KR20140130862A

KR20140130862A - Power module having improved cooling performance

Info

Publication number: KR20140130862A
Application number: KR20130049357A
Authority: KR
Inventors: 김재범
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2014-11-12

Abstract

The present invention relates to a power module in which heat from a semiconductor chip (110) of the power module can be rapidly dissipated in a vertical direction, thereby improving output performance of the power module and reducing the size of the power module. The present invention provides a method for manufacturing a power module and a high heat dissipation power module manufactured by using the same. The method comprises the steps of forming a metal layer (105) on a surface opposite to a surface of a lower heat dissipating plate (100) on which a plurality of heat dissipating pins (101) are formed; disposing a semiconductor chip (110) on the metal layer (105) and electrically connecting the semiconductor chip (110) and the metal layer (105) through wire (150) bonding; bonding a bus bar (160) to the semiconductor chip (110) such that an electrical connection is achieved and filling silicon; bonding a thermal pad (162) to the bus bar (160); covering and sealing an upper portion of the silicon using an opposite surface of an upper heat dissipating plate (120) on which a plurality of heat dissipating pins (121) is formed; and disposing a cooling unit (130) on each of the lower heat dissipating plate (100) and the upper heat dissipating plate (120).

Description

POWER MODULE HAVING IMPROVED COOLING PERFORMANCE BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 하이브리드 자동차의 인버터(INVERTER) 파워모듈의 상하 양방향으로 방열 및 냉각 구조를 형성하여, 방열(RADIATE HEAT) 성능을 개선시킨 것을 특징으로 하는 파워모듈 제조방법 및 이를 통해 재조된 고방열 파워모듈 에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a power module, characterized in that a radiating and cooling structure is formed in both the upper and lower directions of an inverter power module of a hybrid vehicle to improve a radiating heat performance, .

일반적으로 하이브리드 자동차의 인버터 파워모듈은 모터의 구동력을 발생시키기 위해 고전압 배터리의 직류(DC) 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하여 모터의 구동토크를 제어하기 위해 사용되는 장치이다.Generally, an inverter power module of a hybrid vehicle is a device used to control a driving torque of a motor by converting direct current (DC) power of a high voltage battery into alternating current (AC) power in order to generate driving force of the motor.

이러한 파워모듈은 전력 변환을 위해 고전압(HIGH VOLTAGE) 및 대전류(HIGH CURRENT)의 제어가 가능한 반도체 소자(SEMICONDUCTOR DEVICE)를 이용하여 스위칭 회로를 구성함으로써, 반도체 소자의 스위칭 동작에 의해 전력의 변환이 수행되도록 한다.Such a power module uses a semiconductor device capable of controlling a high voltage and a high current for power conversion to constitute a switching circuit so that power conversion is performed by the switching operation of the semiconductor device .

즉, 파워모듈의 주 구성요소인 반도체 소자는 각 상 당 2개의 스위치가 구동됨으로써, 3개 상의 교류를 만들어 모터를 구동시키는 작용을 하며, 이때, 반도체 소자의 스위칭 동작과 도통 동작 시 지속적인 열이 발생되어 파워모듈의 작동 불능을 초래할 뿐만 아니라, 파워모듈을 구성하는 다른 주변 부품에 악영향을 미치는 등의 문제점이 발생될 수 있다.That is, the semiconductor device, which is a main component of the power module, operates two switches for each phase, thereby generating three-phase alternating currents to drive the motor. At this time, Resulting in a failure of the operation of the power module and adversely affecting other peripheral components constituting the power module.

따라서, 기존의 파워모듈은 방열 성능을 높이기 위해 전기적 파워손실이 작은 반도체 칩을 적용하고, 파워모듈의 내부로부터 외부로의 열 전달이 효과적으로 이루어질 수 있는 재료를 사용하며, 방열판의 크기를 증가시킴으로써, 제조비용이 상승되며, 파워모듈의 설계에 제한이 따를 수 밖에 없다.Therefore, in the conventional power module, a semiconductor chip having a small electrical power loss is applied to increase the heat dissipation performance, and a material capable of effectively transferring heat from the inside of the power module to the outside is used. By increasing the size of the heat sink, The manufacturing cost is increased, and the design of the power module is limited.

