KR101252046B1

KR101252046B1 - 반도체 모듈 및 방열판

Info

Publication number: KR101252046B1
Application number: KR1020060108248A
Authority: KR
Inventors: 스미오 우에하라; 슈조 아오키
Original assignee: 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2013-04-12
Also published as: TW200731057A; US20070102808A1; JP4690861B2; TWI373703B; JP2007129081A; KR20070048623A; US7569930B2

Abstract

본 발명은 직사각형의 회로 기판(11)의 양면 위의 반도체 소자(17, 17)의 각각의 상면이, 회로 기판(11)의 기판면으로부터 바깥 둘레 에지가 돌출되지 않도록 회로 기판(11)의 양면에 부착된 방열판(12a, 12b)으로 각각 덮여 있는 반도체 모듈(10)을 제공한다. 이러한 반도체 모듈에서는, 회로 기판(11)의 길이 방향으로 중앙부 근방에 형성된 한 쌍의 설치부(42, 42)로서 기능하는 돌출부에 의해, 방열판(12a, 12b)이 미리 정해진 위치에 위치된다. 돌출부는 회로 기판(11)의 대응하는 기판면 위에 맞닿아 있어, 각각의 방열판(12a, 12b)의 중앙부 근방에 인가된 하중의 일부가 회로 기판(11)에 의해 지지될 수 있다.

반도체 모듈, 돌출부, 방열판, 노치

Description

반도체 모듈 및 방열판{SEMICONDUCTOR MODULE AND RADIATOR PLATE}

도 1은 본 발명에 따른 반도체 모듈의 예를 나타내는 정면도.

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 횡단면도.

도 3은 설치부(42)를 구성하는 돌출부(48)의 다른 예를 설명하는 설명도.

도 4는 설치부(42)를 구성하는 돌출부(48)의 다른 예를 설명하는 설명도.

도 5는 설치부(42)를 구성하는 돌출부(48)의 또 다른 예를 설명하는 설명도.

도 6은 설치부(42)를 구성하는 돌출부(48)의 또 다른 예를 설명하는 설명도.

도 7은 설치부(42)를 구성하는 돌출부(48)의 또 다른 예를 설명하는 설명도.

도 8은 방열판(12a, 12b)의 굴곡부(25, 25)를 사용하는 고정 수단의 예를 설명하는 설명도.

도 9는 방열판(12a, 12b)의 굴곡부(25, 25)를 설명하는 설명도.

도 10은 방열판(12a, 12b)의 굴곡부(25, 25)에 의해 사이에 끼워진 회로 기판(11)의 구성을 설명하는 부분 정면도.

도 11은 방열판(12a, 12b)의 굴곡부(25, 25)와 회로 기판(11)의 배열 상태를 설명하는 부분 확대 단면도.

도 12는 방열판(12a, 12b)의 굴곡부(25, 25)와 회로 기판(11)의 배열 상태를 설명하는 부분 확대 단면도.

도 13은 방열판(12a, 12b)의 굴곡부(25, 25)를 사용하는 고정 수단의 다른 예를 설명하는 부분 확대 단면도.

도 14는 본 발명에 따른 반도체 모듈의 다른 예를 설명하는 부분 종단면도.

도 15는 도 14에 나타낸 반도체 모듈의 부분 횡단면도.

도 16은 반도체 모듈의 종래 기술을 설명하는 설명도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 반도체 모듈 11 : 회로 기판

12a, 12b : 방열판 14a : 공기 배출구

17, 17a : 반도체 소자 19 : 카드 에지 커넥터

20 : 고정 수단 21 : 돌출부

21a : 삽입 영역(crushed area) 25 : 굴곡부

28 : 열전도 테잎 29 : 노치(notch)

30 : 체결홀 34a : 단차면

40 : 클립 41 : 오목홈

42 : 설치부 44 : 노치

46 : 관통홀 48 : 돌출부

50, 50a, 50b : 슬릿 52 : 벨트 형상부

54 : 슬롯 56 : 리벳

본 발명은 반도체 모듈과 반도체 모듈용 방열판에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 직사각형의 회로 기판의 양면에 위치된 반도체 소자의 상면이 각각 직사각형의 방열판으로 덮인 반도체 모듈과 반도체 모듈용 방열판에 관한 것이다.

직사각형의 회로 기판의 양면 위의 반도체 소자의 상면이 각각 직사각형의 방열판으로 덮인 반도체 모듈은, 예컨대 일본국 공개특허공보 2001-196516호에 개시되어 있다.

이 반도체 모듈을 도 16에 나타낸다. 도 16의 (a)는 반도체 모듈의 정면도이다. 도 16의 (b)는 반도체 모듈의 횡단면도이다. 도 16의 (c)는 반도체 모듈의 종단면도이다.

