KR20070063414A - 파워 모듈 구조 및 이것을 이용한 솔리드 스테이트 릴레이 - Google Patents

파워 모듈 구조 및 이것을 이용한 솔리드 스테이트 릴레이 Download PDF

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KR20070063414A
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타카시 후지모토
히로토 나가이시
쇼이치 코나가타
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

과제
단자의 휘어짐의 발생을 억제할 수 있고, 방열성의 문제를 해결할 수 있는 외에, 제품 완성 후의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있어, 제품 수명의 신장을 기대할 수 있는 파워 모듈 구조를 제공한다.
해결 수단
제 1의 단자(4)에 응력 완화부로서의 복수의 슬릿(4a)을 형성하여, 제 1의 단자(4)와 절연판(2)과의 열팽창계수의 차에 기인하여 발생하는 응력을 완화함과 함께, 제 1의 단자(4)를 절연판(2)에 솔더링하는 솔더 접합 영역인 응력 속박부를 부분적으로 형성하도록 하였다.
파워 모듈 구조, 솔리드 스테이트 릴레이

Description

파워 모듈 구조 및 이것을 이용한 솔리드 스테이트 릴레이{Power Module Structure, And Soild State Relay Using The Same}
도 1은 본 발명에 관한 파워 모듈 구조를 사용한 솔리드 스테이트 릴레이의 외관을 도시하는 사시도.
도 2는 상기 솔리드 스테이트 릴레이의 분해 상태의 사시도.
도 3은 본 발명에 관한 파워 모듈 구조의 실시의 형태 1의 사시도.
도 4는 상기 파워 모듈 구조에서 수지 몰드를 제외한 상태의 사시도.
도 5는 도 4의 X-X선 단면 위치에서의 사시도.
도 6은 히트 플레이트의 사시도.
도 7은 제 1의 단자의 사시도.
도 8은 본 발명에 관한 파워 모듈 구조의 실시의 형태 2에서 수지 몰드를 제외한 상태의 사시도.
도 9는 상기 파워 모듈 구조에 사용하는 제 1의 단자의 사시도.
도 10은 제 1의 단자의 다른 형태 예의 사시도.
도 11은 제 1의 단자의 또다른 형태 예의 사시도.
도 12는 제 1의 단자의 또다른 형태 예의 사시도.
도 13은 히트 플레이트의 또다른 형태 예의 사시도.
도 14는 본 발명에 관한 파워 모듈 구조의 실시의 형태 3의 사시도.
도 15는 상기 파워 모듈 구조로서, 수지 몰드를 제외한 상태의 평면도.
도 16은 상기 파워 모듈 구조에서의 히트 플레이트의 사시도.
도 17은 히트 플레이트의 다른 형태 예의 사시도.
도 18은 히트 플레이트의 또다른 형태 예의 사시도.
도 19는 히트 플레이트의 또다른 형태 예의 사시도.
도 20은 히트 플레이트의 또다른 형태 예의 사시도.
도 21은 히트 플레이트의 또다른 형태 예의 사시도.
도 22는 히트 플레이트의 또다른 형태 예의 사시도.
도 23은 히트 플레이트의 또다른 형태 예의 사시도.
도 24는 종래의 파워 모듈 구조의 사시도.
도 25는 상기 파워 모듈 구조에서, 수지 몰드를 제외한 상태의 사시도.
도 26은 상기 파워 모듈 구조에서, 히트 플레이트에 절연판을 솔더 접합하는 상태의 사시도.
도 27은 상기 파워 모듈 구조에서, 절연판에 제 1의 단자를 솔더 접합하는 상태의 사시도.
도 28은 상기 파워 모듈 구조에서, 제 1의 단자에 반도체 칩을 솔더 접합하는 상태의 사시도.
도 29는 상기 파워 모듈 구조에서, 반도체 칩에 제 2, 제 3의 단자를 솔더 접합하는 상태의 사시도.
도 30은 파워 모듈 구조에서의 절연판과 제 1의 단자의 휘어짐 발생의 메커니즘의 모식도.
도 31은 절연판에 대해 제 1의 단자가 열팽창한 상태의 모식도.
도 32는 절연판에 대해 제 1의 단자가 수축한 상태의 모식도.
도 33은 절연판 및 제 1의 단자에 휘어짐이 발생한 상태의 모식도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
A : 파워 모듈 구조 A-1 : 파워 모듈 구조
1 : 히트 플레이트 1A : 플레이트 본체
1F : 분할부(응력 완화부) 1a : 분할부위
1b : 분할부위 1a-1 : 분할부위
1b-1 : 분할부위 1-1 : 히트 플레이트
2 : 절연판(절연부재) 2A : 판 본체
2-1 : 절연판 3 : 반도체 칩
3-1 : 반도체 칩 4 : 제 1의 단자(단자)
4A : 단자 본체 4a : 슬릿(응력 완화부)
4b : 기단부(편측) 4c : 단부
4g : 기단측 부위 4h : 중부 부위
4i : 선측 부위 4j : 직선 분할부(응력 완화부)
4k : 직선 분할부(응력 완화부) 4B : 단자부
4-1 : 제 1의 단자 5 : 제 2의 단자
5B : 단자부 5-1 : 제 2의 단자
6 : 제 3의 단자 6A : 단자 본체
6B : 단자부 6-1 : 제 3의 단자
7 : 부착부 8 : 오목형상 홈(응력 완화부)
9 : 오목형상 홈(응력 완화부) 10 : 솔더
11 : 모듈 구성체 11-1 : 모듈 구성체
12 : 수지 12-1 : 수지
14 : 슬릿 15 : 슬릿
16 : 오목형상 홈(히트 플레이트측 응력 완화부)
17 : 오목형상 홈(히트 플레이트측 응력 완화부)
18 : 오목형상 홈(히트 플레이트측 응력 완화부)
19 : 오목형상 홈(히트 플레이트측 응력 완화부)
20 : 솔리드 스테이트 릴레이 21 : 히트 싱크
기술 분야
본 발명은, 높은 신뢰성, 방열성을 필요로 하는 전자부품의 파워 모듈 구조 및 이것을 이용한 솔리드 스테이트 릴레이에 관한 것이다.
