KR102022967B1

KR102022967B1 - Power module package

Info

Publication number: KR102022967B1
Application number: KR1020170129186A
Authority: KR
Inventors: 김상현; 김대중; 오정언
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2019-09-19
Also published as: KR20190040425A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지는 기판, 상기 기판 상에 형성되는 스위칭 소자 및 상기 기판 상에 형성되어 상기 기판에 접속되는 서미스터(thermistor)를 포함하는 스위칭 모듈, 상기 스위칭 모듈에 체결되어 상기 스위칭 소자에서 발생하는 열을 흡수하는 히트 싱크(heat sink), 상기 서미스터의 저항에 기초하여 상기 스위칭 소자의 제1 정션(junction) 온도를 산출하고, 상기 히트 싱크의 온도에 기초하여 상기 스위칭 소자의 제2 정션 온도를 산출하는 온도 산출 모듈 및 상기 제1 정션 온도와 상기 제2 정션 온도의 차이값을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 스위칭 모듈과 상기 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단하는 체결 진단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a power module package includes a switching module including a substrate, a switching element formed on the substrate, and a thermistor formed on the substrate and connected to the substrate, and coupled to the switching module. A heat sink absorbing heat generated by the switching element, a first junction temperature of the switching element is calculated based on a resistance of the thermistor, and the switching element is based on the temperature of the heat sink. A temperature calculating module configured to calculate a second junction temperature of the fastening module; and a fastening diagnostic module configured to diagnose a fastening state between the switching module and the heat sink by comparing a difference value between the first junction temperature and the second junction temperature with a preset value. It is characterized by including.

Description

Power module package

본 발명은 스위칭 모듈에 포함된 서미스터의 온도에 기초하여 산출된 스위칭 소자의 정션 온도와, 스위칭 모듈에 체결된 히트 싱크의 온도에 기초하여 산출된 스위칭 소자의 정션 온도를 비교하여, 전력 모듈 패키지 내의 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단하는 전력 모듈 패키지에 관한 것이다.The present invention compares the junction temperature of the switching element calculated based on the temperature of the thermistor included in the switching module and the junction temperature of the switching element calculated based on the temperature of the heat sink coupled to the switching module. The present invention relates to a power module package for diagnosing a fastening state between a switching module and a heat sink.

도 1은 종래 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a switching element constituting a conventional inverter.

도 1을 참조하면, 인버터는 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')를 포함한다. 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')는 턴 온 및 턴 오프 동작을 수행하여 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터(M)에 제공한다.Referring to FIG. 1, the inverter includes a plurality of switching elements S1 to S3 and S1 ′ to S3 ′. The switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' perform turn on and turn off operations to convert DC power into three-phase AC power and provide the same to the motor M. FIG.

스위칭 소자가 턴 온 및 턴 오프 동작을 반복적으로 수행하여 전력을 변환할 때, 해당 스위칭 소자에는 전력 변환에 따른 손실이 발생하고, 이와 같은 전력 손실은 열로 방출되어 스위칭 소자의 온도는 상승하게 된다.When the switching device converts power by repeatedly performing turn-on and turn-off operations, a loss due to power conversion occurs in the switching device, and the power loss is released as heat to increase the temperature of the switching device.

스위칭 소자는 일정 범위의 온도 내에서 정상적으로 동작하므로, 스위칭 소자의 온도를 낮추기 위하여 히트 싱크(heat sink)가 이용된다.Since the switching element normally operates within a range of temperatures, a heat sink is used to lower the temperature of the switching element.

스위칭 소자는 스위칭 모듈의 기판상에 형성되는데, 히트 싱크는 스위칭 모듈과 체결되어 스위칭 소자에서 발생하는 열을 흡수한다. 즉, 스위칭 소자에서 발생하는 열은 히트 싱크로 전달된다.The switching element is formed on the substrate of the switching module, and the heat sink is engaged with the switching module to absorb heat generated by the switching element. That is, heat generated in the switching element is transferred to the heat sink.

이 때, 스위칭 소자와 히트 싱크 간의 열전도를 증가시키기 위해 스위칭 모듈과 히트 싱크가 체결되는 부분에 서멀 그리스(thermal grease) 등의 열전도성이 높은 물질이 도포된다.At this time, in order to increase the thermal conductivity between the switching element and the heat sink, a high thermal conductivity material such as thermal grease is applied to a portion where the switching module and the heat sink are coupled.

그러나, 스위칭 모듈과 히트 싱크가 체결되는 부분에 서멀 그리스가 일정하게 도포되지 않거나, 서멀 그리스에 이물질이 들어가거나, 스위칭 모듈과 히트 싱크간의 체결 상태가 불량인 경우, 히트 싱크의 방열 성능은 급격히 낮아진다.However, when the thermal grease is not uniformly applied to the part where the switching module and the heat sink are fastened, foreign matter enters the thermal grease, or the fastening state between the switching module and the heat sink is poor, the heat dissipation performance of the heat sink is rapidly lowered. .

종래에는, 스위칭 모듈과 히트 싱크간의 체결 상태를 진단하는 방법이 존재하지 않아, 스위칭 소자가 과열되는 문제점이 발생하고, 과열된 스위칭 소자를 지속적으로 구동함에 따라 인버터를 포함하는 전체 시스템에 장애가 발생하는 문제점이 있다.In the related art, there is no method for diagnosing a fastening state between the switching module and the heat sink, which causes a problem of overheating of the switching element and failure of the entire system including the inverter due to continuous driving of the overheated switching element. There is a problem.

이에 따라, 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 미리 파악하고, 체결 상태가 불량인 경우 스위칭 소자의 구동을 중지할 수 있는 방법이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a method of determining the fastening state between the switching module and the heat sink in advance and stopping the driving of the switching element when the fastening state is poor.

본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단하는 전력 모듈 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a power module package for diagnosing a fastening state between a switching module and a heat sink.

또한, 본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태가 불량이면 스위칭 소자의 구동을 중단하는 전력 모듈 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a power module package for stopping the driving of the switching element if the fastening state between the switching module and the heat sink is poor.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention, which are not mentioned above, can be understood by the following description, and more clearly by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명은 스위칭 모듈에 포함된 서미스터의 온도에 기초하여 산출된 스위칭 소자의 제1 정션 온도와, 스위칭 모듈에 체결된 히트 싱크의 온도에 기초하여 산출된 스위칭 소자의 제2 정션 온도를 비교함으로써, 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단할 수 있다.The present invention compares the first junction temperature of the switching element calculated based on the temperature of the thermistor included in the switching module and the second junction temperature of the switching element calculated based on the temperature of the heat sink fastened to the switching module. The fastening state between the switching module and the heat sink can be diagnosed.

