KR102492306B1 - 방열 소재 및 양면냉각 파워모듈 - Google Patents

방열 소재 및 양면냉각 파워모듈 Download PDF

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Abstract

방열 소재 및 양면냉각 파워모듈이 개시된다. 방열 소재는 외층과 외층보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성되는 내층을 구비하는 제1 외각층, 및 제1 외각층의 내층보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성되며, 제1 외각층의 외층 보다 작은 두께를 갖는 제2 외각층을 포함할 수 있다.

Description

방열 소재 및 양면냉각 파워모듈{HEAT DISSIPATION MATERIAL AND POWER MODULE OF DUAL SIDE COOLING}
본 발명은 방열 소재 및 양면냉각 파워모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체 소자를 냉각하기 위한 방열 소재 및 이를 구비한 양면냉각 파워모듈에 관한 것이다.
파워모듈은 내부에 전력반도체 소자가 구비되며, 전기장치의 전력을 변환, 분해 및 관리하는 역할을 한다. 파워모듈은, 기판이 일면에 배치되는 단면냉각 파워모듈 및 양면에 배치되는 양면냉각 파워모듈로 구분된다. 양면냉각 파워모듈은 일반적으로 전력 반도체 및 스페이서가 배치되고, 그 상하로 두개의 기판이 배치되는 구조를 갖으며, 단면냉각 파워모듈에 비해 냉각 성능이 우수하여 그 사용이 증가하는 추세에 있다.
파워모듈은 전기 자동차 및 하이브리드 자동차 등의 모터에 전력을 공급하기 위해 사용되고 있으며, 그 수요가 점차 증가하고 있다. 전기 자동차 및 하이브리드 자동차에 사용되는 파워 모듈은 고온 및 진동 등의 열악한 환경으로 인해, 구동 시에 많은 열이 발생할 수 있다. 이때 발생된 열은 전력반도체 소자의 성능을 감소시키고 수명을 단축시키기 때문에, 전기 자동차 등에 사용되는 파워모듈은 전력반도체 소자를 방열하기 위한 냉각 성능이 다른 파워모듈 보다 우수해야 한다.
파워모듈의 냉각 성능은 주로 스페이서의 열 전도율에 의해 좌우되며, 스페이서의 열 전도율이 높을 수록 파워모듈의 냉각 성능은 우수하게 된다. 하지만, 스페이서의 열전도율이 높이기 위해 단순히 열전도율이 높은 소재를 사용하는 경우에는, 파워모듈의 구성 소재 간의 열팽창계수의 차이가 발생할 수 있고, 이로 인해 접착력 감소나 크랙 생성 등의 기계적 특성 변화와 파워모듈의 열화로 인한 특성 및 효율의 감소현상이 발생할 수 있다. 따라서, 열전도율이 우수하며 열팽창계수가 반도체 소자 및 기판과 매칭되는 방열 소재를 개발하는 것이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열전도율이 우수하면서, 열팽창계수가 반도체 소자 및 기판과 매칭될 수 있는 방열 소재 및 양면냉각 파워모듈을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 반도체 소자와 인접한 영역의 열팽창계수는 반도체 소자와 매칭되면서, 기판과 인접한 영역의 열전도율이 우수하여 열방출 성능이 뛰어난 방열 소재 및 양면냉각 파워모듈을 제공하는데 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 방열 소재는, 외층과 외층보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성되는 내층을 구비하는 제1 외각층, 및 상기 제1 외각층의 내층보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성되며, 상기 제1 외각층의 외층 보다 작은 두께를 갖는 제2 외각층을 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1 외각층의 외층의 두께는 상기 제2 외각층의 두께의 1.2배 이상일 수 있다.
상기 방열 소재는, 상기 제1 외각층 및 상기 제2 외각층 사이에 위치하며, 외층과 외층보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성되는 내층을 구비하는 중간층을 더 포함할 수 있다.
상기 중간층의 외층은, 상기 제1 외각층의 외층 보다 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 외각층의 내층에 상기 중간층이 적층되며, 상기 중간층의 내층에 상기 제2 외각층이 적층될 수 있다.
상기 중간층은 복수개로 포함되며, 상기 제1 외각층의 내층에 상기 복수의 중간층이 교대로 적층되며, 최외각에 위치하는 중간층의 내층에 상기 제2 외각층이 적층될 수 있다.
상기 제2 외각층은, 상기 제1 외각층의 내층에 적층될 수 있다.
상기 제1 외각층의 외층은 구리 또는 알루미늄일 수 있다.
