KR20090050750A - 전력 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

전력 패키지와 제어 패키지를 따로 제공하여 모듈화 할 수 있으면서 고집적화가 가능한 전력 모듈 및 그 제조 방법이 제공된다. 전력 패키지는 제 1 리드 프레임 상의 적어도 하나의 전력 소자를 포함하고 몰딩-타입을 갖는다. 제어 패키지는 상기 전력 패키지 상에 수직으로 적층되고, 제 2 리드 프레임 상의 적어도 하나의 제어 소자를 포함하고, 몰딩-타입을 갖는다. 상기 제 1 리드 프레임의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 일부분이 접합되어 상기 전력 패키지 및 상기 제어 패키지가 서로 전기적으로 연결된다.

Description

전력 모듈 및 그 제조 방법{Power module and method of fabricating the same}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 특히 전력 소자(power device) 및 제어 소자(control device)를 포함하는 전력 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전력용 전자 산업이 발전함에 따라, 우수한 성능을 가지면서도 경량 및 소형화가 가능한 전력용 제품에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라, 최근에는 다양한 전력 소자들을 하나의 패키지에 집적시킬 뿐만 아니라, 전력 소자들을 제어하기 위한 제어 소자들을 하나의 패키지에 수용하는 전력 모듈에 대한 요구가 증가하고 있다.
예를 들어, 미쯔비시(Mitsubishi)에 양도된 미국특허 US 5,703,399호는 전력 모듈을 개시한다. 이 전력 모듈에서, 전력 소자 및 제어 소자는 하나의 리드 프레임 상에 탑재되어 하나의 패키지로 몰딩되어 있다. 하지만, 이러한 종래의 전력 모듈은 다음과 같은 문제점을 갖는다.
우선, 고객의 요구에 맞추어 다양한 전력 모듈을 즉각적으로 제공하기 어렵다. 왜냐하면, 특정 제품에 따라서 제어 회로가 달라지기 때문에, 각 제품에 따라 서 전력 모듈이 달라진다. 따라서, 고객의 요구에 부응하기 위해서는 매번 다른 전력 모듈을 제공해야 하나, 이는 생산성의 문제로 실질적으로 어렵다.
또한, 종래의 전력 모듈은 비경제적이다. 왜냐하면, 높은 비용이 드는 전력 소자 부분에 제어 소자 부분이 부가되어 하나의 패키지화되기 때문이다. 이것이 전력 모듈의 비용을 높이게 되고 그리고 복잡한 제어 소자를 전력 모듈에 채용하기 어렵게 만든다.
또한, 종래의 전력 시스템 모듈은 높은 집적도를 갖기 어렵다. 왜냐하면, 하나의 패키지 내에 전력 소자와 제어 소자를 수평으로 배치하기 때문에, 그 패키지의 크기를 줄이기 어렵다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전력 패키지(power package)와 제어 패키지(control package)를 따로 제공하여 모듈화 할 수 있으면서 고집적화가 가능한 전력 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전력 패키지와 제어 패키지를 모듈화 할 수 있고 고집적화가 가능한 전력 모듈의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 전력 모듈이 제공된다. 전력 패키지는 제 1 리드 프레임 상의 적어도 하나의 전력 소자를 포함하고 몰딩-타입(molding-type)을 갖는다. 제어 패키지는 상기 전력 패키지 상에 수 직으로 적층되고, 제 2 리드 프레임 상의 적어도 하나의 제어 소자를 포함하고 몰딩-타입을 갖는다. 상기 제 1 리드 프레임의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 일부분이 접합되어 상기 전력 패키지 및 상기 제어 패키지가 서로 전기적으로 연결된다.
상기 본 발명에 따른 전력 모듈의 일 예에 의하면, 상기 전력 패키지는 상기 제 1 리드 프레임의 상기 일부분 상의 적어도 하나 이상의 제 1 배선 패드(interconnection pad)를 더 포함하고, 상기 제어 패키지는 상기 제 2 리드 프레임의 상기 일부분 상의 적어도 하나 이상의 제 2 배선 패드를 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 적어도 하나 이상의 제 1 배선 패드 및 상기 적어도 하나 이상의 제 2 배선 패드는 솔더(solder) 접합될 수 있다.
