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KR102725176B1 - 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그 - Google Patents

기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그 Download PDF

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KR102725176B1
KR102725176B1 KR1020220185565A KR20220185565A KR102725176B1 KR 102725176 B1 KR102725176 B1 KR 102725176B1 KR 1020220185565 A KR1020220185565 A KR 1020220185565A KR 20220185565 A KR20220185565 A KR 20220185565A KR 102725176 B1 KR102725176 B1 KR 102725176B1
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jig
power semiconductor
hole
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김영도
장동근
최대운
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주식회사 세미파워렉스
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Abstract

본 발명은 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전력반도체 모듈의 소결과정에서 흄 제거와 산화 방지를 위한 가스를 신터링 지그 내부로 직접 유입될 수 있도록 함으로써 전력반도체 모듈의 양품성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그는 전력반도체용 신터링 지그에 있어서, 전력반도체용 신터링 장비의 상부히팅부와 하부히팅부 사이에 설치되는 신터링지그결합체; 및 소결되는 전력반도체 모듈의 구성품에 직접 가스를 공급하도록 상기 신터링지그결합체에 형성되는 가스이동공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그{SINTERING JIG FOR POWER SEMICONDUCTORS EQUIPPED WITH SUBSTRATE CONTAMINATION AND OXIDATION PREVENTION STRUCTURE}
본 발명은 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전력반도체 모듈의 소결과정에서 흄 제거와 산화 방지를 위한 가스를 신터링 지그 내부로 직접 유입될 수 있도록 함으로써 전력반도체 모듈의 양품성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차, 풍력 발전기 등의 기술분야에서 모터를 구동시키기 위한 인버터에는 양면냉각 반도체 모듈 또는 양면냉각 파워 모듈 등으로 호칭되는 전력반도체 모듈이 사용되고 있다.
예컨대, 상기한 전력반도체 모듈은 대략 상부기판과 하부기판 사이에 스위칭소자(IGBT/MOSFET), 다이 스페이서(Die Space) 및 비아 스페이서(Via Space) 등이 은 등으로 이루어진 접합층을 매개로 설치된 것으로서, 상부기판과 하부기판는 주로 DBC(Direct bonded copper) 기판이 사용된다.
그리고, 전력반도체 모듈의 상부기판과 하부기판은 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2022-0005260호에 개시된 바와 같은 전력모듈 신터링 장비(통상 신터링 프레스 또는 소결 프레스라고 호칭됨)를 이용하여 열압축시켜 소결하는 과정을 통해 접합하게 되는데, 소결과정에서는 흄(Fume)이 발생하여 접합 부위의 접합강도를 저하시키는 등의 악영향을 초래한다.
첨부도면 도1은 전력반도체용 신터링 장비의 구조를 설명하기 위한 개략적인 모식도로서, 이에 도시된 바와 같이 신터링 장비에 의한 소결과정은 상부기판, 하부기판, 스위칭소자를 포함하는 전력반도체 모듈(미도시)을 신터링지그에 내부 삽입하고, 신터링지그를 상부히터와 하부히터 사이에 배치한 후 열압축하여 소결한다.
그리고, 신터링 장비는 상부히터와 하부히터를 둘러싸는 챔버가 마련되어 열압축시에 챔버 내부 전체 영역으로 질소 가스를 공급(질소 in)하여 소결시 발생하는 흄(Fume)을 제거하고 기판의 산화를 방지하는 작용을 수행하도록 되어 있다.
하지만, 전술한 종래 신터링 장비는 상부히터, 하부히터 및 신터링지그를 둘러싸는 전체 영역에 질소를 공급하는 방식이므로 질소의 소모량이 지나치게 많아 낭비가 심한 제1 문제점과, 상온의 질소가 가열된 상부히터와 하부히터 표면에도 분사되므로 냉각작용을 수행하여 설정된 가열온도는 낮추게 됨에 따라 소결에 악영향을 초래하는 제2 문제점과, 질소가 신터링지그 내부나 전력반도체 모듈까지 유입되지 못함에 따라 흄 제거를 완벽하게 수행할 수 없고 산화 방지작용을 완벽하게 수행할 수 있는 제3 문제점이 갖는 한계점이 있다.
