리드 프레임 및 이를 이용한 전력 모듈 패키지{LEAD FRAME AND POWER MODULE PACKAGE USING THE SAME}

본 발명은 리드 프레임 및 이를 이용한 전력 모듈 패키지에 관한 것이다.

특허문헌 1을 비롯한 다양한 전력 모듈 패키지는 전기적 특성과 열적 특성 두가지로 나뉘게 된다. 열적 특성의 경우, 전력 모듈 패키지의 연결지점(Junction) 온도 및 열 저항(Thermal Resistance, ℃/W)을 통해 표현할 수 있다.

이 중에서 열 저항의 경우, 열 저항이 낮을수록 연결지점에 존재하는 열이 용이하게 케이스측으로 이동하여 전력 디바이스(Power Device)의 온도와 케이스의 온도가 비슷할 수 있다.

일반적인 전력 모듈 패키지는 기판, 리드프레임, 솔더 및 반도체 소자 등이 적층된 구조로 형성되어 있는 데, 이때, 반도체 소자의 면적에 의해 열이 전도되는 면적이 결정된다.

상기 반도체 소자의 면적은 한계가 있기 때문에, 원활한 열을 방사시키기에는 한계가 있어, 열 저항이 증가하게 되는 것이다.

본 발명의 일 측면은 리드 프레임에 다양한 형태의 홈을 가공하여 방열 특성을 향상시키기 위한 리드 프레임 및 이를 이용한 전력 모듈 패키지에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 일면 및 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 소자 실장용 홈을 포함하는 리드 프레임; 상기 소자 실장용 홈을 일부 채우는 형태로 형성된 접착층; 및 상기 접착층 상에 형성된 반도체 소자;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 소자 실장용 홈은 홈 내부의 저면에 복수 개의 제1 양각부를 포함하고, 상기 제1 양각부는 상기 리드 프레임의 두께 방향을 기준으로 상기 리드 프레임의 일면보다 낮게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 제1 양각부는 리드 프레임과 일체형일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 소자 실장용 홈은 홈 내부의 저면에 사선 형태로 형성된 제2 양각부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 소자 실장용 홈은 홈 내부의 내측면이 적어도 하나 이상의 단차 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 소자 실장용 홈은 홈 내부의 내측면이 적어도 하나 이상의 단차 형태로 형성되되, 상기 소자 실장용 홈 내부 저면과 연결된 내측면이 경사 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 리드 프레임의 하부면에 형성된 절연층; 및

상기 절연층의 하부면에 형성된 베이스 기판;을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 리드 프레임은, 일면 및 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 소자 실장용 홈을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 리드 프레임의 소자 실장용 홈은 홈 내부의 저면에 복수 개의 제1 양각부를 포함하고, 상기 제1 양각부는 상기 리드 프레임의 두께 방향을 기준으로 상기 리드 프레임의 일면보다 낮게 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 리드 프레임의 제1 양각부는 리드 프레임과 일체형일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 리드 프레임의 소자 실장용 홈은 홈 내부의 저면에 사선 형태로 형성된 제2 양각부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 리드 프레임의 소자 실장용 홈은 홈 내부의 내측면이 적어도 하나 이상의 단차 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 리드 프레임의 소자 실장용 홈은 홈 내부의 내측면이 적어도 하나 이상의 단차 형태로 형성되되, 상기 소자 실장용 홈 내부 저면과 연결된 내측면이 경사 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 실시예에 의한 리드 프레임 및 이를 이용한 전력 모듈 패키지는 리드 프레임에 다양한 형태의 홈을 가공하기 때문에, 열전달 면적을 증가시키면서, 열전달 경로는 단축시켜 열 저항 감소로 인해 방열 특성을 향상시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 리드 프레임에 형성된 홈 내부에 열 전달이 가능한 재질로 이루어진 양각부를 형성하기 때문에, 열전도도를 더욱 향상시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제1 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제2 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 소자 실장용 홈의 제3 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제4 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 전력 모듈 패키지의 열 저항을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

전력 모듈 패키지

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제1 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제2 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 소자 실장용 홈의 제3 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이며, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제4 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 9에서 도시하는 바와 같이, 전력 모듈 패키지(100)는 일면 및 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 소자 실장용 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)을 포함하는 리드 프레임(130), 소자 실장용 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)을 일부 채우는 형태로 형성된 접착층(140) 및 접착층(140) 상에 형성된 반도체 소자(150)를 포함할 수 있다.

