KR102534628B1 - 파워 모듈 패키지 및 이의 사용방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파워모듈 패키지 및 이의 사용방법에 관한 발명으로써, 상기 파워모듈 패키지는 복 수개의 배치공간이 형성된 베이스프레임; 상기 복 수개의 배치공간에서 상기 베이스프레임과 이격되도록 배치된 복 수개의 파워모듈; 상기 베이스프레임과 상기 복 수개의 파워모듈을 연장하는 복 수개의 탈착프레임; 및 상기 복 수개의 파워모듈과 상기 베이스프레임 사이의 이격공간에 충진된 절연물질을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 파워모듈 패키지 및 이의 사용방법에 관한 것이다.
최근 하이브리드 자동차 또는 전기자동차에 장착되는 인버터 또는 컨버터와 같은 전력변환장치의 출력증가에 대한 요구가 커지고 있다. 이 경우, 인버터를 구성하는 파워 모듈의 고출력화가 필요하다. 또한, 이러한 파워모듈의 경우 고 출력과 더불어 소형화에 대한 요구가 커지고 있는 추세이다.
기존의 와이어를 사용하는 파워모듈의 경우, 반도체 소자를 실장하는 경우, 반도체 소자에 접합할 수 있는 와이어의 개수가 한정되어 고출력이 이루어지지 않는 문제가 있다. 또한, 전류가 와이어를 통해 흐르는 과정에서 와이어의 길이와 반도체 접합저항에 의해 전류손실이 발생하는 문제가 있다.
또한, 와이어를 접합하지 않은 면에만 히트싱크를 접합할 수 있는 단방향 방열 구조이기 때문에, 열저항이 크고 그 결과 고출력을 내는 용도로는 부적합한 문제가 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 기존에 와이어 구조로부터 탈피한 양방향 방열구조의 파워모듈을 사용한 출력장치가 사용되고 있는 실정이다.
아래에서는 종래의 양방향 방열구조 파워모듈을 사용한 출력장치에 대해 설명한다.
도 1은 종래의 양방향 방열구조 파워모듈을 사용한 출력장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 양방향 방열구조 파워모듈은, 전원을 공급하기 위한 전극이 형성된 반도체소자(1)와, 상기 반도체소자(1) 상면에 부착되는 금속버퍼(2)와, 상기 반도체소자(1)의 하면이 부착되는 하부방열기판(4)과, 상기 금속버퍼(2)의 상면이 부착되는 상부방열기판(3)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양방향 방열구조 파워모듈이 작동하기 위해서는, 상기 양방향 방열구조 파워모듈의 상기 하부방열기판(4)의 하면에 부착되는 하부히터싱크(6) 및 상기 상부방열기판(3)의 상면에 부착되는 상부히터싱크(7)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체소자(1), 상기 금속버퍼(2), 상기 상부방열기판(3), 상기 하부방열기판(4), 상기 상부히터싱크(7) 및 상기 하부히터싱크(6)의 부착면에는 접착부재(5)가 도포되어, 상기 접착부재(5)에 의해 각 구성이 접착될 수 있다.
이를 통해, 상기 반도체소자(1)로부터 발생되는 열은, 상기 하부방열기판(4) 및 상기 하부히트싱크(6)를 통하여 파워모듈의 하측으로 방열됨과 동시에, 상기 금속버퍼(2), 상기 상부방열기판(3) 및 상기 상부히터싱크(7)를 통하여 파워모듈의 상측으로 방열될 수 있다.
종래의 양방향 방열구조 파워모듈을 사용한 출력장치에 관한 선행문헌은 아래와 같다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
특허출원번호 10-2013-0125170호 {발명의 명칭 : 파워모듈, 공개일자 : 2015.04.29.}
이러한, 종래의 양방향 방열구조 파워모듈을 사용한 출력장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
양방향 방열구조 파워모듈의 경우, 그 구조가 복잡하기 때문에 하나씩 개별적으로 조립해야 하는 문제가 있다. 이에 따라, 파워모듈을 제작하기 위한 공정시간 및 비용이 많이 발생하여, 많은 양의 파워모듈을 생산하기에는 부적합한 문제가 있다. 즉, 공정생산성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 파워모듈이 개별적으로 생산됨에 따라, 파워모듈간의 성능오차가 발생하게 되고, 이에 따라 파워모듈의 불량률이 높아지는 문제가 있다.