도 16에 나타낸 반도체 모듈을 구성하는 직사각형의 회로 기판(100)에는, 그 양면에 길이 방향으로 복수의 반도체 소자(102, 102, …)가 장착된다. 길이 방향을 따라 바깥 둘레 에지의 한쪽에 카드 에지 커넥터(100a, 100a)가 형성된다. 이들 반도체 소자(102, 102, …)는 회로 기판(100)의 기판면에 부착된 직사각형의 방열판(104a, 104b)의 각각에 형성된 수납 오목부(106)에 수납된다. 따라서, 수납된 반도체 소자(102, 102)의 상면은 수납 오목부(106)의 저면(底面)에 맞닿아 있다. 또한, 수납 오목부(106)의 바깥 둘레 에지의 근방은 수납 오목부(106)의 전둘레에 걸쳐, 회로 기판(100)의 기판면에 맞닿아 있다.

이들 방열판(104a, 104b)은 힌지(108)를 통하여 동축 길이 방향으로 긴 면의 한쪽에서 상호 체결되어 있다. 수납 오목부(106)의 외면과 방열판의 바깥 둘레 에 지 사이의 영역은 그 일부가 굴곡되어 회로 기판(100)의 대응하는 기판면에 맞닿아 있다.

도 16의 (b)와 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 이들 방열판(104a, 104b)은 회로 기판(100)보다 크다. 그러므로, 도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, 회로 기판(100)의 양면은 방열판(104a, 104b)으로 덮여 있다. 이와 같이, 회로 기판(100)의 에지 커넥터(100a, 100a)가 노출되도록 회로 기판(100)으로부터 돌출된 방열판(104a, 104b)의 영역 위에 칩(110)을 장착함으로써, 회로 기판(100)의 양면에 방열판(104a, 104b)을 부착시킬 수 있다.

도 16에 나타낸 반도체 모듈에서, 방열판(104a, 104b)은 회로 기판(100)의 양면에 쉽게 부착될 수 있다.

하지만, 도 16에 나타낸 반도체 모듈의 방열판(104a, 104b)에서는, 방열판이 회로 기판(100)의 바깥 둘레 에지로부터 돌출되어 부착된다.

한편, 일반적으로 반도체 모듈로써 채용되는 서버 컴퓨터나 PC의 확장 또는 증설 메모리 모듈에서는, 소형화를 위해 방열판이 회로 기판의 바깥 둘레 에지에 부착되는 것이 요구된다.

또한, 도 16에 나타낸 반도체 모듈에서는, 방열판(104a, 104b)의 수납 오목부(106)의 바깥 둘레 에지 근방은 수납 오목부(106)의 전둘레에 걸쳐 회로 기판(100)의 기판면에 맞닿아 있다. 그러므로, 방열판(104a, 104b)의 일부가 맞닿는 접촉 영역은 회로 기판(100)의 기판면 위에 확보되어야 한다. 이는 회로 기판(100)의 소형화에 한계가 된다.

한편, 이 수납 오목부(106)가 실질적으로 형성되지 않아 방열판(104a, 104b)과 회로 기판(100) 사이의 접촉 영역이 최대한으로 감소한다면, 반도체 모듈은 소형화될 수 있다. 하지만, 이런 경우, 방열판에 하중이 인가되어 반도체 소자가 파손될 수가 있다. 특히, 회로 기판(100)의 중앙부 근방에 장착된 반도체 소자에는, 방열판에 인가된 하중이 집중할 우려가 있다. 그래서, 강도가 낮은 반도체 소자가 장착될 때, 반도체 소자는 파손될 수도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 방열판이 회로 기판의 바깥 둘레 에지로부터 돌출됨 없이 회로 기판에 확실하게 부착되고, 또한 회로 기판에 맞닿는 방열판의 영역이 최대한으로 감소되어도 방열판에 인가되는 하중 때문에 회로 기판의 중앙부 근방에 장착된 반도체 소자가 파손되는 문제를 해소할 수 있는 반도체 모듈과 반도체 모듈용 방열판을 제공하는 것이다.

본 발명의 발명자는 상기 문제를 해소하기 위해서 조사를 하여, 방열판의 중앙부 근방의 바깥 둘레 에지 근방에 형성된 돌출부와, 회로 기판의 배선 패턴이 형성되지 않은 영역에 형성된 관통홀과의 체결에 의해 방열판을 회로 기판의 미리 정해진 위치에 위치시킬 수 있고, 방열판에 형성된 돌출부의 일부를 회로 기판의 대응하는 기판면 위에 접촉함으로써 방열판의 중앙부 근방에 인가된 하중의 일부가 회로 기판에 의해 지지 가능하다는 것을 알았다. 이에 따라, 발명자는 본 발명에 도달했다.

