KR100665933B1 - 파워 세미컨덕터 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 주면(main surface) 상에서 적어도 하나의 조도체가 부착되고 여러 개의 층으로 층상배열된 캐리어기판으로 이루어진 스택(stack)을 포함하는 파워세미컨덕터모듈에 관한 것이다. 상기 스택에서 반도체컴포넌트 상단에 배열된 캐리어기판의 적어도 하나의 조도체 및 상기 스택에서 반도체컴포넌트 하단에 배열된 캐리어기판의 적어도 하나의 다른 조도체와 전기적으로 그리고 열전도가 가능한 형태로 접촉된 적어도 하나의 전자 반도체컴포넌트가 스택의 두 개의 이웃한 캐리어기판 사이에 배열된다. 가능한 한 컴팩트한 구조를 가지면서 동시에 열전도 양상을 개선하는 것이 본 발명의 목적이다. 이를 위해, 상기 스택의 양측의 외측 캐리어기판을 적어도 하나의 반도체컴포넌트를 감싸는 밀폐형 하우징컴포넌트의 하나의 상단 벽 및 하단 벽으로서 형성한다. 적층된 캐리어기판 사이의 사이공간(gap)은 캐리어기판에 고정된 둘레를 감싸는 벽을 통해 밀착되게 밀폐된다.

Description

파워 세미컨덕터 모듈{POWER SEMICONDUCTOR MODULE}
본 발명은 독립 청구항 1의 상위개념에 기술된 특징을 갖는 파워 세미컨덕터 모듈에 관한 것이다.
이런 종류의 파워세미컨덕터모듈은 예를 들어 WO 98/15005에 개시된바 있으며 상단면에서 제1 캐리어기판(carrier substrate)의 조도체(strip conductor)면과 결합되고 하단면에서 제2 캐리어기판의 조도체면과 결합된다. 양측 캐리어기판과 이 사이에 배열된 반도체컴포넌트로 형성된 스택(stack)은 다른 캐리어기판의 적층을 통해 확장될 수 있다. 이 경우 양측의 캐리어기판 사이에는 반도체컴포넌트가 포함된 각각 하나의 층이 형성된다. 열전도성을 개선하기 위해서는 양측의 외측 캐리어기판 중 적어도 한 개에 히트싱크(heat sink)로서 기능하는 하나의 금속판이 배열된다.
습기와 분진으로부터 전자회로를 보호하기 위해 스택과 히트싱크로 형성된 구조물은 허어메틱 시일(hermetic seal)로서 밀폐되는 하우징컴포넌트에 투입되어야 한다. 이 경우 단점은 열이 우선 히트싱크로 전달되고 그 다음에 비로소 하우징의 벽을 통해 외부로 방출될 수 있다는 것이다. 상기 히트싱크가 동시에 하우징벽, 예를 들어 금속 하우징 베이스로서 장착되는 경우 하우징을 허어메틱 시일로서 밀 폐할 때 큰 문제가 발생한다. 효과적인 냉각을 실현시키기 위해 상기 히트싱크는 상당히 커야 하므로 전체적으로 매우 큰 구조물이 허어메틱 시일로 커버링되어야 한다. 따라서 하우징의 형태는 사용된 히트싱크 또는 냉각체(cooling body)의 크기에 따라 좌우된다. 밀폐된 하우징 내에서 상기 히트싱크는 더 이상 추가적으로 변경될 수 없으므로 열을 발생시키는 반도체컴포넌트의 수나 형태에 냉각체를 유연하게 적응시키는 것은 불가능하다.
이외에도 많은 경우 반도체컴포넌트의 강한 열발생으로 인해 파워세미컨덕터모듈이 냉매에 의해 냉각되어야 한다는 문제점이 나타난다. 알려진 배열구조의 경우 냉매가 순환하는 복잡한 구조의 냉매채널이 냉각체에 형성된다. 상기 냉매채널은 하우징 공간에 위치하는 냉각체 내에 형성되어야 하므로 냉매 유입관과 배출관을 허어메틱 시일로서 밀폐하기 위해서는 상당한 비용이 소요된다.
