KR101086803B1 - 파워 모듈 - Google Patents

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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 전기저항 및 열저항을 저감한 파워 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 파워 소자의 표면 전극과 이면 전극을 상부 금속 블록과 하부 금속 블록으로 끼우고, 상기 상부 금속 블록의 상부면과 접속된 방열 기능 및 전기도전성을 갖는 상부 냉각 통전 블록과, 상기 하부 금속 블록의 하부면과 접속된 방열 기능 및 전기도전성을 갖는 하부 냉각 통전 블록을 갖는다. 상기 상부 냉각 통전 블록과 접속된 상부 단자와 상기 하부 냉각 통전 블록과 접속된 하부 단자의 일부가 노출하도록, 상기 파워 소자, 상기 상부 금속 블록, 상기 하부 금속 블록, 상기 상부 냉각 통전 블록, 상기 하부 냉각 통전 블록을 상기 상부 냉각 통전 블록과 상기 하부 냉각 통전 블록과 소정 간격 만큼 이격되어 덮는 절연 케이스를 구비한 것을 특징으로 한다.
파워 모듈, 열저항, 금속 블록, 수지, 냉각 통전 블록, 절연 케이스

Description

파워 모듈{POWER MODULE}
본 발명은, 파워 소자의 냉각수단을 내부에 구비한 파워 모듈에 관한 것이다.
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 파워 MOSFET 등의 파워 소자는 고내압, 대전류에서의 이용에 적합하여 산업용, 민간용 기기 등에 있어서 폭넓은 용도를 갖는다. 이러한 파워 소자는 대전류를 제어하는 소자이기 때문에, 파워 소자와 외부를 접속하는 경로는 전기 저항이 낮은 것이 바람직하다. 또한, 파워 소자는 발열체이기도 하기 때문에, 파워 모듈의 열저항을 저감하여 파워 소자에서 발생한 열을 신속하게 모듈의 외부로 배출할 수 있는 구조인 것이 바람직하다.
특허문헌 1에는 블록 형상의 리드가 파워 소자의 상하를 끼우도록 배치된 구성이 개시된다. 이러한 구성에 의해, 파워 모듈의의 전기 저항의 저감이 이루어질 수 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특개 2007-281274호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특개 2008-124430호 공보
[특허문헌 3] 일본국 특개 2001-230582호 공보
도7은 전형적인 파워 모듈의 구성에 대해 설명하는 도면이다. 도7에 기재된 것과 같이 전형적인 파워 모듈에서는, 절연 기판이며 표면에 도체 패턴이 형성된 세라믹(608)의 땜납(612)을 개재하여 IGBT(602) 및 다이오드(604)가 탑재된다. IGBT(602) 및 다이오드(604)의 전극에는 와이어(606)가 적절히 단자(618)와 접속된다. 단자(618)는 수지 케이스(601)에 부착되어 IGBT(602) 등과 외부를 접속한다. 한편, 세라믹(608)의 이면에는 땜납(610)을 개재하여 베이스판(614)으로 불리는 금속판이 접속된다. 그리고, 수지 케이스(601)의 개구에 뚜껑(616)을 배치해서 파워 모듈(600)이 형성된다.
파워 모듈(600)은 베이스판(614)을 경유해서 방열할 수 있지만, 이것만으로는 방열(냉각) 특성이 불충분하기 때문에 방열 그리스(704)를 개재하여 베이스판(614)을 방열용 핀(fin)(702)과 접속하는 것이 많다. 도7에서는 이 접속의 형태를 화살표로 설명하고 있다.
