KR20210133069A - 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 파워모듈용 기판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 파워모듈용 기판 제조방법은 접착제 전사 필름(10)을 준비하는 준비단계와 상기 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)을 대상물(40)에 전사시키고, 상기 접착층(13)이 전사된 대상물(40)을 상기 접착층(13)을 매개로 하부 기판(20)에 가접합시키는 가접단계와 상기 하부 기판(20) 상에 가접된 상기 대상물(40)의 상부에 상부 기판(30)을 접합하고 소결하여 상기 하부 기판(20)과 상기 상부 기판(30)의 사이에 상기 대상물(40)을 본접합시키는 본접단계를 포함한다. 본 발명은 소결 공정을 1회로 간소화하여 공정 시간을 감소시킬 수 있고, 설비 투자비를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 파워모듈용 기판 제조방법에 관한 것으로, 반도체 칩 및 스페이서를 기판에 접합하기 위해 제작된 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 파워모듈용 기판 제조방법에 관한 것이다.
파워모듈은 전기차에 사용되는 전압을 직류에서 교류로 변경하여 모터로 공급한다. 전기차의 고성능화로 인해 파워모듈에 실장되는 반도체 칩은 기존 실리콘(Si)에서 성능이 우수한 탄화규소(SiC)로 바뀌고 있다. 그런데 탄화규소 반도체를 사용하는 파워모듈은 고전압으로 인해 높은 발열이 발생하기 때문에 방열이 중요하다.
파워모듈은 두 기판의 사이에 반도체 칩이 실장되고 반도체 칩의 방열 특성을 양호하게 하기 위해 Ag 소결 페이스트(Ag Sintering Paste)를 이용한 접합 방식을 사용한다. 그런데 Ag 소결 페이스트를 이용한 접합은 반도체 칩 또는 스페이서에 Ag 소결 페이스트를 균일하게 도포하기 어렵고, 반도체 칩에 스페이서가 올라가는 형태인 경우 추가로 접착제 도포 및 2차 소결이 요구되므로 공정 시간이 길고 고가의 장비가 필요한 문제점이 있다.
또한, 파워모듈은 각 구성을 접합시킬 때 반도체 칩의 파손을 방지하기 위해 솔더링 접합 방식을 사용하기도 하는데, 솔더링 접합은 접합 강도가 낮아 접합이 분리되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 반도체 칩 및 스페이서를 기판에 접합하기 위한 접합 공정에서, Ag 소결 페이스트(Ag Sintering Paste)를 필름 형태로 제작하여 균일한 두께 및 보이드 없는 접합이 가능하도록 하며, 더불어 소결 공정을 최소화하여 공정 시간을 감소시킬 수 있고, 설비 투자비가 감소되도록 한 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 파워모듈용 기판 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 베이스 필름과 베이스 필름 상에 형성된 점착층과 점착층 상에 형성된 접착층을 포함한다.
접착층은 Ag 접착층이고, Ag 접착층은 Ag 분말 97~99 중량%와 바인더 1~3 중량%를 포함한다.
베이스 필름은 PET 필름이고, 점착층은 OCA일 수 있다.
파워모듈용 기판 제조방법은 접착제 전사 필름을 준비하는 준비단계와 접착제 전사 필름 상의 접착층을 대상물에 전사시키고, 접착층이 전사된 대상물을 접착층을 매개로 하부 기판에 가접합시키는 가접단계와, 하부 기판 상에 가접된 대상물의 상부에 상부 기판을 접합하고 소결하여 하부 기판과 상부 기판의 사이에 상기 대상물을 본접합시키는 본접단계를 포함한다.
준비단계는, 베이스 필름을 준비하는 단계와 베이스 필름 상에 점착층을 형성하는 단계와 점착층 상에 접착층을 형성하는 단계를 포함한다.
준비단계는, PET 필름 상에 OCA 필름을 부착하는 단계와 OCA 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 도포 또는 인쇄하고 건조하여 Ag 접착층을 형성하는 단계를 포함한다.
가접단계는, 다이에 접착제 전사 필름을 고정시키고, 진공을 이용하여 대상물을 흡착 및 고정하는 상부척에 대상물을 고정시키는 단계와 상부척과 다이를 각각 가열하면서 상부척에 고정된 대상물을 접착제 전사 필름 측으로 가압하여 접착제 전사 필름 상의 접착층을 대상물에 전사시키는 단계와 진공을 유지하면서 상부척을 상승시켜 상기 접착층이 부착된 대상물을 상승시키는 단계와 상부척을 하부 기판의 상부로 이송시키는 단계와 상부척에 고정된 대상물을 하부 기판 측으로 가압하여 대상물을 하부 기판에 가접합시키는 단계와 진공을 해제하고 상부척을 상승시키는 단계를 포함한다.