또한, 본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태가 불량이면 스위칭 소자에 제공되는 PWM 신호를 차단함으로써, 스위칭 소자의 구동을 중단할 수 있다.In addition, according to the present invention, if the fastening state between the switching module and the heat sink is poor, the driving of the switching device may be stopped by blocking the PWM signal provided to the switching device.

본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단함으로써, 체결 불량으로 인한 스위칭 소자의 과열을 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect of preventing overheating of the switching element due to a fastening failure by diagnosing a fastening state between the switching module and the heat sink.

또한, 본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태가 불량이면 스위칭 소자의 구동을 중단함으로써, 체결 불량으로 인해 발생하는 전체 시스템 장애를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of preventing the entire system failure caused by a poor fastening by stopping the driving of the switching element if the fastening state between the switching module and the heat sink is poor.

도 1은 종래 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 스위칭 모듈 및 히트 싱크의 구조를 도시한 도면.
도 4는 스위칭 모듈이 구동될 때 측정 위치에 따른 온도를 도시한 그래프.
도 5 및 도 6은 각각 서모커플 및 적외선 카메라를 이용하여 스위칭 소자의 정션 온도를 실측하는 모습을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 체결 상태 진단 방법을 도시한 순서도.1 is a circuit diagram showing a switching element constituting a conventional inverter.
2 illustrates a power module package according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the structure of the switching module and the heat sink shown in FIG.
4 is a graph showing the temperature according to the measurement position when the switching module is driven.
5 and 6 are views showing the measurement of the junction temperature of the switching element using a thermocouple and an infrared camera, respectively.
7 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a fastening state of a power module package according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above objects, features, and advantages will be described in detail with reference to the accompanying drawings, whereby those skilled in the art to which the present invention pertains may easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

본 발명은 인버터를 구성하는 전력 모듈 패키지에 관한 것으로서, 패키지 내의 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단하기 위한 전력 모듈 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a power module package constituting an inverter, and more particularly, to a power module package for diagnosing a fastening state between a switching module and a heat sink in a package.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a power module package according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.

도 1은 종래 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 도시한 회로도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 스위칭 모듈 및 히트 싱크의 구조를 도시한 도면이다.1 is a circuit diagram showing a switching element constituting a conventional inverter. 2 is a view showing a power module package according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view showing the structure of the switching module and the heat sink shown in FIG.

또한, 도 4는 스위칭 모듈이 구동될 때 측정 위치에 따른 온도를 도시한 그래프이고, 도 5 및 도 6은 각각 서모커플 및 적외선 카메라를 이용하여 스위칭 소자의 정션 온도를 실측하는 모습을 도시한 도면이다.In addition, Figure 4 is a graph showing the temperature according to the measurement position when the switching module is driven, Figures 5 and 6 are views showing the measurement of the junction temperature of the switching element using a thermocouple and an infrared camera, respectively. to be.

도 1에 도시된 인버터의 회로도를 참조하면 인버터는 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')를 포함할 수 있고, 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')는 3상 교류 전원을 생성하여 모터(M)에 제공할 수 있다.Referring to the circuit diagram of the inverter shown in Figure 1 may include a plurality of switching elements (S1 ~ S3, S1 '~ S3'), the plurality of switching elements (S1 ~ S3, S1 '~ S3') Three-phase alternating current power can be generated and provided to the motor (M).

이를 위해 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')는 각 상에 대한 쌍으로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 총 6개의 스위칭 소자는 U상에 대한 한 쌍의 스위칭 소자(S1, S1')와 V상에 대한 한 쌍의 스위칭 소자(S2, S2')와 W상에 대한 한 쌍의 스위칭 소자(S3, S3')를 포함할 수 있다.To this end, the plurality of switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' may be configured in pairs for each phase. More specifically, a total of six switching elements shown in FIG. 1 include a pair of switching elements S1 and S1 'for the U phase and a pair of switching elements S2 and S2' for the V phase and a W phase. It may include a pair of switching elements (S3, S3 ') for.

각각의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 따라 턴 온 및 턴 오프 동작을 수행하여 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환할 수 있다.Each of the switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' may convert a DC power source into a three-phase AC power source by performing turn on and turn off operations according to a pulse width modulation (PWM) signal. .

스위칭 소자가 턴 온 및 턴 오프 동작을 반복 수행하면, 해당 스위칭 소자에는 전력 손실이 발생하고, 이러한 전력 손실은 열로 방출될 수 있다. 스위칭 소자는 일정 범위의 온도 내에서 정상 동작하므로, 스위칭 소자의 온도가 동작 가능한 최대 온도를 초과하지 않도록 히트 싱크(heat sink)가 이용될 수 있다.When the switching device repeatedly performs the turn on and turn off operation, power loss occurs in the switching device, and the power loss may be released as heat. Since the switching element normally operates within a range of temperatures, a heat sink can be used so that the temperature of the switching element does not exceed the maximum temperature at which it can be operated.

한편, 본 발명에서 스위칭 소자는 턴 온 및 턴 오프 동작을 수행하는 임의의 반도체 소자를 포함할 수 있고, 예를 들어, 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등일 수 있다.Meanwhile, in the present invention, the switching device may include any semiconductor device that performs turn on and turn off operations. For example, the switching device may include an Insulated Gate Bipolar mode Transistor (IGBT) and a metal oxide semiconductor field effect (MOSFET). Transistor) and the like.

전력 모듈 패키지(100)는 적어도 하나의 스위칭 소자 및 히트 싱크를 포함하고, 이에 더하여 스위칭 소자를 제어하기 위한 MPU(Micro Processor Unit), 마이컴(MICOM) 등의 프로세서를 포함할 수 있다.The power module package 100 may include at least one switching element and a heat sink, and may further include a processor such as a micro processor unit (MPU) or a microcomputer (MICOM) for controlling the switching element.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지(100)는 스위칭 모듈(110), 히트 싱크(120), 온도 산출 모듈(130), 체결 진단 모듈(140) 및 제어 모듈(150)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 전력 모듈 패키지(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다. Referring to FIG. 2, the power module package 100 according to an embodiment of the present invention may include a switching module 110, a heat sink 120, a temperature calculation module 130, a fastening diagnostic module 140, and a control module ( 150). The power module package 100 shown in FIG. 2 is according to an embodiment, and its components are not limited to the embodiment shown in FIG. 2, and some components may be added, changed, or deleted as necessary. have.

