KR20190040425A - Power module package - Google Patents

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KR20190040425A
KR20190040425A KR1020170129186A KR20170129186A KR20190040425A KR 20190040425 A KR20190040425 A KR 20190040425A KR 1020170129186 A KR1020170129186 A KR 1020170129186A KR 20170129186 A KR20170129186 A KR 20170129186A KR 20190040425 A KR20190040425 A KR 20190040425A
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엘지전자 주식회사
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    • H05K7/20945—Thermal management, e.g. inverter temperature control

Abstract

According to an embodiment of the present invention, a power module package comprises: a switching module including a substrate, a switching device formed on the substrate, and a thermistor formed on the substrate to be connected to the substrate; a heat sink coupled to the switching module to absorb heat generated in the switching device; a temperature calculating module for calculating a first junction temperature of the switching device based on a resistance of the thermistor and calculating a second junction temperature of the switching device based on a temperature of the heat sink; and a coupling diagnosing module for comparing a difference value between the first junction temperature and the second junction temperature with a preset value to diagnose a coupling state between the switching module and the heat sink.

Description

전력 모듈 패키지{Power module package}A power module package

본 발명은 스위칭 모듈에 포함된 서미스터의 온도에 기초하여 산출된 스위칭 소자의 정션 온도와, 스위칭 모듈에 체결된 히트 싱크의 온도에 기초하여 산출된 스위칭 소자의 정션 온도를 비교하여, 전력 모듈 패키지 내의 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단하는 전력 모듈 패키지에 관한 것이다.The present invention compares the junction temperature of the switching element calculated based on the junction temperature of the switching element calculated based on the temperature of the thermistor included in the switching module and the temperature of the heat sink coupled to the switching module, And a power module package for diagnosing a state of engagement between the switching module and the heat sink.

도 1은 종래 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a switching element constituting a conventional inverter.

도 1을 참조하면, 인버터는 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')를 포함한다. 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')는 턴 온 및 턴 오프 동작을 수행하여 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터(M)에 제공한다.Referring to FIG. 1, the inverter includes a plurality of switching elements S1 to S3, S1 'to S3'. The plurality of switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' perform turn-on and turn-off operations to convert the DC power source to a three-phase AC power source and provide the same to the motor M.

스위칭 소자가 턴 온 및 턴 오프 동작을 반복적으로 수행하여 전력을 변환할 때, 해당 스위칭 소자에는 전력 변환에 따른 손실이 발생하고, 이와 같은 전력 손실은 열로 방출되어 스위칭 소자의 온도는 상승하게 된다.When the switching element repeatedly performs the turn-on and turn-off operations to convert power, a loss due to power conversion occurs in the switching element, and the power loss is released as heat, so that the temperature of the switching element is increased.

스위칭 소자는 일정 범위의 온도 내에서 정상적으로 동작하므로, 스위칭 소자의 온도를 낮추기 위하여 히트 싱크(heat sink)가 이용된다.Since the switching device operates normally within a certain range of temperatures, a heat sink is used to lower the temperature of the switching device.

스위칭 소자는 스위칭 모듈의 기판상에 형성되는데, 히트 싱크는 스위칭 모듈과 체결되어 스위칭 소자에서 발생하는 열을 흡수한다. 즉, 스위칭 소자에서 발생하는 열은 히트 싱크로 전달된다.The switching element is formed on the substrate of the switching module, and the heat sink is coupled with the switching module to absorb the heat generated in the switching element. That is, the heat generated in the switching element is transmitted to the heat sink.

이 때, 스위칭 소자와 히트 싱크 간의 열전도를 증가시키기 위해 스위칭 모듈과 히트 싱크가 체결되는 부분에 서멀 그리스(thermal grease) 등의 열전도성이 높은 물질이 도포된다.At this time, in order to increase the heat conduction between the switching element and the heat sink, a material having high thermal conductivity such as thermal grease is applied to a portion where the switching module and the heat sink are fastened.

그러나, 스위칭 모듈과 히트 싱크가 체결되는 부분에 서멀 그리스가 일정하게 도포되지 않거나, 서멀 그리스에 이물질이 들어가거나, 스위칭 모듈과 히트 싱크간의 체결 상태가 불량인 경우, 히트 싱크의 방열 성능은 급격히 낮아진다.However, when the thermal grease is not uniformly applied to the portion where the switching module and the heat sink are fastened, foreign matter enters the thermal grease, or the fastening state between the switching module and the heat sink is poor, the heat radiation performance of the heat sink is drastically reduced .

종래에는, 스위칭 모듈과 히트 싱크간의 체결 상태를 진단하는 방법이 존재하지 않아, 스위칭 소자가 과열되는 문제점이 발생하고, 과열된 스위칭 소자를 지속적으로 구동함에 따라 인버터를 포함하는 전체 시스템에 장애가 발생하는 문제점이 있다.Conventionally, there is no method for diagnosing the state of engagement between the switching module and the heat sink, and there arises a problem that the switching element is overheated, and when the overheated switching element is continuously driven, a failure occurs in the entire system including the inverter There is a problem.

이에 따라, 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 미리 파악하고, 체결 상태가 불량인 경우 스위칭 소자의 구동을 중지할 수 있는 방법이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a method of grasping the state of engagement between the switching module and the heat sink in advance, and stopping the driving of the switching element when the state of engagement is poor.

본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단하는 전력 모듈 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a power module package for diagnosing a state of engagement between a switching module and a heat sink.

또한, 본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태가 불량이면 스위칭 소자의 구동을 중단하는 전력 모듈 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a power module package that stops the driving of the switching element if the state of engagement between the switching module and the heat sink is poor.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description and more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

본 발명은 스위칭 모듈에 포함된 서미스터의 온도에 기초하여 산출된 스위칭 소자의 제1 정션 온도와, 스위칭 모듈에 체결된 히트 싱크의 온도에 기초하여 산출된 스위칭 소자의 제2 정션 온도를 비교함으로써, 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단할 수 있다.The present invention compares the first junction temperature of the switching element calculated based on the temperature of the thermistor included in the switching module with the second junction temperature of the switching element calculated based on the temperature of the heat sink coupled to the switching module, The connection state between the switching module and the heat sink can be diagnosed.

또한, 본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태가 불량이면 스위칭 소자에 제공되는 PWM 신호를 차단함으로써, 스위칭 소자의 구동을 중단할 수 있다.In addition, the present invention can interrupt the PWM signal provided to the switching device if the state of engagement between the switching module and the heat sink is poor, thereby stopping the driving of the switching device.

본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단함으로써, 체결 불량으로 인한 스위칭 소자의 과열을 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect of preventing the overheat of the switching element due to the failure of fastening by diagnosing the fastening state between the switching module and the heat sink.

또한, 본 발명은 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태가 불량이면 스위칭 소자의 구동을 중단함으로써, 체결 불량으로 인해 발생하는 전체 시스템 장애를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, when the fastening state between the switching module and the heat sink is poor, the driving of the switching device is interrupted, thereby preventing the entire system trouble caused by the poor connection.