배경 기술
근래, 회로의 집적화에 수반하여 발열하는 전자부품의 방열에는 히트 싱크를 이용하는 것이 일반적이다. 그 때문에, 전자부품 또는 기판과 히트 싱크와의 밀착은, 방열성에 대해 높은 중요성을 갖게 되었다. 그러나, 유해물질을 줄이려는 움직임 때문에, 고융점의 솔더가 사용되도록 되어 왔기 때문에, 전술한 밀착성을 저해하는 "휘어짐"이 문제되고 있다.
또한, 열팽창계수가 다른 판재를 복수 매 솔더 접합하면 휘어짐이 발생하는 것은 알려져 있다. 솔더의 종류가 다르면(융점이 다르면), 휘어짐의 발생도 다르다. 그 경향은 융점이 높아짐에 따라 커진다. 높은 융점의 솔더에는 Pb가 주성분인 것이 일반적으로 사용되고 있다. Pb는 "연한" 특성을 갖고 있기 때문에, 휘어짐 응력에 대한 대책으로서 이전부터 알려져 있다.
상기한 발열하는 전자부품을 사용하는 전자부품으로서의 파워 모듈 구조는, 도 25에 도시하는 바와 같이, 히트 싱크(도시 생략)에 접촉하는 히트 플레이트(1)에 절연판(2)을 솔더에 의해 접합하고, 이 절연판(2)에 제 1의 단자(4)를 솔더에 의해 접합하고, 제 1의 단자(4)에 반도체 칩(3)을 솔더에 의해 접합하여, 이 제 1의 단자(4)를 그 대응하는 반도체 칩(3)의 접점에 접속하고, 이 반도체 칩(3)에 제 2, 제 3의 단자(5, 6)를 솔더에 의해 접합하여, 제 2, 제 3의 단자(5, 6)의 각각을 그 대응하는 반도체 칩(3)의 접점에 접속하도록 한 구성이고, 제 1의 단자(4)는 긴 직사각형 형상의 단자 본체(4A)의 선측(先側)에 단자부(4B)를 갖고 있다. 그리고, 히트 플레이트(1)의 히트 싱크 표면에의 지지는 히트 플레이트(1)에 마련한 부착부(7)를 히트 싱크에 나사 고정함에 의해 행하고 있다.
상기한 파워 모듈 구조에 있어, 히트 플레이트(1)의 플레이트 본체(1A)에는, 도 26에 점선으로 도시하는 직사각형 형상의 솔더링 영역(10-1)에서 절연판(2)이 솔더링 되고, 또한 절연판(2)에는, 도 27에 점선으로 도시하는 직사각형 형상의 솔더링 영역(10-2)에서 제 1의 단자(4)가 솔더링 되고, 또한 제 1의 단자(4)의 단자 본체(4A)의 중앙부에는 도 28에 점선으로 도시하는 직사각형 형상의 솔더링 영역(10-3)에서 반도체 칩(3)이 솔더링되고, 또한 반도체 칩(3)에는, 도 29에 점선으로 도시하는 삼각형 형상의 솔더링 영역(10-4)에서 제 2의 단자(5)가 솔더링되고, 반도체 칩(3)에는 직사각형 형상의 솔더링 영역(10-5)에서 제 3의 단자(6)가 솔더링된다.
상기한 솔더링은, 히트 플레이트(1)와, 절연판(2)과, 반도체 칩(3)과, 제 1, 제 2, 제 3의 단자(4, 5, 6)를 적층 상태로 가열 처리에 의해 각 솔더링 영역(10-1 내지 10-5)의 솔더를 용융 후 경화시키고 행하거나, 히트 플레이트(1)와 절연판(2), 절연판(2)과 제 1의 단자(4), 제 1의 단자(4)와 반도체 칩(3), 반도체 칩(3)과 제 2, 제 3의 단자(5, 6)를 제각기 솔더 접합하는 경우도 있다. 그리고, 상기한 바와 같이 솔더 접합하여 구성된 모듈 구성체(11)를 수지(12)로 몰드함으로써, 도 24에 도시하는 파워 모듈 구조를 구성하고 있다.
또한, 상기한 파워 모듈 구조에 있어, 절연판(2)과 제 1의 단자(4)의 휘어짐 발생의 메커니즘을 도 30 내지 도 33을 참조하여 설명한다.
도 30은, 절연판(2)에 Al2O3재를 이용하고, 제 1의 단자(4)에 Cu재를 이용하 여, 절연판(2)에 제 1의 단자(4)를 솔더(10)로 접합한 상태를 모식적으로 도시한 것이고, 도면 중 L1은 절연판(2)의 기준 길이이고, L2는 제 1의 단자(4)의 기준 길이이다. 그리고, 온도를 실온(25°)으로부터 Tp로 승온(昇溫)한 경우, 절연판(2)은 그 재질상 그다지 열팽창 하지 않지만, 제 1의 단자(4)는 바깥쪽 방향(F1)으로 열팽창한다. 이 때문에, 제 1의 단자(4)는, 도 30에 도시하는 바와 같이, 그 기준 길이(L2)를 넘어서 늘어나게 된다.
온도가 Tp로부터 Tm으로 강온(降溫)하면, 제 1의 단자(4)는, 도 31에 도시하는 화살표 방향(F2)으로 수축하고, 온도가 Tm(<Tp)으로부터 다시 강온하기 시작하면, 제 1의 단자(4)는, 도 32에 도시하는 화살표 방향(F3)으로 수축하고, 온도가 실온(25°)이 되면, 제 1의 단자(4)가 늘어난 상태에서, 솔더(10)가 경화하기 때문에, 제 1의 단자(4) 및 절연판(2)에, 도 33에서 아래로 볼록하게 되는 휘어짐이 발생한다.
즉, 솔더(10)는 고융점의 솔더를 사용하고 있고, 경화하는 온도가 300℃ 부근(종래보다 높은 수치 : 종래는 180℃ 정도)이기 때문에, 솔더는 300℃ 부근에서 경화하여 제 1의 단자(4)가 절연판(2)에 접합된다. 이 경우, 제 1의 단자(4)가 열팽창 하여 늘어난 상태이고, 절연판(2)은 원래의 치수로부터 그다지 열팽창하지 않고 신장하지 않기 때문에, 온도가 하강하면, 제 1의 단자(4)와 절연판(2)에는 서로 원래의 치수로 되돌아올려고 하는 힘이 작용하여, 제 1의 단자(4)만 수축하는 상태로 되기 때문에, 아래로 볼록하게 되는 휘어짐이 발생한다.
