電力モジュールパッケージ及びその製造方法
【課題】本発明は、電力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】本発明は、互いに離隔して配置された第１放熱プレート及び第２放熱プレートを含む放熱プレートと、放熱プレート上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成されたメタル層と、メタル層上に実装された半導体素子と、第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層と前記半導体素子とを連結するために形成されたリードスペーサと、を含み、第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子及び第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は、積層型に配置されたことを特徴とする。
【解決手段】本発明は、互いに離隔して配置された第１放熱プレート及び第２放熱プレートを含む放熱プレートと、放熱プレート上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成されたメタル層と、メタル層上に実装された半導体素子と、第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層と前記半導体素子とを連結するために形成されたリードスペーサと、を含み、第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子及び第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は、積層型に配置されたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力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】
全世界のエネルギー使用量の増加に伴って、制限されたエネルギーの効率的な使用方法が注目されている。これにより、既存の家電用、産業用の製品において、エネルギーの効率的なコンバージョン（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）のためのＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を適用したインバータの使用が増加している。
【０００３】
このような電力モジュールの拡大適用に伴って、市場はさらなる高集積化、高容量化、小型化を要求しており、これによる電子部品の発熱問題に対する解決が重要な事項として注目されている。
【０００４】
特に、高容量の電力素子（例えば、高容量のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など）の適用は、高発熱の電力素子から発生した熱が相対的に熱に脆弱な制御素子にまで影響を与え、モジュール全体の性能及び長期信頼性を落とす結果をもたらしている。
【０００５】
そのため、電力モジュールの効率増加と高信頼性確保のために、発熱問題を解決するための案として電力モジュールと冷却水システムを別途に製作して結合する構造を反映している。
【０００６】
しかし、上記の結合構造は、それぞれに対する製造コストが高く、デザイン変更が容易でなく、小型化できないという問題点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明は、冷却物質が流れる冷却チャンネルを上下部に具現して半導体素子から熱をより効率的に放出させるための電力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目的とする。
【０００８】
また、本発明は、半導体素子を積層型に配置して三次元高集積を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施例による電力モジュールパッケージは、互いに離隔して配置された第１放熱プレート及び第２放熱プレートを含む放熱プレートと、前記放熱プレート上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたメタル層と、前記メタル層上に実装された半導体素子と、前記第１放熱プレート側のメタル層または前記第２放熱プレート側のメタル層と前記半導体素子とを連結するために形成されたリードスペーサと、を含み、前記第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子及び前記第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は、積層型に配置されることができる。
【００１０】
ここで、前記リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１１】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１及び第２リードスペーサそれぞれの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１２】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成され、前記第２リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１３】
また、前記リードスペーサは、一側が第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１４】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成され、前記第２リードスペーサの一側は第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１５】
また、前記放熱プレート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をさらに含むことができる。
【００１６】
また、前記冷却チャンネルは、前記放熱プレートの厚さ方向を基準に中央に形成されることができる。
【００１７】
また、前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記第１放熱プレート側のメタル層上に電力素子が実装され、前記第２放熱プレート側のメタル層上に制御素子が実装されることができる。
【００１８】
また、前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記積層された半導体素子が二対である場合、前記電力素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装され、前記制御素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装されることができる。
【００１９】
また、前記半導体素子は制御素子を含み、前記制御素子は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装されることができる。
【００２０】
本発明の他の実施例による電力モジュールパッケージの製造方法は、第１放熱プレートと第２放熱プレートとを含む放熱プレートを準備する段階と、前記放熱プレート上に絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層上に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放熱プレートまたは前記第２放熱プレートと前記半導体素子とを連結するためにリードスペーサを形成して前記第１放熱プレートと第２放熱プレートとを結合し、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階と、を含み、前記第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子と前記第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は積層型に配置されることができる。
【００２１】
また、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、前記リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２２】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１及び第２リードスペーサそれぞれの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２３】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成し、前記第２リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２４】
また、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、前記リードスペーサは、一側が第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２５】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成し、前記第２リードスペーサの一側は第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２６】
また、前記放熱プレートを準備する段階において、前記放熱プレートの内部に冷却物質が流れる冷却チャンネルを形成する段階をさらに含むことができる。
【００２７】
また、前記半導体素子が電力素子と制御素子とを含む場合、前記半導体素子を実装する段階において、前記第１放熱プレート側のメタル層上に電力素子を実装し、前記第２放熱プレート側のメタル層上に制御素子を実装することができる。