도 2 및 도 3을 참조하면, 스위칭 모듈(110)은 기판(111), 기판(111) 상에 형성되는 스위칭 소자(112) 및 기판(111) 상에 형성되어 기판(111)에 접속되는 서미스터(thermistor, 113)를 포함할 수 있다.2 and 3, the switching module 110 is a substrate 111, a switching element 112 formed on the substrate 111, and a thermistor formed on the substrate 111 and connected to the substrate 111. (thermistor, 113).

기판(111)은 프로세서에서 출력되는 전기적 신호를 스위칭 소자(112)에 제공할 수 있다. 이를 위해, 기판(111)은 전기적 신호를 스위칭 소자(112)에 제공하기 위한 회로기판을 포함할 수 있다.The substrate 111 may provide an electrical signal output from the processor to the switching element 112. To this end, the substrate 111 may include a circuit board for providing an electrical signal to the switching element 112.

보다 구체적으로, 기판(111)은 베이스 플레이트(base plate, 111a)와 베이스 플레이트(111a) 상에 형성되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PBC, 111b)을 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(111b)에는 스위칭 소자(112)와 프로세서를 전기적으로 접속하기 위한 회로가 형성될 수 있다.More specifically, the substrate 111 may include a base plate 111a and a printed circuit board PBC 111b formed on the base plate 111a. A circuit for electrically connecting the switching element 112 and the processor may be formed in the printed circuit board 111b.

인쇄회로기판(111b)은 베이스 플레이트(111a)에 증착 형성되는 세라믹 기판일 수 있다. 이와 같은, 인쇄회로기판(111b)은 직접구리부착(Direct Bonded Copper; DBC) 방식에 의해 베이스 플레이트(111a)에 증착 형성될 수 있다.The printed circuit board 111b may be a ceramic substrate deposited on the base plate 111a. As such, the printed circuit board 111b may be deposited on the base plate 111a by a direct bonded copper (DBC) method.

스위칭 모듈(110)은 하나 이상의 스위칭 소자(112)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위칭 모듈(110)은 도 1에 도시된 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3') 중 어느 하나의 스위칭 소자만을 포함할 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 인버터는 총 여섯 개의 스위칭 모듈(110)을 포함할 수 있다.The switching module 110 may include one or more switching elements 112. More specifically, the switching module 110 may include only one switching element of the switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' shown in FIG. 1. In this case, the inverter shown in FIG. 1 may include a total of six switching modules 110.

이와 달리, 스위칭 모듈(110)은 도 1에 도시된 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3') 중 상단 스위칭 소자(S1~S3)만을 포함할 수도 있고, 하단 스위칭 소자(S1'~S3')만을 포함할 수도 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 인버터는 총 두 개의 스위칭 모듈(110)을 포함할 수 있다.Alternatively, the switching module 110 may include only the upper switching elements S1 to S3 among the switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' shown in FIG. 1, and the lower switching elements S1 'to S3. It can also contain only '). In this case, the inverter shown in FIG. 1 may include a total of two switching modules 110.

서미스터(113)는 온도에 따라 저항이 변하는 반도체를 포함하는 저항체로서, 기판(111)에 접속되어 기판(111)의 온도에 따른 저항을 가질 수 있다.The thermistor 113 is a resistor including a semiconductor whose resistance changes with temperature, and is connected to the substrate 111 and may have a resistance according to the temperature of the substrate 111.

보다 구체적으로, 서미스터(113)는 기판(111)의 온도에 반비례하는 저항을 갖는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터일 수 있고, 기판(111)의 온도에 비례하는 저항을 갖는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 서미스터일 수도 있다.More specifically, the thermistor 113 may be a negative temperature coefficient (NTC) thermistor having a resistance inversely proportional to the temperature of the substrate 111, and a positive temperature coefficient (PTC) having a resistance proportional to the temperature of the substrate 111. It may also be a thermistor.

다시 도 3을 참조하면, 히트 싱크(120)는 스위칭 모듈(110)에 체결되어 스위칭 소자(112)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다.Referring to FIG. 3 again, the heat sink 120 may be fastened to the switching module 110 to absorb heat generated by the switching element 112.

전술한 바와 같이 스위칭 소자(112)에서는 전력 손실에 의한 열이 방출될 수 있다. 이 때, 스위칭 소자(112)에서 발생하는 열은 전술한 기판(111)을 통해 히트 싱크(120)로 전달될 수 있다.As described above, the switching element 112 may emit heat due to power loss. In this case, heat generated in the switching element 112 may be transferred to the heat sink 120 through the substrate 111 described above.

이를 위해, 히트 싱크(120)는 스위칭 모듈(110)의 기판(111)에 볼트 체결(bolt fastening)될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 히트 싱크(120)는 기판(111) 상부에서 삽입되는 볼트(220)에 의해 기판(111)과 체결될 수 있다.To this end, the heat sink 120 may be bolt fastened to the substrate 111 of the switching module 110. More specifically, as shown in FIG. 3, the heat sink 120 may be fastened to the substrate 111 by a bolt 220 inserted in the upper portion of the substrate 111.

히트 싱크(120)는 냉각 부재(미도시)를 포함할 수 있고, 냉각 부재의 내부에는 냉각을 위한 매개체가 흐르는 유로가 형성될 수 있다. 히트 싱크(120)는 냉각을 위한 매개체에 따라 공냉식 또는 수냉식으로 스위칭 소자(112)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다.The heat sink 120 may include a cooling member (not shown), and a channel through which a medium for cooling flows may be formed in the cooling member. The heat sink 120 may absorb heat generated by the switching element 112 by air cooling or water cooling according to a medium for cooling.

스위칭 소자(112)와 히트 싱크(120) 간의 열전도를 증가시키기 위하여, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120)가 체결되는 부분에는 열전도도가 높은 물질이 도포될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 사이에는 서멀 그리스(thermal grease, 210)가 도포될 수 있다.In order to increase the thermal conductivity between the switching element 112 and the heat sink 120, a material having high thermal conductivity may be applied to a portion where the switching module 110 and the heat sink 120 are fastened. For example, a thermal grease 210 may be applied between the switching module 110 and the heat sink 120.

