KR200260706Y1 - 전력용 반도체 모듈 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전력용 반도체모듈을 개시한다. 이에 의하면, 인쇄회로기판을 사용하는 대신에 케이스의 내측면에 형성된 회로패턴을 이용하여 게이트/캐소드단자에 인가된 외부신호를 도전성 와이어를 거쳐 반도체칩으로 전달한다.

따라서, 본 고안은 인쇄회로기판을 사용하지 않으므로 내부충전재의 걸림을 방지하여 내부충전재인 실리콘고무 주입공정의 불량을 방지하고, 회로패턴이 걸림턱으로서 작용하여 경화단계에서 내부충전재의 상승을 방지하여 제품의 기밀성을 향상시킨다. 또한, 재료의 사용량과 부품수를 줄여 제조원가를 저감시키고, 내부충전재의 응력으로 인한 인쇄회로기판과 전극단자의 전기적 오픈현상을 방지하여 제품의 고신뢰성을 확보한다.

Description

전력용 반도체 모듈{Power semiconductor module}

본 고안은 전력용 반도체 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기밀성의 향상과 고신뢰성을 확보하도록 한 전력용 반도체 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체소자는 정보나 신호처리 뿐만 아니라 전기회로나 전기회로 등의 전류나 전력제어에도 이용되는데, 단순히 신호처리용 소자와 구별되도록 비교적 큰 전류나 전압을 취급하는 전력용 소자로서 전력용 반도체 모듈이 사용되고 있다.

전력용 반도체 모듈은 반도체소자를 이용하여 대전력을 제어하는 소자로서 예를 들어 바이폴라 트랜지스터, 전력용 모스에프이티(power MOSFET), IGBT(insulated gate bipolar transistor), 다이리스터(thyristor) 등이 있으며 이는 주로 전류가 흐르는 면적이 넓고 내전압을 증폭시키기 위한 종형 구조로 이루어진다.

종래의 전력용 반도체모듈(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 케이스(2)의 하측부에 방열판(3)이 결합되고, 방열판(3)의 상부면에 세라믹소재의 절연기판(4)이 납땜 접합된다. 케이스(2)는 PBT와 같은 절연성 재질로 이루어진다.

절연기판(4) 상에는 교류전원을 공급하기 위한 전극(5a)이나 (+), (-)전극(5b),(5c)으로 이루어진 금속재질의 전극단자(5)가 접합되고, 전극단자(5)의 접합부 상에 반도체칩(6)이 결합된다. 이때, 반도체칩(6)의 상, 하면에는 주로 몰리브덴(Mo) 소재로 이루어진 열보상판(7a),(7b)이 개재하여 납땜 접합된다.

또한, 전극(5a),(5b),(5c)의 중앙 절곡부에 인쇄회로기판(8)이 반도체칩(6)으로부터 상측으로 일정 간격을 두고 이격하며 수평으로 걸쳐지고, 인쇄회로기판(8)의 상부면 일측 모서리에 금속재질의 게이트/캐소드단자(5d)가 납땜 접합된다. 인쇄회로기판(8)이 게이트 와이어(9)를 거쳐 반도체칩(6)에 전기적으로 연결된다.

케이스(2)의 내측 저부공간에는 내부충전재, 예를 들어 겔 상태의 실리콘고무(10)가 반도체칩(6)의 동작에 따른 온도상승으로 인하여 주변 부품의 팽창을 완충할 수 있도록 충전된다. 또한, 케이스(2)의 내측 상부공간에는 열경화성 수지인 에폭시수지(11)가 외부 충격 등으로부터 반도체칩(6)을 보호할 수 있도록 충전된다.

커버(12)는 케이스(2)의 상측 개구부를 커버링하는 커버로서 에폭시수지(11)의 경화에 의해 에폭시수지(11)에 고착됨으로써 케이스(2)에 고정된다.

전극(5a),(5b),(5c)의 상측단이 90도 절곡되어 커버(12)의 상부면에 면접촉하고 아울러 나사(13)에 의해 커버(12)에 결합된다.

이와 같이 구성된 종래의 전력용 반도체 모듈의 경우, 외부로부터 게이트/캐소드단자(5d)를 거쳐 입력된 스위칭신호가 인쇄회로기판(8)의 금속패턴들(도시 안됨)과 게이트 와이어(9)를 거쳐 반도체칩(6)에 전달된다.