【００２８】
また、前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記積層された半導体素子が二対である場合、半導体素子を実装する段階において、前記電力素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装し、前記制御素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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】
【００３１】
本発明の電力モジュールパッケージ及びその製造方法は、冷却物質が流れる冷却チャンネルを上下部に具現するため、半導体素子から発生する熱をより効率的に放出することができるという効果が期待できる。
【００３２】
また、本発明は、上下部に配置された放熱プレートが基板の機能を遂行するため、上下部の放熱プレート上にそれぞれ実装された半導体素子を積層型に配置することができ、これにより三次元高集積が可能な電力モジュールパッケージ構造を提供することができるという長所がある。
【００３３】
また、本発明は、上下部の放熱プレートの間にリードスペーサを形成して放熱プレートと半導体素子との間を連結するため、ワイヤなどを形成するための空間を確保することができ、リードスペーサを介して電気伝達の機能も遂行することができるという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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、その詳細な説明は省略する。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、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。
【００３５】
以下、添付された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。
【００３６】
電力モジュールパッケージ−第１実施例
図１は、本発明の第１実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図であり、半導体素子の配置例を説明するために図４を参照して説明する。
【００３７】
図１に図示したように、電力モジュールパッケージ１００は互いに離隔して配置された第１放熱プレート１２０及び第２放熱プレート１１０を含む放熱プレートと、放熱プレート上に形成された絶縁層１１１、１２１と、絶縁層１１１、１２１上に形成されたメタル層１１２、１２２と、メタル層１１２、１２２上に実装された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４と、第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２と半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４とを連結するために形成されたリードスペーサ１４１、１４３と、を含む。
【００３８】
ここで、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に形成された半導体素子１３２、１３４及び第２放熱プレート側のメタル層１１２上に形成された半導体素子１３１、１３３は、積層型に配置されることができる。
【００３９】
また、図１に図示したように、リードスペーサ１４１、１４３の一側は積層された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４の間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成されることができる。
【００４０】
また、図１に図示したように、積層された半導体素子が二対（１３１と１３２、及び１３３と１３４）で、リードスペーサ１４１、１４３が第１リードスペーサ１４１と第２リードスペーサ１４３とを含む場合、第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３それぞれの一側は積層された半導体素子（１３１と１３２、及び１３３と１３４）間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成されることができる。
【００４１】
一方、放熱プレート１１０、１２０は、放熱プレート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１１３、１２３をさらに含むことができる。
【００４２】
例えば、冷却物質は水または冷媒を使用することができるが、これに限定されない。
【００４３】
また、前記冷却チャンネル１１３、１２３は、放熱プレート１１０、１２０の厚さ方向を基準に中央に形成されることができる。
【００４４】
一方、半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４は、電力素子１３２、１３４と制御素子１３１、１３３とを含み、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に電力素子１３２、１３４が実装され、第２放熱プレート側のメタル層１１２上に制御素子１３１、１３３が実装されることができる。
【００４５】
半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４は、電力素子１３２、１３４と制御素子１３１、１３３とを含み、積層された半導体素子が二対である場合、電力素子１３２、１３４はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装されることができる。
【００４６】
また、制御素子１３１、１３３はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装されることができる。
【００４７】
例えば、図１に図示したように、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に電力素子が実装され、第２放熱プレート側のメタル層１１２上に制御素子がそれぞれ実装されることも可能であるが、図４に図示したように、第１放熱プレート側のメタル層１２２と第２放熱プレート側のメタル層１１２それぞれに電力素子と制御素子とが混合されて実装されることも可能である。
【００４８】
これは、本発明による電力モジュールパッケージ１００の構造が上下部に放熱プレートを配置した構造であり、半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４から発生する熱をより効率的に放出することができるため、半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４の配置自由度が向上するという効果が期待できるとのことである。
【００４９】
また、半導体素子は、制御素子１５１、１５３を含み、図１に図示したように、制御素子１５１、１５３は、第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装されることができる。
【００５０】
一方、図１に図示された第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３は、電気的連結の機能を遂行することが可能であり、電気的連結の経路は、半導体素子１３４、１３２下部のメタル層１２２、半導体素子１３４、１３２、半導体素子１３４、１３２に連結された第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３、第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３に連結されたメタル層１２２の順であることができる。
【００５１】
このような第１及び第２リードスペーサの電気的連結の機能は、以下で開示する第２実施例及び第３実施例にも同様に適用することができ、電気的連結の経路もまた前記に対応することができる。
【００５２】
電力モジュールパッケージ−第２実施例
図２は、本発明の第２実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【００５３】
但し、第２実施例に対する構成のうち第１実施例の構成と同一の構成に対する説明は省略し、相異する部分のみに対して説明する。
【００５４】
図２に図示したように、電力モジュールパッケージ１００は、互いに離隔して配置された第１放熱プレート１２０及び第２放熱プレート１１０を含む放熱プレートと、放熱プレート上に形成された絶縁層１１１、１２１と、絶縁層１１１、１２１上に形成されたメタル層１１２、１２２と、メタル層１１２、１２２上に実装された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４と、第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２と半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４とを連結するために形成されたリードスペーサ１４１、１４５と、を含む。
【００５５】
ここで、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に形成された半導体素子１３２、１３４及び第２放熱プレート側のメタル層１１２上に形成された半導体素子１３１、１３３は、積層型に配置されることができる。
【００５６】
また、図２に図示したように、積層された半導体素子が二対（１３１と１３２、及び１３３と１３４）で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４１と第２リードスペーサ１４５とを含む場合、第１リードスペーサ１４１の一側は積層された半導体素子１３３、１３４の間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成され、第２リードスペーサ１４５の一側は積層された半導体素子１３１、１３２の間に連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成されることができる。
