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KR102843697B1 - Power module - Google Patents

Power module

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Publication number
KR102843697B1
KR102843697B1 KR1020200092878A KR20200092878A KR102843697B1 KR 102843697 B1 KR102843697 B1 KR 102843697B1 KR 1020200092878 A KR1020200092878 A KR 1020200092878A KR 20200092878 A KR20200092878 A KR 20200092878A KR 102843697 B1 KR102843697 B1 KR 102843697B1
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KR
South Korea
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ceramic substrate
substrate
metal layer
power module
edge
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이지형
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주식회사 아모센스
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Publication date
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Priority to EP21838130.9A priority patent/EP4178323B1/en
Priority to US18/014,723 priority patent/US20230275010A1/en
Publication of KR20220013663A publication Critical patent/KR20220013663A/en
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Abstract

본 발명은 파워모듈에 관한 것으로, 세라믹기재(301)와 상기 세라믹기재(301)의 적어도 일면에 접합된 금속층(302',303')을 포함하는 세라믹기판(300')을 포함하고, 상기 금속층(302',303')은 가장자리에 곡률 경사부(350,350',350")가 형성되며, 상기 곡률 경사부(350,350',350")는 상기 세라믹기재(301)의 외주 방향으로 돌출된다. 본 발명은 세라믹기판의 가장자리에 곡률 경사부를 형성하여 응력 집중을 완화함으로써 장수명을 확보하고 나아가 파워모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a power module, and includes a ceramic substrate (300') including a ceramic substrate (301) and a metal layer (302', 303') bonded to at least one surface of the ceramic substrate (301), wherein the metal layer (302', 303') has a curvature slope (350, 350', 350") formed at an edge, and the curvature slope (350, 350', 350") protrudes in the outer circumferential direction of the ceramic substrate (301). The present invention has an advantage in that it can secure a long lifespan and further improve the reliability of the power module by forming a curvature slope at the edge of the ceramic substrate to alleviate stress concentration.

Description

파워모듈{POWER MODULE}Power Module {POWER MODULE}

본 발명은 파워모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고출력 전력 반도체 칩을 적용하여 성능을 개선한 파워모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a power module, and more particularly, to a power module whose performance is improved by applying a high-output power semiconductor chip.

파워모듈은 하이브리드 자동차, 전기차 등의 모터 구동을 위해 고전압 전류를 공급하기 위해 사용된다.Power modules are used to supply high-voltage current to drive motors in hybrid vehicles, electric vehicles, etc.

파워모듈 중 양면 냉각 파워모듈은 반도체 칩의 상, 하부에 각각 기판을 설치하고 그 기판의 외측면에 각각 방열판을 구비한다. 양면 냉각 파워모듈은 단면에 방열판을 구비하는 단면 냉각 파워모듈에 비해 냉각 성능이 우수하여 점차 그 사용이 증가하는 추세이다.Among power modules, double-sided cooling power modules install substrates on the upper and lower sides of a semiconductor chip, each with a heat sink on its outer surface. Double-sided cooling power modules offer superior cooling performance compared to single-sided cooling power modules, which feature heat sinks on one side, and their use is gradually increasing.

전기차 등에 사용되는 양면 냉각 파워모듈은 두 기판의 사이에 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 전력 반도체 칩이 실장되므로 고전압으로 인해 높은 발열과 주행 중 진동이 발생하기 때문에 이를 해결하기 위해 고강도와 고방열 특성을 동시에 만족시키는 것이 중요하다.Double-sided cooling power modules used in electric vehicles, etc., have power semiconductor chips such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) mounted between two substrates. Therefore, high heat generation and vibration during driving are generated due to high voltage. Therefore, it is important to satisfy both high strength and high heat dissipation characteristics to resolve these issues.

특허문헌 1: 등록특허공보 제1836658호(2018.03.02 등록)Patent Document 1: Patent Publication No. 1836658 (registered on March 2, 2018)

본 발명의 목적은 고강도와 고방열 특성을 가지고, 접합 특성이 우수하며, 전류 경로를 최소화하여 부피를 줄일 수 있으며 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 파워모듈을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a power module having high strength and high heat dissipation characteristics, excellent bonding characteristics, a reduced volume by minimizing the current path, and improved efficiency and performance.

본 발명의 다른 목적은 세라믹기판의 가장자리에 곡률 경사부를 형성하여 응력 집중을 완화함으로써 장수명과 신뢰성을 확보하도록 한 파워모듈을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a power module that secures long life and reliability by forming a curvature slope at the edge of a ceramic substrate to alleviate stress concentration.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 하부 세라믹기판과 하부 세라믹기판의 상부에 이격되게 배치되고 하면에 반도체 칩이 실장되는 상부 세라믹기판을 포함하고, 상부 세라믹기판은 세라믹기재와 세라믹기재의 적어도 일면에 접합된 금속층을 포함하고, 금속층은 가장자리에 곡률 경사부가 형성되며, 곡률 경사부는 세라믹기재의 외주 방향으로 돌출된다.According to a feature of the present invention for achieving the above-mentioned purpose, the present invention includes a lower ceramic substrate and an upper ceramic substrate spaced apart from each other on the upper side of the lower ceramic substrate and having a semiconductor chip mounted on the lower side, the upper ceramic substrate includes a ceramic substrate and a metal layer bonded to at least one surface of the ceramic substrate, the metal layer has a curvature slope formed at an edge, and the curvature slope protrudes in the outer circumferential direction of the ceramic substrate.

곡률 경사부는 세라믹기재 방향으로 오목한 형상으로 형성되고 세라믹기재 방향으로 갈수록 돌출 길이가 증가하는 형상이다.The curvature slope is formed in a concave shape in the direction of the ceramic substrate, and the protrusion length increases as it goes in the direction of the ceramic substrate.

곡률 경사부는 복수의 오목부가 형성되고 오목부와 오목부가 만나는 부분에 돌출부가 형성되는 다단 구조일 수 있다.The curvature slope may be a multi-stage structure in which multiple concave portions are formed and protrusions are formed at the points where the concave portions meet.

돌출부는 뾰족한 형상일 수 있다.The protrusion may be pointed in shape.

곡률 경사부는 2개의 오목부가 형성되고 오목부와 오목부가 만나는 부분에 돌출부가 형성되는 2단 구조일 수 있다.The curvature slope may be a two-stage structure in which two concave portions are formed and a protrusion is formed at the point where the concave portions meet.

금속층의 가장자리에 형성된 곡률 경사부는 세라믹기재 방향으로 오목한 형상으로 형성된 1단 구조와 세라믹기재 방향으로 2개 이상의 오목부가 형성된 다단 구조가 혼용되어 있을 수 있다.The curvature slope formed at the edge of the metal layer may be a combination of a single-stage structure formed in a concave shape in the direction of the ceramic substrate and a multi-stage structure formed with two or more concave portions in the direction of the ceramic substrate.

곡률 경사부는 금속층의 일면에 포토마스크를 배치하고 포토마스크에 의해 노출된 금속층을 식각하여 형성한 것이다.The curvature slope is formed by placing a photomask on one side of the metal layer and etching the metal layer exposed by the photomask.

다단 구조의 곡률 경사부는 금속층의 일면에 2개 이상의 구멍이 연속 형성된 포토마스크를 배치하고 포토마스크에 의해 노출된 금속층을 식각하여 형성한 것이다.The multi-stage structure of the curvature slope is formed by placing a photomask in which two or more holes are continuously formed on one side of the metal layer and etching the metal layer exposed by the photomask.

세라믹기판은 AMB(Active Metal Brazing) 기판, DBC(Direct Bonding Copper) 기판, DBA 기판(Direct Brazed Aluminum), TPC(Thick Printing Copper) 기판 중 하나일 수 있다. The ceramic substrate can be one of an AMB (Active Metal Brazing) substrate, a DBC (Direct Bonding Copper) substrate, a DBA (Direct Brazed Aluminum) substrate, and a TPC (Thick Printing Copper) substrate.

또한, 세라믹기판은 하부 세라믹기판 및 하부 세라믹기판의 상부에 배치되고 하면에 반도체 칩이 실장되는 상부 세라믹기판이다.In addition, the ceramic substrate is a lower ceramic substrate and an upper ceramic substrate that is placed on top of the lower ceramic substrate and has a semiconductor chip mounted on the lower surface.

본 발명은 고강도와 고방열 특성을 가지고, 접합 특성이 우수하며, 전류 경로를 최소화하여 부피를 줄일 수 있으며 고속 스위칭에 최적화되어 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has high strength and high heat dissipation characteristics, excellent bonding characteristics, can reduce volume by minimizing the current path, and is optimized for high-speed switching, thereby improving efficiency and performance.

또한 본 발명은 세라믹기판의 가장자리에 1단 구조 또는 다단 구조의 곡률 경사부를 형성하여 열에 의한 응력 집중 및 전기적 충격에 의한 응력 집중을 완화하므로 세라믹기판의 장수명을 확보하고 나아가 파워모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention forms a single-stage or multi-stage curved slope at the edge of the ceramic substrate to alleviate stress concentration due to heat and stress concentration due to electrical shock, thereby securing a long lifespan of the ceramic substrate and further improving the reliability of the power module.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈의 형상을 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈의 형상을 보인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 하우징을 보인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 하부 세라믹기판을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 하부 세라믹기판의 상면과 하면을 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 상부 세라믹기판을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 상부 세라믹기판의 상면과 하면을 보인 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 상부 세라믹기판에 연결핀이 결합된 상태를 보인 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 PCB 기판의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈 구조를 설명하기 위한 내부 구성도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파워모듈 구조를 설명하기 위한 내부 구성도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 상부 세라믹기판을 보인 단면도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 상부 세라믹기판 제조방법을 설명하기 위한 과정도이다.
Figure 1 is a perspective view showing the shape of a power module according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing the shape of a power module according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional side view of a power module according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing a housing according to an embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a perspective view for explaining a lower ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a drawing showing the upper and lower surfaces of a lower ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
Fig. 7 is a perspective view for explaining an upper ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
Fig. 8 is a drawing showing the upper and lower surfaces of an upper ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
Fig. 9 is a perspective view showing a state in which a connecting pin is coupled to an upper ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
Fig. 10 is a plan view of a PCB substrate according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is an internal configuration diagram for explaining the power module structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is an internal configuration diagram for explaining the power module structure according to another embodiment of the present invention.
Fig. 13 is a cross-sectional view showing an upper ceramic substrate according to another embodiment of the present invention.
Figures 14 and 15 are process diagrams for explaining a method for manufacturing an upper ceramic substrate according to another embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈의 형상을 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈의 형상을 보인 분해 사시도이다.Fig. 1 is a perspective view showing the shape of a power module according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is an exploded perspective view showing the shape of a power module according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈(10)은 하우징(100)에 파워모듈을 이루는 각종 구성품을 수용하여 형성한 패키지 형태의 전자부품이다. 파워모듈(10)은 하우징(100) 안에 기판 및 소자를 배치하여 보호하는 형태로 형성된다. As illustrated in FIGS. 1 and 2, a power module (10) according to an embodiment of the present invention is an electronic component in the form of a package formed by accommodating various components forming the power module in a housing (100). The power module (10) is formed in a form in which a substrate and components are placed and protected within the housing (100).

파워모듈(10)은 다수의 기판 및 다수의 반도체 칩을 포함할 수 있다. 실시예에 따른 파워모듈(10)은 하우징(100), 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300), PCB 기판(400) 및 방열판(500)을 포함한다.A power module (10) may include a plurality of substrates and a plurality of semiconductor chips. The power module (10) according to an embodiment includes a housing (100), a lower ceramic substrate (200), an upper ceramic substrate (300), a PCB substrate (400), and a heat sink (500).

하우징(100)은 중앙에 상하로 개구되는 빈 공간이 형성되며 양측에 제1 단자(610)와 제2 단자(620)가 위치된다. 하우징(100)은 중앙의 빈 공간에 방열판(500), 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300) 및 PCB 기판(400)이 상하 일정 간격을 두고 순차적으로 적층되며, 양측의 제1 단자(610)와 제2 단자(620)에 외부 단자를 연결하기 위한 지지볼트(630)가 체결된다. 제1 단자(610)와 제2 단자(620)는 전원의 입출력단으로 사용된다.The housing (100) has a centrally opened, vertically open space, and a first terminal (610) and a second terminal (620) are positioned on both sides. In the centrally opened space, the housing (100) has a heat sink (500), a lower ceramic substrate (200), an upper ceramic substrate (300), and a PCB substrate (400) sequentially stacked at a predetermined vertical interval, and a support bolt (630) for connecting an external terminal to the first terminal (610) and the second terminal (620) on both sides is fastened. The first terminal (610) and the second terminal (620) are used as input/output terminals of a power source.

도 2에 도시된 바에 의하면, 파워모듈(10)은 하우징(100)의 중앙의 빈 공간에 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300), PCB 기판(400)이 순차적으로 수용된다. 구체적으로, 하우징(100)의 하면에 방열판(500)이 배치되고, 방열판(500)의 상면에 하부 세라믹기판(200)이 부착되고, 하부 세라믹기판(200)의 상부에 상부 세라믹기판(300)이 일정 간격을 두고 배치되며, 상부 세라믹기판(300)의 상부에 PCB 기판(400)이 일정 간격을 두고 배치된다.As illustrated in FIG. 2, the power module (10) sequentially accommodates a lower ceramic substrate (200), an upper ceramic substrate (300), and a PCB substrate (400) in the central empty space of the housing (100). Specifically, a heat sink (500) is placed on the lower surface of the housing (100), a lower ceramic substrate (200) is attached to the upper surface of the heat sink (500), an upper ceramic substrate (300) is placed at a certain interval on top of the lower ceramic substrate (200), and a PCB substrate (400) is placed at a certain interval on top of the upper ceramic substrate (300).

하우징(100)에 PCB 기판(400)이 배치된 상태는 PCB 기판(400)의 가장자리에 요입되게 형성된 안내홈(401,402)과 안내홈(401,402)에 대응되게 하우징(100)에 형성된 안내리브(101) 및 걸림턱(102)에 의해 고정될 수 있다. 실시예에 따른 PCB 기판(400)은 가장자리를 둘러 다수 개의 안내홈(401,402)이 형성되고, 이들 중 일부의 안내홈(401)은 하우징(100)의 내측면에 형성된 안내리브(101)가 안내되고 이들 중 나머지 일부의 안내홈(402)은 하우징(100)의 내측면에 형성된 걸림턱(102)이 통과되어 걸어진다. The PCB substrate (400) placed on the housing (100) can be fixed by guide grooves (401, 402) formed to be recessed into the edge of the PCB substrate (400) and guide ribs (101) and catches (102) formed on the housing (100) corresponding to the guide grooves (401, 402). The PCB substrate (400) according to the embodiment has a plurality of guide grooves (401, 402) formed around the edge, and some of the guide grooves (401) are guided by guide ribs (101) formed on the inner surface of the housing (100), and the remaining some of the guide grooves (402) are caught by passing through catches (102) formed on the inner surface of the housing (100).