전술한 전력 모듈 패키지(100)의 구조에서, 서멀 그리스(210)가 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 사이에 균일하게 도포되지 않거나, 서멀 그리스(210)에 이물질이 들어가거나, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120)간에 체결 상태가 불량인 경우, 전력 모듈 패키지(100)의 방열 성능은 매우 낮아질 수 있다.In the above-described structure of the power module package 100, the thermal grease 210 is not uniformly applied between the switching module 110 and the heat sink 120, or foreign matter enters the thermal grease 210, or When the fastening state is poor between the 110 and the heat sink 120, the heat dissipation performance of the power module package 100 may be very low.

전력 모듈 패키지(100)에 포함되는 프로세서는 스위칭 소자(112)의 정션 온도를 추정하고, 추정된 온도를 이용하여 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 파악할 수 있다.The processor included in the power module package 100 may estimate the junction temperature of the switching element 112 and determine the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 using the estimated temperature.

다시 도 2를 참조하면, 전력 모듈 패키지(100)에 포함되는 프로세서는 온도 산출 모듈(130), 체결 진단 모듈(140) 및 제어 모듈(150)을 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 2, the processor included in the power module package 100 may include a temperature calculation module 130, a fastening diagnostic module 140, and a control module 150.

온도 산출 모듈(130)은 서미스터(113)의 저항에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도를 산출할 수 있다. 또한, 온도 산출 모듈(130)은 히트 싱크(120)의 온도에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도를 산출할 수 있다.The temperature calculating module 130 may calculate the first junction temperature of the switching element 112 based on the resistance of the thermistor 113. In addition, the temperature calculating module 130 may calculate the second junction temperature of the switching element 112 based on the temperature of the heat sink 120.

도 2 및 도 4를 참조하면, 스위칭 소자(112)는 IGBT일 수 있고, 서미스터(113)는 NTC 서미스터일 수 있다. 또한, 기판(111)은 베이스 플레이트(111a)와 베이스 플레이트(111a) 상에 형성되는 세라믹 기판을 포함할 수 있다.2 and 4, the switching element 112 may be an IGBT, and the thermistor 113 may be an NTC thermistor. In addition, the substrate 111 may include a base plate 111a and a ceramic substrate formed on the base plate 111a.

이 때, IGBT에서 출력되는 상 전류의 크기가 증가하면 전력 모듈 패키지(100)를 구성하는 각 구성요소의 온도 또한 증가할 수 있다.At this time, when the magnitude of the phase current output from the IGBT increases, the temperature of each component constituting the power module package 100 may also increase.

다만, 각 구성요소의 온도는 IGBT와 인접한 순서에 따라 NTC 서미스터, 베이스 플레이트(111a) 및 히트 싱크(120) 순서로 높을 수 있다.However, the temperature of each component may be high in order of the NTC thermistor, the base plate 111a, and the heat sink 120 according to the order adjacent to the IGBT.

각 구성요소의 온도는 다르게 측정되나 출력되는 상 전류에 따른 온도의 상승 비율은 IGBT의 정션 온도의 상승 비율에 근사할 수 있다.The temperature of each component is measured differently, but the rate of increase in temperature according to the output phase current may approximate the rate of increase in junction temperature of the IGBT.

이에 따라, 온도 산출 모듈(130)은 서미스터(113)의 온도에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도를 산출할 수 고, 히트 싱크(120)의 온도에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도를 산출할 수 있다.Accordingly, the temperature calculating module 130 may calculate the first junction temperature of the switching element 112 based on the temperature of the thermistor 113 and the switching element 112 based on the temperature of the heat sink 120. The second junction temperature of can be calculated.

먼저, 온도 산출 모듈(130)이 서미스터(113)의 저항에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도를 산출하는 과정을 구체적으로 설명하도록 한다.First, the process of calculating the first junction temperature of the switching element 112 by the temperature calculating module 130 based on the resistance of the thermistor 113 will be described in detail.

온도 산출 모듈(130)은 서미스터(113)의 저항을 측정하고, 측정된 저항에 따른 온도를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 전력 모듈 패키지(100) 내의 메모리(미도시)에 미리 저장된 서미스터(113)의 데이터 시트를 참조하여 측정된 저항에 따른 온도를 확인할 수 있다.The temperature calculating module 130 may measure the resistance of the thermistor 113 and calculate a temperature according to the measured resistance. More specifically, the temperature calculation module 130 may check the temperature according to the measured resistance with reference to the data sheet of the thermistor 113 previously stored in a memory (not shown) in the power module package 100.

데이터 시트에 포함된 저항에 따른 온도 정보는 서미스터(113)의 소자 특성에 의해 결정될 수 있고, 데이터 시트는 서미스터(113)의 제조사로부터 제공될 수 있다.The temperature information according to the resistance included in the data sheet may be determined by device characteristics of the thermistor 113, and the data sheet may be provided from the manufacturer of the thermistor 113.

서미스터(113)의 온도가 산출되면, 온도 산출 모듈(130)은 스위칭 소자(112)의 손실 전력 및 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 간의 제1 열저항 계수(thermal coefficient of resistivity)에 기초하여 제1 정션 온도를 산출할 수 있다.Once the temperature of the thermistor 113 is calculated, the temperature calculation module 130 is based on the lost power of the switching element 112 and the first thermal coefficient of resistivity between the switching element 112 and the thermistor 113. The first junction temperature can be calculated.

보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 하기의 [수학식 1]을 이용하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도를 산출할 수 있다.More specifically, the temperature calculation module 130 may calculate the first junction temperature of the switching element 112 by using Equation 1 below.

(T_j1는 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도, T_t는 서미스터(113)의 온도, P_IGBT는 스위칭 소자(112)의 손실 전력, R_JT는 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 간의 제1 열저항 계수)T _j1 is the first junction temperature of the switching element 112, T _t is the temperature of the thermistor 113, P _IGBT is the loss power of the switching element 112, and R _JT is the switching element 112 and thermistor 113. First heat resistance coefficient of the liver)

제1 열저항 계수(R_JT)는 [^oC/W] 단위로 표현되며, 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 사이에서 단위 열량(W)이 전도되는데 필요한 온도(^oC)를 나타낼 수 있다.The first thermal resistance coefficient (R _JT ) is expressed in units of [ ^o C / W], and may indicate a temperature ^o C necessary for conducting the unit heat amount W between the switching element 112 and the thermistor 113. have.

