KR101366588B1 - High integrated power module package - Google Patents

High integrated power module package Download PDF

Info

Publication number
KR101366588B1
KR101366588B1 KR1020130059455A KR20130059455A KR101366588B1 KR 101366588 B1 KR101366588 B1 KR 101366588B1 KR 1020130059455 A KR1020130059455 A KR 1020130059455A KR 20130059455 A KR20130059455 A KR 20130059455A KR 101366588 B1 KR101366588 B1 KR 101366588B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
switching
phase
terminal
integrated circuit
Prior art date
Application number
KR1020130059455A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130073029A (en
Inventor
이준배
정대웅
서범석
Original Assignee
페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 페어차일드코리아반도체 주식회사 filed Critical 페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority to KR1020130059455A priority Critical patent/KR101366588B1/en
Publication of KR20130073029A publication Critical patent/KR20130073029A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101366588B1 publication Critical patent/KR101366588B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

일 실시예에 따른 고집적 파워 모듈 패키지는, 제1 높이로 배치되는 디비씨(DBC) 기판과, 디비씨 기판의 상부면에 배치되며, 패키지 내부의 온도에 대응되는 신호를 출력하는 써미스터를 포함하는 전력용 소자와, 디비씨 기판과 이격되면서 디비씨 기판의 제1 높이보다 높은 제2 높이로 배치되며, 상부에 제어회로 부품이 설치된 제어기판과, 디비씨 기판 및 제어기판에 각각 연결되는 외부리드와, 그리고 디비씨 기판, 전력용 소자, 써미스터, 및 제어기판을 덮으면서 외부리드는 노출시키는 몰딩재료를 포함한다.In one embodiment, a highly integrated power module package includes a DBC substrate disposed at a first height, and a thermistor disposed on an upper surface of the DC substrate and outputting a signal corresponding to a temperature inside the package. The power board and the control board are spaced apart from the first substrate and are arranged at a second height higher than the first height of the DC substrate. And a molding material exposing the external lead while covering the substrate, power element, thermistor, and control board.

Description

고집적 파워 모듈 패키지{High integrated power module package}High integrated power module package

본 출원은 고집적 파워 모듈 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3상(3-phase) 인버터 회로를 채용한 고집적 파워 모듈 패키지에 관한 것이다.The present application relates to a highly integrated power module package, and more particularly, to a highly integrated power module package employing a three-phase inverter circuit.

일반적으로 모터를 구동하는 모터 제어회로 등의 파워 일렉트로닉스(power electronics)에서는 스위칭소자로서 정격전압이 300V 이상인 영역에서는, 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; 이하 IGBT라 칭함) 등의 전력용 반도체소자가 주로 사용되고 있다. 또한, IGBT나 다이오드 등의 전력 반도체소자는 하나의 패키지(package) 내에 탑재되어 파워모듈로서 전력변화장치 등에 사용되는 경우가 많다. 특히, 최근의 전자제품의 경박단소화로 이행되는 추세에 발맞추어 개발 및 연구의 초점이 경량화 및 고집적화에 모아지고 있고, 모듈화된 파워장치들이 개발되어 시판되고 있다. 이러한 모듈화된 파워장치에서 중요한 것은, 하나의 모듈 내에 가능한 많은 기능을 내장하면서도 부피를 작게 하고, 또한 소자에서 발생되는 열을 효과적으로 방출하여 소자의 오동작 또는 파괴를 방지하는 것이다.Generally, in power electronics such as a motor control circuit for driving a motor, a power semiconductor such as an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) in a region having a rated voltage of 300 V or more as a switching element. The device is mainly used. In addition, power semiconductor devices such as IGBTs and diodes are often mounted in one package and used in power change devices as power modules. In particular, in line with the recent trend toward lighter and shorter electronic products, the focus of development and research is focused on light weight and high integration, and modular power devices have been developed and marketed. What is important in such a modular power device is to embed as many functions as possible in one module while keeping the volume small and also effectively dissipating the heat generated by the device to prevent malfunction or destruction of the device.

본 출원이 해결하고자 하는 과제는, 열효율이 좋고 동작특성이 향상된 고집적 파워 모듈 패키지를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present application is to provide a highly integrated power module package having good thermal efficiency and improved operation characteristics.

일 실시예에 따른 고집적 파워 모듈 패키지는, 제1 높이로 배치되는 디비씨(DBC) 기판과, 디비씨 기판의 상부면에 배치되며, 패키지 내부의 온도에 대응되는 신호를 출력하는 써미스터를 포함하는 전력용 소자와, 디비씨 기판과 이격되면서 디비씨 기판의 제1 높이보다 높은 제2 높이로 배치되며, 상부에 제어회로 부품이 설치된 제어기판과, 디비씨 기판 및 제어기판에 각각 연결되는 외부리드와, 그리고 디비씨 기판, 전력용 소자, 써미스터, 및 제어기판을 덮으면서 외부리드는 노출시키는 몰딩재료를 포함한다.In one embodiment, a highly integrated power module package includes a DBC substrate disposed at a first height, and a thermistor disposed on an upper surface of the DC substrate and outputting a signal corresponding to a temperature inside the package. The power board and the control board are spaced apart from the first substrate and are arranged at a second height higher than the first height of the DC substrate. And a molding material exposing the external lead while covering the substrate, power element, thermistor, and control board.

일 예에서, 상기 전력용 소자는, 3상 부하(3-phase load)를 구동하기 위한 3상 인버터 회로로서, 3상 부하에 U상 출력신호를 발생시키기 위한 제1 및 제2 스위칭소자와, 3상 부하에 V상 출력신호를 발생시키기 위한 제3 및 제4 스위칭소자와, 그리고 3상 부하에 W상 출력신호를 발생시키기 위한 제5 및 제6 스위칭소자를 포함하고, 상기 제어회로 부품은, 제1 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 제1 스위칭소자와 연결되는 제1 고전압 집적회로와, 제3 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 제3 스위칭소자와 연결되는 제2 고전압 집적회로와, 제5 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 제5 스위칭소자와 연결되는 제3 고전압 집적회로와, 그리고 제2, 제4, 및 제6 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 저전압 집적회로를 포함한다.In one example, the power device is a three-phase inverter circuit for driving a three-phase load, the first and second switching elements for generating a U-phase output signal to the three-phase load, And third and fourth switching elements for generating a V-phase output signal to the three-phase load, and fifth and sixth switching elements for generating a W-phase output signal to the three-phase load, wherein the control circuit component A first high voltage integrated circuit controlling a switching operation of the first switching device, a second high voltage integrated circuit controlling a switching operation of the third switching device, and a second high voltage integrated circuit connected to the third switching device. And a third high voltage integrated circuit controlling the switching operation of the fifth switching element, and a low voltage integrated circuit controlling the switching operation of the second, fourth, and sixth switching elements. .

일 예에서, 상기 전력용 소자는, 3상 부하에 U상 출력신호를 발생시키기 위한 제1 및 제2 스위칭소자와, 3상 부하에 V상 출력신호를 발생시키기 위한 제3 및 제4 스위칭소자와, 그리고 3상 부하에 W상 출력신호를 발생시키기 위한 제5 및 제6 스위칭소자를 포함하고, 상기 제어회로 부품은, 제1 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 제1 스위칭소자와 연결되는 제1 고전압 집적회로와, 제3 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 제3 스위칭소자와 연결되는 제2 고전압 집적회로와, 제5 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 제5 스위칭소자와 연결되는 제3 고전압 집적회로와, 그리고 제2, 제4, 및 제6 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 저전압 집적회로를 포함한다.In one example, the power device includes first and second switching devices for generating a U-phase output signal to a three-phase load, and third and fourth switching devices for generating a V-phase output signal to a three-phase load. And fifth and sixth switching elements for generating a W-phase output signal to the three-phase load, wherein the control circuit component controls the switching operation of the first switching element and is connected to the first switching element. The switching control of the first high voltage integrated circuit, the third switching device, the second high voltage integrated circuit connected to the third switching device, the switching operation of the fifth switching device, and is connected to the fifth switching device A third high voltage integrated circuit and a low voltage integrated circuit for controlling switching operations of the second, fourth, and sixth switching elements.

