KR102445515B1 - 차량용 전력모듈 - Google Patents

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KR102445515B1
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Abstract

전력을 변환하고, 개선된 기판을 포함하는 차량용 전력모듈을 제공한다.
차량용 전력모듈은 외부로부터 전력을 입력 받거나 외부로 전력을 출력하도록 구성되는 리드프레임 및 리드프레임과 접합하도록 구성되는 기판을 포함하고, 기판은 리드프레임과 전기적으로 연결되도록 배치되는 패턴층, 패턴층과 이격되어 배치되고 전기적으로 접지되도록 구성되는 전도층 및 패턴층을 전도층으로부터 절연시키도록 전도층과 패턴층 사이에 배치되는 절연층을 포함하고, 패턴층은 리드프레임을 향해 절연층보다 더 돌출된다.

Description

차량용 전력모듈{POWER MODULE FOR Vehicle}
본 발명은 전력을 변환하고, 개선된 기판을 포함하는 차량용 전력모듈에 관한 것이다.
차량은 차륜을 구동시켜 도로를 이동하는 기계이다.
이러한 차량은 휘발유, 경유와 같은 석유연료를 연소시켜 기계적인 동력을 발생시키고 이 기계적인 동력을 이용하여 주행하는 내연기관 차량(일반 엔진 차량)과, 연비 및 유해 가스 배출량을 줄이기 위해 전기를 동력으로 하여 주행하는 친환경 차량을 포함한다.
여기서 친환경 차량은 충전 가능한 전원부인 배터리와 모터를 포함하고 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시키고, 모터의 회전을 이용하여 차륜을 구동시키는 전기 차량 및 엔진, 배터리 및 모터를 포함하고 엔진의 기계적인 동력과 모터의 전기적인 동력을 제어하여 주행하는 하이브리드 차량 또는 수소 연료 전지 차량을 포함한다.
이 중 배터리와 모터를 이용하여 주행하는 차량은 배터리의 전력을 모터의 구동을 위한 전력으로 변환하고, 제너레이터에서 발생된 전력을 배터리의 충전을 위한 전력으로 변환하는 인버터 및 컨버터와 같은 전력모듈을 포함한다.
이러한 전력모듈은 외부와의 절연을 위한 절연층 및 절연층을 중심으로 상부와 하부에 패턴층 및 전도층이 부착되는 절연회로기판을 포함할 수 있다.
일반적으로, 절연회로기판은 알루미나(Al2O3) 세라믹으로 구성된 절연층과 구리(Cu)로 구성된 패턴층 및 전도층을 산화 접합한 DBC(Direct Bonded Copper)기판을 포함할 수 있다.
한편, 일반적으로 절연회로기판의 패턴층과 리드프레임은 솔더링(soldering) 방식을 통해 접합될 수 있으나, 솔더링 방식은 사용 온도 및 수명에 한계가 있다.
최근 들어, 패턴층과 리드프레임의 접합에 초음파 용접(UW, Ultrasonic Welding)이 시도되고 있으나, 초음파 용접 시 절연회로기판에 인가되는 과도한 힘과 진동에 의해 절연회로기판의 절연층이 파손될 수 있다.
절연층의 기계적 강도를 향상시키기 위해, 알루미나 세라믹 대비 고강도의 질화규소(Si3N4) 세라믹을 적용할 수 있으나, 가격이 상승되고, 질화규소 세라믹도 기계적인 충격을 완전하게 방지할 수는 없다.
본 발명은 리드프레임을 기판에 초음파 용접 방식으로 접합하는 과정에서 발생되는 세라믹으로 구성된 절연층의 파손을 저감시키도록 개선된 차량용 전력모듈을 제공한다.
본 발명은 리드프레임을 기판에 초음파 용접 방식으로 접합하는 과정에서 가해지는 힘이 절연층에 인가되지 않게 리드프레임이 접합되는 패턴층의 하부의 절연층을 삭제하도록 개선된 차량용 전력모듈을 제공한다.
