パワーモジュールパッケージ及びその製造方法
【課題】本発明は、パワーモジュールパッケージ及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明のパワーモジュールパッケージ１００は、メタル材質からなるベース基板１１０と、ベース基板１１０の内部に冷却物質が流れるように形成された冷却チャンネル２００と、ベース基板１１０の外面に形成された陽極酸化層１２０と、陽極酸化層１２０を有するベース基板１１０の第１の面に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層１３０と、メタル層１３０上に実装された半導体素子１４０と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】本発明のパワーモジュールパッケージ１００は、メタル材質からなるベース基板１１０と、ベース基板１１０の内部に冷却物質が流れるように形成された冷却チャンネル２００と、ベース基板１１０の外面に形成された陽極酸化層１２０と、陽極酸化層１２０を有するベース基板１１０の第１の面に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層１３０と、メタル層１３０上に実装された半導体素子１４０と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールパッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
全世界的にエネルギーの使用量が増加するにつれて、制限されたエネルギーの効率的な使用に多くの関心が集まっている。これにより、既存の家電用、産業用製品において、エネルギーの効率的な変換（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）のためのＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を適用したインバータの採用が加速化している。
【０００３】
このようなパワーモジュールの拡大適用により、高集積化、高容量化、小型化に対する市場の要求はさらに高まっており、これによる電子部品の発熱問題に対する解決が重要な課題となっている。
【０００４】
これにより、パワーモジュールの効率増加及び高信頼性を確保するために、発熱問題を解決するための方案として、パワーモジュールと水冷システムとを別に製作して結合する構造を利用している実情である。
【０００５】
しかし、上述の構造は、パワーモジュールと水冷システムの夫々に対する製作単価が高く、別の装置が結合する形態であるため、効率的な放熱効果を期待することが困難であるという問題点が発生している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の従来技術の問題点を解決するためのもので、本発明の一側面は、パワーモジュールと冷却物質が流れるようにするヒートシンクとの一体化により、放熱効率を向上させることができるパワーモジュールパッケージ及びその製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のパワーモジュールパッケージは、メタル材質からなるベース基板と、前記ベース基板の内部に冷却物質が流れるように形成された冷却チャンネルと、前記ベース基板の外面に形成された陽極酸化層と、前記陽極酸化層を有するベース基板の第１の面に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層と、前記メタル層上に実装された半導体素子と、を含むことができる。
【０００８】
また、前記冷却チャンネルは、前記ベース基板の厚さ方向を基準に中央に形成されることができる。
【０００９】
また、前記冷却チャンネルは、前記ベース基板の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有することができる。
【００１０】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された前記冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記経路部が複数の経路を有する場合、前記複数の経路が前記流入部及び前記流出部を基準に対称放射状であることができる。
【００１１】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記冷却物質が経由する方向を基準に、前記経路部の幅を前記流入部及び前記流出部の幅より大きく形成することができる。
【００１２】
また、前記冷却チャンネルは、多数の屈曲が形成されたパイプ形状であることができる。
【００１３】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記経路部が複数の経路を有する場合、前記半導体素子の発熱量に比例するように前記経路を形成し、形成された前記経路を前記半導体素子の実装領域の下部に配置することができる。
【００１４】
また、前記メタル層上に形成されるリードフレームと、前記半導体素子の間、または前記半導体素子と前記リードフレームとの間を電気的に連結するためのワイヤと、をさらに含むことができる。
【００１５】
また、前記ベース基板の上部及び側面を包むように形成されたモールディングをさらに含むことができる。
【００１６】
また、前記ベース基板はアルミニウムからなることができる。
【００１７】
他の本発明によるパワーモジュールパッケージの製造方法は、メタル材質からなる第１及び第２のプレートを準備する段階と、前記第１及び第２のプレートの一面を除いた面に陽極酸化層を形成する段階と、前記第１及び第２のプレートの両方または一方の一面から内側方向に溝形状の冷却チャンネルを形成する段階と、前記第１のプレートの他面の陽極酸化層上に回路及び接続パッドを含むメタル層を形成する段階と、前記メタル層上に半導体素子を実装する段階と、前記第１及び第２のプレートを接合する段階と、を含むことができる。
【００１８】
また、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記冷却チャンネルは、前記第１及び第２のプレートが接合された状態であるベース基板の厚さ方向を基準に中央に位置するように形成することができる。
【００１９】
また、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記冷却チャンネルは、前記第１及び第２のプレートが接合された状態であるベース基板の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有するように形成することができる。
【００２０】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記経路部が複数の経路を有する場合、前記第１及び第２のプレートが接合された後、前記複数の経路が前記流入部及び前記流出部を基準に対称放射状になるように形成することができる。
【００２１】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記第１及び第２のプレートが接合された後、前記経路部の冷却物質が経由する方向の幅を前記流入部及び前記流出部の幅より大きく形成することができる。
【００２２】
また、前記冷却チャンネルを形成する段階において、第１及び第２のプレートが接合された後、前記冷却チャンネルが多数の屈曲を有するパイプ形状になるように形成することができる。
【００２３】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記経路部が複数の経路を有する場合、前記半導体素子の発熱量に比例するように前記経路を形成し、形成された前記経路を前記半導体素子の実装領域の下部に配置することができる。
【００２４】
また、前記半導体素子を実装する段階の後、前記第１及び第２のプレートを接合する段階の前に、前記メタル層上にリードフレームを形成する段階と、前記半導体素子の間、または前記半導体素子と前記リードフレームとの間を電気的に連結するためのワイヤを形成する段階と、をさらに含むことができる。
【００２５】
また、前記ワイヤを形成する段階の後、前記ベース基板の上部及び側面を包むようにモールディングを形成する段階をさらに含むことができる。
【００２６】
また、前記接合する段階において、前記第１のプレート及び第２のプレートを陽極ボンディング（Ａｎｏｄｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、有機接着（Ｏｒｇａｎｉｃ ａｄｈｅｓｉｏｎ）及びこれらの組み合わせの何れか一つにより接合することができる。
【００２７】
本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
【００２８】
