KR20240123179A - 양면 냉각 파워 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈은 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 형성된 PCB 기판, 상기 PCB 기판 위에 형성된 적어도 하나의 전력 소자, 상기 하부 기판 위에 형성된 외부 연결 단자, 상기 전력 소자들 위에 형성된 상부 기판을 포함하며, 상기 PCB 기판은 상기 전력 소자의 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 멀티 레이어 구조의 배선 패턴들을 포함하며, 상기 배선 패턴들은 상기 전력 소자의 소스 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 1 배선 패턴들, 상기 전력 소자의 게이트 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 2 배선 패턴들 및 상기 전력 소자의 켈빈 소스 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 3 배선 패턴들을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 양면 냉각 파워 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각 효율 향상 및 신뢰성 향상을 위한 양면 냉각 파워 모듈에 관한 것이다.
전력 반도체(Power Semiconductor)는 전력용 파워 스위칭 소자(Power Switching Device)와 제어 IC로 구성되어 전자기기에 들어오는 전력을 변환하고, 분해 및 관리하는 역할을 하는 반도체이다. 전력반도체는 일반 반도체에 비해 고내압화, 고신뢰성 등이 요구되어 진다. 특히, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 개발로 그 수요가 증가 추세에 있다. 이러한 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에 사용되는 전력 변환 모듈은 DC를 AC로, 혹은 AC를 DC로 변환하는데 이용되는 전력 반도체 소자(Power semiconductor device)들로 구성될 수 있다.
전력 모듈은 전력반도체 소자 및 패키징 소재의 모듈 집적화 설계 기술, 제조공정기술, 특성시험 및 신뢰성 평가 기술 등의 주요 기술을 통해 구현된다. 특히, 친환경 자동차인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에 적용되는 전력 모듈은 고온 및 진동 등의 열악한 환경에서 동작하기 때문에 높은 신뢰성이 요구된다.
이러한 전력 모듈은 전력소자와 소자 또는 소자와 기판 사이를 전기적으로 연결하기 위해서, 복수개의 알루미늄(Al) 와이어를 접합하여 사용해 왔다. 그러나, Al 와이어를 통해 전류와 열이 이동하게 될 경우, Al 와이어의 길이가 길어지고 그 수가 많을수록 전력 모듈이 갖게 되는 기생 인덕턴스가 증가하게 된다. 기생 인덕턴스는 반도체 오버슈트 전압(Overshot)과 스위칭 손실이 발생하는 주된 원인이 되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 양면 냉각을 통해 냉각효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 와이어 본딩이 아닌 직접 본딩 방식을 통해 기생 인덕턴스를 감소시킬 수 있는 양면 냉각 파워 모듈을 제공하고자 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈은 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 형성된 PCB 기판, 상기 PCB 기판 위에 형성된 적어도 하나의 전력 소자, 상기 하부 기판 위에 형성된 외부 연결 단자, 상기 전력 소자들 위에 형성된 상부 기판을 포함하며, 상기 PCB 기판은 상기 전력 소자의 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 멀티 레이어 구조의 배선 패턴들을 포함하며, 상기 배선 패턴들은 상기 전력 소자의 소스 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 1 배선 패턴들, 상기 전력 소자의 게이트 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 2 배선 패턴들 및 상기 전력 소자의 켈빈 소스 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 3 배선 패턴들을 포함할 수 있다.
상기 제 1 배선 패턴들은 제 1 레이어에 위치하며 상기 소스 단자들과 연결되는 복수의 제 1 배선들, 상기 제 1 레이어와 다른 제 2 레이어에서 상기 제 1 배선들과 같은 위치에 위치하며 상기 제 1 배선들과 각각 연결되는 복수의 제 2 배선들 및 상기 제 2 레이어와 다른 제 3 레이어에서 일부분이 상기 제 2 배선들과 수직 방향으로 중첩되게 위치하며 상기 제 2 배선들과 공통 연결되는 제 3 배선을 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 배선들은 일체형으로 서로 연결될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 배선들은 각각 사각의 패드 형태로 형성되고 상기 제 3 배선은 "H"형태로 형성될 수 있다.
