KR100250227B1 - 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법에 관한 것으로서, 열보상판을 접합한 칩과 전극 단자 사이에 열팽창률 차이에 따른 응력을 완충시킬 수 있도록 접합되는 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자에 있어서, 상기 전극 단자에 작용되는 수평 응력이 수직 응력으로 전환될 때 납땜 접합부에 반복적으로 응력 집중이 되지 않도록 상기 스프링 단자의 외측 곡면부와 상기 수평 응력의 진행 방향이 서로 대향하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 단순한 형상의 스프링 단자를 사용하더라도 열팽창에 따른 응력을 최대한으로 완충시킬 수 있을 뿐만 아니라 가공 생산성 및 조립 작업성이 상대적으로 향상될 수 있다.

Description

전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법

본 발명은 전력용 반도체 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단순한 구조의 스프링 단자를 열적 팽창에 따른 응력의 작용 방향에 대응하여 배열하도록 된 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전력용 반도체 모듈은 그 동작 환경이 100 ℃를 훨씬 넘는 고온일 뿐만 아니라, 이러한 모듈에 사용되는 전극 단자는 열전도성 및 전기 전도성이 우수한 구리(Cu) 재료를 주로 사용한다.

예를 들면, Cu 와 Mo 이나 세라믹 등과 같이 열팽창 계수의 차이가 많은 두 재료가 접합되어 있는 경우 전력 주기 검사 등으로 인하여 온도가 주기적으로 반복되면 열적 팽창과 수축도 반복하게 된다. 이 때, 두 재료의 접합 계면에는 온도에 따른 서로 다른 열팽창률 차이로 인하여 응력이 작용한다.

이러한 응력은 주로 연결 단자의 진행 방향인 수평 방향으로 작용되며, 이 응력의 작용 방향을 접합면에 대하여 수직으로 작용되는 응력으로 전환하기 위하여 스프링 단자를 사용하고 있다.

도 1 은 종래 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열에 따른 문제점을 나타낸 도면으로서, 종래에는 반도체 칩(1)에 열보상판(2)을 납땜 접합한 후 상기 열보상판(2)과 구리(Cu) 소재로 이루어진 전극 단자판(3) 사이에 스프링 단자(4)를 납땜으로 접합하고 있다.

이러한 스프링 단자(4)는 내, 외측 곡면부(4a)(4b)를 갖고 “ ⊃ ”형상으로 벤딩된 간단한 구조로 되어 있으며, 이 스프링 단자(4)는 화살표로 도시된 수평 방향의 작용 응력(F1)에 대하여 내측 곡면부(4a) 쪽과 대향하도록 배열되어 있다.

이와 같이 배열된 종래의 스프링 단자(4)는 수평 방향으로 작용되는 응력(F1)을 수직 방향으로 작용되는 응력(F2)으로 변환시켜 완충 작용을 하지만, 여기에서는 A 로 표시된 응력 집중부가 곡면부(4a)(4b)의 하단 쪽에 형성된다. 그러므로, 상기 응력 집중부(A) 쪽의 납땜 접합부(5)에 크랙(5a)이 생성될 우려가 많았다.

이를 보완하기 위하여, 도 2 에서 나타낸 종래의 다른 실시예와 같이, 스프링 단자(4)를 “ Ｓ ”형상으로 대체하여 사용하게 되면, 상기 스프링(4)의 배열 방향에 관계없이 수직 응력(F2)에 대한 응력 집중부(A)가 납땜 접합부(5)에 손상을 입히지 않도록 형성된다.

그러나, 이러한 스프링 단자(4)는 전극 단자(3)와 열보상판(2) 사이에 개재될 허용 높이가 통상 5 ㎜ 안쪽이며, 더욱이 단자 자체의 두께를 제외하고 나면 “ Ｓ ”형상으로 가공하기가 그리 쉽지 않을 뿐만 아니라 조립 작업성도 떨어지는 반면에 제품의 단가는 상승하는 문제점을 갖고 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 단순한 구조의 스프링 단자를 열적 팽창에 따른 응력의 작용 방향에 대응하여 가변적으로 배열시킴으로써 응력을 최대한으로 완충시킬 수 있게 하는 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법은, 열보상판을 접합한 칩과 전극 단자 사이에 열팽창률 차이에 따른 응력을 완충시킬 수 있도록 접합되는 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자에 있어서, 상기 전극 단자에 작용되는 수평 응력이 수직 응력으로 전환될 때 납땜 접합부에 반복적으로 응력 집중이 되지 않도록 상기 스프링 단자의 외측 곡면부와 상기 수평 응력의 진행 방향이 서로 대향하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열에 따른 문제점을 나타낸 도면.