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のパワーモジュールパッケージ及びその製造方法は、半導体素子が実装され、優れた放熱特性を有する陽極酸化層を含み、メタル材質からなるベース基板に、冷却チャンネルを形成してパワーモジュールとヒートシンクとを一体化することにより、ベース基板による放熱効果及び冷却チャンネルによる放熱効果がともに得られ、半導体素子から発生する熱をより効率的に伝達して放熱特性を向上させることができる。これにより、製品の信頼性が増大するという効果を期待することができる。
【００３０】
また、本発明は、ベース基板とヒートシンクとを一体化することにより、パワーモジュールパッケージのサイズの減少及び製作単価を減らすことができるという長所がある。
【００３１】
さらに、本発明は、冷却チャンネルのデザインを自由に具現することが可能であるため、パワーモジュールパッケージに実装される半導体素子の特性及び用途に応じて、冷却チャンネルの経路を集中配置するか、または面積を調節することにより、高発熱の半導体素子からの熱を効率的に放出させることができるという効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図面である。
【図２】本発明の第２実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図面である。
【図３】本発明の第３実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図面である。
【図４】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図５】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図６】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図７】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図８】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図９】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図１０】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１１】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１２】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１３】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１４】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１５】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１６】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。本明細書において、第１、第２などの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素は前記用語によって限定されない。
【００３４】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００３５】
パワーモジュールパッケージ
図１は本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図面である。
【００３６】
以下、図１に図示された本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を、本発明の他の実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図２及び図３と、本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である図４から図９を参照して説明する。
【００３７】
図１に図示するように、パワーモジュールパッケージ１００は、メタル材質からなるベース基板１１０と、ベース基板１１０の内部に冷却物質が流れるように形成された冷却チャンネル２００と、ベース基板１１０の外面に形成された陽極酸化層１２０と、陽極酸化層１２０を有するベース基板１１０の第１の面に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層１３０と、メタル層１３０上に実装された半導体素子１４０と、を含む。
【００３８】
この際、ベース基板１１０は熱伝導度に優れたアルミニウムからなることができ、これに限定されるものではない。
【００３９】
また、陽極酸化層１２０は酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）絶縁層であることができる。この際、酸化アルミニウム絶縁層は優れた熱伝導度（例えば、７〜２０Ｗ／ｍ・Ｋ）を有し、且つ、高い絶縁特性（例えば、２５Ｖ／μｍ）により、モジュールの高い放熱特性及び電気的ブレークダウン（Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）特性を保障することができる。
【００４０】
また、冷却物質は、水（Ｗａｔｅｒ）、冷媒などのように冷却チャンネル２００を介して移動しながら、パワーモジュールパッケージ１００の放熱特性を提供することができる物質であれば、何れも可能である。
【００４１】
図１に図示するように、冷却チャンネル２００はベース基板１１０の厚さ方向を基準に中央に形成されることができ、これに限定されるものではない。ここで、「中央」とは、ベース基板１１０の内部で上部及び下部から同様に離隔される位置を意味すると定義する。
【００４２】
第１実施例から第３実施例の図１から図３に図示するように、冷却チャンネル２００は、ベース基板１１０の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有することができる。
【００４３】
一方、図４から図６に図示するように、冷却チャンネル２００は、冷却物質が流入される流入部２０１と、流入部２０１と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部２０３と、経路部２０３と連結され、冷却物質が流出される流出部２０５と、を含む。
【００４４】
図４に図示するように、冷却チャンネル２００の経路部２０３が複数の経路を有する場合、複数の経路が流入部２０１及び流出部２０５を基準に対称放射状であることができる。
【００４５】
例えば、図４のＢ領域に形成された複数の経路の両側が流入部２０１及び流出部２０５に夫々連結された状態で、流入部２０１及び流出部２０５を基準に放射状に形成されることができる。
【００４６】
また、図５に図示するように、冷却物質が経由する方向を基準に、Ｂ領域の経路部２０３の幅を流入部２０１及び流出部２０５の幅より大きく形成することができる。
【００４７】
また、図６に図示するように、冷却チャンネル２００は、多数の屈曲が形成されたパイプ形状であることができる。
【００４８】
一方、経路部２０３が複数の経路を有する場合、半導体素子１４０の発熱量に比例するように経路を形成し、形成された経路を半導体素子１４０の実装領域の下部に配置することができる。
【００４９】
例えば、図７に図示するように、発熱が予想される半導体素子１４０の実装領域の下部に経路部２０３の経路を多数個形成する場合、半導体素子１４０のうちでも高発熱の電力素子１４１の下部に形成される経路の数を、電力素子１４１に比べ発熱が少ない制御素子１４３の下部に形成される経路の数より多く形成することができる。
【００５０】
これにより、発熱量が大きい半導体素子１４０に対する放熱特性が向上するだけでなく、相対的に高発熱の電力素子１４１からの熱も円滑に伝達されるため、放熱特性がさらに向上するという効果を期待することができる。
【００５１】
また、高発熱の電力素子１４１に、より多くの経路を形成することにより、電力素子１４１からの発熱が制御素子１４３に及ぶ影響を最小化することができる。
【００５２】
例えば、電力素子１４１はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード（Ｄｉｏｄｅ）などであり、制御素子１４３は制御ＩＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを含むことができる。
【００５３】
また、経路部２０３の幅を半導体素子１４０の発熱量に比例するように形成することも可能である。
【００５４】