상기 제2 외각층은 구리 또는 알루미늄일 수 있다.
상기 제1 외각층의 내층은 몰리브덴 또는 텅스텐일 수 있다.
상기 중간층의 외층은 구리 또는 알루미늄일 수 있다.
상기 중간층의 내층은 몰리브덴 또는 텅스텐일 수 있다.
상기 중간층의 외층과 상기 제2 외각층은 두께가 동일할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 다른 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 양면냉각 파워모듈은, 본 발명에 따른 방열 소재로 형성된 스페이서, 상기 스페이서 상부에 위치하는 반도체칩, 상기 반도체칩 상부에 위치한 상부기판, 및 상기 스페이서 하부에 위치하는 하부기판을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방열 소재 및 양면냉각 파워모듈에 의하면, 방열소재 양면을 형성하는 최외각층이 열전도율계수가 높은 소재로 형성되면서 서로 비대칭한 두께를 가짐으로써, 기판과 접합되는 면을 형성하는 층은 열전도율이 우수한 소재로 두텁게 형성되어 열방출 성능이 뛰어나고, 반도체 소자와 접합되는 면을 형성하는 층이 얇아 열팽창계수가 낮은 소재로 형성된 층에 의해 열팽창이 통제됨으로써 반도체 소자와 열팽창계수가 매칭될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방열 소재의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 방열 소재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 방열 소재의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 양면 냉각 파워모듈의 단면도이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 방열 소재 및 양면냉각 파워모듈에 대해 상세하게 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당해 기술분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 함을 밝혀 두고자 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방열 소재의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 제1 외각층(100) 및 제2 외각층(200)를 포함할 수 있다.
제1 외각층(100)은 외층(110) 및 내층(120)을 포함할 수 있다.
외층(110)은 내층(120)보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 외층(100)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 외층(110)이 형성하는 외면에 기판이 접합될 수 있다.
내층(120)은 외층(110) 및 제2 외각층(200) 보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성될 수 있으며, 방열 소재(10) 전체 100 중량부에 대해 15 내지 50 중량부가 포함될 수 있다. 일 예로, 내층(120)은 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 내층(120)에 제1 외각층(200)이 접합될 수 있다.
제2 외각층(200)는 중간층(300)의 내층(320)보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 외각층(200)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 일부 실시예로, 제2 외각층(200)은 외층(110)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. 제2 외각층(200)이 형성하는 외면에 반도체 소자가 접합될 수 있다.
내층(120)은 외층(110) 및 제2 외각층(200) 보다 열팽창계수가 작아 외층(110) 및 제2 외각층(200)의 열팽창을 억제시킴에 따라, 방열 소재(10)의 열팽창계수가 그에 접합되는 반도체 소자 및 기판의 열팽창계수와 매칭시키는 작용 및 기능을 수행할 수 있다. 내층(120)에 제2 외각층(200)이 적층될 수 있다.
외층(110)의 두께는 제2 외각층(200)의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 바람직하게, 외층(110)의 두께는 제2 외각층(200)의 두께의 1.2배 이상일 수 있다. 이에 따라, 방열 소재(10)에서 얇은 제2 외각층(200)이 위치하는 부분이 외층(110)이 위치하는 부분 보다 내층(120)으로 인해 열팽창인 억제되어 열팽창계수가 낮아질 수 있다. 또한 방열 소재(10)에서 외층(110)이 위치하는 부분이 제2 외각층(200)이 위치하는 부분 보다 열전도율계수가 높은 소재로 두껍게 형성됨에 따라 열방출 성능이 우수한 특징을 갖게 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 일면은 열팽창계수가 낮아 반도체 소자의 열팽창계수와 매칭이 가능하고, 타면은 열전도율이 높아 열방출 성능이 보다 향상된 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 방열 소재의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 제1 외각층(100), 제2 외각층(200) 및 중간층(300)를 포함할 수 있다.
제1 외각층(100)은 외층(110) 및 내층(120)을 포함할 수 있다.
외층(110)은 내층(120)보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 외층(100)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 외층(110)이 형성하는 외면에 기판이 접합될 수 있다.
내층(120)은 외층(110) 및 중간층(300)의 외층(310) 보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 내층(120)은 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 내층(120)에 중간층(300)이 접합될 수 있다.
제2 외각층(200)는 내층(120)보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 외각층(200)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 일부 실시예로, 제2 외각층(200)은 외층(110)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. 제2 외각층(200)이 형성하는 외면에 반도체 소자가 접합될 수 있다.
