KR20160062709A - 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법, 기판 어댑터, 및 반도체 소자와 접촉시키기 위한 방법 - Google Patents

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KR20160062709A
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마틴 블레이퍼쓰
안드레아스 힌리치
안드레아스 클레인
미카엘 샤퍼
엘리사 크릴
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헤레우스 도이칠란트 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 특히 반도체 소자(26)를 접촉시키도록 기능하는 기판 어댑터(50)를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서,
- 도전성 금속 요소(15)의 구조화하는 단계;
- 전기 절연 재료(10), 특히 플라스틱으로 구조화된 상기 금속 요소(15)의 적어도 일부의 봉입 단계, 및
- 상기 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 접촉 재료(13)를 도포하는 단계를 포함하는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.

Description

기판 어댑터를 제조하기 위한 방법, 기판 어댑터, 및 반도체 소자와 접촉시키기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING A SUBSTRATE ADAPTER, SUBSTRATE ADAPTER AND METHOD FOR CONTACTING A SEMICONDUCTOR ELEMENT}
본 발명은 특히 반도체 소자와 접촉하는 기능을 하는 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기판 어댑터, 및 기판 어댑터가 사용되는 반도체 소자, 특히 전력 컴포넌트를 접촉시키기 위한 방법에 관한 것이다.
파워 일렉트로닉스 모듈에서, 예를 들면, 그 전도율 및 사용 수명에 관한 증가하는 요구조건으로 인해 전력 반도체를 서로에 대해 또는 파워 일렉트로닉스 모듈 내의 다른 단자에 접촉시키기 위해 Cu 본드 와이어의 사용이 요구된다. 현재 사용 중인 주요 칩 메탈라이제이션(metallisation)의 방법은 알루미늄 코팅 또는 알루미늄 메탈라이제이션이고, 장치의 접촉 공정 및 후속의 사용에서 문제를 유발할 수 있다. 예를 들면, 이와 같은 메탈라이제이션 방법은 작동 중인 모듈의 후속의 고장을 유발할 수 있다.
소위 플렉스-회로 기판의 사용과 같은 시스템의 사용 수명을 증가시키는 다른 접근방법이 있다. 그러나, 이와 같은 플렉스-회로 기판은 또한 종래의 와이어 본드 공정에 의해 접촉될 수 없는 결점을 가지므로, 기존의 제조 능력을 더 이상 사용할 수 없다.
본 발명의 목적은 제조된 반도체 장치, 특히 전력 반도체 장치의 신뢰성에 관하여 개선된 해결책을 제공하는 것이다. 특히 하류의 픽-앤드-플레이스(pick-and-place) 기술에 관하여 개선된 방법이 특정될 것이다.
본 발명에 따르면, 특히 반도체 소자를 접촉시키도록 기능하는 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법에 관한 목적은 특허 청구항 1의 특징을 갖는 방법에 의해 달성되고, 기판 어댑터에 관한 목적은 특허 청구항 17의 요지에 의해 달성되고, 반도체 소자, 특히 전력 컴포넌트를 접촉시키는 방법에 관한 목적은 본 발명에 따른 기판 어댑터 및 특허 청구항 24의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다.
기판 어댑터를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법, 또는 반도체 소자를 접촉시키기 위한 본 발명에 따른 방법, 및 본 발명에 따른 기판 어댑터의 유리하고 편리한 구성은 종속 청구항에 명시되어 있다.
특히 반도체 소자를 접촉시키도록 기능하는 기판 어댑터를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은,
- 도전성 금속 요소의 구조화 단계;
- 전기 절연 재료, 특히 플라스틱으로 구조화된 금속 요소의 적어도 일부를 봉입(encapsulation)하는 단계, 및
- 금속 요소의 제 1 면에 접촉 재료를 도포하는 단계를 포함한다.
도전용 금속 요소의 구조화는 도전성 금속 요소 내에 구조를 포함시키는 것과 관련되고, 여기서 이 구조는 도전성 금속 요소(12)의 하나의 면 상에 그리고 2 개 이상의 면 상에 모두 포함될 수 있다. 예를 들면, 도전성 금속 요소의 구조화는 달성될 기판 어댑터의 형상 또는 달성될 접촉 재료의 형상에 관하여 실행된다. 예를 들면, 도전성 금속 요소 내에 동일하거나 대응하는 형상들이 서로로부터 이격되도록 포함되는 것이 가능하다.
도전성 금속 요소는 금속 포일, 특히 구리 포일일 수 있다. 금속 요소는 또한 구리 합금으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, CuNi, CuSn, CuFe, CuNiSz, CuAg, CuW 또는 CuMo를 사용하는 것이 생각될 수 있다. 금속 요소는 순수 은으로 이루지는 것도 가능하다.
