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KR20180090127A - Power module package - Google Patents

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KR20180090127A
KR20180090127A KR1020170015145A KR20170015145A KR20180090127A KR 20180090127 A KR20180090127 A KR 20180090127A KR 1020170015145 A KR1020170015145 A KR 1020170015145A KR 20170015145 A KR20170015145 A KR 20170015145A KR 20180090127 A KR20180090127 A KR 20180090127A
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KR
South Korea
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substrate
switching element
power module
module package
concave portion
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Withdrawn
Application number
KR1020170015145A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조성무
김광수
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a power module package. According to an embodiment of the present invention, a power module package comprises a first substrate; a switching element and a diode element soldered on the first substrate; a lead frame having first and second concave units corresponding to the switching element and the diode element and a first convex unit disposed between the first concave unit and the second concave unit; and a second substrate bonded onto the first convex unit. Accordingly, formation of a solder void can be reduced.

Description

전력 모듈 패키지{Power module package}A power module package

본 발명은 전력 모듈 패키지에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 솔더 보이드의 형성이 저감될 수 있는 전력 모듈 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a power module package, and more particularly to a power module package in which the formation of solder voids can be reduced.

전 세계적으로 에너지 사용량이 증가함에 따라, 제한된 에너지의 효율적인 사용에 지대한 관심을 가지기 시작했다. 이에 따라 가전, 산업, 전장 및 에너지 제품에서 에너지의 효율적인 변환(Conversion)을 위한 파워 모듈(Power Module)을 채용한, 인버터/컨버터 등의 채용이 가속화되고 있다.As energy use increases around the world, we are beginning to pay great attention to the efficient use of limited energy. As a result, the adoption of inverters / converters using power modules for efficient energy conversion in household appliances, industrial, electric and energy products is accelerating.

특히, 파워 모듈(Power Module)의 고집적, 고전력 밀도화가 진행 중에 있으며, 이에, 신규 파워 모듈(Power Module)이 개발되고 있다.Particularly, a high integration and a high power density of a power module are on the way, and a new power module is being developed.

한편, 이러한 개발 경향에 있어서 가장 큰 기술적 장벽은 방열 문제이다. On the other hand, the biggest technical barrier in this trend is heat dissipation.

이를 해결하기 위한 노력의 일환으로 양면 방열 (Double Side Cooling) 구조가 제안되고 있다. 하지만 현재 개발된 양면 방열 구조의 경우, 패키징(Packaging) 공정의 어려움, 그에 따른 수율 저하가 문제되고 있다.As an effort to solve this problem, a double side cooling structure has been proposed. However, in the case of the currently developed double-sided heat dissipation structure, it is difficult to perform the packaging process and thus the yield is lowered.

본 발명의 목적은, 솔더 보이드의 형성이 저감될 수 있는 전력 모듈 패키지를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a power module package in which the formation of solder voids can be reduced.

한편, 본 발명의 다른 목적은, 양면 방열이 가능한 전력 모듈 패키지를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a power module package capable of double-side heat dissipation.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 제1 기판과, 제1 기판 상에 솔더링되는 스위칭 소자 및 다이오드 소자와, 스위칭 소자 및 다이오드 소자에 대응하는 제1 오목부 제2 오목부, 및 제1 오목부와 제2 오목부 사이에 배치되는 제1 볼록부를 구비하는 리드 프레임과, 제1 볼록부 상에 접합되는 제2 기판을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power module package including a first substrate, a switching element and a diode element soldered on the first substrate, a first recessed portion corresponding to the switching element and the diode element, A second concave portion, and a first convex portion disposed between the first concave portion and the second concave portion; and a second substrate bonded onto the first convex portion.

본 발명의 일실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 제1 기판과, 제1 기판 상에 솔더링되는 스위칭 소자 및 다이오드 소자와, 스위칭 소자 및 다이오드 소자에 대응하는 제1 오목부 제2 오목부, 및 제1 오목부와 제2 오목부 사이에 배치되는 제1 볼록부를 구비하는 리드 프레임과, 제1 볼록부 상에 접합되는 제2 기판을 포함함으로써, 솔더 보이드의 형성이 저감될 수 있다.A power module package according to an embodiment of the present invention includes a first substrate, a switching element and a diode element soldered on the first substrate, a first concave second concave portion corresponding to the switching element and the diode element, The lead frame having the first convex portion disposed between the first concave portion and the second concave portion and the second substrate bonded onto the first convex portion can reduce the formation of the solder void.

