KR20090103600A - 전력 소자용 기판 및 이를 포함하는 전력 소자 패키지 - Google Patents

전력 소자용 기판 및 이를 포함하는 전력 소자 패키지

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KR20090103600A
KR20090103600A KR1020080029312A KR20080029312A KR20090103600A KR 20090103600 A KR20090103600 A KR 20090103600A KR 1020080029312 A KR1020080029312 A KR 1020080029312A KR 20080029312 A KR20080029312 A KR 20080029312A KR 20090103600 A KR20090103600 A KR 20090103600A
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KR
South Korea
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power device
substrate
main surface
power
conductive
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Application number
KR1020080029312A
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English (en)
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임승원
전오섭
최승용
손준서
정만교
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페어차일드코리아반도체 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 열전도성 플라스틱 재료로 형성된 전력 소자용 기판 및 이를 포함하는 전력 소자 패키지에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 전력 소자 패키지는 절연 표면을 제공하는 제 1 주면 및 몰딩 부재 외부로 적어도 일부가 노출되는 제 2 주면을 포함하는 기판으로서, 열전도성 플라스틱(thermally conductive plastic) 재료로 형성된 전력 소자용 기판; 상기 전력 소자용 기판의 상기 제 1 주면 상에 탑재되는 적어도 하나의 전력 소자; 및 외부 회로와의 전기적 연결을 위하여 상기 전력 소자에 전기적으로 연결되는 복수의 도전성 부재들을 포함한다.

Description

전력 소자용 기판 및 이를 포함하는 전력 소자 패키지{Power Device Substrate and Power Device Package Including the Same}
본 발명은 기판 및 이를 포함하는 반도체 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전력 소자용 기판 및 이를 포함하는 전력 소자 패키지에 관한 것이다.
최근, 서보 드라이버, 인버터, 전력 레귤레이터 및 컨버터와 같은 전력용 전자 소자 산업이 발전함에 따라, 무게가 가볍고, 크기가 작으면서도 성능이 우수한 전력 소자에 대한 요구가 증대되고 있다. 이와 같은 추세에 따라, 다양한 전력 소자를 하나의 패키지에 집적시킬 뿐만 아니라, 전력 소자들을 제어하기 위한 IC 칩과 같은 저전력 제어 소자도 하나의 패키지에 수용하는 스마트 또는 인텔리전트 전력 모듈에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
통상적으로 상기 전력용 반도체 칩들을 탑재하기 위한 기판으로서 세라믹 기판, 디비씨(direct bonded copper; DBC) 기판 또는 절연 금속 기판(insulated metal substrate)이 사용된다. 전력용 반도체 기판의 역할은 인쇄회로기판과 같이 전력용 반도체 칩들을 위한 배선을 제공하거나, 탑재된 부품들의 냉각 기능을 수행해야 한다. 논리 회로와 같이 저전력 회로 소자에 사용되는 재료 및 기술과 비교하면, 전력용 반도체 기판은 높은 절연 파괴 강도와 회로 소자의 동작에 따른 반복적인 열 사이클에 대한 내구성을 확보할 필요가 있다. 이들 세라믹 기판, 디비씨 기판 또는 절연 금속 기판은 기본적으로, 우수한 내구성을 갖는 금속 및 세라믹 재료를 사용하므로 이러한 요구 사항에 부합된다.
그러나, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 베릴륨 산화물과 같은 세라믹 재료로 형성되는 세라믹 기판 및 디비씨 기판의 경우, 패키지 제조 공정 중에 크랙(crack)에 의한 불량 발생이 빈번히 일어날 수 있다. 또한, 세라믹 재료는, 성형이 어렵고 재료 자체가 비교적 고가인 문제점을 갖는다. 절연 금속 기판의 경우에는, 금속 기저 플레이트(metal baseplate)와 구리 배선 패턴 사이에 적용되는 낮은 열전도도를 갖는 에폭시계 유전층이 적용되므로, 열방출 효율이 낮은 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소형 경량화 추세에 따라 경량의 전력 소자를 제공하면서도, 성형 등의 제조 공정이 용이하고, 크랙이 없어 취급이 용이하며, 우수한 열방출 효율을 갖는 전력 소자용 기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 전력 소자용 기판을 이용한 다양한 전력 소자 패키지를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 전력 소자용 기판은 전력 소자가 탑재되며, 절연 표면을 제공하는 제 1 주면, 상기 제 1 주면에 대향하며, 열방출 표면을 제공하는 제 2 주면, 및 상기 제 1 주면과 제 2 주면 사이에서 열전달 경로를 제공하며, 열전도성 플라스틱(thermally conductive plastic) 재료로 형성된 기판 바디층을 포함한다.