도7과 같은 방열용 핀(702)을 갖는 파워 모듈에서는 전기 저항의 저감과 방열성의 향상이 불가능하다는 문제가 있었다. 즉, 배선에 와이어(606)와 세라믹(608) 위의 도체 패턴이 사용되기 때문에, 파워 모듈의 전기 저항을 저감할 수 없는 문제가 있었다. 또한, IGBT(602) 등의 소자가 발생하는 열의 방열 경로는 세라믹(608), 땜납(610), 베이스판(614), 그리스(704), 방열용 핀(702)으로 되어 열저항이 높아 파워 소자인 IGBT 등에 충분한 통전이 불가능하다는 문제가 있었다.
더구나, 특허문헌 1에 기재된 구성에서도, 전기 저항의 저감은 될 수 있지만 여전히 방열 특성이 불충분하다고 하는 문제가 있었다. 또한, 리드가 광범위하게 걸쳐 수지 표면에서 노출되기 때문에 리드의 절연 확보가 불충분한 문제가 있었다.
본 발명은, 전술한 것과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 전기 저항을 저감할 수 있고, 동시에, 열저항도 저감할 수 있는 파워 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원의 발명에 따른 파워 모듈은, 표면에 표면 전극을 갖고, 이면에 이면 전극을 갖는 파워 소자와, 하부면이 상기 표면 전극과 접속된 상부 금속 블록과, 상부면이 상기 이면 전극과 접속된 하부 금속 블록과, 상기 파워 소자와 상기 상부 금속 블록과 상기 하부 금속 블록을, 상기 상부 금속 블록의 상부면 및 상기 하부 금속 블록의 하부면을 노출시키도록 덮는 수지와, 상기 상부 금속 블록의 상부면과 접속된 방열 기능 및 전기도전성을 갖는 상부 냉각 통전 블록과, 상기 하부 금속 블록의 하부면과 접속된 방열 기능 및 전기도전성을 갖는 하부 냉각 통전 블록과, 상기 상부 냉각 통전 블록과 접속되어 상기 표면 전극과 외부를 접속하는 상부 단자와, 상기 하부 냉각 통전 블록과 접속되어 상기 이면 전극과 외부를 접속하는 하 부 단자를 갖는다. 그리고, 상기 파워 소자와 상기 상부 금속 블록과 상기 하부 금속 블록과 상기 수지와 상기 상부 냉각 통전 블록과 상기 하부 냉각 통전 블록과 상기 상부 단자와 상기 하부 단자를, 상기 상부 단자와 상기 하부 단자의 일부가 노출하도록, 상기 상부 냉각 통전 블록과 상기 하부 냉각 통전 블록과 소정 간격 만큼 이격되어 덮는 절연 케이스를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 전기 저항 및 열저항을 저감한 파워 모듈을 제조할 수 있다.
실시예 1
본 실시예는 도1∼도3을 참조해서 설명한다. 이때, 동일 재료 또는 동일, 대응하는 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고 복수회의 설명을 생략하는 경우가 있다. 다른 실시예에 대해서도 동일하다.
본 실시예의 파워 모듈(10)은 파워 소자와 금속 블록 등으로 이루어진 구조물을 절연 케이스(66)가 덮는 구성이다. 도1은 그와 같은 파워 모듈의 절연 케이스(66)의 내부를 가시화하여 표현한 도면이다.
본 실시예는 제1 파워 소자(12), 제2 파워 소자(40)와 다이오드 26, 다이오드 42를 구비하는 구성으로, 예를 들면 인버터 회로의 UVW상 중 어느 하나를 출력하는 아암을 구성하는 파워 모듈이다. 먼저 제1 파워 소자(12)의 주변에 대해 설명한다. 제1 파워 소자(12)는 표면에 에미터 전극(18) 및 게이트 전극(14)을 갖고, 이면에 콜렉터 전극(16)을 갖는다. 에미터 전극(18) 및 다이오드 26 표면(애노드 전극)은 땜납(24)에 의해 상부 금속 블록(28)과 접속된다. 또한, 콜렉터 전극(16) 및 다이오드 26 이면(캐소드 전극)은 땜납(24)에 의해 하부 금속 블록(30)에 접속된다. 상부 금속 블록(28)과 하부 금속 블록(30)은 모두 구리 블록이다. 또한, 게이트 전극(14)은 와이어(20)를 거쳐 신호 단자(22)와 접속된다.
