KR100752239B1 - 전력 모듈 패키지 구조체 - Google Patents

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춘리앙 린
젱젠 리
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Abstract

본 발명은 전력 모듈의 패키지 구조체(power module package structure)에 관한 것이다. 본 발명은 제어회로(control circuits)를 직접 기판(main substrate) 상에 제작하지 않고 회로기판(circuit plate) 상에 제작함으로써 점유되는 기판 면적을 축소하고 제조 원가를 절감할 수 있으며, 또한 전력 소자를 고도의 열 전도성을 가진 재료상에 설치함으로써 전력소자에서 발생되는 열이 신속하게 전달되고 발산되도록 하여 전력 모듈의 신뢰성을 향상시킨다.
전력 모듈의 패키지 구조체(power module package structure), 제어회로(control circuits)

Description

전력 모듈 패키지 구조체{POWER MODULE PACKAGE STRUCTURE}
도 1 내지 도 3은 각각 종래의 3가지 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도로서, 회로기판과 각 소자가 모두 리드 프레임 상에 설치됨을 보여준다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명에 따른 리드 프레임이, 동일한 평면 또는 서로 다른 평면을 이루는 실시예를 보여준 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 일실시예의 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도로서, 부분적인 리드 프레임이 회로기판 상에 설치됨을 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 일실시예의 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도로서, 전원 소자가 기판의 정면 상에 직접 설치됨을 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 일실시예의 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도로서, 전력 소자가 금속 블록 상에 설치되면서 기판과 서로 연결됨을 보여준다.
본 발명은 전력 모듈의 패키지 구조체에 관한 것으로서, 특히 높은 열 발산 도 및 큰 밀도를 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 구조체에 관한 것이다.
각종 전자제품의 부피가 축소되며 설계가 복잡해 지는 것이 공통된 추세이다. 따라서 전자소자의 부피를 줄이는 방법 외에 최대한 많은 소자와 도선을 한정된 공간 내에 설치하는 방법은 반도체 패키지 설계에 있어 중요한 과제의 하나이다. 그러나 소자 및 도선의 밀도가 점점 더 증가하는 패키지 구조 환경에서, 이러한 패키지 구조를 갖는 고밀도 소자를 구동하는 경우 대량의 열이 발생한다. 또한 전력 모듈에서 발생하는 대량의 열은 전자 제품의 수명과 작동에 영향을 준다. 따라서 이와 같은 고밀도 패키지 구조체의 열 발산 문제에 대한 해결 방안 역시 중요한 과제로 대두되고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 전력 모듈 패키지 구조체의 단면이 도시되어 있다. 본 전력 모듈 패키지 구조체는 고분자 절연층 및 금속 알루미늄 포일(foil)층을 이용하여 구성되는 고도의 열 발산기능을 갖는 기판(100)을 포함하며, 상기 전력 모듈의 회로(도면에 표시되지 않음)는 전부 상기 기판(100) 상에 제작된다. 전력 모듈의 전력 소자(110a), 제어 소자(110b) 및 기타 소자(110c)는 모두 기판 상에 배치되고, 기판(100) 위쪽에는 또한 리드 프레임(121,122)이 설치되며, 와이어 본딩 방식을 이용하여, 다시 말하면 다수의 도선(111, 112, 113)으로 각 소자(110a, 110b 110c)를 리드 프레임(121, 122) 및 기판(100)상의 표면 회로와 연결한 다음, 밀봉 접합제 주입 또는 밀봉 접합제 몰딩 방법을 이용하여 기판(100) 상의 소자, 회로, 및 상기 전력 모듈의 리드 프레임(121, 122)을 밀봉하여 리드 프레임의 핀만 노출되도록 한다. 이러한 전력 모듈 패키지 구조체는 구조가 간단하여 제작이 용 이한 장점을 가진다. 그러나 이러한 패키지 구조체는 전체 소자(110a, 110b, 110c) 및 회로가 모두 기판(100) 상에 설치되므로, 회로의 밀도를 크게 할 수 없으며, 또한 이 때문에 면적이 큰 기판을 필요로 하기 때문에 원가가 상대적으로 높아지게 된다. 이러한 전력 모듈 내부의 전력 소자(110a, 110b, 110c)에서 발생하는 열은 기판(100)을 경유하여 기판(100) 외부에 연결되는 열 발산 소자(heat sink)에 전달된다. 그러나, 기판(100)과 열 발산 소자 사이의 열 전달은 열 발산 페이스트에 의하기 때문에, 기판(100)이 비록 고도의 열 발산 기능성 재료라고 하더라도 순간적인 그리고 대량으로 열을 전도하지는 못한다.
