KR20180049415A - 파워 모듈 및 그의 패키징 방법 - Google Patents
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Abstract
파워 모듈은, 복수의 금속 배선 패턴들이 구비된 기판; 금속 배선 패턴들 상에 배치된 복수 개의 전력 소자들; 전력 소자들을 기판과 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 본딩 스트립 패턴들; 기판의 외측면을 둘러싸고 상부가 개방되어 기판의 금속 배선 패턴들 및 전력 소자들을 노출시키는 캐비티를 포함하는 바디 프레임부; 바디 프레임부의 내측 일 측면부에 위치하고 바디 프레임부의 내측벽을 관통하는 단자 홀 및 단자 홀로부터 연장되어 캐비티 방향으로 돌출된 단자 몰드락부를 포함하는 시그널 단자 하우징부; 바디 프레임부의 일 측면부에 위치하고, 단자 홀을 통해 단자 몰드락부로 삽입된 시그널 단자부; 시그널 단자부와 기판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 와이어; 및 시그널 단자부와 마주보는 바디 프레임부의 다른 측면부에 위치하는 파워 단자부를 포함한다.
Description
본 출원은 파워 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파워 모듈 및 그의 패키징 방법에 관한 것이다.
전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 시장이 점점 커지면서 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 내에 장착되는 핵심 부품인 파워 모듈(power module)에 대한 수요도 점점 증가하고 있다. 파워 모듈은 DC 정류 및 AC 변환 기능을 수행하며, 고밀도화, 경량화 및 고성능화를 위한 개발이 지속적으로 진행되고 있다.
그런데, 자동차에 장착되는 파워 모듈을 제조하는 공정에서 시그널 단자부 또는 파워 단자부를 기판과 접합하기 위해 적용하는 리플로우 솔더링 과정 중에 하우징 부재에 변형이 발생하거나, 시그널 단자부 또는 파워 단자부가 녹거나, 기판이 휘어지거나, 시그널 단자부의 접속핀이 휘어지거나 또는 와이어 본딩 불량이 발생하는 문제가 지속적으로 발생하여 이를 해결하려는 요구가 증가하고 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 과제는, 제품의 신뢰성을 향상시키면서 제조 비용을 감소시킬 수 있는 리본 본딩 기술을 이용한 본딩 스트립 패턴 및 초음파 용접 방식을 패키징 제조 공정에 도입한 파워 모듈 및 그의 패키징 방법을 제공하고자 한다.
본 출원의 일 관점에 의한 파워 모듈은, 복수의 금속 배선 패턴들이 구비된 기판; 상기 금속 배선 패턴들 상에 배치된 복수 개의 전력 소자들; 상기 전력 소자들을 기판과 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 본딩 스트립 패턴들; 상기 기판의 외측면을 둘러싸고 상부가 개방되어 상기 기판의 금속 배선 패턴들 및 전력 소자들을 노출시키는 캐비티를 포함하는 바디 프레임부; 상기 바디 프레임부의 내측 일 측면부에 위치하고 상기 바디 프레임부의 내측벽을 관통하는 단자 홀 및 상기 단자 홀로부터 연장되어 상기 캐비티 방향으로 돌출된 단자 몰드락부를 포함하는 시그널 단자 하우징부; 상기 바디 프레임부의 일 측면부에 위치하고, 상기 단자 홀을 통해 상기 단자 몰드락부로 삽입된 시그널 단자부; 상기 시그널 단자부와 상기 기판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 와이어; 및 상기 시그널 단자부와 마주보는 상기 바디 프레임부의 다른 측면부에 위치하는 파워 단자부를 포함한다.