본 발명의 사상에 따르면 차량용 전력모듈은 외부로부터 전력을 입력 받거나 외부로 전력을 출력하도록 구성되는 리드프레임 및 상기 리드프레임과 접합하도록 구성되는 기판을 포함하고, 상기 기판은, 상기 리드프레임과 전기적으로 연결되도록 배치되는 패턴층, 상기 패턴층과 이격되어 배치되고 전기적으로 접지되도록 구성되는 전도층, 및 상기 패턴층을 상기 전도층으로부터 절연시키도록 상기 전도층과 상기 패턴층 사이에 배치되는 절연층을 포함하고, 상기 패턴층은 상기 리드프레임을 향해 상기 절연층보다 더 돌출될 수 있다.
상기 패턴층은 상기 절연층과 접하는 제1패턴부 및 상기 리드프레임과 접하는 제2패턴부를 포함할 수 있다.
상기 패턴층은 상기 제1패턴부와 상기 제2패턴부가 이격되도록 상기 제1패턴부 및 상기 제2패턴부 사이에 마련되는 제3패턴부를 더 포함할 수 있다.
상기 리드프레임은 외부를 향하는 제1리드단부 및 상기 제1리드단부와 대향되는 제2리드단부를 포함하고, 상기 절연층은 상기 리드프레임과 인접하는 제1절연단부 및 상기 제1절연단부와 대향되는 제2절연단부를 포함하고, 상기 제1리드단부 및 제2리드단부 사이의 수평거리는 상기 제1리드단부 및 상기 제1절연단부 사이의 수평거리보다 짧을 수 있다.
상기 패턴층은 상기 리드프레임과 인접하는 제1패턴단부 및 상기 제1패턴단부와 대향되는 제2패턴단부를 포함하고, 상기 리드프레임은 상기 제1패턴단부 및 상기 제1절연단부 사이에 대응되는 상기 패턴층에 접합할 수 있다.
상기 제1패턴단부 및 상기 제1절연단부 사이의 면적은 상기 패턴층에 접합하는 상기 리드프레임의 면적보다 클 수 있다.
상기 리드프레임은 상기 패턴층과 초음파 용접에 의해 접합될 수 있다.
상기 리드프레임이 상기 패턴층의 일 측면에 접합될 때, 상기 패턴층이 휘는 것을 방지하도록 상기 패턴층의 타 측면에 배치될 수 있는 지지부재를 더 포함할 수 있다.
상기 절연층은 알루미나 세라믹재질을 포함할 수 있다.
상기 리드프레임과 상기 패턴층의 접합을 보강하도록 상기 기판을 감싸는 몰딩부재를 더 포함할 수 있다.
상기 패턴층의 두께는 0.15mm 이상일 수 있다.
본 발명은 리드프레임을 기판에 초음파 용접 시, 세라믹으로 구성된 절연층의 파손을 방지함으로써, 제품의 불량률 발생을 최소화할 수 있고 상품성이 향상될 수 있다.
본 발명은 절연층을 구성하는 고가의 세라믹의 적용을 줄임으로써, 제품의 원가를 저감할 수 있다.
본 발명은 패턴층을 박형으로 적용함으로써, 패턴층과 절연층 사이의 박리 현상을 방지할 수 있고, 전력모듈의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 전력모듈을 포함하는 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 전력모듈을 포함하는 차량의 내부 구성을 도식화한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 차량용 전력모듈에 있어서, 기판의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 차량용 전력모듈에 있어서, 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 전력모듈의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 차량용 전력모듈의 단면도이다.
도 7은 도 6의 A-A′에서 바라본 본 발명에 따른 차량용 전력모듈의 측단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 차량용 전력모듈에 있어서, 몰딩부재를 도시한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 실시 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다.
따라서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것이 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
한편, 하기의 설명에서 사용된 "전방", "후방", "상부" 및 "하부" 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의하여 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 전력모듈을 포함하는 차량의 외관을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량(1)은 외관을 형성하는 차체(10) 및 차량(1)을 이동시키는 차륜(12)을 포함할 수 있다.
차량(1)은 인간, 물건 또는 동물 등과 같은 피 운송 체를 출발지에서 목적지로 이동시키는 다양한 장치를 의미할 수 있다. 차량(1)은 도로 또는 선로를 주행하는 자동차, 바다나 강 위로 이동하는 선박 및 공기의 작용을 이용하여 창공을 비행하는 비행기 등을 포함할 수 있다.