또한, 도 1을 참조하여 보면, 상기 반도체소자의 상면과 하면 사이의 공극(L1)이 매우 좁기 때문에, 전압을 유지하는데 어려움이 있다. 반도체 소자의 경우, 상면과 하면의 전압차이에 의해 파워모듈이 동작할 수 있고, 이를 위해 상하면 간의 절연거리가 필요한데, 종래의 양방향 방열구조 파워모듈에서는 절연거리가 무척 좁아 전압차이를 유지시키는데 어려움이 있다.
또한, 이러한 파워모듈의 절연거리 확보를 위해 반도체소자 주위의 공극에 절연물질을 몰딩시켜 사용하는 것이 일반적이다. 이 경우, 파워모듈의 개별제작 공정 후, 파워모듈 내부의 공극에 절연물질을 몰딩시키기 위한 별도의 공정이 추가적으로 이루어져야 하는 문제가 있다. 따라서, 별도의 공정이 추가적으로 이루어짐에 따라 공정시간 및 비용이 추가적으로 발생할 뿐만 아니라, 공정단계가 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 전력변환장치에 파워모듈을 실장하는 과정에서, 파워모듈에 손상이 발생하여 불량이 일어나는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여, 절연거리가 확보된 파워모듈을 개별적으로 패키징하여 제작되는 파워 모듈 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지는, 복 수개의 배치공간이 형성된 베이스프레임; 상기 복 수개의 배치공간에서 상기 베이스프레임과 이격되도록 배치된 복 수개의 파워모듈; 상기 베이스프레임과 상기 복 수개의 파워모듈을 연장하는 복 수개의 탈착프레임; 및 상기 복 수개의 파워모듈과 상기 베이스프레임 사이의 이격공간에 충진된 절연물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연물질은 상기 복 수개의 파워모듈 외측면을 덮는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파워모듈은, 반도체 소자; 상기 반도체 소자의 일면에 일면이 부착되는 금속부; 및 상기 반도체 소자의 타면에 일면이 부착되는 금속버퍼를 포함할 수 있고, 상기 탈착프레임은 상기 베이스프레임과 상기 금속부에 연장된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속부, 상기 탈착프레임 및 상기 베이스프레임은 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파워모듈은, 상기 반도체소자의 일면과 상기 금속부의 일면 사이에 배치된 제1 접착부재; 및 상기 반도체소자의 타면과 상기 금속버퍼의 일면 사이에 배치된 제2 접착부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 접착부재 및 상기 제2 접착부재는 열전도성 열계면 재료(TIM : Thermal Interface Material)를 포함할 수 있고, 상기 반도체 소자는 IGBT 및 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속부 및 상기 금속버퍼는 금, 은, 니켈, 구리, 주석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 사용 방법은, 내부에 복 수개의 배치공간이 형성된 베이스프레임; 상기 복 수개의 배치공간에 상기 베이스프레임으로부터 이격되도록 배치된 복 수개의 파워모듈; 상기 베이스프레임 및 상기 복 수개의 파워모듈을 연장하는 복 수개의 착탈프레임; 및 상기 복 수개의 파워모듈과 상기 베이스프레임 사이의 이격공간에 충진된 절연물질을 포함하는 파워모듈 패키지를 준비하는 단계; 및 상기 복 수개의 착탈프레임을 절단하여 상기 복 수개의 파워모듈을 상기 배치공간으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 파워모듈을 하나씩 개별적으로 조립할 필요 없이, 복 수의 파워모듈을 포함하는 하나의 패키지 구조를 제공함에 따라, 파워모듈의 제작공정이 간단해지는 효과가 있다.