일실시예에서, 전력 소자용 기판은 상기 제 1 주면 상에 상기 전력 소자와 전기적으로 연결되는 도전성 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 도전성 패턴은 배선 패턴 및 상기 전력 소자가 탑재되는 다이 어태치 패들 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 기판 바디층은 5 W/mK 내지 20 W/mK 의 열전도도를 가질 수 있으며, 상기 기판 바디층의 두께는 0.5 mm 내지 2.0 mm이다.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 전력 소자 패키지는, 절연 표면을 제공하는 제 1 주면 및 몰딩 부재 외부로 적어도 일부가 노출되는 제 2 주면을 포함하는 기판으로서, 열전도성 플라스틱(thermally conductive plastic) 재료로 형성된 전력 소자용 기판; 상기 전력 소자용 기판의 상기 제 1 주면 상에 탑재되는 적어도 하나의 전력 소자; 및 외부 회로와의 전기적 연결을 위하여 상기 전력 소자에 전기적으로 연결되는 복수의 도전성 부재들을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 전력 소자용 기판은 상기 제 1 주면 상에 형성된 도전성 패턴을 포함할 수 있다. 상기 도전성 패턴은 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 상기 도전성 패턴은 상기 도전성 부재들 중 적어도 어느 하나 또는 상기 전력 소자 중 적어도 어느 하나에 전기적으로 연결되는 배선 패턴을 포함한다. 또한, 상기 도전성 패턴은 상기 전력 소자가 탑재되는 다이 어태치 패들을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 도전성 부재는 리드 프레임에 의해 제공되는 리드일 수 있다. 상기 리드 프레임은 도전성 또는 비도전성 접착 부재에 의해 상기 전력 소자용 기판의 상기 제 1 주면에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 리드 프레임은 상기 전력 소자를 탑재하기 위한 다이 어태치 패들을 포함할 수 있다.
상기 소자 패키지는 상기 전력 소자를 제어하기 위한 적어도 하나 이상의 저전력 제어 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 제어 소자는 상기 전력 소자용 기판의 상기 제 1 주면 상에 탑재될 수 있다. 선택적으로는, 상기 제어 소자가 상기 전력 소자용 기판과 이격 배치되는 제어 소자용 기판 상에 탑재될 수도 있다. 이 경우, 상기 제어 소자용 기판은 리드 프레임에 의해 제공되는 다이 어태치 패들일 수 있다. 또는, 상기 제어 소자용 기판은 인쇄회로기판(pinted circuit board), 절연 금속 기판(insulated metal substrate; IMS), 프리-몰딩(pre-molded) 기판, 디비씨(direct bonded copper; DBC) 기판 및 가요성 인쇄회로기판(flexible PCE; FPCB) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 상기 제 2 주면은 표면적을 증가시키기 위한 복수의 돌출 패턴을 포함할 수 있다. 증가된 표면적은 전력 소자용 기판의 열방출 효율을 더 증가시키며, 제 2 주면에 방열판을 부착하지 않더라도, 동일하거나 그 보다 더 높은 열방출 효율을 달성할 수 있다.