본 출원의 다른 관점에 의한 파워 모듈의 패키징 방법은, 금속 배선 패턴들이 배치된 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 전력 소자들을 배치하는 단계; 제1 금속 와이어를 매개로 상기 전력 소자들과 상기 기판을 연결하는 단계; 본딩 스트립 패턴을 매개로 상기 전력 소자들과 상기 기판을 연결하는 단계; 상기 기판 상부에 하우징 부재를 배치하는 단계; 상기 기판과 하우징 부재를 접합하는 단계; 및 상기 기판과 시그널 단자부 및 파워 단자부를 연결하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예에 따르면, 리본 본딩 기술을 이용한 본딩 스트립 패턴을 도입함에 따라, 금속 와이어보다 상대적으로 적은 개수를 이용할 수 있어 공정 단계를 감소시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 본딩 스트립 패턴을 형성하기 위해 도입하는 본더 장비의 개수를 감소시킬 수 있어 설비 투자비를 감소시킬 수 있는 이점이 제공된다.
또한, 시그널 단자부를 구성하는 접속핀 연결 단자부가 단자 몰드락부로 감싸여 있는 구조로 형성되어 초음파 손실을 방지할 수 있음에 따라, 접합 강도 및 신뢰성을 증가시킬 수 있는 이점이 제공된다. 초음파 용접 방식을 도입함으로써 솔더 사용을 감소시켜 환경친화적인 공정 방법을 도입할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈을 나타내보인 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 일부분의 단면을 확대하여 나타내보인 도면들이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 기판을 나타내보인 평면도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 하우징 부재를 나타내보인 도면이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 결합 사시도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 패키징 방법을 나타내보인 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 일부분의 단면을 확대하여 나타내보인 도면들이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 기판을 나타내보인 평면도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 하우징 부재를 나타내보인 도면이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 결합 사시도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 패키징 방법을 나타내보인 순서도이다.
본 출원의 실시 형태들을 도면들을 예시하며 설명하지만, 이는 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 설명하기 위한 것이며, 세밀하게 제시된 형상으로 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 한정하고자 한 것은 아니다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈을 나타내보인 도면이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 일부분의 단면을 확대하여 나타내보인 도면들이다. 도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 기판을 나타내보인 평면도이다. 그리고 도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈에 적용되는 하우징 부재를 나타내보인 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 출원에 따른 파워 모듈(1000)은 내부에 공간이 구비된 하우징 부재(200)와, 하우징 부재(200) 하부에 접착제(미도시함)를 통해 접합되면서, 적어도 하나 이상의 전력 소자(140a, 140b)들이 구비된 기판(100)을 포함하여 구성할 수 있다.
하우징 부재(200) 하부에 배치된 기판(100)은 유전체층(101) 및 다수의 금속 배선 패턴들(110, 115, 120)을 포함하며, DBC(Direct bonding copper) 기판으로 구성될 수 있다. 유전체층(101)은, 일 예에서, 질화알루미늄(AlN)과 같은 세라믹 재질을 포함하여 구성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유전체층(101)은 다수의 금속 배선 패턴들(110, 115, 120)이 배치되는 제1 면 및 제1 면과 대향하는 방향에 위치하는 제2 면을 포함한다. 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 제2 면에는 방열층 또는 방열판을 더 포함하여 구성할 수 있다. 유전체층(101)의 제1 면에 배치된 금속 배선 패턴들(110, 115, 120)은 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 기판(100)은 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120)이 배치된 유전체층(101)의 제1 면이 노출되는 메인 영역(103)과 메인 영역(103)의 네 면을 둘러싸는 프레임 영역(104)을 포함한다.
제1 금속 배선 패턴(110) 및 제2 금속 배선 패턴(115)은 메인 영역(103)의 중심 부분에 배치되고, 제3 금속 배선 패턴(120)은 제1 금속 배선 패턴(110) 및 제2 금속 배선 패턴(115)의 주변을 둘러싸는 외곽 영역에 배치될 수 있다. 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120)은 구리(Cu)를 포함하는 재질로 구성될 수 있다. 제1 금속 배선 패턴(110)의 상부면에는 복수 개의 제1 전력 소자(140a)들이 각각 장착되는 제1 영역들(130a)이 정의될 수 있다. 제1 영역(130a)들은 제1 금속 배선 패턴(110) 상에 소정 간격만큼 상호 이격하여 위치할 수 있다.