【００５７】
電力モジュールパッケージ−第３実施例
図３は、本発明の第３実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【００５８】
但し、第３実施例に対する構成のうち第１実施例の構成と同一の構成に対する説明は省略し、相異した部分のみに対して説明する。
【００５９】
図３に図示したように、電力モジュールパッケージ１００は、互いに離隔して配置された第１放熱プレート１２０及び第２放熱プレート１１０を含む放熱プレートと、放熱プレート上に形成された絶縁層１１１、１２１と、絶縁層１１１、１２１上に形成されたメタル層１１２、１２２と、メタル層１１２、１２２上に実装された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４と、第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２と半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４とを連結するために形成されたリードスペーサ１４７、１４９と、を含む。
【００６０】
ここで、リードスペーサ１４９は、一側が第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結され、中心領域が積層された半導体素子１３１、１３２の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成されることができる。
【００６１】
また、図３に図示したように、積層された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４が二対で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４７と第２リードスペーサ１４９とを含む場合、第１リードスペーサ１４７の一側は積層された半導体素子１３３、１３４の間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成されることができる。
【００６２】
また、第２リードスペーサ１４９の一側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結され、中心領域は積層された半導体素子１３１、１３２の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成されることができる。
【００６３】
電力モジュールパッケージの製造方法
図５は、本発明の実施例による電力モジュールパッケージの製造方法を説明するためのフローチャートであり、上述した図１〜図４を参照して説明する。
【００６４】
先ず、図５に図示したように、第１放熱プレート（図１の１２０）及び第２放熱プレート（図１の１１０）を含む放熱プレートを準備する（Ｓ１０１）。
【００６５】
また、図示してはいないが、段階Ｓ１０１で、放熱プレート１１０、１２０の内部に冷却物質が流れる冷却チャンネル１１３、１２３を形成する段階をさらに含むことができる。
【００６６】
次に、放熱プレート１２０、１１０上に絶縁層１２１、１１１を形成する（Ｓ１０３）。
【００６７】
ここで、絶縁層１２１、１１１は、酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ；Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ；ＡｌＮ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、窒化ホウ素（Ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ；ＢＮ）などのセラミック絶縁層を使用することができるが、これに限定されない。
【００６８】
また、絶縁層１２１、１１１は、スプレーコーティング（Ｓｐｒａｙ Ｃｏａｔｉｎｇ）法、スクリーン印刷法、ディッピング（Ｄｉｐｐｉｎｇ）法、スピンコーティング（Ｓｐｉｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）法などを適用することができるが、これに限定されない。
【００６９】
次に、絶縁層１２１、１１１上にメタル層１２２、１１２を形成する（Ｓ１０５）。
【００７０】
ここで、メタル層１２２、１１２は、絶縁層１２１、１１１上に乾式スパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒ）または湿式無電解メッキを利用して薄膜のシード層を形成し、湿式メッキを利用して所望の厚さのメタル層を積層した後、化学的エッチングにより回路パターンを形成する方法を用いて形成することができるが、これに限定されない。
【００７１】
この場合、シード層は、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの組み合わせの一つであることができるが、これに限定されない。
【００７２】
次に、メタル層１２２、１１２上に半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４を実装する（Ｓ１０７）。
【００７３】
半導体素子が電力素子１３２、１３４と制御素子１３１、１３３とを含む場合、半導体素子を実装する段階において、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に電力素子１３２、１３４を実装し、第２放熱プレート側のメタル層１１２上に制御素子１３１、１３３を実装することができる。
【００７４】
また、半導体素子が電力素子１３２、１３４と制御素子１３１、１３３とを含み、積層された半導体素子が二対である場合、半導体素子を実装する段階において、電力素子１３２、１３４はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装することができる。
【００７５】
また、制御素子１３１、１３３は、それぞれ第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装することができる。
【００７６】
次に、第１放熱プレート１２０または第２放熱プレート１１０と半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４とを連結するためにリードスペーサ１４１、１４３を形成して第１放熱プレート１２０と第２放熱プレート１１０とを結合し、第１放熱プレート１２０上に第２放熱プレート１１０を離隔して配置する（Ｓ１０９）。
【００７７】
ここで、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に形成された半導体素子１３２、１３４及び第２放熱プレート側のメタル層１１２上に形成された半導体素子１３１、１３３は、積層型に配置されることができる。
【００７８】
また、リードスペーサ１４１、１４３は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）からなることができるが、これに限定されず、メタル材質は全て使用することができる。
【００７９】
一方、本発明の実施例によるリードスペーサ１４１、１４３は、ソルダ、メタル材質の接着剤、銀（Ａｇ）ペースト、銅ペーストなどを用いて半導体素子またはメタル層と接合されることができる。
【００８０】
段階Ｓ１０９において、図１に図示したように、リードスペーサ１４１、１４３の一側は積層された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４の間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成することができる。
【００８１】
また、図１に図示したように、積層された半導体素子が二対（１３１と１３２、及び１３３と１３４）で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４１と第２リードスペーサ１４３とを含む場合、第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３それぞれの一側は積層された半導体素子の間（１３１と１３２との間、１３３と１３４との間）に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成することができる。
【００８２】
また、図２に図示したように、積層された半導体素子が二対（１３１と１３２、及び１３３と１３４）で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４１と第２リードスペーサ１４５とを含む場合、第１リードスペーサ１４１の一側は積層された半導体素子の間（１３３と１３４との間）に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成することができる。
【００８３】
また、第２リードスペーサ１４５の一側は積層された半導体素子の間（１３１と１３２との間）に連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成することができる。
【００８４】
段階Ｓ１０９において、図３に図示したように、リードスペーサは、一側が第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間（１３１と１３２との間）に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成することができる。
【００８５】
