KR101675138B1 - 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

전력반도체 모듈 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열 효율을 높일 수 있도록 할 뿐만 아니라 접합 작업의 효율을 높일 수 있도록 한 것으로, 본 발명에 의한 전력반도체 모듈은, 온오프를 통해 전력을 스위칭하는 반도체칩; 상기 반도체칩과 결합되어 반도체칩에서 발산되는 열을 방출하는 버퍼; 상기 버퍼 하부에 결합되어 상기 반도체칩에 외부로부터의 전원을 공급하는 리드프레임;을 포함하되, 상기 버퍼는, 일정한 두께의 판 형태이고, 구리로 형성되며, 상부 솔더에 의한 융착에 의해 그 상면이 상기 반도체칩의 저면에 접합되고, 상기 리드프레임은, 일정한 두께의 판 형태이고, 구리로 형성되며, 하부 솔더에 의한 융착에 의해 그 상면이 상기 버퍼의 저면에 접합되며, 상기 반도체칩과 상기 버퍼 및 상기 버퍼와 상기 리드프레임은 동시 접합된다.

Description

전력반도체 모듈 및 이의 제조방법{ power semiconductor module and the method for manufacturing as same }
본 발명은 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 반도체칩과 접합되는 버퍼가 솔더에 의한 융착에 의해 리드프레임과 접합되어 버퍼는 물론 리드프레임을 통해서도 열 방출이 이루어짐으로써 방열 효율을 높일 수 있도록 할 뿐만 아니라 반도체칩과, 버퍼와, 리드프레임이 동시 접합됨으로써 접합 작업의 효율을 높일 수 있도록 한 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 구동계 등에서 전력 스위칭 수단으로 등록실용신안 제20-0167206호(공고일: 2000. 02. 01.)에 개시된 바와 같은 전력반도체 모듈이 이용되고 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이 자동차 구동계의 인버터(100) 등에 전력반도체 모듈(A')이 적용되고 있다.
전력반도체 모듈은 반도체칩을 포함하는 바, 반도체칩이 온오프됨에 따라 전력을 스위칭하게 된다.
한편, 전력반도체 모듈에서 반도체칩의 온오프가 반복되면 상당한 열이 발생한다.
따라서, 전력반도체 모듈의 반도체칩으로부터 발생하는 열이 원활히 방출되지 않는 경우 자칫 전력반도체 모듈의 과열로 이어질 수 있어 오작동할 수 있다.
이러한 이유로 도 6에 도시된 바와 같이 전력반도체 모듈(A')의 반도체칩(10') 하부에 DBC(Direct Bond Copper)기판(50) 및 구리로 형성된 베이스플레이트(60)를 결합하여 DBC기판(50) 및 베이스플레이트(60)를 통해 반도체칩(10')으로부터 발생되는 열을 방출하고 있다.
그러나, DBC기판(50)에는 상부 포일(51)과 하부 포일(53) 사이에 세라믹 절연층(52)이 형성되는 바, 절연층(52)에 의해 열전달이 둔화되므로 방열 효율이 저하되는 문제가 있었다.
이에 해당분야에서는 반도체칩으로부터 발생되는 열 방출 효율을 높일 수 있도록 하는 개선된 전력반도체 모듈을 제안하고 있으나, 이전에 제안된 개선된 전력반도체 모듈은 그 구조가 복잡하여 제조가 번거로울 뿐만 아니라 고가이어서 이를 이용하는데 비용상의 부담이 따르는 문제가 있었다.
상기의 이유로 해당분야에서는 간단 구조로 되고, 저렴하면서도 반도체칩으로부터 발생되는 열의 방출이 원활히 이루어질 수 있는 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법 개발을 시도하고 있으나, 여전히 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로, 종래 전력반도체 모듈에서 반도체칩으로부터 발생되는 열을 방출하는 DBC기판이 상부 포일과 하부 포일 사이에 세라믹 절연층이 형성됨에 따라 절연층에 의해 열전달이 둔화되어 방열 효율이 저하되었던 문제를 해소할 수 있도록 한 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전력반도체 모듈은,
온오프를 통해 전력을 스위칭하는 반도체칩; 상기 반도체칩과 결합되어 반도체칩에서 발산되는 열을 방출하는 버퍼; 상기 버퍼 하부에 결합되어 상기 반도체칩에 외부로부터의 전원을 공급하는 리드프레임;을 포함하되, 상기 버퍼는, 일정한 두께의 판 형태이고, 구리로 형성되며, 상부 솔더에 의한 융착에 의해 그 상면이 상기 반도체칩의 저면에 접합되고, 상기 리드프레임은, 일정한 두께의 판 형태이고, 구리로 형성되며, 하부 솔더에 의한 융착에 의해 그 상면이 상기 버퍼의 저면에 접합되며, 상기 반도체칩과 상기 버퍼 및 상기 버퍼와 상기 리드프레임은 동시 접합된다.