제1 파워 소자(12), 다이오드 26, 상부 금속 블록(28), 하부 금속 블록(30)은 에폭시 등의 수지(32)로 봉지되어 있다. 이 수지밀봉은 상부 금속 블록(28)의 상부면 및 하부 금속 블록(30)의 하부면을 외부에 노출시키도록 행해지고 있다.
수지(32)에서 노출된 상부 금속 블록(28)의 상부면은 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38)과 땜납(24)을 거쳐 접속된다. AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38)은 알루미늄 또는 구리 등의 금속으로 이루어지고, 방열용 핀을 구비한 블록이다. AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38)은 상부 금속 블록(28)과 접속되는 면 이외는 공기와 접한다. AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38)에는, 에미터 전극(18)과 접속된 상부 금속 블록(28)과 외부를 전기적으로 접속하는 AC 출력 단자(60)가 접속된다.
한편, 수지(32)에서 노출된 하부 금속 블록(30)의 하부면은 P 단자용 냉각 통전 블록(34)과 땜납(24)을 거쳐 접속된다. P 단자용 냉각 통전 블록(34)은 알루미늄 또는 구리 등의 금속으로 이루어지고, 방열용 핀을 구비한 블록이다. P 단자용 냉각 통전 블록(34)은 하부 금속 블록(30)과 접속되는 면 이외에는 공기와 접한다. P 단자용 냉각 통전 블록(34)에는, 콜렉터 전극(16)과 접속된 하부 금속 블 록(30)과 외부를 전기적으로 접속하는 P 단자(62)가 접속된다.
제2 파워 소자(40)도 전술한 제1 파워 소자(12) 주변과 기본적으로 동등한 구성으로 이하와 같이 배치된다. 제2 파워 소자(40)의 콜렉터 전극과 다이오드 42 표면(캐소드 전극)은 땜납을 거쳐 상부 금속 블록(44)과 접속된다. 제2 파워 소자(40)의 에미터 전극과 다이오드 42 이면(애노드 전극)은 땜납을 거쳐 하부 금속 블록(46)과 접속된다. 제1 파워 소자(12)의 경우와 마찬가지로, 수지(48)에 의해 상부 금속 블록(44)의 상부면과 하부 금속 블록(46)의 하부면을 노출시키도록 하여 제2 파워 소자(40) 등이 수지봉지된다. 이때, 제2 파워 소자(40)의 게이트 전극은 와이어(50)에 의해 신호 단자(52)와 접속된다. 더구나, 상부 금속 블록(44)의 상부면은 땜납을 거쳐 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38)과 접속된다. 하부 금속 블록(46)의 하부면에는 땜납을 거쳐 N 단자용 냉각 통전 블록(36)에 접속된다. N 단자용 냉각 통전 블록(36)은 P 단자용 냉각 통전 블록(34)과 마찬가지로 방열용 핀을 구비하는 구성이다. 또한, 상부 금속 블록(28)(44)과 접속된 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38)은 상부 냉각 통전 블록이고, 하부 금속 블록(30)(46)과 접속된 P 단자용 냉각 통전 블록(34) 및 N 단자용 냉각 통전 블록(36)은 하부 냉각 통전 블록이다.
이때, 고전압이 걸리는 부위 사이는, 소정의 공간거리, 연면거리(creepage distance)가 확보되도록 치수를 결정되기 때문에, 필요에 따라 절연재(33)의 코팅 혹은 절연재의 삽입에 의해 절연이 행해진다.
