KR100362225B1

KR100362225B1 - 전력반도체모듈

Info

Publication number: KR100362225B1
Application number: KR1020000010647A
Authority: KR
Inventors: 최연식; 이원오
Original assignee: 주식회사 케이이씨
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2002-11-23
Also published as: KR20010086777A

Abstract

본 발명은 전력반도체모듈에 관한 것으로서, 충진재(50)를 내부에 충진하기 위해 일시적으로 상기 방열판(20)에 장착하는 탈착지그(30)과, 상기 탈착지그(30)이 상기 방열판(20)상에서 제거되어 외부로 노출된 충진재(50)의 외벽으로부터 일정간격이 유지되는 위치에 접합되어 수지재(70)가 충진되어 내부 부품을 덮어 씌울 수 있도록 하는 수지봉지재(60)가 구성된 전력반도체모듈에 있어서, 상기 충진재를 방열판에 덮여져 있는 수지봉지재 내부에 충진시켜 경화시킨 후 수지봉지재를 떼어다가 경화된 충진재와 일정한 거리가 유지되는 외측 부위에 다시 접합시켜 수지재가 충진되도록 함으로서 수지재가 충진재의 외부면에 완전히 덮여지도록 하여 충진재와 수지재간에 틈이 미연에 발생하지 않도록 함에 따라 외부의 공기 및 수분이 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

Description

전력반도체모듈{electronic semiconductor module}

본 발명은 전력반도체모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 다수의 부품을 충진재로 먼저 감싸고, 이어서 상기 충진재도 물성이 다른 수지재로 다시 완전히 봉지함으로써, 충진재와 수지재간의 틈 발생을 억제하여 외부 수분 등의 침투를 적극적으로 방지할 수 있는 전력반도체모듈에 관한 것이다.

일반적으로 전력반도체는 접합수 혹은 단자의 수에 따라 다이오드류, 트랜지스터, 및 사이리스터 등으로 분류되며, 형태에 따라 하나의 전력반도체칩을 하나의 실장체 내에 내장한 개별소자(discrete device), 두 개 이상의 반도체 칩 등을 하나의 실장체 내에 장착한 모듈형소자(module device), 하나의 칩내에 2개 이상의 소자기능을 집적화한 집적회로소자(integrated circuits)로 분류된다.

이러한 전력반도체 모듈은 발열판과 수지봉지재의 내부에 반도체 칩과 전극단자가 접합될 수 있도록 한 후 반도체 칩의 회로패턴에 외부의 열 전달과 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있도록 내부에 수지재와 충진재가 서로 층을 이루면서 몰딩될 수 있도록 몰딩공정단계를 거치게 된다.

상기 수지재는 플라스틱 패키징 공정의 생산이 가능하기 위해서 성형성 및 기계적, 전기적인 특성 및 내습성 등을 고려하여 여러 수지중 대표적으로 에폭시(epoxy) 수지를 사용하게 된다.

상기 충진재는 수지봉지재 내부의 각 부품들의 응력완충 및 기밀성을 위한 것으로 특히 열팽창계수의 저하, 열전도도의 증진 및 기계적 특성의 증진 등을 고려한 재료로서 실리콘 겔 혹은 고무재등이 사용되고 있다.

이러한 종래 전력반도체 모듈의 구조 및 충진재와 수지재의 충진과정을 첨부된 도면 도 1을 참조로 설명하면 다음과 같다.