제2 금속 배선 패턴(115)은 제1 금속 배선 패턴(110)과 소정 간격만큼 이격하여 배치된 제1 부분(115a), 제2 부분(115b) 및 제3 부분(115c)을 포함하여 구성된다. 제2 금속 배선 패턴(115)의 제1 부분(115a), 제2 부분(115b) 및 제3 부분(115c)은 제1 금속 배선 패턴(110)의 길이 방향으로 소정 간격만큼 상호 이격하여 위치할 수 있다. 제1 부분(115a), 제2 부분(115b) 및 제3 부분(115c)에 대응하는 제2 금속 배선 패턴(115)의 상부면에는 제2 전력 소자(140b)들이 장착되는 제2 영역들(130b)이 정의될 수 있다. 또한, 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에는 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)가 부착되는 제3 영역(160)들이 정의될 수 있다.
제1 금속 배선 패턴(110)의 제1 영역들(130a) 및 제2 금속 배선 패턴(115)의 제2 영역들(130b) 상에 배치되는 제1 또는 제2 전력 소자(140a, 140b)들은 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 또는 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)를 포함하는 반도체 칩으로 구성될 수 있다. 제1 영역들(130a)에 배치된 제1 전력 소자(140a)들 및 제2 영역들(130b)에 배치되는 제2 전력 소자(140b)들은 기판(100)의 길이 방향으로 배치될 수 있다.
제1 전력 소자(140a) 또는 제2 전력 소자(140b)들은 본딩 스트립 패턴(150), 제2 금속 와이어(300b) 또는 제3 금속 와이어(300c)들을 매개로 기판(100)과 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 금속 배선 패턴(110) 상에 배치된 제1 전력 소자(140a)들은 제1 본딩 스트립 패턴(150a)을 매개로 기판(100)과 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제2 금속 배선 패턴(115) 상에 배치된 제2 전력 소자(140b)들은 제2 본딩 스트립 패턴(150b)을 매개로 기판(100)과 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 일 예에서, 제1 전력 소자(140a)는 제1 본딩 스트립 패턴(150a)을 매개로 기판(100) 상의 제2 금속 배선 패턴(115)으로 연결될 수 있다. 또한 제2 전력 소자(140b)는 제2 본딩 스트립 패턴(150b)을 매개로 기판(100) 상의 제3 금속 배선 패턴(120)으로 연결될 수 있다.
제1 또는 제2 본딩 패턴(150a, 150b)을 포함하는 본딩 스트립 패턴(150)은 리본 본딩(ribbon bonding) 기술을 이용하여 구현할 수 있다. 제1 또는 제2 본딩 스트립 패턴(150a, 150b)은 알루미늄(Al)을 포함하는 재질, 예를 들어, 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다. 리본 본딩 기술을 이용하여 형성한 본딩 스트립 패턴(150)은 직사각형의 단면 및 직사각형의 평면 형상을 가지게 구현될 수 있다. 예를 들어, 본딩 스트립 패턴(150)은 2000um의 길이와 150um의 폭의 직사각형 형상을 가지는 패턴으로 도입할 수 있다. 본딩 스트립 패턴(150)은 제1 또는 제2 전력 소자(140a, 140b)에서의 부착 포인트와 제2 또는 제3 금속 배선 패턴(115, 120)에서의 부착 포인트에서 구부러진, 즉, 접힌 영역을 가질 수 있다.
리본 본딩 기술을 이용하여 형성된 본딩 스트립 패턴(150)은 제1 전력 소자(140a) 및 기판(100)에 대해 접촉하는 접촉 면적이 와이어 본딩 기술을 이용하여 형성된 금속 와이어보다 상대적으로 넓은 접촉 면적을 가진다. 이에 따라, 금속 와이어보다 상대적으로 적은 개수를 이용하여 기판과 전력 소자 사이를 연결할 수 있어 공정 단계를 감소시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 금속 와이어를 이용하는 경우 복수 개의 와이어 본더(wire bonder) 장비가 필요한 반면, 리본 본딩 기술은 1개의 리본 본더(ribbon bonder) 장비만 필요하여 설비 투자비를 감소시킬 수 있다.