본 실시예의 파워 모듈(10)은 절연 케이스(66)를 더 구비한다. 절연 케이스(66)는 신호 단자 22, 52, AC 출력 단자(60), P 단자(62), N 단자(64)만 외부에 노출하도록 제1 파워 소자(12)와 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38) 등을 덮는다. 본 실시예의 절연 케이스(66)는 예를 들면 PPS, PBT, PET를 포함하는 재료로 형성된다. 그리고, 절연 케이스(66)는 내벽에 금속판(67)을 구비한다. 이 금속판(67)은 제1 파워 소자(12) 및 제2 파워 소자(40)에 대한 노이즈를 차단하기 위해 배치된다.
절연 케이스(66) 및 금속판(67)은 다음의 2가지 점에 유의해서 소정의 공기층(68)을 갖도록 배치된다. 첫번째는 절연 케이스(66) 및 금속판(67)이, AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38), P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)과 절연되기 위해 충분한 공간거리를 두고 있는 점이다. 두 번째는 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38), P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)을 공냉하기 위해 이들과 충분한 공간거리를 두어 절연 케이스(66) 및 금속판(67)이 배치되는 점이다.
도2는 도1의 II-II의 화살표의 방향에서 본 단면도이다. 도2에서 파악되는 것과 같이 절연 케이스(66)에는 제1통기공(70)과 이 제1통기공(70)과 대향하는 위치에 제2통기공(72)이 형성되어 있다. 이들 통기공은 절연 케이스(66) 내부의 공기층(68)에 있어서의 과열된 공기를 외부로 배출하기 위해 형성된다. 본 실시예의 파워 모듈은 전술한 구성을 구비한다.
파워 모듈은, 전술한 것과 같이, 파워 소자에의 통전 경로의 전기 저항이 낮고, 또한, 파워 소자에서 발생한 열을 신속하게 외부로 방출하는 것이 가능하도록 열저항이 낮은 것이 바람직하다. 본 실시예의 구성은 간단한 구성으로 파워 모듈의 저전기저항화와 저열저항화가 가능하다. 또한, 파워 소자는 발열하는 소자 전반을 가리키는 말이다. 구체적으로는 제1 파워 소자(12), 제2 파워 소자(40), 다이오드(26) 또는 다이오드(42) 중 적어도 1개의 소자를 가리킨다.
우선, 저전기저항화에 대해 설명한다. 제1 파워 소자(12)의 주전류가 통과하는 에미터 전극(18)과 콜렉터 전극(16)은, 각각 상부 금속 블록(28)과 하부 금속 블록(30)에 접속되어 있다. 상부 금속 블록(28)은 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38)을 거쳐 AC 출력 단자(60)에 접속되고, 하부 금속 블록(30)은 P 단자용 냉각 통전 블록(34)을 거쳐 P 단자(62)에 접속되어 있다. 따라서, 와이어와 세라믹 위의 도체 패턴 등으로 배선을 잡은 경우와 비교해서 주전류 경로의 저저항화가 가능하다. 제2 파워 소자(40)에 대해서도 동일하다. 상부 금속 블록(28)(44)과 접속되는 AC 출력 단자(60)는 상부 단자이고, 하부 금속 블록(30)(46)과 접속되는 P 단자(62) 및 N 단자(64)는 하부 단자이다.
한편, 저열저항화는, AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38), P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)으로의 방열에 의해 초래되는 효과이다. 본 실시예에서는 파워 소자의 저열저항화를 저해하는 세라믹(절연 기판)은 배치되어 있지 않다. 더구나, 제1 파워 소자(12), 제2 파워 소자(40)에서 발생한 열은 땜납과 상부 금속 블록(28) 또는 하부 금속 블록(30)을 경유하여 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38) 또는P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)으로 전도된다. 따라서, 파워 소자에서 발생한 열은 신속하게 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38), P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)이 구비하는 방열용 핀에 의해 외부로 방출되기 때문에 저열저항화가 가능하다. 또한, 세라믹(절연 기판)의 생략에 의해 파워 모듈의 제조 비용 저감도 가능하다.