また、段階Ｓ１０９において、図３に図示したように、積層された半導体素子が二対で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４７と第２リードスペーサ１４９とを含む場合、第１リードスペーサ１４７の一側は積層された半導体素子の間（１３３と１３４との間）に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成されることができる。
【００８６】
また、第２リードスペーサ１４９の一側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間（１３１と１３２との間）に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成することができる。
【００８７】
本発明の実施例による電力モジュールパッケージは、上下部に形成された放熱プレート構造により、冷却効率を極大化することができ、これにより電力素子（例えば、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）と制御素子（例えば、ダイオード）の三次元積層構造を具現することができ、電力モジュールの高集積化、小型化、軽量化の効果が期待できる。
【００８８】
また、本発明に実施例による電力モジュールパッケージは、電気回路配線であるメタル層が放熱プレートと一体型に製作されるため、放熱プレートとメタル層が分離型である従来技術に比べて熱抵抗界面が減少し、放熱特性が向上するという効果が期待できる。
【００８９】
以上、本発明を好ましい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、本発明による電力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。
【００９０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【図４】本発明による半導体素子の配置例を説明するための図面である。
【図５】本発明の実施例による電力モジュールパッケージの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１００ 電力モジュールパッケージ
１１０、１２０ 放熱プレート
１１１、１２１ 絶縁層
１１２、１２２ メタル層
１１３、１２３ 冷却チャンネル
１３１、１３２、１３３、１３４ 半導体素子
１４１、１４３、１４５、１４７、１４９ リードスペーサ
１５１、１５３ 制御素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力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】
全世界のエネルギー使用量の増加に伴って、制限されたエネルギーの効率的な使用方法が注目されている。これにより、既存の家電用、産業用の製品において、エネルギーの効率的なコンバージョン（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）のためのＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を適用したインバータの使用が増加している。
【０００３】
このような電力モジュールの拡大適用に伴って、市場はさらなる高集積化、高容量化、小型化を要求しており、これによる電子部品の発熱問題に対する解決が重要な事項として注目されている。
【０００４】
特に、高容量の電力素子（例えば、高容量のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など）の適用は、高発熱の電力素子から発生した熱が相対的に熱に脆弱な制御素子にまで影響を与え、モジュール全体の性能及び長期信頼性を落とす結果をもたらしている。
【０００５】
そのため、電力モジュールの効率増加と高信頼性確保のために、発熱問題を解決するための案として電力モジュールと冷却水システムを別途に製作して結合する構造を反映している。
【０００６】
しかし、上記の結合構造は、それぞれに対する製造コストが高く、デザイン変更が容易でなく、小型化できないという問題点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明は、冷却物質が流れる冷却チャンネルを上下部に具現して半導体素子から熱をより効率的に放出させるための電力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目的とする。
【０００８】
また、本発明は、半導体素子を積層型に配置して三次元高集積を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施例による電力モジュールパッケージは、互いに離隔して配置された第１放熱プレート及び第２放熱プレートを含む放熱プレートと、前記放熱プレート上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたメタル層と、前記メタル層上に実装された半導体素子と、前記第１放熱プレート側のメタル層または前記第２放熱プレート側のメタル層と前記半導体素子とを連結するために形成されたリードスペーサと、を含み、前記第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子及び前記第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は、積層型に配置されることができる。
【００１０】
ここで、前記リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１１】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１及び第２リードスペーサそれぞれの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１２】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成され、前記第２リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１３】
また、前記リードスペーサは、一側が第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１４】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成され、前記第２リードスペーサの一側は第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成されることができる。
【００１５】
また、前記放熱プレート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をさらに含むことができる。
【００１６】
また、前記冷却チャンネルは、前記放熱プレートの厚さ方向を基準に中央に形成されることができる。
【００１７】
また、前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記第１放熱プレート側のメタル層上に電力素子が実装され、前記第２放熱プレート側のメタル層上に制御素子が実装されることができる。
【００１８】
また、前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記積層された半導体素子が二対である場合、前記電力素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装され、前記制御素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装されることができる。
【００１９】
また、前記半導体素子は制御素子を含み、前記制御素子は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装されることができる。
【００２０】
本発明の他の実施例による電力モジュールパッケージの製造方法は、第１放熱プレートと第２放熱プレートとを含む放熱プレートを準備する段階と、前記放熱プレート上に絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層上に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放熱プレートまたは前記第２放熱プレートと前記半導体素子とを連結するためにリードスペーサを形成して前記第１放熱プレートと第２放熱プレートとを結合し、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階と、を含み、前記第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子と前記第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は積層型に配置されることができる。
【００２１】
また、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、前記リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２２】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１及び第２リードスペーサそれぞれの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２３】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成し、前記第２リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２４】
また、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、前記リードスペーサは、一側が第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２５】
