KR101388806B1 - 전력 모듈 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 전력 모듈 패키지에 관한 것으로서, 다면체 형태로 형성된 메탈 재질의 바디부재; 바디부재 상에 실장된 반도체 소자; 및 바디부재의 모서리 영역에 메탈 재질로 형성된 블럭부재;를 포함할 수 있다.

Description

전력 모듈 패키지{POWER MODULE PACKAGE}
본 발명은 전력 모듈 패키지에 관한 것이다.
전 세계적으로 에너지 사용량이 증대됨에 따라, 에너지의 효율적인 사용 및 환경 보호를 위해 가전용, 산업용 등 용도에 인버터(Inverter)와 같은 전력변환장치의 채용이 증대되고 있다.
인버터의 채용 증대와 함께 주목받고 있는 특허문헌 1을 비롯한 IPM(Intelligent Power Module)은 인버터에서 DC 정류 및 AC 변환의 기능을 수행하는 핵심 부품으로 냉장고, 세탁기, 에어컨 등과 같은 가전용 어플리케이션부터 산업용 모터 등의 산업용 어플리케이션, HEV(Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle) 등 차세대 어플리케이션에 적용될 수 있다.
한편, 일반적인 IPM의 경우 패키지 설계가 완료된 이후에는 기본 구조의 형태 변경이 어렵기 때문에 전기용량의 변경이 용이하지 않으며, 전력변환 과정에서 발생하는 발열을 제거하기 위하여 방열을 위한 별도의 금속 소재의 기판이나 방열 장치를 장착해야 하는 문제점이 발생한다.
US 7,208,819 B
본 발명의 일 측면은 전기용량 변경이 용이하고 방열 특성이 향상된 전력 모듈 패키지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는,
다면체 형태로 형성된 메탈 재질의 바디부재;
상기 바디부재 상에 실장된 반도체 소자; 및
상기 바디부재의 모서리 영역에 메탈 재질로 형성된 블럭부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 바디부재는 반도체 소자의 비실장면 중 일면 및 타면을 관통하는 냉각부재 장착용 홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 냉각부재 장착용 홀에 삽입되게 형성된 메탈 재질의 냉각부재;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 반도체 소자가 복수 개인 경우,
상기 바디부재는 상기 복수 개의 반도체 소자를 실장할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 바디부재와 상기 블럭부재의 경계면에 형성된 절연층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 반도체 소자와 상기 블럭부재를 연결하는 와이어;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 블럭부재는 길이방향을 기준으로 양측면에 각각 형성된 체결부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 체결부는,
돌출형 체결부와 상기 돌출형 체결부에 대응되는 함몰형 체결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 바디부재가 복수 개인 경우,
상기 복수 개의 바디부재는 상기 블럭부재의 체결부를 통해 서로 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 반도체 소자 및 상기 블럭부재를 포함하여 상기 바디부재의 외면을 감싸도록 형성된 몰딩부재;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 다면체 형태로 형성되되, 일면 및 타면을 관통하는 냉각부재 장착용 홀이 형성된 메탈재질의 바디부재;
상기 바디부재 상에 실장된 반도체 소자; 및
상기 냉각부재 장착용 홀에 삽입되게 형성된 메탈 재질의 냉각부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 바디부재의 모서리 영역에 메탈 재질로 형성된 블럭부재;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 블럭부재는 길이방향을 기준으로 양측면에 각각 형성된 체결부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 체결부는,
돌출형 체결부와 상기 돌출형 체결부에 대응되는 함몰형 체결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 바디부재가 복수 개인 경우, 상기 복수 개의 바디부재는 상기 블럭부재의 체결부를 통해 서로 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 바디부재와 상기 블럭부재의 경계면에 형성된 절연층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 반도체 소자와 상기 블럭부재를 연결하는 와이어;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는, 상기 반도체 소자가 복수 개인 경우, 상기 바디부재는 상기 복수 개의 반도체 