본 출원서 청구항 1에 따른 본 발명의 파워세미컨덕터모듈을 통해 상술한 문제점을 해결할 수 있다. 스택의 상단 캐리어기판과 하단 캐리어기판은 동시에 각각 파워세미컨덕터모듈의 상단 벽과 하단 벽을 형성하며 반도체컴포넌트에 의해 발생된 열은 외측 캐리어기판으로 전달됨에 따라 외측 캐리어기판의 열은 직접 하우징컴포넌트를 감싸는 외부공간으로 방출될 수 있고 하우징컴포넌트 내부의 냉각체로 전달되지 않는다. 바람직하게는 하우징컴포넌트의 네 개의 측벽을 형성하며 캐리어기판에 고정되는 둘레를 감싸는 벽(circulating wall)과 외측 캐리어기판으로 형성된 상단 벽과 하단 벽이 상기 하우징컴포넌트에 포함된다. 이렇게 함으로써 하우징 주위로 매우 효과적인 열전달이 가능하며 매우 컴팩트한 허어메틱 시일(hermetic seal) 구조가 실현될 수 있다. 본 발명에 따른 파워세미컨덕터모듈은 복잡한 구조로 냉매채널을 형성하거나 하우징구조를 변경하지 않고도 순환 냉매를 투입할 수 있으며 냉각체와 접촉할 수 있다는 것이 장점이다. 외측 캐리어기판으로 전달된 열은 각각 유리한 히트싱크로 전달될 수 있다는 장점이 있다. 다양하고 유연한 투입가능성으로 인해 본 발명에 따른 파워세미컨덕터모듈은 종래 방식을 통한 해결방안에 비해 현저한 장점을 제공한다.
본 발명의 바람직한 다른 형태는 종속항에 기술된 특징을 통해 실현된다.
반도체컴포넌트 상단에 배열된 각각의 캐리어기판 및 반도체컴포넌트의 하단에 배열된 각각의 캐리어기판과 반도체컴포넌트의 전기적 접촉이 납땜을 통해 이루어지므로 스택 내의 열이 매우 신속하게 외측 캐리어기판으로 전달될 수 있다.
적층된 캐리어기판 사이의 사이공간(gap)이 유동성이며 경화될 수 있는 열전달성 매질에 의해 완전히 채워짐에 따라 이런 열전달이 더욱 개선될 수 있다.
바람직하게는 이런 유동성이며 경화될 수 있는 매질이 둘레를 감싸는 벽을 형성할 수 있도록 이런 유동성이며 경화될 수 있는 열전달성 매질이 캐리어기판의 주면(main surface)에 대해 수직으로 진행하는 캐리어기판의 정면에 도포될 수 있다.
바람직하게는 유동성이며 경화될 수 있는 열전달성 매질로서 캐필러리 본드(capillary bond)가 사용될 수 있다.
다른 실시예의 경우 상기 유동성이며 경화될 수 있는 열전달성 매질이 사출 성형물로 이루어진다. 캐리어기판과 반도체컴포넌트로 이루어진 스택은 예를 들어 사출성형법 또는 트랜스퍼 성형법을 통해 제작될 수 있다.
바람직하게는 하나의 캐리어기판 상에 배열된 조도체와 전기적으로 접촉되고 측면에서는 캐리어기판 사이의 사이공간에서 돌출되며 둘레를 감싸는 벽을 통해 하우징컴포넌트에서 외측으로 안내되는 접점부재를 통해 파워세미컨덕터모듈의 커넥터가 형성된다. 둘레를 감싸는 상기 벽이 전기 전도성 재질로 이루어지는 경우 예를 들어 접점부재를 위한 절연덕트(insulation duct)가 장착될 수 있다. 하우징컴포넌트를 완전 밀폐하기 위해서는 상기 절연덕트가 예를 들어 글라스시일(glass seal)로서 둘레를 감싸는 벽의 각각의 홈에 삽입될 수 있다.
