KR101508467B1 - 히트 싱크가 결합된 반도체 모듈 - Google Patents

Abstract

히트 싱크가 결합된 반도체 모듈은 하부면에 하부 방향으로 돌출된 길이 방향의 체결 수단을 형성한 반도체 모듈; 및 상기 반도체 모듈의 하부면과 맞닿도록 평판 형태의 접촉면―상기 접촉면의 일측에는 상기 반도체 모듈의 체결 수단이 삽입되어 결합하는 고정용 홀이 형성됨―을 포함하는 일정 두께의 상단부와, 상기 상단부의 하부에 형성되어 막대 형태로 길이 방향의 방열핀이 일정 간격을 두고 복수개 형성된 하단부를 포함하는 히트 싱크를 포함하며, 상기 반도체 모듈의 체결 수단이 상기 히트 싱크의 고정용 홀로 삽입되면, 상기 체결 수단과 상기 고정용 홀의 결합에 의해 상기 반도체 모듈이 상기 히트 싱크에 고정되는 히트 싱크가 결합된 반도체 모듈이 상기 히트 싱크에 고정된다.

Description

히트 싱크가 결합된 반도체 모듈{Semicoductor Module for Combining Heat Sink}

본 발명은 히트 싱크가 결합된 반도체 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지는 하나 또는 복수의 반도체칩을 리드 프레임 내에 있는 칩패드 위에 탑재한 후 몰딩 부재로, 예를 들면 EMC(Epoxy Molding Compound)로 밀봉하여 내부를 보호한 후, 인쇄 회로 기판에 실장하여 사용된다.

가전용/산업용 제품의 반도체 모듈은 모듈의 고집적화, 고용량화, 소형화를 요구하는 추세이다. 이러한 추세는 필수적으로 전자 부품의 내부의 발열 심화를 야기하여 모듈 전체의 성능, 소자의 전기적인 특성 및 신뢰성을 저하한다.

따라서, 전력용 반도체 모듈은 내부의 열을 외부로 방출시키기 위하여 반도체 모듈과 히트 싱크를 결합하는 것이 일반적이다.

하기의 선행기술 문헌에 기재된 특허 문헌은 종래 기술에 따른 전력용 반도체 모듈과 히트 싱크가 결합된 히트 싱크 패키지의 구조를 나타낸다.

종래 기술은 히트 싱크의 일단에 전력용 반도체 모듈과의 연결 부분이 존재하고 이러한 연결 부분에 볼트가 삽입될 수 있는 나사 구멍이 형성된다.

전력용 반도체 모듈이 일단에는 히트 싱크와의 연결 부분이 존재하고, 이 연결 부분에 볼트가 삽입될 수 있는 나사 구멍이 형성된다.

전력용 반도체 모듈은 볼트와 같은 기계적 체결법에 의해 히트 싱크와 결합한다.

이러한 종래 기술은 전력용 반도체 모듈과 히트 싱크가 결합되도록 하는 나사 조립 공정이 요구하므로 전체 공정 스텝수가 늘어나는 단점이 있다.

종래 기술은 전력용 반도체 모듈의 방열 특성을 좋게 하기 위해 반도체 모듈의 상부면에 알루미늄이나 구리 등의 메탈 플레이트(Metal Plate)를 노출시키고 이러한 메탈 플레이트와 히트 싱크 간 접촉에 의해 소자에서 발생하는 열을 히트 싱크로 방출한다.

종래 기술은 전력용 반도체 모듈과 히트 싱크 간 1개의 접합면으로 냉각이 이루어지므로 방열 면적이 작으며, 반도체 모듈을 히트 싱크에 고정시키기 위해 볼트와 같은 기계적 체결법을 통해 결합하게 되므로 체결 공정 추가로 인해 전체 모듈의 제작 비용이 증가된다.

이러한 기계적 체결법은 반도체 모듈의 외관을 구성하는 몰딩 부재에 인가되는 압축 응력 및 전단 응력으로 인하여 몰딩 부재에 크랙 및 휨 현상이 유도될 수 있다.

몰딩 부재에 발생한 크랙 및 휨 현상은 전력용 반도체 모듈 내에 흡습 통로를 제공하거나 절연 파괴를 초래하여 전력 소자 제품의 신뢰성을 저해하거나 제품 수명을 단축하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위해서 히트 싱크의 내부에 홈을 파서 반도체 모듈을 탑재한 종래 기술을 제시하였다.

