KR100403129B1 - 전력반도체모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력반도체모듈에 관한 것으로서, 외부로 열을 방출할 수 있도록 하는 방열판(10)의 상부면에 부착되어 표면에 형성된 회로패턴에 따라 외부의 전기적인 신호를 상호 전달할 수 있도록 하는 반도체 칩(12)과, 상기 반도체 칩(12)의 회로패턴에 연결되어 외부와 전기적인 신호 전달이 이루어질 수 있도록 하는 전극 리드(13)가 접합된 전력반도체모듈의 상기 방열판(10)의 상단부 끝단에 접합되어 측부에서부터 내부에 외부의 이물질이 침투되는 것을 방지할 수 있도록 하는 측벽(11)과, 상기 측벽(11) 내부에 충진되어 외부의 이물질 유입으로부터 내부 부품을 보호할 수 있도록 하는 충진재(30)와, 상기 충진재(30)가 반도체 칩(12)의 동작에 의한 열팽창 또는 수축시의 상하 유동이 이루어질 수 있도록 상부에 형성된 공간부(23)와, 상기 측벽(11) 내측에 성부로 돌출된 전극 리드(13)를 중앙에 긴밀하게 끼워 접합하여 외부의 이물질 침투를 방지함과 동시에 내부의 충진재(30)의 열팽창과 수축 공간이 확장될 수 있도록 하는 상부커버(20)를 구성하여 측벽내에 충진재만을 충진하여 내부의 각 부품의 접합이 긴밀하게 이루어질 수 있도록 하여 제조공정을 단축시킴과 동시에 수분침투 경로를 미연에 차단하여 외부로부터 수분침투로 인한 제품의 불량을 방지하고 제품 원가를 감소시키고자 하는 효과를 갖는다.

Description

전력반도체모듈{electronic semiconductor module}

본 발명은 전력반도체모듈에 관한 것으로서 더 자세하게는 측벽 내측에 충진재만을 충진하여 내부의 각 부품의 접합이 긴밀하게 이루어질 수 있도록 하여 제조공정을 단축시킴과 동시에 수분침투 경로를 미연에 차단하여 외부로부터 수분침투로 인한 제품의 불량을 방지하고 제품 원가를 감소시키고자 하는 전력반도체모듈에 관한 것이다.

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

이러한 전력반도체 모듈은 발열판과 충진재의 내부에 반도체 칩과 전극 리드가 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 몰딩된다.

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

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

이러한 종래의 전력반도체모듈에 대해 도면 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 전력반도체는 도 1에서 보는 바와 같이 내부의 열을 외부로 방출시키도록 하는 방열판(2)과, 상기 방열판(2) 상부에 일정공간을 형성하여 부품을 고정 및 지지할 수 있도록 하는 측벽(11)과, 상기 방열판(2)의 상부에 안착되고 표면에 회로 패턴이 형성된 반도체 칩(3)과, 상기 반도체 칩(3)에 접착되어 외부로 길게 인출 형성되어 전기적인 신호를 처리하도록 하는 전극 리드(4)로 이루어져 있다.

또한, 종래의 수지재(1)는 내부에 안착된 각 부품을 보호하고 고정하기 위하여 아래에 먼저 일정 높이로 충진재(5)를 충진한 후 상기 충진재(5) 상부에 일정 높이로 충진한다. 이러한 공정후 상기 수지재(1)의 상부에는 상부 커버가 씌어진다.

그러나, 이러한 종래의 전력반도체모듈은 측벽(1) 내부의 반도체 칩(3)을 비롯하여 전극 리드(4)의 접합이 긴밀해질 수 있도록 수지재(6)와 충진재(5)를 두껍게 충진하여 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 방지하고 있으나, 상기 충진재(5)는 실리콘 겔 혹은 고무로 되어 있으며, 일정온도 약(100℃~150℃)에서 경화되는 데 경화되기 전에는 유동성이 매우 뛰어나기 때문에 액상의 충진재(5)가 경화되는 과정에서 수지재(1)의 수직 구조에 의한 모세관 형상으로 인해 측벽(1)을 타고 상승하게 되므로 이후에 수지재(6)를 충진하게 되더라도 충진재(5)와 수지재(6)가 접합되는 것을 방해하게 됨에 따라 결과적으로 외부로부터 습기 등의 침투경로를 마련하게 되는 문제점을 가지고 있으며, 수지재(6)가 없다면 외부로부터 유입된 수분에 의해 각기 다른 전기적 특성을 갖는 전극 리드(4)간에 도 1과 같이 수분에 의해 전류가 흐르게 되어 고장의 원인이 발생하는 문제점을 가지고 있다.

