KR20000050864A - 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온소결기판 모듈에 관한 것으로서, 특히 평판형 절연체를 이용하여 클립형 리드 프레임과 금속 서브스트레이트 사이가 이격되도록 한 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈에 관한 것이다. 상기 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈은 금속 서브스트레이트; 상기 금속 서브스트레이트 상에 적층된 저온소결기판; 상기 저온소결기판 상면 일측에 형성된 전극; 상기 금속 서브스트레이트의 하면 상기 전극과 대응되는 위치에 접착제를 이용하여 접착되는 부분을 가지는 평판형 절연체; 상기 평판형 절연체의 하면상의 상기 전극과 대응되는 위치에 프린팅된 리드프레임 고정부; 상기 전극 및 상기 리드프레임 고정부와 접촉되어 딥핑됨으로써 고정되는 클립형 리드 프레임으로 구성된다. 상기 평판형 절연체는 상기 금속 서브스트레이트와 상기 클립형 리드 프레임 사이가 이격되도록 접착되어 상기 금속 서브스트레이트와 상기 클립형 리드 프레임 사이의 쇼트를 방지한다.

Description

평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈{LOW TEMPERATURE COFIRED CERAMIC ON METAL MODULE}

본 발명은 저온소결기판 모듈에 관한 것으로서, 특히 금속 서브스트레이트에 세라믹을 적층하여 저온에서 동시에 소성시키는 저온 소결기판(Low Temperature Cofired Ceramic on Metal, 이하 LTCC-M이라 한다) 모듈 제작공정에서 평판형 절연체를 이용하여 클립형 리드 프레임과 금속 서브스트레이트 사이가 이격되도록 함으로써 동작의 안정성을 보장하고 제작공정 및 비용을 줄인 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈에 관한 것이다.

회로를 이용한 전자제품이 상용화 및 대중화 경향을 띄게 된 것은 복잡한 회로를 부피를 적게 차지하는 기판으로 대치하게 되면서부터라 해도 과언이 아니다. 기판형태의 회로를 필요에 따라 주장치와 탈착 및 부착이 용이한 모듈의 형태로 제작하기 위해서는 사용하게 된 것이 리드 프레임이다. 상기 리드 프레임은 기판의 형태에 따라 다양한 형태로 변경 및 발전되고 있다. 반도체 디바이스의 진보에 따라 고집적화, 고밀도화, 고성능화, 및 고신뢰도화가 요구되고 있다. 그 결과로서 저가격화를 달성하는 것이 반도체 디바이스의 목표가 되고 있으며 이를 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 이러한 저가격화 요구에 부응하기 위하여 공정수의 감소 및 저비용이며 실시용이한 공정개발의 일환으로 클립형 리드 프레임을 부착한 LTCC-M 모듈이 고안되었다. 그런데, 상기 리드 프레임이 부착되는 기판의 재료가 전기적으로 절연성 재료인 경우에는 큰 문제가 되지 않지만, 전기적으로 도전성 재료인 경우에는 쇼트를 일으킬 수 있는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 종래에 제안된 클립형 리드 프레임이 부착된 저온소결기판 모듈을 아래에서 설명한다.

도 1은 클립형 리드 프레임이 부착된 종래의 저온소결기판 모듈의 제작공정을 나타낸 순서도이고, 및 도 2의 (가) 내지 (사)는 도 1에 도시된 공정에 따라 클립형 리드 프레임이 부착된 종래의 저온소결기판 모듈의 종단면들을 도시한 도이다.