도 1은 종래 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 스위칭 모듈 및 히트 싱크의 구조를 도시한 도면.
도 4는 스위칭 모듈이 구동될 때 측정 위치에 따른 온도를 도시한 그래프.
도 5 및 도 6은 각각 서모커플 및 적외선 카메라를 이용하여 스위칭 소자의 정션 온도를 실측하는 모습을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지의 체결 상태 진단 방법을 도시한 순서도.1 is a circuit diagram showing a switching element constituting a conventional inverter;
2 illustrates a power module package in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a structure of the switching module and the heat sink shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a graph showing a temperature according to a measurement position when the switching module is driven. FIG.
FIGS. 5 and 6 are views showing the junction temperature of the switching device measured using a thermocouple and an infrared camera, respectively. FIG.
7 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a fastening state of a power module package according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings, which are not intended to limit the scope of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to denote the same or similar elements.

본 발명은 인버터를 구성하는 전력 모듈 패키지에 관한 것으로서, 패키지 내의 스위칭 모듈과 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단하기 위한 전력 모듈 패키지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power module package constituting an inverter, and a power module package for diagnosing a fastening state between a switching module and a heat sink in a package.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a power module package according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.

도 1은 종래 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 도시한 회로도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 스위칭 모듈 및 히트 싱크의 구조를 도시한 도면이다.1 is a circuit diagram showing a switching element constituting a conventional inverter. FIG. 2 is a view illustrating a power module package according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view illustrating the structure of the switching module and the heat sink shown in FIG.

또한, 도 4는 스위칭 모듈이 구동될 때 측정 위치에 따른 온도를 도시한 그래프이고, 도 5 및 도 6은 각각 서모커플 및 적외선 카메라를 이용하여 스위칭 소자의 정션 온도를 실측하는 모습을 도시한 도면이다.4 is a graph showing the temperature according to the measurement position when the switching module is driven, and FIGS. 5 and 6 are views showing a state where the junction temperature of the switching device is measured using a thermocouple and an infrared camera, respectively to be.

도 1에 도시된 인버터의 회로도를 참조하면 인버터는 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')를 포함할 수 있고, 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')는 3상 교류 전원을 생성하여 모터(M)에 제공할 수 있다.Referring to the circuit diagram of the inverter shown in FIG. 1, the inverter may include a plurality of switching elements S1 to S3, S1 'to S3', and a plurality of switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' A three-phase AC power source can be generated and provided to the motor M.

이를 위해 복수의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')는 각 상에 대한 쌍으로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 총 6개의 스위칭 소자는 U상에 대한 한 쌍의 스위칭 소자(S1, S1')와 V상에 대한 한 쌍의 스위칭 소자(S2, S2')와 W상에 대한 한 쌍의 스위칭 소자(S3, S3')를 포함할 수 있다.To this end, a plurality of switching elements (S1 to S3, S1 'to S3') may be constituted in pairs for each phase. More specifically, a total of six switching elements shown in FIG. 1 include a pair of switching elements S1 and S1 'for the U phase, a pair of switching elements S2 and S2' for the V phase, And may include a pair of switching elements S3 and S3 '.

각각의 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3')는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 따라 턴 온 및 턴 오프 동작을 수행하여 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환할 수 있다.Each of the switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' can perform a turn-on and turn-off operation according to a pulse width modulation (PWM) signal to convert a DC power source into a three-phase AC power source .

스위칭 소자가 턴 온 및 턴 오프 동작을 반복 수행하면, 해당 스위칭 소자에는 전력 손실이 발생하고, 이러한 전력 손실은 열로 방출될 수 있다. 스위칭 소자는 일정 범위의 온도 내에서 정상 동작하므로, 스위칭 소자의 온도가 동작 가능한 최대 온도를 초과하지 않도록 히트 싱크(heat sink)가 이용될 수 있다.When the switching element repeats turn-on and turn-off operations, a power loss occurs in the switching element, and such power loss can be released as heat. Since the switching device operates normally within a certain range of temperatures, a heat sink can be used so that the temperature of the switching device does not exceed the maximum temperature at which it can operate.

한편, 본 발명에서 스위칭 소자는 턴 온 및 턴 오프 동작을 수행하는 임의의 반도체 소자를 포함할 수 있고, 예를 들어, 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등일 수 있다.In the present invention, the switching device may include any semiconductor device that performs a turn-on and a turn-off operation. For example, the switching device may be an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT), a metal oxide semiconductor field effect Transistor).

전력 모듈 패키지(100)는 적어도 하나의 스위칭 소자 및 히트 싱크를 포함하고, 이에 더하여 스위칭 소자를 제어하기 위한 MPU(Micro Processor Unit), 마이컴(MICOM) 등의 프로세서를 포함할 수 있다.The power module package 100 includes at least one switching element and a heat sink, and may further include a processor such as an MPU (Micro Processor Unit) and a microcomputer (MICOM) for controlling the switching elements.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지(100)는 스위칭 모듈(110), 히트 싱크(120), 온도 산출 모듈(130), 체결 진단 모듈(140) 및 제어 모듈(150)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 전력 모듈 패키지(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 2, a power module package 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a switching module 110, a heat sink 120, a temperature calculation module 130, a connection diagnosis module 140, 150). The power module package 100 shown in FIG. 2 is according to one embodiment, and its components are not limited to the embodiment shown in FIG. 2, and some components may be added, have.

도 2 및 도 3을 참조하면, 스위칭 모듈(110)은 기판(111), 기판(111) 상에 형성되는 스위칭 소자(112) 및 기판(111) 상에 형성되어 기판(111)에 접속되는 서미스터(thermistor, 113)를 포함할 수 있다.2 and 3, the switching module 110 includes a substrate 111, a switching element 112 formed on the substrate 111, and a thermistor 112 formed on the substrate 111 and connected to the substrate 111. [ a thermistor 113 may be included.

기판(111)은 프로세서에서 출력되는 전기적 신호를 스위칭 소자(112)에 제공할 수 있다. 이를 위해, 기판(111)은 전기적 신호를 스위칭 소자(112)에 제공하기 위한 회로기판을 포함할 수 있다.The substrate 111 may provide an electrical signal output from the processor to the switching element 112. [ To this end, the substrate 111 may comprise a circuit board for providing an electrical signal to the switching element 112.

보다 구체적으로, 기판(111)은 베이스 플레이트(base plate, 111a)와 베이스 플레이트(111a) 상에 형성되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PBC, 111b)을 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(111b)에는 스위칭 소자(112)와 프로세서를 전기적으로 접속하기 위한 회로가 형성될 수 있다.More specifically, the substrate 111 may include a base plate 111a and a printed circuit board (PBC) 111b formed on the base plate 111a. A circuit for electrically connecting the switching element 112 and the processor may be formed on the printed circuit board 111b.