다른 실시예의 경우 둘레를 감싸는 벽이 적어도 부분적으로나마 캐리어기판의 주면에 대해 수직으로 진행하는 캐리어기판의 정면에 고정된다. 예를 들어 상기 벽은 캐리어기판의 정면에 접착되거나 납땜되거나 또는 다른 방식으로 고정되는 단 하나의 금속 테입(strip)을 통해 제작될 수 있다.
적어도 하나의 반도체컴포넌트가 완전히 상기 프레임에 의해 감싸질 수 있도록 상단 캐리어기판과 하단 캐리어기판 사이에 삽입되는 둘레를 감싸는 적어도 하나의 밀폐형 프레임을 통해 둘레 벽이 형성되는 것이 특히 바람직하다. 이 경우 상기 프레임은 상단 캐리어기판과 하단 캐리어기판과 밀착되도록 결합된다. 이 경우 두 개의 캐리어기판 사이의 각각의 사이공간을 위해 각각 하나의 프레임이 필요하다.
상기 프레임은 금속프레임으로서 형성되고 하단 캐리어기판의 둘레를 감싸는 조도체와 넓게 납땜되는 것이 바람직하다. 상기 프레임의 이런 납땜은 캐리어기판의 조도체 상에 반도체컴포넌트를 납땜함과 동시에 이루어지는 것이 바람직하다. 이런 종류의 파워세미컨덕터모듈의 제작은 매우 간단하며 신뢰성 있게 진행될 수 있다. 이런 둘레를 감싸는 프레임은 캐리어기판 사이의 사이공간에서 커넥터가 외측으로 안내되는 것을 허용하지 않으므로 반도체컴포넌트의 전기 커넥터는 피드스루(feed through)를 통해 외측의 캐리어기판으로 안내되며 외측 캐리어기판의 외측면에서 접점부재와 전기적으로 결합된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예의 경우 탄력성의 층이 포함된 적어도 하나의 캐리어기판이 스택에 배열되는데, 이 경우 형성된 스택은 캐리어기판의 면에 대해 수직 방향으로 탄성에 의해 압축될 수 있으며 이렇게 함으로써 상기 파워세미컨덕터모듈이 냉각체에 적합하게 형성된 그루브 또는 포켓에 투입될 수 있다. 이 경우 탄력성 층의 탄성력으로 인해 외측 캐리어기판이 상기 냉각체에 대해 강하게 압박된다. 이를 위한 나사체결은 필요치 않다. 상기 탄력성 층은 예를 들어 탄성변형이 가능한 합성수지로 제작될 수 있다. 다른 실시예의 경우 상기 탄력성 층은 한 면에 배열된 여러 개의 탄성부재를 통해 형성된다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있으며 다음에서 상세히 설명된다.
도 1a는 본 발명에 따른 파워세미컨덕터모듈의 제1 실시예에 대한 단면도.
도 1b는 도 1a의 라인 B-B를 따라 절단한 단면도.
도 1c는 도 1a의 라인 C-C를 따라 절단한 단면도.
도 1d는 도 1a의 라인 A-A를 따라 절단한 단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 파워세미컨덕터모듈의 제2 실시예에 대한 단면도.
도 2b는 도 2a의 라인 D-D를 따라 절단한 단면도.
도 3a는 본 발명의 제3 실시예에 대한 단면도.
