KR20000040996A - Semiconductor module with radiant plate by clamping unit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방열판이 체결된 반도체 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열판을 반도체 모듈용 인쇄회로기판에 용이하게 착탈할 수 있는 체결 수단으로 체결된 방열판을 갖는 반도체 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor module to which the heat sink is fastened, and more particularly, to a semiconductor module having a heat sink fastened by fastening means that can be easily attached to and detached from a printed circuit board for a semiconductor module.
전자기기 및 반도체 제품은 점차적으로 규격의 소형화, 고집적화 및 신호의 고속화를 추구하고, 집적회로 외부적으로는 반도체 소자의 정보저장과 처리 능력을 향상시키기 위한 수단의 하나로서 완성된 반도체 소자를 별도의 기판에 복수개 조합하여 모듈(Module)화시키는 방법이 사용되고 있다. 예를 들면, 메모리 소자(Memory Device)의 용량을 증가시키기 위한 방법으로 단위 메모리 소자를 하나의 인쇄회로기판에 여러 개 실장하여 제조되는 메모리 모듈(Memory Module)이 있다.Electronic devices and semiconductor products gradually pursue miniaturization, high integration, and high speed of signals, and separately complete semiconductor devices as a means for improving information storage and processing capability of semiconductor devices externally in integrated circuits. A method of modularizing a plurality of substrates is used. For example, a memory module manufactured by mounting a plurality of unit memory devices on a single printed circuit board is a method for increasing the capacity of a memory device.
최근의 반도체 소자는 고집적화, 대용량화, 고밀도 실장화를 목표로 보다 향상된 성능을 갖도록 계속적인 개발이 이루어져 왔다. 이러한 경향에 따라 제조되는 반도체 소자는 동작 전압이 낮아지고 동작 주파수가 증가되어 전류의 소비가 크게 늘어났다. 이에 따라, 단위 부피당 전력 사용량이 늘어나 발열량이 증가하게 되었다.In recent years, semiconductor devices have been continuously developed to have higher performance in order to achieve high integration, high capacity, and high density mounting. The semiconductor device manufactured according to this tendency has a low operating voltage and an increased operating frequency, thereby greatly increasing current consumption. As a result, the amount of power used per unit volume is increased to increase the amount of heat generated.
발열량이 증가하면 반도체 소자는 정상적인 동작에 지장을 초래할 수 있기 때문에 동작 온도를 낮추려는 방안으로 여러 방법들이 제시되고 있다. 예를 들어, 펜티엄 CPU 칩(pentium Central Processing unit chip)의 경우 칩 위에 냉각팬을 설치하여 칩을 냉각하는 방식을 사용하고 있다.As the amount of heat generated increases, the semiconductor device may interfere with normal operation. Therefore, various methods have been proposed to reduce the operating temperature. For example, in the case of a Pentium Central Processing Unit chip, a cooling fan is installed on the chip to cool the chip.
동작 온도를 낮추는 문제는 리플래시(refresh) 시간이 온도에 직접적으로 영향을 받는 디램(DRAM;Dynamic Random Access Memory)의 경우에 상당히 중요한 문제로 대두된다. 특히, 최근의 디램의 경우는 고속동작을 위해 기생성분이 적은 구조의 패키지인 볼 그리드 어레이 패키지(BGA Package) 또는 파인 피치 볼 그리드 어레이 패키지(fine pitch BGA package) 방식을 채택하고 있기 때문에, 이와 같은 형태의 반도체 패키지가 모듈에 장착되었을 경우 방열이 가장 중요한 문제로 나타나게 된다. 이러한 방열 문제를 해결하기 위한 방안의 하나가 방열판(Heat Spreader)을 반도체 모듈에 결합시키는 것이다.The problem of lowering the operating temperature is a significant issue in the case of dynamic random access memory (DRAM), where the refresh time is directly affected by temperature. In particular, the recent DRAM uses a ball grid array package (BGA Package) or a fine pitch BGA package, which is a package of low parasitic structure, for high speed operation. When the semiconductor package of the type is mounted on the module, heat dissipation appears to be the most important problem. One way to solve this heat dissipation problem is to couple a heat spreader to the semiconductor module.
반도체 모듈에 방열판을 체결하는 체결 수단으로 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 볼트(Bolt)와 너트(Nut)를 사용하거나, 도 2에 도시된 바와 같이 금속 리벳(Metal Rivet)을 사용하였다.As a fastening means for fastening a heat sink to a semiconductor module, a bolt and a nut are conventionally used as shown in FIG. 1, or a metal rivet is used as shown in FIG. 2.
도 1을 참조하면, 반도체 모듈(10)은 메모리 모듈로서, 인쇄회로기판(11)의 양면에 복수개의 반도체 소자(12)가 실장된 구조를 가지며, 일측의 변을 따라서 외부 전자 장치에 접속할 수 있는 복수개의 탭(14; Tab)이 형성되어 있다. 물론 탭(14)과 각 반도체 소자(12)는 인쇄회로기판(11)에 형성된 회로 배선의 조합에 의해 전기적으로 연결되며, 반도체 소자는 디램과 같은 메모리 소자(Memory Device)이다.Referring to FIG. 1, the semiconductor module 10 is a memory module having a structure in which a plurality of semiconductor elements 12 are mounted on both sides of a printed circuit board 11, and may be connected to an external electronic device along one side thereof. A plurality of tabs 14 are formed. Of course, the tab 14 and each semiconductor element 12 are electrically connected by a combination of circuit wirings formed on the printed circuit board 11, and the semiconductor element is a memory device such as a DRAM.