인쇄회로기판(111b)은 베이스 플레이트(111a)에 증착 형성되는 세라믹 기판일 수 있다. 이와 같은, 인쇄회로기판(111b)은 직접구리부착(Direct Bonded Copper; DBC) 방식에 의해 베이스 플레이트(111a)에 증착 형성될 수 있다.The printed circuit board 111b may be a ceramic substrate deposited on the base plate 111a. The printed circuit board 111b may be directly deposited on the base plate 111a by a direct bonded copper (DBC) method.

스위칭 모듈(110)은 하나 이상의 스위칭 소자(112)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위칭 모듈(110)은 도 1에 도시된 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3') 중 어느 하나의 스위칭 소자만을 포함할 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 인버터는 총 여섯 개의 스위칭 모듈(110)을 포함할 수 있다.The switching module 110 may include one or more switching elements 112. More specifically, the switching module 110 may include any one of the switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' shown in FIG. In this case, the inverter shown in FIG. 1 may include a total of six switching modules 110.

이와 달리, 스위칭 모듈(110)은 도 1에 도시된 스위칭 소자(S1~S3, S1'~S3') 중 상단 스위칭 소자(S1~S3)만을 포함할 수도 있고, 하단 스위칭 소자(S1'~S3')만을 포함할 수도 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 인버터는 총 두 개의 스위칭 모듈(110)을 포함할 수 있다.Alternatively, the switching module 110 may include only the upper switching elements S1 to S3 among the switching elements S1 to S3 and S1 'to S3' shown in FIG. 1, and the lower switching elements S1 'to S3 '). In this case, the inverter shown in FIG. 1 may include a total of two switching modules 110.

서미스터(113)는 온도에 따라 저항이 변하는 반도체를 포함하는 저항체로서, 기판(111)에 접속되어 기판(111)의 온도에 따른 저항을 가질 수 있다.The thermistor 113 is a resistor including a semiconductor whose resistance varies with temperature, and may be connected to the substrate 111 to have resistance according to the temperature of the substrate 111.

보다 구체적으로, 서미스터(113)는 기판(111)의 온도에 반비례하는 저항을 갖는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터일 수 있고, 기판(111)의 온도에 비례하는 저항을 갖는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 서미스터일 수도 있다.More specifically, the thermistor 113 may be a negative temperature coefficient (NTC) thermistor having a resistance inversely proportional to the temperature of the substrate 111, and may be a positive temperature coefficient (PTC) thermistor having a resistance proportional to the temperature of the substrate 111, It may be a thermistor.

다시 도 3을 참조하면, 히트 싱크(120)는 스위칭 모듈(110)에 체결되어 스위칭 소자(112)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다.Referring again to FIG. 3, the heat sink 120 may be coupled to the switching module 110 to absorb heat generated in the switching device 112.

전술한 바와 같이 스위칭 소자(112)에서는 전력 손실에 의한 열이 방출될 수 있다. 이 때, 스위칭 소자(112)에서 발생하는 열은 전술한 기판(111)을 통해 히트 싱크(120)로 전달될 수 있다.As described above, the heat due to the power loss can be released in the switching element 112. At this time, the heat generated in the switching device 112 may be transmitted to the heat sink 120 through the substrate 111 described above.

이를 위해, 히트 싱크(120)는 스위칭 모듈(110)의 기판(111)에 볼트 체결(bolt fastening)될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 히트 싱크(120)는 기판(111) 상부에서 삽입되는 볼트(220)에 의해 기판(111)과 체결될 수 있다.To this end, the heat sink 120 may be bolted fast to the substrate 111 of the switching module 110. 3, the heat sink 120 may be fastened to the substrate 111 by a bolt 220 inserted into the upper portion of the substrate 111. As shown in FIG.

히트 싱크(120)는 냉각 부재(미도시)를 포함할 수 있고, 냉각 부재의 내부에는 냉각을 위한 매개체가 흐르는 유로가 형성될 수 있다. 히트 싱크(120)는 냉각을 위한 매개체에 따라 공냉식 또는 수냉식으로 스위칭 소자(112)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다.The heat sink 120 may include a cooling member (not shown), and a flow path through which the cooling medium flows may be formed inside the cooling member. The heat sink 120 can absorb heat generated in the switching element 112 in an air-cooled or water-cooled manner according to a medium for cooling.

스위칭 소자(112)와 히트 싱크(120) 간의 열전도를 증가시키기 위하여, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120)가 체결되는 부분에는 열전도도가 높은 물질이 도포될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 사이에는 서멀 그리스(thermal grease, 210)가 도포될 수 있다.A material having a high thermal conductivity may be applied to a portion where the switching module 110 and the heat sink 120 are fastened to increase the thermal conductivity between the switching element 112 and the heat sink 120. [ For example, a thermal grease 210 may be applied between the switching module 110 and the heat sink 120.

전술한 전력 모듈 패키지(100)의 구조에서, 서멀 그리스(210)가 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 사이에 균일하게 도포되지 않거나, 서멀 그리스(210)에 이물질이 들어가거나, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120)간에 체결 상태가 불량인 경우, 전력 모듈 패키지(100)의 방열 성능은 매우 낮아질 수 있다.The thermal grease 210 is not uniformly applied between the switching module 110 and the heat sink 120 or foreign matter enters the thermal grease 210, The heat dissipation performance of the power module package 100 may be very low when the fastening state between the heat sink 110 and the heat sink 120 is poor.

전력 모듈 패키지(100)에 포함되는 프로세서는 스위칭 소자(112)의 정션 온도를 추정하고, 추정된 온도를 이용하여 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 파악할 수 있다.The processor included in the power module package 100 estimates the junction temperature of the switching device 112 and can determine the state of engagement between the switching module 110 and the heat sink 120 using the estimated temperature.

다시 도 2를 참조하면, 전력 모듈 패키지(100)에 포함되는 프로세서는 온도 산출 모듈(130), 체결 진단 모듈(140) 및 제어 모듈(150)을 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 2, a processor included in the power module package 100 may include a temperature calculation module 130, a fastening diagnostic module 140, and a control module 150.

온도 산출 모듈(130)은 서미스터(113)의 저항에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도를 산출할 수 있다. 또한, 온도 산출 모듈(130)은 히트 싱크(120)의 온도에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도를 산출할 수 있다.The temperature calculation module 130 may calculate the first junction temperature of the switching element 112 based on the resistance of the thermistor 113. [ The temperature calculation module 130 may also calculate the second junction temperature of the switching element 112 based on the temperature of the heat sink 120. [

도 2 및 도 4를 참조하면, 스위칭 소자(112)는 IGBT일 수 있고, 서미스터(113)는 NTC 서미스터일 수 있다. 또한, 기판(111)은 베이스 플레이트(111a)와 베이스 플레이트(111a) 상에 형성되는 세라믹 기판을 포함할 수 있다.2 and 4, the switching element 112 may be an IGBT, and the thermistor 113 may be an NTC thermistor. In addition, the substrate 111 may include a base plate 111a and a ceramic substrate formed on the base plate 111a.

