지 주형하는 동안 수지 흐름 통과를 도시하는 단면도이다. 즉, 위치 결정 홀들을 갖는 가이드 판(6)은 주형 공구의 상부 및 하부 선반(20, 21)사이에 클램프되고, 열 확산기(5)를 포함하는 다른 부분은 캐비티에 설치된다. 이때, 게이트(18) 및 러너(17)는 하반부(21)에 설치된다. 상기 부분들이 그런 방법으로 캐비티(19)에 설치된 후에, 수지(7)는 수지 주형을 완성하기 위하여 캐비티(19)내로 주조되고, 따라서 모든 부분들은 전원 단자(2) 및 제어 신호 단자의 부분, 및 가이드 판(6)의 후면을 제외하고 수지(7)로 덮혀진다.
다음, 움직일 수 있는 부분이 수직 단자를 고정하기 위하여 수지 주형될 캐비티로 제공되는 그런 경우에서의 이송 성형을 설명할 것이다.
예를 도시하는 도 40을 참조하면, 상반부(101), 하반부(102), 및 주형 공구에 설치된 수직 단자(106)를 합체하는 절연 회로 기판(105)이 도시되어 있다. 하반부(102)은 절연 회로 기판(105)이 설치되는 캐비티(107)로 구성되고, 수지에서의 포트(120)는 러너(121)를 통해 캐비티로 제공된다.
특히, 본 발명에 따른 하반부(102)은 하반부의 반대측 상에 리세스로 형성된 고정부(104) 및 리세스 내에서 움직이는 이동가능부(103)가 제공된다. 리세스로 할당된 수직 단자(106)는 이동가능부(103)를 움직임으로써 클램프된다. 따라서, 이동가능부(103)는 수직 단자들(106)을 클램프하는 동안 고정부(104)의 리세스로 끼워지도록 바람직하게 구성된다.
상부 및 하부 선반을 도시하는 개략도인 도 40에서 라인 A-A를 따라 도시하는 단면도인 도 39를 참조하면, 절연 회로 기판(105)은 선정된 위치에서 주형 공구에 설치되고, 그런 후에, 상부 및 하부 선반이 가까워진다.
도 39에 도시된 바와 같이, 반도체 소자(미 도시됨)와 전기 접속된 수직 단자(106)로 제공된 절연 회로 기판(105)은 선정된 위치에서 상부 및 하부 선반(101 및 102) 사이에서 제한되고 수지로 주조되도록 개작된 캐비티(107)에 설치된다. 이러한 배치에 있어서, 절연 회로 기판(105)으로 끼워지도록 개작된 리세스는 절연 회로 기판(105)을 위치 결정하도록 상반부(101)에 형성될 수 있다(이러한 배치는 미 도시됨).
또한, 절연 회로 기판(105)은 서로 근접하는 상부 및 하부 선반(101, 102) 사이에 클램프된다.
캐비티(107) 내에서, 절연 회로 기판(105)에 수직으로 배치된 단자(106)는 하반부(102)에서 고정부(104)와 이동가능부(103) 사이에 설치된다. 또한, 이동가능부(103)가 수직 단자(106)에 접근하기 위하여 이동될 때, 수직 단자(106)는 고정부(104)와 이동가능부(103)사이에서 클램프된다. 이러한 배치에 있어서, 고정부(104)와 이동가능부(103)사이에 수직 단자를 안정적으로 클램프하기 위하여, 고정부(104)의 폭 b는 수직 단자(106)가 배치되어 있는 거리 a와 실제로 같게 설정된다. 이들 값 b, a가 실제로 서로 같도록 설정되기 때문에, 수직 단자(106)와 고정부(104)사이의 근접하는 접점은 향상될 수 있고, 따라서 수지 플래시의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이동가능부(103)에 의해 수직 단자(103)에 인가되는 과도한 부하가 없기 때문에, 열악한 접속이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
그런 다음, 가열되고 용해된 수지가 포트(120)에서 캐비티(107)내로 주조됨에 따라 반도체 소자는 이송 성형된다.
따라서, 주형 공구 내의 수직 단자를 고정하기 위한 기구를 준비함으로써, 수직 단자들로 끼우기 위한 리세스가 간단하게 형성되는 그런 배치와 비교하여, 치수적으로 불균일한 부분들의 영향을 받지 않고도 안정적인 이송 성형이 기대될 수있다.