また、前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成し、前記第２リードスペーサの一側は第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成することができる。
【００２６】
また、前記放熱プレートを準備する段階において、前記放熱プレートの内部に冷却物質が流れる冷却チャンネルを形成する段階をさらに含むことができる。
【００２７】
また、前記半導体素子が電力素子と制御素子とを含む場合、前記半導体素子を実装する段階において、前記第１放熱プレート側のメタル層上に電力素子を実装し、前記第２放熱プレート側のメタル層上に制御素子を実装することができる。
【００２８】
また、前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記積層された半導体素子が二対である場合、半導体素子を実装する段階において、前記電力素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装し、前記制御素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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】
【００３１】
本発明の電力モジュールパッケージ及びその製造方法は、冷却物質が流れる冷却チャンネルを上下部に具現するため、半導体素子から発生する熱をより効率的に放出することができるという効果が期待できる。
【００３２】
また、本発明は、上下部に配置された放熱プレートが基板の機能を遂行するため、上下部の放熱プレート上にそれぞれ実装された半導体素子を積層型に配置することができ、これにより三次元高集積が可能な電力モジュールパッケージ構造を提供することができるという長所がある。
【００３３】
また、本発明は、上下部の放熱プレートの間にリードスペーサを形成して放熱プレートと半導体素子との間を連結するため、ワイヤなどを形成するための空間を確保することができ、リードスペーサを介して電気伝達の機能も遂行することができるという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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、その詳細な説明は省略する。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、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。
【００３５】
以下、添付された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。
【００３６】
電力モジュールパッケージ−第１実施例
図１は、本発明の第１実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図であり、半導体素子の配置例を説明するために図４を参照して説明する。
【００３７】
図１に図示したように、電力モジュールパッケージ１００は互いに離隔して配置された第１放熱プレート１２０及び第２放熱プレート１１０を含む放熱プレートと、放熱プレート上に形成された絶縁層１１１、１２１と、絶縁層１１１、１２１上に形成されたメタル層１１２、１２２と、メタル層１１２、１２２上に実装された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４と、第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２と半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４とを連結するために形成されたリードスペーサ１４１、１４３と、を含む。
【００３８】
ここで、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に形成された半導体素子１３２、１３４及び第２放熱プレート側のメタル層１１２上に形成された半導体素子１３１、１３３は、積層型に配置されることができる。
【００３９】
また、図１に図示したように、リードスペーサ１４１、１４３の一側は積層された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４の間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成されることができる。
【００４０】
また、図１に図示したように、積層された半導体素子が二対（１３１と１３２、及び１３３と１３４）で、リードスペーサ１４１、１４３が第１リードスペーサ１４１と第２リードスペーサ１４３とを含む場合、第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３それぞれの一側は積層された半導体素子（１３１と１３２、及び１３３と１３４）間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成されることができる。
【００４１】
一方、放熱プレート１１０、１２０は、放熱プレート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１１３、１２３をさらに含むことができる。
【００４２】
例えば、冷却物質は水または冷媒を使用することができるが、これに限定されない。
【００４３】
また、前記冷却チャンネル１１３、１２３は、放熱プレート１１０、１２０の厚さ方向を基準に中央に形成されることができる。
【００４４】
一方、半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４は、電力素子１３２、１３４と制御素子１３１、１３３とを含み、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に電力素子１３２、１３４が実装され、第２放熱プレート側のメタル層１１２上に制御素子１３１、１３３が実装されることができる。
【００４５】
半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４は、電力素子１３２、１３４と制御素子１３１、１３３とを含み、積層された半導体素子が二対である場合、電力素子１３２、１３４はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装されることができる。
【００４６】
また、制御素子１３１、１３３はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装されることができる。
【００４７】
例えば、図１に図示したように、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に電力素子が実装され、第２放熱プレート側のメタル層１１２上に制御素子がそれぞれ実装されることも可能であるが、図４に図示したように、第１放熱プレート側のメタル層１２２と第２放熱プレート側のメタル層１１２それぞれに電力素子と制御素子とが混合されて実装されることも可能である。
【００４８】
これは、本発明による電力モジュールパッケージ１００の構造が上下部に放熱プレートを配置した構造であり、半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４から発生する熱をより効率的に放出することができるため、半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４の配置自由度が向上するという効果が期待できるとのことである。
【００４９】
また、半導体素子は、制御素子１５１、１５３を含み、図１に図示したように、制御素子１５１、１５３は、第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装されることができる。
【００５０】
一方、図１に図示された第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３は、電気的連結の機能を遂行することが可能であり、電気的連結の経路は、半導体素子１３４、１３２下部のメタル層１２２、半導体素子１３４、１３２、半導体素子１３４、１３２に連結された第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３、第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３に連結されたメタル層１２２の順であることができる。
【００５１】
このような第１及び第２リードスペーサの電気的連結の機能は、以下で開示する第２実施例及び第３実施例にも同様に適用することができ、電気的連結の経路もまた前記に対応することができる。
【００５２】
電力モジュールパッケージ−第２実施例
図２は、本発明の第２実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【００５３】
但し、第２実施例に対する構成のうち第１実施例の構成と同一の構成に対する説明は省略し、相異する部分のみに対して説明する。
【００５４】
図２に図示したように、電力モジュールパッケージ１００は、互いに離隔して配置された第１放熱プレート１２０及び第２放熱プレート１１０を含む放熱プレートと、放熱プレート上に形成された絶縁層１１１、１２１と、絶縁層１１１、１２１上に形成されたメタル層１１２、１２２と、メタル層１１２、１２２上に実装された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４と、第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２と半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４とを連結するために形成されたリードスペーサ１４１、１４５と、を含む。
【００５５】