또 다른 종래 전력반도체모듈의 문제점은 측벽(1) 내부에 수지재(6)와 충진재(5)를 충진하는 공정 시간이 전체 공정 기간의 약 50%이상을 차지하는 교반, 탈포, 주입, 경화단계를 거쳐야되므로 공정 시간의 단축의 어려움을 가지고 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 그 목적은 측벽내에 충진재만을 충진하여 내부의 각 부품의 접합이 긴밀하게 이루어질 수 있도록 하여 제조공정을 단축시킴과 동시에 수분침투 경로를 미연에 차단하여 외부로부터 수분 침투로 인한 제품의 불량을 방지하고 제품 원가를 감소시키고자 하는 데 있다.

도 1은 종래의 전력반도체모듈 단면구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력반도체모듈 단면구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부커버의 단면사시도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호설명-

10; 방열판 11; 측벽12; 반도체 칩 13; 전극 리드20; 상부커버 21; 상판22; 경사면 23; 공간부24; 지지 기둥 30; 충진재

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

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력반도체모듈 단면구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부커버의 단면사시도이다.

본 발명은 전력반도체 내부에 외부의 수분침투 경로가 미연에 차단될 수 있도록 하는 것으로서 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 좌우 방향으로 길게 뻗어 일정두께를 갖는 판재(板材)를 형성하여 외부로 열을 방출할 수 있도록 하는 방열판(10)과, 상기 방열판(10)의 상부면에 부착되어 표면에 형성된 회로패턴에 따라 외부의 전기적인 신호를 상호 전달할 수 있도록 하는 적어도 하나 이상의 반도체 칩(12)과, 상기 각각의 반도체 칩(12)의 회로패턴에 연결되어 외부와 전기적인 신호 전달이 이루어질 수 있도록 하는 전극 리드(13)와, 상기 방열판(10)의 상단부 끝단에 접합되어 측부에서부터 내부에 외부의 이물질이 침투되는 것을 방지할 수 있도록 하는 측벽(11)과, 상기 측벽(11)의 내부에 일부 충진되어 외부의 이물질 유입으로부터 내부 부품을 보호할 수 있도록 하는 충진재(30)와, 상기 충진재(30)가 반도체 칩(12)의 동작에 의한 열팽창 또는 수축시의 상,하 유동이 이루어질 수 있도록 상부에 형성된 공간부(23)와, 상기 측벽(11)의 내측에 상부로 돌출된 전극 리드(13)를 긴밀하게 끼워 외부의 이물질 침투를 방지함과 동시에 내부 충진재(30)의 열팽창과 수축 공간이 확장될 수 있도록 하는 상부커버(20)로 이루어져 있다.

여기서, 상기 상부커버(20)는 상부에 전극 리드(13)를 끼워 외부의 이물질 침투를 방지할 수 있도록 일정 두께의 판재로 형성되는 상판(21)이 구비되어 있으며, 이러한 상판(21)은 양측이 상기 측벽(11)에 고정되어 있다.또한, 상기 상판(21)의 저면 아래로는 길게 사각 형태로 일체 형성되고 내부에 경사면(22)이 형성되어 공간부가 마련되도록 하여 충진재(30)의 열 팽창과 수축이 가능한 공간이 확보될 수 있도록 하는 지지 기둥(24)이 연결된 구성으로 되어 있다.즉, 상기 상판(21)의 하부로 지지 기둥(24)이 일정 길이 연장되어 하단이 상기 충진재(30)에 일정 깊이까지 삽입되어 있되, 내부는 상협하광(上狹下廣) 형태(상부는 좁고, 하부는 넓어지는 형태)의 공간이 마련되도록 경사면(22)이 형성되어 있고, 또한, 상기 경사면(22)에 의한 상협하광 형태의 공간에서 상기 전극 리드(13)가 삽입 및 지지되어 있다. 따라서, 이러한 전력반도체모듈의 열팽창 또는 수축시 상기 충진재(30)의 일부가 상기 지지 기둥(24)의 경사면(22)을 따라 상승 및 하강함으로써, 비록 수분이 침투되었다고 해도 상기 지지 기둥(24)의 하단에서 확실하게 절연됨으로, 다수의 전극 리드(13)가 서로 쇼트되지 않는다.

이와 같이 구성되어 있는 본 발명의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전력반도체 내부에 외부의 수분침투 경로가 미연에 차단될 수 있도록 하는 것으로서 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 내부의 열을 외부로 방출시키는 방열판(10)에 반도체 칩(12)을 탑재하고, 그 반도체 칩(12)에는 전극 리드(13)를 연결하여 전극 리드(13)를 매개로 외부의 전기장치와 반도체 칩(12)간에 전기적인 신호 전달이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

이때 방열판(10)은 내부의 반도체 칩(12)을 보호할 수 있도록 실리콘 겔류의 충진재(30)를 충진하기 위해 측벽(11)을 접합하여 측벽(11)으로부터 방열판(10)에 올려진 반도체 칩(12)과 전극 리드(13)의 접합부위가 외부 이물질 접근을 방지할 수 있도록 충진재(30)의 충진공간을 갖게 되는 것이다.

