KR20170102814A - 전력 반도체 패키지 및 그 응용 분야 - Google Patents

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Abstract

전력 반도체 패키지는 기준 전압 단자, 인가 전압 단자, 위상 단자, 제 1 전력 트랜지스터 및 제 2 전력 트랜지스터를 포함한다. 제 1 전력 트랜지스터 및 제 2 전력 트랜지스터는 직렬로 접속되어서, 하프 브리지 회로의 로우 측 스위치 및 하이 측 스위치를 형성한다.

Description

전력 트랜지스터 패키지 및 그 응용 분야{POWER SEMICONDUCTOR PACKAGE AND APPLICATIONS THEREOF}
본 개시는 전반적으로 반도체 장치에 관한 것이다. 상세하게는 본 개시는 전력 반도체 패키지 및 그 응용 분야에 관한 것이다.
전력 반도체 패키지는 예컨대, 차량용 전자 기기와 같은 다양한 기술 분야 및 응용 분야에 적용될 수 있다. 차량용 전자 컴포넌트가 동작하는 동안, 손실이 발생할 수 있고, 이는 자동차의 연료 소비 및 배기 가스의 불필요한 증가를 유발한다. 전력 반도체 및 이들의 패키지는 지속적으로 개선되어야 한다. 특히, 연료 소비 및 배기 가스를 감소시키기 위해서 차량용 전자 컴포넌트의 효율을 개선하는 것이 바람직하다.
본 발명의 여러 측면을 이해할 수 있도록 첨부 도면이 포함되어 있으며, 도면은 본 명세서에 포함되어서 그 일부를 이루고 있다. 도면은 본 발명의 여러 측면을 나타내는 것으로, 상세한 설명과 함께 이 측면의 원리를 설명하는 역할을 한다. 이러한 측면들에서 의도하는 많은 이점 및 그 외의 측면은 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면의 구성 요소는 상대적인 실제 축적으로 도시된 것은 아니다. 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 가리킨다.
도 1은 본 개시에 따른 전력 반도체 패키지(100)를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 개시에 따른 회로(200)를 개략적으로 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 회로(300)를 개략적으로 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 장치(400)의 개략 단면도,
도 5는 본 개시에 따른 장치(500)의 개략 단면도,
도 6은 프레스-피트 패키지의 형태의, 본 개시에 따른 장치(600)의 개략 단면도,
도 7은 다상 정류기를 포함하는 회로(700)의 개략도,
도 8은 다상 정류기를 포함하는 회로(800)의 개략도로서, 다상 정류기는 본 개시에 따른 전력 반도체 패키지를 포함하고 있다.
이하의 상세한 설명에서는 첨부된 도면을 참조하며, 여기에는 본 개시가 실시될 수 있는 특정한 측면이 예로서 도시되어 있다. 여기서 '위', '바닥', '앞', '뒤' 등과 같은 방향 표현은 도시되어 있는 도면의 방향을 기준으로 해서 사용될 수 있다. 설명되는 장치의 컴포넌트가 여러 가지 상이한 방향으로 위치될 수 있으므로, 이러한 방향 표현은 예시적으로 사용되는 것으로 한정의 의미가 아니다. 본 개시의 사상으로부터 벗어남없이, 다른 측면이 사용될 수도 있고 구조나 논리적인 변경도 가능하다. 따라서, 이하 상세한 설명은 한정의 개념이 아니며, 본 개시의 사상은 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '접속', '연결', '전기적으로 접속' 및/또는 '전기적으로 연결'은, 구성 요소가 서로 직접 접속 혹은 연결되어야 하는 것을 의미하는 것은 아니다. '접속', '연결', '전기적으로 접속' 또는 '전기적으로 연결'되는 구성 요소 사이에 중간 구성 요소가 삽입될 수도 있다.
또한, 물질층이 대상의 표면 '위에' 형성 혹은 위치되는 것과 관련해서 사용되는 용어 '위에'란, 그 물질층이 의도하는 표면에 '직접적으로 위에', 예컨대 직접적으로 접촉하도록 위치(예컨대, 형성, 배치 등)될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 물질층이 표면 '위에' 형성 혹은 위치되는 것과 관련해서 사용되는 용어 '위에'란, 그 물질층이 의도하는 표면에 '간접적으로 위에', 예컨대 의도하는 표면과 물질층 사이에 하나 이상의 추가 층이 배치되어서 위치(예컨대, 형성, 배치 등)될 수 있다는 것도 의미한다.