다음, 상기 언급된 이동가능부(103)의 움직임은 이동가능부(103)가 상부 및 하부 선반의 개폐와 관련하여 움직이는 주형 공구을 도시하는 단면도인 도 41 및 도 44를 참조하여 후자의 움직임을 사용하여 상부 및 하부 선반을 동시에 개폐하여 실행된다. 연속적인 도면을 포함하는 이들 도면에서, 같은 참조 부호는 도 39에 도시된 같은 부분을 표시하기 위하여 사용됨을 주목해야 한다.
먼저, 도 41을 참조하면, 가이드 핀(108)은 상반부(101)에 제공되고, 가이드 핀(108)에 대응하는 가이드 홀(109)은 하반부(102)에 합체된 이동가능부(103)에 형성되고, 그런 다음 이송 성형이 시작된다. 즉, 절연 회로 기판(105)에 수직으로 배치된 단자(106)는 고정부(104)와 이동가능부(103)사이의 갭으로 들어가기 위하여 설치된다. 가이드 핀(108)이 밖으로 뻗은 점을 주목해야 한다.
다음, 도 42에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 선반(101, 102)은 도 41에 도시된 상태에서 점점 가까워지고, 상반부 (101)에 제공된 가이드 핀(108)의 원단은 하반부(102)에 형성된 가이드 홀(109)로 들어간다. 이러한 상태에서, 수직 단자(106)를 클램프하기 위하여, 주형 공구에 제공된 부분들은 아직 이동하지 않는다.
상반부 (101)과 하반부(102) 사이의 거리가 더 짧아지도록 주형 공구가 더 가까워질 때, 가이드 핀(108)은 가이드 홀(109)로 점점 들어간다.
이때, 가이드 핀(108)이 밖으로 뻗어지도록 고정되기 때문에, 주형 공구내에서 수직 단자(106)를 클램핑하기 위한 이동가능부(106)는 가이드 핀(108)에 의해 캐비티의 안쪽으로 이동된다.
도 43을 참조하면, 상부와 하부 선반(101, 102)사이의 거리가 더 짧아지고, 절연 회로 기판(105)은 완전하게 클램프된다. 이러한 단계에서, 캐비티 내의 이동가능부(103)는 상부와 하부 선반사이의 절연 회로 기판(105)의 클램핑에 의해 동시에 이동됨에 따라 절연 회로 기판(105)에 직각으로 제공된 수직 단자(106)는 완전하게 클램프된다. 또한, 절연 회로 기판(105)에 직각으로 제공된 단자(106)가 클램프되는 상태에서, 가열되고 용해된 수지는 수지 주형을 위한 캐비티 내로 주조된다.
도 44를 참조하면, 절연 회로 기판(105) 및 수직 단자의 클램핑을 완료한 후, 그런 다음, 주형 수지(110)가 수지 주형을 완성하기 위하여 캐비티 내로 제공된 후에, 상부 및 하부 주형 선반(101, 102)이 열리기 시작한다. 상부와 하부 선반이 열림으로 인해 절연 회로 기판(105)의 클램핑을 동시에 그만두면서 수지 주형된 후, 가이드 핀(108)은 가이드 홀(109)에서 밀려나온다. 이때, 이동가능부(103)는 가이드 핀(108)에 의해 캐비티의 밖으로 이동되고, 클램핑 힘이 수직 단자(106)에서 배출됨에 따라 수지 주형된 제품을 꺼낼 수 있다.
이동가능부(103)에 의해 수직 단자(106)를 안정적으로 클램프하기 위하여, 이동가능부(103)가 도 42에 도시된 위치에서 도 43에 도시된 위치로 이동되어야 한다는 것을 주목해야 한다. 따라서, 가이드 핀(108)가 선정된 경사 tanθ1(=11/h1)를 갖도록 기울어짐에 따라 이동가능부(103)는 거리 11로 가이드 핀(108)에 의해이동될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 가이드 핀(108)이 가이드 홀(109)로 삽입되는 실시예의 구성에 있어서, 이동가능부(103)는 수직 단자(106)를 클램프하기 위하여 가이드 핀(108)의 삽입 상태에 의존하여(상부 및 하부 선반(101, 102)의 개폐와 관련해서) 이동된다. 이동가능부(103)가 상부 및 하부 선반(101, 102)의 개폐와 관련해서 이동될 수 있기 때문에, 이동가능부를 구동하기 위한 기구의 필요성은 생략될 수 있다. 따라서, 반도체 소자를 주형하기 위한 주형기가 소형화될 수 있고, 구동 기구의 제어가 단순화될 수 있다.