선택적으로 구조화된 금속 요소의 제 1 면은 제 1 코팅계로 코팅되고, 및/또는 구조화된 금속 요소의 제 2 면은 제 2 코팅계로 코팅될 수 있다. 제 1 코팅계 및/또는 제 2 코팅계에 의한 금속 요소의 제 1 면 및/또는 제 2 면의 선택적 코팅은, 예를 들면, 아연도금에 의해 실행될 수 있다. 코팅, 또는 제 1 코팅계 및/또는 제 2 코팅계는 각각 상이한 금속, 특히 니켈, 은 및/또는 금인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법에서, 구조화된 금속 요소는 적어도 일부가 전기 절연 재료, 특히 플라스틱으로 봉입된다. 본 발명에 따른 방법은, 먼저, 전기 절연 재료로 봉입되는 것에 기인되어, 제조 공정 중에 금속 요소의 전기 절연이 개선되고, 더욱이 더 안정화된 중간 제품 및/또는 최종 제품이 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법에서, 구조화된 금속 요소는 기판 및 접촉 재료에 접합될 수 있거나 기판 및 접촉 재료와 함께 접합될 수 있다.
서로 일정 거리를 두고 기판이 세분할(sub-division)금속 요소를 고정하는 방식으로 접촉 재료를 구비한 구조화된 금속 요소의 세분할이 추가의 공정을 위해 실행될 수 있다. 그러므로 기판 상에 접촉 재료를 구비하는 복수의 세분할된 금속 요소가 위치되고, 여기서 금속 요소는 기판 상에서 서로 인접하여 배치되고, 기판 상에서 세분할된 금속 요소의 서로 간의 간격은 유지된다. 기판은 세분할된 금속 요소를 정위치에 유지시키는 효과를 갖는다.
본 발명의 확장에서, 바람직하게는 접촉 재료를 구비하는 구조화된 금속 요소의 세분할 전에, 구조화된 금속 요소의 제 2 면에 보호용 포일이 도포되는 것이 제안된다. 이 보호용 포일에 의해, 구조화된 금속 요소의 제 2 면은 전기적 접촉 및/또는 오염 및/또는 손상에 대해 보호될 수 있다.
전기 절연 재료를 이용한 구조화된 금속 요소의 적어도 일부의 봉입은 트랜스퍼(transfer) 성형, 특히 막을 이용한 성형 또는 열압축 성형, 또는 사출 성형, 특히 마이크로-성형에 의해 수행될 수 있다. 선택된 성형 방법에 따라, 다양한 상이한 재료가 사용될 수 있다. 사출 성형의 경우, PPE 또는 PEEK와 같은 열가소성 재료가 사용될 수 있다. 트랜스퍼 성형의 경우, 듀로플래스트(duroplast)가 사용되는 것이 바람직하다. 성형 재료가 충전재 재료, 예를 들면, 유리 섬유 요소를 포함하는 것도 생각할 수 있다.
구조화된 금속 요소를 봉입하는 경우, 금속 요소의 측면의 적어도 일부는 전기 절연 재료로 차폐되고, 여기서 전기 절연 재료의 프레임이 형성된다. 금속 요소의 측면은 구조화된 금속 요소의 두께를 형성하는 면이다. 다시 말하면, 구조화된 금속 요소는 금속 포일의 두께 또는 높이를 형성하는 면이다. 구조화된 금속 요소의 측면은 에지 면으로서도 표시될 수 있다.
프레임을 이와 같은 방식으로 형성되게 함으로써, 구조화된 금속 요소는 부식에 대해 보호되도록 설계된다. 또한, 매우 견고한 중간 요소가 형성되고, 프레임의 파괴 전압이 증대되므로 이것은 기존의 하류의 픽-앤드-플레이스 공정으로 유리한 방식으로 수송될 수 있다.
전기 절연 재료로 제조된 프레임은 구조화된 금속 요소들 사이의 전기 절연 재료로 제조된 적어도 하나의 분리 스트립(strip)을 포함할 수 있다. 만일, 금속 요소의 구조화 및 후속되는 세분할의 일부로서, 게이트 및 이미터가 형성된다면, 구조화된 금속 요소의 2 개의 부분 사이에, 즉 게이트와 이미터 사이에 분리 스트립이 형성될 수 있다. 분리 스트립은 프레임의 일 부품 또는 일부로서 이해되어야 한다. 이와 같은 분리 스트립에 의해 게이트와 이미터 사이에 명확한 분리가 형성될 수 있다.
전기 절연 재료, 특히 플라스틱으로 제조된 프레임의 높이는 금속 요소의 두께와 동등할 수 있다. 이와 같은 프레임의 설계에서, 금속 요소는 프레임과 동일 평면을 이룰 수 있다.
본 발명의 일부로서, 금속 요소의 일면 상에서 프레임이 경계면과 공동을 형성하고, 이 공동 내로 접촉 재료가 도입되는 것이 또한 제안된다. 이와 같은 공동은 도포될 접촉 재료를 위한 위치결정 보조물로서 사용된다. 또한, 적어도 프레임의 일부는 금속 요소의 제 1 면 및/또는 제 2 면의 에지의 후측에 맞물릴 수 있다. 금속 요소의 제 1 면 및/또는 제 2 면의 에지의 이와 같은 맞물림은 금속 요소의 추가의 안정화를 제공한다. 그 결과 금속 요소의 에지 및/또는 모서리 부분도 또한 플라스틱으로 코팅되거나 봉입될 수 있다.