이와 같은 구조를 갖는 반도체 모듈(10)의 양면 즉 인쇄회로기판(11)의 양면에 방열판(16)이 볼트(17)와 너트(18)에 의해 체결된다. 이때, 효과적인 열방출성을 확보하기 위해서, 반도체 소자(12)들의 상부면에 방열판(16)의 바닥면이 접촉할 수 있도록 체결하는 것이 바람직하다. 도면부호 13은 인쇄회로기판(13)과 방열판(16)에 형성된 체결 구멍을 가리킨다.The heat sink 16 is fastened by the bolt 17 and the nut 18 on both sides of the semiconductor module 10 having such a structure, that is, both sides of the printed circuit board 11. In this case, in order to secure effective heat dissipation, it is preferable to fasten the bottom surface of the heat sink 16 to be in contact with the top surface of the semiconductor elements 12. Reference numeral 13 denotes a fastening hole formed in the printed circuit board 13 and the heat sink 16.
이와 같이 반도체 모듈(10)에 방열판(16)을 체결하는 수단으로 볼트(17)와 너트(18)를 사용할 경우, 반도체 모듈(10)에 방열판(16)을 견고하게 체결할 수 있지만, 필요 이상의 결합력에 의해 인쇄회로기판(11) 또는 반도체 소자(12)가 파손될 우려가 있다. 그리고, 방열판(16)이 체결된 반도체 모듈(10)의 대량 생산을 대비한 공정 자동화의 대응이 용이하지 않다.As such, when the bolt 17 and the nut 18 are used as the means for fastening the heat sink 16 to the semiconductor module 10, the heat sink 16 can be firmly fastened to the semiconductor module 10, but more than necessary. The bonding force may damage the printed circuit board 11 or the semiconductor element 12. In addition, it is not easy to cope with process automation in preparation for mass production of the semiconductor module 10 to which the heat sink 16 is fastened.
도 2에 도시된 금속 리벳(27)의 경우, 볼트/너트를 이용한 체결 방법에 비하여 금속 리벳(27) 별로 리벳팅(riveting)을 위한 기계적인 충격을 가하는 공정으로 반도체 모듈(20)에 방열판(26)을 간단하게 체결할 수 있다. 도면부호 23은 인쇄회로기판(21)과 방열판(26)에 형성된 체결 구멍을 가리키며, 도면부호 27a는 리벳팅된 부분을 가리킨다.In the case of the metal rivet 27 illustrated in FIG. 2, a heat sink (not shown) is applied to the semiconductor module 20 in a process of applying a mechanical impact for riveting for each metal rivet 27 as compared to a fastening method using bolts / nuts. 26) can be tightened simply. Reference numeral 23 denotes a fastening hole formed in the printed circuit board 21 and the heat sink 26, and reference numeral 27a denotes a riveted portion.
그러나, 금속 리벳(27)을 리벳팅하는 과정에서 가해지는 기계적인 충격에 의해 반도체 모듈(20)이 손상될 수 있다. 통상적으로 금속 리벳(27)은 영구적인 체결 수단으로 사용되기 때문에, 반도체 모듈의 인쇄회로기판(21)에 실장된 반도체 소자에 이상이 발생되어 그 불량이 발생된 반도체 소자를 교체해야할 경우 유지 보수 작업이 용이하지 못한 문제점을 안고 있다. 물론, 금속 리벳(27)의 리벳팅된 부분(27a)을 파괴하여 금속 리벳(27)을 제거할 수 있지만, 리벳팅 부분(27a)을 파괴하는 과정에서 반도체 모듈(20)에 가해지는 기계적인 충격에 의해 기생적인 다른 불량을 유발할 수 있다.However, the semiconductor module 20 may be damaged by the mechanical impact applied during the riveting of the metal rivets 27. In general, since the metal rivet 27 is used as a permanent fastening means, when a semiconductor device mounted on the printed circuit board 21 of the semiconductor module has an abnormality and needs to be replaced, the maintenance work is required. This is not an easy problem. Of course, the metal rivet 27 can be removed by breaking the riveted portion 27a of the metal rivet 27, but the mechanical force applied to the semiconductor module 20 in the process of destroying the riveted portion 27a is eliminated. The impact may cause other parasitic defects.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 모듈에 방열판을 체결하는 공정의 자동화에 용이하게 대응할 수 있으며, 종래의 금속 리벳이나 볼트/너트 사용시 만큼 결합력을 확보할 수 있는 체결 수단으로 결합된 방열판을 갖는 반도체 모듈을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention can easily correspond to the automation of the process of fastening the heat sink to the semiconductor module, the semiconductor module having a heat sink coupled by a fastening means that can ensure a bonding force as used when using conventional metal rivets or bolts / nuts To provide.
본 발명의 다른 목적은 반도체 모듈의 수리 작업을 용이하게 실시할 수 있도록, 반도체 모듈에 방열판을 용이하게 탈착할 수 있는 체결 수단으로 결합된 방열판을 갖는 반도체 모듈을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor module having a heat sink coupled to a fastening means capable of easily detaching a heat sink to a semiconductor module so that repair work of the semiconductor module can be easily performed.