이 때, IGBT에서 출력되는 상 전류의 크기가 증가하면 전력 모듈 패키지(100)를 구성하는 각 구성요소의 온도 또한 증가할 수 있다.At this time, if the size of the phase current output from the IGBT increases, the temperature of each component constituting the power module package 100 may also increase.

다만, 각 구성요소의 온도는 IGBT와 인접한 순서에 따라 NTC 서미스터, 베이스 플레이트(111a) 및 히트 싱크(120) 순서로 높을 수 있다.However, the temperature of each component may be higher in order of the NTC thermistor, the base plate 111a, and the heat sink 120 in the order of the IGBTs.

각 구성요소의 온도는 다르게 측정되나 출력되는 상 전류에 따른 온도의 상승 비율은 IGBT의 정션 온도의 상승 비율에 근사할 수 있다.The temperature of each component is measured differently, but the rate of increase of the temperature according to the output phase current can be approximated to the rate of increase of the junction temperature of the IGBT.

이에 따라, 온도 산출 모듈(130)은 서미스터(113)의 온도에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도를 산출할 수 고, 히트 싱크(120)의 온도에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도를 산출할 수 있다.The temperature calculation module 130 can calculate the first junction temperature of the switching element 112 based on the temperature of the thermistor 113 and calculate the first junction temperature of the switching element 112 based on the temperature of the heat sink 120. [ The second junction temperature can be calculated.

먼저, 온도 산출 모듈(130)이 서미스터(113)의 저항에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도를 산출하는 과정을 구체적으로 설명하도록 한다.First, a process of calculating the first junction temperature of the switching element 112 based on the resistance of the thermistor 113 will be described in detail.

온도 산출 모듈(130)은 서미스터(113)의 저항을 측정하고, 측정된 저항에 따른 온도를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 전력 모듈 패키지(100) 내의 메모리(미도시)에 미리 저장된 서미스터(113)의 데이터 시트를 참조하여 측정된 저항에 따른 온도를 확인할 수 있다.The temperature calculation module 130 can measure the resistance of the thermistor 113 and calculate the temperature according to the measured resistance. More specifically, the temperature calculation module 130 can refer to the data sheet of the thermistor 113 stored in the memory (not shown) in the power module package 100 to determine the temperature according to the measured resistance.

데이터 시트에 포함된 저항에 따른 온도 정보는 서미스터(113)의 소자 특성에 의해 결정될 수 있고, 데이터 시트는 서미스터(113)의 제조사로부터 제공될 수 있다.The temperature information according to the resistance included in the data sheet can be determined by the device characteristics of the thermistor 113 and the data sheet can be provided from the manufacturer of the thermistor 113. [

서미스터(113)의 온도가 산출되면, 온도 산출 모듈(130)은 스위칭 소자(112)의 손실 전력 및 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 간의 제1 열저항 계수(thermal coefficient of resistivity)에 기초하여 제1 정션 온도를 산출할 수 있다.When the temperature of the thermistor 113 is calculated, the temperature calculation module 130 calculates the temperature of the switching element 112 based on the loss power of the switching element 112 and the first thermal coefficient of resistivity between the switching element 112 and the thermistor 113 So that the first junction temperature can be calculated.

보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 하기의 [수학식 1]을 이용하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도를 산출할 수 있다.More specifically, the temperature calculation module 130 can calculate the first junction temperature of the switching element 112 using the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

(Tj1는 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도, Tt는 서미스터(113)의 온도, PIGBT는 스위칭 소자(112)의 손실 전력, RJT는 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 간의 제1 열저항 계수)(T j1 is the first junction temperature of the switching element 112, T t is the temperature of the thermistor 113, P IGBT is the loss power of the switching element 112, R JT is the switching element 112 and thermistor 113, Lt; RTI ID = 0.0 >

제1 열저항 계수(RJT)는 [oC/W] 단위로 표현되며, 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 사이에서 단위 열량(W)이 전도되는데 필요한 온도(oC)를 나타낼 수 있다.The first thermal resistance coefficient R JT is expressed in units of [ o C / W] and can represent the temperature ( o C) required for the unit heat quantity W to be conducted between the switching element 112 and the thermistor 113 have.

제1 열저항 계수(RJT)는 전력 모듈 패키지(100)를 최초 설계할 때, 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 사이의 매질 등에 의해 미리 결정될 수 있으며, 전력 모듈 패키지(100) 내의 메모리에 미리 저장될 수 있다.The first thermal resistance coefficient R JT may be predetermined by the medium between the switching element 112 and the thermistor 113 when the power module package 100 is initially designed and may be pre- As shown in FIG.

한편, 스위칭 소자(112)의 손실 전력(PIGBT)은 도통 손실(conduction loss)과 스위칭 손실(switching loss)의 합으로 표현될 수 있으며, 보다 구체적으로 하기의 [수학식 2]에 의해 산출될 수 있다.On the other hand, the loss power P IGBT of the switching device 112 can be expressed by the sum of conduction loss and switching loss, and more specifically, calculated by the following equation (2) .

Figure pat00002
Figure pat00002

(Pcond는 스위칭 소자(112)의 도통 손실, Psw는 스위칭 소자(112)의 스위칭 손실)(P cond is the conduction loss of the switching element 112, and P sw is the switching loss of the switching element 112)

스위칭 소자(112)의 도통 손실(Pcond)은 스위칭 소자(112)에 흐르는 전류, 콜렉터-이미터 포화(collector-emitter saturation) 전압, 콜렉터-이미터 포화 저항, PWM 신호의 변조 지수(modulation index), 역률, 이전 주기에 산출된 스위칭 소자(112)의 정션 온도 중 적어도 하나를 이용하여 산출될 수 있다.The conduction loss P cond of the switching element 112 is determined by the current flowing through the switching element 112, the collector-emitter saturation voltage, the collector-emitter saturation resistance, the modulation index of the PWM signal ), The power factor, and the junction temperature of the switching element 112 calculated in the previous period.

또한, 스위칭 소자(112)의 스위칭 손실(Psw)은 스위칭 소자(112)에 흐르는 전류, 스위칭 소자(112)의 턴 온 손실, 턴 오프 손실, 게이트 저항, 게이트 저항의 보정계수, 스위칭 주파수, 이전 주기에 산출된 스위칭 소자(112)의 정션 온도 중 적어도 하나를 이용하여 산출될 수 있다.The switching loss P sw of the switching element 112 is determined by the current flowing through the switching element 112, the turn-on loss of the switching element 112, the turn-off loss, the gate resistance, Can be calculated using at least one of the junction temperature of the switching element 112 calculated in the previous cycle.

