KR20120120797A

KR20120120797A - 메탈 베이스 및 그 제조 방법과 이를 이용한 소자 패키지

Info

Publication number: KR20120120797A
Application number: KR1020110038568A
Authority: KR
Inventors: 한규진
Original assignee: 주식회사 코스텍시스
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2012-11-02
Also published as: JP5444289B2; KR101277202B1; JP2012231101A

Abstract

본 발명은 소자에서 발생되는 열에 의한 열팽창 및 열수축을 억제할 수 있는 메탈 베이스 및 그 제조 방법과 이를 이용한 소자 패키지에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 실시형태에 따른 메탈 베이스 적어도 하나 이상의 소자가 실장되는 메탈 베이스로서, 상기 소자가 실장되는 실장부가 일면에 형성되는 제 1 베이스 부재와; 상기 제 1 베이스 부재보다 낮은 열팽창계수를 갖고, 상기 제 1 베이스 부재의 타면에 접합되어 상기 제 1 베이스 부재의 열수축 및 열팽창을 구속하는 제 2 베이스 부재를 포함한다.

Description

메탈 베이스 및 그 제조 방법과 이를 이용한 소자 패키지{Metal base and Method of manufacturing the same and Device package using the same}

본 발명은 메탈 베이스 및 그 제조 방법과 이를 이용한 소자 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소자에서 발생되는 열에 의한 열팽창 및 열수축을 억제할 수 있는 메탈 베이스 및 그 제조 방법과 이를 이용한 소자 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 전자부품으로는 고주파 디바이스, 레이저 다이오드, 발광 다이오드 등과 같은 소자가 사용되고 있다. 이러한 소자들은 작동시에 발열량이 많기 때문에 발생하는 열을 대기 중으로 양호하게 발산시키지 않으면 장치를 정상적으로 작동시킬 수 없게 되는 문제점이 있었다.

근래에는 전자부품의 성능을 향상시켜 점점 소자의 고용량화 및 고출력화가 이루어지고 있는 실정이다. 이와 같이 소자의 고용량화 및 고출력화는 작동시 고열을 발생시키기 때문에 고열의 효율적인 방열을 위하여 소자를 메탈 베이스(metal base)에 실장시키는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 메탈베이스의 열팽창계수와 소자의 열팽창계수가 다른 관계로 소자에서 고열이 발생되면 열팽창계수의 차이로 인하여 소자가 실장되어 있는 메탈 베이스에 상당한 응력이 발생되어 소자가 메탈 베이스에서 분리되는 등의 문제가 발생되었다.

특히, 메탈 베이스와 소자는 열팽창계수의 차이에 의해 메탈 베이스에서 발생된 응력이 소자에 전달되는 경우에는 소자가 손상되는 등의 문제점이 발생할 뿐만 아니라 메탈 베이스가 변형 또는 손상되거나, 소자와 메탈 베이스가 분리되는 문제가 발생되었다.

또한, 소자와 메탈 베이스가 변형되면 소자와 메탈 베이스의 접합상태가 불량해져서 메탈 베이스에 의한 방열효과가 저하되는 문제가 발생되었다.

본 발명은 소자에서 발생되는 열에 의한 열팽창 및 열수축을 억제할 수 있는 메탈 베이스 및 그 제조 방법과 이를 이용한 소자 패키지를 제공한다.

특히, 복수의 베이스 부재를 접합 형성하여 소자에서 고열이 발생되더라도 베이스 부재의 열팽창을 억제할 수 있는 메탈 베이스 및 그 제조 방법과 이를 이용한 소자 패키지를 제공한다.

본 발명의 실시형태에 따른 메탈 베이스 적어도 하나 이상의 소자가 실장되는 메탈 베이스로서, 상기 소자가 실장되는 실장부가 일면에 형성되는 제 1 베이스 부재와; 상기 제 1 베이스 부재보다 낮은 열팽창계수를 갖고, 상기 제 1 베이스 부재의 타면에 접합되어 상기 제 1 베이스 부재의 열수축 및 열팽창을 구속하는 제 2 베이스 부재를 포함한다.

상기 제 1 베이스 부재의 하면 가장자리에는 상기 제 2 베이스 부재가 접합되는 오목형상의 접합부가 형성되고, 상기 제 2 베이스 부재는 상기 접합부의 형상에 대응되는 링의 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 베이스 부재는 상기 실장부가 형성되는 상부판과; 상기 상부판과 대응되는 형상으로 상기 상부판보다 작은 사이즈로 마련되고, 상기 상부판의 하면 중심에 접합되는 하부판을 포함한다.

