KR102283906B1 - 반도체용 방열기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

두꺼운 전극 금속판을 가져 우수한 방열 성능은 물론, 절연 내력과 박리 강도(Peel Strength)가 향상된 반도체용 방열기판 및 그 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 반도체용 방열기판은, 패턴 스페이스가 사이사이에 형성되어 서로 전기적으로 절연된 다수의 전극 패턴을 갖는 전극 금속판; 상기 전극 금속판 아래에 배치되어 상기 전극 금속판으로부터 전도된 열을 확산시키는 금속 베이스; 상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스 사이에 형성된 절연층; 및 상기 패턴 스페이스와 상기 다수의 전극 패턴으로 구성된 전극 패턴 그룹 외측의 주변부를 메우며 상기 다수의 전극 패턴 측면에 직접 접촉되어 이들을 지지하도록 형성된 절연재 충전부; 를 포함하여 구성된다.

Description

반도체용 방열기판 및 그 제조 방법 {Heat-Sink Substrate For Semiconductor Device And Manufacturing Process Thereof}
본 발명은 반도체 소자 실장용 방열기판, 이를 포함하는 반도체 모듈, 그 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 방열판 기능과 반도체 소자 실장용 회로기판의 기능을 겸한 방열기판에 있어서, 고전력 반도체 소자 또는 고출력 LED 등의 실장에 적합하도록 두꺼운 전극 금속판을 구비한 방열기판의 제조방법 및 그에 따른 구조적 특징에 관한 것이다.
최근 전력 산업 분야에서는 태양광 발전이나 풍력 발전 등의 신재생 에너지 연구 개발 및 전기 전자 기기의 효율 향상과 에너지 절감 문제에 대해서 적극적으로 연구하고 있다. 여기에 사용되는 핵심 부품은 파워 디바이스를 활용한 파워 모듈, 즉 전력 반도체 모듈이다. 조명 분야에서도 자동차 전조등, 가로등, 스마트팜용 식물 생장등과 같이 높은 출력이 필요한 광원에 대해서도 효율성과 수명이 우수한 LED 광원을 적용하는 추세다.
이들 파워계 디바이스에서 사용되는 전류는 수십~수백 암페어(Ampere) 이며, 또한 전압도 수백~수천 볼트(Volt)로 고전력(High-power)이기 때문에 파워 모듈에서 발생하는 열이 많고 그 열에 의한 디바이스의 오동작과 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 이러한 불량을 방지하기 위해서 전력 반도체 소자에서 발생한 열을 어떻게 신속히 방출시키는가가 큰 문제가 되고 있다. 고출력 LED 광원 모듈의 경우에도 방열은 장치의 수명과 효율성을 판가름하는 결정적인 요소이다.
종래의 전력 반도체용 금속 인쇄회로기판의 제조 방법은 열전도도가 높은 금속 기판과 동박 사이에 절연층을 삽입하고, 고온 고압으로 적층(Hot press) 한 후에 일반적인 인쇄회로기판 제조 공정을 거쳐서 제조한다. 종래 기술로 제조한 금속 인쇄회로기판 (Metal PCB)의 열전도도는 일반적으로 3~5 W/m.K이며 충분한 열 방출을 위해서 커다란 히트싱크를 부착해야 한다. 여기서, 일반적인 인쇄회로기판 제조 공정은 동박으로 이루어진 층에 회로 전극 패턴을 형성하기 위해 에칭 또는 도금 공정을 활용한다.
그런데 고전력 반도체용 방열기판에 종래의 금속 인쇄회로기판 제조 방법을 적용하기에는 무리가 따른다. 고전력 반도체 실장을 위해 전극 금속판의 두께를 두껍게 할 경우 에칭이나 도금 방식으로는 대응하기 어렵기 때문이다. 실제로 해당 기술분야에서 전극 금속판의 두께가 0.3mm 이상이면 에칭이나 도금 방식으로는 채산성을 유지하기 어렵다고 판단되는 실정이다. 이뿐만 아니라, 전극 패턴의 단면 프로파일이 열화되어 절연파괴가 일어나기 쉽다는 문제점이 있다.