도 1에서, 참조번호 101은 상기 LTCC-M 소자의 금속 서브스트레이트 저면에 유전체를 프린팅하는 단계를 나타낸다. 상기 유전체는 전압 유무에 따라 전기적 특성이 정해지는 물질로써 폴리머 계열이다. 상기 유전체 프린팅 단계(101)가 완료되면, 상기 프린팅된 유전체를 약 95도 정도의 온도에서 10분 정도 건조시키는 제 1 건조단계(102)를 수행한다. 상기 제 1 건조단계(102)가 완료되면 상기 유전체는 약 200℃에서 2시간 가열되는 제 1 화이어링 단계(103)를 거친다. 상기 제 1 화이어링 단계(103)가 완료되면, 전극 프린팅단계(104)가 수행된다. 상기 전극 프린팅 단계(104)는 상기 유전체상의 소정 위치에 전극을 프린팅하는 것이다. 상기 전극 프린팅 단계(104)가 완료되면 약 95도 정도의 온도에서 약 10분간 건조시키는 제 2 건조단계(105)가 수행된다. 상기 제 2 건조단계(105)가 완료되면, 상기 LTCC-M 소자에 프린팅된 전극을 굽는 제 2 화이어링 단계(106)가 수행된다. 상기 제 2 화이어링 단계(106)는 상기 LTCC-M 소자와 프린팅된 전극을 안정되게 결합시키기 위한 것이다. 상기 제 2 화이어링 단계(106)가 완료되면, 클립형 리드 프레임과 전극을 결합하는 리드 프레임 결합단계(107)가 수행된다. 이 때 사용되는 클립형 리드 프레임은 상기 LTCC-M 소자의 측면과 접촉되는 위치에 폴리머 계열물질을 도포하여 형성한 절연부를 가진다. 따라서, 상기 LTCC-M 소자의 측면과 상기 리드 프레임 사이에는 상기 절연부가 개재되고 상기 리드 프레임은 상기 전극들과 접촉 고정된다. 상기 리드 프레임 결합 단계(107)가 완료되면, 상기 전극과 상기 클립형 리드 프레임의 접속을 고정하기 위한 딥핑단계(108)가 수행된다. 상기 딥핑단계(108)는 상기 클립형 리드 프레임이 결합된 LTCC-M 소자를 약 230도 내지 약 260도 정도의 납조에 3 내지 5초간 담구었다가 꺼내는 과정으로써 균일한 접속과 접착강도를 보장하기 위한 것이다.

도 2의 (가)는 다수의 회로들이 내장된 LTCC-M 소자의 종단면을 도시한 것이다. 참조번호 1은 상기 LTCC-M 소자의 금속 서브스트레이트를 나타낸다. 상기 금속서브스트레이트(1) 상에 다단의 회로들이 내장된 세라믹 적층부(2)가 적층되어 있다. 상기 금속 서브스트레이트(1)와 세라믹 적층부(2)는 코바(kovar)에 의해 봉합된다. 도 2의 (나)는 전압이 걸렸을 때 전류를 흘리지 않는 유전체(3)가 상기 LTCC-M 소자의 금속부(1) 저면에 프린팅된 상태를 도시한다. 즉, 도 1에 도시된 상기 유전체 프린팅 단계(101)가 완료된 상태의 LTCC-M 소자의 종단면을 나타낸 것이다. 도 2 의 (다)는 상기 프린팅된 유전체(3)가 고온의 열처리에 의해 상기 금속 서브스트레이트(1)에 안정된 상태를 도시한다. 즉, 도 1의 상기 제 1 건조단계(102) 및 제 1 화이어링 단계(103)가 완료된 상태의 LTCC-M소자의 종단면을 도시한 것이다. 도 2의 (라)는 상기 LTCC-M 소자 내에 내장된 회로들이 동작할 수 있도록 회로가 연결된 전극(4)이 프린팅된 상태를 도시한다. 즉, 도 1의 전극 프린팅 단계(104)가 완료된 후의 LTCC-M 소자의 종단면을 도시한 것이다. 상기 프린팅된 전극(4)은 도 1의 상기 제 2 건조단계(105) 및 제 2 화이어링 단계(106)와 같은 고온처리에 의해 도 2의 (마)에 도시된 바와 같이 LTCC-M 소자에 안정적으로 결합된다. 도 2의 (바)는 클립형 리드 프레임(5)을 도시하고 있다. 상기 클립형 리드 프레임(5)은 상기 LTCC-M 소자의 측면과 접촉되는 부분에 쇼트를 방지하기 위한 절연체(6)가 입혀져 있다. 상기 클립형 리드 프레임(5)은 탄성을 가지며 도전체이다. 도 1의 상기 리드 프레임 결합단계(107)는, 도 2의 (바)에 도시한 바와 같이, 상기 클립형 리드 프레임(5)을 도시된 화살표 방향으로 밀어넣어 끼워줌으로써 수행된다. 도 2의 (사)는 상기 클립형 리드 프레임(5)과 전극들이 접촉된 상태에서 상기 LTCC-M 소자를 납조에 넣어 딥핑시킨 후의 클립형 리드 프레임이 결합된 LTCC-M 모듈의 종단면을 도시한 것이다.

