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KR100370231B1 - 리드프레임의 배면에 직접 부착되는 절연방열판을구비하는 전력 모듈 패키지 - Google Patents

리드프레임의 배면에 직접 부착되는 절연방열판을구비하는 전력 모듈 패키지 Download PDF

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KR100370231B1
KR100370231B1 KR10-2000-0032383A KR20000032383A KR100370231B1 KR 100370231 B1 KR100370231 B1 KR 100370231B1 KR 20000032383 A KR20000032383 A KR 20000032383A KR 100370231 B1 KR100370231 B1 KR 100370231B1
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KR
South Korea
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heat sink
lead frame
power module
module package
downset
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전기영
임을빈
김병곤
이은호
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페어차일드코리아반도체 주식회사
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

열 방출 특성을 개선할 수 있는 전력 모듈 패키지에 관해 개시한다. 본 발명은 절연물질로 된 방열판이 다운셋(downset)이 있는 리드프레임의 제2면에 직접 부착되어 외부로 노출되는 전력 모듈 패키지 및 그 제조방법을 개시한다. 상기 방열판은 일반적인 사각 플레이트형 혹은 프리밴트 플레이트형을 사용할 수 있으며, 상기 방열판은 밀봉공정에서 부착하거나, 밀봉공정 후에 별도의 공정을 통하여 부착할 수 있다.

Description

리드프레임의 배면에 직접 부착되는 절연방열판을 구비하는 전력 모듈 패키지{Power module package having a insulator type heat sink attached a backside of leadframe ＆ manufacturing method thereof}
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열 방출 효과를 개선한 전력 모듈 패키지(power modile package)에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 패키지는 하나 혹은 다수개의 반도체 칩을 리드프레임 내에 있는 칩 패드(Chip pad) 위에 탑재한 후, 봉합수지(EMC: Epoxy Molding Compound)로 밀봉하여 내부를 보호한 후, 인쇄회로기판(print circuit board)에 실장하여 사용한다.
그러나 최근 들어 전자기기의 고속도화, 대용량화 및 고집적화가 급진전되면서 자동차, 산업 기기 및 가전제품에 적용되는 전력소자(power device) 역시 저 비용으로 소형화 및 경량화를 달성해야 하는 요구에 직면하고 있다. 이와 동시에 전력소자는 저소음과 고신뢰성을 달성하야야 하기 때문에, 하나의 반도체 패키지에 다수개의 반도체 칩을 탑재하는 전력 모듈형 패키지가 일반화되고 있다.
도 1은 종래기술에 의한 전력 모듈 패키지를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 미합중국 특허 제5, 703, 399호(Date: May 15, 1996, Title: Semiconductor power module)로 등재된 전력 모듈 패키지로서, 전력회로(9)와 통제회로(8)를 구성하는 복수개의 반도체 칩을 리드프레임(3) 위에 탑재하는 구조이다. 도면에서 참조부호 1은 방열판(heat sink)을 가리키고, 2는 열전도성이 우수한 봉합수지를 가리키며, 4a는 전력회로 칩을, 5a는 통제회로 칩을, 5b는 저항을, 6a는 알루미늄 와이어를, 6b는 골드 와이어(gold wire)를, 7은 절연성 봉합수지를 각각 가리킨다.
상술한 종래기술에 의하면 전력회로 칩(4a)에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출하기 위해 리드프레임(3) 아래에 열전도성이 우수한 봉합수지(2)를 사용하고, 구리(copper)를 재질로 하는 방열판을 상기 리드프레임(3) 아래에 약각 이격시킨 구조로 형성하고 있다. 상기 리드프레임(3) 위에 있는 봉합수지는 상기 열전도성이 우수한 봉합수지(2)와는 특성이 다른 일반적인 절연성 봉합수지(7)이다.
상기 특허의 다른 실시예에 의하면, 전력회로 칩(4a)에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 방출하기 위해 방열판(1)과 리드프레임(3)을 형상을 변형시킨 실시예가 다수 있다.
그러나, 상술한 종래기술은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
첫째, 리드프레임의 배면(backside)과 구리로 된 방열판(1) 사이에는 여전히 봉합수지(EMC)가 채워지기 때문에 전력회로 칩(4a)에서 발생하는 열을 전력 모듈 패키지 외부로 방출하는데 한계가 있다.
