(57)【要約】【課題】モジュールの信頼性及び性能が向上し、放熱効果を極大化することができるとともに、生産性が向上し、不良が発生した場合における廃棄量も減少することができる電力モジュールパッケージを提供する。【解決手段】本発明の実施例による電力モジュールパッケージ５００は、片面及び他面を有する第１基板１１０と、第１基板１１０の片面から他面を貫通するように形成された第１ビア１２０，１３０と、第１基板１１０の片面に形成されたメタル層１４０と、メタル層１４０上に形成された半導体素子１５０，１７０，１８０と、第１基板１１０の他面に形成されるメタルプレート４００と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面及び他面を有する第１基板と、
前記第１基板の前記片面から他面を貫通するように形成された第１ビアと、
前記第１基板の片面に形成されたメタル層と、
前記メタル層上に形成された半導体素子と、
前記第１基板の他面に形成されるメタルプレートと、を含む電力モジュールパッケージ。
【請求項２】
電力素子上に形成されたヒートシンクをさらに含み、
前記半導体素子は、前記電力素子と制御素子とを含む請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項３】
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ビアは放熱ビアと信号ビアとを含み、
前記電力素子は前記メタル層上に形成され、前記放熱ビア形成領域に対応するように形成される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項４】
前記第１ビアは放熱ビアと信号ビアとを含み、
前記メタルプレートは前記放熱ビアに連結されるように形成される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項５】
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ビアは放熱ビアと信号ビアとを含み、
前記制御素子は前記メタル層上に形成され、前記信号ビア形成領域に対応するように形成される請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項６】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、
前記電力素子と制御素子はそれぞれパッケージ型である請求項１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項７】
前記半導体素子がパッケージ型である場合、
前記パッケージ型の半導体素子と前記メタル層との間を電気的に連結するリードフレーム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】
前記半導体素子と前記メタル層との間を電気的に連結するワイヤ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９】
前記第１基板の他面側に形成され、前記メタルプレートを介して前記第１基板に連結されるように形成された第２基板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１０】
前記第２基板の片面から他面を貫通するように形成された第２ビアをさらに含み、
前記第２ビアは前記メタルプレートに連結されるように形成される請求項９に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１１】
片面及び他面を有する第１基板と、
前記第１基板の前記片面から他面を貫通するように形成されたビアと、
前記第１基板の片面に形成されたメタル層と、
前記メタル層上に形成された半導体素子と、を含む電力モジュールパッケージ。
【請求項１２】
電力素子上に形成されたヒートシンクをさらに含み、
前記半導体素子は、前記電力素子と制御素子とを含む請求項１１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１３】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記ビアは放熱ビアと信号ビアとを含み、
前記電力素子は前記メタル層上に形成され、前記放熱ビア形成領域に対応するように形成される請求項１１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１４】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記ビアは放熱ビアと信号ビアとを含み、
前記制御素子は前記メタル層上に形成され、前記信号ビア形成領域に対応するように形成される請求項１１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１５】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、
前記電力素子と制御素子はそれぞれパッケージ型である請求項１１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１６】
前記半導体素子がパッケージ型である場合、
前記パッケージ型の半導体素子と前記メタル層との間を電気的に連結するリードフレームをさらに含む請求項１１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１７】
前記半導体素子と前記メタル層との間を電気的に連結するワイヤをさらに含む請求項１１に記載の電力モジュールパッケージ。
【請求項１８】
前記第１基板の他面側に形成された第２基板をさらに含む請求項１１に記載の電力モジュールパッケージ。
【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】
このようなパワー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、これによるパワーモジュールの高集積化は、電子部品の発熱問題とモジュール全体の性能を落とす結果をもたらしている。