또한, 전력 모듈 패키지(100)는 리드 프레임(130)의 하부면에 형성된 절연층(120) 및 절연층(120)의 하부면에 형성된 베이스 기판(110)을 더 포함할 수 있다.

베이스 기판(110)은 인쇄회로기판 분야에서 코어 기판으로서 적용되는 통상의 절연층이거나 또는 절연층에 1층 이상의 접속 패드를 포함하는 회로가 형성된 인쇄회로기판일 수 있다.

이때, 절연층은 수지 절연층이 사용될 수 있다. 상기 수지 절연층으로는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들에 유리 섬유 또는 무기 필러와 같은 보강재가 함침된 수지, 예를 들어, 프리프레그가 사용될 수 있고, 또한 열경화성 수지 및/또는 광경화성 수지 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 접착층(140)은 솔더 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 전력 모듈 패키지(100)에서 반도체 소자(150)로부터 발생된 열의 진행 방향은 B와 같이 일정 각도를 가질 수 있는 데, 이때, 각도는 각 층의 열전도도 차이에 의해 결정될 수 있으며, 동일층 내에서는 일정한 각도를 유지할 수 있다.

열 저항값은 식 1과 같은데, 본 발명의 전력 모듈 패키지(100)는 기존의 반도체 소자가 리드 프레임 상면에 위치하는 구조에 비해, 리드 프레임(130)에 일부 함몰된 형태로 형성되기 때문에, 열의 진행 방향이 다수의 경로(A, B, 리드 프레임의 두께 방향을 기준으로 한 하부측 방향)일 수 있으며, 이로 인해, 열전달 면적이 증가하여 열 저항이 감소할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의한 전력 모듈 패키지(100)는 리드 프레임(130)에 소자 실장용 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)을 형성함에 따라, 기존 구조에 비해 열전달 길이(Length)를 단축시킬 수 있다.

이에, 본 발명의 전력 모듈 패키지(100)는 기존의 구조에 비해, 열 전달 면적을 증가시키고, 열전달 길이를 단축시켜 방열 특성을 향상시킬 수 있다는 것이다.

식 1

열 저항(Thermal Resistance) R = (열전달 길이(Length))/(열전도율(Thermal Conductivity)*열전달 면적(Area))

도 3 내지 도 5에서 도시하는 바와 같이, 상술한 소자 실장용 홈(132, 133, 134)은 홈 내부의 저면에 복수 개의 제1 양각부(161, 162, 163)를 포함하고, 제1 양각부(161, 162, 163)는 리드 프레임(130)의 두께 방향을 기준으로 리드 프레임(130)의 일면보다 낮게 형성될 수 있다.

또한, 도 3 내지 도 5와 같이, 제1 양각부(161, 162, 163)는 리드 프레임(130)과 일체형일 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 제1 양각부(161, 162, 163)는 리드 프레임(130)에 스탬핑 가공, 에칭 가공 등을 비롯한 다양한 가공을 통해 형성될 수 있기 때문에, 리드 프레임(130)과 동일 재질인 일체형으로 형성될 수 있는 것이며, 이에 한정되지 않고, 별도로 형성하여 결합시키는 것도 가능할 수 있다.

또한, 제1 양각부(161, 162, 163)는 도 3 내지 도 5와 같이, 복수 개를 포함하는 것이 가능하며, 각각의 제1 양각부(161, 162, 163)는 운용자의 필요에 따라 이격 간격 및 개수를 설정하는 것이 가능하다.

