KR102617704B1 - Power module and the method of packaging of the same - Google Patents

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Abstract

파워 모듈은, 복수의 금속 배선 패턴들이 구비된 기판; 금속 배선 패턴들 상에 배치된 복수 개의 전력 소자들; 전력 소자들을 기판과 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 본딩 스트립 패턴들; 기판의 외측면을 둘러싸고 상부가 개방되어 기판의 금속 배선 패턴들 및 전력 소자들을 노출시키는 캐비티를 포함하는 바디 프레임부; 바디 프레임부의 내측 일 측면부에 위치하고 바디 프레임부의 내측벽을 관통하는 단자 홀 및 단자 홀로부터 연장되어 캐비티 방향으로 돌출된 단자 몰드락부를 포함하는 시그널 단자 하우징부; 바디 프레임부의 일 측면부에 위치하고, 단자 홀을 통해 단자 몰드락부로 삽입된 시그널 단자부; 시그널 단자부와 기판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 와이어; 및 시그널 단자부와 마주보는 바디 프레임부의 다른 측면부에 위치하는 파워 단자부를 포함한다.The power module includes a substrate provided with a plurality of metal wiring patterns; a plurality of power elements disposed on metal wiring patterns; At least one bonding strip pattern that electrically connects the power devices to the substrate; a body frame portion surrounding an outer surface of the substrate and including a cavity that is open at the top to expose metal wiring patterns and power elements of the substrate; A signal terminal housing portion located on one inner side of the body frame portion and including a terminal hole penetrating the inner wall of the body frame portion and a terminal mold lock portion extending from the terminal hole and protruding in the cavity direction; A signal terminal portion located on one side of the body frame portion and inserted into the terminal mold lock portion through the terminal hole; A first metal wire electrically connecting the signal terminal unit and the board; and a power terminal portion located on the other side of the body frame portion facing the signal terminal portion.

Figure R1020160144661
Figure R1020160144661

Description

파워 모듈 및 그의 패키징 방법{Power module and the method of packaging of the same}Power module and its packaging method {Power module and the method of packaging of the same}

본 출원은 파워 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파워 모듈 및 그의 패키징 방법에 관한 것이다.This application relates to power modules, and more specifically, to power modules and their packaging methods.

전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 시장이 점점 커지면서 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 내에 장착되는 핵심 부품인 파워 모듈(power module)에 대한 수요도 점점 증가하고 있다. 파워 모듈은 DC 정류 및 AC 변환 기능을 수행하며, 고밀도화, 경량화 및 고성능화를 위한 개발이 지속적으로 진행되고 있다. As the electric vehicle or hybrid vehicle market grows, the demand for power modules, which are key components installed in electric vehicles or hybrid vehicles, is also increasing. The power module performs DC rectification and AC conversion functions, and development is continuously underway to increase density, reduce weight, and improve performance.

그런데, 자동차에 장착되는 파워 모듈을 제조하는 공정에서 시그널 단자부 또는 파워 단자부를 기판과 접합하기 위해 적용하는 리플로우 솔더링 과정 중에 하우징 부재에 변형이 발생하거나, 시그널 단자부 또는 파워 단자부가 녹거나, 기판이 휘어지거나, 시그널 단자부의 접속핀이 휘어지거나 또는 와이어 본딩 불량이 발생하는 문제가 지속적으로 발생하여 이를 해결하려는 요구가 증가하고 있다. However, in the process of manufacturing power modules mounted on automobiles, the housing member may be deformed, the signal terminal or power terminal may melt, or the substrate may be damaged during the reflow soldering process used to bond the signal terminal or power terminal to the board. Problems such as bending, bending of signal terminal connection pins, or defective wire bonding continue to occur, and the demand for solving these problems is increasing.

본 출원이 해결하고자 하는 과제는, 제품의 신뢰성을 향상시키면서 제조 비용을 감소시킬 수 있는 리본 본딩 기술을 이용한 본딩 스트립 패턴 및 초음파 용접 방식을 패키징 제조 공정에 도입한 파워 모듈 및 그의 패키징 방법을 제공하고자 한다.The problem that this application seeks to solve is to provide a power module and its packaging method that introduce a bonding strip pattern and an ultrasonic welding method using ribbon bonding technology into the packaging manufacturing process, which can reduce manufacturing costs while improving product reliability. do.

본 출원의 일 관점에 의한 파워 모듈은, 복수의 금속 배선 패턴들이 구비된 기판; 상기 금속 배선 패턴들 상에 배치된 복수 개의 전력 소자들; 상기 전력 소자들을 기판과 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 본딩 스트립 패턴들; 상기 기판의 외측면을 둘러싸고 상부가 개방되어 상기 기판의 금속 배선 패턴들 및 전력 소자들을 노출시키는 캐비티를 포함하는 바디 프레임부; 상기 바디 프레임부의 내측 일 측면부에 위치하고 상기 바디 프레임부의 내측벽을 관통하는 단자 홀 및 상기 단자 홀로부터 연장되어 상기 캐비티 방향으로 돌출된 단자 몰드락부를 포함하는 시그널 단자 하우징부; 상기 바디 프레임부의 일 측면부에 위치하고, 상기 단자 홀을 통해 상기 단자 몰드락부로 삽입된 시그널 단자부; 상기 시그널 단자부와 상기 기판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 와이어; 및 상기 시그널 단자부와 마주보는 상기 바디 프레임부의 다른 측면부에 위치하는 파워 단자부를 포함한다.A power module according to one aspect of the present application includes a substrate provided with a plurality of metal wiring patterns; a plurality of power devices disposed on the metal wiring patterns; At least one bonding strip pattern electrically connecting the power devices to the substrate; a body frame portion surrounding an outer surface of the substrate and including a cavity whose top is open to expose metal wiring patterns and power elements of the substrate; a signal terminal housing portion located on one inner side of the body frame portion and including a terminal hole penetrating an inner wall of the body frame portion and a terminal mold lock portion extending from the terminal hole and protruding in the cavity direction; a signal terminal portion located on one side of the body frame portion and inserted into the terminal mold lock portion through the terminal hole; a first metal wire electrically connecting the signal terminal portion and the substrate; And a power terminal unit located on the other side of the body frame facing the signal terminal unit.

본 출원의 다른 관점에 의한 파워 모듈의 패키징 방법은, 금속 배선 패턴들이 배치된 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 전력 소자들을 배치하는 단계; 제1 금속 와이어를 매개로 상기 전력 소자들과 상기 기판을 연결하는 단계; 본딩 스트립 패턴을 매개로 상기 전력 소자들과 상기 기판을 연결하는 단계; 상기 기판 상부에 하우징 부재를 배치하는 단계; 상기 기판과 하우징 부재를 접합하는 단계; 및 상기 기판과 시그널 단자부 및 파워 단자부를 연결하는 단계를 포함한다.A method of packaging a power module according to another aspect of the present application includes preparing a substrate on which metal wiring patterns are arranged; placing power devices on the substrate; Connecting the power devices and the substrate via a first metal wire; connecting the power devices and the substrate via a bonding strip pattern; Placing a housing member on top of the substrate; Bonding the substrate and the housing member; and connecting the substrate to the signal terminal portion and the power terminal portion.

