KR20130006138A - 전력 모듈 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 모듈 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 메탈 재질로 이루어진 베이스기판; 베이스기판의 내부에 냉각물질이 흐를 수 있도록 형성된 냉각 채널; 베이스기판의 외면에 형성된 양극산화층; 양극산화층을 갖는 베이스기판의 제1 면에 형성된 회로 및 접속 패드를 포함하는 메탈층; 및 메탈층 상에 실장된 반도체 소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 모듈 패키지 및 그 제조방법{Power Module Package and Method for Manufacturing the same}
본 발명은 전력 모듈 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 에너지 사용량이 증가함에 따라, 제한된 에너지의 효율적인 사용에 지대한 관심이 집중되기 시작했다. 이에 따라, 기존 가전용, 산업용 제품에서 에너지의 효율적인 컨버젼(Conversion)을 위한 IPM(Intelligent Power Module)을 적용한 인버터의 채용이 가속화되고 있다.
이와 같은 전력 모듈의 확대 적용에 따라 시장의 요구는 더욱더 고집적화, 고용량화, 소형화되고 있으며, 이에 따른 전자 부품의 발열 문제에 대한 해결이 중요한 이슈로 떠오르게 되었다.
이에 따라, 전력 모듈의 효율 증가와 고신뢰성 확보를 위해 발열 문제를 해결하기 위한 방안으로 전력 모듈과 워터 쿨링 시스템을 별도로 제작하여 결합하는 구조를 반영하고 있는 실정이다.
그러나, 상술한 구조는 전력 모듈과 워터 쿨링 시스템 각각에 대한 제작 단가가 높고, 별도의 장치가 결합하는 형태로 효율적인 방열 효과를 기대하기가 어렵다는 문제점이 발생하고 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 전력 모듈과 냉각물질이 흐를 수 있도록 하는 히트싱크의 일체화를 통해 방열 효율을 향상시키기 위한 전력 모듈 패키지 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 전력 모듈 패키지는, 메탈 재질로 이루어진 베이스기판;
상기 베이스기판의 내부에 냉각물질이 흐를 수 있도록 형성된 냉각 채널;
상기 베이스기판의 외면에 형성된 양극산화층;
상기 양극산화층을 갖는 베이스기판의 제1 면에 형성된 회로 및 접속 패드를 포함하는 메탈층; 및
상기 메탈층 상에 실장된 반도체 소자;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은, 상기 베이스기판의 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은, 상기 베이스기판의 두께 방향 단면이 원형 또는 다각형 형태일 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은,
냉각물질이 유입되는 유입부;
상기 유입부와 연결되어 유입된 상기 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
상기 경로부가 복수의 경로를 포함하는 경우, 상기 복수의 경로가 상기 유입부 및 상기 유출부를 기준으로 대칭 방사형일 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은,
냉각물질이 유입되는 유입부;
상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
상기 냉각물질이 경유하는 방향을 기준으로 상기 경로부의 너비가 상기 유입부 및 상기 유출부의 너비보다 클 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은, 다수의 굴곡이 형성된 파이프 형태일 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은,
냉각물질이 유입되는 유입부;
상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
상기 경로부가 복수의 경로를 포함하는 경우, 상기 반도체 소자의 발열량에 비례하게 상기 경로를 형성하고, 형성된 상기 경로를 상기 반도체 소자의 실장 영역 하부에 배치할 수 있다.