또한, 종래의 파워 모듈 구조에 관련되고, 파워 모듈용 등의 발열이 큰 용도 에 회로 기판을 실장하는 경우, 히트 싱크 구리판에의 접합시 등에 회로 기판 제조시에 발생하는 잔류 응력을 증대시키고, 크랙이 생기기 쉬운 문제를 해결하는 것으로서, 휘어짐을 갖는 세라믹스 소결판(燒結板)으로서, 일방향의 휘어짐량이 해당 방향의 길이의 1/4000부터 1/100이고, 해당 방향의 직각 방향의 휘어짐량이 해당 방향의 휘어짐량의 1/2 이하(0을 포함한다)인 세라믹스 기판을 사용하고, 또한 이 세라믹스 기판의 볼록면측에 회로 형성용 금속판을, 오목면측에 방열부 형성용 금속판을 배치하여 가열 접합하는 회로 기판의 제조 방법을 제창한 것이 있다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개평10-167804호 공보
상기한 종래의 파워 모듈 구조에서는, 상기한 바와 같이 열팽창계수의 차에 기인하여 휘어짐이 발생하지만, 이 휘어짐 변형이 히트 플레이트(1)와 히트 싱크 사이에 간극을 발생시켜서, 양호한 방열 효과를 이룰 수 없는 등의 문제가 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 제 1의 단자(4)가 휘어 있는 파워 모듈 구조에서는, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더(10)에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 문제가 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 솔더링 영역인 고정 개소가, 도 27에 점선으로 도시하는 바와 같이 전역(全域)으로 하고 있어, 위치 결정의 악영향이 오기 때문에, 변형은 외측단에서 일어나고, 제 1의 단자(4)에 고정 개소의 전체 길이분의 응력이 가해지게 되어, 휘어짐의 원인이 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하는 것으로서, 그 목적으로 하는 점은, 단자의 휘어짐의 발생을 억제할 수 있고, 방열성의 문제를 해결할 수 있는 외에, 제품 완성 후의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있고, 제품 수명의 신장을 기대할 수 있는 파워 모듈 구조 및 이것을 이용한 솔리드 스테이트 릴레이를 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조는, 히트 싱크에 접촉하는 히트 플레이트, 절연부재, 단자 및 반도체 칩을 순차적으로 솔더에 의해 접합하여, 상기 단자를 그 대응하는 상기 반도체 칩의 접점에 접속하도록 한 파워 모듈 구조로서, 단자에 당해 단자와 절연부재와의 열팽창계수의 차에 기인하여 발생하는 응력을 완화하는 응력 완화부를 마련함과 함께, 단자를 절연부재에 솔더링하는 솔더 접합 영역인 응력 속박부를 부분적으로 형성하도록 한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 단자에는 응력 완화부가 마련되어 있고, 게다가 응력 속박부가 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억제할 수 있고, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 단자의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전 달되게 되고, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상(異常)을 없앨 수 있다.
이와 같이 휘어짐을 경감하고 방열성의 문제를 해결할 수 있는 외에, 제품 완성 후의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있고, 제품 수명의 신장을 기대할 수 있게 된다. 여기서, 단자로는 제 1의 단자가 해당하고, 절연부재로는 절연판이 해당한다.
또한, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조는, 상기한 본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 있어, 응력 속박 부분이 단자의 편측인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 응력 속박 부분이 단자의 편측에만, 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 발생을 억제할 수 있고, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조는, 상기한 본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 있어, 응력 속박 부분이 단자의 양측인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 응력 속박 부분이 단자의 양측에 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 발생을 억제할 수 있고, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조는, 상기한 본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 있어, 응력 완화부가 단자에 형성한 복수의 슬릿인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 단자에는 복수의 슬릿으로 응력 완화부가 형성되어 있고, 게다가 응력 속박부가 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되 는 응력이 완화되고, 게다가 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억제할 수 있고, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 단자의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조는, 상기한 본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 있어, 단자를 그 길이 방향으로 분할하고, 이 분할부를 응력 완화부로 함과 함께, 단자의 분할부위를 절연부재에 솔더링함으로써 응력 속박부를 분산시키도록 한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 단자에는 분할부에서 응력 완화부가 형성되어 있어, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 각각의 분할부위가 절연부재에 솔더링됨으로써 응력 속박부를 분산시키기 때문에, 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억제할 수 있고, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 단자의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
또한, 분할부로서는 직선 형상 또는 열쇠형 형상인 것이 바람직하고, 분할이 2 이상의 복수인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조는, 상기한 본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 있어, 응력 완화부는 단자의 표면에 형성한 오목형상 홈인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 단자의 표면에 오목형상 홈을 형성함으로써 응력 완화부가 마련되어 있고, 게다가 응력 속박부가 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억제할 수 있어, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 단자의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다. 또한, 오목형상 홈이 복수인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조는, 상기한 본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 있어, 응력 완화부는 단자의 이면(裏面)에 형성한 오목형상 홈인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 단자의 이면에 오목형상 홈을 형성함으로써 응력 완화부가 마련되어 있고, 게다가 응력 속박부가 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억제할 수 있어, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 단자의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전 달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다. 또한, 오목형상 홈이 복수인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조는, 상기한 본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 있어, 히트 플레이트에 히트 플레이트측 응력 완화부를 형성하도록 한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 단자에는 응력 완화부가 마련되어 있고, 게다가 응력 속박부가 부분적으로 형성되어 있는 것에 더하여, 히트 플레이트에도 히트 플레이트측 응력 완화부가 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억제할 수 있다. 이 때문에, 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 단자의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
게다가, 이와 같이 휘어짐을 경감하고 방열성의 문제를 해결할 수 있는 외에, 제품 완성 후의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있어, 제품 수명의 신장을 기대할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 관한 솔리드 스테이트 릴레이는, 상기한 본 발명중 어느 하나에 관한 파워 모듈 구조를 이용하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 파워 모듈 구조가 휘어짐을 경감하고 방열성의 문제를 해결할 수 있기 때문에, 솔리드 스테이트 릴레이의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연 하게 대응할 수 있고, 솔리드 스테이트 릴레이로서의 제품 수명의 신장을 기대할 수 있게 된다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면에 의해 본 발명의 실시의 형태에 관해 상세히 설명한다.