제1 열저항 계수(R_JT)는 전력 모듈 패키지(100)를 최초 설계할 때, 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 사이의 매질 등에 의해 미리 결정될 수 있으며, 전력 모듈 패키지(100) 내의 메모리에 미리 저장될 수 있다.When the first thermal resistance coefficient (R _JT ) is _initially designed, the first thermal resistance coefficient (R _JT ) may be determined by a medium between the switching element 112 and the thermistor 113, and the like. Can be stored in advance.

한편, 스위칭 소자(112)의 손실 전력(P_IGBT)은 도통 손실(conduction loss)과 스위칭 손실(switching loss)의 합으로 표현될 수 있으며, 보다 구체적으로 하기의 [수학식 2]에 의해 산출될 수 있다.Meanwhile, the loss power P _IGBT of the switching element 112 may be expressed as a sum of conduction loss and switching loss, and more specifically, may be calculated by Equation 2 below. Can be.

(P_cond는 스위칭 소자(112)의 도통 손실, P_sw는 스위칭 소자(112)의 스위칭 손실)(P _cond is the conduction loss of the switching element 112, P _sw is the switching loss of the switching element 112)

스위칭 소자(112)의 도통 손실(P_cond)은 스위칭 소자(112)에 흐르는 전류, 콜렉터-이미터 포화(collector-emitter saturation) 전압, 콜렉터-이미터 포화 저항, PWM 신호의 변조 지수(modulation index), 역률, 이전 주기에 산출된 스위칭 소자(112)의 정션 온도 중 적어도 하나를 이용하여 산출될 수 있다.The conduction loss P _cond of the switching element 112 includes the current flowing through the switching element 112, the collector-emitter saturation voltage, the collector-emitter saturation resistance, and the modulation index of the PWM signal. ), The power factor, and the junction temperature of the switching element 112 calculated in the previous period.

또한, 스위칭 소자(112)의 스위칭 손실(P_sw)은 스위칭 소자(112)에 흐르는 전류, 스위칭 소자(112)의 턴 온 손실, 턴 오프 손실, 게이트 저항, 게이트 저항의 보정계수, 스위칭 주파수, 이전 주기에 산출된 스위칭 소자(112)의 정션 온도 중 적어도 하나를 이용하여 산출될 수 있다.In addition, the switching loss P _sw of the switching element 112 may include a current flowing through the switching element 112, a turn on loss of the switching element 112, a turn off loss, a gate resistance, a correction coefficient of the gate resistance, a switching frequency, It may be calculated using at least one of the junction temperature of the switching element 112 calculated in the previous period.

스위칭 소자(112)의 도통 손실(P_cond)과 스위칭 손실(P_sw)의 산출 방법은 상술한 파라미터 외 다른 파라미터를 더 이용할 수 있으며, 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 방법에 의해 산출될 수 있다.The method of calculating the conduction loss P _cond and the switching loss P _sw of the switching element 112 may further use parameters other than the above-described parameters, and may be calculated by various methods generally used in the art. have.

한편, 전술한 [수학식 1]의 파라미터로서 제1 열저항계수(R_JT)가 미리 결정되지 않은 경우, 온도 산출 모듈(130)은 스위칭 소자(112)의 실측 정션 온도, 서미스터(113)의 저항 및 스위칭 소자(112)의 손실 전력에 기초하여 제1 열저항 계수(R_JT)를 산출할 수 있다.On the other hand, when the first thermal resistance coefficient (R _JT ) is not determined as the parameter of Equation 1 above, the temperature calculation module 130 may measure the measured junction temperature of the switching element 112 and the thermistor 113. The first thermal resistance coefficient R _JT may be calculated based on the loss power of the resistor and the switching element 112.

보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 하기의 [수학식 3]을 이용하여 제1 열저항 계수(R_JT)를 산출할 수 있다.More specifically, the temperature calculation module 130 may calculate the first thermal resistance coefficient R _JT by using Equation 3 below.

(R_JT는 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 간의 제1 열저항 계수, T_jm은 실측 정션 온도, T_t는 서미스터(113)의 온도, P_IGBT는 스위칭 소자(112)의 손실 전력)(R _JT is the first thermal resistance coefficient between the switching element 112 and the thermistor 113, T _jm is the actual junction temperature, T _t is the temperature of the thermistor 113, P _IGBT is the loss power of the switching element 112)

실측 정션 온도(T_jm)는 서모커플(thermocouple) 및 적외선 카메라 중 적어도 하나에 의해 측정될 수 있다.The measured junction temperature T _jm may be measured by at least one of a thermocouple and an infrared camera.

서모커플은, 금속 선의 일단의 접합점과 타단의 접합점의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 측정하여 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도 센서이다.A thermocouple is a temperature sensor which measures the electromotive force generated by the temperature difference of the junction point of one end of a metal wire, and the junction point of the other end, and measures the temperature of a measurement object.

보다 구체적으로 도 3에 도시된 전력 모듈 패키지(100)의 상면도를 도시한 도 5를 참조하면, 기판(111) 상에는 복수의 IGBT(112)와 NTC 서미스터(113)가 형성될 수 있다. 한편, 도 5에 도시된 TC 모듈(510)은 서모커플 온도 센서를 포함하는 모듈일 수 있다.More specifically, referring to FIG. 5, which illustrates a top view of the power module package 100 illustrated in FIG. 3, a plurality of IGBTs 112 and NTC thermistors 113 may be formed on the substrate 111. Meanwhile, the TC module 510 illustrated in FIG. 5 may be a module including a thermocouple temperature sensor.

TC 모듈(510)과 연결된 금속 선은 일단(512)이 TC 모듈(510) 내 기준 온도를 갖는 물체에 접합될 수 있고, 타단(513)이 IGBT에 접합될 수 있다. TC 모듈(510)은 기준 온도와 IGBT의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 측정할 수 있고, 측정된 기전력에 기초하여 IGBT의 온도를 측정할 수 있다.The metal wire connected to the TC module 510 may have one end 512 bonded to an object having a reference temperature in the TC module 510, and the other end 513 may be bonded to the IGBT. The TC module 510 may measure the electromotive force generated by the temperature difference between the reference temperature and the IGBT, and may measure the temperature of the IGBT based on the measured electromotive force.

한편, 적외선 카메라는 측정 대상물의 온도에 따라 다른 파장으로 방사되는 적외선 광을 수광하여 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도 센서이다.On the other hand, the infrared camera is a temperature sensor that receives the infrared light emitted at different wavelengths according to the temperature of the measurement object to measure the temperature of the measurement object.