상기 제 2 배선 패턴들은 상기 제 1 레이어에 위치하며 상기 게이트 단자들과 공통 연결되는 제 4 배선 및 상기 제 3 레이어에 위치하며 제 1 관통 전극을 통해 상기 제 4 배선과 연결되는 제 5 배선을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 제 4 배선은 제 1 방향 또는 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장되는 복수의 라인 타입의 배선들이 일체형으로 연결된 형태를 가질 수 있으며, 상기 제 5 배선은 상기 제 3 배선의 일측에 위치하며 사각의 패드 형태를 가질 수 있다.
상기 제 3 배선 패턴들은 상기 제 1 레이어에 위치하며 상기 켈빈 소스 단자들과 개별적으로 연결되는 복수의 제 6 배선들, 상기 제 2 레이어에 위치하며 제 2 관통 전극들을 통해 상기 제 6 배선들과 공통 연결되는 제 7 배선 및 상기 제 3 레이어에 위치하며 제 3 관통 전극을 통해 상기 제 7 배선과 연결되는 제 8 배선을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 제 7 배선은 제 1 방향 또는 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장되는 복수의 라인 타입의 배선들이 일체형으로 연결된 형태를 가질 수 있으며, 상기 제 8 배선은 상기 제 5 배선과 대칭되게 상기 제 3 배선의 일측에 위치하며 사각의 패드 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 배선 패턴들은 상기 제 1 레이어에 위치하며 상기 게이트 단자들과 개별적으로 연결되는 복수의 제 4 배선들, 상기 제 2 레이어에 위치하며 제 1 관통 전극들을 통해 상기 제 4 배선들과 공통 연결되는 제 5 배선 및 상기 제 3 레이어에 위치하며 제 2 관통 전극을 통해 상기 제 5 배선과 연결되는 제 6 배선을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 제 5 배선은 제 1 방향 또는 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장되는 복수의 라인 타입의 배선들이 일체형으로 연결된 형태를 가질 수 있으며, 상기 제 6 배선은 상기 제 3 배선의 일측에 위치하며 사각의 패드 형태를 가질 수 있다.
상기 제 3 배선 패턴들은 상기 제 1 레이어에 위치하며 상기 켈빈 소스 단자들과 공통 연결되는 제 7 배선 및 상기 제 3 레이어에 위치하며 제 3 관통 전극을 통해 상기 제 7 배선과 연결되는 제 8 배선을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 제 7 배선은 제 1 방향 또는 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장되는 복수의 라인 타입의 배선들이 일체형으로 연결된 형태를 가질 수 있으며, 상기 제 8 배선은 상기 제 6 배선과 대칭되게 상기 제 3 배선의 일측에 위치하며 사각의 패드 형태를 가질 수 있다.
상기 적어도 하나의 전력 소자는 상기 PCB 기판 상에 병렬로 접합된 복수개의 전력 소자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈은 양면 냉각을 통해 냉각효율 및 신뢰성을 향상시키고 모듈에서 발생될 수 있는 기생 인덕턴스를 감소시킬 수 있다.
물론 이러한 효과는 예시적인 것이고, 이러한 효과에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈의 하부 구조체의 개략적인 구조를 예시적으로 보여주는 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈의 상부 구조체의 개략적인 구조를 예시적으로 보여주는 평면도.
도 3은 도 1 및 도 2의 구조체가 적층된 후 도 1에서의 A-A′절취선을 따라 절단된 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 단면도.
도 4a는 PCB 기판의 제 1 레이어(LAYER 1)에 형성된 금속 배선 패턴을 예시적으로 보여주는 도면.
도 4b는 PCB 기판의 제 2 레이어(LAYER 2)에 형성된 금속 배선 패턴을 예시적으로 보여주는 도면.