특히, 제1 오목부와 제2 오목부가, 스위칭 소자, 및 다이오드 소자의 상면의 일부와 접합함으로써, 솔더 보이드(Solder Void)의 발생 확률이 저감될 수 있게 된다.Particularly, by joining the first concave portion and the second concave portion, the switching element, and a part of the upper surface of the diode element, the probability of occurrence of the solder void can be reduced.

한편, 리드 프레임은, 탄성 부재를 구비할 수 있으며, 이에 따라, 제1 오목부, 제2 오목부, 제1 볼록부 등에 의해, 단차 없는 접합이 가능하게 된다.On the other hand, the lead frame can be provided with an elastic member, whereby the first recess, the second recess, the first protrusion, and the like enable the step-free bonding.

특히, 스위칭 소자, 및 다이오드 소자의 높이가, 서로 다른 경우라도, 탄성 있는 리드 프레임을 사용하므로, 단차 없는 접합이 가능하게 된다.Particularly, even when the heights of the switching element and the diode element are different from each other, since an elastic lead frame is used, step-free bonding is possible.

한편, 제1 기판과 제2 기판이, 직접 본드 구리 기판일 수 있으며,, 이에 따라, 전력 모듈 패키지에서, 양면 발열이 가능하게 된다.On the other hand, the first substrate and the second substrate may be a direct bonded copper substrate, thereby enabling the two-sided heat generation in the power module package.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 구비하는 전력변환장치의 일예를 도시한 회로도이다.
도 2는 전력 모듈 패키지의 일예이다.
도 3a 내지 도 4는 도 2의 전력 모듈 패키지의 설명에 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5의 전력 모듈 패키지의 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 도시한 도면이다.1 is a circuit diagram showing an example of a power conversion apparatus having a power module package according to an embodiment of the present invention.
2 is an example of a power module package.
Figures 3a-4 are views referenced in the description of the power module package of Figure 2.
5 is a diagram illustrating a power module package according to an embodiment of the present invention.
6A-6D are views referenced in the description of the power module package of FIG.
7A through 7D illustrate a power module package according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.The suffix "module" and " part "for components used in the following description are given merely for convenience of description and do not give special significance or role in themselves. Accordingly, the terms "module" and "part" may be used interchangeably.

본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는,
A power module package according to an embodiment of the present invention includes:

실리콘 카바이드 스위칭 소자는, 차량, 냉장고, 에어컨, 세탁기 등의 내부의 모터 구동장치 내의 인버터 내의 스위칭 소자로 사용되거나, 태양광 모듈, 에너지 저장장치 등 직류 전원 기반하여 교류 전원을 출력하는 전력변환장치 내의 인버터 내의 스위칭 소자로 사용될 수 있다.The silicon carbide switching element may be used as a switching element in an inverter in a motor driving device inside a vehicle, a refrigerator, an air conditioner, a washing machine, or the like, or may be used in a power conversion device for outputting AC power based on a DC power source such as a solar module, It can be used as a switching element in an inverter.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 구비하는 전력변환장치의 일예를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram showing an example of a power conversion apparatus having a power module package according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하여 설명하면, 도 1의 전력변환장치(100)는, 입력 전원(101)을 변환하여 출력하는 컨버터(110)와, 컨버터(110)의 출력단에 배치되는 dc단 커패시터(C), 및 dc단 커패시터(C)에 접속되어 직류 전원을 소모하는 부하(120)가 배치될 수 있다.1 includes a converter 110 for converting and outputting an input power source 101, a dc-stage capacitor C disposed at an output terminal of the converter 110, And a load 120 connected to the dc short-circuit capacitor C to consume DC power.

예를 들어, 전력변환장치(100)가, TV, 노트북, 이동 단말기 등에 사용되는 경우, 부하(120)는, 디스플레이 등일 수 있다.For example, when the power conversion apparatus 100 is used for a TV, a notebook, a mobile terminal, etc., the load 120 may be a display or the like.

다른 예로, 전력변환장치(100)가, 모터에 의해 구동되는 에어컨, 냉장고, 세탁기, 차량 등인 경우, 부하(120)는, 인버터와 모터를 포함하는 개념일 수 있다.As another example, when the power conversion apparatus 100 is an air conditioner, a refrigerator, a washing machine, a vehicle, etc. driven by a motor, the load 120 may be a concept including an inverter and a motor.

한편, 컨버터(210)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 이를 위해, 컨버터(210)는, 인덕터(L1), 스위칭 소자(S1), 및 다이오드 소자(D)를 구비할 수 있다. 도면에서는, 컨버터(210)가, 부스트 컨버터인 것을 예시한다.On the other hand, the converter 210 converts the input AC power to DC power. To this end, the converter 210 may include an inductor L1, a switching element S1, and a diode element D. [ In the figure, it is exemplified that the converter 210 is a boost converter.

