KR20000007321A - 전력 반도체 모듈용 방열판 구조 - Google Patents

전력 반도체 모듈용 방열판 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 반도체 모듈용 방열판 구조에 관하여 개시한다.
본 발명은 회로패턴(24), 칩(25), 전극단자(26) 등을 수용하는 세라믹 기판(22)의 하부면에 솔더(23)를 이용하여 방열판(21)을 접합한 전력 반도체 모듈에 있어서, 상기 방열판(21)은 상기 세라믹 기판(22)과 동일한 크기에 걸쳐 소정의 높이만큼 돌출되고 솔더(23)가 접합되는 보강부(21a)를 지니는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 파워 트랜지스터 및 IGBT 등과 같이 많은 전력을 사용하는 소자의 방열판을 개선하여 방열성을 향상하고 접합층의 균열을 방지하는 효과가 있다.

Description

전력 반도체 모듈용 방열판 구조
본 발명은 전력 반도체 모듈용 방열판 구조에 관한 것으로서, 파워 트랜지스터 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같이 많은 전력을 사용하는 소자의 방열판을 개선하여 방열성을 향상하고 접합층의 균열을 방지하는 전력 반도체 모듈용 방열판 구조에 관한 것이다.
일반적으로 파워 트랜지스터 및 IGBT 등과 같이 많은 전력을 스위칭하는 전력 반도체 모듈은 동작시에 많은 열이 발생하게 된다. 이러한 열은 전력 반도체 모듈을 과동작시켜 기기의 오동작에 따른 안전 사고를 초래하거나 내구성 저하에 따른 제품의 수명저하를 유발한다. 그러므로 전력 반도체 모듈은 발생되는 열을 발산하기 위한 방열판을 구비하고 있다.
도 1은 종래의 전력 반도체 모듈의 접합상태를 나타내는 구성도가 도시된다.
전력 반도체 모듈은 회로패턴(14)과 칩(15)의 적층체 및 전극단자(16)를 세라믹 기판(12) 상에 접합하고 접합된 칩(15)과 전극단자(16)를 결선한 구성을 지닌다. 열전도성이 좋은 구리 재질을 이용하여 세라믹 기판(12)보다 큰 체적으로 성형한 방열판(11)이 솔더(13)를 이용하여 세라믹 기판(12)의 하부면에 접합됨으로써 적절한 방열이 이루어지도록 한다.
그런데 세라믹 기판(12)과 방열판(11)의 적층구조처럼 서로 상이한 열팽창률을 지니는 두 재료를 고온에서 접합함에 있어 솔더(13)가 용해되는 온도 및 젖음성을 나타낼 수 있는 약 300℃ 이상의 온도에서 자유롭게 팽창되었던 각각의 재료가 접합 후 냉각되는 과정에서 수축률의 차이를 보인다.
이로 인해 강도가 약한 동(銅) 재질을 사용한 방열판(11)이 소정의 곡률반경(r)을 지니는 곡면으로 변형되는데, 특히 구속되지 않고 자유로운 상태인 하단부에서 변형이 심화된다. 이와 같이 방열판(11)이 변형되면 시스템 장착시 방열면적이 줄어들어 동작 신뢰성 및 내구성이 저하되는 것은 물론 제조현장에서 이를 보정하기 위한 추가적인 공정이 필요하다.
이에 따라 본 발명은 파워 트랜지스터 및 IGBT 등과 같이 많은 전력을 사용하는 소자의 방열판을 개선하여 방열성을 향상하고 접합층의 균열을 방지하는 전력 반도체 모듈용 방열판 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래의 전력 반도체 모듈의 접합상태를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 접합상태를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 변형예를 나타내는 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11, 21: 방열판 12, 22: 세라믹 기판
13, 23, 33: 솔더 14, 24: 회로패턴
15, 25: 칩 16, 26: 전극단자
21a: 보강부 31: 보강판
T, t: 두께 r: 곡률반경
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 회로패턴(24), 칩(25), 전극단자(26) 등을 수용하는 세라믹 기판(22)의 하부면에 솔더(23)를 이용하여 방열판(21)을 접합한 전력 반도체 모듈에 있어서, 상기 방열판(21)은 상기 세라믹 기판(22)과 동일한 크기에 걸쳐 소정의 높이만큼 돌출되고 솔더(23)가 접합되는 보강부(21a)를 지니는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈용 방열판 구조를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 접합상태를 나타내는 구성도가 도시된다.