또한, 도 3 내지 도 5와 같이, 제1 양각부(161, 162, 163)는 사각형태로 형성하는 것도 가능하지만, 운용자의 필요에 따라, 원형, 다각형 등 모든 형태를 적용할 수 있다.

도 6에서 도시하는 바와 같이, 소자 실장용 홈(135)은 홈 내부의 저면에 사선 형태로 형성된 제2 양각부(164)를 포함할 수 있다.

도 6의 제2 양각부(164)는 사선 형태로 형성되기 때문에, 열전달 면적을 증가시킬 뿐 아니라, 이후 접착층(140)을 형성할 때, 접착물질이 사선을 따라 채워져 일부 형성될 수 있는 공간(보이드) 형성을 미연에 방지할 수 있는 것이다.

이때, 제2 양각부(164)는 복수 개를 포함할 수 있으며, 각각의 이격 간격, 개수 및 사선 각도 등은 운용자의 필요에 따라 열전달 효율을 고려하여 설계 가능할 수 있다.

또한, 도 7 내지 도 9에서 도시하는 바와 같이, 소자 실장용 홈(136, 137)은 홈 내부의 내측면이 적어도 하나 이상의 단차 형태로 형성될 수 있다.

도 7 내지 도 9의 소자 실장용 홈(136, 137)은 내측면이 단차 형태로 형성되어, 접착층(140)이 다른 구조에 비해 리드 프레임(130)의 타면에 가깝게 함몰되기 때문에, 열전달 면적을 더 향상시키는 동시에 열전달 길이를 단축시키는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 도 8 및 도 9에서 도시하는 바와 같이, 소자 실장용 홈(137)은 홈 내부의 내측면이 적어도 하나 이상의 단차 형태로 형성되되, 소자 실장용 홈(137) 내부 저면과 연결된 내측면이 경사 형태로 이루어질 수 있다.

도 8 및 도 9의 소자 실장용 홈(137)은 리드 프레임(130)의 일면으로부터 가장 이격된 단차가 경사 형태로 이루어졌기 때문에, 일정 각도로 열이 전달되는 성질을 반영하여 C 방향으로 열이 전달될 수 있는 구조로, 원활한 열 전달이 이루어질 수 있다.

이는, 기존 전력 모듈 패키지의 구조에 비해 리드 프레임(130)의 소자 실장용 홈(136, 137)을 기준으로 외측으로의 열전달(C 방향) 면적을 증가시킬 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 열 저항을 낮추기 위해서는 열이 전도되는 거리를 단축시키거나, 또는 열전달이 양호한 재료를 적용하거나, 또는 열전달 면적을 증가시키는 방법이 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예는 기존 재료를 그대로 적용하고, 모듈의 사이즈 변경없이 열전달 면적을 증가시켜 열 저항 수치를 낮추기 때문에, 전력 모듈 패키지의 사이즈 대비 방열 특성을 향상시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

리드 프레임

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제1 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제2 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 소자 실장용 홈의 제3 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이며, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 소자 실장용 홈의 제4 실시예를 포함하는 전력 모듈 패키지의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 9에서 도시하는 바와 같이, 리드 프레임(130)은 일면 및 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 소자 실장용 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)을 포함할 수 있다.

도 3 내지 도 5에서 도시하는 바와 같이, 상술한 소자 실장용 홈(132, 133, 134)은 홈 내부의 저면에 복수 개의 제1 양각부(161, 162, 163)를 포함하고, 제1 양각부(161, 162, 163)는 리드 프레임(130)의 두께 방향을 기준으로 리드 프레임(130)의 일면보다 낮게 형성될 수 있다.

또한, 도 3 내지 도 5와 같이, 제1 양각부(161, 162, 163)는 리드 프레임(130)과 일체형일 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 제1 양각부(161, 162, 163)는 리드 프레임(130)에 스탬핑 가공, 에칭 가공 등을 비롯한 다양한 가공을 통해 형성될 수 있기 때문에, 리드 프레임(130)과 동일 재질인 일체형으로 형성될 수 있는 것이며, 이에 한정되지 않고, 별도로 형성하여 결합시키는 것도 가능할 수 있다.