둘째, 하나의 패키지에서 복 수개의 파워모듈이 제작됨에 따라, 파워모듈의 생산성이 향상되는 효과가 있다.
셋째, 복 수개의 파워모듈이 일률적으로 생산됨에 따라, 파워모듈간의 성능오차가 줄어들고, 파워모듈의 불량률이 현저하게 낮아지는 효과가 있다.
넷째, 파워모듈 패키지 제작공정에서 절연물질을 몰딩시킴으로써, 절연물질이 몰딩된 파워모듈이 한번에 형성되어, 별도의 몰딩공정이 필요없는 효과가 있다.
다섯째, 생산된 파워모듈의 반도체소자의 절연간격이 절연물질에 의해 커짐에 따라, 반도체소자 전극 간의 전압유지가 일정하게 유지되는 효과가 있다.
여섯째, 생산된 파워모듈은 후술할 히트싱크에 접합되는 면을 제외한 나머지 부분은 상기 절연물질에 의해 몰딩되어 있기 때문에, 전력변환장치를 제작하는 공정과정에서 파워모듈이 손상되는 확률을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 양방향 방열구조 파워모듈을 포함하는 전력변환장치의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 패키징부재의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈의 상부사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈의 하부사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈에서 절연물질이 제외된 구성의 분해도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈의 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈이 히터싱크에 결합된 전력변환장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 패키징부재의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈의 상부사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈의 하부사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈에서 절연물질이 제외된 구성의 분해도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈의 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈이 히터싱크에 결합된 전력변환장치를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 패키징부재의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지(100)의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지(100)의 패키징부재(10)의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지(100)는 패키징부재(10) 및 하나 이상의 파워모듈(20)을 포함할 수 있다. 상기 파워모듈 패키지(100)는 하나 이상의 파워모듈(20)이 제작될 수 있는 구조이고, 바람직하게는 복 수개의 파워모듈(20)이 제작될 수 있는 구조이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 패키징부재(10)는 내부에 하나 이상의 배치공간(13)이 형성된 베이스프레임(11)을 포함할 수 있다.
상세히, 상기 베이스프레임(11)에 형성된 상기 하나 이상의 배치공간(13)에는 상기 파워모듈(20)이 배치될 수 있다. 상기 배치공간(13)의 형상은 사각형 형상일 수 있으나, 이는 상기 파워모듈(20)의 형상에 따라 변경 가능하다.
또한, 상기 패키징부재(10)는, 상기 하나 이상의 배치공간(13)에 배치된 상기 파워모듈(20)과 상기 베이스프레임(11)을 연장하는 하나 이상의 탈착프레임(12)을 더 포함할 수 있다.
상세히, 상기 탈착프레임(12)은 상기 파워모듈(20)의 후술할 금속부(23)와 상기 베이스프레임(11)을 연장할 수 있다. 일 예로, 상기 하나 이상의 공간이 사각형인 경우, 상기 탈착프레임(12)은 상기 파워모듈(20)의 상기 금속부(23)의 사방으로 연장되어, 상기 베이스프레임(11)에 연결될 수 있다.
또한, 상기 탈착프레임(12)은 후술할 상기 금속부(23)의 제1 금속부(23a)와 상기 베이스프레임(11)을 연장하는 제1 탈착프레임(12a) 및 후술할 상기 금속부(23)의 제2 금속부(23b)와 상기 베이스프레임(11)을 연장하는 제2 탈착프레임(12b)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 탈착프레임(12)은 제작공정이 완료된 후, 분리공정에서 파워모듈(20)과 상기 베이스프레임(11)이 용이하게 분리될 수 있도록 얇은 프레임 형태일 수 있다. 즉, 상기 탈착프레임(12)은 후에 상기 파워모듈(20)과 상기 베이스프레임(11)이 분리되는 경우, 일부가 절단될 수 있고, 상기 탈착프레임(12)이 얇은 프레임 형태인 경우, 절단이 용이할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈의 상부사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈의 하부사시도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈에서 절연물질이 제외된 구성의 분해도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈(20)의 단면도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 파워모듈(20)은 전원이 공급되는 반도체소자(21), 상기 반도체소자(21)의 일면이 접착되는 금속버퍼(25) 및 상기 반도체소자(21)의 타면에 접착되는 금속부(23)를 포함할 수 있다.