도 3b는 도 3a의 라인 D-D를 따라 절단한 단면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 대한 단면도.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d에 도시된 바와 같이 파워세미컨덕터모듈에는 여러 개의 캐리어기판(1, 2, 3)으로 이루어진 스택이 포함된다. 여기에 도시된 실시예의 경우 상기 파워세미컨덕터모듈에는 총 세 개의 캐리어기판이 포함되어 있지만, 단 두 개의 캐리어기판으로 이루어진 스택 또는 네 개 이상의 캐리어기판으로 이루어진 스택이 사용될 수 있다. 도 1a 내지 1d의 실시예의 경우 상기 캐리어기판(1,2,3)은 각각 하나의 금속판(11,12,13)을 갖는 IMS-기판(절연된 금속기판)일 수 있다. 상기 금속판은 적어도 하나의 주면 상에 얇은 절연성 층(21,22,23,24)을 갖는다. 상기 각각의 절연성 층에는 알려진 방식에 따라 조도체(31,32,33,34,35,36)가 형성된 얇은 금속층이 부착된다. 따라서 상기 제1 캐리어기판(1)은 자신의 하단면에 조도체(31,32)를 갖는다. 제2 캐리어기판(2)은 상단면에 조도체(33) 그리고 하단면에 두 개의 조도체(34,35)를 갖는다. 상기 제3 캐리어기판은 자신의 상단면에 조도체(36)를 갖는다. 도 1a에 도시된 바와 같이 세 개의 캐리어기판(1,2,3) 사이의 사이공간(4,5)에는 반도체컴포넌트(40,41,42,43)가 배열된다. 도 1a와 도 1c에 도시된 바와 같이 반도체컴포넌트(41,43)는 자신의 하단면을 통해 하단 캐리어기판(3)의 조도체(36) 상에 납땜되며 이를 통해 조도체(36)와 전기적으로 접촉된다. 상기 제2 캐리어기판(2)은 하단 조도체(34,35)를 통해 반도체컴포넌트(41,43)의 상단면 상에 납땜된다. 이 때 상기 조도체(34)는 여기에 도시되지 않은 제1 커넥터 그리고 제2 조도체(35)는 반도체컴포넌트(41,43)의 제2 커넥터와 전기적으로 결합된다. 중앙의 제2 캐리어기판의 상단 조도체(33) 상에는 두 개의 다른 반도체컴포넌트(40,42)가 납땜된다. 조도체(31,32)를 통해 상기 반도체컴포넌트(40,42) 상에 납땜된 제1 캐리어기판(1)은 스택의 커넥터를 형성한다. 상기 반도체컴포넌트(40,41,42,43)는 예를 들어 파워트랜지스터이다.
상기 층상 구조는 도시된 실시예와 같은 구조로만 제한되지 않는다. 따라서 각각의 사이공간(4,5)에는 다른 반도체컴포넌트 및 다른 전자 회로부품이 배열될 수 있다. 상기 반도체컴포넌트는 전도성의 접착제를 통해서도 상기 조도체(31,32,33,34,35,36)와 결합될 수 있다. 하지만 상기 반도체컴포넌트에서 발생된 열이 외측 캐리어기판(1,3)으로 납땜결합을 통해 특히 신속하게 전달될 수 있음으로 상기 반도체컴포넌트를 남땜하는 것이 특히 바람직하다. 이외에도 물론 네 개 이상의 캐리어기판을 도시된 방식에 따라 적층하거나 또는 단 두 개의 캐리어기판만을 사용할 수도 있다. 여러 개의 조도체면을 서로 결합하기 위해 또는 캐리어기판의 수직방향으로의 열전달을 개선하기 위해 경우에 따라서는 상기 캐리어기판에 피드스루(feed through)가 투입될 수 있다. IMS 기판과는 무관하게 캐리어기판을 선택할 수 있다. 예를 들어 세라믹 코어(ceramic core)가 포함된 DCB(direct copper bonded) 기판 또는 다른 적합한 기판이 사용될 수도 있다.
도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이 거의 사각형 모양의 스택의 상단 캐리어기판(1) 및 하단 캐리어기판(3)은 파워세미컨덕터모듈의 상단 벽과 하단 벽을 형성한다. 하우징 컴포넌트의 네 개의 측벽은 둘레를 감싸는 벽(70)에 의해 형성되는데, 이것은 캐리어기판(1,2,3)의 주면에 대해 수직으로 진행하는, 캐리어기판의 정면(15,16,17)에 고정된다. 상기 벽(70)은 금속 호일로서 형성될 수 있으며 예를 들어 납땜, 접착 또는 다른 방식을 통해 캐리어기판의 정면에 고정될 수 있다. 도 1b 및 도 1d에 도시된 바와 같이 여섯 개의 접점부재(contact element) (51,52,53, 54,55,56)는 각각 하나의 조도체(31,32,33,34,35,36)와 접촉한다. 이를 위해 파워세미컨덕터모듈 쪽으로 향한 접점부재의 끝부분은 캐리어기판의 사이공간(4,5)에서 해당 조도체와 납땜되거나 또는 다른 적합한 방식에 따라 접촉된다. 도 1d에 도시된 바와 같이 예를 들어 상기 접점부재(53)는 조도체(33)와 전기적으로 결합된다. 상기 접점부재(51,55)는 도 1d에 도시되지 않은 상단 조도체(31,32)에 납땜된다. 이것은 상기 반도체컴포넌트의 납땜과 함께 실행될 수 있다.
