KR20150089609A - 전력반도체 모듈 - Google Patents

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KR20150089609A
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Abstract

본 발명은 전력반도체 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈은 기판, 상기 기판상에 실장되며, 일면에 터미널 슬롯이 배열형성된 제1,2 히트 스프레더, 상기 제1 히트 스프레더에 실장되어 병렬연결되며, 제2 히트 스프레더와 전기적으로 연결된 전력반도체소자 및 상기 터미널 슬롯에 삽입되는 돌출부가 형성되며, 외부단자를 연결하기 위한 연결단자가 형성된 제1,2 터미널을 포함한다. 따라서 전력반도체 모듈의 방열특성을 향상시킬 수 있으며, 또한 터미널 연결 관련하여 솔더 크랙 또는 박리 등의 신뢰성 문제를 개선할 수 있다.

Description

전력반도체 모듈{POWER SEMICONDUCTOR MODULE}
본 발명은 전력반도체 모듈에 관한 것이다.
전력반도체 모듈에 있어서, 고용량 전력반도체 모듈은 전력반도체소자의 한계로 인해 여러 개의 전력반도체소자를 병렬로 연결하여 사용하고 있다. 즉 (특허문헌 1)을 통해 공개된 전력반도체 모듈에 따르면, 고용량 전력반도체 모듈은 베이스플레이트(Base plate) 위에 다수의 전력반도체소자를 실장하고 병렬로 연결하여 구성함으로써, 고용량의 전류를 용이하게 수용할 수 있음을 개시하고 있다.
그러나 상기 (특허문헌 1)을 포함하여 종래기술에 따른 고용량 전력반도체 모듈은 각 전력반도체소자의 균일한 컨트롤 및 전력반도체소자 간 발열문제 불균형 등으로 인해 극히 한정된 배치 및 한정된 수량으로만 병렬연결하여 사용해야 하는 문제점이 있다.
따라서 이러한 전력반도체소자의 발열문제를 해결하기 위해 일반적으로 사용하는 방열기판 외에 다양한 노력을 기울이고 있으나, 뚜렷한 성과를 이루어내지 못하고 있는 실정이다.
한편 고용량 전력반도체 모듈은 외부단자인 터미널(Terminal)을 연결함에 있어서, 통상적으로 솔더링(Soldering), 초음파 접합(Ultrasonic bonding) 또는 와이어 본딩(Wire bonding) 접합을 이용하고 있으며, 이를 (특허문헌 1) 및 (특허문헌 2)에서 개시하고 있다.
여기서 상기 터미널을 솔더링으로 연결하는 구조는 터미널 접합부의 신뢰성 문제는 물론이고, 터미널 접합시 리플로우(Reflow) 공정을 사용해야 하기 때문에 패키지 단가상승 및 생산성 관리 측면에서 취약하게 될 뿐만 아니라 이 공정 중 다른 접합부의 리멜팅(Remelting) 등의 신뢰성 문제를 야기할 수 있다.
또한 터미널을 초음파 접합하는 구조 역시 앞선 솔더링과 마찬가지로 신뢰성 문제를 야기할 뿐만 아니라 초음파 접합 공정을 위한 별도의 장비 투자가 필요하게 됨으로써, 패키지 공정상 단가상승 등이 발생할 수 있다. 그리고 와이어 본딩 접합으로 터미널을 연결하는 경우에도 와이어 본딩의 대전류 수용 용량의 제한으로 전력반도체 모듈의 정격제한이 있거나 또는 대용량을 흘려주기 위해 많은 와이어 본딩을 해야하기 때문에 이 역시 신뢰성 문제와 패키지 단가상승 등이 발생할 수 있다.
US 2013-0221513 A1 US 2013-0105961 A1
본 발명은 전력반도체 모듈의 효율 증가와 고신뢰성 확보를 위해서 앞서 기술한 전력반도체소자 간 발열문제 및 터미널의 연결 관련 문제를 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면은, 방열특성을 용이하게 향상시킬 수 있도록 히트 스프레더를 사용하고, 또한 터미널의 연결에 접합공정을 삭제하여 신뢰성을 용이하게 향상시킬 수 있도록 한 전력반도체 모듈을 제공하는 데 있다.