상기 제 2 베이스 부재는 상기 제 1 베이스 부재의 타면 전체에 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 베이스 부재가 열팽창된 상태에서 상기 제 2 베이스 부재와 접합시켜 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 베이스 부재는 구리(Cu) 또는 구리(Cu)합금이고, 상기 제 2 베이스 부재는 Fe-Ni합금, 코바(Kovar), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴(Mo)합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐(W)합금 중 어느 하나 또는 그 합금 또는 세라믹 재료인 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 베이스 부재의 일면에는 상기 실장부를 제외한 영역에 접합되는 적어도 하나 이상의 절연체를 포함하고, 상기 제 1 베이스 부재가 열팽창된 상태에서 상기 제 2 베이스 부재 및 절연체와 접합시켜 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 소자 패키지는 작동시 열을 방출하는 소자가 실장되는 소자 패키지로서, 일면에 상기 소자가 실장되는 실장부를 갖는 메탈 베이스와; 상기 메탈 베이스의 일면 중 상기 실장부를 제외한 영역에 접합되는 적어도 하나 이상의 절연체와; 상기 절연체에 접합되어 상기 소자와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드프레임을 포함하고, 상기 메탈 베이스는 일면에 상기 실장부가 형성되는 제 1 베이스 부재와; 상기 제 1 베이스 부재보다 낮은 열팽창계수를 갖고, 상기 제 1 베이스 부재의 타면에 접합되는 제 2 베이스 부재를 포함하며, 상기 제 1 베이스 부재의 열수축 및 열팽창은 상기 제 2 베이스 부재 및 절연체 중 적어도 어느 하나에 의해 구속되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 베이스 부재의 타면 가장자리에는 상기 제 2 베이스 부재가 접합되는 오목형상의 접합부가 형성되고, 상기 제 2 베이스 부재는 상기 접합부의 형상에 대응되는 링의 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 베이스 부재에는 외측방향으로 연장되는 적어도 하나의 연장부가 형성되고, 상기 연장부에는 체결부재의 체결을 위한 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 베이스 부재는 일면에 상기 실장부가 형성되는 상부판과; 상기 상부판과 대응되는 형상으로 상기 상부판보다 작은 사이즈로 마련되고, 상기 상부판의 타면 중심에 접합되는 하부판을 포함한다.

상기 메탈 베이스는 상기 제 1 베이스 부재가 열팽창된 상태에서 상기 제 2 베이스 부재 및 절연체와 접합시켜 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 베이스 부재의 두께는 상기 제 1 베이스 부재 두께의 5 ~ 70% 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 메탈 베이스 제조 방법은 소자가 실장되는 메탈 베이스를 제조하는 방법으로서, 일면에 상기 소자가 실장되는 실장부를 갖는 제 1 베이스 부재를 준비하는 과정과; 상기 제 1 베이스 부재보다 낮은 열팽창계수를 갖는 재료를 사용하여 제 2 베이스 부재를 준비하는 과정과; 상기 제 1 베이스 부재 및 제 2 베이스 부재를 가열하여 열팽창시키는 과정과; 상기 가열된 제 1 베이스 부재의 타면에 가열된 상기 제 2 베이스 부재를 접합하는 과정과; 상기 제 2 베이스 부재가 상기 제 1 베이스 부재의 열수축이 억제되도록 하면서 제 1 베이스 부재 및 제 2 베이스 부재를 냉각시키는 과정을 포함한다.

상기 제 1 베이스 부재를 가열하여 열팽창시키는 과정에서 상기 제 1 베이스 부재는 400 ~ 900℃로 가열하는 것을 특징으로 한다.

상기 가열된 제 1 베이스 부재의 타면에 가열된 상기 제 2 베이스 부재를 접합하는 과정에서, 상기 제 1 베이스 부재와 제 2 베이스 부재는 브레이징 접합방법으로 접합하는 것을 특징으로 한다.