여기서, 상기 버퍼는, 구리로 형성되되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성된다.
상기 버퍼는, 4.5-5.5mm의 두께로 형성된다.
상기 상부 및 하부 솔더는, 시트 또는 페이스트 형태로 형성된다.
상기 상부 솔더는 주석, 안티몬의 혼합물로 형성되되, 주석, 안티몬은 전체 혼합물에 대하여 3.0-7.0중량%, 93.0-97.0중량%로 혼합된다.
상기 하부 솔더는 주석, 은, 구리의 혼합물로 형성되되, 주석, 은, 구리는 전체 혼합물에 대하여 94.5-97.0중량%, 2.5-4.5중량%, 0.5-1.0중량%로 혼합된다.
상기 리드프레임은, 구리로 형성되되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성된다.
상기 리드프레임은, 1.0-2.0mm의 두께로 형성된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전력반도체 모듈의 제조방법은,
구리로 형성된 일정한 두께의 판 형태 버퍼를 준비하는 제1 단계;
상기 버퍼의 상면 및 하면에 시트 또는 페이스트 형태로 형성된 상부 및 하부 솔더를 도포하는 제2 단계;
상기 상부 및 하부 솔더가 도포된 버퍼를 진공 오븐 내에 투입하여 상기 버퍼 상면의 상기 상부 솔더에 반도체칩을 안착하고, 상기 버퍼 하면의 상기 하부 솔더에 구리로 형성된 일정한 두께의 판 형태 리드프레임을 각각 안착한 후 이를 동시에 가열 압착하여 접합하는 제3 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 제1 단계는, 상기 버퍼를 구리로 형성하되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성하고, 그 두께를 4.5-5.5mm로 형성한다.
상기 제2 단계는, 주석 3.0-7.0중량%, 안티몬 93.0-97.0중량%를 혼합하여 시트 또는 페이스트 형태의 상기 상부 솔더를 형성하고, 주석 94.5-97.0중량%, 은 2.5-4.5중량%, 구리 0.5-1.0중량%를 혼합하여 시트 또는 페이스트 형태의 상기 하부 솔더를 형성한다.
상기 제3 단계는, 상기 리드프레임을 구리로 형성하되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성하고, 그 두께를 1.0-2.0mm의 두께로 형성한다.
상기 제3 단계는, 진공 오븐의 내부를 230-250℃로 가열한다.
본 발명에 의한 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법은 도금되지 않은 무탈산동으로 형성되는 버퍼에 도금되지 않은 무탈산동으로 형성되는 리드프레임이 접합되는 바, 반도체칩으로부터 발생하는 열이 버퍼 및 그 하부의 리드프레임을 통해서도 방출될 수 있으므로 열 방출이 원활해질 수 있어 방열 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법은 반도체칩과 버퍼 및 버퍼와 리드프레임이 동시 접합되는 바, 접합에 소요되는 시간을 최소화할 수 있으므로 접합 작업의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전력반도체 모듈의 구조를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 제조방법을 설명하기 위한 개략적 공정도.
도 3은 본 발명에 의한 제조방법에서 제2 단계를 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 제조방법에서 제3 단계를 설명하기 위한 예시도.
도 5는 일반 전력반도체 모듈이 인버터에 적용된 형태를 보인 예시도.
도 6은 종래 DBC기판이 적용된 전력반도체 모듈의 구조를 보인 예시도.
이하, 첨부 도면에 의거 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전력반도체 모듈(A)은 반도체칩(10)과, 버퍼(20)와, 리드프레임(30)을 포함한다.