스위칭 소자(112)의 도통 손실(Pcond)과 스위칭 손실(Psw)의 산출 방법은 상술한 파라미터 외 다른 파라미터를 더 이용할 수 있으며, 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 방법에 의해 산출될 수 있다.The method of calculating the conduction loss (P cond ) and the switching loss (P sw ) of the switching element 112 may further utilize other parameters than those described above, and may be calculated by various methods generally used in the art have.

한편, 전술한 [수학식 1]의 파라미터로서 제1 열저항계수(RJT)가 미리 결정되지 않은 경우, 온도 산출 모듈(130)은 스위칭 소자(112)의 실측 정션 온도, 서미스터(113)의 저항 및 스위칭 소자(112)의 손실 전력에 기초하여 제1 열저항 계수(RJT)를 산출할 수 있다.On the other hand, when the first thermal resistance coefficient R JT is not determined in advance as a parameter of the above-mentioned equation (1), the temperature calculation module 130 calculates the actual junction temperature of the switching element 112, The first thermal resistance coefficient R JT can be calculated based on the resistance and the loss power of the switching element 112.

보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 하기의 [수학식 3]을 이용하여 제1 열저항 계수(RJT)를 산출할 수 있다.More specifically, the temperature calculation module 130 can calculate the first thermal resistance coefficient R JT using the following equation (3).

Figure pat00003
Figure pat00003

(RJT는 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 간의 제1 열저항 계수, Tjm은 실측 정션 온도, Tt는 서미스터(113)의 온도, PIGBT는 스위칭 소자(112)의 손실 전력)(R JT is the first thermal resistance coefficient between the switching element 112 and the thermistor 113, T jm is the actual junction temperature, T t is the temperature of the thermistor 113, and P IGBT is the loss power of the switching element 112)

실측 정션 온도(Tjm)는 서모커플(thermocouple) 및 적외선 카메라 중 적어도 하나에 의해 측정될 수 있다.The actual junction temperature T jm can be measured by at least one of a thermocouple and an infrared camera.

서모커플은, 금속 선의 일단의 접합점과 타단의 접합점의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 측정하여 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도 센서이다.The thermocouple is a temperature sensor for measuring the temperature of an object to be measured by measuring an electromotive force generated by a temperature difference between a junction point of one end of a metal line and a junction point of the other end.

보다 구체적으로 도 3에 도시된 전력 모듈 패키지(100)의 상면도를 도시한 도 5를 참조하면, 기판(111) 상에는 복수의 IGBT(112)와 NTC 서미스터(113)가 형성될 수 있다. 한편, 도 5에 도시된 TC 모듈(510)은 서모커플 온도 센서를 포함하는 모듈일 수 있다.5, which illustrates a top view of the power module package 100 shown in FIG. 3, a plurality of IGBTs 112 and an NTC thermistor 113 may be formed on a substrate 111. FIG. Meanwhile, the TC module 510 shown in FIG. 5 may be a module including a thermocouple temperature sensor.

TC 모듈(510)과 연결된 금속 선은 일단(512)이 TC 모듈(510) 내 기준 온도를 갖는 물체에 접합될 수 있고, 타단(513)이 IGBT에 접합될 수 있다. TC 모듈(510)은 기준 온도와 IGBT의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 측정할 수 있고, 측정된 기전력에 기초하여 IGBT의 온도를 측정할 수 있다.A metal wire connected to the TC module 510 may be bonded to an object having a reference temperature in the TC module 510 at one end 512 and the other end 513 may be bonded to the IGBT. The TC module 510 can measure the electromotive force generated by the temperature difference between the reference temperature and the IGBT, and can measure the temperature of the IGBT based on the measured electromotive force.

한편, 적외선 카메라는 측정 대상물의 온도에 따라 다른 파장으로 방사되는 적외선 광을 수광하여 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도 센서이다.On the other hand, the infrared camera is a temperature sensor that measures the temperature of an object to be measured by receiving infrared light emitted at a different wavelength depending on the temperature of the object to be measured.

보다 구체적으로 도 6을 참조하면, 적외선 카메라는 도 3에 도시된 전력 모듈 패키지(100)의 상면을 촬영할 수 있고, 촬영된 영상에서 각 물체는 자신이 방사하는 적외선의 파장에 따라 다른 색깔로 표현될 수 있다.More specifically, referring to FIG. 6, the infrared camera can photograph the upper surface of the power module package 100 shown in FIG. 3, and each object in the photographed image is represented by a different color according to the wavelength of the infrared ray .

스위칭 소자(112, IGBT)의 온도는 촬영된 영상에서 표현된 색깔 및 자신이 방사하는 적외선 광의 파장 중 적어도 하나에 의해 측정될 수 있다.The temperature of the switching element 112 (IGBT) can be measured by at least one of the color expressed in the photographed image and the wavelength of the infrared light it emits.

IGBT의 온도가 실측되면, 온도 산출 모듈(130)은 전술한 [수학식 3]을 이용하여 IGBT와 NTC 서미스터 간의 제1 열저항 계수(RJT)를 산출할 수 있다.When the temperature of the IGBT is actually measured, the temperature calculation module 130 can calculate the first thermal resistance coefficient R JT between the IGBT and the NTC thermistor using the above-described Equation (3).

다음으로, 히트 싱크(120)의 온도에 기초하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도를 산출하는 과정을 구체적으로 설명하도록 한다.Next, a process of calculating the second junction temperature of the switching element 112 based on the temperature of the heat sink 120 will be described in detail.

온도 산출 모듈(130)은 히트 싱크(120)의 온도를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 히트 싱크(120)에 형성된 임의의 측정점에서 히트 싱크(120)의 온도를 측정할 수 있다.The temperature calculation module 130 may measure the temperature of the heat sink 120. More specifically, the temperature calculation module 130 may measure the temperature of the heat sink 120 at any measurement point formed in the heat sink 120.

히트 싱크(120)의 온도가 측정되면, 온도 산출 모듈(130)은 스위칭 소자(112)의 손실 전력(PIGBT), 스위칭 소자(112)와 기판(111) 간의 제2 열저항 계수 및 기판(111)과 히트 싱크(120) 간의 제3 열저항 계수에 기초하여 제2 정션 온도를 산출할 수 있다.When the temperature of the heat sink 120 is measured, the temperature calculation module 130 calculates the loss power (P IGBT ) of the switching element 112, the second thermal resistance coefficient between the switching element 112 and the substrate 111, The second junction temperature can be calculated based on the third heat resistance coefficient between the heat sink 111 and the heat sink 120. [

보다 구체적으로, 온도 산출 모듈(130)은 하기의 [수학식 4]를 이용하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도를 산출할 수 있다.More specifically, the temperature calculation module 130 can calculate the second junction temperature of the switching element 112 using the following equation (4).