ここで、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に形成された半導体素子１３２、１３４及び第２放熱プレート側のメタル層１１２上に形成された半導体素子１３１、１３３は、積層型に配置されることができる。
【００５６】
また、図２に図示したように、積層された半導体素子が二対（１３１と１３２、及び１３３と１３４）で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４１と第２リードスペーサ１４５とを含む場合、第１リードスペーサ１４１の一側は積層された半導体素子１３３、１３４の間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成され、第２リードスペーサ１４５の一側は積層された半導体素子１３１、１３２の間に連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成されることができる。
【００５７】
電力モジュールパッケージ−第３実施例
図３は、本発明の第３実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【００５８】
但し、第３実施例に対する構成のうち第１実施例の構成と同一の構成に対する説明は省略し、相異した部分のみに対して説明する。
【００５９】
図３に図示したように、電力モジュールパッケージ１００は、互いに離隔して配置された第１放熱プレート１２０及び第２放熱プレート１１０を含む放熱プレートと、放熱プレート上に形成された絶縁層１１１、１２１と、絶縁層１１１、１２１上に形成されたメタル層１１２、１２２と、メタル層１１２、１２２上に実装された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４と、第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２と半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４とを連結するために形成されたリードスペーサ１４７、１４９と、を含む。
【００６０】
ここで、リードスペーサ１４９は、一側が第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結され、中心領域が積層された半導体素子１３１、１３２の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成されることができる。
【００６１】
また、図３に図示したように、積層された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４が二対で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４７と第２リードスペーサ１４９とを含む場合、第１リードスペーサ１４７の一側は積層された半導体素子１３３、１３４の間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成されることができる。
【００６２】
また、第２リードスペーサ１４９の一側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結され、中心領域は積層された半導体素子１３１、１３２の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成されることができる。
【００６３】
電力モジュールパッケージの製造方法
図５は、本発明の実施例による電力モジュールパッケージの製造方法を説明するためのフローチャートであり、上述した図１〜図４を参照して説明する。
【００６４】
先ず、図５に図示したように、第１放熱プレート（図１の１２０）及び第２放熱プレート（図１の１１０）を含む放熱プレートを準備する（Ｓ１０１）。
【００６５】
また、図示してはいないが、段階Ｓ１０１で、放熱プレート１１０、１２０の内部に冷却物質が流れる冷却チャンネル１１３、１２３を形成する段階をさらに含むことができる。
【００６６】
次に、放熱プレート１２０、１１０上に絶縁層１２１、１１１を形成する（Ｓ１０３）。
【００６７】
ここで、絶縁層１２１、１１１は、酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ；Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ；ＡｌＮ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、窒化ホウ素（Ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ；ＢＮ）などのセラミック絶縁層を使用することができるが、これに限定されない。
【００６８】
また、絶縁層１２１、１１１は、スプレーコーティング（Ｓｐｒａｙ Ｃｏａｔｉｎｇ）法、スクリーン印刷法、ディッピング（Ｄｉｐｐｉｎｇ）法、スピンコーティング（Ｓｐｉｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）法などを適用することができるが、これに限定されない。
【００６９】
次に、絶縁層１２１、１１１上にメタル層１２２、１１２を形成する（Ｓ１０５）。
【００７０】
ここで、メタル層１２２、１１２は、絶縁層１２１、１１１上に乾式スパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒ）または湿式無電解メッキを利用して薄膜のシード層を形成し、湿式メッキを利用して所望の厚さのメタル層を積層した後、化学的エッチングにより回路パターンを形成する方法を用いて形成することができるが、これに限定されない。
【００７１】
この場合、シード層は、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの組み合わせの一つであることができるが、これに限定されない。
【００７２】
次に、メタル層１２２、１１２上に半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４を実装する（Ｓ１０７）。
【００７３】
半導体素子が電力素子１３２、１３４と制御素子１３１、１３３とを含む場合、半導体素子を実装する段階において、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に電力素子１３２、１３４を実装し、第２放熱プレート側のメタル層１１２上に制御素子１３１、１３３を実装することができる。
【００７４】
また、半導体素子が電力素子１３２、１３４と制御素子１３１、１３３とを含み、積層された半導体素子が二対である場合、半導体素子を実装する段階において、電力素子１３２、１３４はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装することができる。
【００７５】
また、制御素子１３１、１３３は、それぞれ第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に実装することができる。
【００７６】
次に、第１放熱プレート１２０または第２放熱プレート１１０と半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４とを連結するためにリードスペーサ１４１、１４３を形成して第１放熱プレート１２０と第２放熱プレート１１０とを結合し、第１放熱プレート１２０上に第２放熱プレート１１０を離隔して配置する（Ｓ１０９）。
【００７７】
ここで、第１放熱プレート側のメタル層１２２上に形成された半導体素子１３２、１３４及び第２放熱プレート側のメタル層１１２上に形成された半導体素子１３１、１３３は、積層型に配置されることができる。
【００７８】
また、リードスペーサ１４１、１４３は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）からなることができるが、これに限定されず、メタル材質は全て使用することができる。
【００７９】
一方、本発明の実施例によるリードスペーサ１４１、１４３は、ソルダ、メタル材質の接着剤、銀（Ａｇ）ペースト、銅ペーストなどを用いて半導体素子またはメタル層と接合されることができる。
【００８０】
段階Ｓ１０９において、図１に図示したように、リードスペーサ１４１、１４３の一側は積層された半導体素子１３１、１３２、１３３、１３４の間に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２または第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成することができる。
【００８１】
また、図１に図示したように、積層された半導体素子が二対（１３１と１３２、及び１３３と１３４）で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４１と第２リードスペーサ１４３とを含む場合、第１及び第２リードスペーサ１４１、１４３それぞれの一側は積層された半導体素子の間（１３１と１３２との間、１３３と１３４との間）に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成することができる。
【００８２】
また、図２に図示したように、積層された半導体素子が二対（１３１と１３２、及び１３３と１３４）で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４１と第２リードスペーサ１４５とを含む場合、第１リードスペーサ１４１の一側は積層された半導体素子の間（１３３と１３４との間）に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成することができる。
【００８３】
また、第２リードスペーサ１４５の一側は積層された半導体素子の間（１３１と１３２との間）に連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成することができる。