상기 관점을 달성하기 위해,
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈은 기판;
상기 기판상에 실장되며, 일면에 터미널 슬롯이 형성된 제1,2 히트 스프레더;
상기 제1 히트 스프레더에 실장되어 병렬연결되며, 제2 히트 스프레더와 전기적으로 연결된 전력반도체소자; 및
상기 터미널 슬롯에 삽입되는 돌출부가 형성되며, 외부단자를 연결하기 위한 연결단자가 형성된 제1,2 터미널;
을 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 제2 히트 스프레더의 터미널 슬롯은 전력반도체소자의 수와 대응하게 형성되며, 제1 히트 스프레더의 터미널 슬롯과 엇갈리게 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 전력반도체소자는 제2 히트 스프레더에 와이어 본딩으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 전력반도체소자는 기판에 와이어 본딩으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 제1 터미널은 전력반도체소자와 기판의 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하기 위해 게이트 윈도우가 형성될 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈은 내부공간이 형성된 하우징;
상기 내부공간에 구비된 기판;
상기 기판상에 실장되며, 터미널 슬롯이 형성된 제1,2 히트 스프레더;
상기 제1 히트 스프레더에 실장되어 배치되며, 제2 히트 스프레더와 전기적으로 연결된 전력반도체소자; 및
상기 터미널 슬롯에 삽입되는 돌출부가 일단에 형성되며, 상기 돌출부의 반대쪽 끝단에 외부단자를 연결하기 위해 하우징의 슬롯에 체결되는 연결단자가 형성된 제1,2 터미널;
을 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 제2 히트 스프레더의 터미널 슬롯은 전력반도체소자의 수와 대응하게 형성되며, 제1 히트 스프레더의 터미널 슬롯과 엇갈리게 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 전력반도체소자는 제2 히트 스프레더에 와이어 본딩으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 전력반도체소자는 기판에 와이어 본딩으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 제1 터미널은 전력반도체소자와 기판의 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하기 위해 게이트 윈도우가 형성될 수 있다.
다른 한편으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈은 내부공간이 형성된 하우징;
상기 내부공간에 배치되는 기판;
상기 기판상에 실장되며, 터미널 슬롯이 형성된 제1,2 메인히트 스프레더;
상기 제1 메인히트 스프레더의 일 측면에 배치되어 기판상에 실장되며, 터미널 슬롯이 형성된 보조히트 스프레더;
상기 제1 메인히트 스프레더에 실장되어 병렬연결되며, 보조히트 스프레더 및 기판과 전기적으로 연결된 전력반도체소자;
상기 제2 메인히트 스프레더에 실장되어 병렬연결되며, 기판과 전기적으로 연결된 전력반도체소자; 및
상기 터미널 슬롯에 삽입되는 돌출부가 일단에 형성되며, 상기 돌출부의 반대쪽 끝단에 외부단자를 연결하기 위해 상기 하우징의 슬롯에 체결되는 연결단자가 형성된 제1,2,3 터미널;
을 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 보조히트 스프레더의 터미널 슬롯은 전력반도체소자의 수와 대응하게 형성되며, 제1 메인히트 스프레더의 터미널 슬롯과 엇갈리게 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 제1 메인히트 스프레더의 전력반도체소자는 보조히트 스프레더 및 기판과 와이어 본딩으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 제2 메인히트 스프레더의 전력반도체소자는 기판과 와이어 본딩으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈에 있어서, 상기 제1 터미널은 제2 메인히트 스프레더의 전력반도체소자와 기판의 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하기 위해 게이트 윈도우가 형성될 수 있다.
이러한 해결 수단들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력반도체 모듈을 나타내 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력반도체 모듈을 나타내 보인 평면도.
도 3 및 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력반도체 모듈을 나타내 보인 사시도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력반도체 모듈을 나타내 보인 평면도.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력반도체 모듈을 나타내 보인 평면도.
본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어 지는 이하의 구체적인 내용과 실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈은 히트 스프레더(Heat Spreader)를 이용함과 동시에 터미널(Terminal)의 연결에 솔더리스(Solderless) 구조를 적용함으로써, 전력반도체 모듈의 방열특성을 향상시킬 수 있으며, 또한 신뢰성적 측면에서 향상효과가 있다.
