(57)【要約】【課題】電気的効率が高く、放熱特性に優れている焼成接合を用いたパワーモジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、焼成接合を用いたパワーモジュール及びその製造方法に関するものであって、パワーモジュール１００は、金属板１１の表面に絶縁層１３が形成された基板１０；基板１０上に配線パターン２１と電極パターン２３とで形成された回路層２０；配線パターン２１上に搭載されるデバイス４０；配線パターン２１とデバイス４０との間に金属ペーストを塗布し、配線パターン２１とデバイス４０とが接合されるように焼成して形成された焼成接合層３０；及びデバイス４０と電極パターン２３とを電気的に連結するリードフレーム６０を含んで構成されるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の表面に絶縁層が形成された基板；
前記基板上に配線パターンと電極パターンとで形成された回路層；
前記配線パターン上に搭載されるデバイス；
前記配線パターンと前記デバイスとの間に金属ペーストを塗布し、前記配線パターンと前記デバイスが接合されるように焼成して形成された焼成接合層；及び、
前記デバイスと前記電極パターンを電気的に連結するリードフレームを含む焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項２】
前記基板は、ＡＭＳ（Ａｎｏｄｉｚｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であることを特徴とする請求項１に記載の焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項３】
前記金属板は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ  ａｌｌｏｙ）又は銅（Ｃｕ）のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載の焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項４】
前記絶縁層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることを特徴とする請求項１に記載の焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項５】
前記デバイスは、ウェハ前処理されたデバイスであることを特徴とする請求項１に記載の焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項６】
前記金属ペーストは、マイクロサイズの金属粉末と、ナノサイズの金属粉末との割合が７：３であることを特徴とする請求項１に記載の焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項７】
前記金属粉末は、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び金（Ａｕ）のうち一つ以上であることを特徴とする請求項６に記載の焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項８】
前記デバイスと前記リードフレームとの一端及び前記電極パターンと前記リードフレームとの他端を接合する半田接合層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項９】
前記デバイスは、ウェハ前処理され、下部に金属ペーストが５μｍ〜１５μｍの厚さで塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の焼成接合を用いたパワーモジュール。
【請求項１０】
（Ａ）金属板の表面を酸化させ、前記表面全体に絶縁層が形成された基板を準備する段階；
（Ｂ）前記基板上に配線パターンと電極パターンとを含む回路層を形成する段階；
（Ｃ）前記配線パターン上にデバイスを搭載した後、前記配線パターンと前記デバイスとが接合されるように、前記配線パターン上に金属ペーストを塗布した後、焼成（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）する段階；及び、
（Ｄ）前記デバイスと前記電極パターンとを電気的に連結するために、前記デバイスとリードフレームとの一端及び前記電極パターンと前記リードフレームとの他端が接合されるように半田付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）する段階を含む焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法。
【請求項１１】
（Ｅ）前記デバイスを搭載する前に、前記デバイスにウェハ前処理を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記（Ｅ）の段階における前記ウェハ前処理段階は、
多数のデバイスが実装されたウェハ基板を準備する段階；
前記ウェハ基板の下部に５μｍ〜１５μｍの厚さで金属ペーストを塗布した後乾燥する段階；及び、
前記ウェハ基板に実装された多数のデバイスを個別デバイスにそれぞれソーイング（ｓａｗｉｎｇ）する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記（Ａ）の段階は、
（Ａ−１）金属板を準備する段階；及び、
（Ａ−２）前記金属板の表面を酸化させ、前記表面全体に絶縁層が形成される段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載の焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記（Ｂ）の段階で、
