KR20150108234A - 전력소자 어셈블리 - Google Patents

전력소자 어셈블리 Download PDF

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김우섭
허민
박홍태
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 전력소자 어셈블리는 개구가 형성된 인쇄회로기판; 상기 개구에 배치되어 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 전력소자; 상기 인쇄회로기판의 하부에 배치된 하우징; 및 상기 인쇄회로기판과 결합되고 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 도전체를 포함한다.

Description

전력소자 어셈블리{ASSEMBLY OF POWER SEMICONDUCTOR}
본 발명은 전력소자 어셈블리에 관한 것으로서, 특히, 전력소자와 PCB의 어셈블리와, 전력소자, PCB 및 도전체의 어셈블리와, 전력소자, PCB 및 하우징의 어셈블리와, 전력소자, PCB, 도전체 및 하우징의 어셈블리에 관한 것이다.
종래의 자동차에 사용되는 저압 배터리 충전기나 컨버터 등에 사용되는 전력소자들은 저전압 대전류의 출력 특성을 가지며, 입력전원으로서 12V, 40V 등이 사용된다.
저전압 대전류 특성을 가진 전력소자들은 결합 방법에 따라 냉각 효율이 크게 차이가 나며, 냉각 효율을 증대시키기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
본 발명은 새로운 구조를 가진 전력소자 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 냉각 효율이 향상된 전력소자 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예에 따른 전력소자 어셈블리는 개구가 형성된 인쇄회로기판; 상기 개구에 배치되어 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 전력소자; 상기 인쇄회로기판의 하부에 배치된 하우징; 및 상기 인쇄회로기판과 결합되고 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 도전체를 포함한다.
본 발명에 따르면 새로운 구조를 가진 전력소자 어셈블리를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 냉각 효율이 향상된 전력소자 어셈블리를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리의 분해사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리의 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리의 단면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력소자 어셈블리의 단면도.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력소자 어셈블리에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리는 인쇄회로기판(10)과, 상기 인쇄회로기판(10)의 개구(11)에 배치되는 전력소자(20)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리는 상기 인쇄회로기판(10) 및 전력소자(20) 아래에 배치되는 하우징(30)을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력소자 어셈블리는 상기 인쇄회로기판(10)과 하우징(30) 사이에 배치되는 도전체(40)와, 상기 인쇄회로기판(10)과 상기 도전체(40)를 결합시키는 결합부재(50)를 더 포함한다.
상기 인쇄회로기판(10)은 대략 사각형의 형태로 형성된 것이 예시될 수 있으며, 상기 인쇄회로기판(10)에는 적어도 하나 이상의 개구(11)가 형성된다. 실시예들에서는 인쇄회로기판(10)에 하나의 개구(11)가 형성되고, 상기 개구(11)에 상기 전력소자(20)가 배치된 것이 예시되어 있으나, 상기 인쇄회로기판(10)에는 다수의 개구(11)가 형성될 수도 있으며, 각각의 개구(11)에 상기 전력소자(20)가 배치될 수 있다. 즉, 상기 개구(11) 및 전력소자(20)의 갯수는 다양하게 변경될 수 있다.
상기 개구(11)는 대략 사각형의 형태로 형성되며, 상기 전력소자(20)가 배치되는 위치를 제공하며, 상기 전력소자(20)에서 방출되는 열이 상기 인쇄회로기판(10)의 상부 및 하부로 용이하게 배출되도록 하는 방열홀의 기능을 할 수도 있다.
상기 전력소자(20)는 예를 들어 반도체 스위치의 기능을 수행할 수 있으며, 외면이 절연물질로 형성되고 내부에 반도체 회로가 실장된 몰드부(21)와, 상기 몰드부(21)의 측면에서 돌출되어 연장된 다수의 다리(22)와, 상기 몰드부(21)의 하부에 배치되는 전극부(23)를 포함할 수 있다.
상기 전극부(23)는 상기 몰드부(21)에 비해 넓은 면적을 가지므로, 상기 몰드부(21)가 상기 전극부(23)의 일부분 위에 형성된 것으로 보여질 수 있다. 상기 전극부(23)는 상기 전력소자(20)의 드레인 전극 역할을 할 수 있다. 상기 몰드부(21)에서 돌출된 다수의 다리(22) 중 하나는 게이트 전극 역할을 할 수 있으며, 다수의 다리(22) 중 나머지는 소스 전극 역할을 할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서 상기 전극부(23)와 다수의 다리(22)는 상기 인쇄회로기판(10)에 전기적으로 연결되어 동작한다.
상기 전력소자(20)는 상기 인쇄회로기판(10)의 개구(11) 내에 배치된다. 즉, 상기 인쇄회로기판(10)과 상기 전력소자(20)의 몰드부(21)는 수평방향에서 오버랩될 수 있다. 상기 몰드부(21)의 일부분은 상기 개구(11)로부터 상기 인쇄회로기판(10)의 상측 방향으로 돌출된다.
상기 전력소자(20)의 전극부(23)는 상기 인쇄회로기판(10)의 하측에 배치되며, 상기 전극부(23)의 일부분의 상면은 상기 인쇄회로기판(10)의 하면과 접촉하여 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 전력소자(20)의 전극부(23)의 일부분은 상기 인쇄회로기판(10)과 수직방향에서 오버랩될 수 있다. 또한, 상기 전력소자(20)의 전극부(23)의 일부분은 상기 인쇄회로기판(10)과 상기 하우징(30) 사이에 배치된다.