본 발명에 따르면, 경계면들 중 적어도 하나의 높이는 접촉 재료의 두께보다 작거나, 또는 접촉 재료의 두께보다 크거나, 또는 접촉 재료의 두께와 동등하다. 만일 접촉 재료의 두께가 경계면의 높이와 동등하다면, 금속 요소의 제 1 면 상의 접촉 재료는 경계면 및 이에 따라 전기 절연 재료의 프레임과 동일 평면을 이룬다. 만일 경계면의 하나의 높이가 접촉 재료의 두께 미만이라면, 금속 요소의 제 1 면 상의 접촉 재료는 적어도 일부가 프레임의 초과하여 또는 그 상측으로 연장된다 더 큰 경계면들 중 적어도 하나의 높이가 접촉 재료의 두께보다 크다면, 프레임워크 중 적어도 일부는 접촉 재료의 상측에 위치되고, 이것의 효과는, 예를 들면, 기판 및/또는 기판 포일이 프레임 상에 지지되는 것이다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 프레임의 적어도 하나의 분리 스트립은 경계면에 연결될 수 있고, 여기서 이 경계면의 높이는 접촉 재료의 두께보다 작다.
본 발명에 따르면, 또한 경계면은 도포될 접촉 재료를 위한 위치결정 형상(positioning geometry)을 형성하도록 금속 요소의 제 1 면과 적어도 90°의 각도를 이루도록 형성될 수 있다.
금속 요소의 제 1 면에 접촉 재료의 도포는 다음의 단계를 포함할 수 있다.
- 기판의 일면 상에, 특히 스크린 인쇄 또는 템플레이트(template) 인쇄에 의해 도포하는 단계,
- 금속 요소의 제 1 면과 접촉 재료가 서로 대향하여 배치되도록 기판 및 일부가 봉입된 금속 요소의 위치를 결정하는 단계, 및
- 기판에 그리고 이 기판 상에 위치된 접촉 재료에 구조화된 금속 요소를 접합시키는 단계.
이와 같은 방법은 간접 인쇄로서 지정될 수 있다.
접촉 재료는, 예를 들면, 스크린 인쇄 또는 템플레이트 인쇄에 의해 금속 요소의 제 1 면 상에 도포될 수 있다. 이와 같은 접촉 재료의 도포는 프레임의 높이가 금속 요소의 두께와 동등한 경우에 실행되는 것이 바람직하다.
또한 접촉 재료는 적어도 하나의 공동 내에 스퀴지(squeegee)를 사용하여, 또는 분사 또는 제팅(jetting) 또는 분주(dispensing)함으로써 금속 요소의 제 1 면 상에 직접 도포될 수 있다. 바람직하게, 이러한 유형의 접촉 재료의 도포는 프레임이 금속 요소와 동일면을 이루지 않고, 오히려 공동을 형성하는 경우에 선택되어야 한다. 공동은 접촉 재료로 완전히 충전될 수 있다. 또한 공동은 그 높이 또는 깊이에 대해 특정 부분에만 접촉 재료로 충전되거나 매립될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 구조화된 금속 요소가 적어도 일부에 봉입된 경우, 금속 요소 내에 포함된 구조는 절연 재료로 매립되거나 및/또는 일부에 매립된다. 금속 요소 내에 포함된 구조는, 예를 들면, 리세스 및/또는 트렌치(trench) 및/또는 그루브일 수 있고, 그 결과 리세스, 트렌치 또는 그루브는, 예를 들면, 전기 절연 재료로 완전히 충전된다. 리세스, 그루브 또는 트렌치의 깊이에 대한 일부의 전기 절연 재료를 이용한 매립도 생각해 볼 수 있다.
접촉 재료는, 예를 들면, 소결가능한 재료 또는 소결성 재료일 수 있다. 접촉 재료는 소결성 페이스트 및/또는 소결성 포일일 수 있고, 여기서 소결성 재료 및/또는 소결성 페이스트 및/또는 소결성 포일은, 예를 들면, 은 및/또는 은 화합물을 포함할 수 있다. 접촉 재료가 땜납 및/또는 전도성 접착제인 것도 생각해 볼 수 있다.
이차적 양태에서, 본 발명은 제 1 면 및 제 2 면을 구비하는 금속 요소, 제 1 면에 도포된 접촉 재료, 및 금속 요소의 측면의 적어도 일부를 차폐하는 전기 절연 재료로 제조된 외부 프레임을 구비하는 기판 어댑터에 관한 것이다.
본 발명의 확장에서, 프레임은 구조화된 금속 요소의 2 개의 부분 사이에 전기 절연 재료로 제조된 적어도 하나의 분리 스트립을 포함할 수 있다. 이와 같은 분리 스트립은 금속 요소의 2 개의 부분에 의해 형성되는 게이트 및 이미터 사이에 형성된 스페이서로서 주로 이해되어야 한다. 그러므로 이 2 개의 부분은 서로 전기적으로 절연된다.
