KR200483231Y1 - 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 게이트 핀과 에미터(또는 소스) 핀에 각각 단자체결홈을 형성하고 이에 스프링 단자를 체결함으로써 게이트 전극 구조용 파워 디바이스가 정전기에 의해 손상되는 것을 방지하는 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치에 관한에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 게이트 핀과 에미터(또는 소스) 핀의 테두리부에는 각각 적어도 하나의 단자체결홈이 형성되며, 상기 단자체결홈에 스프링 단자가 체결되어 상기 게이트 핀과 상기 에미터(또는 소스) 핀 간에 결합되는 것을 특징으로 하는 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치에 관한 것이다.

Description

게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치{ELECTRO STATIC PROTECTION APPARATUS OF POWER DEVICE FOR GATE NODE STRUCTURE}

본 고안은 게이트 전극 구조(gate node structure)용 파워 디바이스의 정전기 방지장치에 관한 것으로, 특히, 게이트 핀과 에미터(또는 소스) 핀에 각각 단자체결홈을 형성하고 이에 스프링 단자를 체결함으로써 게이트 전극 구조용 파워 디바이스가 정전기에 의해 손상되는 것을 방지하는 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 파워 디바이스(전력용 반도체)는 명확한 정의는 없지만 1W 이상의 전력을 제어할 수 있는 능력을 가진 반도체를 일컫는다. 파워 디바이스는 수W에서 GW급까지의 전력변환이나 제어를 하는 반도체로, 정류 다이오드, 바이폴러 트랜지스터, 사이리스터, GTO, 다이액, 트라이액, 파워 MOS FET, IGBT, IPM(지능형 파워모듈) 등이 널리 알려져 있다.

파워 디바이스는 반도체 중에서도 매우 오랜 역사를 가지고 있으며, 그 탄생은 약 50년 전으로 거슬러 올라간다. 이를테면 바이폴러 트랜지스터 고안은 1947년, 사이리스터는 1957년으로, 당초에는 저내압, 소용량에서 출발하였고, 그후 눈부시게 진보를 거듭하여 고내압, 대전류, 고속 고주파, 고기능화로 발전되었다. 1990년 이후 파워 MOS FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), IPM(Intelligent Power Module) 등, 고속 MOS계 파워 디바이스 및 그들의 모듈 제품이 출현함으로써 그 응용분야가 단숨에 확대되었다.

파워 디바이스의 응용 사례를 살펴보면, 우선 가정에서는 에어컨, 냉장고, 세탁기, 청소기, 조광장치 등의 인버터 장치, IH(Induction Heating: 유도가열) 조리기에는 고주파 인버터용 IGBT가 사용된다. TV 수상기의 전원부에는 MOS FET, 소자회로에 사이리스터, 카메라 플래시에는 IGBT 또는 IPM이 널리 사용되고 있다. 그리고 요즘에는 PDP(플라즈마 디스플레이 패널)에는 수많은 MOS FET가 사용되고 있다.

교통 관련분야에서도 살펴보면, 파워 디바이스의 응용은 너무 많다. 하이브리드 카(Hybrid Electric Car) 모터의 인버터와 발전기의 컨버터 제어용으로, 종류에 따라 수백에서 수천 VA급의 IGBT와 IPM이 사용되고 있다. 자동차 엔진의 점화장치에는 바이폴러 트랜지스터나 IGBT, 제어용 IC를 1패키지에 수용한 파워 IC(몰드파워)가 사용되고 있다. 그 외에 바이폴러 트랜지스터, 파워 MOS FET 등을 박막 기판상에 조립한 HIC 및 1칩화된 스마트파워 IC 등, 파워 디바이스가 차량 제어계통과 헤드램프, 파워 윈도우, 파워시트, 미러 등 곳곳에 사용되고 있다. 도로에는 교통신호 램프의 점등 제어를 비롯하여, 도로 표시판의 램프 제어에 IGBT, 사이리스터 등이 사용되고 있다. 항공과 철도관련의 전동차와 전철의 제어에는 고내압 IGBT(HV IGBT) 모듈, GTO, 구동과 보호 및 자기진단회로를 내장한 HV IPM 등의 MOS계 파워 디바이스가 주류이다.