세라믹 재료로 절연체를 준비하는 과정을 포함하고, 상기 제 1 베이스 부재 및 제 2 베이스 부재를 가열하여 열팽창시키는 과정에서 상기 절연체로 함께 가열시키고, 상기 가열된 제 1 베이스 부재의 타면에 가열된 상기 제 2 베이스 부재를 접합하는 과정에서 상기 제 1 베이스 부재의 일면에 가열된 상기 절연체를 접합시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 제 1 베이스 부재에 제 2 베이스 부재를 접합시켜 구비되는 메탈 베이스를 제조할 때 제 1 베이스 부재 및 제 2 베이스 부재를 가열시켜 열팽창시킨 상태에서 제 1 베이스 부재와 제 2 베이스 부재를 접합시킨 다음 냉각시킨다. 이에 따라 상대적으로 열팽창계수가 작은 제 2 베이스 부재에 의해 제 1 베이스 부재의 열수축이 억제되어 소자의 작동시 발생되는 열에 의한 메탈 베이스의 열팽창 및 열수축이 상대적으로 열팽창계수가 작은 제 2 베이스 부재의 물리적 특성과 유사하게 유지시킬 수 있다.

또한, 메탈 베이스의 열팽창 및 열수축을 억제함에 따라 소자에서 고열이 발생하더라도 메탈 베이스의 변형 및 손상을 방지할 수 있다. 이에 따라 소자와 메탈 베이스의 서로 다른 열팽창 정도에 의해 메탈 베이스에 작용하는 응력을 저하시켜 소자와 메탈 베이스의 접합부위가 분리되는 현상을 방지할 수 있다.

그리고, 소자와 메탈 베이스의 접합상태를 양호하게 유지하여 소자에서 발생되는 고열의 방열효율을 양호한 상태로 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 분해사시도이며,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 사시도이며,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 분해사시도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 단면도이며,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 분해사시도이고,
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 단면도이며,
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 분해사시도이고,
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소자 패키지(100)는 소자(10)가 실장되는 실장부(111a)를 갖는 메탈 베이스(110)와; 상기 메탈 베이스(110)의 상면 중 상기 실장부(111a)를 제외한 영역에 접합되는 적어도 하나 이상의 절연체(120)와; 상기 절연체(120)에 접합되어 상기 소자(10)와 전기적으로 연결되는 적어도 한 쌍 이상의 리드프레임(130)을 포함한다.

먼저, 본 발명에서 설명되는 소자(10)는 작동시 열이 발생되는 전자부품으로서, 예를 들어 고주파 디바이스, 레이저 다이오드, 발광 다이오드 등과 같은 소자가 사용될 수 있다. 물론 상기 소자(10)는 제시된 소자에 한정되지 않고, 작동시 열이 발생되고, 발생되는 열을 효과적으로 방열시켜야 하는 다양한 소자가 사용될 수 있을 것이다.

상기 메탈 베이스(110)는 소자(10)에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시키는 금속 소재로서, 특히 열팽창 및 열수축 현상이 억제되도록 제어된다.

상기 메탈 베이스(110)는 소자(10)가 실장되는 실장부(111a)가 형성되는 제 1 베이스 부재(111)와, 상기 제 1 베이스 부재(111)의 하면에 접합되어 상기 제 1 베이스 부재(111)의 열수축 및 열팽창을 구속하는 제 2 베이스 부재(112)를 포함한다. 상기에서 설명된 "구속"이라 함은 이후에 설명되지만 제 1 베이스 부재(111)의 열수축 및 열팽창이 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)에 의해 물리적으로 억제되어 제 1 베이스 부재(111)의 열수축 및 열팽창의 물리적 성질이 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)와 유사하게 유지되는 것을 의미한다.

상기 제 1 베이스 부재(111)는 실장부(111a)가 형성되어 소자(10)가 직접 실장됨에 따라 소자(10)에서 발생되는 열을 직접 전도시킨다. 이에 따라 상기 제 1 베이스 부재(111)는 열전도율이 높은 금속 소재로 마련되는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 제 1 베이스 부재(111)는 구리(Cu) 또는 구리(Cu)합금이 사용될 수 있다. 하지만 구리(Cu) 또는 구리(Cu)합금은 열전도율이 좋은 장점이 있지만 열팽창 계수가 높다는 단점이 있다.

상기 제 1 베이스 부재(111)에 형성되는 실장부(111a)는 제 1 베이스 부재(111)의 상면 중앙영역을 정의하는 것으로서, 상기 실장부(111a)는 특정 영역에 한정되지 않고, 제 1 베이스 부재(111)의 상면 중 소자(10)가 실장될 수 있는 영역 어디라도 무관하다.