상기 제4, 제5, 및 제6 스위칭소자의 일측 단자와 각각 연결되어 상기 제4, 제5, 및 제6 스위칭소자에 흐르는 출력 전류를 검출하기 위한 전류검출단자를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a current detection terminal connected to one terminal of the fourth, fifth, and sixth switching elements, respectively, to detect an output current flowing through the fourth, fifth, and sixth switching elements.

상기 제1 내지 제6 스위칭소자는, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 또는 모스펫(MOSFET)일 수 있다.The first to sixth switching elements may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a MOSFET.

상기 전력용소자 및 제어기판을 전기적으로 서로 연결해주는 내부리드를 더 포함할 수 있다.It may further include an internal lead for electrically connecting the power device and the control board to each other.

상기 내부리드는 와이어로 이루어질 수 있다.The inner lead may be made of a wire.

상기 몰딩재료는 디비씨 기판의 바닥면만 외부로 노출되도록 배치될 수 있다.The molding material may be disposed such that only the bottom surface of the substrate is exposed to the outside.

상기 써미스터의 일단은 열저항을 측정하는 단자와 연결되고, 다른 단은 열전압을 측정하는 단자와 연결될 수 있다.One end of the thermistor may be connected to a terminal for measuring thermal resistance, and the other end may be connected to a terminal for measuring thermal voltage.

본 출원에 따른 고집적 파워 모듈 패키지에 따르면, 다음과 같은 여러 가지 이점이 있다.According to the highly integrated power module package according to the present application, there are several advantages as follows.

첫째, 저전압 락아웃 및 과전류 보호기능이 집적회로에 내장되어 있어 저전압 및 과전류 상태에서 소자의 손상 또는 파괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.First, low voltage lockout and overcurrent protection are integrated into the integrated circuit, effectively preventing damage or destruction of the device in low voltage and overcurrent conditions.

둘째, 소프트-스위칭 기능이 내장되어 있어, 하드-스위칭에 의해 과도한 오버슛 전압을 방지할 수 있다. Second, a built-in soft-switching function prevents excessive overshoot voltage by hard-switching.

셋째, 전류검출을 위한 단자들이 패키지 외부로 오픈되어 있어 전류검출을 용이하게 할 수 있다.Third, terminals for current detection are open to the outside of the package to facilitate current detection.

넷째, 고전압 집적회로와 스위칭소자들이 롱 이너 본딩(long inner bonding)에 의해 연결되어 있기 때문에, 기생 인덕턴스(LS)에 유도된 전압이 IGBT의 컬렉터 전류의 기울기(di/dt)를 감소시켜 과도한 크기의 전류가 IGBT에 급격하게 유입되는 것을 방지하여 소자의 오동작을 방지할 수 있다.Fourth, since the high voltage integrated circuit and the switching elements are connected by long inner bonding, the voltage induced in the parasitic inductance L S reduces the slope (di / dt) of the collector current of the IGBT. It is possible to prevent the device from malfunctioning by preventing a large current from flowing into the IGBT.

다섯째, 써미스터가 모듈 내에 집적되어 있으므로, 모듈 내부의 온도 변화를 용이하게 파악할 수 있고 과도한 온도의 변화로 인한 소자의 오동작 또는 파괴를 방지할 수 있다.Fifth, since the thermistor is integrated in the module, it is possible to easily grasp the temperature change inside the module and to prevent the malfunction or destruction of the device due to the excessive temperature change.

도 1은 일 실시예에 따른 고집적 파워 모듈 패키지에 포함되는 3상 인버터 회로를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.
도 2는 저전압 집적회로의 저전압 락아웃 기능을 나타내는 타이밍도이다.
도 3a는 집적회로와 스위칭소자 사이에 롱 이너 본딩이 이루어진 경우의 간략한 회로도이다.
도 3b는 집적회로와 스위칭소자 사이에 숏 이너 본딩이 이루어진 경우의 간략한 회로도이다.
도 4는 도 1의 3상 인버터 회로의 모듈에서의 핀 배치를 나타내는 외형도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 고집적 파워 모듈 패키지를 나타내 보인 단면도이다.1 is a view illustrating a three-phase inverter circuit included in a highly integrated power module package according to an embodiment.
2 is a timing diagram illustrating a low voltage lockout function of a low voltage integrated circuit.
3A is a simplified circuit diagram when long inner bonding is made between an integrated circuit and a switching element.
3B is a simplified circuit diagram when short inner bonding is made between an integrated circuit and a switching device.
4 is an external view showing pin arrangement in a module of the three-phase inverter circuit of FIG. 1.
5 is a cross-sectional view illustrating a highly integrated power module package according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 고집적 파워 모듈 패키지 내에 포함되는 3상 인버터 회로(100)는, 고압측 구동부와 저압측 구동부로 이루어져 있다. 고압측 구동부는 세 개의 고전압 집적회로(HVIC)와 각 고전압 집적회로와 연결된 스위칭소자들로 이루어져 있고, 저압측 구동부는 하나의 저전압 집적회로(LVIC)와 이에 연결된 세 개의 스위칭소자들로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, a three-phase inverter circuit 100 included in a highly integrated power module package according to an embodiment includes a high voltage side driver and a low voltage side driver. The high voltage side driver includes three high voltage integrated circuits (HVICs) and switching elements connected to each high voltage integrated circuit, and the low voltage side driver includes one low voltage integrated circuit (LVICs) and three switching elements connected thereto.

고압측 구동부는, 예를 들어 3상 모터와 같은 3상 부하(load)의 U상을 구동하기 위한 U상 고전압 집적회로(110U) 및 제1 스위칭소자(120U)와, V상을 구동하기 위한 V상 고전압 집적회로(110V) 및 제2 스위칭소자(120V), 그리고 W상을 구동하기 위한 W상 고전압 집적회로(110W) 및 제3 스위칭소자(120W)를 포함한다.The high voltage side driving unit includes, for example, a U phase high voltage integrated circuit 110U and a first switching device 120U for driving a U phase of a three phase load such as a three phase motor, and a V phase for driving the V phase. The V phase high voltage integrated circuit 110V and the second switching device 120V, and the W phase high voltage integrated circuit 110W and the third switching device 120W for driving the W phase are included.

상기 고압측 구동부의 제1, 제2 및 제3 스위칭소자(120U, 120V, 120W)는 도시된 것과 같이 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 전력형 n모스트랜지스터(power nMOSFET) 같이 다른 전력형 트랜지스터로 구성될 수도 있다.The first, second, and third switching devices 120U, 120V, and 120W of the high voltage side driver may include an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as shown. In some cases, it may be composed of other power transistors, such as a power nMOSFET.

고압측 구동부의 U상 고전압 집적회로(110U)는 고압측 플로팅전압단자(VB), 공급전압단자(VCC), 공통접지단자(COM), 입력단자(IN), 출력단자(OUT) 및 U상 고압측 플로팅리턴전압단자(VS)를 갖는다.The U-phase high voltage integrated circuit 110U of the high voltage side driver includes the high voltage floating voltage terminal VB, the supply voltage terminal VCC, the common ground terminal COM, the input terminal IN, the output terminal OUT, and the U phase. It has a high voltage side floating return voltage terminal (VS).

고압측 플로팅전압단자(VB)는 외부로부터 고압측 플로팅전압(VB(U))을 입력받는 데 사용된다. 공급전압단자(VCC)는 외부로부터 공급전압(Vcc (V))을 입력받는 데 사용된다. 공통접지단자(COM)는 외부로부터 공통접지신호(COM)를 입력받는 데 사용된다. 입력단자(IN)는 외부로부터 U상 구동용 입력신호(IN( UH ))를 입력받는 데 사용된다.The high voltage side floating voltage terminal VB is used to receive the high voltage side floating voltage V B (U) from the outside. The supply voltage terminal VCC is used to receive a supply voltage V cc (V) from the outside. The common ground terminal COM is used to receive the common ground signal COM from the outside. The input terminal IN is used to receive the U-phase driving input signal IN ( UH ) from the outside.

