KR100884694B1 - Power semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력용 반도체모듈에 관한 것으로, 특히 파워보드(Power Board)와 드라이브보드(Drive Board)가 하나의 프레임 내에서 분리 설치될 때 파워보드가 설치되는 프레임 부분과 드라이브보드가 설치되는 프레임 부분을 단차를 주어 설계함으로써, 파워보드에서 발생된 열이 드라이브보드로 전달되는 것을 방지하여 드라이브보드의 열적 안정성을 향상시키는 전력용 반도체모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor module for power, in particular, when the power board (Power Board) and the drive board (Drive Board) is installed separately in one frame, the frame portion on which the power board is installed and the frame portion on which the drive board is installed By designing a step by step, to prevent the transfer of heat generated from the power board to the drive board relates to a power semiconductor module for improving the thermal stability of the drive board.
산업용 및 가정용 기기에 채용된 각종 모터를 제어하기 위한 저용량의 인버터 및 서보 드라이버와 같은 전력용 전자산업이 발전함에 따라 무게가 가볍고, 크기가 작고, 비용이 저렴하며, 그리고 성능이 높은 전력용 제어시스템에 대한 요구가 증대되고 있다. As the power electronics industry develops, such as low-capacity inverters and servo drivers for controlling various motors used in industrial and home appliances, light weight, small size, low cost, and high performance power control systems The demand for is increasing.
이와 같은 추세에 맞추어서 최근에는 다양한 전력용 반도체 칩들을 하나의 파워보드에 장착할 뿐만 아니라 전력용 반도체 칩들을 구동 제어하기 위한 구동회로들도 하나의 드라이브보드에 장착하여 파워보드와 드라이브보드를 단일 프레임 내에 설치하는 인텔리전트(intelligent) 반도체 전력용 모듈이 각광받고 있다.In line with this trend, in recent years, not only various power semiconductor chips are mounted on a single power board, but also driving circuits for driving control of power semiconductor chips are mounted on a single drive board, so that the power board and the drive board are connected to a single frame. Intelligent semiconductor power modules installed in the spotlight have come into the spotlight.
도 1a는 종래의 전력용 반도체모듈을 각각 나타낸 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A' 부분을 나타낸 단면도로서, 전력용 반도체모듈(1)은 프레임(10)과 파워보드(20) 및 드라이브보드(30)를 포함하여 이루어져 있다. FIG. 1A is a perspective view of a conventional power semiconductor module, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a portion AA ′ of FIG. 1A. The
프레임(10)은 대략 사각 형상의 틀로 이루어지되, 프레임의 중간 부분에 격벽(11)이 형성되어 프레임 내측에 제1 및 제2 공간(13, 15)을 각각 형성하게 된다.
상기 프레임(10)과 격벽(11)으로 둘러쌓인 제1 공간(13)에는 파워보드(20)가 고정 설치되며, 제2 공간(15)에는 드라이브보드(30)가 고정 설치된다. 즉, 프레임(10) 내측의 격벽(11)에 의해 파워보드(20)와 드라이브보드(30)가 분리되어 고정 설치되게 된다. The
상기 파워보드(20)의 경우에는 드라이브보드(30)보다 많은 열을 발생하게 되는데, 발생된 열을 식히기 위하여 파워보드(20)의 저면에 밀착하여 프레임(10)의 저면을 모두 덮도록 히트싱크(40)를 설치하게 된다.In the case of the
상기 파워보드(20)와 드라이브보드(30)가 고정 설치되는 사각 형상의 프레임(10)은 전체적으로 동일한 수평면을 가지고 있어, 프레임(10)의 저면에 히트싱크(40)를 설치할 경우 파워보드(20)에서 발생되는 열이 프레임(10)과 히트싱크(40)를 통해 드라이브보드(30)로 전도 및 복사되게 된다. The
따라서, 종래의 프레임은 전체적으로 동일한 구조를 가지고, 프레임과 파워보드의 저면에 히트싱크가 설치됨에 따라 파워보드에서 발생된 열이 프레임과 히트싱크를 통해 드라이브보드로 쉽게 전달됨으로써, 열에 상당히 민감한 드라이브보드 가 동작시에 오류를 발생하게 되는 문제점이 있었다.Therefore, the conventional frame has the same structure as a whole, and as heat sinks are installed on the bottom of the frame and the power board, heat generated from the power board is easily transferred to the drive board through the frame and the heat sink, thereby making the board highly sensitive to heat. There was a problem that an error occurs during operation.