Figure pat00004
Figure pat00004

(Tj2는 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도, TH는 히트 싱크(120)의 온도, PIGBT는 스위칭 소자(112)의 손실 전력, RJS는 스위칭 소자(112)와 기판(111) 간의 제2 열저항 계수, RSH는 기판(111)과 히트 싱크(120) 간의 제3 열저항 계수)(T j2 is the second junction temperature of the switching element 112, T H is the temperature of the heat sink 120, P IGBT is the loss power of the switching element 112, and R JS is the resistance of the switching element 112 and the substrate 111 , R SH is a third thermal resistance coefficient between the substrate 111 and the heat sink 120)

제2 열저항 계수(RJS)는 [oC/W] 단위로 표현되며, 스위칭 소자(112)와 기판(111) 사이에서 단위 열량(W)이 전도되는데 필요한 온도(oC)를 나타낼 수 있다.The second thermal resistance coefficient R JS is expressed in units of [ o C / W], and can express the temperature o C required for the unit heat quantity W to be transferred between the switching device 112 and the substrate 111 have.

제3 열저항 계수(RSH)는 [oC/W] 단위로 표현되며, 기판(111)과 히트 싱크(120) 사이에서 단위 열량(W)이 전도되는데 필요한 온도(oC)를 나타낼 수 있다.The third thermal resistance coefficient R SH is expressed in units of [ o C / W] and can be expressed as a temperature ( o C) necessary for the unit heat quantity W to be transferred between the substrate 111 and the heat sink 120 have.

제2 열저항 계수(RJS) 및 제3 열저항 계수(RSH)는 전력 모듈 패키지(100)를 최초 설계할 때, 스위칭 소자(112)와 기판(111) 사이의 매질 및 기판(111)과 히트 싱크(120) 사이의 매질 등에 의해 미리 결정될 수 있으며, 전력 모듈 패키지(100) 내의 메모리에 미리 저장될 수 있다.The second thermal resistance coefficient R JS and the third thermal resistance coefficient R SH are used to determine the medium between the switching element 112 and the substrate 111 and the medium between the switching element 112 and the substrate 111 when the power module package 100 is initially designed. And the heat sink 120, and may be stored in advance in the memory in the power module package 100. The power module package 100 may include a power module 100,

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 기판(111)이 베이스 플레이트(111a)와 인쇄회로기판(111b)으로 구성될 때, 제2 열저항 계수(RJS)는 스위칭 소자(112)와 인쇄회로기판(111b) 간의 제2-1 열저항 계수(RJP) 및 인쇄회로기판(111b)과 베이스 플레이트(111a) 간의 제2-2 열저항 계수(RPS)의 합으로 나타낼 수 있다.3, when the substrate 111 is composed of the base plate 111a and the printed circuit board 111b, the second thermal resistance coefficient R JS is determined by the switching element 112 and the printed circuit board 111b, The second-first column resistance coefficient R JP between the printed circuit board 111b and the base plate 111a and the second-second column resistance coefficient R PS between the printed circuit board 111b and the base plate 111a.

스위칭 소자(112)의 손실 전력(PIGBT)은 전술한 바 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.Since the loss power (P IGBT ) of the switching element 112 has been described above, a detailed description thereof will be omitted here.

체결 진단 모듈(140)은 전술한 방법에 의해 산출된 제1 정션 온도와 제2 정션 온도의 차이값을 미리 설정된 값과 비교하여 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 진단할 수 있다.The engagement diagnosis module 140 compares the difference between the first junction temperature and the second junction temperature calculated by the above-described method with a predetermined value to diagnose the state of engagement between the switching module 110 and the heat sink 120 .

도 3에서 기판(111)과 히트 싱크(120) 사이에 도포된 서멀 그리스(210)가 균일하지 않거나, 서멀 그리스(210)에 이물질이 들어가거나, 기판(111)과 히트 싱크(120)의 볼트 체결 상태가 불량인 경우, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태는 불량일 수 있다.3, the thermal grease 210 applied between the substrate 111 and the heat sink 120 is not uniform, foreign matter enters the thermal grease 210, or the substrate 111 and the heat sink 120 If the fastening state is poor, the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 may be defective.

이 경우, 스위칭 소자(112)에서 발생하는 열이 히트 싱크(120)에 제대로 전달되지 않으므로, 히트 싱크(120)의 온도를 통해 산출된 제2 정션 온도는 스위칭 소자(112)의 실제 정션 온도보다 낮을 수 있다.The second junction temperature calculated through the temperature of the heat sink 120 is lower than the actual junction temperature of the switching element 112 because the heat generated by the switching element 112 is not transmitted to the heat sink 120. [ Can be low.

반면에, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태가 불량인 경우에도, 서미스터(113)의 온도를 통해 산출된 제1 정션 온도는 스위칭 소자(112)의 실제 정션 온도에 근접할 수 있다.On the other hand, even when the state of engagement between the switching module 110 and the heat sink 120 is poor, the first junction temperature calculated through the temperature of the thermistor 113 is close to the actual junction temperature of the switching element 112 .

이에 따라, 체결 진단 모듈(140)은 제1 정션 온도와 제2 정션 온도의 차이값이 미리 설정된 값 이상이면 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 불량으로 진단할 수 있다.Accordingly, when the difference between the first junction temperature and the second junction temperature is equal to or greater than a predetermined value, the engagement diagnosis module 140 can diagnose the state of engagement between the switching module 110 and the heat sink 120 to be defective.

반면에, 체결 진단 모듈(140)은 제1 정션 온도와 제2 정션 온도의 차이값이 미리 설정된 값 미만이면 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 정산으로 진단할 수 있다.On the other hand, if the difference between the first junction temperature and the second junction temperature is less than a predetermined value, the fastening diagnostic module 140 can diagnose the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 as settlement.

미리 설정된 값은 사용자에 의해 임의의 값으로 설정될 수 있고, 전력 모듈 패키지(100)를 구성하는 각 구성요소의 설계 특성에 따라 결정될 수 있다.The predetermined value can be set to any value by the user and can be determined according to the design characteristics of each component constituting the power module package 100. [

상술한 바와 같이, 본 발명은 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 진단함으로써, 체결 불량으로 인한 스위칭 소자(112)의 과열을 방지할 수 있다.As described above, the present invention can prevent the overheat of the switching element 112 due to the failure of fastening by diagnosing the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120. [

한편, 체결 진단 모듈(140)은 히트 싱크(120)의 온도가 서미스터(113)의 온도를 초과하면 서미스터(113)의 상태를 고장으로 진단할 수 있다.On the other hand, when the temperature of the heat sink 120 exceeds the temperature of the thermistor 113, the engagement diagnosis module 140 can diagnose the state of the thermistor 113 as a failure.

도 3에 도시된 바와 같이 스위칭 소자(112)와 서미스터(113) 간의 열 전달 경로는 스위칭 소자(112)와 히트 싱크(120) 간의 열 전달 경로보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 서미스터(113)의 상태가 정상인 경우, 서미스터(113)의 온도는 히트 싱크(120)의 온도보다 높게 측정될 수 있다.The heat transfer path between the switching element 112 and the thermistor 113 may be shorter than the heat transfer path between the switching element 112 and the heat sink 120 as shown in FIG. Accordingly, when the state of the thermistor 113 is normal, the temperature of the thermistor 113 can be measured to be higher than the temperature of the heat sink 120.

