(57)【要約】【課題】高発熱が予想される半導体素子と相対的に発熱が低い半導体素子との間を熱的に分離するための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。【解決手段】本発明によるパワーモジュールパッケージ１００は、複数の半導体素子実装領域の間に形成された溝１１１を有するベース基板１１０と、ベース基板１１０の半導体素子実装領域に実装された半導体素子１３０と、溝１１１の内部を含み、ベース基板１１０上に形成されたモールディング１６０と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体素子実装領域の間に形成された溝を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記半導体素子実装領域に実装された半導体素子と、
前記溝の内部を含み、前記ベース基板上に形成されたモールディングと、
を含むパワーモジュールパッケージ。
【請求項２】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含み、
前記溝は前記電力素子実装領域と前記制御素子実装領域との間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】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は複数の電力素子実装領域を含み、
前記溝が前記複数の電力素子実装領域夫々の間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４】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は複数の電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含み、
前記溝が前記電力素子実装領域と前記制御素子実装領域との間に形成されるか、または、前記複数の電力素子実装領域夫々の間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５】
前記ベース基板上に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層をさらに含み、
前記半導体素子は前記メタル層上に実装される請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項６】
前記メタル層上に形成されたリードフレームと、
前記半導体素子の間を連結するか、または、前記半導体素子と前記リードフレームと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５に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項７】
前記モールディングは、前記ベース基板の上部及び前記ベース基板の側面を包むよう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８】
前記溝は多数の溝で構成された列状である請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項９】
前記ベース基板はセラミックからなる請求項１に記載のパワーモジュールパッケージ。
【請求項１０】
ベース基板を準備する段階と、
前記ベース基板の複数の半導体素子実装領域の間に溝を形成する段階と、
前記半導体素子実装領域に半導体素子を実装する段階と、
前記溝の内部を含み、前記ベース基板上にモールディングを形成する段階と、
を含むパワーモジュールパッケージの製造方法。
【請求項１１】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含み、
前記溝を形成する段階で、
前記電力素子実装領域と前記制御素子実装領域との間に溝を形成する請求項１０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１２】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は複数の電力素子実装領域を含み、
前記溝を形成する段階で、
前記複数の電力素子実装領域夫々の間に溝を形成する請求項１０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】
前記半導体素子は電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含み、
前記溝を形成する段階で、
前記電力素子実装領域と前記制御素子実装領域との間に溝を形成するか、または、電力素子実装領域夫々の間に溝を形成する請求項１０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】
前記モールディングを形成する段階で、
前記ベース基板の上部及び前記ベース基板の側面を包むようにモールディングを形成する請求項１０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】
前記半導体素子を実装する段階の前に、
前記ベース基板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をさらに含み、
前記半導体素子を実装する段階で、
前記半導体素子を前記メタル層上に実装する請求項１０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】
前記ベース基板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を連結するか、または、前記半導体素子と前記リードフレームと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１０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】
前記溝は多数の溝で構成された列状である請求項１０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】
前記ベース基板はセラミックからなる請求項１０に記載のパワーモジュールパッケージの製造方法。
【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】
