KR20180002419A - 파워 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

파워 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180002419A
KR20180002419A KR1020160081905A KR20160081905A KR20180002419A KR 20180002419 A KR20180002419 A KR 20180002419A KR 1020160081905 A KR1020160081905 A KR 1020160081905A KR 20160081905 A KR20160081905 A KR 20160081905A KR 20180002419 A KR20180002419 A KR 20180002419A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal mold
insulating film
lead
substrate
power conversion
Prior art date
Application number
KR1020160081905A
Other languages
English (en)
Inventor
손정민
박성원
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020160081905A priority Critical patent/KR20180002419A/ko
Priority to US15/332,060 priority patent/US20180007777A1/en
Priority to EP16197024.9A priority patent/EP3264454A1/en
Priority to CN201611007190.5A priority patent/CN107546199A/zh
Publication of KR20180002419A publication Critical patent/KR20180002419A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3135—Double encapsulation or coating and encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
    • H01L23/3171—Partial encapsulation or coating the coating being directly applied to the semiconductor body, e.g. passivation layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
    • H05K1/185—Components encapsulated in the insulating substrate of the printed circuit or incorporated in internal layers of a multilayer circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/04026—Bonding areas specifically adapted for layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/04034—Bonding areas specifically adapted for strap connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/04042—Bonding areas specifically adapted for wire connectors, e.g. wirebond pads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/061—Disposition
    • H01L2224/0618—Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
    • H01L2224/06181—On opposite sides of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/2919—Material with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/40137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/40137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/40139—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate with an intermediate bond, e.g. continuous strap daisy chain
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/40247—Connecting the strap to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48095—Kinked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/48139—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate with an intermediate bond, e.g. continuous wire daisy chain
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73263—Layer and strap connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8384—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/84909—Post-treatment of the connector or bonding area
    • H01L2224/8492—Applying permanent coating, e.g. protective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85909—Post-treatment of the connector or wire bonding area
    • H01L2224/8592—Applying permanent coating, e.g. protective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92244—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a build-up interconnect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92246—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L24/80 - H01L24/90
    • H01L24/92—Specific sequence of method steps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H01L2924/1815—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613—Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10742—Details of leads
    • H05K2201/10886—Other details
    • H05K2201/10931—Exposed leads, i.e. encapsulation of component partly removed for exposing a part of lead, e.g. for soldering purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613—Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10954—Other details of electrical connections
    • H05K2201/10977—Encapsulated connections

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

구조를 단순화 할 수 있으며 방열 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 파워 모듈 및 그 제조 방법이 개시된다. 상기 파워 모듈은, 기판; 상기 기판 상에 배치된 전력 변환용 칩; 상기 기판 상에 상기 전력 변환용 칩이 배치된 구조물의 외부면에 형성된 절연막; 및 상기 절연막이 형성된 상기 구조물을 그 외부에서 일체로 몰딩하는 금속 몰드를 포함한다.

Description

파워 모듈 및 그 제조 방법{POWER MODULE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 파워 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조를 단순화 할 수 있으며 방열 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 파워 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 핵심 부품 중 하나인 전력 변환 장치(예를 들어, 인버터)는 친환경 차량의 주요 부품으로 많은 기술 개발이 이루어지고 있으며, 전력 변환 장치의 핵심 부품이자 가장 많은 원가를 차지하는 파워모듈의 개발은 친환경 차량 분야의 핵심 기술이다.
파워모듈의 주요 핵심 기술개발 포인트는 원가절감 및 냉각성능 향상이다. 파워모듈의 냉각성능이 향상되면, 현재 사용하고 있는 전력 반도체 소자의 정격 전류를 떨어뜨릴 수 있고, 칩 사이즈의 크기를 줄일 수 있기 때문에 칩의 가격절감 및 파워모듈의 안정적인 운영이 가능하다.
종래에는, 파워 모듈의 냉각을 위해 단면 냉각 또는 양면 냉각을 적용할 수 있는 구조의 파워 모듈이 제작되고 있다.