한국공개특허 제10-2022-0005260호 "전력모듈 신터링 장비"
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 전력반도체 모듈의 소결과정에서 흄 제거와 산화 방지를 위한 가스를 신터링 지그 내부로 직접 유입될 수 있도록 함으로써 전력반도체 모듈의 양품성 및 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그는 전력반도체용 신터링 지그에 있어서, 전력반도체용 신터링 장비의 상부히팅부와 하부히팅부 사이에 설치되는 신터링지그결합체; 및 소결되는 전력반도체 모듈의 구성품에 직접 가스를 공급하도록 상기 신터링지그결합체에 형성되는 가스이동공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신터링지그결합체는, 판형몸체로 형성된 지그바디, 전력반도체 모듈의 구성품이 안착되는 소결홀부가 형성되고 상기 지그바디에 결합되는 소결체안착부재, 및 상기 소결홀부에 배치되는 상기 전력반도체 모듈의 구성품을 지지하여 정위치시키는 소결체정위치수단, 및 열압축력을 상기 전력반도체 모듈의 구성품에 인가하여 소결작용을 수행하는 열가압부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가스이동공급부는 상기 신터링지그결합체의 내부로 가스를 공급하도록 상기 지그바디의 일측에 형성되는 가스공급배관부, 상기 신터링지그결합체의 내부를 경유한 가스가 배기되도록 상기 지그바디의 타측에 형성되는 가스배기배관부, 상기 가스공급배관부로부터 공급받은 가스가 전력반도체 모듈의 구성품 부위로 분출된 후 상기 가스배기배관부로 배출되도록 상기 신터링지그결합체의 내부에 형성된 가스이동부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열가압부재는 상기 전력반도체 모듈 구성품의 소결 부위를 가압하는 복수의 가압용블록을 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그는 판상몸체에 상기 복수의 가압용블록이 삽입되는 복수의 블록삽입공이 형성된 블록정렬부재를 더 포함할 수 있다.
상기 소결체정위치수단은, 상기 블록정렬부재와 상기 소결체안착부재 사이에 배치되고 판상몸체의 중앙에 상기 전력반도체 모듈의 구성품을 정위치시켜 지지하도록 소결체정위치홀이 천공된 소결체가이드판; 및 상기 전력반도체 모듈의 구성품의 후면을 지지하도록 상기 소결홀부 후방에 삽입되는 소결체지지판;을 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 가스이동부는 상기 지그바디에 형성되고 가스공급배관부로부터 공급되는 가스를 상기 소결체안착부재로 공급하는 제1 가스이동부, 상기 제1 가스이동부로부터 제공되는 가스를 상기 전력반도체 모듈의 구성품으로 공급하도록 상기 소결체안착부재의 일측에 형성되는 제2 가스이동부, 상기 제2 가스이동부로부터 분출되어 상기 전력반도체 모듈의 구성품을 경유한 가스가 상기 지그바디로 배기되도록 상기 소결체안착부재의 타측에 형성되는 제3 가스이동부, 및 상기 제3 가스이동부를 경유하여 배기되는 가스를 상기 가스배기배관부로 배출시키도록 상기 지그바디에 형성되는 제4 가스이동부를 포함할 수 있다.
상기 제1 가스이동부는, 상기 지그바디 일측 측면에 형성되고 상기 가스공급배관부가 접속되는 제1 가스유입구, 상기 소결홀부의 일측을 향해 가스가 분출되도록 상기 지지그바디 일측에 형성되는 제2 가스유입구, 상기 제1 가스유입구와 상기 제2 가스유입구를 연결하도록 상기 지그바디의 내부에 형성되는 제1 가스이동통로를 포함할 수 있다.
