(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2012-0073302
(43) 공개일자 2012년07월04일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
H01L 25/16 (2006.01) H01L 25/07 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2012-7010816
(22) 출원일자(국제) 2010년09월28일
심사청구일자 2012년04월26일
(85) 번역문제출일자 2012년04월26일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2010/064377
(87) 국제공개번호 WO 2011/036307
국제공개일자 2011년03월31일
(30) 우선권주장
09171447.7 2009년09월28일
유럽특허청(EPO)(EP)
(71) 출원인
에이비비 테크놀로지 아게
스위스 체하-8050 쮜리히 알폴테른슈트라쎄 44
(72) 발명자
슐츠 니콜라
스위스 5300 투르기 빈터할덴슈트라쎄 62아
하르트만 자무엘
스위스 5605 도티콘 미텔도르프슈트라쎄 8
(74) 대리인
특허법인코리아나
전체 청구항 수 : 총 19 항
(54) 발명의 명칭 회로 장치 및 그의 제조 방법
(57) 요 약
본 발명은 전력 기능 장치 (16) 및 도체 엘리먼트 (18) 가 탑재되는 회로 장치 (10) 에 관한 것으로서, 그 장
치 (10) 는 기판 (12), 기판 (12) 에 제공되고 전력 기능 디바이스 (16) 에 그리고 도체 엘리먼트 (18) 에 도
전되게 접속되는 배선층 (14), 및 도체 엘리먼트 (18) 를 접촉시키기 위한 접촉 영역을 배선층에 대하여 반대
쪽 면에 제공하기 위해 배선층에 탑재되는 중간 전기 접촉 디바이스를 포함한다. 본 발명에 따르면 도체
엘리먼트 (18) 는 상기 전기 접촉 디바이스가 배선층에 고정되는 구역에 반대쪽에 있는 접촉 영역에서 중간 전
기 접촉 디바이스 (26) 와 접촉하고 있다. 본 발명은 또한 회로 장치의 대응하는 제조 방법에 관한
것이다.
대 표 도 - 도1
공개특허 10-2012-0073302
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특허청구의 범위
청구항 1
회로 장치 (10) 로서,
- 기판 (12);
- 상기 기판 (12) 에 제공되고 전력 기능 디바이스 (16) 에 그리고 도체 엘리먼트 (18) 에 전기적으로 접속되
는 배선층 (14); 및
-중간 접촉 디바이스로서, 상기 배선층 (14) 에 탑재되어 상기 배선층에 대하여 반대쪽 면에 상기 도체 엘리
먼트 (18) 를 접촉시키기 위한 접촉 영역을 제공하는, 상기 중간 접촉 디바이스를 포함하고,
상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 적어도 제 1 면 및 제 2 면을 갖고, 상기 제 2 면은 상기 제 1 면에 적어도
대략적으로 평행하고, 상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 상기 제 1 면에서 상기 배선층 (14) 에 고정되고,
상기 중간 접촉 디바이스 (26) 가 상기 배선층 (14) 에 도전되게 고정되는 상기 제 1 면 상의 구역에 대하여
반대쪽에 있는, 상기 접촉 영역에서의 상기 제 2 면에서 상기 도체 엘리먼트 (18) 가 상기 중간 접촉 디바이
스 (26) 와 접촉하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 솔더링 접합에 의해 및/또는 저온 본딩에 의해 형성되는 접합에 의해 상기
배선층에 고정되는, 회로 장치.
청구항 3
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중간 전기 접촉 디바이스 (26) 는 상기 배선층의 전체 외부면의 한정된 서브 구역들에 있는 상기 배선층
(14) 의 대응부에 고정되는, 회로 장치.
청구항 4
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체 엘리먼트 (18) 는 상기 중간 접촉 디바이스로부터 상기 전력 기능 디바이스로 인출되는 본딩 엘리
먼트 또는 외부 인출 도체 (externally leading conductor; 22) 인, 회로 장치.
청구항 5
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 기능 디바이스 (16) 는 전력 트랜지스터 (20), 특히 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 다이오
드 같은 전력 반도체 디바이스인, 회로 장치.