한편, 컨버터(210) 내의, 스위칭 소자(S1), 및 다이오드 소자(D) 등은, 하나의 모듈 또는 하나의 모듈 패키지로서 구현이 가능하다. 즉, 컨버터(210) 내의, 스위칭 소자(S1), 및 다이오드 소자(D) 등은, 전력 모듈 패키지로서 구성될 수 있다.On the other hand, the switching element S1, the diode element D, etc. in the converter 210 can be implemented as one module or one module package. That is, the switching element S1, the diode element D, etc. in the converter 210 may be configured as a power module package.

예를 들어, 전력 모듈 패키지 내의 스위칭 소자(S1), 및 다이오드 소자(D)는, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (Insulated gate bipolar transistor, IGBT)와 패스트 리커버리 다이오드(FRD: Fast Recovery Diode)일 수 있다.For example, the switching element S1 and the diode element D in the power module package may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a fast recovery diode (FRD).

또는, 전력 모듈 패키지 내의 스위칭 소자(S1), 및 다이오드 소자(D)는, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 (MOSFET)와 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)일 수 있다.Alternatively, the switching element S1 and the diode element D in the power module package may be a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) and a Schottky barrier diode (SBD).

도 2는 전력 모듈 패키지의 일예이고, 도 3a 내지 도 4는 도 2의 전력 모듈 패키지의 설명에 참조되는 도면이다.FIG. 2 is an example of a power module package, and FIGS. 3A-4 are views referenced in the description of the power module package of FIG. 2. FIG.

도면을 참조하여 설명하면, 전력 모듈 패키지(200)는, 도 3a와 같이, 제1 기판(210) 상에, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230)가 솔더링(soldering)된다.Referring to the drawings, in the power module package 200, a switching element 220 and a diode element 230 are soldered on a first substrate 210, as shown in FIG. 3A.

한편, 제1 기판(210)은, 예를 들어, 세라믹(ceramic)을 기준으로 양쪽으로 구리(copper) 판재(205,215a,215b)를 열과 압력으로 소결하여 붙인, 직접 본드 구리(Direct Bonded Copper;DBC) 기판일 수 있다. 이러한 DBC 기판은, 방열 특성 및 열전도도 특성이 뛰어난 장점이 있다.On the other hand, the first substrate 210 is made of, for example, a Direct Bonded Copper (hereinafter, referred to as " Direct Bonded Copper ") substrate obtained by sintering copper plates 205, 215a and 215b with heat and pressure on both sides of a ceramic. DBC) substrate. Such a DBC substrate has an advantage of excellent heat dissipation characteristics and thermal conductivity characteristics.

다음, 도 3b와 같이, 제1 기판(210) 상에, 스위칭 소자(220)와, 구리 판재인 금속층(215a) 사이에, 와이어((wire)(255) 본딩(bonding)이 수행된다.Next, as shown in FIG. 3B, a wire 255 bonding is performed between the switching element 220 and the metal layer 215a, which is a copper plate, on the first substrate 210. Next, as shown in FIG.

특히, 스위칭 소자(220)의 메탈 영역(231b)과 금속층(215a) 사이에, 와이어((wire)(255) 본딩(bonding)이 수행된다.Particularly, wire 255 bonding is performed between the metal region 231b of the switching element 220 and the metal layer 215a.

다음, 도 3c와 같이, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230) 상에, 스페이서(240a,240b)가 각각 접합된다. 또한, 금속층(215a) 상에 접속 핀(terminal pin)(219)이 접합된다.Next, as shown in Fig. 3C, the spacers 240a and 240b are bonded onto the switching element 220 and the diode element 230, respectively. Further, a terminal pin 219 is bonded onto the metal layer 215a.

다음, 도 3d와 같이, 스페이서(240a,240b) 상에, 제2 기판(260)이 접합된다. 제2 기판(260)은, 예를 들어, 세라믹(ceramic)을 기준으로 양쪽으로 구리(copper) 판재(265, 245)를 열과 압력으로 소결하여 붙인, 직접 본드 구리(Direct Bonded Copper;DBC) 기판일 수 있다. Next, as shown in FIG. 3D, the second substrate 260 is bonded onto the spacers 240a and 240b. The second substrate 260 may be a direct bonded copper (DBC) substrate, for example, which is sintered with heat and pressure on copper plates 265 and 245 on both sides of a ceramic, Lt; / RTI >

이에 따라, 도 2와 같이, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230)를 구비하는 전력 모듈 패키지(200)가 제조된다.2, a power module package 200 including a switching element 220 and a diode element 230 is fabricated.