본 출원의 실시예에 따르면, 리본 본딩 기술을 이용한 본딩 스트립 패턴을 도입함에 따라, 금속 와이어보다 상대적으로 적은 개수를 이용할 수 있어 공정 단계를 감소시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 본딩 스트립 패턴을 형성하기 위해 도입하는 본더 장비의 개수를 감소시킬 수 있어 설비 투자비를 감소시킬 수 있는 이점이 제공된다.According to an embodiment of the present application, by introducing a bonding strip pattern using ribbon bonding technology, a relatively smaller number of metal wires can be used, providing the advantage of reducing process steps. In addition, the number of bonder equipment introduced to form a bonding strip pattern can be reduced, providing the advantage of reducing facility investment costs.

또한, 시그널 단자부를 구성하는 접속핀 연결 단자부가 단자 몰드락부로 감싸여 있는 구조로 형성되어 초음파 손실을 방지할 수 있음에 따라, 접합 강도 및 신뢰성을 증가시킬 수 있는 이점이 제공된다. 초음파 용접 방식을 도입함으로써 솔더 사용을 감소시켜 환경친화적인 공정 방법을 도입할 수 있다.In addition, the connection pin connection terminal part constituting the signal terminal part is formed in a structure surrounded by a terminal mold lock part, thereby preventing ultrasonic loss, providing the advantage of increasing joint strength and reliability. By introducing ultrasonic welding, it is possible to reduce solder use and introduce an environmentally friendly process method.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈을 나타내보인 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 일부분의 단면을 확대하여 나타내보인 도면들이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 기판을 나타내보인 평면도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 하우징 부재를 나타내보인 도면이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 결합 사시도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 패키징 방법을 나타내보인 순서도이다.Figure 1 is a diagram showing a power module according to an embodiment of the present application.
FIGS. 2A and 2B are enlarged views of a partial cross-section of FIG. 1.
Figure 3 is a plan view showing a substrate applied to a power module according to an embodiment of the present application.
Figure 4 is a diagram showing a housing member applied to a power module according to an embodiment of the present application.
Figure 5 is a combined perspective view of a power module according to an embodiment of the present application.
Figure 6 is a flowchart showing a method of packaging a power module according to an embodiment of the present application.

본 출원의 실시 형태들을 도면들을 예시하며 설명하지만, 이는 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 설명하기 위한 것이며, 세밀하게 제시된 형상으로 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 한정하고자 한 것은 아니다.Although embodiments of the present application are described by way of example drawings, this is for the purpose of explaining what is intended to be presented in the present application, and is not intended to limit what is intended to be presented in the present application to the shapes presented in detail.

명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification. Accordingly, the same or similar reference signs may be described with reference to other drawings even if they are not mentioned or described in the corresponding drawings. Additionally, even if reference signs are not indicated, description may be made with reference to other drawings.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈을 나타내보인 도면이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 일부분의 단면을 확대하여 나타내보인 도면들이다. 도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 기판을 나타내보인 평면도이다. 그리고 도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 하우징 부재를 나타내보인 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a power module according to an embodiment of the present application. FIGS. 2A and 2B are enlarged views of a partial cross-section of FIG. 1. Figure 3 is a plan view showing a substrate applied to a power module according to an embodiment of the present application. And FIG. 4 is a diagram showing a housing member applied to a power module according to an embodiment of the present application.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 출원에 따른 파워 모듈(1000)은 내부에 공간이 구비된 하우징 부재(200)와, 하우징 부재(200) 하부에 접착제(미도시함)를 통해 접합되면서, 적어도 하나 이상의 전력 소자(140a, 140b)들이 구비된 기판(100)을 포함하여 구성할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 3, the power module 1000 according to the present application is bonded to a housing member 200 having a space therein and to the lower part of the housing member 200 through an adhesive (not shown), It may be configured to include a substrate 100 provided with at least one or more power devices 140a and 140b.

하우징 부재(200) 하부에 배치된 기판(100)은 유전체층(101) 및 다수의 금속 배선 패턴들(110, 115, 120)을 포함하며, DBC(Direct bonding copper) 기판으로 구성될 수 있다. 유전체층(101)은, 일 예에서, 질화알루미늄(AlN)과 같은 세라믹 재질을 포함하여 구성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유전체층(101)은 다수의 금속 배선 패턴들(110, 115, 120)이 배치되는 제1 면 및 제1 면과 대향하는 방향에 위치하는 제2 면을 포함한다. 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 제2 면에는 방열층 또는 방열판을 더 포함하여 구성할 수 있다. 유전체층(101)의 제1 면에 배치된 금속 배선 패턴들(110, 115, 120)은 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 기판(100)은 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120)이 배치된 유전체층(101)의 제1 면이 노출되는 메인 영역(103)과 메인 영역(103)의 네 면을 둘러싸는 프레임 영역(104)을 포함한다. The substrate 100 disposed below the housing member 200 includes a dielectric layer 101 and a plurality of metal wiring patterns 110, 115, and 120, and may be composed of a direct bonding copper (DBC) substrate. In one example, the dielectric layer 101 may include a ceramic material such as aluminum nitride (AlN), but is not limited thereto. The dielectric layer 101 includes a first surface on which a plurality of metal wiring patterns 110, 115, and 120 are disposed, and a second surface located in a direction opposite to the first surface. Although not shown in the drawing, the second surface may further include a heat dissipation layer or a heat dissipation plate. The metal wiring patterns 110, 115, and 120 disposed on the first side of the dielectric layer 101 include a first metal wiring pattern 110, a second metal wiring pattern 115, and a third metal wiring pattern 120. It can be configured to include. Referring to FIG. 3, the substrate 100 exposes the first side of the dielectric layer 101 on which the first metal wiring pattern 110, the second metal wiring pattern 115, and the third metal wiring pattern 120 are disposed. It includes a main area 103 and a frame area 104 surrounding the four sides of the main area 103.

제1 금속 배선 패턴(110) 및 제2 금속 배선 패턴(115)은 메인 영역(103)의 중심 부분에 배치되고, 제3 금속 배선 패턴(120)은 제1 금속 배선 패턴(110) 및 제2 금속 배선 패턴(115)의 주변을 둘러싸는 외곽 영역에 배치될 수 있다. 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120)은 구리(Cu)를 포함하는 재질로 구성될 수 있다. 제1 금속 배선 패턴(110)의 상부면에는 복수 개의 제1 전력 소자(140a)들이 각각 장착되는 제1 영역들(130a)이 정의될 수 있다. 제1 영역(130a)들은 제1 금속 배선 패턴(110) 상에 소정 간격만큼 상호 이격하여 위치할 수 있다.The first metal wiring pattern 110 and the second metal wiring pattern 115 are disposed in the center of the main area 103, and the third metal wiring pattern 120 is located at the center of the main area 103. It may be placed in an outer area surrounding the metal wiring pattern 115. The first metal wiring pattern 110, the second metal wiring pattern 115, and the third metal wiring pattern 120 may be made of a material containing copper (Cu). First regions 130a in which a plurality of first power devices 140a are each installed may be defined on the upper surface of the first metal wiring pattern 110. The first areas 130a may be positioned on the first metal wiring pattern 110 to be spaced apart from each other by a predetermined distance.