청구항 6
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 접촉 디바이스는 적어도 부분적으로 도전 가능하고, 상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 바람직하게
는 금속 포일, 금속 시트, 또는 금속 플레이트인, 회로 장치.
청구항 7
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 부분적으로 도전 가능한 상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 회로 기판인, 회로 장치.
공개특허 10-2012-0073302
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청구항 8
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 접촉 디바이스는 100 ㎛보다 두껍고, 더 바람직하게는 200 ㎛보다 두꺼운, 회로 장치.
청구항 9
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배선층 (14) 과 상기 전력 기능 디바이스 (16) 를 전기적으로 접촉시키기 위한 본딩 엘리먼트 및 상기
중간 접촉 디바이스 (26) 는 일체로 형성되는, 회로 장치.
청구항 10
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 상기 배선층 (14) 과 직접 전기적으로 그리고 기계적으로 완전히 접촉하는,
회로 장치.
청구항 11
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 독립형 (self-contained) 인, 회로 장치.
청구항 12
특히 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 회로 장치의 제조 방법으로서, 상기 회로 장치에는 적어
도 하나의 전력 기능 디바이스 (16) 및 적어도 하나의 도체 엘리먼트 (18) 가 탑재되고, 상기 회로 장치는 기
판 (12), 및 상기 기판에 제공되는 배선층 (14) 을 포함하고,
상기 회로 장치의 제조 방법은,
상기 배선층 (14) 에 대하여 반대쪽에 있는, 상기 중간 접촉 디바이스의 일 면에 접촉 영역을 제공하기 위하
여, 상기 배선층에 중간 접촉 디바이스 (26) 를 탑재하고 전기적으로 접촉시키는 단계; 및
상기 도체 엘리먼트 (18) 를 상기 접촉 영역에서의 상기 중간 접촉 디바이스에 직접 전기적으로 접속시키는
단계를 포함하는, 회로 장치의 제조 방법.
청구항 13
제 12 항에 있어서,
상기 배선층의 일 부분에 중간 접촉 엘리먼트를 탑재하는 것은 상기 배선층의 전체 외부면의 한정된 서브 구
역들에만 있는 상기 부분에 상기 중간 접촉 엘리먼트를 고정하는 것인, 회로 장치의 제조 방법.
청구항 14
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 솔더링 및/또는 저온 본딩에 의해 상기 배선층에 고정되는, 회로 장치의 제
조 방법.
청구항 15
제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체 엘리먼트는 외부 인출 도체인, 회로 장치의 제조 방법.
청구항 16
제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 기능 디바이스는 전력 트랜지스터, 특히 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 다이오드 같은 전
공개특허 10-2012-0073302
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력 반도체인, 회로 장치의 제조 방법.
청구항 17
제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 접촉 디바이스는 적어도 부분적으로 도전 가능하고, 상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 바람직하게
는 금속 포일, 금속 시트, 또는 금속 플레이트인, 회로 장치의 제조 방법.
청구항 18
제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 접촉 디바이스는 적어도 부분적으로 도전 가능하고, 상기 중간 접촉 디바이스 (26) 는 회로
기판인, 회로 장치의 제조 방법.
청구항 19
제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배선층과 상기 전력 기능 디바이스를 전기적으로 접촉시키기 위한 본딩 엘리먼트 및 상기 중간 접촉 디
바이스는 일체로 형성되는, 회로 장치의 제조 방법.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 전력 기능 장치, 바람직하게는 전력 반도체 이를테면 트랜지스터 또는 다이오드, 및 도체 엘리먼트[0001]
가 탑재되는 회로 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 기판, 기판에 제공되고 전력 기능 디바이스에 그리고
도체 엘리먼트에 전기적으로 접속되는 배선층, 및 기능 디바이스 및/또는 도체 엘리먼트를 접촉시키기 위한
대응하는 접촉 영역을 제공하기 위해 배선층의 대응부에 탑재되는 중간 전기 접촉 디바이스를 포함한다.
