KR0157670B1 - 반도체 모듈 장치 - Google Patents

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KR0157670B1 KR1019940024266A KR19940024266A KR0157670B1 KR 0157670 B1 KR0157670 B1 KR 0157670B1 KR 1019940024266 A KR1019940024266 A KR 1019940024266A KR 19940024266 A KR19940024266 A KR 19940024266A KR 0157670 B1 KR0157670 B1 KR 0157670B1
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사또 후미오
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Abstract

본 발명은 회로 기판 상에 설치된 복수의 반도체 소자의 조합에 의해 전기 회로를 구성하는 반도체 모듈 장치에 있어서, 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 가장 주요한 특징으로 한다.
예를 들면, DBC 회로 기판(12)를 6개의 부채 형태 DBC 회로 기판으로 구성하고, 이들 부채 형태 DBC 회로 기판 상에 복수의 반도체 소자를 방사상 형태로 배치함과 동시에, 그 최내부 주변부에 각각 외부 도출용 전극을 설치한다. 그리고, 이들 외부 도출용 전극에 대응하는 DBC 회로 기판(12)의 중앙부에 외부 도출 전력 단자(15,16)을 취출함으로써, 외부 도출 전력 단자(15,16)과 부채 형태 DBC 회로 기판과의 거리의 최단화, 및 외부 도출 전력 단자(15,16)과 부채 형태 DBC 회로 기판 상에서의 각 반도체 소자와의 거리의 불균일을 개선하는 구성으로 되어 있다.

Description

반도체 모듈 장치
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌지스터 모듈 장치의 개략도.
제2도는 종래 기술과 그 문제점을 설명하기 위해 도시하는 모듈 장치의 회로 구성도.
제3도는 종래 기술과 그 문제점을 설명하기 위한 모듈 장치의 개략 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 방열판 12 : DBC 회로 기판
13 : 수지 케이스 14 : 덮개
15,16 : 외부 도출 전력 단자(입력측 P,N 단자)
17 : 알루미늄 와이어 18 : 나사 구멍
본 발명은, 예를 들면 회로 기판 상에 설치된 복수의 반도체 소자의 조합에 의해 전기 회로를 구성하여 이루어지는 반도체 모듈 장치에 관한 것으로, 특히 인버터 장치에 사용되는 것이다.
주지된 바와 같이, 반도체 모듈 장치는 복수개의 반도체 소자의 조합에 의해 전기 회로를 구성하여 이루어지는 것으로, 그 종류는 수십종 이상이다. 이하에, 이들 중에서 가장 일반적인 3상 교류 모터 제어용 모듈 장치에 대해 설명한다.
이 모듈 장치는 인버터 장치로서 이용되며, 그 회로는 제2도에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) T1∼T6과 6개의 다이오드 D1∼D6으로 구성되며, 입력측의 전력 단자가 P, N, 출력측의 전력 단자가 U,V,W로 되어 있다.
또, 각 IGBT T1∼T6의 게이트 신호용으로서 각각 게이트 단자 G1∼G6이 설치되어 있다.
이와 같은 모듈 장치는 점점 대전력화의 경향이 있고, 예를 들면 전기 자동차용의 모듈 장치의 경우, 600∼800A의 전류 용량을 필요로 한다.
통상, 대전력용의 모듈 장치에서는 복수의 IGBT 페렛과 다이오드 페렛을 병렬로 접속함으로써, 전류 용량을 만족시키도록 되어 있다.
제3도는 5개의 IGBT 페렛과 10개의 다이오드 페렛을 병렬 접속하고 각각에 상기 IGBT T1∼T6 및 다이오드 D1∼D6을 형성하여 이루어지는 모듈 장치의 구성을 도시하는 것이다.
이 모듈 장치는 방열판(101)상에 3개의 DBC(다이렉트·본드·카파) 회로 기판(102)가 납땜 부착되어, 이들 DBC 회로 기판(102)상에 반도체 소자로서의 IGBT 페렛 t 및 다이오드 페렛 d가 복수 배치됨과 함께, 이들 반도체 소자와 각 DBC 회로 기판(102)상의 전극(콜렉터 C, 에미터 E, 게이트 G)이 각각 알루미늄 와이어(103)에 의해 본딩 접속된 구성으로 되어 있다.