제2 금속 배선 패턴(115)은 제1 금속 배선 패턴(110)과 소정 간격만큼 이격하여 배치된 제1 부분(115a), 제2 부분(115b) 및 제3 부분(115c)을 포함하여 구성된다. 제2 금속 배선 패턴(115)의 제1 부분(115a), 제2 부분(115b) 및 제3 부분(115c)은 제1 금속 배선 패턴(110)의 길이 방향으로 소정 간격만큼 상호 이격하여 위치할 수 있다. 제1 부분(115a), 제2 부분(115b) 및 제3 부분(115c)에 대응하는 제2 금속 배선 패턴(115)의 상부면에는 제2 전력 소자(140b)들이 장착되는 제2 영역들(130b)이 정의될 수 있다. 또한, 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에는 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)가 부착되는 제3 영역(160)들이 정의될 수 있다.The second metal wiring pattern 115 includes a first part 115a, a second part 115b, and a third part 115c arranged to be spaced apart from the first metal wiring pattern 110 by a predetermined distance. . The first part 115a, the second part 115b, and the third part 115c of the second metal wiring pattern 115 are positioned to be spaced apart from each other by a predetermined distance in the longitudinal direction of the first metal wiring pattern 110. You can. Second regions ( 130b) can be defined. In addition, third regions 160 to which the bonding portion 250c of the power terminal portion 250 is attached are formed on the first metal wiring pattern 110, the second metal wiring pattern 115, and the third metal wiring pattern 120. can be defined.

제1 금속 배선 패턴(110)의 제1 영역들(130a) 및 제2 금속 배선 패턴(115)의 제2 영역들(130b) 상에 배치되는 제1 또는 제2 전력 소자(140a, 140b)들은 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 또는 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)를 포함하는 반도체 칩으로 구성될 수 있다. 제1 영역들(130a)에 배치된 제1 전력 소자(140a)들 및 제2 영역들(130b)에 배치되는 제2 전력 소자(140b)들은 기판(100)의 길이 방향으로 배치될 수 있다.The first or second power elements 140a and 140b disposed on the first regions 130a of the first metal wiring pattern 110 and the second regions 130b of the second metal wiring pattern 115 are It may be composed of a semiconductor chip including an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). The first power devices 140a disposed in the first regions 130a and the second power devices 140b disposed in the second regions 130b may be arranged in the longitudinal direction of the substrate 100.

제1 전력 소자(140a) 또는 제2 전력 소자(140b)들은 본딩 스트립 패턴(150), 제2 금속 와이어(300b) 또는 제3 금속 와이어(300c)들을 매개로 기판(100)과 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 금속 배선 패턴(110) 상에 배치된 제1 전력 소자(140a)들은 제1 본딩 스트립 패턴(150a)을 매개로 기판(100)과 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제2 금속 배선 패턴(115) 상에 배치된 제2 전력 소자(140b)들은 제2 본딩 스트립 패턴(150b)을 매개로 기판(100)과 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 일 예에서, 제1 전력 소자(140a)는 제1 본딩 스트립 패턴(150a)을 매개로 기판(100) 상의 제2 금속 배선 패턴(115)으로 연결될 수 있다. 또한 제2 전력 소자(140b)는 제2 본딩 스트립 패턴(150b)을 매개로 기판(100) 상의 제3 금속 배선 패턴(120)으로 연결될 수 있다.The first power device 140a or the second power device 140b is connected to the substrate 100 electrically and signally via the bonding strip pattern 150, the second metal wire 300b, or the third metal wire 300c. It can be connected to . Specifically, the first power devices 140a disposed on the first metal wiring pattern 110 may be electrically and signally connected to the substrate 100 via the first bonding strip pattern 150a. The second power devices 140b disposed on the second metal wiring pattern 115 may be electrically and signally connected to the substrate 100 via the second bonding strip pattern 150b. In one example, the first power device 140a may be connected to the second metal wiring pattern 115 on the substrate 100 through the first bonding strip pattern 150a. Additionally, the second power device 140b may be connected to the third metal wiring pattern 120 on the substrate 100 via the second bonding strip pattern 150b.

제1 또는 제2 본딩 패턴(150a, 150b)을 포함하는 본딩 스트립 패턴(150)은 리본 본딩(ribbon bonding) 기술을 이용하여 구현할 수 있다. 제1 또는 제2 본딩 스트립 패턴(150a, 150b)은 알루미늄(Al)을 포함하는 재질, 예를 들어, 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다. 리본 본딩 기술을 이용하여 형성한 본딩 스트립 패턴(150)은 직사각형의 단면 및 직사각형의 평면 형상을 가지게 구현될 수 있다. 예를 들어, 본딩 스트립 패턴(150)은 2000um의 길이와 150um의 폭의 직사각형 형상을 가지는 패턴으로 도입할 수 있다. 본딩 스트립 패턴(150)은 제1 또는 제2 전력 소자(140a, 140b)에서의 부착 포인트와 제2 또는 제3 금속 배선 패턴(115, 120)에서의 부착 포인트에서 구부러진, 즉, 접힌 영역을 가질 수 있다.The bonding strip pattern 150 including the first or second bonding patterns 150a and 150b can be implemented using ribbon bonding technology. The first or second bonding strip patterns 150a and 150b may be made of a material containing aluminum (Al), for example, pure aluminum or aluminum alloy. The bonding strip pattern 150 formed using ribbon bonding technology may be implemented to have a rectangular cross section and a rectangular planar shape. For example, the bonding strip pattern 150 can be introduced as a pattern having a rectangular shape with a length of 2000 μm and a width of 150 μm. The bonding strip pattern 150 may have curved, i.e., folded, regions at the attachment points at the first or second power elements 140a and 140b and at the attachment points at the second or third metal wiring patterns 115 and 120. You can.

리본 본딩 기술을 이용하여 형성된 본딩 스트립 패턴(150)은 제1 전력 소자(140a) 및 기판(100)에 대해 접촉하는 접촉 면적이 와이어 본딩 기술을 이용하여 형성된 금속 와이어보다 상대적으로 넓은 접촉 면적을 가진다. 이에 따라, 금속 와이어보다 상대적으로 적은 개수를 이용하여 기판과 전력 소자 사이를 연결할 수 있어 공정 단계를 감소시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 금속 와이어를 이용하는 경우 복수 개의 와이어 본더(wire bonder) 장비가 필요한 반면, 리본 본딩 기술은 1개의 리본 본더(ribbon bonder) 장비만 필요하여 설비 투자비를 감소시킬 수 있다.The bonding strip pattern 150 formed using the ribbon bonding technology has a contact area that is in contact with the first power device 140a and the substrate 100 and is relatively larger than that of the metal wire formed using the wire bonding technology. . Accordingly, it is possible to connect the substrate and the power device using a relatively smaller number of metal wires, providing the advantage of reducing process steps. In addition, when using metal wire, multiple wire bonder equipment is required, whereas ribbon bonding technology requires only one ribbon bonder equipment, which can reduce facility investment costs.