더구나, 본 실시예의 파워 모듈은 공기층(68) 및 절연 케이스(66)가 파워 모듈(10)의 단열층으로서 기능하기 때문에 취급의 안전의 관점에서도 바람직한 것이다.
더구나, 본 실시예의 파워 모듈은 제1, 제2 파워 소자 12, 40과 다이오드 26, 42와 상부 금속 블록 28, 44, 하부 금속 블록 30, 46으로 이루어진 파워부는 각각 수지 32, 48로 덮여 있다. 따라서, 파워 모듈의 동작시에 인가되는 땜납에의 열응력을 저감할 수 있어, 냉열 사이클이나 파워 사이클에 대한 내구성을 높일 수 있다. 따라서, 신뢰성의 높은 파워 모듈을 제조할 수 있다.
더구나, 본 실시예의 파워 모듈은, 에미터 전극, 콜렉터 전극의 통전에 상부 금속 블록 28, 44, 하부 금속 블록 30, 46, AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38), P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)을 사용한다. 따라서, 파워 소자의 구동에 필요한 배선을 간소화할 수 있다.
더구나, 본 실시예의 파워 모듈은, 파워 모듈의 내부에 파워 소자를 냉각하는 방열용 핀을 구비한 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38), P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)을 구비한다. 따라서, 예를 들면 도7에서 설명한 것과 같이 유저가 방열용 핀(702) 등을 부착하는 작업을 생략할 수 있다.
이와 같이, 금속 블록과 냉각 통전용 블록이 파워 소자의 표면 전극(상부 단자와 접속된 전극을 가리킨다. 구체적으로는 제1 파워 소자(12)의 에미터 전극(18), 다이오드(26)의 애노드 전극, 제2 파워 소자(40)의 콜렉터 전극 및 다이오드(42)의 캐소드 전극임)과 이면 전극(하부 단자와 접속된 전극을 가리킨다. 구체적으로는 제1 파워 소자(12)의 콜렉터 전극(16), 다이오드(26)의 캐소드 전극, 제2 파워 소자(40)의 에미터 전극 및 다이오드(42)의 애노드 전극임)을 끼우도록 배치되고, 이들이 통전 경로로서 기능함으로써 판금에 의한 배선과 비교해서 파워 모듈의 저전기저항화를 도모한다. 덧붙여, 통전 기능 및 방열 기능(냉각 기능)을 갖는 냉각 통전 블록을 사용하여 간단한 구성으로 파워 모듈의 저열저항화를 도모하는 것이 본 실시예의 특징이다. 그리고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 다양한 변형이 가능하다. 이하에서 그와 같은 변형을 예시한다.
본 실시예에서는 도2를 참조하여 설명한 것과 같이 공기층(68) 내부의 과열된 공기의 배출에는 제1통기공(70), 제2통기공(72)을 구비하는 구성으로 했지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 공기층(68) 내부의 과열된 공기의 배출을 촉진하 기 위해 도3에 도시된 것과 같이 통기공에 접해서 핀(82)을 갖는 전동 팬(80)을 부착하면 파워 소자의 냉각 효과를 한층 더 높일 수 있다.
본 실시예에서는 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38) 및 P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)은 방열용 핀을 구비하여 파워 소자의 냉각 효과를 높이는 것으로 했지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 냉각 매체로서 공기를 사용하는 것 이외에, 파워 소자의 전기적 특성에 영향을 주지 않도록 절연된 액상 매체를 사용해서 파워 소자의 냉각을 행해도 된다.
본 실시예에서는 절연 케이스(66)는 내벽에 금속판(67)을 구비하는 구성으로 했지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 즉, 케이스는, 절연 케이스(66)의 내벽에 금속판(67)을 구비하고, 금속판(67)의 내벽에 절연 케이스를 더 구비한 3층 구조로 해도 된다. 또한, 제1 파워 소자(12) 및 제2 파워 소자(40)에 대한 노이즈를 차단할 필요가 없으면 절연 케이스(66) 단체라도 된다.