더구나 에칭이나 도금 공정은 유독성 화학 물질이나 중금속 물질의 사용으로 인해 환경오염을 유발하는 큰 문제가 있다. 오염 물질의 배출을 최소화할 수 있는 친환경적 제조 방법의 개발이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1336087호 (2013.11.27) 대한민국 등록특허공보 제10-2055587호 (2019.12.09)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 두께 0.2mm 이상의 두꺼운 전극 금속판을 갖는 반도체용 방열기판 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은 두꺼운 전극 금속판을 가져 우수한 방열 성능을 달성함은 물론, 절연 내력이 향상되고, 높은 박리 강도(Peel Strength)를 가지는 구조를 가진 반도체용 방열기판을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체용 방열기판의 제조방법은, 두꺼운 전극 금속판을 효과적으로 패터닝하고, 우수한 절연 성능, 높은 박리 강도를 제공할 수 있는 반도체용 방열기판을 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명에 따른 반도체용 방열기판은, 패턴 스페이스가 사이사이에 형성되어 서로 전기적으로 절연된 다수의 전극 패턴을 갖는 전극 금속판; 상기 전극 금속판 아래에 배치되어 상기 전극 금속판으로부터 전도된 열을 확산시키는 금속 베이스; 상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스 사이에 형성된 절연층; 및 상기 패턴 스페이스와 상기 다수의 전극 패턴으로 구성된 전극 패턴 그룹 외측의 주변부를 메우며 상기 다수의 전극 패턴 측면에 직접 접촉되어 이들을 지지하도록 형성된 절연재 충전부; 를 포함하여 구성된다.
상기 절연층 및 상기 절연재 충전부는 서로 동일한 전기 절연성 수지로 이루어져 일체로 형성된 절연부를 구성할 수 있다.
상기 반도체용 방열기판은 상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스 사이의 상기 절연층 내에 매립된 절연성 세라믹 메쉬를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 베이스는 상기 패턴 스페이스 및 상기 주변부 아래의 부분이 상기 다수의 전극 패턴 바로 아래에 위치한 상면보다 낮게 절삭된 단차부를 더 포함하고, 상기 절연재 충전부는 상기 단차부의 측면 및 바닥면과 직접 접촉하도록 확장된 형태로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 다수의 전극 패턴 측면에 오목하게 형성된 제1 노치(notch)부 또는 상기 금속 베이스 단차부의 측면에 오목하게 형성된 제2 노치(notch)부를 더 포함하고, 상기 절연재 충전부는 상기 제1 노치(notch)부 또는 상기 제2 노치부(notch)를 메우도록 형성될 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 반도체용 방열기판의 제조 방법은, 다수의 전극 패턴, 상기 다수의 전극 패턴 사이사이에 형성되어 이들을 전기적으로 절연시키는 패턴 스페이스, 및 상기 다수의 전극 패턴으로 구성된 전극 패턴 그룹의 외측을 둘러싸는 주변부를 갖는 반도체용 방열기판의 제조 방법에 있어서, 상기 다수의 전극 패턴을 이루게 될 전극 금속판을 그 일면으로부터 그 두께보다 얕은 소정의 깊이로 절삭하고 잔여부를 남겨 상기 패턴 스페이스 및 상기 주변부에 대응되는 홈 패턴을 형성하는 단계; 상기 홈 패턴이 형성된 상기 전극 금속판의 일면 및 그와 대면하는 금속 베이스의 일면 중 적어도 상기 전극 금속판 측에 상기 홈 패턴이 절연재로 충전되도록 절연성 수지를 인쇄하고, 상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스를 상기 절연성 수지를 매개로 접합하는 단계; 및 상기 잔여부를 제거하여 상기 다수의 전극 패턴을 서로서로 분리시키는 단계; 를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 잔여부 제거 시에 상기 잔여부를 절삭 가공하여 제거하도록 구성될 수 있다.
상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스의 접합 시에 상기 전극 금속판의 일면 및 상기 금속 베이스의 일면 각각에 절연성 수지를 인쇄하고, 이들 사이에 절연성 세라믹 메쉬를 삽입한 채로 접합할 수도 있다.