例えば、図８に図示するように、半導体素子１４０が実装される領域の経路部２０３の幅を他の領域（例えば、半導体素子が実装されていない領域）より大きく形成し、さらに、高発熱が予想される電力素子１４１の実装領域に形成される経路部２０３の幅を、電力素子１４１に比べ低発熱が予想される制御素子１４３の実装領域に形成される経路部２０３の幅より大きく形成することできる。
【００５５】
また、冷却チャンネル２００は、半導体素子の発熱量に応じて、図９に図示するように、経路部２０３が集中されるように形成することも可能である。
【００５６】
例えば、図６のような冷却チャンネル２００において、半導体素子の発熱量に応じて電力素子１４１の下部及び制御素子１４３の下部に多数の経路部２０３が形成されるようにし、さらに、制御素子１４３に比べ高発熱が予想される電力素子１４１の下部に経路部２０３がより集中配置されるように形成することができる。
【００５７】
上述の図８及び図９の冷却チャンネル２００は、電力素子１４１からの発熱が制御素子１４３まで及ぶ影響を最小化することができる。
【００５８】
また、パワーモジュールパッケージ１００は、メタル層１３０上に形成されるリードフレーム１５０と、半導体素子１４０の間、または半導体素子１４０とリードフレーム１５０との間を電気的に連結するためのワイヤ１６０をさらに含むことができる。
【００５９】
また、パワーモジュールパッケージ１００は、ベース基板１１０の上部及び側面を包むように形成されたモールディング１７０をさらに含むことができる。
【００６０】
この際、モールディング１７０は、放熱効率特性のために、ベース基板１１０の下部面が露出した形態を有するように形成される。
【００６１】
パワーモジュールパッケージの製造方法
図１０から図１６は本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
以下、図１０から図１６に図示された本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を、図４から図９の図面をともに参照して説明する。
【００６２】
まず、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に図示するように、メタル材質からなる第１及び第２のプレート１１１、１１３を準備する。
【００６３】
次に、第１及び第２のプレート１１１、１１３の一面を除いた面に陽極酸化層１２１、１２３を形成する。
【００６４】
例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に図示するように、第１及び第２のプレート１１１、１１３が互いに接合される面を除いた三面に陽極酸化層１２１、１２３を形成する。
【００６５】
また、陽極酸化層１２１、１２３は、その用途に応じて、Ａｌ２Ｏ３酸化膜を陽極酸化することにより２０μｍ〜５００μｍに形成することができる。
【００６６】
次に、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に図示するように、第１及び第２のプレート１１１、１１３の両方または一方の一面から内側方向に溝形状の冷却チャンネル２００を形成する。
【００６７】
この際、冷却チャンネル２００は、化学及び電気化学エッチング、機械的加工（Ｒｏｕｔｉｎｇ、Ｖ−ｃｕｔ）などによって形成されることができる。
【００６８】
また、第１及び第２のプレート１１１、１１３の両方に冷却チャンネル２００を形成する場合、第１及び第２のプレート１１１、１１３が互いに接合された後、第１及び第２のプレート１１１、１１３に形成された冷却チャンネル２００が一つの冷却チャンネル２００の形態にならなければならないため、第１及び第２のプレート１１１、１１３の互いに対応する領域に冷却チャンネル２００を形成する。
【００６９】
もし、第１及び第２のプレート１１１、１１３の一方にのみ冷却チャンネル２００を形成する場合、上述の事項を考慮しなくてもよい。
【００７０】
また、冷却チャンネル２００は、第１及び第２のプレート１１１、１１３が接合された状態であるベース基板１１０の厚さ方向を基準に、中央に位置するように形成することができる。
【００７１】
また、冷却チャンネル２００は、第１及び第２のプレート１１１、１１３が接合された状態であるベース基板１１０の厚さ方向の断面が円形及び多角形の何れか一つの形状を有するように形成されることができる。
【００７２】
次に、図１２に図示するように、第１のプレート１１１の他面の陽極酸化層１２１上に、回路及び接続パッドを含むメタル層１３０を形成する。
【００７３】
この際、メタル層１３０に、乾式スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）または湿式無電解及び電解メッキによってメタルシード層を形成した後、湿式化学メッキ及び電解メッキまたはリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）法によって接続パッド及び回路を形成する。
【００７４】
前記メタルシード層は、Ｃｕ、Ｃｕ／Ｎｉ、Ｃｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｎｉ／Ｃｕ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｎｉ／Ｃｕ／Ｔｉ及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一つの材料からなることができる。前記「／」は「及び」を意味すると定義する。
【００７５】
次に、図１３に図示するように、メタル層１３０上に半導体素子１４０を実装する。
【００７６】
ここで、半導体素子１４０をメタル層１３０に実装するための接合材としては、半田（Ｓｏｌｄｅｒ）、有機樹脂（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒｅｓｉｎ）などを用いることができる。
【００７７】
次に、図１４に図示するように、メタル層１３０上にリードフレーム１５０を形成する。
【００７８】
この際、半導体素子１４０が実装されていないメタル層１３０部分の上にリードフレーム１５０を形成する。
【００７９】
ここで、リードフレーム１５０をメタル層１３０に実装するための接合材としては、半田（Ｓｏｌｄｅｒ）、有機樹脂（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒｅｓｉｎ）などを用いることができる。
【００８０】
次に、図１４に図示するように、半導体素子１４０の間、または半導体素子１４０とリードフレーム１５０との間を電気的に連結するためのワイヤ１６０を形成する。
【００８１】
次に、図１５に図示するように、ベース基板１１０の上部及び側面を包むようにモールディングを形成する。
【００８２】
より詳細に説明すると、第１のプレート１１１の上部に配置されたメタル層１３０、半導体素子１４０、ワイヤ１６０及び第１のプレート１１１の側面を全て覆って、リードフレーム１５０の一側を覆う形態にモールディングを形成する。
【００８３】
一方、モールディング１７０を第１のプレート１１１の側面だけでなく、第２のプレート１１３の側面にも形成することが可能であり、この場合は、モールディング１７０を形成する前に、第１のプレート１１１と第２のプレート１１３との接合段階を優先的に行う。
【００８４】
即ち、モールディング１７０は、運用者の必要に応じてその形状を変形することが可能である。
【００８５】
この際、第１のプレート１１１と第２のプレート１１３とが接合された状態であるベース基板１１０における下部面は、モールディングに覆われず露出する形態を有する。これは、半導体素子１４０から発生した熱を外部に円滑に放出させるためである。
【００８６】
次に、図１６に図示するように、第１及び第２のプレート１１１、１１３を接合する。
【００８７】
この際、第１のプレート１１１及び第２のプレート１１３は、陽極ボンディング（Ａｎｏｄｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、有機接着（Ｏｒｇａｎｉｃ ａｄｈｅｓｉｏｎ）及びこれらの組み合わせの何れか一つにより接合することができる。
【００８８】
一方、冷却チャンネル２００は、冷却物質が流入される流入部２０１と、流入部２０１と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部２０３と、経路部２０３と連結され、冷却物質が流出される流出部２０５と、を含む。
【００８９】
図４に図示するように、冷却チャンネル２００の経路部２０３が複数の経路を有する場合、複数の経路が流入部２０１及び流出部２０５を基準に対称放射状であることができる。
【００９０】
例えば、図４のＢ領域に形成された複数の経路の両側が流入部２０１及び流出部２０５に夫々連結された状態で、流入部２０１及び流出部２０５を基準に放射状に形成されることができる。
【００９１】