또한, 상기 메탈층 상에 형성되는 리드 프레임; 및
상기 반도체 소자 간 또는 상기 반도체 소자와 상기 리드 프레임 간의 전기적 연결을 위한 와이어;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스기판의 상부 및 측면을 감싸도록 형성된 몰딩;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스기판은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
다른 본 발명의 전력 모듈 패키지의 제조방법은, 메탈 재질로 이루어진 제1 및 제2 플레이트를 준비하는 단계;
상기 제1 및 제2 플레이트의 일면을 제외한 면에 양극산화층을 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 플레이트 둘 모두 또는 둘 중 하나의 일면으로부터 내측 방향으로 홈 형태의 냉각 채널을 형성하는 단계;
상기 제1 플레이트 타면의 양극산화층 상에 회로 및 접속 패드를 포함하는 메탈층을 형성하는 단계;
상기 메탈층 상에 반도체 소자를 실장하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 플레이트를 접합하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
상기 냉각 채널은 상기 제1 및 제2 플레이트가 접합된 상태인 베이스기판의 두께 방향을 기준으로 중앙에 위치하도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
상기 냉각 채널은 상기 제1 및 제2 플레이트가 접합된 상태인 베이스기판의 두께 방향의 단면을 원형 또는 다각형으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은,
냉각물질이 유입되는 유입부;
상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
상기 경로부가 복수의 경로를 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 플레이트가 접합된 후, 상기 복수의 경로가 상기 유입부 및 상기 유출부를 기준으로 대칭 방사형이 되도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은,
냉각물질이 유입되는 유입부;
상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
상기 제1 및 제2 플레이트가 접합된 후, 상기 경로부의 냉각물질이 경유하는 방향의 너비가 상기 유입부 및 상기 유출부의 너비보다 크도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
제1 및 제2 플레이트가 접합된 후, 상기 냉각 채널이 다수의 굴곡을 갖는 파이프 형태가 되도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 냉각 채널은,
냉각물질이 유입되는 유입부;
상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
상기 경로부가 복수의 경로를 포함하는 경우, 상기 반도체 소자의 발열량에 비례하게 상기 경로를 형성하고, 형성된 상기 경로를 상기 반도체 소자의 실장 영역 하부에 배치할 수 있다.
또한, 상기 반도체 소자를 실장하는 단계 이후, 상기 제1 및 제2 플레이트를 접합하는 단계 이전에,
상기 메탈층 상에 리드 프레임을 형성하는 단계; 및
상기 반도체 소자 간 또는 상기 반도체 소자와 상기 리드 프레임 간의 전기적 연결을 위한 와이어를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 와이어를 형성하는 단계 이후,
상기 베이스 기판의 상부 및 측면을 감싸도록 몰딩을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 접합하는 단계에서,
상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 애노딕 본딩(Anodic Bonding), 오가닉 접착(Organic Adhesive) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 통해 접합할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 전력 모듈 패키지 및 그 제조방법은, 반도체 소자가 실장되는 방열 특성이 우수한 양극산화층을 갖는 메탈 재질의 베이스기판에 냉각 채널을 형성하여 전력 모듈과 히트 싱크를 일체화함에 따라, 베이스기판으로 인한 방열 효과와 냉각 채널에 의한 방열 효과를 동시에 얻을 수 있어, 반도체 소자로부터 발생하는 열을 보다 효율적으로 전달하여 방열 특성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 제품의 신뢰성을 증대시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 베이스기판과 히트 싱크를 일체화함에 따라 전력 모듈 패키지의 사이즈 감소 및 제작 단가를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이에 더하여, 본 발명은 냉각 채널의 디자인을 자유롭게 구현하는 것이 가능하기 때문에, 전력 모듈 패키지에 실장되는 반도체 소자의 특성 및 용도에 따라 냉각 채널의 경로를 집중 배치하거나, 면적을 조절하여 고발열의 반도체 소자로부터의 열을 효율적으로 방출시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면,
도 4 내지 도 9는 본 발명에 의한 냉각 채널의 다양한 구성을 설명하기 위한 평면도,
도 10 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
전력 모듈 패키지
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도 2 및 도 3과 본 발명에 의한 냉각 채널의 다양한 구성을 설명하기 위한 평면도 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 전력 모듈 패키지(100)는 메탈 재질로 이루진 베이스기판(110), 베이스기판(110)의 내부에 냉각물질이 흐를 수 있도록 형성된 냉각 채널(200), 베이스기판(110)의 외면에 형성된 양극산화층(120), 양극산화층(120)을 갖는 베이스기판(110)의 제1 면에 형성된 회로 및 접속 패드를 포함하는 메탈층(130) 및 메탈층(130) 상에 실장된 반도체 소자(140)를 포함한다.
이때, 베이스기판(110)은 열전도도가 우수한 알루미늄으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 양극산화층(120)은 알루미늄 옥사이드(Aluminum Oxide) 절연층일 수 있다. 이때, 알루미늄 옥사이드 절연층은 우수한 열전도도(예를 들어, 7 내지 20W/m·K)를 가지며, 동시에 높은 절연 특성(예를 들어, 25V/㎛)으로 인해 모듈의 높은 방열 특성과 전기적으로 브레이크다운(Breakdown) 특성을 보장할 수 있다.
또한, 냉각물질은 물(Water), 냉매 등과 같이 냉각 채널(200)을 통해 이동하면서 전력 모듈 패키지(100)의 방열특성을 제공할 수 있는 물질이라면 모두 가능하다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 냉각 채널(200)은 베이스기판(110)의 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, '중앙'이라 함은 베이스 기판(110) 내부에서 상부 및 하부로부터 동일하게 이격되는 위치를 의미하는 것으로 정의하기로 한다.