즉 상기 전력반도체 모듈에 대한 시장의 요구는 더욱 다기능, 소형화되고 있으며, 이에 따른 전자부품의 발열문제는 전체적인 성능을 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있다. 특히 고용량 전력반도체 모듈의 경우, 메인 애플리케이션(Main Application) 분야가 전장/산업분야에 집중되어 있어 환경 신뢰성 및 구동 신뢰성을 포함하는 모듈의 신뢰성은 매우 중요한 문제 중에 하나로 인식되고 있다.
이에 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력반도체 모듈은 방열특성을 높이고자 히트 스프레더(Heat Spreader)를 사용하는 것이며, 또한 솔더링(Soldering)으로 대표되는 접합공정을 삭제하기 위하여 외부단자인 터미널을 연결함에 있어서, 상기 히트 스프레더에 슬롯(Slot)을 형성하고, 터미널에 돌출부를 형성하여 삽입하거나 이들을 강제 압입(Press-Fit)하는 방법을 통해 솔더리스(Solderless) 구조를 적용하는 것이다.
따라서 상기 터미널 연결 관련하여 솔더 크랙(Solder crack) 또는 박리(Delamination) 등의 신뢰성 문제를 개선할 수 있으며, 또한 이를 위한 리플로우(Reflow) 공정의 삭제가 가능함으로써, 결과적으로 패키지 공정의 단가감소와 생산성 관리를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 상기 리플로우 공정 중 다이 어태치(Die Attach) 재료들의 리멜팅(Remelting)에 의한 수율 저하 및 신뢰성 문제를 개선할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 2에서 보듯이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력반도체 모듈(100)은 MOSFET, IGBT, FRD 등을 포함하는 4개의 대용량 전력반도체소자(Power device)를 병렬연결한 구성으로서, 측면에 3개의 터미널 슬롯(Terminal slot)이 형성되어 있는 히트 스프레더(Heat Spreader) 위에 상기 전력반도체소자(101)가 실장되어 배치된다.
상기 전력반도체소자(101)는 소스부(Source part)가 상기 히트 스프레더의 일 측면에 배치되는 또 다른 히트 스프레더에 전기적으로 연결되며, 게이트 시그널 단자(Gate signal terminal)의 경우, 기판(PCB)상의 패턴(Pattern)에 전기적으로 연결된다. 이러한 전기적 연결에는 일례로써, 와이어 본딩(Wire Bonding)을 이용하게 된다.
여기서 상기 히트 스프레더와 또 다른 히트 스프레더는 동일한 용어로 인한 혼동을 방지코자 각각 제1 히트 스프레더(120)와 제2 히트 스프레더(130)로 구분함을 밝혀둔다. 그리고 상기 제2 히트 스프레더(130)는 측면에 전력반도체소자(101)의 수와 동일한 4개의 터미널 슬롯(102)이 형성되어 제1 히트 스프레더(120)의 터미널 슬롯(102)과 엇갈리게 배치된다.
또한 상기 기판(110)은 제1,2 히트 스프레더(120)(130)가 실장되는 패턴을 각각 제1,2 패턴(111)(112)으로 지칭하고, 또한 전력반도체소자(101)의 게이트 시그널 단자가 전기적으로 연결되는 패턴을 제3 패턴(113)으로 지칭하게 된다. 이러한 제1,2,3 패턴(111)(112)(113)은 기판(110)의 상부에 각기 분리 형성된다.
도 3 내지 4에서 보듯이, 실장공정(Die Attach)과 와이어 본딩(Wire Bonding)이 완료된 전력반도체 모듈(100)은 외부단자로써, 터미널(Terminal)이 연결된다. 상기 터미널은 앞서 설명한 바와 같이, 솔더리스(Solderless) 구조를 적용하여 연결된다.
즉 상기 터미널은 제1,2 히트 스프레더(120)(130)에 형성된 터미널 슬롯(102)에 삽입되는 돌출부(103)가 하단에 배열 형성되며, 저항을 낮춰 대용량의 전류를 용이하게 수용할 수 있도록 면적을 최대화하여 형성하게 된다. 그리고 상기 돌출부(103)의 반대쪽 끝단, 즉 도면상 상단에는 외부단자를 연결하기 위한 연결단자(104)가 형성된다.
여기서 상기 터미널은 제1 히트 스프레더(120)의 일 측면에 배치되어 상기 제1 히트 스프레더(120)의 터미널 슬롯(102)에 돌출부(103)가 삽입되는 제1 터미널(140)과 제2 히트 스프레더(130)의 일 측면에 배치되어 제2 히트 스프레더(130)의 터미널 슬롯(102)에 돌출부(103)가 삽입되는 제2 터미널(141)로 구성된다.