가접단계에서 다이는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척은 100~170℃의 온도로 가열한다.
본접단계에서 소결은 240~300℃에서 가열 가압하면서 2분~5분 동안 수행한다.
가접단계에서, 대상물은 반도체 칩, 제1 전도성 스페이서 및 제2 전도성 스페이서를 포함하고, 가접단계는, 접착제 전사 필름 상의 접착층을 반도체 칩의 하면에 전사시키고, 접착층이 전사된 반도체 칩을 접착층을 매개로 하부 기판의 상면에 가접합시키는 제1 가접단계와 접착제 전사 필름 상의 접착층을 제1 전도성 스페이서의 하면에 전사시키고, 접착층이 전사된 제1 전도성 스페이서를 접착층을 매개로 반도체 칩의 상면에 가접합시키는 제2 가접단계와 접착제 전사 필름 상의 접착층을 제2 전도성 스페이서의 하면에 전사시키고, 접착층이 전사된 제2 전도성 스페이서를 접착층을 매개로 하부 기판의 상면에 가접합시키는 제3 가접단계를 포함한다.
제2 전도성 스페이서의 높이는 반도체 칩, 접착층, 제1 전도성 스페이서의 높이를 합한 높이와 동일한 높이이다.
본접단계는 하부 기판 상에 가접된 제1 전도성 스페이서 및 제2 전도성 스페이서와 대응되게 위치되도록 상부 기판의 하면에 접착층을 형성하는 단계와 상부 기판을 상부척에 고정하고, 상부척에 고정된 상부 기판을 하부 기판 측으로 가열 가압하여 반도체 칩과 제1 전도성 스페이서의 가접합체 및 제2 전도성 스페이서를 상부 기판과 하부 기판 사이에 본접합시키는 단계를 포함한다.
상부 기판과 상기 하부 기판은 AMB기판 또는 DBC 기판을 사용한다.
본 발명은 은 소결 페이스트를 필름 형태로 제작하여 반도체 칩 및 스페이서를 하부 기판에 접합하는 용도로 사용한다. 또한, 본 발명은 최종 상부 기판에 접착층을 인쇄 방식으로 형성하고 하부 기판의 스페이서와 접합하면서 가열 가압하여 소결한다.
따라서 본 발명은 하부 기판을 뒤집을 필요없이 하부 기판 상의 스페이서와 상부 기판의 본접합 가능하므로 소결이 1회로 간소화되고, 이로 인해 공정 시간이 감소하고 설비 투자비도 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하부 기판과 상부 기판의 사이에 반도체 칩과 스페이서를 접합하는 접착층의 하면 평탄도를 베이스 필름이 잡아주고, 접착층의 상면 평탄도는 상부척의 가압력으로 잡아줄 수 있으므로 접착층의 두께를 얇고 균일하게 형성할 수 있다. 따라서 본 발명은 상부 기판과 하부 기판의 균일 접합이 가능하고 이는 파워모듈 제품의 신뢰성을 높이는데 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 접착제 전사 필름을 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈용 기판 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 3에는 파워모듈용 기판의 예를 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 파워모듈용 기판 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 파워모듈용 기판의 다른 예를 도시한 평면도.
도 6은 도 5의 파워모듈용 기판 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈용 기판 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 3에는 파워모듈용 기판의 예를 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 파워모듈용 기판 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 파워모듈용 기판의 다른 예를 도시한 평면도.
도 6은 도 5의 파워모듈용 기판 제조방법을 설명하기 위한 도면.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 반도체 칩(Chip), 전도성 스페이서(CQC), 절연 스페이서 등의 대상물을 기판에 접합하기 위한 접착제 전사 필름(10)을 포함한다.
도 1에 도시된 바에 의하면, 접착제 전사 필름(10)은 베이스 필름(11), 베이스 필름(11) 상에 형성된 점착층(sticky layer)(12) 및 점착층(12) 상에 형성된 접착층(Adhesive layer)(13)을 포함한다. 접착제 전사 필름(10)은 Ag 소결 페이스트를 필름 형태로 제작한 것이다. 베이스 필름(11)은 PET 필름을 적용하고, 점착층(12)은 OCA 필름을 적용하고, 접착층(13)은 Ag 접착층을 적용한다. Ag 접착층(13)은 방열 특성을 양호하기 위해 사용한다.
Ag 접착층은 Ag 분말 98~99 중량%와 바인더 1~2 중량%를 포함한다. Ag 접착층은 Ag 분말의 함량을 높여 열전도도를 높인다.