(실시의 형태 1)
도 1에, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조를 사용한 솔리드 스테이트 릴레이의 외관을 도시한다. 이 솔리드 스테이트 릴레이(20)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 히트 싱크(21)와, 이 히트 싱크(21)의 단면(端面)(21A)에 부착되는 베이스(22)와, 이 베이스(22) 내에 수용되어 히트 싱크(21)에 면접촉하는 본 발명에 관한 파워 모듈 구조(A)와, 이 파워 모듈 구조(A)에 접속되는 회로 기판(23)과, 베이스(22)에 계탈(係脫) 가능하게 계지(係止)되고, 회로 기판(23)을 덮는 케이스(24)를 구비하고 있고, 이 케이스(24)에는 요동 자유롭게 커버(도시 생략)가 부착되어 있다.
히트 싱크(21)의 단면(21A)에는, 그 길이 방향의 양측에 나사 구멍(21B)이 마련되어 있다. 또한, 베이스(22)는, 히트 싱크(21)의 단면(21A)을 모방하는 상자 형상이고, 그 저부(22A)에는 파워 모듈 구조 장착부(28)가 개구(開口)되어 있고, 또한, 베이스(22)의 저부(22A)의 길이 방향의 양측에는 단자 받이부(29)가 마련되어 있다.
또한, 회로 기판(23)에는, 그 길이 방향에 양 단연부(端緣部)에 기판측 단자부(23-1, 23-2)가 마련되어 있고, 또한, 회로 기판(23)의 실장면에는 한 쌍의 단자부(23-3, 23-4)가 마련되어 있고, 또한, 회로 기판(23)에는 게이트 단자 접속 부(23-5)가 마련되어 있다.
또한, 케이스(24)는, 그 길이 방향의 양 단부에 단자 표출부(24A, 24B)를 갖고 있고, 또한 그 짧은변 방향의 한 측연부(側緣部)에 한 쌍의 단자 표출 구멍(24C, 24D)을 갖고 있고, 또한 케이스(24)의 길이 방향의 양 단부에는, 이면으로 돌출하는 보스부(24E)가 돌설되어 있고, 이들의 보스부(24E)에 선부(先部)에는 나사 구멍(24F)이 마련되어 있다.
그리고, 베이스(22)는 히트 싱크(21)의 단면(21A)에 장착되어 있고, 이 베이스(22)의 파워 모듈 구조 장착부(28)에 파워 모듈 구조(A)가 장착되고, 이 파워 모듈 구조(A)의 부착부(7)의 부착 홈(7a)이 히트 싱크(21)의 나사 구멍(21B)에 겹쳐지게 된다. 또한, 파워 모듈 구조(A)의 히트 플레이트(1)의 이면이 히트 싱크(21)의 단면(21A)에 접촉한다. 그리고, 파워 모듈 구조(A)의 단자부(4B, 5B)가 베이스(22)의 단자 받이부(29)에 따르도록 된다.
그리고, 파워 모듈 구조(A)에는 회로 기판(23)이 겹쳐 있고, 이 경우, 회로 기판(23)의 기판측 단자부(23-1, 23-2)가 파워 모듈 구조(A)의 단자부(4B, 5B)에 겹쳐진다. 그리고, 파워 모듈 구조(A)의 게이트 단자부(5B)가 회로 기판(23)의 게이트 단자 접속부(23-5)에 접속된다.
또한, 베이스(22)에는, 회로 기판(23)을 덮도록 하여 케이스(24)가 부착되어 있고, 이 케이스(24)의 한쪽의 단자 표출부(24A)에 단자부(23-1)와 단자 나사(도시 생략)가 표출하고, 다른쪽의 단자 표출부(24B)에 단자부(23-2)와 단자 나사(도시 생략)가 표출한다. 또한, 회로 기판(23)의 단자부(23-3, 23-4)가 케이스(24)의 단 자 표출 구멍(24C, 24D)에 삽입된다. 그리고, 케이스(24)의 보스부(24E)가 히트 플레이트(1)의 부착부(7)를 누르도록 되고, 보스부(24E)의 나사 구멍(24F)에 삽입한 부착 나사(도시 생략)를 히트 싱크(21)의 나사 구멍(21B)에 나사결합함으로써, 히트 플레이트(1)의 부착부(7)가 히트 싱크(21)에 부착된다.
파워 모듈 구조(A)는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 단상(單相)의 히트 플레이트(1)와, 절연부재인 절연판(2)과, 반도체 칩(3)과, 단자인 제 1의 단자(4)와, 제 2, 제 3의 단자(5, 6)를 구비하고 있다.
그리고, 히트 플레이트(1)는 Cu재로 형성되어 있고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 그 플레이트 본체(1A)의 길이 방향에 양 단부에는 히트 싱크(21)에 부착하기 위한 부착부(7)가 연장되어 나와 있고, 각 부착부(7)에는 히트 싱크에 나사 고정하기 위한 부착 홈(7a)이 형성되어 있다.
또한, 절연판(2)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 세라믹제의 판 본체(2A)의 양면에 몰리브덴, 망간 등의 금속이 증착되어 금속층(도시 생략)이 형성되어 있고, 솔더링이 가능하게 하고 있다.
또한, 반도체 칩(3)으로서는, 예를 들면, 출력 소자로서의 트라이액(도시 생략)이 사용되고 있고, 4각형 형상의 판형상체로서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 1, 제 2의 접점부(3a, 3b)와 게이트 접점부(3c)를 구비하고 있다.
제 1의 단자(4)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 단자 본체(4A)를 구비하고 있고, 이 단자 본체(4A)는 긴 직사각형 형상이고, 그 짧은변 방향의 양 측연부에는 슬릿(4a)이 각각 한 쌍 형성되어 있고, 이들의 슬릿(4a)이 응력 완화부를 구성하고 있고, 단자 본체(4A)의 선단측에는 크랭크 형상으로 굴곡된 단자부(4B)가 형성되어 있다.
제 2의 단자(5)는 게이트 단자이고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 가늘고 긴 형상이고, 그 기단부를 접합부(5a)로 하고 있고, 선단부가 굴곡되어 단자부(5B)로 하고 있다.
제 3의 단자(6)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 폭이 넓은 띠모양의 단자 본체(6A)를 구비하고 있고, 이 단자 본체(6A)의 선단부에는 크랭크 형상으로 굴곡된 단자부(6B)가 형성되어 있다.