특히, 본 발명에 따르면, 기판면 위에 비아 및 배선 패턴을 갖는 도체 회로를 포함하는 직사각형의 회로 기판, 상기 회로 기판의 양면에 설치된 반도체 소자, 상기 회로 기판의 양면에 각각 부착되고, 상기 회로 기판으로부터 방열판의 바깥 둘레 에지가 돌출되지 않도록 상기 반도체 소자의 상면을 덮는 직사각형의 방열판, 및 회로 기판의 길이 방향의 중앙부이면서 도체 회로가 형성되지 않은 바깥 둘레 에지의 근방에 형성된 관통홀 또는 노치(notch)를 포함하는 반도체 모듈로서, 각각의 상기 방열판의 상기 바깥 둘레 에지 근방의 일부는 상기 회로 기판의 상기 바깥 둘레 에지 근방의 상기 기판면에 맞닿도록 굴곡되며, 상기 관통홀 또는 상기 노치를 향하여 돌출하는 돌출부가 상기 회로 기판의 상기 관통홀 또는 상기 노치에 대응하는 상기 방열판의 위치에 형성되고, 상기 돌출부는, 상기 방열판에 형성된 슬릿을 따르는 벨트 형상부에 형성된 벨트 형상 돌출부이며, 상기 벨트 형상부로부터 돌출하여 선단부가 형성되고, 상기 돌출부의 선단부는 상기 방열판이 상기 회로 기판의 미리 정해진 위치에 위치되도록, 상기 관통홀 또는 상기 노치에 직접 또는 체결 부재에 의해 체결되며, 상기 방열판의 중앙부 근방에 가해지는 하중의 일부를 회로 기판으로 지지할 수 있도록, 상기 돌출부는 상기 회로 기판의 대응하는 기판면 위에 맞닿는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 비아 및 배선 패턴을 갖는 도체 회로가 형성된 직사각형 회로 기판의 양면에 배열된 반도체 소자의 상면을 덮으면서, 방열판의 바깥 둘레 에지가 회로 기판으로부터 돌출되지 않도록 회로 기판의 양면에 부착되는 직사각형의 방열판으로서, 상기 방열판의 바깥 둘레 에지 근방의 일부는 상기 회로 기판의 바깥 둘레 에지 근방의 기판면에 맞닿도록 굴곡되며, 상기 방열판이 상기 회로 기판의 미리 정해진 위치에 위치되도록, 길이 방향의 중앙부 근방이면서 상기 도체 회로가 형성되지 않은 근방의 위치에서 상기 회로 기판에 형성된 관통홀 또는 노치에 대응하는 상기 방열판의 위치에는, 상기 회로 기판을 향해 돌출된 돌출부가 형성되어 있고, 상기 돌출부는, 상기 방열판에 형성된 슬릿을 따르는 벨트 형상부에 형성된 벨트 형상 돌출부이며, 상기 벨트 형상부로부터 돌출하여 선단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈용 방열판이 제공된다.

또한, 상기 돌출부의 선단부는 상기 관통홀 또는 노치에 직접 또는 체결 부재에 의해 2 개소에서 체결되어도 좋다. 이에 따라, 방열판은 미리 정해진 위치에 보다 정확하게 위치된다.

또한, 각각의 상기 방열판의 상기 돌출부의 선단부가 회로 기판에 형성된 상기 관통홀 또는 노치에 삽입되어, 각각의 상기 방열판이 상기 회로 기판의 미리 정해진 위치에 위치되고, 상기 돌출부의 다른 부분이 상기 회로 기판의 상기 대응하는 기판면에 맞닿아 있어도 좋다. 이에 따라, 방열판의 중앙부에 인가되는 하중의 일부가 회로 기판에 수용될 수 있다.

또한, 상기 방열판은 클립에 의해 상기 회로 기판의 양면에 부착되어도 좋다. 이에 따라, 방열판은 클립에 의해 회로 기판에 확실하게 부착될 수 있다.

또한, 상기 클립이 장착될 때, 상기 클립의 바깥 둘레 에지가 상기 회로 기판의 상기 바깥 둘레 에지로부터 돌출되지 않도록, 상기 회로 기판과 상기 방열판에 오목홈이 형성되어도 좋다. 이에 따라, 클립이 회로 기판의 바깥 둘레 에지로부터 돌출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 회로 기판과 상기 방열판의 부착 구조는, 상기 회로 기판의 상기 바깥 둘레 에지 근방에 위치되고 상기 도체 회로가 형성되지 않은 부착 에지에 형성된 부착홀, 및 상기 부착홀에 대응하는 상기 방열판의 각 부위에 형성되어, 상기 부착홀을 통해 상기 방열판을 상기 회로 기판에 고정하는 고정 수단을 포함하여도 좋다. 이에 따라, 클립을 사용하지 않고, 방열판을 회로 기판에 확실하게 부착시킬 수 있다.

또한, 상기 회로 기판의 길이 방향을 따라 배열된 상기 반도체 소자 중, 상기 회로 기판의 중앙부 근방에 위치된 하나의 반도체 소자의 상면은 다른 반도체 소자의 상면보다 높은 위치에 위치되고, 상기 방열판의 중앙부 근방은 상기 회로 기판의 중앙부 근방의 상기 반도체 소자의 상면에 맞닿도록 굴곡되어도 좋다.

또한, 상기 회로 기판의 길이 방향을 따라 배열된 상기 반도체 소자 중, 하나의 반도체 소자는 다른 반도체 소자보다 열을 많이 발생시키는 고열(高熱) 반도체 소자이고, 상기 고열 반도체 소자의 상면과 접촉하는 상기 방열판 영역의 바깥 둘레 에지 근방에, 적어도 하나의 공기 배출부가 형성되어도 좋다. 이에 따라, 고열 반도체 소자 주변의 가열된 공기는 공기 배출구를 통해 빨리 배출될 수 있다.