前記配線パターンと電極パターンは、めっき、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）又は蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のうち何れか一つの技法で形成されることを特徴とする請求項１０に記載の焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記（Ｃ）の段階で、前記配線パターン上に金属ペーストを塗布する時、シルクスクリーン（ｓｉｌｋ  ｓｃｒｅｅｎ）、メタルスクリーン（ｍｅｔａｌ  ｓｃｒｅｅｎ）、スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）又はディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）のうち何れか一つの技法で塗布されることを特徴とする請求項１０に記載の焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記（Ｃ）の段階で、前記金属ペーストの焼成温度は、２５０℃乃至３００℃の間であることを特徴とする請求項１０に記載の焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成接合を用いたパワーモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存のパワーモジュールは、銅（Ｃｕ）リードフレームやＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｕ）基板に、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とダイオードチップ等を接合し、アルミニウム（Ａｌ）ワイヤボンディング方法を用い、基板とハウジング間の電気的連結を用いて製作した。
【０００３】
この時、チップと基板は、Ｓｎ基盤の半田（ｓｏｌｄｅｒ）を用いて接合した。
【０００４】
これによって、ＩＧＢＴ及びダイオードチップの下部は、半田付けが容易な銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）等の金属で形成され、基板は、銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属で仕上げ処理された。
【０００５】
しかし、従来のようなチップの接合方式は、錫（Ｓｎ）基盤の低い熱伝導度（＜６０Ｗ／ｍ.ｋ）と、金属接合層（ｉｎｔｅｒ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ;ＩＭＣ）形成及び材料（ｍａｔｅｒｉａｌ）自体の低い信頼性により、高電力及び電装用モジュールの適用に困難が多い。
【０００６】
また、低い放熱特性による効率の低下等の問題点もある。
【０００７】
一方、パワーモジュールにおいては、使用時に発生する熱がほとんどチップの下部を通じて基板に放出される。
【０００８】
このように基板を通じて放熱するためには、チップと基板の接合材料の放熱特性もまた優れていなければならない。
【０００９】
万が一、長期使用によりチップの下部でクラック（ｃｒａｃｋ）が生じると、放熱特性が低下し、これは、長期使用時にデバイス故障の原因となり、経済的損失をもたらすという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、電気的効率が高く、放熱特性に優れている焼成接合を用いたパワーモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記のような目的を達成するために、本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールは、金属板の表面に絶縁層が形成された基板；前記基板上に配線パターンと電極パターンとで形成された回路層；前記配線パターン上に搭載されるデバイス；前記配線パターンと前記デバイスとの間に金属ペーストを塗布し、前記配線パターンと前記デバイスが接合されるように焼成して形成された焼成接合層；及び、前記デバイスと前記電極パターンとを電気的に連結するリードフレームを含んで構成される。
【００１２】
また、前記基板は、ＡＭＳ（Ａｎｏｄｉｚｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記金属板は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ  ａｌｌｏｙ）又は銅（Ｃｕ）のうち何れか一つであることを特徴とする。
【００１４】
また、前記絶縁層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることを特徴とする。
【００１５】
また、前記デバイスは、ウェハ前処理されたデバイスであることを特徴とする。
【００１６】
また、前記金属ペーストは、マイクロサイズの金属粉末とナノサイズの金属粉末との割合が７：３であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記金属粉末は、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）のうち一つ以上であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記パワーモジュールは、前記デバイスと前記リードフレームとの一端及び前記電極パターンと前記リードフレームとの他端を接合する半田接合層をさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