상기 제2 가스이동부는 상기 제2 가스유입구와 연통되게 상기 소결체안착부재의 일측에 천공되는 제1 가스이동공과 상기 제1 가스이동공의 배출측에 상기 소결홀부를 향해 요입되는 가스확산홈을 포함할 수 있다.
상기 제3 가스이동부는, 상기 지그바디 타측 측면에 형성되고 상기 가스배기배관부가 접속되는 제1 가스배출구, 상기 소결홀부의 타측을 향해 연통되게 상기 지그바디 타측에 형성되는 제2 가스유출구, 상기 제1 가스배출구와 상기 제2 가스배출구를 연결하도록 상기 지그바디의 내부에 형성되는 제2 가스이동통로를 포함하고,
상기 제4 가스이동부는 상기 제2 가스유출구와 연통되게 상기 소결체안착부재의 타측에 천공되는 제2 가스이동공과 상기 제2 가스이동공의 유입측에 상기 소결홀부를 향해 요입되는 가스수집홈을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 가스확산홈은 가스의 분출시에 넓게 확산되도록 상기 제1 가스이동공의 배출단을 기준으로 입구가 좁고 출구가 넓어지는 확산형 홈으로 형성되고, 상기 가스수집홈은 가스의 배출성이 향상되도록 유입측이 넓고 상기 제2 가스이동공의 유입측을 향해 좁아지는 축소형 홈으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그에 의하면, 종래와 같이 질소 가스를 신터링 지그 외곽에 공급하는 방식이 아니라 신터링 지그 내부에 직접 공급하여 소결과정에서 효과적으로 흄을 제거할 수 있고, 상부 및 하부히팅부를 냉각시키는 문제점을 해소하여 설정된 가열온도를 유지할 수 있으므로 전력반도체 모듈의 구성품 간에 부착강도가 증가되어 전력반도체 모듈의 불량품 발생을 저감하고 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 산화 방지작용을 수행할 수 있어서 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 전력반도체용 신터링 장비의 구조를 설명하기 위한 개략적인 모식도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그를 나타낸 사시도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그를 나타낸 분리사시도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그를 나타낸 단면도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그에 적용되는 전력반도체 모듈을 나타낸 사시도,
도6a 및 도6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그의 가스이동공급를 설명하기 위한 도면으로서 도6a는 지그바디 및 소결체안착부재를 나타낸 사시도, 도6b는 도6a의 A부 확대도이다.
도7a 및 도7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그의 작용을 설명하기 위한 도면으로서, 도7a는 사시도이고, 도7b는 단면도dl다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하되, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다. 예컨대 이하 첨부도면에서는 볼트와 같은 체결부재에 대한 도시나 주지된 전력반도체용 신터링 장비에 대한 구체적인 도시를 생략한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그를 나타낸 사시도, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그를 나타낸 분리사시도, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그를 나타낸 단면도, 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그에 적용되는 전력반도체 모듈을 나타낸 사시도, 도6a 및 도6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그의 가스이동공급를 설명하기 위한 도면으로서 도6a는 지그바디 및 소결체안착부재를 나타낸 사시도, 도6b는 도6a의 A부 확대도이다.
도2 내지 도6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그(g)는 전력반도체용 신터링 장비(미도시, 도1 참조)에 설치되는 지그로서 전력반도체 모듈(m)의 소결과정에서 흄 제거와 산화 방지를 위한 질소와 같은 불활성 가스를 신터링지그 내부로 직접 유입될 수 있도록 구성한 신터지그결합체(100) 및 가스이동공급부(200)가 구비되어 있다.
신터링지그결합체(100)는 전력반도체용 신터링 장비의 상부히팅부(미도시,도7b 참조)와 하부히팅부(미도시) 사이에 설치되는 본체 부분으로, 지그바디(110), 소결체안착부재(120), 소결체정위치수단(130) 및 열가압부재(140)를 구비한다.