Ag는 높은 열전도율로 방열 특성을 양호하게 하고, 접착층이 전도성을 갖도록 한다. 바인더는 Ag가 높은 접착력을 갖고 균일 도포되도록 한다. Ag 접착층은 균일 도포 가능한 범위에서 Ag 분말의 함량을 최대로 하고 바인더의 함량을 최소로 하여 저온 소결이 가능하도록 한다. 저온소결 온도는 240~300℃ 범위일 수 있다.
바인더의 함량이 1~2 중량% 범위로 낮아지면 유기 함량이 낮아져 Ag 접착층의 열분해 및 소결 온도를 약 60~100℃ 정도 낮출 수 있다. 낮은 소결 온도는 Ag 접착층의 빠른 소결을 가능하게 한다. Ag 접착층의 빠른 소결은 소결시 수축율을 줄이고 소결층의 균열을 방지하여 불량률을 낮춘다.
Ag 접착층은 Ag 분말이 나노입자 형태로 포함된다. Ag 분말은 액상이 되는 온도가 900℃ 이상이므로 240~300℃ 범위에서 소결이 가능하고, Ag 솔더는 액상이 되는 온도가 200℃ 이상이므로 240~300℃ 범위에서 소결이 불가능하다.
Ag 접착층은 열전도성(Thermal conductivity)이 200~300W/mK로 높은 열전도율을 갖고, 전단강도(Shear strength)가 50MPa 이상이고 점도(Viscosity)가 40~100kcps로 여러 표면에 높은 접착력을 갖는다. Ag 대신 Au를 사용할 수도 있으나 비용상 Ag를 사용하는 것이 바람직하다.
접착제 전사 필름(10)은 베이스 필름(11) 상에 OCA 필름을 부착하고 OCA 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 도포 또는 인쇄하고 건조하여 형성할 수 있다. 또는, 접착제 전사 필름(10)은 베이스 필름(11) 상에 Ag 소결 페이스트를 도포 또는 인쇄하고 건조하여 형성할 수 있다. 인쇄는 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄일 수 있다.
점착층(12)은 베이스 필름(11)에 대한 접착층(13)의 이형성을 좋게한다. Ag 소결 페이스트는 Ag 접착층과 동일하게 Ag 분말 97~99 중량%와 바인더 1~3 중량%를 포함한다.
필름 형태로 제조된 접착제 전사 필름(10)은 접착층(13)의 높이를 굉장히 균일하게 할 수 있다. 두 기판의 사이에 대상물을 접합하는 경우, 접착층(13)의 높이가 균일해야 두 기판의 사이에 공차가 발생하지 않고 최종 제품에 문제가 발생하지 않는다.
더불어, 두 기판의 사이에 대상물을 접합시 접착제 전사 필름(10)을 사용하면 종래 대상물에 페이스트를 도포하고 기판에 접합하는 페이스트(paste) 공정 대비 보이드(void) 및 스탠드 오프(atand off) 결함을 줄일 수 있다. 보이드(void)는 소결 후 접착층(13)에 기공이 발생하는 것이고, 스탠드 오프 결함은 대상물이 기판에 평평하게 접합되지 않고 어느 일측으로 기울어진 것을 의미한다.
접착제 전사 필름(10)은 베이스 필름(11)의 두께가 75~100㎛일 수 있다. 접착층(13)의 두께는 40~60㎛일 수 있으며, 바람직하게는 50㎛이다. 접착제 전사 필름(10)은 접착층(13)의 두께와 보이드(void)의 조절이 가능하다.
접착제 전사 필름(10)은 파워모듈용 기판 제조방법에 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바에 의하면, 파워모듈용 기판 제조방법은 접착제 전사 필름(10)을 사용하여 대상물(40)에 접착층을 전사하고, 접착층(13)이 전사된 대상물(40)을 하부 기판(20)의 상면에 가접합할 수 있다.
파워모듈용 기판 제조방법은 접착제 전사 필름(10)을 준비하는 준비단계와, 접착제 전사 필름 상의 접착층을 대상물에 전사시키고, 접착층이 전사된 대상물을 상기 접착층을 매개로 하부 기판에 가접합시키는 가접단계와, 하부 기판(20) 상에 가접된 대상물(40)의 상부에 상부 기판(30)을 접합하고 소결하여 하부 기판과 상부 기판(30)의 사이에 대상물(40)을 본접합시키는 본접단계를 포함한다.
준비단계는, 베이스 필름에 접착층을 사전 코팅하는 단계이다.