また、前記デバイスは、ウェハ前処理され、下部に金属ペーストが５μｍ〜１５μｍの厚さで塗布されていることを特徴とする。
【００２０】
一方、本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法は、（Ａ）金属板の表面を酸化させ、前記表面全体に絶縁層が形成された基板を準備する段階；（Ｂ）前記基板上に配線パターンと電極パターンとを含む回路層を形成する段階；（Ｃ）前記配線パターン上にデバイスを搭載した後、前記配線パターンと前記デバイスが接合されるように、前記配線パターン上に金属ペーストを塗布した後、焼成（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）する段階；及び（Ｄ）前記デバイスと前記電極パターンとを電気的に連結するために、前記デバイスとリードフレームとの一端及び前記電極パターンと前記リードフレームとの他端が接合されるように半田付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）する段階を含む。
【００２１】
また、本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法は、（Ｅ）前記デバイスを搭載する前に、前記デバイスにウェハ前処理を行う段階をさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
また、（Ｅ）の段階における前記ウェハ前処理段階は、多数のデバイスが実装されたウェハ基板を準備する段階；前記ウェハ基板の下部に５μｍ〜１０μｍの厚さで金属ペーストを塗布した後乾燥する段階；及び、前記ウェハ基板に実装された多数のデバイスを個別デバイスにそれぞれソーイング（ｓａｗｉｎｇ）する段階を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、前記（Ａ）の段階は、（Ａ−１）金属板を準備する段階；及び、（Ａ−２）前記金属板の表面を酸化させ、前記表面全体に絶縁層が形成される段階を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、前記（Ｂ）の段階で、前記配線パターンと電極パターンは、めっき、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）又は蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のうち何れか一つの技法で形成されることを特徴とする。
【００２５】
また、前記（Ｃ）の段階で、前記配線パターン上に金属ペーストを塗布する時、シルクスクリーン（ｓｉｌｋ  ｓｃｒｅｅｎ）、メタルスクリーン（ｍｅｔａｌ  ｓｃｒｅｅｎ）、スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）又はディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）のうち何れか一つの技法で塗布されることを特徴とする。
【００２６】
また、前記（Ｃ）の段階で、前記金属ペーストの焼成温度は、２５９℃乃至３００℃の間であることを特徴とする。
【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からより明らかになるであろう。
【００２８】
これに先立ち、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いけなく、発明者がその自分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なければならない。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、焼成接合を用いたパターモジュール及びその製造方法は、基板に金属ペーストを塗布し、その上に薄いデバイスを搭載した後、前記金属ペーストを焼成して接合するので、接合工程が容易かつ簡単なだけでなく、既存の半田付けの接合時に発生する圧力による破損を防止する効果がある。
【００３０】
また、本発明によれば、前記デバイスの下部が、金属ペーストによって基板と接合されているため、パワーモジュールの動作時に発生する熱を前記デバイスの下部を通じて放出するのが容易であるので、放熱特性が向上されるだけでなく、これにより電気的効率が高くなる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの断面図である。
【図２】本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法を説明するための工程断面図（１）である。
【図３】本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法を説明するための工程断面図（２）である。
【図４】本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法を説明するための工程断面図（３）である。
【図５】本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法を説明するための工程断面図（４）である。
【図６】本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法を説明するための工程断面図（５）である。
【図７】本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法を説明するための工程断面図（６）である。