도 2를 참조하면, 또 다른 종래의 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도가 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 전력 모듈 패키지 구조체는 도 1과 유사한 구조체로서, 마찬가지로 고분자 절연층 및 금속 알루미늄 포일층을 이용하여 구성되며 전체 회로를 포함하는 고도의 열 발산 기능을 갖는 기판(100)을 포함하며, 마찬가지로 상기 기판 상에 전력 소자(110a), 제어 소자(110b) 및 기타 소자(110c)가 배치된다. 또한 상기 기판(100) 위쪽에는 리드 프레임(121, 122)이 설치되며, 와이어 본딩 방식을 이용하여 다수의 도선(111,112,113)으로 각 소자(110a, 110b, 110c)를 리드 프레임(121, 122) 및 기판(100)상의 표면 회로에 전기적으로 연결시키고, 밀봉 접합제 주입 또는 밀봉 접합제 몰딩과 같은 방법으로 기판(100) 상의 소자, 회로, 및 상기 전력 모듈의 리드 프레임(121,122)을 밀봉하여 리드 프레임의 핀만이 노출되도록 한다. 이러한 전력 모듈과 도 1에 도시한 전력 모듈의 다른 점은 기판(100)의 하부 표면이 금속판(200)과 서로 연결된다는 것이다. 이러한 전력 모듈 패키지 구조체 역시 간단한 구조로 인하여 제작이 용이한 장점을 가진다. 또한 금속판(200)을 구비하는데, 이 금속판(200)의 높은 열전도 특성으로 인하여 순간적인 그리고 대량의 열전도 기능을 훌륭하게 제공할 수 있다. 그러나 이러한 전력 모듈 패키지 구조체 역시 전체 소자(110a, 110b, 110c) 및 회로를 기판(100) 상에 설치하기 때문에, 회로 밀도를 크게 할 수 없고 원가가 높아지는 등의 문제점을 가진다.
도 3을 참조하면, 또 다른 종래의 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도가 도시되어 있다. 본 패키지 구조체는 고분자 절연층과 금속 알루미늄 포일층을 이용하여 구성되는 높은 열 발산 기능을 갖는 기판(100)을 포함하는데, 본 패키지 구조체는 도 1 및 도 2에 도시한 구조체와는 다르다. 전력 모듈의 전력 소자(110a), 제어 소자(110b)는 모두 직접 용접 방식 또는 기타 방식을 이용하여 리드 프레임(121, 122) 상에 설치되며, 상기 리드 프레임(121, 122)은 기판(100) 위쪽에 설치되지만, 리드 프레임(121, 122)과 기판(100)이 서로 연결되지는 않는다. 또한 와이어 본딩 방식을 이용하여, 즉 다수의 도선(111,112,...)으로 각 소자(110a, 110b)를 리드 프레임(121, 122) 및 그 상부의 표면 회로에 전기적으로 연결시키고, 밀봉 접합제 주입 또는 밀봉 접합제 몰딩 등 방법으로 기판(100) 상의 소자, 회로, 및 전력 모듈의 리드 프레임(121, 122)을 밀봉하여 리드 프레임의 핀만이 노출되도록 한다. 이러한 전력 모듈 패키지 구조체는 간단한 구성으로 인해 제작이 용이한 장점을 가진다. 그러나 이러한 구조체는 리드 프레임이 전체 회로 배치와 일체를 이루기 때문에 회로와 패키지 구조체의 밀도 및 정밀도에 제한이 있다. 이러한 전 력 모듈 내부의 전력 소자(110a)에서 발생하는 열량은 리드 프레임을 경유한 다음 패키지 재료를 통해 기판(100)에 전달되는데, 기판(100)과 열 발산 소자 사이에서는 열발산 페이스트에 의해 열이 전달되기 때문에 열 전도 효과가 이상적이지 않다.