도로 또는 선로를 주행하는 차량(1)은 적어도 하나의 차륜(12)의 회전에 따라 소정의 방향으로 이동할 수 있으며, 예를 들어, 삼륜 또는 사륜자동차, 건설기계, 이륜자동차, 원동기장치, 자전거 및 선로를 주행하는 열차를 포함할 수 있다.
차체(10)는 엔진 등과 같이 차량(1)의 구동에 필요한 각종 장치를 보호하는 후드(11a), 실내공간을 형성하는 루프패널(11b), 수납공간이 마련되는 트렁크리드(11c), 차량(1)의 측 면에 마련되는 프런트휀더(11d) 및 쿼터패널(11e)을 포함할 수 있다.
또한, 차체(10)의 측 면에는 차체(10)와 힌지 결합된 복수의 도어(90)가 마련될 수 있다. 도어(90)는 도어(90)를 구성하는 금속이나 플라스틱으로 가공한 판인 도어패널(91)을 포함할 수 있다. 도어패널(91)은 차량(1)의 외관을 형성하는 도어아우터패널(93)을 포함할 수 있다.
도어(90)의 상 측에는 측 면의 시야를 제공하는 측면윈도우(16c)가 마련될 수 있다. 후드(11a)와 루프패널(11b) 사이에는 차량(1)의 전방의 시야를 제공하는 프런트윈도우(16a)가 마련될 수 있고, 루프패널(11b)과 트렁크리드(11c) 사이에는 후방의 시야를 제공하는 리어윈도우(16b)가 마련될 수 있다.
도어(90)는 후방을 감시하기 위한 사이드미러(19)를 포함할 수 있다.
차량(1)의 전방에는 차량(1)의 진행 방향으로 조명을 조사하는 헤드램프(Head lamp, 13)가 마련될 수 있다. 차량(1)의 전방 또는 후방에는 차량(1)의 진행 방향을 지시하기 위한 방향지시램프(Turn Signal Lamp, 14)가 마련될 수 있다.
차량(1)의 후방에는 차량(1)의 기어 변속 상태, 브레이크 동작 상태 등을 표시할 수 있는 테일램프(15)가 마련될 수 있다.
차체(10)는 프런트범퍼(front bumper, 17) 및 라디에이터그릴(radiator grille, 18) 등을 포함할 수 있다.
차량(1)의 내부에는 차량(1)의 동작과 관련된 전자적 제어를 수행할 수 있는 적어도 하나의 차량제어부(20)가 마련될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 전력모듈을 포함하는 차량의 내부 구성을 도식화한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 차량(1)은 전후 좌우에 각 배치된 차륜(12)에 구동력을 인가하기 위한 동력장치(미 도시), 조향장치(미 도시), 차륜(12)에 제동력을 인가하기 위한 제동장치(미 도시) 및 현가장치(미 도시)를 포함할 수 있다.
동력장치(미 도시)는 차량(1)의 주행에 필요한 구동력을 발생시키고, 발생된 구동력을 조절하는 장치로 동력발생장치(미 도시)와 동력전달장치(미 도시)를 포함할 수 있다.
동력발생장치(미 도시)는 엔진(41), 연료장치(미 도시), 냉각장치(미 도시), 급유장치(미 도시), 배터리(42), 모터(43), 제너레이터(44) 및 전력변환기(45)를 포함할 수 있다.
동력전달장치(미 도시)는 클러치(51), 변속기(52), 종감속장치(미 도시), 차동장치(53) 등을 포함할 수 있다.
엔진(41)은 휘발유, 경유와 같은 석유연료를 연소시켜 기계적인 동력을 발생시킬 수 있다. 배터리(42)는 고압의 전류를 통해 전력을 생성하고 생성된 전력을 모터(43)에 공급할 수 있다. 배터리(42)는 제너레이터(44)에서 공급된 전력을 공급받아 충전을 수행할 수 있다.
모터(43)는 배터리(42)의 전기 에너지를 차량(1)에 마련된 각종 장치를 동작시키기 위한 역학적 에너지로 전환할 수 있다.