본 발명의 전력 소자용 기판은 폴리머 계열의 열전도성 플라스틱 재료로 형성된 기판을 사용함으로써 전력 소자 패키지를 소형 경량화시킬 수 있다. 또한, 전력 소자용 기판은 성형 등의 제조 공정이 용이하고, 크랙이 없어 취급이 용이한 기판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 전력 소자 패키지는 전술한 열전도성 플라스틱 재료로 형성된 기판을 사용하므로, 성형이 용이할 뿐만 아니라, 에폭시 몰딩 콤파운드와 같은 몰딩 부재와 열팽창 계수의 차이가 적어, 수명이 길고, 내구성이 우수한 다양한 전력 소자 패키지를 제공할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열전도성 플라스틱 재료로 형성된 전력 소자용 기판들을 도시하는 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 소자 패키지를 도시하는 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절취된 전력 소자 패키지의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전력 소자 패키지들을 도시하는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100, 100A, 100B: 전력 소자용 기판
110: 제 1 주면 120: 제 2 주면
130: 기판 바디층
200, 200A, 200B: 전력 소자 300: 제어 소자
250, 260, 270: 접착 부재 또는 본딩층
410, 420, 430: 와이어들 510, 520: 리드
530: 리드 프레임 540: 가요성 인쇄회로기판
600: 몰딩 부재
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열전도성 플라스틱 재료로 형성된 전력 소자용 기판들(100A, 100B 및 100C)을 도시하는 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 전력 소자용 기판(100A, 100B 및 100C)은 전력 소자(200A 및 200B)가 탑재될 절연 표면을 제공하는 제 1 주면(110); 제 1 주면(110)에 대향하고 열방출 표면을 제공하는 제 2 주면(120); 및 제 1 주면(110)과 제 2 주면(120) 사이에서 열전달 경로를 제공하는 기판 바디층(130)을 포함한다. 전력 소자용 기판((100A, 100B 및 100C)은 제 1 주면(110) 상에 탑재되는 다양한 전력 소자들(200A, 200B)로부터 발생한 열을, 화살표로 지시된 바와 같이, 제 2 주면(130)의 표면에서 방출시킨다.
기판 바디층(130)은 당해 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 열전도성 플라스틱 재료로 형성된다. 열전도성 플라스틱 재료로서 예를 들면 상표명 Coolpolyⓡ로서 상용화된 대한민국 경기도 소재의 ㈜ 일광 폴리머사의 제품이 사용될 수 있다. 상기 열전도성 플라스틱 재료는 경량이고 작은 열팽창 계수와 같은 일반적인 플라스틱의 특징을 가지면서 동시에 금속과 세라믹이 가지고 있는 우수한 열전도도를 갖는다. 통상적인 플라스틱 기판이 예를 들면 0.2 W/mK (Watt/meter-Kelvin) 이하의 낮은 열전도도를 갖지만, 상기 열전도성 플라스틱 재료는 1 W/mk 내지 100 W/mK 의 높은 열전도도를 갖는다. 세라믹 기판, 디비씨(direct bonded copper; DBC) 기판 또는 절연 금속 기판(insulated metal substrate)을 대체하기 위하여, 전도성 플라스틱 기판은, 5 W/mK 내지 100 W/mK, 바람직하게는 10 W/mK 내지 100 W/mK 의 열전도도를 가질 수 있다. 기판 바디층(130)의 두께는 예를 들면 0.5 mm 내지 2.0 mm일 수 있다. 그러나, 상기 수치는 예시적인 것이며, 본 발명의 전력 소자용 기판이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 전력 소자용 기판(100A)의 제 1 주면(110)은 절연 표면을 제공할 수 있다. 선택적으로는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전력 소자용 기판(100B)의 제 1 주면(110) 상에 도전성 패턴들(50)을 형성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 도전성 패턴들(50) 중 일부는 리드 프레임의 리드들 및/또는 전력 소자에 전기적으로 연결되는 배선 패턴(52)을 제공할 수 있다. 또한, 도전성 패턴(50)은 제 1 주면(110) 상에 탑재될 전력 소자(200A 및 200B)를 위한 다이 어태치 패들(die attach paddle; 51)을 제공할 수도 있다. 도전성 패턴(50)은 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금 재료로 이루어질 수 있다. 도전성 패턴(50)은 예를 들면, 당해 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 비전해 도금 공정과 적합한 패터닝 공정에 의해 형성할 수 있다.
전력 소자용 기판(100A, 100B 및 100C)의 제 2 주면(120)은 제 1 주면(110) 상의 전력 소자(200A 및 200B)로부터 발생한 열이 기판 바디층(130)을 통하여 패키지 외부로 방출되는 열방출 표면을 제공한다. 노출된 제 2 주면(120)에 방열판(heat sink; 미도시)을 부착하여, 열방출 효율을 증가시킬 수 있다.