지그바디(110)는 신터링 장비의 하부히팅부에 올려지는 본체의 기능을 수행하는 부재로서 판형몸체로 형성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 지그바디(110)는 대략 사각판 형상을 갖는 몸체에 소결체안착부재(120), 소결체정위치수단(130) 및 열가압부재(140)와의 체결을 위한 체결부재(미도시, 볼트 등으로 구성됨)가 삽입되도록 대응 위치에 다수의 체결공(112)이 형성되어 있고, 하부히팅부(미도시)에 결속되도록 일측에 오목하게 요입되고 체결공이 천공되어 체결홈부(114)가 형성되어 있다.
소결체안착부재(120)는 소결 대상물이 안착되는 구성요소로서 지그바디(110)에 결합되도록 마주보게 배치되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 소결체안착부재(120)는 대략 사각판 형상을 갖는 판형몸체 중앙에 소결 대상물인 전력반도체 모듈의 구성품이 안착되는 소결홀부(124)가 형성되어 있다.
소결체정위치수단(130)은 소결홀부(124)에 배치되는 전력반도체 모듈(m)의 구성품을 지지하여 정위치시키는 구성요소로서, 소결홀부(124)에 배치되는 전력반도체 모듈(m)의 구성품을 효과적으로 지지하여 정위치할 수 있다면 구조나 형태에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 소결체가이드판(132)과 소결체지지판(134)이 구비되어 있다.
소결체가이드판(132)은 후술되는 블록정렬부재(150)와 소결체안착부재(120) 사이에 개재되는 판형부재로서 대략 사각판 형상을 갖는 판상몸체의 중앙에 전력반도체 모듈(m)의 구성품을 정위치시켜 지지하도록 소결체정위치홀(1322)이 천공되어 있다.
소결체가이드판(132)은 소결 대상물을 효과적으로 지지하도록 복수 개로 구성될 수 있다. 예컨대, 본 실시예는 이하 구체적으로 설명되는 전력반도체 모듈의 소결과정을 수행하는 전력반도체용 신터링 지그이므로 하부기판(m1)을 지지하는 용도의 하부기판 지지용 소결체가이드판과, 상부기판(m2)을 지지하는 상부기판 지지용 소결체가이드판(132)이 구비된 것으로서 첨부도면에서는 상부기판 지지용 소결체가이드판(132)만을 도시하고 있다.
여기서, 소결체정위치홀(1322)은 내부에 끼워진 소결 대상물의 가장자리 부분을 지지하는 부분이므로 대응하는 형상으로 천공되어 있다. 즉, 하부기판 지지용 소결체가이드판(미도시)과, 상부기판 지지용 소결체가이드판(132)은 서로 유사한 크기의 판상부재로 형성되되 하부기판과 상부기판의 형상이나 치수 차이, 지지하는 위치에 따라 소결체정위치홀의 사이즈나 모서리 부분의 단턱 형상 등이 서로 다를 뿐 유사하게 형성되는 것이므로 구체적인 도시를 생략하였다.
보다 구체적으로 설명하면, 전력반도체 모듈(m)의 제조시 소결공정은 통상 하부기판(m1)에 스위칭소자(m2)를 소결하여 접합하는 제1 소결공정, 제1 소결공정을 거친 하부기판(m1)에 리드프레임(m3)을 소결하여 접합하는 제2 소결공정, 제2 소결공정을 거친 스위칭소자(m2)에 스페이서(m4) 등을 가조립하는 제3 소결공정 및 상부기판(m5)을 스페이서 등에 소결하여 접하는 제4 소결공정으로 이루어져 있다. 상기한 제1 소결공정에서는 하부기판 지지용 소결체가이드판(미도시)이 소결체안착부재(120)에 결합되어 소결체정위치홀에 끼워진 하부기판(m1)의 가장자리 부분을 지지하게 되고, 상기한 제4 소결공정에서 상부기판 지지용 소결체가이드판(132)이 소결체안착부재(120)에 결합되어 소결체정위치홀(1322)에 끼워진 상부기판(m4)의 가장자리 부분을 지지하게 된다.
