KR20210135845A - 앙면 냉각형 파워 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예는, 양면 냉각형 파워 모듈을 개시한다. 본 발명의 실시 에에 따른 파워 모듈은 서로 이격된 한 쌍의 기판 및 한 쌍의 상기 기판 사이에 배치되는 복수 개의 파워 소자를 포함한다.
복수 개의 상기 파워 소자는 한 쌍의 상기 기판에 나누어 결합되므로, 상기 파워 소자에서 발생되는 열이 한 쌍의 상기 기판에 균등하게 방열될 수 있다.

Description

앙면 냉각형 파워 모듈 및 그 제조 방법{POWER MODULE OF DOUBLE-FACED COOLING AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 파워 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 균등한 방열 성능을 구비하는 양면 냉각형 파워 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
압축기 및 에어컨 등과 같은 가전 기기에는 전기적 에너지를 구동 에너지로 전환시키는 모터가 구비된다. 모터는 직류 전압의 외부 전원으로부터 전원을 공급받아 구동될 수 있다.
이러한 경우, 모터에는 직류 전압을 삼상 전압으로 변환시키는 인버터가 구비될 수 있다. 상기 인버터는 공급된 전원을 이용하여 모터를 구동하기 위한 전원을 공급하는 동작인 스위칭 동작을 수행하는 파워 소자가 구비될 수 있다.
상기 파워 소자로는 GTO(gate turn-offthristor), IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 등과 같은 반도체 소자가 사용될 수 있다.
상기 파워 소자가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 상기 파워 소자에는 열 에너지가 발생되고, 이에 따라 파워 소자 및 파워 모듈의 온도가 상승된다. 파워 모듈의 내부 온도가 과도하게 상승되면 파워 소자의 손상이 발생될 수 있다. 파워 소자의 손상은 모터의 출력 저하를 유발할 수 있고, 나아가 모터의 동작이 정지될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 파워 모듈에는 파워 소자와 접촉되어 파워 소자의 열을 방열시키는 히트 싱크가 구비된다. 파워 모듈은 일측 또는 양측 면에 히트 싱크를 구비할 수 있다.
히트 싱크는 사이에 파워 소자가 배치되는 두 기판에 각각 접촉되어 결합된다.
파워 소자에서 발생된 열은 두 기판으로 이동된 후 각 기판에 접촉된 히트 싱크를 통해 효율적으로 방열될 수 있다.
다만, 파워 소자에서 양 측의 기판으로 열이 전달되는 양이 균일하지 않고 어느 한 기판으로 편중되는 문제가 발생될 수 있다.
이 경우, 열팽창에 의해 형성되는 응력인 열응력이 어느 한 기판에 과도하게 형성되거나, 응력이 불균일하게 형성됨에 기인하여 뒤틀림이 발생되는 문제가 발생될 수 있다.
어느 한 기판에 열응력이 과도하게 형성되는 경우 기판에 크랙과 같은 손상이 발생될 수 있고, 파워 모듈에 뒤틀림이 발생되는 경우 각 부품 사이의 결합에 손상이 발생되거나 부품 자체의 손상이 발생될 수 있다.
또한, 파워 소자와 열전도성 부재는 그들 사이에 형성된 접착층에 의해 결합될 수 있다. 접착층은 열전도성 및 전기 전도성이 있는 접착물질을 솔더링(soldering) 또는 신터링(sintering)하여 형성될 수 있다.
접착물질을 용융시킨 후 파워 소자와 열전도성 부재를 접착시키고, 접착물질이 다시 응고되는 과정에서 파워 소자와 열전도성 부재가 서로 결합된다.
하지만, 접착물질의 각 부분들이 응고되는 속도의 차이가 발생될 수 있으므로, 파워 소자와 열전도성 부재의 결합 시 접착층의 기울어짐(tilting)이 발생될 수 있다.
또한, 접착층에 기울어짐이 발생됨에 따라 파워 모듈의 조립 오차가 발생될 수 있다.
파워 모듈은 정밀한 조립이 요구되는 기기이므로, 미세한 조립 오차도 기기의 결합으로 이어질 수 있다.
예를 들어, 파워 모듈의 내부의 온도가 과도하게 상승되는 경우, 특정 부분에 응력이 집중적으로 가해지는 문제가 발생될 수 있다. 파워 소자에 가해지는 응력이 과도하게 증가되면, 스위칭 동작을 수행하는 파워 소자의 성능이 저하될 수 있고, 나아가 파워 소자가 손상될 수 있다.
또한, 기울어짐 발생에 따라 히트 싱크와 열전도성 부재 사이에 이격이 발생될 수 있다. 이에 의해, 파워 모듈의 방열 성능이 저하될 수 있다.