이러한 도 2의 전력 모듈 패키지(200)에 의하면, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230)의 상면에 스페이서(240a,240b)를 접합하고, 그 스페이서(240a,240b) 상면에, 다시 제2 기판(260)을 접합하는 형태의 패키징(Packaging) 공정을 진행하게 된다. According to the power module package 200 shown in FIG. 2, the spacers 240a and 240b are bonded to the upper surfaces of the switching element 220 and the diode element 230, and on the upper surface of the spacers 240a and 240b, 2 substrate 260 are bonded to each other.

이런 구조에 있어서, 스페이서(240a,240b)는, 와이어((wire)(255) 본딩(bonding)을 위한 공간 확보, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230)와 다른 회로 패턴 간의 절연 거리 확보, 제2 기판(260)을 통한 방열 패쓰(Path) 형성, 그리고, 실리콘 겔 캡슐화(Encapsulation)를 위한 유체(Fluid) 흐름 공간 확보 등의 기능을 수행한다.In this structure, the spacers 240a and 240b are spaced apart from each other in order to secure a space for wire (255) bonding, to secure an insulation distance between the switching element 220, and the diode element 230 and other circuit patterns. Forming a heat dissipation path through the second substrate 260, securing a fluid flow space for encapsulation of the silicon gel, and the like.

그러나, 스페이서(240a,240b) 접합을 위해, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230)의 상면 전체를, Printing Solder 공법을 이용하여 솔더링하여야 하기 때문에, 일부 영역에서, 솔더 보이드(Solder Void)가 형성되는 문제가 있다.However, in order to bond the spacers 240a and 240b, since the entire upper surface of the switching element 220 and the diode element 230 must be soldered by the printing solder method, Is formed.

도 4는, 도 2의 전력 모듈 패키지(200)를 X-ray 장비로 촬영한 이미지에 관한 도면으로서, 스위칭 소자(220) 주변에 솔더 보이드(401a,401b,401c,...)가 형성되고, 다이오드 소자(230) 주변에 솔더 보이드(402a,402b,...)가 형성된 것을 예시한다.4 is a diagram showing an image of the power module package 200 of FIG. 2 taken by X-ray equipment. Solder voids 401a, 401b, 401c, ... are formed around the switching element 220 And solder voids 402a, 402b,... Are formed around the diode element 230. FIG.

한편, 이러한 솔도 보이드는, 고출력용으로서, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230)의 사이즈가 커질수록, 더 증가할 가능성이 높게 된다.On the other hand, as the size of the switching element 220 and the diode element 230 increases, the solenoidal voids have a high possibility of further increase.

또한, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230)의 상면 전체에 대해 솔더층이 접합되어야 하므로, 열충격 등 신뢰성에 취약하게 되며, 스페이서(240a,240b) 접합시, 얼라인(Align)이 문제될 수 있으며, 솔더링 부재의 흐름 등으로 인한 쇼트(Short) 불량 등이 발생할 수 있게 된다.In addition, since the solder layer must be bonded to the entire upper surface of the switching element 220 and the diode element 230, reliability becomes low, such as thermal shock, and when the spacers 240a and 240b are bonded, And a short failure due to the flow of the soldering member or the like can occur.

한편, 스위칭 소자(220), 및 다이오드 소자(230)는 각각 서로 다른 높이를 가질 수 있으므로, 스페이서(240a,240b)는, 도 2와 같이, 각각 서로 다른 높이(ha,hb)로 제작되어야 한다.Since the switching element 220 and the diode element 230 may have different heights, the spacers 240a and 240b should be formed at different heights ha and hb, respectively, as shown in FIG. 2 .

서로 다른 높이의 스페이서(240a,240b)를 사용함에도 불구하고, 제2 기판(260) 접합시, 스위칭 소자(220)가 배치된 영역과, 다이오드 소자(230)가 배치된 영역에, 단차가 발생할 수 있게 된다.A step is generated in a region where the switching element 220 is disposed and in a region where the diode element 230 is disposed at the time of bonding the second substrate 260 although the spacers 240a and 240b having different heights are used. .

이에 본 발명에서는, 전력 모듈 패키지 제조시, 솔더 보이드(Solder Void) 등이 형성되지 않으며, 복수의 이종 회로 소자의 장착이 가능한 전력 모듈 패키지에 대해 기술한다. 이에 대해서는, 도 5 이하를 참조하여 설명한다.Accordingly, in the present invention, a power module package in which a solder void or the like is not formed during manufacture of a power module package, and in which a plurality of heterogeneous circuit elements can be mounted will be described. This will be described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 도시한 도면이고, 도 6a 내지 도 6d는 도 5의 전력 모듈 패키지의 설명에 참조되는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a power module package according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6A to 6D are views referred to the description of the power module package of FIG.