선택적으로는, 제 2 주면(120)이 돌출 패턴을 갖도록 가공하여 열방출 면적을 증가시킬 수 있다. 종래의 세라믹 기판 또는 금속 기판과 비교하면, 열전도성 플라스틱 재료는 폴리머 재료가 갖는 고유의 우수한 가공성 때문에, 상기 전력 소자용 기판의 제 2 주면(120)을 다양한 형태로 가공할 수 있다. 예를 들면, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제 2 주면(120)의 표면은 라인 패턴의 주름 구조(60)를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제 2 주면(120)의 표면은 예를 들면, 나란히 정렬된 웨이브 패턴의 주름 구조 또는 격자 구조를 가질 수도 있다.
이와 같이 기판(100A, 100B 및 100c)의 제 2 주면(120)의 가공된 돌출 표면은 열방출을 위한 표면적을 증가시켜 별도의 방열판이 없는 경우에도 이와 동일하거나 더 우수한 효과를 달성할 수 있다. 이하에서는 상술한 전력 소자용 기판을 포함하는 다양한 실시예에 따른 전력 소자 패키지에 대하여 상술하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 소자 패키지(1000)를 도시하는 사시도이다. 도 2b는 도 2a의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절취된 전력 소자 패키지(1000)의 단면도이다. 도 2a에서는 설명의 편의를 위하여 내부 부재를 보호하기 위한 몰딩 부재(600)를 생략하였으나, 이는 도 2b에 의해 완전히 개시된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 전력 소자 패키지(100)는 상술한 전력 소자용 기판(100)을 포함한다. 전력 소자용 기판(100)의 제 1 주면(110) 상에는 적어도 하나 이상의 전력 소자(200A 및 200B)가 탑재된다. 전력 소자(200A 및 200B)는 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 예를 들면, 서보 드라이버, 인버터, 전력 레귤레이터 및 컨버터 소자 등을 구현하기 위한 모스펫 (MOSPET), 바이폴라 정션 트랜지스터 (Bipolar jumction transistor; BJT), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (Insulated gated BJT) 또는 다이오드 등일 수 있다. 열거된 소자들은 예시적이며, 본 발명의 전력 소자 패키지가 이에 한정되는 것은 아니다.
전력 소자용 기판(100)의 제 1 주면(110) 상에는 외부 회로와의 연결을 위해 전력 소자에 전기적으로 연결되는 도전체, 예를 들면, 복수의 리드들(510)을 제공하는 리드 프레임(미도시)이 배치된다. 리드 프레임은 전력 소자용 기판(100)의 제 1 주면(110) 상에 엘라스토머, 에폭시, 솔더, 실리콘 테이프, 유리 테이프 및 세라믹 테이프와 같은 고온 테이프 등의 비도전성 접착 부재, 또는 도전성 에폭시와 같은 도전성 접착 부재에 의하여 부착될 수 있다. 리드들(510) 중 일부는 와이어(530a)를 통하여 전력 소자(200A, 200B)의 접속 패드(210)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 리드들(510) 중 다른 일부는 와이어(530b)를 통하여 전력 소자용 기판(100) 상에 형성된 배선 패턴(52)에 전기적으로 연결될 수 있다.
전력 소자(200A 및 200B)의 저면이 전극으로 사용되는 경우, 전력 소자(200A 및 200B)와 기판(100)의 제 1 주면(110) 사이에 다이 어태치 패들(51)이 제공될 수 있다. 이 경우, 전력 소자(200A 및 200B)는 도전성 접착 부재(250), 예를 들면, 금속성 에폭시 또는 솔더에 의해 다이 어태치 패들(51) 상에 부착될 수 있다. 선택적으로는, 전력 소자(200A 및 200B)를 탑재하기 위한 다이 어태치 패들(51)은 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 리드 프레임에 의해 제공될 수도 있다.
전력 소자용 기판(100)의 제 2 주면(120)은 몰딩 부재(600) 외부로 적어도 일부가 노출되어, 열방출 표면으로서 기능한다. 열방출 효율을 증가시키기 위하여, 전력 소자용 기판(100)의 노출된 제 2 주면(120) 상에 방열판(미도시)이 결합될 수 있다. 선택적으로는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 2 주면(120)에 주름 구조(60)를 형성하여, 방열판을 대체할 수도 있다.