고압측 플로팅리턴전압단자(VS)는 U상 출력단자(U)에 연결되어 U상 출력전류를 검출하는 데 이용된다. 출력단자(OUT)는 입력단자(IN)를 통해 입력되는 U상 구동용 입력신호(IN( UH ))에 의해 고압측 출력신호를 출력시키는 데 이용된다. U상 고전압 집적회로(110U)의 출력단자(OUT)로부터 출력된 신호는 제1 스위칭소자(120U)의 게이트로 입력되어 제1 스위칭소자(120U)를 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)시킨다.The high voltage side floating return voltage terminal VS is connected to the U phase output terminal U and used to detect the U phase output current. The output terminal OUT is used to output the high voltage side output signal by the U-phase driving input signal IN ( UH ) input through the input terminal IN. The signal output from the output terminal OUT of the U-phase high voltage integrated circuit 110U is input to the gate of the first switching device 120U to turn-on or turn-on the first switching device 120U. Turn off.

고압측 구동부의 V상 고전압 집적회로(110V)는 고압측 플로팅전압단자(VB), 공급전압단자(VCC), 공통접지단자(COM), 입력단자(IN), 출력단자(OUT) 및 V상 고압측 플로팅리턴전압단자(VS)를 갖는다.The V phase high voltage integrated circuit 110V of the high voltage side driver includes a high voltage floating voltage terminal VB, a supply voltage terminal VCC, a common ground terminal COM, an input terminal IN, an output terminal OUT, and a V phase. It has a high voltage side floating return voltage terminal (VS).

고압측 플로팅전압단자(VB)는 외부로부터 고압측 플로팅전압(VB(V))을 입력받는 데 사용되고, 공급전압단자(VCC)는 외부로부터 공급전압(Vcc (V))을 입력받는 데 사용된다. 공통접지단자(COM)는 외부로부터 공통접지신호(COM)를 입력받는 데 사용되고, 입력단자(IN)은 외부로부터 V상 구동용 입력신호(IN( VH ))를 입력받는 데 사용된다.The high voltage side floating voltage terminal VB is used to receive the high voltage side floating voltage V B (V) from the outside, and the supply voltage terminal VCC is used to receive the supply voltage V cc (V) from the outside. Used. The common ground terminal COM is used to receive the common ground signal COM from the outside, and the input terminal IN is used to receive the V phase driving input signal IN ( VH ) from the outside.

고압측 플로팅리턴전압단자(VS)는 V상 출력단자(V)에 연결되어 V상 출력전류를 검출하는 데 이용된다. 출력단자(OUT)는 입력단자(IN)를 통해 입력되는 V상 구동용 입력신호(IN( VH ))에 의해 고압측 출력신호를 출력시키는 데 이용된다. V상 고전압 집적회로(110V)의 출력단자(OUT)로부터 출력된 신호는 제2 스위칭소자(120V)의 게이트로 입력되어 제2 스위칭소자(120V)를 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)시킨다.The high voltage side floating return voltage terminal VS is connected to the V phase output terminal V and used to detect the V phase output current. The output terminal OUT is used to output the high voltage side output signal by the V-phase driving input signal IN ( VH ) input through the input terminal IN. The signal output from the output terminal OUT of the V-phase high voltage integrated circuit 110V is input to the gate of the second switching device 120V to turn on or turn off the second switching device 120V. Turn off.

그리고, 고압측 구동부의 W상 고전압 집적회로(110W)는 고압측 플로팅전압단자(VB), 공급전압단자(VCC), 공통접지단자(COM), 입력단자(IN), 출력단자(OUT) 및 W상 고압측 플로팅리턴전압단자(VS)를 갖는다. The W phase high voltage integrated circuit 110W of the high voltage side driver includes a high voltage side floating voltage terminal VB, a supply voltage terminal VCC, a common ground terminal COM, an input terminal IN, an output terminal OUT, It has a W-phase high voltage floating return voltage terminal VS.

고압측 플로팅전압단자(VB)는 외부로부터 고압측 플로팅전압(VB(W))을 입력받는 데 사용되고, 공급전압단자(VCC)는 외부로부터 공급전압(Vcc (W))을 입력받는 데 사용된다. 공통접지단자(COM)는 외부로부터 공통접지신호(COM)를 입력받는 데 사용되고, 입력단자(IN)는 외부로부터 W상 구동용 입력신호(IN( WH ))를 입력받는 데 사용된다.The high voltage side floating voltage terminal VB is used to receive the high voltage side floating voltage V B (W) from the outside, and the supply voltage terminal VCC is used to receive the supply voltage V cc (W) from the outside. Used. The common ground terminal COM is used to receive the common ground signal COM from the outside, and the input terminal IN is used to receive the W phase driving input signal IN ( WH ) from the outside.

고압측 플로팅리턴전압단자(VS)는 W상 출력단자(W)에 연결되어 W상 출력전류를 검출하는 데 이용된다. 출력단자(OUT)는 입력단자(IN)를 통해 입력되는 W상 구동용 입력신호(IN( WH ))에 의해 고압측 출력신호를 출력시키는 데 이용된다. W상 고전압 집적회로(110W)의 출력단자(OUT)로부터 출력된 신호는 제3 스위칭소자(120W)의 게이트로 입력되어 제3 스위칭소자(120W)를 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)시킨다.The high voltage side floating return voltage terminal VS is connected to the W phase output terminal W and used to detect the W phase output current. The output terminal OUT is used to output the high voltage side output signal by the W-phase driving input signal IN ( WH ) input through the input terminal IN. The signal output from the output terminal OUT of the W-phase high voltage integrated circuit 110W is input to the gate of the third switching device 120W to turn-on or turn-on the third switching device 120W. Turn off.

고압측 구동부의 제1 스위칭소자(120U)의 컬렉터에는 모터구동을 위한 전원단자(P)가 연결되고, 게이트에는 U상 고전압 집적회로(110U)의 출력단자(OUT)가 연결되며, 에미터에는 U상 출력단자(U)가 연결된다. 상기 제1 스위칭소자(120U)의 컬렉터와 에미터 사이에는 프리휠링 다이오드(Free Wheeling Diode)(130U)가 역병렬(anti-parallel)로 연결된다.The power terminal P for driving the motor is connected to the collector of the first switching element 120U of the high voltage side driving unit, and the output terminal OUT of the U-phase high voltage integrated circuit 110U is connected to the gate. U-phase output terminal (U) is connected. A free wheeling diode 130U is connected in anti-parallel between the collector and the emitter of the first switching device 120U.

고압측 구동부의 제2 스위칭소자(120V)의 컬렉터에는 모터구동을 위한 전원단자(P)가 연결되고, 게이트에는 V상 고전압 집적회로(110V)의 출력단자(OUT)가 연결되며, 에미터에는 V상 출력단자(V)가 연결된다. 상기 제2 스위칭소자(120V)의 컬렉터와 에미터 사이에는 프리휠링 다이오드(130V)가 역병렬로 연결된다. The power terminal P for driving the motor is connected to the collector of the second switching element 120V of the high voltage side driving unit, and the output terminal OUT of the V-phase high voltage integrated circuit 110V is connected to the gate. V phase output terminal (V) is connected. The freewheeling diode 130V is connected in anti-parallel between the collector and the emitter of the second switching element 120V.

마찬가지로, 고압측 구동부의 제3 스위칭소자(120W)의 컬렉터에는 모터구동을 위한 전원단자(P)가 연결되고, 게이트에는 W상 고전압 집적회로(110W)의 출력단자(OUT)가 연결되며, 에미터에는 W상 출력단자(W)가 연결된다. 상기 제3 스위칭소자(120U)의 컬렉터와 에미터 사이에도 프리휠링 다이오드(130W)가 역병렬로 연결된다.Similarly, the power terminal P for driving the motor is connected to the collector of the third switching element 120W of the high voltage side driver, and the output terminal OUT of the W phase high voltage integrated circuit 110W is connected to the collector. Is connected to the W-phase output terminal (W). The freewheeling diode 130W is also connected in anti-parallel between the collector and emitter of the third switching element 120U.