소자를 실장할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지는 바디부재 상에 다수의 반도체 소자를 실장하는 것이 가능하기 때문에, 반도체 소자의 실장 효율을 극대화시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 바디부재에 복수의 반도체 소자를 실장하거나, 또는 바디부재를 다수 개 결합하는 것이 가능하기 때문에, 전력 모듈 패키지의 전기 용량을 변경하는 것이 용이 하다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지는 바디부재와 냉각부재를 일체형으로 구현하는 것이 가능하기 때문에, 별도의 방열 모듈을 생략할 수 있고, 이로 인해 패키지의 소형화를 추구할 수 있다는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 상세하게 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 전력 모듈 패키지에 몰딩부재가 형성된 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 블럭부재를 상세하게 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 복수의 바디부재가 결합된 예시를 나타내는 도면.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
전력 모듈 패키지
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지의 구성을 상세하게 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 전력 모듈 패키지에 몰딩부재가 형성된 구성을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 블럭부재를 상세하게 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 복수의 바디부재가 결합된 예시를 나타내는 도면이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 전력 모듈 패키지(100)는 다면체 형태로 형성된 메탈 재질의 바디부재(110), 바디부재(110) 상에 실장된 반도체 소자(120) 및 바디부재(110)의 모서리 영역에 메탈 재질로 형성된 블럭부재(130)를 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자(120)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 다이오드(Diode) 등과 같이 발열량이 큰 전력소자일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
바디부재(110)는 반도체 소자(120)의 비실장면 중 일면 및 타면을 관통하는 냉각부재 장착용 홀(111)이 형성될 수 있다.
즉, 바디부재(110)는 다면체 형태로 형성되되, 일면 및 타면을 관통하는 냉각부재 장착용 홀(111)이 형성될 수 있다는 것이다.
또한, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 전력 모듈 패키지(100)는 냉각부재 장착용 홀(111)에 삽입되게 형성된 메탈 재질의 냉각부재(150)를 더 포함할 수 있다.
이때, 냉각부재(150)는 방열 특성을 향상시킬 수 있는 메탈 재질이면 모두 적용하는 것이 가능하다.
상술한 바디부재(110)는 복수 개일 수 있다.
도 4에서 도시하는 바와 같이, 냉각부재(150)는 다수의 바디부재(110) 각각에 형성된 냉각부재 장착용 홀(111)에 삽입되는 형태로 장착되기 때문에, 다수의 바디부재(110)를 결합시키는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 냉각부재(150)는 방열 특성이 우수한 메탈 재질로 형성되기 때문에, 반도체 소자(120)로부터의 발열을 제거하여 전력 모듈 패키지(100)의 방열 특성을 향상시킬 수 있다는 것이다.
일반적으로 전력 모듈 패키지는 방열을 위해 반도체 소자가 실장된 기판 하부에 별도의 구성인 히트싱크(Heatsink) 등을 구성하기 때문에 방열을 위한 면적을 확보해야 하는데, 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지(100)는 바디부재(110)에 삽입되는 형태로 냉각부재(150)가 형성되기 때문에, 방열을 위한 면적 확보를 생략할 수 있어 전력 모듈 패키지의 소형화 및 집적도를 향상시킬 수 있다.
이에 더하여, 냉각부재(150)는 메탈 재질로 이루어져 전력 모듈 패키지(100) 내에서 전기적 연결 기능을 수행할 수 있다.
도 4에서 도시하는 바와 같이, 바(Bar) 형태의 냉각부재(150)는 다수의 바디부재(110)를 결합시켜 이웃하는 바디부재(110)에 실장된 반도체 소자(120)와 병렬로 전기적 연결이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
즉, 냉각부재(150)와 블럭부재(130)는 다수의 바디부재(110)를 결합시키는 역할을 수행하는 동시에 전기적 연결 기능을 수행하는 것이다.