상기 제 1 베이스 부재(111)는 후술되는 제 2 베이스 부재(112)와의 접합 및 제 2 베이스 부재(112)에 의한 구속을 위하여 하면 가장자리에 제 2 베이스 부재(112)가 접합되는 오목형상의 접합부(111b)가 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라 상기 제 1 베이스 부재(111)는 상면과 하면이 소정 면적을 형성하고, 상기 상면과 하면을 둘러싸는 복수의 측면을 갖는 것으로서, 대략 직육면체 형상으로 형성되고, 하면의 둘레를 따라 오목형상의 접합부(111b)가 형성된다. 물론 상기 제 1 베이스 부재(111)의 형상은 이에 한정되지 않고, 실장부(111a) 및 접합부(111b)가 형성될 수 있는 다양한 형상으로 변경되어 구현될 수 있을 것이다.

제 2 베이스 부재(112)는 상기 제 1 베이스 부재(111)의 열팽창 및 열수축을 구속시키는 수단으로서, 상기 제 1 베이스 부재(111)의 접합부(111b)에 접합된다. 이에 따라 상기 제 2 베이스 부재(112)는 상기 접합부(111b)의 형상에 대응되는 사각형 또는 원형의 링 형상을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제 2 베이스 부재(112)의 형상은 상기 제 1 베이스 부재(111) 및 상기 접합부(111b)에 대응하여 다양하게 변경될 수 있을 것이다.

상기 제 2 베이스 부재(112)는 상기 제 1 베이스 부재(111)보다 낮은 열팽창계수를 갖는 금속 재료 또는 세라믹 재료로 마련된다. 예를 들어 상기 제 2 베이스 부재(112)는 Fe-Ni합금(alloy 42 또는 alloy 52), 코바(Kovar), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴(Mo)합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐(W)합금 중 어느 하나 또는 그 합금, 또는 세라믹 재료가 선택적으로 사용될 수 있다. 상기 코바(Kovar)는 세라믹과 유리(glass)의 열팽창특성과 적합한 소재로서 다양한 반도체 부품 및 전자 제품의 실링 및 접합 소재로 적용되고 재료이다.

또한, 상기 제 2 베이스 부재(112)의 두께는 상기 제 1 베이스 부재(111) 두께의 5 ~ 70% 인 것이 바람직하다. 상기와 같이 제 2 베이스 부재(112)의 두께를 한정하는 이유는 제 1 베이스 부재(111)에 의한 열전도효율을 양호하게 유지하면서 제 1 베이스 부재(111)의 열팽창 및 열수축을 구속하기 위함이다. 제 2 베이스 부재(112)의 두께가 상기에서 제시된 두께보다 작을 경우에는 제 2 베이스 부재(112)의 두께가 너무 얇아 제 1 베이스 부재(111)의 열팽창 및 열수축 구속효과를 얻을 수 없고, 제 2 베이스 부재(112)의 두께가 상기에서 제시된 두께보다 클 경우에는 제 1 베이스 부재(111)의 부피가 상대적으로 너무 적어져서 제 1 베이스 부재(111)에 의한 열전도효율이 저하될 수 있기 때문이다.

상기와 같이 제 1 베이스 부재(111) 및 제 2 베이스 부재(112)로 이루어지는 메탈 베이스(110)는 제 2 베이스 부재(112)에 의해 제 1 베이스 부재(111)의 열팽창 및 열수축을 구속하기 위하여 상기 제 1 베이스 부재(111)가 열팽창된 상태에서 상기 제 2 베이스 부재(112)와 절연체(120)를 접합시켜 제작된다.

메탈 베이스(110)의 제조방법에 대하여 좀더 상세하게 설명하도록 한다.

메탈 베이스(110)를 제조하기 위하여 먼저 제 1 베이스 부재(111), 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)를 각각 준비한다. 특히 제 1 베이스 부재(111)와 제 2 베이스 부재(112)는 각각 금속 소재를 사용하여 준비하고, 특히 제 2 베이스 부재(112)는 제 1 베이스 부재(111)보다 낮은 열팽창계수를 갖는 재료를 사용하여 준비한다. 또한, 절연체(120)는 열팽창계수가 제 1 베이스 부재보다 상당히 낮은 세라믹 소재를 사용하여 준비한다.