사무실과 공장에도 도처에 파워 디바이스가 사용되고 있다. 예를 들면, 엘리베이터 제어에는 IGBT 모듈이나 IPM이 불가피하다. 초고층 빌딩에서 분속 750~900m의 엘리베이터 제어에는 1200V, 600A급의 IGBT 모듈이 사용되며, 빌딩의 옥상에 제어실을 갖추지 않은 기계실 에리베이터에는 제어반을 슬림으로 설계할 수 있는 IPM이 사용되고 있다.

형광등의 인버터에는 MOS FET, 안전 보안용의 화재경보기, 누전차단기, 비상등, 무정전장치(UPS, CVCF 인버터), 전력을 절약하기 위한 목적의 파워세이브 회로, 심지어 프린터 CRT 모니터, FAX, 전화에도 IGBT, IPM 등의 파워 디바이스가 사용되고 있다. 공장에서는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 로봇 관련 제어장치, 컴퓨터 제어 공작기계(CNC), 크레인, 호이스트, 벨트컨베이어, 자동반송기계 등의 모터 제어용 인버터에는 IPM과 IGBT는 필수적이다.

이 외에 제련소나 제지공장의 압연기에는 수천 kW 이상의 인버터가 필요하며, 여기에는 대용량 GTO, IGCT, 고내압 IGBT 모듈이 사용되고 있다. 유도가열과 고주파 가열장치, 다이본딩, 와이어본딩 장치, 플라스틱 성형기, 풍력발전 및 태양광 발전의 컨버터에는 1200V~1700V, 800A급의 IPM이나 IGBT가 사용되며, 마이크로가스터빈이나 연료전지 등에도 IPM 또는 IGBT 모듈 등의 파워 디바이스가 사용되고 있다. X선장치, MRI, CT와 같은 의료기기의 전원부에는 고속 IGBT 모듈 등이 사용되고 있다. 이와 같이, 일부에 지나지 않은 사례를 들었지만, 고전압 대전류를 취급하는 전기응용 기기류는 대부분이 파워 디바이스가 핵심 부품으로 사용되고 있다.

지금까지의 파워소자라고 하면 사이리스터나 트라이액, 파워 트랜지스터 등이 일반적이었다. 그러나, 현재의 파워소자는 파워 MOS FET나 IGBT, IPM으로 변화되어가고 있다.

종래의 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치의 예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다

첨부된 도 1 내지 도 3은 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 게이트 전극 구조용 파워 디바이스(10, 20, 30)의 정전기 방지장치는 게이트 핀(11, 21, 31)과 에미터(또는 소스) 핀(12, 22, 32) 및 게이트 핀(11, 21, 31)과 에미터(또는 소스) 핀(12, 22, 32) 사이를 연결시키는 단자(13, 23, 33)로 구성되어 있다.

여기서, 도 1에 도시된 단자(13)는 도전성 물질이 함유된 스폰지와 같은 재질로 제작되며, 상기 게이트 핀(11)과 에미터(또는 소스) 핀(12)을 연결시키도록 체결되고 접촉에 의해 쇼트되어 등 전위를 형성함으로써, 게이트 전극 구조용 파워 디바이스(10)의 정전기로 인한 손상을 방지하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 게이트 전극 구조용 파워 디바이스(10)의 정전기 방지장치는 내열성이 약해 공정진행 과정 중 고온작업에는 사용할 수 없으며, 쉽게 부서지고 이로 인해 제품에 적용 시 잔사가 많이 남는다는 문제점이 있었다.

또한, 도 2에 도시된 단자(23)는 황동으로 제작되며, 상기 게이트 핀(21)과 에미터(또는 소스) 핀(22)을 연결시키도록 체결되고 접촉에 의해 쇼트되어 등 전위를 형성함으로써, 게이트 전극 구조용 파워 디바이스(20)의 정전기로 인한 손상을 방지하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 게이트 전극 구조용 파워 디바이스(20)의 정전기 방지장치는 황동으로 제조되었기에, 단가가 높다는 문제점이 있었다.

또한, 도 3은 등록실용신안 제20-0447360호에 소개된 것으로, 도 3에 도시된 단자(33)는 토션 스프링으로 제작되며, 상기 게이트 핀(31)과 에미터(또는 소스) 핀(32)을 연결시키도록 체결되고 접촉에 의해 쇼트되어 등 전위를 형성함으로써, 게이트 전극 구조용 파워 디바이스(30)의 정전기로 인한 손상을 방지하게 된다.