전술한 바와 같이 온도 산출 모듈(130)은 서미스터(113)의 온도를 산출하고 히트 싱크(120)의 온도를 측정하여, 서미스터(113)의 온도와 히트 싱크(120)의 온도에 대한 정보를 체결 진단 모듈(140)에 제공할 수 있다.The temperature calculation module 130 calculates the temperature of the thermistor 113 and measures the temperature of the heat sink 120 to conclude information about the temperature of the thermistor 113 and the temperature of the heat sink 120 Diagnosis module 140, as shown in FIG.

체결 진단 모듈(140)은 서미스터(113)의 온도와 히트 싱크(120)의 온도를 비교하여, 히트 싱크(120)의 온도가 서미스터(113)의 온도보다 더 크면 서미스터(113)의 상태를 고장으로 진단할 수 있다.The engagement diagnosis module 140 compares the temperature of the thermistor 113 with the temperature of the heat sink 120. If the temperature of the heat sink 120 is greater than the temperature of the thermistor 113, .

다시 말해, 서미스터(113) 간의 열 전달 경로가 스위칭 소자(112)와 히트 싱크(120) 간의 열 전달 경로보다 짧음에도, 서미스터(113)의 온도보다 히트 싱크(120)의 온도가 더 큰 경우 체결 진단 모듈(140)은 서미스터(113)의 상태를 고장으로 판단할 수 있다.In other words, even if the heat transfer path between the thermistor 113 is shorter than the heat transfer path between the switching element 112 and the heat sink 120, when the temperature of the heat sink 120 is larger than the temperature of the thermistor 113, The diagnostic module 140 may determine that the state of the thermistor 113 is a failure.

제어 모듈(150)은 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태가 불량으로 진단되면 스위칭 소자(112)의 구동을 중단할 수 있다.The control module 150 can stop the driving of the switching device 112 if the connection state between the switching module 110 and the heat sink 120 is diagnosed as bad.

보다 구체적으로, 제어 모듈(150)은 스위칭 소자(112)에 PWM 신호를 제공할 수 있고, 스위칭 소자(112)는 PWM 신호에 따라 턴 온 및 턴 오프 동작을 수행할 수 있다.More specifically, the control module 150 may provide the PWM signal to the switching element 112, and the switching element 112 may perform the turn-on and turn-off operations according to the PWM signal.

체결 진단 모듈(140)은 스위칭 소자(112)가 스위칭 동작을 수행하는 중에, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태가 불량으로 진단되면, 제어 모듈(150)에 불량 진단 신호를 제공할 수 있다.When the switching device 112 is diagnosed that the connection state between the switching module 110 and the heat sink 120 is bad while the switching device 112 performs the switching operation, the connection diagnosis module 140 sends a failure diagnosis signal to the control module 150 .

제어 모듈(150)은 불량 진단 신호를 제공받으면, 스위칭 소자(112)에 인가되는 PWM 신호를 차단함으로써 스위칭 소자(112)의 구동을 중단할 수 있다.The control module 150 can interrupt the driving of the switching element 112 by blocking the PWM signal applied to the switching element 112. [

상술한 바와 같이, 본 발명은 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태가 불량이면 스위칭 소자(112)의 구동을 중단함으로써, 체결 불량으로 인해 발생하는 전체 시스템 장애를 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, when the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 is inadequate, the driving of the switching device 112 is stopped, thereby preventing a total system failure caused by the failure of fastening .

이하에서는, 도 7을 참조하여 전력 모듈 패키지(100)에서, 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 진단하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of diagnosing the fastening state between the switching module 110 and the heat sink 120 in the power module package 100 will be described in detail with reference to FIG.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모듈 패키지(100)의 체결 상태 진단 방법을 도시한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a fastening state of a power module package 100 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 전력 모듈 패키지(100)의 체결 상태 진단 방법은 전력 모듈 패키지(100)에 포함된 프로세서로서, 도 2에 도시된 온도 산출 모듈(130) 및 체결 진단 모듈(140)을 포함하는 프로세서에 의해 수행될 수 있다.7, the method of diagnosing the fastening state of the power module package 100 includes a processor included in the power module package 100 and includes the temperature calculation module 130 and the fastening diagnostic module 140 shown in FIG. 2 Lt; / RTI >

프로세서는 서미스터(113)의 저항을 측정하고(S111), 데이터시트를 참조하여 측정된 저항에 따른 서미스터(113)의 온도를 산출(S112)할 수 있다. 그 다음, 프로세서는 전술한 [수학식 1]을 이용하여 스위칭 소자(112)의 제1 정션 온도(Tj1)를 산출할 수 있다(S113).The processor measures the resistance of the thermistor 113 (S111), calculates the temperature of the thermistor 113 according to the measured resistance (S112) with reference to the data sheet. Next, the processor can calculate the first junction temperature T j1 of the switching element 112 using the above-described expression (1) (S113).

이와 동시에, 프로세서는 히트 싱크(120)의 온도를 측정하고(S121), 전술한 [수학식 4]를 이용하여 스위칭 소자(112)의 제2 정션 온도(Tj2)를 산출할 수 있다(S122).At the same time, the processor measures the temperature of the heat sink 120 (S121) and calculates the second junction temperature T j2 of the switching element 112 using the above-described expression (4) (S122 ).

제1 정션 온도(Tj1) 및 제2 정션 온도(Tj2)를 산출하기 위해, 전력 모듈 패키지(100) 내의 열 전달 경로에 따른 열저항 계수가 이용될 수 있음은 전술한 바와 같다.In order to calculate the first junction temperature T j1 and the second junction temperature T j2 , the thermal resistance coefficient according to the heat transfer path in the power module package 100 can be used as described above.

이어서, 프로세서는 산출된 제1 정션 온도(Tj1)와 제2 정션 온도(Tj2)를 비교하여, 각 온도의 차이값이 미리 설정된 값(TS)을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S131).The processor then compares the calculated first junction temperature T j1 with the second junction temperature T j2 to determine whether the difference value of each temperature exceeds a preset value T S (S131 ).

제1 정션 온도(Tj1)와 제2 정션 온도(Tj2)의 차이값이 미리 설정된 값(TS)을 초과하면, 프로세서는 전력 모듈 패키지(100)의 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 불량으로 진단할 수 있다(S133).If the difference between the first junction temperature T j1 and the second junction temperature T j2 exceeds a preset value T s , the processor can determine whether the difference between the switching module 110 of the power module package 100 and the heat sink 120 can be diagnosed as defective (S133).

반면에, 제1 정션 온도(Tj1)와 제2 정션 온도(Tj2)의 차이값이 미리 설정된 값(TS)을 초과하지 않으면, 프로세서는 전력 모듈 패키지(100)의 스위칭 모듈(110)과 히트 싱크(120) 간의 체결 상태를 정상으로 진단할 수 있다(S132).On the other hand, if the difference between the first junction temperature T j1 and the second junction temperature T j2 does not exceed the predetermined value T S , the processor can be switched to the switching module 110 of the power module package 100, And the heat sink 120 can be diagnosed as normal (S132).

