KR102568056B1 - Double heat dissipation structure for surface mount type power semiconductor - Google Patents

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KR102568056B1 KR1020210116858A KR20210116858A KR102568056B1 KR 102568056 B1 KR102568056 B1 KR 102568056B1 KR 1020210116858 A KR1020210116858 A KR 1020210116858A KR 20210116858 A KR20210116858 A KR 20210116858A KR 102568056 B1 KR102568056 B1 KR 102568056B1
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Abstract

표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조는 양면에 회로패턴이 구비되고 관통하도록 구비된 비아를 통하여 상기 회로패턴이 전기적으로 연결되며, 일측에 전력반도체소자가 실장되는 FR4 PCB; 상기 전력반도체소자에 대향하는 상기 FR4 PCB의 타측에 접촉하도록 구비되는 방열 패드; 상기 방열 패드와 일면이 접촉하도록 구비되는 제1 방열체; 상기 FR4 PCB에 대향하는 상기 전력반도체소자의 타면에 접촉되도록 구비되는 제2 방열체; 및 상기 FR4 PCB를 관통하여 상기 제2 방열체와 상기 제1 방열체를 결합하도록 구비되는 방열스크류;를 포함하고, 상기 비아와 상기 방열 패드 및 상기 제1 방열체는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 수직 방향으로 전달하고, 상기 회로패턴 및 상기 제2 방열체는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 수평 방향으로 전달하며, 상기 방열스크류는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 상기 제2 방열체로부터 상기 제1 방열체로 전달하는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조가 제공된다.A double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor is provided. In the double heat dissipation structure for surface-mounted power semiconductors according to an embodiment of the present invention, circuit patterns are provided on both sides, and the circuit patterns are electrically connected through vias provided to pass through, FR4 in which power semiconductor elements are mounted on one side PCB; a heat dissipation pad provided to contact the other side of the FR4 PCB facing the power semiconductor device; a first heat dissipating body having one surface in contact with the heat dissipating pad; a second heat sink provided to contact the other surface of the power semiconductor device facing the FR4 PCB; and a heat dissipation screw provided to couple the second heat dissipation body and the first heat dissipation body through the FR4 PCB, wherein the via, the heat dissipation pad, and the first heat dissipation body receive heat generated from the power semiconductor device. in a vertical direction, the circuit pattern and the second radiator transmit heat generated from the power semiconductor device in a horizontal direction, and the heat dissipation screw transfers the heat generated from the power semiconductor device from the second radiator to the A double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor that transfers heat to a first heat sink is provided.

Description

표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조{DOUBLE HEAT DISSIPATION STRUCTURE FOR SURFACE MOUNT TYPE POWER SEMICONDUCTOR}Double heat dissipation structure for surface-mounted power semiconductor {DOUBLE HEAT DISSIPATION STRUCTURE FOR SURFACE MOUNT TYPE POWER SEMICONDUCTOR}

본 발명은 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor.

일반적으로 전기차용 배터리는 아직 충분한 기술 발전이 이루어지지 않아 배터리의 단가가 높고 에너지 밀도가 낮아서 순수 전기차로 가까운 시일 내에 친환경 저탄소 목표를 이루기에는 어려운 문제가 있다.In general, batteries for electric vehicles have not yet been sufficiently developed, so the unit price of the battery is high and the energy density is low.

최근, 그에 대한 대안으로 기존의 하이브리드 자동차를 개선한 마일드 하이브리드 자동차가 대세를 이룰 것으로 예상된다.Recently, as an alternative, mild hybrid vehicles improved from existing hybrid vehicles are expected to become mainstream.

한편, 마일드 하이브리드 자동차는 48V의 배터리 전압을 기반으로 하여 에어컨 공조기 등의 주요 전력 부품에 전원을 공급한다. 이때, 에어컨 공조기와 공기 압축기는 분당회전수가 10만 rpm을 초과하여 초고속 제어가 필요하므로, 100V 이하의 전력반도체가 사용된다. 높은 전력밀도를 확보하기 위해 전력반도체소자는 표면실장형(SURFACE MOUNTED DEVICE) 전력 반도체 소자가 적용되며, 이때 반도체 소자의 도통 손실 및 스위칭 손실로 인해서 발열문제가 필수적으로 발생한다.Meanwhile, the mild hybrid vehicle supplies power to main power parts such as air conditioners and air conditioners based on a battery voltage of 48V. At this time, since the air conditioner air conditioner and the air compressor require ultra-high speed control because the revolution per minute exceeds 100,000 rpm, a power semiconductor of 100V or less is used. In order to secure high power density, surface-mounted (SURFACE MOUNTED DEVICE) power semiconductor devices are applied to power semiconductor devices, and at this time, heating problems inevitably occur due to conduction loss and switching loss of semiconductor devices.

또한, 마일드 하이브리드 자동차의 전력변환시스템의 경우 기존 내연기관이 갖는 한정된 공간내에서 전력 시스템이 적용되어야 하므로, 각각의 자동차 모델에 따른 구조의 최적화와 소형화가 필수적이다. 이때, 마일드 하이브리드 자동차는 기존 내연기관 자동차보다 전력의 요구 수준이 매우 높으므로, 회로를 설계하는 엔지니어에게 열 성능과 냉각 시스템을 고려한 회로 설계는 중요한 이슈이며, 기존의 내연기관 자동차의 설계 방식으로는 전력밀도를 높이는데 한계가 있었다.In addition, in the case of a power conversion system of a mild hybrid vehicle, since the power system must be applied within the limited space of an existing internal combustion engine, it is essential to optimize and downsize the structure according to each vehicle model. At this time, since mild hybrid vehicles require much higher power than conventional internal combustion engine vehicles, circuit design considering thermal performance and cooling system is an important issue for circuit engineers. There was a limit to increasing the power density.

또한, 보드는 그 구성이 FR4 재질의 PCB 또는 알루미늄(Al) 코어를 적용한 절연 금속 기판으로 적용되나, 높은 열 및 기계적 스트레스 조건이 가해졌을 때 접합부에 균열이 발생하여 전기적 및 열 성능의 저하가 초래되는 문제가 있었다. 더욱이, 진동이 빈번한 자동차에 표면실장형 전력반도체를 적용하는 경우 접합부에서 균열이 발생하는 문제가 초래하게 된다.In addition, the board is applied as a PCB made of FR4 material or an insulated metal substrate to which an aluminum (Al) core is applied, but cracks occur at the junction when high thermal and mechanical stress conditions are applied, resulting in degradation of electrical and thermal performance. there was a problem with Moreover, when a surface-mounted power semiconductor is applied to a vehicle with frequent vibrations, cracks occur at junctions.

KRKR 2020-0085101 2020-0085101 AA

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 전력반도체소자와 면접촉하여 열을 방출하는 동시에 타측 방열체로 열을 전달하면서도 결합력을 향상시킬 수 있는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조를 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an embodiment of the present invention is for a surface-mounted power semiconductor device capable of improving bonding force while dissipating heat in surface contact with a power semiconductor device and transferring heat to the other heat sink at the same time. It is intended to provide a double heat dissipation structure.