제1 금속 배선 패턴(110) 상에 배치된 제1 전력 소자(140a)들은 제2 금속 와이어(300b)을 매개로 기판(100) 또는 시그널 단자부(240)와 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 금속 배선 패턴(115) 상에 배치된 제2 전력 소자(140b)들은 제3 금속 와이어(300c)을 매개로 기판(100) 또는 시그널 단자부(240)와 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제2 금속 와이어(300b) 또는 제3 금속 와이어(300c)는 알루미늄(Al) 재질의 금속 와이어로 구성될 수 있다.
제3 금속 배선 패턴(120)은 제1 금속 배선 패턴(110) 및 제2 금속 배선 패턴(115)을 둘러싸는 메인 영역(103)의 외곽 영역에 배치될 수 있다. 제3 금속 배선 패턴(120)은 제1 금속 배선 패턴(110) 및 제2 금속 배선 패턴(115)으로부터 소정 간격만큼 이격하여 배치될 수 있다. 제3 금속 배선 패턴(120)은 각각의 제1 또는 제2 전력 소자(140a, 140b)들과 접속되는 영역, 도전성 와이어가 접속되는 영역 등으로 다양한 다각형 패턴 형상을 가지게 구비될 수 있다. 그러나, 설명의 편의를 의해 서로 구분하지 않고 모두 제3 금속 배선 패턴(120)으로 기재하도록 한다. 제3 금속 배선 패턴(120)에서 다각형 패턴으로 분할된 패턴들은 각각 복수 개의 연결 단자(125)들을 통해 전기적 신호적으로 상호 연결될 수 있다.
메인 영역(103)의 네 면을 둘러싸는 프레임 영역(104)의 상호 마주보는 두 변 상에는 관통홀(157, 도 3 참조)이 배치될 수 있다. 관통홀(157)은 하우징 부재(200)의 볼트 체결용 관통홀(215, 도 1 참조)이 배치되는 위치와 대응하여 기판(100)과 하우징 부재(200)를 볼트를 이용하여 다른 외부 장치(미도시함)와 결합시키는 역할을 한다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 하우징 부재(200)는 물리적, 화학적인 외부 요소로부터 기판(100) 상에 배치된 전력 소자(140a, 140b)등을 보호한다. 하우징 부재(200)는 바디 프레임부(205)와, 바디 프레임부(205)의 일 측면부에 배치된 시그널 단자부(240)와, 바디 프레임부(205)의 타 측면부에 배치된 파워 단자부(250) 및 볼트 체결용 관통홀(215)을 포함하여 구성될 수 있다. 바디 프레임부(205)는 기판(100)의 외곽 영역에서 기판(100)의 네 면을 둘러싸 파워 모듈(1000)의 외관 형상을 구성하고, 기판(100) 상에 형성된 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115), 제3 금속 배선 패턴(120), 제1 전력 소자(140a) 및 제2 전력 소자(140b)를 노출시킬 수 있게 상부가 개방되어 있는 캐비티(210)를 포함하는 형상을 가진다. 바디 프레임부(205)는 폴리에틸렌프탈레이트(PET: Polyethylene phthalate) 보다 상대적으로 내열성, 내약품성, 기계적 강도가 높고, 난연성이 우수한 수퍼 엔지니어링 플라스틱(super engineering plastic) 재질로 구성될 수 있다. 일 예에서, 바디 프레임부(205)는 폴리 페닐렌 설파이드(PPS: Poly phenylene sulfide) 수지를 포함하여 구성될 수 있다. 바디 프레임부(205)의 상부면은 기판(100) 상에 형성된 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115), 제3 금속 배선 패턴(120), 제1 전력 소자(140a) 및 제2 전력 소자(140b)의 높이보다 높은 위치를 가지게 형성된다.