제1 실시예 내지 제3 실시예의 도 1 내지 도 3에서 도시하는 바와 같이, 냉각 채널(200)은 베이스기판(110)의 두께 방향 단면이 원형 또는 다각형 형태일 수 있다.
한편, 도 4 내지 도 6에서 도시하는 바와 같이, 냉각 채널(200)은 냉각물질이 유입되는 유입부(201), 유입부(201)와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부(203) 및 경로부(203)와 연결되어 냉각물질이 유출되는 유출부(205)를 포함한다.
도 4에서 도시하는 바와 같이, 냉각 채널(200)의 경로부(203)가 복수의 경로를 포함하는 경우, 복수의 경로가 유입부(201) 및 유출부(205)를 기준으로 대칭 방사형일 수 있다.
예를 들어, 도 4의 B 영역에 형성된 복수의 경로 양측이 유입부(201) 및 유출부(205)에 각각 연결된 상태에서, 유입부(201)와 유출부(205)를 기준으로 방사형으로 형성되는 것이다.
또한, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 냉각물질이 경유하는 방향을 기준으로 B영역의 경로부(203)의 너비가 유입부(201) 및 유출부(205)의 너비보다 클 수 있다.
또한, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 냉각 채널(200)은 다수의 굴곡이 형성된 파이프 형태일 수 있다.
다른 한편, 경로부(203)가 복수의 경로를 포함하는 경우, 반도체 소자(140)의 발열량에 비례하게 경로를 형성하고, 형성된 경로를 반도체 소자(140)의 실장 영역 하부에 배치할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 발열이 예상되는 반도체 소자(140)의 실장 영역 하부에 경로부(203)의 경로를 다수 개 형성하되, 반도체 소자(140) 중에도 고발열의 전력 소자(141) 하부에 형성될 경로의 수를 전력 소자(141)에 비해 발열이 작은 제어 소자(143) 하부에 형성될 경로의 수 보다 많게 형성하는 것이다.
이로 인해, 발열량이 큰 반도체 소자(140)에 대한 방열 특성이 향상되며, 이에 더하여 상대적으로 고발열의 전력 소자(141)로부터의 열도 원활하게 전달되어 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
또한, 고발열의 전력 소자(141)에 더 많은 수의 경로를 형성함에 따라, 전력 소자(141)로부터의 발열이 제어 소자(143)에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
예를 들어, 전력 소자(141)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 다이오드(Diode) 등이며, 제어 소자(143)는 제어 IC(Control Integrated Circuit) 등을 포함할 수 있다.
또한, 경로부(203)의 너비를 반도체 소자(104)의 발열량에 비례하게 형성하는 것도 가능하다.
예를 들어, 도 8에서 도시하는 바와 같이, 반도체 소자(104)가 실장되는 영역의 경로부(203)의 너비를 다른 영역(예를 들어, 반도체 소자가 실장되지 않은 영역)에 비해 크게 형성하고, 이에 더하여, 고발열이 예상되는 전력 소자(141)의 실장영역에 형성되는 경로부(203)의 너비를 전력 소자(141)에 비해 저발열이 예상되는 제어 소자(143)의 실장영역에 형성되는 경로부(203)의 너비에 비해 크게 형성한다.
또한, 냉각 채널(200)은 반도체 소자의 발열량에 따라 도 9에서 도시하는 바와 같이 경로부(203)가 집중되게 형성하는 것도 가능하다.
예를 들어, 도 6과 같은 냉각 채널(200)을 반도체 소자의 발열량에 따라 전력 소자(141) 하부 및 제어 소자(143) 하부에 다수의 경로부(203)가 형성될 수 있도록 하고, 이에 더하여, 제어 소자(143)에 비해 고발열이 예상되는 전력 소자(141) 하부에 경로부(203)가 더 집중 배치될 수 있도록 형성하는 것이다.
상술한 도 8 및 도 9의 냉각 채널(200)은 전력 소자(141)로부터의 발열이 제어 소자(143)까지 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 전력 모듈 패키지(100)는 메탈층(130) 상에 형성되는 리드 프레임(150) 및 반도체 소자(140) 간 또는 반도체 소자(140)와 리드 프레임(150) 간의 전기적 연결을 위한 와이어(160)를 더 포함할 수 있다.