보다 구체적으로 도 6을 참조하면, 적외선 카메라는 도 3에 도시된 전력 모듈 패키지(100)의 상면을 촬영할 수 있고, 촬영된 영상에서 각 물체는 자신이 방사하는 적외선의 파장에 따라 다른 색깔로 표현될 수 있다.More specifically, referring to FIG. 6, the infrared camera may photograph the top surface of the power module package 100 shown in FIG. 3, and each object is represented in a different color according to the wavelength of infrared rays emitted by the infrared camera. Can be.

스위칭 소자(112, IGBT)의 온도는 촬영된 영상에서 표현된 색깔 및 자신이 방사하는 적외선 광의 파장 중 적어도 하나에 의해 측정될 수 있다.The temperature of the switching element 112 (IGBT) may be measured by at least one of a color expressed in the captured image and a wavelength of infrared light emitted by the switching element 112.

IGBT의 온도가 실측되면, 온도 산출 모듈(130)은 전술한 [수학식 3]을 이용하여 IGBT와 NTC 서미스터 간의 제1 열저항 계수(R_JT)를 산출할 수 있다.When the temperature of the IGBT is measured, the temperature calculation module 130 may calculate the first thermal resistance coefficient R _JT between the IGBT and the NTC thermistor using Equation 3 described above.

다음으로, 히트 싱크(120)의 온도에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도를 산출하는 과정을 구체적으로 설명하도록 한다.Next, a process of calculating the second junction temperature of the switching element 112 based on the temperature of the heat sink 120 will be described in detail.

온도 산출 모듈(130)은 히트 싱크(120)의 온도를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 히트 싱크(120)에 형성된 임의의 측정점에서 히트 싱크(120)의 온도를 측정할 수 있다.The temperature calculation module 130 may measure the temperature of the heat sink 120. More specifically, the temperature calculation module 130 may measure the temperature of the heat sink 120 at any measurement point formed in the heat sink 120.

히트 싱크(120)의 온도가 측정되면, 온도 산출 모듈(130)은 스위칭 소자(112)의 손실 전력(P_IGBT), 스위칭 소자(112)와 기판(111) 간의 제2 열저항 계수 및 기판(111)과 히트 싱크(120) 간의 제3 열저항 계수에 기초하여 제2 정션 온도를 산출할 수 있다.When the temperature of the heat sink 120 is measured, the temperature calculating module 130 may determine the loss power P _IGBT of the switching element 112, the second thermal resistance coefficient between the switching element 112 and the substrate 111, and the substrate ( The second junction temperature may be calculated based on the third thermal resistance coefficient between the 111 and the heat sink 120.

보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 하기의 [수학식 4]를 이용하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도를 산출할 수 있다.More specifically, the temperature calculating module 130 may calculate the second junction temperature of the switching element 112 by using Equation 4 below.

(T_j2는 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도, T_H는 히트 싱크(120)의 온도, P_IGBT는 스위칭 소자(112)의 손실 전력, R_JS는 스위칭 소자(112)와 기판(111) 간의 제2 열저항 계수, R_SH는 기판(111)과 히트 싱크(120) 간의 제3 열저항 계수)(T _j2 is the second junction temperature of the switching element 112, T _H is the temperature of the heat sink 120, P _IGBT is the loss power of the switching element 112, R _JS is the switching element 112 and the substrate 111 ) Is the second coefficient of thermal resistance, R _SH is the third coefficient of thermal resistance between the substrate 111 and the heat sink 120)

제2 열저항 계수(R_JS)는 [^oC/W] 단위로 표현되며, 스위칭 소자(112)와 기판(111) 사이에서 단위 열량(W)이 전도되는데 필요한 온도(^oC)를 나타낼 수 있다.The second thermal resistance coefficient (R _JS ) is expressed in units of [ ^o C / W] and may indicate a temperature ^o C necessary for conducting the unit heat amount W between the switching element 112 and the substrate 111. have.

제3 열저항 계수(R_SH)는 [^oC/W] 단위로 표현되며, 기판(111)과 히트 싱크(120) 사이에서 단위 열량(W)이 전도되는데 필요한 온도(^oC)를 나타낼 수 있다.The third thermal resistance coefficient (R _SH ) is expressed in units of [ ^o C / W] and may indicate a temperature ^o C necessary for conducting the unit heat amount W between the substrate 111 and the heat sink 120. have.

제2 열저항 계수(R_JS) 및 제3 열저항 계수(R_SH)는 전력 모듈 패키지(100)를 최초 설계할 때, 스위칭 소자(112)와 기판(111) 사이의 매질 및 기판(111)과 히트 싱크(120) 사이의 매질 등에 의해 미리 결정될 수 있으며, 전력 모듈 패키지(100) 내의 메모리에 미리 저장될 수 있다.The second thermal resistance coefficient (R _JS ) and the third thermal resistance coefficient (R _SH ) are the medium between the switching element 112 and the substrate 111 and the substrate 111 when the power module package 100 is initially designed. And a medium between the heat sink 120 and the like, and may be previously stored in a memory in the power module package 100.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 기판(111)이 베이스 플레이트(111a)와 인쇄회로기판(111b)으로 구성될 때, 제2 열저항 계수(R_JS)는 스위칭 소자(112)와 인쇄회로기판(111b) 간의 제2-1 열저항 계수(R_JP) 및 인쇄회로기판(111b)과 베이스 플레이트(111a) 간의 제2-2 열저항 계수(R_PS)의 합으로 나타낼 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, when the substrate 111 is composed of the base plate 111a and the printed circuit board 111b, the second thermal resistance coefficient R _JS is the switching element 112 and the printed circuit board. 2-1 thermal resistance coefficient R _JP between 111b and 2-2 thermal resistance coefficient R _PS between the printed circuit board 111b and the base plate 111a.

스위칭 소자(112)의 손실 전력(P_IGBT)은 전술한 바 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.Since the loss power P _IGBT of the switching element 112 has been described above, a detailed description thereof will be omitted.

체결 진단 모듈(140)은 전술한 방법에 의해 산출된 제1 정션 온도와 제2 정션 온도의 차이값을 미리 설정된 값과 비교하여 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 진단할 수 있다.The fastening diagnosis module 140 may diagnose the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 by comparing a difference value between the first junction temperature and the second junction temperature calculated by the above-described method with a preset value. Can be.