몰딩 부재(600)은 에폭시 몰드 컴파운드(Epoxy mold compound)와 같은 열경화성 수지를 사용하는 트랜스퍼 몰딩 공정에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 전력 소자용 기판(100)과 몰딩 부재(600)가 모두 유기 고분자계 화합물이므로, 열팽창 계수의 차이가 적어, 최종 제품의 동작에 따른 반복적인 열 사이클에 대해서도 우수한 내구성과 수명을 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전력 소자 패키지들(2000, 3000 및 4000)을 도시하는 단면도이다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 전력 소자 패키지(2000, 3000 및 4000)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 전력 소자 패키지(1000)와 달리, 전력 소자(200)를 제어하기 위한 적어도 하나 이상의 저전력 제어 소자(300)를 포함한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제어 소자(300)는 전력 소자용 기판(100) 상에 전력 소자(200)와 함께 탑재될 수 있으며, 이들은 전력 소자용 기판(100)의 제 1 주면(110) 상에 형성된 배선 패턴(52) 또는 전력 소자(200)의 접속 패드(210)에 와이어(410, 420)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제어 신호의 전달을 위해 일부의 리드들(520)이 제어 소자(300)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예에서는, 전력 소자(200)와 제어 소자(300) 사이에서 발생할 수 있는 열적 간섭(thermal cross talking)을 감소 또는 억제하기 위하여, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 제어 소자(300)는 전력 소자용 기판(100)과 이격된 별도의 기판(530, 540; 이하, 본 명세서에서 제어 소자용 기판이라 함) 상에 탑재될 수 있다. 제어 소자(300)가 탑재된 기판(530, 540)은 전력 소자(200)에 비하여 열방출 효율이 상대적으로 덜 문제되므로, 몰딩 부재(600) 내부에 매립될 수 있다. 제어 소자(300)와 전력 소자(200)는 서로 와이어(430)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제어 소자용 기판은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(530)에 의해 제공되는 다이 어태치 패들일 수 있다. 그러나, 본 발명의 제어 소자용 기판은 이에 한정되지 않으며, 몰딩 부재(600) 내에 배치되는 공지의 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판일 수 있다.
선택적으로는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 제어 소자용 기판은 가요성 인쇄회로 기판(540)일 수도 있다. 제어 소자(300)는 가요성 인쇄회로 기판(540) 상에 부착될 수 있다. 제어 소자(300)는 본딩층(270), 예를 들면, 도전성 범프 또는 솔더 볼에 의해 기판(540)과 전기적으로 연결될 수 있다. 가요성 인쇄회로 기판(540) 상에 제어 소자(300)를 탑재하는 경우, 패키지(4000)의 높이를 감소시켜, 최종 제품을 소형화시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 다양한 전력용 반도체 칩들을 하나의 패키지에 집적시킬 뿐만 아니라, 전력용 반도체 칩들을 제어하기 위한 IC 칩과 같은 제어 소자를 하나의 패키지에 수용하여, 스마트 또는 인텔리전트 전력 모듈을 제공할 수 있다.
이상에서 전력 소자 또는 제어 소자는 그 저면이 기판과 본딩하고 있는 것으로 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전력 소자 또는 제어 소자는 공지된 다른 형태, 예를 들면 플립칩 방식에 의해 부착될 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 패키지 내에 봉지된 전력 소자 및/또는 제어 소자와 외부 회로와의 연결을 위한 도전체로서, 리드를 예시하고 있으나, 상기 도전체는 이에 한정되지 않으며, 리드리스(leadless) 패키지를 구성하기 위한 탭, 볼 또는 범프 등일 수 있다. 또한, 기판 상에 단일한 소자가 탑재된 것이 예시되어 있으나, 2 이상의 전력 소자가 적층된 패키지도 본 발명의 사상에 포함됨은 자명하다.