둘째, 한 개의 전력 모듈 패키지에 특성이 다른 두 개의 봉합수지를 사용하기 때문에 전력 모듈 패키지의 제조공정이 복잡하게 되며, 전력 모듈 패키지의 제조공정을 자동화하기가 어렵다.
셋째, 구리로 된 방열판을 사용하고, 제조공정이 복잡하기 때문에 제조원가가 증가하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전력회로 칩으로부터 발생하는 열에 대하여 열 방출 효과를 개선하고, 공정을 단순화하고, 제조원가를 낮출 수 있는 전력 모듈 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 전력 모듈 패키지의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 전력 모듈 패키지를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 전력 모듈 패키지를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 몰딩장비에서 하부 몰드 다이 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 밀봉 공정을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 사용되는 몰딩장비에서 하부 몰드 다이 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의해 밀봉공정을 완료하였을 때의 전력 모듈 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 사용되는 방열판을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 리드프레임, 102: 리드프레임 제1면,
104: 리드프레임 제2면, 106: 외부연결단자,
110: 전력회로 부품, 114: 전력회로 칩,
116: 알루미늄 와이어, 120: 통제회로 부품,
124: 통제회로 칩, 126: 골드 와이어(gold wire),
130: 리드프레임의 다운셋, 140: 방열판(heat sink),
150: 봉합수지(EMC), 200: 몰드,
210: 상부 몰드다이, 220: 하부 몰드다이,
222: 히트 싱크 블록, 224: 홈(groove),
226: 돌출부, 230: 게이트.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, ① 전력회로 및 통제회로를 위한 부품들이 부착되는 제1면과, 방열판(heat sink)이 부착되는 제2면과, 상기 제1면 중앙에는 다운셋(down set)이 형성되고, 가장자리에는외부연결단자(external terminals)들이 형성된 리드프레임과, ② 상기 다운셋에 의해 돌출된 리드프레임의 제2면에 직접 부착되고, 상기 부착되는 면과 대향하는 면이 전력 모듈 패키지 외부로 노출되며, 열 전달 특성이 우수한 절연물질로 이루어진 방열판(heat sink)과, ③ 상기 리드프레임의 제1면에서 다운셋이 형성된 부분에 탑재되는 전력회로를 위한 부품과, ④ 상기 리드프레임의 제1면에 탑재되는 통제회로를 위한 부품과, ⑤ 상기 방열판의 일면 및 상기 리드프레임의 외부 연결 단자를 제외한 나머지 리드프레임 및 방열판을 감싸는 봉합수지를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 열 전달 특성이 우수하고 절연물질로 된 방열판(heat sink)은 플라스틱 혹은 세라믹을 재질로 하는 물질로서, 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화규소(SiO2) 및 산화베릴늄(BeO) 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 적합하다.
상기 방열판은 패키지 휨(warpage)을 방지하기 위한 프리밴트 플레이트(pre-bent plate)형인 것으로서, 프리밴트(pre-bent) 정도는 100㎛ 이하 범위가 적합하다.
바람직하게는, 상기 방열판은 상기 봉합수지보다 약간 돌출된 형상으로서, 그 돌출된 정도가 0.05∼0.1㎜ 범위인 것이 적합하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 전력 모듈 패키지의 제조방법은, 먼저 중앙에 다운셋이 형성되고, 가장자리에는 외부연결단자가 있는 리드프레임을 준비한다. 상기 리드프레임에 제1면에 전력회로 및 통제회로의 기능을 수행하는 복수의 칩을 부착하고 와이어 본딩을 수행한다. 상기 리드프레임을 몰딩장비로 위치시키되, 상기 몰딩장비는 하부 몰드다이(bottom mold die)에 절연물질로 된 방열판을 고정시킬 수 있는 몰드 장비로 상기 리드프레임을 위치시킨다. 상기 몰드장비에서 상기 리드프레임을 밀봉하되, 상기 리드프레임중 다운셋(downset)이 있는 제2면에 상기 방열판을 직접 부착시키고, 외부연결단자를 노출시키고, 상기 방열판에서 리드프레임과 접착된 면과 대향하는 면이 외부로 노출되도록 봉합수지를 사용하여 상기 리드프레임을 밀봉(sealing)한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 몰딩장비의 하부 몰드다이(bottom mold die)는 상기 방열판을 고정시킬 수 있는 홈(groove)이 하부 몰드다이의 표면으로부터 0.05∼0.1㎜ 깊이로 형성된 것이 적합하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 다른 태양에 따른 전력 모듈 패키지의 제조방법은, 먼저 중앙에는 다운셋이 형성되고, 가장자리에는 외부연결단자가 있는 리드프레임을 준비한다. 상기 리드프레임에 제1면에 전력회로 및 통제회로의 기능을 수행하는 복수의 칩을 부착하고 와이어 본딩을 수행한다. 상기 리드프레임을 몰딩장비로 위치시키되, 상기 몰딩장비는 하부 몰드다이(bottom mold die)에 다운셋이 있는 리드프레임의 제2면 일부를 외부로 노출시키는 돌출부가 형성된 몰드 장비로 상기 리드프레임을 위치시킨다. 상기 몰드장비에서 상기 리드프레임의 외부연결단자 및 다운셋이 형성된 리드프레임의 제2면 일부가 단차진 형태로 노출되도록 봉합수지를 사용하여 상기 리드프레임을 밀봉(sealing)한다. 상기 단차가 형성된 채 외부로 노출된 리드프레임의 제2면에 방열판을 부착한다.