또한, 가이드 핀(108) 및 가이드 홀(109) 만을 사용하여, 수직 단자를 죄고 풀으는 것이 단순화될 수 있다.
다음, 절연 회로 기판(105)에 직각으로 제공된 단자(106)를 클램핑하기 위한 주형 공구을 도시하는 도 45 내지 도 52와 관련해서, 주형 공구의 상부 및 하반부(101, 102)에 각각 형성된 경사부(111, 112)를 따라 움직이는 이동가능부(103)에 의해, 이동가능부(103)의 움직임이 후자의 움직임을 사용하여 주형 공구의 상부 및 움직이는 이동가능부(103)에 의해 되는 다른 예를 설명할 것이다.
먼저, 도 45를 참조하면, 상반부(101)는 하반부(102)에 합체된 이동가능부(103)가 경사부(111)에 대응하는 경사부(112)로 형성되는 동안 경사부(111)에 제공된 리세스로 형성된다. 이러한 배치에 있어서, 이송 성형이 실행된다. 즉, 절연 회로 기판(105)에 직각으로 제공된 단자(106)는 하반부(102)의 고정부(104)와 이동가능부(103) 사이의 갭에 설치된다.
그런 다음, 도 46을 참조하면, 상부 및 하부 선반(101, 102)은 도 45에 도시된 상태에서 점점 가까워지고, 따라서 상반부(101)에 형성된 경사부(111)는 이동가능부(103)에 형성된 경사부(112)와 가까워진다. 이러한 상태에서, 이동가능부 (103)는 아직 이동하지 않는다.
도 47을 참조하면, 상부 및 하부 선반(101, 102)이 더 가까워짐에 따라, 하반부(102)의 이동가능부(103)에 형성된 경사부(112)는 상반부(101)에 형성된 경사부(111)를 따라 캐비티의 안쪽으로 움직임으로써 하반부의 고정부(104)쪽으로 밀어진다.
도 48을 참조하면, 상부 및 하부 선반(101, 102)이 완전하게 가까워짐에 따라, 절연 회로 기판(105)은 주형 공구의 상부 및 하부 선반(101, 102)사이에서 클램프되고, 또한 이동가능부(103)는 상부 및 하부 선반(101, 102)에 제공된 경사부(111, 112)에 의해 캐비티의 안쪽으로 더 이동된다. 또한, 절연 회로 기판(105)에 제공된 수직 단자(106)는 이동가능부(103)에 의해 클램프된다. 이러한 상태에서, 가열되고 용해된 수지는 수지 주형된 입자가 주형 공구에서 분리될 수 있는 경도를 수지 주형된 제품을 가질 때까지 캐비티 내에서 경화되도록 유지되어, 수지 주형을 위하여 주조된 다음, 상부 및 하부 선반(101, 102)이 열려진다.
도 49를 참조하면, 상부 및 하부 선반(101, 102)은 수지 주형후 열려진다. 이러한 상태에서, 이동가능부(103)에서 절연 회로 기판에 직각으로 제공된 단자들에 인가된 클램핑 힘은 없지만, 이동가능부(103)는 닫혀진 상태이다.
도 50을 참조하면, 하반부(102)는 낮아진다. 핀(114)은 이동가능부(103)에 의해 수직 단자의 클램핑을 느슨하게 하기 위하여 하반부(102)에서 오픈을 통해 이동가능부(103)에 형성된 경사부(113)를 따라 삽입된다. 이러한 상태에서, 핀(114)은 그 경사부에서 경사부(113)와 접촉하기 직전이다. 핀(114)의 뾰족한 단부가 항상 경사진 것은 아니다.
도 51을 참조하면, 경사진 부분을 갖는 핀(114)은 하반부(102)의 바닥에서 더 앞쪽으로 나아간다. 이러한 단계에서, 이동가능부(103)의 경사부(113)는 하반부(102)의 바닥에서 캐비티로 들어가는 핀(114)의 경사부를 따라 밀려지고, 따라서 이동가능부(103)는 수직 단자(106)에서 클램핑 힘을 방출하기 위하여 캐비티의 밖으로 이동된다.
도 52를 참조하면, 수직 단자(106)에서 클램핑 힘을 방출하기 위하여 경사부로 형성된 핀(114)은 이동가능부(103)의 경사부(113)에서 분리된다. 이러한 상태에서, 수지 주형된 반도체 소자가 주형 공구에서 제거될 수 있음에 따라, 절연 회로 기판(105)은 다음 주형을 위해 설치될 수 있다.