또는, 하우징(100)의 중앙의 빈 공간에 방열판(500), 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300)이 수용되고, 그 상면에 PCB 기판(400)이 배치된 상태는 체결볼트(미도시)로 고정될 수도 있다. 그러나, 하우징(100)에 PCB 기판(400)을 걸림턱 구조로 고정하는 것이 체결볼트로 고정하는 경우 대비 조립 시간을 줄이고 조립 공정이 간편하다.Alternatively, the heat sink (500), lower ceramic substrate (200), and upper ceramic substrate (300) are accommodated in the central empty space of the housing (100), and the PCB substrate (400) is placed on the upper surface thereof and may be fixed with a fastening bolt (not shown). However, fixing the PCB substrate (400) to the housing (100) with a catch structure reduces the assembly time and simplifies the assembly process compared to fixing it with a fastening bolt.

하우징(100)은 네 모서리에 체결공(103)이 형성된다. 체결공(103)은 방열판(500)에 형성된 연통공(501)과 연통된다. 체결공(103)과 연통공(501)을 관통하여 고정볼트(150)가 체결되고, 체결공(103)과 연통공(501)을 관통한 고정볼트(150)의 단부는 방열판(500)의 하면에 배치될 고정지그의 고정공에 체결될 수 있다. The housing (100) has fastening holes (103) formed at four corners. The fastening holes (103) are connected to the communication holes (501) formed in the heat sink (500). A fixing bolt (150) is fastened by penetrating the fastening holes (103) and the communication holes (501), and an end of the fixing bolt (150) penetrating the fastening holes (103) and the communication holes (501) can be fastened to a fixing hole of a fixing jig to be placed on the lower surface of the heat sink (500).

제1 단자(610)와 제2 단자(620)에 버스바(700)가 연결된다. 버스바(700)는 제1 단자(610)와 제2 단자(620)를 상부 세라믹기판(300)과 연결한다. 버스바(700)는 3개가 구비되며, 하나는 제1 단자(610) 중 +단자를 상부 세라믹기판(300)의 제1 전극 패턴(a)과 연결하고, 다른 하나는 제1 단자(610) 중 -단자를 제3 전극 패턴(c)과 연결하며, 나머지 하나는 제2 단자(620)를 제2 전극 패턴(b)과 연결한다. 제1 전극 패턴(a), 제2 전극 패턴(b) 및 제3 전극 패턴(c)은 후술할 도 7을 참조한다.A bus bar (700) is connected to the first terminal (610) and the second terminal (620). The bus bar (700) connects the first terminal (610) and the second terminal (620) to the upper ceramic substrate (300). Three bus bars (700) are provided, one of which connects the + terminal of the first terminal (610) to the first electrode pattern (a) of the upper ceramic substrate (300), another of which connects the - terminal of the first terminal (610) to the third electrode pattern (c), and the remaining one of which connects the second terminal (620) to the second electrode pattern (b). The first electrode pattern (a), the second electrode pattern (b), and the third electrode pattern (c) refer to FIG. 7, which will be described later.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈의 측단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional side view of a power module according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바에 의하면, 파워모듈(10)은 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 복층 구조이며, 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 사이에 반도체 칩(G)이 위치된다. 반도체 칩(G)은 GaN(Gallium Nitride) 칩, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), JFET(Junction Field Effect Transistor), HEMT(High Electric Mobility Transistor) 중 어느 하나일 수 있으나, 바람직하게는 반도체 칩(G)은 GaN 칩을 사용한다. GaN(Gallium Nitride) 칩(G)은 대전력(300A) 스위치 및 고속(~1MHz) 스위치로 기능하는 반도체 칩이다. GaN 칩(G)은 기존의 실리콘 기반 반도체 칩보다 열에 강하면서 칩의 크기도 줄일 수 있는 장점이 있다. As illustrated in FIG. 3, the power module (10) has a multi-layer structure of a lower ceramic substrate (200) and an upper ceramic substrate (300), and a semiconductor chip (G) is positioned between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300). The semiconductor chip (G) may be any one of a GaN (Gallium Nitride) chip, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a JFET (Junction Field Effect Transistor), and a HEMT (High Electric Mobility Transistor), but preferably, the semiconductor chip (G) uses a GaN chip. The GaN (Gallium Nitride) chip (G) is a semiconductor chip that functions as a high-power (300 A) switch and a high-speed (~1 MHz) switch. The GaN chip (G) has the advantage of being more heat-resistant than a conventional silicon-based semiconductor chip and of being able to reduce the size of the chip.

또한, GaN 칩(G)은 높은 전자이동도, 높은 전자밀도 특성으로 고속 스위치가 가능하고 소형화가 가능해 고성능 및 고효율화에 최적화된 전력 반도체 칩이다. 또한, GaN 칩(G)은 고온에서도 안정적으로 동작하며 고출력 특성을 가져 고효율화가 가능하다 Furthermore, GaN chips (G) are power semiconductor chips optimized for high performance and efficiency, as they feature high electron mobility and high electron density, enabling high-speed switching and miniaturization. Furthermore, GaN chips (G) operate stably even at high temperatures and possess high output characteristics, enabling high efficiency.

하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)은 반도체 칩(G)으로부터 발생하는 열의 방열 효율을 높일 수 있도록, 세라믹기재와 세라믹기재의 적어도 일면에 브레이징 접합된 금속층을 포함하는 세라믹기판으로 형성된다. The lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300) are formed as ceramic substrates including a metal layer brazed to at least one surface of the ceramic substrate to increase the heat dissipation efficiency of heat generated from the semiconductor chip (G).

세라믹기재는 알루미나(Al2O3), AlN, SiN, Si3N4 중 어느 하나인 것을 일 예로 할 수 있다. 금속층은 세라믹기재 상에 브레이징 접합된 금속박으로 반도체 칩(G)을 실장하는 전극 패턴 및 구동소자를 실장하는 전극 패턴으로 각각 형성된다. 예컨데, 금속층은 반도체 칩(G) 또는 주변 부품이 실장될 영역에 전극 패턴으로 형성된다. 금속박은 알루미늄박 또는 동박인 것을 일 예로 한다. 금속박은 세라믹기재 상에 780℃~1100℃로 소성되어 세라믹기재와 브레이징 접합된 것을 일 예로 한다. 이러한 세라믹기판을 AMB(Active Metal Brazing) 기판이라 한다. 실시예는 AMB 기판을 예로 들어 설명하나 DBC(Direct Bonding Copper) 기판, TPC(Thick Printing Copper) 기판, DBA 기판(Direct Brazed Aluminum)을 적용할 수도 있다. 그러나 내구성 및 방열 효율면에서 AMB 기판이 가장 적합하다. 상기한 이유로, 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)은 AMB 기판임을 일 예로 한다.The ceramic substrate can be, for example, alumina (Al 2 O 3 ), AlN, SiN, or Si 3 N 4 . The metal layer is formed as an electrode pattern for mounting a semiconductor chip (G) and an electrode pattern for mounting a driving element, respectively, by a metal foil brazed on the ceramic substrate. For example, the metal layer is formed as an electrode pattern in an area where a semiconductor chip (G) or peripheral components are to be mounted. The metal foil is, for example, an aluminum foil or a copper foil. The metal foil is, for example, sintered at 780°C to 1100°C on the ceramic substrate and brazed to the ceramic substrate. Such a ceramic substrate is called an AMB (Active Metal Brazing) substrate. The embodiment describes an AMB substrate as an example, but a DBC (Direct Bonding Copper) substrate, a TPC (Thick Printing Copper) substrate, and a DBA (Direct Brazed Aluminum) substrate can also be applied. However, an AMB substrate is most suitable in terms of durability and heat dissipation efficiency. For the above reasons, the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300) are, as an example, AMB substrates.

PCB 기판(400)은 상부 세라믹기판(300)의 상부에 배치된다. 즉, 파워모듈(10)은 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)과 PCB 기판(400)의 3층 구조로 구성된다. 고전력용 제어를 위한 반도체 칩(G)을 상부 세라믹기판(200)과 하부 세라믹기판(300)의 사이에 배치하여 방열 효율을 높이고, 저전력용 제어를 위한 PCB 기판(400)을 최상부에 배치하여 반도체 칩(G)에서 발생하는 열로 인한 PCB 기판(400)의 손상을 방지한다. 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300), PCB 기판(400)은 핀으로 연결 또는 고정될 수 있다.The PCB substrate (400) is placed on top of the upper ceramic substrate (300). That is, the power module (10) is composed of a three-layer structure of a lower ceramic substrate (200), an upper ceramic substrate (300), and a PCB substrate (400). A semiconductor chip (G) for high-power control is placed between the upper ceramic substrate (200) and the lower ceramic substrate (300) to increase heat dissipation efficiency, and a PCB substrate (400) for low-power control is placed at the top to prevent damage to the PCB substrate (400) due to heat generated from the semiconductor chip (G). The lower ceramic substrate (200), the upper ceramic substrate (300), and the PCB substrate (400) can be connected or fixed with pins.

방열판(500)은 하부 세라믹기판(200)의 하부에 배치된다. 방열판(500)은 반도체 칩(G)에서 발생하는 열의 방열을 위한 것이다. 방열판(500)은 소정의 두께를 가지는 사각 플레이트 형상으로 형성된다. 방열판(500)은 하우징(100)과 대응되는 면적으로 형성되며 방열 효율을 높이기 위해 구리 또는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.A heat sink (500) is placed on the lower portion of the lower ceramic substrate (200). The heat sink (500) is for dissipating heat generated from the semiconductor chip (G). The heat sink (500) is formed in the shape of a square plate having a predetermined thickness. The heat sink (500) is formed with an area corresponding to the housing (100) and may be formed of copper or aluminum to increase heat dissipation efficiency.

이하에서는 본 발명의 파워모듈의 각 구성별 특징을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 파워모듈의 각 구성별 특징을 설명하는 도면에서는 각 구성별 특징을 강조하기 위해 도면을 확대하거나 과장하여 표현한 부분이 있으므로 도 1에 도시된 기본 도면과 일부 일치하지 않는 부분이 있을 수 있다. Hereinafter, the features of each component of the power module of the present invention will be described in more detail. In the drawings explaining the features of each component of the power module, some parts of the drawings are enlarged or exaggerated to emphasize the features of each component, and therefore, there may be some parts that do not match the basic drawing illustrated in Fig. 1.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 하우징을 보인 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing a housing according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바에 의하면, 하우징(100)은 중앙에 빈 공간이 형성되며, 양단에 제1 단자(610)와 제2 단자(620)가 위치된다. 하우징(100)은 양단에 제1 단자(610)와 제2 단자(620)가 일체로 고정되게 인서트 사출 방식으로 형성될 수 있다.As illustrated in Fig. 4, the housing (100) has a hollow space formed in the center, and a first terminal (610) and a second terminal (620) are positioned at both ends. The housing (100) can be formed by insert injection molding so that the first terminal (610) and the second terminal (620) are integrally fixed at both ends.

기존의 파워모듈은 이격된 회로를 연결하기 위해 하우징에 연결핀을 인서트 사출하여 적용하고 있으나, 본 실시예는 하우징(100)의 제조시 연결핀을 제외하여 제조한 형상을 갖는다. 이는 하우징(100)의 내부에 연결핀이 위치하지 않음으로써 형상을 단순화하여 파워모듈의 비틀림 모멘트에 유연성을 향상시킨다.Conventional power modules use insert injection molding to insert connecting pins into the housing to connect separate circuits. However, the present embodiment has a shape manufactured by excluding the connecting pins during the manufacturing of the housing (100). This simplifies the shape by not positioning the connecting pins inside the housing (100), thereby improving the flexibility of the power module in terms of torsional moment.

하우징(100)은 네 모서리에 체결공(103)이 형성된다. 체결공(103)은 방열판(500)에 형성된 연통공(501)과 연통된다. 제1 단자(610)와 제2 단자(620)에는 지지공(104)이 형성된다. 지지공(104)에는 제1 단자(610) 및 제2 단자(620)를 모터 등의 외부 단자와 연결하기 위한 지지볼트(630)가 체결된다.The housing (100) has fastening holes (103) formed at four corners. The fastening holes (103) are connected to the communication holes (501) formed in the heat sink (500). Support holes (104) are formed in the first terminal (610) and the second terminal (620). Support bolts (630) are fastened to the support holes (104) to connect the first terminal (610) and the second terminal (620) to external terminals such as a motor.

하우징(100)은 단열 재질로 형성된다. 하우징(100)은 반도체 칩(G)에서 발생한 열이 하우징(100)을 통해 상부의 PCB 기판(400)에 전달되지 않도록 단열 재질로 형성될 수 있다. The housing (100) is formed of an insulating material. The housing (100) may be formed of an insulating material so that heat generated from the semiconductor chip (G) is not transmitted to the upper PCB substrate (400) through the housing (100).

또는 하우징(100)은 방열 플라스틱 재질을 적용할 수 있다. 하우징(100)은 반도체 칩(G)에서 발생한 열이 하우징(100)을 통해 외부로 방열될 수 있도록 방열 플라스틱 재질을 적용할 수 있다. 일예로, 하우징(100)은 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 엔지니어링 플라스틱은 높은 내열성과 뛰어난 강도, 내약품성, 내마모성을 가지며 150℃ 이상에서 장시간 사용 가능하다. 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 변성 폴리페닐렌옥사이드 중 하나의 재료로 된 것일 수 있다. Alternatively, the housing (100) may be formed of a heat-dissipating plastic material. The housing (100) may be formed of a heat-dissipating plastic material so that heat generated from the semiconductor chip (G) can be dissipated to the outside through the housing (100). For example, the housing (100) may be formed of an engineering plastic material. Engineering plastic has high heat resistance, excellent strength, chemical resistance, and wear resistance, and can be used for a long time at temperatures above 150°C. The engineering plastic may be made of one of polyamide, polycarbonate, polyester, and modified polyphenylene oxide.

반도체 칩(G)은 스위치로서 반복 동작을 하는데 그로 인해 하우징(100)은 고온과 온도변화에 스트레스를 받게 되나, 엔지니어링 플라스틱은 고온 안정성이 우수하므로 일반 플라스틱에 비해 고온과 온도변화에 상대적으로 안정적이고 방열 특성도 우수하다.The semiconductor chip (G) performs repeated operations as a switch, and as a result, the housing (100) is subjected to stress due to high temperature and temperature changes. However, since engineering plastic has excellent high temperature stability, it is relatively stable to high temperature and temperature changes compared to general plastic, and has excellent heat dissipation properties.