본 발명에 따른 기판 어댑터에 관하여, 또한 프레임은 적어도 일부에서 금속 요소의 제 1 면 및/또는 제 2 면의 에지의 후측에 맞물리는 것이 제안된다. 이거에 의해 기판 어댑터는 추가로 보강되고, 이것은 극히 견고하게 설계되므로 픽-앤드-플레이스 기술에 의해 수송될 수 있다.
금속 요소의 제 1 면 상에 경계면을 갖는 공동이 형성될 수 있고, 이 공동의 내부에 접촉 재료가 도입된다. 또한 경계면들 중 적어도 하나의 높이는 접촉 재료의 두께보다 작거나, 또는 접촉 재료의 두께보다 크거나, 또는 접촉 재료의 두께와 동등할 수 있다. 본 발명에 따른 방법과 관련하여 이미 설명된 것과 유사한 장점이 얻어진다.
적어도 하나의 분리 스트립은 공동의 경계면에 연결될 수 있고, 여기서 경계면의 높이는 접촉 재료의 두께보다 작다.
또한 경계면은 위치결정 형상을 형성하기 위해 금속 요소의 제 1 면과 적어도 90°의 각도를 이룰 수 있다. 이러한 위치결정 형상은 도포될 접촉 재료를 위해 유리하다. 더욱이, 기판 어댑터의 위치결정 형상은 접촉 재료 또는 금속 요소에 대해 반도체를 위치결정하기 위해 사용될 수 있다.
전기 절연 재료로 구성된 프레임 및 공동은 접촉 재료를 도포하기 위한 일종의 3차원 템플레이트를 형성한다. 금속 요소는 구리 또는 구리 합금으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, CuNi, CuSn, CuFe, CuNiSz, CuAg, CuW 또는 CuMo를 사용하는 것이 생각될 수 있다. 또한 금속 요소는 순수 은으로 제조될 수 있다.
본 발명의 추가의 이차적 양태는 본 발명에 따른 기판 어댑터에 의해 반도체 소자, 특히 전력 컴포넌트를 접촉시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 접촉 방법은 다음의 단계를 포함한다.
- 접촉 재료가 접합된 금속 요소 및 전기 절연 재료로 제조된 프레임을 포함하는 세분할된 기판 어댑터를 기판으로부터 분리하는 단계,
- 접촉 재료와 반도체 소자가 서로를 향해 대면하도록 반도체 소자 상에 기판 어댑터를 위치시키는 단계,
- 열 및/또는 압력을 가하여 반도체 소자에 기판 어댑터를 부착하는 단계, 및
- 접속 요소, 특히 본딩 와이어 및/또는 본딩 스트립 및/또는 클립과 선택적으로 코팅된 금속 요소의 제 2 면을 접촉시키는 단계.
본딩 와이어 및/또는 본딩 스트립 및/또는 클립은 순수 구리 또는 구리 합금으로 제조될 수 있다. 이와 관련하여, 다음의 재료, 즉 CuNi, CuSn, CuFn, CuNiSz, CuAg, CuW 또는 CuMo를 생각해 볼 수 있다. 순수 은으로부터 금속 요소를 제조하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시형태에서, 반도체 소자를 접촉시키기 위해, 특히 접촉 요소와 금속 요소의 제 2 면을 접촉시키기 전에, 보호용 포일의 제거 및 금속 요소의 제 2 면의 노출을 포함하는 추가의 단계가 실시된다. 더욱이, 본 발명에 따른 접촉 방법은 기판 어댑터가 반도체 소자 및/또는 이 반도체 소자를 포함하는 기판에 소결되거나 및/또는 납땜되거나 및/또는 접착되는 방법 단계를 포함할 수 있다.
기판 어댑터를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해, 그리고 본 발명에 따른 기판 어댑터에서, 기판 어댑터가 제공되고, 이것은 접촉 재료와 함께 고객에게 공급되거나 및/또는 처리 라인에 공급될 수 있다. 기판 어댑터는 막(film) 프레임 상에 공급될 수 있다. 이와 같은 공급 형태에서, 기판 어댑터는 다음의 공정 또는 방법으로 직접적으로 막-프레임으로부터 제거될 수 있고, 반도체 소자, 특히 전력 컴포넌트 상에 설치될 수 있다. 이것은 기판 어댑터가 로봇 또는 그리핑(gripping) 장치 또는 흡착 장치를 이용하여 막 프레임으로부터 분리되고, 대응하는 반도체 소자로 수송될 수 있는, 픽-앤드-플레이스 기술과 같다.
적어도 일부의 구조화된 금속 요소의 본 발명에 따른 봉입에 기인되어, 게이트와 이미터 사이에 개선된 기계적 연결이 제공되므로 이 공정은 더욱 강성의 컴포넌트에 의해 구현될 수 있다.
이하에서 예시적 실시형태를 이용하여, 그리고 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 적어도 일부에서 플라스틱으로 봉입된 금속 요소의 단면도 및 저면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 기판 어댑터를 사용하여 접촉된 반도체 소자이고,
도 3은 본 발명에 따른 기판 어댑터의 추가의 실시형태이고,
도 4는 본 발명에 따른 기판 어댑터의 추가의 실시형태이다.
