KR101897343B1 - 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈은, 반도체소자;
상기 반도체소자의 일면에 접하도록 설치되어 상기 반도체소자에서 발생되는 열을 배출시키는 히트싱크; 상기 반도체소자의 타면 방향에 배치되어 상기 반도체소자에 제어신호 및 전기를 송수신하는 보드; 및 상기 보드에 설치되어 상기 반도체소자의 타면을 가압하는 클램프;를 포함한다.

Description

일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈 {MODULE OF SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING INTEGRAL CLAMPING STRUCTURE}

본 발명은 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체소자를 히트싱크에 밀착시키기 위한 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈에 관한 것이다.

반도체소자는 전기를 이용하여 각종 작업을 수행하고, 이 과정에서 열이 발생하게 된다. 열은 반도체소자의 작동 효율을 저하시키고, 심한 경우 반도체소자의 파손을 유발할 수 있으므로, 이를 냉각시키기 위한 구성이 요구된다.

그 중 한 가지 방법으로서, 방열을 위한 히트싱크를 설치하고, 이 히트싱크에 반도체소자를 결합시켜 반도체소자에서 발생된 열을 히트싱크를 통해 외부로 배출시키는 방법이 있다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 반도체소자(100)는 히트싱크(200) 상에 설치되고, 반도체소자(100)의 상부에는 반도체소자(100)의 제어를 위한 각종 칩(310)이 설치되어 있는 보드(300)가 배치된다.

반도체소자(100)로부터 연장되어 형성된 접속부(110)는 보드(300)를 관통하여 돌출되어 있는데, 이 접속부(110)는 보드(300)와 솔더링 접합된다.

반도체소자(100)를 히트싱크(200)에 결합시킬 때, 종래에는 볼트(121), 너트(123) 및 와셔(122) 등을 이용하였다. 그러나 이 경우에는 반도체소자(100)와 히트싱크(200) 사이에 불량 접촉면(B)이 발생하는 문제가 있었다.

즉, 볼트(121) 근처에서는 반도체소자(100)와 히트싱크(200)가 밀착되어 있지만, 볼트로부터 먼 위치에서는 반도체소자(100)가 히트싱크(200)로부터 들뜨게 되어 반도체소자(100)의 열이 히트싱크(200)로 원활히 배출되지 못 하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 볼트 체결 방식 대신 클램프 방식이 도입되었다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 반도체소자(100)의 중심부를 가압하기 위해 클램프(C)를 설치하고, 보드(300)를 반도체소자(100)의 측면에 배치하면, 반도체소자(100)와 히트싱크(200)가 들뜬 부위 없이 균일하게 접촉할 수 있다.

그러나 클램프(C)는 그 형태적 특성상 반도체소자(100)의 상부로 돌출되므로, 간섭 때문에 보드(300)를 클램프(C)의 위쪽에 배치할 수 없고 반도체소자(100)의 측면에 배치해야만 한다.

이렇게 보드(300)를 반도체소자(100)의 측면에 배치함으로써 보드(300)가 차지하는 면적이 증가하고, 클램프(C)를 고정시키기 위해 별도로 볼트(121)를 설치할 공간이 필요하기 때문에 전체적으로 부피가 커지는 문제가 있었다.

따라서, 반도체소자를 히트싱크에 밀착시킬 수 있는 클램프 방식의 장점을 가지면서도 작은 부피로 조립될 수 있는 새로운 방식의 클램프 구조가 요구되고 있는 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

등록실용신안공보 20-0463750 (2012.11.16)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 작은 부피로 반도체소자와 히트싱크를 밀착시킬 수 있는 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈을 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈은, 반도체소자, 상기 반도체소자의 일면에 접하도록 설치되어 상기 반도체소자에서 발생되는 열을 배출시키는 히트싱크, 상기 반도체소자의 타면 방향에 배치되어 상기 반도체소자에 제어신호 및 전기를 송수신하는 보드 및 상기 보드에 설치되어 상기 반도체소자의 타면을 가압하는 클램프를 포함한다.

상기 클램프는, 베이스와, 상기 베이스의 상부로 돌출되어 상기 보드와 결합되는 고정부와, 상기 베이스의 하부로 돌출되어 상기 반도체소자에 접하는 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스는, 상하로 관통홀이 형성된 판 형태로 형성되고, 상기 탄성부는, 상기 베이스에서 상기 관통홀의 하방 방향으로 연장 형성되어 상기 반도체소자의 상면에 접하는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성부는, 사선으로 배치된 판스프링인 것을 특징으로 한다.