이하, 장치 및 장치의 제조 방법이 개시된다. 개시된 장치와 관련해서 행해지는 설명은 이에 대응하는 방법에 대해서도 유효하며, 그 반대도 마찬가지이다. 예컨대, 장치의 특정한 컴포넌트에 대해서 설명되었다면, 이 장치를 제조하는 대응하는 방법은 그 컴포넌트를 적절한 방식으로 제공하는 단계를, 명시적으로 설명되지 않았거나 도면에 도시되지 않았다고 해도, 포함할 수 있다. 나아가, 본 명세서에 설명되는 다양한 예시적인 측면의 특징은, 별도로 언급되지 않는 한, 서로 결합될 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치는 하나 이상의 반도체 칩을 포함할 수 있다. 일반적으로, 반도체 칩은 집적 회로, 수동형 전자 컴포넌트, 능동형 전자 컴포넌트 등을 포함할 수 있다. 집적 회로는 로직 집적 회로, 아날로그 집적 회로, 믹스 신호 집적 회로, 전력 집적 회로 등이 될 수 있다. 이 반도체 칩은 반드시 특정 반도체 물질로 제조되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 절연체, 플라스틱, 금속 등과 같이, 반도체가 아닌 무기 물질 및/또는 유기 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 반도체 칩은 예컨대, Si 등과 같은 원소 반도체 물질로 제조될 수 있다. 다른 예에서, 반도체 칩은 예컨대, GaN, SiC, SiGe, GaAs 등과 같은 합성 반도체 물질로 제조될 수도 있다.
예컨대, 반도체 칩은 전력 반도체를 포함할 수 있다. 일반적으로, 전력 반도체 칩은 다이오드, 전력 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors), JFET(Junction Gate Field Effect Transistors), HEMT(High Electron Mobility Transistors), 슈퍼 정션 장치, 전력 바이폴라 트랜지스터 등으로 구성될 수 있다. 첫번째 경우에, 전력 반도체 칩은 세로 구조를 가질 수 있으며 즉, 반도체 칩은, 전류가 실질적으로 그 주 표면에 수직인 방향으로 흐르도록 제조될 수 있다. 예컨대, 한쪽 주 표면에 전력 MOSFET의 게이트 전극 및 소스 전극이 배치되고, 다른쪽 주 표면에 전력 MOSFET의 드레인 전극이 배치될 수 있다. 두번째 경우에, 전력 반도체 칩은 가로 구조를 가질 수 있으며, 즉 반도체 칩은 전류가 실질적으로 그 주표면에 평행한 방향으로 흐르도록 제조될 수 있다. 예컨대, 전력 MOSFET의 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극이 전력 MOSFET의 하나의 주 표면 위에 배치될 수 있다.
다른 예로서, 반도체 칩은 본 개시에 따른 장치의 전자 컴포넌트를 제어(혹은 구동)하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 이러한 제어(혹은 구동) 반도체 칩은 하나 이상의 전력 반도체 칩의 집적 회로를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 회로는, 예컨대, 고전력 트랜지스터와 같이, 이 장치의 하나 이상의 전자 컴포넌트를 구동하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제어 회로 및 고전력 트랜지스터는 하나의 반도체 칩에 모놀리식하게 집적될 수 있다. 구동되는 컴포넌트는 전압 구동식이 될 수도 있고, 전류 구동식이 될 수도 있다. 한 경우에, 게이트 전극을 포함하는 컴포넌트를 구동하는 것은, 게이트 드라이버 회로에 의해 수행될 수 있다. 구동 처리는, 예컨대, 턴온 및 턴오프 스위칭 파형의 형태로, 다양한 전압을 게이트 전극에 인가하는 것을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치는 공급 전압 단자, 기준 전압 단자, 위상 단자와 같은 하나 이상의 전기 단자를 포함할 수 있다. 반도체 패키지의 전기 단자는 특히, 반도체 패키지의 내부에 포함 및 배치된 전자 구조체 및 전자 컴포넌트(예컨대, 반도체 칩)에 대한 반도체 패키지 외부로부터의 전기적인 접촉을 가능하게 한다. 이러한 단자는 특히 반도체 패키지의 주변에 위치될 수 있고, 따라서 반도체 패키지의 외부 단자를 나타낼 수도 있다. 따라서 이 단자는 노출되는 부분을 가져서, 반도체 패키지 외부로부터 액세스될 수 있게 된다. 여기서, 접촉 단자는, 반도체 패키지의 내부 구조의 일부가 될 수 있는 전기 단자와는 구별될 수 있다. 일례로, 단자(예컨대, 전력 공급 단자 혹은 위상 단자는 핀 혹은 리드를 포함하거나 이에 대응할 수 있다. 다른 예에서, 단자(예컨대 기준 단자)는 기초판(예컨대, 프레스-피트 패키지의 기초판)을 포함할 수도 있고 이에 대응할 수도 있다. 이 단자는 금속 및/또는 급속 합금, 특히 구리 및/또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 반도체 패키지는 그 (외부) 단자의 수에 기초해서 분류될 수 있다. 예컨대, 3단자 반도체 패키지는, 반도체 패키지의 외부로부터 액세스 가능한 단자를 정확하게 3개 가진 반도체 패키지에 대응할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 전력 반도체 패키지(100)를 개략적으로 나타내고 있다. 전력 반도체 패키지(100)는 본 개시의 일 측면을 질적으로 나타내기 위해서 전반적으로 도시되어 있다. 전력 반도체 패키지(100)는, 간략하게 하기 위해서 도시 생략한 다른 컴포넌트도 포함할 수 있다. 예컨대, 전력 반도체 패키지(100)는 본 개시에 따른 다른 장치의 하나 이상의 컴포넌트를 더 포함할 수 있다.