特に、高容量の電力素子（例えば、高容量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弱い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低下させる結果をもたらしている。
【０００５】
これにより、パワーモジュールの効率増加及び高信頼性の確保のために、発熱問題を解決することができる高放熱のパッケージ構造が求められている。
【発明の概要】
【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あり、本発明の一側面は、高発熱が予想される半導体素子と相対的に発熱が低い半導体素子との間を熱的に分離するための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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、パワーモジュールパッケージに関するものであり、複数の半導体素子実装領域の間に形成された溝を有するベース基板と、前記ベース基板の前記半導体素子実装領域に実装された半導体素子と、前記溝の内部を含み、前記ベース基板上に形成されたモールディングと、を含むことができる。
【０００８】
ここで、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は、電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含み、前記溝は、前記電力素子実装領域と前記制御素子実装領域との間に形成されることができる。
【０００９】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は、複数の電力素子実装領域を含み、前記溝が、前記複数の電力素子実装領域夫々の間に形成されることができる。
【００１０】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は複数の電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含み、前記溝が、前記電力素子実装領域と前記制御素子実装領域との間に形成されるか、または、前記複数の電力素子実装領域夫々の間に形成されることができる。
【００１１】
また、前記ベース基板上に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層をさらに含み、前記半導体素子は、前記メタル層上に実装されることができる。
【００１２】
また、前記メタル層上に形成されたリードフレームと、前記半導体素子の間を連結するか、または、前記半導体素子と前記リードフレームと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。
【００１３】
また、前記モールディングは、前記ベース基板の上部及び前記ベース基板の側面を包むように形成されることができる。
【００１４】
また、前記溝は、多数の溝で構成された列状であることができる。
【００１５】
また、前記ベース基板は、セラミックからなることができる。
【００１６】
他の本発明のパワーモジュールパッケージの製造方法は、ベース基板を準備する段階と、前記ベース基板の複数の半導体素子実装領域の間に溝を形成する段階と、前記半導体素子実装領域に半導体素子を実装する段階と、前記溝の内部を含み、前記ベース基板上にモールディングを形成する段階と、を含むことができる。
【００１７】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は、電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含み、前記溝を形成する段階で、前記電力素子実装領域と前記制御素子実装領域との間に溝を形成することができる。
【００１８】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は複数の電力素子実装領域を含み、前記溝を形成する段階で、前記複数の電力素子実装領域夫々の間に溝を形成することができる。
【００１９】
また、前記半導体素子は、電力素子と制御素子とを含み、前記複数の半導体素子実装領域は電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含み、前記溝を形成する段階で、前記電力素子実装領域と前記制御素子実装領域との間に溝を形成するか、または、電力素子実装領域夫々の間に溝を形成することができる。
【００２０】
また、前記モールディングを形成する段階で、前記ベース基板の上部及び前記ベース基板の側面を包むようにモールディングを形成することができる。
【００２１】
また、前記半導体素子を実装する段階の前に、前記ベース基板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をさらに含み、前記半導体素子を実装する段階で、前記半導体素子を前記メタル層上に実装することができる。
【００２２】
また、前記ベース基板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を連結するか、または、前記半導体素子と前記リードフレームと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。
【００２３】
また、前記溝は、多数の溝で構成された列状であることができる。
【００２４】
また、前記ベース基板は、セラミックからなることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
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】
【００２７】
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、高発熱が予想される半導体素子の実装領域と相対的に発熱が低い半導体素子の実装領域との間に溝を形成するため、半導体素子の間を熱的に分離することができ、これにより、高発熱が予想される電力素子からの発熱が制御素子に及ぶ影響を予め防止することができるという効果を期待することができる。
【００２８】
また、本発明のベース基板上に形成された溝が基板の水平方向に伝達される熱を遮断するため、半導体素子の間に熱伝導によって発生する問題点を予防することができるという長所がある。