따라서 패키지 구조체의 밀도를 향상시키며 나아가 원가를 절감하는 방법은 중요한 과제이며, 패키지 구조체의 밀도를 향상시키면서 고밀도 패키지 구조체 및 전력 소자로 인한 열 발산 문제를 해결하는 방법 또한 중요한 과제이다.
상술한 종래의 기술에 의한 패키지 구조체의 회로 밀도가 상대적으로 낮으며 열 발산 효과가 좋지 못한 문제점을 고려하여, 본 발명은 회로를 회로기판 상에 제작하고 리드 프레임과 적층 구조체를 형성하며, 전원 소자가 양호한 열 전도 경로를 갖는 패키지 구조체를 제공함으로써, 패키지 구조의 불량으로 인해 열 발산 효과가 좋지 않고 회로 밀도의 개선이 어려운 종래의 기술의 문제점을 개선하고자 한다.
본 발명의 목적은, 기판 대신 회로기판 상에 회로를 설치하고 상기 회로기판을 부분적인 리드 프레임 상에 적층시켜 적층 구조체를 형성하여 기판 상에 회로 배치 또는 회로기판을 설치하지 않음으로 인해, 회로의 밀도가 높아지고 패키지 구조체가 작아지므로 필요한 기판 면적이 감소하며 상대적으로 원가가 절감될 수 있는, 전력 모듈 패키지 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 전력 소자를 기판 상의 높은 열 발산 기능을 갖는 재료 상에 설치하거나 또는 높은 열 발산 기능을 갖는 기판 상에 직접 설치함으로써, 전력 소자 작동시에 발생하는 대량의 열량이 열 전도성이 좋지 않은 패키지 재료를 경유하지 않고 상기 높은 열 발산 기능을 갖는 재료를 통하여 신속하게 기판에 전달되어 외부에 발산되도록 하는 것으로서, 매우 좋은 열 전도 효과를 갖는 전력 모듈 패키지 구조체를 제공하는 것이다. 본 패키지 구조체의 열 전도 효율이 우수하므로 순간적으로 흐르는 대전류로 인한 고열을 견딜 수 있으며, 상기 고열이 빠르게 전도되지 않으며 또한 빠르게 발산되지 않기 때문에, 전력 모듈이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 목적에 따라, 본 발명은 높은 열 발산 기능을 갖는 고밀도의 전력 모듈 패키지 구조체를 제공한다. 본 발명에 따른 전력 모듈 패키지 구조체는, 높은 열 발산 기능을 갖는 기판을 포함하며, 상기 기판의 정면에는 리드 프레임이 설치된다. 또한 본 발명에 따른 전력 모듈 패키지 구조체는 상기 전력 모듈의 회로가 배치되는 회로기판(circuit plate)을 포함하는데 이는 부분적인 리드 프레임 상에 설치되어 적층 구조체를 형성한다. 또한 본 패키지 구조체는 상기 회로기판 상에 설치되는 다수의(또는 하나 뿐인) 제어 소자; 및 상기 기판 상의 높은 열 발산 기능을 갖는 재료, 예컨대 리드 프레임 또는 금속 블록과 같은 재료 상에 설치되거나 또는 높은 열 발산 기능을 갖는 기판 상에 직접 설치되어 양호한 열 전도 경로를 형성하는 다수의 전력 소자를 포함한다. 또한 상기 회로기판 및 상기 리드 프레임, 상기 회로기판 및 상기 전력 소자, 상기 전력 소자 및 상기 리드 프레임을 연 결하는 다수의 도선을 포함하며, 부분적인 기판과 기판 상의 각 소자, 리드 프레임 및 회로기판을 밀봉하는 밀봉 접합제를 포함한다.
상기 패키지 구조체를 이용하면, 회로가 기판에 직접 설치되지 않고 회로기판에 설치되면서 리드 프레임 및 기판과 적층 구조를 형성하기 때문에, 점유하는 기판 면적이 줄어들어 패키지 부피가 효과적으로 축소될 수 있다. 또한, 전원 소자가 고도의 열 발산 기능을 갖는 기판 또는 기판 상의 고도의 열 발산 기능을 갖는 재료 상에 설치됨으로써 양호한 열 전도 경로를 형성하여 전원 소자 작동시에 발생하는 대량의 열량이 효과적이고도 신속하게 외부 또는 열 발산 장치에 전달될 수 있다.