바디 프레임부(205)의 일 측면부에는 시그널 단자부(240)가 배치된다. 시그널 단자부(240)는 접속핀(240a)과 접속핀(240a)으로부터 연장하는 연장부(240b), 그리고 바디 프레임부(205)의 내측 공간으로 삽입된 접속핀 연결 단자부(240c)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하 도 1의 'A' 부분을 확대하여 나타내보인 도 2a 및 도 2a의 I-I' 방향을 따라 잘라내어 나타내보인 도 2b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(100)의 네 면을 둘러싸고 있는 바디 프레임부(205) 내측의 일 측면부에는 시그널 단자 하우징부(230)가 배치된다. 시그널 단자 하우징부(230)는 바디 프레임부(205)의 내측벽(SW)을 관통하는 단자 홀(S)과, 바디 프레임부(205)의 내측벽(SW)으로부터 캐비티(210) 방향으로 돌출된 단자 몰드락부(230a)를 포함하여 구성될 수 있다. 시그널 단자 하우징부(230)를 구성하는 단자 홀(S) 및 단자 몰드락부(230a)는 파워 모듈(1000)의 길이 방향을 따라 복수 개의 구성 요소들이 배열되며, 인접하는 단자 몰드락부(230a)는 내부 분리벽(220)에 의해 구분되어 분리될 수 있다.
다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 시그널 단자부(240)의 접속핀(240a)의 연장부(240b)는 시그널 단자 하우징부(230)의 단자 홀(S)으로 삽입되어 바디 프레임부(205)의 내측 공간으로 연장되고 접속핀 연결 단자부(240c)의 상부면(T)을 제외한 노출면은 단자 몰드락부(230a)에 의해 세 면이 모두 덮여있는 형상을 가진다. 바디 프레임부(205)는 기계적 강도가 상대적으로 높은 폴리 페닐렌 설파이드(PPS) 수지를 포함하여 구성됨에 따라, 시그널 단자부(240)의 접속핀 연결 단자부(240c)를 세 면에서 견고하게 잡아주어 제조 공정을 진행하는 과정에서 흔들리는 것을 방지한다. 도 1을 참조하면, 시그널 단자부(240)는 접속핀 연결 단자부(240c)와 제3 금속 배선 패턴(120) 사이에 제1 금속 와이어(300a)를 통해 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제1 금속 와이어(300a)는 알루미늄(Al) 재질보다 상대적으로 신뢰성이 높은 소재인 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있다.
바디 프레임부(205)의 타 측면부에는 파워 단자부(250)이 배치된다. 구체적으로, 시그널 단자부(240)이 배치된 바디 프레임부(205)의 일 측면부와 마주보는 타 측면부에 파워 단자부(250)가 배치될 수 있다. 파워 단자부(250)는 바디 프레임부(205)의 외부에 배치된 파워 접속핀(250a)과, 파워 접속핀(250a)으로부터 연장하여 바디 프레임부(205)의 내부로 연장되는 연장부(250b) 및 본딩부(250c)를 포함하여 구성될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에 정의된 제3 영역(160) 상에 접합될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 초음파 용접 방식을 통한 금속간에 직접 접합될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 도금처리 되지 않은 순수 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있다. 본딩부(250c)는 모서리 부분이 라운드 처리된 사각 모양을 가지게 구성될 수 있다. 일 예에서, 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)와 제2 전력 소자(140b) 사이의 이격거리(a)는 적어도 1mm만큼 떨어져 있게 배치하고, 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)와 제1 내지 제3 금속 배선 패턴(110, 115, 120)의 종단부 사이의 이격거리(b)는 적어도 0.2mm만큼 떨어져 있게 배치한다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 결합 사시도이다. 그리고 도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 모듈의 패키징 방법을 나타내보인 순서도이다.