【０００４】
従って、パワーモジュールの効率増加と高信頼性確保のためには、前記のような発熱問題を解決できる高集積／高放熱パッケージ構造が要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、本発明の一側面は、放熱特性が向上した電力モジュールパッケージ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】
【０００６】
本発明の一実施例による電力モジュールパッケージは、片面及び他面を有する第１基板と、前記第１基板の前記片面から他面を貫通するように形成された第１ビアと、前記第１基板の片面に形成されたメタル層と、前記メタル層上に形成された半導体素子と、前記第１基板の他面に形成されるメタルプレートと、を含むものである。
【０００７】
ここで、電力素子上に形成されたヒートシンクをさらに含み、前記半導体素子は、前記電力素子と制御素子とを含むことが好ましい。
【０００８】
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ビアは、放熱ビアと信号ビアとを含み、前記電力素子は、前記メタル層上に形成され、前記放熱ビア形成領域に対応するように形成されることが好ましい。
【０００９】
また、前記第１ビアは、放熱ビアと信号ビアとを含み、前記メタルプレートは、前記放熱ビアに連結されるように形成されることが好ましい。
【００１０】
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ビアは、放熱ビアと信号ビアとを含み、前記制御素子は、前記メタル層上に形成され、前記信号ビア形成領域に対応するように形成されることが好ましい。
【００１１】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記電力素子と制御素子は、それぞれパッケージ型であることが好ましい。
【００１２】
また、前記半導体素子がパッケージ型である場合、前記パッケージ型の半導体素子と前記メタル層との間を電気的に連結するリードフレームをさらに含むことができる。
【００１３】
また、前記半導体素子と前記メタル層との間を、電気的に連結するワイヤをさらに含むことができる。
【００１４】
また、前記第１基板の他面側に形成され、前記メタルプレートを介して前記第１基板に連結されるように形成された第２基板をさらに含むことが好ましい。
【００１５】
また、前記第２基板の片面から他面を貫通するように形成された第２ビアをさらに含み、前記第２ビアは前記メタルプレートに連結されるように形成されることが好ましい。
【００１６】
本発明の他の実施例による電力モジュールパッケージは、片面及び他面を有する第１基板と、前記第１基板の前記片面から他面を貫通するように形成されたビアと、前記第１基板の片面に形成されたメタル層と、前記メタル層上に形成された半導体素子と、を含むものである。
【００１７】
また、電力素子上に形成されたヒートシンクをさらに含み、前記半導体素子は、前記電力素子と制御素子とを含むことが好ましい。
【００１８】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記ビアは、放熱ビアと信号ビアとを含み、前記電力素子は、前記メタル層上に形成され、前記放熱ビア形成領域に対応するように形成されることが好ましい。
【００１９】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記ビアは、放熱ビアと信号ビアとを含み、前記制御素子は、前記メタル層上に形成され、前記信号ビア形成領域に対応するように形成されることが好ましい。
【００２０】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記電力素子と制御素子は、それぞれパッケージ型であることが好ましい。
【００２１】
また、前記半導体素子がパッケージ型である場合、前記パッケージ型の半導体素子と前記メタル層との間を電気的に連結するリードフレームをさらに含むことが好ましい。
【００２２】
また、前記半導体素子と前記メタル層との間を電気的に連結するワイヤをさらに含むことが好ましい。
【００２３】
また、前記第１基板の他面側に形成された第２基板をさらに含むことが好ましい。
【００２４】
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。
【００２５】
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び特許請求の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】
【００２６】
本発明の実施例による電力モジュールパッケージは、高放熱性電力素子と制御素子とを互いに分離して配置することにより、相対的に熱に脆弱な制御素子の電力素子からの熱の影響力を最小化して、モジュールの信頼性及び性能を向上する効果が期待できる。
【００２７】
また、本発明の一実施例による電力モジュールパッケージは、電力素子に連結されるように放熱ビアとヒートシンクを形成し、メインボードに該当する基板に放熱ビアを形成することにより、放熱効果を極大化することができる。
【００２８】
そして、本発明の一実施例は、半導体素子が実装される集積用基板を別途に形成することにより、モジュールの用途及びスペックに応じて半導体素子の配置及び追加が容易となり、全体電力モジュールパッケージのデザイン自由度が増加するという効果がある。
【００２９】
更に、本発明の一実施例は、電力素子と制御素子パートをそれぞれ別途に具現するため、モジュールの用途に応じて全体モジュールのデザイン変更が容易となり、生産性が向上し、不良が発生した場合における廃棄量を減少することができるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一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】本発明の他の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】本発明で用いる第１基板の一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明で用いる第１基板の他の実施例を示す断面図である。