준비단계는, 베이스 필름(11)을 준비하는 단계와 베이스 필름(11) 상에 점착층(12)을 형성하는 단계와 점착층(12) 상에 접착층(13)을 형성하는 단계를 포함한다. 일예로, 준비단계는, PET 필름 상에 OCA 필름을 부착하는 단계와 OCA 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 도포 또는 인쇄하고 건조하여 Ag 접착층을 형성하는 단계를 포함한다. 베이스 필름(11)은 PET(Polyester) 필름외에도 PC(Polycarbonate) 필름을 사용할 수 있다. 그러나 PET 필름은 PC 필름에 비해 접착층(13)의 하면 평탄도를 잡아주는데 유리하다. 접착층(13)의 상면 평탄도는 상부척(3)의 가압력으로 잡아줄 수 있다. 접착층(13)의 평탄도가 좋지 않으면 소결시 접착층이 휘어지는 문제가 된다.
도 2에 도시된 바에 의하면, 가접단계는 다이(1)에 접착제 전사 필름(10)을 고정시키고, 진공을 이용하여 대상물(40)을 흡착 및 고정하는 상부척(3)에 대상물(40)을 고정시키는 단계(s1)와, 상부척(3)과 다이(1)를 각각 가열하면서 상부척(3)에 고정된 대상물(40)을 접착제 전사 필름(10) 측으로 가압하여 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)을 대상물(40)에 전사시키는 단계(s2)와, 진공을 유지하면서 상부척(3)을 상승시켜 접착층(13)이 부착된 대상물(40)을 상승시키는 단계(s3)와, 상부척(3)을 하부 기판(20)의 상부로 이송시키는 단계(s4)와, 상부척(3)에 고정된 대상물(40)을 하부 기판(20) 측으로 가압하여 대상물(40)을 하부 기판(20)에 가접합시키는 단계(s5)와, 상부척(3)의 진공을 해제하고 상부척(3)을 상승시키는 단계(s6)를 포함한다. (s1)에서 (s3) 단계는 접착제 전사 필름(10)에서 대상물(40)로 접착층(13)을 전사하는 단계이고, (s5)에서 (s6) 단계는 접착층(13)이 전사된 대상물(40)을 하부 기판(20)에 가접합하는 단계이다.
(s1) 단계는 상부척(3)이 진공으로 대상물(40)을 픽업(pick up)하는 단계이다.
(s2) 단계는 대상물(40)의 하면에 접착층(13)을 전사하는 단계이다. (s2) 단계에서, 다이(1)는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척(3)은 100~170℃의 온도로 가열한다. 바람직하게는 다이는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척(3)은 160℃의 온도로 가열한다. 가압은 1~4MPa로 수행할 수 있다. 상부척(3)의 가열 온도가 다이(1)의 가열 온도보다 높아야 접착층(13)이 온도가 높은 쪽인 대상물(40)에 강하게 접착될 수 있다.
(s3) 단계는 접착층(13)을 대상물에 부착하여 픽업(pick up)하는 단계이다. (s3) 단계에서, 접착층(13)은 대상물(40)의 하면에 전사에 의해 부착되고 베이스 필름(11)에서 분리된다. 이때, 점착층(12)은 베이스 필름(11)에서 분리되지 않으므로 접착층(13)이 깨끗하게 분리될 수 있다.
(s4) 단계는 대상물(40)을 하부 기판(20) 상에 가접합하기 위해 대상물(40)을 하부 기판(20)의 상부로 이송하는 단계이다. 하부 기판(20)은 AMB 기판 또는 DBC 기판일 수 있다.
(s5) 단계는 상부척(3)에 고정된 대상물(40)을 하부 기판(20) 측으로 가압하여 대상물(40)을 하부 기판(20) 상에 가접시키는 단계이다. (s5) 단계에서, 다이(1)는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척(3)은 100~170℃의 온도로 가열한다. 바람직하게는 다이(1)는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척(3)은 160℃의 온도로 가열한다. 가압은 1~4MPa 범위로 수행할 수 있다.
(s6) 단계는 진공을 해제하고 상부척(3)을 상승시켜 가접을 완료하는 단계이다. 이와 같이, 80~100℃의 온도로 가열된 다이(1)를 이용하여 접착제 전사 필름(10)을 가열하고, 100~170℃의 온도로 가열된 상부척(3)을 이용하여 대상물(40)을 가열한 다음, 대상물(40)이 접착제 전사 필름(10) 측으로 가압되도록 상부척(3)을 하강시키면 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)이 온도가 더 높은 대상물(40)의 하면에 전사될 수 있다.
가접단계 후, 하부 기판(20) 상에 가접된 대상물(40)의 상부에 상부 기판(도 4의 도면 부호 30 참조)을 접합하고 소결하여 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 대상물(40)을 본접합시키는 단계를 수행한다. 소결은 240~300℃에서 가열 가압하면서 2분~5분 동안 수행한다. 가압은 8~15MPa 범위로 수행할 수 있다.