종래의 전력반도체모듈은 도 1에서 보는 바와 같이 내부의 열을 외부로 방출하는 대략 판상의 방열판(2)이 구비되고, 상기 방열판(2)의 상면 외측에는 케이스(1)가 형성되어 있다. 또한, 상기 방열판(2)의 상면에는 외부로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있도록 절연기판(3)이 설치되어 있고, 상기 절연기판(3)의 상면에는 외부로 길게 인출되어 전기적인 신호를 처리하는 제 1,2,3전극단자(4)가 설치되어 있다. 물론, 상기 제 1,2,3전극단자(4)와 절연기판(3) 사이에는 반도체 칩(5)이 연결되어 있고, 상기 반도체 칩(5)의 열이 외부로 전달될 수 있도록 열팽창을 완충하는 열보상판(6)이 상기 반도체 칩(5) 상,하면에 설치되어 있다. 상기 열보상판(6)의 상단에는 응력에 대항하면서 원형을 보존할 수 있도록 다수회로 완만하게 절곡형성된 원형보존단자(8)가 접합되어 있다.또한 ,상기 케이스(1)의 내부에는 상술한 각종 부품을 보호 및 고정하기 위해 일정 높이로 실리콘 겔 또는 고무류의 충진재(9)가 충진되어 있고, 상기 충진재(9)의 상부에는 상술한 부품들을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 다시 일정 높이로 에폭시류의 수지재(10)가 충진되어 있다.

한편, 이와 같은 종래의 전력반도체모듈은 케이스(1) 내측에 충진재(9)를 충진시 상기 충진재(9)의 유동 특성이 우수함으로써, 상기 충진재(9)가 케이스(10)의 내벽을 따라 일정높이까지 올라가는 현상이 있다. 이 상태에서 다시 상기 케이스(1) 내측의 충진재(9) 상부에 수지재(10)를 충진하게 되는데, 상기 충진재(9)의 일부는 이미 케이스(10)의 내벽을 타고 일정높이까지 올라온 상태로서 상기 수지재(10)와 케이스(1)의 결합을 방해하게 된다. 즉, 외부로부터의 습기 및 공기 등이 상기 충진재(9)와 수지재(10)의 계면을 따라서 상술한 다수의 부품까지 침투될 수 있는 경로가 형성된다.이와 같이 내부로 침투된 수분 및 공기는 상기 반도체 칩(5)이나 외부의 열에 의해 쉽게 팽창하게 되고, 결국 팽창된 틈을 따라 상술한 부품들이 파손되어 제품 불량을 유발하는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 종래의 단점 및 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 다수의 부품을 충진재로 먼저 감싸고, 이어서 상기 충진재도 물성이 다른 수지재로 다시 완전히 봉지함으로써, 충진재와 수지재간의 틈 발생을 억제하여 외부 수분 등의 침투를 방지할 수 있는 전력반도체모듈을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 전력반도체모듈의 단면구성도이다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 탈착지그가 장착된 전력반도체모듈의 단면구성도이다.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 충진재가 경화된 상태의 단면도이다.

도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 케이스가 장착된 전력반도체모듈의 단면구성도이다.

도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 수지재 봉지 상태인 전력반도체모듈의 단면도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호설명-

1,60;케이스 2,20;방열판

3,21;절연기판 4,24;전극단자

5,23;반도체 칩 6,22;열보상판

8;원형보존단자 9,50;충진재

10,70;수지재 30;탈착지그

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 탈착지그가 장착된 전력반도체모듈의 단면구성도이며, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 충진재가 경화된 상태의 단면도이고, 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 케이스가 장착된 전력반도체모듈의 단면구성도이며, 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 수지재의 봉지 상태인 전력반도체모듈의 단면도이다.

도시된 바와 같이 내부의 열을 외부로 방출시키는 대략 판상의 방열판(20)이 구비되어 있고, 상기 방열판(20)의 상면에는 다수의 절연기판(21)이 부착되어 있으며, 상기 절연기판(21)의 상면에는 다수의 전극단자(24)가 부착되어 있다. 또한, 상기 전극 단자(24)의 소정 영역에는 열보상판(22)이 접착되어 있고, 상기 열보상판(22)에는 반도체칩(23)이 부착되어 있다. 즉, 상기 반도체칩(23)의 상,하면에는 열보상판(22)이 각각 부착되어 있다. 또한, 상기 방열판(20)의 상면에 위치된 상기 절연기판(21), 전극단자(24), 열보상판(22) 및 반도체칩(23)은 실리콘켈 또는 고무류와 같은 충진재(50)로 감싸여져 있으며, 이러한 구성은 종래와 동일하다.단, 본 발명은 상기 충진재(50)의 측벽과 일정 공간 이격된 영역에 하단부가 상기 방열판(20)의 상면과 접합된 동시에 일정 높이를 갖는 케이스(60)가 설치되어 있고, 상기 충진재(50)와 케이스(60) 이격 공간 및 상기 케이스(60) 내측의 상기 충진재(50) 상면에는 수지재(70)가 봉지되어 있다. 즉, 상기 수지재(70)가 상기 충진재(50)의 측벽 및 상면을 모두 봉지한다.이와 같이 구성되어 있는 본 발명에 의한 전력반도체모듈의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수지재가 충진재를 포함하여 케이스의 내벽까지 충진될 수 있도록 하는 것으로서, 도2a 내지 도 2d에서 보는 바와 같이 먼저 방열판(20)의 상면에 다수의 절연기판(21), 열보상판(22), 반도체 칩(23) 및 전극단자(24)를 통상의 방법으로 조립한다.