제너레이터(44)는 시동 발전기로, 엔진(41)의 크랭크축(41a)과 벨트(41b)로 연결될 수 있고, 엔진(41)의 크랭크축(41a)과 연동되어 엔진(41)을 시동할 때에는 모터(43)로 동작할 수 있고, 엔진(41)이 차륜(12)의 구동에 사용되지 않고 있을 때는 배터리(42)를 충전할 수 있다.
즉, 제너레이터(44)는 엔진(41)의 자체 동력에 의해 발전기로 동작하거나, 제동, 감속 또는 저속 주행에 의한 에너지 회생 조건에서 엔진(41)을 통해 전달되는 동력에 의해 발전기로 동작하여 배터리(42)가 충전되도록 할 수 있다.
차량(1)은 주차장 또는 충전소에 배치된 충전기로부터 전력을 공급받고, 공급된 전력을 이용하여 배터리(42)를 충전할 수 있다.
전력변환기(45)는 배터리(42)의 전력을 모터(43)의 구동 전력으로 변환하거나, 제너레이터(44)에서 발생된 전력을 배터리(42)에 충전 가능한 전력으로 변환할 수 있다. 전력변환기(45)는 배터리(42)의 전력을 제너레이터(44)의 구동 전력으로 변환할 수 있다.
전력변환기(45)는 인버터와 컨버터를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 차량용 전력모듈(100)을 포함할 수 있다. 차량용 전력모듈(100)에 대한 자세한 설명은 하기하도록 한다. 전력변환기(45)는 모터(43)와 배터리(42) 사이에서 전류의 방향과 출력을 변환할 수 있다.
클러치(51)는 엔진(41)만을 이용하여 구동력을 발생시킬 때 폐쇄될 수 있고, 배터리(42)의 전력을 이용하여 구동력을 발생시킬 때 개방될 수 있다.
예를 들어, 클러치(51)는 모터(43)를 이용하여 감속 주행이나 저속 주행을 할 때 개방(Open)될 수 있고, 제동을 수행할 때에도 개방될 수 있으며, 가속 주행 및 일정 속도 이상의 정속 주행을 수행할 때 폐쇄(Close)될 수 있다.
변속기(52)는 엔진(41)과 모터(43)의 회전 운동을 차륜(12)에 전달할 수 있다.
차동장치(53)는 변속기(52)와 차륜(12) 사이에 마련될 수 있고, 변속기(52)의 변속비를 조절하여 구동력을 각각 발생시키고, 발생된 구동력을 좌우 차륜(12)에 각각 전달할 수 있다.
차랑(1)은 저압의 전류를 생성하고 오디오 기기, 실내 램프, 그 외 전자 장치들에 전기적으로 연결되어 생성된 저압의 전류를 구동 전력으로 공급하는 보조배터리(미 도시)를 포함할 수 있다. 보조배터리(미 도시)는 배터리(42)에 의해 충전될 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 차량용 전력모듈에 있어서, 기판의 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 차량용 전력모듈에 있어서, 기판의 단면도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 차량용 전력모듈(100)은 기판(200)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시 예는 차량(1)에 마련된 차량용 전력모듈(100)을 예로 설명하고 있지만, 차량용 전력모듈(100)은 차량(1)뿐만 아니라 각종 전자장치에 마련될 수 있다.
여기서, 전자장치는 입력되는 전력과 구동에 이용되는 전력이 상이한 구성부를 가진 장치일 수 있다. 전자장치는 모터(43, 도 2참조)를 포함하는 장치일 수 있고, 충전 가능한 배터리(42, 도 2 참조)를 포함하는 장치일 수 있고, 모터(43)와 배터리(42)를 모두 포함하는 장치일 수 있다.
예를 들어, 모터(43)를 포함하는 전자장치는 냉장고, 공기조화기, 세탁기, 청소기 및 퍼스널모빌리티 등을 포함할 수 있고, 배터리(42)를 포함하는 전자장치는 모바일기기 등을 포함할 수 있다.
배터리(42)와 모터(43)를 모두 포함하는 전자장치는 로봇, 퍼스널모빌리티 및 드론과 같은 원격조종기기 등을 포함할 수 있다.
전자장치는 저전압이 인가되어 소전류를 제어하는 저전력소자와 고전압이 인가되어 대전류를 제어하는 전력소자를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 차량용 전력모듈(100)은 고전압이 인가되거나 대전류가 흐를 수 있는 전력소자를 포함할 수 있다.