그러나 종래 기술은 히트 싱크에 반도체 모듈을 삽입하기 위해 히트 싱크 공동부 바닥면에 금속층을 적층하는 등 히트 싱크에 직접 공정을 진행해야 하는 공정상 어려움이 있었다.

또한, 종래 기술은 반도체 모듈과 히트 싱크의 결합 후 몰딩 공정이 진행되어 반도체 모듈과 히트 싱크를 별도로 제작하는 경우보다 디자인 측면에서 자유도가 낮았다.

대한민국 공개특허번호 제10-2009-0085255호(공개일: 2009년 8월 7일), 발명의 명칭: "히트 싱크 패키지"

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 히트 싱크와 반도체 모듈의 각각에 고정용 가공부를 포함하여 반도체 모듈의 히트 싱크 장착시 자동으로 고정되는 히트 싱크가 결합된 반도체 모듈에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크가 결합된 반도체 모듈은 하부면에 하부 방향으로 돌출된 길이 방향의 체결 수단을 형성한 반도체 모듈; 및 상기 반도체 모듈의 하부면과 맞닿도록 평판 형태의 접촉면―상기 접촉면의 일측에는 상기 반도체 모듈의 체결 수단이 삽입되어 결합하는 고정용 홀이 형성됨―을 포함하는 일정 두께의 상단부와, 상기 상단부의 하부에 형성되어 막대 형태로 길이 방향의 방열핀이 일정 간격을 두고 복수개 형성된 하단부를 포함하는 히트 싱크를 포함하며, 상기 반도체 모듈의 체결 수단이 상기 히트 싱크의 고정용 홀로 삽입되면, 상기 체결 수단과 상기 고정용 홀의 결합에 의해 상기 반도체 모듈이 상기 히트 싱크에 고정된다.

또한, 상기 체결 수단은 길이 방향의 본체 기둥과, 상기 본체 기둥의 일단에 형성된 원추 형상의 지지부를 포함하며, 상기 본체 기둥의 내부에는 길이 방향의 빈 공간을 나타내는 내부 공간부를 형성한다.

또한, 상기 체결 수단은 나사산을 포함한 길이 방향의 수나사부를 형성하고, 상기 고정용 홀은 상기 수나사부에 대응되어 결합하는 암나사부를 형성하여 상기 수나사부를 상기 암나사부에 끼워 돌려서 나사 체결 방식으로 결합한다.

또한, 상기 체결 수단은 상기 본체 기둥의 하부 일측에 수나사부를 형성하고, 상기 고정용 홀은 상기 수나사부에 대응되어 결합하는 암나사부를 형성한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 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.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 반도체 모듈과 히트 싱크에 각각 고정용 가공부를 형성하여 반도체 모듈의 히트 싱크의 장착시 원 클릭으로 고정됨으로써 추가 체결 공정이 불필요하여 이로 인한 제작 비용을 낮추는 효과가 있다.

본 발명은 반도체 모듈의 하부면 이외에 측면을 히트 싱크에 접촉시켜 열전달 통로를 확장함으로써 열 방출 특성을 개선하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 모듈과 히트 싱크를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 모듈과 히트 싱크를 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 모듈과 히트 싱크를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 모듈(500)은 몰딩 부재로 밀봉하는 경우, EMC 경화 과정에서 금형틀에 의해서 하부면에 하부 방향으로 돌출된 길이 방향의 체결 수단(520)을 형성한다.

체결 수단(520)은 길이 방향의 본체 기둥(522)과 본체 기둥(522)의 일단에 형성된 원추 형상의 지지부(524)를 포함한다.

본체 기둥(522)의 내부에는 길이 방향의 빈 공간을 나타내는 내부 공간부(523)를 형성하여 지지부(524)가 수축되어 변형이 가능하도록 하는 역할을 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 히트 싱크(600)는 반도체 모듈(500)의 전부가 삽입되어 결합되는 홈을 형성하지 않고 반도체 모듈(500)과 면 접촉으로 결합한다.

히트 싱크(600)는 반도체 모듈(500)의 하부면과 맞닿도록 평판 형태의 접촉면을 포함한 일정 두께의 상단부(610)와 막대 형태로 길이 방향의 방열핀(622)이 일정 간격을 두고 복수개 형성된 하단부(620)를 포함한다.