종래 파워 모듈의 경우, 단순히 파워 모듈의 기판에 냉각수가 흐르는 냉각수 통로를 부가하는 구조이므로 냉각이 모듈의 외부만 이뤄지고 모듈의 내부에는 열이 빠질 수 없는 구조이다. 특히, 파워 모듈에서 열이 발생하는 전력 변환용 칩은 에폭시 타입 또는 겔 타입의 봉지제에 의해 몰딩되므로 봉지제에 의해 열저항이 높아져 방열 특성은 여전이 낮다. 또한, 봉지제 주입 및 가압 시 전력 변환용 칩간의 전기적 연결 또는 전력 변환용 칩과 리드와의 전기적 연결을 위해 형성되는 와이어들 사이에 전기적 단락이나 단선이 발생하는 등 공정 문제가 발생될 여지가 매우 높다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2015-0119302 A KR 10-2015-0108363 A
이에 본 발명은, 구조를 단순화 할 수 있으며 방열 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 파워 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
기판;
상기 기판 상에 배치된 전력 변환용 칩;
상기 기판 상에 상기 전력 변환용 칩이 배치된 구조물의 외부면에 형성된 절연막; 및
상기 절연막이 형성된 상기 구조물을 그 외부에서 일체로 몰딩하는 금속 몰드;
를 포함하는 파워 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 금속 몰드의 내부로부터 외부로 연장된 리드 및 상기 전력 변환용 칩의 단자와 상기 리드를 전기적으로 연결하는 접속 도선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연막은 상기 리드 및 상기 접속 도선이 형성하는 연결 구조의 외부면에 더 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연막은 상기 리드의 외부면 중 상기 금속 몰드 내부에 배치되는 영역에 형성되고, 상기 금속 몰드 외부에 배치되는 영역의 적어도 일부에는 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기판으로서 금속 기판을 채용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 몰드의 외면에는 돌출된 형태의 방열핀이 형성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
기판 상에 전력 변환용 칩을 배치하는 단계;
상기 기판 상에 상기 전력 변환용 칩이 배치된 구조물의 외부면에 형성된 절연막을 형성하는 단계; 및
상기 절연막이 형성된 상기 구조물을 그 외부에서 일체로 몰딩하는 금속 몰드를 형성하는 단계;
를 포함하는 파워 모듈의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 절연막을 형성하는 단계 이전에, 상기 구조물의 주변에 리드를 배치하는 단계 및 상기 전력 변환용 칩의 단자와 상기 리드를 접속 도선으로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 구조물은 상기 리드 및 상기 접속 도선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연막을 형성하는 단계에서는, 상기 구조물을 액상 상태의 상기 절연막의 재료에 디핑하여 상기 절연막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 몰드를 형성하는 단계에서는, 상기 절연막이 그 외부면에 형성된 상기 리드의 일부 영역을 상기 금속 몰드의 외부로 노출되도록 금속 몰드를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 금속 몰드를 형성하는 단계 이후, 상기 금속 몰드의 외부로 노출된 상기 리드의 일부 영역에 형성된 절연막의 적어도 일부를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 몰드를 형성하는 단계는 주조 공정을 적용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 몰드를 형성하는 단계에서는 외면에는 돌출된 형태의 방열핀이 형성된 금속 몰드를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 파워 모듈 및 그 제조 방법에 따르면, 종래에 파워 모듈의 내부에 충진되는 에폭시 타입 또는 겔 타입의 봉지제를 사용하지 않음으로써 비용을 절감할 뿐만 아니라 열 전도성이 좋지 않은 봉지제에 의한 열저항이 높은 영역을 파워 모듈에서 제거하여 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 파워 모듈 및 그 제조 방법에 따르면, AMB 기판 또는 DBC 기판과 같은 절연기판 대신 열전달 성능이 우수한 금속기판을 사용할 수 있으므로 열 배출 효과를 더욱 향상시킬 수 있으며, 재료비를 절감시킬 수 있고 품질 관리에서 더욱 유리한 특징을 갖는다.
또한, 상기 파워 모듈 및 그 제조 방법에 따르면, 금속 몰드의 다양한 변형이 가능하므로 금속 몰드의 외부면에 방열핀 등을 형성함으로써 방열이 이루어지는 면적을 더욱 확대하여 열 배출 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 파워 모듈 및 그 제조 방법에 따르면, 금속 몰드의 상하면 뿐만 아니라 전후면 및 좌우면을 모두 방열 개선을 위해 사용할 수 있으므로, 종래에 적용되던 단면 또는 양면 냉각을 통해 파워 모듈의 냉각을 도모하는 방식에 비해 더욱 우수한 열 배출 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈 제조 방법을 공정 순으로 도시한 공정 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 변형예를 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 파워 모듈 및 그 제조 방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈은, 기판(10)과, 기판 상에 배치되는 전력 변환용 칩(20)과, 기판(10)과 전력 변환용 칩(20)의 외부면에 형성되는 절연막(50)과, 절연막(50)이 형성된 상태에서 기판(10)과 전력 변환용 칩(20)을 외부에서 일체로 몰딩하는 금속 몰드(60)를 포함하여 구성될 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈은, 금속 몰드(60)의 내부로부터 외부로 연장된 리드(40) 및 전력 변환용 칩(20)의 단자와 리드를 전기적으로 연결하는 접속 도선(30)을 더 포함할 수 있다.