한편, 소결체지지판(134)은 전력반도체 모듈(m)의 구성품의 후면을 지지하도록 소결홀부(124) 후방에 삽입되는 부재로서 전술한 제1 소결공정 내지 제4 소결공정에서 하부기판(m1)의 후면을 지지하도록 대략 사각판 형상으로 형성되어 있다.
열가압부재(140)는 열압축력을 전력반도체 모듈의 구성품에 인가하여 소결작용을 수행하는 구성요소로서, 전력반도체 모듈 구성품의 소결 부위를 가압하는 가압용블록(141)으로 구성되어 있다.
가압용블록(141)은 소결 부위의 수량에 대응하여 복수 개로 구성된 것으로서 도3에 도시된 바와 같이 스위칭소자의 형상 등 소결 부위의 형상에 맞게 대략 작은 육면체 형상으로 형성되어 있다.
그리고, 본 발명에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그는 열가압부재(140)를 가압 위치에 정위치하도록 하는 정위치블록정렬부재(150)가 구성되어 있다.
정위치블록정렬부재(150)는 판상몸체에 가압용블록(141)의 삽입위치에 복수의 블록삽입공(152)이 형성된 것으로서, 블록삽입공(152)은 가압용블록(141)이 끼워지도록 대응하는 형상으로 복수 개가 천공되어 있다.
한편, 가스이동공급부(200)는 소결되는 전력반도체 모듈(m)의 구성품에 가스를 공급한 후 배기하도록 신터링지그결합체(100)에 형성되는 구성요소로서, 신터링지그결합체(100)의 내부로 가스를 공급하도록 지그바디(110)의 일측에 형성되는 가스공급배관부(210), 신터링지그결합체(100)의 내부를 경유한 가스가 배기되도록 지그바디(110)의 타측에 형성되는 가스배기배관부(220), 가스공급배관부(210)로부터 공급받은 가스가 전력반도체 모듈(m)의 구성품 부위로 분출된 후 가스배기배관부(220)로 배출되도록 신터링지그결합체(100)의 내부에 형성된 가스이동부(230)를 구비한다.
가스공급배관부(210) 및 가스배기배관부(220)는 가스의 이동이 가능한 배관이나 호스로 구성될 수 있다.
가스이동부(230)는 지그바디(110)에 형성되고 가스공급배관부(210)로부터 공급되는 가스를 소결체안착부재(120)로 공급하는 제1 가스이동부(231), 제1 가스이동부(231)로부터 제공되는 가스를 전력반도체 모듈의 구성품으로 공급하도록 소결체안착부재(120)의 일측에 형성되는 제2 가스이동부(232), 제2 가스이동부(232)로부터 분출되어 전력반도체 모듈의 구성품을 경유한 가스가 지그바디(110)로 배기되도록 소결체안착부재(120)의 타측에 형성되는 제3 가스이동부(233), 및 제3 가스이동부(233)를 경유하여 배기되는 가스를 가스배기배관부(220)로 배출시키도록 지그바디(110)에 형성되는 제4 가스이동부(234)로 구성되어 있다.
제1 가스이동부(231)는 지그바디(110) 일측 측면에 형성되고 가스공급배관부(210)가 접속되도록 나사구멍 형태의 제1 가스유입구(231a), 소결홀부(124)의 일측을 향해 가스가 분출되도록 대응하는 지그바디(110) 두께방향으로 형성되는 제2 가스유입구(231b), 제1 가스유입구(231a)와 제2 가스유입구(231b)를 연결하도록 지그바디(110)의 내부에 형성되는 제1 가스이동통로(231c)를 구비한다.
상기 제2 가스이동부(232)는 제2 가스유입구(231b)와 연통되게 소결체안착부재(120)의 일측에 두께방향으로 천공되는 제1 가스이동공(232a)과 제1 가스이동공(232a)의 가스 배출측에 소결홀부(124)를 향해 요입되는 가스확산홈(232b)을 구비한다. 여기서 가스확산홈(232b)은 가스의 분출시에 넓게 확산되도록 제1 가스이동공(232a)의 배출단을 기준으로 입구가 좁고 출구가 넓어지는 대략 삼각 형상의 확산형 홈으로 형성되어 있다.