도 1은 종래 기술에 따른 방열판을 갖는 반도체 모듈로서, 볼트와 너트를 이용하여 방열판을 인쇄회로기판에 체결하는 상태를 나타내는 결합 사시도,1 is a semiconductor module having a heat sink according to the prior art, a combined perspective view showing a state in which a heat sink is fastened to a printed circuit board using bolts and nuts;
도 2는 종래 기술에 따른 방열판을 갖는 반도체 모듈로서, 금속 리벳으로 방열판을 인쇄회로기판에 체결한 상태를 나타내는 단면도,2 is a semiconductor module having a heat sink according to the prior art, which is a cross-sectional view showing a state in which a heat sink is fastened to a printed circuit board by metal rivets;
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 체결 수단으로 방열판을 인쇄회로기판에 체결한 반도체 모듈의 결합 사시도,3 is a perspective view illustrating a semiconductor module in which a heat sink is fastened to a printed circuit board by a fastening means according to a first embodiment of the present invention;
도 4는 도 3의 체결 수단이 결합된 상태를 나타내는 단면도,4 is a cross-sectional view showing a state in which the fastening means of FIG. 3 is coupled;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 체결 수단을 나타내는 도면,5 shows a fastening means according to a second embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 체결 수단으로 방열판을 인쇄회로기판에 체결한 반도체 모듈의 결합사시도,6 is a perspective view of a semiconductor module in which a heat sink is fastened to a printed circuit board by a fastening means according to a third embodiment of the present invention;
도 7은 도 6의 7-7선 단면도이다.7 is a cross-sectional view taken along line 7-7 of FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *Description of the main parts of the drawing
30, 70 : 반도체 모듈 31, 71 : 인쇄회로기판30, 70: semiconductor module 31, 71: printed circuit board
32, 72 : 반도체 소자 36, 76 : 방열판32, 72: semiconductor element 36, 76: heat sink
40, 50, 80 : 체결 수단 41, 51, 81 : 머리 부분40, 50, 80: fastening means 41, 51, 81: head
43, 53, 83 : 축 45, 55 : 탄성 돌기43, 53, 83: shaft 45, 55: elastic projection
47, 57 : 끼움턱 85 : 체결 블록47, 57: fitting jaw 85: fastening block
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 집적회로가 형성된 반도체 소자들과; 상기 반도체 소자들이 실장되며 회로패턴에 의해 조합되어 전기적인 연결을 이루는 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판에 체결되어 상기 반도체 소자의 동작에 따라 발생되는 열을 외부로 방출시키는 방열판; 및 상기 방열판을 상기 인쇄회로기판에 체결하는 체결 수단;을 포함하는 반도체 모듈로서, 상기 인쇄회로기판의 양말단과, 그 양말단에 대응되는 방열판의 양말단을 관통하여 상기 체결 수단이 삽입될 수 있는 체결 구멍이 형성되어 있으며, 상기 체결 수단은, 상기 체결 구멍의 내경보다 크게 형성된 바닥면을 갖는 머리 부분과; 상기 머리 부분과 일체로 형성되며, 상기 인쇄회로기판과 방열판의 두께보다는 길게 뻗은 축으로, 말단에 상기 체결 구멍의 타측에 고정될 수 있는 끼움턱이 형성되며, 상기 끼움턱이 형성된 상기 말단 부분이 상기 체결 구멍에 삽입될 수 있도록 상기 말단에서 소정의 깊이로 파여져 탄성 홈이 형성된 축; 및 상기 머리 부분의 바닥면의 가장자리에서 상기 축 쪽으로 절곡된 복수개의 탄성 돌기;를 포함하는 체결 수단으로 체결된 방열판을 갖는 반도체 모듈을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising an integrated circuit; A printed circuit board on which the semiconductor devices are mounted and combined by a circuit pattern to form an electrical connection; A heat dissipation plate coupled to the printed circuit board for dissipating heat generated by the operation of the semiconductor device to the outside; And fastening means for fastening the heat sink to the printed circuit board, wherein the fastening means can be inserted through the sock end of the printed circuit board and the sock end of the heat sink corresponding to the sock end. A fastening hole is formed, the fastening means comprising: a head having a bottom surface formed larger than an inner diameter of the fastening hole; It is formed integrally with the head portion, the axis extending longer than the thickness of the printed circuit board and the heat sink, a fitting jaw that can be fixed to the other side of the fastening hole is formed at the end, the end portion formed with the fitting jaw is A shaft having an elastic groove formed at the end thereof so as to be inserted into the fastening hole and having a predetermined depth; And a plurality of elastic protrusions bent toward the shaft at the edge of the bottom surface of the head portion.
특히, 본 발명에 따른 체결 수단의 축의 말단 부분을 체결 구멍의 일측을 통하여 삽입시키면, 탄성 홈이 수축되면서 끼움턱이 형성된 부분이 체결 구멍에 삽입되고, 끼움턱이 체결 구멍의 타측을 벗어나는 순간 탄성 홈에 내재된 복원력에 의해 끼움턱이 원래 위치로 복원되고, 머리 부분의 탄성 돌기는 머리 부분의 바닥면을 향하여 소정의 거리를 두고 수축되며, 수축된 탄성 돌기는 원래의 위치로 복원되기 위하여 일측의 체결 구멍의 주위면을 밀어 끼움턱이 타측의 체결 구멍의 주위면에 밀착됨으로써, 방열판을 인쇄회로기판에 체결하는 것을 특징으로 한다.In particular, when the end portion of the shaft of the fastening means according to the present invention is inserted through one side of the fastening hole, the elastic groove is contracted and the portion where the fitting jaw is formed is inserted into the fastening hole, and the moment the fitting jaw escapes the other side of the fastening hole is elastic The fitting jaw is restored to the original position by the restoring force inherent in the groove, and the elastic protrusion of the head portion is contracted at a predetermined distance toward the bottom surface of the head portion, and the contracted elastic protrusion is one side to be restored to the original position. Pushing the peripheral surface of the fastening hole of the fitting jaw is in close contact with the peripheral surface of the fastening hole of the other side, it characterized in that the heat sink is fastened to the printed circuit board.
본 발명에 따른 체결 수단에 있어서, 축에 근접한 머리 부분의 바닥면에서 머리 부분의 바닥면의 가장자리쪽으로 절곡된 복수개의 탄성 돌기를 포함하며, 탄성 돌기는 축을 중심으로 네 방향으로 대칭되게 형성하는 것이 바람직하다.In the fastening means according to the present invention, it comprises a plurality of elastic projections bent from the bottom surface of the head portion close to the shaft toward the edge of the bottom surface of the head portion, the elastic projections are formed symmetrically in four directions about the axis desirable.