【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配置例を説明するための平面図（１）である。
【図６】本発明の実施例による電力モジュールパッケージの配置例を説明するための平面図（２）である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
（電力モジュールパッケージ−第１実施例）
図１は、本発明の一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。
【００３４】
図１に図示したように、電力モジュールパッケージ５００は、片面及び他面を有する第１基板１１０と、第１基板１１０の片面から他面を貫通するように形成された第１ビア１２０、１３０と、第１基板１１０の他面に形成されるメタルプレート４００と、第１基板１１０の片面に形成されたメタル層１４０と、メタル層１４０上に形成された半導体素子１５０、１７０、１８０と、を含むものである。
【００３５】
ここで、半導体素子は、電力素子１５０と制御素子１７０、１８０とを含むことが好ましい。
【００３６】
この際、図１、図３及び図４に図示したように、電力素子１５０と制御素子１８０は、それぞれパッケージ型であることが好ましい。
【００３７】
例えば、電力素子１５０は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード（Ｄｉｏｄｅ）などのように、発熱量が大きい素子を意味し、制御素子１７０、１８０は、制御ＩＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、受動（Ｐａｓｓｉｖｅ）素子のように発熱量が電力素子に比べて相対的に小さな素子を意味するものと定義する。
【００３８】
また、第１ビア１２０、１３０は、放熱ビア１２０と信号ビア１３０とを含むことが好ましい。
【００３９】
また、ヒートシンク２００は、電力素子１５０上に形成されることが好ましい。
【００４０】
この際、制御素子１７０、１８０に比べて発熱量が大きい電力素子１５０は、ヒートシンク２００及び放熱ビア１２０に連結されているため、電力素子１５０から発生する熱を効果的に放出できるという効果が期待できる。
【００４１】
また、電力素子１５０の円滑な放熱効果により、制御素子１７０、１８０をはじめとする電力モジュールパッケージ５００全体の動作信頼性も向上させることができるという効果が期待できる。
【００４２】
また、電力素子１５０は、メタル層１４０上に形成され、放熱ビア１２０形成領域に対応するように形成することが好ましい。
【００４３】
即ち、電力素子１５０と放熱ビア１２０が互いに隣接して形成され、放熱ビア１２０が電力素子１５０から発生する熱を、電力モジュールパッケージ５００の下部に迅速に伝達できるようにすることが好ましい。
【００４４】
また、制御素子１７０、１８０は、メタル層１４０上に形成され、信号ビア１３０形成領域に対応するように形成されることが好ましい。
【００４５】
即ち、図１に図示したように、メタル層１４０上に形成された制御素子１７０、１８０が、信号ビア１３０を介して外部接続端子１９０に連結されて第２基板３１０と電気的に連結される。この際、半導体素子は、制御素子１７０のように、ワイヤを介して信号ビア１３０に連結することも可能である。
【００４６】
図１では、第１基板１１０と第２基板３１０がボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）方式により連結された例を図示したが、これに限定されず、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）方式などにより連結することも可能である。
【００４７】
また、図１、図３及び図４に図示したように、半導体素子１５０、１７１がパッケージ型である場合、電力モジュールパッケージ５００は、パッケージ型の半導体素子１５０とメタル層１４０との間を電気的に連結するリードフレーム１６０をさらに含むことが好ましい。
【００４８】
また、図１に図示したように、電力モジュールパッケージ５００は、半導体素子１７０とメタル層１４０との間を電気的に連結するワイヤをさらに含むことが好ましい。
【００４９】
また、メタルプレート４００は、放熱ビア１２０に連結されるように形成することが好ましい。
【００５０】
また、電力モジュールパッケージ５００は、第１基板１１０の他面側に形成され、メタルプレート４００を介して第１基板１１０に連結されるように形成された第２基板３１０を含むことが好ましい。
【００５１】
ここで、メタルプレート４００は、第１基板１１０と第２基板３１０との間に形成され、第２基板３１０に比べて相対的に電力素子１５０などの構成により圧力を受ける第１基板１１０を支持する機能と、放熱ビア１２０から伝達される熱を水平、垂直方向に伝達する機能と、第１基板１１０と第２基板３１０との間の電気的連結の機能と、を遂行することができる。
【００５２】
前記メタルプレート４００は、一次的に放熱ビア１２０を介して伝達された熱を二次的に伝達する機能を遂行するため、電力素子１５０からの熱を迅速に放出し、電力素子１５０の熱が制御素子１７０、１８０に及ぼす影響を最小化する機能を遂行する。
【００５３】
また、電力モジュールパッケージ５００は、第２基板３１０の片面から他面を貫通するように形成された第２ビア３３０をさらに含むことが好ましい。
【００５４】
この際、第２ビア３３０は、メタルプレート４００に連結されるように形成することが好ましい。
【００５５】
前記第２ビア３３０は、メタルプレート４００に連結されるように形成されるため、電力素子１５０から発生する熱をより効率的に放出する機能を遂行する。
【００５６】
一方、図３及び図４に図示したように、第１基板側電力モジュールパッケージ１００は、第２基板３１０に結合される前に第１ビア１２０、１３０が形成された第１基板１１０にメタル層１４０を形成し、メタル層１４０上に半導体素子１５０、１７０、１８０を実装した後、電気的連結のためのワイヤまたはリードフレームを形成した状態である。
【００５７】