상기 제3 가스이동부(233)는 지그바디(110) 타측 측면에 형성되고 가스배기배관부(220)가 접속되는 제1 가스배출구(233a), 소결홀부(124)의 타측을 향해 연통되게 대응하는 지그바디(110) 타측에 두께방향으로 형성되는 제2 가스유출구(233b), 제1 가스배출구(233a)와 제2 가스배출구(233b)를 연결하도록 지그바디(110)의 내부에 형성되는 제2 가스이동통로(233c)를 구비한다.
상기 제4 가스이동부(234)는 제2 가스유출구(233b)와 연통되게 소결체안착부재(120)의 타측에 두께방향으로 천공되는 제2 가스이동공(234a)과 제2 가스이동공(234a)의 가스 유입측에 소결홀부(124)를 향해 요입되도록 가스확산홈(232b)과 유사한 형태의 가스수집홈(234b)을 구비한다. 여기서 가스수집홈(234b)은 가스의 배출성(수집 특성)이 향상되도록 유입측인 소결홀부(124) 방향이 넓고 제2 가스이동공(234a)의 유입단을 향해 좁아지는 대략 삼각 형상의 축소형 홈으로 형성되어 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그의 작용을 간략하게 설명한다.
도7a 및 도7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그의 작용을 설명하기 위한 도면으로서, 도7a는 사시도이고, 도7b는 단면도로서 질소 가스의 이동결로를 화살표로 도시한다.
전력반도체 모듈(m)의 제조시 소결공정은 특별히 한정되는 것은 아니지만 통상 전술한 바와 같이 하부기판(m1)에 스위칭소자(m2)를 소결하여 접합하는 제1 소결공정, 제1 소결공정을 거친 하부기판(m1)에 리드프레임(m3)을 소결하여 접합하는 제2 소결공정, 제2 소결공정을 거친 스위칭소자(m2)에 스페이서(m4) 등을 가조립하는 제3 소결공정 및 상부기판(m5)을 스페이서 등에 소결하여 접하는 제4 소결공정으로 이루어지고, 제1 소결공정, 제2 소결공정 및 제4 소결공정은 하부히팅부(h1)와 상부히팅부(h2)를 대략 250℃로 가열하여 2분 정도의 시간동안 열압축하여 소결하고, 제3 공정은 가조립임을 고려하여 하부히팅부와 상부히팅부를 대략 130℃로 가열하여 1분 정도의 시간동안 열압축하여 소결한다.
그리고, 제1 내지 제4 소결공정은 도7b에 도시된 바와 같이 소결 대상물인 전력반도체 모듈의 구성품을 신터링 지그(g)의 내부에 정위치하고, 이 신터링 지그(g)를 신터링 장비의 하부히팅부(h1)에 올려놓고 상부히팅부(h2)를 가압하여 열압축하면서 소결하는 동시에 흄 제거와 산화 방지를 위한 질소 가스를 공급하는 동일한 방식에 의해 수행되므로 제1 내지 제3 소결공정에 대한 구체적인 설명은 생략하고 이하 제4 소결공정을 중심으로 본 발명의 주요 구성의 차별화된 작용을 설명한다.
도7a 및 도7b를 참조하면, 지그바디(110)에 소결체안착부재(120)를 결합하고, 전술한 제1 내지 제3 소결공정을 통해 하부기판(m1)에 스위칭소자(m2), 리드프레임(m3) 및 스페이서(m4) 순으로 조립된 전력반도체 모듈의 반제품을 소결체안착부재(120)의 소결홀부(124)에 정위치한다. 이때, 하부기판(m1)의 바닥면을 지지하도록 소결홀부(124)와 대응하는 지그바디(110)에 소결체지지판(134)를 결합한다.