가압은 보이드(void) 발생을 방지하기 위한 것이다. 가압은 밀도를 높여 소결 공정시간을 현저하게 줄여준다. 따라서 가압 소결하면 접착층(13)이 구멍이 없이 조밀하게 되어 열전도가 높아지고 방열 특성이 우수해진다.
본접합시 소결 온도 및 시간은 양산 시간을 단축하기 위해 전술한 범위 내에서 조정가능하다. 예로서, 본접합시 소결은 250℃에서 가압을 5분 수행하는 것이 바람직하나, 양산성 향상을 위해 300℃에서 가압을 2분 수행할 수 있다. 소결은 접합 강도를 향상시키기 위한 것이다. 가압시 균일한 압력으로 가압하여 접착층(13)의 평탄도를 확보한다.
도 3에는 파워모듈용 기판의 예가 도시되어 있다.
파워모듈은 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 복층 구조이며, 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 반도체 칩(40a)이 설치된다. 반도체 칩은 Si, SiC, GaN과 같은 전력 반도체 칩이다.
하부 기판(20)과 상부 기판(30)은 반도체 칩(40a)으로부터 발생하는 열의 방열 효율을 높일 수 있도록, 세라믹 기재(21)와 세라믹 기재(21)의 적어도 일면에 브레이징 접합된 금속층(22)을 포함하는 세라믹 기판이다. 세라믹 기재(21)는 알루미나(Al2O3), AlN, SiN, Si3N4 중 어느 하나인 것을 일 예로 할 수 있다. 금속층(22)은 세라믹 기재(21) 상에 브레이징 접합된 금속박으로 반도체 칩(40a)을 실장하는 전극패턴 및 구동소자를 실장하는 전극패턴으로 각각 형성된다. 금속박은 알루미늄박 또는 동박인 것을 일 예로 한다. 금속박은 세라믹 기재 상에 780℃~1100℃로 소성되어 세라믹 기재와 브레이징 접합된 것을 일 예로 한다. 실시예는 AMB기판을 예로 들어 설명하나 DBC 기판, TPC 기판, DBA 기판을 적용할 수도 있다. 그러나 내구성 및 방열 효율면에서 AMB기판이 가장 적합하다.
반도체 칩(40a), 제1 전도성 스페이서(40b) 및 제2 전도성 스페이서(40c)는 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)을 전사시키고, 이 접착층(13)을 이용하여 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 접합된다. 접착층(13)은 고방열성을 갖는 Ag 접착층이다.
상하 복층 구조의 기판 사용시 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이의 간격을 유지하기 위하여 절연 스페이서(도 5의 도면 부호 40d 참조)를 사용하며, 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 전기가 통해야 할 경우 전도성 스페이서(40b,40c)를 사용한다. 이 경우 고방열성을 갖는 Ag 접착층을 사용하여 반도체 칩(40a)에서 발생하는 열이 하부 기판(20)을 통해서 상부 기판(30)으로 열 확산되는 것이 방지되도록 한다.
도 3에서 하부 기판(20)의 중앙에 위치한 1개가 제2 전도성 스페이서(40c)이고 제2 전도성 스페이서(40c)를 중심으로 양측에 이격되게 배치된 4개가 반도체 칩(40a)의 상면에 접합되고 상부 기판(30)과 접합되는 제1 전도성 스페이서(40b)이다. 본 발명의 파워모듈용 기판 제조방법은 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 반도체 칩과 제1 전도성 스페이서(40b)를 적층식으로 접합하고, 제2 전도성 스페이서(40c)를 반도체 칩과 제1 전도성 스페이서의 높이를 합한 높이와 동일하게 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 접합하여 방열 특성과 전기 전도성을 확보할 수 있다.
도 4에는 도 3의 하부 기판에 반도체 칩, 제1 전도성 스페이서, 제2 전도성 스페이서를 가접합하고, 그 상부에 상부 기판을 접합하여 소결하는 단계를 포함하는 파워모듈용 기판 제조방법의 실시예가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바에 의하면, 파워모듈용 기판 제조방법은 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)을 반도체 칩(40a)의 하면에 전사시키고, 접착층(13)이 전사된 반도체 칩(40a)을 접착층(13)을 매개로 하부 기판(20)의 상면에 가접합시키는 제1 가접단계(s10)와, 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)을 제1 전도성 스페이서(40b)의 하면에 전사시키고, 접착층(13)이 전사된 제1 전도성 스페이서(40b)를 접착층(13)을 매개로 반도체 칩(40a)의 상면에 가접합시키는 제2 가접단계(s20)와 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)을 제2 전도성 스페이서(40c)의 하면에 전사시키고, 접착층(13)이 전사된 제2 전도성 스페이서(40c)를 접착층(13)을 매개로 하부 기판(20)의 상면에 가접합시키는 제3 가접단계(S30)를 포함한다.