즉 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력반도체 모듈(100)은 전력반도체소자(101)가 실장되어 있는 제1 히트 스프레더(120)에 제1 터미널(140)을 체결하여 결합하고, 제2 히트 스프레더(130)에 제2 터미널(141)을 체결하여 결합함으로써, 용이하게 구성되며, 이때의 상기 결합은 터미널 슬롯(102)에 돌출부(103)를 삽입하는 직접 연결하는 방법을 적용하나, 이 외에 강제 압입(Press Fit) 방법을 사용할 수 있다.
한편 상기 제1 터미널(140)은 하단에 게이트 윈도우(Gate Window)가 형성된다. 즉 상기 제1 터미널(140)에 게이트 윈도우(140a)를 형성함으로써, 제3 패턴(113)과 전력반도체소자(101)를 전기적으로 연결하는 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하게 되며, 회로설계에 있어서 기생 임피던스(Parasitic Impedance) 설계에 패턴(Pattern)으로 활용할 수 있게 된다.
도 5에서 보듯이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력반도체 모듈(200)은 MOSFET, IGBT, FRD 등을 포함하는 4개의 대용량 전력반도체소자(Power device)를 병렬연결한 구성으로서, 일면에 3개의 터미널 슬롯(Terminal slot)이 형성되어 있는 히트 스프레더(Heat Spreader) 위에 실장되어 배치된다.
상기 전력반도체소자(201)는 소스부(Source part)가 상기 히트 스프레더의 일 측면에 배치되는 또 다른 히트 스프레더에 전기적으로 연결되며, 게이트 시그널 단자(Gate signal terminal)의 경우, 하우징(Housing)의 내부공간(200b)에 배치되는 기판(PCB)상의 패턴(Pattern)에 전기적으로 연결된다. 이러한 전기적 연결에는 일례로써, 와이어 본딩(Wire Bonding)을 이용하게 된다.
여기서 상기 히트 스프레더와 또 다른 히트 스프레더는 동일한 용어로 인한 혼동을 방지코자 각각 제1 히트 스프레더(220)와 제2 히트 스프레더(230)로 구분함을 밝혀둔다. 그리고 상기 제2 히트 스프레더(230)는 일면에 전력반도체소자(201)의 수와 동일한 4개의 터미널 슬롯(202)이 형성되어 제1 히트 스프레더(220)의 터미널 슬롯(202)과 엇갈리게 배치된다.
또한 상기 기판(210)은 제1,2 히트 스프레더(220)(230)가 실장되는 패턴을 각각 제1,2 패턴(211)(212)으로 지칭하고, 또한 전력반도체소자(201)의 게이트 시그널 단자가 전기적으로 연결되는 패턴을 제3 패턴(213)으로 지칭하게 된다. 이러한 제1,2,3 패턴(211)(212)(213)은 기판(210)에 각기 분리 형성된다.
이러한 실장공정(Die Attach)과 와이어 본딩(Wire Bonding)이 완료된 전력반도체 모듈(200)은 외부단자로써, 터미널(Terminal)이 연결된다. 상기 터미널은 앞서 설명한 바와 같이, 솔더리스(Solderless) 구조를 적용하여 연결된다.
즉 상기 터미널은 제1,2 히트 스프레더(220)(230)에 형성된 터미널 슬롯(202)에 삽입되는 돌출부(203)가 형성되며, 저항을 낮춰 대용량의 전류를 용이하게 수용할 수 있도록 면적을 최대화하여 형성하게 된다. 여기서 상기 터미널은 제1 히트 스프레더(220)의 일측에 배치되어 상기 제1 히트 스프레더(220)의 터미널 슬롯(202)에 돌출부(203)가 삽입되는 제1 터미널(240)과 제2 히트 스프레더(230)의 일측에 배치되어 제1,2 히트 스프레더(220)(230)의 터미널 슬롯(202)에 돌출부(203)가 삽입되는 제2 터미널(241)로 구성된다.