도 4c는 PCB 기판의 제 3 레이어(LAYER 3)에 형성된 금속 배선 패턴을 예시적으로 보여주는 도면.
도 5a는 도 4a 내지 도 4c의 배선들이 적층된 PCB 기판을 도 4a에서의 B-B′절취선을 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 5b는 도 4a 내지 도 4c의 배선들이 적층된 PCB 기판을 도 4a에서의 C-C′절취선을 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈의 상부 구조체의 개략적인 구조를 예시적으로 보여주는 평면도.
도 3은 도 1 및 도 2의 구조체가 적층된 후 도 1에서의 A-A′절취선을 따라 절단된 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 단면도.
도 4a는 PCB 기판의 제 1 레이어(LAYER 1)에 형성된 금속 배선 패턴을 예시적으로 보여주는 도면.
도 4b는 PCB 기판의 제 2 레이어(LAYER 2)에 형성된 금속 배선 패턴을 예시적으로 보여주는 도면.
도 4c는 PCB 기판의 제 3 레이어(LAYER 3)에 형성된 금속 배선 패턴을 예시적으로 보여주는 도면.
도 5a는 도 4a 내지 도 4c의 배선들이 적층된 PCB 기판을 도 4a에서의 B-B′절취선을 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 5b는 도 4a 내지 도 4c의 배선들이 적층된 PCB 기판을 도 4a에서의 C-C′절취선을 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
다르게 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 용어들은 해당기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 같은 의미로 사용된다. 도면에서, 층 및 영역의 크기는 설명을 위해 과장되었고, 따라서 본 발명의 일반적인 구조들을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈의 하부 구조체의 개략적인 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈의 상부 구조체의 개략적인 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다. 그리고, 도 3은 도 1에서 A-A′의 절취선을 따라 절단된 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 단면도로, 도 1의 하부 구조체와 도 2의 상부 구조체가 적층되었을 때 단면 모습을 보여준다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 냉각 파워 모듈(1000)은 하부 기판(100), 전력소자 칩(200), 스페이서(300) 및 상부 기판(400)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양면 냉각 파워 모듈(1000)은 하부 기판(100), 전력소자 칩(200), 스페이서(300) 및 상부 기판(400)이 순차적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 도 1은 하부 기판(100) 위에 전력소자 칩들(200)이 실장된 양면 냉각 파워 모듈의 하부 구조체(1000A)를 나타낼 수 있으며, 도 2는 상부 기판(400)의 하부면에 스페이서(300)가 형성된 양면 냉각 파워 모듈의 상부 구조체(1000B)를 나타낼 수 있다.
하부 구조체(1000A)는 하부 기판(100) 및 하부 기판(100) 위에 실장된 복수개의 전력소자 칩들(200)을 포함할 수 있다.
하부 기판(100)은 AMC(active metal brazed copper) 기판과 같은 DBC(direct bonder copper) 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 기판(100)은 구리(Cu)와 같은 전도성이 좋은 금속층(102, 106)이 세라믹 기판(104)의 상부면 및 하부면 상에 형성된 것으로서, 적어도 하나 이상의 층이 적층된 형태로 형성될 수 있다.
하부 기판(100)은 제 1 하부 금속층(102), 제 1 세라믹층(104) 및 제 1 상부 금속층(106)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 세라믹층(104)의 하부면과 상부면에 각각 제 1 하부 금속층(102)과 제 1 상부 금속층(106)이 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 하부 금속층(102)과 제 1 상부 금속층(106)은 금속 회로 패턴을 의미할 수 있다. 금속 회로 패턴은 전력소자 칩(200)의 단자들과 외부 연결 단자들(500P, 500S)과의 전기적 연결을 고려하여 설계될 수 있다.