특히, 기존의 파워모듈은 방열판 또는 베이스 플레이트가 단방향에 대한 방열 구조를 가지도록 구성됨으로써, 냉각 성능이 현저히 저하되는 문제점이 있다.Particularly, in the conventional power module, the heat dissipation plate or the base plate is configured to have a heat dissipation structure in a unidirectional direction, thereby significantly deteriorating the cooling performance.

이에, 기존의 파워모듈과 동등한 출력을 가지는 동시에 방열성이 높고 소형화가 가능한 파워모듈의 개발이 요구되고 있다.
Accordingly, development of a power module having an output equal to that of the existing power module, and high heat dissipation and miniaturization has been demanded.

국내공개특허 10-2012-0113611호Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0113611

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 인버터 파워모듈의 반도체 칩으로부터 발생되는 열을 상하 양 방향으로 신속하게 방출시킬 수 있도록 함으로써, 파워모듈의 출력 성능을 향상시키고, 소형화 시킬 수 있도록 하는 특징이 있는 파워모듈 제조방법 및 이를 통해 제조된 고방열 파워모듈을 제공함을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an inverter power module capable of rapidly discharging heat generated from a semiconductor chip in both upper and lower directions, And a high heat dissipation power module manufactured by the method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 다수의 방열핀이 한쪽 면으로 형성된 하부방열판에서, 상기 방열핀이 형성되지 않은 반대쪽 면에 메탈층을 형성하는 단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: forming a metal layer on a surface of a lower heat sink having a plurality of heat dissipation fins formed on one side thereof;

상기 메탈층에 반도체 칩을 위치시키고, 와이어 본딩으로 전기적 결속을 형성해주는 단계;Placing a semiconductor chip on the metal layer and forming electrical bonding by wire bonding;

상기 반도체 칩에 전기적 결속을 이루도록 부스바를 접합하고, 상기 부스바의 상면부위가 외부로 노출되도록 실리콘을 충진시켜주는 단계;Bonding the bus bar to the semiconductor chip so as to electrically connect the bus bar and filling the top surface of the bus bar with silicon so as to expose the outside of the bus bar;

상기 부스바에 써멀 패드를 접합하는 단계;Bonding the thermal pad to the busbar;

다수의 방열핀이 한쪽 면으로 형성된 상부방열판이 상기 방열핀이 형성되지 않은 반대쪽 면을 이용해 상부에 다수의 방열핀이 형성된 상부방열판으로 상기 실리콘의 위쪽을 덮어 밀폐시키는 단계; 및Sealing an upper portion of the silicon with an upper heat sink having a plurality of heat dissipation fins formed on one side and a plurality of heat dissipation fins formed on an upper surface of the upper heat sink using an opposite surface on which the heat dissipation fins are not formed; And

상기 하부방열판의 상기 방열핀 부위와 상기 상부방열판의 상기 방열핀 부위에 냉각부를 각각 설치하는 단계;Installing a cooling part on the radiating fin part of the lower heat sink and the radiating fin part of the upper heat sink;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워모듈 제조방법이 제공된다.A power module, and a power module.

상기 메탈층은 상기 하부방열판에 형성된 안착홈으로 위치되고, 상기 메탈층은 상기 안착홈의 표면에 Ni을 도금하고, 절연체를 프린팅한 후, 도체 패턴을 접합하여 형성된다.The metal layer is positioned with a seating groove formed in the lower heat sink. The metal layer is formed by plating Ni on the surface of the seating groove, printing an insulator, and bonding the conductive pattern.

상기 절연체는 AlN(ALUMINUM NITRIDE) 또는 Al203 중 어느 하나의 소재로 이루어지고, 상기 도체 패턴은 Cu소재로 이루어진다.The insulator is made of any one of AlN (Aluminum Nitride) and Al2O3, and the conductor pattern is made of a Cu material.