상기 본 발명에 따른 전력 모듈의 다른 예에 의하면, 상기 전력 패키지는 상기 적어도 하나의 전력 소자를 덮는 제 1 몰딩 부재를 더 포함하고, 상기 제 1 리드 프레임의 상기 일부분은 상기 제 1 몰딩 부재로부터 노출될 수 있다. 나아가, 상기 전력 패키지는 상기 제 1 리드 프레임 반대편의 상기 적어도 하나의 전력 소자 상에 배치되고 그 일부분이 상기 제 1 몰딩 부재로부터 노출된 방열 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 전력 모듈의 또 다른 예에 의하면, 상기 제어 패키지는 상기 적어도 하나의 제어 소자를 덮는 제 2 몰딩 부재를 더 포함하고, 상기 제 2 리드 프레임의 상기 일부분은 상기 제 2 몰딩 부재로부터 노출될 수 있다.
상기 본 발명에 따른 전력 모듈의 더 다른 예에 의하면, 상기 전력 패키지는 상기 적어도 하나의 전력 소자 및 상기 제 1 리드 프레임 사이에 적어도 하나 이상의 도전성 범프를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따른 전력 모듈이 제공된다. 제 1 리드 프레임은 제 1 면 및 제 2 면을 갖는다. 적어도 하나의 전력 소자는 상기 제 1 리드 프레임의 상기 제 1 면 상에 제공된다. 제 1 몰딩 부재는 상기 적어도 하나의 전력 소자를 덮고, 상기 제 1 리드 프레임의 상기 제 2 면의 일부분을 노출한다. 제 2 리드 프레임은 제 3 면 및 제 4 면을 갖고, 상기 제 4 면의 일부분이 상기 제 1 리드 프레임의 상기 2 면의 일부분과 접합된다. 적어도 하나의 제어 소자는 상기 제 2 리드 프레임의 상기 제 3 면 상에 제공된다. 제 2 몰딩 부재는 상기 적어도 하나의 제어 소자를 덮고, 상기 제 2 리드 프레임의 상기 제 4면의 일부분을 노출한다.
상기 본 발명에 따른 전력 모듈의 일 예에 의하면, 상기 제 1 리드 프레임의 단부 및 상기 제 2 리드 프레임의 단부는 상기 방열 기판의 반대 방향으로 포밍될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 전력 모듈의 제조 방법이 제공된다. 제 1 리드 프레임 상에 적어도 하나의 전력 소자를 포함하는 몰딩-타입의 전력 패키지를 형성한다. 제 2 리드 프레임 상에 적어도 하나의 제어 소자를 포함하는 몰딩-타입의 제어 패키지를 형성한다. 상기 전력 패키지 및 상기 제어 패키지가 서로 전기적으로 연결되도록, 상기 제 1 리드 프레임의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 일부분을 접합한다.
상기 본 발명에 따른 전력 모듈의 제조 방법의 일 예에 의하면, 상기 제 1 리드 프레임의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 일부분의 접합은 솔더링을 이용할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 전력 모듈의 제조 방법의 다른 예에 의하면, 상기 접합 단계 후, 상기 제 1 리드 프레임 및 상기 제 2 리드 프레임의 단부를 트림(trim) 및 포밍(forming)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 모듈은 전력 패키지 및 제어 패키지를 개별적으로 제공할 수 있기 때문에 고객의 다양한 요구에 맞추어 다양한 전력 제품에 용이하게 응용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전력 모듈은 전력 패키지 및 제어 패키지를 수직으로 적층할 수 있기 때문에, 고집적화에 매우 유리하고 따라서 소형 및 경량의 전력 제품에 적합하다. 또한, 전력 패키지 및 제어 패키지가 분리되어 소형으로 제공될 수 있기 때문에, 이들의 신뢰성이 향상되고 그 결과 전력 모듈 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 전력 모듈의 제조 방법에 따르면, 제어 패키지를 따로 분리하여 고가의 전력 패키지 제조 단계가 간소화 될 수 있기 때문에 전체적이 제조 비용이 감소될 수 있다. 또한, 제 2 리드 프레임의 두께를 제 1 리드 프레임의 두께보다 작게 하여, 전력 모듈의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈(300)을 보여주는 단면도이다. 도 2는 도 1의 전력 모듈(300)에서 전력 패키지(100)를 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 1의 전력 모듈(300)에서 제어 패키지(200)를 보여주는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)가 수직으로 적층된 전력 모듈(300)이 제공된다. 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)는 개별적으로 분리 가능한 몰딩-타입으로 각각 제공될 수 있고, 도전성 접합 부재(310)에 의해서 접합될 수 있다. 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)는 접합 부재(310)에 의해서 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 따라서 하나의 전력 시스템(power system)을 형성할 수 있다.