본 발명에 따르면, 전력 모듈 패키지가 동작중에 발생하는 열을, 리드프레임의 다운셋이 형성된 배면에 직접 부착된 방열판을 통하여 외부로 효과적으로 방출할 수 있다. 따라서, 전력 모듈 패키지의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 동일한 특성을 갖는 봉합수지를 이용하여 한번에 전력 모듈 패키지에 대한 밀봉공정을 수행함으로써 공정을 단순화시킬 수 있고, 공정을 자동화시키기에 유리하다.
마지막으로, 금속이 아닌 저가(low cost)의 방열판을 이용하여 전력 모듈 패키지를 만듦으로써 전력 모듈 패키지의 제조원가를 낮출 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
당 명세서에서 말하는 전력회로 부품 및 통제회로 부품의 배열, 리드프레임의 구조 및 방열판의 구조는 예시적으로 사용하고 있으며, 도면과 같은 특정 형상만을 한정하는 의미가 아니다.
도 2는 본 발명에 의한 전력 모듈 패키지를 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 전력 모듈 패키지의 구조를 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 전력 모듈 패키지(101)의 구성은 리드프레임(100), 방열판(140), 전력회로 부품(110), 통제회로 부품(120) 및 봉합수지(150)로 이루어진다. 상기 리드프레임(100)은 중앙에 다운셋(130)이 형성되어 있어서 전력회로 칩(114)에서 발생하는 열을 효과적으로 전력 모듈 패키지(101) 바깥으로 방출할 수 있다. 이를 위하여 절연물질인 플라스틱 혹은 세라믹을 재질로 하는 방열판(140)이 다운셋(130)이 형성된 리드프레임의 배면인 제2면(104)에 직접적으로 부착되어 전력 모듈 패키지(101) 외부로 노출된 구조를 갖는다.
이러한 구조적 특징에 의해, 봉합수지를 통하여 방열판과 리드프레임 배면이 접촉되는 기존의 방식보다, 전력회로 칩(114)에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있고, 두 개의 특성을 지닌 봉합수지를 사용할 필요가 없어서 공정을 단순화시킬 수 있고, 구리로 된 방열판보다 저가의 세라믹 혹은 플라스틱 재질의 방열판을 사용함으로써 제조공정의 원가를 낮출 수 있다.
상기 방열판(140)은 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화규소(SiO2) 및 산화베릴늄(BeO) 중에서 어느 하나를 포함하도록 제작할 수 있다. 예를 들면 세라믹인 경우에는 상기 세라믹을 구성하는 재질중에 상기 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화규소(SiO2) 및 산화베릴늄(BeO) 중에 하나를 포함하여 방열판을 형성한다. 또한, 플라스틱인 경우에는 플라스틱을 구성하는 충진재 속에 상기 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화규소(SiO2) 및 산화베릴늄(BeO)중 하나를 포함시키면 된다.
한편, 상기 방열판(140)은 전력 모듈 패키지(101)에서 인접하는 봉합수지(150) 및 리드프레임(100)과의 열팽창 계수 차이에서 유발되는 열응력을 받게 된다. 이러한 열팽창 계수의 차이에 의한 열응력은 패키지 휨(warpage)을 발생시킨다. 이를 방지하기 위해 사각 평판형의 방열판(140)에 미리 프리밴트(pre-bent)를 100㎛ 이하로 줄 수 있다. 이에 따라, 방열판(140)이 휘는 정도를 보상한다. 또한, 상기 방열판(140)은 제조공정에 의한 특징 때문에, 전력 모듈 패키지(101)의 윗면으로부터 0.1㎜ 이하의 돌출된 형태(P)로 만들어진다.