기판(10)은 전력 변환용 소자(20)를 배치하기 위한 기재가 되는 것으로, 통상적인 파워 모듈에서는 AMB(Active Metal Brazing) 기판 또는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판이 주로 적용된다. 본 발명의 일 실시형태에서도, 기판(10)으로서 AMB 기판 또는 DBC 기판을 채용할 수 있다.
그러나, 본 발명의 다른 실시형태에서는 기판(10)으로서 금속 재질로 제작된 금속 기판이 채용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 후술하는 절연막(50)을 통해 기판(10) 자체의 전기적 절연이 가능하다. 따라서, 더욱 우수한 방열 특성을 확보하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에서는 기판 자체에 열전도성을 저하시키는 절연 성분(예를 들어, 세라믹 또는 FRP)을 포함하지 않는 금속 기판을 채용하는 것이 바람직하다.
전력 변환용 칩(20)은 기판(10) 상에 배치되어 전력 변환을 위한 전기적 흐름을 생성하기 위한 전기 소자로서 반도체 공정 등을 통해 제작될 수 있다. 예를 들어, 전력 변환용 칩(20)은 스위칭 소자인 MOSFET 또는 IGBT나, 스위칭 소자에 연결되는 다이오드 등을 포함할 수 있다. 이러한 전력 변환용 칩(20)은 매우 빠른 주기로 스위칭 동작이 이루어지고 그에 따라 전류의 흐름이 빈번하게 단속되므로 많은 양의 열을 발생시킨다.
전력 변환용 칩(20)은 상하부에 전기적 연결을 위한 단자가 형성될 수 있으며, 도 1의 예에서 전력 변환용 칩(20)의 하부에 위치한 단자(미도시)는 기판(10)에 솔더 접합 또는 소결 접합을 통해 전기적 연결을 형성하면서 배치될 수 있다. 도 1에서 참조부호 '101'은 기판(10) 상에 전력 변환용 칩(20)의 하부 단자를 접합하는데 사용된 접합제를 나타낸 것이다.
특히, 본 발명의 일 실시형태에서, 기판(10)으로서 금속기판을 채용한 경우 두 전력 변환용 칩(20)은 금속 기판에 직접 하부 단자가 접합됨으로써 금속기판을 통해 전기적인 연결이 형성될 수 있다.
절연막(50)은 기판(10) 상에 전력 변환용 칩(20)이 배치된 구조물의 외부면 전체에 형성될 수 있다. 절연막(50)을 형성함에 의해 기판(10) 상에 전력 변환용 칩(20)이 배치된 구조물은 외부와 전기적으로 아이솔레이션을 형성하게 된다.
본 발명의 일 실시형태는, 리드(40)와 접속 도선(30)을 더 포함할 수 있다. 리드(40)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈과 외부와의 전기적 연결을 형성하기 위한 것으로 금속 재질의 플레이트 또는 스트립의 형태를 가질 수 있다. 리드(40)는 후술하는 금속 몰드(60)의 내부로부터 외부로 연장된 형태로 배치될 수 있으며, 금속 몰드(60)의 내부에서 접속 도선(30)을 통해 전력 변환용 칩(20)과 전기적인 연결을 형성할 수 있다.
접속 도선(30)은 기판(10) 상에 접합된 전력 변환용 칩(20)의 상면에 구비된 단자 사이의 전기적 연결 또는 전력 변환용 칩(20)과 리드(40) 사이의 전기적 연결을 형성하기 위한 요소로서, 본딩 와이어나 스트립 등과 같이 도전성을 갖는 재질을 이용하여 다양한 형태로 구현될 수 있다.
전술한 절연막(50)은 리드(40)와 접속 도선(30)이 전기적 연결을 형성한 상태에서 형성되어 리드(40)와 접속 도선(30)의 외부면에도 형성될 수 있다. 즉, 파워 모듈을 구성하는 기판(10), 전력 변환용 칩(20), 접속 도선(30) 및 리드(40)는 파워 모듈을 구현하기 위한 전기적 접속 상태가 이루어진 상태에서 절연막에 의해 외부와 전기적으로 아이솔레이션 될 수 있다.