또한, 본 발명의 일 실시예는 전력반도체소자의 일측에 알루미늄 플레이트를 배치하여 소자 표면에서 직접적으로 방열하는 동시에 발생되는 열을 스크류를 통해서 메인 방열체로 전달할 수 있는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조를 제공하고자 한다.In addition, an embodiment of the present invention is a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor device in which an aluminum plate is disposed on one side of a power semiconductor device to directly dissipate heat from the surface of the device and simultaneously transfer generated heat to the main radiator through a screw. want to provide

본 발명의 일 측면에 따르면, 양면에 회로패턴이 구비되고 관통하도록 구비된 비아를 통하여 상기 회로패턴이 전기적으로 연결되며, 일측에 전력반도체소자가 실장되는 FR4 PCB; 상기 전력반도체소자에 대향하는 상기 FR4 PCB의 타측에 접촉하도록 구비되는 방열 패드; 상기 방열 패드와 일면이 접촉하도록 구비되는 제1 방열체; 상기 FR4 PCB에 대향하는 상기 전력반도체소자의 타면에 접촉되도록 구비되는 제2 방열체; 및 상기 FR4 PCB를 관통하여 상기 제2 방열체와 상기 제1 방열체를 결합하도록 구비되는 방열스크류;를 포함하고, 상기 비아와 상기 방열 패드 및 상기 제1 방열체는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 수직 방향으로 전달하고, 상기 회로패턴 및 상기 제2 방열체는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 수평 방향으로 전달하며, 상기 방열스크류는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 상기 제2 방열체로부터 상기 제1 방열체로 전달하는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조가 제공된다. According to one aspect of the present invention, the FR4 PCB having circuit patterns on both sides and electrically connected to the circuit patterns through vias provided therethrough, and having a power semiconductor device mounted on one side thereof; a heat dissipation pad provided to contact the other side of the FR4 PCB facing the power semiconductor device; a first heat dissipating body having one surface in contact with the heat dissipating pad; a second heat sink provided to contact the other surface of the power semiconductor device facing the FR4 PCB; and a heat dissipation screw provided to couple the second heat dissipation body and the first heat dissipation body through the FR4 PCB, wherein the via, the heat dissipation pad, and the first heat dissipation body receive heat generated from the power semiconductor device. in a vertical direction, the circuit pattern and the second radiator transmit heat generated from the power semiconductor device in a horizontal direction, and the heat dissipation screw transfers the heat generated from the power semiconductor device from the second radiator to the A double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor that transfers heat to a first heat sink is provided.

일 실시예에서, 상기 제1 방열체는 직육면체 형상을 갖고, 내측에 복수개의 직사각형 슬릿이 형성될 수 있다.In one embodiment, the first heat dissipating body may have a rectangular parallelepiped shape, and a plurality of rectangular slits may be formed therein.

일 실시예에서, 상기 방열스크류는 상기 제2 방열체에 안착되는 머리부; 및In one embodiment, the heat-dissipating screw may include a head portion seated on the second heat-dissipating body; and

상기 방열스크류의 머리부에서 연장되어 상기 FR4 PCB를 관통하고 일단이 상기 제1 방열체에 형성된 체결홈에 결합되는 몸체부;를 포함할 수 있다.A body portion extending from the head of the heat dissipation screw, penetrating the FR4 PCB, and having one end coupled to a fastening groove formed in the first heat dissipation body.

일 실시예에서, 상기 방열스크류는 접시머리 볼트이고, 상기 머리부는 접시머리 형상으로 형성되어, 상기 제2 방열체의 일면에 상기 머리부 일면이 일치하도록 상기 제2 방열체에 고정되고, 상기 몸체부의 상기 머리부에 대향하는 일단이 상기 제1 방열체에 고정될 수 있다.In one embodiment, the heat dissipation screw is a flat head bolt, the head is formed in a flat head shape, and is fixed to the second radiator so that one surface of the head coincides with one surface of the second radiator, and the body One end of the portion facing the head portion may be fixed to the first heat dissipating body.

일 실시예에서, 상기 제2 방열체는 판 형상의 방열플레이트일 수 있다.In one embodiment, the second heat dissipation body may be a plate-shaped heat dissipation plate.

일 실시예에서, 상기 제2 방열체는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.In one embodiment, the second radiator may be made of aluminum.

일 실시예에서, 상기 제2 방열체는 서로 인접한 한 쌍의 상기 전력반도체소자에 열접촉하도록 구비될 수 있다.In one embodiment, the second radiator may be provided to thermally contact a pair of adjacent power semiconductor devices.

일 실시예에서, 상기 비아는 복수개로 구비되어 상기 FR4 PCB와 상기 회로패턴을 전기적으로 연결할 수 있다.In one embodiment, the via is provided in plurality to electrically connect the FR4 PCB and the circuit pattern.

일 실시예에서, 상기 제2 방열체는 중공을 갖는 하우징 케이스이고, 상기 하우징 케이스는, 상기 전력반도체소자에 접촉되는 제1 면; 상기 제1 방열체에 접촉되는 제2 면; 및 상기 제1 면과 상기 제2 면을 양측에서 연결하는 제3 면;을 포함할 수 있다.In one embodiment, the second radiator is a housing case having a hollow, and the housing case includes: a first surface contacting the power semiconductor device; a second surface contacting the first heat dissipating body; and a third surface connecting the first surface and the second surface from both sides.

일 실시예에서, 상기 방열스크류는 상기 제1 방열체와 상기 제2 방열체의 중앙을 결합할 수 있다.In one embodiment, the heat-dissipating screw may couple the center of the first heat-dissipating body and the second heat-dissipating body.

일 실시예에서, 상기 FR4 PCB에 제1 스크류홀이 형성되고 상기 방열패드에 제2 스크류홀이 형성되며, 상기 제1 스크류홀 및 상기 제2 스크류홀은 열전도성 물질로 내벽이 코팅될 수 있다. In one embodiment, a first screw hole is formed in the FR4 PCB and a second screw hole is formed in the heat dissipation pad, and inner walls of the first screw hole and the second screw hole may be coated with a thermally conductive material. .