상기 반도체칩(10)은 온오프를 통해 전력을 스위칭한다.
이와 같은 반도체칩(10)은 통상의 전력반도체 모듈에 적용되는 반도체칩과 동일한 것인바, 반도체칩(10)에 관한 상세한 설명은 생략한다.
상기 버퍼(20)는 반도체칩(10)과 결합되어 반도체칩(10)에서 발산되는 열을 방출한다.
이와 같은 버퍼(20)는 일정한 두께의 판 형태인 것이 바람직하다.
버퍼(20)가 일정한 두께의 판 형태임으로써 버퍼(20)의 전 구간에서 열 방출이 균일하게 이루어질 수 있다.
다만, 버퍼(20)의 두께가 4.5mm에 미치지 못하는 경우 열 전달이 지나치게 빨라 스트레스로 인하여 손상이 유발될 수 있고, 버퍼(20)의 두께가 5.5mm를 넘어서는 경우 열 전달이 지연될 수 있으므로 버퍼(20)는 그 두께가 4.5-5.5mm로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 버퍼(20)는 구리로 형성되되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 무탈산동은 하기의 리드프레임(30)과 동일하게 도금되지 않은 구리로서 금속 안에 녹아 있는 산소를 제거하는 탈산 공정을 거치지 않은 구리이다.
버퍼(20)가 구리로 형성되되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성됨으로써 재질의 특성상 열 저항이 최소화되므로 열 방출이 원활해질 수 있다.
그리고 상기 버퍼(20)는 상부 솔더(40)에 의한 융착에 의해 반도체칩(10) 저면에 접합될 수 있다.
즉, 버퍼(20) 상면에 시트 또는 페이스트 형태의 상부 솔더(40)를 도포한 후 상부 솔더(40) 상면에 반도체칩(10)을 안착하고 이들을 가열 압착함으로써 반도체칩(10) 저면에 버퍼(20)가 접합될 수 있다.
여기서, 상기 상부 솔더(40)는, 주석, 안티몬의 혼합물로 형성되되, 주석, 안티몬이 전체 혼합물에 대하여 3.0-7.0중량%, 93.0-97.0중량%로 혼합됨으로써 상부 솔더(40)의 열 저항이 최소화될 수 있다.
상기 리드프레임(30)은 버퍼(20) 하부에 결합되어 상기 반도체칩(10)에 외부로부터의 전원을 공급한다.
이와 같은 리드프레임(30)은 일정한 두께의 판 형태인 것이 바람직하다.
리드프레임(30)이 일정한 두께의 판 형태임으로써 리드프레임(30)의 전 구간에서 열 방출이 균일하게 이루어질 수 있다.
다만, 리드프레임(30)의 두께가 1.0mm에 미치지 못하는 경우 열 전달이 지나치게 빨라 스트레스로 인하여 손상이 유발될 수 있고, 리드프레임(30)의 두께가 2.0mm를 넘어서는 경우 열 전달이 지연될 수 있으므로 리드프레임(30)은 그 두께가 1.0-2.0mm로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 리드프레임(30)은 구리로 형성되되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성되는 것이 바람직하다.
리드프레임(30)이 도금되지 않은 무탈산동으로 형성됨으로써 재질의 특성상 열 저항이 최소화되므로 열 방출이 원활해질 수 있다.
그리고 상기 리드프레임(30)은 하부 솔더(40)에 의한 융착에 의해 버퍼(20) 저면에 접합될 수 있다.
즉, 버퍼(20) 하면에 시트 또는 페이스트 형태의 하부 솔더(40)를 도포한 후 하부 솔더(40) 하면에 리드프레임(30)을 안착하고 이들을 가열 압착함으로써 버퍼(20) 저면에 리드프레임(30)이 접합될 수 있다.
여기서, 상기 하부 솔더(40)는 주석, 은, 구리의 혼합물로 형성되되, 주석, 은, 구리가 전체 혼합물에 대하여 94.5-97.0중량%, 2.5-4.5중량%, 0.5-1.0중량%로 혼합됨으로써 하부 솔더(40)의 열 저항이 최소화될 수 있다.
