KR101629470B1 - 전력용 반도체 모듈의 조립방법 및 이를 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈 - Google Patents

전력용 반도체 모듈의 조립방법 및 이를 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔더링 공정이 완료된 이후에 실리콘 칩과 출력단자를 직접 와이어본딩 공정을 통해 전기적으로 연결하여 표유 인덕턴스(Stray Inductance)와 열저항(Thermal Resistance)을 감소시킬 수 있는 전력용 반도체 모듈의 조립방법 및 이를 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는, 베이스 플레이트에 실리콘 칩, 절연플레이트, 출력단자를 동시에 부착하는 솔더링단계; 및 상기 출력단자와 상기 실리콘 칩 사이를 와이어로 다이렉트 연결하는 와이어본딩단계;를 포함하는 전력용 반도체 모듈의 조립방법과 상기의 방법으로 제조된 전력용 반도체 모듈에 관한 것이다.

Description

전력용 반도체 모듈의 조립방법 및 이를 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈{POWER SEMICONDUCTOR MODULE ASSEMBLY PROCESS AND POWER SEMICONDUCTOR MODULE USING THE SAME}
본 발명은 전력용 반도체 모듈의 조립방법 및 이를 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈에 관한 것으로써, 특히, 솔더링 공정이 완료된 이후에 실리콘 칩과 출력단자를 직접 와이어본딩 공정을 통해 전기적으로 연결하여 표유 인덕턴스(Stray Inductance)와 열저항(Thermal Resistance)을 감소시킬 수 있는 전력용 반도체 모듈의 조립방법 및 이를 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 전력용 반도체 모듈은 동 베이스 플레이트(base Plate)위에 여러 개의 실리콘 칩(Silicon Chip)이 솔더링(Soldering)되며, 솔더링(Soldering)되어진 실리콘 칩(Silicon Chip)과 출력단자(Output Terminal)를 전기적으로 연결하게 된다.
출력단자(Output Terminal)는 동 베이스 플레이트(base Plate)와 절연을 위하여 DBC(Direct Bonded Cupper) 기판(절연플레이트)을 사용하며, DBC(Direct Bonded Cupper) 기판 위에 솔더링(Soldering)되다.
종래의 조립방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(base Plate)위에 절연플레이트인 DBC(Direct Bonded Cupper)와 실리콘 칩(Silicon Chip)을 솔더링(Soldering)한 후에 와이어본딩(Wire Bonding) 공정을 통하여 DBC(Direct Bonded Cupper)와 실리콘 칩(Silicon Chip)을 전기적으로 연결하였다.
이후, 또 한번의 솔더링(Soldering) 공정을 통하여 DBC(Direct Bonded Cupper) 기판과 출력단자(Output Terminal)를 솔더링(Soldering)하는 공정을 통해 도 2에 도시된 바와 같이 전력용 반도체 모듈이 제작되었다.
그러나, 이 과정에서 베이스 플레이트(base Plate)와 DBC(Direct Bonded Cupper), 실리콘 칩(Silicon Chip) 사이의 솔더(Solder)는 리멜팅 (Re-melting) 되는 문제점이 발생하게 된다.
한편, 전력용 반도체 장치는 등록번호 제10-1481878호에 소개된 바 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 솔더링 공정을 단순화하고, 출력단자와 실리콘 칩을 와이어본딩 공정을 통해 전기적으로 다이렉트로 연결함으로써, 표유 인덕턴스(Stray Inductance)와 열저항(Thermal Resistance)을 감소시킬 수 있는 전력용 반도체 모듈의 조립방법 및 이를 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 솔더링(Soldering) 공정의 단순화를 통하여 인당 시간당 생산량인 UPPH(Unit per Person hour)와 설비당 시간당 생산량인 UPEH(Unit Per Equipment Hour)를 향상시켜 생산비용을 절감할 수 있는 전력용 반도체 모듈의 조립방법 및 이를 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 전력용 반도체 모듈의 조립방법은, 베이스 플레이트에 실리콘 칩, 절연플레이트, 출력단자를 동시에 부착하는 솔더링단계; 및 상기 출력단자와 상기 실리콘 칩 사이를 와이어로 다이렉트 연결하는 와이어본딩단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 와이어본딩단계는, 상기 출력단자에 와이어본딩을 하는 제1와이어본딩단계; 및 상기 실리콘 칩에 와이어본딩을 하는 제2와이어본딩단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2와이어본딩단계 이후에 하프컷팅(Half Cutting)으로 와이어를 절단하는 와이어커팅단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명인 전력용 반도체 모듈의 조립방법을 이용하여 제조된 전력용 반도체 모듈은, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 상부에 결합되며, 소정 간격 이격되어 형성되는 한 쌍의 절연플레이트; 상기 절연플레이트의 상부에 각각 결합되는 출력단자; 및 상기 베이스 플레이트의 상부에 결합되며, 상기 출력단자와 소정 간격 이격되어 형성되는 복수 개의 실리콘 칩;을 포함하며, 상기 출력단자 각각에 연결되는 상기 실리콘 칩 사이는 와이어본딩처리되어 다이렉트로 연결된 것을 특징으로 한다.