중간층(300)은 제1 외각층(100) 및 제2 외각층(200) 사이에 위치하며, 외층(310) 및 내층(320)을 포함할 수 있다.
외층(310)은 내층(320)보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 외층(300)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 외층(310)은 제1 외각층(100)의 내층(120)에 적층될 수 있다. 일부 실시예로, 외층(310)는 제2 외각층(200) 또는 제1 외각층(100)의 외층(110)과 동일한 소재로 형성될 수 있다.
내층(320)은 외층(310) 및 제2 외각층(200) 보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 내층(320)은 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 내층(320)에 제2 외각층(200)이 접합될 수 있다. 일부 실시예로, 내층(320)은 제1 외각층(100)의 내층(120)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. 또한, 내층(120) 및 내층(310)은 합하여 방열 소재(10) 전체 100 중량부에 대해 15 내지 50 중량부가 포함될 수 있다.
내층(120)은 외층(110) 및 중간층(300)의 외층(310) 보다 열팽창계수가 작아 외층(110) 및 외층(310)의 열팽창을 억제시키고 내층(320)은 외층(310) 및 제2 외각층(200) 보다 열팽창계수가 작아 외층(110) 및 제2 외각층(200)의 열팽창을 억제시킴에 따라, 방열 소재(10)의 열팽창계수가 그에 접합되는 반도체 소자 및 기판의 열팽창계수와 매칭시키는 작용 및 기능을 수행할 수 있다.
제1 외각층(100)의 외층(110)의 두께는 제2 외각층(200)의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 일부 실시예로, 외층(310)은 제2 외각층(200)과 동일한 두께를 가질 수 있다.
바람직하게, 외층(110)의 두께는 제2 외각층(200)의 두께의 1.2배 이상일 수 있다. 이에 따라, 방열 소재(10)에서 얇은 제2 외각층(200)이 위치하는 부분이 외층(110)이 위치하는 부분 보다 내층(120)으로 인해 열팽창이 억제되어 열팽창계수가 낮아질 수 있다. 또한 방열 소재(10)에서 외층(110)이 위치하는 부분이 제2 외각층(200)이 위치하는 부분 보다 열전도율계수가 높은 소재로 두껍게 형성됨에 따라 열방출 성능이 우수한 특징을 갖게 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 일면은 열팽창계수가 낮아 반도체 소자의 열팽창계수와 매칭이 가능하고, 타면은 열전도율이 높아 열방출 성능이 보다 향상된 효과가 있다.
일부 실시예로, 외층(310)은 제2 외각층(200) 보다 두꺼울 수 있다. 이러한 경우에, 본 발명에 따른 방열 소재(10)의 열방출 성능이 보다 향상될 수 있다,
일부 실시예로, 제1 외각층(100)의 내층(120)의 두께는, 중간층(300)의 내층(320)의 두께보다 작을 수 있다. 이러한 경우에, 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 반도체 소자와 열팽창계수가 매칭되면서, 열방출 성능이 보다 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 방열 소재의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 제1 외각층(100), 제2 외각층(200), 제1 중간층(300) 및 제2 중간층(400)를 포함할 수 있다.
제1 외각층(100)은 외층(110) 및 내층(120)을 포함할 수 있다.
외층(110)은 내층(120)보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 외층(100)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 외층(110)이 형성하는 외면에 기판이 접합될 수 있다.
내층(120)은 외층(110) 및 제1 중간층(300)의 외층(310) 보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 내층(120)은 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 내층(120)에 제1 중간층(300)이 접합될 수 있다.
제2 외각층(200)는 내층(120) 또는 제2 중간층(400)의 내층(420) 보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 외각층(200)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 일부 실시예로, 제2 외각층(200)은 외층(110)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. 제2 외각층(200)이 형성하는 외면에 반도체 소자가 접합될 수 있다.
제1 중간층(300)은 제1 외각층(100) 및 제2 중간층(400) 사이에 위치하며, 외층(310) 및 내층(320)을 포함할 수 있다.
외층(310)은 내층(320)보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 외층(310)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 외층(310)은 제1 외각층(100)의 내층(120)에 적층될 수 있다. 일부 실시예로, 외층(310)는 제2 외각층(200) 또는 제1 외각층(100)의 외층(110)과 동일한 소재로 형성될 수 있다.
내층(320)은 외층(310) 및 제2 중간층(400)의 외층(410) 보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 내층(220)은 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 내층(320)에 제2 중간층(400)의 외층(410)이 접합될 수 있다. 일부 실시예로, 내층(320)은 제1 외각층(100)의 내층(120)과 동일한 소재로 형성될 수 있다.