본 발명의 목적은 파워보드와 드라이브보드가 하나의 프레임 내에서 분리 설치될 때 파워보드가 설치되는 프레임 부분과 드라이브보드가 설치되는 프레임 부분을 단차를 주어 설계함으로써, 파워보드가 고정 설치되는 프레임 부분은 히트싱크와 접촉되지만 드라이브보드가 고정 설치되는 프레임 부분은 히트싱크로부터 이격됨에 따라 파워보드에서 발생된 열이 드라이브보드로 전도 또는 복사되는 것을 방지하여 드라이브보드의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 전력용 반도체모듈을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is designed by giving a step difference between the frame portion on which the power board is installed and the frame portion on which the drive board is installed, when the power board and the drive board are separately installed in one frame, so that the power board is fixedly installed. Is in contact with the heatsink, but the part of the frame where the driveboard is fixedly installed is spaced from the heatsink to prevent the heat generated from the powerboard from conducting or radiating to the driveboard, thereby improving the thermal stability of the driveboard. It is to provide a semiconductor module.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 복수의 회로보드가 동일 프레임 내에서 설치되는 전력용 반도체모듈에 있어서, 상기 프레임은 대략 사각 형상으로 이루어지되, 프레임의 중간 부분에 격벽이 형성되어 프레임의 공간이 제1 및 제2 공간으로 분리되며, 상기 제2 공간을 형성하는 프레임의 저면은 상기 제1 공간을 형성하는 프레임의 저면과 단차가 형성되고, 상기 단차로 인해 상기 제2 공간을 형성하는 프레임의 수직높이가 제1 공간을 형성하는 프레임의 수직높이보다 낮게 구성된 것을 특징으로 한다. Technical means of the present invention for achieving the above object is a power semiconductor module in which a plurality of circuit boards are installed in the same frame, the frame is made of a substantially rectangular shape, the partition wall is formed in the middle portion of the frame The space of the frame is divided into first and second spaces, and a bottom of the frame forming the second space has a step with a bottom of the frame forming the first space. The vertical height of the forming frame is lower than the vertical height of the frame forming the first space.
상기 제1 공간에는 파워보드가 삽입 고정되고, 제2 공간에는 드라이브보드가 삽입 고정되되, 상기 고정된 파워보드와 드라이브보드는 수평 높이가 상이한 것을 특징으로 한다. The power board is inserted and fixed in the first space, and the drive board is inserted and fixed in the second space, wherein the fixed power board and the drive board are different in horizontal height.
상기 제1 공간을 형성하는 프레임의 저면에 히트싱크가 접촉 설치되며, 상기 히트싱크는 제2 공간을 형성하는 프레임의 저면과는 상기 단차만큼 이격되는 것을 특징으로 한다. A heat sink is installed in contact with a bottom surface of the frame forming the first space, and the heat sink is spaced apart from the bottom surface of the frame forming the second space by the step difference.
상기 히트싱크는 제1 공간에 설치되는 파워보드의 저면과 접촉되고, 제2 공간에 설치되는 드라이브보드의 저면과는 적어도 단차만큼 이격된 것을 특징으로 한다. The heat sink is in contact with the bottom surface of the power board installed in the first space, characterized in that spaced apart from the bottom surface of the drive board installed in the second space by at least a step.