상기 반도체소자(21)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 일명 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)나 다이오드 등을 포함할 수 있고, 상기 파워모듈(20) 상에서 배어칩(Bare Chip) 형태로 실장될 수 있다.
또한, 상기 배어칩 형태의 반도체소자(21)의 표면은 후에 상기 금속부(23) 및 금속버퍼(25)가 양 면에 접착될 수 있도록, 금속부(23)재로 표면처리 될 수 있다. 상세히, 상기 반도체소자(21)의 앙면에는 금, 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 주석 또는 이들의 합금과 같이 열전도도와 전기전도도가 높은 금속물질이 표면처리 될 수 있다. 표면처리의 방식은 증착방식이 사용될 수 있다.
상기 반도체소자(21)는 일면 및 타면에 서로 다른 전극이 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 반도체소자(21)가 IGBT인 경우, 상기 반도체소자(21)의 일면에는 에미터(Emitter)전극과 게이트(Gate)전극이 형성될 수 있고, 타면에는 컬렉터(Collector) 전극이 형성될 수 있다.
또한, 상기 반도체소자(21)가 다이오드인 경우, 상기 반도체소자(21)는 일면에 양전극이 형성될 수 있고, 타면에 음전극이 형성될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예로써, 상기 반도체소자(21)는 일면에만 전극이 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.
상기 금속버퍼(25)는 상기 반도체소자(21)의 타면에 접착되는 금속물질일 수 있다. 상세히, 상기 금속버퍼(25)는 열전도도와 전기 전도도가 높은 금속물질을 포함할 수 있다. 상기 금속물질은 금, 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 주석 또는 이들의 합금일 수 있다. 즉, 상기 금속버퍼(25)는 상기 반도체소자(21)에 표면처리된 금속물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속버퍼(25)는 상기 반도체소자(21)의 타면에 접착되기 때문에, 상기 반도체소자(21)의 타면에 형성된 전극이 전도되어 동일한 전극을 띌 수 있다. 상세히, 상기 반도체소자(21)가 IGBT인 경우, 상기 반도체소자(21)의 타면은 컬렉터 전극이 형성되기 때문에, 상기 금속버퍼(25) 역시 컬렉터 전극이 될 수 있다.
상기 금속부(23)는 상기 반도체소자(21)의 일면에 접착되는 수단일 수 있다. 상기 금속부(23)가 상기 반도체소자(21)의 일면에 접착됨으로써, 상기 반도체소자(21)의 일면에 형성된 전극이 상기 금속부(23)에 전도되어 상기 금속부(23)와 상기 반도체소자(21)의 일면이 동일한 전극을 띌 수 있다.
상세히, 상기 금속부(23)는 제1 금속부(23a) 및 제2 금속부(23b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 금속부(23a)와 상기 제2 금속부(23b)는 일정간격 이격되어 배치될 수 있다. 이는 상기 반도체소자(21)가 IGBT인 경우, 상기 반도체소자(21)의 일면에는 에미터 전극 및 컬렉터 전극이 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 제1 금속부(23a)는 상기 에미터 전극이 형성된 상기 반도체소자(21)의 일면에 접착되고, 상기 제2 금속부(23b)는 상기 컬렉터 전극이 형성된 상기 반도체소자(21)의 일면에 접착될 수 있기 때문이다.