본 발명은 또한, 집적회로가 형성된 반도체 소자들과; 상기 반도체 소자들이 실장되며 회로패턴에 의해 조합되어 전기적인 연결을 이루는 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판에 체결되어 상기 반도체 소자의 동작에 따라 발생되는 열을 외부로 방출시키는 방열판; 및 상기 방열판을 상기 인쇄회로기판에 체결하는 체결 수단;을 포함하는 반도체 모듈로서, 상기 인쇄회로기판의 양말단과, 그 양말단에 대응되는 방열판의 양말단을 관통하여 상기 체결 수단이 삽입될 수 있는 직시각형 형태의 체결 구멍이 형성되어 있으며, 상기 체결 수단은, 상기 체결 구멍의 내경보다 크게 형성된 바닥면을 가지며, 상부면에 손잡이 형성된 머리 부분과; 상기 머리 부분과 일체로 형성되어 아래로 뻗어 있으며, 상기 인쇄회로기판과 방열판의 두께에 대응되는 길이를 갖는 축; 및 상기 축의 말단에 형성되며, 상기 머리 부분의 바닥면에 대하여 평행한 상부면을 가지며, 상기 체결 구멍에 밀착되어 삽입될 수 있는 체결 블록으로, 상기 축을 중심으로 상부면의 대칭되는 양쪽을 깎아 경사면이 형성된 체결 블록;을 포함하는 체결 수단으로 체결한 방열판을 갖는 반도체 모듈을 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device including: an integrated circuit; A printed circuit board on which the semiconductor devices are mounted and combined by a circuit pattern to form an electrical connection; A heat dissipation plate coupled to the printed circuit board for dissipating heat generated by the operation of the semiconductor device to the outside; And fastening means for fastening the heat sink to the printed circuit board, wherein the fastening means can be inserted through the sock end of the printed circuit board and the sock end of the heat sink corresponding to the sock end. A fastening hole having a right angle shape is formed, the fastening means comprising: a head portion having a bottom surface formed larger than an inner diameter of the fastening hole and having a handle formed on an upper surface thereof; An axis formed integrally with the head and extending downward, the shaft having a length corresponding to the thickness of the printed circuit board and the heat sink; And a fastening block formed at a distal end of the shaft and having a top surface parallel to the bottom surface of the head, and fastening to be inserted in close contact with the fastening hole. It provides a semiconductor module having a heat sink fastened by a fastening means including a fastening block formed.
특히, 본 발명에 따른 체결 수단의 체결 블록을 일측의 상기 체결 구멍을 통하여 삽입시켜 체결 블록이 타측의 체결 구멍의 주위면을 벗어난 이후에, 머리 부분의 손잡이를 돌려 타측의 체결 구멍의 주위면이 체결 블록의 경사면을 타고 체결 블록의 상부면에 밀착되고 동시에 머리 부분의 바닥면이 일측의 체결 구멍의 주위면에 밀착되어 방열판을 인쇄회로기판에 체결하는 것을 특징으로 한다.In particular, after the fastening block of the fastening means according to the present invention is inserted through the fastening hole on one side and the fastening block deviates from the circumferential surface of the fastening hole on the other side, the peripheral surface of the fastening hole on the other side is turned by turning the handle of the head. The inclined surface of the fastening block is in close contact with the upper surface of the fastening block, and at the same time, the bottom surface of the head is in close contact with the peripheral surface of the fastening hole on one side, characterized in that the fastening of the heat sink to the printed circuit board.
본 발명에 따른 체결 수단은, 머리 부분의 바닥면의 가장자리에서 축 쪽으로 절곡된 복수개의 탄성 돌기를 더 포함하며, 탄성 돌기와 탄성 블록 사이의 결합력에 의해 방열판을 인쇄회로기판에 체결한다.The fastening means according to the present invention further includes a plurality of elastic protrusions bent toward the shaft at the edge of the bottom surface of the head, and fastens the heat sink to the printed circuit board by the coupling force between the elastic protrusion and the elastic block.
본 발명에 따른 체결 수단은 또한, 축에 근접한 머리 부분의 바닥면에서 머리 부분의 바닥면의 가장자리쪽으로 절곡된 복수개의 탄성 돌기를 더 포함하며, 탄성 돌기는 축을 중심으로 네 방향으로 대칭되게 형성하는 것이 바람직하다.The fastening means according to the present invention further includes a plurality of elastic protrusions bent from the bottom surface of the head portion close to the shaft toward the edge of the bottom surface of the head portion, the elastic protrusions being symmetrically formed in four directions about the axis. It is preferable.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 체결 수단으로 방열판을 인쇄회로기판에 체결한 반도체 모듈을 나타내는 결합사시도이다. 도 4는 도 3의 체결 수단이 결합된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 반도체 모듈(30)은 메모리 모듈로서, 인쇄회로기판(31)의 양면에 복수개의 반도체 소자(32)가 실장된 구조를 가지며, 일측의 변을 따라서 외부 전자 장치에 접속할 수 있는 복수개의 탭(34)이 형성되어 있다. 물론 탭(34)과 각 반도체 소자(32)는 인쇄회로기판(31)에 형성된 회로 배선의 조합에 의해 전기적으로 연결되며, 반도체 소자(32)는 디램과 같은 메모리 소자이다.3 is a perspective view showing a semiconductor module in which a heat sink is fastened to a printed circuit board by a fastening means according to a first embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the fastening means of FIG. 3 is coupled. 3 and 4, the semiconductor module 30 is a memory module, and has a structure in which a plurality of semiconductor elements 32 are mounted on both sides of the printed circuit board 31 and the external electronic device along one side thereof. A plurality of tabs 34 that can be connected to are formed. Of course, the tab 34 and each semiconductor element 32 are electrically connected by a combination of circuit wirings formed on the printed circuit board 31, and the semiconductor element 32 is a memory element such as a DRAM.