또한, 상기 방열판이 상기 회로 기판의 기판면에 부착될 때, 상기 방열판 위에 형성된 상기 돌출부의 선단부는 회로 기판의 상기 관통홀 또는 노치에 삽입되는 삽입부로서 형성되어도 좋고, 상기 방열판의 다른 부분은 상기 회로 기판의 대응하는 기판면에 맞닿는 접촉면으로서 형성되어도 좋다.

또한, 열전도 부재는 방열판과 반도체 소자 사이에 배치되어도 좋다. 이에 따라, 반도체 소자에 발생한 열은 방열판으로 효율적으로 전달된다.

본 발명에 따르면, 직사각형의 회로 기판의 양면에 배치된 각각의 방열판의 중앙부 근방의 바깥 둘레 에지 근방에 형성된 돌출부의 선단부와, 회로 기판의 배선 패턴이 형성되지 않은 영역에 형성된 관통홀 또는 노치와의 체결에 의해, 방열판을 회로 기판의 미리 정해진 위치에 위치시킬 수 있다. 그러므로, 방열판이 회로 기판의 바깥 둘레 에지로부터 돌출됨 없이 부착될 수 있는 위치에, 미리, 방열판에 돌출부를 형성하고, 회로 기판에 관통홀 또는 노치를 형성해 둠으로써, 회로 기판의 바깥 둘레 에지로부터 돌출됨 없이 부착시킬 수 있는 회로 기판의 미리 정해진 위치에 방열판을 위치시킬 수 있다.

또한, 방열판의 바깥 둘레 에지 근방의 일부가 굴곡되어 회로 기판의 바깥 둘레 에지의 기판면에 맞닿고, 또한, 방열판에 형성된 돌출부의 일부가 회로 기판의 대응하는 기판면에 맞닿아 있다. 그러므로, 방열판에 인가되는 하중의 보다 많은 부분이 회로 기판에 수용된다. 이에 의해, 방열판에 인가되는 하중 때문에 회로 기판에 장착된 반도체 소자가 파손되는 문제를 해소할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 반도체 모듈에서는, 회로 기판의 바깥 둘레 에지로부터 돌출됨 없이 방열판을 회로 기판에 확실하게 부착시킬 수 있다. 또한, 회로 기판에 맞닿는 방열판의 영역이 최대한으로 감소되어도, 방열판에 인가되는 하중 때문에 회로 기판에 장착된 반도체 소자가 파손되는 문제가 해소될 수 있다. 결과적으로, 소형화되고 안정한 반도체 모듈이 제공된다.

본 발명에 따른 반도체 모듈의 예를 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타낸 반도체 모듈(10)에서, 수지제의 직사각형 회로 기판(11)의 각각의 기판면에 복수의 반도체 소자(17, 17, …)가 길이 방향을 따라 배열된다. 회로 기판(11)의 길이 방향을 따른 한쪽 단부에는 카드 에지 커넥터(19)가 형성된다.

금속 방열판(12a, 12b)은 회로 기판(11)의 기판면에 각각 부착된다. 회로 기판(11)의 각각의 기판면은, 카드 에지 커넥터(19)와 회로 기판(11)의 단축을 따른 말단 에지 근방의 일부를 제외하고는 방열판(12a, 12b)으로 덮여져 있다. 회로 기판(11)의 단축을 따른 말단 에지 근방 부분은 반도체 모듈(10)이 PC의 회로 기판(머더 기판)에 접지되는 접지 부분에 대응한다.

방열판(12a, 12b)은 단축을 따른 말단 에지 양쪽 근방의 일부가 굴곡하는 굴곡부(25, 25)를 제공하도록 형성된다. 굴곡부(25, 25)는 회로 기판(11)의 대응하는 기판면에 맞닿아 있다. 이들 굴곡부(25, 25)를 제외하고, 회로 기판(11)의 기판면에 대향하는 방열판(12a, 12b)의 면은 평평하며, 열전도 테잎(미도시)을 통하여 반도체 소자(17, 17, …)의 상면에 맞닿아 있다.

즉, 열전도 테잎은 반도체 소자(17, 17, …)와 회로 기판(11) 사이에 배치된다.

도 1의 (a)에서 나타낸 바와 같이, 방열판(12a, 12b)은 방열판(12a, 12b)의 중앙부 근방의 바깥 둘레 에지의 근방에 설치된 한 쌍의 설치부(42, 42)와 클립(40, 40, …)에 의해 끼워짐으로써, 회로 기판(11)에 확실하게 부착된다.

도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 이들 클립(40, 40, …)이 장착된 방열판(12a, 12b)과 회로 기판(11)의 일부에, 오목홈(41)이 형성된다. 그러므로, 완성된 반도체 모듈(10)에서, 클립(40, 40, …)의 바깥 둘레 에지가 회로 기판(11)의 바깥 둘레 에지로부터 돌출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 1의 (a)의 A-A 선에 따른 횡단면인 도 2에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 설치부(42, 42)에서는, 방열판(12a, 12b)의 각각 중심 부분 근방의 바깥 둘레 에지의 근방에 형성된 원주형의 돌출부(48, 48)의 선단부가 회로 기판(11)의 대응하는 부분에 형성된 노치(44)와 관통홀(46)에 삽입되고, 돌출부(48, 48)의 선단부를 둘러싸는 평탄면은 회로 기판(11)의 기판면에 맞닿아 있다. 회로 기판(11)의 노치(44)와 관통홀(46)은 비아와 배선 패턴으로 이루어진 도체 회로가 형성되지 않은 부분에 형성된다.

