KR101776425B1 - 파워 모듈 - Google Patents

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KR101776425B1 KR1020150175661A KR20150175661A KR101776425B1 KR 101776425 B1 KR101776425 B1 KR 101776425B1 KR 1020150175661 A KR1020150175661 A KR 1020150175661A KR 20150175661 A KR20150175661 A KR 20150175661A KR 101776425 B1 KR101776425 B1 KR 101776425B1
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Abstract

센터 리드 프레임을 채용하고 센터 리드 프레임의 상하에 센터 리드 프레임과 전기적인 접속을 형성하는 발열 전기 소자들을 배치함으로써 효율적인 열 방출이 가능한 파워 모듈이 개시된다. 상기 파워 모듈은, 제1 센터 리드 프레임; 상기 제1 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제1 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자; 상기 제1 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제1 전기 소자의 상부에 배치되는 제1 상부 기판; 및 상기 제2 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제2 전기 소자의 하부에 배치되는 제1 하부 기판을 포함한다.

Description

파워 모듈{POWER MODULE}
본 발명은 파워 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센터 리드 프레임을 채용하고 센터 리드 프레임의 상하에 센터 리드 프레임과 전기적인 접속을 형성하는 발열 전기 소자들을 배치함으로써 효율적인 열 방출이 가능한 파워 모듈에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 핵심 부품 중 하나인 전력 변환 장치(예를 들어, 인버터)는 친환경 차량의 주요 부품으로 많은 기술 개발이 이루어지고 있으며, 전력 변환 장치의 핵심 부품이자 가장 많은 원가를 차지하는 파워모듈의 개발은 친환경 차량 분야의 핵심 기술이다.
파워모듈의 주요 핵심 기술개발 포인트는 원가절감 및 냉각성능 향상이다. 파워모듈의 냉각성능이 향상되면, 현재 사용하고 있는 전력 반도체 소자의 정격 전류를 떨어뜨릴 수 있고, 칩 사이즈의 크기를 줄일 수 있기 때문에 칩의 가격절감 및 파워모듈의 안정적인 운영이 가능하다.
종래에는, 파워 모듈의 크기를 축소하기 위해, 양면 냉각의 변형된 구조로 집적형 파워 모듈이 제작되고 있다.
종래 파워 모듈의 경우, 기존의 단면 냉각형 모듈을 위 아래로 붙인 단순한 형태의 양면 냉각형 모듈이므로, 단순히 외형만 양면 냉각 구조를 가질 뿐 실제 소자가 느끼는 냉각은 칩 하단부에서만 이뤄지는 단면 냉각의 구조와 각별한 차이가 없다. 또한 냉각이 모듈의 외부만 이뤄지고 모듈의 내부에는 열이 빠질 수 없는 구조이기에, 기존 단면 냉각의 형태인 파워 모듈보다 내구 신뢰성이 더 낮을 수도 있다. 또한, 전기 소자 상부의 전기적 연결을 위한 와이어 본딩이 파워 모듈 중심부에 복잡하게 배치되어 있어, 몰딩 소재 주입 및 몰딩 가압 시 와이어 간 단락이나 와이어 단성이 발생하는 등 공정 문제가 발생될 여지가 매우 높다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2015-0119302 A KR 10- 2015-0108363 A
이에 본 발명은, 센터 리드 프레임을 채용하고 센터 리드 프레임의 상하에 센터 리드 프레임과 전기적인 접속을 형성하는 발열 전기 소자들을 배치함으로써 효율적인 열 방출이 가능한 파워 모듈을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
제1 센터 리드 프레임;
상기 제1 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제1 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자;
상기 제1 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제1 전기 소자의 상부에 배치되는 제1 상부 기판; 및
상기 제2 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제2 전기 소자의 하부에 배치되는 제1 하부 기판;
을 포함하는 파워 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자는 접속 단자가 형성된 상면 및 하면을 가지며, 상기 제1 전기 소자의 하면의 접속 단자 및 상기 제2 전기 소자의 상면의 접속 단자는 상기 제1 센터 리드 프레임과 접속되며, 상기 제1 전기 소자 상면의 접속 단자는 상기 제1 상부 기판과 접속되며 및 상기 제2 전기 소자의 하면 접속 단자는 상기 제1 하부 기판과 접속될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자는 전기적으로 병렬 접속될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 상부 기판의 하면 및 상기 제1 하부 기판의 상면에는 전기적 연결 구조를 형성하는 금속 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 