이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 솔더링(Soldering) 공정의 단순화를 통하여 인당 시간당 생산량인 UPPH(Unit per Person hour)와 설비당 시간당 생산량인 UPEH(Unit Per Equipment Hour)를 향상시켜 생산비용을 절감할 수 있다.
또한, 솔더링(Soldering) 공정이 완료된 이후에 실리콘 칩(Silicon Chip)과 출력단자(Output Terminal)를 직접 와이어본딩(Wire Bonding) 공정을 통하여 전기적으로 연결하게 됨으로써, 표유 인덕턴스(Stray Inductance)와 열저항(Thermal Resistance)을 감소시킬 수 있다.
또한, 이로 인하여는 반도체 모듈의 발열을 감소시킴으로써 전기적 특성과 효율을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 전력용 반도체 모듈을 제조하는 방법을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 방법에 의해 제조된 전력용 반도체 모듈을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈의 제조방법의 일실시예에 의해 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 방법에 의해 제조되는 전력용 반도체 모듈의 제조 상태를 나타낸 도면,
도 5는 도 3의 방법에 의해 제조된 전력용 반도체 모듈을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
본 명세서에 사용되는 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈의 제조방법의 일실시예에 의해 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 방법에 의해 제조되는 전력용 반도체 모듈의 제조 상태를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명인 전력용 반도체 모듈의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 동 재질의 베이스 플레이트(110)의 상부 지정된 위치에 다수 개의 실리콘 칩(120)과 한 쌍의 절연플레이트(130) 및 절연플레이트(130) 각각의 상부에 결합되는 출력단자(140)를 동시에 부착하는 솔더링단계(S100); 및 출력단자(140)와 실리콘 칩(120) 사이를 와이어(150, 리드선)로 다이렉트 연결하는 와이어본딩단계(S200);를 포함하여 구성된다.
솔더링단계(S100)에서는 베이스 플레이트(110)와 실리콘 칩(120) 각각의 사이에 솔더를 개재시키고, 베이스 플레이트(110)와 절연플레이트(130)인 DBC(Direct Bonded Cupper) 각각의 사이에 솔더를 개재하며, 절연플레이트(130) 및 출력단자(140) 사이에 솔더를 개재한 상태에서 동시에 솔더링작업을 진행하여, 도 4의 (a)와 같은 상태로 제조한다.
한편, 종래에는 출력단자(140)가 솔더링 된 이후에는 출력단자(140)의 간섭으로 인하여 와이어본딩 공정을 진행하기에 어려움이 있었다.
이를 해결하기 위해 본 발명의 와이어본딩단계(S200)는, 출력단자(140)에 와이어본딩을 하는 제1와이어본딩단계(S210); 및 실리콘 칩(120)에 와이어본딩을 하는 제2와이어본딩단계(S220);로 구성된다.
즉, 출력단자(140)에 1차 와이어본딩을 하고, 실리콘 칩(120)에 2차 와이어본딩을 수행한다.
또한, 제2와이어본딩단계(S220) 이후에 하프컷팅(Half Cutting)으로 와이어를 절단하는 와이어커팅단계(S230);가 수행되며, 실리콘 칩(120)의 파손을 방지하기 위하여 하프컷팅 이후에 와이어(150)를 당김으로써 와이어(150)를 커팅시켜 도 4의 (b)와 같은 상태로 제조한다.
도 5는 도 3의 방법에 의해 제조된 전력용 반도체 모듈(100)을 나타낸 도면이며, 이를 참조하여 전술한 방법으로 제조된 전력용 반도체 모듈(100)을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5의 확대도는 적층된 구조를 보여주기 위해 도시한 것으로, 결합시 사용하는 솔더의 구성은 생략하였다.
베이스 플레이트(110)는 동 재질로 구성되며, 베이스 플레이트(110)의 상부에는 절연플레이트(130), 출력단자(140) 및 실리콘 칩(120)이 결합된다.
절연플레이트(130)는 베이스 플레이트(110)의 상부에 솔더링되어 결합되며, 한 쌍의 절연플레이트(130)가 소정 간격 이격되어 설정된 위치에 결합된다.
절연플레이트(130)는 절연매체 상부에 구리판이 본딩결합된 것으로, 도면상에는 개략적으로만 도시하였다.
또한, 절연플레이트(130)의 상부에는 출력단자(140)가 솔더링되어 결합된다.
또한, 복수 개의 실리콘 칩(120)이 출력단자(140)와 소정 간격 이격되어 설정된 곳에 위치되며, 베이스 플레이트(110)의 상부에 솔더링되어 결합된다.
출력단자(140) 각각에 연결되는 복수 개의 실리콘 칩(120) 각각은 와이어본딩처리되어 다이렉트 연결되어 구성된다.
상기와 같이 구성된 전력용 반도체 모듈(100)은 표유 인덕턴스와 열저항을 감소시킬 수 있으며, 전기적 특성과 효율이 우수해진다.
100 : 전력용 반도체 모듈
110 : 베이스 플레이트 120 : 실리콘 칩
130 : 절연플레이트 140 : 출력단자
150 : 와이어
S100 : 솔더링단계
S200 : 와이어본딩단계
S210 : 제1와이어본딩단계 S220 : 제2와이어본딩단계
S230 : 와이어커팅단계