상기 도면에 도시된 바와 같이 반도체컴포넌트에서 파워세미컨덕터모듈과 이격된 접점부재(51,52,53,54,55,56)의 끝부분은 벽(70)을 통해 하우징컴포넌트에서 돌출된다. 상기 벽(70)의 정면벽(71)의 개구에 형성되고 상기 접점부재를 동심성으로 감싸는 글라스시일(glass seal)(59)은 금속성의 벽(70)에 대해 상기 접점부재를 절연하는 기능을 한다. 상기 벽(70)은 원피스형 또는 멀티피스형으로 형성될 수 있 다. 따라서 예를 들어 정면벽(71)은 상기 글라스시일과 별도로 제작될 수 있으며 캐리어기판의 둘레에 U자 형태로 감겨진 금속 호일과 결합될 수 있는데, 이것은 도 1d에서 가장 명확하게 관찰될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이 상기 정면벽(71)이 캐리어기판의 스택과 어느 정도 이격된 경우 한편으로는 상단벽과 하단벽 그리고 다른 한편으로는 정면벽(71)과 결합된 커버(72,73)는 하우징컴포넌트를 밀봉하는 기능을 한다. 하지만 접점부재(51,52,53,54,55,56)를 적합한 형태로 형성하는 경우 상기 정면벽(71)은 직접 캐리어기판의 정면에 부착될 수 있다. 정면벽(71)과 캐리어기판 사이의 가능한 간격 및 캐리어기판 사이의 사이공간(4,5)은 예를 들어 플립칩 접착 기술(flip chip bonding technique) 분야에서는 언더필(underfill)이라는 명칭으로 잘 알려져 있는 캐필러리 본드(capillary bond)와 같이 유동성이면서(freel flow) 경화될 수 있고 열전도성을 갖는 매질을 통해 충전될 수 있다. 유동적이면서 경화될 수 있고 열전도성을 갖는 매질을 통해 외측 캐리어기판(1,3)으로의 열전도가 개선되며 이외에도 형성된 하우징의 기밀성이 강화된다. 벽(70)을 정면벽(15,16,17)에 부착시킴으로써 상기 하우징 컴포넌트를 허어메틱 시일로서 밀폐하는 것이 바람직하다.