본 출원의 실시예에 따른 파워 모듈의 패키징 방법은 기판을 준비하는 단계(S100)와, 기판 상에 전력 소자들을 배치하는 단계(S110)와, 제1 금속 와이어를 매개로 전력소자들과 기판을 연결하는 단계(S120)와, 본딩 스트립 패턴을 매개로 전력소자들과 기판을 연결하는 단계(S130)와, 기판 상부에 하우징 부재를 배치하는 단계(S140)와, 기판과 하우징 부재를 접합하는 단계(S150) 및 기판과 시그널 단자부 및 파워 단자부를 연결하는 단계(S160)를 포함할 수 있다. 이하 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 기판(100)을 준비한다(S100). 기판(100)은 상술한 도 3의 기판(100)을 준비한다. 기판(100)은 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 금속 배선 패턴(110)의 상부면에는 전력 소자들이 배치될 제1 영역들(130a)이 정의되어 있고, 제2 금속 배선 패턴(115)에는 전력 소자들이 배치될 제2 영역(130b)이 정의되어 있다. 또한, 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에는 파워 단자부와 연결되는 제3 영역(160)이 정의되어 있다.
다음에 기판(100) 상에 전력 소자들(140a, 140b, 도 3 참조)을 배치한다(S110). 기판(100)과 전력 소자들(140a, 140b)은 리플로우 솔더링(reflow soldering) 공정을 통해 접합될 수 있다. 리플로우 솔더링 공정은 기판(100)과 전력 소자들(140a, 140b) 사이에 크림 상태의 솔더 물질을 도포하고, 솔더 물질을 용융 처리(reflow)하여 기판(100) 상에 전력 소자들(140a, 140b)을 접합시키는 공정이다.
계속해서 금속 와이어들(300b, 300c)를 매개로 전력소자들(140a, 140b)과 기판(100)을 전기적, 신호적으로 연결한다(S120). 구체적으로, 제1 금속 배선 패턴(110) 상에 배치된 제1 전력 소자(140a)들은 제2 금속 와이어(300b)을 매개로 기판(100) 또는 시그널 단자부(240)와 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 금속 배선 패턴(115) 상에 배치된 제2 전력 소자(140b)들은 제3 금속 와이어(300c)을 매개로 기판(100) 또는 시그널 단자부(240)와 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제2 금속 와이어(300b) 또는 제3 금속 와이어(300c)는 알루미늄(Al) 재질의 금속 와이어로 구성될 수 있다.
다음에 본딩 스트립 패턴(150)을 매개로 전력소자들(140a, 140b)과 기판(100)을 연결한다(S130). 제1 또는 제2 본딩 패턴(150a, 150b)을 포함하는 본딩 스트립 패턴(150)은 상술한 리본 본딩 기술을 이용하여 구현할 수 있다. 리본 본딩 기술은 먼저 전력 소자들(140a, 140b) 상에 본딩 스트립 패턴(150)의 일 단부를 본딩한 다음, 본딩 스트립 패턴(150)의 타 단부를 기판(100) 상에 본딩하는 순서로 진행할 수 있다.
다음에 기판(100) 상부에 하우징 부재(200)를 배치하고(S140), 기판(100)과 하우징 부재(200)를 접합한다(S150). 이를 위해 기판(100)과 하우징 부재(200) 사이에 접착제(미도시함)를 도포한 다음, 접착제를 경화시켜 기판(100)과 하우징 부재(200)를 접합할 수 있다. 접착제는 에폭시 재질을 포함하여 구성될 수 있다.
다음에 기판(100)과 시그널 단자부(240) 및 파워 단자부(250)를 각각 연결한다(S160). 구체적으로, 기판(100)과 시그널 단자부(240)를 연결하는 단계는, 시그널 단자부(240)는 접속핀 연결 단자부(240c)와 기판(100)의 제3 금속 배선 패턴(120) 사이에 제1 금속 와이어(300a)를 통해 전기적, 신호적으로 연결될 수 있다. 제1 금속 와이어(300a)는 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있다. 제1 금속 와이어(300a)는 시그널 단자부(240)의 접속핀 연결 단자부(240c) 상에 제1 금속 와이어(300a)의 일 단부를 본딩한 다음, 제1 금속 와이어(300a)의 타 단부를 제3 금속 배선 패턴(120) 상에 본딩하는 순서로 진행할 수 있다.