실시예:
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도가 도시되어 있다. 상기 패키지 구조체는, 정면(400a) 및 상기 정면에 대응하는 후면(400b)를 가지며 높은 열 발산 기능 및 절연 특성을 갖는 기판(400) 및 다수의 핀(421,422...(기타 도시하지 않음))을 포함하며, 제2 표면(420b)을 이용하여 기판(400)의 정면(400a)과 연결됨으로써 상기 기판(400)상에 설치되는 리드 프레임(420); 상기 리드 프레임(420)의 제1 표면(420a)과 연결되는 양단부를 갖는 회로기판(circuit plate)을 포함한다. 상기 회로기판은, 상기 회로기판의 양단부가 상기 리드 프레임(420)의 제1 표면(420a)와 연결됨으로써 상기 리드 프레임(420) 상에 설치되어 기판(400) 상에 적층되는 구조를 형성함으로써, 점유하는 기판 면적을 감소시키고 패키지 구조체의 부피를 감소시킨다. 또한 본 실시예는 하나의 제 어 소자(410b)(기타 실시예에서는 다수의 제어소자로도 될 수 있다) 및 다수의 전력 소자(410a)를 포함하되, 이는 각각 상기 회로기판(425) 및 상기 리드 프레임(420)의 제1 표면(420a)에 설치되며, 와이어 본딩 방식으로 다수의 도선(411,412,413,414,415,416...)에 의해 각 소자(410b, 410a), 회로기판(425) 상의 회로(도시하지 않음) 및 리드 프레임(420)에 전기적으로 연결되며, 밀봉 접합제에 의해 기판의 일부분, 기판 상의 각 소자, 리드 프레임(핀은 제외) 및 회로기판 등이 밀봉된다.
상기 패키지 구조체에서 모든 회로는 기판(400) 상에 제작되는 방식 대신에 회로기판(425) 상에 제작되며 리드 프레임(420) 및 기판(400)과 적층 구조를 형성하기 때문에, 점유하는 기판 면적이 감소 되고 패키지 구조체의 부피가 감소 될 수 있다. 본 발명에 따른 기판(400)은 세라믹과 같은 절연 재료 또는 금속을 함유하는 복합 재료 또는 일측면 또는 양면에 금속을 함유하는 복합재료로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 회로기판의 재료 역시 에폭시 유리 섬유(glass fiber epoxy) 또는 세락믹과 같은 절연 재료일 수 있다.
또한, 본 실시예에서 실버 콜로이드와 같은 접합제(417)를 이용하여 회로기판(425)과 리드 프레임(420) 및 기판(400)을 연결시킴으로써 적층구조를 형성한다. 단, 본 발명에 따른 기타 실시예에서는 직접 용접(solder)방식을 취하여 연결시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전력 소자는, 전력 모듈이 작동할 때 높은 열량을 발생시킬 수 있는 소자를 가리킨다. 이러한 전력 소자(410a)는 리드 프레임(420) 상에 설치 되어 양호한 열 전도 경로를 형성하며, 리드 프레임(420)에 의해 열량을 신속하게 기판(400)과 외부 열 발산 장치에 전달함으로써 열 발산이 신속하게 이루어진다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이 기판(400)의 후면(400b)에 금속판(430)을 더 설치함으로써 열 발산 효율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 제어 소자(410b)는 전력 소자의 작동을 제어하는 소자를 가리킨다. 이러한 제어소자(410b)는 회로기판(425)에 설치되며, 와이어 본딩 방식으로 도선을 형성하여 회로기판(425) 상의 회로와 전기적으로 연결된 다음, 도선을 통하여 전력 소자(410a)와 연결되어 전력 소자(410a)의 작동을 제어하는 목적을 달성한다.