상기 전력회로 부품인 전력회로 칩(114)과 알루미늄 와이어(116)는 열 방출이 용이하도록 리드프레임(100)의 다운셋 부분에 부착된다. 도면에서 참조부호 102는 리드프레임의 앞면인 제1면을 가리키고, 104는 리드프레임의 배면인 제2면을 가리키고, 124 및 126은 통제회로 칩 및 골드 와이어(gold wire)를 각각 가리킨다.
제1 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 제조방법
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 몰딩장비의 하부 몰드다이의 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 밀봉 공정을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 제조방법을 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 먼저 전력회로 및 통제회로 칩(114, 124)을 칩 접착(die attach) 공정을 통하여 리드프레임(100)의 제1면(102)에 부착시킨다. 이때, 전력회로 칩(114)은 다운셋(130) 영역에 부착되어야 한다. 이어서, 와이어 본딩(wire bonding) 공정을 진행하여 상기 전력회로 칩(114) 및 통제회로 칩(124)을 서로 유기적으로 연결시킨다. 상기 통제회로 칩(124)을 위한 와이어는 골드 와이어(126)를 사용하고, 전력회로 칩(114)을 위한 와이어는 높은 전류 정격을 충분히 견딜 수 있도록 250∼500㎛ 구경의 알루미늄 와이어를 사용하는 것이 바람직하다.상기 와이어 본딩 공정에서, 본딩방식은 셋지 본딩(wedge bonding)과 볼 본딩(ball bonding) 방식을 모두 사용할 수 있으며, 원활한 작업을 위해 알루미늄 와이어(115)를 먼저 본딩하고, 골드 와이어(126)를 나중에 본딩한다.
이어서, 하부 몰드다이(도3의 220)의 히트싱크 블록(222) 위에 형성된 홈(224)에 방열판(140)을 고정시킨다. 상기 홈(224)의 깊이는 0.05∼0.1가 적합하며, 크기는 상기 방열판(140)이 들어가 고정될 수 있는 크기가 적합하다. 상기 방열판(140)은 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화규소(SiO2) 및 산화베릴늄(BeO) 중 하나를 포함하는 플라스틱 혹은 세라믹 재질이다. 또한 패키지 휨(warpage)을 방지하기 위해 100㎛ 이하의 휨의 있는 프리밴트형(pre-bent type)을 사용할 수 있다. 한편 방열판(140)은 단일층으로 구성이 가능하나, 열특성이 양호한 접착제를 사용하여 부착한 복수개의 층으로 된 것을 사용하는 것이 가능하다.
상기 와이어 본딩이 끝난 리드프레임(100)을 몰드 장비로 위치시킨다. 이때 하부 몰드다이(220)에는 이미 방열판(140)이 홈(224)에 고정된 상태이다. 계속해서 상부 몰드다이(210)를 내리고(down) 게이트(230)를 통해 봉합수지(EMC)를 흘려보낸다. 이때 상기 봉합수지는 열과 압력에 의해 액체로 변한 상태이다. 따라서, 봉합수지는 화살표 방향으로 흐르면서 몰드(200) 내부의 공간을 균형있게 채우게 된다. 몰딩장비는 다수의 게이트 및 런너(gate runner)가 있는 트랜스퍼(transfer) 몰딩장비를 이용할 수 있으며, 밀봉(sealing)이 이루어지는 온도는 160∼170℃의 온도가 적절하다.
그 후, 상기 밀봉이 완료된 리드프레임, 즉 전력 모듈 패키지(101)를 몰딩장비에서 언로딩(unloading)하면, 상기 방열판(140)은 리드프레임(100)의 다운셋이 형성된 제2면과 직접적으로 접착되고, 접착되지 않은 면은 전력 모듈 패키지(101) 외부로 돌출된 형태로 노출된다. 또한 외부연결단자(106)인 리드 역시 외부로 노출된다. 이어서, 트림 포밍(trim forming) 공정을 포함하는 통상의 후속공정을 진행한다.
제2 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 제조방법
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 사용되는 몰딩장비에서 하부 몰드다이 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의해 밀봉공정을 완료하였을 때의 전력 모듈 패키지 단면도이다.
이하, 도2, 도5 및 도6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 제조방법을 설명한다.