다음에 기판(100)과 파워 단자부(250)를 연결하는 단계는, 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)를 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에 정의된 제3 영역(160, 도 3 참조) 상에 접합하여 구현될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 초음파 용접 방식을 통해 각각 제1 금속 배선 패턴(110), 제2 금속 배선 패턴(115) 및 제3 금속 배선 패턴(120) 상에 접합될 수 있다. 파워 단자부(250)의 본딩부(250c)는 도금처리 되지 않은 순수 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있다. 초음파 용접 방식을 도입하기 위해 시그널 단자부(240)의 접속핀 연결 단자부(240c)는 단자 몰드락부(230a)에 의해 세 면이 모두 덮여 있는 형상을 가진다. 접속핀 연결 단자부(240c)의 세 면이 단자 몰드락부(230a)로 감싸여 있는 구조로 형성됨에 따라, 초음파 용접시 접속핀 연결 단자부(240c)가 외부로 노출되어 떨리는 현상에 의한 초음파 손실을 방지할 수 있다.
그리고 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 기판(100) 상에 겔(gel)을 도포하고, 기판(100)의 노출면을 덮는 커버를 조립하는 공정을 진행하여 패키지 공정을 완료할 수 있다.
본 출원의 실시예에 따르면, 리본 본딩 기술을 이용한 본딩 스트립 패턴을 도입함에 따라, 금속 와이어보다 상대적으로 적은 개수를 이용할 수 있어 공정 단계를 감소시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 본딩 스트립 패턴을 형성하기 위해 도입하는 본더 장비의 개수를 감소시킬 수 있어 설비 투자비를 감소시킬 수 있는 이점이 제공된다. 또한, 시그널 단자부를 구성하는 접속핀 연결 단자부가 단자 몰드락부로 감싸여 있는 구조로 형성되어 초음파 손실을 방지할 수 있음에 따라, 접합 강도 및 신뢰성이 증가한다. 초음파 용접 방식을 도입함으로써 솔더 사용을 감소시켜 환경친화적인 공정 방법을 도입할 수 있다.
1000: 파워 모듈
100: 기판
110, 115, 120: 금속 배선 패턴 140a, 140b: 전력 소자
150: 본딩 스트립 패턴 160: 관통홀
200: 하우징 부재 205: 바디 프레임부
215: 볼트 체결용 관통홀 220: 내부 분리벽
230: 시그널 단자 하우징부 240: 시그널 단자부
250: 파워 단자부 300a: 금속 와이어
310: 파워 접속 단자
110, 115, 120: 금속 배선 패턴 140a, 140b: 전력 소자
150: 본딩 스트립 패턴 160: 관통홀
200: 하우징 부재 205: 바디 프레임부
215: 볼트 체결용 관통홀 220: 내부 분리벽
230: 시그널 단자 하우징부 240: 시그널 단자부
250: 파워 단자부 300a: 금속 와이어
310: 파워 접속 단자
Claims (18)
- 복수의 금속 배선 패턴들이 구비된 기판;
상기 금속 배선 패턴들 상에 배치된 복수 개의 전력 소자들;
상기 전력 소자들을 기판과 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 본딩 스트립 패턴들;
상기 기판의 외측면을 둘러싸고 상부가 개방되어 상기 기판의 금속 배선 패턴들 및 전력 소자들을 노출시키는 캐비티를 포함하는 바디 프레임부;
상기 바디 프레임부의 내측 일 측면부에 위치하고 상기 바디 프레임부의 내측벽을 관통하는 단자 홀 및 상기 단자 홀로부터 연장되어 상기 캐비티 방향으로 돌출된 단자 몰드락부를 포함하는 시그널 단자 하우징부;
상기 바디 프레임부의 일 측면부에 위치하고, 상기 단자 홀을 통해 상기 단자 몰드락부로 삽입된 시그널 단자부;
상기 시그널 단자부와 상기 기판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 와이어; 및