인버터 회로에서는 부하(load)인 모터가 유도성이기 때문에 프리휠링 다이오드가 필요하다. 부하(load)에 흐르는 전류가 차단되어 모터의 L로 축적되는 에너지가 순간 해방되면, IGBT의 특성을 손실시키기에 충분하고도 남는 정도의 대전력이 발생한다. IGBT의 스위칭동작에 의해 모터에 흐르는 전류를 급격히 차단하고자 하면, 개방되는 에너지에 의해 IGBT의 특성에 현저한 열화가 발생한다. 따라서, IGBT가 턴-오프된 동안 모터에 흐르는 전류를 프리휠링 다이오드에 의해 우회환류시켜 모터를 흐르는 전류 자체는 스위칭에 의해 변화되지 않도록 한다.In the inverter circuit, a freewheeling diode is needed because the load motor is inductive. When the current flowing in the load is cut off and the energy accumulated in the L of the motor is released momentarily, a large amount of power sufficient to cause a loss of the characteristics of the IGBT is generated. If the current flowing through the motor is to be cut off rapidly by the switching operation of the IGBT, the deterioration of the characteristics of the IGBT occurs due to the open energy. Thus, while the IGBT is turned off, the current flowing through the motor is bypassed by the freewheeling diode so that the current flowing through the motor itself is not changed by switching.

한편, 저압측 구동부는 저전압 집적회로(110L)와, 상기 저전압 집적회로(110L)로부터 출력되는 U상, V상 및 W상의 스위칭 제어신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 제4, 제5 및 제6 스위칭소자(121U, 121V, 121W)로 구성되어 있다. 상기 저압측 구동부의 제4, 제5 및 제6 스위칭소자(121U, 121V, 121W)도 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 전력형 n모스트랜지스터(power nMOSFET) 같이 다른 전력형 트랜지스터로 구성될 수도 있다.On the other hand, the low voltage side driving unit fourth, fifth and sixth to perform the switching operation according to the low voltage integrated circuit 110L and the switching control signals of the U phase, V phase and W phase output from the low voltage integrated circuit 110L It consists of switching elements 121U, 121V, 121W. The fourth, fifth, and sixth switching elements 121U, 121V, and 121W of the low voltage side driver may also be formed of an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and in some cases, a power nMOS transistor. Likewise, it may be composed of other power transistors.

저압측 구동부의 저전압 집적회로(110L)는 단락전류단자(CSC), 폴트-아웃 듀레이션 단자(CFOD), 폴트-아웃단자(VFO), 입력단자(IN(UL), IN(VL), IN(WL)), 공통접지단자(COM), 공급전압단자(VCC) 및 출력단자(OUT(UL), OUT(VL), OUT(WL))를 갖는다.The low voltage integrated circuit 110L of the low voltage side driver includes short circuit current terminals CSC, fault-out duration terminals CFOD, fault-out terminals VFO, input terminals IN (UL), IN (VL), and IN ( WL), a common ground terminal COM, a supply voltage terminal VCC, and an output terminal OUT (UL), OUT (VL), and OUT (WL).

단락전류단자(CSC)로는 단락전류를 검출하기 위한 션트 저항(shunt resistor)이 연결된다. 상기 션트 저항의 다른 일 단은 저전압 집적회로의 공통접지단자(COM)와 연결된다. 폴트-아웃 듀레이션 단자(CFOD)로는 폴트-아웃 펄스의 길이를 결정하기 위한 캐패시터가 연결된다. 폴트-아웃 펄스의 길이는 상기 캐패시터의 캐패시턴스에 의해 결정된다.A shunt resistor for detecting the short circuit current is connected to the short circuit current terminal CSC. The other end of the shunt resistor is connected to the common ground terminal COM of the low voltage integrated circuit. The fault-out duration terminal CFOD is connected with a capacitor for determining the length of the fault-out pulse. The length of the fault-out pulse is determined by the capacitance of the capacitor.

저전압 집적회로(110L)의 폴트-아웃단자(VFO)는 외부로 폴트-아웃신호(VFO)를 출력하거나 외부로부터 폴트-아웃신호(VFO)를 입력받는 데 사용된다. 구체적으로, 내부에서 폴트(fault)가 검출되었을 때, 예컨대 과전류가 검출되거나 공급전압(Vcc)이 낮게 입력되는 경우, 소자가 파괴되는 것을 방지하기 위하여 폴트-아웃신호(VFO)를 출력하고, 인버터 모듈(100)을 셧다운(shutdown)시킨다. 또는, 외부에서 임의로 인버터 모듈(100)을 셧다운시키기 위하여 폴트-아웃신호(VFO)를 폴트-아웃단자(FO)를 통해 입력시킬 수도 있다.The fault-out terminal VFO of the low voltage integrated circuit 110L is used to output the fault-out signal V FO to the outside or to receive the fault-out signal V FO from the outside. Specifically, when a fault is detected internally, for example, when an overcurrent is detected or a low supply voltage V cc is input, a fault-out signal V FO is output to prevent the device from being destroyed. Shut down the inverter module 100. Alternatively, the fault-out signal V FO may be input through the fault-out terminal FO to externally shut down the inverter module 100.

저전압 집적회로(110L)의 입력단자(IN(UL), IN(VL), IN(WL)) 각각 저압측의 U상, V상 및 W상 입력신호를 입력받는 데 사용된다. 공통접지단자(COM)는 외부로부터 공통접지신호(COM)를 입력받는 데 사용되고, 공급전압단자(VCC)는 공급전압을 입력받는 데 사용된다. 출력단자(OUT(UL), OUT(VL), OUT(WL))는 각각 저압측 스위칭소자를 구동하기 위한 출력신호를 출력시키는 데 이용된다. 저전압 집적회로의 출력단자(OUT(UL), OUT(VL), OUT(WL))로부터 출력된 출력신호는 제4, 제5 및 제6 스위칭소자(121U, 121V, 121W)의 각 게이트로 입력되어 제4, 제5 및 제6 스위칭소자(121U, 121V, 121W)를 턴-온 또는 턴-오프시킨다.The input terminals IN (UL), IN (VL), and IN (WL) of the low voltage integrated circuit 110L are used to receive the U phase, V phase, and W phase input signals on the low voltage side, respectively. The common ground terminal COM is used to receive the common ground signal COM from the outside, and the supply voltage terminal VCC is used to receive the supply voltage. The output terminals OUT (UL), OUT (VL), and OUT (WL) are used to output an output signal for driving the low voltage side switching element, respectively. Output signals output from the output terminals OUT (UL), OUT (VL), and OUT (WL) of the low voltage integrated circuit are input to respective gates of the fourth, fifth, and sixth switching elements 121U, 121V, 121W. To turn on or off the fourth, fifth and sixth switching elements 121U, 121V, 121W.

상기 제4 스위칭소자(121U)의 컬렉터는 제1 스위칭소자(120U)의 에미터와 연결되고, 제5 스위칭소자(121V)의 컬렉터는 제2 스위칭소자(120V)의 에미터와 연결되고, 제6 스위칭소자(121W)의 컬렉터는 제3 스위칭소자(120W)의 에미터와 연결된다. 즉, 각 상의 고압측 및 저압측 스위칭소자는 서로 다른 집적회로에 의해 제어된다. 그리고, 저압측 제4, 제5 및 제6 스위칭소자의 컬렉터와 에미터 사이에도 프리휠링 다이오드(131U, 131V, 131W)가 역병렬로 연결된다.The collector of the fourth switching element 121U is connected to the emitter of the first switching element 120U, the collector of the fifth switching element 121V is connected to the emitter of the second switching element 120V, and The collector of the six switching elements 121W is connected to the emitter of the third switching element 120W. That is, the high voltage side and low voltage side switching elements of each phase are controlled by different integrated circuits. The freewheeling diodes 131U, 131V, and 131W are also connected in parallel between the collectors and the emitters of the low voltage side fourth, fifth, and sixth switching elements.

한편, 본 발명의 상기 고전압 집적회로(110U, 110V, 110W)와 저전압 집적회로(110L)는 스위칭소자들이 불충분한 구동전압 하에서 동작하는 것을 방지하기 위한 저전압 락아웃(Low Voltage Lock Out) 기능을 갖는다. 스위칭소자들을 제어 및 구동하기 위한 구동전압은 모듈의 공급전압단자(VCC)와 공통접지단자(COM) 사이에 연결된 15V의 직류전원으로부터 공급된다. 안정된 동작을 위하여 이 전압은 15V ± 10% 정도로 조절된다. 구동전압(VCC, VBS)이 소정의 저전압 락아웃 레벨보다 낮은 레벨로 떨어질 경우, 고전압 집적회로(110U, 110V, 110W)에 연결된 스위칭소자들(120U, 120V, 120W) 및 저전압 집적회로(110L)에 연결된 스위칭소자들(121U, 121V, 121W)은 입력펄스신호에 상관없이 턴-오프되어 전류가 흐르지 않도록 한다.Meanwhile, the high voltage integrated circuits 110U, 110V, and 110W of the present invention and the low voltage integrated circuit 110L have a low voltage lock out function to prevent the switching devices from operating under insufficient driving voltage. . The driving voltage for controlling and driving the switching elements is supplied from a 15V DC power source connected between the supply voltage terminal VCC and the common ground terminal COM of the module. This voltage is regulated to 15V ± 10% for stable operation. When the driving voltages VCC and VBS fall below a predetermined low voltage lockout level, the switching elements 120U, 120V, and 120W connected to the high voltage integrated circuits 110U, 110V, and 110W and the low voltage integrated circuits 110L. The switching elements 121U, 121V, and 121W connected to are turned off regardless of the input pulse signal to prevent current from flowing.