도 2a와 도 2b에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 상기 세 개의 캐리어기판(1,2,3)은 상단면과 하단면이 구리층으로 코팅된, 예를 들어 Al2O3 또는 AlN으로 이루어진 세라믹판(61,62,63)을 갖는 DCB 기판으로 이루어진다. 상기 구리판에는 조도체(30,31,32,33,34,35,36,37)가 형성되어 있는데, 상기 조도체(31,32, 33,34,35,36)는 도 1a 및 도 1c에 도시된 조도체와 동일하다. 제1 실시예에서 설명된 바와 같이 조도체(31, 32, 33, 34, 35, 36)와 함께 납땜된 반도체컴포넌트(40,41,42,43,44,45,46,47)가 캐리어기판(1,2,3) 사이의 사이공간(4,5)에 배열된다. 도 1a 내지 도 1d에 따른 실시예와는 달리 여기에서는 둘레를 감싸는 벽이 두 개의 감싸는 직각형의 프레임(80)을 통해 형성되는데, 이 경우 하단의 반도체컴포넌트를 감싸는 하나의 밀폐된 프레임이 각각의 사이공간(4,5)에 형성된다. 상기 프레임(80)은 캐리어기판의 둘레를 감싸는 조도체(38,39)와 납땜되는 금속성 프레임인 것이 바람직하다. 여기에 도시된 바와 같이 상단의 프레임(80)은 예를 들어 캐리어기판(2) 상에서 밀폐된 조도체(39) 그리고 캐리어기판(1)의 밀폐된 조도체(38)와 납땜된다. 이 경우 반도체컴포넌트(40,42,44,46)는 상기 캐리어기판(1,2) 사이의 밀폐된 조도체(38,39) 내에 배열된다. 파워세미컨덕터모듈의 전기적 커넥터는 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d에서와는 달리 스택의 측면에 연결되지 않고 피드스루(feed through)(81,82, 83,84,85,86)를 통해 외측 캐리어기판(1,3)의 외측면 상에 위치한 접점부재(51,52,53,54,55,56)와 결합된다. 상기 접점부재(51,52,53,54,55, 56)는 스택의 외측 조도체(30,37)로 형성되며 경우에 따라서는 금속호일을 통해 보강된다. 바람직하게는 파워세미컨덕터모듈의 반대쪽에 위치하는 접점부재(51,52,53,54, 55,56)의 끝부분은 터미널 러그(terminal lug)로서 파워세미컨덕터모듈로부터 이격되어 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 이를 위해 반도체컴포넌트(40,42, 44,46)의 상단 커넥터와 결합된 조도체(31,32)는 직접 피드스루(feed through) (81,85)를 통해 외측으로 안내될 수 있으며 반도체컴포넌트(40,42,44,46)의 하단 연결면과 결합된 조도체(33)는 콘택트피스(contact piece)(88)를 통해 피드스루(feed through)(83)와 납땜된다. 상기 콘택트피스(88)의 납땜은 반도체컴포넌트(40,42,44,46)의 납땜과 함께 진행되는데, 이때 콘택트피스의 높이는 반도체컴포넌트의 높이와 거의 일치한다. 이것은 조도체(34,35,36) 및 하단 반도체컴포넌트(41,43,45,47) 및 하단 콘택트피스(88)에도 동일하게 적용된다.
도 3a 및 도 3b에는 중앙의 캐리어기판(2)이 상이하게 구성되어 있다는 점에서만 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예와 구별되는 제3 실시예가 도시되어 있다. 상기 도면에서 관찰할 수 있는 바와 같이 상기 캐리어기판(2)은 탄력적으로 형성된 중앙 층(90)을 갖는다. 예를 들어 상기 층(90)은 탄성 변형이 가능한 합성수지 또는 하나의 면에 배열된 여러 개의 탄성부재로 이루어진다. 탄성 변형이 가능한 상기 층(90)의 상단면과 하단면 상에는 각각 하나의 세라믹층(62a,62b)이 부착된다. 탄성 층(90)의 반대쪽에 위치한 세라믹층(62a,62b)의 면 상에는 하나의 조도체(33,34)가 부착된다. 이외의 파워세미컨덕터모듈 구조는 도 2a에 도시된 실시예의 그것과 동일하다. 하지만 상기 조도체(33,34)를 직접 상기 탄성 층(90)에 부착할 수도 있으며 상기 탄성 층(90)이 예를 들어 합성수지와 같은 전기적 절연재로 이루어진 경우에는 상기 세라믹층(62a,62b)의 사용을 포기할 수도 있다.
캐리어기판의 주면에 대해 수직으로 캐리어기판의 스택을 탄성 층(90)을 통해 압축할 수 있다. 압축 시 상기 양측 프레임(80)이 서로 상대적으로 움직임으로 상기 스택이 변형될 수 있음에도 불구하고 파워세미컨덕터모듈의 하우징은 항상 밀 폐된다. 도시된 상기 파워세미컨덕터모듈은 예를 들어 압착을 통해 냉각체(95)의 그루브형 수용부에 삽입될 수 있다. 상기 탄성층의 탄성력으로 인해 외측의 캐리어기판(1,3)이 외측의 조도체(30,37)를 통해 상기 냉각체에 대항하여 강하게 압박되고 따라서 열배출이 개선된다. 이를 위해 상기 냉각체에 파워세미컨덕터모듈을 나사로 체결할 필요가 없다.