본 발명의 다른 한 측면에 따른 반도체용 방열기판의 제조 방법은, 금속 베이스, 절연층, 및 전극 금속판이 순서대로 적층된 다층 기판을 형성하는 단계; 상기 다층 기판을 상기 전극 금속판 측에서 상기 금속 베이스의 상면보다 깊은 소정의 깊이로 절삭 가공하여, 다수의 전극 패턴을 정의하는 패턴 스페이스 및 상기 다수의 전극 패턴으로 구성된 전극 패턴 그룹 외측의 주변부에 대응되는 홈 패턴을 형성하는 단계; 및, 상기 홈 패턴을 절연성 수지로 충전하고 경화시켜 절연재 충전부를 형성하는 단계; 를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 홈 패턴 형성 시에, 상기 다수의 전극 패턴 측면에 오목한 형태의 제1 노치(notch)부 또는 상기 금속 베이스의 단차부 측면에 오목한 형태의 제2 노치(notch)부를 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 두께 0.2mm 이상의 두꺼운 전극 금속판을 갖는 반도체용 방열기판 및 이를 효율적으로 생산할 수 있는 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 두꺼운 전극 금속판을 가져 우수한 방열 성능을 달성함은 물론, 절연 내력이 향상되고, 높은 박리 강도(Peel Strength)를 가지는 구조를 가진 반도체용 방열기판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 두꺼운 전극 금속판을 효과적으로 패터닝하고, 우수한 절연 성능, 높은 박리 강도를 제공할 수 있는 반도체용 방열기판을 효율적으로 제조할 수 있는 반도체용 방열기판의 제조방법이 제공된다.
나아가 본 발명에 따르면, 환경오염을 유발하는 에칭 및 도금 공정을 배제하고 이를 유독성 화합물, 중금속 화합물 등의 사용이나 배출이 없는 기계가공 공정으로 대체함으로써, 친환경적인 공정으로 반도체용 방열기판을 제조할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판이 적용된 고전력 반도체 모듈을 보인다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판을 보인다.
도 3은 상기 도 2의 반도체용 방열기판을 제조하는 공정을 보인다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판을 보인다.
도 5는 상기 도 4의 반도체용 방열기판을 제조하는 공정을 보인다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판을 보인다.
도 7은 상기 도 6의 반도체용 방열기판을 제조하는 공정을 보인다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판을 보인다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속한 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 위, 아래, 상면, 저면 등의 방향은 참조된 도면에 도시된 방향을 기준으로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판이 적용된 고전력 반도체 모듈을 보인다.
발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판(101)이 적용된 고전력 반도체 모듈(M)은 전력 반도체 소자(301)를 포함한다. 상기 전력 반도체 소자(301)는 상기 반도체용 방열기판(101) 상면에 형성된 다수의 전극 패턴(31) 중 적어도 하나의 패턴 상에 실장되고, 와이어 본딩(302)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 이와 다른 형태의 예로서 전력 반도체 소자는 다수의 입출력 단자 또는 패드 전극을 구비하고, 이들이 상기 반도체용 방열기판(101)의 다수의 전극 패턴(31) 상에 표면실장(SMT) 될 수도 있다. 상기 다수의 전극 패턴(31)은 전극 패턴과 전극 패턴 사이의 패턴 스페이스(32) 및 다수의 전극 패턴으로 구성된 전극 패턴 그룹의 주변부에 충전된 절연체에 의해 둘러싸인 아일랜드 형태로 형성된다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판을 보인다. 본 도면은 상기 도 1의 II-II' 단면에 대응되는 반도체용 방열기판의 단면도이다.
상기 반도체용 방열기판(101)은 도면의 아래쪽에서부터 금속 베이스(10)와, 절연층(20)을 포함하는 절연부(21), 그리고 전극 금속판(30)으로부터 형성된 다수의 전극 패턴(31)을 포함하여 구성된다. 상기 다수의 전극 패턴(31) 사이에는 인접한 전극 패턴들 사이를 서로 전기적으로 절연시키는 패턴 스페이스(32)가 배치된다. 상기 패턴 스페이스(32) 및 상기 다수의 전극 패턴(31)으로 구성된 전극 패턴 그룹의 주변부는 절연재로 충전된다.
상기 금속 베이스(10)는 구리, 알루미늄 등의 열전도성이 우수한 금속으로 이루어진다. 상기 금속 베이스(10)는 두꺼운 금속판 또는 금속 블록으로 이루어질 수 있다. 한편, 도시되지 않았으나 상기 금속 베이스(10)의 저면 등에는 외부와의 접촉 면적을 확장하여 열 발산 효과를 높이기 위한 방열핀 구조물이 형성될 수 있다.