제1 금속 배선 패턴(110) 상에 배치된 제1 전력 소자(140a)들은 제2 금속 와이어(300b)을 매개로 기판(100) 또는 시그널 단자부(240)와 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 금속 배선 패턴(115) 상에 배치된 제2 전력 소자(140b)들은 제3 금속 와이어(300c)을 매개로 기판(100) 또는 시그널 단자부(240)와 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제2 금속 와이어(300b) 또는 제3 금속 와이어(300c)는 알루미늄(Al) 재질의 금속 와이어로 구성될 수 있다. The first power devices 140a disposed on the first metal wiring pattern 110 may be electrically and signally connected to the substrate 100 or the signal terminal unit 240 via the second metal wire 300b. Additionally, the second power elements 140b disposed on the second metal wiring pattern 115 may be electrically and signally connected to the substrate 100 or the signal terminal unit 240 via the third metal wire 300c. there is. The second metal wire 300b or the third metal wire 300c may be made of a metal wire made of aluminum (Al).

제3 금속 배선 패턴(120)은 제1 금속 배선 패턴(110) 및 제2 금속 배선 패턴(115)을 둘러싸는 메인 영역(103)의 외곽 영역에 배치될 수 있다. 제3 금속 배선 패턴(120)은 제1 금속 배선 패턴(110) 및 제2 금속 배선 패턴(115)으로부터 소정 간격만큼 이격하여 배치될 수 있다. 제3 금속 배선 패턴(120)은 각각의 제1 또는 제2 전력 소자(140a, 140b)들과 접속되는 영역, 도전성 와이어가 접속되는 영역 등으로 다양한 다각형 패턴 형상을 가지게 구비될 수 있다. 그러나, 설명의 편의를 의해 서로 구분하지 않고 모두 제3 금속 배선 패턴(120)으로 기재하도록 한다. 제3 금속 배선 패턴(120)에서 다각형 패턴으로 분할된 패턴들은 각각 복수 개의 연결 단자(125)들을 통해 전기적 신호적으로 상호 연결될 수 있다.The third metal wiring pattern 120 may be disposed in an outer area of the main area 103 surrounding the first metal wiring pattern 110 and the second metal wiring pattern 115 . The third metal wiring pattern 120 may be arranged to be spaced apart from the first metal wiring pattern 110 and the second metal wiring pattern 115 by a predetermined distance. The third metal wiring pattern 120 may have various polygonal pattern shapes, such as areas connected to each of the first or second power elements 140a and 140b, areas connected to conductive wires, etc. However, for convenience of explanation, all are described as the third metal wiring pattern 120 without distinction. Patterns divided into polygonal patterns in the third metal wiring pattern 120 may be electrically and signally connected to each other through a plurality of connection terminals 125 .

메인 영역(103)의 네 면을 둘러싸는 프레임 영역(104)의 상호 마주보는 두 변 상에는 관통홀(157, 도 3 참조)이 배치될 수 있다. 관통홀(157)은 하우징 부재(200)의 볼트 체결용 관통홀(215, 도 1 참조)이 배치되는 위치와 대응하여 기판(100)과 하우징 부재(200)를 볼트를 이용하여 다른 외부 장치(미도시함)와 결합시키는 역할을 한다.Through holes 157 (see FIG. 3) may be disposed on two opposing sides of the frame area 104 surrounding the four sides of the main area 103. The through hole 157 corresponds to the position where the through hole 215 for bolt fastening (see FIG. 1) of the housing member 200 is disposed, so that the substrate 100 and the housing member 200 can be connected to another external device ( It plays a role in combining with (not shown).

도 1 및 도 4를 참조하면, 하우징 부재(200)는 물리적, 화학적인 외부 요소로부터 기판(100) 상에 배치된 전력 소자(140a, 140b)등을 보호한다. 하우징 부재(200)는 바디 프레임부(205)와, 바디 프레임부(205)의 일 측면부에 배치된 시그널 단자부(240)와, 바디 프레임부(205)의 타 측면부에 배치된 파워 단자부(250) 및 볼트 체결용 관통홀(215)을 포함하여 구성될 수 있다. 바디 프레임부(205)는 기판(100)의 외곽 영역에서 기판(100)의 네 면을 둘러싸 파워 모듈(1000)의 외관 형상을 구성하고, 기판(100) 상에 형성된 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115), 제3 금속 배선 패턴(120), 제1 전력 소자(140a) 및 제2 전력 소자(140b)를 노출시킬 수 있게 상부가 개방되어 있는 캐비티(210)를 포함하는 형상을 가진다. 바디 프레임부(205)는 폴리에틸렌프탈레이트(PET: Polyethylene phthalate) 보다 상대적으로 내열성, 내약품성, 기계적 강도가 높고, 난연성이 우수한 수퍼 엔지니어링 플라스틱(super engineering plastic) 재질로 구성될 수 있다. 일 예에서, 바디 프레임부(205)는 폴리 페닐렌 설파이드(PPS: Poly phenylene sulfide) 수지를 포함하여 구성될 수 있다. 바디 프레임부(205)의 상부면은 기판(100) 상에 형성된 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115), 제3 금속 배선 패턴(120), 제1 전력 소자(140a) 및 제2 전력 소자(140b)의 높이보다 높은 위치를 가지게 형성된다.Referring to FIGS. 1 and 4 , the housing member 200 protects the power devices 140a and 140b disposed on the substrate 100 from external physical and chemical elements. The housing member 200 includes a body frame 205, a signal terminal 240 disposed on one side of the body frame 205, and a power terminal 250 disposed on the other side of the body frame 205. and a through hole 215 for bolt fastening. The body frame portion 205 surrounds the four sides of the substrate 100 in the outer area of the substrate 100 and configures the external shape of the power module 1000, and the first metal wiring pattern 110 formed on the substrate 100 ), a cavity 210 with an open top to expose the second metal wiring pattern 115, the third metal wiring pattern 120, the first power device 140a, and the second power device 140b. It has a shape that includes The body frame portion 205 may be made of super engineering plastic material, which has relatively higher heat resistance, chemical resistance, and mechanical strength than polyethylene phthalate (PET), and is excellent in flame retardancy. In one example, the body frame portion 205 may be made of poly phenylene sulfide (PPS) resin. The upper surface of the body frame portion 205 includes the first metal wiring pattern 110, the second metal wiring pattern 115, the third metal wiring pattern 120, and the first power element 140a formed on the substrate 100. ) and is formed to have a position higher than the height of the second power element 140b.