도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지(500)는, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)를 구비할 수 있다. Referring to the drawings, a power module package 500 according to an embodiment of the present invention may include a switching device 520 and a diode device 530.

특히, 도 6a와 같이, 제1 기판(510) 상에, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)가 솔더링(soldering)된다.6A, the switching element 520 and the diode element 530 are soldered on the first substrate 510. In this case,

한편, 제1 기판(510)은, 예를 들어, 세라믹(ceramic)을 기준으로 양쪽으로 구리(copper) 판재(505,515a,515b,515c,515d)를 열과 압력으로 소결하여 붙인, 직접 본드 구리(Direct Bonded Copper;DBC) 기판일 수 있다. 이러한 DBC 기판은, 방열 특성 및 열전도도 특성이 뛰어난 장점이 있다.On the other hand, the first substrate 510 is formed by directly bonding copper (for example, copper) plates 505, 515a, 515b, 515c, and 515d on both sides of the ceramic, Direct Bonded Copper (DBC) substrate. Such a DBC substrate has an advantage of excellent heat dissipation characteristics and thermal conductivity characteristics.

구체적으로, 제1 기판(510)의 금속층(515b) 상에, 스위칭 소자(520)가 솔더링되며, 제1 기판(510)의 금속층(515c) 상에, 다이오드 소자(530)가 솔더링(soldering) 된다.The switching element 520 is soldered on the metal layer 515b of the first substrate 510 and the diode element 530 is soldered on the metal layer 515c of the first substrate 510. [ do.

한편, 도 6a와 같이, 금속층(515a) 상에 접속 핀(terminal pin)(519)이 접합된다.On the other hand, as shown in FIG. 6A, a terminal pin 519 is bonded onto the metal layer 515a.

한편, 도 6a와 같이, 금속층(515d) 상에 접속층(517d)이 접합될 수 있다.On the other hand, as shown in Fig. 6A, the connection layer 517d can be bonded onto the metal layer 515d.

다음, 도 6b와 같이, 제1 기판(510) 상에, 스위칭 소자(520)와, 구리 판재인 금속층(515a) 사이에, 와이어((wire)(555) 본딩(bonding)이 수행된다.Next, as shown in FIG. 6B, wire 555 bonding is performed on the first substrate 510 between the switching element 520 and the metal layer 515a, which is a copper plate.

특히, 스위칭 소자(520)의 메탈 영역과 금속층(515a) 사이에, 와이어((wire)(555) 본딩(bonding)이 수행된다.Particularly, wire 555 bonding is performed between the metal region of the switching element 520 and the metal layer 515a.

다음, 도 6c와 같이, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530) 상에, 리드 프레임(525)가 접합된다. Next, as shown in Fig. 6C, the lead frame 525 is bonded onto the switching element 520 and the diode element 530. Next, as shown in Fig.

리드 프레임(525)은, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)에 각각 대응하는 제1 오목부(527a), 제2 오목부(527b)를 구비하며, 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b) 사이의 제1 볼록부(529a), 제2 오목부(527b)의 측면의 제2 볼록부(529b)를 구비할 수 있다.The lead frame 525 includes a first recess 527a and a second recess 527b corresponding to the switching element 520 and the diode element 530 respectively and includes a first recess 527a and a second recess 527b, The first convex portion 529a between the second concave portions 527b and the second convex portion 529b on the side of the second concave portion 527b.

리드 프레임(525)의 일 단부는, 도 6c와 같이, 접속층(517d)에 접속될 수 있다.One end of the lead frame 525 may be connected to the connection layer 517d, as shown in Fig. 6C.

즉, 스위칭 소자(520)가 위치한 영역에 리드 프레임(525)의 제1 오목부(527a)가 접합되고, 다이오드 소자(530)가 위치한 영역에 리드 프레임(525)의 제2 오목부(527b)가 접합된다.The first recess 527a of the lead frame 525 is joined to the region where the switching element 520 is located and the second recess 527b of the lead frame 525 is located in the region where the diode element 530 is located, Respectively.

다음, 도 6d와 같이, 리드 프레임(525) 상에, 제2 기판(560)이 접합된다. Next, as shown in Fig. 6D, the second substrate 560 is bonded onto the lead frame 525. Then, as shown in Fig.