그러나, 종래의 전력용 반도체 모듈에서는 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 첫째로, 실리콘고무(10)와 같은 내부충전재가 액체 상태로 커버(12)로부터케이스(2)의 내부공간으로 주입될 때 실리콘고무(10)가 도 2에 도시된 바와 화살표의 방향으로 인쇄회로기판(8)의 양측면과 케이스(2)의 내측면 사이의 공간을 통하여 주입되므로 실리콘고무(10)가 케이스(2)의 내측면에 묻어버린다. 이로써, 실리콘고무(10)의 경화 단계에서 실리콘고무(10)가 케이스(2)의 내측면을 타고 올라가므로 반도체 모듈의 전체적인 기밀성이 저하한다.

또한, 실리콘고무(10)가 실제의 사용조건에서 실리콘고무(10)의 온도 상승에 따라 팽창, 상승하므로 게이트 와이어(9)와 인쇄회로기판(8)이 함께 응력을 받는다. 이로써, 인쇄회로기판(8)과 게이트 와이어(9)의 접합면이 떨어져버려 전기적 오픈(open) 현상이 발생하기 쉬우므로 제품의 신뢰성이 저하되기 쉽다.

그리고, 실리콘고무(10)의 주입단계에서 중간 매개체인 인쇄회로기판(8)에 의한 걸림으로 인하여 실리콘고무 주입공정의 불량이 다발하기 쉽다.

따라서, 본 고안의 목적은 케이스의 내부에 충전되는 내부충전재로 인한 기밀성 저하를 방지하도록 한 전력용 반도체 모듈을 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 내부충전재의 응력으로 인한 인쇄회로기판과 전극 간의 전기적 오픈을 방지하여 제품의 고신뢰성을 확보하도록 한 전력용 반도체 모듈을 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 케이스 내에 설치되는 부품의 수를 줄여 제품의 제조원가를 저하시키도록 한 전력용 반도체 모듈을 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 케이스 내에 주입하는 내부충전제의 걸림을 방지하여 공정 불량을 줄일 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 전력용 반도체 모듈을 나타낸 정단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 전력용 반도체 모듈을 나타낸 측단면도.

도 3은 본 고안에 의한 전력용 반도체 모듈을 나타낸 정단면도.

도 4는 본 고안에 의한 전력용 반도체 모듈을 나타낸 측단면도.

**** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****

1: 전력용 반도체 모듈 2: 케이스 3: 방열판

4: 절연기판 5, 5a, 5b, 5c: 전극단자

5d: 게이트/캐소드단자 6: 반도체칩

7a, 7b: 열보상판 8: 인쇄회로기판

9: 게이트 와이어 10: 실리콘고무

11: 에폭시수지 12: 커버 13: 나사

14: 회로패턴 15: 도전성 와이어

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 전력용 반도체 모듈은

내측면에 금속재질의 회로패턴이 형성된 케이스;

상기 케이스의 저면부에 결합된 방열판;

상기 방열판 상에 설치되는 절연기판;

상기 절연기판 상에 실장되는 반도체칩;

상기 케이스의 상측부 이상으로 돌출하는 게이트/캐소드전극;

상기 회로패턴에 상기 반도체칩을 전기적으로 연결하고 아울러 게이트/캐소드전극에 전기적으로 연결하는 도전성 와이어;

상기 케이스의 내측 저부공간에 충전되어 상기 반도체칩의 주변 각부를 완충하는 내부충전재; 그리고

상기 케이스의 내측 상부공간에서 상기 내부충전재 상에 충전되어 외부 충격으로부터 상기 반도체칩을 보호하는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 의한 전력용 반도체 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일한 구성 및 동일한 작용의 부분에는 동일한 명칭과 부호를 부여한다.

도 3은 본 고안에 의한 전력용 반도체 모듈을 나타낸 정단면도이고, 도 4는 본 고안에 의한 전력용 반도체 모듈을 나타낸 측단면도이다. 설명의 편의상 도 3과 도 4를 연관하여 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(2)의 하측부에 방열판(3)이 결합되고, 방열판(3)의 상부면에 세라믹소재의 절연기판(4)이 납땜 접합된다. 케이스(2)의 내측면에 금속재질의 회로패턴(14)이 형성된다. 케이스(2)는 PBT와 같은 절연성 재질로 이루어진다.

절연기판(4) 상에는 교류전원을 공급하기 위한 전극(5a)이나 (+), (-)전극(5b),(5c)으로 이루어진 금속재질의 전극단자(5)가 접합되고, 전극단자(5)의 접합부 상에 반도체칩(6)이 결합된다. 이때, 반도체칩(6)의 상, 하면에는 주로 몰리브덴(Mo) 소재로 이루어진 열보상판(7a),(7b)이 개재하여 납땜 접합된다.

또한, 게이트/캐소드단자(5d)가 도 4에 도시된 바와 같이, 도전성 와이어(15)에 의해 전기적으로 회로패턴(14)에 전기적으로 연결되고 아울러 회로패턴(14)이 도전성 와이어(15)에 반도체칩(6)에 전기적으로 연결된다.