일 예로, 상기 제1 금속부(23a)는 ㄷ 자 형태일 수 있고, 상기 제2 금속부(23b)는 상기 제1 금속부(23a)가 감싸는 영역에 배치될 수 있다. 그러나, 이는 일 예일뿐, 상기 금속부(23)는 하나의 플레이트로 형성될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 전술한대로 상기 금속부(23)는 상기 탈착프레임(12)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 금속부(23)는 상기 반도체소자(21)의 일면에 접촉되기 전에는 상기 패키징부재(10)와 일체로 형성될 수 있다.
상기 금속부(23)는 상기 패키징부재(10)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 패키징부재(10) 및 금속부(23)는 열전도도 및 전기 전도도가 뛰어난 금속물질로 형성될 수 있고, 상기 금속물질은 금, 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 주석 또는 이들의 합금일 수 있다.
즉, 상기 패키징부재(10)와 상기 금속부(23)는 연결되어 하나의 유닛으로 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 패키징부재(10)의 상기 베이스프레임(11)의 내부에 형성된 하나 이상의 배치공간(13)에 상기 금속부(23)가 배치될 수 있다.
상기 금속부(23)의 일면과 상기 반도체소자(21)의 일면이 접착되는 부분과, 상기 금속버퍼(25)의 일면과 상기 반도체소자(21)의 타면이 접착하는 부분에는 접착부재(24)가 도포될 수 있다.
상세히, 상기 접착부재(24)는 나노실버(Nano Silver)와 같이 접착 성능을 가짐과 동시에 열 전도도가 높은 열전도성 열계면 재료, 즉 TIM(Thermal Interface Material)가 적용될 수 있다. 상기 열전도성 열계면 재료(TIM)는 상기 반도체소자(21)에 표면처리된 금속표면과 상기 금속부(23) 또는 상기 금속버퍼(25) 사이의 접촉저항을 현저하게 줄여주기 때문에, 상기 파워모듈(20)의 수명과 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
상세히, 상기 접착부재(24)는 상기 금속부(23)의 일면과 상기 반도체소자(21)의 일면에 도포되는 제1 접착부재(24a) 및 상기 금속버퍼(25)의 일면과 상기 반도체소자(21)의 타면에 도포되는 제2 접착부재(24b)를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 접착부재(24a)는 상기 금속부(23)의 일면과 동일한 형상으로 도포될 수 있다. 일 예로, 상기 금속부(23)가 상기 제1 금속부(23a)와 상기 제2 금속부(23b)를 포함하는 경우, 상기 제1 접착부재(24a) 역시 상기 제1 금속부(23a)의 일면 및 상기 제2 금속부(23b)의 일면과 동일한 형상으로 도포될 수 있다.
또한, 상기 파워모듈(20)은 절연물질(25)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연물질(25)은 상기 베이스프레임(11)과 상기 금속부(23) 사이의 몰딩공간에 몰딩될 수 있다. 이 경우, 상기 몰딩공간은 상기 배치공간(13)의 일부일 수 있다.
상세히, 상기 패키징부재(10)에 형성된 상기 하나 이상의 배치공간(13)은 상기 파워모듈(20)의 크기보다 클 수 있다. 따라서, 상기 파워모듈(20)이 상기 하나 이상의 배치공간(13)에 배치된 경우, 상기 금속부(23)와 상기 베이스프레임(11) 사이에는 몰딩공간이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 절연물질(25)은 상기 몰딩공간에 몰딩될 수 있다. 일 예로, 상기 절연물질(25)은 상기 몰딩공간에 충진되는 언더필(Under Fill) 공정이 사용될 수 있다.
상기 절연물질(25)이 상기 몰딩공간에 몰딩되면, 상기 절연물질(25)은 상기 금속부(23), 상기 반도체소자(21) 및 상기 금속버퍼(25)의 외측면을 모두 감싸도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 절연물질(25)은 상기 파워모듈의 외측면을 모두 감싸도록 형성될 수 있다. 상세히, 상기 절연물질(25)은 상기 금속부(23), 상기 반도체소자(21) 및 상기 금속버퍼(25)의 외측면을 모두 감싸도록 몰딩됨에 따라, 실제로 상기 파워모듈 패키지(100)는 상기 금속부(23), 상기 패키징부재(10) 및 상기 절연물질(25)만 외부에서 육안으로 관찰할 수 있다.