도 2는 저전압 집적회로의 저전압 락아웃 기능을 설명하기 위하여 도시한 타이밍도로서, (A)는 입력 펄스신호를, (B)는 락아웃 신호를, (C)는 공급전압을, (D)는 스위칭소자의 출력전류를, 그리고 (E)는 폴트-아웃신호를 각각 나타낸다.2 is a timing diagram illustrating a low voltage lockout function of a low voltage integrated circuit, (A) an input pulse signal, (B) a lockout signal, (C) a supply voltage, and (D) Denotes the output current of the switching element, and (E) denotes the fault-out signal, respectively.

먼저, 공급전압(C)이 입력되어 기준전압 이상이 되면(a1) 락아웃 신호(B)가 리세트(reset)되고 폴트아웃신호(E)가 상승한다. 락아웃 신호(B)가 리세트된 상태에서 다음 입력 펄스신호(A)가 입력되면, 저전압 집적회로에 연결된 스위칭소자들이 턴-온되어 전류가 출력되고(a2), 스위칭소자는 입력펄스신호(A)에 따라 스위칭 동작을 한다. 공급전압이 기준레벨 이하로 떨어지면(a3), 락아웃 신호(b)가 세트되고, 폴트아웃신호(E)가 하강한다. 이때, 스위칭소자는 턴-오프되고(a4), 입력펄스신호에 상관없이 공급전압이 기준전압 이상이 될 때(a6)까지 턴-오프 상태를 유지하여 전류가 흐르는 것을 차단한다.First, when the supply voltage C is input and becomes equal to or higher than the reference voltage (a1), the lockout signal B is reset and the faultout signal E rises. When the next input pulse signal A is input while the lockout signal B is reset, the switching elements connected to the low voltage integrated circuit are turned on to output a current (a2), and the switching elements are input pulse signals ( Perform the switching operation according to A). When the supply voltage falls below the reference level (a3), the lockout signal b is set, and the faultout signal E falls. At this time, the switching element is turned off (a4), and maintains the turn-off state until the supply voltage becomes higher than the reference voltage (a6) irrespective of the input pulse signal to block the flow of current.

이러한 이상 동작상태에서의 노이즈(noise)를 제거하기 위하여 필터(filter)가 고전압 집적회로 및 저전압 집적회로 내에 내장될 수 있다. 고전압 집적회로의 경우에도 동일한 방식으로 저전압 락아웃 기능을 하므로, 그 설명을 생략하기로 한다Filters may be embedded in the high voltage integrated circuit and the low voltage integrated circuit to remove noise in the abnormal operation state. In the case of a high voltage integrated circuit, since the low voltage lockout function is performed in the same manner, the description thereof will be omitted.

또한, 상기 저전압 집적회로(110L)에는 단락회로(short circuit)가 형성될 경우 모듈내의 소자를 보호하는 기능이 내장된다. 즉, 저전압 집적회로(110L)는 단락전류단자(CSC)로 입력되는 전압을 모니터링(monitoring)하여 이 전압이 소정의 기준전압(VSC( ref ))을 초과할 경우, 폴트-아웃신호를 발생시키고 저압측 스위칭소자들(121U, 121V, 121W)을 턴-오프시킨다. 이를 위하여 저압측 구동부의 제4, 제5 및 제6 스위칭소자(121U, 121V, 121W)의 에미터는 전류검출을 위한 전류검출단자(NU, NV, NW)와 연결된다.In addition, the low voltage integrated circuit 110L has a function of protecting a device in a module when a short circuit is formed. That is, the low voltage integrated circuit 110L monitors the voltage input to the short-circuit current terminal CSC and generates a fault-out signal when the voltage exceeds the predetermined reference voltage V SC ( ref ) . And turn off the low voltage side switching elements 121U, 121V, 121W. To this end, the emitters of the fourth, fifth and sixth switching elements 121U, 121V, and 121W of the low voltage side driver are connected to current detection terminals N U , N V , and N W for current detection.

또한, 상기 저전압 집적회로(110L)는 소프트-스위칭(soft-switching) 기능을 갖는다. 상기 저전압 집적회로(110L)와 연결된 스위칭소자, 즉 IGBT는 하드 오프(hard off)될 경우 약 100V 정도로 큰 오버-슛(over shoot) 전압을 발생시키기 때문에 소자에 치명적인 영향을 미치게 된다. 하드-오프(hard-off)는 주로 단락회로가 형성될 경우에 발생되는데, 단락회로가 형성될 경우 폴트-아웃단자(VF0)를 통해 마이컴(도시되지 않음)으로 폴트-아웃신호가 전달된다. 마이컴에서는 모듈을 보호하기 위하여 스위칭소자를 턴-오프시키는 명령을 내려 모듈을 셧다운시키게 된다. 이때, 저전압 집적회로(110L) 내에 내장된 보호회로가 활성화되어 상기 스위칭소자가 천천히 오프되도록 하는 소프트-스위칭이 수행된다. 이렇게 소프트-오프가 이루어질 경우에는 오버슛 전압은 30 내지 50V 정도가 된다.In addition, the low voltage integrated circuit 110L has a soft-switching function. The switching device connected to the low voltage integrated circuit 110L, i.e., the IGBT, causes an overshoot voltage as large as about 100V when it is hard off. Hard-off occurs mainly when a short circuit is formed, and when a short circuit is formed, a fault-out signal is transmitted to a microcomputer (not shown) through the fault-out terminal VF0. In order to protect the module, the microcomputer issues a command to turn off the switching device to shut down the module. At this time, a soft-switching is performed to activate the protection circuit embedded in the low voltage integrated circuit 110L so that the switching device is slowly turned off. In this soft-off, the overshoot voltage is about 30 to 50V.

이와 같이, 구동전압이 일정 레벨보다 떨어질 경우 또는 단락회로가 형성되어 과도한 전류가 흐를 경우 스위칭소자들을 턴-오프시키기 때문에 이상동작에 의한 소자의 손상 또는 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 소프트-스위칭 동작이 수행되도록 함으로써 과도한 오버슛전압으로 인해 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있다.As such, when the driving voltage falls below a predetermined level or when a short circuit is formed and excessive current flows, the switching devices are turned off, thereby preventing damage or destruction of the device due to an abnormal operation. In addition, it is possible to prevent the device from being damaged due to excessive overshoot voltage by allowing the soft-switching operation to be performed.

저압측 구동부의 U상 스위칭소자(121U)의 컬렉 터에는 U상 출력단자(U)가 연결되고, 게이트에는 저전압 집적회로(110L)의 U상 출력단자(OUT(UL))가 연결되며, 에미터에는 U상 출력신호의 전류를 검출하는 데 이용되는 U상 전류검출단자(NU)가 연결된다.The U phase output terminal U is connected to the collector of the U phase switching element 121U of the low voltage side driving unit, and the U phase output terminal OUT (UL) of the low voltage integrated circuit 110L is connected to the gate. Is connected to the U-phase current detection terminal N U , which is used to detect the current of the U-phase output signal.

그리고, 저압측 구동부의 V상 스위칭소자(121V)의 컬렉터에는 V상 출력단자(V)가 연결되고, 게이트에는 저전압 집적회로(110L)의 V상 출력단자(OUT(VL))가 연결되며, 에미터에는 V상 출력신호의 전류를 검출하는 데 이용되는 V상 전류검출단자(NV)가 연결된다.The V phase output terminal V is connected to the collector of the V phase switching element 121V of the low voltage side driver, and the V phase output terminal OUT (VL) of the low voltage integrated circuit 110L is connected to the gate. The emitter is connected to a V phase current detection terminal N V which is used to detect the current of the V phase output signal.