한 쌍의 설치부(42, 42)에 의해 방열판(12a, 12b)은 회로 기판(11)의 미리 정해진 위치에 위치되고 부착될 수 있다. 이에 의해 방열판(12a, 12b)이 회로 기판(11)의 바깥 둘레 에지로부터 돌출되어 부착되는 것이 방지된다.

또한, 한 쌍의 설치부(42, 42)를 구성하는 돌출부(48)의 선단부의 평탄면은 회로 기판(11)의 기판면에 맞닿아 있다. 이에 따라, 방열판(12a, 12b)의 단축을 따른 방열판(12a, 12b)의 양 말단 에지 근방의 일부를 굴곡함으로써 형성되는 굴곡부(25, 25)가 회로 기판(11)의 대응하는 기판면에 맞닿아 있으므로, 방열판(12a, 12b)에 인가되는 하중의 대부분은 회로 기판(11)에 의해 수용될 수 있다. 이로써, 방열판(12a, 12b)에 인가되는 하중으로 인하여 회로 기판(11) 위의 반도체 소자(17, 17, …)가 파손되는 문제가 해소된다.

방열판(12a, 12b)의 돌출부(48, 48, …)는 프레스 가공에 의해 쉽게 형성될 수 있다.

도 1 및 도 2에 나타낸 한 쌍의 설치부(42, 42)를 구성하는 돌출부(48)는 원주 형상으로 형성되어 있지만, 도 3에 나타낸 바와 같은 형상으로 형성되어도 좋 다. 도 3에 나타낸 돌출부(48)는 방열판(12a, 12b)의 바깥 둘레 에지를 따른 슬릿(50)과 바깥 둘레 에지 사이의 벨트 형상부(52)에 형성된 벨트 형상의 돌출부이다. 벨트 형상부(52)의 중앙 부분의 전체가 돌출하여 사각기둥 형상의 선단부(52a)를 형성한다. 도 3의 (a)에 나타낸 돌출부(48)의 선단부(52a)가 회로 기판(11)의 관통홀(46)로 삽입된 상태가 도 3의 (b)에 나타나 있다. 도 3의 (a)에 나타낸 돌출부(48)에서, 사각기둥 형상의 선단부(52a)의 양면에 형성된 평탄면은 회로 기판(11)의 기판면에 맞닿아 있다.

도 3에 나타낸 돌출부(48)에서, 벨트 형상부(52)의 중앙 부분 전체가 돌출되어 사각기둥 형상의 선단부(52a)를 형성하기 때문에 강도의 부족이 일어날 수 있다. 이런 경우, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 벨트 형상부(52)의 중앙 부분을, 에지(52b)를 남겨서 돌출하여 선단부(52a)를 형성함으로써, 돌출부(48)의 강도가 향상할 수 있게 한다. 도 4의 (a)에 나타낸 돌출부(48)의 선단부(52a)가 회로 기판(11)의 관통홀(46)로 삽입된 상태가 도 4의 (b)에 나타나 있다. 도 4의 (a)에 나타낸 돌출부(48)에서, 사각기둥 형상의 선단부(52a)의 양면에 형성된 평탄면은 회로 기판(11)의 기판면에 맞닿아 있다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 반도체 모듈(10)의 한 쌍의 설치부(42, 42)에서는, 각각의 방열판(12a, 12b)에 형성된 돌출부(48)의 사각기둥 형상의 선단부가 회로 기판(11)의 노치(44) 또는 관통홀(46)에 삽입만 되어 있기 때문에, 방열판(12a, 12b)은 클립(40, 40, …)을 사용하여, 회로 기판(11)의 기판면에 각각 확실하게 부착될 수 있다.

한편, 방열판(12a, 12b)이 한 쌍의 설치부(42, 42)에 의해 회로 기판(11)의 기판면에 확실하게 부착될 수 있다면, 클립(40, 40, …)은 필요 없게 된다.

클립(40, 40, …)을 사용하지 않은 한 쌍의 설치부(42, 42)의 예를 도 5에 나타낸다. 한 쌍의 설치부(42, 42)를 구성하는 방열판(12a, 12b)에 형성된 돌출부(48)는 방열판(12a, 12b)의 바깥 둘레 에지와, 그 중앙에 슬롯(54)이 형성된 슬릿(50) 사이의 벨트 형상부(52)에 형성된 벨트 형상의 돌출부여도 좋다.

도 5의 (a)에 나타낸 벨트 형상의 돌출부의 중앙의 슬롯(54)을 회로 기판(11)의 노치(44) 또는 관통홀(46)과 정렬하고, 그 후 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 회로 기판(11)의 노치(44) 또는 관통홀(46)과 방열판(12a, 12b)의 슬롯(54)을 관통하는, 체결 부재로서의 리벳(56)의 양 단부를 눌러붙임으로써 방열판(12a, 12b)을 회로 기판(11)에 확실하게 부착시킬 수 있다.