상기 반도체 칩은 상기 메탈층에 솔더링(Soldering)으로 접합되며, 상기 써멀 패드는 상기 부스바와 상기 상부방열판에 각각 접해진다.
The semiconductor chip is bonded to the metal layer by soldering, and the thermal pad is in contact with the bus bar and the upper heat sink.

또한 본 발명에 따르면, 다수의 방열핀이 한쪽 면으로 형성되고, 상기 방열핀이 형성되지 않은 반대쪽 면에 안착홈이 파여진 하부방열판과;According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a lower heat sink having a plurality of heat dissipation fins formed on one side thereof and a seating groove formed on an opposite side of the heat dissipation fin;

상기 안착홈의 도금층으로 절연체 프린트와 도체 패턴을 갖는 메탈층과;A metal layer having an insulator print and a conductor pattern as a plating layer of the seating groove;

상기 메탈층에 솔더링(Soldering)되어 와이어 본딩으로 상기 도체 패턴에 전기적 결속을 이루는 다수의 반도체 칩과;A plurality of semiconductor chips soldered to the metal layer and electrically connected to the conductor patterns by wire bonding;

상기 반도체 칩에 전기적 결속을 이루고, 상기 안착홈으로 충진된 실리콘에 의해 가려지지 않는 부스바와;A bus bar electrically coupling the semiconductor chip and not covered by the silicon filled with the seating groove;

상기 부스바와 상기 상부방열판과 접촉을 이루어 열을 전달하는 써멀 패드와;A thermal pad in contact with the bus bar and the upper heat sink to transfer heat;

상기 반도체 칩과 상기 부스바를 밀폐시키도록 상기 하부방열판의 상기 안착홈 부위를 덮고, 상기 하부방열판의 상부를 덮는 반대쪽 면으로 다수의 방열핀이 형성된 상부방열판과;An upper heat sink covering the seating groove of the lower heat sink to close the semiconductor chip and the bus bar and having a plurality of heat dissipation fins on the opposite side of the lower heat sink;

상기 하부방열판의 상기 방열핀 부위와 상기 상부방열판의 상기 방열핀 부위를 냉각시키는 냉각부;A cooling unit for cooling the radiating fin part of the lower heat sink and the radiating fin part of the upper heat sink;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 파워모듈이 제공된다.
And a high heat dissipation power module.

상기 하부방열판과 상기 상부방열판은 AL 소재로 이루어지고, 상기 반도체 칩은 IGBT(INSULATED GATE BIPOLAR MODE TRANSISTOR) 소자 또는 다이오드(DIODE) 소자 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 절연체 프린트는 AlN(ALUMINUM NITRIDE) 또는 Al203 소재 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 도체 패턴은 Cu 소재로 이루어진다.Wherein the lower heat sink and the upper heat sink are made of an AL material and the semiconductor chip is made of an IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR MODE TRANSISTOR) device or a diode (DIODE) device, and the insulator print is made of ALUMINUM NITRIDE And the conductor pattern is made of a Cu material.

상기 냉각부는 냉각 유체를 이용한 수냉식인 것을 특징으로 한다.
And the cooling unit is a water-cooled type using a cooling fluid.

이러한 본 발명에 따른 고방열 파워모듈에 의하면, 상하 양방향의 방열 및 냉각 구조를 통해 파워모듈의 방열 성능을 향상시킴으로써, 출력 성능과, 내구성을 향상시킬 수 있다.According to the high heat dissipation power module according to the present invention, the heat dissipation performance of the power module is improved through the heat dissipation and cooling structure in both the upward and downward directions, thereby improving the output performance and durability.

또한, 본 발명에 따른 고방열 파워모듈에 의하면, 방열 성능의 개선을 통해, 대전력, 고방열의 파워모듈을 구현함으로써, 파워모듈의 열교환 면적을 증가시키기 위한 대형화가 필요 없고, 이를 통해 파워모듈의 소형화가 가능하고, 설계 상의 제한을 줄일 수 있는 효과가 있다.
Further, according to the high heat dissipation power module according to the present invention, by implementing the high power dissipation module with improved heat dissipation performance, there is no need to increase the heat exchange area of the power module, And it is possible to reduce the design limit.

도 1은 본 실시예에 따른 파워모듈의 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 파워모듈을 구성하는 하부방열판의 제조 상태도.
도 3은 파워모듈을 구성하는 상부방열판의 제조 상태도.
도 4는 하부방열판과 상부방열판을 갖춘 파워모듈의 제조 완료 상태도.
도 5는 본 실시예에 따른 파워모듈의 냉각 작용 상태를 나타낸 개념도.1 is a flowchart showing a manufacturing method of a power module according to the embodiment.
2 is a manufacturing state diagram of a lower heat sink constituting a power module.
3 is a manufacturing view of an upper heat sink constituting a power module;
FIG. 4 is a completed state diagram of a power module having a lower heat sink and an upper heat sink; FIG.
5 is a conceptual view illustrating a cooling operation state of the power module according to the embodiment.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.

도 1은 본 실시예에 따른 파워모듈의 제조방법의 순서를 나타낸다.Fig. 1 shows a procedure of a manufacturing method of a power module according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 본 발명의 파워모듈의 제조방법에 따르면, Al소재를 통해 하부방열판을 형성하여, 상부에 안착홈을 형성한다(S101).As shown in the drawing, according to the method of manufacturing a power module of the present invention, a lower heat sink is formed through an Al material to form a seating groove in an upper portion (S101).

그리고, 상기 안착홈에 Ni 도금을 하고(S102), 상기 Ni 도금이 이루어진 금속 도금층의 상부로 AlN(ALUMINUM NITRIDE) 또는 Al203 소재의 절연체를 프린트 한 후(S103), 그 위로 Cu 소재로 이루어진 도체 패턴을 접합하여(S104), 메탈층을 형성토록 한다.Then, the seating groove is plated with Ni (S102), and an AlN (Aluminum Nitride) or Al2O3 insulator is printed on the Ni-plated metal plating layer (S103) (S104) to form a metal layer.

상기 메탈층의 상부로 반도체 칩을 솔더를 통해 접합하여, 상기 안착홈의 내부에 위치되도록 실장시킨다(S105).The semiconductor chip is bonded to the upper portion of the metal layer through the solder, and is mounted so as to be positioned inside the seating groove (S105).

이러한 과정을 도 2를 통해 예시된다.This process is illustrated in FIG.

도시된 바와 같이, 파워모듈을 구성하는 하부방열판이 제조되면, 메탈층(105)은 안착홈(102)과 반도체 칩(110)을 실장하며, 특히 상기 메탈층(105)은 상기 안착홈(102)에 프린팅되는 절연체 프린트(200)와, 상기 절연체 프린트(200)의 상부에 소성 경화에 의해 형성되어 상기 반도체 칩(110)과 접촉을 이루는 도체 패턴(210)으로 구성된다.The metal layer 105 is mounted on the seating groove 102 and the semiconductor chip 110 and the metal layer 105 is mounted on the seating groove 102 And a conductor pattern 210 formed on the insulator print 200 by plastic hardening to make contact with the semiconductor chip 110. The insulator print 200 is printed on the insulator print 200,

상기 반도체 칩(110)은 상기 메탈층(105)의 상부에 솔더(220)를 통해 접합된다.The semiconductor chip 110 is bonded to the upper portion of the metal layer 105 through a solder 220.

상기 절연체 프린트(200)는 ALN(ALUMINUM NITRIDE), AL203 절연체 소재 또는 고열소성 소재로 구성될 수 있으며, 상기 도체 패턴(210)은 Cu 소재로 구성될 수 있다.The insulator print 200 may be composed of ALN (ALUMINUM NITRIDE), AL203 insulator material or high heat plastic material, and the conductor pattern 210 may be made of Cu material.