Claims (5)

  1. 베이스 플레이트와 실리콘 칩 각각의 사이에 솔더를 개재시키고, 상기 베이스 플레이트와 절연플레이트인 DBC(Direct Bonded Cupper) 각각의 사이에 솔더를 개재하며, 상기 절연플레이트 및 출력단자 사이에 솔더를 개재한 상태에서 상기 베이스 플레이트에 상기 실리콘 칩, 상기 절연플레이트, 상기 출력단자를 동시에 부착하는 솔더링단계; 및
    상기 출력단자와 상기 실리콘 칩 사이를 와이어로 다이렉트 연결하는 와이어본딩단계;를 포함하며,
    상기 와이어본딩단계는,
    상기 출력단자에 와이어본딩을 하는 제1와이어본딩단계;
    상기 출력단자에 와이어본딩을 한 후에 상기 실리콘 칩에 와이어본딩을 하는 제2와이어본딩단계; 및
    상기 제2와이어본딩단계 이후에 하프컷팅(Half Cutting)으로 와이어를 절단하는 와이어커팅단계;를 포함하는 전력용 반도체 모듈의 조립방법.
  2. 제1항에 기재된 상기 전력용 반도체 모듈의 조립방법에 의해 제조된 전력용 반도체 모듈에 관한 것으로,
    베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 상부에 결합되며, 소정 간격 이격되어 형성되는 한 쌍의 절연플레이트;
    상기 절연플레이트의 상부에 각각 결합되는 출력단자; 및
    상기 베이스 플레이트의 상부에 결합되며, 상기 출력단자와 소정 간격 이격되어 형성되는 복수 개의 실리콘 칩;을 포함하며,
    상기 출력단자 각각에 연결되는 상기 실리콘 칩 사이는 와이어본딩처리되어 다이렉트로 연결된 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
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