또한, 본 실시예에 따른 패키지 구조체에서 리드 프레임(420)은 비록 양 단부가 모두 위쪽으로 향하지만, 이는 본 발명에 따른 리드 프레임의 구조가 이러한 구조에만 한정되는 것임을 의미하지 않는다. 리드 프레임은 동일한 평면 또는 서로 다른 평면 상에 위치할 수 있다. 아래 실시예는 본 발명에 따른 서로 다른 형태의 리드 프레임 구조를 보여준다. 그러나 본 발명이 상기 아래 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 기술에 익숙한 자는 리드 프레임 구조에 대하여 일정한 수정을 할 수 있는데, 이러한 수정을 가한 경우라고 해도 본 발명의 범위에 속한다.
도 5a를 참조하면 본 실시예에 따른 패키지 구조체는 앞서 보여준 실시예(도 4a, 4b를 참조)와 대체적으로 같다. 리드 프레임(423a)이 동일한 평면 상에 위치하는 평면 구조체로서, 상향 또는 하향으로 굽는 형태를 이루지 않는다는 점에서 다르다. 물론, 도 5b에 도시한 바와 같은 형태의 패키지 구조체를 형성할 수 있는데, 도 4a 및 도 4b와 마찬가지로 리드 프레임이 서로 다른 평면 상에 위치할 수 있다. 단, 리드 프레임은 도 4a 및 도 4b에 도시한 리드 프레임과 같이 양측 부분이 모두 상향으로 향하는 것이 아니라, 리드 프레임(423b)의 양측 부분에서 하향으로 경사진 구조를 가지고 있다. 또는 도 5c에 도시한 바와 같이, 리드 프레임(423c)이 서로 다른 평면 상에 설치되고 그 양측 부분 중 하나의 측변이 상향으로 굽고, 다른 하나의 측변이 하향으로 경사진 구조를 가지고 있다. 이 밖에도 본 발명의 취지에 따라 그 밖의 다른 변화 방식을 적용할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 다른 하나의 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 패키지 구조체 역시, 제1 표면(420a)과 제2 표면(420b) 및 다수의 핀(421,422)(도시하지 않음)을 갖는 리드 프레임과, 높은 열 발산 기능을 갖는 정면(400a) 및 상기 정면(400a)에 대응되는 후면(400b)을 갖는 기판(400), 및 회로기판(425)을 포함한다. 상기 리드 프레임(420)의 일부분은 제2 표면(420b)에 의해 상기 회로기판(425) 상에 연결 설치되어 적층 구조체를 형성하며, 상기 리드 프레임(420)의 다른 일부분은 제2 표면(420b)에 의해 기판(400)의 정면(400a) 상에 연결되어 설치된다. 상기 회로기판(425)과 리드 프레임(420)이 형성하는 적층 구조체는 금속판(430) 상에 설치되며, 기판(400)은 후면(400b)에 의해 상기 금속판(430) 상에 연결 설치된다. 본 패키지 구조체는 또한 제어 소자(410b) 즉 제어 소자(기타 실시예에서는 다수의 제어 소자일 수도 있다)와, 다수의 전력 소자(410a) 즉 전원 소자를 포함하며, 이들은 각각 회로기판(425) 및 리드 프레임(420)의 제1표면(420a) 상에 배치된다. 또한 와이어 본딩 방식에 의해 다수의 도선(411,412,413,414,415,416...)으로 각 소자(410b, 410a), 회로기판(425) 상의 회로 (도시되지 않음), 및 리드 프레임(420)이 전기적으로 연결되며, 밀봉 접합제에 의해 기판의 일부분, 기판 상의 각 소자, 리드 프레임(핀은 제외), 및 회로기판 등이 밀봉된다.