이로써, 상기 반도체 칩(110)이 실장된 상기 도체 패턴(210)으로 직접 전달된 열이 상기 절연체 프린트(200)와, 상기 하부방열판(100)으로 신속하게 전달되어 방열될 수 있다.The heat transferred directly to the conductor pattern 210 on which the semiconductor chip 110 is mounted can be quickly transferred to the insulator print 200 and the lower heat sink 100 to be dissipated.

특히, 상기 도체 패턴(210)은 상기 반도체 칩(110)의 개수와 동일하게 구성되어 상기 반도체 칩(110)을 실장시키도록 하고, 상기 절연체 프린트(200)는 2개의 도체 패턴(210)을 결합하도록 구성하여, 상기 반도체 칩(110)의 국부적인 온도 상승을 방지하는 동시에, 고른 방열이 이루어지도록 구성될 수 있다.Particularly, the conductor pattern 210 is formed to have the same number as that of the semiconductor chips 110 to mount the semiconductor chip 110, and the insulator print 200 includes two conductor patterns 210 So that local temperature rise of the semiconductor chip 110 can be prevented and uniform heat dissipation can be achieved.

다시, 도 1을 참조하면, 상기 반도체 칩이 실장된 메틸층을 통해 와이어를 본딩하여, 상기 반도체 칩의 전기적 결속을 이룬다(S106).Referring again to FIG. 1, the semiconductor chip is electrically connected to the semiconductor chip by bonding the wire through the mounted methyl layer (S106).

그리고, 상기 반도체 칩의 상부에 부스바를 접합하고, 전기적 결속을 이루도록 한다(S107).Then, the bus bar is joined to the upper portion of the semiconductor chip to form an electrical connection (S107).

그리고, 상기 부스바의 하부로 실리콘을 주입하여, 상기 안착홈 내부의 빈공간이 채운다(S108).Silicon is injected into the lower portion of the bus bar to fill the empty space inside the seating groove (S108).

상기 부스바의 상부로 써멀 패드를 접합하고(S109), 상기 써멀 패드의 상부로 상부방열판을 접합한다(S110).The thermal pad is bonded to the upper portion of the bus bar (S109), and the upper heat sink is joined to the upper portion of the thermal pad (S110).

이러한 과정을 도 3을 통해 예시된다.This process is illustrated in FIG.

도시된 바와 같이, 파워모듈을 구성하는 상부방열판은 하부방열판과 함께 제조되며, 이를 위해 반도체 칩(110)이 실장되는 상기 메탈층(105)으로부터 상기 하부방열판(100)의 양측부로 이어져 단자를 이루도록 하는 리드 프레임(140)을 형성한다.As shown in the figure, the upper heat radiating plate constituting the power module is manufactured together with the lower heat radiating plate. For this purpose, the upper heat radiating plate constituting the power module is connected to both sides of the lower heat sink 100 from the metal layer 105 on which the semiconductor chip 110 is mounted A lead frame 140 is formed.

특히, 상기 리드 프레임(140)은 상기 메탈층(105)에서 상기 반도체 칩(110)이 실장되지 않은 상기 절연체 프린트(200)로부터 이어지도록 구성되는 것이 바람직하다.Particularly, the lead frame 140 is preferably configured to extend from the insulator print 200 in which the semiconductor chip 110 is not mounted in the metal layer 105.

상기 절연체 프린트(200)는 상기 하부방열판(100)의 양측부에 상기 리드 프레임(140)을 설치하여 와이어(150) 본딩 또는 리본 본딩에 의해 전기적으로 결선을 이루도록 구성된다.The insulator print 200 is constructed such that the lead frame 140 is installed on both sides of the lower heat sink 100 and electrically connected by wire 150 bonding or ribbon bonding.

상기 반도체 칩(110)의 상부에는 전류의 입/출력을 위한 부스바(160)가 형성되어, 상기 반도체 칩(110)과 전기적 결선을 이룬다.A bus bar 160 for inputting / outputting a current is formed on the semiconductor chip 110 and electrically connected to the semiconductor chip 110.