전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)는 개별적으로 제공할 수 있기 때문에, 전력 모듈(300)은 고객의 다양한 요구에 맞추어 다양한 전력 제품에 용이하게 응용될 수 있다. 예를 들어, 전력 모듈(300)은 모터 드라이브, 전력-인버터, 전력-컨버터, 전력-피에프씨(power factor correction; PFC) 또는 디스플레이 드라이브에 응용될 수 있다. 하지만, 전력 모듈(300)의 이러한 예는 본 발명의 설명을 위해 서 부가적으로 제공되었을 뿐, 본 발명의 범위가 이러한 예에 제한되지는 않는다.
전력 패키지(100)는 제 1 리드 프레임(140) 상에 탑재되는 적어도 하나의 전력 소자들(120, 125)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 소자들(120, 125)은 전력 모스펫(MOSFET), 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor), 다이오드 또는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulating gate bipolar transistor; IGBT) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전력 소자(120)는 IGBT를 포함하고, 제 2 전력 소자(125)는 다이오드를 포함할 수 있다. 하지만, 전력 소자들(120, 125)에 대한 이러한 예는 본 발명의 설명을 위해서 부가적으로 제공되었을 뿐, 본 발명의 범위가 이러한 예에 제한되지는 않는다.
예를 들어, 제 1 리드 프레임(140)은 제 1 면(142) 및 제 2 면(144)을 포함할 수 있다. 제 1 면(142) 및 제 2 면(144)은 개별적인 리드들을 기준으로 하기보다는 제 1 리드 프레임(140)의 평면 배치를 기준으로 서로 반대면으로 정의될 수 있다. 전력 소자들(120, 125)은 제 1 면(142) 상에 탑재될 수 있다.
적어도 하나 이상의 도전성 범프들(130)은 제 1 리드 프레임(140) 및 전력 소자들(120, 125) 사이에 개재될 수 있다. 도전성 범프들(130)은 제 1 리드 프레임(140) 및 전력 소자들(120, 125)을 전기적으로 연결하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 도전성 범프들(130)은 솔더 볼(solder ball)들 또는 솔더 페이스트(solder paste)를 포함할 수 있다. 전력 소자들(130)은 내부 회로와 연결된 도전성 패드들(미도시)을 상면에 갖고, 도전성 범프들(130)은 이러한 도전성 패드들과 연결될 수 있다. 이러한 구조의 전력 패키지(100)는 플립-칩(flip-chip) 패키지로 불릴 수도 있다.
방열 기판(105)은 제 1 리드 프레임(140) 반대편의 전력 소자들(120, 125) 상에 배치될 수 있다. 방열 기판(105)은 전력 소자들(120, 125)의 뒷면에 부착되어 전력 소자들(120, 125)로부터의 열을 빠르게 방사시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 방열 기판(105)은 접착 부재, 예컨대 열전도성이 높은 솔더를 이용하여 전력 소자들(120, 125)에 부착될 수 있다. 제 1 리드 프레임(140)의 단부는 방열 기판(105)의 반대편, 즉 제 2 면(144) 방향으로 포밍될 수 있다. 이에 따라, 파워 모듈(300)이 제품에 삽입될 때, 방열 기판(105)이 외부로 노출되어 열이 효율적으로 방출될 수 있다.