배 경 기 술
문헌 EP 1 711 040 B1은, 기능 디바이스 및 외부 인출 도체가 탑재되는 탑재되는 회로 디바이스를[0002]
설명하는데, 그 회로 디바이스는 기판, 기판에 제공되고 기능 디바이스에 그리고 외부 인출 도체에 전기적으
로 접속되는 배선층, 및 배선층의 일 부분에 형성되어 기능 디바이스를 접촉시키기 위한 대응하는 접촉 영역
을 제공하기 위한 추가 코팅 금속 층을 포함한다. 배선층 및 추가 코팅 금속 층은 기판의 금속화
(metallisation) 를 구성한다. 불행하게도, 이 문헌에서 제안된 저온 본딩은 은 도금될 필요가 있는데 이
는 단자들을 위한 초음파 용접의 사용을 저해하게 된다.
배선층 및 그 배선층의 부분 상의 코팅 금속 층에 의해 구성되는 금속화는 전체 장치 저항에 상대적으로 높은[0003]
저항률 기여 (약 30 μΩ) 로 기여하게 된다. 하나의 가능한 해결책은 일반적으로 저항을 낮추기 위하여
더 두꺼운 기판 금속화를 사용하는 것이다. 금속화 두께를 증가시킬 때의 문제점은 레이아웃 공차
(layout tolerance) 가 동시에 증가한다는 점이다. 그러므로 레이아웃은 다시 단면적의 손실로 변화될 필
요가 있을 것이다.
일반적으로 더 두꺼운 기판 금속화의 다른 결점은 배선층의 금속화 에지들에서 기계적인 응력이 증가하게 되[0004]
고 여기서 특히 세라믹 기판에서 크랙 성장이 개시된다는 점이다 (폴리이미드는 이를 예방할 수도 있다).
EP 1 830 406 A1 로부터 전력 모듈이 알려져 있다. 이 알려진 전력 모듈에서 전력 반도체가 히트 스프레[0005]
더 (heat spreader) 의 상부에 탑재된다. EP 1 830 406 A1의 도면들에 따르면, 히트 스프레더는 그것이
탑재되는 엘리먼트와 정렬된다.
EP 43 00 516 A1 으로부터 다른 전력 모듈이 알려져 있다. 이 알려진 전력 모듈에서 접촉 플레이트가 괴[0006]
상 구리 엘리먼트 (massive copper element) 로의 접속을 용이하게 하기 위하여 다이오드의 상부에 배열된다.
T. Tsunoda 등에 의한 “Low-inductance module construction for high speed, high-current IGBT module[0007]
suitable for electric vehicle application” (Power Semiconductor devices and ICS, 1993, ISPSD ’93.,
Proceedings of the 5th International Symposium on Monterey, CA, USA 1993년 5월 18-20일, New York, NY,
공개특허 10-2012-0073302
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USA IEEE, US, 1993년 5월 18일) 로부터 다층 DBC 기판이 알려져 있다. 제안된 구성에 의해 콜렉터 및 이
미터 단자들은 개별 단자들에서의 전류에 의해 생성되는 자기장을 보상하기 위하여 서로 밀접하게 배열된다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명의 목적은 전술한 단점들을 극복하는 회로 장치를 제공하는 것이다.[0008]
과제의 해결 수단
이 목적은 청구항 1에 정의된 본 발명에 의해 달성된다. 중간 전기 접촉 디바이스는 배선층의 전체 외부[0009]
면 (또는 계면) 의 한정된 서브 구역 (sub area) 들에만 있는 배선층의 대응부에 고정된다. 청구항 1에
따르면, 중간 접촉 디바이스는 중간 접촉 디바이스가 배선층에 고정되는 제 1 면을 갖는다. 중간 접촉 디
바이스가 배선층에 고정되는 배선층의 부분에 대하여 반대쪽에, 중간 접촉 디바이스는, 도체 엘리먼트가 중간
접촉 디바이스와 접촉하게 되는 접촉 영역을 갖는다. 이 장치에 의해, 배선층 및 기판은 도체 엘리먼트의
부착 동안 손상으로부터 보호될 수 있다.