이에 더하여, 전력 모듈 패키지(100)는 베이스기판(110)의 상부 및 측면을 감싸도록 형성된 몰딩(170)을 더 포함할 수 있다.
이때, 몰딩(170)은 방열 효율 특성을 위해 베이스기판(110)의 하부면은 노출되는 형태로 형성된다.
전력 모듈 패키지의 제조방법
도 10 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도로서, 도 4 내지 도 9의 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 10 (a) 및 도 10 (b)에서 도시하는 바와 같이, 메탈 재질로 이루어진 제1 및 제2 플레이트(111, 113)를 준비한다.
이어서, 제1 및 제2 플레이트(111, 113)의 일면을 제외한 면에 양극산화층(121, 123)을 형성한다.
예를 들어, 도 10(a) 및 도 10(b)에서 도시하는 바와 같이, 제1 및 제2 플레이트(111, 113)가 서로 접합되는 면을 제외한 3면에 양극산화층(121, 123)을 형성하는 것이다.
또한, 양극산화층(121, 123)은 양극 산화법을 통해 Al2O3 산화막을 용도에 따라 20㎛ 내지 500㎛로 형성할 수 있다.
다음, 도 11 (a) 및 도 11 (b)에서 도시하는 바와 같이, 제1 및 제2 플레이트(111, 113) 둘 모두 또는 둘 중 하나의 일면으로부터 내측 방향으로 홈 형태의 냉각 채널(200)을 형성한다.
이때, 냉각 채널(200)은 화학 및 전기화학에칭, 기계적 가공(Routing, V-cut) 등을 통해 형성될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 플레이트(111, 113) 모두에 냉각 채널(200)이 형성된 경우, 제1 및 제2 플레이트(111, 113)가 서로 접합된 이후 제1 및 제2 플레이트(111, 113)에 형성된 냉각 채널(200)이 하나의 냉각 채널(200) 형태로 이루어져야 하기 때문에, 제1 및 제2 플레이트(111, 113)의 서로 대응되는 영역에 냉각 채널(200)을 형성한다.
만약, 제1 및 제2 플레이트(111, 1113) 중 어느 하나에만 냉각 채널(200)을 형성하는 경우, 상술한 사항을 고려하지 않아도 된다.
또한, 냉각 채널(200)은 제1 및 제2 플레이트(111, 113)가 접합된 상태인 베이스기판(110)의 두께 방향을 기준으로 중앙에 위치하도록 형성할 수 있다.
또한, 냉각 채널(200)은 제1 및 제2 플레이트(111, 113)가 접합된 상태인 베이스기판(110)의 두께 방향의 단면이 원형 및 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다.
다음, 도 12에서 도시하는 바와 같이, 제1 플레이트(111) 타면의 양극산화층(121) 상에 회로 및 접속 패드를 포함하는 메탈층(130)을 형성한다.
이때, 메탈층(130)은 건식 스퍼터링(Sputtering) 또는 습식 무전해 및 전해 도금을 통해 메탈 시드층을 형성한 뒤, 습식 화학 도금 및 전해 도금 또는 리프트 오프(Lift-off)법을 사용하여 접속 패드 및 회로를 형성한다.
상기 메탈 시드층은 Cu, Cu/Ni, Cu/Ti, Au/Pt/Ni/Cu, Au/Pt/Ni/Cu/Ti 및 이들의 조합 중 어느 하나의 구조일 수 있다. 상기 "/"은 및의 의미로 정의하기로 한다.
다음, 도 13에서 도시하는 바와 같이, 메탈층(130) 상에 반도체 소자(140)를 실장한다.
여기에서, 반도체 소자(140)를 메탈층(130)에 실장하기 위한 접합제로는 솔더(Solder), 오가닉 레진(Organic Resin) 등을 사용할 수 있다.
다음, 도 14에서 도시하는 바와 같이, 메탈층(130) 상에 리드 프레임(150)을 형성한다.
이때, 메탈층(130) 중 반도체 소자(140)가 실장되지 않은 메탈층(130) 상에 리드 프레임(150)을 형성한다.
여기에서, 리드 프레임(150)을 메탈층(130)에 실장하기 위한 접합제로는 솔더(Solder), 오가닉 레진(Organic Resin) 등을 사용할 수 있다.
다음, 도 14에서 도시하는 바와 같이, 반도체 소자(140) 간 또는 반도체 소자(140)와 리드 프레임(150) 간의 전기적 연결을 위한 와이어(160)를 형성한다.