이어서, 상기 방열판(20) 상부의 전극단자(24) 외주연에 상부가 개구된 탈착지그(30)를 접합시켜 내부에 조립된 각 부품 즉, 절연기판(21), 열보상판(22), 반도체 칩(23) 및 전극단자(24)가 안정적으로 고정될 수 있도록 실리콘겔 또는 고무류의 충진재(50)를 상기 탈착지그(30) 내측에 충진하여 경화시킨다.

이어서, 상기 충진재(50)가 완전히 경화되면, 상기 탈착지그(30)를 상기 충진재(50) 및 방열판(20)으로부터 분리하여 제거한다.이어서, 상기 충진재(50)의 외주연으로서 방열판(20)의 상면에 다시 케이스(30)를 접합시킨다.

이때 상기 케이스(60)는 방열판(20)에 경화된 충진재(50)의 외측면과 일정한 공간이 유지될 수 있는 위치에 접합되도록 한 상태에서, 다시 상기 케이스(60)의 내측인 빈 공간에 수지재(70)를 다시 충진 즉, 봉지한다. 물론, 상기 수지재(70)는 상기 케이스(60) 내측의 충진재(50) 측면뿐만 아니라 상면에도 봉지되도록 한다.

따라서, 상기 케이스(60)의 내벽에는 상기 충진재(50)가 전혀 접착되지 않고 상기한 수지재(70)만이 접착하게 됨으로써, 종래와 같은 충진재(50)의 벽면 오름 현상 등을 미연에 방지할 수 있게 되고, 상기 수지재(70)가 충진재(50)의 상면과 측면을 완전히 봉지하여 외부의 이물질 즉, 수분 및 공기 등의 유입을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의한 전력반도체모듈에 의하면, 다수의 부품을 충진재로 먼저 감싸고, 이어서 상기 충진재도 물성이 다른 수지재로 다시 완전히 감쌈으로써, 충진재와 수지재간의 틈 발생을 억제하여 외부 수분 등의 침투를 적극적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

(정정) 내부의 열을 외부로 방출시키는 방열판(20)과, 상기 방열판(20)의 상면에 부착된 다수의 절연기판(21)과, 상기 절연기판(21)의 상면에 부착된 다수의 전극단자(24)와, 상기 전극 단자(24)의 소정 영역에 부착된 열보상판(22)과, 상기 열보상판(22)에 부착된 반도체칩(23)과, 상기 방열판(20)의 상면에 위치된 상기 절연기판(21), 전극단자(24), 열보상판(22) 및 반도체칩(23)을 감싸는 충진재(50)로 이루어진 전력반도체 모듈에 있어서,

상기 충진재(50)의 측벽과 일정 공간 이격된 외주연에는 하단부가 상기 방열판(20)의 상면과 접합된 동시에 일정 높이를 갖는 케이스(60)가 설치되어 있고, 상기 충진재(50)와 케이스(60) 이격 공간 및 상기 케이스(60) 내측의 상기 충진재(50) 상면에는 수지재(70)가 봉지됨으로써, 상기 수지재(70)가 상기 충진재(50)의 측벽 및 상면을 모두 봉지함을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.