그리고, 히트 플레이트(1)의 플레이트 본체(1A)에는, 솔더에 의해 절연판(2)이 접합되어 있고, 또한, 이 절연판(2)의 판 본체(2A)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 부분적인 솔더링 영역으로서 제 1의 단자(4)의 단자 본체(4A)의 편측인 기단부(4b) 측만이 솔더링되어 있다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1의 단자(4)의 단자 본체(4A)의 중앙부에는 반도체 칩(3)이 솔더링되어 있고, 반도체 칩(3)에는, 제 2의 단자(5)가 그 기단부의 접합부(5a)에서, 또한 제 3의 단자(6)가 그 기단부에서 각각 솔더링되어 있다. 상기한 바와 같이 솔더 접합하여 구성된 모듈 구성체(11)를 수지(12)로 몰드함으로써, 도 3에 도시하는 파워 모듈 구조(A)가 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 절연판(2)의 판 본체(2A)와 제 1의 단자(4)와의 솔더 접합에서는, 제 1의 단자(4)의 단자 본체(4A)의 선단부(4b)만이 솔더링되어 있고, 이 솔더는 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에 부분적으로 형성됨으로써, 제 1의 단자(4)에는 응력의 속박이 부분적이 된다. 그리고, 이 솔더 접합부(4b)가 응력 속박부를 구성한다.
그리고, 파워 모듈 구조(A)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 그 길이 방향의 양측에, 제 1, 제 3의 단자(4, 6)의 단자부(4B, 6B)를 갖음과 함께, 표측(票側)에 제 2의 단자(5)의 단자부(게이트 단자부)(5B)가 돌출하고 있고, 또한 파워 모듈 구조(A)에는, 길이 방향의 양측에 히트 싱크(2)에 부착하기 위한 히트 플레이트(1)의 부착부(7)가 연장되어 나와 있다.
상기한 파워 모듈 구조(A)에 있어, 절연판(2)의 판 본체(2A)에는, 솔더링 영역으로서 제 1의 단자(4)의 단자 본체(4A)의 선단부(4b)만이 솔더링되어 있고, 응력의 속박이 부분적으로 되어 있고, 또한 제 1의 단자(4)에는 복수의 슬릿(6a)으로 이루어지는 응력 완화부가 형성되어 있어 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화됨으로써, 제 1의 단자(4)의 휘어짐의 발생이 억제되고, 제 1의 단자(4)의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트(1)의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 제 1의 단자(4)의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
이와 같이 휘어짐을 경감하고 방열성의 문제를 해결할 수 있는 외에, 제품 완성 후의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있어, 제품 수명의 신장을 기대할 수 있게 된다.
상기한 본 발명의 실시의 형태 1에서는, 절연판(2)의 판 본체(2A)에 대한 제 1의 단자(4)의 솔더 접합부를 선단부(4b)에만 행하도록 하였지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 절연판(2)의 판 본체(2A)에 대해 제 1의 단자(4)의 단자 본체(4A)를, 그 양측인 양 단부(4b, 4c)측에서 솔더링하도록 하여도 좋다. 이 경우, 양 단부(4b, 4c)측에서의 솔더 접합부가 응력 속박부를 구성한다.
이 경우, 절연판(2)의 판 본체(2A)에는, 솔더링 영역으로서 제 1의 단자(4)의 단자 본체(4A)의 양 단부(4b, 4c)가 솔더링되어 있어, 응력의 속박이 부분적으로 되어 있고, 또한 제 1의 단자(4)에는 복수의 슬릿(6a)으로 이루어지는 응력 완화부가 형성되어 있어 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화됨으로써, 제 1의 단자(4)의 휘어짐의 발생이 억제되고, 제 1의 단자(4)의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 제 1의 단자(4)의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
이와 같이 휘어짐을 경감하고 방열성의 문제를 해결할 수 있는 외에, 제품 완성 후의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있어, 제품 수명의 신장을 기대할 수 있게 된다.
(실시의 형태 2)
본 발명의 실시의 형태 2를, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시의 형태 2에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 1의 단 자(4)의 단자 본체(4A)는, 기단측 부위(4g), 중부(中部) 부위(4h) 및 선측(先側) 부위(4i)로 3분할한 구성이고, 기단측 부위(4g), 중부 부위(4h) 및 선측 부위(4i)의 각각은, 부분적으로 절연판(2)에 솔더 접합하여 있고, 기단측 부위(4g)와 중부 부위(4h)의 직선 분할부(4j) 및 중부 부위(4h)와 선측 부위(4i)의 직선 분할부(4k)로 응력 완화부가 형성되어 있다. 다른 구성은 본 발명의 실시의 형태 1과 같다.
따라서, 제 1의 단자(4)에는 복수의 직선 분할부(4j, 4k)로 이루어지는 응력 완화부가 형성되어 있어, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가, 각각의 기단측 부위(4g), 중부 부위(4h) 및 선측 부위(4i)를 절연판(2)의 판 본체(2A)에 솔더링하여 응력 속박부를 분산시키고 있기 때문에, 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억제할 수 있고, 제 1의 단자(4)의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트(1)의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 제 1의 단자(4)의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
이와 같이 휘어짐을 경감하고 방열성의 문제를 해결할 수 있는 외에, 제품 완성 후의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있어 제품 수명의 신장을 기대할 수 있게 된다.
또한, 제 1의 단자(4)의 단자 본체(4A)를, 기단측 부위(4g), 중부 부위(4h) 및 선측 부위(4i)로 3분할함에 있어, 분할부(4j, 4k)를, 도 10에 도시하는 바와 같이, 열쇠형으로 하여도 좋다.
또한, 제 1의 단자(4)에서의 응력 완화부는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 단자 본체(4A)의 표면(P1)에, 그 짧은변 방향에 따른 오목형상 홈(8)을, 길이 방향으로 복수 형성함으로써 구성하여도 좋다. 그리고, 이와 같은 제 1의 단자(4)는, 그 이면(P2)에서 솔더를 이용하여, 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에서 부분적으로 절연판(2)에 솔더 접합시킨다.