도 5에 나타낸 방열판(12a, 12b)에 형성된 돌출부(48)는 방열판(12a, 12b)의 바깥 둘레 에지를 따라 형성된 슬릿(50)과 그 바깥 둘레 에지 사이에 형성되지만, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 방열판(12a, 12b)의 바깥 둘레 에지에 수직으로 형성된 슬릿(50a, 50b) 사이에 혀 형상으로 형성되어도 좋다. 도 6의 (a)에 나타낸 돌출부(48)의 중앙에, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 리벳(56)이 관통되는 슬롯(54)이 형성된다.

또한, 도 7의 (a)는 도 6의 (a)에 나타낸 슬릿(50a, 50b)보다 긴 슬릿(50a, 50b)이 형성되어 혀 형상의 돌출부(48)가 형성된 상태를 나타낸다. 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 나타낸 돌출부(48)의 중앙에 형성된 슬롯(54)을 관통하는 리벳(56)에 의해, 방열판(12a, 12b)이 회로 기판(11)에 확실하게 부착된 상태를 나타낸다.

도 5 내지 도 7에 나타낸 예에서, 방열판(12a, 12b)을 회로 기판(11)에 확실하게 부착시키는 체결 부재로서 리벳(56)이 채용되지만, 리벳(56) 대신에 나사가 채용되어도 좋다.

또한, 도 5 내지 도 7에서, 한 쌍의 설치부(42, 42)를 사용하여, 방열판(12a, 12b)을 회로 기판(11)에 확실하게 부착한다. 하지만, 도 1에 나타낸 각각의 방열판(12a, 12b)의 단축을 따른 양쪽 말단 에지 근방의 일부가 굴곡되는 굴곡부(25, 25)를 사용함으로써, 방열판(12a, 12b)을 클립(40)을 사용하지 않고 회로 기판(11)에 확실하게 부착시킬 수 있다. 이러한 구성의 예를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타낸 각각의 굴곡부(25, 25)에, 고정 수단(20)이 설치된다. 고정 수단(20)에는, 도 9의 (a)의 B-B 선에서의 단면도인 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 도 9의 (a)에 나타낸 굴곡부(25, 25)의 한 면 위에 돌출부(21, 21)가 설치된다. 고정 수단(20)에는, 도 9의 (a)의 C-C 선에서의 단면도인 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 도 9의 (a)에 나타낸 굴곡부(25, 25)의 다른 면에 체결홀(30, 30)이 설치된다.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 고정 수단(20, 20)이 형성되는 방열판(12a, 12b)의 굴곡부(25)에 대응하는 회로 기판(11)에 노치(29, 29)가 형성된다.

도 9에 나타낸 방열판(12a, 12b)을 회로 기판(11)에 부착시킬 때에, 도 11에 나타낸 바와 같이, 방열판(12a)의 굴곡부(25)에 형성된 돌출부(21)와 방열판(12b)의 굴곡부(25)에 형성된 체결홀(30)은 반도체 소자(17, 17, …)가 장착되는 회로 기판(11)의 노치(29)를 통하여 마주보게 된다. 이런 경우, 방열판(12a, 12b)의 회로 기판(11)측에 열전도 테잎(28)이 부착된다.

도 11에 나타낸 방열판(12a)의 체결홀(30)은 방열판(12b)의 돌출부(21)가 삽입되는 삽입 슬롯(30a), 삽입 슬롯(30a)보다 큰 직경을 갖는 다른 슬롯(30b)으로 구성된다. 이들 슬롯은 굴곡부(25)로부터 돌출된 돌출부의 회로 기판(11)측에 형성된다. 따라서, 단차면(34a)은 체결홀(30)의 슬롯(30b)측에 형성된다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 방열판(12b)의 돌출부(21)를 방열판(12a)의 체결홀(30)의 삽입 슬롯(30a)에 삽입하고, 삽입 슬롯(30a)으로부터 돌출된 돌출부(21)의 선단부를 슬롯(30b)에 눌러붙이는 코킹 가공을 함으로써, 삽입 슬롯(30a)보다 큰 직경을 갖는 삽입 영역(21a)이 도 12에 나타낸 바와 같이 형성될 수 있다. 삽입 영역(21a)은 단차면(34a)과 체결하여 방열판(12a, 12b)과 회로 기판(11)을 확실하게 고정시킨다. 이런 경우, 회로 기판(11) 위에 장착된 각각의 반도체 소자(17, 17, …)의 상면은 열전도 테잎(28)에 접촉해서, 반도체 소자(17, 17, …)로부터 발생하는 열의 보다 많은 부분이 열전도 테잎(28)을 통해 방열판(12a, 12b)으로부터 발산된다.