제1 가접단계(s10)에서, 반도체 칩(40a)은 Si, SiC, GaN과 같은 전력 반도체 칩이다.
제2 가접단계(S20)에서, 제1 전도성 스페이서(40b)는 인터커넥션 스페이서(CQC)이다. 또한, 제3 가접단계(S30)에서 제2 전도성 스페이서(40c)는 인터커넥션 스페이서(CQC)이다. 인터커넥션 스페이서(CQC)는 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 전기가 통해야 할 경우 사용한다. 인터커넥션 스페이서(CQC)는 전도성 금속 블록형태로 이루어지거나 사출물의 외면에 전도성 금속이 코팅된 블록형태로 이루어질 수 있다. 제2 전도성 스페이서(40c)의 높이는 반도체 칩(40a), 접착층(13), 제1 전도성 스페이서(40b)의 높이를 합한 높이와 동일한 높이로 형성된다.
하부 기판(20)은 AMB 기판 또는 DBC 기판일 수 있다. 제1 가접단계 내지 제3 가접단계에서 상부척(3)은 진공 흡착으로 상부척(3)에 반도체 칩(40a), 제1 전도성 스페이서(40b) 및 제2 전도성 스페이서(40c) 등을 고정한다.
제1 가접단계(s10) 내지 제3 가접단계(s30)에서 상부척(3)에 의한 가열 가압은 100~170℃의 온도 1~4MPa의 압력으로 20초 정도 수행한다. 이때, 다이(1)는 80~100℃의 온도로 가열되어 유지된다.
제3 가접단계(S30)후, 하부 기판(20) 상에 가접된 제1 전도성 스페이서(40b)와 제2 전도성 스페이서(40c)의 상부에 상부 기판(30)을 접합하고 소결하여, 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 반도체 칩(40a), 제1 전도성 스페이서(40b), 제2 전도성 스페이서(40c)를 본접합시키는 본접단계를 수행한다.
본접단계는 하부 기판(20) 상에 가접된 제1 전도성 스페이서(40b) 및 제2 전도성 스페이서(40c)와 대응되게 위치되도록 상부 기판(30)의 하면에 접착층(13)을 형성하는 단계(s40)와, 상부 기판(30)을 상부척(3)에 고정하고, 상부척(3)에 고정된 상부 기판(30)을 하부 기판(20) 측으로 가열 가압하여 반도체 칩(40a)과 제1 전도성 스페이서(40b)의 가접합체(40') 및 제2 전도성 스페이서(40c)를 상부 기판(30)과 하부 기판(20)의 사이에 본접합시키는 단계(s50)를 포함한다. 본접단계에서, 가열 가압은 240~300℃의 온도 8~15MPa의 압력으로 2분~5분 동안 수행한다.
가접단계의 접착층(Adhesive layer)(13)은 본접단계 수행 후 소결된 접착층(Bonding layer)(13')이 된다. 소결된 접착층(13')은 가압 소결에 의해 보이드(void) 없이 조밀하게 되므로 접합 강도 향상되고 우수한 방열 전극의 기능을 하게 된다.
도 5에는 파워모듈용 기판의 다른 예가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 파워모듈용 기판은 하부 기판(20)이며, 하부 기판(20)의 중앙에 위치한 2개가 제2 전도성 스페이서(40c)이고, 제2 전도성 스페이서(40c)의 양측에 각각 4개가 위치한 것이 반도체 칩(40a)과 접합되는 제1 전도성 스페이서(40b)이다. 그리고 하부 기판(20)의 모서리에 위치한 4개가 절연 스페이서(40d)이다.
제1 전도성 스페이서(40b)와 제2 전도성 스페이서(40c)는 인터커넥션 스페이서(CQC)이고, 절연 스페이서(40d)는 하부 기판(20)과 상부 기판(30)의 사이에 방열 공간을 형성하는 기능을 한다. 절연 스페이서(40d)는 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 제1 전도성 스페이서(40b)와 제2 전도성 스페이서(40c)는 방열과 전기적 도통의 3가지 기능을 수행한다. 절연 스페이서(40d)는 두 기판 사이에 공간을 형성하여 방열 기능을 수행한다.
도 5에 도시된 파워모듈용 기판의 경우도 도 4에 도시된 바와 같은 공정 과정을 통해 하부 기판(20)에 반도체 칩(40a), 제1 전도성 스페이서(40b), 제2 전도성 스페이서(40c) 및 절연 스페이서(40d)를 균일한 높이로 접합할 수 있다.