그리고, 상기 방열판(101)의 주위에는 DBC 회로 기판(102)를 둘러싸도록 하여 수지 케이스(104)가 접착됨과 함께, 그 상부에는 외부 도출 전력 단자(입력측 P,N 단자 : 105,106)이 일체적으로 형성된 수지 제품의 덮개(107)이 설치되도록 되어 있다.
또, 상기 방열판(101)의 상기 수지 케이스(104)의 외측에는 본 장치 부착용의 나사 구멍(108)이 설치되어 있다.
이 경우, 각 DBC 회로 기판(102)사이에서의 외부 도출용 전극(도시 생략)의 상호 접속은 도시 생략한 금속 제품의 점퍼 선에 의해 행하지만, 상기 외부 도출 전력 단자(105 및 106)을 길게 늘임으로써 행해지도록 되어 있다.
그러나, 상기한 종래의 모듈 장치의 경우, 복수의 반도체 소자가 배치된 각 DBC 회로 기판(102)이 일렬로 늘어 놓은 구성으로 되어 있음에도 불구하고, 외부 도출 전력 단자(105,106)의 취출 위치가 장치의 거의 중앙부로 되어 있다. 이 때문에, 외부 도출 전력 단자(105,106)과 각 DBC 회로 기판(102)에서의 반도체 소자와의 거리가 불균일해지는 문제가 있었다.
또, 각 DBC 회로 기판(102)사이의 외부 도출용 전극의 상호 접속을 외부 도출 전력 단자(105,106)을 길게 늘임으로써 행하는 경우, 모듈 장치의 크기에 따라 외부 도출 전력 단자(105,106)가 길어지는 문제가 있다.
이와 같이, 종래 장치에서는 외부 도출 전력 단자(105,106)를 모듈 장치의 1개소에서 종합하여 취출할 때, 외부 도출 전력 단자(105,106)와 각 DBC 회로 기판(102)간의 전기 저항 및 인덕턴스가 높아지거나 반도체 소자간의 전기 저항 및 인덕턴스에 차가 발생하는 결점이 있었다.
특히, 대전력용의 모듈 장치의 경우, 전기적 특성상 내부의 전기 저항 및 인덕턴스의 크기가 문제가 되어, 전기 저항 및 인덕턴스가 커지면 반도체 소자의 효율이 떨어져 신호계의 오동작의 원인도 된다.
또, 상기한 종래 장치에서는 나사 구멍(108)의 근처의 DBC 회로 기판(102)이 각을 이루고 있기 때문에 응력이 집중되기 쉽고, 이 때문에 에어 드라이버 등으로 조일 때에 손상이 발생하기 쉽다는 결점이 있었다.
상술한 바와 같이, 종래에는 외부 도출 전력 단자와 DBC 회로 기판과의 사이에서 전기 저항 및 인덕턴스의 상승을 초래하거나, 반도체 소자간의 전기 저항 및 인덕턴스에 차를 발생시키는 등 효율이나 신뢰성 점에서 개선이 요구되고 있었다.
따라서, 본 발명은 외부 도출 단자와 회로 기판간의 전기 저항 및 인덕턴스를 저감할 수 있음과 함께, 반도체 소자간의 전기 저항 및 인덕턴스의 편차를 거의 균일화할 수 있어, 효율 및 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 반도체 모듈 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또, 종래에서는 나사 구멍의 근처에 응력이 집중되기 쉽기 때문에, 부착시에 손상이 발생하기 쉽다는 결점이 있었다.
따라서, 본 발명은 부착시의 응력에 의해 나사 구멍의 근처에 발생하는 파손을 방지할 수 있는 반도체 모듈 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 반도체 모듈 장치에서는 회로 기판상에 설치된 복수의 반도체 소자의 조합에 의해 전기 회로를 구성하여 이루어지는 것에 있어서, 상기 회로 기판에 대해 상기 복수의 반도체 소자를 방사상 형태로 배치함과 함께 외부 도출 단자의 취출 위치를 상기 회로 기판의 중앙부에 설치한 구성으로 되어 있다.
또, 본 발명의 모듈 장치에서는 방열판과, 이 방열판의 상부에 절연체를 통해 설치된 원반 형태의 회로 기판과, 이 회로 기판 상에 방사상 형태로 배치되어 해당 회로 기판과의 사이에 전기 회로를 구성하는 복수의 반도체 소자와, 상기 회로 기판의 내주부에 배치된 외부 도출용 전극과, 이 외부 도출용 전극에 대응하여 상기 회로 기판의 중앙부에 그 취출 위치가 설치된 외부 도출 단자로 구성되어 있다.