이때, 냉각부재(150)와 블럭부재(130) 각각에 인가되는 전압은 운용자에 필요에 따라 + 또는 - 를 선택적으로 적용할 수 있다.
이러한 구조로 인해, 본 발명의 전력 모듈 패키지(100)는 용량 변경이 용이하다는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
예를 들어, 운용자의 필요에 따라 전력 모듈 패키지(100)의 용량을 늘리기 위해서는 바디부재(110)를 추가 결합하고, 반대로 용량을 줄이기 위해서는 결합된 바디부재(110)를 제거하는 것이다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 전력 모듈 패키지(100)는 반도체 소자(120) 및 블럭부재(130)를 포함하여 바디부재(110)의 외면을 감싸도록 형성된 몰딩부재(160)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 4에서는 설명의 편의를 위해 몰딩부재(160)를 생략하여 도시하였으나, 도 2와 같이 바디부재(110)의 외면을 감싸는 몰딩부재(160)가 형성된 상태에서 다수의 바디부재(110)가 결합되는 것은 자명하다 할 것이다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 반도체 소자(120)는 복수 개일 수 있다.
이때, 바디부재(110)는 복수 개의 반도체 소자(120)를 실장할 수 있다.
예를 들어, 바디부재(110)는 모서리 영역에 형성된 블럭부재(130)를 포함하여 정육면체 형태로 형성되어, 정육면체 각각의 면 중 냉각부재 장착용 홀(111)이 형성된 면을 제외한 모든 면에 반도체 소자(120)를 실장할 수 있다.
상술한 구조로 인해, 전력 모듈 패키지(100)에서 반도체 소자(120)를 실장할 수 있는 면적을 확보할 수 있어 반도체 소자(120)의 실장 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 전력 모듈 패키지(100)는 바디부재(110)와 블럭부재(130)의 경계면에 형성된 절연층(113)을 더 포함할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 절연층(113)은 메탈 재질로 이루어진 바디부재(110)와 블럭부재(130)가 접촉하는 면에 형성되어 서로 간에 발생할 수 있는 쇼트(Short) 현상을 미연에 방지하는 것이다.
또한, 전력 모듈 패키지(100)는 반도체 소자(120)와 블럭부재(130)를 연결하는 와이어(140)를 더 포함할 수 있다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 블럭부재(130)는 바디부재(110)의 모서리 영역에 형성되되, 바디부재(110)의 반도체 소자(120) 실장면의 양측면에 해당하는 모서리 영역에 형성될 수 있다.
즉, 블럭부재(130)는 바디부재(110)의 반도체 소자(120)의 실장면을 기준으로 반도체 소자(120)와 전기적인 연결을 수행할 수 있도록 양측면에 형성되는 것이다.
블럭부재(130)는 반도체 소자(120)와 와이어(140)를 통해 전기적인 연결을 수행할 수 있는 것이다.
또한, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 블럭부재(130)는 길이방향을 기준으로 양측면에 각각 형성된 체결부(131a, 131b)를 더 포함할 수 있다.
이때, 체결부(131a, 131b)는 돌출형 체결부(131a)와 돌출형 체결부(131a)에 대응되는 함몰형 체결부(131b)를 포함할 수 있고, 이에 한정되지 않으며, 운용자의 필요에 따라 체결 가능한 다양한 형태의 체결부를 적용하는 것이 가능하다.
상술한 돌출형 체결부(131a)와 함몰형 체결부(131b)는 서로 결합이 가능할 수 있도록 사이즈 및 형태가 서로 상응할 수 있다.
여기서 말하는 상응이라는 의미는 돌출형 체결부(131a) 또는 함몰형 체결부(131b)의 변경에 대응하여 결합될 돌출형 체결부(131a) 또는 함몰형 체결부(131b)의 사이즈 및 형태가 동일하도록 하는 것을 의미한다.
다만, 여기서 동일의 의미는 수학적인 의미에서 정확하게 동일한 치수의 두께를 의미하는 것은 아니며, 설계오차, 제조오차, 측정오차 등을 감안하여 실질적으로 동일함을 의미하는 것이다.