제1 센터 리드 프레임에 측방향으로 나란하게 배치되는 제2 센터 리드 프레임; 상기 제2 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제2 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제3 전기 소자 및 제4 전기 소자; 상기 제3 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제3 전기 소자의 상부에 배치되는 제2 상부 기판; 상기 제4 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제4 전기 소자의 하부에 배치되는 제2 하부 기판; 및 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 상부 기판 사이 및 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 하부 기판 사이에 배치되어 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 상부기판 및 제2 하부 기판의 전기적 접속을 형성하는 도전성 연결 구조물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제3 전기 소자 및 상기 제4 전기 소자는 접속 단자가 형성된 상면 및 하면을 가지며, 상기 제3 전기 소자의 하면의 접속 단자 및 상기 제4 전기 소자의 상면의 접속 단자는 상기 제2 센터 리드 프레임과 접속되며, 상기 제3 전기 소자 상면의 접속 단자는 상기 제2 상부 기판과 접속되며 및 상기 제4 전기 소자의 하면 접속 단자는 상기 제2 하부 기판과 접속될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제3 전기 소자 및 상기 제4 전기 소자는 전기적으로 병렬 접속될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 상부 기판의 하면 및 상기 제2 하부 기판의 상면에는 전기적 연결 구조를 형성하는 금속 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제3 전기 소자 및 제4 전기 소자 각각은 상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자와 전기적으로 직렬 연결 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 상부 기판과 상기 제2 상부 기판은 상호 전기적으로 분리된 금속 패턴을 하면에 갖는 단일 기판으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 하부 기판과 상기 제2 하부 기판은 상호 전기적으로 분리된 금속 패턴을 상면에 갖는 단일 기판으로 구현될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
제1 센터 리드 프레임과, 상기 제1 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제1 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자와, 상기 제1 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제1 전기 소자의 상부에 배치되는 제1 상부 기판과, 상기 제2 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제2 전기 소자의 하부에 배치되는 제1 하부 기판을 포함하는 제1 스위칭부;
제2 센터 리드 프레임과, 상기 제2 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제2 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제3 전기 소자 및 제4 전기 소자와, 상기 제3 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제3 전기 소자의 상부에 배치되는 제2 상부 기판과, 상기 제4 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제4 전기 소자의 하부에 배치되는 제2 하부 기판을 포함하는 제2 스위칭부; 및
상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 상부 기판 사이 및 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 하부 기판 사이에 배치되어 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 상부기판 및 제2 하부 기판의 전기적 접속을 형성하는 도전성 연결 구조물;을 포함하며,
상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자는 전기적으로 병렬 접속되고, 상기 제3 전기 소자 및 상기 제4 전기 소자는 전기적으로 병렬 접속되며, 상기 제3 전기 소자 및 제4 전기 소자 각각은 상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자와 전기적으로 직렬 연결 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈을 제공한다.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 파워 모듈에 따르면, 전기 소자의 상하면 전체 면적에 해당하는 단자들이 센터 리드 프레임에 접합될 수 있으므로 각 전기 소자의 동작 시 발생되는 열을 센터 리드 프레임을 통해 효율적으로 방출할 수 있다.