이동가능부(103)는 이동가능부(103)로 수직 단자(106)를 안정적으로 클램프하기 위한 거리 13에 의해 도 46에 도시된 위치에서 도 48에 도시된 위치로 이동되어야 한다. 따라서, 경사부(111)는 거리 12에 의해 이동가능부(103)를 이동하기 위하여 도 58에 도시된 선정된 경사 tanθ(=12/h2)를 가져야 한다.
또한, 이동가능부(103)는 거리 13으로 이동가능부(103)에 의해 수직 단자(106)의 클램핑을 느슨하게 하기 위하여 도 48에 도시된 위치에서 도 50에 도시된 위치로 이동되어야 한다. 따라서, 경사부(113)는 거리 13으로이동가능부(103)를 이동하기 위하여 도 58에 도시된 선정된 경사 tanθ(13/h3)를 가져야 한다.
다수의 반도체 소자들이 서로 같아지도록 거리 12, 13을 설정함으로써 계속해서 이송 성형될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 이러한 실시예에서, 상반부(101)에 형성된 경사부(114)와 하반부(102)에 형성된 경사부(112)를 맞물림으로써, 수직 단자(105)는 주형 공구의 상부 및 하부 선반(101, 102)의 개폐와 관련해서 클램프될 수 있다. 따라서, 만약 이동가능부(103)가 상부 및 하부 선반(101, 102)의 개폐와 관련해서 이동될 수 있다면, 이동가능부(103)를 구동하기 위한 구동 기구가 필요없어진다. 그것에 의해, 반도체 소자들을 제조하기 위한 주형기를 축소화하는 것 뿐만 아니라 구동 기구의 제어를 단순화하는 것이 가능해질 수 있다.
다음, 다른 실시예의 구성에서 주형 공구의 하반부를 설명할 것이다.
절연 회로 기판에 제공된 수직 소자들을 클램프할 수 있는 주형 공구를 도시하는 도 53을 참조하면, 수직 단자들과 일치하는 피치 및 모양을 갖는 리세스들(115)로 형성된다. 즉, 도 53에 도시된 하반부(102)는 수직 단자들이 수지 주형되는 동안 주형 공구 내의 이동가능부에 의해 클램프될 때 주형 공구 내의 이동가능부(103)에 형성된 리세스(115) 및 수직 단자들이 함께 끼워지는 구조를 갖는다. 이러한 배치에 있어서, 수직 단자는 리세스(115) 내로 끼워지고, 수지 주형되는 동안 단자들 사이에서 수지가 누설되지 않기 때문에, 수지가 단자들 사이를 통과하는 것을 방지하기 위하여 댐을 준비할 필요가 없을 것이다. 주형 공구에 형성된 리세스(15)가 이동가능부(103)나 고정부(104)중 하나 또는 둘다에 형성될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
폴리이미드 또는 폴리에틸렌 테레프페레이트로 각각 이루어진 절연체 및 막에 인가되고, 주형 공구에서 이동가능부에 의해 클램프된 절연 회로 기판(105) 상에 수직으로 인가된 점착제를 도시하는 도 54을 참조하면, 절연 회로 기판(105) 상의 수직 단자들(106)이 도 54에 도시된 절연 회로 기판(105) 및 수직 단자(106)의 경우에 도 53에 도시된 모양을 갖는 이동가능부(13)에 의해 클램프될 때, 절연체들(116)은 수지 주형되는 동안 수지의 누설이 제한될 수 있는 효과를 나타내기 위하여 수직 단자(106)와 주형 공구 사이의 수직 단자(106) 블럭 갭에 붙혀진다. 또한, 이들 절연체들이 도 55에 도시된 바와 같이 주형된 수지에 영구히 끼워져있을 수 있기 때문에, 수지 주형후에 주형 공구에서 이들 절연체들을 제거할 필요는 없다. 절연막으로서, 실리콘막, 추가로 폴리이미드막, 및 상기 언급된 바와 같이 폴리에틸렌 테레프테레이트막, 및 또한 에폭시 수지 또는 페놀릭 수지로 스며드는 유리 직물 내의 막이 사용될 수 있다.