본 발명은 회로패턴(24), 칩(25), 전극단자(26) 등을 수용하는 세라믹 기판(22)의 하부면에 솔더(23)를 이용하여 방열판(21)을 접합한 전력 반도체 모듈에 관련된다. 회로패턴(24), 칩(25), 전극단자(26)의 구성이나 방열판(21), 솔더(23)의 재료는 종래와 동일성을 유지하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면 상기 방열판(21)은 상기 세라믹 기판(22)과 동일한 크기에 걸쳐 소정의 높이만큼 돌출되고 솔더(23)가 접합되는 보강부(21a)를 지닌다. 보강부(21a)는 동판재로부터 방열판(21)을 절단 또는 블랭킹한 후 밀링 등의 절삭가공으로 성형할 수 있다. 보강부(21a)에서 방열판(21)과 연결되는 하단부분은 적절한 라운딩을 형성하여 열응력에 따른 피로파괴를 방지한다. 방열판(21)이 보강부(21a)를 지님에 따라 열용량이 증대하여 방열 기능도 향상된다.
이에 더하여 방열판(21)을 기판 등에 조립할 때 일측이 구속되지 않도록 하면, 예컨대 볼트를 체결하는 경우 그 체결공을 장공으로 형성하면 열팽창률이 상이한 두 재료를 고온에서 접합하는 과정에서 발생하는 열응력이 감소하고 휨을 방지하는데 유리하다.
이때 본 발명에 따른 방열판(21)의 보강부(21a)의 두께는 방열판(22) 하단부 두께의 약 1/2 정도가 되도록 형성한다. 열응력에 의한 휨 현상을 방지하기 위해서는 보강부(21a)의 두께(t)가 커질수록 유리하나 전력 반도체 모듈의 경박단소화 측면을 고려하면 최적화되어야 한다. 실험적으로는 t≒ T/2인 경우가 양자를 고려한 최적치가 된다.
도 3은 본 발명에 따른 변형예를 나타내는 구성도가 도시된다.
본 발명의 변형예에 따르면, 방열판(21)에 보강부(21a)를 형성하는 대신, 별도의 보강판(31)을 솔더(33)를 이용하여 접합하는 것도 가능하다. 보강판(31)은 방열판(21)과 동일한 동재질을 사용하는 것도 가능하고, 열전도성과 굽힘강도가 양호한 이종 금속을 사용하는 것도 가능하다.
이때, 전자의 경우는 도 2에 설명한 것처럼 보강판(31)이 방열판(21)의 대략 1/2 두께가 되도록 하고 솔더(33)를 사용하여 접합하면 된다. 후자의 경우는 이보다 더 박판으로 할 수 있는 반면 용접방법은 소재의 종류에 따라 적절한 것을 택해야 한다.
이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명의 전력 반도체 모듈용 방열판 구조는 파워 트랜지스터 및 IGBT 등과 같이 많은 전력을 사용하는 소자의 방열판을 개선하여 방열성을 향상하고 접합층의 균열을 방지하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 회로패턴, 칩, 전극단자 등을 수용하는 세라믹 기판의 하부면에 솔더를 이용하여 방열판을 접합한 전력 반도체 모듈에 있어서,
    상기 방열판은 상기 세라믹 기판과 동일한 크기에 걸쳐 소정의 높이만큼 돌출되고 솔더가 접합되는 보강부를 지니는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈용 방열판 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열판의 보강부의 두께는 방열판 하단부 두께의 약 1/2정도가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈용 방열판 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 방열판에 보강부를 형성하는 대신, 별도의 보강판을 솔더를 이용하여 접합하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈용 방열판 구조.
KR1019980026601A 1998-07-02 1998-07-02 전력 반도체 모듈용 방열판 구조 KR20000007321A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200023851A (ko) 2018-08-27 2020-03-06 엘지전자 주식회사 전력 반도체모듈의 방열장치
WO2022005183A1 (ko) * 2020-07-03 2022-01-06 주식회사 아모센스 파워모듈

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KR20200023851A (ko) 2018-08-27 2020-03-06 엘지전자 주식회사 전력 반도체모듈의 방열장치
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