상기 시그널 단자부와 마주보는 상기 바디 프레임부의 다른 측면부에 위치하는 파워 단자부를 포함하는 파워 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 본딩 스트립 패턴은 리본 본딩 기술을 이용하여 직사각형의 단면 및 소정 폭을 가지는 평면 형상을 가지는 파워 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 본딩 스트립 패턴은 알루미늄을 포함하는 재질로 형성된 파워 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 본딩 스트립 패턴은 상기 제1 금속 와이어보다 상대적으로 넓은 접촉 면적을 가지는 파워 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 금속 와이어는 구리 재질로 형성된 파워 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 상기 전력 소자들과 상기 금속 배선 패턴들을 전기적으로 연결하는 제2 금속 와이어를 더 포함하는 파워 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 제2 금속 와이어는 알루미늄 재질로 형성된 파워 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 바디 프레임부는 폴리 페닐렌 설파이드를 포함하여 형성된 파워 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 단자 몰드락부는 상기 시그널 단자부의 상부면을 제외한 나머지 노출면을 모두 덮도록 형성된 파워 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 파워 단자부는 상기 바디 프레임부의 외측에 배치된 파워 접속핀, 상기 파워 접속핀으로부터 연장하여 상기 바디 프레임부의 내부 공간으로 연장되는 연장부 및 상기 기판의 금속 배선 패턴과 연결되는 본딩부를 포함하는 파워 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 본딩부는 구리 재질로 형성된 파워 모듈. - 복수의 금속 배선 패턴들이 배치된 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 복수 개의 전력 소자들을 배치하는 단계;
제1 금속 와이어를 매개로 상기 전력 소자들과 상기 기판을 연결하는 단계;
본딩 스트립 패턴을 매개로 상기 전력 소자들과 상기 금속 배선 패턴들을 연결하는 단계;
상기 기판 상부에 시그널 단자부 및 파워 단자부가 구비된 하우징 부재를 배치하는 단계;
상기 기판과 하우징 부재를 접합하는 단계;
제2 금속 와이어를 매개로 상기 기판과 시그널 단자부를 연결하는 단계; 및
상기 기판과 파워 단자부를 연결하는 단계를 포함하는 파워 모듈의 패키징 방법. - 제12항에 있어서,
상기 금속 배선 패턴들은 상기 기판의 중심 부분에 배치된 제1 금속 배선 패턴 및 제2 금속 배선 패턴과, 상기 제1 및 제2 금속 배선 패턴의 주변을 둘러싸는 외곽 영역에 배치된 제3 금속 배선 패턴들을 포함하는 파워 모듈의 패키징 방법. - 제12항에 있어서,
상기 복수 개의 전력 소자들을 배치하는 단계는 상기 기판과 전력 소자들 사이에 솔더 물질을 도포하고, 상기 솔더 물질을 용융 처리하여 상기 기판 상에 상기 전력 소자들을 접합시키는 파워 모듈의 패키징 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1 금속 와이어는 알루미늄 재질로 구성하고, 상기 제2 금속 와이어는 구리 재질로 구성된 파워 모듈의 패키징 방법. - 제12항에 있어서,
상기 본딩 스트립 패턴은 리본 본딩 기술을 이용하여 형성하는 파워 모듈의 패키징 방법. - 제12항에 있어서,
상기 하우징 부재는 상기 기판의 외측면을 둘러싸고 상부가 개방되어 상기 기판의 금속 배선 패턴들 및 전력 소자들을 노출시키는 캐비티를 포함하는 바디 프레임부과, 상기 바디 프레임부의 내측 일 측면부에 위치하고 상기 바디 프레임부의 내측벽을 관통하는 단자 홀 및 상기 단자 홀로부터 연장되어 상기 캐비티 방향으로 돌출되어 상기 시그널 단자부를 감싸는 단자 몰드락부를 포함하는 시그널 단자 하우징부를 포함하는 파워 모듈의 패키징 방법. - 제12항에 있어서,
상기 기판과 파워 단자부를 연결하는 단계는 초음파 용접 방식으로 상기 파워 단자부를 기판에 접합하는 파워 모듈의 패키징 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |