KR20000002554U - 전력 반도체 모듈의 방수 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전력 반도체 모듈의 방수 장치에 관한 것으로서, 방열판 상에 반도체 칩, 전극 단자 등을 접합하고, 겔 상의 실리콘 고무 및 에폭시 수지를 충진한 상태로 케이스와 결합된 전력 반도체 모듈에 있어서, 상기 방열판의 상면 가장자리 쪽에 케이스와의 접촉부 사이를 통하여 수분을 침투시키지 못하도록 돌출턱이 구비되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 고안에 의하면 고온의 발열 작용에 의하여 방열판과 케이스 사이를 통하여 수분이 침투되는 현상을 저지시킬 수 있으므로 모듈 전체의 동작 불능을 미연에 방지할 수 있다.

Description

전력 반도체 모듈의 방수 장치

본 고안은 전력 반도체 모듈의 방수 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 케이스와 방열판 사이를 통하여 수분이 침투되는 것을 방지할 수 있는 전력 반도체 모듈의 방수 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 정보나 신호 처리뿐만 아니라 전기 회로나 전자 회로 등의 전류나 전력 제어에도 이용된다. 이와 같이 단순히 신호 처리용 소자와 구별되게 보다 큰 전류나 전압을 취급하는 파워 디바이스로서 전력 반도체 모듈이 사용된다.

이러한 전력 반도체 모듈은 대전력을 제어하기 때문에 필연적으로 대전류를 흐르게 함은 물론 고전압에서 동작되는 소자이며, 이는 전류가 흐르는 면적이 넓고 내전압을 증폭시키기 위한 종형 구조를 갖고 있다. 예를 들면, 반도체 모듈은 바이폴라 트랜지스터(Bipolar Transistor), 파워 MOS FET(Metal Oxide Semiconductor Field Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등을 들 수 있다.

도 1 은 종래의 전력 반도체 모듈의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 종래 모듈(10)의 저면에는 열을 발산시킬 수 있는 방열판(1)이 구비되고, 상기 방열판(1) 위에 세라믹 소재의 절연 기판(2)이 납땜 접합된다. 상기 절연 기판(2) 위에는 교류 전원을 통하는 전극이나 (+), (-) 전극을 이룰 수 있는 전극 단자(3)가 접합되고, 반도체 칩(4)의 상, 하면에 주로 몰리브덴(Mo) 소재로 이루어진 열 보상판(5)이 납땜 접합된다.

상기 모듈(10)의 내측 상부에는 열 경화성 수지인 에폭시(Epoxy)수지(6)가 외부 충격 등으로부터 보호될 수 있도록 채워지고, 또한 그 하부에는 겔(Gel) 상태의 실리콘 고무(7)가 반도체 칩(4)의 동작에 따른 온도 상승으로 인하여 주변 부품의 팽창을 스폰지 쿠숀처럼 보완할 수 있도록 채워진다.

상기 모듈(10)의 외측에 케이스(8)가 결합되고, 상기 케이스(8)의 상부에 커버 부재(9)가 결합된다.

그러나, 종래의 반도체 모듈(10)은 그 동작 환경이 150 ℃ 정도의 고온 상태이므로 겔 상태의 실리콘 고무(7)가 팽창 수축을 반복하면, 확대 도시한 바와 같이 방열판(1)과 케이스(8) 사이의 접촉부에 미세한 갭(Gap)이 형성될 수 있고, 이 갭을 통하여 수분(W)이 침투될 수 있는 문제점이 있다.

이렇게 수분(W)이 모듈(10) 내부로 침투되면 반도체 칩(4)의 손상이나 쇼트, 접합부의 오픈(Open) 등을 유발하여 동작 불능을 초래하게 된다.

따라서, 본 고안은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 창작된 것으로서, 본 고안의 목적은 고온의 동작 환경으로 인한 팽창으로 인하여 방열판과 케이스 사이를 통하여 수분이 침투되는 것을 저지시킬 수 있는 전력 반도체 모듈의 방수 장치를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 전력 반도체 모듈의 방수 장치는, 방열판 상에 반도체 칩, 전극 단자 등을 접합하고, 겔 상의 실리콘 고무 및 에폭시 수지를 충진한 상태로 케이스와 결합된 전력 반도체 모듈에 있어서, 상기 방열판의 상면 가장자리 쪽에 케이스와의 접촉부 사이를 통하여 수분을 침투시키지 못하도록 돌출턱이 구비되는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래의 전력 반도체 모듈의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 결합 단면도로서, 문제점을 확대 도시한 도면.