전력 반도체 패키지(100)는 기준 전압 단자(2)(VREF 참조), 공급 전압 단자(4)(VSUP 참조) 및 위상 단자(6)(PHASE 참조)를 포함할 수 있다. 상세하게, 단자(2, 4, 6) 각각은 전력 반도체 패키지(100)의 외부로부터 액세스 가능한 전력 반도체 패키지(100)의 외부 단자에 대응할 수 있다. 도 1에서, 전력 반도체 패키지(100)의 주변은 점선으로 표시되어 있다. 이와 같이, 전력 반도체 패키지(100)는 특히 3단자 패키지에 대응할 수 있다. 전력 반도체 패키지(100)는 또한 제 1 전력 트랜지스터(8) 및 제 2 전력 트랜지스터(10)를 더 포함할 수 있다. 제 1 전력 트랜지스터(8) 및 제 2 전력 트랜지스터(10)는 직렬로 접속될 수 있으며, 하프 브리지 회로의 로우측 스위치와 하이측 스위치를 형성할 수 있다.
이후 상세하게 설명하는 바와 같이, 전력 반도체 패키지(100)는 일례로 다상 정류기의 분기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 정류기가 동작하는 동안, 정류기의 분기에서 전압 강하가 발생할 수 있다. 정류기 분기가 다이오드를 이용해서 구현되는 경우에, 이러한 전압 강하의 값은 약 1V가 될 수 있다. 이와 달리, 분기가 본 개시에 따른 전력 반도체 컴포넌트에 기초해서 구현되는 경우에, 그 분기에서의 전압 강하는 약 0.2V의 값으로 감소될 수 있다. 본 개시에 따른 전력 반도체 컴포넌트를 포함하는 정류기의 특정예는 도 8과 관련해서 설명될 것이다.
도 2는 본 개시에 따른 회로(200)를 개략적으로 나타내고 있다. 회로(200)는 본 개시의 일 측면을 질적으로 나타내기 위해서 전반적으로 도시되어 있다. 회로(200)는, 간략하게 하기 위해서 도시 생략한 다른 컴포넌트도 포함할 수 있다. 예컨대, 회로(200)는 본 개시에 따른 다른 장치의 하나 이상의 컴포넌트를 더 포함할 수 있다.
회로(200)는 기준 전압 단자(2)(VREF 참조) 및 공급 전압 단자(4)(VSUP 참조)를 포함할 수 있다. 회로(200)는 또한 제 1 전력 트랜지스터(8) 및 제 2 전력 트랜지스터(10)를 더 포함할 수 있다. 제 1 전력 트랜지스터(8) 및 제 2 전력 트랜지스터(10)는 직렬로 접속될 수 있으며, 하프 브리지 회로의 로우측 스위치와 하이측 스위치를 형성할 수 있다. 회로(200)는 제 1 전력 트랜지스터(8)를 제어하도록 구성된 제 1 제어부(12)를 더 포함할 수 있고, 이 제 1 제어부(12)는 제 1 전력 트랜지스터(8)와 기준 전압 단자(2) 사이에 상호 접속될 수 있다. 나아가, 회로(200)는 제 2 전력 트랜지스터(10)를 제어하도록 구성된 제 2 제어부(14)를 포함할 수 있고, 제 2 제어부(14)는 제 2 전력 트랜지스터(10)와 공급 전압 단자(4) 사이에 상호 접속될 수 있다.
도 2의 예에서, 제 1 제어부(12)와 제 2 제어부(14) 각각은 회로(200)에서, 기준 전압 단자(2)에 인가되는 기준 전압과 공급 전압 단자(4)에 인가되는 공급 전압 사이의 전위차에 기초해서 전력을 공급받도록 구성되는 방식으로, 접속된다. 즉, 이 전위차는 제어부(12, 14)에 전력을 공급하는데 활용될 수 있다. 따라서, 제 1 제어부(12) 및 제 2 제어부(14)의 전력 공급부는 패키지 내부 전원과는 무관할 수 있다. 따라서, 회로(200)를 포함하는 전력 반도체 패키지는 제 1 제어부(12) 및 제 2 제어부(14)에 전력을 공급할 추가 전원을 포함하지 않아도 된다.
도 3은 본 개시에 따른 회로(300)를 개략적으로 나타내고 있다. 회로(300)는 회로(200)의 더 상세한 구현예로 볼 수 있으며, 따라서 이하 설명되는 회로(300)에 대한 세부 사항은 회로(200)에도 유사하게 적용될 수 있다. 회로(300)는 본 개시에 따른 전력 반도체 패키지 내에 포함될 수 있다. 이러한 전력 반도체 패키지는 예컨대 다상 정류기의 분기로서 동작하도록 구성될 수 있다.