도 2 는 종래의 다른 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자의 접합 상태를 나타낸 도면.

도 3 은 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법 및 작용 상태를 개략적으로 나타낸 도면.

도 4 는 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법의 적용예를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 칩, 20 : 열보상판,

30 : 전극 단자. 40 : 스프링 단자,

42 : 내측 곡면부, 44 : 외측 곡면부,

50 : 납땜 접합부.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법 및 작용 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

상기 도면에서, 부호 40 은 스프링 단자를 나타낸 것으로서, 이는 열보상판(20)을 접합시킨 반도체 칩(10)과 전극 단자(30) 사이에 이 들의 열팽창률 차이에 따라 가해지는 응력을 완충시킬 수 있도록 삽입 개재되는 것이다.

즉, 상기 스프링 단자(40)는 “ ⊃ ”나 “ ⊂ ”형상으로 벤딩된 간단한 구조로 이루어진 것으로, 여기서 설명의 편의상 완충 작용을 하는 벤딩부가 내, 외측 곡면부(42)(44)로 구분 도시된다. 상기 스프링 단자(40)의 외측 곡면부(44)가 전극 단자(30)의 길이 방향의 팽창에 따른 수평 응력(F1)의 진행 방향에 대하여 대향하도록 배열된다. 이렇게 배열되면, 본 실시예의 응력 집중부(B)는 납땜 접합부(50) 쪽에 형성되지 않고, 스프링 단자(40)의 곡면부(42)(44)의 상단 쪽에 형성된다.

이와 같이 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법을 적용하는 스프링 단자(40)는 전극 단자(30)의 길이 팽창에 의하여 수평 방향으로 작용되는 수평 응력(F1)의 진행 방향에 따라서 가변적인 방향성을 갖도록 배열되는 것이다. 이러한 배열 방법을 적용한 실시예가 도 4 에 예시되어 있으며, 여기에서 양극이나 음극의 전극 단자(30)에 작용하는 수평 응력(F1)이 화살표와 같이 지시된 방향으로 진행하는데 대응하여 스프링 단자(40)의 설치 방향도 서로 다르게 되어 있음을 알 수 있다. 즉, 수평 응력(F1)의 진행 방향 쪽으로 스프링 단자(40)의 외측 곡면부(44)가 마주보도록 배열되는 것이다.

이렇게 스프링 단자(40)는 수평 응력(F1)이 수직 응력(F2)으로 전환될 때 납땜 접합부(50)에 반복적으로 응력 집중이 가해지지 않도록 완충시키는 작용을 함으로써 “ ⊃ ”나 “ ⊂ ”형상과 같은 단순한 구조로 이루어지더라도 “ Ｓ ” 형상과 같은 구조에서 얻을 수 있는 효과를 충분히 얻을 수 있다.

상술한 본 발명에 의하면, 단순한 형상의 스프링 단자를 사용하더라도 열팽창에 따른 응력을 최대한으로 완충시킬 수 있을 뿐만 아니라 가공 생산성 및 조립 작업성이 상대적으로 향상될 수 있다.

Claims (1)

1. 열보상판을 접합한 칩과 전극 단자 사이에 열팽창률 차이에 따른 응력을 완충시킬 수 있도록 접합되는 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자에 있어서,

   상기 전극 단자에 작용되는 수평 응력이 수직 응력으로 전환될 때 납땜 접합부에 반복적으로 응력 집중이 되지 않도록 상기 스프링 단자의 외측 곡면부와 상기 수평 응력의 진행 방향이 서로 대향하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈의 스프링 단자 배열 방법.