방열 기판(105)은 열전도성이 높은 기판, 예컨대 인쇄회로기판(PCB), 가요성 인쇄회로기판(flexible PCB; FPCB), 절연 금속 기판(insulated metal substrate; IMS), 디비씨(direct bonded copper; DBC) 기판 또는 세라믹 기판 등을 포함할 수 있다. 이러한 기판들은 예시적으로 제공되었고, 본 발명의 범위가 이러한 예에 제한되는 것은 아니다.
제 1 몰딩 부재(150)는 전력 소자들(120, 125)을 보호하기 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 몰딩 부재(150)는 전력 소자들(120, 125)을 덮고 방열 기판(105)의 일면을 노출하도록 제 1 리드 프레임(140)의 제 1 면(142) 상에 제공될 수 있다. 방열 기판(105)의 일면은 외부로 노출되어 제 1 몰딩 부재(150)를 거치지 않고 전력 소자들(120, 125)의 열이 외부로 방사되도록 도와줄 수 있다.
나아가, 제 1 몰딩 부재(150)는 제 1 리드 프레임(140)의 제 2 면(144)의 일 부분(144a)을 노출하도록 제 2 면(144) 상에 더 제공될 수 있다. 제 2 면(144)의 노출된 일부분(144a)은 제어 패키지(200)와 연결을 위한 전력 패키지(100)의 전극으로서 기능할 수 있다. 제 1 몰딩 부재(150)는 절연성 수지, 예컨대 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound; EMC)를 포함할 수 있다.
제어 패키지(200)는 제 2 리드 프레임(210) 상에 부착된 적어도 하나의 제어 소자(225)를 포함할 수 있다. 제어 소자(225)는 전력 소자들(120, 125)을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제 2 리드 프레임(210)은 제 3 면(212) 및 제 214 면(214)을 포함할 수 있고, 제어 소자(225)는 접착 부재(220)를 이용하여 제 3 면(212) 상에 부착될 수 있다. 제 3 면(212) 및 제 4 면(214)은 개별적인 리드들을 기준으로 하기보다는 제 2 리드 프레임(210)의 평면 배치를 기준으로 서로 반대면으로 정의될 수 있다. 제어 소자(225)의 종류 및 수는 전력 모듈(300)의 종류에 따라서 적절하게 선택될 수 있음은 자명하다.
제어 소자(225)는 전력 소자들(120, 125)에 비해서 소비전력이 크게 낮을 수 있다. 이에 따라서, 제 2 리드 프레임(210)은 제 1 리드 프레임(140)에 비해서 그 두께를 줄일 수 있다. 따라서, 제 2 리드 프레임(210)에 대한 원가를 낮출 수 있다. 제 2 리드 프레임(210)의 단부는 제 3 면(212) 방향으로, 즉 제 1 리드 프레임(140)의 단부와 같은 방향으로 포밍될 수 있다.
적어도 하나 이상의 도전성 와이어(230)는 제어 소자들(225) 및 제 2 리드 프레임(210)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이러한 구조의 제어 패키지(200)는 와이어 본딩 패키지로 불릴 수 있다. 하지만, 제어 패키지(200)의 구조는 다양하게 변형될 수 있고, 본 발명의 범위는 이러한 예에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제어 패키지(200)는 전력 패키지(100)와 유사하게 플립-칩 패키지 구조를 가질 수도 있다.
제 2 몰딩 부재(250)는 제어 소자(225)를 보호하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 2 몰딩 부재(250)는 제어 소자(225)를 덮도록 제 2 리드 프레임(210)의 제 3 면(212) 상에 제공될 수 있다. 제 2 리드 프레임(210)의 제 4 면(214)의 일부분(214a)은 제 2 몰딩 부재(250)로부터 노출될 수 있다. 제 4 면(214)의 노출된 일부분(214a)은 전력 패키지(100)와 연결을 위한 제어 패키지(200)의 전극으로서 기능할 수 있다. 제 2 몰딩 부재(250)는 절연성 수지, 예컨대 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)를 포함할 수 있다.