ここで、第１基板側電力モジュールパッケージ１００は、メインボードに該当する第２基板３１０に結合する前の電力モジュールパッケージを意味するものと定義する。
【００５８】
また、半導体素子１５０、１７０、１８０は、ベア（Ｂａｒｅ）素子だけではなく、パッケージ型素子１５０、１７１も適用することができる。
【００５９】
前記ベア素子は、パッケージに含まれておらず、ウェハ（ｗａｆｅｒ）から切断した素子を意味し、パッケージ型素子は、パッケージに含まれている状態の素子を意味する。
【００６０】
本発明の実施例において第１基板１１０は、第一に集積ボードの機能を有し、図５及び図６に図示したように、基板上に電力素子１５０と制御素子１７０、１８０とを実装するため、半導体素子の配置、回路形成などのような設計において自由度を向上させることができる。
【００６１】
（電力モジュールパッケージ−第２実施例）
図２は、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構成を示す断面図であり、メタルプレート４００を含まない場合を例に挙げて説明する。
【００６２】
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、相異した部分のみに対して説明する。
【００６３】
図２に図示したように、電力モジュールパッケージ５００は、片面と他面とを有する第１基板１１０と、第１基板１１０の片面から他面を貫通するように形成されたビア１２０、１３０と、第１基板１１０の片面に形成されたメタル層１４０と、メタル層１４０上に形成された半導体素子１５０、１７０、１８０と、を含むものである。
【００６４】
ここで、半導体素子は、電力素子１５０と制御素子１７０、１８０とを含む。
【００６５】
この際、図１、図３及び図４に図示したように、電力素子１５０と制御素子１８０は、それぞれパッケージ型であることが好ましい。
【００６６】
例えば、電力素子１５０は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード（Ｄｉｏｄｅ）などのように発熱量が大きい素子を意味し、制御素子１７０、１８０は、制御ＩＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、受動（Ｐａｓｓｉｖｅ）素子のように発熱量が電力素子に比べて相対的に小さな素子を意味するものと定義する。
【００６７】
また、ビアは、放熱ビア１２０と信号ビア１３０とを含むことが好ましい。
【００６８】
また、ヒートシンク２００は、電力素子１５０上に形成されることが好ましい。
【００６９】
この際、制御素子１７０、１８０に比べて発熱量が大きい電力素子１５０は、ヒートシンク２００及び放熱ビア１２０に連結されているため、電力素子１５０から発生する熱を効果的に放出することができるという効果が期待できる。
【００７０】
また、電力素子１５０の円滑な放熱効果により、制御素子１７０、１８０をはじめとする電力モジュールパッケージ５００全体の動作信頼性も向上させることができるという効果が期待できる。
【００７１】
また、電力素子１５０は、メタル層１４０上に形成され、放熱ビア１２０形成領域に対応するように形成することが好ましい。
【００７２】
また、電力モジュールパッケージ５００は、第１基板１１０の他面側に形成された第２基板３１０をさらに含むことが好ましい。
【００７３】
また、制御素子１７０、１８０は、メタル層１４０上に形成され、信号ビア１３０形成領域に対応するように形成されることが好ましい。
【００７４】
即ち、図１に図示したように、メタル層１４０上に形成された制御素子１８０が、信号ビア１３０を介して外部接続端子１９０に連結され、第２基板３１０に連結されることが好ましい。
【００７５】
図１では、第１基板１１０と第２基板３１０が、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）方式により連結された例を図示したが、これに限定されず、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）方式などにより連結することも可能である。
【００７６】
また、図１、図３及び図４に図示したように、半導体素子がパッケージ型である場合、パッケージ型の半導体素子１５０とメタル層１４０との間を電気的に連結するリードフレーム１６０をさらに含むことが好ましい。
【００７７】
また、図１に図示したように、電力モジュールパッケージ５００は、半導体素子１７０とメタル層１４０との間を、電気的に連結するワイヤをさらに含むことが好ましい。
【００７８】
本発明の実施例において、第１基板１１０は、第一に集積ボードの機能を有し、図５及び図６に図示したように、基板上に電力素子１５０と制御素子１７０、１８０を実装するため、半導体素子の配置、回路形成などのような設計において自由度を向上させることができる。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、モジュールの信頼性及び性能が向上し、放熱効果を極大化することができるとともに、生産性が向上し、不良が発生した場合における廃棄量も減少することができる電力モジュールパッケージに適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１００  第１基板側電力モジュールパッケージ
１１０  第１基板
１２０  放熱ビア（第１ビア・ビア）
１３０  信号ビア（第１ビア・ビア）
１４０、３２０  メタル層
１５０  電力素子（半導体素子・パッケージ型素子）
１６０  リードフレーム
１７０、１８０  制御素子（半導体素子）
１７１  パッケージ型素子（半導体素子）
１９０  外部接続端子
２００  ヒートシンク
３１０  第２基板
３３０  第２ビア
４００  メタルプレート
５００  電力モジュールパッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013062480.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013062480.tif 000007
【図６】
2013062480.tif 000008