이와 같은 구조를 갖는 반도체 모듈(30)의 양면, 즉 인쇄회로기판(31)의 양면에 방열판(36)이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 체결 수단(40; 이하, "제 1 체결 수단"이라 한다)에 의해 체결된 구조를 갖는다. 이때, 효과적인 열방출성을 확보하기 위해서, 반도체 소자(32)들의 상부면에 방열판(36)의 바닥면이 접촉할 수 있도록 체결하는 것이 바람직하다. 도면부호 33은 인쇄회로기판(31)과 방열판(36)에 형성된 체결 구멍을 가리키며, 체결 구멍(33)은 동일한 내경을 갖도록 형성된다. 한편, 제 1 실시예에서는 반도체 모듈(30)의 양면에 방열판(36)이 체결된 구조를 예시하였지만, 인쇄회로기판의 일면에만 반도체 소자가 실장된 구조를 갖는 반도체 모듈의 경우, 반도체 소자가 실장된 일면에만 방열판이 체결된다.The fastening means 40 according to the first embodiment of the present invention has a heat sink 36 on both sides of the semiconductor module 30 having such a structure, that is, both sides of the printed circuit board 31; It has a structure fastened by). In this case, in order to secure effective heat dissipation, it is preferable to fasten the bottom surface of the heat sink 36 to be in contact with the top surface of the semiconductor elements 32. Reference numeral 33 denotes a fastening hole formed in the printed circuit board 31 and the heat sink 36, the fastening hole 33 is formed to have the same inner diameter. Meanwhile, in the first embodiment, a structure in which the heat sink 36 is fastened to both surfaces of the semiconductor module 30 is illustrated. In the case of a semiconductor module having a structure in which semiconductor elements are mounted only on one surface of a printed circuit board, the semiconductor element is mounted. The heat sink is fastened only to one side.
플라스틱로 제조된 제 1 체결 수단(40)은 체결 구멍(33)의 내경보다 크게 형성된 바닥면을 갖는 머리 부분(41)과, 머리 부분(41)과 일체로 형성되며, 인쇄회로기판(31)과 방열판(36)의 두께보다는 길게 뻗은 축(43) 및 머리 부분(41)의 바닥면의 가장자리에서 축(43) 쪽으로 절곡된 복수개의 탄성 돌기(45)로 구성되며, 축(43)의 말단 부분에 체결 구멍(33)의 주위면(36b)에 고정될 수 있는 끼움턱(47)이 형성되어 있다. 이때, 탄성 돌기(45)와 끼움턱(47) 사이에 인쇄회로기판(31)과 방열판(36)을 체결하기 위하여, 탄성 돌기(45)에서부터 끼움턱(47)까지의 거리는 인쇄회로기판(31)과 방열판(36)의 두께에 비례하게 제조하는 것이 바람직하다.The first fastening means 40 made of plastic is formed integrally with the head portion 41 and the head portion 41 having a bottom surface formed larger than the inner diameter of the fastening hole 33, and the printed circuit board 31 And a shaft 43 extending longer than the thickness of the heat sink 36 and a plurality of elastic protrusions 45 bent toward the shaft 43 at the edge of the bottom surface of the head 41, and the end of the shaft 43. The fitting jaw 47 which can be fixed to the peripheral surface 36b of the fastening hole 33 is formed in the part. At this time, in order to fasten the printed circuit board 31 and the heat sink 36 between the elastic protrusion 45 and the fitting jaw 47, the distance from the elastic protrusion 45 to the fitting jaw 47 is the printed circuit board 31. ) And the heat sink 36 in proportion to the thickness.
제 1 체결 수단(40)에 대하여 좀더 상세히 설명하면, 축(43)은 인쇄회로기판(31)과 방열판(36)의 두께에 대응되는 길이를 가지며 체결 구멍(33)에 삽입되는 삽입부(44)와, 삽입부(44)의 말단에서 외측으로 돌출되게 끼움턱(47)이 형성되며, 끼움턱(47)에서 축(43)의 말단으로 경사지게 형성된 체결부(42)로 구성된다. 그리고, 끼움턱(47)이 형성된 체결부(42)가 체결 구멍(33)의 내경보다 크기 때문에, 체결부(42)가 체결 구멍(33)에 삽입될 수 있도록 축(43)의 말단에서 소정의 깊이로 파여져 탄성 홈(49)이 형성되어 있다. 탄성 홈(49)은 체결부(42)에 복원성을 제공한다.The first fastening means 40 will be described in more detail. The shaft 43 has a length corresponding to the thickness of the printed circuit board 31 and the heat sink 36 and is inserted into the fastening hole 33. ), And the fitting jaw 47 is formed to protrude outward from the end of the insertion portion 44, and is composed of a fastening portion 42 formed to be inclined from the fitting jaw 47 to the end of the shaft 43. Further, since the fastening portion 42 having the fitting jaw 47 is larger than the inner diameter of the fastening hole 33, the fastening portion 42 is predetermined at the end of the shaft 43 so that the fastening portion 42 can be inserted into the fastening hole 33. It is dug to the depth of the elastic groove 49 is formed. The elastic groove 49 provides restoring force to the fastening portion 42.
탄성 돌기(45)는 머리 부분(41)의 바닥면에 축(43)을 중심으로 대칭되는 위치에 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 축(43)을 중심으로 대칭되게 세 곳 또는 네 곳에 형성하는 것이 바람직하다.The elastic protrusions 45 are preferably formed at the bottom surface of the head 41 at positions symmetrical about the axis 43, more preferably at three or four positions symmetrically about the axis 43. It is preferable to form.