마찬가지로, 저압측 구동부의 W상 스위칭소자(121W)의 컬렉터에는 W상 출력단자(W)가 연결되고, 게이트에는 저전압 집적회로(110L)의 W상 출력단자(OUT(WL))가 연결되며, 에미터에는 W상 출력신호의 전류를 검출하는 데 이용되는 W상 전류검출단자(NW)가 연결된다.Similarly, the W phase output terminal W is connected to the collector of the W phase switching element 121W of the low voltage side driver, and the W phase output terminal OUT (WL) of the low voltage integrated circuit 110L is connected to the gate. The emitter is connected to a W phase current detection terminal N W which is used to detect the current of the W phase output signal.

이와 같이 본 발명의 인버터 모듈은 각 상(phase)마다 전류검출을 위한 단자가 마련되어 있기 때문에 U상, V상 및 W상 전류의 검출을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 단락회로가 형성되어 과전류가 발생할 경우 이를 용이하게 검출하여 소자가 파괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 모듈 외부에 과전류 검출을 위한 장치를 별도로 구성하지 않아도 되므로 시스템의 부피를 줄이고, 제조단가를 절감할 수도 있다.As described above, the inverter module of the present invention is provided with terminals for current detection for each phase, thereby facilitating detection of U phase, V phase, and W phase currents. Therefore, when a short circuit is formed and an overcurrent occurs, it can be easily detected to prevent the device from being destroyed. In addition, since the device for detecting the overcurrent outside the module does not need to be configured separately, it is possible to reduce the volume of the system and reduce the manufacturing cost.

한편, 본 발명의 인버터 모듈에는 인버터 모듈의 내부온도를 감지하여 내부 회로를 보호하기 위한 써미스터(thermistor)(140)가 집적된다. 상기 써미스터(140)는 예를 들어 온도가 상승하면 전기저항이 감소하는 특징을 갖는 NTC 써미스터로서, 일 단은 모듈(100) 내부의 온도변화에 따른 전기저항값을 측정할 수 있는 열저항단자(RTH)와 연결되고, 다른 일 단은 해당 전기저항에 따른 전압을 출력하는 열전압단자(VTH)와 연결된다. 상기 써미스터(140)는 인버터 모듈(100) 내부의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 대응되는 전압을 출력한다. 이와 같이 써미스터(140)를 모듈 내에 집적하면 모듈 내부의 온도 변화를 용이하게 파악할 수 있고, 과도한 온도의 변화로 인한 소자의 오동작 또는 파괴를 사전에 방지할 수 있다.On the other hand, the inverter module of the present invention is integrated with a thermistor (thermistor 140) for sensing the internal temperature of the inverter module to protect the internal circuit. The thermistor 140 is, for example, an NTC thermistor having a characteristic in that the electrical resistance decreases when the temperature rises. One end of the thermistor 140 may measure a thermal resistance terminal according to a temperature change in the module 100. R TH ), and the other end is connected to a thermal voltage terminal (V TH ) that outputs a voltage according to the electrical resistance. The thermistor 140 detects a temperature inside the inverter module 100 and outputs a voltage corresponding to the sensed temperature. By integrating the thermistor 140 in the module as described above, it is possible to easily grasp the temperature change inside the module and to prevent the malfunction or destruction of the device due to the excessive temperature change in advance.

또한, 본 발명의 인버터 모듈에 따르면, 고전압 집적회로의 플로팅리턴전압단자(VS)와 모듈의 출력단자(U, V, W)를 연결하는 내부 리드(inner lead)(도면에서 굵은 선으로 표시됨)가 길게 이루어져 있는데, 그 이유는 다음과 같다.In addition, according to the inverter module of the present invention, an inner lead connecting the floating return voltage terminal VS of the high voltage integrated circuit and the output terminals U, V, and W of the module (indicated by a thick line in the drawing). Consists of a long time, for the following reasons.

도 3a는 집적회로(210)와 스위칭소자(220) 사이에 숏 이너 본딩(short inner bonding)이 이루어진 경우의 간략한 회로도이고, 도 3b는 집적회로(210)와 스위칭소자(220) 사이에 롱 이너 본딩(long inner bonding)이 이루어진 경우의 간략한 회로도이다.FIG. 3A is a simplified circuit diagram when short inner bonding is performed between the integrated circuit 210 and the switching device 220, and FIG. 3B is a long inner between the integrated circuit 210 and the switching device 220. This is a simplified circuit diagram when long inner bonding is made.

도 3b에 도시된 바와 같이, 집적회로(210)와 스위칭소자(220)를 연결하는 배선이 존재하면 두 소자 사이에 기생 인덕턴스(stray inductance)(LS)가 형성된다. 이러한 경우에, 예를 들어 단락회로(short circuit)가 발생하면, 스위칭소자(220)인 IGBT에는 IGBT의 정격치보다 10배 이상의 큰 전류가 흐를 수 있다. 이때 IGBT의 컬렉터에 흐르는 전류(IC)는 게이트-에미터 간 전압(Vge)에 대응해서 증가된다. 그러나, 도 3b에 도시된 바와 같이, 롱 이너 본딩에 의해 집적회로(210)와 IGBT(220)가 연결되어 있을 경우, 기생 인덕턴스(LS)에 유도된 전압이 IGBT의 컬렉터 전류의 기울기(di/dt)를 감소시키게 된다. 따라서, 과도한 크기의 전류가 IGBT에 급격하게 유입되는 것을 방지하여 소자의 오동작을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 3B, when a wiring connecting the integrated circuit 210 and the switching device 220 exists, a parasitic inductance L S is formed between the two devices. In this case, for example, when a short circuit occurs, a current 10 times larger than the rated value of the IGBT may flow through the IGBT, which is the switching element 220. At this time, the current I C flowing in the collector of the IGBT is increased corresponding to the gate-emitter voltage Vge. However, as shown in FIG. 3B, when the integrated circuit 210 and the IGBT 220 are connected by long inner bonding, the voltage induced in the parasitic inductance L S is the slope of the collector current of the IGBT. / dt). Therefore, it is possible to prevent the excessively large current flowing into the IGBT to prevent malfunction of the device.

도 4는 도 1의 3상 인버터 회로의 모듈에서의 핀 배치를 나타내는 외형도로서, 각 핀의 명칭은 도 1에 도시된 단자의 명칭과 대응된다. 도 4를 참조하면, 인버터 모듈(300)의 좌측에는, 위로부터 저압측에 대한 공급전압단자(VCC (L)), 공통접지단자(COM(L)), 입력단자(IN( UL ), IN( VL ), IN( WL )), 폴트아웃-단자(VFO), 폴트-아웃 듀레이션 단자(CFOD) 및 단락전류단자(CSC)가 차례로 배치된다. 이어서, 고압측 구동부의 U상에 대한 플로팅리턴전압단자(VS (U)), 입력단자(IN( UH )), 전압공급단자(VCC ( UH )), 플로팅전압단자(VB(U))가 차례로 배치되고, 고압측 구동부의 V상에 대한 플로팅리턴전압단자(VS (V)), 입력단자(IN( VH )), 고압측 공통접지단자(COM(H)), 전압공급단자(VCC ( VH )), 플로팅전압단자(VB(V))가 배치되고, 고압측 구동부의 W상에 대한 플로팅리턴전압단자(VS (W)), 입력단자(IN( WH )), 전압공급단자(VCC ( WH )) 및 플로팅전압단자(VB(W))가 차례로 배치된다.FIG. 4 is an external view showing pin arrangement in the module of the three-phase inverter circuit of FIG. 1, wherein the names of the pins correspond to the names of the terminals shown in FIG. 1. 4, on the left side of the inverter module 300, the supply voltage terminal V CC (L ), the common ground terminal COM (L ), the input terminal IN ( UL ) IN ( VL ) , IN ( WL ) , fault-out terminal (V FO ), fault-out duration terminal (C FOD ), and short-circuit current terminal (C SC ) are arranged in this order. Then, the high-pressure floating return voltage terminal (V S (U)) for the U phase on the side driving section, an input terminal (IN (UH)), a voltage supply terminal (V CC (UH)), the floating voltage terminal (V B (U ) ) Are arranged in sequence, floating return voltage terminal (V S (V) ), input terminal (IN ( VH ) ), high voltage side common ground terminal (COM (H) ), The terminal V CC ( VH ) and the floating voltage terminal V B (V) are arranged, and the floating return voltage terminal V S (W ) and the input terminal IN ( WH ) with respect to the W phase of the high-voltage side driving unit . ), The voltage supply terminal V CC ( WH ) and the floating voltage terminal V B (W ) are arranged in this order.