また、図５に図示するように、冷却物質が経由する方向を基準に、Ｂ領域の経路部２０３の幅を流入部２０１及び流出部２０５の幅より大きく形成することができる。
【００９２】
また、図６に図示するように、冷却チャンネル２００は、多数の屈曲が形成されたパイプ形状であることができる。
【００９３】
一方、経路部２０３が複数の経路を有する場合、半導体素子１４０の発熱量に比例するように経路を形成し、形成された経路を半導体素子１４０の実装領域の下部に配置することができる。
【００９４】
例えば、図７に図示するように、発熱が予想される半導体素子１４０の実装領域の下部に経路部２０３の経路を多数個形成する場合、半導体素子１４０のうちでも高発熱の電力素子１４１の下部に形成される経路の数を、電力素子１４１に比べ発熱が少ない制御素子１４３の下部に形成される経路の数より多く形成することができる。
【００９５】
これにより、発熱量が大きい半導体素子１４０に対する放熱特性が向上するだけでなく、相対的に高発熱の電力素子１４１からの熱も円滑に伝達されるため、放熱特性がさらに向上するという効果を期待することができる。
【００９６】
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明によるパワーモジュールパッケージ及びその製造方法はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【００９７】
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【符号の説明】
【００９８】
１００ パワーモジュールパッケージ
１１０ ベース基板
１１１ 第１のプレート
１１３ 第２のプレート
１２０ 陽極酸化層
１２１ 第１の陽極酸化層
１２３ 第２の陽極酸化層
１３０ メタル層
１４０ 半導体素子
１４１ 電力素子
１４３ 制御素子
１５０ リードフレーム
１６０ ワイヤ
１７０ モールディング
２００ 冷却チャンネル
２０１ 流入部
２０３ 経路部
２０５ 流出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールパッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
全世界的にエネルギーの使用量が増加するにつれて、制限されたエネルギーの効率的な使用に多くの関心が集まっている。これにより、既存の家電用、産業用製品において、エネルギーの効率的な変換（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）のためのＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を適用したインバータの採用が加速化している。
【０００３】
このようなパワーモジュールの拡大適用により、高集積化、高容量化、小型化に対する市場の要求はさらに高まっており、これによる電子部品の発熱問題に対する解決が重要な課題となっている。
【０００４】
これにより、パワーモジュールの効率増加及び高信頼性を確保するために、発熱問題を解決するための方案として、パワーモジュールと水冷システムとを別に製作して結合する構造を利用している実情である。
【０００５】
しかし、上述の構造は、パワーモジュールと水冷システムの夫々に対する製作単価が高く、別の装置が結合する形態であるため、効率的な放熱効果を期待することが困難であるという問題点が発生している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の従来技術の問題点を解決するためのもので、本発明の一側面は、パワーモジュールと冷却物質が流れるようにするヒートシンクとの一体化により、放熱効率を向上させることができるパワーモジュールパッケージ及びその製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のパワーモジュールパッケージは、メタル材質からなるベース基板と、前記ベース基板の内部に冷却物質が流れるように形成された冷却チャンネルと、前記ベース基板の外面に形成された陽極酸化層と、前記陽極酸化層を有するベース基板の第１の面に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層と、前記メタル層上に実装された半導体素子と、を含むことができる。
【０００８】
また、前記冷却チャンネルは、前記ベース基板の厚さ方向を基準に中央に形成されることができる。
【０００９】
また、前記冷却チャンネルは、前記ベース基板の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有することができる。
【００１０】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された前記冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記経路部が複数の経路を有する場合、前記複数の経路が前記流入部及び前記流出部を基準に対称放射状であることができる。
【００１１】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記冷却物質が経由する方向を基準に、前記経路部の幅を前記流入部及び前記流出部の幅より大きく形成することができる。
【００１２】
また、前記冷却チャンネルは、多数の屈曲が形成されたパイプ形状であることができる。
【００１３】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記経路部が複数の経路を有する場合、前記半導体素子の発熱量に比例するように前記経路を形成し、形成された前記経路を前記半導体素子の実装領域の下部に配置することができる。
【００１４】
また、前記メタル層上に形成されるリードフレームと、前記半導体素子の間、または前記半導体素子と前記リードフレームとの間を電気的に連結するためのワイヤと、をさらに含むことができる。
【００１５】
また、前記ベース基板の上部及び側面を包むように形成されたモールディングをさらに含むことができる。
【００１６】
また、前記ベース基板はアルミニウムからなることができる。
【００１７】
他の本発明によるパワーモジュールパッケージの製造方法は、メタル材質からなる第１及び第２のプレートを準備する段階と、前記第１及び第２のプレートの一面を除いた面に陽極酸化層を形成する段階と、前記第１及び第２のプレートの両方または一方の一面から内側方向に溝形状の冷却チャンネルを形成する段階と、前記第１のプレートの他面の陽極酸化層上に回路及び接続パッドを含むメタル層を形成する段階と、前記メタル層上に半導体素子を実装する段階と、前記第１及び第２のプレートを接合する段階と、を含むことができる。
【００１８】
また、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記冷却チャンネルは、前記第１及び第２のプレートが接合された状態であるベース基板の厚さ方向を基準に中央に位置するように形成することができる。
【００１９】
また、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記冷却チャンネルは、前記第１及び第２のプレートが接合された状態であるベース基板の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有するように形成することができる。
【００２０】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記経路部が複数の経路を有する場合、前記第１及び第２のプレートが接合された後、前記複数の経路が前記流入部及び前記流出部を基準に対称放射状になるように形成することができる。
【００２１】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記第１及び第２のプレートが接合された後、前記経路部の冷却物質が経由する方向の幅を前記流入部及び前記流出部の幅より大きく形成することができる。
【００２２】
また、前記冷却チャンネルを形成する段階において、第１及び第２のプレートが接合された後、前記冷却チャンネルが多数の屈曲を有するパイプ形状になるように形成することができる。
【００２３】
また、前記冷却チャンネルは、冷却物質が流入される流入部と、前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、前記冷却チャンネルを形成する段階において、前記経路部が複数の経路を有する場合、前記半導体素子の発熱量に比例するように前記経路を形成し、形成された前記経路を前記半導体素子の実装領域の下部に配置することができる。
【００２４】
また、前記半導体素子を実装する段階の後、前記第１及び第２のプレートを接合する段階の前に、前記メタル層上にリードフレームを形成する段階と、前記半導体素子の間、または前記半導体素子と前記リードフレームとの間を電気的に連結するためのワイヤを形成する段階と、をさらに含むことができる。