본 실시예에서도, 마찬가지로 모든 회로를 기판(400) 상에 제작하는 대신 회로기판(425) 상에 제작하며 리드 프레임(420)과 적층 구조체를 형성함으로써 점유하는 기판 면적을 감소시키고 패키지 구조체의 부피를 감소시킬 수 있다. 전원 소자(410a)는 리드 프레임(420) 상에 설치되며, 발생하는 열량은 리드 프레임(420)의 양호한 열 전도 특성에 의해 기판(400)과 금속판(430)을 경유하여 외부 또는 열 발산 장치에 발산될 수 있다. 물론, 본 실시예에 따른 리드 프레임은 상술한 실시예와 마찬가지로 동일한 평면 또는 서로 다른 평면 상에 위치할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도가 도시되어 있다. 본 패키지 구조체는 제1 표면(420a) 및 제2 표면(420b), 그리고 적어도 1개 이상의 핀, 예컨대 핀(421,422) 등을 갖는 리드 프레임(420); 리드 프레임(420)의 일부분의 제1 표면(420a)에 연결 설치되어 적층 구조체를 형성하는(다른 실시예에서 이러한 적층구조는 회로기판(425)과 부분적인 리드 프레임(420)의 제2 표면(420b)이 연결되어 형성될 수 있다) 회로기판(425); 높은 열 발산 기능을 가지며, 정면(400a) 및 이 정면(400a)의 반대편의 후면(400b)을 가지되, 리드 프레임(420)의 다른 일부분이 제2 표면(420b)에 의해 상기 정면(400a) 상에 연결 설치되는 기판(400)을 포함한다. 또한 본 실시예는 회로기판(425) 상에 설치되는 제어소자(410b)(기타 실시예에서는 다수의 제어 소자일 수도 있다)와, 상 기 기판(400)의 정면(400a) 상에 직접 설치되는 다수의 전력 소자(410a) 즉 전원 소자를 포함하며, 와이어 본딩 방식에 의해 다수의 도선(411,412,413,414,415, 416...)으로 상기 각 소자(410b, 410a), 회로기판(425) 상의 회로(도시되지 않음), 리드 프레임(420)이 전기적으로 연결되고, 밀봉 접합제에 의해 기판의 일부분, 기판 상의 각 소자, 리드 프레임(핀은 제외), 및 회로기판이 밀봉된다.
본 실시예도 마찬가지로 모든 회로를 기판(400) 상에 제작하는 대신 회로기판(425) 상에 제작하며 리드 프레임(420)과 적층 구조체를 형성함으로써 점유하는 기판 면적을 감소시키고 패키지 구조체의 부피를 감소시킬 수 있다. 전원 소자(410a)는 기판(400) 상에 직접 설치되며, 발생하는 열량을 리드 프레임(420)의 양호한 열 전도 특성에 의해 외부 또는 열발산 장치에 발산할 수 있다. 물론, 본 실시예에 따른 리드 프레임은 상술한 실시예와 마찬가지로 동일한 평면 또는 서로 다른 평면 상에 위치할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지 구조체의 단면도는 도시한다. 본 패키지 구조체는 고도의 열 발산 기능과 절연 특성을 갖는 기판(400)을 포함하며, 상기 기판(400)은 정면(400a) 및 이 정면(400a)에 대응하는 후면(400b)을 포함한다. 또한 다수의 핀(421,422...(기타 도시되지 않음))을 포함하는 리드 프레임(420)을 포함하되, 상기 리드 프레임(420)은 제2 표면(420b)에 의해 상기 기판(400)의 정면(400a)과 연결되어 상기 기판(400)상에 설치된다. 그 다음, 상기 기판(400)의 정면(400a) 상에는 다수의 높은 열 발산 특성을 갖는 재료 블록(424)이 설치된다. 본 패키지 구조체는 또한 회로기판(425)을 포함하되, 상기 회 로기판(425)의 일단부는 리드 프레임(420)의 제1 표면(420a) 상에 연결 설치되어 적층 구조를 형성하며, 다른 단부는 가장 근접한 높은 열 발산 특성을 갖는 재료 블록(424) 상에 연결 설치됨으로써 점유하는 기판 면적이 감소 되고 패키지 구조체의 부피가 감소될 수 있다. 또한 다수의 제어 소자(410b) 및 다수의 전력 소자(410a)가 각각 상기 회로기판(425) 및 상기 높은 열 발산 특성을 갖는 재료 블록(424) 상에 설치되며, 와이어 본딩 방식으로 다수의 도선(412,413,414,415, 416...)에 의해 전력 소자(410a), 회로기판(425) 상의 회로(도시되지 않음), 리드 프레임(420)이 전기적으로 연결된다. 이 밖에 상기 기판(400)의 후면(400b)에는 금속판(430)(기타 실시예에서는 이 금속판을 구비하지 않을 수 있다)이 연결되며, 밀봉 접합제에 의해 기판(400)의 일부분, 기판 상의 각 소자, 리드 프레임(420)(핀은 제외), 및 회로기판(425)이 밀봉된다.