따라서, 제 1의 단자(4)에는 복수의 오목형상 홈(8)으로 이루어지는 응력 완화부가 형성되어 있고, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가, 절연판(2)의 판 본체(2A)와 제 1의 단자(4)의 솔더 접합에서는, 솔더는 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에 부분적으로 형성됨으로써, 제 1의 단자(4)에는 응력의 속박이 부분적으로 되어 있기 때문에, 휘어짐의 발생이 억제되고, 제 1의 단자(4)의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트(1)의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 제 1의 단자(4)의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
또한, 제 1의 단자(4)에서 응력 완화부는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 단자 본체(4A)의 이면(P2)에, 그 짧은변 방향에 따른 오목형상 홈(9)을, 길이 방향으로 복수 형성함으로써 구성하여도 좋다. 그리고, 이와 같은 제 1의 단자(4)는, 그 이면(P2)에서 솔더를 이용하여, 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에서, 부분적으로 절연판(2)에 솔더 접합시킨다.
따라서, 제 1의 단자(4)에는 복수의 오목형상 홈(9)으로 이루어지는 응력 완화부가 형성되어 있어, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가, 절연판(2)의 판 본체(2A)와 제 1의 단자(4)와의 솔더 접합에서는, 솔더는 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에, 부분적으로 형성됨으로써, 제 1의 단자(4)에는 응력의 속박이 부분적으로 되어 있기 때문에, 휘어짐의 발생이 억제되고, 제 1의 단자(4)의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트(1)의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 제 1의 단자(4)의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
상기한 본 발명의 실시의 형태 1, 2에는, 히트 플레이트(1)에는 히트 플레이트측 응력 완화부를 형성하지 않은 것을 이용하였지만, 도 13에 도시하는 바와 같이, 히트 플레이트(1)의 플레이트 본체(1A)를 2분할하여, 분할부(1F)로 응력 완화부를 구성하고, 게다가, 분할부위(1a, 1b)의 각각을 절연판(2)에 솔더 접합함으로써 응력 속박부를 분산시키도록 하여도 좋다.
따라서, 히트 플레이트(1)에는 분할부(1F)로 이루어지는 히트 플레이트측 응력 완화부가 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가, 히트 플레이트(1)와 절연판(2)의 판 본체(2A)와의 솔더 접합에서는, 솔더는 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에, 부분적으로 형성됨으로써, 히트 플레이트(1)에는 응력의 속박이 부분적으로 되어 있기 때문에, 휘어짐의 발생이 억제되 고, 히트 플레이트(1)의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
(실시의 형태 3)
본 발명에 관한 파워 모듈 구조의 실시의 형태 3을 도 14 내지 도 16에 도시한다. 이 파워 모듈 구조(A-1)는 삼상(三相) 구성이고, 도 15에 도시하는 바와 같이, 히트 플레이트(1-1)와, 절연판(2-1)과, 반도체 칩(3-1)과, 제 1, 제 2, 제 3의 단자(4-1, 5-1, 6-1)를 구비하고 있고, 절연판(2-1), 반도체 칩(3-1) 및 제 1, 제 2, 제 3의 단자(4-1, 5-1, 6-1)는, 상기한 본 발명의 실시의 형태 1에서의 절연판(2), 반도체 칩(3) 및 제 1, 제 2, 제 3의 단자(4, 5, 6)와 같은 구성이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
히트 플레이트(1-1)는 Cu재로 형성되어 있고, 도 16에 도시하는 바와 같이, 그 플레이트 본체(1A-1)의 4모퉁이부에는 부착부(7)가 연장되어 나와 있고, 각 부착부(7)에는, 히트 싱크에 나사고정하기 위한 부착 구멍(7b)이 형성되어 있다.
그리고, 히트 플레이트(1-1)의 플레이트 본체(1A-1)에는, 솔더에 의해 3장의 절연판(2-1)이 접합하여 있고, 또한, 이 절연판(2-1)의 판 본체(2A)에는, 도 15에 도시하는 바와 같이 부분적인 솔더링 영역으로서 제 1의 단자(4-1)의 단자 본체(4A)의 양 단부(4b, 4c)측이 솔더링되어 있다.
또한, 도 15에 도시하는 바와 같이, 제 1의 단자(4-1)의 단자 본체(4A)의 중앙부에는 반도체 칩(3-1)이 솔더링되어 있고, 반도체 칩(3-1)에는, 제 2의 단자(5-1)가, 그 기단부의 접합부(5a)에서, 또한, 제 3의 단자(6-1)가, 그 기단부에서 각 각 솔더링되어 있다. 상기한 바와 같이 솔더 접합하여 구성된 모듈 구성체(11-1)를 수지(12-1)로 몰드함으로써, 파워 모듈 구조(A-1)가 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 절연판(2-1)의 판 본체(2A)와 제 1의 단자(4-1)와의 솔더 접합에서는, 제 1의 단자(4-1)의 단자 본체(4A)의 양 단부(4b, 4c)가 솔더링되어 있고, 이 솔더는 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에 부분적으로 형성됨으로써, 제 1의 단자(4-1)에는 응력의 속박이 부분적이 된다. 그리고, 이 솔더 접합부가 응력 속박부를 구성한다.
이 파워 모듈 구조(A-1)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 그 길이 방향의 양측에, 제 1, 제 3의 단자(4, 6)의 단자부(4B, 6B)를 갖음과 함께, 표측(表側)에 제 2의 단자(5)의 단자부(게이트 단자부)(5B)가 돌출하여 있고, 또한 파워 모듈 구조(A-1)에는, 길이 방향의 양측에 히트 싱크(도시 생략)에 부착하기 위한 히트 플레이트(1-1)의 부착부(7)가 연장하여 나와 있다.
상기한 파워 모듈 구조(A-1)에 있어, 상기한 바와 같이, 제 1의 단자(4-1)에는 복수의 슬릿(4a)으로 이루어지는 응력 완화부가 형성되어 있어, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가 절연판(2-1)의 판 본체(2A)와 제 1의 단자(4-1)와의 솔더 접합에서는, 솔더는 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에, 부분적으로 형성됨으로써, 제 1의 단자(4-1)에는 응력의 속박이 부분적으로 되어 있기 때문에, 휘어짐의 발생이 억제되고, 히트 플레이트(1-1)의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 제 1의 단자(4-1)의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측 으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상이 없어진다.