회로(300)는 기준 전압 단자(2), 공급 전압 단자(4) 및 다상 단자(6)를 포함할 수 있다. 나아가, 회로(300)는 제 1 전력 트랜지스터(8), 제 2 전력 트랜지스터(10), 제 1 제어부(12) 및 제 2 제어부(14)를 포함할 수 있다. 제 1 전력 트랜지스터(8)와 제 1 제어부(12)가 제 1 반도체 칩(16)을 형성하고, 제 2 전력 트랜지스터(10)와 제 2 제어부(14)가 제 2 반도체 칩(18)을 형성할 수 있다. 상세하게, 제 1 전력 트랜지스터(8)와 제 1 제어부(12)는 제 1 반도체 칩(16)에 모놀리식하게 집적될 수 있고, 제 2 전력 트랜지스터(10)와 제 2 제어부(14)는 제 2 반도체 칩(18)에 모놀리식하게 집적될 수 있다.
도 3의 예에서, 공급 전압 단자(4)는 전력 공급부(도시 생략)에, 상세하게는 예컨대, 배터리와 같은 DC 전력 공급부의 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 기준 전압 단자(2)는 DC 전력 공급부의 추가 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 상세하게, 기준 전압 단자는 접지될 수 있다. 위상 단자(6)는 발전기(도시 생략)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1 전력 트랜지스터(8) 및 제 2 전력 트랜지스터(10) 각각은 전력 MOSFET에 대응할 수 있다. 여기서, 제 1 전력 트랜지스터(8) 및 제 2 전력 트랜지스터(10) 각각은 게이트 전극(G1, G2 참조), 소스 단자(S1, S2 참조) 및 드레인 전극(D1, D2 참조)를 포함할 수 있다. 제 1 전력 트랜지스터(8)의 드레인 전극(D1)은 공급 전압 단자(4)에 전기적으로 연결될 수 있고, 제 1 전력 트랜지스터(8)의 게이트 전극(G1)은 제 1 제어부(12)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 1 전력 트랜지스터(8)의 소스 전극(S1)은 제 2 전력 트랜지스터(10)의 드레인 전극(D2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제 2 전력 트랜지스터(10)의 게이트 전극(G2)은 제 2 제어부(14)에 전기적으로 연결될 수 있고, 제 2 전력 트랜지스터(10)의 소스 전극(S2)은 기준 전압 단자(2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제 1 전력 트랜지스터(8) 및 제 2 전력 트랜지스터(10)는 직렬로 접속될 수 있고, 여기서 위상 단자(6)는 제 1 전력 트랜지스터(8)의 소스 전극(S1)과 제 2 전력 트랜지스터(10)의 드레인 전극(D2) 사이에 상호 접속될 수 있다.
제 1 제어부(12)는 제 1 전력 트랜지스터(8)의 게이트 전극(G1)과 기준 전압 단자(2) 사이에 상호 접속될 수 있다. 유사하게, 제 2 제어부(14)는 제 2 전력 트랜지스터(10)의 게이트 전극(G2)과 공급 전압 단자(4) 사이에 상호 접속될 수 있다. 회로(300)에서의 이러한 배치에 의해서, 제어부(12, 14) 각각은 공급 전압 단자(4)에 인가되는 공급 전압과 기준 전압 단자(2)에 인가되는 기준 전압 사이의 전위차에 기초해서 전력을 공급받도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 제어부(12) 및 제 2 제어부(14)에 전력 공급부를 제공하기 위한 추가적인 전원을 생략될 수 있다.
제 1 전력 트랜지스터(8) 및 제 2 전력 트랜지스터(10)는, 기준 전압 단자(2)와 공급 전압 단자(4) 사이에 배치되는 하프 브리지 회로의 로우측 스위치와 하이측 스위치로서 동작하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 제어부(12)는 게이트 드라이버로서 동작해서, 제 1 전력 트랜지스터(8)의 게이트 전극(G1)을 제어하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 제 2 제어부(14)는 게이트 드라이버로서 동작해서, 제 2 전력 트랜지스터(10)의 게이트 전극(G2)을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 개시에 따른 장치(400)의 단면도를 개략적으로 나타내고 있다. 장치(400)는 도 3의 회로(300)에 따라서 동작하도록 구성될 수 있다. 장치(400)는 간략하게 하기 위해서 도시 생략한 다른 컴포넌트도 포함할 수 있다. 예컨대, 장치(400)는 본 개시에 따른 다른 장치의 하나 이상의 컴포넌트를 더 포함할 수 있다.