따라서 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력반도체 모듈(200)은 전력반도체소자(201)가 실장되어 있는 제1 히트 스프레더(220)에 제1 터미널(240)을 체결하여 결합하고, 제2 히트 스프레더(230)에 제2 터미널(241)을 체결하여 결합함으로써, 용이하게 구성되며, 이때의 상기 결합은 터미널 슬롯(202)에 돌출부(203)를 삽입하는 직접 연결하는 방법을 적용하나, 이 외에 강제 압입(Press Fit) 방법을 사용할 수 있다.
이러한 제1,2 터미널(240)(241)은 외부단자를 연결하기 위해 끝단에 연결단자(204)가 형성되어 하우징(200a)에 형성된 슬롯(Housing Slot)에 체결된다. 상기 연결단자(204)는 하우징(200a)의 슬롯(200c)에 삽입하여 체결하게 되며, 이러한 삽입시 기계적 결합 방법뿐만 아니라 접착제를 사용하여 고정할 수 있다.
한편 상기 제1 터미널(240)은 제3 패턴(213)과 와이어 본딩으로 전기적으로 연결된 전력반도체소자(201)와의 간섭을 막기 위해 게이트 윈도우(Gate Window)가 형성된다. 즉 상기 제1 터미널(240)의 일단에 게이트 윈도우(240a)를 형성함으로써, 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하게 되며, 회로설계에 있어서 기생 임피던스(Parasitic Impedance) 설계에 패턴(Pattern)으로 활용할 수 있게 된다.
도 6에서 보듯이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력반도체 모듈(300)은 MOSFET, IGBT, FRD 등을 포함하는 4개의 대용량 전력반도체소자(Power device)를 메인히트 스프레더(Main Heat Spreader) 위에 실장하고 병렬연결하게 된다. 그리고 추가로 4개의 대용량 전력반도체소자(301)를 또 다른 메인히트 스프레더 위에 실장하고 병렬연결하여 구성하게 된다.
여기서 상기 메인히트 스프레더와 또 다른 메인히트 스프레더는 용어로 인한 혼동을 방지코자 각각 제1 메인히트 스프레더(320)와 제2 메인히트 스프레더(321)로 구분하여 지칭하게 되는데, 각각의 제1,2 메인히트 스프레더(320)(321)의 일면에는 터미널 슬롯(302)이 형성된다.
상기 제1 메인히트 스프레더(320)의 전력반도체소자(301)는 소스부(Source part)가 상기 제1 메인히트 스프레더(320)의 일측에 배치되는 보조히트 스프레더(322)에 전기적으로 연결되며, 게이트 시그널 단자(Gate signal terminal)의 경우, 하우징(Housing)의 내부공간(300b)에 배치되는 기판(PCB)상의 패턴(Pattern)에 전기적으로 연결된다. 상기 보조히트 스프레더(322)는 일면에 상기 전력반도체소자(301)의 수와 대응하도록 4개의 터미널 슬롯(302)을 형성되어 제1 메인히트 스프레더(320)의 터미널 슬롯(302)과 엇갈리게 배치된다.
한편 제2 메인히트 스프레더(321)의 전력반도체소자(301)는 소스부가 상기 제1 메인히트 스프레더(320)가 실장되어 있는 기판(310)의 패턴에 전기적으로 연결되며, 게이트 시그널 단자의 경우, 상기 제2 메인히트 스프레더(321)의 일측에 형성되는 기판(310)상의 패턴에 전기적으로 연결되며, 일례로써, 와이어 본딩(Wire Bonding)을 이용하여 연결하게 된다.
여기서 상기 기판(310)에 형성되는 패턴(Pattern)은 제1,2 메인히트 스프레더(331)가 실장되는 패턴을 각각 제1,2 패턴(311)(312)으로 지칭하고, 또한 상기 제1 메인히트 스프레더(320)의 전력반도체소자(301)가 연결되는 패턴을 제3 패턴(313)으로 지칭하며, 제2 메인히트 스프레더(321)의 전력반도체소자(301)가 연결되는 패턴을 제4 패턴(314)으로 지칭하게 된다. 그리고 보조히트 스프레더(322)가 실장되는 패턴을 제5 패턴(315)으로 지칭하게 되는데, 상기 제1,2,3,4,5 패턴(311)(312)(313)(314)(315)은 기판(310)에 각기 분리 형성된다.
이러한 실장공정(Die Attach)과 와이어 본딩(Wire Bonding)이 완료된 전력반도체 모듈(300)은 외부단자로써, 터미널(Terminal)이 연결된다. 상기 터미널은 앞서 설명한 바와 같이, 솔더리스(Solderless) 구조를 적용하여 연결된다.