그러나, 상기와 같은 클립형 리드 프레임이 결합된 LTCC-M 모듈은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 상기 딥핑단계에서 약 230도 내지 260도의 납조에 상기 클립형 리드 프레임이 결합된 LTCC-M 소자를 담그므로, 상기 폴리머 계열의 물질인 클립형 리드 프레임의 절연부가 녹는다. 따라서, 상기 금속 서브스트레이트와 상기 클립형 리드 프레임이 쇼트되는 측면쇼트 현상이 일어나고 이로인해 상기 LTCC-M 모듈이 오동작할 수 있다.

둘째, 상기 딥핑단계에서 약 230도 내지 260도의 납조에 상기 클립형 리드 프레임이 결합된 LTCC-M 소자를 담그므로, 상기 폴리머 계열의 물질인 유전체가 녹는다. 따라서, 브레이크 다운 전압으로 인해 상기 금속 서브스트레이트의 저면쇼트 현상이 일어나고 이로인해 LTCC-M 모듈이 오동작할 수 있다.

셋째, 종래의 저온소결기판모듈은 유전체 및 전극 프린팅 단계 이후에 각각 건조 및 화이어링 단계를 거쳐 제작된다. 이 단계들은 각각 95도 및 750도 정도의 고온에서 수행되는 것으로 이러한 공정환경을 만들기 위하여 시간 및 비용 소요가 많다. 따라서, 칩 제조비용이 상당히 증가된다.

넷째, 상기 클립형 리드 프레임에 절연부를 만들기 위한 별도의 처리단계가 필요하다.

다섯째, 종래의 저온소결기판 모듈은 딥핑에 의하여 상기 클립형 리드 프레임이 상기 금속 서브스트레이트에 일점고정되므로 잦은 삽입 및 착탈시 충분한 결합강도를 얻을 수 없다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 첫 번째 목적은 LTCC-M 측면 쇼트 문제를 해결할 수 있는 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 LTCC-M 저면 쇼트문제를 해결할 수 있는 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 저온소결기판모듈의 제작공정을 감소시킨 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 저온소결기판모듈의 제작공정중 시간 및 비용이 많이 드는 공정의 공정환경을 개선함으로써 제조비용을 감소시킨 저온소결기판모듈을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따라 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈은 금속 서브스트레이트; 상기 금속 서브스트레이트 상에 적층된 세라믹 적층부; 상기 세라믹 적층부 상면 일측에 형성된 전극; 상기 금속 서브스트레이트의 하면 상기 전극과 대응되는 위치에 접착제를 이용하여 접착되는 부분을 가지는 평판형 절연체; 상기 평판형 절연체의 하면상의 상기 전극과 대응되는 위치에 프린팅된 리드프레임 고정부; 및 상기 전극 및 상기 리드프레임 고정부와 접촉되어 딥핑됨으로써 고정되는 클립형 리드 프레임으로 구성된다. 상기 평판형 절연체는 상기 금속 서브스트레이트로부터 소정길이 돌출된 상태로 접착된다. 상기 평판형 절연체는 그린쉬트이다.

도 1은 클립형 리드 프레임이 부착된 종래의 저온소결기판 모듈의 제작공정을 나타낸 순서도이고,

도 2의 (가) 내지 (사)는 도 1에 도시된 공정에 따라 클립형 리드 프레임이 부착된 종래의 저온소결기판 모듈의 종단면들을 도시한 도이고,

도 3은 본 발명에 따른 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈의 제작공정을 나타낸 순서도이고, 및

도 4의 (a) 내지 (f)는 도 3에 도시된 공정에 따라 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈의 종단면들을 도시한 도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 금속 서브스트레이트 20 : 세라믹 적층부

30 : 접착제 40 : 전극

50 : 평판형 절연체 55 : 리드프레임 고정부

60 : 클립형 리드 프레임

이하, 본 발명에 따른 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판모듈을 첨부된 도 3 및 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈의 제작공정을 나타낸 순서도이고, 및도 4의 (a) 내지 (f)는 도 3에 도시된 공정에 따라 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈의 종단면들을 도시한 도이다.