상술한 패키지 구조체(도 8에서 도시한 바와 같음)에서 사용되는 기판(400)과 회로기판(425)은 상술한 기타 실시예와 동일하다. 상기 회로기판(425)은 리드 프레임(420)과 적층 구조체를 형성하며 기판(400) 상에 설치된다. 이들은 상호 적층되는 구조를 이루기 때문에 점유하는 기판 면적을 감소시켜 패키지 구조체의 부피를 감소시키는 효과를 달성할 수 있다.
또한, 전력 소자(410a)가 기판(400) 상의 높은 열 발산 특성을 갖는 재료 블록(424) 상에 설치되고, 기판(400)의 후면(400b)이 금속판과 서로 연결되므로, 전력 소자(410a)가 작동할 때 발생하는 대량의 열량은 신속하게 높은 열 발산 특성을 갖는 재료 블록(424)을 경유하여 기판(400)과 금속판(430)에 전달된 다음 금속판에 의해 외부 또는 외부와 연결되는 열 발산 장치(도시되지 않음)에 발산될 수 있다. 따라서 본 패키지 구조체는 나아가 순간적으로 흐르는 높은 전류로 인해 발생하는 대량의 열량에 견딜 수 있다. 그리고, 상기 높은 열 발산 특성을 갖는 재료 블록(424)은 통상 금속 블록이다.
또한, 기타 실시예에서 제어 소자(410b)는 와이어 본딩 방식을 취하지 않고 직접 회로기판(425)과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로기판(425)과 리드 프레임(420)은 도선 대신 접합제(417)를 전기적 연결 부재로 이용한다. 이 때 상기 접합제(417)는 실버 콜로이드와 같은 전기 전도성 재료이다. 물론, 본 패키지 구조의 리드 프레임은 상술한 기타 실시예와 마찬가지로 수요에 따라 동일한 평면을 이루도록 할 수도 있고 서로 다른 평면을 이루도록 할 수도 있다.
위에 설명한 내용은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 해당할 뿐, 이로써 본 발명의 특허 범위를 한정하지 않는다. 본 발명의 실질 내용을 벗어나지 않는 범위에서 일정하게 변화시켜 실시할 수 있으나, 이러한 변화는 여전히 본 발명의 범위에 해당된다. 따라서 본 발명의 범위는 아래 특허청구범위에 의해 한정된다.
본 발명에 의한 적층 구조에 의해, 점유되는 기판 면적이 감소되며, 또한 전력 소자를 고도의 열 전도성을 가진 재료상에 설치함으로써 전력소자에서 발생 되는 열이 신속하게 전달 및 열 발산 되도록 하여 전력 모듈의 신뢰성이 향상되는 효과를 갖는다.

Claims (8)

  1. 전력 모듈 패키지 구조체(power module package structure)에 있어서,
    제1 표면(420a) 및 상기 제1 표면의 반대편의 제2 표면(420b), 그리고 1개 이상의 핀을 구비하는 리드 프레임(420);
    상기 리드 프레임(420)의 일부분과 연결되어, 상기 리드 프레임과 적층 구조체를 형성하는 회로기판(circuit plate)(425);
    정면(400a) 및 후면(400b)을 가지고 있으며, 상기 정면(400a)에 상기 리드 프레임(420)의 일부분이 상기 제2 표면(420b)에 의하여 연결 설치되며, 열 발산 기능 및 절연 특성을 가지는 기판(main substrate)(400);
    상기 리드 프레임의 제1 표면(420a)에 설치된 1개 이상의 전력 소자(410a);
    상기 회로기판(425)에 설치되는 1개 이상의 제어 소자(410b); 및
    상기 회로기판(425) 및 상기 리드 프레임(420), 상기 회로기판(425) 및 상기 전력 소자(410a), 상기 전력 소자(410a) 및 상기 리드 프레임(420)을 연결하는 다수의 도선
    을 포함하는 전력 모듈 패키지 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층 구조체는 상기 기판의 정면(400a) 상에 설치되며,
    상기 기판의 후면(400b)에 설치되는 금속판(430)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 구조체.