추가의 장점은, 중간 접촉 디바이스보다 얇은 배선층의 트랙의 상부에 중간 접촉 디바이스를 고정시킬 때, 고[0010]
정하는 고정 면적이 아래의 금속화 면적보다 작기 때문에, 배선층에 금속화 에지에서의 응력이 많이 증가되지
않는다는 점이다. 중간 접촉 디바이스와 금속화 에지 사이에 마진 (margin) 이 존재한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 중간 접촉 디바이스는 솔더링 및/또는 저온 본딩 (LTB) 에 의해 배선[0011]
층에 고정된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 도체 엘리먼트는 외부 인출 도체 (externally leading[0012]
conductor) 이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 전력 기능 디바이스는 전력 트랜지스터, 특히 절연 게이트[0013]
바이폴라 트랜지스터, 또는 (전력) 다이오드이다. 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 IGBT는, 높은
효율 및 고속 스위칭으로 유명한, 3-단자 전력 반도체 디바이스이다. IGBT의 활성 상태에서, IGBT의 이미
터 및 대응하는 이미터 트랙과 게이트 및 대응하는 게이트 트랙 사이의 전압 또는 포텐셜 차이는 낮은 전압
이다. 게다가 이미터 트랙들을 선택적으로 두껍게하는 것은 이미터 트랙이 콜렉터 트랙들보다 그 높은 온
도를 겪지 않기 때문에 신뢰성에 덜 중요하다.
본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따르면, 적어도 부분적으로 도전성인 접촉 디바이스는 금속 포일 또는 금[0014]
속 플레이트이다. 금속 플레이트는 표준 절연 금속 테그놀로지 (IMS) 일 수 있다. 플레이트의 본딩은
전력 기능 디바이스의 본딩 (다이-본딩) 의 프로세스 단계에서 행해질 수 있다. 금속 포일 또는 금속 플
레이트는 바람직하게는 100 ㎛보다 두껍고, 더 바람직하게는 200 ㎛보다 두껍다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태들에 따르면, 적어도 부분적으로 도전성인 접촉 디바이스는 회로 장치의 다[0015]
른 엘리먼트들 및/또는 디바이스들을 선택적으로 접촉시키기 위한 회로 기판이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 중간 접촉 디바이스 및, 전력 기능 디바이스와 배선층을 전[0016]
기적으로 접촉시키기 위한 적어도 하나의 본딩 엘리먼트는 일체로 형성된다. 본딩 엘리먼트와 일체로 형
성되는 중간 접촉 디바이스는 비용을 절감하고 장치의 탑재를 간단하게 한다.
본 발명은 또한, 적어도 하나의 기능 디바이스 및 적어도 하나의 도체 엘리먼트가 탑재되는 회로 장치의 제조[0017]
방법에 관한 것으로서, 그 장치는 기판 및 그 기판에 제공되는 배선층을 포함하고, 그 방법은 다음의 단계들
을 포함한다:
상기 배선층 (14) 에 대하여 반대쪽에 있는, 상기 중간 접촉 디바이스의 일 면에 접촉 영역을 제공하기 위하[0018]
여, 상기 배선층에 중간 접촉 디바이스를 탑재하고 전기적으로 접촉시키는 단계; 및
상기 도체 엘리먼트를 상기 접촉 영역에서의 상기 중간 접촉 디바이스에 직접 전기적으로 접속시키는 단계.[0019]
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 중간 접촉 디바이스는 솔더링 및/또는 저온 본딩 (LTB) 에 의해 배선[0020]
층에 고정된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 배선 디바이스는 장치의 외부 인출 도체 또는 단자이다.[0021]
공개특허 10-2012-0073302
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본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 전력 기능 디바이스는 전력 트랜지스터, 특히 절연 게이트[0022]
바이폴라 트랜지스터, 또는 다이오드이다.
본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따르면, 적어도 부분적으로 도전성인 접촉 디바이스는 금속 포일 또는 금[0023]
속 플레이트이다. 금속 플레이트는 표준 IMS 테크놀로지일 수 있다. 플레이트의 본딩은 전력 기능 디
바이스의 본딩 (다이-본딩) 의 프로세스 단계에서 행해질 수 있다. 금속 포일 또는 금속 플레이트는 바람
직하게는 100 ㎛보다 두껍고, 더 바람직하게는 200 ㎛보다 두껍다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 적어도 부분적으로 도전성인 접촉 디바이스는 회로 기판이다.[0024]
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 중간 접촉 디바이스 및, 전력 기능 디바이스와 배선층을 전[0025]
기적으로 접촉시키기 위한 적어도 하나의 본딩 엘리먼트는 일체로 형성된다. 본딩 엘리먼트와 일체로 형
성되는 중간 접촉 디바이스는 비용을 절감하고 장치의 탑재를 간단하게 한다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이하에서 설명된 실시형태들을 참조하여 설명되고 이로부터 분명해질 것이[0026]
다.