그 이외에, 상부 금속 블록 28, 44, 하부 금속 블록 30, 46, AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(38), P 단자용 냉각 통전 블록(34), N 단자용 냉각 통전 블록(36)은 전기전도도가 높고 열저항이 낮은 재료인 한 한정되지 않으며, 파워 모듈이 내포하는 파워 소자도 발열체인 한 한정되지 않는다.
실시예 2
본 실시예는 도4∼도6을 참조해서 설명한다. 도4는 본 실시예의 파워 모듈을 설명하는 도면이다. 본 실시예의 파워 모듈의 기본구성은 실시예 1과 같기 때문에, 실시예 1의 구성과 상위한 부분만 설명한다.
본 실시예의 파워 모듈이 구비하는 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(상부 냉각 통전 블록)(110)은 나사용 관통공(101)을 2개소에 구비한다. 또한, 전술한 나사용 관통공(101)에 대응한 나사구멍(103)이 P 단자용 냉각 통전 블록(112)과 N 단자용 냉각 통전 블록(114)(하부 냉각 통전 블록)에 각각 1개소씩 형성되어 있다.
전술한 나사구멍(103)과 나사용 관통공(101)을 이용해서 체결 나사(102)가 체결되고, AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(110)과 P 단자용 냉각 통전 블록(112)으로 수지(32)의 상부 금속 블록(28)의 상부면과 하부 금속 블록(30)의 하부면을 일정 하중으로 끼운다. 여기에서, AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(110)과 P 단자용 냉각 통전 블록(112)이 전기적으로 도통하지 않도록, 체결 나사(102)는 절연 소켓(100)으로 덮어지도록 해서 배치된다. 더구나, AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(110)과 N 단자용 냉각 통전 블록(114)도 마찬가지로 체결되어 수지(48)를 일정 하중으로 끼운다.
이와 같이 체결 나사(102)를 사용해서 파워 소자를 내포하는 수지 32, 48을 끼우는 것에 의해, 상부 금속 블록 28, 44의 상부면과 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(110)의 접속을 땜납 접합이 없이 행할 수 있다. 하부 금속 블록(30) 하부면과 P 단자용 냉각 통전 블록(34)의 접속, 하부 금속 블록(46)과 N 단자용 냉각 통전 블록(114)의 접속도 마찬가지로 땜납 접합이 없이 행할 수 있다.
본 실시예와 같이 체결 나사에 의해 부품 사이의 접속을 행하면, 수지 32, 48로 봉지된 파워부의 분해 혹은 교체가 용이하게 되어 재료의 리사이클성이 향상 된다. 예를 들면, 파워 모듈의 파워부만 교환하고, 그 주변의 금속 블록 등을 재이용하는 것 등이 가능하다.
이와 같이 파워 모듈의 일부를 분해 가능하게 하는 것은 다양한 구성에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도5, 도 6에 개시된 구성을 들 수 있다.
도5는 상부 금속 블록 260, 262에 나사구멍(250)을 설치하고, AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(상부 냉각 통전 블록)(230)에는 전술한 나사구멍(250)에 대응하는 나사용 관통공(204)이 설치된다. 그리고, 나사구멍(250)과 나사용 관통공(204)을 이용해서 체결 나사(200)를 체결함으로써 상부 금속 블록 260, 262와 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(230)을 접속한다.
마찬가지로 하부 금속 블록 264, 266에도 나사구멍(207)이 설치되고, P 단자용 냉각 통전 블록(232) 및 N 단자용 냉각 통전 블록(234)(하부 냉각 통전 블록)에는 대응하는 나사용 관통공(210)이 설치된다. 그리고, 나사구멍(207)과 나사용 관통공(210)을 이용해서 체결 나사(206)를 체결함으로써 하부 금속 블록(264)과 P 단자용 냉각 통전 블록(232) 및, 하부 금속 블록(266)과 N 단자용 냉각 통전 블록(234)이 각각 접속된다.