다만, 상기 버퍼(20)와 리드프레임(30)의 접합은 이전에 설명한 반도체칩(10)과 버퍼(20)의 접합과 동시에 이루어지는 것이 바람직하다.
버퍼(20)와 리드프레임(30)의 접합이 반도체칩(10)과 버퍼(20)의 접합과 동시에 이루어짐으로써 반도체칩(10), 버퍼(20), 리드프레임(30)의 접합에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전력반도체 모듈의 제조방법은, 제1 단계(S1)와, 제2 단계(S2)와, 제3 단계(S3)를 포함한다.
상기 제1 단계(S1)에서는 구리로 형성된 일정한 두께의 판 형태 버퍼(20)를 준비한다.
상기 버퍼(20)에 관하여는 이전에 상세히 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 제2 단계(S2)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 버퍼(20)의 상면 및 하면에 시트 또는 페이스트 형태로 형성된 상부 및 하부 솔더(40)를 도포한다.
상기 상부 및 하부 솔더(40)에 관하여는 이전에 상세히 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 제3 단계(S3)에서는 도 4에 도시된 바와 같이 상부 및 하부 솔더(40)가 도포된 버퍼(20)를 진공 오븐(도면상 미도시) 내에 투입하여 버퍼(20) 상면의 상부 솔더(40)에 반도체칩(10)을 안착하고, 버퍼(20) 하면의 하부 솔더(40)에 구리로 형성된 일정한 두께의 판 형태 리드프레임(30)을 각각 안착한 후 이를 동시에 가열 압착하여 접합한다.
이와 같은 제3 단계(S3)에서 진공 오븐은 내부가 230-250℃로 가열되는 것이 바람직하다.
진공 오븐의 내부가 230-250℃로 가열됨으로써 상부 및 하부 솔더(40)가 용융될 수 있게 되므로 상부 및 하부 솔더(40) 용융에 의해 반도체칩(10)과, 버퍼(20)와, 리드프레임(30)이 융착되어 서로 접합될 수 있다.
이때, 진공 오븐의 내부 온도가 230℃에 미치지 못하는 경우 상부 및 하부 솔더(40) 용융이 미흡할 수 있어 반도체칩(10)과, 버퍼(20)와, 리드프레임(30)이 접합이 불안정하게 되고, 진공 오븐의 내부 온도가 250℃를 넘어서는 경우 반도체칩(10)이 손상되어 고유의 특성을 상실할 수 있는 바, 진공 오븐 내부는 230-250℃로 가열되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법에 따르면 방열 효율을 개선할 수 있다. 이에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 반도체칩(10)의 하부에는 버퍼(20)가 접합된다.
즉, 반도체칩(10)과 버퍼(20) 사이에 상부 솔더(40)가 마련되어 상부 솔더(40)가 용융됨에 따라 반도체칩(10)과 버퍼(20)가 접합된다.
반도체칩(10)과 버퍼(20)가 접합된 상태에서 반도체칩(10)이 전력 스위칭하며 발생되는 열이 버퍼(20)에 전달되므로 버퍼(20)에서의 열 방출이 원활히 이루어질 수 있다.
이때, 본 발명의 버퍼(20)는 구리로 형성되되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성되는 바, 재질의 특성상 열 저항이 최소화되므로 버퍼(20)에서 열 방출이 원활히 이루어질 수 있다.
그리고 본 발명에서 버퍼(20) 하부에는 리드프레임(30)이 접합된다.
즉, 버퍼(20)와 리드프레임(30) 사이에 하부 솔더(40)가 마련되어 하부 솔더(40)가 용융됨에 따라 버퍼(20)와 리드프레임(30)이 접합된다.
따라서, 버퍼(20)에서 방출되는 열이 리드프레임(30)에 전달되므로 리드프레임(30)을 통해서도 열 방출이 이루어질 수 있다.
이때, 본 발명의 리드프레임(30)은 구리로 형성되되, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성되는 바, 재질의 특성상 열 저항이 최소화되므로 리드프레임(30)에서의 열 방출이 원활히 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법에 따르면 반도체칩(10), 버퍼(20), 리드프레임(30)의 접합 작업 효율을 개선할 수 있다. 이에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 반도체칩(10)과 버퍼(20) 및 버퍼(20)와 리드프레임(30)은 동시 접합된다.