기판(200)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)을 포함할 수 있다.
기판(200)은 패턴층(210), 패턴층(210)과 이격되어 배치되고 전기적으로 접지되도록 구성되는 전도층(230) 및 패턴층(210)을 전도층(230)으로부터 절연시키도록 전도층(230)과 패턴층(210) 사이에 배치되는 절연층(220)을 포함할 수 있다.
기판(200)은 절연층(220)을 포함하는 절연회로기판을 포함할 수 있다.
패턴층(210), 절연층(220) 및 전도층(230)은 사각형상을 포함할 수 있다. 다만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
패턴층(210)은 전기전도율이 높고, 열을 방출하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 패턴층(210)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속으로 구성될 수 있다.
패턴층(210)은 선택적 식각(Etching) 공정을 통하여 복수의 패턴층을 구성할 수 있다.
절연층(220)은 패턴층(210)을 전도층(230) 및 외부로부터 절연시킬 수 있다. 절연층(220)은 전기전도율이 낮고, 열전도율이 높은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(220)은 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹 재료로 구성될 수 있다.
전도층(230)은 전기적으로 접지될 수 있다. 전도층(230)은 전기전도율이 높고, 열전도율이 높은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전도층(230)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속으로 구성될 수 있다.
패턴층(210)은 소자부(214) 및 전도부(215)를 포함할 수 있다. 소자부(214) 및 전도부(215)는 복수로 마련될 수 있다. 복수의 소자부(214) 및 복수의 전도부(215)는 패턴층(210)의 식각 공정에 의해 각각 이격되어 배치될 수 있다. 다만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
패턴층(210)은 프레임단자(미 도시)를 포함할 수 있고, 프레임단자(미 도시)를 통해 외부제어기(미 도시)에 연결될 수 있고, 외부제어기(미 도시)의 제어 신호를 소자부(214)로 전달할 수 있다.
전도부(215)는 전력이 입력되고 전력이 출력될 때 발생된 열을 외부로 방출하고, 소자부(214)의 구동에 의해 발생된 열을 외부로 방출할 수 있다.
전도부(215)는 열과 전기가 이동되는 통로로서, 전력을 소자부(214)와 같은 다른 전도성 물체에 전달할 수 있다. 전도부(215)는 전도성 물체를 포함할 수 있다.
패턴층(210)은 일 단부를 구성하는 제1패턴단부(216) 및 제1패턴단부(216)와 대향되는 타 단부를 구성하는 제2패턴단부(217)를 포함할 수 있다.
절연층(220)은 제1패턴단부(216)와 인접하도록 일 단부를 구성하는 제1절연단부(221) 및 제2패턴단부(217)와 인접하도록 제1절연단부(221)와 대향되는 타 단부를 구성하는 제2절연단부(222)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 전력모듈의 사시도이다. 도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 차량용 전력모듈의 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 차량용 전력모듈(100)은 리드프레임(110)을 포함할 수 있다.
리드프레임(110)은 복수로 마련될 수 있다. 도 5 및 도 6에서 리드프레임(110)은 네 개 배치되는 것을 도시하고 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
리드프레임(110)은 외부로부터 전력을 입력 받거나 외부로 전력을 출력하도록 구성될 수 있다. 리드프레임(110)은 외부장치(미 도시)와 연결될 수 있다.
리드프레임(110)은 외부장치(미 도시)로부터 전력을 공급받아, 기판(200)에서 변환하여 다른 외부장치(미 도시)로 전력을 다시 출력할 수 있다.
여기서, 외부장치(미 도시)는 상용전원 등의 전력공급원일 수 있고, 배터리(42)나 모터(43)를 포함할 수 있다. 리드프레임(110)은 직류전력이 입력되거나 출력되는 직류단자 또는 교류전력이 입력되거나 출력되는 교류단자를 포함할 수 있다.
리드프레임(110)은 기판(200, 도 3참조)과 접합하도록 구성될 수 있다. 리드프레임(110)은 패턴층(210)과 초음파 용접에 의해 접합될 수 있다. 패턴층(210)은 리드프레임(110)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다.