본 발명의 일 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체소자용 이중 방열 구조는 방열 패드, 방열스크류, 회로패턴, 제1 방열체 및 제2 방열체를 통하여 열을 방출하도록 구비됨으로써, 수직 방향 및 수평 방향으로 열을 방출할 수 있으므로 열방출 효율을 향상시킬 수 있다.A double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor device according to an embodiment of the present invention is provided to dissipate heat through a heat dissipation pad, a heat dissipation screw, a circuit pattern, a first heat sink and a second heat sink, so that the vertical and horizontal directions are Since heat can be radiated in a direction, heat dissipation efficiency can be improved.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조는 전력반도체소자의 일면에 알루미늄 재질의 제2 방열체를 구비하고 방열스크류 및 비아를 통하여 제1 방열체와 제2 방열체가 열적으로 연결됨으로써 전력반도체소자 표면에서 직접적으로 방열하는 동시에 제2 방열체의 열을 방열체에 전달할 수 있으므로 열방출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to an embodiment of the present invention includes a second heat dissipation body made of aluminum on one side of a power semiconductor device, and the first heat dissipation body and the second heat dissipation through a heat dissipation screw and a via. Since the body is thermally connected, heat can be directly radiated from the surface of the power semiconductor device and heat from the second radiator can be transferred to the radiator, so heat dissipation efficiency can be further improved.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조는 방열스크류가 FR4 PCB를 관통하여 제2 방열체와 제1 방열체를 결합함으로써, 열 및 기계적 스트레스로부터 변형에 강인하여 전력반도체소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, in the double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to an embodiment of the present invention, a heat dissipation screw penetrates the FR4 PCB and combines the second heat sink and the first heat sink, thereby being resistant to deformation from thermal and mechanical stress. Reliability of the power semiconductor device can be improved.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조를 나타낸 분해도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 열방출 경로를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비교예와 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 3D 해석결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비교예와 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 해석 모델 및 온도 분포를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비교예와 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 시간에 따른 전력반도체소자의 온도변화를 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 하우징 케이스를 나타낸 단면도이다.
1 is a cross-sectional view showing a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a side view illustrating a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention.
3 is an exploded view showing a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a heat dissipation path of a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing a 3D analysis result of a comparative example and a dual heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention.
6 is a photograph showing an analysis model and temperature distribution of a comparative example and a dual heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention.
7 is a photograph showing the temperature change of a power semiconductor device over time in a comparative example and a dual heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to the first embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a housing case having a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a second embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the embodiments described below may be modified in many different forms, and the embodiments of the present invention The scope is not limited to the examples below. Rather, these embodiments are provided so that this invention will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to drawings schematically showing embodiments of the present invention. In the drawings, variations of the depicted shape may be expected, depending, for example, on manufacturing techniques and/or tolerances. Therefore, the embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the area shown in this specification, but should include, for example, a change in shape caused by manufacturing.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조를 나타낸 측면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조를 나타낸 분해도이다.1 is a cross-sectional view showing a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view showing a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention. 3 is an exploded view showing a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조는 FR4 PCB(110), 방열 패드(120), 제1 방열체(130), 제2 방열체(140) 및 방열스크류(170)를 포함할 수 있다.1 to 3, the double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to an embodiment of the present invention includes an FR4 PCB 110, a heat dissipation pad 120, a first heat dissipation body 130, and a second heat dissipation A sieve 140 and a heat dissipation screw 170 may be included.

표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조(100)는 표면실장(SMD, SURFACE MOUNTED DEVICE) 형태의 전력반도체소자(10)를 위한 방열 구조로서 전력반도체소자(10)가 FR4 PCB(110)에 실장된 전력 모듈을 기반으로 한다. 여기서, 전력반도체소자(10)는 드레인, 게이트 및 소스 단자를 통하여 FR4 PCB(110)의 일면에 실장될 수 있다.The double heat dissipation structure 100 for surface-mounted power semiconductors is a heat dissipation structure for power semiconductor devices 10 in the form of surface mount (SMD, SURFACE MOUNTED DEVICE), in which the power semiconductor device 10 is mounted on the FR4 PCB 110 based on the power module. Here, the power semiconductor device 10 may be mounted on one side of the FR4 PCB 110 through drain, gate and source terminals.

전력반도체소자(10)는 전력변환시스템에서 복수 개로 사용되기 때문에 FR4 PCB(110) 상에 서로 인접하게 배치될 수 있다. 일례로, 전력반도체소자(10)는 적어도 한 쌍으로 이루어질 수 있다. 여기서, 전력반도체소자(10)는 한 쌍씩 일 열로 배치될 수 있다. 일례로, 전력반도체소자(10)는 질화갈륨(GaN) 전력반도체소자일 수 있다. 이러한, 질화갈륨 전력반도체소자는 기존 실리콘 전력반도체소자보다 스위칭 손실, 스위칭 속도, 내환경성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 전력반도체소자(10)는 탄화수소(SiC) 전력반도체소자일 수도 있다.Since the power semiconductor devices 10 are used in plurality in the power conversion system, they may be disposed adjacent to each other on the FR4 PCB 110. For example, the power semiconductor device 10 may be formed in at least one pair. Here, the power semiconductor devices 10 may be arranged in a row, pair by pair. For example, the power semiconductor device 10 may be a gallium nitride (GaN) power semiconductor device. Such a gallium nitride power semiconductor device may be made of a material superior in switching loss, switching speed, and environmental resistance to existing silicon power semiconductor devices. However, it is not limited thereto, and the power semiconductor device 10 may be a hydrocarbon (SiC) power semiconductor device.

FR4 PCB(110)는 제1 스크류홀(111), 비아(112) 및 회로패턴(113)을 포함할 수 있다.The FR4 PCB 110 may include a first screw hole 111, a via 112, and a circuit pattern 113.

제1 스크류홀(111)은 FR4 PCB(110)의 중앙부에 위치하여, FR4 PCB(110)를 관통하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 스크류홀(111)의 직경은 후술할 방열스크류(170)가 삽입되어 체결되도록 방열스크류(170)의 직경에 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 또한, 제1 스크류홀(111)의 외주면은 방열스크류(170)가 체결되도록 암나사산이 형성될 수 있다.The first screw hole 111 may be located in the central portion of the FR4 PCB 110 and may be formed to pass through the FR4 PCB 110 . At this time, the diameter of the first screw hole 111 may be formed to a size corresponding to the diameter of the heat radiation screw 170 so that the heat radiation screw 170 to be described later is inserted and fastened. In addition, a female thread may be formed on the outer circumferential surface of the first screw hole 111 so that the heat dissipation screw 170 is fastened thereto.

비아(112)는 FR4 PCB(110)를 관통하도록 형성될 수 있다. 이때, 비아(112)는 전력반도체소자(10)에 대응하는 위치에 형성되고, 전력반도체소자(10)에 수직하게 형성될 수 있다.The via 112 may be formed to pass through the FR4 PCB 110. In this case, the via 112 may be formed at a position corresponding to the power semiconductor device 10 and perpendicular to the power semiconductor device 10 .

여기서, 비아(112)는 도전성 물질 및 열전도성이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다. 즉, 비아(112)는 열을 방출하기 위한 서멀비아 및 전기적 연결을 위한 비아로서 기능할 수 있다.Here, the via 112 may be made of a conductive material and a metal having excellent thermal conductivity. That is, the via 112 may function as a thermal via for dissipating heat and a via for electrical connection.