도면들에서:
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회로 장치를 도시하고;
도 2는 도 1의 회로 장치의 단면도를 보여주고;
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회로 장치의 단면도를 보여주고;
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 회로 장치의 단면도를 보여주고;
도 5은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 회로 장치를 도시한다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 1 및 도 2는 세라믹 기판인 기판 (12) 및 그 기판 (12) 에 제공된 구조화된 배선층 (14) 을 포함하는 전력[0027]
회로 장치 (10) 를 도시한다. 배선층 (14) 은 적어도 제 1 트랙 및 제 2 트랙을 포함하는데, 제 2 트랙은
제 1 트랙으로부터 절연된다. 현 실시형태에서, 제 1 트랙은 콜렉터 트랙 (36) 에 의해 형성되고 제 2 트
랙은 이미터 트랙 (30) 에 의해 형성된다. 다른 실시형태들에서, 배선 층은 2개보다 많은 트랙들을 가질
수도 있다. 현 실시형태들에서, 배선층 (14) 은 게이트 트랙인 제 3 트랙을 갖는다. 구조화된 배선층
(14) 은 특히 바람직하게는 구리로 형성된다. 바람직하게는, 배선층 (14) 은 200 ㎛ 내지 400 ㎛의 두께
를 갖는다. 본 실시형태의 회로 장치 (10) 에서, 6개의 전력 기능 디바이스들 (16) (상세하게는 도시되지
않음) 및 복수의 도체 엘리먼트들 (18) 이 전력 회로 장치 (10) 에 탑재된다. 전력 기능 디바이스들 (16)
은 반도체 디바이스들 이를테면 전력 트랜지스터 (20), 특히 전력 IGBT들 (IGBT: Insulated Gate Bipolar
Transistor) 및 다이오드들이다. 도체 엘리먼트들 (18) 은 바람직하게는 본딩 엘리먼트들, 특히 본딩 와
이어 (25) 및/또는 회로 장치 (10) 밖으로 전력 기능 디바이스 (16) 를 외부 접속시키기 위한 외부 인출 도체
들 (22) 이다. 외부 인출 도체들 (22) 은 바람직하게는 회로 장치의 L자 형상 전력 단자들이다. 이들
전력 단자들은 예를 들면, 소위 "몰리 플레이트 (moly plate)", 즉 바람직하게는 합성 비용융 캐리어와 함께
흑연 및 몰리브덴 이황화물로 구성된 무금속 화합물로 형성된다.
도 1에 도시된 바처럼, 전력 회로 장치 (10) 는 4개의 외부 인출 도체들 (22) 을 갖는다. 외부 인출 도체[0028]
(22) 의 각각과 그 외부 인출 도체 (22) 바로 아래의 배선층 (14) 의 각각의 구역 사이에 중간 접촉 디바이스
(26) 가 배열된다. 중간 접촉 디바이스 (26) 는 제 1 면과 제 2 면을 갖는데 제 2 면은 제 1 면에 적어도
대략적으로 평행하다. 중간 접촉 디바이스 (26) 의 제 1 면은 배선층 (14) 에 도전되게 고정된다. 제
2 면에, 중간 접촉 디바이스 (26) 는 적어도 하나의 도체 엘리먼트 (18), 예를 들면 외부 인출 도체 (22) 를
접촉시키기 위한 접촉 영역을 제공한다. 도체 엘리먼트 (18) 는 중간 접촉 디바이스 (26) 에 도전되게 고
정된다. 또한, 접촉 영역은 중간 접촉 디바이스가 배선층 (14) 에 도전되게 고정되는 제 1 면 상의 구역
의 반대쪽에 있다.