이 경우, 상기 절연물질(25)에 의해 상기 금속부(23), 상기 반도체소자(21) 및 상기 금속버퍼(25)의 외측면에 형성된 공극에 채워질 수 있다. 상기 절연물질(25)이 상기 공극에 채워짐에 따라, 상기 공극에 의해 반도체소자(21)의 일면 및 타면에 형성된 전극 간 전압유지가 되지 않는 문제가 해결될 수 있다.
즉, 상기 절연물질(25)이 접합면을 제외한 나머지 면에 몰딩됨에 따라, 절연거리(L2)가 종래의 파워모듈(20)의 절연거리(도 1의 L1)에 비해 길어지고, 이에 따라 전압유지가 효과적으로 이루어질 수 있다.
상기 절연물질(25)은 폴리이미드계 또는 폴리아미드계 등의 유연한 수지 또는 에폭시계 수지를 포함할 수 있고, 절연효과가 있는 물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
아래에서는 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지(100)를 제조하는 공정에 대하여 설명한다.
우선, 상기 금속부(23)가 일체화된 패키징부재(10)를 준비한다. 상기 패키징부재(10)의 상기 베이스프레임(11)에 형성된 하나 이상의 배치공간(13)에는 상기 금속부(23)가 배치되고, 상기 금속부(23)와 상기 베이스프레임(11)은 상기 탈착프레임(12)에 의해 연결되어 있다.
그 다음, 상기 금속부(23)의 일면에 상기 반도체소자(21)를 부착한다. 이 경우, 상기 제1 접착부재(24a)를 사용하여 상기 반도체소자(21)의 일면을 상기 금속부(23)의 일면에 부착할 수 있다.
그 다음, 상기 반도체소자(21)의 타면에 상기 금속버퍼(25)를 부착한다. 이 경우, 상기 제2 접착부재(24b)를 사용하여 상기 금속버퍼(25)의 일면을 상기 반도체소자(21)의 타면에 부착할 수 있다.
그 다음, 상기 금속부(23)와 상기 베이스프레임(11) 사이의 몰딩공간에 상기 절연물질(25)을 몰딩할 수 있다. 상기 절연물질(25)은 상기 금속부(23), 상기 반도체소자(21) 및 상기 금속버퍼(25)의 측면을 모두 감싸도록 몰딩될 수 있다.
상기 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지(100)의 경우, 복 수개의 파워모듈(20)이 일률적으로 생성될 수 있다. 상세히, 제작된 상기 파워모듈 패키지(100)의 상기 탈착프레임(12)을 일률적으로 절단하면, 상기 파워모듈(20)이 복 수개 생성될 수 있다.
이에 따라, 하나의 파워모듈 패키지(100)에서 수 개 내지 수백 개의 파워모듈(20)을 일률적으로 생산할 수 있는 효과가 있다. 또한, 생산된 파워모듈(20)은 절연물질(25)이 몰딩된 상태로 생산되기 때문에, 파워모듈(20)을 사용하여 전력변환장치를 만든 경우, 전력변환장치 내부의 공극에 절연물질(25)을 충전해야 하는 별도의 공정이 필요 없는 장점이 있다.
또한, 생산된 파워모듈(20)은 후술할 히트싱크에 접합되는 면을 제외한 나머지 부분은 상기 절연물질(25)에 의해 몰딩되어 있기 때문에, 전력변환장치를 제작하는 공정과정에서 파워모듈(20)이 손상되는 확률을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지의 파워모듈이 히터싱크에 결합된 전력변환장치를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 파워모듈 패키지(100)로부터 생성된 파워모듈(20)을 포함하는 전력변환장치를 설명한다.