장치(400)는 기준 전압 단자(2), 공급 전압 단자(4), 위상 단자(6), 제 1 반도체 칩(16) 및 제 2 반도체 칩(18)을 포함할 수 있다. 컴포넌트들은 도 4에 도시된 바와 같이 세로 방향(y축 참조)으로 서로 중첩될 수 있다. 제 1 반도체 칩(16) 및 제 2 반도체 칩(18) 각각은 전력 트랜지스터 및 제어부를 포함할 수 있어서, 도 3과 유사한 회로가 장치(400)에 구현될 수 있다. 장치(400)는 또한 제 1 전기 연결 소자(20) 및 제 2 전기 연결 소자(22)를 포함할 수 있다.
예컨대, 기준 전압 단자(2)는 구리 및/또는 구리 합금으로 이루어진 기초 금속판이 될 수 있다. 기준 전압 단자(2)는 접지되어서, 반도체 칩(16, 18)에 의해 생성되는 동작 열을 없애도록 구성될 수 있다. 제 2 반도체 칩(18)은 세로 구조를 가진 (제 2) 전력 MOSFET를 포함할 수 있다. 제 2 전력 MOSFET의 게이트 전극 및 소스 전극은 제 2 반도체 칩(18)의 하면에 배치될 수 있고, 제 2 전력 MOSFET의 드레인 전극은 제 2 반도체 칩(18)의 상면에 배치될 수 있다. 제 2 전력 MOSFET의 소스 전극(혹은 제 2 반도체 칩(18)의 애노드 단자)은 기준 전압 단자(2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
위상 단자(6)의 하면은 제 2 전력 MOSFET의 드레인 전극(혹은 제 2 반도체 칩(18)의 캐소드 단자)에 전기적으로 연결될 수 있다. 위상 단자(6)는 높은 도전성을 갖고 있으며, 예컨대, 금속 및/또는 금속 합금으로, 특히 구리 및/또는 구리 합금으로 제조될 수 있다. 위상 단자(6)는 따라서 제 1 반도체 칩(16)과 제 2 반도체 칩(18)을 전기적으로 및 열적으로 연결시키도록 구성될 수 있다. 제 2 반도체 칩(18)의 상면의 적어도 일부는 위상 단자(6)에 의해 덮여지지 않고 남아서, 제 2 전기 연결 소자(22)를 통한 공급 전압 단자(4)와 제 2 반도체 칩(18) 사이의 전기적인 접속이 성립될 수 있게 한다.
제 1 반도체 칩(16)은 세로 구조를 가진 (제 1) 파워 MOSFET를 포함할 수 있다. 제 1 파워 MOSFET의 게이트 전극 및 소스 전극은 제 1 반도체 칩(16)의 하면에 배치될 수 있고, 제 1 파워 MOSFET의 드레인 전극은 제 1 반도체 칩(16)의 상면에 배치될 수 있다. 위상 단자(6)의 상면은 제 1 파워 MOSFET의 소스 전극(혹은 제 1 반도체 칩(16)의 애노드 단자)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 반도체 칩(16)의 하면의 적어도 일부는 위상 단자(6)에 의해 덮여지지 않고 남아서, 제 1 전기 연결 소자(20)를 통한 기준 전압 단자(2)와 제 1 반도체 칩(16) 사이의 전기적인 접속이 성립될 수 있게 한다. 공급 전압 단자(4)의 하면은 제 1 파워 MOSFET의 드레인 전극에(혹은 제 1 반도체 칩(16)의 캐소드 단자에) 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1 전기 연결 소자(20) 및 제 2 전기 연결 소자(22) 각각은 금속 및/또는 금속 합금으로, 상세하게는 구리 및/또는 구리 합금으로 제조된 핀(혹은 리드)가 될 수 있다. 제 1 전기 연결 소자(20)는 제 1 반도체 칩(16)에 집적된 (제 1) 제어부와 기준 전압 단자(2) 사이의 전기적인 연결을 제공할 수 있다. 또한, 제 2 전기 연결 소자(22)는 제 2 반도체 칩(18)에 집적된 (제 2) 제어부와 공급 전압 단자(4) 사이의 전기적인 연결을 제공할 수 있다. 일례로, 제 2 전기 연결 소자(22)는 제 2 반도체 칩(18)와 접촉하지 않고 이를 우회해서 기준 전압 단자(2)에 도달해서 접촉하도록, 도 4의 도시되는 면의 안과 밖으로 연장되는 방향(z 축 참조)으로 제 2 반도체 칩(18)에 대해서 측방향으로 오프셋될 수 있다. 다른 예로서, 제 2 전기 연결 소자(22)는 제 2 반도체 칩(18)의 상면으로부터 하면으로 연장하는 접속을 통해서 제 2 반도체 칩(18)의 하면에 접촉할 수 있다.