각 전력소자 칩(200)은 PCB 기판(210)에 형성된 금속 배선에 접합된 복수개의 전력 소자들(220)을 포함할 수 있다. 전력 소자들(220)은 전력 스위치로 기능하는 SiC(Silicon Carbide) 소자들을 포함할 수 있다. 각 전력소자 칩(200)에서 전력 소자들(220)은 병렬로 연결될 수 있다. 전력소자들(220)은 플립 칩(flip chip) 기술을 이용하여 PCB 기판(210)에 직접 접합될 수 있다.
전력소자 칩들(200)의 PCB 기판(210)은 솔더(232)를 통해 제 1 상부 금속층(106)의 금속 회로 패턴과 직접 접합될 수 있다. 예를 들어, 전력 소자들(220)의 소스(source), 게이트(gate) 및 켈빈 소스(kelvin source) 단자들은 PCB 기판(210)의 금속 배선들과 관통 전극 및 솔더(232)를 통해 제 1 상부 금속층(106)의 금속 회로 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다.
PCB 기판(210)은 멀티 레이어로 형성된 금속 배선들 및 서로 다른 레이어에 있는 금속 배선들을 전기적으로 연결하는 관통 전극들을 포함할 수 있다. 이러한 PCB 기판(210)의 구조는 후술된다.
하부 기판(100)의 일단 및 타단에는 외부 연결 단자들(500S, 500P)이 형성될 수 있다. 단자들(500S, 500P)은 리드프레임을 이용하여 형성될 수 있으며, 하부 기판(100)과 일체형으로 형성되거나 솔더(234)를 통해 하부 기판(100)과 연결되게 형성될 수 있다. 단자들(500S, 500P)은 시그널 단자들(500S)과 파워 단자들(500P)을 포함할 수 있다. 시그널 단자들(500S)과 파워 단자들(500P)은 서로 구분되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 기판(100)의 일측 단부(도 1에서 상단)에는 시그널 단자들(500S)만 형성될 수 있으며, 시그널 단자들(500S)이 형성된 단부의 반대편인 하부 기판(100)의 타측 단부(도 1에서 하단)에는 파워 단자들(500P)만 형성될 수 있다.
단자들(500S, 500P)은 제 1 상부 금속층(106)에 형성된 금속 회로 패턴을 통해 전력소자 칩들(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 단자들(500S, 500P)은 제 1 상부 금속층(106)에 형성된 금속 회로 패턴 및 PCB 기판(210)을 통해 전력 소자들(220)의 소스 단자들, 게이트 단자들 및 켈빈 소스 단자들과 전기적으로 연결될 수 있다.
상부 구조체(1000B)는 하부 구조체(1000A) 위에 적층되는 형태로서, 하부 기판(100)과 동일한 크기의 상부 기판(400)을 포함할 수 있다. 상부 기판(400)은, 하부 기판(100)과 같이, DBC 기판을 포함할 수 있다. 상부 기판(400)은 제 2 하부 금속층(402), 제 2 세라믹층(404) 및 제 2 상부 금속층(406)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 세라믹층(404)의 하부면과 상부면에 각각 제 2 하부 금속층(402)과 제 2 상부 금속층(406)이 형성될 수 있다. 제 2 하부 금속층(402)과 제 2 상부 금속층(406)은 금속 회로 패턴을 의미할 수 있다.
제 2 하부 금속층(402)의 하부면에는 스페이서(300)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 스페이서(300)는 솔더(238)에 의해 제 2 하부 금속층(402)의 하부면에 접합될 수 있다. 스페이서(300)는 전력소자 칩들(200)을 커버하도록 위치할 수 있으며, 스페이서(300)의 하부면과 전력소자 칩들(200)의 상부면은 솔더(236)를 통해 서로 접합될 수 있다. 스페이서(300)와 상부 기판(400)의 금속층들(402, 406)은 전력소자 칩들(200)의 전기적 연결(예를 들어, 전력 소자들의 드레인 단자에 대한 전기적 연결)을 고려하여 설계될 수 있다.