【００２５】
また、前記ワイヤを形成する段階の後、前記ベース基板の上部及び側面を包むようにモールディングを形成する段階をさらに含むことができる。
【００２６】
また、前記接合する段階において、前記第１のプレート及び第２のプレートを陽極ボンディング（Ａｎｏｄｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、有機接着（Ｏｒｇａｎｉｃ ａｄｈｅｓｉｏｎ）及びこれらの組み合わせの何れか一つにより接合することができる。
【００２７】
本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
【００２８】
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のパワーモジュールパッケージ及びその製造方法は、半導体素子が実装され、優れた放熱特性を有する陽極酸化層を含み、メタル材質からなるベース基板に、冷却チャンネルを形成してパワーモジュールとヒートシンクとを一体化することにより、ベース基板による放熱効果及び冷却チャンネルによる放熱効果がともに得られ、半導体素子から発生する熱をより効率的に伝達して放熱特性を向上させることができる。これにより、製品の信頼性が増大するという効果を期待することができる。
【００３０】
また、本発明は、ベース基板とヒートシンクとを一体化することにより、パワーモジュールパッケージのサイズの減少及び製作単価を減らすことができるという長所がある。
【００３１】
さらに、本発明は、冷却チャンネルのデザインを自由に具現することが可能であるため、パワーモジュールパッケージに実装される半導体素子の特性及び用途に応じて、冷却チャンネルの経路を集中配置するか、または面積を調節することにより、高発熱の半導体素子からの熱を効率的に放出させることができるという効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図面である。
【図２】本発明の第２実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図面である。
【図３】本発明の第３実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図面である。
【図４】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図５】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図６】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図７】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図８】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図９】本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である。
【図１０】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１１】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１２】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１３】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１４】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１５】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【図１６】本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。本明細書において、第１、第２などの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素は前記用語によって限定されない。
【００３４】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００３５】
パワーモジュールパッケージ
図１は本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図面である。
【００３６】
以下、図１に図示された本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を、本発明の他の実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す図２及び図３と、本発明による冷却チャンネルの多様な構成を説明するための平面図である図４から図９を参照して説明する。
【００３７】
図１に図示するように、パワーモジュールパッケージ１００は、メタル材質からなるベース基板１１０と、ベース基板１１０の内部に冷却物質が流れるように形成された冷却チャンネル２００と、ベース基板１１０の外面に形成された陽極酸化層１２０と、陽極酸化層１２０を有するベース基板１１０の第１の面に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層１３０と、メタル層１３０上に実装された半導体素子１４０と、を含む。
【００３８】
この際、ベース基板１１０は熱伝導度に優れたアルミニウムからなることができ、これに限定されるものではない。
【００３９】
また、陽極酸化層１２０は酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）絶縁層であることができる。この際、酸化アルミニウム絶縁層は優れた熱伝導度（例えば、７〜２０Ｗ／ｍ・Ｋ）を有し、且つ、高い絶縁特性（例えば、２５Ｖ／μｍ）により、モジュールの高い放熱特性及び電気的ブレークダウン（Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）特性を保障することができる。
【００４０】
また、冷却物質は、水（Ｗａｔｅｒ）、冷媒などのように冷却チャンネル２００を介して移動しながら、パワーモジュールパッケージ１００の放熱特性を提供することができる物質であれば、何れも可能である。
【００４１】
図１に図示するように、冷却チャンネル２００はベース基板１１０の厚さ方向を基準に中央に形成されることができ、これに限定されるものではない。ここで、「中央」とは、ベース基板１１０の内部で上部及び下部から同様に離隔される位置を意味すると定義する。
【００４２】
第１実施例から第３実施例の図１から図３に図示するように、冷却チャンネル２００は、ベース基板１１０の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有することができる。
【００４３】
一方、図４から図６に図示するように、冷却チャンネル２００は、冷却物質が流入される流入部２０１と、流入部２０１と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部２０３と、経路部２０３と連結され、冷却物質が流出される流出部２０５と、を含む。
【００４４】
図４に図示するように、冷却チャンネル２００の経路部２０３が複数の経路を有する場合、複数の経路が流入部２０１及び流出部２０５を基準に対称放射状であることができる。
【００４５】
例えば、図４のＢ領域に形成された複数の経路の両側が流入部２０１及び流出部２０５に夫々連結された状態で、流入部２０１及び流出部２０５を基準に放射状に形成されることができる。
【００４６】
また、図５に図示するように、冷却物質が経由する方向を基準に、Ｂ領域の経路部２０３の幅を流入部２０１及び流出部２０５の幅より大きく形成することができる。
【００４７】
また、図６に図示するように、冷却チャンネル２００は、多数の屈曲が形成されたパイプ形状であることができる。
【００４８】
一方、経路部２０３が複数の経路を有する場合、半導体素子１４０の発熱量に比例するように経路を形成し、形成された経路を半導体素子１４０の実装領域の下部に配置することができる。
【００４９】
例えば、図７に図示するように、発熱が予想される半導体素子１４０の実装領域の下部に経路部２０３の経路を多数個形成する場合、半導体素子１４０のうちでも高発熱の電力素子１４１の下部に形成される経路の数を、電力素子１４１に比べ発熱が少ない制御素子１４３の下部に形成される経路の数より多く形成することができる。
【００５０】
これにより、発熱量が大きい半導体素子１４０に対する放熱特性が向上するだけでなく、相対的に高発熱の電力素子１４１からの熱も円滑に伝達されるため、放熱特性がさらに向上するという効果を期待することができる。
【００５１】