상기한 본 발명의 실시의 형태 3에서는, 제 1의 단자(4-1)에는 복수의 슬릿(4a)으로 이루어지는 응력 완화부가 형성된 것을 사용하였지만, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 1의 단자(4-1)의 단자 본체(4A)를, 기단측 부위(4g), 중부 부위(4h) 및 선측 부위(4i)로 3분할한 것. 또한, 단자 본체(4A)를, 기단측 부위(4g), 중부 부위(4h) 및 선측 부위(4i)로 3분할함에 있어, 분할부(4j, 4k)를, 도 10에 도시하는 바와 같이, 열쇠형으로 한 것. 또한, 도 11에 도시하는 바와 같이, 제 1의 단자(4-1)로서, 응력 완화부로서 단자 본체(4A)의 표면에, 그 짧은변 방향에 따른 오목형상 홈(8)을, 길이 방향으로 복수 형성하고 있는 것. 또한, 응력 완화부로서, 도 12에 도시하는 바와 같이, 단자 본체(4A)의 이면에, 그 짧은변 방향에 따른 오목형상 홈(9)을, 길이 방향으로 복수 형성함으로써 구성하고 있는 것을 이용하여도 좋다.
상기한 본 발명의 실시의 형태 3에서는, 히트 플레이트(1-1)에는, 히트 플레이트측 응력 완화부를 형성하지 않은 것을 이용하였지만, 도 17에 도시하는 바와 같이, 히트 플레이트(1-1)의 플레이트 본체(1A)를 2분할하여, 분할부위(1a-1, 1b-1)의 각각을, 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에서, 부분적으로 절연판(2-1)에 솔더 접합하여 응력 속박부를 분산시키도록 하고, 또한, 분할부(1F)로 응력 완화부를 구성하도록 하여도 좋다.
따라서, 히트 플레이트(1-1)에는 분할부(1F)로 이루어지는 히트 플레이트측 응력 완화부가 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가, 히트 플레이트(1-1)와 절연판(2-1)의 판 본체(2A)와의 솔더 접합에서는, 솔더는 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에, 부분적으로 형성됨으로써, 히트 플레이트(1-1)에는 응력의 속박이 부분적으로 되어 있기 때문에, 휘어짐의 발생이 억제되고, 히트 플레이트(1-1)의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 히트 플레이트(1-1)로서는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 그 플레이트 본체(1A)를 2분할하여, 분할부위(1a-1, 1b-1)를, 분할부(1F)의 양측에 솔더(13)로 접합하여 히트 플레이트측 응력 완화부로 한 구성의 것, 도 19에 도시하는 바와 같이, 그 플레이트 본체(1A)에 편측을 남기고 슬릿(14)을 형성하여 히트 플레이트측 응력 완화부로 한 구성의 것, 도 20에 도시하는 바와 같이, 그 플레이트 본체(1A)에 양측을 남기고 슬릿(15)을 형성하여 히트 플레이트측 응력 완화부로 한 구성의 것, 또한, 도 21에 도시하는 바와 같이, 그 플레이트 본체(1A)의 표면에, 그 길이 방향에 따른 1조(條)의 오목형상 홈(16)을 형성하여 히트 플레이트측 응력 완화부로 한 구성의 것, 또한, 도 22에 도시하는 바와 같이, 그 플레이트 본체(1A)의 표면(P1)에, 그 짧은변 방향에 따른 2조의 오목형상 홈(17)을, 그 길이 방향으로 형성하여 히트 플레이트측 응력 완화부로 한 구성의 것, 또한, 도 23에 도시하는 바와 같이, 그 플레이트 본체(1A)의 표면(P1)에, 그 짧은변 방향에 따른 2조의 오목형상 홈(18)과, 그 길이 방향에 따른 3조의 오목형상 홈(19)을 각각 형성하고, 이들 오목형상 홈(18, 19)을 격자 형상으로 배열하여 히트 플레이트측 응력 완화부로 한 구성의 것을 이용하여도 좋다.
그리고, 이와 같은 히트 플레이트(1-1)는, 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에서, 부분적으로 절연판(2-1)에 솔더 접합시킨다.
따라서, 히트 플레이트(1-1)에는 히트 플레이트측 응력 완화부가 형성되어 있어, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가, 절연판(2-1)의 판 본체(2A)와 히트 플레이트(1-1)와의 솔더 접합에서는, 솔더는 종래의 솔더링 영역보다 좁은 솔더링 영역에, 부분적으로 형성됨으로써, 히트 플레이트(1-1)에는 응력의 속박이 부분적으로 되어 있기 때문에, 휘어짐의 발생이 억제되고, 히트 플레이트(1-1)의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 의하면, 단자에는 응력 완화부가 마련되어 있고, 이 응력 속박부가 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억제할 수 있어, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다는 효과를 갖고 있고, 높은 신뢰성, 방열성을 필요로 하는 전자부품의 파워 모듈 및 이것을 이용한 솔리드 스테이트 릴레이 등에 유용하다.
본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 의하면, 단자에는 응력 완화부가 마련되어 있고, 게다가 응력 속박부가 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 휘어짐의 원인이 되는 응력이 완화되고, 게다가 응력의 속박이 부분적으로 되어 휘어짐의 발생을 억 제할 수 있어, 단자의 휘어짐에 기인하는 히트 플레이트의 히트 싱크에의 밀착성도 개선되어 방열성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 단자의 휘어짐이 억제되기 때문에, 휘어짐이 적어지는 측으로 열이 전달되게 되어, 접합부인 솔더에 스트레스가 걸려 와, 피로가 일어나는 이상을 없앨 수 있다.
이와 같이 휘어짐을 경감하고 방열성의 문제를 해결할 수 있는 외에, 제품 완성 후의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있어, 제품 수명의 신장을 기대할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 관한 파워 모듈 구조에 의하면, 파워 모듈 구조가 휘어짐을 경감하고 방열성의 문제를 해결할 수 있기 때문에, 솔리드 스테이트 릴레이의 외부 응력(히트 쇼크)에도 유연하게 대응할 수 있고, 솔리드 스테이트 릴레이로서의 제품 수명의 신장을 기대할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 히트 싱크에 접촉하는 히트 플레이트와, 절연부재, 단자 및 반도체 칩을, 순차적으로 솔더에 의해 접합하고, 상기 단자를, 그 대응하는 상기 반도체 칩의 접점에 접속하도록 한 파워 모듈 구조로서,
    상기 단자에, 당해 단자와 상기 절연부재와의 열팽창계수의 차에 기인하여 발생하는 응력을 완화하는 응력 완화부를 마련함과 함께, 상기 단자를 상기 절연부재에 솔더링하는 솔더 접합 영역인 응력 속박부를 부분적으로 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 파워 모듈 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 속박부가 상기 단자의 편측인 것을 특징으로 하는 파워 모듈 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 속박부가 상기 단자의 양측에 있는 것을 특징으로 하는 파워 모듈 구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 완화부가, 상기 단자에 형성한 복수의 슬릿인 것을 특징으로 하는 파워 모듈 구조.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단자를, 그 길이 방향으로 분할하고, 이 분할부를 상기 응력 완화부로 함과 함께, 상기 단자의 분할부위를 상기 절연부재에 솔더링함으로써 상기 응력 속박부를 분산시키도록 한 것을 특징으로 하는 파워 모듈 구조.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 완화부는, 상기 단자의 표면에 형성한 오목형상 홈인 것을 특징으로 하는 파워 모듈 구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 완화부는, 상기 단자의 이면에 형성한 오목형상 홈인 것을 특징으로 하는 파워 모듈 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 히트 플레이트에 히트 플레이트측 응력 완화부를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 파워 모듈 구조.