하부 기판(100), 전력소자 칩(200), 스페이서(300) 및 상부 기판(400)의 외주면이 감싸지도록 몰딩부(600)가 형성될 수 있다. 몰딩부(600)는 내부에 포함된 구성요소들을 보호하는 기능을 수행할 수 있으며, 리드프레임으로 제조된 외부 연결 단자들(500S, 500P)의 적어도 어느 일부분은 몰딩부(600)의 외부로 돌출될 수 있다. 몰딩부(600)는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 또는 폴리이미드(poly imide) 계열의 재료와 같이, 절연성 및 보호성이 우수한 폴리머 재질을 포함할 수 있다. 전력소자 칩들(200) 및 스페이서(300)는 몰딩부(600) 내에 매립될 수 있다.
상술한 실시예에서는 전력소자 칩(200)과 상부 기판(400) 사이에 스페이서(300)가 형성되는 경우를 설명하였으나, 스페이서(300)는 생략될 수도 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 기판에 형성된 배선 패턴들을 예시적으로 보여주는 도면들로, 도 4a 내지 도 4c는 각각 제 1 레이어(LAYER 1), 제 2 레이어(LAYER 2), 제 3 레이어(LAYER 3)에 형성된 금속 배선 패턴을 예시적으로 나타낼 수 있다. 또한, 도 5a 및 도 5b는 도 4a 내지 도 4c의 배선들이 적층된 PCB 기판을 도 4a에서의 B-B′및 C-C′절취선을 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
본 실시예에서는 어느 하나의 전력 소자에 대응되는 배선 패턴들을 예시적으로 보여준다.
도 4a 내지 도 4c, 도 5a 및 도 5b을 참조하면, PCB 기판(210)은 멀티 레이어(LAYER 1 ?? LAYER 3)의 도전성 배선 패턴들이 적층된 멀티 레이어 PCB 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, PCB 기판(210)은 3 레이어 PCB(three layered PCB) 기판을 포함할 수 있다.
예를 들어, PCB 기판(210)은 멀티 레이어(LAYER 1 ?? LAYER 3)의 금속 배선 패턴들(212S-216S, 212G, 216G, 212KS-216KS), 금속 배선 패턴들(212S-216S, 212G, 216G, 212KS-216KS) 사이에 위치하는 절연층들(218, 219) 및 서로 다른 레이어에 형성된 금속 배선 패턴들(212S-216S, 212G, 216G, 212KS-216KS)을 전기적으로 연결하는 관통 전극들(TSV1-TSV3)을 포함할 수 있다.
금속 배선 패턴들(212S-216S)은 전력 소자들(220)의 소스(source) 단자들과 하부 기판(100)의 제 1 상부 금속층(106)을 전기적으로 연결시키기 위한 배선 패턴들(소스 배선 패턴들)일 수 있다.
PCB 기판(210)의 제 1 레이어(LAYER 1)에 형성된 금속 배선 패턴(212S)은 솔더(242S)를 통해 전력 소자들(220)의 소스(source) 단자들과 접합될 수 있으며, 서로 분리된 복수개의 사각 패드 형태의 금속 배선들을 포함할 수 있다. 제 2 레이어(LAYER 2)에 형성된 금속 배선 패턴(214S)도 금속 배선 패턴(212S)과 같은 위치에 배치된 복수개의 사각 패드 형태의 금속 배선들을 포함할 수 있다. 제 3 레이어(LAYER 3)에 형성된 금속 배선 패턴(216S)은 솔더(232S)를 통해 하부 기판(100)의 제 1 상부 금속층(106)과 접합될 수 있으며, 일부분이 금속 배선 패턴들(212S, 214S)과 수직 방향으로 중첩되는 크기를 갖는 금속 배선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 금속 배선(216S)은 도 4c에서와 같이"H"형태로 형성될 수 있다.