【００２９】
また、本発明は、ベース基板上に形成された溝によってベース基板とモールディングとの接着力が向上し、これにより、基板の長期信頼性が改善されるという効果を有する。
【００３０】
また、本発明は、ベース基板上に形成された溝の領域の基板厚さが減少し、半導体素子から発生する熱の伝達経路が短縮されることにより、熱をより効率的に放出することができるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例によるパワーモジュールパッケージの構成を示す断面図である。
【図２】図１のパワーモジュールパッケージの平面図である。
【図３】本発明の溝の構成を詳細に示す平面図（１）である。
【図４】本発明の溝の構成を詳細に示す平面図（２）である。
【図５】本発明の溝の構成を詳細に示す平面図（３）である。
【図６】図３のＩ−Ｉ’断面図である。
【図７】本発明の溝の形状を説明するための写真である。
【図８】本発明の一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フローチャートである。
【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。
【００３３】
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。
【００３４】
（パワーモジュールパッケージ）
図１は、本発明の一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断面図である。
【００３５】
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、複数の半導体素子実装領域の間に形成された溝１１１を有するベース基板１１０と、ベース基板１１０の半導体素子実装領域に実装された半導体素子１３０と、溝１１１の内部を含み、ベース基板１１０上に形成されたモールディング１６０と、を含む。
【００３６】
ここで、ベース基板１１０は、熱伝達効率を考慮し、セラミックからなることができるが、これに限定されるものではない。
【００３７】
また、モールディング１６０は、ベース基板１１０の上部及びベース基板１１０の側面を包むように形成することができる。
【００３８】
例えば、図１に図示するように、モールディング１６０は、溝１１１の内部に満たされる形態に形成されるため、半導体素子実装領域の間に形成された溝１１１による熱遮断だけでなく、モールディング１６０による２次熱遮断がなされるため、放熱効果をさらに向上させることができる。
【００３９】
また、モールディング１６０は、ベース基板１１０に形成された溝１１１に満たされる形態に形成されるため、モールディング１６０とベース基板１１０との接着力を増大させ、これにより、基板とモールディング材との間に発生するデラミネーション（Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）などのような問題が減少するため、基板の長期信頼性を向上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。
【００４０】
また、半導体素子１３０は、電力素子１３１と制御素子１３３とを含むことができる。例えば、電力素子１３１は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード（Ｄｉｏｄｅ）などであり、制御素子１３３は、制御ＩＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを含むことができる。
【００４１】
ここで、複数の半導体素子実装領域は、電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含むことができる。この際、電力素子実装領域と制御素子実装領域夫々は、複数の領域に区分されることができる。
【００４２】
例えば、図２に図示するように、半導体素子実装領域は、Ａの電力素子実装領域とＢの制御素子実装領域とに区分されることができる。また、図３に図示するように、Ａ領域内で、Ａ−１領域、Ａ−２領域、Ａ−３領域及びＡ−４領域に区分されることができる。
【００４３】
図３から図５に図示するように、溝１１１は、多数の溝で構成された列状であることができ、これに限定されるものではない。
【００４４】
より具体的には、溝１１１は、電力素子実装領域と制御素子実装領域との間に形成されるか、複数の電力素子実装領域夫々の間に形成されるか、または、これらが組合された構造に形成されることができる。
【００４５】
例えば、図３及び図４のＡ−１、Ａ−２、Ａ−３、Ａ−４は、電力素子実装領域であり、Ｂは、制御素子実装領域である場合、溝は、電力素子実装領域Ａと制御素子実装領域Ｂとの間に形成されるか、複数の電力素子実装領域夫々の間であるＡ−１／Ａ−２とＡ−３／Ａ−４との間、Ａ−３とＡ−４との間に形成されることができる。
【００４６】
また、図４に図示するように、運用者の必要に応じて、高い放熱特性が求められる領域（制御素子実装領域Ｂ）への熱伝達を最小化するために、電力素子実装領域と制御素子実装領域との間に、２列以上の溝１１１を形成することも可能である。
【００４７】
また、図５に図示するように、制御素子実装領域Ｂの縁に２列以上の溝１１１を形成することも可能である。
【００４８】
また、図３のＩ−Ｉ'線を基準とした溝の断面は、図６に示すとおりであり、溝１１１の加工形態は、図７に示すとおりである。
【００４９】
図６及び図７に図示するように、溝１１１がベース基板１１０の厚さ方向に任意の深さに加工されるため、溝１１１の下部のベース基板１１０の厚さは、減少するようになる。これにより、溝１１１の下部に対するベース基板１１０の熱伝逹経路が減るため、放熱効果がさらに増大する。
【００５０】
一方、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、ベース基板１１０上に形成された回路及び接続パッドを含むメタル層１２０をさらに含むことができ、この際、半導体素子１３０は、メタル層１２０上に実装される。
【００５１】
また、パワーモジュールパッケージ１００は、メタル層１２０上に形成されたリードフレーム１４０をさらに含むことができる。
【００５２】
この際、リードフレーム１４０は、半導体素子１３０が実装されていないメタル層（図１の左側、右側）に実装される。
【００５３】