이렇게 제 1 베이스 부재(111), 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)가 준비되었다면 준비된 제 1 베이스 부재(111), 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)를 400 ~ 900℃로 가열하여 열팽창 시킨다. 이때 상기 가열 온도는 제시된 온도는 제 1 베이스 부재(111)가 구리(Cu) 또는 구리(Cu)합금일 경우에 최적화된 온도이고, 만약 제 1 베이스 부재(111)의 재료가 변경된다면 이에 대응하여 가열 온도도 변경되는 것이 바람직하다.

그래서 제 1 베이스 부재(111)의 열팽창이 충분히 일어난 상태에서 제 1 베이스 부재(111)의 하면 및 상면에 제 2 베이스 부재(112)와 절연체(120)를 각각 접합시킨다. 이때 상기 제 1 베이스 부재(111)와 제 2 베이스 부재(112) 및 상기 제 1 베이스 부재(111)와 절연체(120)는 은구리(AgCu)합금으로 브레이징(brazing) 접합하여 구성한다.

제 1 베이스 부재(111)와 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)가 접합 되었다면 제 1 베이스 부재(111), 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)를 냉각시킨다. 이때 냉각이 서서히 진행되도록 하여 제 1 베이스 부재(111), 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)에 응력이 발생을 최소화시키는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제 1 베이스 부재(111), 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)를 냉각시키면 제 1 베이스 부재(111), 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)가 각각의 재료 특성에 맞게 열수축이 진행되어야 하지만, 제 1 베이스 부재(111)은 제 1 베이스 부재(111)의 가장자리 영역이 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)에 의해 물리적으로 구속된 상태이기 때문에 열수축이 거의 일어나지 않는다. 따라서, 제 1 베이스 부재(111)는 냉각이 되더라도 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)의 물리적인 구속에 의해 열팽창된 부피를 유지하게 된다. 이에 따라 제 1 베이스 부재(111)는 소자(10)에 의해 가열되더라도 이미 열팽창이 이루어진 상태이기 때문에 추가적인 열팽창 및 열수축은 제 2 베이스 부재(112) 및 절연체(120)의 물리적 특성과 유사한 상태가 된다.

상기와 같이 열팽창 및 열수축이 제한된 상태로 냉각된 제 1 베이스 부재(111)는 소자(10)를 실장하여 사용하는 경우(전자부품 사용 온도 -50 ~ 300℃), 소자(10)에 의한 가열 및 냉각이 발생하더라도 열팽창 및 열수축이 거의 일어나지 않아 부피변화가 없게 되고, 이에 따라 소자(10)와의 접합상태를 양호하게 유지할 수 있는 것이다.

한편 상기와 같이 제작되는 메탈 베이스(110)에는 소자(10)가 실장되고, 메탈 베이스(110)의 상면에는 소자(10)와 전기적으로 연결되는 리드프레임(130)이 마련된다. 이때 상기 메탈 베이스(110)와 리드프레임(130) 사이에는 절연을 위한 절연체(120)가 구비된다.

상기 절연체(120)는 상기 메탈 베이스(110)와 리드프레임(130)을 절연시키는 수단으로서, 세라믹 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 절연체(120)는 상기 메탈 베이스(110)의 상면 중 소자(10)가 실장되는 실장부(111a)를 제외한 영역에 적어도 하나 이상 구비된다. 본 실시예에서는 상기 제 1 베이스 부재(111)의 상면 가장자리 형상에 대응하도록 대략 "ㅁ"자 형상으로 상기 절연체(120)을 제작하였다. 이에 따라 상기 절연체(120)의 내부에 실장부(111a)가 형성된다. 물론 상기 절연체(120)의 형상은 제시된 실시예에 한정되지 않고 상기 메탈 베이스(110)와 리드프레임(130)을 절연시킬 수 있는 다양한 형상으로 변경되어 구현될 수 있다.

상기 리드프레임(130)은 상기 소자(10)와 와이어(11)에 의해 전기적으로 연결되어 외부의 전원과 전기적으로 연결시키는 수단으로서, 적어도 한 쌍 이상의 금속편이 사용된다. 그래서 각각의 리드프레임(130)이 상기 절연체(120)에 각각 접합된다. 상기 리드프레임(130)의 개수는 메탈 베이스(110)에 실장되는 소자(10)의 개수에 의해 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 제 1 실시예에 따른 소자 패키지(100)는 메탈 베이스의 형상을 다양하게 변경할 수 있다.