도 56은 수직 단자들이 주형 공구내의 이동가능부(103)에 의해 클램프되는 부분에 제공된 탄성 부재들(117)의 구조를 도시한다. 수직 단자들이 클램프될 때, 이동가능부(103)에 제공된 탄성 부재는 이동가능부(103)와 단자들 사이의 갭을 채우기 위하여 단자들의 모양에 따라 변형됨으로써, 수지 주형되는 동안 수지의 누설을 방지할 수 있다.
탄성 부재들의 탄성 모듈들은 수직 단자와 전자를 클램핑하는 주형 공구사이에 제한된 갭의 크기와 수직 단자들이 클램프되는 힘에 의존한다. 예를 들어, 만약 갭의 크기가 수지 주형된 반도체 소자들을 제조하기 위한 종래의 소자에서와 같이 약 0.1㎜이라면, 탄성 부재들의 탄성 모듈들은 1MPa와 10GPa사이의 범위값을 가질 수 있을 것이다.
만약, 탄성 모듈들이 1MPa 이하라면, 수직 단자와 클램프하는 부분사이의 갭에 채워진 탄성 부재가 수지를 주형하는 동안 주조된 수지에 만들어진 압력에 의해 변형될 것이고, 따라서 주조된 수지는 갭을 통해 유출될 것이다. 한편, 만약 탄성 모듈들이 10GPa 이상이라면, 탄성 부재들은 수직 단자들이 클램핑하는 동안 만족스럽게 변형될 수 없고, 따라서 갭을 만족스럽게 채울 수 없기 때문에, 수지를 주형하는 동안 수지의 누설이 야기된다. 또한, 그런 고탄성 모듈들을 갖는 탄성 부재들은 수직 단자들이 변형되도록 수직 단자들에 손상을 가져올 수 있다.
또한, 수직 단자들을 클램핑하는 동안 1MPa 내지 10GPa사이의 범위의 탄성 모듈들을 갖는 탄성 물질을 사용함에 있어서, 수지는 수직 단자들을 손상시키지 않고도 수직 단자들과 클램핑 부분사이의 갭을 통해 누설되는 것이 방지될 수 있기 때문에, 만족스럽게 수지 주형을 완료할 수 있다.
본 발명에서 수직 단자들이 하반부에서 이동가능부에 의해 클램프되는 양호한 실시예를 설명함에도 불구하고, 수직 나사산의 클램핑은 상반부 에서 유사한 기능을 구체화하여 하반부에서도 실행될 수 있다. 또한, 그런 기능은 상부 및 하부 선반에서도 구체화될 수 있다. 또한, 수직 단자들은 필요할 때 절연 회로의 반대면에 제공될 수 있다.
또한, 절연 회로 기판에 제공된 수직 단자들 대신에, 반도체를 제조하는 종래의 공정에서 사용된 리드(reed) 프레임들이 미리 구부려짐으로써 사용될 수 있다.
본 발명에 사용된 주형 수지로서, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지와 같은 열경화성 수지와 같은 수지 주형 반도체들에 대해 종래에 사용된 수지 물질들이 사용될 수 있고, 실리카 또는 알루미늄 산화물과 같은 필터, 카본 블랙과 같은 칼라제 또는 색소, 경화 가속제, 알코씨실란(alkoxysilane), 타이타나이트(titanate) 또는 알루미늄 킬레이트 화합물, 내화 물질 및 다른 첨가물로 구부려진다. 또한, 경화성 수지 물질뿐만 아니라 아무런 문제가 없는 열가소성 물질도 사용될 수 있다.
본 발명이 양호한 실시예의 형태로 특별히 설명되었음에도 불구하고, 본 발명은 이들 실시예들로 한정되지 않고, 다양한 변형이 본 발명의 범주 및 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있다.
본 발명에 따라, 수직으로 배치된 단자들을 이송 성형하는 기술이 달성되고, 따라서, 외부 접속 단자들이 실제로 수직으로 배치되고 수지 주형되는 반도체 소자를 제조하는 방법이 제공되고, 그 제조된 반도체 소자를 제공할 수 있다.
수직으로 배치된 단자들이 이송 성형되기 때문에, 노출되도록 주형되지 않는 외부 접속 단자들의 부분들과 열 확산기 사이의 거리가 보장됨으로써 파워 트랜지스터 모듈이 그 사이에서 발생되는 전기 방전에 의해 손상되지 않도록 방지될 수 있다. 특히, 이러한 것은 전자와 접속되도록 하는 열 확산기 및 열 방사 핀을 요구하기 위하여 높은 열 발생 용량을 갖는 큰 용적 파워 모듈에 대해 매우 효과적이다.