도 5에 도시된 파워모듈용 기판 제조방법은 접착제 전사 필름 상의 접착층(13)이 전사된 반도체 칩(40a), 제1 전도성 스페이서(40b), 제2 전도성 스페이서(40c) 및 절연 스페이서(40d)를 접착층(13)을 매개로 하부 기판(20)에 가접합시키는 가접단계(s100)와, 하부 기판(20) 상에 반도체 칩(40a), 제1 전도성 스페이서(40b) 및 제2 전도성 스페이서(40c), 절연 스페이서(40d)가 가접된 상태를 소결하여 하부 기판(20) 상에 반도체 칩(40a), 제1 전도성 스페이서(40b) 및 제2 전도성 스페이서(40c), 절연 스페이서(40d)를 본접합시키는 본접단계를 수행한다.
가접단계에서, 하부 기판(20)이 안착되는 다이(1)는 80~100℃로 가열하고, 하부 기판(20)에 각 대상물(40)을 가접하기 위한 상부척은 100~170℃의 온도로 가열할 수 있다.
본접단계에서, 하부 기판(20)이 안착되는 다이(1')는 240~300℃로 가열하고, 하부 기판(20)에 각 대상물(40)을 본접하기 위한 가열가압체(5)는 240~300℃의 온도로 가열하면서 8~15MPa의 압력으로 가압할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 예는 하부 기판(20)에만 대상물(40)을 가접하고 소결하는 것으로 설명하였으나, 하부 기판(20)에 대상물(40)이 가접된 상태에서 대상물(40)에 상부 기판(30)을 접합 및 소결하는 본접단계가 수행될 수도 있다.
상술한 본 발명의 파워모듈용 기판 제조방법은 접착층(13)의 하면 평탄도를 베이스 필름(11)이 잡아주고, 접착층(13)의 상면 평탄도는 상부척(3)의 가압력으로 잡아줄 수 있으므로 접착층(13)의 두께를 얇고 균일하게 형성할 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 파워모듈용 기판 제조방법은 필름 형태로 제작된 접착제 전사 필름(10)을 이용하여 하부 기판(20)에 반도체 칩(40a)과 제1 전도성 스페이서(40b)를 적층식으로 접합한 다음 최종 1회 소결로 접합 공정이 완료되므로 공정이 최소화되고 공정 시간을 감소시킬 수 있으며 설비 투자비도 감소된다.
만약, 하부 기판(20)에 반도체 칩(40a)을 가접합하고 반도체 칩(40a)에 제1 전도성 스페이서(40b)를 가접합하는 작업을 Ag 소결 페이스트를 이용하여 수행하면, 하부 기판에 반도체 칩과 제1 전도성 스페이서를 가접합한 다음 1차 소결하고, 제1 전도성 스페이서에 상부 기판을 접합하기 위해 제1 전도성 스페이서 상에 추가로 Ag 소결 페이스트를 도포하고 2차 소결해야하는 번거로움이 있고, Ag 소결 페이스트를 균일하게 도포하기 어려우므로 각 소결공정마다 가압을 해야하기 때문에 공정시간이 길어지고 Ag 소결 페이스트의 도포를 위해 고가의 장비가 필요하게 되므로 설비 투자비가 증가한다. 따라서 Ag 소결 페이스트를 필름 형태로 제작하여 파워모듈용 기판 제조방법에 적용하는 것이 공정 시간을 감소시키고 설비 투자비도 감소시킬 수 있는 점에서 효과적이다.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 접착제 전사 필름
11: 베이스 필름
12: 점착층 13: 접착층
13': 소결된 접착층 20: 하부 기판
21,31: 세라믹 기재 22,32: 금속층
30: 상부 기판 40: 대상물
40a: 반도체 칩 40b: 제1 전도성 스페이서
40c: 제2 전도성 스페이서 40d: 절연 스페이서
1: 다이 3: 상부척
12: 점착층 13: 접착층
13': 소결된 접착층 20: 하부 기판
21,31: 세라믹 기재 22,32: 금속층
30: 상부 기판 40: 대상물
40a: 반도체 칩 40b: 제1 전도성 스페이서
40c: 제2 전도성 스페이서 40d: 절연 스페이서
1: 다이 3: 상부척
Claims (13)
- 베이스 필름;
상기 베이스 필름 상에 형성된 점착층; 및
상기 점착층 상에 형성된 접착층;
을 포함하는 접착제 전사 필름. - 제1항에 있어서,
상기 접착층은 Ag 접착층이고,
상기 Ag 접착층은 Ag 분말 97~99 중량%와 바인더 1~3 중량%를 포함하는 접착제 전사 필름. - 제1항에 있어서,
상기 베이스 필름은 PET 필름이고,
상기 점착층은 OCA인 접착제 전사 필름. - 접착제 전사 필름을 준비하는 준비단계;
상기 접착제 전사 필름 상의 접착층을 대상물에 전사시키고, 상기 접착층이 전사된 대상물을 상기 접착층을 매개로 하부 기판에 가접합시키는 가접단계; 및
상기 하부 기판 상에 가접된 상기 대상물의 상부에 상부 기판을 접합하고 소결하여 상기 하부 기판과 상기 상부 기판의 사이에 상기 대상물을 본접합시키는 본접단계;
를 포함하는 파워모듈용 기판 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 준비단계는,
베이스 필름을 준비하는 단계;
상기 베이스 필름 상에 점착층을 형성하는 단계; 및
상기 점착층 상에 접착층을 형성하는 단계;
를 포함하는 파워모듈용 기판 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 준비단계는,
PET 필름 상에 OCA 필름을 부착하는 단계; 및
상기 OCA 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 도포 또는 인쇄하고 건조하여 Ag 접착층을 형성하는 단계;