제 2 실시예에 따른 소자 패키지(200)는 소자 패키지(200)의 체결을 용이하게 실시하기 위하여 메탈 베이스(210), 특히 제 2 베이스 부재(212)의 형상을 변경하였다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 분해사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 제 2 실시예에 따른 소자 패키지(200)는 제 1 실시예와 같이 소자(10)가 실장되는 실장부를 갖는 메탈 베이스(210)와; 상기 메탈 베이스(210)의 상면 중 상기 실장부를 제외한 영역에 접합되는 적어도 하나 이상의 절연체(220)와; 상기 절연체(220)에 접합되어 상기 소자(10)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드프레임(230)을 포함한다.

제 2 실시예에 따른 소자 패키지(200)는 메탈 베이스(210), 특히 제 2 베이스 부재(212)의 형상을 변경하여 소자 패키지(200)를 소정의 제품에 용이하게 부착할 수 있도록 하였다.

상기 메탈 베이스(210)의 제 1 베이스 부재(211), 절연체(220) 및 리드프레임(230)은 제 1 실시예에 설명된 구성요소와 동일한 구성 및 작용을 하는 구성요소이기 때문에 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

다만 제 2 베이스 부재(212)에는 외측방향으로 연장되는 적어도 하나의 연장부(212a)를 형성하고, 상기 연장부(212a)에는 볼트 등과 같은 체결부재의 체결을 위한 관통공(212b)이 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 연장부(212a)가 상기 제 2 베이스 부재(212)와 같은 평면상에서 서로 반대되는 방향으로 길게 연장하여 형성하였다. 그리고, 각각의 연장부(212a)에 하나씩의 관통공(212b)을 형성하였다.

한편, 제 3 실시예에 따른 소자 패키지(300)는 메탈 베이스(310), 특히 제 1 베이스 부재(311)의 제조를 용이하게 실시하기 위하여 제 1 베이스 부재(311)를 변경하였다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 분해사시도이고, 도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 제 3 실시예에 따른 소자 패키지(300)는 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 같이 소자(10)가 실장되는 실장부를 갖는 메탈 베이스(310)와; 상기 메탈 베이스(310)의 상면 중 상기 실장부를 제외한 영역에 접합되는 적어도 하나 이상의 절연체(320)와; 상기 절연체(320)에 접합되어 상기 소자(10)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드프레임(330)을 포함한다.

제 3 실시예에 따른 소자 패키지(300)는 메탈 베이스(310), 특히 제 1 베이스 부재(311)의 형상을 변경하여 소자 패키지(300)의 제조를 손쉽게 실시할 수 있도록 하였다.

상기 메탈 베이스(310)의 제 2 베이스 부재(312), 절연체(320) 및 리드프레임(330)은 제 1 실시예에 설명된 구성요소와 동일한 구성 및 작용을 하는 구성요소이기 때문에 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

다만, 메탈 베이스(310)의 제 1 베이스 부재(311)는 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 제시된 제 1 베이스 부재는 달리 실장부가 형성되는 상부판(311a)과; 상기 상부판(311a)과 대응되는 형상으로 상기 상부판(311a)보다 작은 사이즈로 마련되는 하부판(311b)으로 각각 구분하여 제작한 다음 서로 접합하여 제작하였다.

상기 제 1 베이스 부재(311)는 상기 상부판(311a)의 하면 중심에 상기 하부판(311b)을 브레이징(brazing) 접합하여 구성한다. 이에 따라 상기 상부판(311a)의 하면 가장자리에 상기 제 2 베이스 부재(312)가 접합되는 접합부가 형성된다.

한편, 제 4 실시예에 따른 소자 패키지(400)는 메탈 베이스(410)의 제조를 용이하게 실시하기 위하여 제 1 베이스 부재(411) 및 제 2 베이스 부재(412)를 변경하였다.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 분해사시도이고, 도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 소자 패키지를 보여주는 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 제 4 실시예에 따른 소자 패키지(400)는 제 1 실시예 내지 제 3 실시예와 같이 소자(10)가 실장되는 실장부를 갖는 메탈 베이스(410)와; 상기 메탈 베이스(410)의 상면 중 상기 실장부를 제외한 영역에 접합되는 적어도 하나 이상의 절연체(420)와; 상기 절연체(420)에 접합되어 상기 소자(10)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드프레임(430)을 포함한다.