또한, 이송 성형은 위치 결정 홀들을 갖는 가이드 판을 사용하여 실행됨으로써, 제조 공정은 생산성을 향상키기고 비용을 감소시키기 위하여 자동화될 수 있다.
또한, 이송 성형으로 인해, 내습성의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따라서, 외부 접속 단자들이 실제로 수직으로 배치되고 수지로 주형되는 반도체 소자를 안정적으로 제조하는 방법 및 그에 따라 제조된 반도체 소자는 나사 고정 접속을 위한 리셉터에 응용될 수 있다. 또한, 주형된 제품으로 전원 단자들에 대한 나사의 나선 부분을 전체적으로 합체함으로써 나사의 나선 부분의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.

Claims (27)

  1. 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    선정된 전기 회로가 상부에 형성된 전기 회로 기판상에 실질적인 수직 상태로 상기 전기 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자를 배치하는 단계;
    상기 전기 회로 기판을 이송 성형을 위해 가이드 판 상에 배치하는 단계;
    상기 외부 접속 단자를 보조 부재를 통해 주형 공구의 상반부 또는 하반부의 소정 부분에 형성된 리세스 내에 부분적으로 끼워맞추기 위해 상기 전기 접속 기판을 상기 주형 공구의 상반부 또는 하반부와 위치 정렬시키는 단계;
    상기 반도체 소자를 이송 성형하기 위하여 상기 주형 공구로 수지를 주조하는 단계; 및
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제3항에 있어서, 상기 가이드 판은 열 확산기로 형성되거나 열 확산기 및 위치 결정 부재로 형성되는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제4항에 있어서, 이송 성형은 상기 가이드 판이 노출된 후면을 갖도록 수행되는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    선정된 전기 회로가 상부에 형성된 전기 회로 기판 상에 실질적인 수직 상태로 상기 전기 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자를 배치하는 단계;
    상기 외부 접속 단자를 보조 부재를 통해 주형 공구의 상부 또는 하부 반부의 소정 부분에 형성된 리세스 내에 부분적으로 끼워맞추기 위해 상기 전기 접속 기판을 상기 주형 공구의 상기 상부 또는 하부 반부와 위치 정렬시키는 단계; 및
    상기 반도체 소자를 이송 성형하기 위하여 상기 주형 공구로 수지를 주조하는 단계
    를 포함하며,
    이송 성형은 상기 전기 회로 기판이 노출된 후면을 갖도록 수행되며,
    상기 보조 부재는 사다리꼴 단면 형상을 갖는 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제6항에 있어서, 상기 보조 부재는 폴리테트라플루오르에틸렌 수지, 실리콘 수지, 또는 폴리이미드 수지로 제조되는 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    선정된 전기 회로가 상부에 형성된 전기 회로 기판 상에 실질적인 수직 상태로 상기 전기 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자를 배치하는 단계;
    상기 외부 접속 단자를 보조 부재를 통해 주형 공구의 상부 또는 하부 반부의 소정 부분에 형성된 리세스 내에 부분적으로 끼워맞추기 위해 상기 전기 접속 기판을 상기 주형 공구의 상기 상부 또는 하부 반부와 위치 정렬시키는 단계; 및
    상기 반도체 소자를 이송 성형하기 위하여 상기 주형 공구로 수지를 주조하는 단계
    를 포함하며,
    이송 성형은 상기 전기 회로 기판이 노출된 후면을 갖도록 수행되며,
    노출되도록 수지로 성형되지 않은 상기 외부 접속 단자의 부분이 상기 전기 회로 기판과 실질적으로 평행하도록 만곡되며,
    상기 이송 성형은 상기 외부 접속 단자의 상기 만곡부를 수용하도록 상기 상반부 또는 하반부에 제1 돌출부가 제공된 주형 공구를 이용하여 수행되고, 상기 제1 돌출부에는 상기 외부 접속 단자의 접합부로서 작용하는 나사 기구를 수용하기 위하여 소정 위치에 제2 돌출부가 형성되고, 상기 제2 돌출부에는 상기 나사 기구와 또 다른 나사 기구를 끼워맞추기 위해 요구되는 공간을 형성하도록 선정된 위치에 제3 돌출부가 형성되는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    선정된 전기 회로가 상부에 형성된 전기 회로 기판 상에 실질적인 수직 상태로 상기 전기 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자를 배치하는 단계;