상기 반도체소자는, 상기 히트싱크 상에 복수 개가 설치되고, 상기 클램프는, 하나의 베이스에 복수 개의 탄성부가 형성되어 상기 반도체소자마다 하나 이상의 상기 탄성부가 접하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정부는, 상기 보드를 관통하도록 설치되고, 상기 보드를 관통하여 돌출된 상기 고정부의 단부와 상기 보드는 솔더링 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기 반도체소자와 상기 보드 사이를 연결하여 제어신호 및 전기를 송수신하는 접속부를 더 포함하고, 상기 접속부의 일단은 상기 반도체소자에 결합되고, 타단은 상기 보드의 하방에서 상방으로 관통 돌출되어 상기 보드와 솔더링 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기 히트싱크 상에 상기 반도체소자와 이격되어 설치된 하부고정체와, 상기 보드를 관통하여 상기 하부고정체와 결합되는 상부고정체를 더 포함한다.

본 발명에 의한 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 반도체소자와 히트싱크를 밀착시켜 효과적으로 반도체소자를 냉각시킬 수 있다.

둘째, 반도체소자를 히트싱크에 밀착시키는 클램프를 최소한의 부피로 설치하여 전체 장치의 부피를 감소시킬 수 있다.

셋째, 조립 공정이 간단하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 볼트 결합 방법으로 조립된 반도체소자 모듈의 사시도,
도 2는 종래의 볼트 결합 방법으로 조립된 반도체소자 모듈의 A-A 단면도,
도 3은 종래의 클램프 결합 방법으로 조립된 반도체소자 모듈의 사진,
도 4는 종래의 클램프 결합 방법으로 조립된 반도체소자 모듈의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 모듈의 사시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 모듈의 조립 전 측면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 모듈의 조립 후 측면도이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈에 대하여 설명하기로 한다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 반도체소자(100)와 이 반도체소자가 설치되는 히트싱크(200)를 비롯하여, 반도체소자(100)에 전기 및 제어신호를 송수신하는 보드(300) 및 이 보드(300)에 설치되어 반도체소자(100)를 히트싱크(200)에 밀착시키는 클램프(400)를 포함하여 구성된다.

이중 반도체소자(100)와 히트싱크(200) 자체는 종래의 구성과 유사하므로 자세한 설명을 생략한다.

보드(300)는 반도체소자(100)의 상방에 소정 간격 이격되도록 배치되고, 클램프(400)는 반도체소자(100)와 보드(300) 사이에 설치되어 반도체소자(100)의 상면을 가압하여 히트싱크(200)에 밀착시키는 구성이다.

클램프(400)를 보다 자세히 살펴보면, 반도체소자(100)와 보드(300) 사이에 배치되어 전체적인 틀을 이루는 베이스(410)와, 베이스(410)의 상부로 돌출 형성되어 보드(300)를 관통하고 보드(300)와 솔더링 결합되는 고정부와, 베이스(410)의 하부로 연장되어 반도체소자(100)의 상면에 접하는 탄성부(430)로 구성되어 있다.

베이스(410)는 일종의 평판 형상으로 형성되고, 이 베이스(410)의 상하면을 관통하는 복수 개의 관통홀(411)이 나란히 배치되어 있다.

고정부(420)는 베이스(410)의 모서리 또는 꼭지점 부분에서 상방으로 돌출된 구성으로서, 본 발명의 실시예에서는 사각 평판 형태의 베이스(410)의 네 꼭지점에 각각 설치되어 있다.

이러한 고정부(420)의 단부는 보드(300)를 아래에서 위로 관통하는 형태로 설치되고, 고정부(420)의 단부와 보드(300)는 솔더링 결합되어 고정된다. 이렇게 고정부(420)를 보드(300)에 결합시킴에 따라, 보드(300)와 베이스(410) 사이의 거리는 일정하게 유지된다.

생산성을 보다 상승시키기 위해, 보드(300)와 고정부(420)를 결합시킨 반제품을 미리 준비하고, 이를 반도체소자(100)에 결합시킬 수도 있을 것이다.

탄성부(430)는 베이스(410)의 하방으로 연장되어 반도체소자(100)에 접하게 되는데, 본 발명의 실시예에서는 판스프링 형태의 구성이 적용되어 있다. 탄성부(430)는 사각 형태의 관통홀(411)의 일측 내면에서 연장 형성되는데, 반도체소자(100)의 중앙부를 향하도록 사선 형태로 배치된다.

이러한 탄성부(430)는 하나의 반도체소자(100)에 대해 두 개씩 쌍으로 배치되고, 이렇게 배치된 탄성부(430) 쌍의 사면 방향은 서로 반대인 것이 보다 바람직하다.

이렇게 하나의 반도체소자(100)에 대해 서로 반대 방향으로 형성된 한 쌍의 탄성부(430), 즉 판스프링으로 가압하면, 반도체소자(100)를 측방으로 가압하는 힘이 서로 상쇄되어 압력의 방향이 하방으로 집중될 수 있다.

반도체소자(100)는 히트싱크(200) 상에 하나가 설치될 수도 있지만, 복수 개가 나란히 형성될 수도 있다.