상기 절연부(21)는 상기 금속 베이스(10)와 상기 전극 금속판(30) 사이의 절연층(20)과 상기 패턴 스페이스(32) 및 다수 패턴 전극(31)의 주변부에 절연체가 충전된 절연재 충전부로 구성된다. 상기 절연층(20)은 전기 절연성의 합성수지, 산화물 또는 질화물을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 절연층(20)은 전기 절연성 외에도 열전도성 및 내열성이 우수한 소재로 이루어진 것이 바람직하며, 점착 혹은 접착성을 가져 상기 금속 베이스(10)와 상기 전극 금속판(30)을 접합시키는 역할을 겸할 수도 있다. 상기 절연재 충전부는 전술한 절연층(20)과 동일한 소재로 이루어져 상기 절연부(21)가 일체로 형성될 수 있다. 상기 절연부(21)를 형성하는 것으로서, 위와 같이 전기 절연성과 열전도성 및 내열성 등의 조건을 충족하는 소재로 에폭시 계열의 합성 수지를 들 수 있다.
전극 금속판(30)은 구리, 구리-망간 합금, 알루미늄, 니켈 등 비저항 낮고, 열전도성 및 가공성이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 전극 패턴(31)은 상기 전극 금속판(30)의 일부분이 바닥까지 삭제되어 상기 절연층(20)을 노출시키는 절연 스페이스(32)에 의해 구획된다.
여기서 상기 전극 금속판(30)의 두께(T)는 0.2mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연층(20)의 두께를 t1, 상기 주변부 및 절연 스페이스(32)의 절연체 두께를 t2, 그리고 상기 절연층(20)의 바닥면으로부터 상기 전극 패턴(31) 상면까지의 높이를 H 라고 할 때, 이들은 서로 다음과 같은 관계를 갖는다.
<식1> t1 < t2 ≤ H
다시 말해서, 전술한 주변부 및 절연 스페이스(32)에 충전된 절연체의 높이는 상기 전극 패턴(31)의 저면보다 높고, 상기 전극 패턴(31)의 상면보다 낮거나 같도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 상기 다수의 전극 패턴(31)들 사이의 절연 내력은 물론, 반도체용 방열기판(101)과 외부 회로 사이의 절연 내력도 향상시킬 수 있다. 또한, 절연재 충전부에 상기 전극 패턴(31)의 적어도 일부가 매립되어 있는 구조여서 상기 다수의 전극 패턴(31)에 대한 박리 강도를 향상시킨다.
도 3은 상기 도 2의 반도체용 방열기판을 제조하는 공정을 보인다.
먼저, (a)에 도시된 바와 같이, 전극 금속판(30)의 일면에 엔드밀 등의 절삭 툴을 이용한 절삭 가공(밀링)을 통해, 전술한 패턴 스페이스 및 주변부에 대응되는 일정한 깊이의 홈 패턴(320)을 형성한다. 상기 홈 패턴(320)의 깊이는 상기 전극 금속판(30)의 두께보다 얕게 하여, 상기 홈 패턴(320)의 바닥에 잔여부(321)를 남긴다. 상기 잔여부(321)는 평면적으로 볼 때, 상기 패턴 스페이스 및 상기 주변부에 대응되는 부분 전부에 대해 남길 수 있다. 또한, 상기 잔여부(321)의 두께는 0.2mm 미만인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.05mm 내지 0.1mm 두께로 형성될 수 있다.
(b)에 도시된 바와 같이, 금속 베이스(10)의 상면에 절연성 수지(200), 예컨대 에폭시 수지를 인쇄하고, 상기 홈 패턴(320)이 형성된 면에 위와 동일한 절연성 수지(200)가 인쇄된 상태로 뒤집어서, 상기 절연성 수지(200)가 도포된 두 면이 서로 마주보게 배치한다.
(c)에 도시된 바와 같이, 위의 (b) 공정에서 준비된 부재들을 진공 핫 프레스 공정을 통해 접합한다. 그 결과 전술한 바와 같이 두 부재의 서로 마주보는 면 각각에 인쇄된 절연성 수지(200)는 일체로 경화되어 절연부(21)를 형성한다.
다만, 상기 (b), (c)의 예시와 달리 상기 금속 베이스(10)의 상면과 상기 전극 금속판(30)에서 홈 패턴(320)이 형성된 면 중 어느 한 면에 충분한 두께로 절연성 수지(200)를 도포하고 이들을 서로 접합할 수도 있다.