바디 프레임부(205)의 일 측면부에는 시그널 단자부(240)가 배치된다. 시그널 단자부(240)는 접속핀(240a)과 접속핀(240a)으로부터 연장하는 연장부(240b), 그리고 바디 프레임부(205)의 내측 공간으로 삽입된 접속핀 연결 단자부(240c)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하 도 1의 'A' 부분을 확대하여 나타내보인 도 2a 및 도 2a의 I-I' 방향을 따라 잘라내어 나타내보인 도 2b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(100)의 네 면을 둘러싸고 있는 바디 프레임부(205) 내측의 일 측면부에는 시그널 단자 하우징부(230)가 배치된다. 시그널 단자 하우징부(230)는 바디 프레임부(205)의 내측벽(SW)을 관통하는 단자 홀(S)과, 바디 프레임부(205)의 내측벽(SW)으로부터 캐비티(210) 방향으로 돌출된 단자 몰드락부(230a)를 포함하여 구성될 수 있다. 시그널 단자 하우징부(230)를 구성하는 단자 홀(S) 및 단자 몰드락부(230a)는 파워 모듈(1000)의 길이 방향을 따라 복수 개의 구성 요소들이 배열되며, 인접하는 단자 몰드락부(230a)는 내부 분리벽(220)에 의해 구분되어 분리될 수 있다.A signal terminal unit 240 is disposed on one side of the body frame unit 205. The signal terminal portion 240 includes a connection pin 240a, an extension portion 240b extending from the connection pin 240a, and a connection pin connection terminal portion 240c inserted into the inner space of the body frame portion 205. It can be. Hereinafter, the description will be made with reference to FIG. 2A, which is an enlarged view of portion 'A' of FIG. 1, and FIG. 2b, which is shown cut along the II' direction of FIG. 2A. Referring to FIGS. 1 to 3 , a signal terminal housing portion 230 is disposed on one side of the body frame portion 205 surrounding the four sides of the substrate 100. The signal terminal housing portion 230 has a terminal hole (S) penetrating the inner wall (SW) of the body frame portion 205 and protrudes from the inner wall (SW) of the body frame portion 205 toward the cavity 210. It may be configured to include a terminal mold lock portion 230a. The terminal hole (S) and the terminal mold lock portion (230a) constituting the signal terminal housing portion 230 are comprised of a plurality of components arranged along the longitudinal direction of the power module 1000, and the adjacent terminal mold lock portion (230a) is It can be divided and separated by an internal separation wall 220.

다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 시그널 단자부(240)의 접속핀(240a)의 연장부(240b)는 시그널 단자 하우징부(230)의 단자 홀(S)으로 삽입되어 바디 프레임부(205)의 내측 공간으로 연장되고 접속핀 연결 단자부(240c)의 상부면(T)을 제외한 노출면은 단자 몰드락부(230a)에 의해 세 면이 모두 덮여있는 형상을 가진다. 바디 프레임부(205)는 기계적 강도가 상대적으로 높은 폴리 페닐렌 설파이드(PPS) 수지를 포함하여 구성됨에 따라, 시그널 단자부(240)의 접속핀 연결 단자부(240c)를 세 면에서 견고하게 잡아주어 제조 공정을 진행하는 과정에서 흔들리는 것을 방지한다. 도 1을 참조하면, 시그널 단자부(240)는 접속핀 연결 단자부(240c)와 제3 금속 배선 패턴(120) 사이에 제1 금속 와이어(300a)를 통해 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제1 금속 와이어(300a)는 알루미늄(Al) 재질보다 상대적으로 신뢰성이 높은 소재인 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있다.Referring again to FIGS. 2A and 2B, the extension portion 240b of the connection pin 240a of the signal terminal portion 240 is inserted into the terminal hole S of the signal terminal housing portion 230 to form the body frame portion 205. It extends into the inner space of and the exposed surface excluding the upper surface (T) of the connection pin connection terminal portion (240c) has a shape in which all three sides are covered by the terminal mold lock portion (230a). As the body frame part 205 is made of polyphenylene sulfide (PPS) resin with relatively high mechanical strength, it is manufactured by firmly holding the connection pin connection terminal part 240c of the signal terminal part 240 on three sides. Prevent shaking during the process. Referring to FIG. 1 , the signal terminal portion 240 may be electrically and signally connected between the connection pin connection terminal portion 240c and the third metal wiring pattern 120 through a first metal wire 300a. The first metal wire 300a may be made of copper (Cu), which is a material with relatively higher reliability than aluminum (Al).

바디 프레임부(205)의 타 측면부에는 파워 단자부(250)이 배치된다. 구체적으로, 시그널 단자부(240)이 배치된 바디 프레임부(205)의 일 측면부와 마주보는 타 측면부에 파워 단자부(250)가 배치될 수 있다. 파워 단자부(250)는 바디 프레임부(205)의 외부에 배치된 파워 접속핀(250a)과, 파워 접속핀(250a)으로부터 연장하여 바디 프레임부(205)의 내부로 연장되는 연장부(250b) 및 본딩부(250c)를 포함하여 구성될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에 정의된 제3 영역(160) 상에 접합될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 초음파 용접 방식을 통한 금속간에 직접 접합될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 도금처리 되지 않은 순수 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있다. 본딩부(250c)는 모서리 부분이 라운드 처리된 사각 모양을 가지게 구성될 수 있다. 일 예에서, 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)와 제2 전력 소자(140b) 사이의 이격거리(a)는 적어도 1mm만큼 떨어져 있게 배치하고, 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)와 제1 내지 제3 금속 배선 패턴(110, 115, 120)의 종단부 사이의 이격거리(b)는 적어도 0.2mm만큼 떨어져 있게 배치한다.A power terminal unit 250 is disposed on the other side of the body frame unit 205. Specifically, the power terminal portion 250 may be disposed on one side of the body frame portion 205 where the signal terminal portion 240 is disposed and on the other side opposite to the other side portion. The power terminal portion 250 includes a power connection pin 250a disposed on the outside of the body frame portion 205, and an extension portion 250b extending from the power connection pin 250a and extending into the inside of the body frame portion 205. and a bonding portion 250c. The bonding portion 250c of the power terminal portion 250 is located on the third area 160 defined on the first metal wiring pattern 110, the second metal wiring pattern 115, and the third metal wiring pattern 120. can be joined. The bonding portion 250c of the power terminal portion 250 can be directly joined between metals through an ultrasonic welding method. The bonding portion 250c of the power terminal portion 250 may be made of pure copper (Cu) material that has not been plated. The bonding portion 250c may be configured to have a square shape with rounded corners. In one example, the separation distance (a) between the bonding portion 250c of the power terminal portion 250 and the second power element 140b is arranged to be at least 1 mm apart, and the bonding portion 250c of the power terminal portion 250 The separation distance (b) between the end portions of the first to third metal wiring patterns 110, 115, and 120 is at least 0.2 mm.

도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 결합 사시도이다. 그리고 도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 패키징 방법을 나타내보인 순서도이다. Figure 5 is a combined perspective view of a power module according to an embodiment of the present application. And Figure 6 is a flowchart showing a method of packaging a power module according to an embodiment of the present application.