도 3에서 기판(111)과 히트 싱크(120) 사이에 도포된 서멀 그리스(210)가 균일하지 않거나, 서멀 그리스(210)에 이물질이 들어가거나, 기판(111)과 히트 싱크(120)의 볼트 체결 상태가 불량인 경우, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태는 불량일 수 있다.In FIG. 3, the thermal grease 210 applied between the substrate 111 and the heat sink 120 is not uniform or foreign matter enters the thermal grease 210, or a bolt of the substrate 111 and the heat sink 120 is present. When the fastening state is bad, the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 may be bad.

이 경우, 스위칭 소자(112)에서 발생하는 열이 히트 싱크(120)에 제대로 전달되지 않으므로, 히트 싱크(120)의 온도를 통해 산출된 제2 정션 온도는 스위칭 소자(112)의 실제 정션 온도보다 낮을 수 있다.In this case, since heat generated in the switching element 112 is not properly transferred to the heat sink 120, the second junction temperature calculated through the temperature of the heat sink 120 is larger than the actual junction temperature of the switching element 112. Can be low.

반면에, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태가 불량인 경우에도, 서미스터(113)의 온도를 통해 산출된 제1 정션 온도는 스위칭 소자(112)의 실제 정션 온도에 근접할 수 있다.On the other hand, even when the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 is poor, the first junction temperature calculated through the temperature of the thermistor 113 may be close to the actual junction temperature of the switching element 112. Can be.

이에 따라, 체결 진단 모듈(140)은 제1 정션 온도와 제2 정션 온도의 차이값이 미리 설정된 값 이상이면 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 불량으로 진단할 수 있다.Accordingly, the fastening diagnosis module 140 may diagnose a fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 as a defective value when the difference between the first junction temperature and the second junction temperature is equal to or greater than a preset value.

반면에, 체결 진단 모듈(140)은 제1 정션 온도와 제2 정션 온도의 차이값이 미리 설정된 값 미만이면 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 정산으로 진단할 수 있다.On the other hand, the fastening diagnostic module 140 may diagnose the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 as the settlement if the difference between the first junction temperature and the second junction temperature is less than a preset value.

미리 설정된 값은 사용자에 의해 임의의 값으로 설정될 수 있고, 전력 모듈 패키지(100)를 구성하는 각 구성요소의 설계 특성에 따라 결정될 수 있다.The preset value may be set to an arbitrary value by the user and may be determined according to design characteristics of each component constituting the power module package 100.

상술한 바와 같이, 본 발명은 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 진단함으로써, 체결 불량으로 인한 스위칭 소자(112)의 과열을 방지할 수 있다.As described above, the present invention can prevent overheating of the switching element 112 due to a fastening failure by diagnosing a fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120.

한편, 체결 진단 모듈(140)은 히트 싱크(120)의 온도가 서미스터(113)의 온도를 초과하면 서미스터(113)의 상태를 고장으로 진단할 수 있다.Meanwhile, when the temperature of the heat sink 120 exceeds the temperature of the thermistor 113, the fastening diagnosis module 140 may diagnose the state of the thermistor 113 as a failure.

도 3에 도시된 바와 같이 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 간의 열 전달 경로는 스위칭 소자(112)와 히트 싱크(120) 간의 열 전달 경로보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 서미스터(113)의 상태가 정상인 경우, 서미스터(113)의 온도는 히트 싱크(120)의 온도보다 높게 측정될 수 있다.As shown in FIG. 3, the heat transfer path between the switching element 112 and the thermistor 113 may be shorter than the heat transfer path between the switching element 112 and the heat sink 120. Accordingly, when the state of thermistor 113 is normal, the temperature of the thermistor 113 may be measured higher than the temperature of the heat sink 120.

전술한 바와 같이 온도 산출 모듈(130)은 서미스터(113)의 온도를 산출하고 히트 싱크(120)의 온도를 측정하여, 서미스터(113)의 온도와 히트 싱크(120)의 온도에 대한 정보를 체결 진단 모듈(140)에 제공할 수 있다.As described above, the temperature calculating module 130 calculates the temperature of the thermistor 113 and measures the temperature of the heat sink 120, thereby fastening information about the temperature of the thermistor 113 and the temperature of the heat sink 120. The diagnostic module 140 may be provided.

체결 진단 모듈(140)은 서미스터(113)의 온도와 히트 싱크(120)의 온도를 비교하여, 히트 싱크(120)의 온도가 서미스터(113)의 온도보다 더 크면 서미스터(113)의 상태를 고장으로 진단할 수 있다.The fastening diagnostic module 140 compares the temperature of the thermistor 113 with the temperature of the heat sink 120. If the temperature of the heat sink 120 is greater than the temperature of the thermistor 113, the fastening diagnostic module 140 fails. It can be diagnosed with

다시 말해, 서미스터(113) 간의 열 전달 경로가 스위칭 소자(112)와 히트 싱크(120) 간의 열 전달 경로보다 짧음에도, 서미스터(113)의 온도보다 히트 싱크(120)의 온도가 더 큰 경우 체결 진단 모듈(140)은 서미스터(113)의 상태를 고장으로 판단할 수 있다.In other words, although the heat transfer path between the thermistors 113 is shorter than the heat transfer path between the switching element 112 and the heat sink 120, the temperature of the heat sink 120 is greater than the temperature of the thermistor 113. The diagnostic module 140 may determine the state of the thermistor 113 as a failure.

제어 모듈(150)은 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태가 불량으로 진단되면 스위칭 소자(112)의 구동을 중단할 수 있다.If the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 is diagnosed as defective, the control module 150 may stop the driving of the switching element 112.

보다 구체적으로, 제어 모듈(150)은 스위칭 소자(112)에 PWM 신호를 제공할 수 있고, 스위칭 소자(112)는 PWM 신호에 따라 턴 온 및 턴 오프 동작을 수행할 수 있다.More specifically, the control module 150 may provide a PWM signal to the switching device 112, and the switching device 112 may perform turn on and turn off operations according to the PWM signal.

체결 진단 모듈(140)은 스위칭 소자(112)가 스위칭 동작을 수행하는 중에, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태가 불량으로 진단되면, 제어 모듈(150)에 불량 진단 신호를 제공할 수 있다.The fastening diagnostic module 140 transmits a bad diagnostic signal to the control module 150 when the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 is diagnosed as bad while the switching device 112 performs the switching operation. Can provide.