제2 기판(560)은, 예를 들어, 세라믹(ceramic)을 기준으로 양쪽으로 구리(copper) 판재(565, 245)를 열과 압력으로 소결하여 붙인, 직접 본드 구리(Direct Bonded Copper;DBC) 기판일 수 있다. The second substrate 560 may be a Direct Bonded Copper (DBC) substrate on which copper plates 565 and 245 are sintered with heat and pressure on both sides of a ceramic, for example, Lt; / RTI >

이에 따라, 도 5와 같이, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)를 구비하는 전력 모듈 패키지(500)가 제조된다.5, a power module package 500 including a switching device 520 and a diode device 530 is fabricated.

이러한 도 5의 전력 모듈 패키지(500)에 의하면, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)의 상면에, 리드 프레임(525)이 접합된다.According to the power module package 500 of FIG. 5, the lead frame 525 is bonded to the upper surface of the switching element 520 and the diode element 530.

특히, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)의 상면에, 각각 리드 프레임(525)의 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b)가 접합되며, 제1 볼록부(529a), 및 제2 볼록부(529b)의 상면에, 제2 기판(560)이 접합하게 된다.Particularly, the first concave portion 527a and the second concave portion 527b of the lead frame 525 are joined to the upper surface of the switching element 520 and the diode element 530, respectively, and the first convex portion 529a ) And the second convex portion 529b, the second substrate 560 is bonded.

한편, 리드 프레임(525)은 탄성 부재를 구비할 수 있으며, 이에 따라, 서로 다른 높이의 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)가 제1 기판(510) 상에 배치되더라도, 탄성 있는 리드 프레임(525)의, 제1 오목부(527a), 제2 오목부(527b), 제1 볼록부(529a), 및 제2 볼록부(529b) 등에 의해, 단차 없는 접합이 가능하게 된다.The lead frame 525 may include an elastic member so that even if the switching device 520 and the diode device 530 having different heights are disposed on the first substrate 510, The first concave portion 527a, the second concave portion 527b, the first convex portion 529a, the second convex portion 529b, etc. of the frame 525 enable the step-free bonding.

즉, 도 5와 같이, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)의 높이가, 각각 h1a,h2a로서, 서로 다른 경우라도, 탄성 있는 리드 프레임(525)을 사용하므로, 제1 오목부(527a)의 높이(h1b), 제2 오목부(527b)의 높이(h2b)가 각각 다르게 제작되게 된다. 따라서, 리드 프레임(525)과 제2 기판(560)의 접합시 단차가 발생하지 않게 된다.That is, even if the heights of the switching element 520 and the diode element 530 are different from each other as h1a and h2a as shown in Fig. 5, since the elastic lead frame 525 is used, The height h1b of the first concave portion 527a and the height h2b of the second concave portion 527b are made different from each other. Therefore, a step is not generated at the time of bonding the lead frame 525 and the second substrate 560.

한편, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)의 상면에 위치하는 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b)는, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)의 상면 전체에 모두 접합할 필요는 없으며, 일부만 접합되는 것이 가능하다.On the other hand, the first recess 527a and the second recess 527b located on the upper surface of the switching element 520 and the diode element 530 are connected to the switching element 520 and the upper surface of the diode element 530, It is not necessary to join all of them, and only a part of them can be joined.

이에 따라, 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b)는, Finger Type 또는 Web Type 을 가지 수 있으며, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)의 상면의 일부와 접합될 수 있다. 이에 따라, 도 4와 같은, 솔더 보이드(Solder Void)가 발생할 확률이 저감된다.The first recess 527a and the second recess 527b may have a finger type or a web type and may be connected to a part of the upper surface of the switching element 520 and the diode element 530 have. Accordingly, the probability of occurrence of solder voids as shown in FIG. 4 is reduced.

이와 유사하게, 제1 볼록부(529a), 및 제2 볼록부(529b)는, Finger Type 또는 Web Type 을 가지 수 있으며, 제2 기판(560)의 하면의 일부와 접합될 수 있다. 이에 따라, 도 4와 같은, 솔더 보이드(Solder Void)가 발생할 확률이 저감된다.Similarly, the first convex portion 529a and the second convex portion 529b may have a finger type or a web type, and may be joined to a part of a lower surface of the second substrate 560. [ Accordingly, the probability of occurrence of solder voids as shown in FIG. 4 is reduced.

한편, 도 5와 같은 탄성 있는 리드 프레임(525)의 사용에 의해, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530) 외에, 추가로 다양한 회로 소자의 솔더링이 가능하게 된다. 즉, 복수의 회로 소자의 솔더링이 가능하며, 나아가, 파워 모듈 패키지에서 실장하기 힘들었던 마이컴, 프로세서 등의 제어 회로 등의 솔더링도 가능할 수 있게 된다.On the other hand, by using the elastic lead frame 525 as shown in Fig. 5, it is possible to further solder various circuit elements in addition to the switching element 520 and the diode element 530. [ That is, soldering of a plurality of circuit elements is possible, and furthermore, soldering of a control circuit such as a microcomputer or a processor, which is difficult to mount in the power module package, can be performed.