【００８４】
段階Ｓ１０９において、図３に図示したように、リードスペーサは、一側が第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間（１３１と１３２との間）に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成することができる。
【００８５】
また、段階Ｓ１０９において、図３に図示したように、積層された半導体素子が二対で、リードスペーサが第１リードスペーサ１４７と第２リードスペーサ１４９とを含む場合、第１リードスペーサ１４７の一側は積層された半導体素子の間（１３３と１３４との間）に連結され、他側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結されるように形成されることができる。
【００８６】
また、第２リードスペーサ１４９の一側は第１放熱プレート側のメタル層１２２に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間（１３１と１３２との間）に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層１１２に連結されるように形成することができる。
【００８７】
本発明の実施例による電力モジュールパッケージは、上下部に形成された放熱プレート構造により、冷却効率を極大化することができ、これにより電力素子（例えば、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）と制御素子（例えば、ダイオード）の三次元積層構造を具現することができ、電力モジュールの高集積化、小型化、軽量化の効果が期待できる。
【００８８】
また、本発明に実施例による電力モジュールパッケージは、電気回路配線であるメタル層が放熱プレートと一体型に製作されるため、放熱プレートとメタル層が分離型である従来技術に比べて熱抵抗界面が減少し、放熱特性が向上するという効果が期待できる。
【００８９】
以上、本発明を好ましい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、本発明による電力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。
【００９０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施例による電力モジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【図４】本発明による半導体素子の配置例を説明するための図面である。
【図５】本発明の実施例による電力モジュールパッケージの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１００ 電力モジュールパッケージ
１１０、１２０ 放熱プレート
１１１、１２１ 絶縁層
１１２、１２２ メタル層
１１３、１２３ 冷却チャンネル
１３１、１３２、１３３、１３４ 半導体素子
１４１、１４３、１４５、１４７、１４９ リードスペーサ
１５１、１５３ 制御素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離隔して配置された第１放熱プレート及び第２放熱プレートを含む放熱プレートと、
前記放熱プレート上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されたメタル層と、
前記メタル層上に実装された半導体素子と、
前記第１放熱プレート側のメタル層または前記第２放熱プレート側のメタル層と前記半導体素子とを連結するために形成されたリードスペーサと、を含み、
前記第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子及び前記第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は積層型に配置された電力モジュールパッケージ。
【請求項２】
前記リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項３】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１及び第２リードスペーサそれぞれの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項２に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項４】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成され、
前記第２リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項２に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項５】
前記リードスペーサは、
一側が第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項６】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成され、
前記第２リードスペーサの一側は第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項７】
前記放熱プレート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をさらに含む請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項８】
前記冷却チャンネルは、前記放熱プレートの厚さ方向を基準に中央に形成される請求項７に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項９】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、
前記第１放熱プレート側のメタル層上に電力素子が実装され、前記第２放熱プレート側のメタル層上に制御素子が実装される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１０】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記積層された半導体素子が二対である場合、
前記電力素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装され、
前記制御素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１１】
前記半導体素子は制御素子を含み、
前記制御素子は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１２】
第１放熱プレートと第２放熱プレートとを含む放熱プレートを準備する段階と、
前記放熱プレート上に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層上に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放熱プレートまたは前記第２放熱プレートと前記半導体素子とを連結するためにリードスペーサを形成して前記第１放熱プレートと第２放熱プレートとを結合し、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階と、を含み、
前記第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子及び前記第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は積層型に配置された電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１３】
前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、
前記リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１４】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１及び第２リードスペーサそれぞれの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１３に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１５】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成し、
前記第２リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１３に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１６】
前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、
前記リードスペーサは、一側が第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１７】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、
前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成し、
前記第２リードスペーサの一側は第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１８】
前記放熱プレートを準備する段階において、
前記放熱プレートの内部に冷却物質が流れる冷却チャンネルを形成する段階をさらに含む請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１９】
前記半導体素子が電力素子と制御素子とを含む場合、