본 발명은 상기한 수단에 의해 회로 기판으로부터 외부 도출 단자까지의 거리를 보다 단축시킬 수 있게 함과 함께, 외부 도출 단자와 회로 기판 상에서의 각 반도체 소자와의 거리를 거의 일정하게 할 수 잇게 되므로, 전기적 특성 상에서 문제가 되는 내부의 전기 저항 및 인덕턴스를 최소화하는 것이 가능해진다.
또, 부작시에 나사 구멍의 근처에 집중하는 응력을 분산시킬 수 있도록 되기 때문에, 응력의 집중에 의한 파손으로부터 회로 기판을 보호하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 트렌지스터 모듈 장치의 개략도이다.
즉, 이 모듈 장치는 5개의 IGBT 페렛과 10개의 다이오드 페렛을 병렬 접속하고 각각에 제2도에 도시한 IGBT T1∼T6 및 다이오드 D1∼D6을 형성하여 이루어지는 것으로, 방열판(11),DBC(다이렉트·본드·카파) 회로 기판(12), 수지 케이스(13), 수지 제품의 덮개(14) 및 외부 도출 단자로서의 외부 도출 전력 단자(입력측 P,N 단자 : 15 및 16)등으로 구성되어 있다.
상기 DBC 회로 기판(12)는 세라믹 제품의 절연 기판 상에 직접 동판이 가열 접합도어 제조되는 것으로, 납땜에 의해 상기 방열판(11) 상에 접합되도록 되어 있다.
이 DBC 회로 기판(12)은 균등한 크기의 6개의 부채 형태에 의해 원반 형태로 형성되는, 즉 원반을 등분한 6개의 부채 형태 DBC 회로 기판에 의해 구성되도록 되어 있다.
각 부채 형태 DBC 회로 기판의 상면에는 각각 게이트 전극 G, 에미터 전극 E 및 콜렉터 전극 C 등의 회로 패턴이 미리 형성되어 있다.
그리고, 이들 부채 형태 DBC 회로 기판 상에, 반도체 소자로서의 5개의 IGBT 페렛 t 및 10개의 다이오드 페렛 d가 방사상 형태[엇갈리는(staggered)형태]로 배치됨과 함께, 그들 반도체 소자와 각 부채 형태 DBC 회로 기판 상의 전극(콜렉터 C, 에미터 E, 게이트 G)가 알루미늄 와이어(17)에 의해 본딩 접속됨으로써, 각각에 제2도에 도시한 IGBT T1∼T6 및 다이오드 D1∼D6가 형성되도록 되어 있다.
또, 각 부채 형태 DBC 회로 기판의 최내주측에는 각각 외부 도출용의 전극(도시 생략)이 설치되어 있다. 이 외부 도출용 전극의 상호 접속은, 예를 들면 도시 생략한 점퍼판에 의해 행해진다.
상기 수지 케이스(13)는 DBC 회로 기판(12)을 둘러싸도록 하여 상기 방열판(11)상에 실리콘계 접착제 등으로 접착되어 있다.
상기 수지 제품의 덮개(14)에는 상기 외부 도출 전력 단자(15, 16)이 일체로 형성되어 있다.
즉, 이들 외부 도출 전력 단자(15, 16)는 외부 도출용 전극의 상호 접속에 이용되는 점퍼판에 납땜 부착되어 상기 DBC 회로 기판(12)의 중앙 부분에 대응하는 상기 수지 제품의 덮개(14)의 거의 중앙부로부터 외부로 취출되도록 되어 있다.
또, 본 실시예에서는 외부 도출 전력 단자(15, 16)가 길게 늘어짐을 방지하기 위해, 외부 도출 전력 단자(15)에 접속되는 반도체 소자와, 외부 도출 전력 단자(16)에 접속되는 반도체 소자가 선 대칭이 되도록 대응하여 배치되도록 되어 있다.
즉, 외부 도출 전력 단자(15)측의 각부채 형태 DBC 회로 기판에는 P측의 반도체 소자가, 외부 도출 전력 단자(16)측의 부채 형태 DBC 회로 기판에는 N측의 반도체 소자가 각각 배치됨으로써, 외부 도출 전력 단자(15, 16)과 이것에 접속되는 각 부채 형태 DBC 회로 기판과의 거리의 최단화가 도모되어 있다.