다음으로, (d)에 도시된 바와 같이, 전술한 잔여부(321), 즉 전술한 홈 패턴(320)에 의해 구획된 다수의 전극 패턴(31)이 얇은 두께로 서로 연결되어 있는 부분을 에칭(Etching) 또는 밀링(Milling)을 통해 제거하여 패턴 스페이스(32)를 형성한다. 그리고 도면에 표시된 커팅 라인(CT)을 따라 커팅함으로써 단일 모듈 단위의 반도체용 방열기판을 완성한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판을 보인다.
본 실시예에 따른 반도체용 방열기판(102)은 절연부(22) 내에 절연성 메쉬(25)를 포함하는 점에서 전술한 도 2의 실시예에 따른 반도체용 방열기판(101)과 차이가 있고, 나머지 부분은 동일하다. 상기 절연성 메쉬(25)는 고형의 무기 절연재, 예컨대 세라믹 재질의 메쉬일 수 있다. 상기 절연성 메쉬(25)는 상기 절연부(22)의 나머지 부분을 이루는 절연성 소재보다 비저항이 높고, 열전도도가 높은 세라믹 재질로 이루어져, 전극 패턴(31)과 금속 베이스(10) 사이의 절연 내력 및 열전도율을 향상시키는 데에 기여할 수 있다. 또한, 상기 절연부(22)의 열팽창을 억제하거나, 기계적 강도를 높이는 데에도 기여할 수 있다.
도 5는 상기 도 4의 반도체용 방열기판을 제조하는 공정을 보인다.
먼저, (a)에는 전술한 도 4의 (b)와 같이, 전극 금속판(30)의 홈 패턴(320)이 형성된 면과 금속 베이스(10)의 상면에 각각 절연성 수지(200)가 인쇄된 상태에서, 마주보는 절연성 수지(200) 사이에 상기 절연성 메쉬(25)를 배치된 상태가 도시된다.
(b)에는 위와 같은 상태로 진공 핫 프레스 공정을 진행하여 상기 절연부(22) 내에 상기 절연성 메쉬(25)가 개입된 채로 상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스(10)가 접합되고, 전술한 도 3의 (d)와 같은 에칭 또는 밀링 공정을 통해 잔여부가 제거되어 다수의 전극 패턴(31)과 패턴 스페이스(32) 및 주변부가 형성된 모습이 도시된다. 그리고 커팅 라인(CT)을 따라 커팅되면 본 실시예에 따른 반도체용 방열기판이 완성된다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판을 보인다.
본 실시예에 따른 반도체용 방열기판(103)은 절연부(23)에서 다수의 전극 패턴(31) 사이의 패턴 스페이스(322)를 이루는 부분과 상기 다수의 전극 패턴(31) 외측의 주변부를 이루는 부분이 다음과 같은 구조로 형성된다. 첫째, 절연부(23)의 상면이 상기 다수의 전극 패턴(31)의 상면과 같은 높이로 형성된다. 둘째, 해당 부분에서 상기 절연부(23)의 바닥면이 상기 금속 베이스(11)의 두께 방향으로 확장된다. 즉, 상기 금속 베이스(11)의 상면에서 상기 전극 패턴(31)의 저면과 대면하는 부분을 제외한 나머지 부분이 소정의 깊이로 파여 절연체로 충전된 구조를 갖는다.
바꿔 말하면, 전극 패턴(31)의 두께를 T, 전극 패턴(31)과 금속 베이스(11) 사이의 절연층 두께를 t1, 그리고 상기 절연부(23) 중 패턴 스페이스(322) 및 상기 주변부에 대응되는 부분의 두께를 t3라고 할 때, 다음 식과 같은 관계가 성립된다.
<식2> T + t1 < t3
이와 같은 구조의 반도체용 방열기판(103)에서는 전극 패턴(31)의 측면이 절연부(23)에 전부 매립되어 전술한 도 2의 실시예와 마찬가지로 다수의 전극 패턴(31) 사이 및 외부 도전체와의 절연 내력이 향상됨은 물론, 전극 패턴(31)의 박리 강도도 향상된다. 또한, 상기 절연부(23)에서 패턴 스페이스(322) 및 주변부가 상기 금속 베이스(11) 상면에 형성된 단차부와 맞물려 지지되므로 횡방향 하중에 강하고, 금속과 절연체 사이의 열팽창율 차이로 인한 변형이나 파손도 방지될 수 있다. 이러한 구조로 인해 상기 절연부(23)와 상기 금속 베이스(11) 사이의 박리 강도도 향상된다.