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, But the present invention is not limited thereto.

Claims (10)

기판, 상기 기판 상에 형성되는 스위칭 소자 및 상기 기판 상에 형성되어 상기 기판에 접속되는 서미스터(thermistor)를 포함하는 스위칭 모듈;
상기 스위칭 모듈에 체결되어 상기 스위칭 소자에서 발생하는 열을 흡수하는 히트 싱크(heat sink);
상기 서미스터의 저항에 기초하여 상기 스위칭 소자의 제1 정션(junction) 온도를 산출하고, 상기 히트 싱크의 온도에 기초하여 상기 스위칭 소자의 제2 정션 온도를 산출하는 온도 산출 모듈; 및
상기 제1 정션 온도와 상기 제2 정션 온도의 차이값을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 스위칭 모듈과 상기 히트 싱크 간의 체결 상태를 진단하는 체결 진단 모듈을 포함하는
전력 모듈 패키지.
A switching module including a substrate, a switching element formed on the substrate, and a thermistor formed on the substrate and connected to the substrate;
A heat sink coupled to the switching module to absorb heat generated in the switching device;
A temperature calculation module for calculating a first junction temperature of the switching element based on the resistance of the thermistor and calculating a second junction temperature of the switching element based on the temperature of the heat sink; And
And a joint diagnosis module for comparing the difference between the first junction temperature and the second junction temperature with a predetermined value to diagnose a state of engagement between the switching module and the heat sink
Power module package.
제1항에 있어서,
상기 기판은
베이스 플레이트와,
상기 베이스 플레이트 상에 형성되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PBC)을 포함하는 전력 모듈 패키지.
The method according to claim 1,
The substrate
A base plate,
And a printed circuit board (PBC) formed on the base plate.
제1항에 있어서,
상기 서미스터는
온도에 반비례하는 저항을 갖는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터 또는 온도에 비례하는 저항을 갖는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 서미스터를 포함하는 전력 모듈 패키지.
The method according to claim 1,
The thermistor
A power module package comprising a Negative Temperature Coefficient (NTC) thermistor having a resistance inversely proportional to temperature or a Positive Temperature Coefficient (PTC) thermistor having a temperature-proportional resistance.
제1항에 있어서,
상기 히트 싱크는
상기 스위칭 모듈의 기판에 볼트 체결(bolt fastening)되는 전력 모듈 패키지.
The method according to claim 1,
The heat sink
Wherein the power module package is bolted to the substrate of the switching module.
제1항에 있어서,
상기 온도 산출 모듈은
상기 서미스터의 저항, 상기 스위칭 소자의 손실 전력 및 상기 스위칭 소자와 상기 서미스터 간의 제1 열저항 계수(thermal coefficient of resistivity)에 기초하여 상기 제1 정션 온도를 산출하는 전력 모듈 패키지.
The method according to claim 1,
The temperature calculation module
Wherein the first junction temperature is calculated based on a resistance of the thermistor, a loss power of the switching element, and a first thermal coefficient of resistivity between the switching element and the thermistor.
제5항에 있어서,
상기 온도 산출 모듈은
상기 스위칭 소자의 실측 정션 온도, 상기 서미스터의 저항 및 상기 스위칭 소자의 손실 전력에 기초하여 상기 제1 열저항 계수를 산출하는 전력 모듈 패키지.
6. The method of claim 5,
The temperature calculation module
Wherein the first thermal resistance coefficient is calculated based on the actual junction temperature of the switching element, the resistance of the thermistor, and the loss power of the switching element.
제1항에 있어서,
상기 온도 산출 모듈은
상기 히트 싱크의 온도, 상기 스위칭 소자의 손실 전력, 상기 스위칭 소자와 상기 기판 간의 제2 열저항 계수 및 상기 기판과 상기 히트 싱크 간의 제3 열저항 계수에 기초하여 상기 제2 정션 온도를 산출하는 전력 모듈 패키지.
The method according to claim 1,
The temperature calculation module
Calculating the second junction temperature based on the temperature of the heat sink, the loss power of the switching element, a second thermal resistance coefficient between the switching element and the substrate, and a third thermal resistance coefficient between the substrate and the heat sink, Module Packages.
제1항에 있어서,
상기 체결 진단 모듈은
상기 제1 정션 온도와 상기 제2 정션 온도의 차이값이 상기 미리 설정된 값 이상이면 상기 체결 상태를 불량으로 진단하고, 상기 제1 정션 온도와 상기 제2 정션 온도의 차이값이 상기 미리 설정된 값 미만이면 상기 체결 상태를 정상으로 진단하는 전력 모듈 패키지.
The method according to claim 1,
The tightening diagnostic module
If the difference between the first junction temperature and the second junction temperature is greater than or equal to the predetermined value, diagnoses that the engagement state is defective, and if the difference between the first junction temperature and the second junction temperature is less than the predetermined value The power module package diagnoses that the fastening state is normal.
제1항에 있어서,
상기 스위칭 모듈과 상기 히트 싱크 간의 체결 상태가 불량으로 진단되면 상기 스위칭 소자의 구동을 중단하는 제어 모듈을 더 포함하는 전력 모듈 패키지.
The method according to claim 1,
And a control module for stopping the driving of the switching element if the state of engagement between the switching module and the heat sink is diagnosed as bad.
제1항에 있어서,
상기 체결 진단 모듈은
상기 히트 싱크의 온도가 상기 서미스터의 온도를 초과하면 상기 서미스터의 상태를 고장으로 진단하는 전력 모듈 패키지.The method according to claim 1,
The tightening diagnostic module
And diagnoses the state of the thermistor as a failure when the temperature of the heat sink exceeds the temperature of the thermistor.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0568331A (en) * 1991-09-06 1993-03-19 Yaskawa Electric Corp Method of protecting power semiconductor element
JP2002083909A (en) * 2000-09-06 2002-03-22 Toshiba Corp Semiconductor module device and support structure of metal base
JP2005143232A (en) * 2003-11-07 2005-06-02 Yaskawa Electric Corp Protection method for power semiconductor device
KR20160124392A (en) * 2015-04-17 2016-10-27 엘에스산전 주식회사 Method for protecting switching element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0568331A (en) * 1991-09-06 1993-03-19 Yaskawa Electric Corp Method of protecting power semiconductor element
JP2002083909A (en) * 2000-09-06 2002-03-22 Toshiba Corp Semiconductor module device and support structure of metal base
JP2005143232A (en) * 2003-11-07 2005-06-02 Yaskawa Electric Corp Protection method for power semiconductor device
KR20160124392A (en) * 2015-04-17 2016-10-27 엘에스산전 주식회사 Method for protecting switching element

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