전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)는 제 1 리드 프레임(140)의 제 2 면(144)의 일부분(144a) 및 제 2 리드 프레임(210)의 제 4 면(214)의 일부분(214a)을 접합하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 제 1 배선 부재(160)가 제 1 리드 프레임(140)의 제 2 면(144)의 일부분(144a) 상에 형성되고, 적어도 하나의 제 2 배선 부재(260)가 제 2 리드 프레임(210)의 제 4 면(214)의 일부분(214a) 상에 형성될 수 있다. 제 1 배선 부재(160) 및 제 2 배선 부재(260)는 서로 솔더 접합되어 접합 부재(310)를 형성할 수 있다.
다른 예로, 제 1 배선 부재(160) 및 제 2 배선 부재(260)는 도전성 접착제 또는 도전성 테이프에 의해서 접합되어 접합 부재(310)를 형성할 수도 있다. 또 다른 예로, 제 1 배선 부재(160) 및 제 2 배선 부재(260)가 생략되고, 제 1 리드 프 레임(140) 및 제 2 리드 프레임(210)이 직접 솔더 접합되거나, 도전성 접착제 또는 도전성 테이프에 의해서 접합될 수도 있다.
전력 모듈(300)에 의하면, 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)는 수직으로 적층될 수 있다. 따라서, 전력 모듈(300)이 차지하는 면적은 전력 패키지(100)의 면적과 거의 유사하고, 제어 패키지(200)의 부가에 의해서 거의 증가하지 않는다. 따라서, 전력 모듈(300)은 고집적화에 매우 유리하고 따라서 소형 및 경량의 전력 제품에 적합하다. 또한, 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)가 분리되어 소형으로 제공될 수 있기 때문에, 이들의 신뢰성이 향상되고 그 결과 전력 모듈(300)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 10을 참조하여, 전력 모듈의 제조 방법을 설명한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈의 제조 방법에서, 전력 패키지(100)의 제조 단계들을 보여주는 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 방열 기판(105) 상에 전력 소자들(120, 125)을 탑재할 수 있다. 예를 들어, 방열 기판(105) 상에 접착 부재(110)를 형성하고 접착 부재(110) 위에 전력 소자들(120, 125)을 탑재할 수 있다. 예를 들어, 접착 부재(110)는 열전도성이 높은 솔더를 스크린 프린팅 방법에 의해서 분사하여 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전력 소자들(120, 125) 위에 도전성 범프들(130)을 형성한다. 예를 들어, 도전성 범프들(130)은 전력 소자들(120, 125) 위에 솔더 볼 또는 솔더 페이스트를 분사하여 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도전성 범프들(130) 위에 제 1 리드 프레임(140)을 로딩한다. 예를 들어, 제 1 리드 프레임(140)은 그 제 1 면(142)이 도전성 범프들(130)과 접촉되도록 배치될 수 있다.
이어서, 접착 부재(110) 및 도전성 범프들(130)을 동시에 리플로우 시킬 수 있다. 이러한 동시 리플로우는 공정 수를 줄일 수 있다는 장점을 제공한다. 하지만, 접착 부재(110) 및 도전성 범프들(130)을 따로 리플로우 시키거나 또는 그 중 일부만 리플로우 시키는 것도 가능함은 자명하다. 선택적으로, 리플로우 단계에서 형성된 플럭스(flux, 미도시)를 제거할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 전력 소자들(120, 125)을 보호하기 위해서 제 1 몰딩 부재(150)를 형성할 수 있다. 제 1 몰딩 부재(150)는 제 1 리드 프레임(140)을 고정하도록 제 1 리드 프레임(140)의 양면에 걸쳐서 형성하고, 다만 방열 기판(105)의 일면 및 제 1 리드 프레임(140)의 제 2 면(144)의 일부분(144a)을 노출하도록 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 1 몰딩 부재(150)는 제 1 리드 프레임(140) 및 전력 소자들(120, 125)의 적층 구조를 소정의 금형(미도시) 내에 고정하고 절연성 수지를 주입한 후 응고하여 형성할 수 있다.
방열 기판(105)의 노출된 일면은 전력 소자들(120, 125)로부터 전달된 열을 제 1 몰딩 부재(150)를 거치지 않고 직접 외부로 방사시키는 역할을 할 수 있다. 제 1 리드 프레임(140)의 제 2 면(144)의 일부분(144a)은 후술하는 바와 같이 전력 패키지(100)를 제어 패키지(200)와 연결시키는 단자로 기능할 수 있다.