상기 전력소자(20)의 다수의 다리(22)는 상기 인쇄회로기판(10)의 개구(11)를 통해 상기 인쇄회로기판(10)의 하면측으로 연장되어 상기 인쇄회로기판(10)의 하면과 접촉하여 전기적으로 연결된다.
상기 전력소자(20)와 상기 인쇄회로기판(10)은 용접, 납땜, 본딩 등의 방법으로 고정될 수 있다.
이와 같이, 상기 전력소자(20)가 상기 인쇄회로기판(10)의 개구(11)에 배치됨에 따라 상기 개구(11)를 통해 용이하게 상하 방향으로 열을 방출할 수 있으므로 방열 효과가 우수한 장점이 있다.
한편, 상기 하우징(30)은 상기 전력소자(20) 및 상기 인쇄회로기판(10)의 하측에 배치된다.
상기 하우징(30)은 배터리 충전기 또는 컨버터 등의 외면을 이루는 부품이 될 수 있다. 또한, 상기 하우징(30)은 냉각을 위한 냉각판이 사용될 수도 있다.
도면에서는 상기 하우징(30)의 하부에 냉각핀(31)이 형성된 것이 예시되어 있으나, 상기 냉각핀(31)은 반드시 형성되는 것은 아니며, 상기 냉각핀의 형태나 갯수는 상이하게 설계될 수 있다.
상기 하우징(30)은 상기 전력소자(20) 또는 인쇄회로기판(10)에서 발생되는 열을 방출하는 역할도 수행한다. 상기 하우징(30)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 전력소자 어셈블리에서 접지의 기능을 수행할 수도 있다.
상기 하우징(30)의 상면, 즉 상기 인쇄회로기판(10)을 대면하는 면은 제1홈부(32)와 제2홈부(33)가 형성된다.
상기 제1홈부(32)는 상기 도전체(40) 및 결합부재(50)의 하측에 형성되며, 상기 제1홈부(32)에 의해 상기 하우징(30)은 상기 도전체(40) 및 결합부재(50)와 이격된다.
상기 제2홈부(33)는 상기 전력소자(20)의 하측에 형성되며, 상기 전력소자(20)의 전극부(23)가 배치되는 공간을 제공함과 동시에 상기 하우징(30)이 상기 전력소자(20)와 이격될 수 있도록 한다.
따라서, 상기 하우징(30)은 상기 전력소자(20), 도전체(40) 및 결합부재(50)와 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 하우징(30)에서 상기 제1홈부(32) 및 제2홈부(33)가 형성되지 않은 부분은 상기 인쇄회로기판(10)과 접촉하여 상기 인쇄회로기판(10)을 지지할 수 있다. 상기 하우징(30)과 상기 인쇄회로기판(10)은 상기 결합부재(50)와 유사한 부재로 체결될 수 있으며, 용접이나 본딩 등의 공정을 통해 상호 결합될 수도 있다.
상기 결합부재(50)는 상기 도전체(40)와 상기 인쇄회로기판(10)이 견고하게 결합될 수 있도록 한다. 예를 들어, 상기 결합부재(50)는 볼트(51)와 너트(52)로 구비될 수 있다. 상기 결합부재(50)는 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 본 발명이 결합부재(50)로서 상기 볼트(51) 및 너트(52)를 한정하는 것은 아니다.
상기 도전체(40)는 상기 결합부재(50)에 의해 체결되어 상기 인쇄회로기판(40)과 결합된다. 상기 도전체(40)는 상기 인쇄회로기판(40)과 전기적으로 연결되며, 상기 인쇄회로기판(40)을 통해 상기 전력소자(20)의 전극부(23)와 전기적으로 연결된다. 상기 도전체(40)는 버스바(busbar)가 될 수 있으며, 그 형태나 종류가 제한되는 것은 아니다. 실시예에서 상기 도전체(40)는 상기 전력소자(20)의 전극부(23)와 직접 접촉하지는 않으나, 변형된 예에 의하면 상기 도전체(40)가 상기 전력소자(20)의 전극부(23)와 직접 접촉하여 전기적으로 연결되도록 하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 상기 인쇄회로기판(10)에는 개구(11)가 형성되어 상기 전력소자(20)가 배치되며, 상기 개구(11)를 통해 상기 전력소자(20)에서 방출된 열이 용이하게 배출할 수 있다.
또한, 상기 하우징(30)의 상면에는 제1홈부(32) 및 제2홈부(33)가 형성되어 상기 전력소자(20) 및 상기 도전체(40)가 배치될 수 있는 공간을 제공함과 동시에 상기 전력소자(20) 및 상기 도전체(40)를 상기 하우징(30)과 전기적으로 분리되도록 하고, 상기 전력소자(20) 및 상기 도전체(40)에서 방출된 열을 용이하게 배출할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력소자 어셈블리의 단면도이다.
도 4의 제2 실시예에 따른 전력소자 어셈블리를 설명함에 있어서 제1 실시예와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 전력소자 어셈블리에서 상기 하우징(30)의 상면에 형성된 제1홈부(32) 및 제2홈부(33)에는 열전달 효과가 있는 절연물질(60)이 형성된다.
상기 절연물질(60)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1홈부(32) 및 제2홈부(33)에 전체적으로 형성될 수 있고, 상기 제1홈부(32) 및 제2홈부(33) 중 상기 전력소자(20), 도전체(40), 결합부재(50)가 배치된 부분에만 부분적으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 절연물질(60)은 상기 제2홈부(33)에만 형성될 수 있고, 또한, 상기 전력소자(20)의 하측에만 형성될 수도 있다. 또한, 상기 절연물질(60)은 절연테이프 또는 절연패드의 형태로 형성될 수도 있다.
상기 절연물질(60)이 상기 제1홈부(32)와 제2홈부(33)에 배치됨에 따라 상기 전력소자(20), 도전체(40), 결합부재(50)는 상기 하우징(30)과 보다 확실하게 전기적으로 분리될 수 있으며, 상기 절연물질(60)을 통해 상기 전력소자(20) 및 도전체(40)에서 방출된 열을 상기 하우징(30)에 전달하여 배출할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 인쇄회로기판, 11: 개구,
20: 전력소자, 30: 하우징,
40: 도전체, 50: 결합부재,
60: 절연물질