실시예는 엔지니어링 플라스틱 소재에 알루미늄 또는 구리로 된 단자를 인서트사출 적용하여 하우징(100)을 제조한 것일 수 있다. 엔지니어링 플라스틱 소재로 된 하우징(100)은 열을 전파시켜 외부로 방열시킨다. 하우징(100)은 수지에 고열 전도율 필러를 충전함으로써 일반 엔지니어링 플라스틱 소재보다 열전도성을 더 높일 수 있고 알루미늄에 비해 경량인 고방열 엔지니어링 플라스틱으로 될 수 있다.An example embodiment may be a housing (100) manufactured by insert-injecting an aluminum or copper terminal into an engineering plastic material. The housing (100) made of an engineering plastic material dissipates heat by transmitting it to the outside. The housing (100) can be made of a high-heat-conductivity engineering plastic that has higher thermal conductivity than general engineering plastic materials by filling a high-heat-conductivity filler into the resin and is lighter than aluminum.

또는, 하우징(100)은 엔지니어링 플라스틱 또는 고강도 플라스틱 소재의 내외부에 그래핀 방열코팅재를 도포하여 방열 특성을 가지도록 한 것일 수 있다. Alternatively, the housing (100) may be made of an engineering plastic or high-strength plastic material with a graphene heat-dissipating coating applied to the inside and outside to provide heat-dissipating properties.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 하부 세라믹기판을 설명하기 위한 사시도이다.Fig. 5 is a perspective view for explaining a lower ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 5에 도시된 바에 의하면, 하부 세라믹기판(200)은 방열판(500)의 상면에 부착된다. 구체적으로, 하부 세라믹기판(200)은 반도체 칩(G)과 방열판(500)의 사이에 배치된다. 하부 세라믹기판(200)은 반도체 칩(G)에서 발생하는 열을 방열판(500)으로 전달하고, 반도체 칩(G)과 방열판(500)의 사이를 절연하여 쇼트를 방지하는 역할을 한다.As illustrated in FIGS. 3 and 5, the lower ceramic substrate (200) is attached to the upper surface of the heat sink (500). Specifically, the lower ceramic substrate (200) is placed between the semiconductor chip (G) and the heat sink (500). The lower ceramic substrate (200) transfers heat generated from the semiconductor chip (G) to the heat sink (500) and serves to insulate between the semiconductor chip (G) and the heat sink (500) to prevent short circuits.

하부 세라믹기판(200)은 방열판(500)의 상면에 솔더링 접합될 수 있다. 방열판(500)은 하우징(100)과 대응되는 면적으로 형성되며 방열 효율을 높이기 위해 구리 재질로 형성될 수 있다. 솔더는 SnAg, SnAgCu 등이 사용될 수 있다.The lower ceramic substrate (200) can be soldered to the upper surface of the heat sink (500). The heat sink (500) is formed with an area corresponding to the housing (100) and can be formed of a copper material to increase heat dissipation efficiency. The solder may be SnAg, SnAgCu, etc.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 하부 세라믹기판의 상면과 하면을 보인 도면이다.Fig. 6 is a drawing showing the upper and lower surfaces of a lower ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6에 도시된 바에 의하면, 하부 세라믹기판(200)은 세라믹기재(201)와 세라믹기재(201)의 상하면에 브레이징 접합된 금속층(202,203)을 포함한다. 하부 세라믹기판(200)은 세라믹기재(201)의 두께가 0.68t이고, 세라믹기재(201)의 상면과 하면에 형성한 금속층(202,203)의 두께가 0.8t인 것을 일예로 할 수 있다.As illustrated in FIGS. 5 and 6, the lower ceramic substrate (200) includes a ceramic substrate (201) and metal layers (202, 203) brazed to the upper and lower surfaces of the ceramic substrate (201). For example, the lower ceramic substrate (200) may have a thickness of 0.68t for the ceramic substrate (201) and a thickness of 0.8t for the metal layers (202, 203) formed on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate (201).

하부 세라믹기판(200)의 상면(200a)의 금속층(202)은 구동소자를 실장하는 전극 패턴일 수 있다. 하부 세라믹기판(200)에 실장되는 구동소자는 NTC 온도센서(210)일 수 있다. NTC 온도센서(210)는 하부 세라믹기판(200)의 상면에 실장된다. NTC 온도센서(210)는 반도체 칩(G)의 발열로 인한 파워모듈 내의 온도 정보를 제공하기 위한 것이다. 하부 세라믹기판(200)의 하면(200b)의 금속층(203)은 방열판(500)에 열전달을 용이하게 하기 위해 하부 세라믹기판(200)의 하면 전체에 형성될 수 있다.The metal layer (202) of the upper surface (200a) of the lower ceramic substrate (200) may be an electrode pattern for mounting a driving element. The driving element mounted on the lower ceramic substrate (200) may be an NTC temperature sensor (210). The NTC temperature sensor (210) is mounted on the upper surface of the lower ceramic substrate (200). The NTC temperature sensor (210) is for providing temperature information within the power module due to heat generation of the semiconductor chip (G). The metal layer (203) of the lower surface (200b) of the lower ceramic substrate (200) may be formed on the entire lower surface of the lower ceramic substrate (200) to facilitate heat transfer to the heat sink (500).

하부 세라믹기판(200)에 절연 스페이서(220)가 접합된다. 절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)의 상면에 접합되며 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 이격 거리를 규정한다.An insulating spacer (220) is bonded to the lower ceramic substrate (200). The insulating spacer (220) is bonded to the upper surface of the lower ceramic substrate (200) and defines a distance between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300).

절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 이격 거리를 규정하여 상부 세라믹기판(300)의 하면에 실장된 반도체 칩(G)에서 발생하는 열의 방열 효율을 높이고, 반도체 칩(G) 간의 간섭을 방지하여 쇼트와 같은 전기적 충격을 방지한다. The insulating spacer (220) regulates the distance between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300), thereby increasing the heat dissipation efficiency of the heat generated from the semiconductor chip (G) mounted on the lower surface of the upper ceramic substrate (300), and prevents interference between the semiconductor chips (G), thereby preventing electrical shocks such as short circuits.

절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)의 상면 가장자리를 둘러 소정 간격을 두고 다수 개가 접합된다. 절연 스페이서(220) 간의 간격은 방열 효율을 높이는 공간으로 활용된다. 도면상 절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)을 기준으로 할 때 가장자리를 둘러 배치되며, 일예로 8개가 일정 간격을 두고 배치된다.A plurality of insulating spacers (220) are bonded at a predetermined interval around the upper edge of the lower ceramic substrate (200). The interval between the insulating spacers (220) is utilized as a space to increase heat dissipation efficiency. In the drawing, the insulating spacers (220) are arranged around the edge based on the lower ceramic substrate (200), and for example, eight are arranged at a predetermined interval.

절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)에 일체로 접합되어 하부 세라믹기판(200)의 상부에 상부 세라믹기판(300)을 배치할 때 얼라인을 확인하는 용도로 적용될 수 있다. 하부 세라믹기판(200)에 절연 스페이서(220)가 접합된 상태에서 그 상부에 반도체 칩(G)이 실장된 상부 세라믹기판(300)을 배치할 때, 절연 스페이서(220)가 상부 세라믹기판(300)의 얼라인을 확인하는 용도로 적용될 수 있다. 또한, 절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)을 지지하여 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 휨을 방지하는데 기여한다. The insulating spacer (220) can be applied to check the alignment when the upper ceramic substrate (300) is placed on the lower ceramic substrate (200) by being integrally bonded to the lower ceramic substrate (200). When the upper ceramic substrate (300) with the semiconductor chip (G) mounted thereon is placed in a state where the insulating spacer (220) is bonded to the lower ceramic substrate (200), the insulating spacer (220) can be applied to check the alignment of the upper ceramic substrate (300). In addition, the insulating spacer (220) supports the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300), thereby contributing to preventing warping of the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300).

절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)에 실장된 칩과 상부 세라믹기판(300)에 실장된 칩 및 부품 간의 절연을 위해 세라믹 소재로 형성될 수 있다. 일 예로, 절연 스페이서는 Al2O3, ZTA, Si3N4, AlN 중 선택된 1종 또는 이들 중 둘 이상이 혼합된 합금으로 형성될 수 있다. Al2O3, ZTA, Si3N4, AlN는 기계적 강도, 내열성이 우수한 절연성 재료이다. The insulating spacer (220) may be formed of a ceramic material for insulation between the chip mounted on the lower ceramic substrate (200) and the chip and components mounted on the upper ceramic substrate (300). For example, the insulating spacer may be formed of one selected from among Al 2 O 3 , ZTA, Si 3 N 4 , and AlN, or an alloy in which two or more of these are mixed. Al 2 O 3 , ZTA, Si 3 N 4 , and AlN are insulating materials with excellent mechanical strength and heat resistance.

절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)에 브레이징 접합된다. 절연 스페이서(220)를 하부 세라믹기판(200)에 솔더링 접합하면 솔더링 또는 가압 소성시 열적 기계적 충격으로 기판이 파손될 수 있으므로 브레이징 접합한다. 브레이징 접합은 AgCu층과 Ti층을 포함한 브레이징 접합층을 이용할 수 있다. 브레이징을 위한 열처리는 780℃~900℃에서 수행할 수 있다. 브레이징 후, 절연 스페이서(220)는 하부 세라믹기판(200)의 금속층(202)과 일체로 형성된다. 브레이징 접합층의 두께는 0.005mm~0.08mm로 절연 스페이서의 높이에 영향을 미치치 않을 만큼 얇고 접합 강도는 높다. The insulating spacer (220) is brazed to the lower ceramic substrate (200). If the insulating spacer (220) is soldered to the lower ceramic substrate (200), the substrate may be damaged by thermal and mechanical shock during soldering or pressurized firing, so brazing is used. The brazing bonding can utilize a brazing bonding layer including an AgCu layer and a Ti layer. The heat treatment for brazing can be performed at 780°C to 900°C. After brazing, the insulating spacer (220) is formed integrally with the metal layer (202) of the lower ceramic substrate (200). The thickness of the brazing bonding layer is 0.005 mm to 0.08 mm, which is thin enough not to affect the height of the insulating spacer, and the bonding strength is high.

하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 사이에 전도성 스페이서(230)를 설치한다. 전도성 스페이서(230)는 상하 복층 구조의 기판에서 연결핀을 대신하여 전극 패턴 간 전기적 연결을 수행할 수 있다. 전기적 로스(loss) 및 쇼트(shot)를 방지하여 기판 간을 직접 연결함으로써 접합 강도를 높이고 전기적 특성도 개선할 수 있다. 전도성 스페이서(230)는 일단이 브레이징 접합 방식으로 하부 세라믹기판(200)의 전극 패턴에 접합될 수 있다. 또한, 전도성 스페이서(230)는 반대되는 타단이 브레이징 접합 방식 또는 솔더링 접합 방식으로 상부 세라믹기판(300)의 전극 패턴에 접합될 수 있다. 전도성 스페이서(230)는 Cu 또는 Cu+CuMo 합금일 수 있다. A conductive spacer (230) is installed between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300). The conductive spacer (230) can perform electrical connection between electrode patterns in place of a connecting pin in a substrate having an upper and lower multi-layer structure. By directly connecting the substrates while preventing electrical loss and short-circuiting, the bonding strength can be increased and the electrical characteristics can also be improved. One end of the conductive spacer (230) can be bonded to the electrode pattern of the lower ceramic substrate (200) by a brazing bonding method. In addition, the other end of the conductive spacer (230) can be bonded to the electrode pattern of the upper ceramic substrate (300) by a brazing bonding method or a soldering bonding method. The conductive spacer (230) can be made of Cu or a Cu+CuMo alloy.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 상부 세라믹기판을 설명하기 위한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 상부 세라믹기판의 상면과 하면을 보인 도면이다.Fig. 7 is a perspective view for explaining an upper ceramic substrate according to an embodiment of the present invention, and Fig. 8 is a drawing showing the upper and lower surfaces of the upper ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8에 도시된 바에 의하면, 상부 세라믹기판(300)은 하부 세라믹기판(200)의 상부에 배치된다.As shown in FIGS. 7 and 8, the upper ceramic substrate (300) is placed on top of the lower ceramic substrate (200).

상부 세라믹기판(300)은 적층 구조의 중간 기판이다. 상부 세라믹기판(300)은 하면에 반도체 칩(G)을 실장하고, 고속 스위칭을 위한 하이 사이드(High Side) 회로와 로우 사이드(Low Side) 회로를 구성한다. The upper ceramic substrate (300) is an intermediate substrate of a laminated structure. The upper ceramic substrate (300) has a semiconductor chip (G) mounted on its lower surface and configures a high-side circuit and a low-side circuit for high-speed switching.

상부 세라믹기판(300)은 세라믹기재(301)와 세라믹기재(301)의 상하면에 브레이징 접합된 금속층(302,303)을 포함한다. 상부 세라믹기판(300)은 세라믹기재의 두께가 0.38t이고 세라믹기재의 상면(300a)과 하면(300b)에 형성한 전극 패턴의 두께가 0.3t인 것을 일예로 한다. 세라믹기판은 상면과 하면의 패턴 두께가 동일해야 브레이징시 틀어지지 않는다. The upper ceramic substrate (300) includes a ceramic substrate (301) and metal layers (302, 303) brazed to the upper and lower surfaces of the ceramic substrate (301). As an example, the upper ceramic substrate (300) has a ceramic substrate thickness of 0.38t and an electrode pattern formed on the upper surface (300a) and lower surface (300b) of the ceramic substrate thickness of 0.3t. The pattern thicknesses of the upper and lower surfaces of the ceramic substrate must be the same to prevent warping during brazing.

상부 세라믹기판(300)의 상면의 금속층(302)이 형성하는 전극 패턴은 제1 전극 패턴(a), 제2 전극 패턴(b), 제3 전극 패턴(c)으로 구분된다. 상부 세라믹기판(300)의 하면의 금속층(303)이 형성하는 전극 패턴은 상부 세라믹기판(300)의 상면의 전극 패턴과 대응된다. 상부 세라믹기판(300)의 상면의 전극 패턴을 제1 전극 패턴(a), 제2 전극 패턴(b), 제3 전극 패턴(c)으로 구분한 것은 고속 스위칭을 위해 하이 사이드(High Side) 회로와 로우 사이드(Low Side) 회로로 분리하기 위함이다. The electrode pattern formed by the metal layer (302) on the upper surface of the upper ceramic substrate (300) is divided into a first electrode pattern (a), a second electrode pattern (b), and a third electrode pattern (c). The electrode pattern formed by the metal layer (303) on the lower surface of the upper ceramic substrate (300) corresponds to the electrode pattern on the upper surface of the upper ceramic substrate (300). The reason the electrode patterns on the upper surface of the upper ceramic substrate (300) are divided into the first electrode pattern (a), the second electrode pattern (b), and the third electrode pattern (c) is to separate the high side circuit and the low side circuit for high-speed switching.