이와 같은 구조를 갖는 제 1 체결 수단(40)이 방열판(36)을 반도체 모듈(30)의 인쇄회로기판(31)에 체결하는 원리를 설명하면, 먼저 반도체 모듈(30)과 방열판(36)의 체결 구멍(33)을 정렬한 상태에서 제 1 체결 수단(40)을 체결 구멍(33)에 삽입시켜 반도체 모듈(30)에 방열판(36)을 체결하게 되는데, 체결 구멍(33)의 일측을 통하여 축의 체결부(42)를 삽입시키면 체결부(42)의 내경이 비록 체결 구멍(33)의 내경보다 크지만, 체결부(42)에는 경사면(48)과 탄성 홈(49)이 형성되어 있기 때문에, 체결부(42)가 체결 구멍(33)에 삽입되면서 체결부의 경사면(48)을 밀어 탄성 홈(49)이 안쪽으로 수축되면서 체결부(42)가 체결 구멍(33)으로 삽입된다. 계속해서 밀게되면, 체결부의 끼움턱(47)이 체결 구멍(33)의 타측을 벗어나는 순간 탄성 홈(49)에 내재된 복원력에 의해 체결부(42)가 원래의 위치로 복원된다. 즉, 끼움턱(47)이 타측의 체결 구멍의 주위면(36b)에 위치한다. 한편, 제 1 체결 수단의 머리 부분(41)의 탄성 돌기(45)는 머리 부분(41)의 바닥면을 향하여 소정의 거리를 두고 수축되며, 수축된 탄성 돌기(45)는 원래의 위치로 복원되기 위하여 일측의 체결 구멍(33)의 주위면(36a)을 밀게 된다. 따라서, 탄성 돌기(45)가 일측의 체결 구멍의 주위면(36a)을 미는 힘과 타측의 체결 구멍의 주위면(36b)에 걸린 체결부의 끼움턱(47)에 의해 방열판(36)과 인쇄회로기판(31)을 체결하게 된다. 한편, 본 발명의 제 1 실시예에서는 반도체 모듈(30)의 양면에 방열판(36)이 체결되기 때문에, 체결 구멍의 주위면(36a, 36b)은 모두 방열판(36)에 형성된 체결 구멍의 주위면이 된다. 만약, 하나의 방열판이 반도체 모듈에 체결된 경우, 체결 구멍의 일측의 주위면은 방열판의 체결 구멍의 주위면이 될 것이고, 체결 구멍의 타측의 주위면은 인쇄회로기판의 체결 구멍의 주위면이 될 것이다.When the first fastening means 40 having the structure described above fastens the heat sink 36 to the printed circuit board 31 of the semiconductor module 30, first, the semiconductor module 30 and the heat sink 36 will be described. In the state in which the fastening holes 33 are aligned, the first fastening means 40 is inserted into the fastening holes 33 to fasten the heat sink 36 to the semiconductor module 30, through one side of the fastening holes 33. When the fastening portion 42 of the shaft is inserted, since the inner diameter of the fastening portion 42 is larger than the inner diameter of the fastening hole 33, the fastening portion 42 is formed with an inclined surface 48 and an elastic groove 49. As the fastening part 42 is inserted into the fastening hole 33, the inclined surface 48 of the fastening part is pushed, and the fastening part 42 is inserted into the fastening hole 33 while the elastic groove 49 is contracted inward. When it is pushed continuously, the fastening part 42 is restored to the original position by the restoring force inherent in the elastic groove 49 at the moment when the fitting jaw 47 of the fastening part escapes the other side of the fastening hole 33. That is, the fitting jaw 47 is located on the circumferential surface 36b of the fastening hole on the other side. On the other hand, the elastic projection 45 of the head portion 41 of the first fastening means is contracted by a predetermined distance toward the bottom surface of the head portion 41, the contracted elastic projection 45 is restored to its original position In order to be pushed, the peripheral surface 36a of the fastening hole 33 on one side is pushed. Therefore, the heat sink 36 and the printed circuit are caused by the force of the elastic protrusion 45 pushing the circumferential surface 36a of the fastening hole on one side and the fitting jaw 47 of the fastening part caught by the circumferential surface 36b of the fastening hole on the other side. The substrate 31 is fastened. On the other hand, in the first embodiment of the present invention, since the heat sink 36 is fastened to both surfaces of the semiconductor module 30, the peripheral surfaces 36a and 36b of the fastening holes are both peripheral surfaces of the fastening holes formed in the heat sink 36. Becomes If one heat sink is fastened to the semiconductor module, the peripheral surface of one side of the fastening hole will be the peripheral surface of the fastening hole of the heat sink, and the peripheral surface of the other side of the fastening hole is the peripheral surface of the fastening hole of the printed circuit board. Will be.