また、高発熱の電力素子１４１に、より多くの経路を形成することにより、電力素子１４１からの発熱が制御素子１４３に及ぶ影響を最小化することができる。
【００５２】
例えば、電力素子１４１はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード（Ｄｉｏｄｅ）などであり、制御素子１４３は制御ＩＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを含むことができる。
【００５３】
また、経路部２０３の幅を半導体素子１４０の発熱量に比例するように形成することも可能である。
【００５４】
例えば、図８に図示するように、半導体素子１４０が実装される領域の経路部２０３の幅を他の領域（例えば、半導体素子が実装されていない領域）より大きく形成し、さらに、高発熱が予想される電力素子１４１の実装領域に形成される経路部２０３の幅を、電力素子１４１に比べ低発熱が予想される制御素子１４３の実装領域に形成される経路部２０３の幅より大きく形成することできる。
【００５５】
また、冷却チャンネル２００は、半導体素子の発熱量に応じて、図９に図示するように、経路部２０３が集中されるように形成することも可能である。
【００５６】
例えば、図６のような冷却チャンネル２００において、半導体素子の発熱量に応じて電力素子１４１の下部及び制御素子１４３の下部に多数の経路部２０３が形成されるようにし、さらに、制御素子１４３に比べ高発熱が予想される電力素子１４１の下部に経路部２０３がより集中配置されるように形成することができる。
【００５７】
上述の図８及び図９の冷却チャンネル２００は、電力素子１４１からの発熱が制御素子１４３まで及ぶ影響を最小化することができる。
【００５８】
また、パワーモジュールパッケージ１００は、メタル層１３０上に形成されるリードフレーム１５０と、半導体素子１４０の間、または半導体素子１４０とリードフレーム１５０との間を電気的に連結するためのワイヤ１６０をさらに含むことができる。
【００５９】
また、パワーモジュールパッケージ１００は、ベース基板１１０の上部及び側面を包むように形成されたモールディング１７０をさらに含むことができる。
【００６０】
この際、モールディング１７０は、放熱効率特性のために、ベース基板１１０の下部面が露出した形態を有するように形成される。
【００６１】
パワーモジュールパッケージの製造方法
図１０から図１６は本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を説明するための工程図である。
以下、図１０から図１６に図示された本発明の第１実施例によるパワーモジュールパッケージの製造方法を、図４から図９の図面をともに参照して説明する。
【００６２】
まず、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に図示するように、メタル材質からなる第１及び第２のプレート１１１、１１３を準備する。
【００６３】
次に、第１及び第２のプレート１１１、１１３の一面を除いた面に陽極酸化層１２１、１２３を形成する。
【００６４】
例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に図示するように、第１及び第２のプレート１１１、１１３が互いに接合される面を除いた三面に陽極酸化層１２１、１２３を形成する。
【００６５】
また、陽極酸化層１２１、１２３は、その用途に応じて、Ａｌ２Ｏ３酸化膜を陽極酸化することにより２０μｍ〜５００μｍに形成することができる。
【００６６】
次に、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に図示するように、第１及び第２のプレート１１１、１１３の両方または一方の一面から内側方向に溝形状の冷却チャンネル２００を形成する。
【００６７】
この際、冷却チャンネル２００は、化学及び電気化学エッチング、機械的加工（Ｒｏｕｔｉｎｇ、Ｖ−ｃｕｔ）などによって形成されることができる。
【００６８】
また、第１及び第２のプレート１１１、１１３の両方に冷却チャンネル２００を形成する場合、第１及び第２のプレート１１１、１１３が互いに接合された後、第１及び第２のプレート１１１、１１３に形成された冷却チャンネル２００が一つの冷却チャンネル２００の形態にならなければならないため、第１及び第２のプレート１１１、１１３の互いに対応する領域に冷却チャンネル２００を形成する。
【００６９】
もし、第１及び第２のプレート１１１、１１３の一方にのみ冷却チャンネル２００を形成する場合、上述の事項を考慮しなくてもよい。
【００７０】
また、冷却チャンネル２００は、第１及び第２のプレート１１１、１１３が接合された状態であるベース基板１１０の厚さ方向を基準に、中央に位置するように形成することができる。
【００７１】
また、冷却チャンネル２００は、第１及び第２のプレート１１１、１１３が接合された状態であるベース基板１１０の厚さ方向の断面が円形及び多角形の何れか一つの形状を有するように形成されることができる。
【００７２】
次に、図１２に図示するように、第１のプレート１１１の他面の陽極酸化層１２１上に、回路及び接続パッドを含むメタル層１３０を形成する。
【００７３】
この際、メタル層１３０に、乾式スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）または湿式無電解及び電解メッキによってメタルシード層を形成した後、湿式化学メッキ及び電解メッキまたはリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）法によって接続パッド及び回路を形成する。
【００７４】
前記メタルシード層は、Ｃｕ、Ｃｕ／Ｎｉ、Ｃｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｎｉ／Ｃｕ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｎｉ／Ｃｕ／Ｔｉ及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一つの材料からなることができる。前記「／」は「及び」を意味すると定義する。
【００７５】
次に、図１３に図示するように、メタル層１３０上に半導体素子１４０を実装する。
【００７６】
ここで、半導体素子１４０をメタル層１３０に実装するための接合材としては、半田（Ｓｏｌｄｅｒ）、有機樹脂（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒｅｓｉｎ）などを用いることができる。
【００７７】
次に、図１４に図示するように、メタル層１３０上にリードフレーム１５０を形成する。
【００７８】
この際、半導体素子１４０が実装されていないメタル層１３０部分の上にリードフレーム１５０を形成する。
【００７９】
ここで、リードフレーム１５０をメタル層１３０に実装するための接合材としては、半田（Ｓｏｌｄｅｒ）、有機樹脂（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒｅｓｉｎ）などを用いることができる。
【００８０】
次に、図１４に図示するように、半導体素子１４０の間、または半導体素子１４０とリードフレーム１５０との間を電気的に連結するためのワイヤ１６０を形成する。
【００８１】
次に、図１５に図示するように、ベース基板１１０の上部及び側面を包むようにモールディングを形成する。
【００８２】
より詳細に説明すると、第１のプレート１１１の上部に配置されたメタル層１３０、半導体素子１４０、ワイヤ１６０及び第１のプレート１１１の側面を全て覆って、リードフレーム１５０の一側を覆う形態にモールディングを形成する。
【００８３】
一方、モールディング１７０を第１のプレート１１１の側面だけでなく、第２のプレート１１３の側面にも形成することが可能であり、この場合は、モールディング１７０を形成する前に、第１のプレート１１１と第２のプレート１１３との接合段階を優先的に行う。
【００８４】
即ち、モールディング１７０は、運用者の必要に応じてその形状を変形することが可能である。
【００８５】
この際、第１のプレート１１１と第２のプレート１１３とが接合された状態であるベース基板１１０における下部面は、モールディングに覆われず露出する形態を有する。これは、半導体素子１４０から発生した熱を外部に円滑に放出させるためである。
【００８６】
次に、図１６に図示するように、第１及び第２のプレート１１１、１１３を接合する。
【００８７】
この際、第１のプレート１１１及び第２のプレート１１３は、陽極ボンディング（Ａｎｏｄｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、有機接着（Ｏｒｇａｎｉｃ ａｄｈｅｓｉｏｎ）及びこれらの組み合わせの何れか一つにより接合することができる。
【００８８】