제2 중간층(400)은 제1 중간층(300) 및 제2 외각층(200) 사이에 위치하며, 외층(410) 및 내층(420)을 포함할 수 있다.
외층(410)은 내층(420)보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 외층(410)은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 외층(410)은 제1 중간층(300)의 내층(320)에 적층될 수 있다. 일부 실시예로, 외층(410)는 제1 중간층(300)의 외층(310)과 동일한 소재로 형성될 수 있다.
내층(420)은 외층(410) 및 제2 외각층(200) 보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 일 예로, 내층(420)은 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐합금 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 내층(420)에 제2 외각층(200)이 접합될 수 있다. 일부 실시예로, 내층(420)은 제1 중간층(300)의 내층(320)과 동일한 소재로 형성될 수 있다.
일부 실시예로, 내층(120), 내층(320) 및 내층(420)은 합하여 방열 소재(10) 전체 100 중량부에 대해 15 내지 50 중량부가 포함될 수 있다.
내층(120)은 외층(110) 및 제1 중간층(300)의 외층(310) 보다 열팽창계수가 작아 외층(110) 및 외층(310)의 열팽창을 억제시키고, 내층(320)은 외층(310) 및 제2 중간층(400)의 외층(410) 보다 열팽창계수가 작아 외층(310) 및 외층(410)의 열팽창을 억제시키며, 내층(420)은 외층(410) 및 제2 외각층(200) 보다 열팽창계수가 작아 외층(410) 및 제2 외각층(200)의 열팽창을 억제시킴에 따라, 방열 소재(10)의 열팽창계수가 그에 접합되는 반도체 소자 및 기판의 열팽창계수와 매칭시키는 작용 및 기능을 수행할 수 있다.
제1 외각층(100)의 외층(110)의 두께는 제2 외각층(200)의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 바람직하게, 외층(110)의 두께는 제2 외각층(200)의 두께의 1.2배 이상일 수 있다. 이에 따라, 방열 소재(10)에서 얇은 제2 외각층(200)이 위치하는 부분이 외층(110)이 위치하는 부분 보다 내층(120)으로 인해 열팽창인 억제되어 열팽창계수가 낮아질 수 있다. 또한 방열 소재(10)에서 외층(110)이 위치하는 부분이 제2 외각층(200)이 위치하는 부분 보다 열전도율계수가 높은 소재로 두껍게 형성됨에 따라 열방출 성능이 우수한 특징을 갖게 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 일면은 열팽창계수가 낮아 반도체 소자의 열팽창계수와 매칭이 가능하고, 타면은 열전도율이 높아 열방출 성능이 보다 향상된 효과가 있다.
일부 실시예로, 제1 중간층(300)의 외층(310) 및 제2 중간층(400)의 외층(410)은 제2 외각층(200)과 동일한 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예로, 제1 중간층(300)의 외층(310) 및 제2 중간층(400)의 외층(410)은 제2 외각층(200) 보다 두꺼울 수 있다. 이러한 경우에, 열방출 성능이 더 향상될 수 있다.
일부 실시예로, 제1 중간층(300)의 외층(310)은 제2 중간층(400)의 외층(410) 보다 두꺼울 수 있다. 이러한 경우에, 열방출 성능이 더 향상될 수 있다.
일부 실시예로, 제1 외각층(100)의 두께는 외층(310) 또는 외층(410)의 두께의 1.2배 이상일 수 있다.
일부 실시예로, 제2 중간층(400)의 내층(420)은, 제1 중간층(300)의 내층(320) 보다 두꺼울 수 있다.
일부 실시예로, 제1 외각층(100)의 내층(120)의 두께는, 내층(410) 및 내층(420)의 두께보다 작을 수 있다. 이러한 경우에, 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 반도체 소자와 열팽창계수가 매칭되면서, 열방출 성능이 보다 향상될 수 있다.
도 3에서 제1 중간층(300) 및 제2 중간층(400)으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명에 따른 방열 소재(10)는 3개 이상의 중간층을 포함할 수 있고, 복수의 중간층은 도 3에 도시된 바와 같이 적층될 수 있다. 복수의 중간층 중 최외각에 위치하는 중간층의 내층에 제2 외각층(200)이 적층될 수 있고 최외각에 위치하는 중간층의 외층이 제1 외각층(100)의 내층에 적층될 수 있다.