또한, 상기 파워 모듈에 따르면, 와이어 본딩 구조를 제거하여 내구 신뢰성이 향상될 수 있으며, 와이어 본딩에 필요한 기판 영역이 삭제되어 사이즈를 축소할 수 있다. 상기 파워 모듈은 센터 리드 프레임을 중심으로 상하 대칭 구조를 갖는 것으로 전기소자 중 MOSFET의 게이트 단자를 상하부 기판에 패턴된 영역에 직접 접합시킬 수 있으므로 게이트 본딩 와이어를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 사시도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 다양한 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 제조 방법을 도시한 공정 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 파워 모듈에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 사시도이다. 또한, 도 2 내지 도 5는 각각 도 1에 도시된 절개선 A, A', B, B'를 따라 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈을 절개한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈은, 센터 리드 프레임(11, 21)과, 센터 리드 프레임(11, 21)의 상면 및 하면에 상기 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제1 전기 소자(14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26') 및 제2 전기 소자(15, 15', 17, 17', 25, 25', 27, 27')와, 제1 전기 소자(14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26')와 전기적으로 접속되도록 제1 전기 소자(14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26')의 상부에 배치되는 상부 기판(12, 22) 및 제2 전기소자(15, 15', 17, 17', 25, 25', 27, 27')와 전기적으로 접속되도록 제2 전기 소자(15, 15', 17, 17', 25, 25', 27, 27')의 하부에 배치되는 하부 기판(13, 23)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 수평 방향으로 두 개의 스위치(SW1, SW2)를 나란히 배치한 파워모듈 구조의 일 예를 도시한 것으로, 하나의 스위치에는 복수의 전기 소자가 센터 리드 프레임을 중심으로 상하 양면에 대칭적으로 배치되고 내부적으로 상하에 배치된 전기 소자들을 상호 병렬적인 전기적 연결관계를 형성할 수 있다. 또한, 각 스위치는 상호 직렬적인 전기적 연결관계를 형성하도록 내부적인 전기적 연결 구조가 형성될 수 있다.
센터 리드 프레임(11, 21)은 상하에 각각 배치되는 제1 전기 소자(14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26') 및 제2 전기 소자(15, 15', 17, 17', 25, 25', 27, 27')의 단자와 전기적인 연결을 형성하여 전기적 신호를 전달하는 도선의 기능과 함께, 제1 전기 소자(14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26') 및 제2 전기 소자(15, 15', 17, 17', 25, 25', 27, 27')에 방출되는 열을 전달하여 분산시키는 방열 기능을 할 수 있다.
제1 전기 소자(14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26') 및 제2 전기 소자(15, 15', 17, 17', 25, 25', 27, 27')는 각각 센터 리드 프레임(11, 21)의 상면 및 하면에 그 전극을 전기적으로 접속하면서 부착될 수 있다.
제1 전기 소자(14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26')는 스위칭 소자인 MOSFET(14, 14'24, 24') 및 MOSFET(14, 14'24, 24')의 소스와 드레인 단자 사이에 연결된 다이오드(16, 16', 26, 26')를 포함할 수 있다. 또한, 제2 전기 소자(15, 15', 17, 17', 25, 25', 27, 27') 역시 스위칭 소자인 MOSFET(16, 16'26, 26') 및 MOSFET(16, 16'26, 26')의 소스와 드레인 단자 사이에 연결된 다이오드(17, 17', 27, 27')를 포함할 수 있다.
각 스위칭부(SW1, SW2)에서 센터 리드 프레임(11, 21)의 상하에 배치되는 제1 전기 소자와 제2 전기 소자는 상호 병렬적인 연결 구조를 형성할 수 있도록 센터 리드 프레임(11, 21)을 기준으로 대칭적인 전기적 연결관계를 형성할 수 있다.
즉, 제1 스위칭부(SW1)에서, 스위칭 소자인 MOSFET(14, 14', 15, 15')의 일 면에 형성된 드레인 단자가 센터 리드 프레임(11)에 솔더 접합 또는 소결 접합되고, MOSFET(14, 14'15, 15')의 타면에 형성된 게이트 단자 및 소스 단자가 상부 기판(12) 및 하부 기판(13)에 솔더 접합 또는 소결 접합될 수 있다. 또한, 다이오드(16, 16', 17, 17')의 일면에 형성된 캐소드 단자가 센터 리드 프레임(11)에 솔더 접합 또는 소결 접합되고, 다이오드(16, 16', 17, 17')의 타면에 형성된 애노드 단자가 상부 기판(12) 및 하부 기판(13)에 솔더 접합 또는 소결 접합될 수 있다.