도 4에는 본 발명의 제4 실시예가 도시되어 있다. 여기에서도 상기 캐리어기판(1,2,3)은 중앙 세라믹판(61,62,63)이 포함된 DCB 기판이다. 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 내지 도 3a, 도 3b에 도시된 실시예와는 달리 여기에서는 둘레를 감싸는 벽이 캐리어기판에 고정되어 감겨진 벽이나 여러 겹으로 감싸는 프레임으로 형성되지 않고 상응하게 형성된 사출성형물(injection moulding compound)(101)로 형성된다. 파워세미컨덕터모듈을 허어메틱 시일로서 밀폐하는 정면(15,16,17) 상에 사출성형물로 이루어진 둘레를 감싸는 벽(100)이 사출성형기 압출(ejection) 후에도 남아 있을 수 있도록 적합구조의 사출성형기를 통해 캐리어기판(1,2,3) 사이의 사이공간(4,5)과 캐리어기판의 정면(15,16,17)으로 상기 사출성형물이 분사된다. 상기 파워세미컨덕터모듈의 커넥터(51,52,53,54,55,56)는 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d에서와 유사하게 조도체(31,32,33,34,35)와 납땜되는 접점부재를 통해 형성된다. 상기 접점부재는 분사 전 원하는 형태로 벤딩될 수 있다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 내지 도 4에 도시된 파워세미컨덕터모듈은 냉각을 위해 냉각기의 공기흐름 또는 흐르는 냉매에 투입될 수 있다. 이 경우 외측 캐리어기판(1,3)은 하우징컴포넌트의 둘레를 흐르는 냉매를 통해 직접 냉각될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 복잡한 구조로 냉매채널을 형성하거나 하우징구조를 변경하지 않고도 순환 냉매를 투입할 수 있으며 냉각체와 접촉할 수 있고, 외측 캐리어기판으로 전달된 열은 각각 유리한 히트싱크로 전달될 수 있게 하여, 하우징 주위로 매우 효과적인 열전달이 가능하며 매우 컴팩트한 허어메틱 시일 구조가 실현되도록 이용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 주면(main surface) 상에 적어도 하나의 조도체(31,32,33,34,35,36)가 제공되고 여러 개의 층으로 층상배열된 캐리어기판(carrier substrate)(1,2,3)으로 이루어진 스택(stack)을 포함하는 파워세미컨덕터모듈로서, 상기 스택에서 반도체컴포넌트(40,41,42,43,44,45,46,47) 상단에 배열된 캐리어기판의 적어도 하나의 조도체(strip conductor)(31,32,33,34,35,36) 및 상기 스택에서 반도체컴포넌트 하단에 배열된 캐리어기판의 적어도 하나의 다른 조도체(31,32,33,34,35,36)와 전기적으로 그리고 열전도가 가능한 형태로 접촉된 적어도 하나의 전자 반도체컴포넌트(40,41,42,43,44,45,46,47)가 스택의 두 개의 이웃한 캐리어기판 사이에 배열되는 파워세미컨덕터모듈(power semiconductor module)로서,
    상기 스택의 양측 외측 캐리어기판(1,3)은 적어도 하나의 반도체컴포넌트(40,41,42,43,44,45,46,47)를 감싸는 밀폐된 하우징컴포넌트의 상단 하우징벽과 하단 하우징벽을 형성하고, 상기 반도체컴포넌트에서 발생된 열은 적어도 부분적으로 외측 캐리어기판(1,3)을 통해 형성된 상단 하우징벽과 하단 하우징벽으로 전달되며 거기에서 하우징컴포넌트의 주위로 배출되고, 적층된 캐리어기판 사이의 사이공간(gap)(4,5)이 캐리어기판에 고정된 둘레를 감싸는 벽(70,80,100)에 의해 밀착되게 밀폐되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 및 하단 하우징벽(1,3)과 둘레를 감싸는 벽(70,80,100)에 의해 형성된 하우징컴포넌트는 허어메틱 시일(hermetic seal) 하우징컴포넌트인 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체컴포넌트 상단에 배열된 캐리어기판의 적어도 하나의 조도체(31,32,33,34,35,36) 및 반도체컴포넌트 하단에 배열된 캐리어기판의 적어도 하나의 조도체(31,32,33,34,35,36)와 적어도 하나의 반도체컴포넌트(40,41,42,43,44,45,46,47)의 전기적 접촉은 납땜으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 