일부 실시예로, 복수의 중간층의 외층은 모두 동일한 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예로, 복수의 중간층의 외층은 제2 외각층(200) 보다 두꺼울 수 있다. 이러한 경우에, 열방출 성능이 더 향상될 수 있다.
일부 실시예로, 복수의 중간층의 외층 및 제2 외각층(200)은 모두 동일할 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예로, 복수의 중간층의 외층은 제1 외각층(100)에 가까울 수록 증가된 두께를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 열방출 성능이 더 향상될 수 있다.
일부 실시예로, 제1 외각층(100)의 두께는 복수의 중간층의 외층 또는 제2 외각층(200)의 두께의 1.2배 이상일 수 있다. 이러한 경우에, 열방출 성능이 더 향상될 수 있다.
일부 실시예로, 복수의 중간층의 내층은, 제2 외각층(200)에 가까울 수록 두께가 증가할 수 있다. 이러한 경우에, 열팽창이 보다 억제될 수 있다.
일부 실시예로, 제1 외각층(100)의 내층(120)의 두께는, 복수의 중간층의 내층의 두께보다 작을 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 양면 냉각 파워모듈의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 양면냉각 파워모듈(1)은 스페이서(11), 반도체칩(20), 상부기판(30) 및 하부기판(40)을 포함할 수 있다.
스페이서(11)는 본 발명에 따른 방열 소재(10)로 형성되며, 반도체칩(20) 및 상부기판(30) 사이에 위치할 수 있다.
반도체칩(20)은 스페이서(11) 및 하부기판(40) 사이에 위치할 수 있다. 반도체칩(20)은 스페이서(11)의 제2 외각층(200)에 접합될 수 있으며, 스페이서(11)와 반도체칩(20)은 솔더재(52)로 접합될 수 있다.
상부기판(30)은 스페이서(11) 상부에 위치할 수 있다. 상부기판(30)은 스페이서(11)의 제1 외각층(100)에 접합될 수 있으며, 스페이서(11)와 상부기판(30)은 솔더재(51)로 접합될 수 있다.
하부기판(40)은 반도체칩(20) 하부에 위치할 수 있다. 하부기판(40)과 반도체칩(20)은 솔더재(53)로 접합될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
양면냉각 파워모듈 1 방열 소재 10
스페이서 11 반도체칩 20
상부기판 30 하부기판 40
제1 외각층 100 제2 외각층 200
중간층 300

Claims (8)

  1. 반도체칩;
    상기 반도체칩에 접합된 제1 기판;
    상기 반도체칩에 접합된 스페이서; 및
    상기 스페이서에 접합된 제2 기판을 포함하고,
    상기 스페이서는,
    상기 제2 기판과 접합된 외층과 상기 외층보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성되는 내층을 구비하는 제1 외각층; 및
    상기 제1 외각층의 내층보다 큰 열전도계수를 갖는 재료로 구성되며, 상기 제1 외각층의 외층 보다 작은 두께를 갖는 제2 외각층을 포함하고,
    상기 제1 외각층의 외층 또는 상기 제2 외각층은,
    구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 중 적어도 하나로 구성되고,
    상기 제1 외각층의 내층은,
    몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금, 텅스텐(W) 및 텅스텐합금 중 적어도 하나로 구성되며,
    상기 반도체칩이 상기 제2 외각층에 접합되고, 상기 제2 외각층이 상기 내층으로 인해 열팽창이 억제되어 상기 반도체칩의 열팽창계수와 매칭되도록 상기 제2 기판과 접합된 외층의 두께는 상기 제2 외각층의 두께의 1.2배 이상이고, 상기 내층은 상기 스페이서 전체 100중량부에 대해 15 내지 50 중량부가 포함하는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 외각층의 내층 및 상기 제2 외각층 사이에 위치하며, 외층과 상기 외층보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성되는 내층을 구비하는 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    외층과 상기 외층보다 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 구성되는 내층을 구비하는 복수의 중간층을 더 포함하고,
    상기 제1 외각층의 내층에 상기 복수의 중간층이 교대로 적층되며,
    최외각에 위치하는 중간층의 내층에 상기 제2 외각층이 적층되는 것을 특징을 하는 파워모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 복수의 중간층의 외층의 두께는,
    상기 제2 외각층의 두께 보다 크거나 상기 제1 외각층에 가까운 것일 수록 큰 것을 특징으로 하는 파워모듈.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 복수의 중간층의 내층의 두께는,
    상기 제1 외각층의 내층의 두께 보다 크거나 상기 제2 외각층에 가까운 것일 수록 작은 것을 특징으로 하는 파워모듈.
  6. 삭제
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