마찬가지로, 제2 스위칭부(SW2)에서, 스위칭 소자인 MOSFET(24, 24', 25, 25')의 일 면에 형성된 드레인 단자가 센터 리드 프레임(21)에 솔더 접합 또는 소결 접합되고, MOSFET(24, 24'25, 25')의 타면에 형성된 게이트 단자 및 소스 단자가 상부 기판(22) 및 하부 기판(23)에 솔더 접합 또는 소결 접합될 수 있다. 또한, 다이오드(26, 26', 27, 27')의 일면에 형성된 캐소드 단자가 센터 리드 프레임(21)에 솔더 접합 또는 소결 접합되고, 다이오드(26, 26', 27, 27')의 타면에 형성된 애노드 단자가 상부 기판(22) 및 하부 기판(23)에 솔더 접합 또는 소결 접합될 수 있다.
상부 기판(12, 22)과 하부 기판(13, 23)은 각각의 상면 및 하면을 통해 열방출이 가능한 방열 세라믹 기판을 적용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상부 기판(12, 22)과 하부 기판(13, 23)으로는 AMB(Active Metal Brazing) 기판 또는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판이 적용될 수 있다.
상부 기판(12, 22)의 하면과 하부 기판(13, 23)의 상면은 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자의 단자부와 전기적 연결을 형성하기 위한 구조가 패터닝 될 수 있다. 예를 들어, 상부 기판(12, 22)의 하면과 하부 기판(13, 23)의 상면은 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자의 게이트 단자 및 소스 단자와 연결되는 복수의 금속 패턴이 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 실시형태는 제1 스위치부(SW1)과 제2 스위치부(SW2) 각각이 별도로 분리된 상하부 기판(12, 13 및 22, 23)을 갖는 예이다. 그러나, 제1 스위치부(SW1)과 제2 스위치부(SW2)의 상부 기판(12, 22)는 하나의 단일 기판으로 제1 스위치부(SW1)의 제1 전기 소자(14, 14', 16, 16')가 접속되는 금속 패턴과 제2 스위치부(SW2)의 제1 전기 소자(24, 24', 26, 26')가 접속되는 금속 패턴만 상호 전기적으로 분리된 형태로 구현될 수도 있다. 이는 하부 기판(13, 23)에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
한편, 센터 리드 프레임(11, 21)과 제1 전기 소자(14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26') 및 상부 기판(12, 22)의 전기적 접속 구조를 형성하는 과정에서, 상호간의 전기적 연결을 형성함과 동시에 파워 모듈의 제조 용이성 향상을 위한 스페이서(51)가 적용될 수 있다. 이 스페이서(51)는 대면적 접합이 이뤄지는 센터 리드 프레임(11, 21)과 전기소자의 사이에 배치되는 것이 더 바람직하나, 기판과 전기소자 사이에 배치되는 것도 가능하다. 또한, 스페이서(51)는 센터 리드 프레임(11, 21)을 충분히 얇게 제작하는 경우 등과 같이 여러 가지 주변 요소의 요건이나 모듈 적용 환경에 따라 삭제도 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시형태는 제1 스위치부(SW1)와 제2 스위치부(SW2)의 전기적 접속을 위해, 제1 스위치부(SW1)의 센터 리드 프레임(11)과 제2 스위치부(SW2)의 상부 기판(22) 및 하부 기판(23)과 전기적 접속을 형성하는 도전성 연결 구조물(41, 42)을 더 포함할 수 있다. 도전성 연결 구조물(41, 42)은 전기적으로 전도성을 갖는 금속 물질로 제작될 수 있으며, 제1 스위치부(SW1)와 제2 스위치부(SW2)의 전기적 접속을 연결함과 동시에, 제2 스위치부(SW2)의 상부 기판(22) 및 하부 기판(23)을 지지하는 지지체의 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 제1 스위치부(SW1)의 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자 중 MOSFET의 드레인 단자가 제1 스위치부(SW1)의 센터 리드 프레임(11)과 전기적 접속을 형성한 경우에, 도전성 연결 구조물(41, 42)을 통해 제1 스위치부(SW1)의 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자 중 MOSFET의 드레인 단자는 제2 스위치부(SW2)의 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자 중 MOSFET의 소스 단자와 전기적으로 연결되어, 제1 스위치부(SW1)와 제2 스위치부(SW2)는 상호 전기적인 직렬 연결관계를 형성할 수 있다.