선택적으로, 제 1 리드 프레임(140)의 단부를 트리밍하고, 방열 기판(105)의 반대편, 즉 제 2 면(144) 방향으로 포밍할 수 있다. 이에 따라, 제 1 리드 프레임(140)의 단부는 방열 기판(105)의 반대 방향으로 구부러져 전력 제품에 삽입될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈의 제조 방법에서, 제어 패키지의 제조 단계들을 보여주는 단면도들이다.
도 8을 참조하면, 제 2 리드 프레임(210) 상에 제어 소자(225)를 탑재할 수 있다. 예를 들어, 제 2 리드 프레임(210)은 제 3 면(212) 및 제 4 면(214)을 갖고, 제어 소자(225)는 접착 부재(220)를 이용하여 제 3 면(212) 상에 부착될 수 있다. 도 8에서, 제 2 리드 프레임(210)은 제어 소자가(225)가 탑재되는 부분이 함몰되도록 포밍되어 있으나, 이러한 형태는 예시적으로 제시되었고 본 발명의 범위가 이러한 예에 제한되지는 않는다. 예컨대, 제 2 리드 프레임(210)은 함몰 부분이 없는 직선 형태 또는 돌출 부분을 포함하는 형태로 변형될 수도 있다.
이어서, 제어 소자(225) 및 제 2 리드 프레임(210)을 와이어(230)를 이용하여 전기적으로 연결할 수 있다. 와이어(230)는 본딩 방법에 의해서 형성될 수 있다. 하지만, 이 실시예의 변형된 예에서, 제어 소자(225) 및 제 2 리드 프레임(210)은 와이어(230) 대신에 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 같이 도전성 범프들(130)을 이용하여 서로 연결될 수도 있다. 즉, 제어 소자(225) 및 제 2 리드 프레임(210)은 와이어 본딩 방법 또는 범프 배선의 어느 하나 또는 이와 유사한 방법에 의해서 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제어 소자(225)를 보호하기 위한 제 2 몰딩 부재(250)를 형성할 수 있다. 제 2 몰딩 부재(250)는 제 2 리드 프레임(210)을 고정하도록 제 2 리드 프레임(210)의 양면에 걸쳐서 형성하고, 다만 제 2 리드 프레임(210)의 제 4 면(214)의 일부분(214a)을 노출하도록 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 2 몰딩 부재(250)는 제 2 리드 프레임(210) 및 제어 소자(225)의 적층 구조를 소정의 금형(미도시) 내에 고정하고 절연성 수지를 주입한 후 응고하여 형성할 수 있다.
이어서, 제 2 리드 프레임(210)의 단부를 트리밍하고, 제어 소자(225) 방향, 즉 제 3 면(212) 방향으로 포밍할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈의 제조 방법에서, 전력 패키지 및 제어 패키지를 모듈화 단계를 보여주는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)를 수직으로 적층하여 전력 모듈(300)을 형성할 수 있다. 이러한 적층 단계에서, 제 1 리드 프레임(240) 및 제 2 리드 프레임(210)을 접합하여, 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)를 전기적으로 연결할 수 있다.
접합 단계는 예를 들어, 솔더링(soldering)을 이용할 수 있다. 예컨대, 제 1 리드 프레임(240)의 제 2 면(244)의 일부분(244a) 및 제 2 리드 프레임(210)의 제 4 면(214)의 일부분(214a)의 사이에 접합 부재(310)를 주입한다. 이어서 접합 부재(310)를 리플로우 시킴으로써 제 1 리드 프레임(240) 및 제 2 리드 프레임(210)이 접합될 수 있다. 접합 부재(310)는 솔더를 포함할 수 있고, 예컨대 도 2의 제 1 배선 패드(160) 및 도 3의 제 2 배선 패드(260)를 포함할 수 있다.