제어 모듈(150)은 불량 진단 신호를 제공받으면, 스위칭 소자(112)에 인가되는 PWM 신호를 차단함으로써 스위칭 소자(112)의 구동을 중단할 수 있다.When the control module 150 receives the failure diagnosis signal, the control module 150 may stop the driving of the switching element 112 by blocking the PWM signal applied to the switching element 112.

상술한 바와 같이, 본 발명은 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태가 불량이면 스위칭 소자(112)의 구동을 중단함으로써, 체결 불량으로 인해 발생하는 전체 시스템 장애를 방지할 수 있다.As described above, if the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 is poor, the present invention can stop the driving of the switching element 112, thereby preventing the entire system failure caused by the fastening failure. .

이하에서는, 도 7을 참조하여 전력 모듈 패키지(100)에서, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 진단하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of diagnosing a fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 in the power module package 100 will be described in detail with reference to FIG. 7.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지(100)의 체결 상태 진단 방법을 도시한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a fastening state diagnosis method of the power module package 100 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 전력 모듈 패키지(100)의 체결 상태 진단 방법은 전력 모듈 패키지(100)에 포함된 프로세서로서, 도 2에 도시된 온도 산출 모듈(130) 및 체결 진단 모듈(140)을 포함하는 프로세서에 의해 수행될 수 있다.Referring to FIG. 7, a method of diagnosing a fastening state of the power module package 100 is a processor included in the power module package 100, and includes a temperature calculating module 130 and a fastening diagnostic module 140 shown in FIG. 2. May be performed by a processor.

프로세서는 서미스터(113)의 저항을 측정하고(S111), 데이터시트를 참조하여 측정된 저항에 따른 서미스터(113)의 온도를 산출(S112)할 수 있다. 그 다음, 프로세서는 전술한 [수학식 1]을 이용하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도(T_j1)를 산출할 수 있다(S113).The processor may measure the resistance of the thermistor 113 (S111), and calculate the temperature of the thermistor 113 according to the measured resistance with reference to the data sheet (S112). Next, the processor may calculate the first junction temperature T _j1 of the switching element 112 by using Equation 1 described above (S113).

이와 동시에, 프로세서는 히트 싱크(120)의 온도를 측정하고(S121), 전술한 [수학식 4]를 이용하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도(T_j2)를 산출할 수 있다(S122).At the same time, the processor may measure the temperature of the heat sink 120 (S121) and calculate the second junction temperature T _j2 of the switching element 112 by using Equation 4 described above (S122). ).

제1 정션 온도(T_j1) 및 제2 정션 온도(T_j2)를 산출하기 위해, 전력 모듈 패키지(100) 내의 열 전달 경로에 따른 열저항 계수가 이용될 수 있음은 전술한 바와 같다.As described above, the thermal resistance coefficient according to the heat transfer path in the power module package 100 may be used to calculate the first junction temperature T _j1 and the second junction temperature T _j2 .

이어서, 프로세서는 산출된 제1 정션 온도(T_j1)와 제2 정션 온도(T_j2)를 비교하여, 각 온도의 차이값이 미리 설정된 값(T_S)을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S131).Subsequently, the processor may compare the calculated first junction temperature T _j1 and the second junction temperature T _j2 to determine whether a difference value of each temperature exceeds a preset value T _S (S131). ).

제1 정션 온도(T_j1)와 제2 정션 온도(T_j2)의 차이값이 미리 설정된 값(T_S)을 초과하면, 프로세서는 전력 모듈 패키지(100)의 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 불량으로 진단할 수 있다(S133).When the difference between the first junction temperature T _j1 and the second junction temperature T _j2 exceeds a preset value T _S , the processor may include a heat sink ( _S ) and a switching module 110 of the power module package 100. 120 may be diagnosed as a defective state (S133).

반면에, 제1 정션 온도(T_j1)와 제2 정션 온도(T_j2)의 차이값이 미리 설정된 값(T_S)을 초과하지 않으면, 프로세서는 전력 모듈 패키지(100)의 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 정상으로 진단할 수 있다(S132).On the other hand, if the difference between the first junction temperature T _j1 and the second junction temperature T _j2 does not exceed a preset value T _S , the processor may switch the switching module 110 of the power module package 100. And the fastening state between the heat sink 120 may be diagnosed as normal (S132).

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by.

Claims

A switching module comprising a substrate, a switching element formed on the substrate, and a thermistor formed on the substrate and connected to the substrate;
A heat sink coupled to the switching module to absorb heat generated from the switching element;
A temperature calculating module for calculating a first junction temperature of the switching element based on the resistance of the thermistor and calculating a second junction temperature of the switching element based on the temperature of the heat sink; And
And a fastening diagnosis module for comparing a difference between the first junction temperature and the second junction temperature with a preset value and diagnosing a fastening state between the switching module and the heat sink as normal or defective according to a comparison result.
Power module package.

The method of claim 1,
The substrate is
With base plate,
A power module package including a printed circuit board (PBC) formed on the base plate.

The method of claim 1,
The thermistor is
A power module package comprising a negative temperature coefficient (NTC) thermistor having a resistance inversely proportional to temperature or a positive temperature coefficient (PTC) thermistor having a resistance proportional to temperature.

The method of claim 1,
The heat sink is
The power module package bolt fastened to the substrate of the switching module.

The method of claim 1,
The temperature calculation module
And calculating the first junction temperature based on a resistance of the thermistor, loss power of the switching element, and a first thermal coefficient of resistivity between the switching element and the thermistor.

The method of claim 5,
The temperature calculation module
And calculating the first thermal resistance coefficient based on the measured junction temperature of the switching element, the resistance of the thermistor, and the loss power of the switching element.

The method of claim 1,
The temperature calculation module
Power for calculating the second junction temperature based on a temperature of the heat sink, a loss power of the switching element, a second thermal resistance coefficient between the switching element and the substrate, and a third thermal resistance coefficient between the substrate and the heat sink. Modular package.

The method of claim 1,
The fastening diagnostic module
If the difference between the first junction temperature and the second junction temperature is greater than or equal to the preset value, the fastening state is diagnosed as defective, and the difference between the first junction temperature and the second junction temperature is less than the preset value. The power module package for diagnosing the fastening state as normal.

The method of claim 1,
And a control module to stop driving of the switching element when the fastening state between the switching module and the heat sink is diagnosed as defective.

The method of claim 1,
The fastening diagnostic module
And diagnose a status of the thermistor as a failure when the temperature of the heat sink exceeds the temperature of the thermistor.