이하에서, 동일하거나 기능적으로 대등한 부품에는 동일한 참조 번호가 사용되었다.
도 1a 및 도 1b는 이미 구조화된 금속 요소(15), 즉 구리 포일을 도시한다. 이것을 달성하기 위해, 분리점(24)이 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 포함되고, 여기서 이 분리점(24)은 전체 두께(d)에 걸쳐 금속 요소(15)를 분리하므로 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 구조(16)가 얻어진다.
제 1 면(17) 상에 제 1 코팅계로, 그리고 제 2 면(20) 상에 제 2 코팅계로 금속 요소(15)의 제 1 면(17)과 금속 요소(15)의 제 2 면(20)의 양자 모두에 코팅이 도포될 수 있다. 그러므로 구조화된 금속 요소(15)의 선택적 코팅은 금속 요소(15)의 구조화 후에 실시되는 것이 바람직하다. 금속 요소(15)의 제 1 면(17)과 제 2 면(20)의 코팅은, 예를 들면, 아연도금에 의해 실시된다.
바람직하게 제 1 코팅계와 제 2 코팅계는 상이한 금속, 특히, 예를 들면, 니켈, 은 및/또는 금이다.
구조화된 금속 요소(15)는 전기 절연 재료(10), 특히 플라스틱으로 적어도 일부에서 봉입된다. 전기 절연 재료를 이용한 구조화된 금속 요소(15)의 적어도 일부의 봉입은 트랜스퍼 성형 공정, 특히 막을 이용한 성형 또는 열압축 성형, 또는 사출 성형 공정, 특히 마이크로-성형에 의해 수행될 수 있다.
구조화된 금속 요소(15)가 봉입되는 경우, 금속 요소(15)의 측면은 전기 절연 재료(10)로 제조되는 프레임(31)이 형성되도록 전기 절연 재료(10)로 적어도 일부에서 차폐된다. 프레임(31)은 구조화된 금속 요소(15)의 2 개의 부분(19', 19'') 사이에 전기 절연 재료(10)로 제조된 적어도 하나의 분리 스트립(45)를 포함한다. 다시 말하면, 분리 스트립(45)은 분리점(24)을 충전한다. 구조화된 금속 요소(15)의 부분(19', 19'')은 게이트 및 이미터를 형성한다.
도시된 프레임(31)은 그 전체 범위에 걸쳐 금속 요소(15)의 제 1 면(17)의 에지(33)의 후측에 맞물린다. 에지(33)의 전면적 포위에 기인되어, 프레임(31)의 완전한 지지 요소(32)가 형성된다. 이러한 지지 요소(32)는 형성되는 기판 어댑터의 추가의 안정화를 보장한다. 지지 요소(32)는 공동(40)의 일부인 경계면(41)을 갖는다. 도시된 2 개의 공동(40)에 접촉 재료(13)가 도포되어 있다.
도시된 실시예의 분리 스트립(45)은 금속 요소의 두께(d)보다 높으므로 분리 스트립(45)도 또한 경계면(41)으로 지지 요소(32)를 형성한다. 도시된 단면도에서 분리 스트립(45)은 T자 형상을 갖는다. 금속 요소(15)의 제 1 면(17)에 도포된 접촉 재료(13)는, 예를 들면, 공동(40) 내에 스퀴지를 이용하여, 또는 분사 또는 제팅에 의해, 또는 분주에 의해 도포될 수 있다. 스퀴지 공정의 경우에, 프레임(31)은 금속 요소(15)의 제 1 면(17)에 도포될 접촉 재료(13)를 위한 템플레이트 또는 스크린의 역할을 한다. 접촉 재료(13)는, 예를 들면, 은계 또는 은-합금계 소결성 페이스트이다. 도포된 상태의 접촉 재료(13)는 구조(14)를 갖고, 여기서 이 구조(14)는 금속 요소(15)의 구조(16)에 대응한다.
도 1a는 접촉 재료(13)에 접합된 사전 조립된 상태의 봉입된 금속 요소(15)를 보여준다. 또한, 구조화된 금속 요소(15)는 후속하여 기판에 접합될 수 있다. 점선의 요소는 금속 요소(15), 외부 프레임(31) 및 접촉 재료(13)를 포함하는 복수의 기판 어댑터를 단일의 단계로 형성할 수 있음을 나타낸다. 연직의 점선은 접촉 재료(13)를 구비하는 구조화된 금속 요소(15)가 추가의 공정을 위해 세분할될 수 있음을 나타내고, 여기서 세분할된 금속 요소(15)는, 예를 들면, 서로로부터 일정한 거리를 두고 기판 상에 고정된다. 이러한 세분할은 쏘잉(sawing) 및/또는 레이저 절단 및/또는 펀칭 및/또는 에칭 및/또는 물-분사 절단에 의해 실시될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 금속 요소(15)의 제 2 면은 접속 요소(25), 즉 구리 본딩 와이어와 접촉될 수 있다. 기판 어댑터(50)는 표준적인 조립 및 연결 공정에 의해 기판(60)의 반도체 소자(26)에 소결된다.