적층된 캐리어기판(1,2,3) 사이의 사이공간(4,5)은 유동성이며 경화될 수 있는 열전도성의 매질(101)에 의해 완전히 채워지는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유동성이며 경화될 수 있는 열전도성의 매질(101)이 동시에 둘레를 감싸는 벽(100)을 형성하도록, 상기 유동성이며 경화될 수 있는 열전도성의 매질은 상기 캐리어기판(1,2,3)의 주면에 대해 수직으로 진행하는, 상기 캐리어기판의 정면(15,16,17)에 도포되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 유동성이며 경화될 수 있는 열전도성의 매질(101)은 미세유동성의 접착제인 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 유동성이며 경화될 수 있는 열전도성의 매질(101)이 사출성형물(injection moulding compound)인 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 하나의 캐리어기판(1,2,3) 상에 배열된 조도체(31,32,33,34,35,36)와 각각 전기적으로 접촉되며 캐리어기판(1,2,3) 사이의 사이공간(4,5)에서 측면으로 돌출되며 하우징컴포넌트에서 둘레를 감싸는 벽(70,100)을 통해 밖으로 안내되는 접점부재(51,52,53,54,55,56)가 장착되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 둘레를 감싸는 벽(70)에는 접점부재(51,52,53,54, 55,56)를 위한 절연덕트(59)가 장착되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절연덕트(59)는, 둘레를 감싸는 벽(70)의 그루브로 각각 삽입되며 접점부재(51,52,53,54,55,56)를 허어메틱 시일로 감싸는 글라스시일(glass seal)인 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 둘레를 감싸는 상기 벽(70)은 캐리어기판(1,2,3)의 주면에 대해 수직으로 진행하는, 캐리어기판의 정면(15,16,17)에 적어도 부분적으로 고정되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반도체컴포넌트(40,41,42,43,44,45, 46,47)가 적어도 완전히 프레임(80)에 의해 감싸이고 상기 프레임은 상단 캐리어기판 및 하단 캐리어기판과 밀착되게 결합되도록, 상단 캐리어기판과 하단 캐리어기판(1,2,3) 사이에 삽입되는 적어도 하나의 둘레를 감싸는 밀폐형 프레임(80)에 의해 둘레를 감싸는 벽이 형성되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 프레임(80)은 금속프레임이고 상단 캐리어기판의 둘레를 감싸는 조도체(38) 및 하단 캐리어기판의 둘레를 감싸는 조도체(39)와 넓은 면적으로 납땜되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 반도체컴포넌트(40,41,42,43,44,45, 46,47)의 전기 커넥터는 피드스루(feed through) (81,82,83, 84,85,86)를 통해 캐리어기판(1,2,3)의 외측으로 안내되며 외측 캐리어기판(1,3)의 외측면에서 접점부재(51,52,53,54,55,56)와 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  15. 제 12 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 스택이 캐리어기판(1,2,3)의 면에 대해 하나의 수직 방향으로 탄력적으로 압축될 수 있도록 탄력성 층(90)이 포함된 적어도 하나의 캐리어기판(2)이 상기 스택 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 탄력성 층(90)은 탄성변형이 가능한 합성수지로 제작되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 탄력성 층(90)은 하나의 면에 배열된 여러 개의 탄성부재를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는, 파워세미컨덕터모듈.
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