즉 상기 터미널은 제1,2 메인히트 스프레더(320)(321) 및 보조히트 스프레더(322)에 형성된 터미널 슬롯(302)에 삽입되는 돌출부(303)가 배열 형성되며, 저항을 낮춰 대용량의 전류를 용이하게 수용할 수 있도록 면적을 최대화하여 형성하게 된다.
여기서 상기 터미널은 제2 메인히트 스프레더(321)의 일측에 배치되어 상기 제2 메인히트 스프레더(321)의 터미널 슬롯(302)에 돌출부(303)가 삽입되는 제1 터미널(340), 제1 메인히트 스프레더(320)의 일측에 배치되어 상기 제1 메인히트 스프레더(320)의 터미널 슬롯(302)에 돌출부(303)가 삽입되는 제2 터미널(341) 및 보조히트 스프레더(322)의 터미널 슬롯(302)에 돌출부(303)가 삽입되는 제3 터미널(342)로 구성된다. 상기 제1,2,3 터미널(340)(341)(342)은 각각 P단 터미널, Out단 터미널 및 N단 터미널로 해석 가능하다.
즉 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력반도체 모듈(300)은 제2 메인히트 스프레더(321)에 제1 터미널(340)을 체결하여 결합하고, 제1 메인히트 스프레더(320)에 제2 터미널(341)을 체결하여 결합한 후 보조히트 스프레더(322)에 제3 터미널(342)을 체결하여 결합함으로써, 용이하게 구성되며, 이때의 상기 결합은 터미널 슬롯(302)에 돌출부(303)를 삽입하는 직접 연결하는 방법을 적용하나, 이 외에 강제 압입(Press Fit) 방법을 사용할 수 있다.
이러한 제1,2,3 터미널(340)(341)(342)은 외부단자를 연결하기 위해 끝단에 각각 연결단자(304)가 형성되어 하우징(300a)에 형성된 슬롯(Housing Slot)에 체결된다. 상기 연결단자(304)는 하우징(300a)의 슬롯(300c)에 삽입하여 체결되며, 이러한 삽입시 기계적 결합 방법뿐만 아니라 접착제를 사용하여 고정할 수 있다.
한편 상기 제1 터미널(340)은 일단에 게이트 윈도우(Gate Window)가 형성된다. 즉 상기 제1 터미널(340)에 게이트 윈도우(340a)를 형성함으로써, 제4 패턴(314)과 제2 메인히트 스프레더(321)의 전력반도체소자(301)를 연결하는 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하게 되며, 회로설계에 있어서 기생 임피던스(Parasitic Impedance) 설계에 패턴(Pattern)으로 활용할 수 있게 된다.
따라서 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력반도체 모듈(300)에 따르면, 제1,2 메인히트 스프레더(320)(321)에 각기 병렬된 전력반도체소자(High Side/ Low Side)를 연결함에 있어서 방열특성 등의 개선 외에도 전체적인 사이즈축소와 임피던스(Impedance) 저감이라는 부가적인 효과가 있다.
이상 본 발명을 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전력반도체 모듈은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100, 200, 300 - 전력반도체 모듈
101, 201, 301 - 전력반도체소자
102, 202, 302 - 터미널 슬롯
103, 203, 303 - 돌출부
104, 204, 304 - 연결단자
110, 210, 310 - 기판
111, 211, 311 - 제1 패턴
112, 212, 312 - 제2 패턴
113, 213, 313 - 제3 패턴
120, 220 - 제1 히트 스프레더
130, 230 - 제2 히트 스프레더
140, 240, 340 - 제1 터미널
140a, 240a, 340a - 게이트 윈도우
141, 241, 341 - 제2 터미널
200a, 300a - 하우징
200b, 300b - 내부공간
200c, 300c - 하우징의 슬롯
314 - 제4 패턴
315 - 제5 패턴
320 - 제1 메인히트 스프레더
321 - 제2 메인히트 스프레더
322 - 보조히트 스프레더
342 - 제3 터미널

Claims (15)

  1. 기판(PCB);
    상기 기판상에 실장되며, 일면에 터미널 슬롯(Terminal slot)이 배열형성된 제1,2 히트 스프레더(Heat Spreader);
    상기 제1 히트 스프레더에 실장되어 병렬연결되며, 제2 히트 스프레더와 전기적으로 연결된 전력반도체소자(Power device); 및
    상기 터미널 슬롯에 삽입되는 돌출부가 형성되며, 외부단자를 연결하기 위한 연결단자가 형성된 제1,2 터미널(Terminal);
    을 포함하는 전력반도체 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 히트 스프레더의 터미널 슬롯은 전력반도체소자의 수와 대응하게 형성되며, 제1 히트 스프레더의 터미널 슬롯과 엇갈리게 배치된 전력반도체 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력반도체소자는 제2 히트 스프레더에 와이어 본딩(Wire Bonding)으로 연결된 전력반도체 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력반도체소자는 기판에 와이어 본딩(Wire Bonding)으로 연결된 전력반도체 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 터미널은 전력반도체소자와 기판의 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하기 위해 게이트 윈도우(Gate Window)가 형성된 전력반도체 모듈.