이 경우에는, 반도체소자(100)가 배치된 열을 따라 베이스(410)가 길게 배치되고, 이 베이스(410)에는 앞서 설명한 바와 같이 하나의 반도체소자(100)마다 한 쌍씩의 관통홀(411) 및 탄성부(430)가 배치되는 것이 바람직하다.

이렇게 여러 개의 반도체소자(100)를 하나의 베이스(410)로 전부 클램핑할수 있기 때문에, 각각의 반도체소자(100)마다 클램프를 설치하거나 볼트결합시키는 것에 비해 설치가 간편해지는 것이다.

반도체소자(100)의 측면에는 접속부(110)가 설치되어 보드(300)와 연결되는데, 이 접속부(110)는 보드(300)를 하방에서 상방으로 관통하고, 보드(300)의 상방에서 보드(300)와 솔더링 결합되는 것이 바람직하다.

클램프(400)가 반도체소자(100)를 가압시킨 상태를 유지하기 위해, 히트싱크(200) 상에 설치된 하부고정체(510)와, 보드(300)의 상부에서 하부로 관통하여 하부고정체(510)와 연결되는 상부고정체(520)를 더 포함할 수 있다.

하부고정체(510)는 히트싱크(200) 상에서 반도체소자(100)와 같은 면에 설치되는데, 반도체소자(100)와는 이격되어 별도로 설치된다. 하부고정체(510)는 일종의 너트와 같이 내부에 나사산이 형성된 파이프 형상으로 형성될 수 있고, 상부고정체(520)는 일종의 볼트와 같이 외주면에 나사산이 형성된 원기둥 형상으로 형상될 수 있다.

이렇게 하부고정체(510)와 상부고정체(520)를 결합시키면, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 보드(300)가 반도체소자(100) 방향으로 밀착하게 되고, 클램프(400)의 탄성부(430)가 압축, 또는 상방으로 변형되면서 반도체소자(100)의 상면을 가압하게 된다.

이때, 접속부(110)와 보드(300)를 솔더링 결합시키기 전에는 접속부(110)의 단부가 보드(300)의 통공된 부분을 통해 승강할 수 있으므로, 하부고정체(510)와 상부고정체(520)가 완전히 결합된 이후에 접속부(110)와 보드(300)를 솔더링 결합시키는 것이 보다 바람직할 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 반도체소자 110: 접속부
121: 볼트 122: 와셔
123: 너트 200: 히트싱크
300: 보드 310: 칩
400: 클램프 410: 베이스
411: 관통홀 420: 고정부
430: 탄성부 510: 하부고정체
520: 상부고정체 B: 불완전 접촉부
C: 클램프(종래)

Claims (8)

1. 반도체소자;
   상기 반도체소자의 일면에 접하도록 설치되어 상기 반도체소자에서 발생되는 열을 배출시키는 히트싱크;
   상기 반도체소자의 타면 방향에 배치되어 상기 반도체소자에 제어신호 및 전기를 송수신하는 보드; 및
   상기 보드에 설치되어 상기 반도체소자의 타면을 가압하는 클램프;를 포함하고,
   상기 클램프는, 베이스와, 상기 베이스의 상부로 돌출되어 상기 보드를 관통하도록 설치되는 고정부와, 상기 베이스의 하부로 돌출되어 상기 반도체소자에 접하는 탄성부를 포함하며,
   상기 보드를 관통하여 돌출된 상기 고정부의 단부와 상기 보드는 솔더링 접합되는 것을 특징으로 하는, 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 베이스는, 상하로 관통홀이 형성된 판 형태로 형성되고,
   상기 탄성부는, 상기 베이스에서 상기 관통홀의 하방 방향으로 연장 형성되어 상기 반도체소자의 상면에 접하는 것을 특징으로 하는, 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 탄성부는, 사선으로 배치된 판스프링인 것을 특징으로 하는, 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 반도체소자는, 상기 히트싱크 상에 복수 개가 설치되고,
   상기 클램프는, 하나의 베이스에 복수 개의 탄성부가 형성되어 상기 반도체소자마다 하나 이상의 상기 탄성부가 접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈.
   
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 반도체소자와 상기 보드 사이를 연결하여 제어신호 및 전기를 송수신하는 접속부를 더 포함하고,
   상기 접속부의 일단은 상기 반도체소자에 결합되고, 타단은 상기 보드의 하방에서 상방으로 관통 돌출되어 상기 보드와 솔더링 접합되는 것을 특징으로 하는, 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 히트싱크 상에 상기 반도체소자와 이격되어 설치된 하부고정체와, 상기 보드를 관통하여 상기 하부고정체와 결합되는 상부고정체를 더 포함하는, 일체형 클램핑 구조를 갖는 반도체소자 모듈.
   

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