한편, 제1 스위치부(SW1)의 상부 기판(12) 및 하부 기판(13)에는 외부로부터 변환하고자 하는 전력이 인가되는 외부 연결 단자(31)가 연결될 수 있으며, 제1 스위치부(SW1)의 센터 리드 프레임(11)의 일부 및 제2 스위치부(SW2)의 센터 리드 프레임(21)의 일부에는 연장되어 외부로 스위칭된 전력을 출력하는 외부 연결 단자(33, 34)가 형성될 수 있다. 또한, 상부 기판(12, 22)에는 스위치를 제어하기 위한 신호가 입출력 되는 외부 연결 단자(33, 34, 33’, 34’)가 부가될 수 있다. 이 외부 연결 단자(33, 34, 33’, 34’)는 각 스위칭부에 포함되는 전기 소자 중 MOSFET의 소스 및 게이트 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈은 상부 기판(12, 22) 상부 및 하부 기판(13, 23)의 하부에 냉각을 위한 냉각수 통로 등을 마련하여 모듈의 상하부를 통한 양면 냉각이 실시될 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈의 제조 방법을 도시한 공정 사시도이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈을 제작하기 위해, 먼저, 도 6에 도시된 것과 같이, 기판(13)의 일면에 전기 소자(15, 15', 17, 17')를 Ag 소결 또는 솔더 접합 기법을 이용하여 접합시킨다. 도 6은 제1 스위치부(SW1)의 하부 기판(13)만 도시하고 있으나 이는 예시를 위한 것으로, 도 6에 도시된 공정에서는 파워 모듈에 사용되는 모든 기판에 전기 소자를 접할 시킬 수 있다.
이어, 도 7에 도시한 바와 같이, 외부 입출력 단자(31, 32, 33)을 도 6의 공정에서 마련된 기판에 연결 시킨다. 도 7 역시 제1 스위치부(SW1)의 상부 기판(12)과 하부 기판(13)만을 도시하고 있으나, 제2 스위치부(SW2)의 상하부 기판에도 동일한 공정이 적용될 수 있다.
이어, 도 8에 도시한 바와 같이, 센터 리드 프레임(11, 12)에 스페이서(51) 및 도전성 연결 구조물(41, 42)을 배치하고 접합시킨다.
이어, 도 9에 도시한 바와 같이, 센터 리드 프레임(11, 12)를 중심으로, 도 7에서 제작된 상부 기판(12, 22) 및 하부 기판(13, 23)을 접합하여 최종적인 파워 모듈 구조를 완성할 수 있다.
이상 설명된 도면에는 각 스위치부(SW1, SW2)가 센터 리드 프레임(11)의 상하부에 각각 2 개의 MOSFET과 다이오드를 포함하여 총 4 개의 MOSFET과 다이오드를 갖는 예가 도시되었으나, 이러한 전기 소자의 개수는 필요에 따라 본 발명의 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈은 전기 소자의 상하면 전체 면적에 해당하는 단자들이 센터 리드 프레임에 접합될 수 있으므로 각 전기 소자의 동작 시 발생되는 열을 센터 리드 프레임을 통해 효율적으로 방출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈은, 와이어 본딩 구조를 제거하여 내구 신뢰성이 향상될 수 있으며, 와이어 본딩에 필요한 기판 영역이 삭제되어 사이즈를 축소할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 모듈은 센터 리드 프레임을 중심으로 상하 대칭 구조를 갖는 것으로 전기소자 중 MOSFET의 게이트 단자를 상하부 기판에 패턴된 영역에 직접 접합시킬 수 있으므로 게이트 본딩 와이어를 제거할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
11, 21: 센터 리드 프레임
14, 14', 16, 16', 24, 24', 26, 26': 제1 전기소자
15, 15', 17, 17', 25, 25', 27, 27': 제2 전기소자
12, 22: 상부 기판
13, 23: 하부 기판
41, 42: 도전성 연결 구조물

Claims (12)

  1. 제1 센터 리드 프레임;
    상기 제1 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제1 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자;
    상기 제1 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제1 전기 소자의 상부에 배치되는 제1 상부 기판; 및
    상기 제2 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제2 전기 소자의 하부에 배치되는 제1 하부 기판;을 포함하고,
    상기 제1 센터 리드 프레임에 측방향으로 나란하게 배치되는 제2 센터 리드 프레임;
    상기 제2 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제2 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제3 전기 소자 및 제4 전기 소자;
    상기 제3 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제3 전기 소자의 상부에 배치되는 제2 상부 기판;
    상기 제4 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제4 전기 소자의 하부에 배치되는 제2 하부 기판; 및