다음, 도 15에서 도시하는 바와 같이, 베이스 기판(110)의 상부 및 측면을 감싸도록 몰딩을 형성한다.
보다 상세히 설명하면, 제1 플레이트(111) 상부에 배치된 메탈층(130), 반도체 소자(140), 와이어(160) 및 측면을 모두 덮고, 리드 프레임(150)의 일측을 덮는 형태로 몰딩을 형성하는 것이다.
한편, 몰딩(170)을 제1 플레이트(111)의 측면뿐만 아니라 제2 플레이트(113)의 측면에도 형성하는 것이 가능하며, 이때는 몰딩(170)을 형성하기 이전에 제1 플레이트(111)와 제2 플레이트(113)의 접합 단계를 우선적으로 수행한다.
즉, 몰딩(170)은 운용자의 필요에 따라 그 형상을 변형하는 것이 가능하다는 것이다.
이때, 제1 플레이트(111)와 제2 플레이트(113)가 접합된 상태인 베이스기판(110)에서 하부면은 몰딩이 덮이지 않고 노출되는 형태로 한다. 이는, 반도체 소자(140)로부터 발생된 열을 외부로 원활하게 방출시키기 위한 것이다.
다음, 도 16에서 도시하는 바와 같이, 제1 및 제2 플레이트(111, 113)를 접합한다.
이때, 제1 플레이트(111) 및 제2 플레이트(113)를 애노딕 본딩(Anodic Bonding), 오가닉 접착(Organic Adhesive) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 통해 접합한다.
한편, 냉각 채널(200)은 냉각물질이 유입되는 유입부(201), 유입부(201)와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부(203) 및 경로부(203)와 연결되어 냉각물질이 유출되는 유출부(205)를 포함한다.
도 4에서 도시하는 바와 같이, 냉각 채널(200)의 경로부(203)가 복수의 경로를 포함하는 경우, 복수의 경로가 유입부(201) 및 유출부(205)를 기준으로 대칭 방사형일 수 있다.
예를 들어, 도 4의 B 영역에 형성된 복수의 경로 양측이 유입부(201) 및 유출부(205)에 각각 연결된 상태에서, 유입부(201)와 유출부(205)를 기준으로 방사형으로 형성되는 것이다.
또한, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 냉각물질이 경유하는 방향을 기준으로 B영역의 경로부(203)의 너비가 유입부(201) 및 유출부(205)의 너비보다 클 수 있다.
또한, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 냉각 채널(200)은 다수의 굴곡이 형성된 파이프 형태일 수 있다.
다른 한편, 경로부(203)가 복수의 경로를 포함하는 경우, 반도체 소자(140)의 발열량에 비례하게 경로를 형성하고, 형성된 경로를 반도체 소자(140)의 실장 영역 하부에 배치할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 발열이 예상되는 반도체 소자(140)의 실장 영역 하부에 경로부(203)의 경로를 다수 개 형성하되, 반도체 소자(140) 중에도 고발열의 전력 소자(141) 하부에 형성될 경로의 수를 전력 소자(141)에 비해 발열이 작은 제어 소자(143) 하부에 형성될 경로의 수 보다 많게 형성하는 것이다.