  9. 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 기재된 파워 모듈 구조를 이용하여 구성 한 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 릴레이.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7933126B2 (en) * 2009-03-11 2011-04-26 Schneider Electric USA, Inc. Solid state relay with internal heat sink
JP4766162B2 (ja) 2009-08-06 2011-09-07 オムロン株式会社 パワーモジュール
WO2012008713A2 (ko) * 2010-07-15 2012-01-19 주식회사 제우스 무접점 릴레이
CN102097416B (zh) * 2010-11-04 2012-11-14 嘉兴斯达微电子有限公司 一种封装结构的大功率模块
JP5807432B2 (ja) * 2011-08-03 2015-11-10 株式会社明電舎 半導体モジュール及びスペーサ
JP5664517B2 (ja) * 2011-10-06 2015-02-04 トヨタ自動車株式会社 通電加熱式触媒装置
JP2013135199A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Toyota Industries Corp 半導体装置
JP5959285B2 (ja) * 2012-04-18 2016-08-02 株式会社東芝 半導体モジュール
KR20150111422A (ko) * 2014-03-21 2015-10-06 엘에스산전 주식회사 자동차용 전장 부품 케이스
CN105451458B (zh) * 2014-08-19 2018-10-30 宁波舜宇光电信息有限公司 一种控制软硬结合板微量变形的方法及pcb基板半成品
US10373892B2 (en) * 2015-02-18 2019-08-06 Te Connectivity Corporation High current high power solid state relay
CN106034374B (zh) * 2015-03-12 2018-10-16 日立汽车系统(苏州）有限公司 防基板变形结构
US11570921B2 (en) * 2015-06-11 2023-01-31 Tesla, Inc. Semiconductor device with stacked terminals
JP1560787S (ko) * 2016-02-29 2016-10-17
CN110574159B (zh) 2017-05-11 2023-04-04 三菱电机株式会社 功率模块、电力变换装置以及功率模块的制造方法
JP7244339B2 (ja) * 2019-04-19 2023-03-22 株式会社三社電機製作所 半導体モジュール用外部端子

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3853462T2 (de) 1987-11-17 1995-11-16 Omron Tateisi Electronics Co Halbleiterrelais.
DE3931634A1 (de) 1989-09-22 1991-04-04 Telefunken Electronic Gmbh Halbleiterbauelement
JP2911644B2 (ja) * 1991-05-20 1999-06-23 電気化学工業株式会社 回路基板
JPH05136290A (ja) * 1991-11-11 1993-06-01 Toshiba Corp セラミツクス回路基板
JP3194791B2 (ja) * 1992-06-22 2001-08-06 株式会社東芝 セラミックス回路基板
JPH0529506A (ja) * 1991-07-25 1993-02-05 Nec Corp 半導体装置
US5561321A (en) 1992-07-03 1996-10-01 Noritake Co., Ltd. Ceramic-metal composite structure and process of producing same
US5444295A (en) * 1993-09-07 1995-08-22 Delco Electronics Corp. Linear dual switch module
JP3127754B2 (ja) * 1995-01-19 2001-01-29 富士電機株式会社 半導体装置
DE19540814A1 (de) 1995-11-02 1997-05-07 Vdo Schindling Platine
JP3168901B2 (ja) * 1996-02-22 2001-05-21 株式会社日立製作所 パワー半導体モジュール
JP3722573B2 (ja) 1996-12-11 2005-11-30 電気化学工業株式会社 セラミックス基板及びそれを用いた回路基板とその製造方法
US5895974A (en) * 1998-04-06 1999-04-20 Delco Electronics Corp. Durable substrate subassembly for transistor switch module
JPH11330283A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Toshiba Corp 半導体モジュール及び大型半導体モジュール
US6050832A (en) 1998-08-07 2000-04-18 Fujitsu Limited Chip and board stress relief interposer
JP4009056B2 (ja) * 2000-05-25 2007-11-14 三菱電機株式会社 パワーモジュール
KR200218429Y1 (ko) * 2000-06-23 2001-04-02 이원구 방열효율이 향상된 방열판
US6958535B2 (en) * 2000-09-22 2005-10-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermal conductive substrate and semiconductor module using the same
JP4460791B2 (ja) * 2001-03-09 2010-05-12 日本インター株式会社 半導体装置用ヒートシンク
JP3850335B2 (ja) * 2002-02-25 2006-11-29 京セラ株式会社 セラミック回路基板
JP3910497B2 (ja) * 2002-07-03 2007-04-25 株式会社オートネットワーク技術研究所 電力回路部の防水方法及び電力回路部をもつパワーモジュール
JP4057407B2 (ja) * 2002-12-12 2008-03-05 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール
JP4155048B2 (ja) * 2003-02-14 2008-09-24 住友電装株式会社 パワーモジュール及びその製造方法
DE102004007180B4 (de) * 2003-02-14 2015-10-22 Autonetworks Technologies, Ltd. Verteilereinheit und elektrisches Verbindungsgehäuse hiermit
JP2005142520A (ja) * 2003-10-14 2005-06-02 Sumitomo Electric Ind Ltd パワーモジュール
KR20050065041A (ko) * 2003-12-24 2005-06-29 현대중공업 주식회사 히트싱크 구조
KR200358317Y1 (ko) * 2004-05-18 2004-08-06 하영수 열응력으로 인한 휨을 보상한 전력 반도체 모듈 방열판및 이를 구비한 전력 반도체 모듈

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