제 1 반도체 칩(16)과 제 2 반도체 칩(18)은 유사한 컴포넌트를 포함할 수 있고, 따라서 유사한 기하학적인 치수를 가질 수 있다. 도 4의 예에서, 전기 연결 소자(20, 22)가 실질적으로 세로 방향(y축 참조)으로 연장할 수 있도록, 제 1 반도체 칩(16)과 제 2 반도체 칩(18)은 측방향으로(x축 참조) 오프셋되어서 배치될 수 있고, 이로써 제 1 반도체 칩(16)과 제 2 반도체 칩(18)의 제어부와 단자(2, 4) 사이의 전기적인 접속이 성립될 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 장치(500)의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 장치(500)는 장치(400)와 적어도 부분적으로 유사하고 유사한 컴포넌트를 포함할 수 있으며, 따라서 도 4와 관련해서 행해진 설명은 도 5에 대해서도 유효할 수 있다. 장치(500)는 도 3의 회로(300)에 따라서 동작하도록 구성될 수 있다. 장치(500)는 간략하게 하기 위해서 도시 생략한 다른 컴포넌트도 포함할 수 있다. 예컨대, 장치(500)는 본 개시에 따른 다른 장치의 하나 이상의 컴포넌트를 더 포함할 수 있다.
장치(500)의 전기 연결 소자(20, 22)는 도 4의 대응하는 컴포넌트와는 다를 수 있다. 도 5의 제 1 전기 연결 소자(20)는 도 4를 참조로 설명한 바와 같이 제 1 반도체 칩(16)의 제 1 제어부와 기준 전압 단자(2) 사이의 전기적인 연결을 성립시킬 수 있지만, 그 형태 및 치수면에서 상이하다. 도 5의 제 2 전기 연결 소자(22)는 x 방향으로 연장되는 제 1 부분과 y 방향으로 연장되는 제 2 부분을 가진 L자 형상이 될 수 있다. 세로의 제 1 부분은 공급 전압 단자(4)에 전기적으로 연결될 수 있고, 가로의 제 2 부분은 제 2 반도체 칩(18)의 하면에 배치된 전극에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이 전극은 제 2 반도체 칩(18)의 제 2 제어부에 전기적으로 연결되어 있다. 예컨대, 도 5의 배치는, 반도체 칩(16, 18)이 x방향으로의 측방향 치수가 서로 다를 때 사용될 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 장치(600)의 단면을 개략적으로 나타내고 있다. 장치(600)는 도 3의 회로(300)에 따라서 동작하도록 구성될 수 있고, 프레스-피트 패키지에 대응할 수 있다.
장치(600)는 도 4의 장치(400)와 적어도 부분적으로 유사할 수 있으며, 유사한 컴포넌트를 포함할 수 있다. 나아가, 장치(600)는 공동부를 형성하고 있는 금속 컵(24), 공급 전압 단자 핀(혹은 리드)(26), 위상 단자 핀(혹은 리드)(28) 및 캡슐화 물질(30)을 포함할 수 있다. 금속 컵(24)의 바닥부는 기초판을 포함할 수 있으며, 이는 상술한 기준 전압 단자(2)에 대응할 수 있다. 금속 컵(24)은 기준 전위, 상세하게는 접지에 전기적으로 연결될 수 있다. 공급 전압 핀(26) 및 공급 전압 단자(4)는 일체로 형성될 수 있다. 공급 전압 핀(26)은 공급 전압부, 예컨대 배터리에 전기적으로 연결될 수 있다. 위상 단자 핀(28) 및 위상 단자(6)는 일체로 형성될 수 있다. 도 6의 단면도에서, 위상 단자 핀(28)과 위상 단자(6) 사이의 접속은 제 1 반도체 칩(16)과 공급 전압 단자(4)의 뒤에서 연장될 수 있으며, 따라서 감추어질 수 있다. 금속 컵(24)의 공동부는 전기 절연 캡슐화 물질(30)로 채워질 수 있고, 이것이 공동부에 배치된 하나 이상의 컴포넌트를 덮을 수 있다. 도 6의 예에서는, 핀(26, 28)만이 캡슐화 물질(30) 밖으로 연장될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 6의 예에서, 금속 컵(24)의 기초판은 기준 전위에 전기적으로 연결될 수 있고, 핀(26)은 공급 전압부에 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 예에서, 금속 컵(24)의 기초판 및 핀(26)에 인가되는 전위는 서로 반대가 될 수도 있다는 점에 주의한다. 즉, 금속 컵(24)의 기초판은 공급 전압부에 전기적으로 연결될 수 있고, 핀(26)은 기준 전위, 상세하게는 접지에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 장치(600)의 컴포넌트들의 y방향의 순서는 반대로 되어서 유사한 회로를 구현할 수도 있다.
도 7은 차량에서 사용될 수 있는 회로(700)의 개략도를 나타내고 있다. 회로(700)는 교류 발전기(32), 다상 정류기(34), 부하(36) 및 배터리(38)를 포함할 수 있다. 다상 정류기(34)는 3개의 분기(40)를 포함할 수 있고, 여기서 분기(40) 각각은 2개의 다이오드(42.1, 42.2)를 포함할 수 있다.