도5와 같이 구성하면 도4의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도4의 경우와 비교해서 절연 소켓을 생략할 수 있는 이익이 있다.
도6은, 제1 파워 소자(12)와 상부 금속 블록(28)이 체결 나사(400)에 의해 접속되고, 제2 파워 소자(40)와 하부 금속 블록(46)이 체결 나사(500)에 의해 접속되는 예를 도시한 도면이다. 도6의 파워 모듈에서는 수지에 의해 제1 파워 소 자(12) 등을 봉지하지 않고 홀더 402, 502 및 절연재 코팅(520)으로 파워 소자의 절연을 행한다. 또한, 제1 파워 소자(12) 등은 상부 금속 블록, 하부 금속 블록에 접속된 상태에서 신호 단자 404, 504가 부착되어 있다. 신호 단자 404는 그대로 파워 모듈 외부로 뻗고, 신호 단자 504는 봉 형상 단자(506)를 경유해서 외부로 뻗는다.
본 실시예에 있어서는 도4에 있어서의 나사구멍(103)은 P 단자용 냉각 통전 블록(112)(또는 N 단자용 냉각 통전 블록(114))에 형성되고, 나사용 관통공(101)은 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(110)에 형성되는 것으로 했지만, 나사구멍(103)과 나사용 관통공(101)의 형성 위치를 역전시켜도 된다. 또한, 체결 나사의 수는, 충분한 접합이 얻어지는 한 한정되지 않는다.
상부 금속 블록 28, 44와 AC 출력 단자용 냉각 통전 블록(110) 사이에는, 땜납재나 인듐 박 등의 금속박을 개재하도록 하여 열, 전기적 접속의 안정성을 향상시켜도 된다. 이와 같이 땜납재나 인듐 박을 개재시켜도 파워 모듈의 분해성을 저해하지 않는다. 다른 체결 나사를 사용한 접속 개소에 대해서도 마찬가지이다.
본 실시예와 실시예 1의 구성에 포함되는 파워 소자 등은 SiC 기판에 형성해도 된다. 파워 소자를 SiC 기판으로 제조하는 것은 파워 모듈의 고내압화나 대전류화 등에 유용하다.
도1은 실시예 1의 파워 모듈을 설명하는 도면이다.
도2는 도1의 II-II의 화살표의 방향에서 본 단면도이다.
도3은 실시예 1의 구성에 전동 팬을 부착한 구성을 설명하는 도면이다.
도4는 실시예 2의 파워 모듈을 설명하는 도면이다.
도5는 절연 소켓을 필요로 하지 않는 나사 체결이 가능한 구성에 대해 설명하는 도면이다.
도6은 파워 소자와 상부(하부)금속 블록을 나사 체결하는 구성을 설명하는 도면이다.