    상기 외부 접속 단자를 보조 부재를 통해 주형 공구의 상부 또는 하부 반부의 소정 부분에 형성된 리세스 내에 부분적으로 끼워맞추기 위해 상기 전기 접속 기판을 상기 주형 공구의 상기 상부 또는 하부 반부와 위치 정렬시키는 단계; 및
    상기 반도체 소자를 이송 성형하기 위하여 상기 주형 공구로 수지를 주조하는 단계
    를 포함하며,
    이송 성형은 상기 전기 회로 기판이 노출된 후면을 갖도록 수행되며,
    상기 전기 회로 기판 상에 실질적인 수직 상태로 배치된 상기 외부 접속 단자의 노출되도록 수지로 밀봉되지 않은 부분은 상기 전기 회로 기판과 실질적으로 평행하게 연장되어 있고,
    상기 외부 접속 단자의 상기 부분은 상기 상반부 또는 하반부의 소정 부분에 형성된 리세스 내에 끼워맞추어지고, 그 다음에 이송 성형이 수행되는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    선정된 전기 회로가 상부에 형성된 전기 회로 기판 상에 실질적인 수직 상태로 상기 전기 회로에 전기 접속된 외부 접속 단자를 배치하는 단계;
    상기 외부 접속 단자를 보조 부재를 통해 주형 공구의 상부 또는 하부 반부의 소정 부분에 형성된 리세스 내에 부분적으로 끼워맞추기 위해 상기 전기 접속 기판을 상기 주형 공구의 상기 상부 또는 하부 반부와 위치 정렬시키는 단계; 및
    상기 반도체 소자를 이송 성형하기 위하여 상기 주형 공구로 수지를 주조하는 단계
    를 포함하며,
    이송 성형은 상기 전기 회로 기판이 노출된 후면을 갖도록 수행되며,
    상기 외부 접속 단자의 만곡된 부분은 외부 접속 단자의 접합부로서 작용하는 나사 기구와, 상기 나사 기구를 다른 나사 기구와 접합하기 위해 요구되는 공간을 형성하기 위한 용기부로 접합되고,
    상기 외부 접속 단자의 상기 부분은 상기 상반부 또는 하반부의 소정 부분에 형성된 리세스 내에 끼워맞추어지고, 그 다음에 이송 성형이 수행되는 반도체 소자의 제조 방법.
  9. 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    선정된 전기 회로가 형성된 전기 회로 기판상에 실질적인 수직 상태로 상기 전기 회로에 접속된 외부 접속 단자를 배치하는 단계;
    상기 전기 회로 기판 상에 실질적으로 수직 상태로 배치된 상기 외부 접속 단자의 노출되도록 수지로 밀봉되지 않을 일부분이 상기 전기 회로 기판과 실질적으로 평행하도록 만곡시키는 단계;
    상기 전기 회로 기판을 주형 공구의 상반부 또는 하반부와 위치 정렬시키는 단계; 및
    이송 성형을 수행하기 위하여 상기 주형 공구로 수지를 주조하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  10. 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    선정된 전기 회로가 형성된 전기 회로 기판상에 실질적인 수직 상태로 상기 전기 회로에 접속된 외부 접속 단자를 배치하는 단계;
    상기 전기 회로 기판 상에 실질적으로 수직 상태로 배치된 상기 외부 접속 단자의 노출되도록 수지로 밀봉되지 않은 일부분이 상기 전기 회로 기판과 실질적으로 평행하도록 만곡시키는 단계;
    상기 전기 회로 기판을 이송 성형을 위해 가이드 판 상에 배치하는 단계;
    상기 가이드 판을 주형 공구의 상반부 또는 하반부와 위치 정렬시키는 단계; 및
    이송 성형을 수행하기 위해 상기 주형 공구로 수지를 주조하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  11. 제15항에 있어서, 상기 가이드 판은 열 확산기로 구성되거나 또는 열 확산기 및 위치 결정 부재로 구성되는 반도체 소자의 제조 방법.
  12. 제14항에 있어서, 상기 외부 접속 단자의 만곡된 부분은 외부 접속 단자의 접합부로서 작용하는 나사 기구와, 상기 나사 기구를 또 다른 나사 기구와 접합하기 위해 요구되는 공간을 형성하는 용기부로 접합되고, 그 다음에 이송 성형이 수행되는 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 제15항에 있어서, 이송 성형은 상기 외부 접속 단자의 일부분 및 상기 가이드 판의 후면이 노출되는 방식으로 수행되는 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 반도체 소자에 있어서,
    선정된 전기 회로가 형성된 전기 회로 기판 상에 실질적인 수직 상태로 배치되고 상기 전기 회로에 접속된 외부 접속 단자를 포함하며,
    상기 외부 접속 단자의 노출되도록 수지로 밀봉되지 않은 부분은 상기 전기 회로 기판과 실질적으로 평행이 되도록 만곡되는 이송 성형된 반도체 소자.