금속 배선 패턴들(212S-216S)은 수직 방향으로 서로 일체형으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 금속 배선 패턴들(212S, 214S)은 절연층(218)을 관통하면서 서로 일체형으로 연결될 수 있으며, 금속 배선 패턴들(214S, 216S)은 절연층(219)을 관통하면서 서로 일체형으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 금속 배선 패턴들(212S-216S)에 각각 서로 다른 참조번호를 부여하고 구분되게 표시하였으나, 금속 배선 패턴들(212S-216S)은 관통 전극을 통해 서로 전기적으로 연결되는 것이 아니라 금속 배선 자체가 절연층들(218, 219)을 관통하는 일체형으로 된 하나의 배선으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서의 소스 배선 패턴들은 제 1 레이어(LAYER 1) 및 제 2 레이어(LAYER 2)에서 분리되게 형성된 금속 배선들(212S)이 제 3 레이어(LAYER 3)에 있는 하나의 금속 배선(212S)에 공통 연결되는 구조로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 금속 배선 패턴들(212S, 214S)이 각각 4개의 금속 배선들을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 금속 배선들의 수 및 위치는 전력 소자들(220)에 있는 소스 단자들의 수 및 위치에 대응되게 정해질 수 있다. 또한, 금속 배선의 형태는 사각의 패드 형태로 한정되지 않는다.
금속 배선 패턴들(212G, 216G)은 전력 소자(220)의 게이트(gate) 단자들과 하부 기판(100)의 제 1 상부 금속층(106)을 전기적으로 연결시키기 위한 배선 패턴들(게이트 배선 패턴들)일 수 있다.
제 1 레이어(LAYER 1)에 형성되는 금속 배선 패턴(212G)은 솔더(242G)를 통해 전력 소자(220)의 게이트 단자들과 접합될 수 있으며, 제 3 레이어(LAYER 3)에 형성되는 금속 배선 패턴(216G)은 솔더(232G)를 통해 하부 기판(100)의 제 1 상부 금속층(106)과 접합될 수 있다.
금속 배선 패턴(212G)은 제 1 방향(예컨대, X 방향) 또는 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향(예컨대, Y 방향)으로 연장되는 선폭(CD: Critical Dimension)이 작은 라인 타입의 복수개의 배선들이 일체형으로 연결된 금속 배선을 포함할 수 있다. 금속 배선 패턴(212G)의 형태는 전력 소자(220)에서 게이트 단자들의 위치에 따라 달라질 수 있다. 금속 배선(212G)은 각 전력 소자(220)의 게이트 단자들에 공통 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 레이어(LAYER 1)에서는 각 전력 소자(220) 별로 하나의 금속 배선(212G)이 대응되는 전력 소자(220)의 모든 게이트 단자들에 공통으로 접합될 수 있다. 금속 배선 패턴(216G)은 금속 배선 패턴(212G) 보다 선폭이 큰 사각 패드 형태의 금속 배선을 포함할 수 있다. 금속 배선 패턴(216G)은 일부분이 금속 배선 패턴(212G)의 일부분과 수직 방향으로 중첩되게 위치할 수 있으며, 하나의 관통 전극(TSV1)을 통해 금속 배선 패턴(212G)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서의 게이트 배선 패턴들은 제 1 레이어(LAYER 1)에 있는 하나의 금속 배선(212G)이 대응되는 전력 소자(220)의 게이트 단자들과 공통 연결되고, 금속 배선(212G)은 하나의 관통 전극(TSV1)을 통해 제 3 레이어(LAYER 3)에 있는 하나의 금속 배선(216G)과 연결되는 구조로 형성될 수 있다.
금속 배선 패턴들(212KS-216KS)은 전력 소자(220)의 켈빈 소스(kelvin source) 단자들과 하부 기판(100)의 제 1 상부 금속층(106)을 전기적으로 연결시키기 위한 배선 패턴들(켈빈 소스 배선 패턴들)일 수 있다.
제 1 레이어(LAYER 1)에 형성되는 금속 배선 패턴(212KS)은 솔더(242KS)를 통해 전력 소자(220)의 켈빈 소스 단자들과 접합될 수 있으며, 제 3 레이어(LAYER 3)에 형성되는 금속 배선 패턴(216KS)은 솔더(232KS)를 통해 하부 기판(100)의 제 1 상부 금속층(106)과 접합될 수 있다.