제 4 실시예에 따른 소자 패키지(400)는 메탈 베이스(410), 특히 제 1 베이스 부재(411) 및 제 2 베이스 부재(412)의 형상을 변경하여 소자 패키지(400)의 제조를 손쉽게 실시하면서 제 1 베이스 부재(411)의 열팽창 및 열수축 구속효과를 향상시킬 수 있다.

상기 절연체(420) 및 리드프레임(430)은 제 1 실시예에 설명된 구성요소와 동일한 구성 및 작용을 하는 구성요소이기 때문에 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

다만, 메탈 베이스(410)의 제 1 베이스 부재(411) 및 제 2 베이스 부재(412)는 전술된 실시예에서 제시된 제 1 베이스 부재(111) 및 제 2 베이스 부재(112)와는 달리 제 1 베이스 부재(111)에 접합부(111b)를 형성하지 않는다. 이에 따라 제 1 베이스 부재(411)의 하면과 상기 제 1 베이스 부재(411)의 상면은 동일한 면적을 갖고 서로 맞대어져서 접합된다. 그래서 상기 제 1 베이스 부재(411)의 열팽창 및 열수축을 제 2 베이스 부재(412)의 상면 모든 영역에서 구속함에 따라 제 1 베이스 부재(411)의 부피 변화를 최소화시킨다.

상기와 같이 다양한 실시예에 따라 구비되는 소자 패키지(100, 200, 300, 400)는 소자(10)의 작동시에 소자(10)에서 고열이 발생하면 열전도율이 좋은 메탈 베이스(110, 210, 310, 410)로 빠르게 전도되어 효과적으로 방출된다. 이와 같이 메탈 베이스(110, 210, 310, 410)에 고열이 전도되더라도 메탈 베이스(110, 210, 310, 410)는 제 1 베이스 부재(111, 211, 311, 411)가 열팽창된 상태에서 열팽창 및 열수축이 제 2 베이스 부재(112, 212, 312, 412)에 의해 구속된 상태이기 때문에 부피변화가 거의 일어나지 않는다. 이에 따라 소자(10)와 메탈 베이스(110, 210, 310, 410)의 결합상태가 항상 양호하게 유지될 수 있는 것이다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10: 소자
110, 210, 310, 410: 메탈 베이스
111, 211, 311, 411: 제 1 베이스 부재
112, 212, 312, 412: 제 2 베이스 부재
120, 220, 320, 420: 절연체
130, 230, 330, 430: 리드프레임