도 11 및 도 12에 나타낸 방열판(12a)의 체결홀(30)은 굴곡부(25)로부터 돌출된 돌출부에 형성된다. 하지만, 도 13에 나타낸 바와 같이, 굴곡부(25)에서 돌출부를 형성하지 않고 체결홀(30)이 형성되어도 좋다. 체결홀(30)에서, 슬롯(30b)보다 작은 직경을 갖는 삽입 슬롯(30a)이 회로 기판(11)측에 형성된다. 슬롯(30b)의 저면에는 단차면(34a)이 형성된다.

그러므로, 방열판(12a)의 삽입 슬롯(30a)에 삽입되는 방열판(12b)의 돌출부(21)의 선단부를 눌러붙이는 코킹 가공을 함으로써 삽입 슬롯(30a)보다 큰 직경을 갖는 삽입 영역(21a)이 형성될 수 있다. 삽입 영역(21a)은 단차면(34a)과 체결하여 방열판(12a, 12b)과 회로 기판(11)을 확실하게 고정시킨다.

도 1 내지 도 13에 나타낸 회로 기판(11)에서, 장착된 반도체 소자(17, 17, …)의 상면은 실질적으로 서로 동일한 높이로 되어 있다. 하지만, 도 14에 나타낸 바와 같이, 회로 기판(11)의 중앙부 근방에 장착된 반도체 소자(17a)의 상면이 다른 반도체 소자(17, 17, …)의 상면보다 높은 경우도 있다. 도 14에 나타낸 반도체 소자(17a)는 회로 기판(11)의 중앙부에 위치된 기판(16) 위에 장착되어, 반도체 소자(17a)의 상면은 회로 기판(11) 위에 직접 장착된 다른 반도체 소자(17, 17, …)의 상면보다 높다.

이런 경우, 도 14에 나타낸 바와 같이, 반도체 소자(17a)의 상면 위를 덮는 방열판(12a)의 중앙부(14)는 다른 부분보다 높아지도록 굴곡된다. 방열판(12a)이 굴곡되는 중앙부 근방은, 그 양면이 평판형의 평탄면으로 형성되어, 쉽게 굴곡될 수 있다.

방열판(12a)이 회로 기판(11)의 한 면에 부착될 때, 도 14에 나타낸 바와 같이, 반도체 소자(17a)의 상면과, 방열판(12a)의 중앙부(14)의 대응하는 면은 열전도 테잎(28)을 통하여 서로 접촉된다.

또한, 반도체 소자(17a)가 다른 반도체 소자(17, 17, …)보다 열이 많이 발 생하는 고열(high-heat) 반도체 소자인 경우, 방열판(12a)에만 의한 열 발산은 불충분하며, 반도체 소자(17a)의 주변 분위기 온도가 상승할 수 있다. 이런 경우, 반도체 소자(17a)의 상면에 맞닿는 방열판(12a)의 영역(중앙부(14))의 바깥 둘레 에지 근방에 복수의 공기 배출구(14a, 14a, …)를 형성함으로써, 반도체 소자(17a)의 주변 분위기에 축적된 열을 빠르게 발산시킬 수 있다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 방열판(12a)의 중앙부(14)가 굴곡되어 방열판(12a)의 다른 부분보다 높아도, 방열판(12a, 12b)을 회로 기판(11)에 부착하는 수단으로서, 도 15에 나타낸 한 쌍의 설치부(42, 42)가 채용된다. 이 한 쌍의 설치부(42, 42)는 도 2에 나타낸 한 쌍의 설치부(42, 42)와 같은 구성을 가지므로, 상세하게 설명하지 않는다. 이 한 쌍의 설치부(42, 42)는 도 3에 나타낸 바와 같이 구성되어 있어도, 클립(40, 40, …)을 같이 사용하여, 방열판(12a, 12b)을 회로 기판(11)에 확실하게 부착시킬 수 있다. 한편, 한 쌍의 설치부(42, 42)가 도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다면, 클립(40, 40, …)은 필요하지 않다.

또한, 도 8 내지 도 13에 나타낸 바와 같이, 방열판(12a, 12b)의 굴곡부(25, 25)를 사용하여 도 14 및 도 15에 나타낸 방열판(12a, 12b)을 클립(40)을 사용하지 않고 회로 기판(11)에 확실하게 부착시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 회로 기판의 바깥 둘레 에지로부터 돌출됨 없이 방열판이 회로 기판에 확실하게 부착되고, 또한 회로 기판에 맞닿는 방열판의 영역이 최대한으로 감소되어도 방열판에 인가되는 하중 때문에 회로 기판의 중앙부 근방에 장착된 반도체 소자가 파손되는 문제를 해소할 수 있는 반도체 모듈과 상기 반도체 모듈에 사용되는 방열판을 제공할 수 있다.