그리고, 인버터 모듈 패키지의 우측에는, 위로부터 열전압 검출단자(VTH), 열저항 검출단자(RTH), U상 전류검출단자(NU), V상 전류검출단자(NV), W상 전류검출단자(NW), U상 출력신호단자(U), V상 출력신호단자(V), W상 출력신호단자(W) 및 모터 구동용 전원단자(P)가 순서대로 배치된다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 인버터 모듈은 핀(220)들이 패키지(310)의 양 측면으로 배치되는 듀얼 인라인 패키지(Dual Inline Package; DIP) 구조로 되어 있다.On the right side of the inverter module package, the thermal voltage detection terminal (V TH ), the thermal resistance detection terminal (R TH ), the U-phase current detection terminal (N U ), the V-phase current detection terminal (N V ), and W from above. The phase current detection terminal N W , the U phase output signal terminal U, the V phase output signal terminal V, the W phase output signal terminal W, and the motor driving power supply terminal P are arranged in this order. As shown, the inverter module of the present invention has a dual inline package (DIP) structure in which pins 220 are disposed on both sides of the package 310.

도 5는 일 실시예에 따른 고집적 파워 모듈 패키지를 나타내 보인 단면도이다. 도 5를 참조하면, 디비씨(Direct Bonding Copper; DBC) 기판(410)이 제1 높이로 배치된다. 디비씨 기판(410) 위에는 전력용소자(420)가 배치되고, 이와 이격되어 제어기판, 예컨대 리드프레임(430) 위에 제어회로 부품(440)이 배치된다. 리드프레임(430)은 디비씨 기판(410)이 배치되는 제1 높이보다 상대적으로 높은 제2 높이로 배치된다. 나머지 공간에는 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound; EMC)와 같은 몰딩재료(450)가 채워지고, 몰딩재료(450)의 양측면으로 외부 리드(470)들이 배치된다. 몰딩재료(450)는 디비씨 기판(410)의 바닥면만 외부로 노출되도록 배치된다. 외부리드(470)는 디비씨 기판(410) 및 리드프레임(430)에 각각 연결된다.5 is a cross-sectional view illustrating a highly integrated power module package according to an embodiment. Referring to FIG. 5, a Direct Bonding Copper (DBC) substrate 410 is disposed at a first height. The power device 420 is disposed on the DC substrate 410, and the control circuit component 440 is disposed on the controller board, for example, the lead frame 430, spaced apart from the power substrate 420. The lead frame 430 is disposed at a second height that is relatively higher than a first height at which the substrate 410 is disposed. The remaining space is filled with a molding material 450 such as an epoxy molding compound (EMC), and external leads 470 are disposed on both sides of the molding material 450. The molding material 450 is disposed to expose only the bottom surface of the substrate 410 to the outside. The external lead 470 is connected to the substrate 410 and the lead frame 430, respectively.

상기 전력용소자(420)는, 예를 들어 IGBT 또는 모스펫(MOSFET)과 같은 스위칭소자(421)와, 프리휠링 다이오드(422) 및 써미스터(423)가 될 수 있으며, 상기 제어회로부품(440)은 예를 들어 고전압 또는 저전압 집적회로가 될 수 있다. 제어회로부품(440)이 탑재된 리드프레임(430)과 전력용소자(420)는 내부리드(460)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 일 예에서 내부리드(460)로는 전도성이 좋은 알루미늄 와이어(Al wire)(460)가 사용된다. 상기 DBC 기판(410)은 절연내압이 우수하고 열전도성이 우수하며, 그 바닥면이 외부로 노출되어 있기 때문에 소자에서 발생되는 열을 패키지 외부로 효과적으로 방출할 수 있다.The power device 420 may be, for example, a switching device 421 such as an IGBT or a MOSFET, a freewheeling diode 422 and a thermistor 423, and the control circuit component 440. May be a high voltage or low voltage integrated circuit, for example. The lead frame 430 on which the control circuit component 440 is mounted and the power device 420 are electrically connected to each other by the inner lead 460. In one example, the inner lead 460 may be an Al wire 460 having good conductivity. Since the DBC substrate 410 has excellent insulation breakdown voltage and excellent thermal conductivity, and the bottom surface thereof is exposed to the outside, the DBC substrate 410 may effectively release heat generated from the device to the outside of the package.

400...고집적 파워 모듈 패키지 410...디비씨 기판
420...전력용소자 430...리드플레임
440...제어회로부품 450...몰딩재료
460...내부리드 470...외부리드400 ... Integrated Power Module Package ... 410 PCB Board
420 ... Power Devices 430 ... Lead Flame
440 Control circuit components 450 Molding material
460 ... inside lead 470 ... outside lead

Claims (9)