반도체 칩(G)은 상부 세라믹기판(300)의 하면(300b)에 솔더(Solder), 은 페이스트(Ag Paste) 등의 본딩층에 의해 플립칩(flip chip) 형태로 구비된다. 반도체 칩(G)이 상부 세라믹기판(300)의 하면에 플립칩 형태로 구비됨에 따라 와이어 본딩이 생략되어 인덕턴스 값을 최대한 낮출 수가 있게 되어, 이에 의해 방열 성능 또한 개선시킬 수 있다. The semiconductor chip (G) is provided in a flip chip form on the lower surface (300b) of the upper ceramic substrate (300) by a bonding layer such as solder or silver paste. Since the semiconductor chip (G) is provided in a flip chip form on the lower surface of the upper ceramic substrate (300), wire bonding is omitted, so that the inductance value can be reduced as much as possible, thereby improving heat dissipation performance.

도 8에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(G)은 고속 스위칭을 위해 2개씩 병렬로 연결될 수 있다. 반도체 칩(G)은 2개가 상부 세라믹기판(300)의 전극 패턴 중 제1 전극 패턴(a)과 제2 전극 패턴(b)을 연결하는 위치에 배치되고 나머지 2개가 제2 전극 패턴(b)과 제3 전극 패턴(c)을 연결하는 위치에 병렬로 배치된다. 일예로 반도체 칩(G) 하나의 용량은 150A이다. 따라서 반도체 칩(G) 2개를 병렬연결하여 용량이 300A가 되도록 한다.As illustrated in Fig. 8, semiconductor chips (G) can be connected in parallel in pairs for high-speed switching. Two semiconductor chips (G) are arranged at positions connecting the first electrode pattern (a) and the second electrode pattern (b) among the electrode patterns of the upper ceramic substrate (300), and the remaining two are arranged in parallel at positions connecting the second electrode pattern (b) and the third electrode pattern (c). For example, the capacity of one semiconductor chip (G) is 150 A. Therefore, two semiconductor chips (G) are connected in parallel so that the capacity becomes 300 A.

반도체 칩(G)으로 GaN 칩을 사용하는 파워모듈의 목적은 고속 스위칭에 있다. 고속 스위칭을 위해서는 Gate drive IC 단자에서 반도체 칩(G)의 Gate 단자 간이 매우 짧은 거리로 연결되는 것이 중요하다. 따라서 반도체 칩(G) 간을 병렬로 연결하여 Gate drive IC와 Gate 단자 간 연결 거리를 최소화한다. 또한, 반도체 칩(G)이 고속으로 스위칭하기 위해서는 반도체 칩(G)의 Gate 단자와 Source 단자가 동일한 간격을 유지하는 것이 중요하다. 이를 위해 반도체 칩(G)과 반도체 칩(G)의 사이의 중심에 연결핀이 연결되도록 Gate 단자와 Source 단자를 배치할 수 있다. Gate 단자와 Source 단자가 동일한 간격을 유지하지 않거나 패턴의 길이가 달라지면 문제가 발생한다. The purpose of a power module using GaN chips as semiconductor chips (G) is high-speed switching. To achieve high-speed switching, it is important to have a very short connection between the Gate driver IC terminal and the Gate terminal of the semiconductor chip (G). Therefore, the connection distance between the Gate driver IC and the Gate terminal is minimized by connecting the semiconductor chips (G) in parallel. In addition, for the semiconductor chips (G) to switch at high speed, it is important to maintain the same distance between the Gate terminal and the Source terminal of the semiconductor chip (G). To achieve this, the Gate terminal and the Source terminal can be arranged so that the connection pin is connected to the center between the semiconductor chips (G). Problems may occur if the Gate terminal and the Source terminal do not maintain the same distance or if the pattern lengths are different.

Gate 단자는 낮은 전압을 이용하여 반도체 칩(G)을 온오프(on/off)시키는 단자이다. Gate 단자는 연결핀을 통해 PCB 기판(400)과 연결될 수 있다. Source 단자는 고전류가 들어오고 나가는 단자이다. 반도체 칩(G)은 Drain 단자를 포함하며, Source 단자와 Drain 단자는 N형과 P형으로 구분되어 전류의 방향을 바꿀 수 있다. Source 단자와 Drain 단자는 반도체 칩(G)을 실장하는 전극 패턴인 제1 전극 패턴(a), 제2 전극 패턴(b), 제3 전극 패턴(c)을 통해 전류의 입출력을 담당한다. Source 단자와 Drain 단자는 전원의 입출력을 담당하는 도 1의 제1 단자(610) 및 제2 단자(620)와 연결된다. The Gate terminal is a terminal that turns the semiconductor chip (G) on/off using a low voltage. The Gate terminal can be connected to the PCB substrate (400) through a connection pin. The Source terminal is a terminal through which a high current flows in and out. The semiconductor chip (G) includes a Drain terminal, and the Source terminal and the Drain terminal are divided into N type and P type to change the direction of the current. The Source terminal and the Drain terminal are responsible for inputting and outputting the current through the first electrode pattern (a), the second electrode pattern (b), and the third electrode pattern (c), which are electrode patterns for mounting the semiconductor chip (G). The Source terminal and the Drain terminal are connected to the first terminal (610) and the second terminal (620) of FIG. 1, which are responsible for inputting and outputting power.

도 1에 도시된 제1 단자(610)는 +단자와 -단자를 포함하며, 제1 단자(610)에서 +단자로 유입된 전원은 도 8에 도시된 상부 세라믹기판(300)의 제1 전극 패턴(a), 제1 전극 패턴(a)과 제2 전극 패턴(b)의 사이에 배치된 반도체 칩(G) 및 제2 전극 패턴(b)을 통해 제2 단자(620)로 출력된다. 그리고 도 1에 도시된 제2 단자(620)로 유입된 전원은 도 8에 도시된 제2 전극 패턴(b), 제2 전극 패턴(b)과 제3 전극 패턴(c)의 사이에 배치된 반도체 칩(G) 및 제3 전극 패턴(c)을 통해 제1 단자(610)의 -단자로 출력된다. 예컨데, 제1 단자(610)에서 유입되고 반도체 칩(G)을 통과하여 제2 단자(620)로 출력되는 전원을 하이 사이드(High Side), 제2 단자(620)에서 유입되고 반도체 칩(G)을 통과하여 제1 단자(610)로 출력되는 전원을 로우 사이드(Low Side)가 된다.The first terminal (610) illustrated in FIG. 1 includes a + terminal and a - terminal, and the power supplied from the first terminal (610) to the + terminal is output to the second terminal (620) through the first electrode pattern (a) of the upper ceramic substrate (300) illustrated in FIG. 8, the semiconductor chip (G) disposed between the first electrode pattern (a) and the second electrode pattern (b), and the second electrode pattern (b). In addition, the power supplied to the second terminal (620) illustrated in FIG. 1 is output to the - terminal of the first terminal (610) through the second electrode pattern (b), the semiconductor chip (G) disposed between the second electrode pattern (b) and the third electrode pattern (c) illustrated in FIG. 8. For example, power supplied from the first terminal (610), passed through the semiconductor chip (G), and outputted to the second terminal (620) is referred to as the high side, and power supplied from the second terminal (620), passed through the semiconductor chip (G), and outputted to the first terminal (610) is referred to as the low side.

도 7에 도시된 바에 의하면, 상부 세라믹기판(300)은 NTC 온도센서(210)에 대응하는 부분에 커팅부(310)가 형성될 수 있다. 하부 세라믹기판(200)의 상면에 NTC 온도센서(210)가 장착된다. NTC 온도센서(210)는 반도체 칩(G)의 발열로 인한 파워모듈 내의 온도 정보를 제공하기 위한 것이다. 그런데 NTC 온도센서(210)의 두께가 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 사이의 간격에 비해 두꺼워 NTC 온도센서(210)와 상부 세라믹기판(300)의 간섭이 발생한다. 이를 해결하기 위해 NTC 온도센서(210)와 간섭되는 부분의 상부 세라믹기판(300)을 커팅하여 커팅부(310)를 형성한다. As illustrated in FIG. 7, a cutting portion (310) may be formed in a portion of the upper ceramic substrate (300) corresponding to the NTC temperature sensor (210). The NTC temperature sensor (210) is mounted on the upper surface of the lower ceramic substrate (200). The NTC temperature sensor (210) is intended to provide temperature information within the power module due to heat generation of the semiconductor chip (G). However, since the thickness of the NTC temperature sensor (210) is thicker than the gap between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300), interference occurs between the NTC temperature sensor (210) and the upper ceramic substrate (300). To resolve this, the upper ceramic substrate (300) in the portion interfering with the NTC temperature sensor (210) is cut to form the cutting portion (310).

커팅부(310)를 통해 상부 세라믹기판(300)과 하부 세라믹기판(200)의 사이 공간에 몰딩을 위한 실리콘액 또는 에폭시를 주입할 수 있다. 상부 세라믹기판(300)과 하부 세라믹기판(200)의 사이를 절연하기 위해 실리콘액 또는 에폭시를 주입해야 한다. 상부 세라믹기판(300)과 하부 세라믹기판(200)에 실리콘액 또는 에폭시를 주입하기 위해 상부 세라믹기판(300)의 한쪽면을 커팅하여 커팅부(310)를 형성할 수 있으며, 커팅부(310)는 NTC 온도센서(210)와 대응되는 위치에 형성하여 상부 세라믹기판(300)과 NTC 온도센서(210)의 간섭도 방지할 수 있다. 실리콘액 또는 에폭시는 반도체 칩(G)의 보호, 진동의 완화 및 절연의 목적으로 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300) 사이의 공간과 상부 세라믹기판(300)과 PCB 기판(400) 사이의 공간에 충진할 수 있다.Silicone liquid or epoxy for molding can be injected into the space between the upper ceramic substrate (300) and the lower ceramic substrate (200) through the cutting portion (310). The silicone liquid or epoxy must be injected to insulate the space between the upper ceramic substrate (300) and the lower ceramic substrate (200). In order to inject the silicone liquid or epoxy into the upper ceramic substrate (300) and the lower ceramic substrate (200), one side of the upper ceramic substrate (300) can be cut to form the cutting portion (310), and the cutting portion (310) can be formed at a position corresponding to the NTC temperature sensor (210) to prevent interference between the upper ceramic substrate (300) and the NTC temperature sensor (210). Silicone fluid or epoxy can be filled in the space between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300) and the space between the upper ceramic substrate (300) and the PCB substrate (400) for the purpose of protecting the semiconductor chip (G), mitigating vibration, and insulating it.

상부 세라믹기판(300)에 쓰루홀(Through Hole)(320)이 형성된다. 쓰루홀(320)은 상하 복층의 기판 구조에서 상부 세라믹기판(300)에 실장되는 반도체 칩(G)을 PCB 기판(400)에 실장되는 구동소자와 최단거리로 연결하고, 하부 세라믹기판(200)에 실장된 NTC 온도센서(210)를 PCB 기판(400)에 실장되는 구동소자와 최단거리로 연결하기 위한 것이다. A through hole (320) is formed in the upper ceramic substrate (300). The through hole (320) is for connecting the semiconductor chip (G) mounted on the upper ceramic substrate (300) with the driving element mounted on the PCB substrate (400) at the shortest distance in the upper and lower multi-layer substrate structure, and for connecting the NTC temperature sensor (210) mounted on the lower ceramic substrate (200) with the driving element mounted on the PCB substrate (400) at the shortest distance.

쓰루홀(320)은 반도체 칩(G)이 설치되는 위치에 2개씩 8개가 형성되고, NTC 온도센서가 설치되는 위치에 2개가 설치되어 총 10개가 형성될 수 있다. 또한, 쓰루홀(320)은 상부 세라믹기판(300)에서 제1 전극 패턴(a)과 제3 전극 패턴(c)이 형성된 부분에 다수 개가 형성될 수 있다. Through holes (320) can be formed in a total of 10, with 2 holes each formed at locations where semiconductor chips (G) are installed, and 2 holes each formed at locations where NTC temperature sensors are installed. In addition, multiple through holes (320) can be formed in the upper ceramic substrate (300) at the portion where the first electrode pattern (a) and the third electrode pattern (c) are formed.

제1 전극 패턴(a)에 형성된 다수 개의 쓰루홀(320)은 상부 세라믹기판(300)의 상면의 제1 전극 패턴(a)으로 유입된 전류가 상부 세라믹기판(300)의 하면에 형성된 제1 전극 패턴(a)으로 이동하고 반도체 칩(G)으로 유입되도록 한다. 제3 전극 패턴(c)에 형성된 다수 개의 쓰루홀(320)은 반도체 칩(G)으로 유입된 전류가 상부 세라믹기판(300)의 하면의 제3 전극 패턴(c)을 통해 상부 세라믹기판(300)의 상면의 제3 전극 패턴(c)으로 이동하도록 한다.A plurality of through holes (320) formed in the first electrode pattern (a) allows the current flowing into the first electrode pattern (a) on the upper surface of the upper ceramic substrate (300) to move to the first electrode pattern (a) formed on the lower surface of the upper ceramic substrate (300) and to flow into the semiconductor chip (G). A plurality of through holes (320) formed in the third electrode pattern (c) allows the current flowing into the semiconductor chip (G) to move to the third electrode pattern (c) on the upper surface of the upper ceramic substrate (300) through the third electrode pattern (c) on the lower surface of the upper ceramic substrate (300).

쓰루홀(320)의 직경은 0.5mm~5.0mm일 수 있다. 쓰루홀(320)에는 연결핀이 설치되어 PCB 기판의 전극 패턴과 연결되고 이를 통해 PCB 기판(400)에 실장되는 구동소자와 연결될 수 있다. 상하 복층의 기판 구조에서 쓰루홀(320) 및 쓰루홀(320)에 설치되는 연결핀을 통한 전극 패턴 간 연결은 최단 거리 연결을 통해 다양한 출력 손실을 제거하여 파워모듈의 크기에 따른 제약을 개선하는데 기여할 수 있다.The diameter of the through hole (320) may be 0.5 mm to 5.0 mm. A connecting pin is installed in the through hole (320) to be connected to the electrode pattern of the PCB substrate, and through this, the driving element mounted on the PCB substrate (400) can be connected. In the upper and lower multi-layer substrate structure, the connection between the electrode patterns through the through hole (320) and the connecting pin installed in the through hole (320) can contribute to improving the constraints according to the size of the power module by eliminating various output losses through the shortest distance connection.

상부 세라믹기판(300)의 전극 패턴에는 복수 개의 비아홀(330)이 형성될 수 있다. 비아홀(330)은 기판 면적 대비 최소 50% 이상 가공될 수 있다. 상술한 비아홀(330)의 면적은 기판 면적 대비 최소 50% 이상 적용되는 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 50% 이하로 가공될 수도 있다.A plurality of via holes (330) may be formed in the electrode pattern of the upper ceramic substrate (300). The via holes (330) may be processed to at least 50% of the substrate area. The area of the via holes (330) described above has been described as being applied to at least 50% of the substrate area, but is not limited thereto and may be processed to less than 50%.