상기 드라이브보드의 저면에 히트싱크와 일정 간격 이격되도록 열차단판이 설치된 것을 특징으로 한다. A heat shield is installed on the bottom surface of the drive board so as to be spaced apart from the heat sink by a predetermined interval.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 드라이브보드가 고정 설치되는 프레임 부분을 히트싱크로부터 이격함에 따라 파워보드에서 발생된 열이 히트싱크를 통해 드라이브보드로 전도 또는 복사되는 것을 방지함으로써, 드라이브보드의 열적 스트레스를 줄여 열적 안정성이 증가되고, 이로 인해 열적 특성에 민감한 드라이브보드의 오동작을 원천적으로 방지하여 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention prevents heat generated from the power board from being conducted or radiated to the drive board through the heat sink as the frame portion in which the drive board is fixed is spaced apart from the heat sink, thereby providing thermal stress of the drive board. By reducing the thermal stability is increased, this has the advantage of increasing the reliability of the product by preventing the malfunction of the drive board sensitive to the thermal characteristics.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 전력용 반도체모듈을 각각 나타낸 분리사시도와 조립사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 전력용 반도체모듈의 설치예를 나타낸 정면도로서, 전력용 반도체모듈(100)은 프레임(110)과 파워보드(130), 및 드라이브보드(150)를 포함하여 이루어져 있다. 2A and 2B are separate perspective and assembled perspective views illustrating a power semiconductor module according to the present invention, respectively, and FIG. 3 is a front view showing an example of installation of the power semiconductor module according to the present invention. Comprises a
프레임(110)은 대략 사각 형상의 틀로 이루어지되, 프레임의 중간 부분에 격벽(111)이 형성되어 프레임 내측에 제1 및 제2 공간(112, 113)을 각각 형성하게 된다.
아울러, 제2 공간(113)을 형성하는 프레임(116)의 저면에는 제1 공간(112)을 형성하는 프레임(115)과 단차(114)가 형성되어, 제2 공간(113)을 형성하는 프레임(116)이 제1 공간(112)을 형성하는 프레임(115)보다 그 수직높이가 낮다. In addition, the
파워보드(130)는 프레임(110)과 격벽(111)으로 둘러진 제1 공간(115)에 고정 설치되며, 드라이브보드(150)는 프레임(110)과 격벽(111)으로 둘러진 제2 공간(113)에 고정 설치된다.The
아울러, 상기 파워보드(130)와 드라이브보드(150)는 도 3과 같이 제1 공간(112)을 형성하는 프레임(115)과 제2 공간(113)을 형성하는 프레임(116)의 단차(114)로 인해 각기 설치되는 수평 높이가 도 3에서 보는 바와 같이 상이하게 된다. 즉, 상기 제2 공간(113)을 형성하는 프레임(116)의 단차 높이(Dh)는 대략 0.5mm 내지 1.5mm 정도가 된다. In addition, the
이에 따라 제2 공간(113)을 형성하는 프레임(116)의 수직높이(F2h)는 제1 공간(112)을 형성하는 프레임(115)의 수직높이(F1h)보다 낮게 된다. Accordingly, the vertical height F2h of the
한편, 상기 파워보드(130)는, 일반적으로 3상 입력 교류신호를 정류하는 정류회로와, 직류를 교류로 변환하는 인버터회로와, 전류 흐름을 차단하는 차단회로, 및 기판온도를 감지하는 온도센서 등을 포함하게 되는데, 이와 같은 회로에서 스위칭 손실에 의해 많은 열이 발생되므로 열전도도가 우수한 기판을 사용하게 된다. Meanwhile, the
예를 들면, 세라믹 양측으로 동박이 코팅된 DBC(Direct Bonding Copper) 기판을 사용하여 파워보드(130)에 장착된 회로에서 발생된 열이 외부로 잘 전달되도록 한다.For example, by using a DBC (Direct Bonding Copper) substrate coated with copper foil on both sides of the ceramic, heat generated in a circuit mounted on the
아울러, 드라이브보드(150)의 경우에는 상기 파워보드(130)에 설치되는 차단회로와 인버터회로 등을 구동 제어하는 구동회로들이 설치됨에 따라 많은 열이 발생되지 않으므로, DBC 기판보다 열전도도가 떨어지는 IMS(Insulated Metal Substrate) 기판이나 FR-4 기판을 사용하여도 무방하다.In addition, in the case of the
이와 같이 구성된 전력용 반도체모듈(100)은 도 3과 같이 히트싱크(200) 상단에 설치되게 된다.The power semiconductor module 100 configured as described above is installed above the