Claims

기판면 위에 비아 및 배선 패턴을 갖는 도체 회로를 포함하는 직사각형의 회로 기판,

상기 회로 기판의 양면에 설치된 반도체 소자,

상기 회로 기판의 양면에 각각 부착되고, 상기 회로 기판으로부터 방열판의 바깥 둘레 에지가 돌출되지 않도록 상기 반도체 소자의 상면을 덮는 직사각형의 방열판, 및

회로 기판의 길이 방향의 중앙부이면서 도체 회로가 형성되지 않은 바깥 둘레 에지의 근방에 형성된 관통홀 또는 노치(notch)를 포함하는 반도체 모듈로서,

각각의 상기 방열판의 상기 바깥 둘레 에지 근방의 일부는 상기 회로 기판의 상기 바깥 둘레 에지 근방의 상기 기판면에 맞닿도록 굴곡되며,

상기 관통홀 또는 상기 노치를 향하여 돌출하는 돌출부가 상기 회로 기판의 상기 관통홀 또는 상기 노치에 대응하는 상기 방열판의 위치에 형성되고,

상기 돌출부는 상기 방열판에 형성된 슬릿을 따르는 벨트 형상부에 형성된 벨트 형상 돌출부이며,

상기 벨트 형상부로부터 돌출하여 선단부가 형성되어 있고,

상기 돌출부의 선단부는, 상기 방열판이 상기 회로 기판의 미리 정해진 위치에 위치되도록, 상기 관통홀 또는 상기 노치에 직접 또는 체결 부재(engaging member)에 의해 체결되며,

상기 방열판의 중앙부 근방에 가해지는 하중의 일부를 회로 기판으로 지지할 수 있도록, 상기 돌출부는 상기 회로 기판의 대응하는 기판면 위에 맞닿는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 돌출부의 선단부는 상기 관통홀 또는 노치에 직접 또는 체결 부재에 의해 2 개소에서 체결되는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
제 1 항에 있어서,

각각의 상기 방열판의 상기 돌출부의 선단부가, 그 둘레 에지부를 남기고 돌출하여 형성되어 있고,

상기 돌출부의 선단부가 회로 기판에 형성된 상기 관통홀 또는 노치에 삽입되어, 각각의 상기 방열판이 상기 회로 기판의 미리 정해진 위치에 위치되고, 상기 둘레 에지부가 상기 회로 기판의 상기 대응하는 기판면에 맞닿는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 방열판은 클립에 의해 상기 회로 기판의 양면에 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
제 4 항에 있어서,

상기 클립이 장착될 때, 상기 클립의 바깥 둘레 에지가 상기 회로 기판의 상기 바깥 둘레 에지로부터 돌출되지 않도록, 상기 회로 기판과 상기 방열판에는 오목홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 회로 기판과 상기 방열판의 부착 구조는,

상기 회로 기판의 상기 바깥 둘레 에지 근방에 위치되고 상기 도체 회로가 형성되지 않은 부착 에지에 형성된 부착홀, 및

상기 부착홀에 대응하는 상기 방열판의 각 부위에 형성되어, 상기 부착홀을 통해 상기 방열판을 상기 회로 기판에 고정하는 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 회로 기판의 길이 방향을 따라 배열된 상기 반도체 소자 중, 상기 회로 기판의 중앙부 근방에 위치된 하나의 반도체 소자의 상면은 다른 반도체 소자의 상면보다 높은 위치에 위치되고,

상기 방열판의 중앙부 근방은 상기 회로 기판의 중앙부 근방의 상기 반도체 소자의 상면에 맞닿도록 굴곡되는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 회로 기판의 길이 방향을 따라 배열된 상기 반도체 소자 중, 하나의 반도체 소자는 다른 반도체 소자보다 열을 많이 발생시키는 고열(高熱) 반도체 소자이고,

상기 고열 반도체 소자의 상면과 접촉하는 상기 방열판 영역의 바깥 둘레 에지 근방에, 적어도 하나의 공기 배출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도 체 모듈.
비아 및 배선 패턴을 갖는 도체 회로가 형성된 직사각형 회로 기판의 양면에 배열된 반도체 소자의 상면을 덮으면서, 방열판의 바깥 둘레 에지가 회로 기판으로부터 돌출되지 않도록 회로 기판의 양면에 부착되는 직사각형의 방열판으로서,

상기 방열판의 바깥 둘레 에지 근방의 일부는 상기 회로 기판의 바깥 둘레 에지 근방의 기판면에 맞닿도록 굴곡되며,

상기 방열판이 상기 회로 기판의 미리 정해진 위치에 위치되도록, 길이 방향의 중앙부 근방이면서 상기 도체 회로가 형성되지 않은 근방의 위치에서 상기 회로 기판에 형성된 관통홀 또는 노치에 대응하는 상기 방열판의 위치에는, 상기 회로 기판을 향해 돌출된 돌출부가 형성되어 있고,

상기 돌출부는, 상기 방열판에 형성된 슬릿을 따르는 벨트 형상부에 형성된 벨트 형상 돌출부이며, 상기 벨트 형상부로부터 돌출하여 선단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈용 방열판.
제 9 항에 있어서,

상기 방열판에 형성된 돌출부의 선단부가, 그 둘레 에지부를 남기고 돌출하여 형성되어 있고,

상기 방열판이 상기 회로 기판의 기판면에 부착될 때,

상기 돌출부의 선단부는 회로 기판의 상기 관통홀 또는 노치에 삽입되는 삽입부로서 형성되고,

상기 둘레 에지부는 상기 회로 기판의 대응하는 기판면에 맞닿는 접촉면으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈용 방열판.
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