회로패턴(113)은 FR4 PCB(110)의 양면에 구비될 수 있다. 회로패턴(113)은 전력반도체소자(10)를 다른 부품들과 전기적으로 연결하기 위한 전도성 선로일 수 있다. 즉, 회로패턴(113)은 전력반도체소자(10)에 의해 형성되는 전력변환시스템의 회로패턴일 수 있다. 이때, 회로패턴(113)은 비아(112)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. The circuit pattern 113 may be provided on both sides of the FR4 PCB 110. The circuit pattern 113 may be a conductive line for electrically connecting the power semiconductor device 10 to other components. That is, the circuit pattern 113 may be a circuit pattern of a power conversion system formed by the power semiconductor device 10 . At this time, the circuit pattern 113 may be electrically connected through the via 112 .

방열 패드(120)는 전력반도체소자(10)에 대향하는 FR4 PCB(110)의 타면에 구비될 수 있다. 이때, 방열 패드(120)는 일면에 접착물질이 도포되어, 회로패턴(113)의 일면에 접하도록 구비될 수 있다.The heat dissipation pad 120 may be provided on the other side of the FR4 PCB 110 facing the power semiconductor device 10 . At this time, the heat dissipation pad 120 may be provided to be in contact with one surface of the circuit pattern 113 by applying an adhesive material to one surface.

방열 패드(120)는 열전도성이 높고 전기전도성이 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 방열 패드(120)는 FR4 PCB(110)와 후술할 제1 방열체(130) 사이의 절연을 위한 절연형 서멀패드로서 기능할 수 있다.The heat dissipation pad 120 may be made of a material having high thermal conductivity and low electrical conductivity. That is, the heat dissipation pad 120 may function as an insulated thermal pad for insulation between the FR4 PCB 110 and the first heat dissipation body 130 to be described later.

방열 패드는(120) 제2 스크류홀(121)을 포함할 수 있다.The heat dissipation pad 120 may include a second screw hole 121 .

제2 스크류홀(121)은 방열 패드(120)의 중앙부에 위치하여, 방열 패드(120)를 관통하도록 형성될 수 있다. 이때, 제2 스크류홀(121)의 직경은 후술할 방열스크류(170)가 삽입되어 체결되도록 방열스크류(170)의 직경에 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 또한, 제2 스크류홀(121)의 외주면은 방열스크류(170)가 체결되도록 암나사산이 형성될 수 있다.The second screw hole 121 may be located at the center of the heat dissipation pad 120 and may be formed to pass through the heat dissipation pad 120 . At this time, the diameter of the second screw hole 121 may be formed to a size corresponding to the diameter of the heat radiation screw 170 so that the heat radiation screw 170 to be described later is inserted and fastened. In addition, a female thread may be formed on the outer circumferential surface of the second screw hole 121 so that the heat dissipation screw 170 is fastened thereto.

제1 방열체(130)는 일면에 접착물질이 도포되어 방열 패드(120)의 일면에 접촉하도록 구비될 수 있다. 제1 방열체(130)는 전력반도체소자(10)에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한 것으로, 전력반도체소자(10)와 열접촉하도록 구비될 수 있다. 이때, 제1 방열체(130)는 외부로 열을 방출하기 위해 일정 부피를 갖는 직육면체 형상일 수 있다.An adhesive material may be applied to one surface of the first heat dissipating body 130 to contact one surface of the heat dissipation pad 120 . The first radiator 130 is for dissipating heat generated from the power semiconductor device 10 to the outside, and may be provided in thermal contact with the power semiconductor device 10 . In this case, the first radiator 130 may have a rectangular parallelepiped shape having a certain volume to dissipate heat to the outside.

제1 방열체(130)는 체결홈(131) 및 슬릿(132)을 포함할 수 있다.The first radiator 130 may include a fastening groove 131 and a slit 132 .

체결홈(131)은 제1 방열체(130)의 중앙부에 형성되어 방열스크류(170)를 고정하기 위한 것으로, 방열스크류(170)의 직경에 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 이때, 체결홈(131)은 방열스크류(170)의 일단이 삽입되어 체결될 수 있다.The fastening groove 131 is formed in the central portion of the first heat dissipation body 130 to fix the heat dissipation screw 170, and may be formed in a size corresponding to the diameter of the heat dissipation screw 170. At this time, one end of the heat dissipation screw 170 may be inserted into the fastening groove 131 and fastened thereto.

슬릿(132)은 제1 방열체(130)의 내측에 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 슬릿(132)은 방열 패드(120)에 수직하게 복수개로 형성될 수 있다. 슬릿(132)은 제1 방열체(130)를 관통하도록 형성되어, 공기가 유동함에 따라 열을 방출할 수 있다. 아울러, 슬릿(132)에 의해 제1 방열체(130)는 표면적이 증가할 수 있다. 따라서 제1 방열체(130)는 방열 효율을 향상시킬 수 있다.The slit 132 may be formed in a rectangular shape inside the first radiator 130 . In this case, a plurality of slits 132 may be formed perpendicularly to the heat dissipation pad 120 . The slit 132 is formed to pass through the first heat dissipating body 130, and as air flows, heat can be released. In addition, the surface area of the first heat sink 130 may be increased by the slit 132 . Therefore, the first radiator 130 can improve heat dissipation efficiency.

제2 방열체(140)는 FR4 PCB(110)에 대향하는 전력반도체소자(10)의 타면에 접촉되도록 구비될 수 있다. 이때, 제2 방열체(140)는 서로 인접한 한 쌍의 전력반도체소자(10)에 열접촉하여 전력반도체소자(10)의 표면을 직접적으로 방열할 수 있다. 여기서, 제2 방열체(140)는 전력반도체소자(10)의 표면과의 접촉 면적을 최대로 하도록 판 형상의 방열플레이트로 형성될 수 있다.The second radiator 140 may be provided to be in contact with the other surface of the power semiconductor device 10 facing the FR4 PCB 110. At this time, the second radiator 140 may thermally contact a pair of adjacent power semiconductor devices 10 to directly dissipate heat from the surface of the power semiconductor devices 10 . Here, the second heat dissipation body 140 may be formed of a plate-shaped heat dissipation plate to maximize the contact area with the surface of the power semiconductor device 10 .

제2 방열체(140)는 열전도성이 높은 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 제2 방열체(140)는 구리 및 경량소재인 마그네슘으로 이루어질 수 있다.The second radiator 140 may be made of aluminum having high thermal conductivity. However, it is not limited thereto, and the second radiator 140 may be made of copper and magnesium, which is a lightweight material.

이를 통해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조(100)는 전력반도체소자(10)의 일면에 알루미늄 재질의 제2 방열체(140)를 구비하고 방열스크류(170) 및 비아(112)를 통하여 제1 방열체(130)와 제2 방열체(140)가 열적으로 연결됨으로써 전력반도체소자(10) 표면에서 직접적으로 방열하는 동시에 제2 방열체(140)의 열을 방열체에 전달할 수 있으므로 열방출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. Through this, the double heat dissipation structure 100 for a surface-mounted power semiconductor according to the first embodiment of the present invention includes a second heat dissipation body 140 made of aluminum on one side of the power semiconductor device 10 and a heat dissipation screw ( 170) and the via 112, the first heat sink 130 and the second heat sink 140 are thermally connected, so that heat is directly radiated from the surface of the power semiconductor device 10, and at the same time, the second heat sink 140 Since heat can be transferred to the heat sink, heat dissipation efficiency can be further improved.