그러나, 제조 공정시에만 최소한 2번의 테스트 공정을 거쳐야 하며, 테스트 공정시마다 토션 스프링을 탈착시켜야 하는데, 작업자가 장갑을 낀 상태에서 상기 게이트 핀(31)과 에미터(또는 소스) 핀(32)에 형성된 작은 홀을 통해 작은 토션 스프링을 탈착시켜야 하는 과정은 많은 작업시간이 소요되며, 상당한 불편함을 수반하여 작업 효율성이 크게 저하되었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 주된 목적은 구조가 단순할 뿐만 아니라 스프링 단자의 탈착 작업이 매우 용이하여 작업 효율성이 향상되고, 제작단가가 저렴하면서도 우수한 성능을 갖는 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안인 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치는, 게이트 핀과 에미터(또는 소스) 핀의 테두리부에는 각각 적어도 하나의 단자체결홈이 형성되며, 상기 단자체결홈에 스프링 단자가 체결되어 상기 게이트 핀과 상기 에미터(또는 소스) 핀 간에 결합되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 단자체결홈은 복수 개로 구성시 등 간격으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스프링 단자의 직경은, 상기 게이트 핀과 상기 에미터(또는 소스) 핀의 수평선상에 위치된 테두리를 동일 원주로 갖는 원의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 한다.

이상에서 상술한 본 고안에 따르면, 게이트 핀과 에미터(또는 소스) 핀의 테두리부에 단자체결홈을 형성하고, 상기 단자체결홈에 스프링 단자를 결합 및 분리시키는 구조로 구성함으로써, 탈착 과정이 매우 용이하고, 작업시간이 단축되며, 작업 효율성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 단자체결홈의 구성으로 결합된 스프링 단자가 쉽게 분리되는 문제점도 해결할 수 있다.

또한, 단자체결홈을 등 간격으로 복수 개 구성함으로써, 체결력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 스프링 단자의 직경을 상기 게이트 핀과 상기 에미터(또는 소스) 핀의 수평선상에 위치된 테두리를 동일 원주로 갖는 원의 직경보다 작게 형성함으로써, 단자체결홈에 체결된 스프링 단자가 인위적인 힘을 가하지 않는 한 스프링의 장력에 의해 쉽게 분리되지 않고 지지되는 효과를 갖는다.

또한, 상기와 같은 스프링의 장력에 의해 분리시에도 소정의 힘을 가하여 용이하게 분리할 수 있어 구조가 단순할 뿐만 아니라, 제작단가가 저렴하면서도 우수한 성능을 갖는 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치를 제공할 수 있다.

또한, 구조가 간단한 스프링을 사용함으로써, 가격이 저렴하면서도 내열성 및 체결성이 우수한 효과를 갖는다.

도 1 내지 도 3은 종래의 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치를 나타낸 도면,
도 4 및 도 5는 본 고안에 따른 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치의 일실시예를 나타낸 도면,
도 6은 본 고안에 따른 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치의 게이트 핀과 에미터(또는 소스) 핀에 형성된 단자체결홈 및 이에 체결괴는 스프링 단자의 상태를 나타낸 도면,
도 7은 본 고안에 따른 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치의 적용예를 개념적으로 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 고안의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4 및 도 5는 본 고안에 따른 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 고안에 따른 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치의 게이트 핀과 에미터(또는 소스) 핀에 형성된 단자체결홈 및 이에 체결괴는 스프링 단자의 상태를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 고안에 따른 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치의 적용예를 개념적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 본 고안은 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치에 관한 것으로써, 정전기 방지 원리 및 게이트 전극 구조용 파워 디바이스 내부의 구조 및 각 구성 상호 간의 연결관계 등은 종래기술 및 등록실용신안 제20-0447360호를 참조할 수 있으며, 본 명세서에는 종래기술과 다른 본 고안의 특징만을 설명하도록 한다.

본 고안은 도 4, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 게이트 핀(41)과 에미터(또는 소스) 핀(42)의 테두리부에는 각각 적어도 하나의 단자체결홈(100)이 형성되며, 단자체결홈(100)에 스프링 단자(200)가 체결되어 게이트 핀(41)과 에미터(또는 소스) 핀(42) 간에 결합되도록 구성된다.