一方、冷却チャンネル２００は、冷却物質が流入される流入部２０１と、流入部２０１と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部２０３と、経路部２０３と連結され、冷却物質が流出される流出部２０５と、を含む。
【００８９】
図４に図示するように、冷却チャンネル２００の経路部２０３が複数の経路を有する場合、複数の経路が流入部２０１及び流出部２０５を基準に対称放射状であることができる。
【００９０】
例えば、図４のＢ領域に形成された複数の経路の両側が流入部２０１及び流出部２０５に夫々連結された状態で、流入部２０１及び流出部２０５を基準に放射状に形成されることができる。
【００９１】
また、図５に図示するように、冷却物質が経由する方向を基準に、Ｂ領域の経路部２０３の幅を流入部２０１及び流出部２０５の幅より大きく形成することができる。
【００９２】
また、図６に図示するように、冷却チャンネル２００は、多数の屈曲が形成されたパイプ形状であることができる。
【００９３】
一方、経路部２０３が複数の経路を有する場合、半導体素子１４０の発熱量に比例するように経路を形成し、形成された経路を半導体素子１４０の実装領域の下部に配置することができる。
【００９４】
例えば、図７に図示するように、発熱が予想される半導体素子１４０の実装領域の下部に経路部２０３の経路を多数個形成する場合、半導体素子１４０のうちでも高発熱の電力素子１４１の下部に形成される経路の数を、電力素子１４１に比べ発熱が少ない制御素子１４３の下部に形成される経路の数より多く形成することができる。
【００９５】
これにより、発熱量が大きい半導体素子１４０に対する放熱特性が向上するだけでなく、相対的に高発熱の電力素子１４１からの熱も円滑に伝達されるため、放熱特性がさらに向上するという効果を期待することができる。
【００９６】
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明によるパワーモジュールパッケージ及びその製造方法はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【００９７】
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【符号の説明】
【００９８】
１００ パワーモジュールパッケージ
１１０ ベース基板
１１１ 第１のプレート
１１３ 第２のプレート
１２０ 陽極酸化層
１２１ 第１の陽極酸化層
１２３ 第２の陽極酸化層
１３０ メタル層
１４０ 半導体素子
１４１ 電力素子
１４３ 制御素子
１５０ リードフレーム
１６０ ワイヤ
１７０ モールディング
２００ 冷却チャンネル
２０１ 流入部
２０３ 経路部
２０５ 流出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタル材質からなるベース基板と、
前記ベース基板の内部に冷却物質が流れるように形成された冷却チャンネルと、
前記ベース基板の外面に形成された陽極酸化層と、
前記陽極酸化層を有するベース基板の第１の面に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層と、
前記メタル層上に実装された半導体素子と、
を含むパワーモジュールパッケージ。
【請求項２】
前記冷却チャンネルは、前記ベース基板の厚さ方向を基準に中央に形成される請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項３】
前記冷却チャンネルは、前記ベース基板の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有する請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項４】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された前記冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記経路部が複数の経路を有する場合、前記複数の経路が前記流入部及び前記流出部を基準に対称放射状である請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項５】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記冷却物質が経由する方向を基準に、前記経路部の幅が前記流入部及び前記流出部の幅より大きい請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項６】
前記冷却チャンネルは、多数の屈曲が形成されたパイプ形状である請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項７】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記経路部が複数の経路を有する場合、前記半導体素子の発熱量に比例するように前記経路を形成し、形成された前記経路を前記半導体素子の実装領域の下部に配置する請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項８】
前記メタル層上に形成されるリードフレームと、
前記半導体素子の間、または前記半導体素子と前記リードフレームとの間を電気的に連結するためのワイヤと、
をさらに含む請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項９】
前記ベース基板の上部及び側面を包むように形成されたモールディングをさらに含む請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項１０】
前記ベース基板はアルミニウムからなる請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項１１】
メタル材質からなる第１及び第２のプレートを準備する段階と、
前記第１及び第２のプレートの一面を除いた面に陽極酸化層を形成する段階と、
前記第１及び第２のプレートの両方または一方の一面から内側方向に溝形状の冷却チャンネルを形成する段階と、
前記第１のプレートの他面の陽極酸化層上に回路及び接続パッドを含むメタル層を形成する段階と、
前記メタル層上に半導体素子を実装する段階と、
前記第１及び第２のプレートを接合する段階と、
を含むパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１２】
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記冷却チャンネルは、前記第１及び第２のプレートが接合された状態であるベース基板の厚さ方向を基準に中央に位置するように形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１３】
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記冷却チャンネルは、前記第１及び第２のプレートが接合された状態であるベース基板の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有するように形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１４】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記経路部が複数の経路を有する場合、前記第１及び第２のプレートが接合された後、前記複数の経路が前記流入部及び前記流出部を基準に対称放射状になるように形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１５】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記第１及び第２のプレートが接合された後、前記経路部の冷却物質が経由する方向の幅を前記流入部及び前記流出部の幅より大きく形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１６】
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
第１及び第２のプレートが接合された後、前記冷却チャンネルが多数の屈曲を有するパイプ形状になるように形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１７】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記経路部が複数の経路を有する場合、前記半導体素子の発熱量に比例するように前記経路を形成し、形成された前記経路を前記半導体素子の実装領域の下部に配置する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１８】