제2 방열체는(140)는 안착홀(141)을 포함할 수 있다.The second heat sink 140 may include a seating hole 141 .

안착홀(141)은 제2 방열체(140)의 중앙부에 형성되고, 방열스크류(170)가 삽입되어 안착될 수 있다. 이때, 안착홀(141)은 방열스크류(170)가 삽입되어 볼트조임 되도록 방열스크류(170)의 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.The seating hole 141 is formed in the central portion of the second heat dissipating body 140, and a heat dissipating screw 170 may be inserted and seated therein. At this time, the seating hole 141 may be formed in a shape corresponding to the shape of the heat radiation screw 170 so that the heat radiation screw 170 is inserted and bolted.

방열스크류(170)는 제1 방열체(130)와 제2 방열체(140)를 겹합하도록 구비될 수 있다. 이때, 방열스크류(170)는 제1 방열체(130)와 제2 방열체(140)의 중앙에서 결합될 수 있다.The heat dissipation screw 170 may be provided to couple the first heat dissipation body 130 and the second heat dissipation body 140 together. In this case, the heat-dissipating screw 170 may be coupled at the center of the first heat-dissipating body 130 and the second heat-dissipating body 140 .

방열스크류(170)는 제2 방열체(140)의 안착홀(141)로 삽입되어 FR4 PCB(110) 및 방열 패드(120)를 관통하여 체결홈(131)에 고정될 수 있다.The heat dissipation screw 170 may be inserted into the seating hole 141 of the second heat dissipation body 140 and fixed to the fastening groove 131 through the FR4 PCB 110 and the heat dissipation pad 120 .

방열스크류(170)는 머리부(171)와 몸체부(172)를 포함할 수 있다. 이때, 방열스크류(170)는 접시머리 볼트일 수 있다.The heat dissipation screw 170 may include a head portion 171 and a body portion 172 . At this time, the heat radiation screw 170 may be a flat head bolt.

머리부(171)는 접시머리 볼트의 접시머리 형상으로 형성되어, 제2 방열체(140)의 안착홀(141)에 삽입되어 안착될 수 있다. 이때, 머리부(171)의 일면은 제2 방열체(140)의 전력반도체소자(10)에 대향하는 일면과 일치하도록 조임되어 고정될 수 있다.The head portion 171 may be formed in the shape of a flat head of a flat head bolt, and may be inserted into and seated in the seating hole 141 of the second heat dissipating body 140 . At this time, one surface of the head portion 171 may be tightened and fixed to coincide with one surface of the second heat dissipating body 140 facing the power semiconductor device 10 .

몸체부(172)는 머리부(171)에서 연장되어 머리부(171)에 대향하는 일단이 제1 방열체(130)의 체결홈(131)에 결합될 수 있다. 이때, 몸체부(172)의 직경은 제1 방열체(130)의 체결홈(131)과 대응하는 크기로 형성될 수 있다.The body portion 172 extends from the head portion 171 so that one end opposite to the head portion 171 may be coupled to the fastening groove 131 of the first radiator 130 . At this time, the diameter of the body portion 172 may be formed to a size corresponding to the fastening groove 131 of the first heat dissipating body 130 .

몸체부(172)는 FR4 PCB(110)의 제1 스크류홀(111)과 방열 패드(120)의 제2 스크류홀(121)을 관통하여 체결홈(131)에 고정될 수 있다. 몸체부(172)는 제1 스크류홀(111)과 제2 스크류홀(121)에 고정되도록 외주면에 숫나사산이 형성될 수 있다.The body portion 172 may pass through the first screw hole 111 of the FR4 PCB 110 and the second screw hole 121 of the heat dissipation pad 120 and be fixed to the fastening groove 131 . Male threads may be formed on the outer circumferential surface of the body portion 172 so as to be fixed to the first screw hole 111 and the second screw hole 121 .

이를 통해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조는 방열스크류(170)가 FR4 PCB(110)를 관통하여 제2 방열체(140)와 제1 방열체(130)를 결합함으로써, 열 및 기계적 스트레스로부터 변형에 강인하여 전력반도체소자(10)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Through this, in the double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to the first embodiment of the present invention, the heat dissipation screw 170 penetrates the FR4 PCB 110 to form a second heat sink 140 and a first heat sink 130 ), it is possible to improve the reliability of the power semiconductor device 10 by being robust against deformation from thermal and mechanical stress.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 열방출 경로를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a heat dissipation path of a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 전력반도체소자(10)에서 발생한 열은 먼저 비아(112)를 통하여 FR4 PCB(110)에 대하여 수직 방향으로 전달된다. 이때, 전력반도체소자(10)에서 발생한 열은 FR4 PCB(110)의 상측에 구비된 방열 패드(120)를 통하여 제1 방열체(130)로 수직 방향으로 전달된다. 즉, 방열 패드(120)와 FR4 PCB(110)의 비아를 통하여 제1 방열체(130)로 열이 전달되므로 전력반도체소자(10)의 FR4 PCB(110)는 넓은 범위에 걸쳐 열이 전도되어 방열 효과를 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 4 , heat generated from the power semiconductor device 10 is transferred in a vertical direction to the FR4 PCB 110 through the via 112 first. At this time, the heat generated from the power semiconductor device 10 is transmitted in a vertical direction to the first heat dissipating body 130 through the heat dissipating pad 120 provided on the upper side of the FR4 PCB 110. That is, since heat is transferred to the first radiator 130 through the vias of the heat dissipation pad 120 and the FR4 PCB 110, the FR4 PCB 110 of the power semiconductor device 10 conducts heat over a wide range, The heat dissipation effect can be improved.

또한, 전력반도체소자(10)에서 발생한 열은 회로패턴(113)을 통하여 FR4 PCB(110)에 대하여 수평 방향으로 전달된다. 여기서, 전력반도체소자(10) 측에 구비된 회로패턴(113)은 전력반도체소자(10)에서 발생한 열을 바로 수평 방향으로 전달하고, 전력반도체소자(10)의 반대측에 구비된 회로패턴(113)은 비아(112)를 통해 수직 방향으로 전달된 열을 수평방향으로 전달한다.In addition, heat generated from the power semiconductor device 10 is transmitted in a horizontal direction with respect to the FR4 PCB 110 through the circuit pattern 113. Here, the circuit pattern 113 provided on the side of the power semiconductor device 10 directly transfers the heat generated in the power semiconductor device 10 in the horizontal direction, and the circuit pattern 113 provided on the opposite side of the power semiconductor device 10 ) transfers the heat transmitted in the vertical direction through the via 112 in the horizontal direction.