도 7은 상기 도 6의 반도체용 방열기판을 제조하는 공정을 보인다.
(a)에 도시된 바와 같이, 금속 베이스(10), 절연층(20), 및 전극 금속판(30)이 아래서부터 순서대로 적층된 다층 기판을 준비한다. 이러한 다층 기판은 전술한 실시예와 마찬가지로 금속 베이스(10)와 전극 금속판(30)의 마주보는 두면 사이에 전연성 수지를 인쇄 혹은 도포하고 진공 핫 프레스 공정을 통해 이들을 접합함으로써 마련될 수 있다.
(b)에 도시된 바와 같이, 상기 전극 금속판(30) 표면으로부터 절삭 가공, 예컨대 엔드밀 툴을 이용한 밀링 가공을 수행하여 상기 다수의 전극 패턴(31) 사이의 패턴 스페이스(322) 및 상기 다수의 전극 패턴(31)으로 구성된 전극 패턴 그룹의 외측의 주변부를 상기 금속 베이스(10)의 상면보다 더 깊게 절삭함으로써 홈 패턴을 형성한다. 즉, 상기 전극 금속판(30)의 두께 T와 상기 절연층(20)의 두께 t1을 더한 것보다 더 깊게 절삭하여 상기 금속 베이스(11)의 상부에 상기 전극 패턴(31)의 저면과 대면하는 부분보다 낮은 단차부(111)를 형성한다.
그런 다음, (c)에 도시된 바와 같이, 절삭된 부분인 상기 홈 패턴에 절연성 수지를 충전하고 경화시켜 절연재 충전부(201)를 형성한다. 상기 절연재 충전부(201)는 전술한 절연층(20)과 동일한 절연성 소재로 형성될 수 있다. 이를 통해 절연부(23)에서 상기 절연층(20)과 상기 절연재 충전부(201)는 일체를 이루게 된다. 커팅 라인(CT)을 따라 커팅하면 하나의 반도체 모듈을 위한 반도체용 방열기판이 완성된다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체용 방열기판을 보인다.
본 실시예에 따른 반도체용 방열기판(104)은 절삭 가공에 의해 상기 전극 패턴(31)의 측면에 형성된 제1 노치부(312)를 포함하는 점 및/또는 상기 금속 베이스(12)의 단차부(121) 측면에 형성된 제2 노치부(122)를 포함하는 점에서 상기 도 6의 실시예에 따른 반도체용 방열기판(103)과 차이가 있다. 이와 함께, 상기 제1 노치부(312) 및/또는 상기 제2 노치부(122)를 채워 형성된 절연재 충전부(202)의 구조에 차이가 있다는 점을 제외하고, 본 실시예의 나머지 구성은 전술한 도 6의 실시예와 동일하다.
여기서, 상기 제1 노치부(312) 및 상기 제2 노치부(122)는 상기 전극 패턴(31) 및 상기 금속 베이스(12)의 상/하면에 수직을 이루는 상기 측면으로부터 안쪽으로 오목하게 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 노치부(312, 122)는 도 7의 (b)를 참조하여 전술한 절삭 공정에서, 일반적인 엔드밀 대신 홈 패턴 및 노치부의 형상에 맞게 제작된 폼툴(Form Tool)을 사용하여 절삭함으로써 형성할 수 있다. 상기 노치부는 홈 패턴과 동시에 형성될 수도 있고, 홈 패턴 형성 이후에 형성될 수도 있다. 상기 폼툴을 이용한 절삭 가공은 상기 금속 베이스(12)에 평행한 방향으로 진행될 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체용 방열기판(104)은 상기 제1 노치부(312) 및 상기 제2 노치부(122)를 둘 다 포함할 수도 있고, 어느 하나만 포함하여 구성될 수도 있다. 상기 제1 노치부(312) 및 상기 제2 노치부(122)는 절연재 충전부(202)의 측면이 각각 상기 전극 패턴(31) 및 상기 금속 베이스(12)에 맞물리도록 함으로써, 상기 반도체용 방열기판(104)의 박리 강도를 크게 향상시킨다.