상기와 같이 전력반도체 모듈의 반제품이 소결체안착부재(120)에 정위치하면 소결홀부(124)에 상부기판 지지용 소결체가이드판(132)을 배치하고, 스페이서(m4)에 올려지도록 상부기판(m5)을 배치하여 안착시킨 다음 정위치블록정렬부재(150)를 안착시킨다.
이후, 정위치블록정렬부재(150)의 블록삽입공(152)에 가압용블록(141)을 끼워 넣어 조립하고, 상부히팅부(h2)를 가압하여 2분 정도의 시간으로 열압축하면서 소결하는 동시에 흄 제거와 산화 방지를 위한 질소 가스를 가스이동공급부(200)를 매개로 공급한다.
가스이동공급부(200)에 의한 질소 가스의 공급 및 이동과정을 구체적으로 설명하면, 질소저장용기와 같은 질소가스공급원에 연결된 가스공급배관부(210)로 질소 가스가 공급되면 제1 가스유입구(231a), 제1 가스이동통로(231c) 및 제2 가스유입구(231b)로 이동되고, 연이어 제1 가스이동공(232a)로 이동된 후 가스확산홈(232b)에서 소결홀부(124)를 향해 넓게 확산되므로 전력반도체 모듈(m)의 소결 부위로 골고루 질소 가스가 공급되면서 소결과정에서 발생되는 흄(Fume)을 제거하여 부착강도를 증가시키고 기판의 산화를 방지하는 작용을 수행한다.
이후 배기되는 질소 가스는 가스수집홈(234b)에서 모아지고 제2 가스이동공(234a)을 통해 이동한 후 지그바디(110) 타측에 형성된 제2 가스배출구(233b), 제2 가스이동통로(233c) 및 제1 가스배출구(233a)를 경유한 후 가스배기배관부(220)를 통해 배출된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그를 이용하여 전력반도체 모듈의 소결공정을 수행하게 되면 종래와 같이 질소 가스를 신터링 지그를 둘러싸는 외곽의 전체 영역에 질소를 공급하는 방식이 아니라 실질적인 소결이 이루어지는 신터링 지그 내부에 직접 공급하므로 소결과정에서 효과적으로 흄을 제거할 수 있고, 질소 가스가 소결과정을 수행하는 하부히팅부(h1) 및 상부히팅부(h2)를 냉각시키는 문제점을 해소할 수 있다. 이에 따라 전력반도체 모듈(m)의 구성품 간에 부착강도가 증가되어 전력반도체 모듈(m)의 불량품 발생을 저감하고 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 산화 방지작용을 완벽하게 수행할 수 있어서 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
100:신터링지그결합체 110:지그바디
120:소결체안착부재 130:소결체정위치수단
132:소결체가이드판 134:소결체지지판
140:열가압부재 141:가압용블록
150:정위치블록정렬부재 200:가스이동공급부
210:가스공급배관부 220:가스배기배관부
230:가스이동부 g:전력반도체용 신터링 지그
m:전력반도체 모듈 h1:하부히팅부
h2:상부히팅부

Claims (7)

  1. 전력반도체용 신터링 지그에 있어서,
    전력반도체용 신터링 장비의 상부히팅부와 하부히팅부 사이에 설치되는 신터링지그결합체; 및 소결되는 전력반도체 모듈의 구성품에 직접 가스를 공급하도록 상기 신터링지그결합체에 형성되는 가스이동공급부;를 포함하고,
    상기 신터링지그결합체는, 판형몸체로 형성된 지그바디, 전력반도체 모듈의 구성품이 안착되는 소결홀부가 형성되고 상기 지그바디에 결합되는 소결체안착부재, 및 상기 소결홀부에 배치되는 상기 전력반도체 모듈의 구성품을 지지하여 정위치시키는 소결체정위치수단, 및 열압축력을 상기 전력반도체 모듈의 구성품에 인가하여 소결작용을 수행하는 열가압부재를 포함하고,