【図８】本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法を説明するための工程断面図（７）である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に関する以下の詳細な説明およ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、同じ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、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施例による焼成接合の構造を有するモジュールの断面図である。
【００３５】
図１を参照すると、本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュール１００は、金属板１１の表面に絶縁層１３が形成された基板１０、前記基板１０上に配線パターン２１と電極パターン２３とで形成された回路層２０、前記回路層２０の配線パターン２１上の搭載されるデバイス４０、前記配線パターン２１と前記デバイス４０との間に金属ペーストを塗布し、前記配線パターン２１と前記デバイス４０が接合されるように焼成して形成された焼成接合層３０、前記デバイス４０と前記電極パターン２３を電気的に連結するリードフレーム６０、及び前記デバイス４０と前記リードフレーム６０との一端及び前記電極パターン２３と前記リードフレーム６０との他端を接合する半田接合層５０を含んで構成される。
【００３６】
本実施例において、前記基板１０に半導体チップ（ｃｈｉｐ）のようなデバイス４０を搭載する時、焼成技法によって接合される焼成工程を行うためには、高い基板扁平度（例、１０μｍ以内）と、優れた基板剛性（即ち、圧力及び温度による変形を最小化）を有し、前記基板１０の上・下部が同一でなければならない。
【００３７】
しかし、従来主に使用されたＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ）基板やリードフレーム（Ｌｅａｄ  Ｆｒａｍｅ）基板は、それぞれ次のような短所がある。
【００３８】
先ず、ＤＢＣ基板の場合、優れた剛性及び扁平度を有するが、熱伝導性の向上のために、ＤＢＣ基板の下部に半田（ｓｏｌｄｅｒ）を用いて放熱板を再度貼り付けなければならないという不便があり、デバイスの下部の半田層の存在によって熱伝導度が低下し、信頼性が低くなる。
【００３９】
その反面、リードフレーム基板の場合、複雑な回路の具現が難しく、放熱特性がよくないので、高電圧、高電流のハイパワー（ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ）モジュールには適用が難しい。
【００４０】
本発明の一実施例では、前記ＤＢＣ基板とリードフレーム基板の短所を補完することができるＡＭＳ（Ａｎｏｄｉｚｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１０が使用される。
【００４１】
前記ＡＭＳ１０は、厚い金属板１１の表面を酸化させ、その表面に絶縁層１３が形成された基板である。
【００４２】
前記絶縁層１３は、前記金属板１１の表面全体を陽極酸化法等によって酸化させ、例えば、酸化アルミ二ウム（Ａｌ２Ｏ３）のような酸化被膜で形成される。
【００４３】
また、前記絶縁層１３は、前記金属板１１の表面全体に、セラミック層（ｃｅｒａｍｉｃ  ｌａｙｅｒ）又はエポキシ層（ｅｐｏｘｙ  ｌａｙｅｒ）を接着して形成されることもできる。
【００４４】
前記金属板１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ  ａｌｌｏｙ）又は銅（Ｃｕ）等が使用されることができる。
【００４５】
このように形成されたＡＭＳ１０は、優れた剛性と扁平度を有するだけでなく、金属板１１からなっているので、放熱特性にもまた優れている。
【００４６】
前記ＡＭＳ１０上に半導体チップのようなデバイス４０が搭載される配線パターン２１、及び前記デバイス４０と電気的に連結され、外部から前記デバイス４０に電源を供給するための電極パターン２３を含む回路層２０が所定の厚さとパターンで形成される。
【００４７】
このような前記回路層２０は、前記ＡＭＳ１０上に、例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び金（Ａｕ）等をめっき、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）及び蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって所定の形に約１μｍの厚さで形成される。
【００４８】
この時、前記回路層２０の最外角の表面は、銀（Ａｇ）で仕上げ処理されるのが好ましい。
【００４９】
これは、前記配線パターン２１上に前記デバイス４０を搭載するために塗布された金属ペーストが主に銀（Ａｇ）ペーストで形成されるため、前記焼成接合時に接合をより容易にするためである。
【００５０】
上述した通り、前記配線パターン２１と前記デバイス４０との間に金属ペーストを塗布し、前記配線パターン２１と前記デバイス４０が接合されるように焼成して焼成接合層３０を形成し、この時の焼成温度は、約２５０℃乃至３００℃の間である。
【００５１】
このような前記焼成接合層３０により前記配線パターン２１上に前記デバイス４０を搭載させたパワーモジュール１００は、既存に使用された半田（ｓｏｌｄｅｒ）接合層によって前記配線パターン２１上に前記デバイス４０を搭載させたパワーモジュールより放熱特性が優れている。
【００５２】
具体的に、既存に使用された半田接合層の場合、約６０Ｗ／ｍ.ｋの低い熱伝導度を有する反面、本発明の焼成接合層３０の場合には、約２５０Ｗ／ｍ.ｋの高い熱伝導度を有するので、前記焼成接合層３０によって接合されたパワーモジュール１００の放熱特性もまた向上するのである。
【００５３】