즉, 버퍼(20)의 상면과 하면 각각에 상부 및 하부 솔더(40)가 도포된 이후, 상부 및 하부 솔더(40)가 도포된 버퍼(20)가 진공 오븐에 투입되고, 버퍼(20) 상부와 하부로부터 반도체칩(10)과 리드프레임(30)이 동시에 승하강하여 인접하는 상부 솔더(40)와 하부 솔더(40) 각각에 안착되며, 상부 및 하부 솔더(40)에 안착된 반도체칩(10)과 리드프레임(30)이 동시에 가열 압착되는 바, 반도체칩(10)과 버퍼(20) 및 버퍼(20)와 리드프레임(30)이 동시에 접합될 수 있으므로 반도체칩(10), 버퍼(20), 리드프레임(30)의 접합에 소요되는 시간이 최소화될 수 있어 반도체칩(10), 버퍼(20), 리드프레임(30) 접합 작업의 효율을 개선할 수 있다.
상기에서와 같이 본 발명에 의한 전력반도체 모듈 및 이의 제조방법은, 도금되지 않은 무탈산동으로 형성되는 버퍼(20)에 도금되지 않은 무탈산동으로 형성되는 리드프레임(30)이 접합되는 바, 반도체칩(10)으로부터 발생하는 열이 버퍼(20) 및 그 하부의 리드프레임(30)을 통해서도 방출될 수 있으므로 열 방출이 원활해질 수 있어 방열 효율을 높일 수 있게 되고, 반도체칩(10)과 버퍼(20) 및 버퍼(20)와 리드프레임(30)이 동시 접합되는 바, 접합에 소요되는 시간을 최소화할 수 있으므로 접합 작업의 효율을 높일 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 이하 특허청구범위 기재에 의하여 정의되는 본 발명의 보호범위 내에 있게 된다.
10, 10' : 반도체칩 20 : 버퍼
30 : 리드프레임 40 : 솔더
50 : DBC기판 51 : 상부 포일
52 : 절연층 53 : 하부포일
60 : 베이스플레이트 100 : 인버터
A, A' : 전력반도체 모듈 S1 : 제1 단계
S2 : 제2 단계 S3 : 제3 단계

Claims (13)

  1. 온오프를 통해 전력을 스위칭하는 반도체칩;
    상기 반도체칩과 결합되어 반도체칩에서 발산되는 열을 방출하는 버퍼;
    상기 버퍼 하부에 결합되어 비절연 적층 구조물이 되며, 상기 반도체칩에 외부로부터의 전원을 공급하는 리드프레임;을 포함하되,
    상기 버퍼는, 일정한 두께의 판 형태이고, 구리로 형성되며, 상부 솔더에 의한 융착에 의해 그 상면이 상기 반도체칩의 저면에 접합되고,
    상기 리드프레임은, 일정한 두께의 판 형태이고, 구리로 형성되며, 하부 솔더에 의한 융착에 의해 그 상면이 상기 버퍼의 저면에 접합되며,
    상기 반도체칩과 상기 버퍼 및 상기 버퍼와 상기 리드프레임은 동시 접합되어 있고,
    상기 버퍼는,
    도금되어 있지 않으며 금속 안에 녹아 있는 산소를 제거하는 탈산 공정을 거치지 않은 구리로 형성되어 있고, 4.5-5.5mm의 두께로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부 및 하부 솔더는,
    시트 또는 페이스트 형태로 형성되는 것
    인 전력반도체 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상부 솔더는,
    주석, 안티몬의 혼합물로 형성되되, 주석, 안티몬은 전체 혼합물에 대하여 각각 3.0-7.0중량%, 93.0-97.0중량%로 혼합되는 것
    인 전력반도체 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하부 솔더는,
    주석, 은, 구리의 혼합물로 형성되되, 주석, 은, 구리는 전체 혼합물에 대하여 각각 94.5-97.0중량%, 2.5-4.5중량%, 0.5-1.0중량%로 혼합되는 것
    인 전력반도체 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 리드프레임은,
    도금되어 있지 않으며 금속 안에 녹아 있는 산소를 제거하는 탈산 공정을 거치지 않은 구리로 형성되어 있는 것
    인 전력반도체 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 리드프레임은,
    1.0-2.0mm의 두께로 형성되는 것
    인 전력반도체 모듈.