상기 전력변환장치는, 상기 파워모듈(20)과, 상기 파워모듈(20)의 일면에 부착되는 제1 히트싱크(6) 및 상기 파워모듈(20)의 타면에 부착되는 제2 히트싱크(7)를 포함할 수 있다.
상세히, 상기 제1 히트싱크(6)는 상기 파워모듈(20)의 일면, 즉 상기 파워모듈(20)의 상기 금속버퍼(25)의 타면에 일면이 부착될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 히티싱크의 일면과 상기 금속버퍼(25)의 타면 사이에는 제3 접착부재(24c)가 도포될 수 있다. 상기 제3 접착부재(24c)는 상기 접착부재(24)와 그 구성 및 효과가 동일한 바 중복설명은 생략한다.
또한, 상기 제2 히트싱크(7)는, 상기 파워모듈(20)의 타면, 즉 상기 파워모듈(20)의 상기 금속부(23)의 타면에 일면이 부착될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 히터싱크의 일면과 상기 금속부(23)의 타면 사이에는 제4 접착부재(24d)가 도포될 수 있다. 상기 제4 접착부재(24d) 역시 상기 접착부재(24)와 그 구성 및 효과가 동일한 바 중복설명은 생략한다.
상기 전력변환장치에서, 상기 파워모듈(20)의 상기 반도체소자(21)의 일면에서 방출되는 열은, 상기 금속부(23)를 통해 상기 제2 히트싱크(7)로 흘러 방열될 수 있다. 또한, 상기 반도체소자(21)의 타면에서 방출되는 열은, 상기 금속버퍼(25)를 통해 상기 제1 히트싱크(6)로 흘러 방열될 수 있다. 따라서, 상기 전력변환장치는 기존에 와이어를 사용한 단방향 방열구조보다 뛰어난 방열효과를 가질 수 있다.
Claims (11)
- 복 수개의 배치공간이 형성된 베이스프레임;
상기 복 수개의 배치공간에서 상기 베이스프레임과 이격되도록 배치된 복 수개의 파워모듈;
상기 베이스프레임과 상기 복 수개의 파워모듈을 연장하는 복 수개의 탈착프레임; 및
상기 복 수개의 파워모듈과 상기 베이스프레임 사이의 이격공간에 충진된 절연물질을 포함하고,
상기 파워모듈은,
일면에 에미터 전극과 컬렉터 전극이 형성된 반도체 소자;
상기 반도체 소자의 일면에 일면이 제1 접착부재로 부착된 금속부; 및
상기 반도체 소자의 타면에 일면이 제2 접착부재로 부착된 금속버퍼를 포함하고,
상기 탈착프레임은 상기 베이스프레임과 상기 금속부에 연장되며,
상기 금속부는 서로 이격되게 배치된 제1 금속부 및 제2 금속부를 포함하고,
상기 제1금속부는 상기 에미터 전극에 접착되며,
상기 제2금속부는 상기 컬렉터 전극에 접착되고,
상기 탈착프레임은 상기 제1 금속부와 상기 베이스프레임을 연장하는 제1 탈착프레임 및 상기 제2 금속부와 상기 베이스프레임을 연장하는 제2 탈착프레임을 포함하며,
상기 제2 금속부는 상기 제1 금속부가 감싸는 영역에 배치된 파워모듈 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연물질은 상기 복 수개의 파워모듈 외측면을 덮는 것을 특징으로 하는 파워모듈 패키지.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속부, 상기 탈착프레임 및 상기 베이스프레임은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 파워모듈 패키지.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 접착부재 및 상기 제2 접착부재는 열전도성 열계면 재료(TIM : Thermal Interface Material)를 포함하는 파워모듈 패키지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 소자는 IGBT인 파워모듈 패키지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속부 및 상기 금속버퍼는 금, 은, 니켈, 구리, 주석 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워모듈 패키지.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 2016-03-17 KR KR1020160031940A patent/KR102534628B1/ko active IP Right Grant
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