그리고, P측과 N측의 반도체 소자가 대응하여 배치되는, 그 경계 부분으로부터, 출력측의 각 U,V,W 단자(19,20,21)가 외부로 취출되도록 되어 있다.
이 경우도, 상기 U,V,W 단자(19,20,21)까지의 각 부채 형태 DBC 회로 기판으로부터의 거리의 최단화가 도모되어 있다.
상기 방열판(11)에는 상기 수지 케이스(13)의 외측에 본 장치 부착용의 나사 구멍(18)이 설치되어 있다.
이 경우, DBC 회로 기판(12)은 원반 형태로 되어 있어 종래 장치와 같은 각을 갖지 않기 때문에, 부착시의 응력이 나사 구멍(18)의 근처에 집중하여 DBC 회로 기판(12)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예 장치에 의하면, 원반 형태로 구성되어 이루어지는 DBC 회로 기판의 각 부채 형태 DBC 회로 기판 상에 복수의 반도체 소자를 방사상 형태로 배치함과 함께, 각 부채 형태 DBC 회로 기판의 최내주부에 외부 도출용 전극을 설치함으로써, 부채 형태 DBC 회로 기판과 외부 도출 전력 단자와의 거리의 최단화, 및 외부 도출 전력 단자와 부채 형태 DBC 회로 기판 상에서의 각 반도체 소자와의 거리의 불균일을 개선할 수 있게 된다.
이 결과, 부채 형태 DBC 회로 기판과 외부 도출 전력 단자간의 전기 저항 및 인덕턴스를 저하하는 것이 가능해지므로, 모듈 장치의 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
또, 반도체 소자간의 전기 저항 및 인덕턴스를 거의 균일화시킬 수 있게 되므로, 동작 시간의 어긋남 등을 방지할 수 있어 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, DBC 회로 기판을 원반 형태로 구성함으로써, 부착시의 응력의 집중을 방지할 수 있게 되므로, 모듈 장치의 부착시에 발생하는 파손으로부터 DBC 회로 기판을 보호하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러가지 변형 실시가 가능함은 물론이다.
또, 본원의 청구 범위의 각 구성 요건에 병기한 도면 참조 부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예에 한정하는 의미로 병기한 것은 아니다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 외부 도출 단자와 회로 기판간의 전기 저항 및 인덕턴스를 저감시킬 수 있음과 함께, 반도체 소자간의 전기 저항 및 인덕턴스의 편차를 거의 균일화할 수 있어, 효율 및 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 반도체 모듈 장치를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 부착시의 응력에 의해 나사 구멍의 근처에 발생하는 파손을 방지할 수 있도록 하는 것이 가능한 반도체 모듈 장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 직사각형 형태의 방열판, 상기 방열판 위에 절연체를 개재하여 설치되며, 복수의 동일 크기의 부채 형태의 회로 기판으로 나누어지는 원반 형태의 회로 기판, 상기 각각의 부채 형태의 회로 기판 위에 엇갈리는(staggered)형태로 배치되어 소자부를 구성하며, 상기 부채 형태의 회로 기판과 함께 소망의 전기 회로를 구성하는 복수의 반도체 소자. 상기 부채 형태의 회로 기판의 각각의 최내측 위치에 제공되는 외부 도출 전극, 상기 외부 도출 전극에 전기적으로 접속되며 상기 외부 도출 전극의 상기 최내측 위치에 대응하는 관계로 상기 원반 형태의 회로 기판의 중앙 위치에 마련되는 외부 도출 단자, 및 상기 원반 형태의 회로 기판의 외측의 상기 방열판에 형성되는 복수의 장착 구멍을 포함하는 반도체 모듈 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원반 형태의 회로 기판은 상기 절연체 위에 동판을 접합시킴으로써 구성된 DBC 회로 기판인 반도체 모듈 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외부 도출 단자는 상기 원반 형태의 회로 기판의 상부 표면을 덮는 수지 덮개의 중앙부에 배치되며, 상기 외부 도출 단자 및 상기 덮개는 하나의 소자로 일체 형성되는 반도체 모듈 장치.
KR1019940024266A 1993-09-28 1994-09-27 반도체 모듈 장치 KR0157670B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5241686A JP2896295B2 (ja) 1993-09-28 1993-09-28 半導体モジュール装置
JP93-241686 1993-09-28

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