前記半導体素子を実装する段階の後、前記第１及び第２のプレートを接合する段階の前に、
前記メタル層上にリードフレームを形成する段階と、
前記半導体素子の間、または前記半導体素子と前記リードフレームとの間を電気的に連結するためのワイヤを形成する段階と、
をさらに含む請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１９】
前記ワイヤを形成する段階の後、
前記ベース基板の上部及び側面を包むようにモールディングを形成する段階をさらに含む請求項１８に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項２０】
前記接合する段階において、
前記第１のプレート及び第２のプレートを陽極ボンディング（Ａｎｏｄｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、有機接着（Ｏｒｇａｎｉｃ ａｄｈｅｓｉｏｎ）及びこれらの組み合わせの何れか一つにより接合する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１】
メタル材質からなるベース基板と、
前記ベース基板の内部に冷却物質が流れるように形成された冷却チャンネルと、
前記ベース基板の外面に形成された陽極酸化層と、
前記陽極酸化層を有するベース基板の第１の面に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層と、
前記メタル層上に実装された半導体素子と、
を含むパワーモジュールパッケージ。
【請求項２】
前記冷却チャンネルは、前記ベース基板の厚さ方向を基準に中央に形成される請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項３】
前記冷却チャンネルは、前記ベース基板の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有する請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項４】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された前記冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記経路部が複数の経路を有する場合、前記複数の経路が前記流入部及び前記流出部を基準に対称放射状である請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項５】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記冷却物質が経由する方向を基準に、前記経路部の幅が前記流入部及び前記流出部の幅より大きい請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項６】
前記冷却チャンネルは、多数の屈曲が形成されたパイプ形状である請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項７】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記経路部が複数の経路を有する場合、前記半導体素子の発熱量に比例するように前記経路を形成し、形成された前記経路を前記半導体素子の実装領域の下部に配置する請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項８】
前記メタル層上に形成されるリードフレームと、
前記半導体素子の間、または前記半導体素子と前記リードフレームとの間を電気的に連結するためのワイヤと、
をさらに含む請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項９】
前記ベース基板の上部及び側面を包むように形成されたモールディングをさらに含む請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項１０】
前記ベース基板はアルミニウムからなる請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項１１】
メタル材質からなる第１及び第２のプレートを準備する段階と、
前記第１及び第２のプレートの一面を除いた面に陽極酸化層を形成する段階と、
前記第１及び第２のプレートの両方または一方の一面から内側方向に溝形状の冷却チャンネルを形成する段階と、
前記第１のプレートの他面の陽極酸化層上に回路及び接続パッドを含むメタル層を形成する段階と、
前記メタル層上に半導体素子を実装する段階と、
前記第１及び第２のプレートを接合する段階と、
を含むパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１２】
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記冷却チャンネルは、前記第１及び第２のプレートが接合された状態であるベース基板の厚さ方向を基準に中央に位置するように形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１３】
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記冷却チャンネルは、前記第１及び第２のプレートが接合された状態であるベース基板の厚さ方向の断面が円形または多角形の形状を有するように形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１４】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記経路部が複数の経路を有する場合、前記第１及び第２のプレートが接合された後、前記複数の経路が前記流入部及び前記流出部を基準に対称放射状になるように形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１５】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記第１及び第２のプレートが接合された後、前記経路部の冷却物質が経由する方向の幅を前記流入部及び前記流出部の幅より大きく形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１６】
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
第１及び第２のプレートが接合された後、前記冷却チャンネルが多数の屈曲を有するパイプ形状になるように形成する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１７】
前記冷却チャンネルは、
冷却物質が流入される流入部と、
前記流入部と連結され、流入された冷却物質が経由する経路部と、
前記経路部と連結され、前記冷却物質が流出される流出部と、を含み、
前記冷却チャンネルを形成する段階において、
前記経路部が複数の経路を有する場合、前記半導体素子の発熱量に比例するように前記経路を形成し、形成された前記経路を前記半導体素子の実装領域の下部に配置する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１８】
前記半導体素子を実装する段階の後、前記第１及び第２のプレートを接合する段階の前に、
前記メタル層上にリードフレームを形成する段階と、
前記半導体素子の間、または前記半導体素子と前記リードフレームとの間を電気的に連結するためのワイヤを形成する段階と、
をさらに含む請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１９】
前記ワイヤを形成する段階の後、
前記ベース基板の上部及び側面を包むようにモールディングを形成する段階をさらに含む請求項１８に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項２０】
前記接合する段階において、
前記第１のプレート及び第２のプレートを陽極ボンディング（Ａｎｏｄｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、有機接着（Ｏｒｇａｎｉｃ ａｄｈｅｓｉｏｎ）及びこれらの組み合わせの何れか一つにより接合する請求項１１に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−２１２８３（Ｐ２０１３−２１２８３Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８７０４（Ｐ２０１１−２２８７０４）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]