제1 높이로 배치되는 디비씨(DBC) 기판;
상기 디비씨 기판의 상부면에서 일단은 열저항을 측정하는 단자와 연결되고 다른 단자는 열전압을 측정하는 단자와 연결되어, 패키지 내부의 온도에 대응되는 신호를 출력하는 써미스터를 포함하는 전력용 소자;
상기 디비씨 기판과 이격되면서 상기 디비씨 기판의 제1 높이보다 높은 제2 높이로 배치되며, 상부에 제어회로 부품이 설치된 제어기판;
상기 디비씨 기판 및 제어기판에 각각 연결되는 외부리드; 및
상기 디비씨 기판, 전력용 소자, 써미스터, 및 제어기판을 덮으면서 상기 외부리드는 노출시키는 몰딩재료를 포함하는 고집적 파워 모듈 패키지.A DBC substrate disposed at a first height;
One end of the DC substrate is connected to the terminal for measuring the thermal resistance and the other terminal is connected to the terminal for measuring the thermal voltage, the power device including a thermistor for outputting a signal corresponding to the temperature inside the package ;
A control board spaced apart from the DC substrate and disposed at a second height higher than the first height of the DC substrate, and having a control circuit component installed thereon;
External leads connected to the DC substrate and the control board, respectively; And
And a molding material covering the DC substrate, the power device, thermistor, and the controller board to expose the external lead. 제1 높이로 배치되는 디비씨(DBC) 기판;
상기 디비씨 기판의 상부면에 배치되며, 패키지 내부의 온도에 대응되는 신호를 출력하는 써미스터를 포함하는 전력용 소자;
상기 디비씨 기판과 이격되면서 상기 디비씨 기판의 제1 높이보다 높은 제2 높이로 배치되며, 상부에 제어회로 부품이 설치된 제어기판;
상기 디비씨 기판 및 제어기판에 각각 연결되는 외부리드; 및
상기 디비씨 기판, 전력용 소자, 써미스터, 및 제어기판을 덮으면서 상기 외부리드는 노출시키는 몰딩재료를 포함하고,
상기 전력용 소자는, 3상 부하(3-phase load)를 구동하기 위한 3상 인버터 회로로서,
상기 3상 부하에 U상 출력신호를 발생시키기 위한 제1 및 제2 스위칭소자;
상기 3상 부하에 V상 출력신호를 발생시키기 위한 제3 및 제4 스위칭소자; 및
상기 3상 부하에 W상 출력신호를 발생시키기 위한 제5 및 제6 스위칭소자를 포함하고,
상기 제어회로 부품은,
상기 제1 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 상기 제1 스위칭소자와 연결되는 제1 고전압 집적회로;
상기 제3 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 상기 제3 스위칭소자와 연결되는 제2 고전압 집적회로;
상기 제5 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 상기 제5 스위칭소자와 연결되는 제3 고전압 집적회로; 및
상기 제2, 제4, 및 제6 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 저전압 집적회로를 포함하는 고집적 파워 모듈 패키지.A DBC substrate disposed at a first height;
A power device disposed on an upper surface of the DC substrate and including a thermistor configured to output a signal corresponding to a temperature inside the package;
A control board spaced apart from the DC substrate and disposed at a second height higher than the first height of the DC substrate, and having a control circuit component installed thereon;
External leads connected to the DC substrate and the control board, respectively; And
The external substrate covering the DC substrate, the power device, thermistor, and the control board and including a molding material to expose the external substrate,
The power device is a three-phase inverter circuit for driving a three-phase load,
First and second switching elements for generating a U-phase output signal to the three-phase load;
Third and fourth switching elements for generating a V-phase output signal to the three-phase load; And
Fifth and sixth switching elements for generating a W-phase output signal to the three-phase load,
The control circuit component,
A first high voltage integrated circuit controlling a switching operation of the first switching device and connected to the first switching device;
A second high voltage integrated circuit controlling a switching operation of the third switching device and connected to the third switching device;
A third high voltage integrated circuit controlling a switching operation of the fifth switching device and connected to the fifth switching device; And
And a low voltage integrated circuit for controlling switching operations of the second, fourth and sixth switching elements. 제1 높이로 배치되는 디비씨(DBC) 기판;
상기 디비씨 기판의 상부면에 배치되며, 패키지 내부의 온도에 대응되는 신호를 출력하는 써미스터를 포함하는 전력용 소자;
상기 디비씨 기판과 이격되면서 상기 디비씨 기판의 제1 높이보다 높은 제2 높이로 배치되며, 상부에 제어회로 부품이 설치된 제어기판;
상기 디비씨 기판 및 제어기판에 각각 연결되는 외부리드; 및
상기 디비씨 기판, 전력용 소자, 써미스터, 및 제어기판을 덮으면서 상기 외부리드는 노출시키는 몰딩재료를 포함하고,
상기 전력용 소자는,
3상 부하에 U상 출력신호를 발생시키기 위한 제1 및 제2 스위칭소자;
상기 3상 부하에 V상 출력신호를 발생시키기 위한 제3 및 제4 스위칭소자; 및
상기 3상 부하에 W상 출력신호를 발생시키기 위한 제5 및 제6 스위칭소자를 포함하고,
상기 제어회로 부품은,
상기 제1 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 상기 제1 스위칭소자와 연결되는 제1 고전압 집적회로;
상기 제3 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 상기 제3 스위칭소자와 연결되는 제2 고전압 집적회로;
상기 제5 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하며, 상기 제5 스위칭소자와 연결되는 제3 고전압 집적회로; 및
상기 제2, 제4, 및 제6 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 저전압 집적회로를 포함하는 고집적 파워 모듈 패키지.A DBC substrate disposed at a first height;
A power device disposed on an upper surface of the DC substrate and including a thermistor configured to output a signal corresponding to a temperature inside the package;
A control board spaced apart from the DC substrate and disposed at a second height higher than the first height of the DC substrate, and having a control circuit component installed thereon;
External leads connected to the DC substrate and the control board, respectively; And
The external substrate covering the DC substrate, the power device, thermistor, and the control board and including a molding material to expose the external substrate,
The power device,
First and second switching elements for generating a U-phase output signal to the three-phase load;
Third and fourth switching elements for generating a V-phase output signal to the three-phase load; And
Fifth and sixth switching elements for generating a W-phase output signal to the three-phase load,
The control circuit component,
A first high voltage integrated circuit controlling a switching operation of the first switching device and connected to the first switching device;
A second high voltage integrated circuit controlling a switching operation of the third switching device and connected to the third switching device;
A third high voltage integrated circuit controlling a switching operation of the fifth switching device and connected to the fifth switching device; And
And a low voltage integrated circuit for controlling switching operations of the second, fourth and sixth switching elements. 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제4, 제5, 및 제6 스위칭소자의 일측 단자와 각각 연결되어 상기 제4, 제5, 및 제6 스위칭소자에 흐르는 출력 전류를 검출하기 위한 전류검출단자를 더 포함하는 고집적 파워 모듈 패키지.The method according to claim 2 or 3,
The integrated power module package further includes a current detecting terminal connected to one terminal of the fourth, fifth, and sixth switching elements, respectively, for detecting an output current flowing through the fourth, fifth, and sixth switching elements. . 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 내지 제6 스위칭소자는, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 또는 모스펫(MOSFET)인 고집적 파워 모듈 패키지.The method according to claim 2 or 3,
The first to sixth switching elements are insulated gate bipolar transistors (IGBTs) or MOSFETs (MOSFETs). 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서,
상기 전력용소자 및 제어기판을 전기적으로 서로 연결해주는 내부리드를 더 포함하는 고집적 파워 모듈 패키지The method according to claim 1, 2 or 3,
Highly integrated power module package further comprises an internal lead for electrically connecting the power device and the control board to each other 제6항에 있어서,
상기 내부리드는 와이어로 이루어지는 고집적 파워 모듈 패키지.The method according to claim 6,
The inner lead is a high power module package consisting of a wire. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서,
상기 몰딩재료는 디비씨 기판의 바닥면만 외부로 노출되도록 배치되는 고집적 파워 모듈 패키지.The method according to claim 1, 2 or 3,
The molding material is a highly integrated power module package is disposed so that only the bottom surface of the PCB substrate to the outside. 삭제delete
KR1020130059455A 2013-05-27 2013-05-27 High integrated power module package KR101366588B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130059455A KR101366588B1 (en) 2013-05-27 2013-05-27 High integrated power module package

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130059455A KR101366588B1 (en) 2013-05-27 2013-05-27 High integrated power module package

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060124914A Division KR20080053020A (en) 2006-12-08 2006-12-08 Three-phase inverter circuit and integrated power module having the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130073029A KR20130073029A (en) 2013-07-02
KR101366588B1 true KR101366588B1 (en) 2014-02-25

Family

ID=48987560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130059455A KR101366588B1 (en) 2013-05-27 2013-05-27 High integrated power module package

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101366588B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110601557A (en) * 2018-06-13 2019-12-20 重庆美的制冷设备有限公司 High-integration intelligent power module and electrical equipment

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030077203A (en) * 2002-03-25 2003-10-01 페어차일드코리아반도체 주식회사 Semiconductor power module and method for fabricating the same
KR20060006817A (en) * 2003-04-22 2006-01-19 후지츠 히다찌 플라즈마 디스플레이 리미티드 Plasma display and power module

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030077203A (en) * 2002-03-25 2003-10-01 페어차일드코리아반도체 주식회사 Semiconductor power module and method for fabricating the same
KR20060006817A (en) * 2003-04-22 2006-01-19 후지츠 히다찌 플라즈마 디스플레이 리미티드 Plasma display and power module

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130073029A (en) 2013-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9685879B2 (en) Power semiconductor module and power conversion device
US9555828B2 (en) Electronic control unit and electric power steering apparatus having the same
US7538587B2 (en) Power semiconductor device
US5608595A (en) Semiconductor power module and power conversion device
US7274243B2 (en) Adaptive gate drive for switching devices of inverter
US7414867B2 (en) Power conversion device
KR101340966B1 (en) 3 phase inverter module, motor driving apparatus using the same, and inverter integrated circuit package
JP4892032B2 (en) Power converter
Otsuki et al. Trends and opportunities in intelligent power modules (IPM)
WO2014064822A1 (en) Power semiconductor module, and power conversion device provided with same
JP7205091B2 (en) semiconductor equipment
KR20150039155A (en) Three-phase inverter package
KR101366588B1 (en) High integrated power module package
Sargos IGBT Power Electronics Teaching System Principle for sizing power converters
JP4904851B2 (en) Semiconductor device with overvoltage protection circuit
JP2019022253A (en) Semiconductor driving device, and three-phase ac inverter mounted with the same
KR20080053020A (en) Three-phase inverter circuit and integrated power module having the same
KR20140022933A (en) Three-phase inverter package
KR20080053019A (en) Three-phase inverter circuit and integrated power module having the same
Ghimire et al. A real time V ce measurement issues for high power IGBT module in converter operation
KR101280426B1 (en) Three-phase inverter circuit and power module having the same
CN107196273B (en) Comprehensive protection circuit, comprehensive protection device and plastic packaging device
Jeong et al. The Optimized Gate Driver Design Techniques for IGBT Properties and Downsizing in Eco-Friendly Vehicle
JP6686721B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
Lee et al. New SMD-IPM: Explore How to Make Low-Power Inverter Design More Compact and Cost-efficient

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170117

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180212

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190207

Year of fee payment: 6