도 3은 가능한 기판 어댑터(50)의 추가의 실시형태를 보여준다. 이 기판 어댑터(50)는 2 개의 부분(19', 19'')을 구비하는 금속 요소(15)를 포함한다. 금속 요소(15)는 제 1 면(17) 및 제 2 면(20)을 갖고, 여기서 접촉 재료(13)는 제 1 면(17)에 도포된다. 또한 금속 요소(15)의 측면(30)을 차폐하는 전기 절연 재료(10)로 제조된 외부 프레임(31)이 도시되어 있다. 측면(30)은 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 및 제 2 면(20)에 대해 수직 또는 연직이다. 측면(30)은 금속 요소(15)의 두께를 결정한다. 또한, 프레임(31)은 전기 절연 재료(10)로 제조된 분리 스트립(45)을 포함한다. 프레임(31)은 제 1 면(17)의 에지(33)의 후측에 맞물린다. 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에서 경계면(41, 41')을 갖는 2 개의 공동(40)이 형성되고, 이 공동 내로 접촉 재료(13)가 도입된다.
분리 스트립(45)은 경계면(41')에 연결되고, 경계면(41')의 높이(H1)는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 작다. 이것은 양자 모두의 경계면(41')에 도포되고, 이들 각각은 별개의 공동(40)의 일부를 형성한다.
경계면(41')의 높이(H2)는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 크다. 그러므로 분리 스트립(45)의 높이는 금속 요소(15)의 측면(30)의 후측에 맞물리는 프레임(31)의 부분의 높이보다 작다.
경계면(41, 41')은 금속 요소(15)의 제 1 면(17)과 90°를 초과하는 값을 갖는 각도(α)를 이루므로 도입될 접촉 재료(13)를 위한 위치결정 형상이 형성된다. 도 3은 접촉 재료(13)에 연결되는 반도체 소자(28)를 보여준다. 프레임(31)은 또한 반도체 소자(28)에 대한 위치결정 보조물일 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 기판 어댑터(50)에 대한 추가의 실시형태의 일부를 보여준다. 금속 요소(15)는 또한 2 개의 부분(19', 19'')을 포함한다. 도시된 분리 스트립(45)은 H자 형상의 단면을 갖는다. 그러므로 더 이상 도시되지 않은 프레임(31)의 분리 스트립(45)은 금속 요소(15) 내에 도입되는 구조의 음형(negative)이다. 도 4에 따른 금속 요소(15)의 구조는 리세스(34)를 갖는다. 리세스(34)는 프레임(31)의 전기 절연 재료(10) 또는 프레임의 분리 스트립(45)에 의해 완전히 봉입된다. 프레임(31) 또는 이 프레임(31)과 결합되는 분리 스트립(45)의 높이는 각각 금속 요소(15)의 두께(d)와 동등하다.
금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에는 접촉 재료(13)가 도포된다. 본 실시형태에서 접촉 재료(13)는, 예를 들면, 스크린 인쇄 또는 템플레이트 인쇄에 의해, 또는 간접 인쇄에 의해 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 도포될 수 있다.
여기서 본 발명의 본질적 요소인 도 1a, 도 1b 및 도 2 내지 도 4에 도시된 실시형태 및 특히 도면에 도시된 세부 내용에 관련하여 위에서 설명된 모든 방법의 단계 및 요소는 그 자체 단독으로 또는 임의의 조합으로 특허 청구된 것에 주목해야 한다.
본 개시는 특히 반도체 소자(26)를 접촉시키도록 기능하는 기판 어댑터(50)를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 도전성 금속 요소(15)의 구조화하는 단계; 전기 절연 재료(10), 구조화된 금속 요소(15)의 적어도 일부를 특히 플라스틱으로 봉입하는 단계, 및 금속 요소(15)의 제 1 면(17)에 접촉 재료(13)를 도포하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 기판 및 접촉 재료(13)에 구조화된 금속 요소(15)를 접합하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 기판이 세분된 금속 요소(15)를 서로로부터 거리를 두고 고정하도록 하는 추가의 공정을 위해 접촉 재료(13)를 구비한 구조화된 금속 요소(15)를 세분할하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 바람직하게는 접촉 재료(13)를 구비한 구조화된 금속 요소(15)의 세분할 전에 구조화된 금속 요소의 제 2 면(20)에 보호용 포일을 도포하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 전기 절연 재료(10)로 구조화된 금속 요소(15)의 적어도 일부의 봉입은 트랜스퍼 성형, 특히 막을 이용한 성형 또는 열압축 성형, 또는 사출 성형, 특히 마이크로-성형에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 구조화된 금속 요소(15)의 적어도 일부가 봉입되는 경우, 상기 금속 요소(15)의 측면(30)은 전기 절연 재료(10)로 차폐되고, 전기 절연 재료(10)로 제조된 프레임(31)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 프레임(31)은 구조화된 금속 요소(15)의 2 개의 부분(19', 19'') 사이에 전기 절연 재료(10)로 제조된 적어도 하나의 분리 스트립(45)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 프레임(31)의 높이가 금속 요소(15)의 두께(d)에 대응하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에서 