도 7의 예에서, 교류 발전기(32)는 3개의 독립된 AC 전류(P1, P2, P3)를 생성하도록 구성된 3상 교류 발전기가 될 수 있다. 3개의 AC 전류는 동일한 주파수, 동일한 진폭을 가질 수 있고, 서로의 위상은 120° 씩 시프트될 수 있다. 3개의 AC 전류 각각은 다상 정류기(34)의 각 분기(40)에 입력될 수 있으며, 따라서 다상 정류기(34)는 3상 정류기에 대응할 수 있다. 다상 정류기(34)의 3개의 분기(40)는 AC 전류를 정류해서, 다상 정류기(34)의 출력단에 DC 전압이 제공되도록 구성될 수 있다. DC 전압(VSUP, VREF 참조)은 예컨대, 부하(36)에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 또한, DC 전압은 배터리(38)를 충전하는데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 회로(700)는 6상에 기초할 수도 있다는 점에 주의한다. 즉, 교류 발전기(32) 및 정류기(34)는 6상 교류 발전기 및 6상 정류기에 대응할 수 있다. 또 다른 예에서, 회로(700)는 5상에 기초할 수도 있다. 즉, 교류 발전기(32) 및 정류기(34)는 5상 교류 발전기 및 5상 정류기에 대응할 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 전력 반도체 패키지를 포함하고 있는 회로(800)의 개략도를 나타내고 있다. 회로(800)는 도 7의 회로(700)와 유사하게 동작할 수 있다.
회로(800)는 적어도 부분적으로 회로(700)와 유사한 컴포넌트를 포함할 수 있다. 회로(700)와 비교할 때, 3상 정류기(34)의 각 분기에서, 다이오드(42.1, 42.2)의 각 쌍은, 상기 도면을 참조로 설명한 단자(2, 4, 6)를 포함하는 전력 반도체 패키지(50)로 대치될 수 있다. 전력 반도체 패키지(50)는 본 개시에 따른 상술한 임의의 전력 반도체 패키지 혹은 회로가 될 수 있다.
도 1을 참조로 설명한 바와 같이, 전력 반도체 패키지(50)를 사용하는 회로(800)는, 정류기(34)의 분기에서 다이오드를 사용하는 회로(700)에 비해서, 정류기(34)의 분기에서의 전압 강하를 감소시킬 수 있다. 나아가, 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 전력 반도체 패키지(50)는, 전력 반도체 패키지에 포함된 제어부에 전력을 공급하기 위한 내부 전원을 포함할 필요가 없다. 제어부는 공급 전압(VSUP)과 기준 전위(VREF) 사이의 전위차에 기초해서 전력을 공급받을 수 있다.
본 개시의 특정한 특징 혹은 측면을 다양한 구현예 중 단 하나에 대해서만 설명했지만, 임의의 주어진 혹은 특정 애플리케이션에서 바람직하다면, 이러한 특징 혹은 측면은 다른 구현예의 하나 이상의 다른 특징 혹은 측면과 결합될 수 있다. 또한, 상세한 설명이나 청구항에서 용어 '구비한다', '갖는다' 혹은 다른 파생어가 사용되면, 이러한 용어는 '포함한다'와 유사하게 포괄적인 것으로 하고자 한 것이다. 또한, 용어 '예시적인'은 최상의 혹은 최적의 경우가 아니라, 단지 예시적인 것임을 의미한다. 또한, 본 명세서의 특징 및/또는 구성 요소는, 간략화를 위해서 및 이해를 용이하게 하기 위해서 상대적으로 특정한 치수로 도시되어 있지만, 실제 치수는 도시된 것과는 실질적으로 다를 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이상, 특정 측면에 대해서 설명했지만, 당업자라면 다양한 대안의 및/또는 등가의 구현예가 본 개시의 사상으로부터 벗어남없이 이러한 특정 측면을 대체할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 출원은 본 명세서에 개시된 특정한 측면에 대한 임의의 각색 및 변형을 포괄하는 것이다. 따라서, 본 개시는 청구항 및 그 등가물에 의해서만 한정되는 것이다.