일예로 제1 전극 패턴(a)에는 152개의 비아홀이 형성되고 제2 전극 패턴(b)에는 207개의 비아홀이 형성되고 제3 전극 패턴(c)에는 154개의 비아홀이 형성될 수 있다. 각 전극 패턴에 형성되는 복수 개의 비아홀은 대전류 통전 및 대전류 분산을 위한 것이다. 하나의 슬롯 형태로 상부 세라믹기판(300)의 상면의 전극 패턴과 하면의 전극 패턴을 도통시키면 한쪽으로만 고전류가 흘러 쇼트, 과열 등의 문제가 발생할 수 있다. For example, 152 via holes may be formed in the first electrode pattern (a), 207 via holes may be formed in the second electrode pattern (b), and 154 via holes may be formed in the third electrode pattern (c). The multiple via holes formed in each electrode pattern are for conducting and distributing large currents. If the electrode patterns on the upper surface and the lower surface of the upper ceramic substrate (300) are connected in the form of a single slot, high current may flow only in one direction, which may cause problems such as short circuits and overheating.

비아홀(330)에는 전도성 물질이 충진된다. 전도성 물질은 Ag 또는 Ag 합금일 수 있다. Ag 합금은 Ag-Pd 페이스트일 수 있다. 비아홀(330)에 충진된 전도성 물질은 상부 세라믹기판(300)의 상면의 전극 패턴과 하면의 전극 패턴을 전기적으로 연결한다. 비아홀(330)은 PCB 기판(400) 가공하여 형성할 수 있다. A conductive material is filled into the via hole (330). The conductive material may be Ag or an Ag alloy. The Ag alloy may be an Ag-Pd paste. The conductive material filled into the via hole (330) electrically connects the electrode pattern on the upper surface of the upper ceramic substrate (300) to the electrode pattern on the lower surface. The via hole (330) may be formed by processing the PCB substrate (400).

도 9는 본 발명의 실시예에 의한 상부 세라믹기판에 연결핀이 결합된 상태를 보인 사시도이다.Fig. 9 is a perspective view showing a state in which a connecting pin is coupled to an upper ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 바에 의하면, 연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)에서 반도체 칩(G)과 인접한 위치에 형성된 쓰루홀(Through Hole)(320)에 끼워진다. 반도체 칩(G)과 인접한 위치에 형성된 쓰루홀(320)에 끼워진 연결핀(800)은 PCB 기판(400)에 대응된 위치에 형성된 쓰루홀에 끼워져 반도체 칩(G)을 실장하는 게이트(Gate) 단자와 PCB 기판(400)의 전극 패턴을 연결할 수 있다. As illustrated in Fig. 9, the connecting pin (800) is fitted into a through hole (320) formed at a position adjacent to the semiconductor chip (G) in the upper ceramic substrate (300). The connecting pin (800) fitted into the through hole (320) formed at a position adjacent to the semiconductor chip (G) is fitted into a through hole formed at a corresponding position on the PCB substrate (400) to connect the gate terminal on which the semiconductor chip (G) is mounted and the electrode pattern of the PCB substrate (400).

또한, 연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)에서 NTC 온도센서(210)와 인접하는 위치에 형성된 쓰루홀(320)에 끼워진다. NTC 온도센서(210)와 인접하는 위치에 형성된 쓰루홀(320)에 끼워진 연결핀(800)은 PCB 기판(400)에 대응되는 위치에 형성된 쓰루홀에 끼워져 NTC 온도센서(210)의 단자와 PCB 기판(400)의 전극 패턴을 연결할 수 있다. In addition, the connecting pin (800) is fitted into a through hole (320) formed at a position adjacent to the NTC temperature sensor (210) in the upper ceramic substrate (300). The connecting pin (800) fitted into the through hole (320) formed at a position adjacent to the NTC temperature sensor (210) can be fitted into a through hole formed at a position corresponding to the PCB substrate (400) to connect the terminal of the NTC temperature sensor (210) and the electrode pattern of the PCB substrate (400).

또한, 연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)에서 제1 전극 패턴(a)과 제3 전극 패턴(c)에 일렬로 형성된 다수 개의 쓰루홀(320)에 끼워진다. 제1 전극 패턴(a)과 제3 전극 패턴(c)에 형성된 다수 개의 쓰루홀(320)에 끼워진 연결핀(800)은 PCB 기판(400)에 대응된 위치에 형성된 쓰루홀에 끼워져 반도체 칩(G)을 PCB 기판(400)의 캐패시터(410)와 연결할 수 있다.In addition, the connecting pin (800) is fitted into a plurality of through holes (320) formed in a row in the first electrode pattern (a) and the third electrode pattern (c) in the upper ceramic substrate (300). The connecting pin (800) fitted into a plurality of through holes (320) formed in the first electrode pattern (a) and the third electrode pattern (c) can be fitted into a through hole formed at a corresponding position in the PCB substrate (400) to connect the semiconductor chip (G) to the capacitor (410) of the PCB substrate (400).

연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)에 실장되는 반도체 칩(G)을 PCB 기판(400)에 실장되는 구동소자와 최단거리로 연결하여 다양한 출력 손실을 제거하고 고속 스위칭이 가능하게 한다.The connecting pin (800) connects the semiconductor chip (G) mounted on the upper ceramic substrate (300) to the driving element mounted on the PCB substrate (400) at the shortest distance, thereby eliminating various output losses and enabling high-speed switching.

도 10은 본 발명의 실시예에 의한 PCB 기판의 평면도이다.Fig. 10 is a plan view of a PCB substrate according to an embodiment of the present invention.

도 10에 도시된 바에 의하면, PCB 기판(400)은 반도체 칩(G)을 스위칭하거나 NTC 온도센서(210)가 감지한 정보를 이용하여 반도체 칩의 스위칭하기 위한 구동소자가 실장된다. 구동소자는 Gate Drive IC를 포함한다.As illustrated in Fig. 10, a PCB substrate (400) is mounted with a driving element for switching a semiconductor chip (G) or switching the semiconductor chip using information detected by an NTC temperature sensor (210). The driving element includes a Gate Drive IC.

PCB 기판(400)은 상면에 캐패시터(410)가 장착된다. 캐패시터(410)는 상부 세라믹기판(300)의 제1 전극 패턴(a)과 제2 전극 패턴(b)을 연결하도록 배치된 반도체 칩(G)과 상부 세라믹기판(300)의 제2 전극 패턴(b)과 제3 전극 패턴(c)을 연결하도록 배치된 반도체 칩(G)의 사이에 해당하는 위치인 PCB 기판(400)의 상면에 장착된다. A capacitor (410) is mounted on the upper surface of the PCB substrate (400). The capacitor (410) is mounted on the upper surface of the PCB substrate (400) at a position corresponding to between a semiconductor chip (G) positioned to connect the first electrode pattern (a) and the second electrode pattern (b) of the upper ceramic substrate (300) and a semiconductor chip (G) positioned to connect the second electrode pattern (b) and the third electrode pattern (c) of the upper ceramic substrate (300).

반도체 칩(G)의 사이에 해당하는 위치인 PCB 기판(400)의 상면에 캐패시터(410)가 장착되면 연결핀(도 9의 도면 부호 800)을 이용하여 반도체 칩(G)과 Gate Drive IC 회로를 최단거리로 연결할 수 있으므로 고속 스위칭에 보다 유리하다. 일 예로, 캐패시터(410)는 용량을 맞추기 위해 10개가 병렬로 연결될 수 있다. 입력단에 디커플링용도로 2.5㎌ 이상을 확보하기 위해서는 고전압의 캐패시터 10개를 연결하여 용량을 확보해야 한다. 관련식은 56㎌/630V×5ea= 2.8㎌에서 확인된다. Gate Drive IC 회로는 High side gate drive IC와 Low side gate drive IC를 포함한다. When a capacitor (410) is mounted on the upper surface of the PCB substrate (400) at a position corresponding to the between the semiconductor chips (G), the semiconductor chips (G) and the Gate Drive IC circuit can be connected at the shortest distance using the connection pin (reference numeral 800 of FIG. 9), which is more advantageous for high-speed switching. For example, 10 capacitors (410) can be connected in parallel to match the capacity. In order to secure 2.5㎌ or more for decoupling purposes at the input terminal, 10 high-voltage capacitors must be connected to secure the capacity. The related formula is 56㎌/630V×5ea=2.8㎌. The Gate Drive IC circuit includes a High-side gate drive IC and a Low-side gate drive IC.

도 11은 본 발명의 실시예에 의한 파워모듈 구조를 설명하기 위한 내부 구성도이다.Figure 11 is an internal configuration diagram for explaining the power module structure according to an embodiment of the present invention.

도 11에 도시된 바에 의하면, 파워모듈(10)은 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300)의 복층 구조로 된다. As shown in Fig. 11, the power module (10) has a multi-layer structure of a lower ceramic substrate (200) and an upper ceramic substrate (300).

상부 세라믹기판(300)은 하부 세라믹기판(200)의 상부에 이격되게 배치된다. 반도체 칩(G)은 상부 세라믹기판(300)의 하면에 실장되고 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 사이에 배치된다. 고전력용 제어를 위한 반도체 칩(G)은 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 사이에 배치하여 방열 효율을 높인다. 또한, 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)을 상하 복층 구조로 형성하고, 그 사이에 고출력 반도체 칩(G)을 배치하면 반도체 칩(G)이 외부 환경으로부터 보호되므로 파워모듈(10)의 면적 및 부피에 제약을 받지 않으면서 성능을 구현할 수 있다.The upper ceramic substrate (300) is spaced apart from the upper portion of the lower ceramic substrate (200). The semiconductor chip (G) is mounted on the lower surface of the upper ceramic substrate (300) and is placed between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300). The semiconductor chip (G) for high-power control is placed between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300) to increase heat dissipation efficiency. In addition, when the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300) are formed in a top-bottom multi-layer structure and the high-power semiconductor chip (G) is placed therebetween, the semiconductor chip (G) is protected from the external environment, so that performance can be implemented without being restricted by the area and volume of the power module (10).

상부 세라믹기판(300)의 상부에 PCB 기판(400)이 이격되게 배치된다. 저전력용 제어를 위한 PCB 기판(400)은 상부 세라믹기판(300)의 상부에 이격되게 배치하여 반도체 칩(G)에서 발생하는 열로 인한 PCB 기판(400)의 손상을 방지한다. A PCB substrate (400) is spaced apart from the upper ceramic substrate (300). The PCB substrate (400) for low-power control is spaced apart from the upper ceramic substrate (300) to prevent damage to the PCB substrate (400) due to heat generated from the semiconductor chip (G).

PCB 기판(400)의 상면에는 반도체 칩(G)의 스위칭하기 위한 구동소자, 전압을 연속적이게 하기 위한 캐패시터, 커넥터 등이 실장된다. 구동소자는 Gate Drive IC 회로를 포함한다. Gate Drive IC 회로는 High side gate drive IC와 Low side gate drive IC를 포함한다. PCB 기판(400)은 복수의 절연층의 사이에 내부 전극 패턴이 형성되고 최상층에 상부 전극 패턴이 형성된 다층 구조로 될 수 있다. On the upper surface of the PCB substrate (400), a driving element for switching the semiconductor chip (G), a capacitor for making the voltage continuous, a connector, etc. are mounted. The driving element includes a Gate Drive IC circuit. The Gate Drive IC circuit includes a High side gate drive IC and a Low side gate drive IC. The PCB substrate (400) may have a multilayer structure in which an internal electrode pattern is formed between a plurality of insulating layers and an upper electrode pattern is formed on the top layer.

상부 세라믹기판(300)과 PCB 기판(400)에 쓰루홀(320,420)이 형성된다. 상부 세라믹기판(300)과 PCB 기판(400)에 형성된 쓰루홀(320,420)에 연결핀(800)이 관통 설치된다. 연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)과 PCB 기판(400)에 형성된 전극 패턴(a,b,c,d) 간을 수직으로 연결한다.Through holes (320, 420) are formed in the upper ceramic substrate (300) and the PCB substrate (400). A connecting pin (800) is installed through the through holes (320, 420) formed in the upper ceramic substrate (300) and the PCB substrate (400). The connecting pin (800) vertically connects the electrode patterns (a, b, c, d) formed in the upper ceramic substrate (300) and the PCB substrate (400).

상부 세라믹기판(300)의 쓰루홀(320)과 PCB 기판(400)의 쓰루홀(420)을 관통하여 설치된 연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)의 전극 패턴(a,b,c)과 PCB 기판(400)의 전극 패턴(d)을 최단 거리로 연결하여 다양한 출력 손실을 제거하고 임피던스와 인덕턴스를 낮춤으로써 대전력을 고속으로 제어하기 용이하도록 한다.The connecting pin (800) installed through the through hole (320) of the upper ceramic substrate (300) and the through hole (420) of the PCB substrate (400) connects the electrode patterns (a, b, c) of the upper ceramic substrate (300) and the electrode pattern (d) of the PCB substrate (400) at the shortest distance, thereby eliminating various output losses and lowering impedance and inductance, thereby facilitating high-speed control of high power.

전압이 일정하다는 가정하에 임피던스가 낮으면 전류의 이동이 용이하므로 전류를 고속으로 제어하기 용이하다. 그리고 인덕턴스가 높으면 저항이 증가하고 열이 증가하므로 고속 스위칭 및 방열을 위해서는 인덕턴스를 낮추는 것이 중요하다. 임피던스와 인덕턴스는 전극 패턴의 연결 거리를 길수록 높아진다. Assuming a constant voltage, low impedance facilitates current flow, facilitating high-speed current control. High inductance increases resistance and heat generation, making low inductance crucial for high-speed switching and heat dissipation. Impedance and inductance both increase with increasing electrode pattern connection distance.

만약, 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300) 및 PCB 기판(400)을 별도로 제작하고 필요에 따라서 조립하여 사용하면, 전극 패턴 간을 최단 거리로 연결하기 어렵고 와이어 등을 이용하여 연결해야 하므로 다양한 출력 손실이 발생하고, 높은 임피던스와 인덕턴스로 인해 전류를 고속으로 제어하기 어려운 한계가 있다. If the lower ceramic substrate (200), upper ceramic substrate (300), and PCB substrate (400) are manufactured separately and assembled and used as needed, it is difficult to connect the electrode patterns with the shortest distance and they must be connected using wires, etc., which causes various output losses, and there is a limitation in that it is difficult to control the current at high speed due to high impedance and inductance.