  15. 제22항에 있어서, 상기 외부 접속 단자의 만곡된 부분은 외부 접속 단자의 접합부로서 작용하는 나사 기구와, 상기 나사 기구를 또 다른 나사 기구와 끼워맞추기 위해 요구되는 공간을 형성하는 용기부로 접합되고, 그 다음에 이송 성형이 수행되는 반도체 소자.
  16. 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    공동내에 형성된 리세스 내에 외부 접속 단자들을 위치시키기 위하여, 상기 외부 접속 단자가 실질적으로 수직 상태로 배치된 전기 회로 기판을 상기 공동 내에 배치하는 단계;
    상기 공동내에 형성된 리세스에 대응하는 이동가능부에 의해 외부 접속 단자를 클램핑하는 단계;
    이송 성형을 수행하기 위하여 상기 공동 내로 수지를 주조하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  17. 제24항에 있어서, 상기 외부 접속 단자는 상기 공동을 형성하는 주형 공구의 개방 및 폐쇄와 관련하여 상기 이동가능부에 의해 클램핑되는 반도체 소자의 제조 방법.
  18. 제25항에 있어서, 상기 주형 공구 내에 제공된 가이드 핀은 상기 이동가능부을 이동시키기 위하여 상기 이동가능부과 맞물려지는 반도체 소자의 제조 방법.
  19. 제25항에 있어서, 상기 주형 공구 내에 형성된 경사부는 상기 이동가능부 부분을 이동시키기 위하여 상기 이동가능부과 맞물려지는 반도체 소자의 제조 방법.
  20. 제27항에 있어서, 상기 외부 접속 단자를 개방 상태로 설정하기 위해 상기 이동가능부을 이동시키도록 상기 이송 성형 후에 소정의 부재가 상기 이동 가능한 부재의 일부분과 맞물려지는 반도체 소자의 제조 방법.
  21. 제24항 내지 제28항 중 임의의 한 항에 있어서, 1MPa보다 높고 10GPa보다 낮은 탄성 모듈을 갖는 탄성 부재가 상기 외부 접속 단자와 상기 공동 내의 리세스 사이의 접점부에 제공되는 반도체 소자의 제조 방법.
  22. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 보조 부재는 사다리꼴 단면 형상을 갖는 반도체 소자의 제조 방법.
  23. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 다수의 외부 단자들은 상호 접속되어 상기 전기 회로 기판 상에 배치되고, 상기 단자 사이의 접속부는 이송 성형후에 절단되는 반도체 소자의 제조 방법.
  24. 제3항 또는 제4항에 있어서, 이송 성형후, 상기 외부 접속 단자의 노출되도록 수지로 밀봉되지 않은 부분은 상기 전기 회로 기판과 실질적으로 평행하도록 만곡되는 반도체 장치의 제조 방법.
  25. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 전기 회로 상에 실질적으로 수직 상태로 배치된 상기 외부 접속 단자의 노출되도록 수지로 밀봉되지 않은 부분은 상기 전기 회로 기판과 실질적으로 평행하게 연장되어 있고, 상기 외부 접속 단자의 상기 부분은 상기 상반부 또는 하반부의 소정 부분에 형성된 리세스 내에 끼워맞추어지고, 그 다음에 이송 성형이 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  26. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 외부 접속 단자의 만곡된 부분은 상기 외부 접속 단자의 접합부로서 작용하는 나사 기구와, 상기 나사 기구를 다른 나사 기구와 접합하기 위해 요구되는 공간을 형성하기 위한 용기부로 접합되고,
    상기 외부 접속 단자의 상기 부분은 상기 상반부 및 하반부의 소정의 부분에 형성된 리세스 내에 끼워맞추어지고, 그 다음에 이송 성형이 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  27. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 외부 접속 단자의 만곡된 부분은 상기 외부 접속 단자의 접합부로서 작용하는 나사 기구와, 상기 나사 기구를 다른 나사 기구와 접합하기 위해 요구된 공간을 형성하기 위한 용기부로 접합되고, 그 다음에 이송 성형이 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
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