반도체 모듈(500)과 접촉하는 히트 싱크(600)의 접촉면에는 일측에 홈을 파서 고정용 홀(612)을 형성한다.

반도체 모듈(500)의 체결 수단(520)이 히트 싱크(600)의 고정용 홀(612)에 밀어 넣어 억지 끼움 방식으로 삽입하면, 체결 수단(520)의 지지부(524)가 내부 공간부(523)로 인하여 수축되면서 고정용 홀(612)에 삽입된다.

체결 수단(520)의 지지부(524)가 고정용 홀(612)에 끼워지면, 지지부(524)의 단부가 고정용 홀(612)에 걸려서 빠지지 않게 된다.

반도체 모듈(500)과 히트 싱크(600)는 반도체 모듈(500)의 체결 수단(520)이 히트 싱크(600)의 고정용 홀(612)에 삽입되어 결합하는 순간에 체결 수단(520)과 고정용 홀(612)의 체결에 의해 원 클릭(One-Click)으로 결합이 가능하다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 모듈과 히트 싱크를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 모듈(500)은 몰딩 부재로 밀봉하는 경우, EMC 경화 과정에서 금형틀에 의해서 하부면 중앙부에 하부 방향으로 돌출되고 나사산(710)을 포함한 길이 방향의 수나사부(700)를 형성한다.

히트 싱크(600)는 반도체 모듈(500)과 접촉하는 히트 싱크(600)의 접촉면을 포함한 일정 두께의 상단부(610)와 막대 형상으로 길이 방향의 방열핀(622)이 일정 간격을 두고 복수개로 형성된 하단부(620)를 포함한다.

반도체 모듈(500)과 접촉하는 히트 싱크(600)의 접촉면에는 중앙부에 반도체 모듈(500)의 수나사부(700)와 대응되어 결합되는 암나사부(630)를 형성한다.

반도체 모듈(500)의 수나사부(700)를 히트 싱크(600)의 암나사부(630)에 끼워 돌려서 나사 체결 방식으로 결합한다.

반도체 모듈(500)과 히트 싱크(600)에는 수나사부(700)와 암나사부(630)를 구성하여 종래 기술의 나사 체결 공정이 필요없이 기계적으로 결합시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 다른 실시예의 체결 수단(520)은 하부 일측에 수나사부를 형성하는 길이 방향의 본체 기둥(522)과 본체 기둥(522)의 일단에 형성된 원추 형상의 지지부(524)를 포함한다. 이에 부가하여 고정용 홀(612)은 본체 기둥(522)의 하부 일측에 형성된 수나사부에 대응되어 결합하는 암나사부를 형성한다.

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.

500: 반도체 모듈
510: 리드 프레임
600: 히트 싱크
610: 상단부
620: 하단부
622: 방열핀
520: 체결 수단
522: 본체 기둥
523: 내부 공간부
524: 지지부
612: 고정용 홀
630: 암나사부
700: 수나사부
710: 나사산

Claims (4)

1. 하부면에 하부 방향으로 돌출된 길이 방향의 체결 수단을 형성한 반도체 모듈; 및
   상기 반도체 모듈의 하부면과 맞닿도록 평판 형태의 접촉면―상기 접촉면의 일측에는 상기 반도체 모듈의 체결 수단이 삽입되어 결합하는 고정용 홀이 형성됨―을 포함하는 일정 두께의 상단부와, 상기 상단부의 하부에 형성되어 막대 형태로 길이 방향의 방열핀이 일정 간격을 두고 복수개 형성된 하단부를 포함하는 히트 싱크를 포함하며,
   상기 반도체 모듈의 체결 수단이 상기 히트 싱크의 고정용 홀로 삽입되면, 상기 체결 수단과 상기 고정용 홀의 결합에 의해 상기 반도체 모듈이 상기 히트 싱크에 고정되며,
   상기 체결 수단은 길이 방향의 본체 기둥과, 상기 본체 기둥의 일단에 형성된 원추 형상의 지지부를 포함하는 히트 싱크가 결합된 반도체 모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체 기둥의 내부에는 길이 방향의 빈 공간을 나타내는 내부 공간부를 형성하는 히트 싱크가 결합된 반도체 모듈.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결 수단은 상기 본체 기둥의 하부 일측에 수나사부를 형성하고, 상기 고정용 홀은 상기 수나사부에 대응되어 결합하는 암나사부를 형성하여 히트 싱크가 결합된 반도체 모듈.

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