차량용 전력모듈(100)은 소자부(214)에 배치될 수 있는 소자(120)를 포함할 수 있다. 소자(120)는 전력을 변환하도록 소자부(214)에 배치될 수 있다. 소자(120)는 복수로 마련될 수 있고, 반도체소자를 포함할 수 있다. 다만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
소자(120)는 패턴층(210)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 전도부(215)를 통해 리드프레임(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전도부(215)는 리드프레임(110)을 통해 입력된 전력을 소자부(214)에 전달할 수 있고, 변환된 전력을 리드프레임(110)으로 전달할 수 있다.
패턴층(210)은 소자(120)와 리드프레임(110) 사이를 전기적으로 연결하고, 소자(120)에 의하여 발생된 열을 외부로 방출할 수 있다. 패턴층(210)은 표면에 소자(120)의 접합을 위해 은(Ag) 등의 도금을 포함할 수 있다. 다만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
절연층(220)은 소자(120)에 의하여 발생된 열을 외부로 방출할 수 있다. 전도층(230)은 소자(120)에 의하여 발생된 열을 외부로 방출할 수 있다.
리드프레임(110)은 단차지게 절곡되어 구성될 수 있다. 다만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
리드프레임(110)은 외부를 향하는 제1리드단부(111) 및 제1리드단부(111)와 대향되는 제2리드단부(112)를 포함할 수 있다.
제1패턴단부(216)는 제1리드단부(111) 및 제2리드단부(112) 사이에 배치될 수 있다.
제2리드단부(112)는 제1패턴단부(216) 및 제1절연단부(221) 사이에 배치될 수 있다.
도 7은 도 6의 A-A′에서 바라본 본 발명에 따른 차량용 전력모듈의 측단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 패턴층(210)은 리드프레임(110)을 향해 절연층(220)보다 더 돌출되도록 구성될 수 있다.
패턴층(210)이 리드프레임(110)을 향해 절연층(220)보다 더 돌출되는 부분의 크기는 패턴층(210)에 접합되는 리드프레임(110)의 접합 부분의 크기에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
제1리드단부(111) 및 제2리드단부(112) 사이의 수평거리(L1)는 제1리드단부(111) 및 제1절연단부(221) 사이의 수평거리(L2)보다 짧을 수 있다.
리드프레임(110)은 제1패턴단부(216) 및 제1절연단부(221) 사이의 갭(D) 내에 대응되는 패턴층(210)에 접합될 수 있다. 제1패턴단부(216) 및 제1절연단부(221) 사이의 갭(D)의 면적은 패턴층(210)에 접합하는 리드프레임(110)의 면적보다 클 수 있다.
리드프레임(110)의 크기는 다양하게 마련될 수 있으나, 리드프레임(110)이 패턴층(210)에 접합되는 부분의 크기가 제1패턴단부(216) 및 제1절연단부(221) 사이의 갭(D)의 면적보다 크면, 리드프레임(110)을 패턴층(210)에 초음파 용접할 때, 리드프레임(110)이 크게 진동될 수 있다.
리드프레임(110)을 패턴층(210)에 초음파 용접할 때 발생되는 리드프레임(110)의 진동은 리드프레임(110)과 패턴층(210)의 용접 접합 특성을 저감할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 차량용 전력모듈(100)은 제1패턴단부(216) 및 제1절연단부(221) 사이의 갭(D)의 면적이 패턴층(210)에 접합하는 리드프레임(110)의 면적보다 크게 구성될 수 있어, 안정적으로 리드프레임(110)을 패턴층(210)에 용접할 수 있다.
리드프레임(110)이 패턴층(210)에 접합되는 부분의 크기는 리드프레임(110)의 허용 전류량을 고려하여 다양하게 마련될 수 있으나, 초음파 인가를 위한 혼(horn)의 크기와 리드프레임(110)과 패턴층(210)의 접합 부분의 접합력을 고려하여 제한적으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 리드프레임(110)이 패턴층(210)에 접합되는 부분의 크기는 500mm * 500mm일 수 있다. 다만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
패턴층(210)은 절연층(220)과 접하는 제1패턴부(211) 및 리드프레임(110)과 접하는 제2패턴부(212)를 포함할 수 있다. 패턴층(210)은 제1패턴부(211)와 제2패턴부(212)가 이격되도록 제1패턴부(211) 및 제2패턴부(212) 사이에 마련되는 제3패턴부(213)를 포함할 수 있다.