금속 배선 패턴(212KS)은 제 2 방향으로 연장되는 선폭이 작고 길이가 짧은 라인 타입의 복수개의 금속 배선들을 포함할 수 있다. 금속 배선들(212KS)은 금속 배선 패턴(212G)의 양측에 대칭되게 위치할 수 있다. 금속 배선들(212KS)의 위치는 전력 소자(220)에서 켈빈 소스 단자들의 위치에 따라 달라질 수 있다. 금속 배선들(212KS)은 전력 소자(220)의 켈빈 소스 단자들과 개별적으로 연결될 수 있다. 금속 배선 패턴(214KS)은 제 1 방향 또는 제 2 방향으로 연장되는 선폭이 작은 라인 타입의 복수개의 배선들이 일체형으로 연결된 금속 배선을 포함할 수 있다. 금속 배선들(212KS)은 각각 관통 전극(TSV2)을 통해 제 2 레이어(LAYER 2)에 있는 하나의 금속 배선(214KS)에 공통 연결될 수 있다. 금속 배선 패턴(214KS)은 관통 전극(TSV3)을 통해 금속 배선 패턴(216KS)과 연결될 수 있다. 금속 배선 패턴(216KS)은 금속 배선들(212KS, 214KS) 보다 선폭이 큰 사각 패드 형태의 금속 배선을 포함할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서의 켈빈 소스 배선 패턴들은 제 1 레이어(LAYER 1)에서 분리되게 형성된 복수개의 금속 배선들(212KS)이 각각 관통 전극(TSV2)을 통해 제 2 레이어(LAYER 2)에 있는 하나의 금속 배선(214KS)에 공통 연결되고, 금속 배선(214KS)은 관통 전극(TSV3)을 통해 제 3 레이어(LAYER 3)에 있는 하나의 금속 배선(216KS)과 연결되는 구조로 형성될 수 있다.
상술한 실시예에서는, 참조번호 212G-216G과 같은 형태의 금속 배선들이 게이트 배선 패턴으로 사용되고 참조번호 212KS-216KS과 같은 형태의 금속 배선들이 켈빈 소스 배선 패턴으로 사용되는 경우가 설명되었으나, 켈빈 소스 배선 패턴이 게이트 배선 패턴과 같은 형태로 형성되고, 게이트 배선 패턴이 켈빈 소스 배선 패턴과 같은 형태로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 게이트 배선 패턴들은 제 1 레이어(LAYER 1)에서 전력 소자(220)의 게이트 단자들에 대응되게 분리되게 형성된 복수개의 금속 배선들이 각각 관통 전극을 통해 제 2 레이어(LAYER 2)에 있는 하나의 금속 배선에 공통 연결되고, 그 하나의 금속 배선은 다른 관통 전극을 통해 제 3 레이어(LAYER 3)에 있는 하나의 금속 배선과 연결되는 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 켈빈 소스 배선 패턴들은 제 1 레이어(LAYER 1)에서 하나의 금속 배선이 전력 소자(220)의 켈빈 소스 단자들과 공통 연결되고 그 하나의 금속 배선이 하나의 관통 전극을 통해 제 3 레이어(LAYER 3)에 있는 하나의 금속 배선과 연결되는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 하부 기판
200: 전력소자 칩
300: 스페이서
400: 상부 기판
500S: 시그널 단자
500P: 파워 단자
600: 몰딩부
200: 전력소자 칩
300: 스페이서
400: 상부 기판
500S: 시그널 단자
500P: 파워 단자
600: 몰딩부
Claims (10)
- 하부 기판;
상기 하부 기판 위에 형성된 PCB 기판;
상기 PCB 기판 위에 형성된 적어도 하나의 전력 소자;
상기 하부 기판 위에 형성된 외부 연결 단자;
상기 전력 소자들 위에 형성된 상부 기판을 포함하며,
상기 PCB 기판은 상기 전력 소자의 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 멀티 레이어 구조의 배선 패턴들을 포함하며,
상기 배선 패턴들은 상기 전력 소자의 소스 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 1 배선 패턴들, 상기 전력 소자의 게이트 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 2 배선 패턴들 및 상기 전력 소자의 켈빈 소스 단자들을 상기 하부 기판과 전기적으로 연결시키는 제 3 배선 패턴들을 포함하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 배선 패턴들은
제 1 레이어에 위치하며 상기 소스 단자들과 연결되는 복수의 제 1 배선들;
상기 제 1 레이어와 다른 제 2 레이어에서 상기 제 1 배선들과 같은 위치에 위치하며 상기 제 1 배선들과 각각 연결되는 복수의 제 2 배선들; 및