금속 몰드(60)은 절연막(50)이 형성된 상태의 기판(10) 및 전력 변환용 칩(20)을 외부에서 일체로 몰딩한다. 금속 몰드(60)은 전기적인 전도성을 갖는 물질이나, 절연막(50)에 의해 내부의 전기적 요소들과 전기적인 아이솔레이션이 이루어질 수 있다.
금속 몰드(60)은 접속 도선(30) 및 리드(40)의 외부면에 절연막(50)이 형성된 상태에서 접속 도선(30)과 리드(40)를 그 내부에 포함하도록 몰딩할 수 있다. 접속 도선(30) 및 리드(40) 역시 절연막(50)에 의해 금속 몰드(60)와 전기적으로 아이솔레이션 될 수 있다.
금속 몰드(60)은 당 기술 분야에 알려진 다양한 단일 금속 또는 그 합금을 채용하여 제작될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 금속 몰드(60)는 리드(40)의 일부분, 특히 접속 도선(30)과 리드(40)의 접합이 이루어지는 부분을 포함하도록 형성될 수 있으며, 리드(40)의 나머지 부분은 금속 몰드(60)의 외부로 노출될 수 있다. 특히, 금속 몰드(60)의 외부로 노출된 리드(40)의 적어도 일부 영역에는 절연막(50)이 형성되지 않음으로써 파워 모듈이 외부와의 전기적 접속을 형성되게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는, 종래에 파워 모듈의 내부에 충진되는 에폭시 타입 또는 겔 타입의 봉지제를 사용하지 않음으로써 비용을 절감할 뿐만 아니라 열 전도성이 좋지 않은 봉지제에 의한 열저항이 높은 영역을 파워 모듈에서 제거하여 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는 AMB 기판 또는 DBC 기판과 같은 절연기판 대신 금속기판을 사용할 수 있으므로 열 전달 효과를 더욱 향상시킬 수 있으며, 재료비를 절감시킬 수 있고 품질 관리에서 더욱 유리한 특징을 갖는다.
한편, 본 발명의 일 실시형태는 전술한 것과 같은 파워 모듈의 제조 방법도 제공한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈 제조 방법을 공정 순으로 도시한 공정 단면도이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈 제조 방법은, 먼저 도 2에 도시된 것과 같이, 기판(10) 상에 전력 변환용 칩(20)을 배치하는 단계로부터 시작된다. 전술한 바와 같이, 기판(10) 상에 전력 변환용 칩(20)은 솔더 접합 또는 소결 접합을 통해 전기적인 연결을 형성하면서 접합되어 배치될 수 있다.
이어, 도 3에 도시된 바와 같이, 파워 모듈을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 리드(40)를 전력 변환용 칩(20)이 배치된 기판(10)의 주변에 배치하고, 접속 도선(30)을 이용하여 전력 변환용 칩(20)과 리드(40)를 전기적으로 접합하는 단계가 수행된다.
도 3에 도시된 예에서, 접속 도선(30)은 두 개의 전력 변환용 칩(20)과 리드(40)를 순차적으로 연결하는 단일 구조로 도시하였으나, 도시되지 않는 파워 모듈의 다른 부분에서는 추가적인 접속 도선이 전력 변환용 칩의 단자 간의 연결만 형성하도록 배치될 수 있으며, 오직 하나의 전력 변환용 칩과 또 다른 리드 간의 전기적 연결을 형성하도록 배치될 수도 있다.
이어, 도 4에 도시된 바와 같이, 파워 모듈을 구성하는 기판(10), 전력 변환용 칩(20), 접속 도선(30) 및 리드(40)가 적절하게 배치되고 접합된 상태의 구조물의 외부면에 절연막(50)을 형성할 수 있다.
도 4에 도시된 절연막(50)을 형성하는 단계는, 액상 상태의 절연막 재료에 파워 모듈을 구성하는 기판(10), 전력 변환용 칩(20), 접속 도선(30) 및 리드(40)가 적절하게 배치되고 접합된 상태의 구조물을 디핑(dipping)하여 구조물의 외부면 전체에 절연막 재료가 흡착되게 한 후 필요에 따라 건조나 경과 공정 등을 수행하여 절연막 재료가 구조물의 외부면 상에 얇은 두께로 코팅되게 할 수 있다.