Claims (21)

  1. 전력 반도체 패키지로서,
    기준 전압 단자와,
    공급 전압 단자와,
    위상 단자와,
    제 1 전력 트랜지스터와,
    제 2 전력 트랜지스터
    를 포함하고,
    상기 제 1 전력 트랜지스터와 상기 제 2 전력 트랜지스터는 직렬로 접속되어서, 하프 브리지 회로의 로우측 스위치 및 하이측 스위치를 형성하는
    전력 반도체 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 전압 단자는 상기 제 1 전력 트랜지스터의 드레인 전극에 전기적으로 연결되고,
    상기 기준 전압 단자는 상기 제 2 전력 트랜지스터의 소스 전극에 전기적으로 연결되며,
    상기 위상 단자는, 상기 제 1 전력 트랜지스터의 소스 전극과 상기 제 2 전력 트랜지스터의 드레인 전극 사이에 전기적으로 상호 접속되는
    전력 반도체 패키지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전력 트랜지스터의 게이트 전극을 제어하도록 구성된 제 1 제어부와,
    상기 제 2 전력 트랜지스터의 게이트 전극을 제어하도록 구성된 제 2 제어부
    를 더 포함하는 전력 반도체 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 제어부는 상기 제 1 전력 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 기준 전압 단자 사이에 상호 접속되고,
    상기 제 2 제어부는 상기 제 2 전력 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 공급 전압 단자 사이에 상호 접속되는
    전력 반도체 패키지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 제어부 및 상기 제 2 제어부 각각은 상기 공급 전압 단자에 인가되는 공급 전압과 상기 기준 전압 단자에 인가되는 기준 전압 사이의 전위차에 기초해서 전력을 공급받도록 구성되는,
    전력 반도체 패키지.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 제어부와 및 상기 제 2 제어부의 전력 공급부는 패키지의 내부 전원과는 무관한
    전력 반도체 패키지.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 제어부 및 상기 제 1 전력 트랜지스터는 제 1 반도체 칩에 모놀리식하게(monolithically) 집적되고
    상기 제 2 제어부 및 상기 제 2 전력 트랜지스터는 제 2 반도체 칩에 모놀리식하게 집적되는
    전력 반도체 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 칩과 상기 제 2 반도체 칩은 세로 방향으로 서로 중첩되는
    전력 반도체 패키지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 칩과 상기 제 2 반도체 칩은 측방향으로 오프셋되어 있는
    전력 반도체 패키지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기준 전압 단자와 상기 제 1 반도체 칩을 전기적으로 연결시키는 제 1 전기 연결 소자 - 상기 제 1 전기 연결 소자는 상기 제 2 반도체 칩에 대해 측방향으로 오프셋되어서 배치되고, 상기 세로 방향으로 연장함 - 와,
    상기 공급 전압 단자와 상기 제 2 반도체 칩을 전기적으로 연결시키는 제 2 전기 연결 소자 - 상기 제 2 전기 연결 소자는 상기 제 1 반도체 칩에 대해 측방향으로 오프셋되어서 배치되고, 상기 세로 방향으로 연장함 -
    를 더 포함하는
    전력 반도체 패키지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 연결 소자와 제 2 전기 연결 소자 중 적어도 하나는 핀을 포함하는
    전력 반도체 패키지.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 전압 단자와 상기 위상 단자는 핀을 포함하는
    전력 반도체 패키지.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 전압 단자는 기초판을 포함하는
    전력 반도체 패키지.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 전압 단자와, 상기 공급 전압 단자와, 상기 위상 단자 각각은 상기 전력 반도체 패키지의 외부에서 액세스될 수 있는
    전력 반도체 패키지.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 반도체 패키지는 3단자 패키지인
    전력 반도체 패키지.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 반도체 패키지는 프레스-피트(press-fit) 패키지인
    전력 반도체 패키지.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 반도체 패키지는 다상 정류기의 분기로서 동작하도록 구성되는
    전력 반도체 패키지.
  18. 회로로서,
    공급 전압 단자와,
    기준 전압 단자와,
    제 1 전력 트랜지스터와,
    제 2 전력 트랜지스터와,
    상기 제 1 전력 트랜지스터와 상기 기준 전압 단자 사이에 상호 접속되고, 상기 제 1 전력 트랜지스터를 제어하도록 구성된 제 1 제어부와,
    상기 제 2 전력 트랜지스터와 상기 공급 전압 단자 사이에 상호 접속되고, 상기 제 2 전력 트랜지스터를 제어하도록 구성된 제 2 제어부
    를 포함하며,
    상기 제 1 전력 트랜지스터 및 상기 제 2 전력 트랜지스터는 직렬로 접속되어서, 하프 브리지 회로의 로우측 스위치 및 하이측 스위치를 형성하는
    회로.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 제어부 및 상기 제 2 제어부 각각은 상기 공급 전압 단자에 인가되는 공급 전압과 상기 기준 전압 단자에 인가되는 기준 전압 사이의 전위차에 의해 전력을 공급받도록 구성되는,
    회로.
  20. 다수의 분기를 포함하는 다상 정류기로서,
    상기 다수의 분기 중 적어도 하나는 반도체 패키지를 포함하고,
    상기 반도체 패키지는
    기준 전압 단자와,
    공급 전압 단자와,
    위상 단자와,
    제 1 전력 트랜지스터와,
    제 2 전력 트랜지스터와,
    를 포함하며,
    상기 제 1 전력 트랜지스터 및 상기 제 2 전력 트랜지스터는 직렬로 접속되어서, 하프 브리지 회로의 로우측 스위치 및 하이측 스위치를 형성하는
    다상 정류기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 다상 정류기는 차량용 교류 발전기로서 동작하도록 구성되는
    다상 정류기.
KR1020170026252A 2016-03-02 2017-02-28 전력 반도체 패키지, 전력 반도체 패키지 내에 포함된 회로 및 상기 패키지를 포함하는 다상 정류기 KR101948414B1 (ko)

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