따라서, 실시예의 파워모듈은 고출력 전력 반도체 칩 모듈과 Drive PCBA(Print Circuit Board Assembly)를 일체형으로 구성하여 전류 경로를 최소화하고 임피던스와 인덕턴스를 낮춘다. 고출력 전력 반도체 칩 모듈은 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 사이에 고출력 반도체 칩을 배치한 구조의 모듈이고, Drive PCBA는 PCB 기판(400)에 구동소자 및 전극 패턴 등을 포함한 PCB 조립품을 의미한다.Accordingly, the power module of the embodiment is configured as an integrated high-power power semiconductor chip module and a Drive PCBA (Print Circuit Board Assembly) to minimize the current path and lower impedance and inductance. The high-power power semiconductor chip module is a module having a structure in which a high-power semiconductor chip is placed between a lower ceramic substrate (200) and an upper ceramic substrate (300), and the Drive PCBA refers to a PCB assembly including a driving element and an electrode pattern on a PCB substrate (400).

반도체 칩(G)은 SiC 칩, GaN 칩, MOSFET, IGBT, JFET, HEMT 중 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는 반도체 칩(G)은 GaN 칩이며, 상부 세라믹기판(300)의 하면에 플립칩 형태로 고정한다. 실시예에서 반도체 칩(G)은 상면의 표면 전극이 상부 세라믹기판(300)의 하면의 금속층(303)에 접합되고 하면이 하부 세라믹기판(200)의 상면의 금속층(202)에 접합된다. 상기와 같이 반도체 칩(G)을 상부 세라믹기판(300)에 플립칩 형태로 고정하면 반도체 칩(G)과 Gate drive IC 단자 간의 거리를 최대한 짧게 설계할 수 있어 반도체 칩(G)의 성능을 최대한 발휘하도록 할 수 있다.The semiconductor chip (G) may be any one of a SiC chip, a GaN chip, a MOSFET, an IGBT, a JFET, and a HEMT. Preferably, the semiconductor chip (G) is a GaN chip and is fixed to the lower surface of the upper ceramic substrate (300) in a flip-chip form. In an embodiment, the semiconductor chip (G) has a surface electrode on the upper surface bonded to the metal layer (303) on the lower surface of the upper ceramic substrate (300) and a lower surface bonded to the metal layer (202) on the upper surface of the lower ceramic substrate (200). When the semiconductor chip (G) is fixed to the upper ceramic substrate (300) in a flip-chip form as described above, the distance between the semiconductor chip (G) and the gate drive IC terminal can be designed to be as short as possible, thereby maximizing the performance of the semiconductor chip (G).

연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)에 실장되는 반도체 칩(G)의 게이트 단자와 PCB 기판(400)에 실장되는 드라이브 IC를 연결할 수 있다. 드라이브 IC는 하이 게이트 드라이브 IC(HS gate drive IC)와 로우 게이트 드라이브 IC(LS gate drive IC)를 포함한다. 또한, 연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)의 전극 패턴을 PCB 기판(400)에 실장되는 캐패시터와 연결할 수 있다. The connecting pin (800) can connect the gate terminal of the semiconductor chip (G) mounted on the upper ceramic substrate (300) and the drive IC mounted on the PCB substrate (400). The drive IC includes a high gate drive IC (HS gate drive IC) and a low gate drive IC (LS gate drive IC). In addition, the connecting pin (800) can connect the electrode pattern of the upper ceramic substrate (300) to the capacitor mounted on the PCB substrate (400).

연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)과 PCB 기판(400)을 수직으로 연결하되, 쇼트 방지를 위하여 상부 세라믹기판(300)의 하부에 배치되는 하부 세라믹기판(200)과는 접촉하지 않는다.The connecting pin (800) vertically connects the upper ceramic substrate (300) and the PCB substrate (400), but does not come into contact with the lower ceramic substrate (200) placed below the upper ceramic substrate (300) to prevent short circuit.

쓰루홀(320,420)에 관통 설치된 연결핀(800)은 상부 세라믹기판(300)의 쓰루홀(320)의 가장자리의 전극 패턴(a,b,c)과 레이저 웰딩에 의해 접합될 수 있다. 연결핀(800)을 쓰루홀(320)에 끼움 결합하고 레이저 웰딩으로 접합하면 연결핀(800)을 상부 세라믹기판(300)에 고정하기 용이하고 위치의 정밀도가 향상된다. 이는 연결핀(800)이 상부 세라믹기판(300)의 전극 패턴(a,b,c)에 안정적으로 연결되게 하므로 파워모듈의 작동 신뢰성 확보에 유리하다. The connecting pin (800) installed through the through-hole (320, 420) can be joined to the electrode patterns (a, b, c) on the edge of the through-hole (320) of the upper ceramic substrate (300) by laser welding. When the connecting pin (800) is inserted into the through-hole (320) and joined by laser welding, it is easy to fix the connecting pin (800) to the upper ceramic substrate (300) and the precision of the position is improved. This is advantageous in ensuring the operational reliability of the power module because the connecting pin (800) is stably connected to the electrode patterns (a, b, c) of the upper ceramic substrate (300).

레이저 웰딩시 연결핀(800)을 상부 세라믹기판(300)의 전극 패턴(a,b,c)에 접합하는 솔더층(850)을 포함할 수 있다. 솔더층(850)은 상부 세라믹기판(300)의 쓰루홀(320)의 가장자리에 도포되고 레이저 웰딩시 녹아 연결핀(800)을 전극 패턴(a,b,c)에 접합할 수 있다. 연결핀(800)은 전도성이 있는 구리 또는 구리합금으로 형성될 수 있다. 연결핀(800)은 쓰루홀(320,420)의 내경에 대응되는 원기둥 형상으로 형성될 수도 있고 제작의 용이성을 위해 사각 기동 형상으로 형성될 수도 있다. 또는 도 9에 도시된 바와 같이, 연결핀(800)은 묶음 형태로 제작되어 상부 세라믹기판(300)의 쓰루홀(320)에 끼움 결합될 수 있다.The connecting pin (800) may include a solder layer (850) that joins the connecting pin (800) to the electrode patterns (a, b, c) of the upper ceramic substrate (300) during laser welding. The solder layer (850) may be applied to the edge of the through-hole (320) of the upper ceramic substrate (300) and may be melted during laser welding to join the connecting pin (800) to the electrode patterns (a, b, c). The connecting pin (800) may be formed of conductive copper or a copper alloy. The connecting pin (800) may be formed in a cylindrical shape corresponding to the inner diameter of the through-hole (320, 420) or may be formed in a square, cylindrical shape for ease of manufacturing. Alternatively, as illustrated in FIG. 9, the connecting pin (800) may be manufactured in a bundle shape and fitted into the through-hole (320) of the upper ceramic substrate (300).

하부 세라믹기판(200)의 하면에 부착된 방열판(500)을 포함한다. 방열판(500)은 하부 세라믹기판(200)의 하면에 솔더링 접합될 수 있다. It includes a heat sink (500) attached to the lower surface of the lower ceramic substrate (200). The heat sink (500) can be soldered to the lower surface of the lower ceramic substrate (200).

하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)은 세라믹기재(201,301)와 세라믹기재(201,301)의 상면과 하면에 브레이징 접합된 금속층(202,203,302,303)을 포함한다. 세라믹기재(201,301)는 알루미나(Al2O3), ZTA, AlN, SiN, Si3N4 중 하나로 형성되고, 금속층(202,203,302,303)은 구리 또는 구리합금 재질로 형성된다. The lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300) include ceramic substrates (201, 301) and metal layers (202, 203, 302, 303) brazed to the upper and lower surfaces of the ceramic substrates (201, 301). The ceramic substrates (201, 301) are formed of one of alumina (Al 2 O 3 ), ZTA, AlN, SiN, and Si 3 N 4 , and the metal layers (202, 203, 302, 303) are formed of copper or a copper alloy material.

일 예로, 하부 세라믹기판(200)은 AMB(Active Metal Brazing) 기판이고, AMB 기판을 형성하는 세라믹기재(201)의 두께가 0.635mm이고 세라믹기재(201)의 상부와 하부의 금속층(202,203)의 두께가 각각 0.8mm인 것을 일 예로 할 수 있다. 상부 세라믹기판(300)은 AMB(Active Metal Brazing) 기판이고, AMB 기판을 형성하는 세라믹기재(301)의 두께가 0.38mm이고 세라믹기재(301)의 상부와 하부의 금속층(302,303)의 두께가 각각 0.3mm인 것을 일예로 할 수 있다. 또한 금속층은 동박인 것을 일예로 한다. 금속층(302,303)이 전극 패턴(a,b,c)을 형성한다.For example, the lower ceramic substrate (200) may be an AMB (Active Metal Brazing) substrate, and the thickness of the ceramic substrate (201) forming the AMB substrate may be 0.635 mm, and the thicknesses of the upper and lower metal layers (202, 203) of the ceramic substrate (201) may be 0.8 mm each. The upper ceramic substrate (300) may be an AMB (Active Metal Brazing) substrate, and the thickness of the ceramic substrate (301) forming the AMB substrate may be 0.38 mm, and the thicknesses of the upper and lower metal layers (302, 303) of the ceramic substrate (301) may be 0.3 mm each. In addition, the metal layers may be copper foil, as an example. The metal layers (302, 303) form electrode patterns (a, b, c).

PCB 기판(400)은 다층 구조의 FR4 기판이고, 두께가 0.9mm인 것을 일예로 할 수 있다. 방열판(500)은 구리 재질, 구리합금 재질, Cu-Mo-Cu 3층 구조 및 Cu-CuMo-Cu 3층 구조 중 어느 하나 형성되며 두께가 4mm인 것을 일예로 할 수 있다.The PCB substrate (400) is a multilayer FR4 substrate, for example, having a thickness of 0.9 mm. The heat sink (500) is formed of any one of copper material, copper alloy material, Cu-Mo-Cu three-layer structure, and Cu-CuMo-Cu three-layer structure, and can have a thickness of 4 mm, for example.

상부 세라믹기판(300)에는 비아홀(330)이 형성될 수 있다.A via hole (330) can be formed in the upper ceramic substrate (300).

비아홀(330)은 상부 세라믹기판(300)의 세라믹기재(301)를 상하로 관통하도록 형성된다. 비아홀(330)은 복수 개가 형성되며, 비아홀(330)에는 금속충진재(P)가 충진된다. 비아홀(330)에 충진된 금속충진재(P)는 세라믹기재(301)의 상면과 하면의 전극 패턴(a,b,c)을 수직으로 연결한다. 비아홀(330)에 충진된 금속충진재(P)는 비아홀(330)의 상부와 하부로 돌출되어 세라믹기재(301)의 상면과 하면의 전극 패턴(a,b,c)과 접합될 수 있다. 또는, 비아홀(330)은 상부 세라믹기판(300)을 상하로 관통하도록 형성되고, 금속충진재(P)는 비아홀(330)에 충진되어 상면과 하면의 전극 패턴(a,b,c)을 연결할 수 있다.A via hole (330) is formed to vertically penetrate the ceramic substrate (301) of the upper ceramic substrate (300). A plurality of via holes (330) are formed, and a metal filler (P) is filled in the via hole (330). The metal filler (P) filled in the via hole (330) vertically connects the electrode patterns (a, b, c) on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate (301). The metal filler (P) filled in the via hole (330) protrudes above and below the via hole (330) and can be joined to the electrode patterns (a, b, c) on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate (301). Alternatively, a via hole (330) is formed to penetrate the upper ceramic substrate (300) upwardly and downwardly, and a metal filler (P) can be filled into the via hole (330) to connect the electrode patterns (a, b, c) on the upper and lower surfaces.

상부 세라믹기판(300)에서 세라믹기재(301)는 알루미나(Al2O3), ZTA, AlN, SiN, Si3N4 중 하나로 형성된다. 금속층(302,303)은 구리 또는 구리합금 재질로 형성된다. 상부 세라믹기판(300)의 금속층(302,303)은 전극 패턴(a,b,c)을 형성한다.In the upper ceramic substrate (300), the ceramic material (301) is formed of one of alumina (Al 2 O 3 ), ZTA, AlN, SiN, and Si 3 N 4 . The metal layers (302, 303) are formed of copper or a copper alloy material. The metal layers (302, 303) of the upper ceramic substrate (300) form electrode patterns (a, b, c).

이와 같이, 세라믹기재(301)는 절연재질로 형성되므로 상면과 하면의 전극 패턴(a,b,c)의 전기적 연결이 불가능한 구조이다. 파워모듈에서 반도체 칩을 통한 루프 연결 및 전기적 회로 연결이 필요한데, 전기적 루프 길이가 길어지면 인덕턴스 값이 증가한다. 인덕턴스 값이 증가하면 전류의 고속 이동에 불리하다. In this way, since the ceramic substrate (301) is formed of an insulating material, it is a structure in which electrical connection between the electrode patterns (a, b, c) on the upper and lower surfaces is impossible. In a power module, loop connection and electrical circuit connection through a semiconductor chip are required, but as the electrical loop length increases, the inductance value increases. An increase in the inductance value is disadvantageous for high-speed current movement.

따라서 인덕턴스 값을 낮추어 전류의 고속 이동에 유리하도록 세라믹기재(301)의 상면과 하면의 전극 패턴(a,b,c)을 비아홀(330)에 충진한 금속충진재(P)로 연결하여 전류의 이동 효율을 높이고, 파워모듈의 소형화가 가능하게 할 수 있다.Therefore, by lowering the inductance value and connecting the electrode patterns (a, b, c) on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate (301) with a metal filler (P) filled in the via hole (330), the current movement efficiency can be increased and the power module can be made miniaturized.

비아홀(330)은 금속충진재(P)의 충진이 용이하도록 내경이 0.1mm~0.3mm 범위이다. 금속충진재(P)는 전도성 금속으로 이루어진다. 일 예로, 금속충진재(P)는 Ag합금계, Ag-Pd계, Ag-Ceramic계, Cu합금계 중 하나 또는 이들의 혼합 페이스트로 이루어진다. 상기한 금속충진재(P)는 저항이 낮아 세라믹기재(301)의 상면과 하면의 전극 패턴(a,b,c)을 연결하여 전류의 이동 효율을 높인다. The via hole (330) has an inner diameter of 0.1 mm to 0.3 mm to facilitate filling of the metal filler (P). The metal filler (P) is made of a conductive metal. For example, the metal filler (P) is made of one of Ag alloy, Ag-Pd, Ag-ceramic, and Cu alloy, or a mixed paste thereof. The metal filler (P) has low resistance and thus connects the electrode patterns (a, b, c) on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate (301), thereby increasing the efficiency of current movement.

비아홀(330)의 면적은 상부 세라믹기판(300)의 면적 대비 10% 이상일 수 있다. The area of the via hole (330) may be 10% or more of the area of the upper ceramic substrate (300).

상술한 실시예는 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300) 및 PCB 기판(400)을 3층 일체형 구성으로 제작하여 전류 경로를 최소화하고 임피던스와 인덕턴스를 낮춤으로써 대전력을 고속으로 제어하기 용이하도록 할 수 있다.The above-described embodiment can be easily controlled at high speed by minimizing the current path and lowering the impedance and inductance by manufacturing the lower ceramic substrate (200), the upper ceramic substrate (300), and the PCB substrate (400) as a three-layer integrated configuration.