이와 동시에 전력반도체소자(10)에서 발생한 열은 전력반도체소자(10)의 일면과 접촉하는 제2 방열체(140)에 대하여 수직 방향으로 전달된다. 이때, 전력반도체소자(10)에서 발생한 열은 제2 방열체(140)의 표면을 통하여 수직 방향의 외부로 방출될 수 있다. 즉, 전력반도체소자(10)의 상하측 수직 방향으로 동시에 열을 전달할 수 있으므로 방열 효과를 향상시킬 수 있다.At the same time, heat generated from the power semiconductor device 10 is transmitted in a vertical direction with respect to the second radiator 140 contacting one surface of the power semiconductor device 10 . At this time, heat generated from the power semiconductor device 10 may be emitted to the outside in a vertical direction through the surface of the second radiator 140 . That is, since heat can be simultaneously transferred in the upper and lower vertical directions of the power semiconductor device 10, the heat dissipation effect can be improved.

또한, 전력반도체소자(10)에서 발생한 열은 제2 방열체(140)를 통하여 전력반도체소자(10)에 대하여 수평 방향으로 전달된다. 이때, 전력반도체소자(10)에서 발생한 열은 방열스크류(170)를 통해 수직 방향으로 전달되어 제1 방열체(130)로 전달된다.In addition, heat generated from the power semiconductor device 10 is transferred to the power semiconductor device 10 in a horizontal direction through the second radiator 140 . At this time, the heat generated from the power semiconductor device 10 is transmitted in a vertical direction through the heat dissipation screw 170 and transferred to the first heat dissipation body 130 .

이와 같이, 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조(100)는 제1 방열체(130)로 향하는 열전달 경로와, 제2 방열체(140)로 향하는 열전달 경로를 이중으로 구성할 수 있다.As described above, the dual heat dissipation structure 100 for a surface-mounted power semiconductor may have a heat transfer path toward the first heat sink 130 and a heat transfer path toward the second heat sink 140.

이를 통해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력반도체소자의 FR4 PCB(110)는 순간적인 고전력 사양에 대해 PCB 패턴과 비아(112)를 통하여 열을 방출할 수 있으므로, 열전도도가 증가하며, 제2 방열체(140)와 방열스크류(170) 구조로 인하여 열이 더 빠르게 방출되므로 고전력 사양에도 적합하다.Through this, since the FR4 PCB 110 of the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention can emit heat through the PCB pattern and the via 112 for an instantaneous high power specification, the thermal conductivity increases, Due to the structure of the second radiator 140 and the heat dissipation screw 170, heat is released more quickly, so it is suitable for high power specifications.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조(100)와 비교예의 실험결과를 설명한다.Hereinafter, experimental results of the double heat dissipation structure 100 for a surface-mounted power semiconductor according to a first embodiment of the present invention and a comparative example will be described with reference to FIGS. 5 to 7 .

먼저, 비교예는 SMD 형태의 전력반도체소자의 FR4 PCB 방열 구조로서, 전력반도체소자와 접촉하여 FR4 PCB에 대향하는 측에 형성된 방열체와 방열스크류를 구비하지 않고, 전력반도체소자에서 FR4 PCB를 향하는 측에 형성된 방열체로만 열전달이 이루어지는 구조이다. 반면에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조(100)는 비교예에 비해 제1 방열체의 크기는 작아졌으나, 제2 방열체와 방열스크류를 추가로 구비하여 전체 높이는 비교예와 같도록 하였다.First, the comparative example is an FR4 PCB heat dissipation structure of an SMD type power semiconductor device, which is in contact with the power semiconductor device and does not have a heat sink and a heat dissipation screw formed on the side opposite to the FR4 PCB, and from the power semiconductor device to the FR4 PCB It is a structure in which heat is transferred only to the radiator formed on the side. On the other hand, in the double heat dissipation structure 100 for a surface-mounted power semiconductor according to the first embodiment of the present invention, the size of the first heat sink is smaller than that of the comparative example, but a second heat sink and a heat sink are additionally provided. Thus, the total height was the same as that of the comparative example.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비교예와 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 3D 해석결과를 나타낸 사진이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비교예와 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 해석 모델 및 온도 분포를 나타낸 사진이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예와 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 시간에 따른 전력반도체소자의 온도변화를 나타낸 사진이다. 5 is a photograph showing a 3D analysis result of a comparative example according to the first embodiment of the present invention and a dual heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor, and FIG. 6 is a comparative example according to the first embodiment of the present invention and a surface-mounted 7 is a photograph showing an analysis model and temperature distribution of a double heat dissipation structure for a type power semiconductor, and FIG. 7 is a comparative example according to an embodiment of the present invention and a temperature of a power semiconductor device over time of a double heat dissipation structure for a surface-mount type power semiconductor. This is a picture showing the change.

도 5를 참조하면, (a)의 비교예의 경우, 전력반도체소자에서 발생한 열은 외부로 충분히 방출되지 않아 발열에 의해 온도가 높게 상승하였으며, 그 영향으로 FR4 PCB 온도 역시 증가하였다. 즉, 낮은 열전도도 특성으로 인해 전력반도체소자가 충분히 방열되지 않아 온도가 적색으로 높게 나타났고 FR4 PCB의 온도도 전력반도체소자의 발열에 의한 영향으로 매우 낮지 않은 것으로 나타났다. 이로부터 방열체로의 열전달이 충분히 이루어지지 않음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, in the case of the comparative example of (a), the heat generated from the power semiconductor device was not sufficiently discharged to the outside, so the temperature rose high due to heat generation, and as a result, the FR4 PCB temperature also increased. That is, due to the low thermal conductivity characteristics, the power semiconductor element did not sufficiently dissipate heat, so the temperature was high in red, and the temperature of the FR4 PCB was not very low due to the effect of heat generation of the power semiconductor element. From this, it can be seen that heat transfer to the radiator is not sufficiently achieved.

반면, (b)의 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 방열 구조(100)의 경우, 전력반도체소자에서 발생한 열은 제1 방열체 및 제2 방열체를 통하여 외부로 완전히 방출되는 것으로 나타났다. 즉, 높은 열 전도도 특성으로 인해 전력반도체소자가 비교예의 방열 구조에 비해 전력반도체소자의 온도가 낮게 나타났으며, 또한, FR4 PCB 역시 충분히 낮은 온도로 나타났다. 이로부터 제1 방열체 및 제2 방열체로의 열전달이 (a)에 비하여 효과적임을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the heat dissipation structure 100 for a surface-mounted power semiconductor according to the first embodiment of the present invention of (b), the heat generated from the power semiconductor device completely escapes to the outside through the first radiator and the second radiator. appeared to be released. That is, due to the high thermal conductivity, the temperature of the power semiconductor device was lower than that of the heat dissipation structure of the comparative example, and the FR4 PCB also showed a sufficiently low temperature. From this, it can be seen that heat transfer to the first radiator and the second radiator is more effective than in (a).