  3. 전력 모듈 패키지 구조체(power module package structure)에 있어서,
    제1 표면(420a) 및 상기 제1 표면의 반대편의 제2 표면(420b), 그리고 1개 이상의 핀을 구비하는 리드 프레임(420);
    상기 리드 프레임(420)의 일부분과 연결되어, 상기 리드 프레임과 적층 구조체를 형성하는 회로기판(425);
    정면(400a) 및 후면(400b)을 가지며, 상기 정면(400a)에 상기 리드 프레임(420)의 일부분이 상기 제2 표면(420b)에 의하여 연결 설치되는 기판(400);
    상기 리드 프레임의 제1 표면(420a)에 설치된 1개 이상의 전력 소자(410a);
    상기 회로기판(425)에 설치되는 1개 이상의 제어 소자(410b);
    상기 회로기판(425)의 하부면과 상기 기판의 후면(400b)이 설치 및 연결되는 금속판(430); 및
    상기 회로기판(425) 및 상기 리드 프레임(420), 상기 회로기판(425) 및 상기 전력 소자(410a), 상기 전력 소자(410a) 및 상기 리드 프레임(420)을 연결하는 다수의 도선
    을 포함하는 전력 모듈 패키지 구조체.
  4. 전력 모듈 패키지 구조체(power module package structure)에 있어서,
    제1 표면(420a) 및 상기 제1 표면의 반대편의 제2 표면(420b), 그리고 1개 이상의 핀을 구비하는 리드 프레임(420);
    상기 리드 프레임(420)의 일부분과 연결되어, 상기 리드 프레임(420)과 적층 구조체를 형성하는 회로기판(425);
    정면(400a) 및 후면(400b)을 가지며, 상기 정면(400a)에 상기 리드 프레임(420)의 일부분이 상기 제2 표면(420b)에 의하여 연결 설치되는 기판(400);
    상기 기판의 정면(400a)에 설치된 1개 이상의 전력 소자(410a);
    상기 회로기판(425)에 설치되는 1개 이상의 제어 소자(410b); 및
    상기 회로기판(425) 및 상기 리드 프레임(420), 상기 회로기판(425) 및 상기 전력 소자(410a), 상기 전력 소자(410a) 및 상기 리드 프레임(420)을 연결하는 다수의 도선
    을 포함하는 전력 모듈 패키지 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판(400)은 열 발산 기능 및 절연 특성을 가지는, 전력 모듈 패키지 구조체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회로기판(425)은 상기 리드 프레임 일부분의 상기 제1 표면(420a) 상에 연결 설치되어 적층구조체를 형성하거나 또는 상기 리드 프레임의 상기 제2 표면(420b)에 연결 설치되어 적층구조체를 형성하는, 전력 모듈 패키지 구조체.
  7. 전력 모듈 패키지 구조체(power module package structure)에 있어서,
    제1 표면(420a) 및 상기 제1 표면의 반대편의 제2 표면(420b), 그리고 1개 이상의 핀을 구비하는 리드 프레임(420);
    상기 리드 프레임(420)의 일부분과 연결되어, 상기 리드 프레임(420)과 적층 구조체를 형성하는 회로기판(425);
    정면(400a) 및 후면(400b)을 가지며, 상기 정면(400a)에 상기 리드 프레임(420)의 일부분이 상기 제2 표면(420b)에 의하여 연결 설치되는 기판(400);
    상기 기판상에 설치되는 1개 이상의 전력 소자(410a);
    상기 전력 소자(410a)와 상기 기판의 정면(400a) 사이에 설치되며, 상기 전력 소자가 그 위에 설치되는, 1개 이상의 열 발산 기능을 가지는 블록(424);
    상기 회로기판(425) 상에 설치되는 1개 이상의 제어 소자(410b); 및
    상기 회로기판(425) 및 상기 리드 프레임(420), 상기 회로기판(425) 및 상기 전력 소자(410a), 상기 전력 소자(410a) 및 상기 리드 프레임(420)을 연결하는 다수의 도선
    을 포함하는 전력 모듈 패키지 구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열 발산 기능을 가지는 블록(424)은 금속 블록인, 전력 모듈 패키지 구조체.
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