또한, 상부 세라믹기판(300)에 복수 개의 비아홀(330)을 형성하여 상면과 하면의 전극 패턴(a,b,c)을 연결함으로써 대전류의 분산 및 대전류의 통전을 용이하게 하여 쇼트 및 과열 등의 문제를 방지하고 고속 전류의 이동을 효율을 높일 수 있다.In addition, by forming a plurality of via holes (330) in the upper ceramic substrate (300) to connect the electrode patterns (a, b, c) on the upper and lower surfaces, it is possible to facilitate the distribution and conduction of large currents, thereby preventing problems such as short circuits and overheating and increasing the efficiency of high-speed current movement.

상술한 파워모듈(10)은 방열판(500)의 상면에 하부 세라믹기판(200)이 접합되고, 하부 세라믹기판(200)의 상부에 절연 스페이서(220)를 매개로 상부 세라믹기판(300)이 이격되게 배치되며, 상부 세라믹기판(300)의 상부에 연결핀(800)을 매개로 PCB 기판(400)이 이격되게 배치되며, 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300) 및 PCB 기판(400)이 하우징(100)에 의해 패키징되어 모듈 형태로 제조된다.The power module (10) described above is manufactured in the form of a module in which a lower ceramic substrate (200) is bonded to the upper surface of a heat sink (500), an upper ceramic substrate (300) is spaced apart from the upper surface of the lower ceramic substrate (200) via an insulating spacer (220), a PCB substrate (400) is spaced apart from the upper surface of the upper ceramic substrate (300) via a connecting pin (800), and the lower ceramic substrate (200), the upper ceramic substrate (300), and the PCB substrate (400) are packaged by a housing (100).

하우징(100)은 중앙에 상하로 개구되는 빈 공간이 형성되고 사출 재질로 형성된다. 하우징(100)의 하면에 방열판(500)이 접합되며 하우징(100)의 빈 공간으로 노출된 방열판(500)의 상면에 하부 세라믹기판(200)이 접합되고, 그 상부에 상부 세라믹기판(300) 및 PCB 기판(400)이 순차적으로 설치된다. 상부 세라믹기판(300)과 PCB 기판(400)의 이격 거리는 PCB 기판에 소장된 소자의 손상을 방지하도록 최소 0.5mm를 유지하도록 한다. The housing (100) is formed with an empty space that is opened vertically in the center and is formed of an injection-molded material. A heat sink (500) is bonded to the lower surface of the housing (100), and a lower ceramic substrate (200) is bonded to the upper surface of the heat sink (500) exposed through the empty space of the housing (100), and an upper ceramic substrate (300) and a PCB substrate (400) are sequentially installed thereon. The distance between the upper ceramic substrate (300) and the PCB substrate (400) is maintained at a minimum of 0.5 mm to prevent damage to the components stored on the PCB substrate.

또한, 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 사이에는 실리콘액(S) 또는 에폭시를 충진한다. 실리콘액(S) 또는 에폭시는 하부 세라믹기판(200)과 상부 세라믹기판(300)의 전극 패턴 간을 절연한다.Additionally, a silicone liquid (S) or epoxy is filled between the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300). The silicone liquid (S) or epoxy insulates the electrode patterns of the lower ceramic substrate (200) and the upper ceramic substrate (300).

상술한 파워모듈(10)은 하부 세라믹기판(200), 상부 세라믹기판(300)의 복층 구조로 형성하고, 그 사이에 반도체 칩(G)을 실장하여 보호하며, 상부 세라믹기판(300)의 상부에 PCB 기판(400)을 배치하는 복층 구조로 형성하고 실리콘액(S) 또는 에폭시를 사용한 패킹 형태이므로 파워모듈의 면적 및 부피의 제약을 받지 않으면서 성능을 구현할 수 있다. The power module (10) described above is formed with a multi-layer structure of a lower ceramic substrate (200) and an upper ceramic substrate (300), a semiconductor chip (G) is mounted and protected between them, and a PCB substrate (400) is placed on top of the upper ceramic substrate (300). Since it is formed with a multi-layer structure and is in the form of a packing using silicone liquid (S) or epoxy, performance can be implemented without being restricted by the area and volume of the power module.

도 12은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파워모듈 구조를 설명하기 위한 내부 구성도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 상부 세라믹기판을 보인 단면도이다. Fig. 12 is an internal configuration diagram for explaining a power module structure according to another embodiment of the present invention, and Fig. 13 is a cross-sectional view showing an upper ceramic substrate according to another embodiment of the present invention.

다른 실시예의 파워모듈(10')은 상부 세라믹기판의 형상이 일 실시예와 차이가 있다.The power module (10') of another embodiment has a different shape of the upper ceramic substrate from that of the first embodiment.

도 12 및 도 13에 도시된 바에 의하면, 다른 실시예의 세라믹기판(300')은 금속층(302',303')의 가장자리에 응력 집중을 완화하기 위한 곡률 경사부(350,350',350")가 형성된다. 세라믹기판의 수명은 세라믹기재의 재료와 전극 패턴을 형성하는 금속층의 형상에 따라 결정된다. As shown in FIGS. 12 and 13, a ceramic substrate (300') of another embodiment has a curvature slope (350, 350', 350") formed at the edge of a metal layer (302', 303') to alleviate stress concentration. The lifespan of the ceramic substrate is determined by the material of the ceramic substrate and the shape of the metal layer forming the electrode pattern.

세라믹기재(301)의 재료는 고강도를 갖는 알루미나(Al2O3), AlN, SiN 및 Si3N4 중 어느 하나로 형성하여 장기 수명이 길도록 한다. 금속층(302',303')의 가장자리의 두께가 증가할 수로 응력 집중으로 인한 세라믹기재(301)와의 접합 스트레스가 증가한다. 접합 스트레스가 증가하면 급격한 온도 변화에서 금속층(302',303')이 세라믹기재(301)로부터 분리될 수 있다.The material of the ceramic substrate (301) is formed of one of high-strength alumina (Al 2 O 3 ), AlN, SiN, and Si 3 N 4 to ensure a long service life. As the thickness of the edge of the metal layer (302', 303') increases, the bonding stress with the ceramic substrate (301) increases due to stress concentration. If the bonding stress increases, the metal layer (302', 303') may separate from the ceramic substrate (301) under rapid temperature changes.

금속층(302',303')이 세라믹기재(301)로부터 분리되는 것을 방지하기 위해서는 접합 강도를 유지하면서 접합 스트레스를 최소화해야 한다. 따라서 금속층(302',303')은 가장자리에 라운드진 곡률 경사부(350,350',350")를 형성하여 두께를 점차적으로 줄임으로써 응력 집중을 완화한다.In order to prevent the metal layer (302', 303') from being separated from the ceramic substrate (301), the bonding stress must be minimized while maintaining the bonding strength. Therefore, the metal layer (302', 303') forms a rounded curvature slope (350, 350', 350") at the edge to gradually reduce the thickness, thereby alleviating stress concentration.

곡률 경사부(350,350',350")는 세라믹기재(301)의 외주 방향으로 돌출된 형상을 갖는다. 일 예로, 곡률 경사부(350,350',350")는 세라믹기재 방향으로 오목한 형상으로 형성되고 세라믹기재 방향으로 갈수록 돌출 길이가 증가한다. 또는 곡률 경사부(350',350")는 복수의 오목부(351,352,351',352')가 형성되고 오목부(351,352)와 오목부(351',352')가 만나는 부분에 돌출부(353,353')가 형성되는 다단 구조일 수 있다. 돌출부(353,353')는 뾰족한 형상이다. The curvature slope portion (350, 350', 350") has a shape that protrudes in the outer circumferential direction of the ceramic substrate (301). For example, the curvature slope portion (350, 350', 350") is formed in a concave shape in the direction of the ceramic substrate, and the protrusion length increases as it goes in the direction of the ceramic substrate. Alternatively, the curvature slope portion (350', 350") may have a multi-stage structure in which a plurality of concave portions (351, 352, 351', 352') are formed, and a protrusion portion (353, 353') is formed at a point where the concave portions (351, 352) and the concave portions (351', 352') meet. The protrusion portions (353, 353') have a sharp shape.

또는 곡률 경사부(350',350")는 2개의 오목부(351,352,351',352')가 형성되고 오목부(351,352)와 오목부(351',352')가 만나는 부분에 돌출부(353,353')가 형성되는 2단 구조일 수 있다. Alternatively, the curvature slope (350', 350") may be a two-stage structure in which two concave portions (351, 352, 351', 352') are formed and a protrusion (353, 353') is formed at the point where the concave portions (351, 352) and the concave portions (351', 352') meet.

금속층(302',303')의 가장자리에 형성된 곡률 경사부(350,350',350")는 1단 구조와 다단 구조가 혼용되어 있을 수 있다. 일 예로, 금속층(302',303')의 가장자리 중 일측 가장자리에는 1단 구조의 곡률 경사부(350)가 형성하고 다른 일측에는 다단 구조의 곡률 경사부(350',350")가 형성될 수 있다. 또는 금속층(302',303')의 가장자리를 따라 전체가 다단 구조의 곡률 경사부(350',350")로 형성될 수 있다.The curvature slope (350, 350', 350") formed on the edge of the metal layer (302', 303') may have a single-stage structure and a multi-stage structure mixed together. For example, a single-stage curvature slope (350) may be formed on one edge of the edge of the metal layer (302', 303'), and a multi-stage curvature slope (350', 350") may be formed on the other edge. Alternatively, the entire edge of the metal layer (302', 303') may be formed as a multi-stage curvature slope (350', 350").

1단 구조의 곡률 경사부(350)의 길이는 금속층(302',303')의 두께에 비해 상대적으로 작게 형성하여 응력 완화 기능을 하면서 접합 강도는 강하게 유지할 수 있도록 한다. The length of the curved slope (350) of the single-stage structure is formed relatively small compared to the thickness of the metal layer (302', 303') so that the stress relief function can be performed while maintaining strong bonding strength.

1단 구조의 곡률 경사부(350)의 다단 구조의 곡률 경사부(350',350")에 비해 세라믹기재(301)에 접합되는 면적이 상대적으로 좁기 때문에 금속층(302',303') 간의 간격이 좁은 경우에도 접합 강도를 유지할 수 있다.Since the area bonded to the ceramic substrate (301) of the single-stage structured curvature slope (350) is relatively narrower than that of the multi-stage structured curvature slope (350', 350"), the bonding strength can be maintained even when the gap between the metal layers (302', 303') is narrow.

다단 구조의 곡률 경사부(350',350")가 1단 구조의 곡률 경사부(350)에 비해 세라믹기재(301)에 접합되는 면적이 상대적으로 넓기 때문에 접합 강도를 강하게 유지할 수 있는 대신 외주 방향으로 돌출되는 면적이 넓기 때문에 이웃하는 금속층(302',303') 간의 간격이 좁은 경우에는 적용이 어려울 수 있다.Since the area where the multi-stage structure's curvature slope (350', 350") is bonded to the ceramic substrate (301) is relatively larger than that of the single-stage structure's curvature slope (350), the bonding strength can be maintained strongly. However, since the area protruding in the outer circumferential direction is large, it may be difficult to apply when the gap between adjacent metal layers (302', 303') is narrow.

금속층(302',303')은 이웃하는 다른 금속층(302',303')과의 간격에 따라 다른 금속층(302',303')과 인접한 외주에 서로 다른 형상의 곡률 경사부(350',350")가 형성될 수 있다. Depending on the distance between the metal layers (302', 303') and the adjacent metal layers (302', 303'), different shaped curvature slopes (350', 350") can be formed on the outer periphery adjacent to the other metal layers (302', 303').

곡률 경사부(350,350',350")는 금속층(302',303')의 가장자리에 응력 집중을 방지하여 열적, 전기적 충격을 완화함으로써 세라믹기판(300')의 2~3배 이상의 장수명을 확보하고 신뢰성을 확보한다.The curvature slope (350, 350', 350") prevents stress concentration at the edge of the metal layer (302', 303') and alleviates thermal and electrical shocks, thereby securing a lifespan that is 2 to 3 times longer than that of the ceramic substrate (300') and ensuring reliability.

도 13에 도시된 세라믹기판(300')은 반도체 칩이 실장되는 상부 세라믹기판이다. 다른 실시예에서는 상기한 곡률 경사부(350,350',350")를 상부 세라믹기판의 가장자리에 적용한 것을 예로 들어 설명하였으나 곡률 경사부(350,350',350")를 하부 세라믹기판에도 적용할 수 있다. The ceramic substrate (300') illustrated in Fig. 13 is an upper ceramic substrate on which a semiconductor chip is mounted. In another embodiment, the above-described curvature slope portion (350, 350', 350") is applied to the edge of the upper ceramic substrate as an example, but the curvature slope portion (350, 350', 350") can also be applied to the lower ceramic substrate.

세라믹기판(300') AMB(Active Metal Brazing) 기판, DBC(Direct Bonding Copper) 기판, DBA 기판(Direct Brazed Aluminum), TPC(Thick Printing Copper) 기판 중 하나이다. 세라믹기판(300')은 반도체 칩이 실장되는 상부 세라믹기판을 예로 들어 설명하였다.Ceramic substrate (300') is one of AMB (Active Metal Brazing) substrate, DBC (Direct Bonding Copper) substrate, DBA substrate (Direct Brazed Aluminum), and TPC (Thick Printing Copper) substrate. The ceramic substrate (300') is explained using the upper ceramic substrate on which the semiconductor chip is mounted as an example.

도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 상부 세라믹기판 제조방법을 설명하기 위한 과정도이다.Figures 14 and 15 are process diagrams for explaining a method for manufacturing an upper ceramic substrate according to another embodiment of the present invention.

도 14에 도시된 바에 의하면, 곡률 경사부(350,350',350")는 금속층(302,303)의 일면에 포토마스크(m)를 배치하고 포토마스크(m)에 의해 노출된 금속층(302,303)을 식각하여 형성한다.As illustrated in FIG. 14, the curvature slope (350, 350', 350") is formed by placing a photomask (m) on one surface of the metal layer (302, 303) and etching the metal layer (302, 303) exposed by the photomask (m).

또한, 다단 구조의 곡률 경사부(350',350")는 금속층(302,303)의 일면에 2개 이상의 구멍이 연속 형성된 포토마스크(m) 배치하고 포토마스크(m)에 의해 노출된 금속층(302,303)을 식각하여 형성한다. 2개 이상의 구멍이 일정 간격을 두고 연속 형성된 포토마스크(m)를 사용하면 1번의 에칭으로 다단 구조의 곡률 경사부(350',350")를 형성할 수 있다. In addition, the multi-stage structured curved slope (350', 350") is formed by arranging a photomask (m) in which two or more holes are continuously formed on one surface of a metal layer (302, 303) and etching the metal layer (302, 303) exposed by the photomask (m). If a photomask (m) in which two or more holes are continuously formed at a certain interval is used, the multi-stage structured curved slope (350', 350") can be formed with one etching.