본 발명의 전력 소자용 기판과 전력 소자 사이에 종래의 기판, 예를 들면, 인쇄회로기판, 세라믹 기판, 디비씨(direct bonded copper; DBC) 기판 또는 절연 금속 기판(insulated metal substrate)이 배치될 수 있다. 이 경우, 전력 소자용 기판은 몰딩 부재 밖으로 제 2 주면의 일부가 노출되어 상기 기판으로부터 발생한 열을 패키지 외부로 방출하기 위한 방열판으로 기능할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (26)

  1. 상부에 전력 소자가 탑재되며, 절연 표면을 제공하는 제 1 주면;
    상기 제 1 주면에 대향하며, 열방출 표면을 제공하는 제 2 주면; 및
    상기 제 1 주면과 상기 제 2 주면 사이에서 열전달 경로를 제공하며, 열전도성 플라스틱(thermally conductive plastic) 재료로 형성된 기판 바디층을 포함하는 전력 소자용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주면 상에 상기 전력 소자와 전기적으로 연결되는 도전성 패턴을 더 포함하는 전력 소자용 기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 패턴은 배선 패턴 및 상기 전력 소자가 탑재되는 다이 어태치 패들 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전력 소자용 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 바디층은 5 W/mK 내지 20 W/mK 의 열전도도를 갖는 전력 소자용 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 바디층의 두께는 0.5 mm 내지 2.0 mm인 전력 소자용 기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주면은 표면적을 증가시키기 위한 복수의 돌출 패턴을 포함하는 고전력 소자용 기판.
  7. 절연 표면을 제공하는 제 1 주면 및 몰딩 부재 외부로 적어도 일부가 노출되는 제 2 주면을 포함하는 기판으로서, 열전도성 플라스틱(thermally conductive plastic) 재료로 형성된 전력 소자용 기판;
    상기 전력 소자용 기판의 상기 제 1 주면 상의 적어도 하나의 전력 소자; 및
    외부 회로와의 전기적 연결을 위하여 상기 전력 소자에 전기적으로 연결되는 복수의 도전성 부재들을 포함하는 전력 소자 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 소자용 기판은 상기 제 1 주면 상에 형성된 도전성 패턴을 포함하는 전력 소자 패키지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 도전성 패턴은 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 형성되는 전력 소자 패키지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전성 패턴은 상기 도전성 부재들 중 적어도 어느 하나 또는 상기 전력 소자 중 적어도 어느 하나에 전기적으로 연결되는 배선 패턴을 포함하는 전력 소자 패키지.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전성 패턴은 상기 전력 소자가 탑재되는 다이 어태치 패들을 포함하는 전력 소자 패키지.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전성 부재는 리드 프레임에 의해 제공되는 리드인 전력 소자 패키지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 리드 프레임은 도전성 또는 비도전성 접착 부재에 의해 상기 전력 소자용 기판의 상기 제 1 주면에 부착되는 전력 소자 패키지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 도전성 접착 부재는 금속성 에폭시 또는 솔더인 고전력 소자 패키지.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 비도전성 접착 부재는 실리콘 엘라스토머 또는 비도전성 에폭시인 고전력 소자 패키지.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 리드 프레임은 상기 전력 소자를 탑재하기 위한 다이 어태치 패들을 포함하는 전력 소자 패키지.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 소자용 기판의 상기 노출된 제 2 주면의 적어도 일부에 부착되는 방열판을 더 포함하는 전력 소자 패키지.
  18. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 소자를 제어하기 위한 적어도 하나 이상의 저전력 제어 소자를 더 포함하는 전력 소자 패키지.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어 소자는 상기 전력 소자용 기판의 상기 제 1 주면 상에 탑재되는 전력 소자 패키지.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어 소자는 상기 전력 소자용 기판과 이격 배치되는 제어 소자용 기판 상에 탑재되는 전력 소자 패키지.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어 소자용 기판은 리드 프레임에 의해 제공되는 다이 어태치 패들인 전력 소자 패키지.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어 소자용 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board), 절연 금속 기판(insulated metal substrate; IMS), 프리-몰딩(pre-molded) 기판, 디비씨(direct bonded copper; DBC) 기판 및 가요성 인쇄회로기판(flexible PCE; FPCB) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 전력 소자 패키지.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 전력 소자와 상기 제어 소자는 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결되는 전력 소자 패키지.
  24. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 소자용 기판의 열전도도는 5 W/mk 내지 20 W/mk 인 전력 소자 패키지.
  25. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 소자용 기판의 두께는 0.5 mm 내지 2.0 mm인 전력 소자 패키지.
  26. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 주면은 표면적을 증가시키기 위한 복수의 돌출 패턴을 포함하는 전력 소자 패키지.
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