상기 제 2 레이어와 다른 제 3 레이어에서 일부분이 상기 제 2 배선들과 수직 방향으로 중첩되게 위치하며 상기 제 2 배선들과 공통 연결되는 제 3 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 배선들은
일체형으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 배선들은 각각
사각의 패드 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 2에 있어서, 상기 제 2 배선 패턴들은
상기 제 1 레이어에 위치하며 상기 게이트 단자들과 공통 연결되는 제 4 배선; 및
상기 제 3 레이어에 위치하며 제 1 관통 전극을 통해 상기 제 4 배선과 연결되는 제 5 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 5에 있어서,
상기 제 4 배선은 제 1 방향 또는 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장되는 복수의 라인 타입의 배선들이 일체형으로 연결된 형태를 가지며,
상기 제 5 배선은 상기 제 3 배선의 일측에 위치하며 사각의 패드 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 5에 있어서, 상기 제 3 배선 패턴들은
상기 제 1 레이어에 위치하며 상기 켈빈 소스 단자들과 개별적으로 연결되는 복수의 제 6 배선들;
상기 제 2 레이어에 위치하며 제 2 관통 전극들을 통해 상기 제 6 배선들과 공통 연결되는 제 7 배선; 및
상기 제 3 레이어에 위치하며 제 3 관통 전극을 통해 상기 제 7 배선과 연결되는 제 8 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 7에 있어서,
상기 제 7 배선은 제 1 방향 또는 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장되는 복수의 라인 타입의 배선들이 일체형으로 연결된 형태를 가지며,
상기 제 8 배선은 상기 제 5 배선과 대칭되게 상기 제 3 배선의 일측에 위치하며 사각의 패드 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 2에 있어서, 상기 제 2 배선 패턴들은
상기 제 1 레이어에 위치하며 상기 게이트 단자들과 개별적으로 연결되는 복수의 제 4 배선들;
상기 제 2 레이어에 위치하며 제 1 관통 전극들을 통해 상기 제 4 배선들과 공통 연결되는 제 5 배선; 및
상기 제 3 레이어에 위치하며 제 2 관통 전극을 통해 상기 제 5 배선과 연결되는 제 6 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈. - 청구항 9에 있어서, 상기 제 3 배선 패턴들은
상기 제 1 레이어에 위치하며 상기 켈빈 소스 단자들과 공통 연결되는 제 7 배선; 및
상기 제 3 레이어에 위치하며 제 3 관통 전극을 통해 상기 제 7 배선과 연결되는 제 8 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 냉각 파워 모듈.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230015813A KR20240123179A (ko) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | 양면 냉각 파워 모듈 |
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| KR1020230015813A KR20240123179A (ko) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | 양면 냉각 파워 모듈 |
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|---|---|
| KR20240123179A true KR20240123179A (ko) | 2024-08-13 |
Family
ID=92395070
Family Applications (1)
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| KR1020230015813A KR20240123179A (ko) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | 양면 냉각 파워 모듈 |
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- 2023-02-06 KR KR1020230015813A patent/KR20240123179A/ko unknown
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