본 출원의 실시예에 따른 파워 모듈의 패키징 방법은 기판을 준비하는 단계(S100)와, 기판 상에 전력 소자들을 배치하는 단계(S110)와, 제1 금속 와이어를 매개로 전력소자들과 기판을 연결하는 단계(S120)와, 본딩 스트립 패턴을 매개로 전력소자들과 기판을 연결하는 단계(S130)와, 기판 상부에 하우징 부재를 배치하는 단계(S140)와, 기판과 하우징 부재를 접합하는 단계(S150) 및 기판과 시그널 단자부 및 파워 단자부를 연결하는 단계(S160)를 포함할 수 있다. 이하 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.The packaging method of a power module according to an embodiment of the present application includes preparing a substrate (S100), arranging power devices on the substrate (S110), and connecting the power devices and the substrate through a first metal wire. A connecting step (S120), a step of connecting the power devices and the substrate via a bonding strip pattern (S130), a step of placing a housing member on the upper part of the substrate (S140), and a step of bonding the substrate and the housing member. (S150) and connecting the substrate to the signal terminal unit and the power terminal unit (S160). Hereinafter, it will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

도 5 및 도 6을 참조하면, 기판(100)을 준비한다(S100). 기판(100)은 상술한 도 3의 기판(100)을 준비한다. 기판(100)은 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 금속 배선 패턴(110)의 상부면에는 전력 소자들이 배치될 제1 영역들(130a)이 정의되어 있고, 제2 금속 배선 패턴(115)에는 전력 소자들이 배치될 제2 영역(130b)이 정의되어 있다. 또한, 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에는 파워 단자부와 연결되는 제3 영역(160)이 정의되어 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, the substrate 100 is prepared (S100). The substrate 100 of FIG. 3 described above is prepared. The substrate 100 may include a first metal wiring pattern 110, a second metal wiring pattern 115, and a third metal wiring pattern 120. First areas 130a where power elements will be placed are defined on the upper surface of the first metal wire pattern 110, and second areas 130b where power elements will be placed are defined on the second metal wire pattern 115. It is defined. Additionally, a third area 160 connected to the power terminal portion is defined on the first metal wiring pattern 110, the second metal wiring pattern 115, and the third metal wiring pattern 120.

다음에 기판(100) 상에 전력 소자들(140a, 140b, 도 3 참조)을 배치한다(S110). 기판(100)과 전력 소자들(140a, 140b)은 리플로우 솔더링(reflow soldering) 공정을 통해 접합될 수 있다. 리플로우 솔더링 공정은 기판(100)과 전력 소자들(140a, 140b) 사이에 크림 상태의 솔더 물질을 도포하고, 솔더 물질을 용융 처리(reflow)하여 기판(100) 상에 전력 소자들(140a, 140b)을 접합시키는 공정이다. Next, power devices 140a and 140b (see FIG. 3) are placed on the substrate 100 (S110). The substrate 100 and the power devices 140a and 140b may be bonded through a reflow soldering process. The reflow soldering process applies a creamy solder material between the substrate 100 and the power devices 140a and 140b, and melts and reflows the solder material to form the power devices 140a and 140b on the substrate 100. This is a process of joining 140b).

계속해서 금속 와이어들(300b, 300c)를 매개로 전력소자들(140a, 140b)과 기판(100)을 전기적, 신호적으로 연결한다(S120). 구체적으로, 제1 금속 배선 패턴(110) 상에 배치된 제1 전력 소자(140a)들은 제2 금속 와이어(300b)을 매개로 기판(100) 또는 시그널 단자부(240)와 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 금속 배선 패턴(115) 상에 배치된 제2 전력 소자(140b)들은 제3 금속 와이어(300c)을 매개로 기판(100) 또는 시그널 단자부(240)와 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제2 금속 와이어(300b) 또는 제3 금속 와이어(300c)는 알루미늄(Al) 재질의 금속 와이어로 구성될 수 있다.Subsequently, the power devices 140a and 140b and the substrate 100 are electrically and signally connected via the metal wires 300b and 300c (S120). Specifically, the first power elements 140a disposed on the first metal wiring pattern 110 are electrically and signally connected to the substrate 100 or the signal terminal unit 240 via the second metal wire 300b. You can. Additionally, the second power elements 140b disposed on the second metal wiring pattern 115 may be electrically and signally connected to the substrate 100 or the signal terminal unit 240 via the third metal wire 300c. there is. The second metal wire 300b or the third metal wire 300c may be made of a metal wire made of aluminum (Al).

다음에 본딩 스트립 패턴(150)을 매개로 전력소자들(140a, 140b)과 기판(100)을 연결한다(S130). 제1 또는 제2 본딩 패턴(150a, 150b)을 포함하는 본딩 스트립 패턴(150)은 상술한 리본 본딩 기술을 이용하여 구현할 수 있다. 리본 본딩 기술은 먼저 전력 소자들(140a, 140b) 상에 본딩 스트립 패턴(150)의 일 단부를 본딩한 다음, 본딩 스트립 패턴(150)의 타 단부를 기판(100) 상에 본딩하는 순서로 진행할 수 있다. Next, the power devices 140a and 140b and the substrate 100 are connected via the bonding strip pattern 150 (S130). The bonding strip pattern 150 including the first or second bonding patterns 150a and 150b can be implemented using the ribbon bonding technology described above. The ribbon bonding technology proceeds in the order of first bonding one end of the bonding strip pattern 150 on the power devices 140a and 140b, and then bonding the other end of the bonding strip pattern 150 on the substrate 100. You can.

다음에 기판(100) 상부에 하우징 부재(200)를 배치하고(S140), 기판(100)과 하우징 부재(200)를 접합한다(S150). 이를 위해 기판(100)과 하우징 부재(200) 사이에 접착제(미도시함)를 도포한 다음, 접착제를 경화시켜 기판(100)과 하우징 부재(200)를 접합할 수 있다. 접착제는 에폭시 재질을 포함하여 구성될 수 있다.Next, the housing member 200 is placed on the substrate 100 (S140), and the substrate 100 and the housing member 200 are bonded (S150). To this end, an adhesive (not shown) may be applied between the substrate 100 and the housing member 200, and then the adhesive may be cured to bond the substrate 100 and the housing member 200. The adhesive may include an epoxy material.

다음에 기판(100)과 시그널 단자부(240) 및 파워 단자부(250)를 각각 연결한다(S160). 구체적으로, 기판(100)과 시그널 단자부(240)를 연결하는 단계는, 시그널 단자부(240)는 접속핀 연결 단자부(240c)와 기판(100)의 제3 금속 배선 패턴(120) 사이에 제1 금속 와이어(300a)를 통해 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제1 금속 와이어(300a)는 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있다. 제1 금속 와이어(300a)는 시그널 단자부(240)의 접속핀 연결 단자부(240c) 상에 제1 금속 와이어(300a)의 일 단부를 본딩한 다음, 제1 금속 와이어(300a)의 타 단부를 제3 금속 배선 패턴(120) 상에 본딩하는 순서로 진행할 수 있다.Next, the substrate 100, the signal terminal unit 240, and the power terminal unit 250 are respectively connected (S160). Specifically, in the step of connecting the substrate 100 and the signal terminal portion 240, the signal terminal portion 240 is formed between the connection pin connection terminal portion 240c and the third metal wiring pattern 120 of the substrate 100. It can be connected electrically and signally through the metal wire 300a. The first metal wire 300a may be made of copper (Cu) material. The first metal wire 300a is bonded to one end of the first metal wire 300a on the connection pin connection terminal part 240c of the signal terminal part 240, and then the other end of the first metal wire 300a is bonded to the connection pin connection terminal part 240c of the signal terminal part 240. 3 Bonding on the metal wiring pattern 120 may be performed in the following order.