다음으로, 전술된 바와 같은 제 1 체결 수단(40)에 체결된 방열판(36)을 반도체 모듈(30)에서 분리하는 방법은, 제 1 체결 수단의 탄성 돌기(45)와 머리 부분(41)의 바닥면 사이에는 소정의 거리를 두고 결합된 구조를 갖기 때문에, 제 1 체결 수단의 머리 부분(41)을 방열판(36) 쪽으로 소정의 힘으로 밀게 되면, 체결 수단의 끼움턱(47)이 타측의 체결 구멍의 주위면(36b)에서 분리된다. 다음으로, 탄성 홈(49)이 수축될 수 있도록 힘을 작용한 이후에 체결부(42)의 말단에서 체결 구멍(33)쪽으로 힘을 작용하면 체결부(42)가 타측의 체결 구멍(33) 안쪽으로 삽입된다. 다음으로, 제 1 체결 수단의 머리 부분(41)을 잡아 당기면 체결 수단(40)을 방열판(36)과 반도체 모듈(30)로부터 용이하게 분리할 수 있다.Next, the method of separating the heat sink 36 fastened to the first fastening means 40 as described above from the semiconductor module 30, the elastic projection 45 and the head portion 41 of the first fastening means Since there is a structure coupled to the bottom surface at a predetermined distance, when the head portion 41 of the first fastening means is pushed with a predetermined force toward the heat sink 36, the fitting jaw 47 of the fastening means is moved to the other side. It is separated from the peripheral surface 36b of the fastening hole. Next, when a force is applied to the fastening hole 33 at the end of the fastening part 42 after the force is applied so that the elastic groove 49 can be contracted, the fastening part 42 is the fastening hole 33 of the other side. It is inserted inward. Next, when the head 41 of the first fastening means is pulled out, the fastening means 40 can be easily separated from the heat sink 36 and the semiconductor module 30.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 체결 수단을 나타내는 도면이다, 도 5를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 체결 수단(50; 이하, 제 2 체결 수단이라 한다)은 탄성 돌기(55)가 축(53)에 근접한 머리 부분(51)의 바닥면에서 머리 부분(51)의 바닥면의 가장자리쪽으로 절곡된 것을 제외한 제 1 실시예에 따른 체결 수단과 동일한 구조를 갖는다. 도면부호 59는 탄성 홈을 가리킨다. 제 2 체결 수단(50)도 제 1 체결 수단과 동일하게 플라스틱으로 제조된다.5 is a view showing a fastening means according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the fastening means 50 (hereinafter referred to as a second fastening means) according to the second embodiment is an elastic protrusion 55. ) Has the same structure as the fastening means according to the first embodiment except that the bottom surface of the head portion 51 proximate to the shaft 53 is bent toward the edge of the bottom surface of the head portion 51. Reference numeral 59 denotes an elastic groove. The second fastening means 50 is also made of plastic in the same way as the first fastening means.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 체결 수단으로 방열판을 인쇄회로기판에 체결한 반도체 모듈을 나타내는 결합사시도이다. 도 7은 도 6의 7-7선 단면도이다. 도 6은 제 3의 실시예에 따른 체결 수단(80; 이하, 제 3 체결 수단이라 한다)이 체결되는 부분만을 확대하여 도면이다. 한편, 제 3 체결 수단(80)이 체결되는 체결 구멍(73)은 직사각형의 형태를 갖는다.6 is a perspective view illustrating a semiconductor module in which a heat sink is fastened to a printed circuit board by a fastening means according to a third embodiment of the present invention. 7 is a cross-sectional view taken along line 7-7 of FIG. FIG. 6 is an enlarged view of only a portion to which the fastening means 80 (hereinafter referred to as a third fastening means) according to the third embodiment is enlarged. Meanwhile, the fastening hole 73 to which the third fastening means 80 is fastened has a rectangular shape.
도 6 및 도 7을 참조하면, 플라스틱으로 제조된 제 3 체결 수단(80)은 손잡이(82)가 형성된 머리 부분(81)과, 축(83) 및 체결 블록(85)으로 구성된다.6 and 7, the third fastening means 80 made of plastic is composed of a head portion 81 having a handle 82, a shaft 83, and a fastening block 85.
머리 부분(81)은 직경이 체결 구멍(73)의 단변의 길이보다 길게 형성된 바닥면을 가지며, 머리 부분(81)의 상부에 제 3 체결 수단(80)을 회전시키기 위한 손잡이(82)가 형성되어 있다. 도 6에서는 머리 부분(81)이 원판의 형태를 갖지만, 체결 구멍(73)에 삽입되지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.The head portion 81 has a bottom surface whose diameter is longer than the length of the short side of the fastening hole 73, and a handle 82 for rotating the third fastening means 80 is formed on the top of the head portion 81. It is. In FIG. 6, the head 81 has the shape of a disc, but various modifications may be made within the range where the head 81 is not inserted into the fastening hole 73.
원기둥 형태를 갖는 축(83)은 머리 부분(81)과 일체로 머리 부분(81)의 바닥면 아래로 뻗어 있으며, 인쇄회로기판(71)과 방열판(76)의 두께에 대응되는 길이를 갖는다. 그리고, 축(83)의 직경은 체결 구멍(73)내에서 회전할 수 있도록 체결 구멍(73)의 단변의 길이에 비례하게 형성하는 것이 바람직하다. 만약, 축의 직경이 체결 구멍의 단변의 길이보다 길 경우, 축이 회전할 수 있는 부분만을 체결 구멍(73)의 단변의 폭보다는 크게 형성할 수도 있을 것이다.The shaft 83 having a cylindrical shape extends below the bottom surface of the head portion 81 integrally with the head portion 81, and has a length corresponding to the thickness of the printed circuit board 71 and the heat sink 76. In addition, the diameter of the shaft 83 is preferably formed in proportion to the length of the short side of the fastening hole 73 so as to rotate in the fastening hole 73. If the diameter of the shaft is longer than the length of the short side of the fastening hole, only the portion where the shaft can rotate may be larger than the width of the short side of the fastening hole 73.
체결 블록(85)은 축(83)의 말단에 형성되어 머리 부분(81)의 바닥면과 체결 블록(85)의 상부면(87) 사이에 반도체 모듈(70)과 방열판(76)을 체결할 수 있도록 하는 부분으로서, 체결 구멍(73)에 삽입될 수 있도록 체결 구멍(73)에 대응되는 형태를 가지며, 상부면(87)은 머리 부분(81)의 바닥면에 평행하게 형성된다. 즉, 축(83)을 중심으로 양쪽으로 돌출된 부분을 가지며, 축(83)을 중심으로 체결 블록의 상부면(87)에서 아래쪽으로 경사면(86)이 형성되어 있으며, 경사면(86)은 축(83)을 중심으로 서로 반대 방향으로 형성되어, 축(83)의 회전방향으로 체결 블록(85)이 원활하게 회전하여 인쇄회로기판(71)과 방열판(76)을 체결할 수 있도록 한다. 경사면(86)의 경사각은 체결 블록의 상부면(87)에 대하여 예각를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 체결 블록의 상부면(87)이 제 1 및 제 2 실시예의 끼움턱에 대응되며, 도면부호 74는 인쇄회로기판(71)에 형성된 탭을 가리킨다.The fastening block 85 is formed at the end of the shaft 83 to fasten the semiconductor module 70 and the heat sink 76 between the bottom surface of the head portion 81 and the top surface 87 of the fastening block 85. In order to be inserted into the fastening hole (73), it has a shape corresponding to the fastening hole (73), and the upper surface (87) is formed parallel to the bottom surface of the head (81). That is, it has a portion protruding on both sides about the shaft 83, the inclined surface 86 is formed downward from the upper surface 87 of the fastening block around the shaft 83, the inclined surface 86 is the shaft It is formed in the opposite direction with respect to the center (83), so that the fastening block 85 rotates smoothly in the rotational direction of the shaft 83 to fasten the printed circuit board 71 and the heat sink (76). The inclination angle of the inclined surface 86 is preferably formed to have an acute angle with respect to the upper surface 87 of the fastening block. Here, the upper surface 87 of the fastening block corresponds to the fitting jaws of the first and second embodiments, and reference numeral 74 denotes a tab formed on the printed circuit board 71.