즉, 단자체결홈(100)을 요철부의 형태로 구성할 수 있다.

또한, 단자체결홈(100)은 하나로 형성되거나 복수 개로 형성될 수 있으며, 복수 개로 구성시 단자체결홈(100)의 형성 간격은 등 간격 또는 불규칙적인 간격으로 형성하는 것이 가능하나, 도시된 바와 같이 등 간격으로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 단자체결홈(100)을 복수 개로 구성시 단자체결홈(100)의 깊이는 다양한 깊이로 형성할 수 있으나, 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 직경을 갖는 스프링 단자(200)의 적용을 고려하여 동일한 깊이로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 단자체결홈(100)의 상하폭은 스프링 단자(200)의 두께에 대응시켜 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 스프링 단자(200)의 내측 직경은, 게이트 핀(41)과 에미터(또는 소스) 핀(42)의 수평선상에 위치된 테두리를 동일 원주로 갖는 원의 직경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

스프링 단자(200)의 내측 직경이 게이트 핀(41)과 에미터(또는 소스) 핀(42)의 좌우폭(도 6을 기준으로 좌우폭)보다 크게 형성될 경우, 단자체결홈(100)에 체결된 스프링 단자(200)가 쉽게 분리되어 이탈될 가능성이 커진다.

또한, 스프링의 장력이 초과되도록 스프링 단자(200)의 내측 직경이 게이트 핀(41)과 에미터(또는 소스) 핀(42)의 좌우폭보다 너무 작게 형성될 경우 체결 및 분리 작업이 용이하지 않으므로, 스프링 단자(200)의 내측 직경은 게이트 핀(41)과 에미터(또는 소스) 핀(42)의 수평선상에 위치된 테두리를 동일 원주로 갖는 원의 직경보다는 작게 형성되고, 단자체결홈(100)의 수평선상에 위치된 테두리를 동일 원주로 갖는 원의 직경과 동일하게 형성됨으로써, 체결 및 분리시 스프링의 장력에 의해 소정의 저항을 가지며 스프링 단자(200)가 단자체결홈(100)에 체결 및 분리되도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 게이트 핀(41)과 에미터(또는 소스) 핀(42)에 단자체결홈(100)을 형성하고, 게이트 핀(41)과 에미터(또는 소스) 핀(42)의 상부에서 단자체결홈(100)에 체결 및 분리되는 스프링 단자(200)로 구성시, 종래와 같은 토션 스프링으로 구성하는 것에 비하여 탈착작업이 매우 용이해지며, 스프링 단자(200)의 탈착 작업속도가 현저하게 향상되고, 작업 효율성이 향상된다.

또한, 소정의 저항을 가지며 스프링 단자(200)가 단자체결홈(100)에 체결되므로, 체결성도 우수해질 뿐만 아니라 진동에 의한 스프링 단자(200)의 이탈이 방지되므로 제품의 제조시는 물론, 제품이 사용자에게 전달될 때까지 정전기로 인한 제품의 손상을 효율적으로 방지할 수 있다.

이상에서 본 고안을 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시예를 한정하지 아니하며, 본 고안의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하는 것으로, 실용신안등록청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

10, 20, 30, 40 : 게이트 전극 구조용 파워 디바이스
11, 21, 31, 41 : 게이트 핀
12, 22, 32, 42 : 에미터(또는 소스) 핀
13, 23, 33 : 단자
100 : 단자체결홈
200 : 스프링 단자

Claims (3)

1. 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치에 있어서,
   게이트 핀과 에미터(또는 소스) 핀의 테두리부에는 각각 복수 개의 단자체결홈이 등 간격으로 형성되며, 상기 단자체결홈에 스프링 단자가 체결되어 상기 게이트 핀과 상기 에미터(또는 소스) 핀 간에 결합되고,
   상기 스프링 단자의 직경은,
   상기 게이트 핀과 상기 에미터(또는 소스) 핀의 수평선상에 위치된 테두리를 동일 원주로 갖는 원의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 게이트 전극 구조용 파워 디바이스의 정전기 방지장치.
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3. 삭제

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