그 과정은 세라믹기판을 준비하는 단계(S10), 포토마스크를 형성하는 단계(S20), 곡률 경사부를 형성하는 단계(S30) 및 포토마스크를 제거하는 단계(S40)를 포함한다.The process includes a step of preparing a ceramic substrate (S10), a step of forming a photomask (S20), a step of forming a curvature slope (S30), and a step of removing the photomask (S40).

세라믹기판을 준비하는 단계(S10)는 세라믹기재(301)와 세라믹기재(301)의 적어도 일면에 브레이징 접합된 금속층(302,303)을 포함하는 세라믹기판(300)을 준비한다. 세라믹기판(300)은 세라믹기재(301)의 두께가 0.3mm~0.4mm이고, 금속층(302',303')의 두께가 0.3mm인 것을 준비할 수 있다.Step (S10) of preparing a ceramic substrate prepares a ceramic substrate (300) including a ceramic substrate (301) and a metal layer (302, 303) brazed to at least one surface of the ceramic substrate (301). The ceramic substrate (300) can be prepared in which the ceramic substrate (301) has a thickness of 0.3 mm to 0.4 mm and the metal layer (302', 303') has a thickness of 0.3 mm.

포토마스크를 형성하는 단계(S20)는 금속층(302,303)의 일면에 2개 이상의 구멍(h)이 연속 형성된 포토마스크(m)를 형성할 수 있다. 2개 이상의 연속 형성된 구멍(h)은 다단 구조의 곡률 경사부(350',350")를 형성하기 위한 것이다.The step (S20) of forming a photomask can form a photomask (m) in which two or more holes (h) are continuously formed on one surface of a metal layer (302, 303). The two or more continuously formed holes (h) are for forming a multi-stage structure of a curvature slope (350', 350").

또한, 포토마스크(m)는 금속층(302',303')의 면적보다 좁은 면적을 갖는 복수의 포토마스크(m)를 형성할 수도 있다.Additionally, the photomask (m) may form a plurality of photomasks (m) having an area narrower than the area of the metal layer (302', 303').

곡률 경사부를 형성하는 단계(S30)는 포토마스크(m)에 의해 노출된 금속층(302,303)을 에칭액으로 식각하여, 금속층(302',303')의 하부로 갈수록 세라믹기재(301)의 외주 방향으로 라운드진 경사를 갖는 곡률 경사부(350') 또는 2개 이상의 라운드진 오목부(351,352,351',352')를 갖는 다단 곡률 경사부(350',350")를 형성한다. 에칭액은 염화제이철을 사용할 수 있다.The step (S30) of forming a curvature slope portion is to etch the metal layer (302, 303) exposed by the photomask (m) with an etching solution to form a curvature slope portion (350') having a rounded slope toward the outer circumference of the ceramic substrate (301) toward the lower part of the metal layer (302', 303') or a multi-stage curvature slope portion (350', 350") having two or more rounded concave portions (351, 352, 351', 352'). Ferric chloride can be used as the etching solution.

2개의 연속된 구멍(h)에 에칭액이 유입되면 에칭이 80% 정도 이루어지면서 1번의 에칭으로 에칭 정도가 다른 2단 구조의 곡률 경사부(350',350")가 형성될 수 있다. 2단 구조에서 오목부의 형상 및 길이는 이웃하는 구멍의 크기, 구멍의 간의 간격으로 조절 가능하다.When the etchant is introduced into two consecutive holes (h), etching is performed at about 80%, and a two-stage structure of curved slopes (350', 350") with different etching degrees can be formed with one etching. In the two-stage structure, the shape and length of the concave portion can be controlled by the size of the adjacent holes and the spacing between the holes.

또한, 에칭액의 농도, 에칭 시간을 조절하여 오목부의 형상 및 길이를 조절할 수 있다.Additionally, the shape and length of the concave portion can be controlled by adjusting the concentration of the etching solution and the etching time.

포토마스크를 제거하는 단계(S40)는 금속층(302',303')에 곡률 경사부(350,350',350")를 형성한 다음 에칭액을 통해 금속층(302',303')의 일면에 형성된 포토마스크(m)를 식각한다. 포토마스크(m)가 식각에 의해 제거되면 최종 상태의 세라믹기판(300')이 제작된다. 세라믹기판(300')은 상부 세라믹기판으로 사용하여 가장자리 응력 집중을 방지함으로써 기판의 수명을 향상시킬 수 있다. The step of removing the photomask (S40) forms a curvature slope (350, 350', 350") on the metal layer (302', 303') and then etches the photomask (m) formed on one surface of the metal layer (302', 303') using an etching solution. When the photomask (m) is removed by etching, a ceramic substrate (300') in the final state is manufactured. The ceramic substrate (300') can be used as an upper ceramic substrate to prevent stress concentration at the edge, thereby improving the lifespan of the substrate.

도 14에 도시된 세라믹기판(300')은 설명의 편의를 위해 1단 구조와 다단 구조가 혼용된 곡률 경사부(350,350',350")를 도시하였다. 그러나 세라믹기판(300')의 가장자리에는 1단 구조의 곡률 경사부(350)만 형성하거나, 2단 구조의 곡률 경사부(350',350")만 형성할 수도 있다.The ceramic substrate (300') illustrated in FIG. 14 shows a curvature slope (350, 350', 350") in which a single-stage structure and a multi-stage structure are mixed for convenience of explanation. However, only a single-stage curvature slope (350) or a two-stage curvature slope (350', 350") may be formed at the edge of the ceramic substrate (300').

일 예로, 도 15에 도시된 바와 같이, 다단 구조의 곡률 경사부(35")는 금속층(302')의 가장자리에 형성할 수 있다. For example, as illustrated in FIG. 15, a multi-stage structured curvature slope (35") can be formed at the edge of the metal layer (302').

상술한 방법으로 제조된 세라믹기판(300')은 실시예의 상부 세라믹기판(300)에 비해 가장자리에 열에 의한 응력 집중 및 전기적 충격에 의한 응력 집중이 완화되므로 장수명이 확보되고 파워모듈에 적용되어 파워모듈의 신뢰성을 높이는데 기여하게 된다. The ceramic substrate (300') manufactured by the above-described method has a longer lifespan and contributes to improving the reliability of the power module by alleviating stress concentration due to heat and electrical shock at the edge compared to the upper ceramic substrate (300) of the embodiment.

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.The present invention has been disclosed in its optimal embodiments in the drawings and specifications. While specific terminology has been used herein, it is solely for the purpose of describing the invention and is not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

10: 파워모듈 100: 하우징
101: 안내리브 102: 걸림턱
103: 체결공 104: 지지공
200: 하부 세라믹기판 201: 세라믹기재
202,203: 금속층 210: NTC 온도센서
220: 절연 스페이서 230: 전도성 스페이서
300,300': 상부 세라믹기판 301: 세라믹기재
302,303,302',303': 금속층 310: 커팅부
320,420: 쓰루홀 330: 비아홀
350,350',350": 곡률 경사부 m: 포토마스크
400: PCB 기판 401: 안내홈
410: 캐패시터 420: 쓰루홀
430: 커넥터 500: 방열판
501: 연통공 550: 솔더층
610: 제1 단자 620: 제2 단자
630: 지지볼트 700: 버스바
G: 반도체 칩(GaN 칩) 800: 연결핀
S: 실리콘액 h: 구멍
10: Power module 100: Housing
101: Guide rib 102: Hook
103: Fastener 104: Supporter
200: Lower ceramic substrate 201: Ceramic substrate
202,203: Metal layer 210: NTC temperature sensor
220: Insulating spacer 230: Conductive spacer
300,300': Upper ceramic substrate 301: Ceramic base material
302,303,302',303': Metal layer 310: Cutting part
320,420: Through-hole 330: Via-hole
350,350',350": Curvature slope m: Photomask
400: PCB board 401: Guide groove
410: Capacitor 420: Through-hole
430: Connector 500: Heatsink
501: flue hole 550: solder layer
610: Terminal 1 620: Terminal 2
630: Support bolt 700: Bus bar
G: Semiconductor chip (GaN chip) 800: Connection pin
S: silicone liquid h: hole

Claims (10)

하부 세라믹기판;
상기 하부 세라믹기판의 상부에 이격되게 배치되고 하면에 반도체 칩이 실장되는 상부 세라믹기판;
상기 상부 세라믹기판의 상부에 배치되는 PCB 기판;
상기 상부 세라믹기판과 상기 PCB 기판에 대응되게 형성된 복수의 쓰루홀;및
상기 상부 세라믹기판의 쓰루홀과 PCB 기판의 쓰루홀에 관통 설치되어 상기 상부 세라믹기판의 금속층과 상기 PCB 기판의 금속층을 수직으로 연결하는 연결핀을 포함하고,
상기 상부 세라믹기판은
세라믹기재와 상기 세라믹기재의 적어도 일면에 접합된 금속층을 포함하며,
상기 금속층은 가장자리에 곡률 경사부가 형성되고,
상기 곡률 경사부는 상기 금속층의 가장자리로부터 상기 세라믹기재의 외주를 향하는 방향으로 돌출되며,
상기 각 쓰루홀에 관통 설치된 상기 연결핀은 상기 상부 세라믹기판의 쓰루홀의 가장자리의 금속층과 레이저 웰딩에 의해 접합되되, 상기 상부 세라믹기판의 쓰루홀의 가장자리에 도포되어 레이저 웰딩시 녹아 상기 연결핀을 상기 쓰루홀의 가장자리의 금속층에 접합하는 솔더층을 더 포함하는 파워모듈.
Lower ceramic substrate;
An upper ceramic substrate spaced apart from the upper portion of the lower ceramic substrate and having a semiconductor chip mounted on the lower surface;
A PCB substrate placed on top of the upper ceramic substrate;
A plurality of through holes formed corresponding to the upper ceramic substrate and the PCB substrate; and
It includes a connecting pin that is installed through the through hole of the upper ceramic substrate and the through hole of the PCB substrate to vertically connect the metal layer of the upper ceramic substrate and the metal layer of the PCB substrate.
The above upper ceramic substrate
Comprising a ceramic substrate and a metal layer bonded to at least one surface of the ceramic substrate,
The above metal layer has a curved slope formed at the edge,
The above curvature slope protrudes in a direction from the edge of the metal layer toward the outer periphery of the ceramic substrate,
A power module in which the connecting pins installed through each of the above through-holes are joined to a metal layer at the edge of the through-hole of the upper ceramic substrate by laser welding, and further includes a solder layer that is applied to the edge of the through-hole of the upper ceramic substrate and melts during laser welding to join the connecting pins to the metal layer at the edge of the through-hole.
제1항에 있어서,
상기 곡률 경사부는 상기 상부 세라믹기판의 측면에서 바라본 종단면 형상이 상기 세라믹기재를 향하는 방향으로 오목한 형상으로 형성되고 상기 세라믹기재를 향하는 방향으로 갈수록 상기 세라믹기재의 외주를 향하는 방향으로 돌출되는 길이가 증가하는 파워모듈.
In the first paragraph,
The above-mentioned curvature slope portion is formed in a concave shape in a cross-sectional shape viewed from the side of the upper ceramic substrate in a direction toward the ceramic substrate, and the power module in which the length protruding in the direction toward the outer periphery of the ceramic substrate increases as it goes toward the ceramic substrate.
제1항에 있어서,
상기 곡률 경사부는
복수의 오목부가 형성되고 상기 오목부와 오목부가 만나는 부분에 돌출부가 형성되는 다단 구조인 파워모듈.
In the first paragraph,
The above curvature slope
A power module having a multi-stage structure in which a plurality of concave portions are formed and a protrusion is formed at a point where the concave portions meet.
제3항에 있어서,
상기 돌출부는 뾰족한 형상인 파워모듈.
In the third paragraph,
The power module has a sharp protrusion.
제1항에 있어서,
상기 곡률 경사부는
2개의 오목부가 형성되고 상기 오목부와 오목부가 만나는 부분에 돌출부가 형성되는 2단 구조인 파워모듈.
In the first paragraph,
The above curvature slope
A power module having a two-stage structure in which two concave portions are formed and a protrusion is formed at the point where the concave portions meet.
제1항에 있어서,
상기 금속층의 가장자리에 형성된 곡률 경사부는
상기 세라믹기재 방향으로 오목한 형상으로 형성된 1단 구조와 상기 세라믹기재 방향으로 2개 이상의 오목부가 형성된 다단 구조가 혼용되어 있는 파워모듈.
In the first paragraph,
The curvature slope formed at the edge of the above metal layer
A power module in which a single-stage structure formed in a concave shape in the direction of the ceramic substrate and a multi-stage structure in which two or more concave portions are formed in the direction of the ceramic substrate are mixed.
제6항에 있어서,
상기 곡률 경사부는
상기 금속층의 일면에 포토마스크를 배치하고 상기 포토마스크에 의해 노출된 금속층을 식각하여 형성한 것인 파워모듈.
In paragraph 6,
The above curvature slope
A power module formed by placing a photomask on one surface of the above metal layer and etching the metal layer exposed by the photomask.
제6항에 있어서,
상기 다단 구조의 곡률 경사부는
상기 금속층의 일면에 2개 이상의 구멍이 연속 형성된 포토마스크를 배치하고 상기 포토마스크에 의해 노출된 금속층을 식각하여 형성한 것인 파워모듈.
In paragraph 6,
The above multi-stage structure's curvature slope
A power module formed by arranging a photomask having two or more holes formed continuously on one surface of the metal layer and etching the metal layer exposed by the photomask.
제1항에 있어서,
상기 하부 세라믹기판은
세라믹기재와 상기 세라믹기재의 적어도 일면에 접합된 금속층을 포함하며,
상기 금속층은 가장자리에 곡률 경사부가 형성되고,
상기 곡률 경사부는 상기 금속층의 가장자리로부터 상기 세라믹기재의 외주를 향하는 방향으로 돌출된 파워모듈.
In the first paragraph,
The above lower ceramic substrate
Comprising a ceramic substrate and a metal layer bonded to at least one surface of the ceramic substrate,
The above metal layer has a curved slope formed at the edge,
The above curvature slope is a power module that protrudes in a direction from the edge of the metal layer toward the outer periphery of the ceramic substrate.
제1항에 있어서,
상기 세라믹기판은 AMB(Active Metal Brazing) 기판, DBC(Direct Bonding Copper) 기판, DBA 기판(Direct Brazed Aluminum), TPC(Thick Printing Copper) 기판 중 하나인 파워모듈.
In the first paragraph,
The above ceramic substrate is a power module that is one of an AMB (Active Metal Brazing) substrate, a DBC (Direct Bonding Copper) substrate, a DBA substrate (Direct Brazed Aluminum), and a TPC (Thick Printing Copper) substrate.
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