Claims (8)

  1. 개구가 형성된 인쇄회로기판;
    상기 개구에 배치되어 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 전력소자;
    상기 인쇄회로기판의 하부에 배치된 하우징; 및
    상기 인쇄회로기판과 결합되고 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 도전체를 포함하는 전력소자 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전력소자는 전극부와, 상기 전극부 상에 형성된 몰드부와, 상기 몰드부에서 돌출된 다수의 다리를 포함하고, 상기 전극부와 다수의 다리는 상기 인쇄회로기판의 하면에 접촉하여 전기적으로 연결되는 전력소자 어셈블리.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전력소자의 몰드부는 상기 인쇄회로기판의 상측으로 돌출된 전력소자 어셈블리.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 도전체가 배치되는 제1홈부가 형성되어 상기 도전체와 전기적으로 분리된 전력소자 어셈블리.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전력소자가 배치되는 제2홈부가 형성되어 상기 전력소자와 전기적으로 분리된 전력소자 어셈블리.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 전력소자 사이에는 절연물질이 형성된 전력소자 어셈블리.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 도전체는 상기 전력소자의 전극부와 직접 접촉하여 전기적으로 연결되는 전력소자 어셈블리.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 전극부는 드레인 전극이고, 상기 다수의 다리는 게이트 전극 및 소스 전극인 전력소자 어셈블리.
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