また、パワーモジュールパッケージ１００は、半導体素子１３０の間を連結するか、または半導体素子１３０とリードフレーム１４０とを電気的に連結するためのワイヤ１５０をさらに含むことができる。
【００５４】
（パワーモジュールパッケージの製造方法）
図８は、本発明の一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フローチャートである。
【００５５】
本発明によるパワーモジュールパッケージの製造方法を、図１から図５、及び図８を参照して説明する。
【００５６】
まず、ベース基板１１０を準備する（Ｓ１０１）。
【００５７】
ここで、ベース基板１１０は、熱伝達効率を考慮し、セラミックからなることができ、これに限定されるものではない。
【００５８】
次に、ベース基板１１０上に回路及び接続パッドを含むメタル層１２０を形成する（Ｓ１０３）。この際、回路及び接続パッドを含むメタル層１２０は、銅を始め、回路基板分野において回路用金属として用いられるものであれば、制限されずに適用可能である。
【００５９】
もし、ベース基板１１０上に半導体素子１３０を直接実装する場合、段階Ｓ１０３は、省略することができる。
【００６０】
次に、ベース基板１１０の複数の半導体素子実装領域の間に溝１１１を形成する（Ｓ１０５）。ここで、溝１１１は、多数の溝で構成された列状であることができる。
【００６１】
本発明の実施例において、半導体素子１３０は、電力素子１３１と制御素子１３３とを含むことができる。
【００６２】
また、複数の半導体素子実装領域は、電力素子実装領域と制御素子実装領域とを含むことができる。この際、電力素子実装領域と制御素子実装領域夫々は、複数の領域に区分されることができる。
【００６３】
例えば、図２に図示するように、半導体素子実装領域は、Ａの電力素子実装領域とＢの制御素子実装領域とに区分されることができる。また、図３に図示するように、Ａ領域内で、Ａ−１領域、Ａ−２領域、Ａ−３領域及びＡ−４領域に区分されることができる。
【００６４】
図３から図５に図示するように、溝１１１は、半導体素子間の熱伝達による影響を最小化することができるように形成される。
【００６５】
より具体的には、溝１１１は、電力素子実装領域と制御素子実装領域との間に形成されるか、複数の電力素子実装領域夫々の間に形成されるか、または、これらが組合された構造に形成されることができる。
【００６６】
例えば、図３及び図４のＡ−１、Ａ−２、Ａ−３、Ａ−４は、電力素子実装領域であり、Ｂは、制御素子実装領域である場合、溝は電力素子実装領域Ａと制御素子実装領域Ｂとの間に形成されるか、複数の電力素子実装領域夫々の間であるＡ−１／Ａ−２とＡ−３／Ａ−４との間、Ａ−３とＡ−４との間に形成されることができる。
【００６７】
また、図４に図示するように、運用者の必要に応じて、高い放熱特性が求められる領域（制御素子実装領域Ｂ）への熱伝達を最小化するために、電力素子実装領域と制御素子実装領域との間に、２列以上の溝１１１を形成することも可能である。
【００６８】
また、図５に図示するように、制御素子実装領域Ｂの縁に、２列以上の溝１１１を形成することも可能である。
【００６９】
次に、半導体素子実装領域に半導体素子１３０を実装する（Ｓ１０７）。
【００７０】
例えば、電力素子１３１は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード（Ｄｉｏｄｅ）などであり、制御素子１３３は、制御ＩＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを含むことができる。
【００７１】
本段階の前にメタル層１２０が形成された場合、半導体素子１３０をメタル層１２０上に実装する。
【００７２】
次に、ベース基板１１０上にリードフレーム１４０を形成する（Ｓ１０９）。
【００７３】
本段階の前にメタル層１２０が形成された場合、リードフレーム１４０をメタル層１２０上に形成する。
【００７４】
次に、半導体素子１３０の間を連結するか、または、半導体素子１３０とリードフレーム１４０とを電気的に連結するためのワイヤ１５０を形成する（Ｓ１１１）。
【００７５】
次に、溝１１１の内部を含み、ベース基板１１０上にモールディング１６０を形成する（Ｓ１１３）。
【００７６】
ここで、モールディング１６０は、ベース基板１１０の上部及びベース基板１１０の側面を包むように形成する。
【００７７】
図１に図示するように、モールディング１６０は、ベース基板１１０上のメタル層１２０及び半導体素子１３０を全て包み、ベース基板１１０の側面が包まれるように形成される。この際、放熱特性を考慮し、ベース基板１１０の下面が露出した形態を有するようにモールディング１６０を形成する。
【００７８】
また、モールディング１６０は、溝１１１の内部に満たされる形態に形成されるため、半導体素子実装領域の間に形成された溝１１１による熱遮断だけでなく、モールディング１６０による２次熱遮断がなされるため、放熱効果をさらに向上させることができる。
【００７９】
また、モールディング１６０は、ベース基板１１０に形成された溝１１１に満たされる形態に形成されるため、モールディング１６０とベース基板１１０との接着力を増大させ、これにより、基板の長期信頼性を向上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。
【００８０】
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。
【００８１】
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】
【００８２】
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適用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１００  パワーモジュールパッケージ
１１０  ベース基板
１１１  溝
１２０  メタル層
１３０  半導体素子
１３１  電力素子
１３３  制御素子
１４０  リードフレーム
１５０  ワイヤ
１６０  モールディング
【図１】
2013016766.tif 000003
【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８】
2013016766.tif 000009
【図７】
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