도 6을 참조하면, (a)의 비교예의 경우, 전력반도체소자의 온도는 전력반도체 소자에 집중되어 높아지는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 6 , in the case of the comparative example of (a), the temperature of the power semiconductor device was concentrated and increased.

반면, (b)의 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 방열 구조(100)의 경우, 전력반도체소자의 온도는 비교예의 온도보다 낮은 것으로 나타났다. 즉, 전력반도체에서 발생한 열은 제1 방열체 및 제2 방열체로 전달되고, 외부로의 열방출이 (a)에 비하여 효과적임을 알 수 있다.On the other hand, in the case of (b) the heat dissipation structure 100 for a surface-mounted power semiconductor according to the first embodiment of the present invention, the temperature of the power semiconductor device was found to be lower than that of the comparative example. That is, it can be seen that the heat generated in the power semiconductor is transferred to the first radiator and the second radiator, and heat dissipation to the outside is more effective than (a).

도 7을 참조하면, 비교예의 경우, 시간이 경과함에 따라 짧은 시간 내에 온도가 급격하게 상승하는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 7 , in the case of Comparative Example, it was found that the temperature rapidly increased within a short period of time as time passed.

반면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 방열 구조(100)의 경우, 발열 초기 온도 상승의 폭이 크기 않으며, 동일 시간 경과 후에도 전력반도체소자의 온도가 비교예의 온도보다 낮으며 지속적인 시간 경과에도 온도 상승 폭이 크지 않은 것으로 나타났다. 이에 의해, 전력반도체에서 발생한 열을 효과적으로 방열하여 전력반도체소자의 온도를 비교예에 비해 낮은 상태로 유지할 수 있으므로, 초기 방열도 우수하며 전력반도체소자의 신뢰성도 확보할 수 있다.On the other hand, in the case of the heat dissipation structure 100 for a surface-mounted power semiconductor according to the first embodiment of the present invention, the width of the initial heat generation temperature increase is not large, and the temperature of the power semiconductor device is lower than the temperature of the comparative example even after the same time has elapsed. It was found that the temperature increase was not large even with the continuous passage of time. As a result, since the heat generated in the power semiconductor can be effectively radiated to maintain the temperature of the power semiconductor device at a lower state than that of the comparative example, initial heat dissipation is excellent and reliability of the power semiconductor device can be secured.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조의 하우징 케이스를 나타낸 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing a housing case having a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor according to a second embodiment of the present invention.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열구조(200)는 FR4 PCB(110), 방열 패드(120), 제1 방열체(130), 제2 방열체(240), 방열스크류(170)를 포함할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열구조(200)는 제2 방열체(240)를 제외하면 제1 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열구조(100)와 동일하므로 본 제2 실시예에서 상술한 제1 실시예와 동일한 구성은 제1 실시예와 동일한 도면번호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.As shown in FIG. 8, the double heat dissipation structure 200 for a surface-mounted power semiconductor according to the second embodiment of the present invention includes an FR4 PCB 110, a heat dissipation pad 120, a first heat sink 130, A second heat dissipation body 240 and a heat dissipation screw 170 may be included. The double heat dissipation structure 200 for a surface-mounted power semiconductor according to the second embodiment of the present invention is the double heat dissipation structure 100 for a surface-mounted power semiconductor according to the first embodiment except for the second radiator 240. Since it is the same as in the second embodiment, the same reference numerals as those of the first embodiment are used for the same components as those of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

제2 방열체(240)는 내부에 중공을 갖는 하우징 케이스일 수 있다. 즉, 제2 방열체(240)는 FR4 PCB(110), 방열 패드(120), 제1 방열체(130) 및 전력반도체소자(10)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이때, 제2 방열체(240)는 열전도성이 높은 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 제2 방열체(240)는 구리 및 경량소재인 마그네슘으로 이루어질 수 있다.The second radiator 240 may be a housing case having a hollow inside. That is, the second heat dissipation body 240 may be formed to surround the FR4 PCB 110 , the heat dissipation pad 120 , the first heat dissipation body 130 and the power semiconductor device 10 . At this time, the second radiator 240 may be made of aluminum having high thermal conductivity. However, it is not limited thereto, and the second radiator 240 may be made of copper and magnesium, which is a lightweight material.

제2 방열체(240)는 제1 면(241), 제2 면(242) 및 제3 면(243)을 포함할 수 있다.The second heat sink 240 may include a first surface 241 , a second surface 242 and a third surface 243 .

제1 면(241)은 FR4 PCB(110)에 대향하는 전력반도체소자(10)의 타면에 접촉되도록 구비될 수 있다. 이때, 제1 면(241)은 전력반도체소자(10)에 열접촉하여 전력반도체소자(10)의 표면을 직접적으로 방열할 수 있다. 또한, 제1 면(241)은 중앙부에 방열스크류(170)가 안착될 수 있다. 이때, 제1 면(241)에는 도 3의 안착홀(141)에 대응하는 안착홀(미도시)이 구비될 수 있다.The first surface 241 may be provided to contact the other surface of the power semiconductor device 10 facing the FR4 PCB 110. At this time, the first surface 241 may thermally contact the power semiconductor device 10 to directly dissipate heat from the surface of the power semiconductor device 10 . In addition, the heat dissipation screw 170 may be seated at the central portion of the first surface 241 . At this time, a seating hole (not shown) corresponding to the seating hole 141 of FIG. 3 may be provided on the first surface 241 .

제2 면(242)은 제1 방열체(130)의 일면에 접촉되도록 구비될 수 있다. 제2 면(242)은 제1 방열체(130)의 상단면에 접촉될 수 있다. 이때, 제 2면(242)은 제1 방열체(130)와 열접촉하여 제1 방열체(130)의 표면을 직접적으로 방열할 수 있다.The second surface 242 may be provided to contact one surface of the first heat dissipating body 130 . The second surface 242 may contact the top surface of the first heat dissipating body 130 . At this time, the second surface 242 may be in thermal contact with the first heat dissipating body 130 to directly dissipate heat from the surface of the first heat dissipating body 130 .

제3 면(243)은 제1 면(241)과 제2 면(242)을 양측에서 연결하도록 제1 면(241)과 제2 면(242)에 수직하게 구비될 수 있다. 이때, 제3 면(243)은 한 쌍으로 형성될 수 있다.The third surface 243 may be provided perpendicular to the first surface 241 and the second surface 242 so as to connect the first surface 241 and the second surface 242 from both sides. In this case, the third surface 243 may be formed as a pair.

이를 통해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면실장형 전력반도체용 이중 방열구조(200)는 제2 방열체(240)를 전력반도체 모듈을 케이스 일체형으로 구성함으로써, 표면실장형 전력반도체 소자의 방열 성능, 열 및 기계적 스트레스로 인한 변형 저항성을 더욱 향상시킬 수 있고, 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.Through this, the double heat dissipation structure 200 for a surface-mounted power semiconductor according to the second embodiment of the present invention configures the second heat sink 240 as an integrated power semiconductor module, so that the surface-mounted power semiconductor device Heat dissipation performance, deformation resistance due to heat and mechanical stress can be further improved, and reliability can be further increased.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add elements within the scope of the same spirit. However, other embodiments can be easily proposed by means of changes, deletions, additions, etc., but these will also fall within the scope of the present invention.