이어, 도 5에 도시된 바와 같이, 절연막(50)이 형성된 구조물의 외부에 금속 재질을 이용하여 몰드를 형성한다. 이 금속 몰드(60)는 주조 공정을 이용하여 제작될 수 있다. 금속 몰드(60)는, 구조물을 형성하는 기판(10), 전력 변환용 칩(20), 접속 도선(30) 및 리드(40)의 외부면에 형성된 절연막(50)과 거의 전 영역에서 접촉하는 형태로 제작될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 것과 같이, 리드(40)가 외부와의 전기적 접속을 형성하기 위해 마련되는 것임을 감안하여, 금속 몰드(60)는 리드(40)의 일 영역을 노출시키도록 형성되는 것이 바람직하다.
이어, 최종적으로, 금속 몰드(60)의 외부로 노출된 리드(40)의 일부분에 형성된 절연막을 적어도 일부 제거함으로써 도 1에 도시된 것과 같은 파워 모듈이 완성될 수 있다. 절연막이 제거된 리드(40)의 일 영역은 외부와의 전기적 접속 시 접합을 형성하는 영역으로 사용될 수 있다.
한편, 금속 몰드(60)는 주조 공정을 적용하여 형성될 수 있으므로, 주조에 사용되는 주조몰드의 형상을 변형함으로써 다양한 형상의 금속 몰드(60)를 제조할 수 있게 된다. 특히, 금속 몰드(60)의 외부면은 열 배출이 이루어지는 면으로서, 열 배출 효과를 더욱 향상시키기 위해 금속 몰드(60)의 외부면에 핀핀(pin-fin) 타입의 방열핀이 형성되도록 주조 공정을 통해 금속 몰드(60)가 제작될 수 있다. 그 예가 도 6에 도시된다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 변형예와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 금속 몰드(60)의 외부면에 방열핀(61)을 형성함으로써 방열이 이루어지는 면적을 더욱 확대하여 열 배출 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 방열핀을 형성하지 않는 도 1의 예에서도 금속 재질의 몰드에 의해 방열 효과가 더욱 향상됨과 더불어, 몰드 외부의 상하면 뿐만 아니라 측면 등 여러 면에 다른 냉각 장치를 배치할 수 있으므로, 종래에 적용되던 단면 또는 양면 냉각을 통해 파워 모듈의 냉각을 도모하는 방식에 비해 더욱 우수한 열 배출 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 기판 20: 전력 변환용 칩
30: 접속 도선 40: 리드
50: 절연막 60: 금속 몰드
61: 방열핀

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 전력 변환용 칩;
    상기 기판 상에 상기 전력 변환용 칩이 배치된 구조물의 외부면에 형성된 절연막; 및
    상기 절연막이 형성된 상기 구조물을 그 외부에서 일체로 몰딩하는 금속 몰드
    를 포함하는 파워 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 몰드의 내부로부터 외부로 연장된 리드 및 상기 전력 변환용 칩의 단자와 상기 리드를 전기적으로 연결하는 접속 도선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절연막은 상기 리드 및 상기 접속 도선이 형성하는 연결 구조의 외부면에 더 형성된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 절연막은 상기 리드의 외부면 중 상기 금속 몰드 내부에 배치되는 영역에 형성되고, 상기 금속 몰드 외부에 배치되는 영역의 적어도 일부에는 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 금속 기판인 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 몰드의 외면에는 돌출된 형태의 방열핀이 형성된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  7. 기판 상에 전력 변환용 칩을 배치하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 전력 변환용 칩이 배치된 구조물의 외부면에 형성된 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 절연막이 형성된 상기 구조물을 그 외부에서 일체로 몰딩하는 금속 몰드를 형성하는 단계;
    를 포함하는 파워 모듈의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 절연막을 형성하는 단계 이전에, 상기 구조물의 주변에 리드를 배치하는 단계 및 상기 전력 변환용 칩의 단자와 상기 리드를 접속 도선으로 연결하는 단계를 더 포함하며,
    상기 구조물은 상기 리드 및 상기 접속 도선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 제조 방법.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 절연막을 형성하는 단계는, 상기 구조물을 액상 상태의 상기 절연막의 재료에 디핑하여 상기 절연막을 형성하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 금속 몰드를 형성하는 단계는,
    상기 절연막이 그 외부면에 형성된 상기 리드의 일부 영역을 상기 금속 몰드의 외부로 노출되도록 금속 몰드를 형성하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 금속 몰드를 형성하는 단계 이후, 상기 금속 몰드의 외부로 노출된 상기 리드의 일부 영역에 형성된 절연막의 적어도 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 제조 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 금속 몰드를 형성하는 단계는 주조 공정을 적용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 제조 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 금속 몰드를 형성하는 단계는 외면에는 돌출된 형태의 방열핀이 형성된 금속 몰드를 형성하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
KR1020160081905A 2016-06-29 2016-06-29 파워 모듈 및 그 제조 방법 KR20180002419A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160081905A KR20180002419A (ko) 2016-06-29 2016-06-29 파워 모듈 및 그 제조 방법