즉, 제1패턴부(211)는 리드프레임(110)과만 접할 수 있고, 제2패턴부(212)는 소자(120) 및 절연층(220)과만 접할 수 있고, 제3패턴부(213)는 다른 구성요소와 접하지 않을 수 있다.
차량용 전력모듈(100)은 리드프레임(110)이 패턴층(210)의 일 측면에 접합될 때, 패턴층(210)이 휘는 것을 방지하도록 패턴층(210)의 타 측면에 배치될 수 있는 지지부재(140)를 포함할 수 있다.
지지부재(140)는 리드프레임(110)이 기판(200)과 효율적으로 용접될 수 있도록 구성되는 지그를 포함할 수 있다.
지지부재(140)는 리드프레임(110)을 기판(200)에 초음파 용접 시, 일시적으로 사용될 수 있고, 최종적으로 완성된 차량용 전력모듈(100)에는 포함되지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 전력모듈(100)의 패턴층(210)의 두께(T)는 0.15mm 이상일 수 있다. 리드프레임(110)을 패턴층(210)에 초음파 용접할 때, 절연층(220)에 전달되는 충격을 완화하기 위해서는 패턴층(210)의 두께(T)가 두꺼울수록 유리할 수 있다.
다만, 두꺼워진 패턴층(210)은 절연층(220)과의 열팽창계수 차이에 의해 절연층(220)과 패턴층(210)의 박리 현상을 유발할 수 있다. 따라서, 패턴층(210)과 절연층(220)의 박리 현상을 방지하기 위해서는 패턴층(210)의 두께(T)가 얇을수록 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 전력모듈(100)은 리드프레임(110)이 초음파 용접되는 패턴층(210)의 하부에 절연층(220)이 배치되지 않을 수 있으므로, 리드프레임(110)을 패턴층(210)에 용접할 때 절연층(220)으로 전달되는 충격을 완화하기 위해 패턴층(210)의 두께(T)를 두껍게 유지하지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 차량용 전력모듈(100)은 패턴층(210)의 두께(T)를 최대한 얇게 유지할 수 있다.
다만, 리드프레임(110)과의 초음파 용접에 의해 인가되는 힘에 의한 패턴층(210)의 변형을 방지하도록 패턴층(210)의 두께(T)는 0.15mm이상이 바람직할 수 있다. 다만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
한편, 리드프레임(110)을 패턴층(210)에 초음파 용접할 때, 기판(200)에 인가되는 힘을 줄이기 위해, 리드프레임(110)의 두께를 줄일 수 있으나, 리드프레임(110)의 두께를 줄이게 되면 외부장치(미 도시)와 리드프레임(110)을 결합할 때, 리드프레임(110)이 변형 또는 끊어질 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 전력모듈(100)은 리드프레임(110)이 초음파 용접되는 패턴층(210)의 하부에 절연층(220)이 배치되지 않을 수 있으므로, 리드프레임(110)을 패턴층(210)에 용접할 때 절연층(220)으로 전달되는 충격 완화와 무관하게 리드프레임(110)의 두께(T)를 두껍게 유지할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 차량용 전력모듈에 있어서, 몰딩부재를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 차량용 전력모듈(100)은 리드프레임(110)과 기판(200)의 접합을 보강하도록 리드프레임(110) 및 기판(200)을 감싸는 몰딩부재(130)를 포함할 수 있다.
몰딩부재(13)는 리드프레임(110)과 패턴층(210)의 접합을 보강할 수 있고, 패턴층(210)과 소자(120)의 결합, 패턴층(210)과 절연층(220)의 결합 및 절연층(220)과 전도층(230)의 결합을 보강할 수 있다.
몰딩부재(130)는 리드프레임(110) 및 기판(200)의 외면에 몰딩됨으로써, 리드프레임(110) 및 기판(200)을 외부와 절연시키고 차량용 전력모듈(100)의 방열 능력을 향상시킬 수 있다.