  9. 구리로 형성된 일정한 두께의 판 형태 버퍼를 준비하는 제1 단계;
    상기 버퍼의 상면 및 하면에 시트 또는 페이스트 형태로 형성된 상부 및 하부 솔더를 도포하는 제2 단계;
    상기 상부 및 하부 솔더가 도포된 버퍼를 진공 오븐 내에 투입하여 상기 버퍼 상면의 상기 상부 솔더에 반도체칩을 안착하고, 상기 버퍼 하면의 상기 하부 솔더에 구리로 형성된 일정한 두께의 판 형태 리드프레임을 각각 안착한 후 이를 동시에 가열 압착하여 접합하는 제3 단계;를 포함하는 것인 전력반도체 모듈의 제조방법에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    상기 버퍼를 구리로 형성하되, 상기 구리는 도금되지 않은 것으로서 금속 안에 녹아 있는 산소를 제거하는 탈산 공정을 거치지 않은 구리이고, 상기 버퍼의 두께를 4.5-5.5mm로 형성하고,
    상기 제2 단계는,
    상기 상부 솔더는 주석 3.0-7.0중량%, 안티몬 93.0-97.0중량%를 각각 혼합하여 시트 또는 페이스트 형태로 형성하고, 상기 하부 솔더는 주석 94.5-97.0중량%, 은 2.5-4.5중량%, 구리 0.5-1.0중량%를 각각 혼합하여 시트 또는 페이스트 형태로 형성하고,
    제3 단계는,
    상기 리드프레임을 구리로 형성하되, 상기 버퍼와 동일한 상기 구리로 형성하고, 상기 리드프레임의 두께를 1.0-2.0mm의 두께로 형성함으로써,
    상기 버퍼에 상기 리드프레임이 접합되는 바, 상기 반도체칩으로부터 발생하는 열이 비절연 적층 구조물인 상기 버퍼 및 상기 리드프레임을 통한 방열 효율을 상대적으로 높이고, 상기 반도체칩과 상기 버퍼 및 상기 리드프레임을 동시에 가열 압착하여 접합 작업의 효율을 상대적으로 높이는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서, 상기 제3 단계는,
    진공 오븐의 내부를 230-250℃로 가열하는 것
    인 전력반도체 모듈의 제조방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014111908A1 (de) * 2014-08-20 2016-02-25 Infineon Technologies Austria Ag Hybrid-Leadframe und Verfahren zum Herstellen desselben

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011216619A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Steel Chem Co Ltd 積層構造体及びその製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1986303A (en) * 1934-03-31 1935-01-01 American Brass Co Method of welding copper
KR200167206Y1 (ko) 1997-10-07 2000-02-01 김충환 전력 반도체 모듈
JP2000183216A (ja) * 1998-12-11 2000-06-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2002368168A (ja) * 2001-06-13 2002-12-20 Hitachi Ltd 半導体装置用複合部材、それを用いた絶縁型半導体装置、又は非絶縁型半導体装置
JP4343117B2 (ja) * 2005-01-07 2009-10-14 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置およびその製造方法
DE102005039478B4 (de) * 2005-08-18 2007-05-24 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleiterbauteil mit Halbleiterchipstapel und Verfahren zur Herstellung desselben
JP4609296B2 (ja) * 2005-12-05 2011-01-12 株式会社日立製作所 高温半田及び高温半田ペースト材、及びそれを用いたパワー半導体装置
WO2007114334A1 (ja) * 2006-03-31 2007-10-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 回路基板、回路基板の検査方法、およびその製造方法
JP4926726B2 (ja) * 2007-01-15 2012-05-09 ローム株式会社 半導体装置
US9476915B2 (en) * 2010-12-09 2016-10-25 Infineon Technologies Ag Magnetic field current sensors
US8431979B2 (en) * 2011-04-01 2013-04-30 Texas Instruments Incorporated Power converter having integrated capacitor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011216619A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Steel Chem Co Ltd 積層構造体及びその製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DOI:10.1016/J.MICROREL.2003.08.004*
DOI:10.1016/J.MSEA.2006.10.092*

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