    상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 상부 기판 사이 및 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 하부 기판 사이에 배치되어 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 상부기판 및 제2 하부 기판의 전기적 접속을 형성하는 도전성 연결 구조물;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자는 접속 단자가 형성된 상면 및 하면을 가지며,
    상기 제1 전기 소자의 하면의 접속 단자 및 상기 제2 전기 소자의 상면의 접속 단자는 상기 제1 센터 리드 프레임과 접속되며, 상기 제1 전기 소자 상면의 접속 단자는 상기 제1 상부 기판과 접속되며 및 상기 제2 전기 소자의 하면 접속 단자는 상기 제1 하부 기판과 접속된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자는 전기적으로 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 상부 기판의 하면 및 상기 제1 하부 기판의 상면에는 전기적 연결 구조를 형성하는 금속 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 전기 소자 및 상기 제4 전기 소자는 접속 단자가 형성된 상면 및 하면을 가지며,
    상기 제3 전기 소자의 하면의 접속 단자 및 상기 제4 전기 소자의 상면의 접속 단자는 상기 제2 센터 리드 프레임과 접속되며, 상기 제3 전기 소자 상면의 접속 단자는 상기 제2 상부 기판과 접속되며 및 상기 제4 전기 소자의 하면 접속 단자는 상기 제2 하부 기판과 접속된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 전기 소자 및 상기 제4 전기 소자는 전기적으로 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 상부 기판의 하면 및 상기 제2 하부 기판의 상면에는 전기적 연결 구조를 형성하는 금속 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 전기 소자 및 제4 전기 소자 각각은 상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자와 전기적으로 직렬 연결 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 상부 기판과 상기 제2 상부 기판은 상호 전기적으로 분리된 금속 패턴을 하면에 갖는 단일 기판으로 구현되는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 하부 기판과 상기 제2 하부 기판은 상호 전기적으로 분리된 금속 패턴을 상면에 갖는 단일 기판으로 구현되는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  12. 제1 센터 리드 프레임과, 상기 제1 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제1 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제1 전기 소자 및 제2 전기 소자와, 상기 제1 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제1 전기 소자의 상부에 배치되는 제1 상부 기판과, 상기 제2 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제2 전기 소자의 하부에 배치되는 제1 하부 기판을 포함하는 제1 스위칭부;
    제2 센터 리드 프레임과, 상기 제2 센터 리드 프레임의 상면 및 하면에 상기 제2 센터 리드 프레임과 전기적으로 접속되어 각각 부착된 제3 전기 소자 및 제4 전기 소자와, 상기 제3 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제3 전기 소자의 상부에 배치되는 제2 상부 기판과, 상기 제4 전기소자와 전기적으로 접속되도록 상기 제4 전기 소자의 하부에 배치되는 제2 하부 기판을 포함하는 제2 스위칭부; 및
    상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 상부 기판 사이 및 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 하부 기판 사이에 배치되어 상기 제1 센터 리드 프레임과 상기 제2 상부기판 및 제2 하부 기판의 전기적 접속을 형성하는 도전성 연결 구조물;을 포함하며,
    상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자는 전기적으로 병렬 접속되고, 상기 제3 전기 소자 및 상기 제4 전기 소자는 전기적으로 병렬 접속되며, 상기 제3 전기 소자 및 제4 전기 소자 각각은 상기 제1 전기 소자 및 상기 제2 전기 소자와 전기적으로 직렬 연결 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004525503A (ja) 2000-12-13 2004-08-19 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト 改善された一時的熱インピーダンスを有するパワーモジュール
JP2005303018A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体装置
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