프레임(31)은 경계면(41, 41')을 구비하는 공동(40)을 형성하고, 공동 내에 접촉 재료(13)가 도입되는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 프레임(31)의 적어도 일부는 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 및/또는 제 2 면(20)의 에지(33)의 후측에 맞물리는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 경계면 중 적어도 하나의 경계면(41)의 높이는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 작고(H1), 또는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 크고(H2), 또는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)와 동등한 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 적어도 하나의 분리 스트립(45)은 경계면(41')에 연결되고, 경계면(41')의 높이는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 작은(H1) 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 경계면(41, 41')은 도입될 접촉 재료(13)의 위치결정 형상을 형성하기 위해 금속 요소(15)의 제 1 면(17)과 적어도 90°의 각도(α)를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 접촉 재료(13)의 도포는, 기판의 일면 상에, 특히 스크린 인쇄 또는 템플레이트 인쇄에 의해 도포하는 단계, 금속 요소(15)의 제 1 면(17)과 접촉 재료(13)가 서로 대향하여 배치되도록 기판 및 일부가 봉입된 금속 요소(15)의 위치를 결정하는 단계, 및 기판에 구조화된 금속 요소(15)를 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 접촉 재료(13)의 직접적인 도포는 스크린 인쇄 또는 템플레이트 인쇄에 의해 실시되는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 접촉 재료(13)의 직접적인 도포는 적어도 하나의 공동(40) 내로 스퀴지, 또는 분사 또는 제팅 또는 분주에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
본 개시는 또한 제 1 면(17) 및 제 2 면(20)을 구비하는 금속 요소(15), 제 1 면(17)에 도포된 접촉 재료(13), 및 적어도 일부에서 금속 요소(15)의 측면(30)을 차폐하는 전기 절연 재료(10)로 제조된 외부 프레임(31)을 포함하는 기판 어댑터(50)에 관한 것이다.
일 실시형태에 따르면, 프레임(31)은 금속 요소(15)의 2 개의 부분(19', 19'') 사이에 전기 절연 재료(10)로 제조된 적어도 하나의 분리 스트립(45)을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 프레임(31)의 적어도 일부는 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 및/또는 제 2 면(20)의 에지의 후측에 맞물린다.
일 실시형태에 따르면, 경계면(41, 41')을 구비하는 공동(40)이 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 형성되고, 공동(40) 내로 접촉 재료(13)가 도입된다.
일 실시형태에 따르면, 경계면 중 적어도 하나의 경계면(41)의 높이는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 작고(H1), 또는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 크고(H2), 또는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)와 동등하다.
일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 분리 스트립(45)은 경계면(41')에 연결되고, 경계면(41')의 높이는 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 작다(H1).
일 실시형태에 따르면, 경계면(41, 41')은 위치결정 형상을 형성하기 위해 금속 요소(15)의 제 1 면(17)과 적어도 90°의 각도(α)를 이룬다.
본 개시는 또한 실시형태에 따른 기판 어댑터(50)에 의해 반도체 소자(26), 특히 전력 컴포넌트를 접촉시키기 위한 방법으로서, 접촉 재료(13)가 접합된 금속 요소(15) 및 전기 절연 재료로 제조된 프레임(31)을 포함하는 세분할된 기판 어댑터(50)를 기판으로부터 분리하는 단계, 접촉 재료(13)와 반도체 소자(26)가 서로 대면하도록 반도체 소자(26) 상에 기판 어댑터(50)를 위치시키는 단계, 열 및/또는 압력을 가하여 반도체 소자(26)에 기판 어댑터(50)를 부착하는 단계, 및 접속 요소, 특히 본드 와이어(25) 및/또는 본딩 스트립 및/또는 클립과 선택적으로 코팅된 금속 요소(15)의 제 2 면(20)을 접촉시키는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 접촉 요소와 금속 요소(15)의 제 2 면(20)을 접촉시키기 전에 보호용 막을 제거하여 금속 요소(15)의 제 2 면(20)을 노출시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 따르면, 기판 어댑터(50)는 반도체 소자(28) 및/또는 반도체 소자(26)를 포함하는 기판에 소결되거나 및/또는 납땜되거나 및/또는 접착되는 것을 특징으로 한다.