즉, 히트싱크(200)는 파워보드(130)의 저면과 제1 공간을 형성하는 프레임(115)과 격벽(111)의 저면에 밀착 설치되되 제2 공간(116)을 형성하는 프레임(116)과는 이격되어 설치되는 데, 상기 히트싱크(200)는 파워보드(130)로부터 전달된 열을 외부로 발산하여 파워보드(130)의 온도가 높아지는 것을 방지하게 된다.That is, the
아울러, 파워보드(130)와 히트싱크(200) 사이에 열전달 성능을 향상시키기 위해 동판(copper plate)과 같은 열전달소재를 추가하여 설치할 수도 있고, 상기 드라이브보드(150)의 저면에는 히트싱크(200)와 접촉되지 않도록 일정간격 이격된 상태로 열차단판(155)을 설치하여 히트싱크(200)에서 드라이브보드(150)로 복사되는 복사열을 차단하도록 구성할 수 있다. In addition, a heat transfer material such as a copper plate may be added and installed between the
상기에서 드라이브보드(150)의 저면에 열차단판(155)을 설치하는 대신 열차단판(155)의 두께만큼의 단차를 두면, 복사열을 상당히 방지할 수 있다.Instead of installing the
상기 열차단판(155)은 열전도도가 낮은 절연체나 열차단체로 구성할 수 있다.The
이와 같이 구성된 전력용 반도체모듈(100)의 방열 과정을 살펴보면, 먼저 파워보드(130)는 설치된 인버터회로나 차단회로 등에 의한 스위칭 손실로 인해 동작 중 많은 열이 발생하게 된다. Looking at the heat dissipation process of the power semiconductor module 100 configured as described above, first, the
파워보드(130)에서 발생된 열은 파워보드(130)와 프레임(115)의 저면에 설치된 히트싱크(200)로 전달되게 된다.Heat generated from the
히트싱크(200)는 파워보드(130)에서 전달된 열을 외부 공기와의 열교환을 통해 방출함으로써, 파워보드(130)의 온도가 상승하는 것을 방지하게 된다.The
한편, 드라이브보드(150)를 감싸고 있는 프레임(116)의 경우 파워보드(130)를 감싸고 있는 프레임(115)과의 단차(114)로 인해 히트싱크(200)가 일정간격 이격된 상태이므로, 파워보드(130)에서 히트싱크(200)로 전달된 열은 히트싱크(200)를 통해 드라이브보드(150) 측으로 전도될 수 없게 된다.Meanwhile, in the case of the
아울러, 드라이브보드(150)와 히트싱크(200) 사이에 형성된 공기 갭은 히트 싱크(200)에 의해 복사되는 복사열조차 드라이브보드(150)로 전달되는 것을 차단시키게 된다.In addition, the air gap formed between the
만일, 드라이브보드(150)의 저면에 열차단판(155)을 설치할 경우, 히트싱크(200)에서 드라이브보드(150) 측으로 전달되는 미세한 복사열마저도 열차단판(155)으로 인해 차단되게 된다.If the
한편, 상기의 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 청구범위 내에서 다양한 수정, 변경 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.On the other hand, the preferred embodiment of the present invention is disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention will be capable of various modifications, changes and additions within the spirit and claims of the present invention, such modifications Changes, changes, and additions should be considered to be within the scope of the following claims.
도 1a 및 도 1b는 종래의 전력용 반도체모듈을 각각 나타낸 사시도 및 단면도이다.1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view showing a conventional power semiconductor module, respectively.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 전력용 반도체모듈을 각각 나타낸 분리사시도와 조립사시도이다.2A and 2B are separate and assembled perspective views illustrating a power semiconductor module according to the present invention, respectively.
도 3은 본 발명에 의한 전력용 반도체모듈의 설치예를 나타낸 정면도이다.3 is a front view showing an example of installation of a power semiconductor module according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
100: 전력용 반도체모듈 110: 프레임100: power semiconductor module 110: frame
111: 격벽 112: 제1 공간111: partition 112: first space
113: 제2 공간 114: 단차113: second space 114: step
115: 제1 공간측의 프레임 116: 제2 공간측의 프레임115: frame on the first space side 116: frame on the second space side
130: 파워보드 150: 드라이브보드130: power board 150: drive board
155: 열차단판 200: 히트싱크155: heat shield 200: heat sink
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2007
- 2007-11-01 KR KR1020070111241A patent/KR100884694B1/en not_active IP Right Cessation
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