US15/332,060 US20180007777A1 (en) 2016-06-29 2016-10-24 Power module and method of manufacturing the same
EP16197024.9A EP3264454A1 (en) 2016-06-29 2016-11-03 Power module and method of manufacturing the same
CN201611007190.5A CN107546199A (zh) 2016-06-29 2016-11-16 功率模块及制造其的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160081905A KR20180002419A (ko) 2016-06-29 2016-06-29 파워 모듈 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180002419A true KR20180002419A (ko) 2018-01-08

Family

ID=57226845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160081905A KR20180002419A (ko) 2016-06-29 2016-06-29 파워 모듈 및 그 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180007777A1 (ko)
EP (1) EP3264454A1 (ko)
KR (1) KR20180002419A (ko)
CN (1) CN107546199A (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110071079A (zh) * 2019-04-24 2019-07-30 深圳第三代半导体研究院 一种功率器件封装结构及其方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1094755A (ko) * 1955-01-20 1955-05-24
US2903629A (en) * 1958-10-23 1959-09-08 Advanced Res Associates Inc Encapsulated semiconductor assembly
US7445968B2 (en) * 2005-12-16 2008-11-04 Sige Semiconductor (U.S.), Corp. Methods for integrated circuit module packaging and integrated circuit module packages
CN102340233B (zh) * 2010-07-15 2014-05-07 台达电子工业股份有限公司 功率模块
US8952525B2 (en) * 2011-03-04 2015-02-10 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Semiconductor module and method for manufacturing semiconductor module
JP5633496B2 (ja) * 2011-09-29 2014-12-03 三菱電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP5926654B2 (ja) * 2012-08-29 2016-05-25 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュールおよびパワー半導体モジュールの製造方法
US9313897B2 (en) * 2012-09-14 2016-04-12 Infineon Technologies Ag Method for electrophoretically depositing a film on an electronic assembly
EP2960936A4 (en) * 2013-02-22 2016-10-19 Hitachi Ltd RESIN SEALED ELECTRONIC CONTROL DEVICE

Also Published As

Publication number Publication date
EP3264454A1 (en) 2018-01-03
US20180007777A1 (en) 2018-01-04
CN107546199A (zh) 2018-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101836658B1 (ko) 파워 모듈 및 그 제조 방법
CN104170086B (zh) 半导体装置及半导体装置的制造方法
US8569890B2 (en) Power semiconductor device module
US9035453B2 (en) Semiconductor device
JP5369798B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
KR20120051902A (ko) 반도체 패키지용 클립 구조 및 이를 이용한 반도체 패키지
CN107924885B (zh) 构造体
JP6308780B2 (ja) パワーモジュール
CN109698179B (zh) 半导体装置及半导体装置的制造方法
CN111276447B (zh) 双侧冷却功率模块及其制造方法
CN111095537B (zh) 半导体装置及具备该半导体装置的功率转换装置
CN107146775A (zh) 一种低寄生电感双面散热功率模块
JP4096741B2 (ja) 半導体装置
KR101994727B1 (ko) 전력 모듈 패키지 및 그 제조방법
CN105990275A (zh) 功率模块封装件及其制作方法
CN111834346A (zh) 晶体管功率模块封装结构及其封装方法
US20130228909A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
KR20140130862A (ko) 파워모듈 제조방법 및 이를 통해 재조된 고방열 파워모듈
JPWO2020105556A1 (ja) 半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法
KR20180002419A (ko) 파워 모듈 및 그 제조 방법
KR20170069365A (ko) 직접 냉각식 파워모듈 및 그 제조 방법
CN114730748A (zh) 用于消耗装置的可控电功率供应的具有被封装的功率半导体的功率模块及用于生产该功率模块的方法
JP2012238737A (ja) 半導体モジュール及びその製造方法
JP2005150419A (ja) 半導体装置
KR20150061441A (ko) 패키지 기판 및 그 제조방법 및 그를 이용한 전력 모듈 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application