한편, 도 5와 같은 탄성 있는 리드 프레임(525)의 사용에 의해, 도 3d의 스페이서와 제2 기판의 솔더링 공정이 제거될 수 있으며, 대신에, 리드 프레임(525)과, 제2 기판(560)의 접합을 위해, TIM(Thermal Interface Material)을 사용하는 것이 가능하게 된다.On the other hand, by using the elastic lead frame 525 as shown in FIG. 5, the soldering process of the spacer and the second substrate of FIG. 3D can be eliminated, and instead, the lead frame 525 and the second substrate 560 ), It becomes possible to use a TIM (Thermal Interface Material).

이에 따라, 캡슐화(Encapsulation) 상의 문제점인, 보이드(Void) 및 미충진, 와이어 스위칭(Wire Sweeping) 등의 문제도 해결할 수 있게 된다.As a result, it is possible to solve the problems of encapsulation, voids and non-filling, and wire sweeping.

이러한 파워 모듈 패키지(500)는, 제1 기판(510)과 제2 기판(560)이, DBC 기판이므로, 양면 방열 (Double Side Cooling)이 가능하게 된다.In this power module package 500, since the first substrate 510 and the second substrate 560 are DBC substrates, double side cooling can be performed.

다음, 도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 도시한 도면이다.Next, FIGS. 7A to 7D show a power module package according to another embodiment of the present invention.

먼저, 도 7a의 리드 프레임(525a)는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리드 프레임으로서, 도 5 등의 리드 프레임(525)과 유사하게, 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b), 제1 볼록부(529a), 및 제2 볼록부(529b)를 구비할 수 있다.First, the lead frame 525a of FIG. 7A is a lead frame according to another embodiment of the present invention, and similarly to the lead frame 525 of FIG. 5 and the like, the first recess 527a and the second recess 527a 527b, a first convex portion 529a, and a second convex portion 529b.

다만, 도 7a의 리드 프레임(525a)은, 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b)에 각각 복수의 개구(OPa,IPb))가 형성되는 것에 그 차이가 있다.However, the lead frame 525a of FIG. 7A differs from the lead frame 525a in that a plurality of openings OPa and IPb are formed in the first concave portion 527a and the second concave portion 527b, respectively.

스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)의 상면과의 접합시, 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b)에, 도 7b와 같이, 솔더 볼(Solder Ball)이 올려진 후 열처리되는 경우, 솔더 볼(Solder Ball)이 녹아, 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b)에 각각 형성된 복수의 개구(OPa,IPb)로 스며들어, 스위칭 소자(520), 및 다이오드 소자(530)의 상면에 접합되게 된다.A solder ball is mounted on the first recess 527a and the second recess 527b as shown in FIG. 7B when the switching element 520 and the upper surface of the diode element 530 are connected to each other The solder ball melts and permeates into the plurality of openings OPa and IPb formed in the first concave portion 527a and the second concave portion 527b to form the switching element 520, And the upper surface of the diode element 530.

이에 따라, 도 7c와 같이, 솔더(280a)가, 제1 오목부(527a)와 제2 오목부(527b)에 각각 형성된 복수의 개구(OPa,IPb)의 하부 및 상부에 접합되게 된다.7C, the solder 280a is bonded to the lower portion and the upper portion of the plurality of openings OPa and IPb formed in the first concave portion 527a and the second concave portion 527b, respectively.

특히, 열처리 과정에서, 솔더(Solder)의 퍼짐이 좌우로 빠지지 않고, 복수의 개구(OPa,IPb)로 퍼져나가기 때문에, 솔더 보이드(solder Void) 발생 확률이 현저히 저감되게 된다.Particularly, in the heat treatment process, since the spread of the solder does not fall right and left, but spreads to the plurality of openings OPa and IPb, the probability of occurrence of the solder void is remarkably reduced.

그 이후, 도 7d와 같이, 리드 프레임(575a)의 제1 볼록부(529a), 및 제2 볼록부(529b)와 제2 기판(560)이 접합되어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지가 완성될 수 있다.Thereafter, as shown in Fig. 7D, the first convex portion 529a of the lead frame 575a and the second convex portion 529b and the second substrate 560 are bonded to each other so that the electric power according to another embodiment of the present invention The module package can be completed.