도7은 과제를 설명하는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 파워 모듈 12: 제1 파워 소자
16: 콜렉터 전극 18: 에미터 전극
28: 상부 금속 블록 30: 하부 금속 블록
34: P 단자용 냉각 통전 블록
36: N 단자용 냉각 통전 블록
38: AC 출력 단자용 냉각 통전 블록
60: AC 출력 단자 62: P 단자
64: N 단자

Claims (9)

  1. 표면에 표면 전극을 갖고, 이면에 이면 전극을 갖는 파워 소자와,
    하부면이 상기 표면 전극과 접속된 상부 금속 블록과,
    상부면이 상기 이면 전극과 접속된 하부 금속 블록과,
    상기 파워 소자와 상기 상부 금속 블록과 상기 하부 금속 블록을, 상기 상부 금속 블록의 상부면 및 상기 하부 금속 블록의 하부면을 노출시키도록 덮는 수지와,
    상기 상부 금속 블록의 상부면과 접속된 방열 기능 및 전기도전성을 갖는 상부 냉각 통전 블록과,
    상기 하부 금속 블록의 하부면과 접속된 방열 기능 및 전기도전성을 갖는 하부 냉각 통전 블록과,
    상기 상부 냉각 통전 블록과 접속되고 상기 표면 전극과 외부를 접속하는 상부 단자와,
    상기 하부 냉각 통전 블록과 접속되고 상기 이면 전극과 외부를 접속하는 하부 단자와,
    상기 파워 소자와 상기 상부 금속 블록과 상기 하부 금속 블록과 상기 수지와 상기 상부 냉각 통전 블록과 상기 하부 냉각 통전 블록과 상기 상부 단자와 상기 하부 단자를, 상기 상부 단자와 상기 하부 단자의 일부가 노출하도록, 상기 상부 냉각 통전 블록 및 상기 하부 냉각 통전 블록과 소정 간격 만큼 이격되어 덮는 절연 케이스를 구비한 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 냉각 통전 블록과 상기 하부 냉각 통전 블록은 일부에 방열용 핀을 구비한 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연 케이스에 통기공이 형성된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 절연 케이스의 외벽에 부착되어 상기 절연 케이스 내부의 공기를 상기 통기공을 통해 상기 절연 케이스 외부로 배출하는 전동 팬을 구비한 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 냉각 통전 블록과 상기 하부 냉각 통전 블록의 한쪽에 나사구멍, 다른 쪽에 상기 나사구멍에 대응하는 나사용 관통공이 형성되고,
    상기 나사구멍 및 상기 나사용 관통공을 이용한 나사 체결에 의해 상기 수지로 덮인 구조의 상기 표면 전극과 상기 이면 전극을 끼우는 체결 나사를 더 구비하고,
    상기 상부 금속 블록의 상부면과 상기 상부 냉각 통전 블록, 및 상기 하부 금속 블록의 하부면과 상기 하부 냉각 통전 블록은, 상기 상부 금속 블록의 상부면과 상기 상부 냉각 통전 블록이 직접 접촉 또는 금속박을 거쳐 접촉하고, 상기 하부 금속 블록의 하부면과 상기 하부 냉각 통전 블록이 직접 접촉 또는 금속박을 거쳐 접촉한 상태에서 상기 나사 체결되어 접속된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 냉각 통전 블록에 제1나사용 관통공이 형성되고,
    상기 상부 금속 블록의 상부면에 상기 제1 나사용 관통공에 대응한 제1 나사구멍이 형성되고,
    상기 하부 냉각 통전 블록에 제2 나사용 관통공이 형성되고,
    상기 하부 금속 블록의 하부면에 상기 제2 나사용 관통공에 대응한 제2 나사구멍이 형성되고,
    상기 제1 나사용 관통공과 상기 제1 나사구멍을 이용한 나사 체결에 의해 상기 상부 금속 블록의 상부면과 상기 상부 냉각 통전 블록을 직접 또는 금속박을 거쳐 접속하는 제1 체결 나사와,
    상기 제2 나사용 관통공과 상기 제2 나사구멍을 이용한 나사 체결에 의해 상기 하 부 금속 블록의 하부면과 상기 하부 냉각 통전 블록을 직접 또는 금속박을 거쳐 접속하는 제2 체결 나사를 더 구비한 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 표면 전극과 상기 상부 금속 블록의 하부면과의 접속, 또는 상기 이면 전극과 상기 하부 금속 블록의 상부면과의 접속은, 상기 파워 소자와 상기 상부 금속 블록과의 나사 체결 또는 상기 파워 소자와 상기 하부 금속 블록과의 나사 체결에 의해 행해진 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 절연 케이스의 내벽에는, 상기 상부 냉각 통전 블록 및 상기 하부 냉각 통전 블록과 소정의 간격을 설치해서 배치된 금속판을 구비한 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 소자는 적어도 그 일부가 SiC 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
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