선택적으로, 제 1 리드 프레임(140) 및 제 2 리드 프레임(210)의 피니시(finish) 처리를 위해서 그 표면에 도금층(미도시)을 형성할 수 있다. 도금층은 납, 주석 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
이 실시예의 변형된 예에서, 도 7 및 도 9에서 제 1 리드 프레임(240) 및 제 2 리드 프레임(210)의 트리밍 및 포밍 단계가 생략되고, 전술한 접합 단계 이후에 제 1 리드 프레임(240) 및 제 2 리드 프레임(210)의 트리밍 및 포밍 단계가 동시에 수행될 수 있다. 이 경우, 제 1 리드 프레임(140)의 단부 및 제 2 리드 프레임(210)의 단부는 동일한 방향, 즉 방열 기판(105)의 반대 방향으로 구부러질 수 있다.
전술한 도 4 내지 도 7의 전력 패키지(100)의 제조 단계 및 도 8 및 도 9의 제어 패키지(200)의 제조 단계는 서로 독립적으로 진행될 수 있다. 즉, 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)는 서로 분리되어 제공될 수 있다. 따라서, 전력 패키지(100) 및 제어 패키지(200)는 고객의 요구 및 전력 제품에 따라서 다양하게 선택될 수 있다. 또한, 고가의 전력 패키지(100)가 소형화 될 수 있기 때문에, 전력 모듈(300)의 제조 비용이 감소될 수 있다.
나아가, 제어 소자(225)의 소비 전력이 전력 소자들(220, 225)의 소비 전력보다 작기 때문에, 제 2 리드 프레임(210)의 두께를 제 1 리드 프레임(140)의 두께보다 작게 하는 것도 가능하다. 이에 따라, 제 2 리드 프레임(210)의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공 되었다. 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈을 보여주는 단면도이고;
도 2는 도 1의 전력 모듈에서 전력 패키지를 보여주는 사시도이고;
도 3은 도 1의 전력 모듈에서 제어 패키지를 보여주는 사시도이고;
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈의 제조 방법에서, 전력 패키지의 제조 단계들을 보여주는 단면도들이고;
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈의 제조 방법에서, 제어 패키지의 제조 단계들을 보여주는 단면도들이고; 그리고
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈의 제조 방법에서, 전력 패키지 및 제어 패키지를 모듈화 단계를 보여주는 단면도이다.

Claims (24)

  1. 제 1 리드 프레임 상의 적어도 하나의 전력 소자를 포함하는 몰딩-타입의 전력 패키지; 및
    상기 전력 패키지 상에 수직으로 적층되고, 제 2 리드 프레임 상의 적어도 하나의 제어 소자를 포함하는 몰딩-타입의 제어 패키지를 포함하고,
    상기 제 1 리드 프레임의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 일부분이 접합되어 상기 전력 패키지 및 상기 제어 패키지가 서로 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 패키지는 상기 제 1 리드 프레임의 상기 일부분 상의 적어도 하나 이상의 제 1 배선 패드를 더 포함하고, 상기 제어 패키지는 상기 제 2 리드 프레임의 상기 일부분 상의 적어도 하나 이상의 제 2 배선 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 제 1 배선 패드 및 상기 적어도 하나 이상의 제 2 배선 패드는 솔더 접합된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 패키지는 상기 적어도 하나의 전력 소자를 덮는 제 1 몰딩 부재를 더 포함하고, 상기 제 1 리드 프레임의 상기 일부분은 상기 제 1 몰딩 부재로부터 노출된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 리드 프레임은 제 1 면 및 제 2 면을 갖고, 상기 적어도 하나의 전력 소자는 상기 제 1 면 상에 배치되고, 상기 제 2 면의 일부분이 상기 제 1 몰딩 부재로부터 노출되어 상기 제 2 리드 프레임의 상기 일부분과 접합된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 리드 프레임의 단부는 상기 제 2 면 방향으로 포밍된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 전력 패키지는 상기 제 1 리드 프레임 반대편의 상기 적어도 하나의 전력 소자 상에 배치되고 그 일부분이 상기 제 1 몰딩 부재로부터 노출된 방열 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 패키지는 상기 적어도 하나의 제어 소자를 덮는 제 2 몰딩 부재를 더 포함하고, 상기 제 2 리드 프레임의 상기 일부분은 상기 제 2 몰딩 부재로부터 노출된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 리드 프레임은 제 3 면 및 제 4 면을 갖고, 상기 적어도 하나의 전력 소자는 상기 제 3 면 상에 배치되고, 상기 제 4 면의 일부 분이 상기 제 2 몰딩 부재로부터 노출되어 상기 제 1 리드 프레임의 상기 일부분과 접합된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 리드 프레임의 단부는 상기 제 3 면 방향으로 포밍된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 패키지는 상기 적어도 하나의 전력 소자 및 상기 제 1 리드 프레임 사이에 적어도 하나 이상의 도전성 범프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  12. 제 1 면 및 제 2 면을 갖는 제 1 리드 프레임;