도2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상술한 제1 실시예에서는 밀봉 공정(sealing process)을 통하여 방열판(140)과 다운셋이 형성된 리드프레임의 제2면(104)을 직접 부착하는 방식이나, 본 제2 실시예는 밀봉공정에서 다운셋이 형성된 리드프레임의 제2면(104)을 노출시킨 후, 별도의 접착공정을 통하여 방열판(140)을 리드프레임의 제2면에 부착하는 방식이다.
먼저 상술한 제1 실시예와 동일한 공정을 진행하여 리드프레임(100)의 제1면(102)에 칩접착 공정(die attach process) 및 와이어 본딩 공정(wire bonding process)을 통하여 전력회로 부품(114, 116) 및 통제회로 부품(124, 126)을 탑재한다. 상기 와이어 본딩이 끝난 리드프레임(100)을 몰딩장비로 위치시킨다. 이때, 몰딩장비의 하부 몰드다이(도5의 220)에는 홈(groove) 대신에 돌출부(226)가 형성되어 있다. 상기 돌출부(226)는 밀봉 공정을 수행할 때, 리드프레임(100)에서 다운셋이 형성된 제2면(104)을 전력 모듈 패키지(101) 외부로 노출시키는 기능을 수행한다.
따라서, 상기 몰딩장비에서 도4와 같은 밀봉 공정을 수행하면, 전력 모듈 패키지(101)의 상면에는 단차가 형성된 채 외부로 노출되는 리드프레임의 제2면(149)이 존재하게 된다. 그 후, 별개의 부착 공정을 진행하여 방열판(140)을 접착수단인 세라믹계의 충진제(filler)를 포함하는 액상 에폭시(epoxy)를 이용하여 상기 단차가 형성된 채 외부로 노출된 리드프레임의 제2면(149)에 부착한다.
여기서, 세라믹계의 충진제(filler)라 함은 액상 에폭시를 구성하는 레진 또는 경화제(hardener) 속에 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN)과 같은 세라믹계의 물질이 포함되어 있는 것을 말한다.
도 7은 본 발명에 사용되는 방열판을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 사용되는 방열판(140)은 사각형의 평판형 플레이트를 사용할 수도 있지만, 방열판(140)과 인접하는 전력 모듈 패키지 재질과의 열팽창 계수 차이로 인해 유발되는 패키지 휨을 보상하기 위해 약간 휘어진 프리밴트형 방열판(pre-bent type heat sink)을 사용할 수 있다. 상기 프리밴트형 방열판의 휨 정도는 100㎛ 이하의 범위로 형성하는 것이 적합하다. 이러한 프리밴트형 방열판은 절연물질로 된 방열판이 휘어지는 것을 보상할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 첫째, 전력 모듈 패키지가 동작중에 발생하는 열을 다운셋이 형성된 리드프레임의 배면에 직접 부착된 방열판을 통하여 효과적으로 방출함으로서 전력 모듈 패키지의 신뢰성을 확보할 수 있다.
일 예로 동일한 조건의 전력 모듈 패키지에서, 방열판의 구조 및 재질을 본 발명과 같이 변경하였을 때, 기존 방식은 전력 모듈 패키지의 열 전달 특성인 Rθ jc(junction case) 및 ja(junction ambient)가 0.26 ℃/Watt 및 3.02 ℃/Watt일 때, 본 발명에 의한 전력 모듈 패키지의 Rθ jc(junction case) 및 ja(junction ambient)는 0.15 ℃/Watt 및 2.80 ℃/Watt로 약 20∼30%의 열 방출 효과가 개선 것이 확인되었다.
여기서 Rθ jc(junction case)는 전력회로 칩(114)의 PN접합에서부터 몰드라인인 케이스(case)까지의 온도차이을 가리키고, Rθ ja(junction ambient)는 전력회로 칩(114)의 PN접합에서부터 외부인 대기까지의 온도차리를 각각 가리킨다.
둘째, 동일한 특성을 갖는 봉합수지를 이용하여 한번에 전력 모듈 패키지에 대한 밀봉공정을 수행함으로써 공정을 단순화시킬 수 있고, 공정을 자동화시키기에 유리하다.
셋째, 금속이 아닌 저가(low cost)의 방열판을 이용하여 전력 모듈 패키지를 만들고 공정을 단순화함으로써, 전력 모듈 패키지의 제조단가를 낮출 수 있다.