前記半導体素子を実装する段階において、
前記第１放熱プレート側のメタル層上に電力素子を実装し、前記第２放熱プレート側のメタル層上に制御素子を実装する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項２０】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記積層された半導体素子が二対である場合、
半導体素子を実装する段階において、
前記電力素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装し、
前記制御素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１】
互いに離隔して配置された第１放熱プレート及び第２放熱プレートを含む放熱プレートと、
前記放熱プレート上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されたメタル層と、
前記メタル層上に実装された半導体素子と、
前記第１放熱プレート側のメタル層または前記第２放熱プレート側のメタル層と前記半導体素子とを連結するために形成されたリードスペーサと、を含み、
前記第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子及び前記第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は積層型に配置された電力モジュールパッケージ。
【請求項２】
前記リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項３】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１及び第２リードスペーサそれぞれの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項２に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項４】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成され、
前記第２リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項２に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項５】
前記リードスペーサは、
一側が第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項６】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成され、
前記第２リードスペーサの一側は第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成された請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項７】
前記放熱プレート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をさらに含む請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項８】
前記冷却チャンネルは、前記放熱プレートの厚さ方向を基準に中央に形成される請求項７に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項９】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、
前記第１放熱プレート側のメタル層上に電力素子が実装され、前記第２放熱プレート側のメタル層上に制御素子が実装される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１０】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記積層された半導体素子が二対である場合、
前記電力素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装され、
前記制御素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１１】
前記半導体素子は制御素子を含み、
前記制御素子は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１２】
第１放熱プレートと第２放熱プレートとを含む放熱プレートを準備する段階と、
前記放熱プレート上に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層上に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放熱プレートまたは前記第２放熱プレートと前記半導体素子とを連結するためにリードスペーサを形成して前記第１放熱プレートと第２放熱プレートとを結合し、前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階と、を含み、
前記第１放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子及び前記第２放熱プレート側のメタル層上に形成された半導体素子は積層型に配置された電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１３】
前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、
前記リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１４】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１及び第２リードスペーサそれぞれの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１３に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１５】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成し、
前記第２リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１３に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１６】
前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、
前記リードスペーサは、一側が第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域が積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側が第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１７】
前記積層された半導体素子が二対で、前記リードスペーサが第１リードスペーサと第２リードスペーサとを含む場合、
前記第１放熱プレート上に前記第２放熱プレートを離隔して配置する段階において、
前記第１リードスペーサの一側は積層された半導体素子の間に連結され、他側は前記第１放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成し、
前記第２リードスペーサの一側は第１放熱プレート側のメタル層に連結され、中心領域は積層された半導体素子の間に挿入されるように連結され、他側は第２放熱プレート側のメタル層に連結されるように形成する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１８】
前記放熱プレートを準備する段階において、
前記放熱プレートの内部に冷却物質が流れる冷却チャンネルを形成する段階をさらに含む請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項１９】
前記半導体素子が電力素子と制御素子とを含む場合、
前記半導体素子を実装する段階において、
前記第１放熱プレート側のメタル層上に電力素子を実装し、前記第２放熱プレート側のメタル層上に制御素子を実装する請求項１２に記載の電力モジュールパッケージの製造方法。
【請求項２０】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記積層された半導体素子が二対である場合、
半導体素子を実装する段階において、
前記電力素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装し、
前記制御素子はそれぞれ第１放熱プレート側のメタル層または第２放熱プレート側のメタル層に実装する請求項１２に記載の電力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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６２４７９（Ｐ２０１３−６２４７９Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０１３０（Ｐ２０１１−２６０１３０）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【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４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【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）】
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