도 3에서, 참조번호 310은 상기 LTCC-M 소자의 금속 서브스트레이트 저면에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계를 나타낸다. 상기 접착제는 무기물 접착제이다. 상기 무기물 접착제는 120도 정도의 온도에서 30분 가열시 완전경화되는 물질이며, 120도 이상의 온도에서 가열하더라도 녹지 않는다. 본 발명에서는 상기 무기물 접착제로서 세라믹 본드를 사용하였다. 상기 접착제 도포단계(310)가 완료되면 상기 도포된 무기물 접착제 위에 리드프레임 고정부가 프린팅되어 있는 평판형 절연체를 부착하는 절연체 부착단계(320)가 수행된다. 상기 절연체 부착단계(320)에서 상기 평판형 절연체의 일부는 상기 LTCC-M 소자로부터 소정길이 돌출되어 상기 무기물 접착제에 의해 가고정(假固定)된다. 상기 평판형 절연체는 250도 이상의 고온에서도 녹지 않는 물질이다. 본 발명에서는 상기 절연체로서 그린 쉬트를 사용하였다. 상기 무기물 접착제는 접착강도를 얻기 위하여 약 70도에서 30분 정도 건조하여 가경화시켜야 한다. 상기와 같은 건조단계가 참조번호 330으로 표시되어 있다. 다음으로, 상기 평판형 절연체에 프린트된 리드프레임 고정부와 LTCC-M 소자의 전극에 클립형 리드 프레임을 접촉시켜 결합시키는 리드 프레임 결합단계(340)가 수행된다. 상기 프레임 결합단계(340)에서 상기 평판형 절연체가 상기 LTCC-M 소자의 측면으로부터 소정거리만큼 돌출되어 있으므로 상기 클립형 리드 프레임은 상기 LTCC-M 소자와 상기 평판형 절연체가 돌출된 거리만큼 이격되어 결합된다. 상기 리드 프레임 결합단계(340)가 완료되면 상기 클립형 리드 프레임이 결합된 LTCC-M 소자를 납조에 담구어 상기 프린팅된 전극 및 상기 리드프레임 고정부와 상기 클립형 리드 프레임을 두 점에서 고정결합시키기 위한 딥핑단계(350)가 수행된다. 상기 딥핑단계(350)는 230 내지 260도의 온도에서 5초간 수행되므로 상기 무기물 접착제는 완전히 경화된다. 또한, 상기 평판형 절연체는 그린쉬트이므로 250도 이상의 온도에도 녹지않고, 상기 무기물 접착제의 경화에 따라 상기 LTCC-M 소자와 상기 클립형 리드 프레임 사이에 개재되어 측면 및 저면 쇼트를 방지할 수 있다.

도 4의 (a)는 다수의 회로들이 내장된 저온소결기판 모듈의 종단면을 도시한 것이다. 도 4의 (a)에서 참조번호 10은 상기 LTCC-M 소자의 금속 서브스트레이트를 나타낸다. 상기 금속 서브스트레이트(10) 상에 다단의 회로들이 내장된 세라믹 적층부(20)가 적층되어 있다. 상기 금속 서브스트레이트(10)와 세라믹 적층부(20)는 코바에 의해 봉합된다. 상기 코바는 금속과 유리 및 세라믹과의 봉합 부분에 사용되는 철, 니켈 코발트 합금이다. 도 4의 (b)는 상기 접착제 도포 단계(310)를 거친 LTCC-M 소자의 종단면을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 접착제(30)는 상기 금속 서브스트레이트(10) 하면 일부를 커버하도록 도포된다. 상기 접착제(30)는 두껍게 도포된 것으로 도시되었지만 이는 도시를 위한 것으로서 실제 도포시에는 접착가능한 점도를 낼 수 있으면서 가능한한 얇게 도포한다.다음으로, 도 4의 (c)는 리드프레임 고정부(55)가 프린팅된 상태의 평판형 절연체(50)와 상기 LTCC-M 소자의 종단면을 도시한 것이다. 도 4의 (d)는 상기 절연체 부착 단계(320)를 거친 LTCC-M 소자의 종단면을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 상기 평판형 절연체(50)는 상기 금속 서브스트레이트(10)의 하면 일측 모서리로부터 소정길이만큼 돌출된 상태로 상기 금속 서브스트레이트(10)의 하면에 접착된다. 상기 평판형 절연체(50)는 그린쉬트로 형성되어 250도 이상의 고온에서도 녹지 않는다. 도 4의 (e)는 클립형 리드 프레임(60)을 도시하고 있다. 상기 클립형 리드 프레임(60)은 상기 LTCC-M 소자의 전극(40)과 상기 평판형 절연체(50)에 프린트된 리드프레임 고정부(55)에 접촉되도록 화살표 방향으로 이동함으로써 상기 LTCC-M 소자와 결합된다. 상기 클립형 리드 프레임(60)의 양 말단부들은 탄성에 의하여 상기 전극과 결합되도록 형성되어 있으며 도전체이다. 도 4의 (f)는 상기 리드 프레임 결합단계(340) 및 딥핑단계(350)가 완료된 후의 LTCC-M 소자의 종단면을 도시한 것이다. 상기 클립형 리드 프레임(60)이 상기 전극(40) 및 상기 리드프레임 고정부(55)에 접촉된 상태로 가고정된 상태에서 상기 LTCC-M 소자를 납조에 넣어 딥핑한다. 상기 딥핑단계(350)가 완료되면, 상기 LTCC-M 소자의 측면과 상기 클립형 리드 프레임(60) 사이는 상기 평판형 절연체(50)가 돌출된 길이만큼의 이격되고, 상기 금속 서브스트레이트(10)와 상기 클립형 리드 프레임(60)은 상기 접착제(30)에 의해 고정된 평판형 절연체에 의해 절연된다. 상기 클립형 리드 프레임(60)은 상기 딥핑단계에서 상기 전극(40) 및 상기 평판형 절연체(50) 위에 프린팅된 리드프레임 고정부(55)에 의해 상기 LTCC-M 소자에 2점 고정되어 저온소결기판 모듈을 형성한다. 즉, 상기 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈은 금속 서브스트레이트(10), 상기 금속 서브스트레이트(10) 상에 적층된 세라믹 적층부(20), 상기 세라믹 적층부(20)의 상면 일측에 형성된 전극(40), 상기 금속 서브스트레이트(10)의 하면 상기 전극(40)과 대응되는 위치에 접착제(30)를 이용하여 접착되는 부분을 가지는 평판형 절연체(50), 상기 평판형 절연체(50)의 하면상의 상기 전극(40)과 대응되는 위치에 프린팅된 리드프레임 고정부(55), 및 상기 전극(40) 및 상기 리드프레임 고정부(55)와 접촉되어 딥핑됨으로써 고정되는 클립형 리드 프레임(60)으로 구성된다.