Claims (18)

  1. ① 전력회로 및 통제회로를 위한 부품들이 부착되는 제1면과,
    방열판(heat sink)이 부착되는 제2면과,
    상기 제1면의 중앙에는 다운셋(down set)이 형성되고, 가장자리에는 외부연결단자(external terminals)들이 형성된 리드프레임;
    ② 상기 다운셋에 의해 돌출된 리드프레임의 제2면에 직접 부착되고, 상기 부착되는 면과 대향하는 면이 전력 모듈 패키지 외부로 노출되며, 열 전달 특성이 우수한 절연물질로 이루어진 방열판(heat sink);
    ③ 상기 리드프레임의 제1면에서 다운셋이 형성된 부분에 탑재되는 전력회로를 위한 부품;
    ④ 상기 리드프레임의 제1면에 탑재되는 통제회로를 위한 부품; 및
    ⑤ 상기 방열판의 일면 및 상기 리드프레임의 외부 연결 단자를 제외한 나머지 리드프레임 및 방열판을 감싸는 봉합수지를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 전달 특성이 우수하고 절연물질로 된 방열판(heat sink)은 플라스틱 혹은 세라믹을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열판은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화규소 및 산화베릴늄 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열판은 패키지 휨(warpage)을 방지하기 위한 프리밴트 플레이트(pre-bent plate)형인 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열판의 프리밴트(pre-bent) 정도는 100㎛ 이하 범위인 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 봉합수지보다 약간 돌출된 형상인 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방열판이 상기 봉합수지보다 돌출된 정도는 0.05∼0.1㎜ 범위인 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지.
  8. 중앙에 다운셋이 형성되고, 가장자리에는 외부연결단자가 있는 리드프레임을 준비하는 단계;
    상기 리드프레임에 제1면에 전력회로 및 통제회로의 기능을 수행하는 복수의 칩을 부착하고 와이어 본딩을 수행하는 단계;
    상기 리드프레임을 몰딩장비로 위치시키되, 상기 몰딩장비는 하부 몰드다이(bottom mold die)에 절연물질로 된 방열판을 고정시킬 수 있는 몰드 장비로 상기 리드프레임을 위치시키는 단계; 및
    상기 몰드장비에서 상기 리드프레임을 밀봉하되, 상기 리드프레임중 다운셋(downset)이 있는 제2면에 상기 방열판이 직접 접착되고, 외부연결단자가 노출되고, 상기 방열판에서 리드프레임과 접착된 면과 대향하는 면이 외부로 노출되도록 봉합수지를 사용하여 상기 리드프레임을 밀봉(sealing)하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 몰딩장비의 하부 몰드다이(bottom mold die)는 상기 방열판을 고정시킬 수 있는 홈(groove)이 형성된 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는 상기 하부 몰드다이의 표면으로부터 0.05∼0.1㎜ 범위로 파인 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 방열판은 플라스틱 혹은 세라믹을 재질로서 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화규소 및 산화베릴늄 중에서 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 방열판은 프리밴트 플레이트형을 사용하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  13. 중앙에는 다운셋이 형성되고, 가장자리에는 외부연결단자가 있는 리드프레임을 준비하는 단계;
    상기 리드프레임에 제1면에 전력회로 및 통제회로의 기능을 수행하는 복수의 칩을 부착하고 와이어 본딩을 수행하는 단계;
    상기 리드프레임을 몰딩장비로 위치하되, 상기 몰딩장비는 하부 몰드다이(bottom mold die)에 절연물질로 된 방열판을 후속공정에서 부착하기 위한 돌출부가 형성된 몰드 장비로 상기 리드프레임을 위치하는 단계;
    상기 몰드장비에서 상기 리드프레임의 외부연결단자 및 다운셋이 형성된 리드프레임의 제2면이 단차진 형태로 노출되도록 봉합수지를 사용하여 상기 리드프레임을 밀봉(sealing)하는 단계; 및
    상기 단차가 형성된 채 외부로 노출된 리드프레임의 제2면에 방열판을 부착하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 돌출부의 돌출 높이는 1∼3㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 방열판은 플라스틱 혹은 세라믹을 재질로서 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화규소 및 산화베릴늄 중에서 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 리드프레임의 제2면에 상기 방열판을 부착하는 방법은 세라믹계의 충진제를 포함하는 액상 에폭시를 이용하여 부착하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 방열판은 패키지 휨을 방지하기 위해 프리밴트 플레이트형을 사용하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 방열판은 접착제에 의해 부착된 복수개의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 모듈 패키지 제조방법.
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