また、既存に使用された半田接合層による接合時には、約４０Ｍｐａの高い圧力を必要とするので、前記絶縁層１３が壊れたり、前記回路層２０が分離されるという問題が発生し得る。
【００５４】
しかし、本発明に基づく前記焼成接合層３０による接合時には、高い圧力で加圧する必要なく、前記焼成接合層３０上に前記デバイス４０を搭載して焼成するため、約１０乃至２０ＭＰａ程の圧力だけでも安全的な焼成結合を得ることができ、かかる問題を防止することができるようになる。
【００５５】
さらに、前記焼成接合層３０は、焼成して接合された後には、純銀（Ａｇ）と類似した約９００℃の融点を有するようになる。
【００５６】
このような前記焼成接合層３０を通じて、前記配線パターン２１と前記デバイス４０が接合されると、その後、前記デバイス４０と前記リードフレーム６０の接合時にも焼成接合層３０は融点が高いため、再溶融が発生しない。
【００５７】
従って、前記焼成接合層３０にボイド（ｖｏｉｄ）が形成されるのを防止することができ、前記ボイドによる信頼性の低下やチップティルティング（ｔｉｌｔｉｎｇ）の問題等を解決すことができる。
【００５８】
このように本発明による前記焼成接合層３０を形成する金属ペーストは、マイクロサイズの金属粉末とナノサイズの金属粉末等が、所定の割合で混合されている。
【００５９】
前記金属ペーストは、マイクロサイズの金属粉末とナノサイズの金属粉末以外に溶媒（ｓｏｌｖｅｎｔ）、分散剤（ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）、希釈剤（ｔｈｉｎｎｅｒ）及び結合剤（ｂｉｎｄｅｒ）等が混合された組成物である。
【００６０】
この時、前記マイクロサイズの金属粉末とナノサイズの金属粉末は、同種又は異種の金属粉末であり得る。
【００６１】
前記金属粉末としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）及び銅（Ｃｕ）等が使用される。
【００６２】
本発明のように、焼成接合層３０として、マイクロサイズの金属粉末とナノサイズの金属粉末とが所定の割合で混合された金属ペーストを使用すると、同じサイズの金属粉末のみを使用した金属ペーストを使用した時より焼成特性が向上する。
【００６３】
具体的に、本発明のように、マイクロサイズとナノサイズとが混合された金属ペーストで形成された焼成接合層３０は、既存にマイクロサイズの金属粉末のみでなる金属ペーストを使用した場合より表面積が増加し、それによる焼成駆動力（ｄｒｉｖｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）の増加により焼成温度を低めることができる。
【００６４】
その反面、本発明の焼成接合層３０は、既存にナノサイズの金属粉末のみでなる金属ペーストを使用した場合より金属粉末対分散剤、希釈剤、及び結合剤等を含む溶媒の含量が相対的に低くなる。
【００６５】
これによって、焼成時に前記溶媒の揮発が容易になり、完全燃焼が可能になるので、焼成接合層３０の内部や前記デバイス４０の下部にボイド（ｖｏｉｄ）が形成されることを防止することができる。
【００６６】
この時、本発明による焼成接合層３０に使用された金属ペーストは、前記マイクロサイズの金属粉末の大きさが約３.５μｍ〜７.５μｍであり、好ましくは、約５μｍ以下である。また、前記ナノサイズの金属粉末の大きさは、１０ｎｍ〜５０ｎｍであり、好ましくは、約３０ｎｍ以下である。
【００６７】
一方、前記マイクロサイズの金属粉末対ナノサイズの金属粉末の割合は、７：３又は８：２の間であるのが好ましい。
【００６８】
特に、前記マイクロサイズの金属粉末が、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）を含む時には、前記錫（Ｓｎ）の含量割合を２.５以下にするのが好ましい。
【００６９】
かかる金属粉末のサイズと組成比を有する金属ペーストを使用した焼成接合層３０の焼成温度は、外部の圧力に助けられて約２５０℃〜３００℃になる。
【００７０】
この時、前記金属ペーストに使用された溶媒は、約２５０℃で全て揮発される特性を有する有機物を使用するのが好ましい。
【００７１】
これは、前記焼成接合層３０を形成する金属ペーストが、焼成温度（約２５０℃〜３００℃）に到達するまでの金属粉末間の接合が発生しないようにして、相互拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）の発生を防止するだけでなく、実際の焼成温度で前記配線パターン２１上に前記デバイス４０を接合するようにするためである。
【００７２】
前記半田接合層５０は、前記デバイス４０と前記リードフレーム６０との一端及び前記電極パターン２３と前記リードフレーム６０との他端を半田付けして接合するための接合層である。
【００７３】
前記リードフレーム６０の両端は、それぞれ前記デバイス４０と前記電極パターン２３に接合され、前記デバイス４０を電気的に連結する。
【００７４】
通常のモジュールにおいて、前記デバイス４０の電気的配線のために、ワイヤボンディングをするのが一般的であるが、本発明では、リードフレーム６０を使用することで、より堅固で信頼性のあるパワーモジュール１００を完成することができる。
【００７５】
図２乃至８は、本発明の一実施例による焼成接合を用いたパワーモジュールの製造方法を説明するための工程断面図である。
【００７６】
まず、図２に図示された通り、金属板１１を準備する。
【００７７】
その後、図３に図示された通り、前記金属板１１の表面全体に絶縁層１３を形成する。
【００７８】
この時、前記絶縁層１３は、陽極酸化法等を使用し、前記金属板１１の表面を酸化させ、前記表面全体に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のような酸化被膜を形成することができる。