그리고, 상기 반도체 칩(110)이 삽입된 상기 안착홈(102)의 내부의 빈 공간은 상기 부스바(160)의 하부로 실리콘을 충진하여, 상기 반도체 칩(110) 및 전기적 결선을 보호하는 실리콘 코팅층(170)이 형성된다.An empty space inside the seating groove 102 into which the semiconductor chip 110 is inserted is filled with silicon at a lower portion of the bus bar 160 to seal the semiconductor chip 110 and the silicon A coating layer 170 is formed.

또한, 상기 부스바(160)의 상부에는 상기 상부방열판(120)과의 사이에 형성되어 절연성과 열전달성을 높이는 써멀 패드(162)를 형성하여, 열전달 구조를 이루도록 구성된다.In addition, a thermal pad 162 is formed on the bus bar 160 so as to improve insulation and thermal conductivity between the upper heat sink 120 and the heat sink 120, thereby forming a heat transfer structure.

다시, 도 1을 참조하면, 마지막으로, 상기 하부방열판과 상기 상부방열판의 냉각핀이 형성된 상, 하부로 냉각부를 설치하여(S111), 파워모듈의 제조가 완료된다.Referring again to FIG. 1, finally, a cooling unit is installed on the upper and lower surfaces of the lower heat sink and the upper heat sink, respectively (S111), and the manufacture of the power module is completed.

도 4는 본 실시예에 따른 제조방법으로 완성된 파워모듈의 구성을 나타낸다.4 shows a configuration of a power module completed by the manufacturing method according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 본 발명의 파워모듈은 하부방열판(100)과, 상기 하부방열판(100)에 안착되는 반도체 칩(110)과, 상기 반도체 칩(110)의 상부를 덮도록 하는 상부방열판(120) 및 상기 하부방열판(100)과 상기 상부방열판(120)을 냉각시키는 냉각부(130)를 포함한다.As shown in the drawing, the power module of the present invention includes a lower heat sink 100, a semiconductor chip 110 mounted on the lower heat sink 100, and an upper heat sink 120 And a cooling unit 130 for cooling the lower heat sink 100 and the upper heat sink 120.

상기 하부방열판(100)은 일정 두께와 길이를 가지도록 구성되어, 파워모듈의 베이스를 이루고, 상부에 안착홈을 형성하여 상기 반도체 칩(110)을 상부로 삽입하여 내부에 안착시킬 수 있도록 구성된다.The lower heat sink 100 is formed to have a predetermined thickness and length to form a base of the power module and a seating groove is formed at an upper portion of the lower heat sink 100 so that the semiconductor chip 110 can be inserted into the upper portion to be seated therein .

그리고, 상기 하부방열판(100)의 하부면에는 상기 반도체 칩(110)으로부터 전달되는 열을 방출하기 위한 다수의 냉각핀(101)이 형성된다.A plurality of cooling fins (101) for emitting heat transmitted from the semiconductor chip (110) are formed on a lower surface of the lower heat sink (100).

이때, 상기 하부방열판(100)은 열전도가 우수한 AL 소재로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 안착홈(102)의 표면은 금속 도금층(103)을 형성하여, 상기 하부방열판(100)이 열에 대한 충분한 내식성과 강도를 가지도록 구성된다.It is preferable that the lower heat sink 100 is formed of an AL material having excellent thermal conductivity and the surface of the seating groove 102 is formed with a metal plating layer 103 so that the lower heat sink 100 has sufficient corrosion resistance And strength.

그리고 상기 금속 도금층(103)이 형성된 상기 안착홈의 표면에 메탈층을 형성하고, 상기 메탈층의 상부에 상기 반도체 칩을 실장시키도록 구성된다.A metal layer is formed on the surface of the seating groove on which the metal plating layer 103 is formed, and the semiconductor chip is mounted on the metal layer.

상기 반도체 칩(110)은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자 또는 다이오드(DIODE) 소자로 구성될 수 있다.The semiconductor chip 110 may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) device or a diode (DIODE) device.