상기 충진재(30)는 측벽(11)의 내측으로부터 일정 높이로 충진되도록 하여 열팽창시 상,하로 유동할 수 있는 공간부(23)를 상부에 두고 있다.

또한 측벽(11)은 내부에 반도체 칩(12)을 비롯하여 전극 리드(13)가 외부로 들어나지 않도록 하여 외부의 이물질 투입이 방지될 수 있도록 충진재(30)를 일정 두께로 충진하여 내부의 부품이 충진재(30)에 의해 도포될 수 있도록 하는 것이다.

또한, 측벽(11)은 충진재(30)를 충진한 이후에 충진재(30)가 외부로 드러나지 않도록 외부로 돌출한 전극 리드(13)를 상부커버(20)의 지지 기둥(24) 및 상판(21)에 끼워지도록 한 후, 상부커버(20)의 상판(21)이 측벽(11)의 상부에 부착되도록 한다.

한편, 상부커버(20)는 상부의 상판(21)에 의해 측벽(11)과 긴밀하게 접합되어 내부가 밀폐된 공간이 형성될 수 있도록 하여 충진재(30)의 열팽창과 수축시에 필요한 여유공간이 확보될 수 있도록 하고, 충진재(30)는 상판(21)의 저면에 일체로 연결된 지지 기둥(25)에 의해 전극 리드(13)와의 틈새로 반도체 칩(12)이 동작할 때 열팽창 또는 수축시 충진재(30) 일부는 상기 지지 기둥(24)의 경사면(22)을 따라 상승 또는 하강하고 나머지는 공간부(23)의 위, 아래로 상승 또는 하강하게 되는 것이다.

따라서, 상기 상판(21)은 측벽(11)과의 미세한 틈세로부터 수분이 침투하더라도 상판(21)의 하단부 즉, 지지 기둥(24)의 하단부 일부가 충진재(30)에 삽입되므로 수분이 충진재(30)와 공간부(23) 사이에 침투하더라도 지지 기둥(24)에 의해 수분이 상기 전극 리드(13)에 침투하지 못하게되므로 미연에 고장원인을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 작용하는 본 발명은 측벽의 내측에 충진재만을 충진하여 내부의 각 부품의 접합이 긴밀하게 이루어질 수 있도록 하여 제조공정을 단축시킴과 동시에 수분 침투 경로를 미연에 차단하여 외부로부터 수분침투로 인한 제품의 불량을 방지하고 제품 원가를 감소시키는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 외부로 열을 방출하는 판상(板狀)의 방열판(10)과, 상기 방열판(10)의 상면에 부착되어 외부와 전기적 신호를 주고받는 적어도 하나 이상의 반도체 칩(12)과, 상기 각각의 반도체 칩(12) 상부에 접속되어 상부 방향으로 일정 길이 연장된 막대 형태의 전기적 신호 전달용 전극 리드(13)와, 상기 방열판(10)의 상부 측단에 부착된 측벽(11)과, 상기 측벽(11)의 내부와 방열판(10)의 상부 사이에 충진되어 상기 반도체 칩(12)을 감싸되, 열팽창 또는 수축시 어느 정도의 상,하 유동이 이루어질 수 있도록 상부에는 공간부(23)가 형성된 채 충진된 충진재(30)와, 상기 측벽(11)에 고정된 동시에, 상기 전극 리드(13)가 긴밀하게 끼워져 상부로 일정 길이 돌출되도록 하는 상부 커버(20)로 이루어진 전력반도체모듈에 있어서,

   상기 상부 커버(20)는 상부에 전극 리드(13)를 끼워 외부의 이물질 침투를 방지할 수 있도록 일정 두께의 판재로 형성되어 양측이 상기 측벽(11)에 고정되는 상판(21)과, 상기 상판(21)의 하부로 일정 길이 연장되어 하단이 상기 충진재(30)에 일정 깊이까지 삽입되어 있되, 내부의 상부는 좁고 하부는 넓은 형태의 공간이 마련되도록 경사면(22)이 형성되어 상기 전극 리드(13)가 위치됨으로써, 열팽창 및 수축시 상기 충진재(30)의 일부가 상기 경사면(22)을 따라 상승 및 하강하도록 된 지지 기둥(24)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력반도체모듈.