도 2 는 본 고안에 따른 전력 반도체 모듈의 방수 장치를 개략적으로 나타낸 결합 단면도.

도 3 은 도 2 의 요부를 발췌 도시한 사시도.

도 4 는 본 고안의 다른 실시예를 나타낸 요부 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 절연 기판, 3 : 전극 단자,

4 : 반도체 칩, 5 : 열 보상판,

7 : 실리콘 고무, 20 : 방열판,

22 : 돌출턱, 30 : 케이스,

100 : 반도체 모듈, 220 : 요홈.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2 는 본 고안에 따른 전력 반도체 모듈의 방수 장치를 개략적으로 나타낸 결합 단면도이고, 도 3 은 도 2 의 요부를 발췌 도시한 사시도이다.

도면 중 요부 구성을 제외하고는 편의상 종래의 도면 부호를 병기하기로 하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 도면에서, 부호 100 은 본 고안의 전력 반도체 모듈을 나타낸다. 상기 모듈(100)의 저면에는 열전도성이 우수한 구리(Cu) 재질로 이루어진 방열판(20)이 내부 열을 발산시킬 수 있도록 구비되고, 상기 방열판(20) 위에는 반도체 칩(4)을 포함하는 여러 부품으로 이루어진 발열부가 납땜 용접 방식으로 접합된다.

특히, 본 실시예의 방열판(20)의 상면 가장자리 쪽에는 케이스(30)와의 접촉부를 통하여 수분을 침투시키지 못하도록 돌출턱(22)이 구비된다.

상기 돌출턱(22)은 방열판(20)과 일체형으로 형성되어도 바람직하고, 돌출턱(22)만 분리형으로 제공된 후 땜납 등으로 접합하여도 무방하다. 이러한 분리형은 가공이 간편한 이점이 있다.

더욱이, 도 4 에서 나타낸 본 고안의 다른 실시예에서와 같이, 방열판(20)의 상면 가장자리 쪽에 상술한 돌출턱(22) 대신에 요홈(220)이 형성되어도 매우 바람직하며, 이 경우에는 케이스(30)의 하단 접촉면을 돌출 변형시키면 된다.

이와 같이 구비된 본 고안에 따른 전력 반도체 모듈의 방수 장치는 교류 전원이 인가되어 정류 작용이 이루어질 때 반도체 칩(4)이나 전극 단자(3) 등으로부터 고열이 발생된다. 이 때 모듈(100)의 내부가 대략 150 ℃ 이상의 고온으로 상승되어 겔 상태의 실리콘 고무(7)가 녹아서 팽창하게 되거나, 동작 중단에 따른 수축 작용을 반복하게 된다.

이렇게 되면 주변 구성품에도 영향을 끼쳐 특히 방열판(20)과 케이스(30)의 접촉부 사이에도 어느 정도의 미세한 틈새가 형성되지만, 이 틈새를 통하여 수분이 침투되려고 하더라도 방열판(20)에 구비된 돌출턱(22) 또는 요홈(220)에 가로막혀 모듈(100) 내부로는 유입될 수 없게 된다.

상술한 본 고안에 의하면, 고온의 발열 작용에 의하여 방열판과 케이스 사이를 통하여 수분이 침투되는 현상을 저지시킬 수 있으므로 모듈 전체의 동작 불능을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 방열판 상에 반도체 칩, 전극 단자 등을 접합하고, 겔 상의 실리콘 고무 및 에폭시 수지를 충진한 상태로 케이스와 결합된 전력 반도체 모듈에 있어서,

   상기 방열판의 상면 가장자리 쪽에 케이스와의 접촉부 사이를 통하여 수분을 침투시키지 못하도록 돌출턱이 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈의 방수 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출턱은 방열판 위에 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈의 방수 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출턱은 방열판 위에 분리형으로 접합 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈의 방수 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열판의 상면 가장자리 쪽에 요홈이 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈의 방수 장치.