도 4와 같이, 바디부재(110)는 복수 개일 수 있다.
이때, 복수 개의 바디부재(110)는 블럭부재(130)의 체결부(131a, 131b)를 통해 서로 물리적으로 결합되며, 전기적으로도 연결되는 것이다.
한편, 블럭부재(130)는 체결부(131a, 131b) 구성을 생략하고, 접착제를 통해 다수의 블럭부재(130)를 결합하는 것도 가능하다. 이때, 접착제는 블럭부재(130) 간의 전기적 연결을 위해 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
일반적인 전력 모듈 패키지는 제조 후, 운용자의 필요에 따라 용량 변경이 어려우나, 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈 패키지(100)는 바디부재(110) 상에 복수의 반도체 소자(120)를 실장하는 것이 가능하고, 이러한 바디부재(110)를 물리적 및 전기적으로 복수 개 결합시키는 것 또한 가능하기 때문에, 운용자의 필요에 따라 반도체 소자(120)를 증감시키거나, 또는 바디부재(110)를 증감시켜 용량을 용이하게 변경할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 전력 모듈 패키지
110 : 바디부재
111 : 냉각부재 장착용 홀
113 : 절연층
120 : 반도체 소자
130 : 블럭부재
131a, 131b : 체결부
140 : 와이어
150 : 냉각부재
160 : 몰딩부재

Claims (18)

  1. 다면체 형태로 형성된 메탈 재질의 바디부재;
    상기 바디부재 상에 실장된 반도체 소자; 및
    상기 바디부재의 모서리 영역에 메탈 재질로 형성되며, 길이방향을 기준으로 양측면에 각각 형성된 체결부를 포함하는 블럭부재;
    를 포함하며, 상기 바디부재가 복수 개인 경우 상기 복수 개의 바디부재는 상기 블럭부재의 체결부를 통해 서로 결합되는 전력 모듈 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디부재는 상기 반도체 소자의 비실장면 중 일면 및 타면을 관통하는 냉각부재 장착용 홀이 형성된 전력 모듈 패키지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각부재 장착용 홀에 삽입되게 형성된 메탈 재질의 냉각부재;
    를 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 반도체 소자가 복수 개인 경우,
    상기 바디부재는 상기 복수 개의 반도체 소자를 실장하는 전력 모듈 패키지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디부재와 상기 블럭부재의 경계면에 형성된 절연층;
    을 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 소자와 상기 블럭부재를 연결하는 와이어;
    를 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 소자 및 상기 블럭부재를 포함하여 상기 바디부재의 외면을 감싸도록 형성된 몰딩부재;
    를 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
  11. 다면체 형태로 형성되되, 일면 및 타면을 관통하는 냉각부재 장착용 홀이 형성된 메탈재질의 바디부재;
    상기 바디부재 상에 실장된 반도체 소자;
    상기 냉각부재 장착용 홀에 삽입되게 형성된 메탈 재질의 냉각부재; 및
    상기 바디부재의 모서리 영역에 메탈 재질로 형성되며, 길이방향을 기준으로 양측면에 각각 형성된 체결부를 포함하는 블럭부재; 를 포함하며, 상기 바디부재가 복수 개인 경우 상기 복수 개의 바디부재는 상기 블럭부재의 체결부를 통해 서로 결합되는 전력 모듈 패키지.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 체결부는,
    돌출형 체결부와 상기 돌출형 체결부에 대응되는 함몰형 체결부를 포함하는 전력 모듈 패키지.
  15. 삭제
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 바디부재와 상기 블럭부재의 경계면에 형성된 절연층;
    을 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 반도체 소자와 상기 블럭부재를 연결하는 와이어;
    를 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 반도체 소자가 복수 개인 경우,
    상기 바디부재는 상기 복수 개의 반도체 소자를 실장하는 전력 모듈 패키지.
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