상기 메탈층(105)은 2 이상의 겹층 구조로 이루어져, 상기 반도체 칩(110)이 실장되지 않은 층이 리드 프레임(140)을 형성하고, 상기 리드 프레임(140)은 상기 하부프레임(100)의 양측부로 연장되어 파워모듈의 외부로 단자(142)를 형성한다.The metal layer 105 is formed of two or more layers so that a layer on which the semiconductor chip 110 is not mounted forms a lead frame 140. The lead frame 140 is formed on both sides of the lower frame 100 So that the terminal 142 is formed outside the power module.

그리고, 상기 반도체 칩(110) 간 또는 상기 반도체 칩(110)과 상기 리드 프레임(140)은 와이어(150)로 연결되어 전기적 결선이 이루어진다.The semiconductor chip 110 or the lead frame 140 are connected to each other by a wire 150 to be electrically connected to each other.

또한, 상기 상부방열판(120)은 상기 하부방열판(100)의 상부를 덮어 상기 안착홈(102)에 삽입된 상기 반도체 칩(110)을 밀폐시키도록 하고, 상기 상부방열판(120)의 상부면에는 상기 반도체 칩(110)으로부터 전달되는 열을 방출하기 위한 다수의 냉각핀(121)이 형성된다.The upper heat sink 120 may cover the upper portion of the lower heat sink 100 to seal the semiconductor chip 110 inserted into the seating groove 102 and may be formed on the upper surface of the upper heat sink 120. [ A plurality of cooling fins 121 for emitting heat transmitted from the semiconductor chip 110 are formed.

이때, 상기 상부방열판(120)은 열전도가 우수한 AL 소재로 구성하여 열 방출에 의한 냉각효과를 높이도록 하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the upper heat sink 120 is made of an AL material having excellent thermal conductivity so as to enhance the cooling effect by heat release.

그리고, 상기 냉각부(130)는 상기 하부방열판(100)의 하부면과, 상기 상부방열판(120)의 하부면으로 냉각유체를 투입하여, 상기 하부방열판(100)과, 상기 상부방열판(120)에 각각 형성된 냉각핀(121)의 열교환 작용에 의해 파워모듈의 열을 외부로 방열시키도록 한다.The cooling unit 130 applies a cooling fluid to the lower surface of the lower heat sink 100 and the lower surface of the upper heat sink 120 to cool the lower heat sink 100 and the upper heat sink 120, So that the heat of the power module is dissipated to the outside by the heat exchange action of the cooling fins 121 formed in the heat sinks.

상기 냉각부(130)는 상기 하부방열판(100) 및 상기 상부방열판(120)을 외기에 노출시켜 공기에 의해 열교환이 이루어지는 공랭식 냉각수단 또는 상기 하부방열판(100) 및 상기 상부방열판(120)의 하부와 상부에 각각 냉각수 재킷을 형성하여, 냉각수에 의해 냉각이 이루어지는 수냉식 냉각수단으로 구성될 수 있다.The cooling unit 130 may be an air cooling type cooling means in which the lower heat sink 100 and the upper heat sink 120 are exposed to the outside air and heat is exchanged by air or an air cooling type cooling means in which the lower heat sink 100 and the lower heat sink 120 And a water cooling type cooling means in which a cooling water jacket is formed in the upper portion and the cooling water is cooled by cooling water, respectively.

한편, 도 5는 본 실시예에 따른 파워모듈의 냉각 작용을 나타낸다.5 shows the cooling function of the power module according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 본 발명의 파워모듈에 의하면, 파워모듈의 작동에 의해 상기 반도체 칩(110)에서 발생된 열이 내부의 열전달 구조에 의해서 상기 하부방열판(100)과 상기 상부방열판(120)으로 신속하게 전달될 수 있다.As shown in the drawing, according to the power module of the present invention, the heat generated in the semiconductor chip 110 by the operation of the power module is transferred to the lower heat sink plate 100 and the upper heat sink plate 120 It can be delivered quickly.