10: 전기 절연 재료
13: 접촉 재료
14: 접촉 재료의 구조
15: 금속 요소
16: 금속 요소의 구조
17: 금속 요소의 제 1 면
19', 19'': 금속 요소의 단면
20: 금속 요소의 제 2 면
24: 분리점
25: 구리 본딩 와이어
26: 반도체 소자
28: 반도체 소자
30: 금속 요소의 측면
31: 프레임
32: 지지 요소
33: 금속 요소의 원주방향 에지
34: 금속 요소의 리세스
40: 공동
41, 41': 경계면
45: 분리 스트립
50: 기판 어댑터
60: 기판
d: 금속 요소의 두께
dKM: 접촉 재료의 두께
H1, H2: 경계면의 높이
α: 각도

Claims (17)

  1. 특히 반도체 소자(26)를 접촉시키도록 기능하는 기판 어댑터(50)를 제조하기 위한 방법으로서,
    - 도전성 금속 요소(15)의 구조화하는 단계;
    - 구조화된 상기 금속 요소(15)의 적어도 일부를 전기 절연 재료(10), 특히 플라스틱으로 봉입(encapsulation)하는 단계, 및
    - 상기 금속 요소(15)의 제 1 면(17)에 접촉 재료(13)를 도포하는 단계를 포함하는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기판 및 상기 접촉 재료(13)에 상기 구조화된 금속 요소(15)를 접합하는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판이 세분할(sub-division)된 금속 요소(15)를 서로로부터 거리를 두고 고정하도록 하는 추가의 공정을 위해 접촉 재료(13)를 구비한 상기 구조화된 금속 요소(15)를 세분할하는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 절연 재료(10)로 상기 구조화된 금속 요소(15)의 적어도 일부의 봉입은 트랜스퍼(transfer) 성형, 특히 막을 이용한 성형 또는 열압축 성형, 또는 사출 성형, 특히 마이크로-성형에 의해 수행되는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조화된 금속 요소(15)의 적어도 일부가 봉입되는 경우, 상기 금속 요소(15)의 측면(30)은 전기 절연 재료(10)로 차폐되고, 상기 전기 절연 재료(10)로 제조된 프레임(31)이 형성되는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에서 상기 프레임(31)은 경계면(41, 41')을 구비하는 공동(40)을 형성하고, 상기 공동 내에 상기 접촉 재료(13)가 도입되는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 경계면 중 적어도 하나의 경계면(41)의 높이는 상기 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 작고(H1), 또는 상기 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 크고(H2), 또는 상기 접촉 재료(13)의 두께(dKM)와 동등한, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 경계면(41, 41')은 도입될 접촉 재료(13)의 위치결정 형상(positioning geometry)을 형성하기 위해 상기 금속 요소(15)의 제 1 면(17)과 적어도 90°의 각도(α)를 이루도록 형성되는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 상기 접촉 재료(13)의 직접적인 도포는 적어도 하나의 상기 공동(40) 내로 스퀴지(squeegee), 또는 분사 또는 제팅(jetting) 또는 분주(dispensing)에 의해 실행되는, 기판 어댑터를 제조하기 위한 방법.
  10. 제 1 면(17) 및 제 2 면(20)을 구비하는 금속 요소(15), 상기 제 1 면(17)에 도포된 접촉 재료(13), 및 적어도 일부에서 상기 금속 요소(15)의 측면(30)을 차폐하는 전기 절연 재료(10)로 제조된 외부 프레임(31)을 포함하는, 기판 어댑터(50).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프레임(31)은 상기 금속 요소(15)의 2 개의 부분(19', 19'') 사이에 전기 절연 재료(10)로 제조된 적어도 하나의 분리 스트립(45)을 포함하는, 기판 어댑터(50).
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 프레임(31)의 적어도 일부는 상기 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 및/또는 제 2 면(20)의 에지의 후측에 맞물리는, 기판 어댑터(50).
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    경계면(41, 41')을 구비하는 공동(40)이 상기 금속 요소(15)의 제 1 면(17) 상에 형성되고, 상기 공동(40) 내로 상기 접촉 재료(13)가 도입되는, 기판 어댑터(50).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 경계면 중 적어도 하나의 경계면(41)의 높이는 상기 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 작고(H1), 또는 상기 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 크고(H2), 또는 상기 접촉 재료(13)의 두께(dKM)와 동등한, 기판 어댑터(50).
  15. 제 14 항에 있어서,
    적어도 하나의 분리 스트립(45)은 상기 경계면(41')에 연결되고, 상기 경계면(41')의 높이는 상기 접촉 재료(13)의 두께(dKM)보다 작은(H1), 기판 어댑터(50).
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계면(41, 41')은 위치결정 형상을 형성하기 위해 상기 금속 요소(15)의 제 1 면(17)과 적어도 90°의 각도(α)를 이루는, 기판 어댑터(50).
  17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 기판 어댑터(50)에 의해 반도체 소자(26), 특히 전력 컴포넌트를 접촉시키기 위한 방법으로서,
    - 접촉 재료(13)가 접합된 금속 요소(15) 및 전기 절연 재료로 제조된 프레임(31)을 포함하는 세분할된 기판 어댑터(50)를 기판으로부터 분리하는 단계,
    - 상기 접촉 재료(13)와 반도체 소자(26)가 서로 대면하도록 상기 반도체 소자(26) 상에 상기 기판 어댑터(50)를 위치시키는 단계,
    - 열 및/또는 압력을 가하여 상기 반도체 소자(26)에 상기 기판 어댑터(50)를 부착하는 단계, 및
    - 접속 요소, 특히 본드 와이어(25) 및/또는 본딩 스트립 및/또는 클립과 선택적으로 코팅된 상기 금속 요소(15)의 제 2 면(20)을 접촉시키는 단계를 포함하는, 반도체 소자를 접촉시키기 위한 방법.
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