10 : 전력반도체소자
100, 200 : 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조
110 : FR4 PCB 111 : 제1 스크류홀
112 : 비아 113 : 회로패턴
120 : 방열패드 121 : 제2 스크류홀
130 : 제1 방열체 131 : 체결홈
132 : 슬릿 140, 240 : 제2 방열체
141 : 안착홀 170 : 방열스크류
171 : 머리부 172 : 몸체부
241 : 제1 면 242 : 제2 면
243 : 제3 면
10: power semiconductor device
100, 200: Double heat dissipation structure for surface-mounted power semiconductors
110: FR4 PCB 111: first screw hole
112: via 113: circuit pattern
120: heat dissipation pad 121: second screw hole
130: first radiator 131: fastening groove
132: slit 140, 240: second radiator
141: seating hole 170: heat radiation screw
171: head 172: body
241: first surface 242: second surface
243: third side

Claims (11)

양면에 회로패턴이 구비되고 관통하도록 구비된 비아를 통하여 상기 회로패턴이 전기적으로 연결되며, 일측에 전력반도체소자가 실장되는 FR4 PCB;
상기 전력반도체소자에 대향하는 상기 FR4 PCB의 타측에 접촉하도록 구비되는 방열 패드;
상기 방열 패드와 일면이 접촉하도록 구비되는 제1 방열체;
상기 FR4 PCB에 대향하는 상기 전력반도체소자의 타면에 접촉되도록 구비되는 제2 방열체; 및
상기 FR4 PCB를 관통하여 상기 제2 방열체와 상기 제1 방열체를 결합하도록 구비되는 방열스크류;를 포함하고,
상기 비아와 상기 방열 패드 및 상기 제1 방열체는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 수직 방향으로 전달하고, 상기 회로패턴 및 상기 제2 방열체는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 수평 방향으로 전달하며, 상기 방열스크류는 상기 전력반도체소자로부터 발생한 열을 상기 제2 방열체로부터 상기 제1 방열체로 전달하고,
상기 제2 방열체는 알루미늄으로 이루어지는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
An FR4 PCB having circuit patterns on both sides and electrically connected to the circuit patterns through vias provided therethrough, and having a power semiconductor device mounted on one side thereof;
a heat dissipation pad provided to contact the other side of the FR4 PCB facing the power semiconductor device;
a first heat dissipating body having one surface in contact with the heat dissipating pad;
a second heat sink provided to contact the other surface of the power semiconductor device facing the FR4 PCB; and
A heat dissipation screw provided to couple the second heat sink and the first heat sink through the FR4 PCB; includes,
The via, the heat dissipation pad, and the first radiator transmit heat generated from the power semiconductor device in a vertical direction, and the circuit pattern and the second radiator transmit heat generated from the power semiconductor device in a horizontal direction, , The heat dissipation screw transfers the heat generated from the power semiconductor device from the second radiator to the first radiator,
The second heat dissipation body is a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor made of aluminum.
제1 항에 있어서,
상기 제1 방열체는 직육면체 형상을 갖고, 내측에 복수개의 직사각형 슬릿이 형성되는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 1,
The double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor in which the first radiator has a rectangular parallelepiped shape and has a plurality of rectangular slits formed therein.
제1 항에 있어서,
상기 방열스크류는 상기 제2 방열체에 안착되는 머리부; 및
상기 방열스크류의 머리부에서 연장되어 상기 FR4 PCB를 관통하고 일단이 상기 제1 방열체에 형성된 체결홈에 결합되는 몸체부;를 포함하는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 1,
The heat-dissipating screw may include a head portion seated on the second heat-dissipating body; and
A dual heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor including a body portion extending from the head of the heat dissipation screw to pass through the FR4 PCB and having one end coupled to a fastening groove formed in the first heat dissipation body.
제3 항에 있어서,
상기 방열스크류는 접시머리 볼트이고,
상기 머리부는 접시머리 형상으로 형성되어, 상기 제2 방열체의 일면에 상기 머리부 일면이 일치하도록 상기 제2 방열체에 고정되고,
상기 몸체부의 상기 머리부에 대향하는 일단이 상기 제1 방열체에 고정되는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 3,
The heat dissipation screw is a countersunk head bolt,
The head is formed in a dish head shape and is fixed to the second heat sink such that one surface of the head coincides with one surface of the second heat sink,
A dual heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor in which one end of the body portion opposite to the head portion is fixed to the first heat sink.
제1 항에 있어서,
상기 제2 방열체는 판 형상의 방열플레이트인 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 1,
The second heat dissipation body is a double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor having a plate-shaped heat dissipation plate.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제2 방열체는 서로 인접한 한 쌍의 상기 전력반도체소자에 열접촉하도록 구비되는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 1,
The double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor, wherein the second heat sink is provided to thermally contact a pair of power semiconductor devices adjacent to each other.
제1 항에 있어서,
상기 비아는 복수개로 구비되어 상기 FR4 PCB와 상기 회로패턴을 전기적으로 연결하는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 1,
A double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor in which a plurality of vias are provided to electrically connect the FR4 PCB and the circuit pattern.
제1 항에 있어서,
상기 제2 방열체는 중공을 갖는 하우징 케이스이고,
상기 하우징 케이스는,
상기 전력반도체소자에 접촉되는 제1 면;
상기 제1 방열체에 접촉되는 제2 면; 및
상기 제1 면과 상기 제2 면을 양측에서 연결하는 제3 면;을 포함하는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 1,
The second radiator is a housing case having a hollow,
The housing case,
a first surface contacting the power semiconductor device;
a second surface contacting the first heat dissipating body; and
A dual heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor including a third surface connecting the first surface and the second surface from both sides.
제1 항에 있어서,
상기 방열스크류는 상기 제1 방열체와 상기 제2 방열체의 중앙을 결합하는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 1,
The heat-dissipating screw is a double heat-dissipating structure for a surface-mounted power semiconductor that couples the center of the first heat-dissipating body and the second heat-dissipating body.
제1 항에 있어서,
상기 FR4 PCB에 제1 스크류홀이 형성되고 상기 방열패드에 제2 스크류홀이 형성되며,
상기 제1 스크류홀 및 상기 제2 스크류홀은 열전도성 물질로 내벽이 코팅되는 표면실장형 전력반도체용 이중 방열 구조.
According to claim 1,
A first screw hole is formed in the FR4 PCB and a second screw hole is formed in the heat dissipation pad,
The double heat dissipation structure for a surface-mounted power semiconductor in which inner walls of the first screw hole and the second screw hole are coated with a thermally conductive material.
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