이로 인해, 발열량이 큰 반도체 소자(140)에 대한 방열 특성이 향상되며, 이에 더하여 상대적으로 고발열의 전력 소자(141)로부터의 열도 원활하게 전달되어 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전력 모듈 패키지 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 전력 모듈 패키지 110 : 베이스기판
111 : 제1 플레이트 113 : 제2 플레이트
120 : 양극산화층 121 : 제1 양극산화층
123 : 제2 양극산화층 130 : 메탈층
140 : 반도체 소자 141 : 전력 소자
143 : 제어 소자 150 : 리드 프레임
160 : 와이어 170 : 몰딩
200 : 냉각 채널 201 : 유입부
203 : 경로부 205 : 유출부

Claims (20)

  1. 메탈 재질로 이루어진 베이스기판;
    상기 베이스기판의 내부에 냉각물질이 흐를 수 있도록 형성된 냉각 채널;
    상기 베이스기판의 외면에 형성된 양극산화층;
    상기 양극산화층을 갖는 베이스기판의 제1 면에 형성된 회로 및 접속 패드를 포함하는 메탈층; 및
    상기 메탈층 상에 실장된 반도체 소자;
    를 포함하는 전력 모듈 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 채널은, 상기 베이스기판의 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성되는 전력 모듈 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 채널은, 상기 베이스기판의 두께 방향 단면이 원형 또는 다각형 형태인 전력 모듈 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 채널은,
    냉각물질이 유입되는 유입부;
    상기 유입부와 연결되어 유입된 상기 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
    상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
    상기 경로부가 복수의 경로를 포함하는 경우, 상기 복수의 경로가 상기 유입부 및 상기 유출부를 기준으로 대칭 방사형인 전력 모듈 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 채널은,
    냉각물질이 유입되는 유입부;
    상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
    상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
    상기 냉각물질이 경유하는 방향을 기준으로 상기 경로부의 너비가 상기 유입부 및 상기 유출부의 너비보다 큰 전력 모듈 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 채널은, 다수의 굴곡이 형성된 파이프 형태인 전력 모듈 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 채널은,
    냉각물질이 유입되는 유입부;
    상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
    상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
    상기 경로부가 복수의 경로를 포함하는 경우, 상기 반도체 소자의 발열량에 비례하게 상기 경로를 형성하고, 형성된 상기 경로를 상기 반도체 소자의 실장 영역 하부에 배치하는 전력 모듈 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메탈층 상에 형성되는 리드 프레임; 및
    상기 반도체 소자 간 또는 상기 반도체 소자와 상기 리드 프레임 간의 전기적 연결을 위한 와이어;
    를 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베이스기판의 상부 및 측면을 감싸도록 형성된 몰딩;
    을 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스기판은 알루미늄으로 이루어진 전력 모듈 패키지.
  11. 메탈 재질로 이루어진 제1 및 제2 플레이트를 준비하는 단계;
    상기 제1 및 제2 플레이트의 일면을 제외한 면에 양극산화층을 형성하는 단계;
    상기 제1 및 제2 플레이트 둘 모두 또는 둘 중 하나의 일면으로부터 내측 방향으로 홈 형태의 냉각 채널을 형성하는 단계;
    상기 제1 플레이트 타면의 양극산화층 상에 회로 및 접속 패드를 포함하는 메탈층을 형성하는 단계;
    상기 메탈층 상에 반도체 소자를 실장하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 플레이트를 접합하는 단계;
    를 포함하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
    상기 냉각 채널은 상기 제1 및 제2 플레이트가 접합된 상태인 베이스기판의 두께 방향을 기준으로 중앙에 위치하도록 형성하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
    상기 냉각 채널은 상기 제1 및 제2 플레이트가 접합된 상태인 베이스기판의 두께 방향의 단면을 원형 또는 다각형으로 형성하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 채널은,
    냉각물질이 유입되는 유입부;
    상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
    상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
    상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
    상기 경로부가 복수의 경로를 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 플레이트가 접합된 후, 상기 복수의 경로가 상기 유입부 및 상기 유출부를 기준으로 대칭 방사형이 되도록 형성하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 채널은,
    냉각물질이 유입되는 유입부;
    상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
    상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
    상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
    상기 제1 및 제2 플레이트가 접합된 후, 상기 경로부의 냉각물질이 경유하는 방향의 너비가 상기 유입부 및 상기 유출부의 너비보다 크도록 형성하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
    제1 및 제2 플레이트가 접합된 후, 상기 냉각 채널이 다수의 굴곡을 갖는 파이프 형태가 되도록 형성하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 채널은,
    냉각물질이 유입되는 유입부;
    상기 유입부와 연결되어 유입된 냉각물질이 경유하는 경로부; 및
    상기 경로부와 연결되어 상기 냉각물질이 유출되는 유출부;를 포함하며,
    상기 냉각 채널을 형성하는 단계에서,
    상기 경로부가 복수의 경로를 포함하는 경우, 상기 반도체 소자의 발열량에 비례하게 상기 경로를 형성하고, 형성된 상기 경로를 상기 반도체 소자의 실장 영역 하부에 배치하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 반도체 소자를 실장하는 단계 이후, 상기 제1 및 제2 플레이트를 접합하는 단계 이전에,
    상기 메탈층 상에 리드 프레임을 형성하는 단계; 및
    상기 반도체 소자 간 또는 상기 반도체 소자와 상기 리드 프레임 간의 전기적 연결을 위한 와이어를 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 와이어를 형성하는 단계 이후,
    상기 베이스 기판의 상부 및 측면을 감싸도록 몰딩을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 접합하는 단계에서,
    상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 애노딕 본딩(Anodic Bonding), 오가닉 접착(Organic Adhesive) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 통해 접합하는 전력 모듈 패키지의 제조방법.
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