  6. 내부공간이 형성된 하우징(Housing);
    상기 내부공간에 배치된 기판(PCB);
    상기 기판상에 실장되며, 일면에 터미널 슬롯(Terminal slot)이 배열형성된 제1,2 히트 스프레더(Heat Spreader);
    상기 제1 히트 스프레더에 실장되어 병렬연결되며, 제2 히트 스프레더와 전기적으로 연결된 전력반도체소자(Power device); 및
    상기 터미널 슬롯에 삽입되는 돌출부가 일단에 형성되며, 상기 돌출부의 반대쪽 끝단에 외부단자를 연결하기 위해 상기 하우징의 슬롯(Housing slot)에 체결되는 연결단자가 형성된 제1,2 터미널(Terminal);
    을 포함하는 전력반도체 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 히트 스프레더의 터미널 슬롯은 전력반도체소자의 수와 대응하게 형성되며, 제1 히트 스프레더의 터미널 슬롯과 엇갈리게 배치된 전력반도체 모듈.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 전력반도체소자는 제2 히트 스프레더에 와이어 본딩(Wire Bonding)으로 연결된 전력반도체 모듈.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 전력반도체소자는 기판에 와이어 본딩(Wire Bonding)으로 연결된 전력반도체 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 터미널은 전력반도체소자와 기판의 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하기 위해 게이트 윈도우(Gate Window)가 형성된 전력반도체 모듈.
  11. 내부공간이 형성된 하우징(Housing);
    상기 내부공간에 배치되는 기판(PCB);
    상기 기판상에 실장되며, 일면에 터미널 슬롯(Terminal slot)이 배열형성된 제1,2 메인히트 스프레더(Main Heat Spreader);
    상기 제1 메인히트 스프레더의 일측에 배치되어 기판상에 실장되며, 터미널 슬롯이 형성된 보조히트 스프레더(Sub Heat Spreader);
    상기 제1 메인히트 스프레더에 실장되어 병렬연결되며, 보조히트 스프레더 및 기판과 전기적으로 연결된 전력반도체소자(Power device);
    상기 제2 메인히트 스프레더에 실장되어 병렬연결되며, 기판과 전기적으로 연결된 전력반도체소자(Power device); 및
    상기 터미널 슬롯에 삽입되는 돌출부가 일단에 형성되며, 상기 돌출부의 반대쪽 끝단에 외부단자를 연결하기 위해 상기 하우징의 슬롯(Housing slot)에 체결되는 연결단자가 형성된 제1,2,3 터미널(Terminal);
    을 포함하는 전력반도체 모듈.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 보조히트 스프레더의 터미널 슬롯은 전력반도체소자의 수와 대응하게 형성되며, 제1 메인히트 스프레더의 터미널 슬롯과 엇갈리게 배치된 전력반도체 모듈.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 메인히트 스프레더의 전력반도체소자는 보조히트 스프레더 및 기판과 와이어 본딩(Wire Bonding)으로 연결된 전력반도체 모듈.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 메인히트 스프레더의 전력반도체소자는 기판과 와이어 본딩(Wire Bonding)으로 연결된 전력반도체 모듈.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 터미널은 제1 메인히트 스프레더의 전력반도체소자와 기판의 와이어 본딩으로 인한 간섭을 방지하기 위해 게이트 윈도우(Gate Window)가 형성된 전력반도체 모듈.
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