    상기 가스이동공급부는 상기 신터링지그결합체의 내부로 가스를 공급하도록 상기 지그바디의 일측에 형성되는 가스공급배관부, 상기 신터링지그결합체의 내부를 경유한 가스가 배기되도록 상기 지그바디의 타측에 형성되는 가스배기배관부, 상기 가스공급배관부로부터 공급받은 가스가 전력반도체 모듈의 구성품 부위로 분출된 후 상기 가스배기배관부로 배출되도록 상기 신터링지그결합체의 내부에 형성된 가스이동부를 포함하고,
    상기 가스이동부는 상기 지그바디에 형성되고 가스공급배관부로부터 공급되는 가스를 상기 소결체안착부재로 공급하는 제1 가스이동부, 상기 제1 가스이동부로부터 제공되는 가스를 상기 전력반도체 모듈의 구성품으로 공급하도록 상기 소결체안착부재의 일측에 형성되는 제2 가스이동부, 상기 제2 가스이동부로부터 분출되어 상기 전력반도체 모듈의 구성품을 경유한 가스가 상기 지그바디로 배기되도록 상기 소결체안착부재의 타측에 형성되는 제3 가스이동부, 및 상기 제3 가스이동부를 경유하여 배기되는 가스를 상기 가스배기배관부로 배출시키도록 상기 지그바디에 형성되는 제4 가스이동부를 포함하되,
    상기 제1 가스이동부는, 상기 지그바디 일측 측면에 형성되고 상기 가스공급배관부가 접속되는 제1 가스유입구, 상기 소결홀부의 일측을 향해 가스가 분출되도록 상기 지그바디 일측에 형성되는 제2 가스유입구, 상기 제1 가스유입구와 상기 제2 가스유입구를 연결하도록 상기 지그바디의 내부에 형성되는 제1 가스이동통로를 포함하고,
    상기 제2 가스이동부는 상기 제2 가스유입구와 연통되게 상기 소결체안착부재의 일측에 천공되는 제1 가스이동공과 상기 제1 가스이동공의 배출측에 상기 소결홀부를 향해 요입되는 가스확산홈을 포함하고,
    상기 제3 가스이동부는, 상기 지그바디 타측 측면에 형성되고 상기 가스배기배관부가 접속되는 제1 가스배출구, 상기 소결홀부의 타측을 향해 연통되게 상기 지그바디 타측에 형성되는 제2 가스유출구, 상기 제1 가스배출구와 상기 제2 가스배출구를 연결하도록 상기 지그바디의 내부에 형성되는 제2 가스이동통로를 포함하고,
    상기 제4 가스이동부는 상기 제2 가스유출구와 연통되게 상기 소결체안착부재의 타측에 천공되는 제2 가스이동공과 상기 제2 가스이동공의 유입측에 상기 소결홀부를 향해 요입되는 가스수집홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열가압부재는 상기 전력반도체 모듈 구성품의 소결 부위를 가압하는 복수의 가압용블록을 포함하고,
    판상몸체에 상기 복수의 가압용블록이 삽입되는 복수의 블록삽입공이 형성된 블록정렬부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소결체정위치수단은,
    상기 블록정렬부재와 상기 소결체안착부재 사이에 배치되고 판상몸체의 중앙에 상기 전력반도체 모듈의 구성품을 정위치시켜 지지하도록 소결체정위치홀이 천공된 소결체가이드판; 및
    상기 전력반도체 모듈의 구성품의 후면을 지지하도록 상기 소결홀부 후방에 삽입되는 소결체지지판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스확산홈은 가스의 분출시에 넓게 확산되도록 상기 제1 가스이동공의 배출단을 기준으로 입구가 좁고 출구가 넓어지는 확산형 홈으로 형성되고,
    상기 가스수집홈은 가스의 배출성이 향상되도록 유입측이 넓고 상기 제2 가스이동공의 유입측을 향해 좁아지는 축소형 홈으로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 오염 및 산화방지 구조를 구비한 전력반도체용 신터링 지그.
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