도체 엘리먼트 (18), 예를 들면 외부 인출 도체 (단자) (22) 와 배선층 (14) 사이의 중간 접촉 디바이스 (26)[0029]
는 초음파 용접 (또한 레이저 및 저항 용접) 에 의해 외부 인출 도체들 (22) 을 본딩할 때 세라믹 기판 (12)
공개특허 10-2012-0073302
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을 보호한다. 그 목적으로 중간 접촉 디바이스 (26) 는 또한 외부 인출 도체들 (22) 의 피트 (feet) (단
자 피트) 바로 아래, 콜렉터 트랙들 (36), 이미터 트랙 (30) 및/또는 게이트 트랙 (28') 인 구조화된 배선층
(14) 의 부분들의 상부에 본딩되야 한다. 도체 엘리먼트 (18) 를 직접 배선층 (14) 에 접속시키는 것이
세라믹 기판 (12) 및/또는 배선층 (14) 을 손상시킬 수 있는 경우 중간 접촉 디바이스 만이 필요하다는 것이
이해되야 한다. 따라서, 도면에 도시되지 않은 다른 바람직한 실시형태들에서, 오직 하나 또는 수개의 도
체 엘리먼트들 (18), 특히 하나 또는 수개의 외부 인출 도체들 (22) 이 중간 접촉 디바이스 (26) 에 의해 배
선층의 각각의 트랙에 접속된다.
바람직하게는, 중간 접촉 디바이스는 금속 포일 또는 금속 플레이트이다. 그러므로, 상기 중간 접촉 디바[0030]
이스 (26) 는 독립형 (self-contained) 이다. 금속 포일 또는 금속 플레이트의 본딩은 전력 기능 디바이
스의 본딩 (다이-본딩) 으로서 프로세스 단계에서 행해질 수 있다. 금속 포일 또는 금속 플레이트는 바람
직하게는 100 ㎛보다 두껍고, 더 바람직하게는 200 ㎛보다 두껍다.
일반적으로, 전력 기능 디바이스 (16) 는 외부 인출 도체 (22) 들에 그들의 커넥터 구역들 (미도시), 본딩 와[0031]
이어들 (25) 인 본딩 엘리먼트들 및 중간 접촉 디바이스들 (26) 및 배선층 및 중간 접촉 디바이스들 (26) 에
의해 확립된 트랙 (36) 들을 통해 전기적으로 접속된다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시형태들에서 전력 기능 디바이스들 (16) 의 각각의 상부 또는 이미터 접촉은 배선[0032]
층 (14) 의 이미터 트랙 (30) 에 배열된 금속 포일 (34) 에 인출되는 본딩 와이어 (25) 에 의해 전기적으로
접촉된다. 금속 포일 (34) 은 본 발명에 따른 중간 접촉 디바이스 (26) 의 가능한 실시형태이다. 전
력 기능 디바이스 (16) 의 각각의 하부 또는 콜렉터 접촉은 배선층 (14) 의 콜렉터 트랙들 (36) 중 하나에 전
기적으로 접촉상태에 있다. 또한, 각 콜렉터 트랙 (36) 에 금속 플레이트 (38) 가 배열되는데, 이는 중간
접촉 디바이스 (26) 의 추가 실시형태이다. 위에서 설명된 바처럼, 콜렉터 트랙들 (36) 상의 금속 플레이
트 (38) 는 세라믹 기판 (12) 을 보호하기 위한 것이다. 이미터 트랙 (30) 상의 금속 포일 (34) 은 세라
믹 기판 (12) 을 보호하기 위한 것일 뿐만 아니라 아래에서 논의되는 저항률을 낮추기 위한 것이다.
중간 접촉 디바이스 (26) 는 도체 엘리먼트들 (18) (특히 외부 인출 도체들 (22)) 및/또는 배선층과 직접 전[0033]
기 접촉을 이루게 배열되는데, 이는 바람직하게는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 트랙, 특히 IGBT 트랜지스터
(20) 의 콜렉터 트랙 (36) 및 이미터 트랙 (30) 에 의해 형성된다.