케이스(2)의 내측 저부공간에는 내부충전재, 예를 들어 겔 상태의 실리콘고무(10)가 반도체칩(6)의 동작에 따른 온도상승으로 인하여 주변 부품의 팽창을 완충할 수 있도록 충전된다. 또한, 케이스(2)의 내측 상부공간에는 열경화성 수지인 에폭시수지(11)가 외부 충격 등으로부터 반도체칩(6)을 보호할 수 있도록 충전된다. 또한, 에폭시 수지(11)는 게이트/캐소드단자(5d)를 지지한다.

커버(12)는 케이스(2)의 상측 개구부를 커버링하는 커버로서 에폭시수지(11)의 경화에 의해 에폭시수지(11)에 고착됨으로써 케이스(2)에 고정된다.

전극(5a),(5b),(5c)의 상측단이 90도 절곡되어 커버(12)의 상부면에 면접촉하고 아울러 나사(13)에 의해 커버(12)에 결합된다.

이와 같이 구성된 전력용 반도체 모듈에서는 외부로부터게이트/캐소드단자(5d)를 거쳐 입력된 스위칭신호가 도전성 와이어(15)와 케이스(2)의 내측면에 형성된 회로패턴(14)을 거쳐 반도체칩(6)에 전달된다.

따라서, 본 발명은 종래와 달리 인쇄회로기판을 전혀 사용하지 않으므로 케이스(2)의 상측 개구부를 거쳐 내부충전재인 실리콘고무(10)를 주입하는데 있어서 인쇄회로기판 때문에 걸리는 것을 해소하여 공정불량을 줄일 수 있다. 또한, 인쇄회로기판을 전혀 사용하지 않으므로 그만큼 부품수와 재료 소모량을 줄여 제조원가를 저감할 뿐만 아니라 공정 편의성을 제공한다.

그리고, 회로패턴(14)은 실리콘고무(10)의 경화 단계에서 실리콘고무(10)가 케이스(2)의 내측면을 타고 올라가는 것을 방지하는 걸림턱으로서 작용하는데, 이는 전력용 반도체 모듈의 기밀성을 향상시킨다.

덧붙여, 회로패턴(14)이 케이스(2)의 내측면에 형성되므로 제품의 실사용 환경에서 온도 상승에 따라 내부충전재인 실리콘고무(10)가 팽창, 상승하더라도 종래와 달리 도 1의 게이트와이어(9)와 인쇄회로기판(8)의 접합면이 인장응력에 의해 떨어져 전기적 오픈 현상이 발생하는 것에 대한 염려가 전혀 없으므로 제품의 고신뢰성이 확보된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 의한 전력용 반도체 모듈은 인쇄회로기판을 사용하는 대신에 케이스의 내측면에 형성된 회로패턴을 이용하여 게이트/캐소드단자에 인가된 외부신호를 도전성 와이어를 거쳐 반도체칩으로 전달한다.

따라서, 본 고안은 인쇄회로기판을 사용하지 않으므로 내부충전재의 걸림을 방지하여 내부충전재 주입공정의 불량을 방지하고, 회로패턴이 걸림턱으로서 작용하여 경화단계에서 내부충전재의 상승을 방지하여 제품의 기밀성을 향상시킨다. 또한, 재료의 사용량과 부품수를 줄여 제조원가를 저감시키고, 내부충전재의 응력으로 인한 인쇄회로기판과 전극단자의 전기적 오픈현상을 방지하여 제품의 고신뢰성을 확보한다.

한편, 본 고안은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 고안의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

Claims (2)

1. 내측면에 금속재질의 회로패턴이 형성된 케이스;

   상기 케이스의 저면부에 결합된 방열판;

   상기 방열판 상에 설치되는 절연기판;

   상기 절연기판 상에 실장되는 반도체칩;

   상기 케이스의 상측부 이상으로 돌출하는 게이트/캐소드전극;

   상기 회로패턴에 상기 반도체칩을 전기적으로 연결하고 아울러 게이트/캐소드전극에 전기적으로 연결하는 도전성 와이어;

   상기 케이스의 내측 저부공간에 충전되어 상기 반도체칩의 주변 각부를 완충하는 내부충전재; 그리고

   상기 케이스의 내측 상부공간에서 상기 내부충전재 상에 충전되어 외부 충격으로부터 상기 반도체칩을 보호하는 에폭시 수지를 포함하는 전력용 반도체 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회로패턴이 상기 내부충전재의 경화 단계에서 상기 내부충전재가 상기 케이스의 내측면을 타고 올라가는 적을 방지하는 걸림턱으로 작용하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.