또한, 제1 양각부(161, 162, 163)는 도 3 내지 도 5와 같이, 복수 개를 포함하는 것이 가능하며, 각각의 제1 양각부(161, 162, 163)는 운용자의 필요에 따라 이격 간격 및 개수를 설정하는 것이 가능하다.

또한, 도 3 내지 도 5와 같이, 제1 양각부(161, 162, 163)는 사각형태로 형성하는 것도 가능하지만, 운용자의 필요에 따라, 원형, 다각형 등 모든 형태를 적용할 수 있다.

도 6에서 도시하는 바와 같이, 소자 실장용 홈(135)은 홈 내부의 저면에 사선 형태로 형성된 제2 양각부(164)를 포함할 수 있다.

도 6의 제2 양각부(164)는 사선 형태로 형성되기 때문에, 열전달 면적을 증가시킬 뿐 아니라, 이후 접착층(140)을 형성할 때, 접착물질이 사선을 따라 채워져 일부 형성될 수 있는 공간(보이드) 형성을 미연에 방지할 수 있는 것이다.

이때, 제2 양각부(164)는 복수 개를 포함할 수 있으며, 각각의 이격 간격, 개수 및 사선 각도 등은 운용자의 필요에 따라 열전달 효율을 고려하여 설계 가능할 수 있다.

또한, 도 7 내지 도 9에서 도시하는 바와 같이, 소자 실장용 홈(136, 137)은 홈 내부의 내측면이 적어도 하나 이상의 단차 형태로 형성될 수 있다.

도 7 내지 도 9의 소자 실장용 홈(136, 137)은 내측면이 단차 형태로 형성되어, 접착층(140)이 다른 구조에 비해 리드 프레임(130)의 타면에 가깝게 함몰되기 때문에, 열전달 면적을 더 향상시키는 동시에 열전달 길이를 단축시키는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 도 8 및 도 9에서 도시하는 바와 같이, 소자 실장용 홈(137)은 홈 내부의 내측면이 적어도 하나 이상의 단차 형태로 형성되되, 소자 실장용 홈(137) 내부 저면과 연결된 내측면이 경사 형태로 이루어질 수 있다.

도 8 및 도 9의 소자 실장용 홈(137)은 리드 프레임(130)의 일면으로부터 가장 이격된 단차가 경사 형태로 이루어졌기 때문에, 일정 각도로 열이 전달되는 성질을 반영하여 C 방향으로 열이 전달될 수 있는 구조로, 원활한 열 전달이 이루어질 수 있다.

한편, 도 10은 본 발명의 전력 모듈 패키지의 열 저항을 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 소자가 리드 프레임 상에 형성된 일반적인 구조의 전력 모듈 패키지(Normal), 본 발명의 도 4 구조의 리드 프레임을 적용한 전력 모듈 패키지(①), 도 5 구조의 리드 프레임을 적용한 전력 모듈 패키지(②)에서의 열저항을 각각 나타내는 것이다.

도 10에서 도시하는 바와 같이, ①은 Normal 구조에 비해, 열 저항이 약 5.2% 감소하고, ②는 Normal 구조에 비해, 열 저항이 약 11.8% 감소한 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 전력 모듈 패키지는 리드 프레임에 소자 실장용 홈 및 양각부를 적용하여 열전달 면적을 증가시키고, 열전달 길이를 단축시켜 방열 특성을 향상시킬 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 전력 모듈 패키지
110 : 베이스 기판
120 : 절연층
130 : 리드 프레임
131, 132, 133, 134, 135, 136, 137 : 소자 실장용 홈
140 : 접착층
150 : 반도체 소자
161, 162, 163 : 제1 양각부
164: 제2 양각부