이와 같은 제 3 체결 수단(80)이 방열판(76)을 반도체 모듈(70)의 인쇄회로기판(71)에 체결하는 원리를 설명하면, 먼저 반도체 모듈(70)과 방열판(76)의 체결 구멍(73)을 정렬한 상태에서 제 3 체결 수단(80)을 체결 구멍(73)에 삽입시켜 반도체 모듈(70)에 방열판(76)을 체결하게 되는데, 먼저 직사각형 형태의 체결 구멍(73)의 일측을 통하여 체결 블록(85)과 축(83)을 삽입시킨 상태에서, 머리 부분의 손잡이(82)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 90도 회전시키면 체결 블록(85)은 체결 구멍(73)을 벗어나게 되고, 타측의 체결 구멍의 주위면(76b)이 체결 블록의 경사면(86)을 타고 체결 블록의 상부면(87)과 밀착되며, 동시에 머리 부분(81)의 바닥면은 일측의 체결 구멍의 주위면(76a)과 밀착되어 반도체 모듈(70)에 방열판(76)을 체결하게 된다.When the third fastening means 80 fastens the principle of fastening the heat dissipation plate 76 to the printed circuit board 71 of the semiconductor module 70, first, the fastening holes of the semiconductor module 70 and the heat dissipation plate 76 are described. In the aligned state 73, the third fastening means 80 is inserted into the fastening hole 73 to fasten the heat sink 76 to the semiconductor module 70. First, one side of the rectangular fastening hole 73 is opened. In the state in which the fastening block 85 and the shaft 83 are inserted therein, when the knob 82 of the head is rotated 90 degrees clockwise or counterclockwise, the fastening block 85 is out of the fastening hole 73. The peripheral surface 76b of the fastening hole on the other side is in close contact with the upper surface 87 of the fastening block on the inclined surface 86 of the fastening block, and at the same time the bottom surface of the head portion 81 is the peripheral surface of the fastening hole on one side. In close contact with the 76a, the heat sink 76 is fastened to the semiconductor module 70.
그리고, 제 3 체결 수단(80)으로 방열판(76)이 결합된 반도체 모듈(70)에서 방열판(76)을 분리하는 방법은, 제 3 체결 수단(80)을 다시 90도 회전시키면, 체결 블록(85)이 체결 구멍(73) 상에 위치하기 때문에, 제 3 체결 수단(80)을 반도체 모듈(70)과 방열판(76)에서 분리함으로써, 반도체 모듈(70)에서 방열판(76)을 용이하게 분리할 수 있다.In the method of separating the heat sink 76 from the semiconductor module 70 in which the heat sink 76 is coupled by the third fastening means 80, when the third fastening means 80 is rotated 90 degrees again, the fastening block ( Since the 85 is located on the fastening hole 73, the third fastening means 80 is separated from the semiconductor module 70 and the heat sink 76, thereby easily separating the heat sink 76 from the semiconductor module 70. can do.
그밖에 여러 가지 변형예가 가능한 것은 말한 것도 없다. 예를 들면, 본 발명에 따른 제 1 또는 제 2 체결 수단의 탄성 돌기를 제 3 체결 수단의 머리 부분의 바닥면에 형성한 체결 수단도 채택할 수 있고, 제 1 및 제 2 체결 수단의 탄성 돌기가 혼합된 체결 수단도 채택될 수 있고, 제 1 및 제 2 체결 수단의 탄성 돌기를 제 3 체결 수단의 머리 부분의 바닥면에 형성한 체결 수단도 채택할 수 있을 것이다.It is not said that other various modifications are possible. For example, the fastening means in which the elastic protrusion of the 1st or 2nd fastening means which concerns on this invention was formed in the bottom surface of the head part of a 3rd fastening means can also be employ | adopted, and the elastic protrusion of the 1st and 2nd fastening means can also be employ | adopted. May be adopted, and the fastening means in which the elastic projections of the first and second fastening means are formed on the bottom surface of the head of the third fastening means may also be adopted.
따라서, 본 발명에 따른 체결 수단을 사용함으로써, 반도체 모듈에 방열판을 체결 및 분리하는 공정을 용이하게 실시할 수 있기 때문에, 공정의 자동화에 용이하게 대응할 수 있으며, 종래의 금속 리벳이나 볼트/너트 사용시 만큼 결합력을 확보할 수 있다.Therefore, by using the fastening means according to the present invention, the process of fastening and detaching the heat sink to the semiconductor module can be easily performed, so that the process can be easily automated, and when using a conventional metal rivet or bolt / nut, As long as the bond can be secured.
그리고, 본 발명에 따른 체결 수단은 착탈이 용이하기 때문에, 반도체 모듈의 수리 작업을 용이하게 실시할 수 있다.And since the fastening means which concerns on this invention is easy to attach / detach, a repair operation of a semiconductor module can be performed easily.
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1998
- 1998-12-21 KR KR1019980056763A patent/KR20000040996A/en not_active Application Discontinuation
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