그리고, 상기 하부방열판(100) 및 상기 상부방열판(120)의 하부면과, 상부면의 양방향에 형성된 상기 냉각부(130)의 냉각작용으로 신속하게 열을 방출하여 방열효과를 극대화 시키도록 한다.The lower surface of the lower heat sink 100 and the upper surface of the upper heat sink 120 and the cooling function of the cooling part 130 formed on both sides of the upper surface quickly dissipate heat to maximize the heat radiating effect.

이러한 작용에 따르면, 파워모듈의 베이스를 이루는 상기 하부방열판(100)과, 상기 상부방열판(120)의 크기를 줄일 수 있어, 파워모듈의 높은 방열성과 소형화를 동시에 이룰 수 있도록 한다.
According to this operation, the sizes of the lower heat sink 100 and the upper heat sink 120 constituting the base of the power module can be reduced, thereby achieving high heat dissipation and miniaturization of the power module.

100: 하부방열판
101, 121: 냉각핀
102: 안착홈
105: 메탈층
110: 반도체 칩
120: 상부방열판
130: 냉각부
140: 리드 프레임
150: 와이어
160: 부스바
162: 써멀 패드
170: 실리콘 코팅층100: lower heat sink
101, 121: cooling pin
102: seat groove
105: metal layer
110: semiconductor chip
120: upper heat sink
130:
140: Lead frame
150: wire
160: Booth bar
162: Thermal pad
170: silicone coating layer

Claims

Forming a metal layer on a surface of the lower heat sink having a plurality of heat dissipation fins formed on one surface thereof, the surface being not formed with the heat dissipation fin;
Placing a semiconductor chip on the metal layer and forming electrical bonding by wire bonding;
Bonding the bus bar to the semiconductor chip so as to electrically connect the bus bar and filling the top surface of the bus bar with silicon so as to expose the outside of the bus bar;
Bonding the thermal pad to the busbar;
Sealing an upper portion of the silicon with an upper heat sink having a plurality of heat dissipation fins formed on one side and a plurality of heat dissipation fins formed on an upper surface of the upper heat sink using an opposite surface on which the heat dissipation fins are not formed; And
Installing a cooling part on the radiating fin part of the lower heat sink and the radiating fin part of the upper heat sink;
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The method of claim 1, wherein the metal layer is positioned in a seating groove formed in the lower heat sink.

The power module manufacturing method according to claim 2, wherein the metal layer is formed by plating Ni on the surface of the seating groove, printing an insulator, and then joining the conductor pattern.

4. The power module manufacturing method according to claim 3, wherein the insulator is made of any one of AlN (Aluminum Nitride) and Al2O3.

4. The method of claim 3, wherein the conductor pattern is made of a Cu material.

The method of claim 1, wherein the semiconductor chip is bonded to the metal layer by soldering.

The method of claim 1, wherein the thermal pad is in contact with the bus bar and the upper heat sink.

A lower heat sink having a plurality of heat dissipation fins formed on one side thereof and a mounting groove formed on an opposite side where the heat dissipation fin is not formed;
A metal layer having an insulator print and a conductor pattern as a plating layer of the seating groove;
A plurality of semiconductor chips soldered to the metal layer and electrically connected to the conductor patterns by wire bonding;
A bus bar electrically coupling the semiconductor chip and not covered by the silicon filled with the seating groove;
A thermal pad in contact with the bus bar and the upper heat sink to transfer heat;
An upper heat sink covering the seating groove of the lower heat sink to close the semiconductor chip and the bus bar and having a plurality of heat dissipation fins on the opposite side of the lower heat sink;
A cooling unit for cooling the radiating fin part of the lower heat sink and the radiating fin part of the upper heat sink;
And a second heat dissipation module for heating the second heat dissipation module.

The insulator print according to claim 8, wherein the lower heat sink and the upper heat sink are made of an AL material and the semiconductor chip is made of an IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR MODE TRANSISTOR) device or a diode (DIODE) ALUMINUM NITRIDE) or Al2O3, and the conductor pattern is made of a Cu material.

The high heat dissipation power module according to claim 8, wherein the cooling unit is a water-cooling type using a cooling fluid.