추가의 전기 저항 막 (32) 이 추가의 배선 스트립에 의해 형성된 게이트 트랙 (28) 과 구조화된 배선층 (14)[0034]
의 각각의 부분에 의해 형성된 이미터 트랙 (30) 및 금속 포일 (34) 인 중간 접촉 디바이스 (26) 사이에 위치
된다. 금속 포일 (34) 은 구조화된 배선층 (14) 의 각각의 부분에 도전되게 고정된다. 바람직하게는,
게이트 트랙 (28) 및 그 게이트 트랙 (28) 이 제공되는 중간 접촉 디바이스는 절연 금속 테크놀로지 (IMS) 에
의한 부분적 도전성인 금속 포일 또는 금속 플레이트에 의해 형성된다.
도 1 내지 도 5에 도시된 2개의 콜렉터 트랙들의 각각은 3개의 IGBT들 및/또는 다이오드들에 그들의 콜렉터[0035]
커넥터 구역들에 의해 직접 접촉한다.
본 발명에 따르면, 중간 전기 접촉 디바이스들 (26) 은 배선층 (14) 의 각각의 부분에 탑재되어 전력 기능 디[0036]
바이스 (16) 를 접촉시키기 위한 대응하는 접촉 영역을 제공한다. 게다가, 중간 전기 접촉 디바이스 (26)
는 이미터 트랙 (30) 을 형성하는 배선층 (14) 의 일 부분에 탑재된다.
도 2에 더 상세하게 도시된 바처럼, 회로 장치 (10) 에서 바람직하게는 금속성 플레이트 또는 두꺼운 금속성[0037]
포일 (34) 이 이미터 트랙 (30) 을 구축하는 배선층 (14) 의 부분에 본딩된다. 플레이트 또는 포일 (34)
은 IGBT들을 위한 게이트 트랙 (28) 인 배선 스트립 또는 추가 금속화를 상부에 제공한다. 플레이트 또는
포일은 표준 IMS 테크놀로지 ("DENKA HITT PLATE") 일 수 있다. 플레이트 또는 포일 (34) 의 본딩은 (다
이-본딩인) 전력 기능 디바이스 (16) 들의 본딩의 프로세스 단계에서 행해질 수 있다. 본딩 방법은 바람
직하게는 솔더링 또는 저온 본딩 (LTB) 이다. 따라서, 배선층 (14) 과 중간 접촉 디바이스 (26) 사이의
접합은 솔더링 접합 또는 저온 본딩에 의해 형성된 접합이다. 배선층 (14) 의 부분의 상부의 플레이트는
전체 이미터 경로의 저항을 낮춘다. 표준 IGBT 모듈 (예를 들면 “HiPak2”) 에 대해, 감소는 10 μΩ 보
다 더 클 수 있다. 1700 V / 3600 A 장치 또는 모듈에 대하여 이것은 36 ㎷ 를 넘는 (온 상태 전압의 약
1.5%) 만큼 전압 강하를 감소시킨다.
이미터 트랙 (30) 의 얻어진 두께는 이미터 트랙 (30) 을 더 좁게 만드는 것을 허용한다. 더 좁은 이미터[0038]
트랙 (30) 은 기판 (12) 의 전체 면적을 감소시키거나 또는 더 큰 면적의 콜렉터 트랙 (36) 을 형성하는 것을
공개특허 10-2012-0073302
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허용한다. 대응하는 장치는 도 3에 도시되어 있다.
도 3은 본질적으로 도 2와 일치되고, 여기서 이미터 트랙 (30) 의 폭은 도 2에 도시된 회로 장치 (10) 의 실[0039]
시형태에서 보다 더 좁다. 콜렉터 트랙 (36) 의 더 넓은 면적이 히트 스프레딩을 증가시킨다. 가열
전력 기능 디바이스 (16) 와 기판 (12) 의 표면 사이의 더 큰 거리를 갖는 것은 또한 더 적은 온도 차 ΔT 가
존재하고 따라서 기판의 솔더의 표면에서 더 작은 응력이 존재하기 때문에 케이스 온도 사이클링 능력 (case
temperature cycling capability) 을 향상시킬 것이다.