를 포함하는 파워모듈용 기판 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 가접단계는,
다이에 상기 접착제 전사 필름을 고정시키고, 진공을 이용하여 대상물을 흡착 및 고정하는 상부척에 대상물을 고정시키는 단계;
상기 상부척과 상기 다이를 각각 가열하면서 상기 상부척에 고정된 상기 대상물을 상기 접착제 전사 필름 측으로 가압하여 상기 접착제 전사 필름 상의 접착층을 상기 대상물에 전사시키는 단계;
진공을 유지하면서 상기 상부척을 상승시켜 상기 접착층이 부착된 대상물을 상승시키는 단계;
상기 상부척을 하부 기판의 상부로 이송시키는 단계;
상기 상부척에 고정된 대상물을 상기 하부 기판 측으로 가압하여 상기 대상물을 상기 하부 기판에 가접합시키는 단계; 및
진공을 해제하고 상기 상부척을 상승시키는 단계;
를 포함하는 파워모듈용 기판 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 다이는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상기 상부척은 100~170℃의 온도로 가열하는 파워모듈용 기판 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 소결은 240~300℃에서 가열 가압하면서 2분~5분 동안 수행하는 파워모듈용 기판 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 가접단계에서,
상기 대상물은 반도체 칩, 제1 전도성 스페이서 및 제2 전도성 스페이서를 포함하고,
상기 가접단계는,
상기 접착제 전사 필름 상의 접착층을 반도체 칩의 하면에 전사시키고, 상기 접착층이 전사된 반도체 칩을 상기 접착층을 매개로 하부 기판의 상면에 가접합시키는 제1 가접단계;
상기 접착제 전사 필름 상의 접착층을 제1 전도성 스페이서의 하면에 전사시키고, 상기 접착층이 전사된 제1 전도성 스페이서를 상기 접착층을 매개로 상기 반도체 칩의 상면에 가접합시키는 제2 가접단계; 및
상기 접착제 전사 필름 상의 접착층을 제2 전도성 스페이서의 하면에 전사시키고, 상기 접착층이 전사된 제2 전도성 스페이서를 상기 접착층을 매개로 상기 하부 기판의 상면에 가접합시키는 제3 가접단계;
를 포함하는 파워모듈용 기판 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 제2 전도성 스페이서의 높이는 상기 반도체 칩, 상기 접착층, 상기 제1 전도성 스페이서의 높이를 합한 높이와 동일한 높이인 파워모듈용 기판 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 본접단계는
상기 하부 기판 상에 가접된 상기 제1 전도성 스페이서 및 상기 제2 전도성 스페이서와 대응되게 위치되도록 상부 기판의 하면에 접착층을 형성하는 단계; 및
상기 상부 기판을 상부척에 고정하고, 상기 상부척에 고정된 상부 기판을 상기 하부 기판 측으로 가열 가압하여 상기 반도체 칩과 상기 제1 전도성 스페이서의 가접합체 및 상기 제2 전도성 스페이서를 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 본접합시키는 단계;
를 포함하는 파워모듈용 기판 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 상부 기판과 상기 하부 기판은 AMB기판 또는 DBC 기판을 사용하는 파워모듈용 기판 제조방법.
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| KR1020200051778A KR20210133069A (ko) | 2020-04-28 | 2020-04-28 | 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 파워모듈용 기판 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210133069A true KR20210133069A (ko) | 2021-11-05 |
Family
ID=78507986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200051778A KR20210133069A (ko) | 2020-04-28 | 2020-04-28 | 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 파워모듈용 기판 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210133069A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023128414A1 (ko) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | 주식회사 아모센스 | 세라믹 기판 유닛 및 그 제조방법 |
-
2020
- 2020-04-28 KR KR1020200051778A patent/KR20210133069A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023128414A1 (ko) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | 주식회사 아모센스 | 세라믹 기판 유닛 및 그 제조방법 |
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