    상기 제 1 리드 프레임의 상기 제 1 면 상의 적어도 하나의 전력 소자;
    상기 적어도 하나의 전력 소자를 덮고, 상기 제 1 리드 프레임의 상기 제 2 면의 일부분을 노출하는 제 1 몰딩 부재;
    제 3 면 및 제 4 면을 갖고, 상기 제 4 면의 일부분이 상기 제 1 리드 프레임의 상기 2 면의 일부분과 접합된 제 2 리드 프레임;
    상기 제 2 리드 프레임의 상기 제 3 면 상의 적어도 하나의 제어 소자;
    상기 적어도 하나의 제어 소자를 덮고, 상기 제 2 리드 프레임의 상기 제 4면의 일부분을 노출하는 제 2 몰딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 리드 프레임의 상기 제 2 면의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 상기 제 4 면의 일부분은 솔더 접합된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 리드 프레임 반대편의 상기 적어도 하나의 전력 소자 상에 배치되고 그 일부분이 상기 제 1 몰딩 부재로부터 노출된 방열 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 리드 프레임의 단부 및 상기 제 2 리드 프레임의 단부는 상기 방열 기판의 반대 방향으로 포밍된 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 전력 패키지는 플립-칩 패키지 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 모듈.
  17. 제 1 리드 프레임 상에 적어도 하나의 전력 소자를 포함하는 몰딩-타입의 전력 패키지를 형성하는 단계;
    제 2 리드 프레임 상에 적어도 하나의 제어 소자를 포함하는 몰딩-타입의 제어 패키지를 형성하는 단계; 및
    상기 전력 패키지 및 상기 제어 패키지가 서로 전기적으로 연결되도록, 상기 제 1 리드 프레임의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 일부분을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 리드 프레임의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 일부분의 접합은 솔더링을 이용하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 솔더링은 상기 제 1 리드 프레임의 일부분 및 상기 제 2 리드 프레임의 일부분 사이에 솔더를 주입하는 단계; 및
    상기 솔더를 리플로우 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈의 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 전력 패키지를 형성하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 전력 소자 상에 적어도 하나 이상의 도전성 범프를 형성하는 단계;
    상기 적어도 하나 이상의 도전성 범프 상에 제 1 리드 프레임을 로딩하는 단계;
    상기 적어도 하나 이상의 도전성 범프를 리플로우시키는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 전력 소자를 덮고, 상기 제 1 리드 프레임의 상기 일 부 분을 노출하는 제 1 몰딩 부재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈의 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전력 패키지를 형성하는 단계는,
    상기 적어도 하나 이상의 도전성 범프를 형성하기 전에, 방열 기판 상에 상기 적어도 하나의 전력 소자를 적층하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈의 제조 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 제어 패키지를 형성하는 단계는,
    제 2 리드 프레임 상에 상기 적어도 하나의 제어 소자를 탑재하는 단계;
    상기 제 2 리드 프레임 및 상기 적어도 하나의 제어 소자를 전기적으로 연결시키는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 제어 소자를 덮고, 상기 제 2 리드 프레임의 상기 일부분을 노출하는 제 2 몰딩 부재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈의 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 리드 프레임 및 상기 적어도 하나의 제어 소자의 전기적 연결은 와이어 본딩 또는 범프 배선을 이용하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈의 제조 방법.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 접합 단계 후, 상기 제 1 리드 프레임 및 상기 제 2 리드 프레임의 단부를 트림 및 포밍하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈의 제조 방법.
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