다음에 기판(100)과 파워 단자부(250)를 연결하는 단계는, 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)를 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에 정의된 제3 영역(160, 도 3 참조) 상에 접합하여 구현될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 초음파 용접 방식을 통해 각각 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에 접합될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 도금처리 되지 않은 순수 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있다. 초음파 용접 방식을 도입하기 위해 시그널 단자부(240)의 접속핀 연결 단자부(240c)는 단자 몰드락부(230a)에 의해 세 면이 모두 덮여 있는 형상을 가진다. 접속핀 연결 단자부(240c)의 세 면이 단자 몰드락부(230a)로 감싸여 있는 구조로 형성됨에 따라, 초음파 용접시 접속핀 연결 단자부(240c)가 외부로 노출되어 떨리는 현상에 의한 초음파 손실을 방지할 수 있다. Next, in the step of connecting the substrate 100 and the power terminal portion 250, the bonding portion 250c of the power terminal portion 250 is connected to the first metal wiring pattern 110, the second metal wiring pattern 115, and the third metal wiring pattern 110. It can be implemented by bonding to the third area 160 (see FIG. 3) defined on the metal wiring pattern 120. The bonding portion 250c of the power terminal portion 250 may be bonded to the first metal wiring pattern 110, the second metal wiring pattern 115, and the third metal wiring pattern 120, respectively, through an ultrasonic welding method. . The bonding portion 250c of the power terminal portion 250 may be made of pure copper (Cu) material that has not been plated. In order to introduce the ultrasonic welding method, the connection pin connection terminal part 240c of the signal terminal part 240 has a shape in which all three sides are covered by the terminal mold lock part 230a. As the three sides of the connection pin connection terminal portion 240c are formed in a structure surrounded by the terminal mold lock portion 230a, the connection pin connection terminal portion 240c is exposed to the outside during ultrasonic welding to prevent ultrasonic loss due to vibration. can do.

그리고 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 기판(100) 상에 겔(gel)을 도포하고, 기판(100)의 노출면을 덮는 커버를 조립하는 공정을 진행하여 패키지 공정을 완료할 수 있다.And although not shown in the drawing, the package process can be completed by applying a gel on the substrate 100 and assembling a cover that covers the exposed surface of the substrate 100.

본 출원의 실시예에 따르면, 리본 본딩 기술을 이용한 본딩 스트립 패턴을 도입함에 따라, 금속 와이어보다 상대적으로 적은 개수를 이용할 수 있어 공정 단계를 감소시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 본딩 스트립 패턴을 형성하기 위해 도입하는 본더 장비의 개수를 감소시킬 수 있어 설비 투자비를 감소시킬 수 있는 이점이 제공된다. 또한, 시그널 단자부를 구성하는 접속핀 연결 단자부가 단자 몰드락부로 감싸여 있는 구조로 형성되어 초음파 손실을 방지할 수 있음에 따라, 접합 강도 및 신뢰성이 증가한다. 초음파 용접 방식을 도입함으로써 솔더 사용을 감소시켜 환경친화적인 공정 방법을 도입할 수 있다. According to an embodiment of the present application, by introducing a bonding strip pattern using ribbon bonding technology, a relatively smaller number of metal wires can be used, providing the advantage of reducing process steps. In addition, the number of bonder equipment introduced to form a bonding strip pattern can be reduced, providing the advantage of reducing facility investment costs. In addition, the connection pin connection terminal part constituting the signal terminal part is formed in a structure in which ultrasonic loss can be prevented by being surrounded by a terminal mold lock part, thereby increasing joint strength and reliability. By introducing ultrasonic welding, it is possible to reduce solder use and introduce an environmentally friendly process method.

1000: 파워 모듈 100: 기판
110, 115, 120: 금속 배선 패턴 140a, 140b: 전력 소자
150: 본딩 스트립 패턴 160: 관통홀
200: 하우징 부재 205: 바디 프레임부
215: 볼트 체결용 관통홀 220: 내부 분리벽
230: 시그널 단자 하우징부 240: 시그널 단자부
250: 파워 단자부 300a: 금속 와이어
310: 파워 접속 단자1000: Power module 100: Board
110, 115, 120: metal wiring pattern 140a, 140b: power device
150: Bonding strip pattern 160: Through hole
200: Housing member 205: Body frame portion
215: Through hole for bolt fastening 220: Internal dividing wall
230: signal terminal housing portion 240: signal terminal portion
250: Power terminal portion 300a: Metal wire
310: Power connection terminal

Claims (18)