10, 11, 12: 금속 베이스
20: 절연층
21, 22, 23: 절연부
25: 절연성 메쉬
30: 전극 금속판
31: 전극 패턴
32, 322, 323: 패턴 스페이스
201, 202: 절연재 충전부
320: 절삭부
321: 잔여부

Claims (10)

  1. 패턴 스페이스가 사이사이에 형성되어 서로 전기적으로 절연된 다수의 전극 패턴을 갖는 전극 금속판;
    상기 전극 금속판 아래에 배치되어 상기 전극 금속판으로부터 전도된 열을 확산시키는 금속 베이스;
    상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스 사이에 형성된 절연층; 및
    상기 패턴 스페이스와 상기 다수의 전극 패턴으로 구성된 전극 패턴 그룹 외측의 주변부를 메우며 상기 다수의 전극 패턴 측면에 직접 접촉되어 이들을 지지하도록 형성된 절연재 충전부; 를 포함하고,
    상기 금속 베이스는 상기 패턴 스페이스 및 상기 주변부 아래의 부분이 상기 다수의 전극 패턴 바로 아래에 위치한 상면보다 낮게 절삭된 단차부를 더 포함하고, 상기 절연재 충전부는 상기 단차부의 측면 및 바닥면과 직접 접촉하도록 확장된, 반도체용 방열기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층 및 상기 절연재 충전부는 서로 동일한 전기 절연성 수지로 이루어져 일체로 형성된 절연부를 구성하는, 반도체용 방열기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스 사이의 상기 절연층 내에 매립된 절연성 세라믹 메쉬를 더 포함하는, 반도체용 방열기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 전극 패턴 측면에 오목하게 형성된 제1 노치(notch)부 또는 상기 금속 베이스 단차부의 측면에 오목하게 형성된 제2 노치(notch)부를 더 포함하고, 상기 절연재 충전부는 상기 제1 노치(notch)부 또는 상기 제2 노치부(notch)를 메우도록 형성된,
    반도체용 방열기판.
  5. 삭제
  6. 다수의 전극 패턴, 상기 다수의 전극 패턴 사이사이에 형성되어 이들을 전기적으로 절연시키는 패턴 스페이스, 및 상기 다수의 전극 패턴으로 구성된 전극 패턴 그룹의 외측을 둘러싸는 주변부를 갖는 반도체용 방열기판의 제조 방법에 있어서,
    상기 다수의 전극 패턴을 이루게 될 전극 금속판을 그 일면으로부터 그 두께보다 얕은 소정의 깊이로 절삭하고 잔여부를 남겨 상기 패턴 스페이스 및 상기 주변부에 대응되는 홈 패턴을 형성하는 단계;
    상기 홈 패턴이 형성된 상기 전극 금속판의 일면 및 그와 대면하는 금속 베이스의 일면 중 적어도 상기 전극 금속판 측에 상기 홈 패턴이 절연재로 충전되도록 절연성 수지를 인쇄하고, 상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스를 상기 절연성 수지를 매개로 접합하는 단계; 및
    상기 잔여부를 제거하여 상기 다수의 전극 패턴을 서로서로 분리시키는 단계; 를 포함하는,
    반도체용 방열기판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 잔여부 제거 시에 상기 잔여부를 절삭 가공하여 제거하는, 반도체용 방열기판의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전극 금속판과 상기 금속 베이스의 접합 시에 상기 전극 금속판의 일면 및 상기 금속 베이스의 일면 각각에 절연성 수지를 인쇄하고, 이들 사이에 절연성 세라믹 메쉬를 삽입한 채로 접합하는, 반도체용 방열기판의 제조 방법.
  9. 금속 베이스, 절연층, 및 전극 금속판이 순서대로 적층된 다층 기판을 형성하는 단계;
    상기 다층 기판을 상기 전극 금속판 측에서 상기 금속 베이스의 상면보다 깊은 소정의 깊이로 절삭 가공하여, 다수의 전극 패턴을 정의하는 패턴 스페이스 및 상기 다수의 전극 패턴으로 구성된 전극 패턴 그룹 외측의 주변부에 대응되는 홈 패턴을 형성하는 단계; 및,
    상기 홈 패턴을 절연성 수지로 충전하고 경화시켜 절연재 충전부를 형성하는 단계; 를 포함하는,
    반도체용 방열기판의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 홈 패턴 형성 시에, 상기 다수의 전극 패턴 측면에 오목한 형태의 제1 노치(notch)부 또는 상기 금속 베이스의 단차부 측면에 오목한 형태의 제2 노치(notch)부를 형성하는, 반도체용 방열기판의 제조 방법.
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