따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 저온소결기판모듈의 효과는 다음과 같다.

첫째, 상기 평판형 절연체는 딥핑온도에서도 녹지않는 그린 쉬트에 리드프레임 고정부를 프린팅함으로써 클립형 리드 프레임의 접착강도를 증가시킬 수 있다. 그에 따라 LTCC-M 모듈의 신뢰성과 내구성이 증가되어 LTCC-M 모듈을 주회로의 소켓에 빈번히 삽입 및 탈착하더라도 안정된 동작을 보장받을 수 있다.

둘째, 상기 평판형 절연체는 상기 금속 서브스트레이트와 상기 클립형 리드 프레임이 소정거리 이격되도록 상기 금속 서브스트레이트의 하면에 접착되므로 금속 서브스트레이트와 클립형 리드 프레임 사이의 측면 쇼트를 방지할 수 있다.

셋째, 상기 접착제에 의해 조립된 평판형 절연체 및 클립형 리드 프레임이 서로 결합된 상태에서 딥핑함으로써 종래의 클립형 리드 프레임이 결합된 LTCC-M 모듈 제작공정들 중 유전체 도포단계로부터 제 2 화이어링 단계까지의 단계들을 줄일 수 있다.

넷째, 종래의 클립형 리드 프레임이결합된 LTCC-M 모듈 제작공정중 시간 및 비용이 많이 드는 건조 및 화이어링 단계를 줄여 공정환경을 개선함으로써 제조비용을 감소시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 상기한 실시예를 들어 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고, 당업자의 통상의 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

Claims (4)

1. 금속 서브스트레이트; 상기 금속 서브스트레이트 상에 적층된 세라믹 적층부; 상기 세라믹 적층부 상면 일측에 형성된 전극; 상기 금속 서브스트레이트의 하면 상기 전극과 대응되는 위치에 접착제를 이용하여 접착되는 부분을 가지는 평판형 절연체; 상기 평판형 절연체의 하면상의 상기 전극과 대응되는 위치에 프린팅된 리드프레임 고정부; 상기 전극 및 상기 리드프레임 고정부와 접촉되어 딥핑됨으로써 고정되는 클립형 리드 프레임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 평판형 절연체는 그린쉬트인 것을 특징으로 하는 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈.
3. 제1항에 있어서, 상기 평판형 절연체는 상기 금속 서브스트레이트로부터 소정길이만큼 돌출된 상태로 접착되는 것을 특징으로 하는 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 클립형 리드 프레임은 딥핑에 의해 상기 전극 및 상기 리드 프레임 고정부에 이점고정되는 것을 특징으로 하는 평판형 절연체가 결합된 저온소결기판 모듈.