더 좁은 이미터 트랙 (30) 때문에 더 큰 콜렉터 트랙들 (36) 이 같은 크기의 기판 (12) 과 사용될 수 있다.[0040]
도 4는 더 큰 콜렉터 트랙들을 갖는 일치하는 회로 장치를 도시한다. 콜렉터 트랙의 활성 면적은 10% 보
다 더 많게 증가될 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 4와 본질적으로 일치되고, 여기서 전력 기능 디바이스 (16) 들의 대응하는 이미터 커넥[0041]
터 구역들에 이미터 트랙 (30) 을 전기적으로 접속시키는 복수의 본딩 금속 시트 (38) 들 및 이미터 트랙
(30) 과 외부 인출 도체 (22) 인 대응하는 (이미터) 도체 엘리먼트 (18) 를 접속시키는 중간 접촉 디바이스
(26) 가 전력 기능 디바이스 (16) 들의 이미터 커넥터 구역에 그리고 대응하는 (이미터) 도체 엘리먼트 (18)
에 고정된 중간 접촉 디바이스 (26) 로서 일체로 형성된다. 도 5에 도시된 이 중간 접촉 디바이스 (26)
는 전력 기능 디바이스 (16) 의 이미터 및/또는 대응하는 도체 엘리먼트 (18) 를 직접 접촉시킨다.
다이 부착 프로세스 (die-attach process) 에서 다음의 수개의 기능들을 제공하는 중간 접촉 디바이스 (26),[0042]
특히 금속 플레이트 (38) 가 본딩된다:
- 전기 저항 낮춤,[0043]
- 전력 단자들을 용접할 때 세라믹의 보호 (예를 들면, 강한 몰리 플레이트),[0044]
- 상부에 게이트 회로 소지 (carrying)[0045]
대응하는 제조 방법은 다음의 단계들을 포함한다:[0046]
- 도체 엘리먼트 (18) 를 위한 대응하는 접촉 영역을 제공하기 위하여, 중간 접촉 디바이스, 예를 들면, 금속[0047]
포일 (34) 또는 플레이트 (38) 를 배선층의 전체 외부면의 한정된 서브 구역들에만 있는 배선층 (14) 의 대응
부 (according part) 에 고정하는 단계; 및
기능 디바이스(들) 및 도체 (22) 를 금속 포일 (34) 또는 플레이트 (38) 에 직접 또는 간접적으로 전기 접속[0048]
시키는 단계.
콜렉터 트랙들의 대응하는 저항은 8.2 μΩ 에서 6.8 μΩ 으로 강하되고, 이미터 트랙의 저항은 24.2 μΩ[0049]
에서 6.8 μΩ 으로 강하되어, 전체 감소는 약 18.8 μΩ이다.
도면들에 도시되지 않은 추가의 실시형태들에서, 도 1 내지 도 5에 도시된 중간 접촉 디바이스들 중 하나 또[0050]
는 수개만이 배선층 (14) 에 배열된다. 적어도 하나의 도체 엘리먼트 (18) 가 배선층 (14) 과 직접 접속
되는 것이 또한 가능하다.
본 발명은 도면들 및 이전 설명들에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 한정이 아닌[0051]
예시 또는 예로서 고려되야 한다; 본 발명은 개시된 실시형태들에 한정되지 않는다.
청구항의 발명을 실시함에 있어, 도면, 본 개시 및 첨부된 청구항들의 학습으로부터, 개시된 실시형태들에 다[0052]
른 변형들이, 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 청구항들에서, 용어 "포함하는" 은 다른 엘리먼
트들 또는 단계들을 제외하지 않고 부정관사 "a" 또는 "an" 은 복수를 제외하지 않는다. 특정 수단들이
서로 상이한 종속 청구항들에서 기재되어 있다는 단순한 사실은 이들 수단들의 조합이 유리하게 사용될 수 없
다는 것을 나타내지는 않는다. 청구항들에 있는 임의의 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되지
않아야 한다.
부호의 설명
10 회로 장치[0053]
12 기판
14 배선층
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16 기능 디바이스
18 도체 엘리먼트
20 전력 트랜지스터
22 외부 인출 도체
24 본딩 와이어
25 본딩 금속 시트
26 중간 접촉 디바이스
28 게이트 트랙
30 이미터 트랙
32 저항 막
34 금속 포일
36 콜렉터 트랙
38 금속 플레이트
도면
도면1
도면2
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도면3
도면4
도면5
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