복수의 금속 배선 패턴들이 구비된 기판;
상기 금속 배선 패턴들 상에 배치된 복수 개의 전력 소자들;
상기 전력 소자들을 기판과 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 본딩 스트립 패턴들;
상기 기판의 외측면을 둘러싸고 상부가 개방되어 상기 기판의 금속 배선 패턴들 및 전력 소자들을 노출시키는 캐비티를 포함하는 바디 프레임부;
상기 바디 프레임부의 내측 일 측면부에 위치하고 상기 바디 프레임부의 내측벽을 관통하는 단자 홀 및 상기 단자 홀로부터 연장되어 상기 캐비티 방향으로 돌출된 단자 몰드락부를 포함하는 시그널 단자 하우징부;
상기 바디 프레임부의 일 측면부에 위치하고, 상기 단자 홀을 통해 상기 단자 몰드락부로 삽입된 시그널 단자부;
상기 시그널 단자부와 상기 기판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 와이어; 및
상기 시그널 단자부와 마주보는 상기 바디 프레임부의 다른 측면부에 위치하는 파워 단자부를 포함하고,
상기 파워 단자부는 상기 바디 프레임부의 외측에 배치된 파워 접속핀, 상기 파워 접속핀으로부터 연장하여 상기 바디 프레임부의 내부 공간으로 연장되는 연장부 및 상기 기판의 금속 배선 패턴과 연결되는 본딩부를 포함하되,
상기 본딩부는 초음파 용접으로 상기 금속 배선 패턴과 직접 접합되는
파워 모듈.A substrate provided with a plurality of metal wiring patterns;
a plurality of power devices disposed on the metal wiring patterns;
At least one bonding strip pattern electrically connecting the power devices to the substrate;
a body frame portion surrounding an outer surface of the substrate and including a cavity whose top is open to expose metal wiring patterns and power elements of the substrate;
a signal terminal housing portion located on one inner side of the body frame portion and including a terminal hole penetrating an inner wall of the body frame portion and a terminal mold lock portion extending from the terminal hole and protruding toward the cavity;
a signal terminal portion located on one side of the body frame portion and inserted into the terminal mold lock portion through the terminal hole;
a first metal wire electrically connecting the signal terminal portion and the substrate; and
It includes a power terminal located on another side of the body frame facing the signal terminal,
The power terminal unit includes a power connection pin disposed on the outside of the body frame unit, an extension part extending from the power connection pin and extending into an internal space of the body frame unit, and a bonding part connected to the metal wiring pattern of the board,
The bonding part is directly bonded to the metal wiring pattern by ultrasonic welding.
Power module. 제1항에 있어서,
상기 본딩 스트립 패턴은 리본 본딩 기술을 이용하여 직사각형의 단면 및 소정 폭을 가지는 평면 형상을 가지는 파워 모듈.According to paragraph 1,
The bonding strip pattern is a power module having a planar shape with a rectangular cross section and a predetermined width using ribbon bonding technology. 제1항에 있어서,
상기 본딩 스트립 패턴은 알루미늄을 포함하는 재질로 형성된 파워 모듈.According to paragraph 1,
The bonding strip pattern is a power module formed of a material containing aluminum. 제1항에 있어서,
상기 본딩 스트립 패턴은 상기 제1 금속 와이어보다 상대적으로 넓은 접촉 면적을 가지는 파워 모듈.According to paragraph 1,
The bonding strip pattern has a relatively larger contact area than the first metal wire. 제1항에 있어서,
상기 제1 금속 와이어는 구리 재질로 형성된 파워 모듈.According to paragraph 1,
The first metal wire is a power module made of copper. 제1항에 있어서,
상기 기판은 상기 전력 소자들과 상기 금속 배선 패턴들을 전기적으로 연결하는 제2 금속 와이어를 더 포함하는 파워 모듈.According to paragraph 1,
The power module further includes a second metal wire electrically connecting the power elements and the metal wiring patterns to the substrate. 제6항에 있어서,
상기 제2 금속 와이어는 알루미늄 재질로 형성된 파워 모듈.According to clause 6,
The second metal wire is a power module made of aluminum. 제1항에 있어서,
상기 바디 프레임부는 폴리 페닐렌 설파이드를 포함하여 형성된 파워 모듈.According to paragraph 1,
A power module in which the body frame portion is formed including polyphenylene sulfide. 제1항에 있어서,
상기 단자 몰드락부는 상기 시그널 단자부의 상부면을 제외한 나머지 노출면을 모두 덮도록 형성된 파워 모듈.According to paragraph 1,
The terminal mold lock portion is formed to cover all exposed surfaces except the upper surface of the signal terminal portion. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 본딩부는 구리 재질로 형성된 파워 모듈.According to paragraph 1,
A power module where the bonding portion is made of copper. 복수의 금속 배선 패턴들이 배치된 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 복수 개의 전력 소자들을 배치하는 단계;
제1 금속 와이어를 매개로 상기 전력 소자들과 상기 기판을 연결하는 단계;
본딩 스트립 패턴을 매개로 상기 전력 소자들과 상기 금속 배선 패턴들을 연결하는 단계;
상기 기판 상부에 시그널 단자부 및 파워 단자부가 구비된 하우징 부재를 배치하는 단계;
상기 기판과 하우징 부재를 접합하는 단계;
제2 금속 와이어를 매개로 상기 기판과 시그널 단자부를 연결하는 단계; 및
상기 기판과 파워 단자부를 연결하는 단계를 포함하고,
상기 파워 단자부는 상기 하우징 부재의 바디 프레임부의 외측에 배치된 파워 접속핀, 상기 파워 접속핀으로부터 연장하여 상기 바디 프레임부의 내부 공간으로 연장되는 연장부 및 상기 기판의 금속 배선 패턴과 연결되는 본딩부를 포함하고,
상기 기판과 상기 파워 단자부를 연결하는 단계는 상기 본딩부를 초음파 용접으로 상기 금속 배선 패턴과 직접 접합하는
파워 모듈의 패키징 방법.Preparing a substrate on which a plurality of metal wiring patterns are arranged;
disposing a plurality of power devices on the substrate;
Connecting the power devices and the substrate via a first metal wire;
connecting the power elements and the metal wiring patterns via a bonding strip pattern;
Placing a housing member provided with a signal terminal portion and a power terminal portion on an upper portion of the substrate;
Bonding the substrate and the housing member;
Connecting the substrate and a signal terminal unit via a second metal wire; and
Comprising the step of connecting the board and the power terminal,
The power terminal unit includes a power connection pin disposed on the outside of the body frame portion of the housing member, an extension portion extending from the power connection pin and extending into an internal space of the body frame portion, and a bonding portion connected to a metal wiring pattern of the substrate. do,
The step of connecting the substrate and the power terminal unit involves directly bonding the bonding unit to the metal wiring pattern by ultrasonic welding.
Packaging method of power module. 제12항에 있어서,
상기 금속 배선 패턴들은 상기 기판의 중심 부분에 배치된 제1 금속 배선 패턴 및 제2 금속 배선 패턴과, 상기 제1 및 제2 금속 배선 패턴의 주변을 둘러싸는 외곽 영역에 배치된 제3 금속 배선 패턴들을 포함하는 파워 모듈의 패키징 방법.According to clause 12,
The metal wiring patterns include a first metal wiring pattern and a second metal wiring pattern disposed in the center of the substrate, and a third metal wiring pattern disposed in an outer area surrounding the first and second metal wiring patterns. A packaging method for a power module including: 제12항에 있어서,
상기 복수 개의 전력 소자들을 배치하는 단계는 상기 기판과 전력 소자들 사이에 솔더 물질을 도포하고, 상기 솔더 물질을 용융 처리하여 상기 기판 상에 상기 전력 소자들을 접합시키는 파워 모듈의 패키징 방법.According to clause 12,
The step of arranging the plurality of power devices includes applying a solder material between the substrate and the power devices, and melting the solder material to bond the power devices to the substrate. 제12항에 있어서,
상기 제1 금속 와이어는 알루미늄 재질로 구성하고, 상기 제2 금속 와이어는 구리 재질로 구성된 파워 모듈의 패키징 방법.According to clause 12,
The first metal wire is made of aluminum, and the second metal wire is made of copper. 제12항에 있어서,
상기 본딩 스트립 패턴은 리본 본딩 기술을 이용하여 형성하는 파워 모듈의 패키징 방법.According to clause 12,
A packaging method for a power module in which the bonding strip pattern is formed using ribbon bonding technology. 제12항에 있어서,
상기 하우징 부재는 상기 기판의 외측면을 둘러싸고 상부가 개방되어 상기 기판의 금속 배선 패턴들 및 전력 소자들을 노출시키는 캐비티를 포함하는 바디 프레임부과, 상기 바디 프레임부의 내측 일 측면부에 위치하고 상기 바디 프레임부의 내측벽을 관통하는 단자 홀 및 상기 단자 홀로부터 연장되어 상기 캐비티 방향으로 돌출되어 상기 시그널 단자부를 감싸는 단자 몰드락부를 포함하는 시그널 단자 하우징부를 포함하는 파워 모듈의 패키징 방법.According to clause 12,
The housing member includes a body frame portion surrounding an outer surface of the substrate and including a cavity that is open at the top to expose metal wiring patterns and power elements of the substrate, and is located on one inner side of the body frame portion and is located inside the body frame portion. A method of packaging a power module including a signal terminal housing portion including a terminal hole penetrating a side wall and a terminal mold lock portion extending from the terminal hole and protruding in the direction of the cavity to surround the signal terminal portion. 삭제delete
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