한편, 도 7a와 유사하게, 제1 볼록부(529a), 및 제2 볼록부(529b)에도 복수의 개구가 형성될 수 있다.On the other hand, similarly to FIG. 7A, a plurality of openings may be formed in the first convex portion 529a and the second convex portion 529b.

그리고, 제2 기판(560)과의 접합시, 제2 기판(560)을 하면에 위치시킨 상태에서, 리드 프레임(575a)의 제1 볼록부(529a), 및 제2 볼록부(529b)의 개구부에 솔더 볼(Solder Ball)을 높고, 열처리할 수 있다. 이에 따라, 리드 프레임(575a)의 제1 볼록부(529a), 및 제2 볼록부(529b)가, 도 7c와 유사하게, 제2 기판(560)과의 접합할 수 있게 된다. 이에 따라, 솔더 보이드(solder Void) 발생 확률이 현저히 저감되게 된다.The first convex portion 529a of the lead frame 575a and the second convex portion 529b of the lead frame 575a are arranged in a state where the second substrate 560 is positioned on the lower surface at the time of joining with the second substrate 560. [ The solder ball can be raised at the opening and heat treated. Thus, the first convex portion 529a and the second convex portion 529b of the lead frame 575a can be bonded to the second substrate 560 similarly to Fig. 7C. As a result, the probability of occurrence of solder voids is remarkably reduced.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (8)

제1 기판;
상기 제1 기판 상에 솔더링되는 스위칭 소자 및 다이오드 소자;
상기 스위칭 소자 및 다이오드 소자에 대응하는 제1 오목부 제2 오목부, 및 상기 제1 오목부와 제2 오목부 사이에 배치되는 제1 볼록부를 구비하는 리드 프레임;
상기 제1 볼록부 상에 접합되는 제2 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.A first substrate;
A switching element and a diode element soldered onto the first substrate;
A lead frame having a first concave second concave portion corresponding to the switching element and the diode element and a first convex portion disposed between the first concave portion and the second concave portion;
And a second substrate bonded on the first convex portion. 제1항에 있어서,
상기 리드 프레임은,
상기 제2 오목부의 측면에 배치되는 제2 볼록부를 더 포함하고,
상기 제2 볼록부 상에 상기 제2 기판이 접합되는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.The method according to claim 1,
The lead frame includes:
And a second convex portion disposed on a side surface of the second concave portion,
And the second substrate is bonded onto the second convex portion. 제1항에 있어서,
상기 제1 오목부의 높이와, 상기 제2 오목부의 높이가 다른 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.The method according to claim 1,
Wherein a height of the first concave portion and a height of the second concave portion are different from each other. 제1항에 있어서,
상기 리드 프레임은 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.The method according to claim 1,
≪ / RTI > wherein the lead frame comprises an elastic member. 제1항에 있어서,
상기 제1 오목부와 상기 제2 오목부는, 상기 스위칭 소자 및 다이오드 소자의 상면의 일부에 접합되는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.The method according to claim 1,
Wherein the first recess and the second recess are bonded to a part of the upper surface of the switching element and the diode element. 제1항에 있어서,
상기 제1 오목부와 상기 제2 오목부에 각각 복수의 개구가 형성되고,
상기 제1 오목부와 상기 제2 오목부에 형성된 복수의 개구에 위치하는 솔더가, 스위칭 소자, 및 다이오드 소자의 상면에 접합되는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.The method according to claim 1,
A plurality of openings are formed in each of the first concave portion and the second concave portion,
Wherein the solder located in the plurality of openings formed in the first concave portion and the second concave portion is bonded to the upper surface of the switching element and the diode element. 제2항에 있어서,
상기 제1 볼록부와 상기 제2 볼록부에 각각 복수의 개구가 형성되고,
상기 제1 볼록부와 상기 제2 볼록부에 형성된 복수의 개구에 위치하는 솔더가, 상기 제2 기판에 접합되는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.3. The method of claim 2,
A plurality of openings are formed in each of the first convex portion and the second convex portion,
Wherein the solder located in the plurality of openings formed in the first convex portion and the second convex portion is bonded to the second substrate. 제1항에 있어서,
상기 제1 기판 및 제2 기판은, 직접 본드 구리 기판인 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.
The method according to claim 1,
Wherein the first substrate and the second substrate are directly bonded copper substrates.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11362080B2 (en) * 2018-11-30 2022-06-14 Infineon Technologies Ag Semiconductor arrangement
KR102394490B1 (en) * 2020-11-24 2022-05-03 서민석 Semiconductor package
EP4261872A1 (en) * 2022-04-11 2023-10-18 Nexperia B.V. Molded electronic package with an electronic component encapsulated between two substrates with a spring member between the electronic component and one of the substrates and method for manufacturing the same

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