【００７９】
前記金属板１１にその表面を酸化させ、前記絶縁層１３が形成された基板をＡＭＳ（Ａｎｏｄｉｚｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１０と称する。
【００８０】
また、前記絶縁層１３は、前記金属板１１の表面に、セラミック層（ｃｅｒａｍｉｃ  ｌａｙｅｒ）又はエポキシ層（ｅｐｏｘｙ  ｌａｙｅｒ）を接着して形成することもできる。
【００８１】
その後、前記ＡＭＳ１０上に、図４に図示されたように、所定の厚さで配線パターン２１及び電極パターン２３を含む回路層２０を形成する。
【００８２】
この時、前記回路層２０は、前記ＡＭＳ１０上にチタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）等の金属をめっき、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）又は蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法により約１μｍの厚さで形成する。
【００８３】
その後、前記配線パターン２１上にデバイス４０を搭載させるために、図５に図示されたように、前記配線パターン２１上に金属ペーストを塗布する。
【００８４】
前記配線パターン２１上に前記金属ペーストを塗布する時、シルクスクリーン（ｓｉｌｋ  ｓｃｒｅｅｎ）、メタルスクリーン（ｍｅｔａｌ  ｓｃｒｅｅｎ）、スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）又はディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）技法等が使用される。
【００８５】
その後、前記金属ペースト上にデバイス４０を搭載し、約２５０℃乃至３００℃の間の温度で焼成して接合させる。
【００８６】
このように前記金属ペーストを焼成すると、前記配線パターン２１と前記デバイス４０との間に、前記配線パターン２１と前記デバイス４０を接合する焼成接合層３０が形成される。
【００８７】
ここで、前記デバイス４０は、ウェハ前処理されたデバイスが使用される。
【００８８】
前記ウェハ前処理されたデバイスとは、多数のデバイスが実装されたウェハ基板をソーイング（ｓａｗｉｎｇ）する前に、前記ウェハ基板の下部に所定の割合で混合された金属ペーストを約５μｍ〜１５μｍの厚さで、好ましくは、約１０μｍ以下の厚さで薄く塗布して乾燥させた後、個別デバイスにそれぞれソーイング（ｓａｗｉｎｇ）する段階を経た各デバイスをいう。
【００８９】
即ち、前記ウェハ前処理されたデバイスの下部には、本発明に従って所定の割合で混合された金属ペーストが薄く塗布されている。
【００９０】
このように前記デバイス４０の下部に薄く塗布された金属ペーストは、前記配線パターン２１上に約４０μｍ〜６０μｍの厚さで、好ましくは、約５０μｍの厚さで厚く塗布された金属ペースト上に、前記デバイス４０を搭載して焼成時の接合をより容易にし、その接着力を強化する。
【００９１】
前記ＡＭＳ１０の配線パターン２１上に前記デバイス４０を搭載させた後には、前記デバイス４０を前記電極パターン２３と電気的に連結するための半田付けの工程が進められる。
【００９２】
図７に図示された通り、前記デバイス４０と前記電極パターン２３とを連結するためのリードフレーム６０を接合するために、前記デバイス４０と前記電極パターン２３上に半田接合層５０を形成する。
【００９３】
その後、図８に図示された通り、前記リードフレーム６０の一端と前記デバイス４０及び前記リードフレーム６０の他端と前記電極パターン２３が、前記半田接合層５０によって接合されるように、所定の圧力を加える。
【００９４】
最後に、前記デバイス４０と回路層２０を保護するために、合成樹脂８０等を塗布して密封し、前記電極パターン２３と接合され、外部に連結されたバス（ｂｕｓ）７０等を備えると、図１に図示されたようなパワーモジュール１００が完成される。
【００９５】
ここまで上述した通り、本発明による焼成接合を用いたパワーモジュール１００及びその製造方法によれば、薄いチップを焼成技法で接合することができるので、電気的効率が高くなり、放熱特性が向上する。
【００９６】
また、本発明によれば、焼成技法を用いるので、高い圧力を印加する必要がなく、基板や薄いチップの破損を防止することができるだけでなく、接合工程が簡単かつ容易になる。
【００９７】
さらに、デバイス４０との電気的連結のための配線が、通常のワイヤではないリードフレーム６０を使用するので、より堅固で信頼性のあるパワーモジュール１００を完成することができる。
【００９８】
以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野で通常の知識を有する者であれば、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができると理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、電気的効率が高く、放熱特性に優れている焼成接合を用いたパワーモジュール及びその製造方法に適用可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１００：パワーモジュール
１０：ＡＭＳ
１１：金属板
１３：絶縁層
２０：回路層
２１：配線パターン
２３：電極パターン
３０：焼成接合層
４０：デバイス
５０：半田接合層
６０：リードフレーム
７０：バス（ｂｕｓ）
８０：合成樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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