Claims

적어도 하나 이상의 소자가 실장되는 메탈 베이스로서,
상기 소자가 실장되는 실장부가 일면에 형성되는 제 1 베이스 부재와;
상기 제 1 베이스 부재보다 낮은 열팽창계수를 갖고, 상기 제 1 베이스 부재의 타면에 접합되어 상기 제 1 베이스 부재의 열수축 및 열팽창을 구속하는 제 2 베이스 부재를 포함하는 메탈 베이스.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재의 하면 가장자리에는 상기 제 2 베이스 부재가 접합되는 오목형상의 접합부가 형성되고,
상기 제 2 베이스 부재는 상기 접합부의 형상에 대응되는 링의 형상인 메탈 베이스.
청구항 2에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재는
상기 실장부가 형성되는 상부판과;
상기 상부판과 대응되는 형상으로 상기 상부판보다 작은 사이즈로 마련되고, 상기 상부판의 하면 중심에 접합되는 하부판을 포함하는 메탈 베이스.
청구항 1에 있어서,
상기 제 2 베이스 부재는 상기 제 1 베이스 부재의 타면 전체에 접합되는 메탈 베이스.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재가 열팽창된 상태에서 상기 제 2 베이스 부재와 접합시켜 구비하는 메탈 베이스.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재는 구리(Cu) 또는 구리(Cu)합금이고,
상기 제 2 베이스 부재는 Fe-Ni합금, 코바(Kovar), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴(Mo)합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐(W)합금 중 어느 하나 또는 그 합금 또는 세라믹 재료인 메탈 베이스.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재의 일면에는 상기 실장부를 제외한 영역에 접합되는 적어도 하나 이상의 절연체를 포함하고,
상기 제 1 베이스 부재가 열팽창된 상태에서 상기 제 2 베이스 부재 및 절연체와 접합시켜 구비하는 메탈 베이스.
작동시 열을 방출하는 소자가 실장되는 소자 패키지로서,
일면에 상기 소자가 실장되는 실장부를 갖는 메탈 베이스와;
상기 메탈 베이스의 일면 중 상기 실장부를 제외한 영역에 접합되는 적어도 하나 이상의 절연체와;
상기 절연체에 접합되어 상기 소자와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드프레임을 포함하고,
상기 메탈 베이스는
일면에 상기 실장부가 형성되는 제 1 베이스 부재와;
상기 제 1 베이스 부재보다 낮은 열팽창계수를 갖고, 상기 제 1 베이스 부재의 타면에 접합되는 제 2 베이스 부재를 포함하며,
상기 제 1 베이스 부재의 열수축 및 열팽창은 상기 제 2 베이스 부재 및 절연체 중 적어도 어느 하나에 의해 구속되는 소자 패키지.
청구항 8에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재의 타면 가장자리에는 상기 제 2 베이스 부재가 접합되는 오목형상의 접합부가 형성되고,
상기 제 2 베이스 부재는 상기 접합부의 형상에 대응되는 링의 형상인 소자 패키지.
청구항 9에 있어서,
상기 제 2 베이스 부재에는 외측방향으로 연장되는 적어도 하나의 연장부가 형성되고,
상기 연장부에는 체결부재의 체결을 위한 관통공이 형성되는 소자 패키지.
청구항 9에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재는
일면에 상기 실장부가 형성되는 상부판과;
상기 상부판과 대응되는 형상으로 상기 상부판보다 작은 사이즈로 마련되고, 상기 상부판의 타면 중심에 접합되는 하부판을 포함하는 소자 패키지.
청구항 8에 있어서,
상기 제 2 베이스 부재는 상기 제 1 베이스 부재의 타면 전체에 접합되는 소자 패키지.
청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메탈 베이스는 상기 제 1 베이스 부재가 열팽창된 상태에서 상기 제 2 베이스 부재 및 절연체와 접합시켜 구비하는 소자 패키지.
청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 베이스 부재의 두께는 상기 제 1 베이스 부재 두께의 5 ~ 70% 인 소자 패키지.
청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재는 구리(Cu) 또는 구리(Cu)합금이고,
상기 제 2 베이스 부재는 Fe-Ni합금, 코바(Kovar), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴(Mo)합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐(W)합금 중 어느 하나 또는 그 합금 또는 세라믹 재료인 소자 패키지.
소자가 실장되는 메탈 베이스를 제조하는 방법으로서,
일면에 상기 소자가 실장되는 실장부를 갖는 제 1 베이스 부재를 준비하는 과정과;
상기 제 1 베이스 부재보다 낮은 열팽창계수를 갖는 재료를 사용하여 제 2 베이스 부재를 준비하는 과정과;
상기 제 1 베이스 부재 및 제 2 베이스 부재를 가열하여 열팽창시키는 과정과;
상기 가열된 제 1 베이스 부재의 타면에 가열된 상기 제 2 베이스 부재를 접합하는 과정과;
상기 제 2 베이스 부재가 상기 제 1 베이스 부재의 열수축이 억제되도록 하면서 제 1 베이스 부재 및 제 2 베이스 부재를 냉각시키는 과정을 포함하는 메탈 베이스 제조 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 제 1 베이스 부재를 가열하여 열팽창시키는 과정에서 상기 제 1 베이스 부재는 400 ~ 900℃로 가열하는 메탈 베이스 제조 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 가열된 제 1 베이스 부재의 타면에 가열된 상기 제 2 베이스 부재를 접합하는 과정에서, 상기 제 1 베이스 부재와 제 2 베이스 부재는 브레이징 접합방법으로 접합하는 메탈 베이스 제조 방법.
청구항 16에 있어서,
세라믹 재료로 절연체를 준비하는 과정을 포함하고,
상기 제 1 베이스 부재 및 제 2 베이스 부재를 가열하여 열팽창시키는 과정에서 상기 절연체로 함께 가열시키고,
상기 가열된 제 1 베이스 부재의 타면에 가열된 상기 제 2 베이스 부재를 접합하는 과정에서 상기 제 1 베이스 부재의 일면에 가열된 상기 절연체를 접합시키는 메탈 베이스 제조 방법.