몰딩부재(130)는 EMC(Epoxy Molding Compound) 수지 재료로 구성될 수 있다. 몰딩부재(130)는 리드프레임(110)이 초음파 용접되는 패턴층(210)의 하부에 절연층(220) 및 전도층(230)이 배치되지 않음으로 인해 유발되는 차량용 전력모듈(100)의 강성을 보강할 수 있다.
리드프레임(110)은 몰딩부재(130)에 의한 몰딩 후에 트리밍될 수 있다.
이상 특정 실시 예에 의하여 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이러한 실시 예에 한정되는 것이 아니다.
특허청구범위에 명시된 본 발명의 기술적 사상으로서의 요지를 일탈하지 아니하는 범위 안에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 또는 변형 가능한 다양한 실시 예들도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
1: 차량 10: 차체
12: 차륜 20: 차량제어부
41: 엔진 42: 배터리
43: 모터 44: 제너레이터
45: 전력변환기 51: 클러치
52: 변속기 53: 차동장치
100: 차량용 전력모듈 110: 리드프레임
111: 제1리드단부 112: 제2리브단부
120: 소자 130: 몰딩부재
140: 지지부재 200: 기판
210: 패턴층 211: 제1패턴부
212: 제2패턴부 213: 제3패턴부
214: 소자부 215: 전도부
216: 제1패턴단부 217: 제2패턴단부
220: 절연층 221: 제1절연단부
222: 제2절연단부 230: 전도층
T: 패턴층의 두께
D: 제1패턴단부 및 제1절연단부 사이의 갭
L1: 제1리드단부 및 제2리드단부 사이의 거리
L2: 제1리드단부 및 제1절연단부 사이의 거리

Claims (11)

  1. 외부로부터 전력을 입력 받거나 외부로 전력을 출력하도록 구성되는 리드프레임; 및
    상기 리드프레임과 접합하도록 구성되는 기판;을 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 리드프레임과 초음파 용접에 의해 접합되어 전기적으로 연결되는 패턴층,
    상기 패턴층과 이격되어 배치되고 전기적으로 접지되도록 구성되는 전도층, 및
    상기 패턴층을 상기 전도층으로부터 절연시키도록 상기 전도층과 상기 패턴층 사이에 배치되는 절연층을 포함하고,
    상기 패턴층은 상기 리드프레임을 향해 상기 절연층보다 더 돌출되는 차량용 전력모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴층은 상기 절연층과 접하는 제1패턴부 및 상기 리드프레임과 접하는 제2패턴부를 포함하는 차량용 전력모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패턴층은 상기 제1패턴부와 상기 제2패턴부가 이격되도록 상기 제1패턴부 및 상기 제2패턴부 사이에 마련되는 제3패턴부를 더 포함하는 차량용 전력모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리드프레임은 상기 기판의 중심을 향하는 방향에 대항하여 외부를 향하는 제1리드단부 및 상기 제1리드단부와 대향되는 제2리드단부를 포함하고,
    상기 절연층은 상기 리드프레임과 인접하는 제1절연단부 및 상기 제1절연단부와 대향되는 제2절연단부를 포함하고,
    상기 제1리드단부 및 제2리드단부 사이의 수평거리는 상기 제1리드단부 및 상기 제1절연단부 사이의 수평거리보다 짧은 차량용 전력모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패턴층은 상기 리드프레임과 인접하는 제1패턴단부 및 상기 제1패턴단부와 대향되는 제2패턴단부를 포함하고,
    상기 리드프레임은 상기 제1패턴단부 및 상기 제1절연단부 사이에 대응되는 상기 패턴층에 접합하는 차량용 전력모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1패턴단부 및 상기 제1절연단부 사이의 면적은 상기 패턴층에 접합하는 상기 리드프레임의 면적보다 큰 차량용 전력모듈.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리드프레임이 상기 패턴층의 일 측면에 접합될 때, 상기 패턴층이 휘는 것을 방지하도록 상기 패턴층의 타 측면에 배치될 수 있는 지지부재를 더 포함하는 차량용 전력모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 알루미나 세라믹재질을 포함하는 차량용 전력모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 리드프레임과 상기 패턴층의 접합을 보강하도록 상기 기판을 감싸는 몰딩부재를 더 포함하는 차량용 전력모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 패턴층의 두께는 0.15mm 이상인 차량용 전력모듈.
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