선행기술문헌(한국등록특허공보 제10-1786343호)은 파워 소자에서 발생된 열이 파워 소자의 양측 면으로 방열되는 파워 모듈을 개시하고 있다.
다만, 상기 파워 모듈에는 파워 소자가 일 측 기판에 집중되어 있으므로, 파워 소자에서 발생된 열이 어느 한 기판으로 과도하게 편중되는 문제가 발생될 수 있다.
또한, 상기 파워 모듈에는 파워 소자와 열전도성 부재의 결합 시 기울어짐(tiling)이 발생될 수 있고, 이에 따라 파워 모듈 내부의 과도한 응력 증가 및 방열 성능 저하에 기인하는 과도한 온도 상승이 발생될 수 있다.
즉, 선행기술문헌은 방열되는 열량이 불균일하게 형성되는 문제와 파워 모듈의 결합 시 기울어짐이 발생되는 문제를 해소하기 위한 고찰이 없다는 한계가 있다.
한국등록특허공보 제10-1786343호 (2017. 10. 18)
본 발명은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 구조의 양면 냉각형 파워 모듈 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
먼저, 파워 소자에서 발생된 열이 파워 소자의 양측 면으로 균등하게 방열될 수 있는 구조의 양면 냉각형 파워 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 일 목적을 한다.
또한, 파워 소자의 양측에 구비된 기판 중 어느 한 기판에 열응력이 과도하게 발생되는 것을 억제할 수 있는 구조의 양면 냉각형 파워 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 응력의 불균형에 기인하는 휨 또는 뒤틀림이 발생되는 것을 억제할 수 있는 구조의 양면 냉각형 파워 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 파워 소자와 열전도성 부재의 결합 시 기울어짐(tilting)이 발생되는 것을 억제할 수 있는 구조의 양면 냉각형 파워 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 양면 냉각형 파워 모듈은, 스위칭(switching) 동작을 수행하는 파워 소자를 구비한다.
또한, 상기 파워 소자의 양측에는 한 쌍의 기판이 배치되고, 상기 파워 소자는 한 쌍의 상기 기판 사이에서 한 쌍의 상기 기판과 통전 가능하게 연결된다.
또한, 상기 파워 소자는 복수 개로 구비되며, 복수 개의 상기 파워 소자 중 일부는 한 쌍의 상기 기판 중 어느 하나에 결합되고, 복수 개의 상기 파워 소자 중 나머지는 한 쌍의 상기 기판 중 다른 하나에 결합된다.
한 쌍의 기판 중 어느 하나에 결합되는 상기 파워 소자의 개수와 한 쌍의 기판 중 다른 하나에 결합되는 상기 파워 소자의 개수는 동일하게 형성될 수 있다.
또, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈은, 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 제1 기판 및 제2 기판; 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에서 배치되는 파워 소자 및 스페이서를 포함한다.
또한, 상기 스페이서는, 상기 제1 기판과 마주하는 상기 제2 기판의 일측 면에 통전 가능하게 결합되는 제1 스페이서; 및 상기 제2 기판과 마주하는 상기 제1 기판의 일측 면에 통전 가능하게 결합되는 제2 스페이서를 포함한다.
또한, 상기 파워 소자는, 상기 제1 스페이서와 상기 제1 기판 사이에 배치되며, 양측 면이 상기 제1 스페이서 및 상기 제1 기판과 각각 통전 가능하게 결합되는 제1 파워 소자; 및 상기 제2 스페이서와 상기 제2 기판 사이에 배치되며, 양측 면이 상기 제2 스페이서 및 상기 제2 기판과 각각 통전 가능하게 결합되는 제2 파워 소자를 포함한다.
또한, 상기 제1 기판 및 제2 기판은, 절연 플레이트; 및 상기 절연 플레이트의 양측 면에 형성되는 금속 플레이트를 포함한다.
또한, 상기 제1 기판 및 상기 제2 스페이서는, 상기 제2 기판과 마주하는 상기 제1 기판의 일측 면에 형성된 금속 플레이트에 결합되고, 상기 제2 기판 및 상기 제1 스페이서는, 상기 제1 기판과 마주하는 상기 제2 기판의 일측 면에 형성된 금속 플레이트에 결합된다.
또한, 상기 제1 및 제2 파워 소자는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 반도체 소자로 형성된다.
또한, 상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고, 상기 제1 파워 소자 및 상기 제2 파워 소자는 동일한 개수로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 제1 파워 소자는 제1 열을 따라 서로 소정 간격만큼 이격되어 배치되고, 복수 개의 상기 제2 파워 소자는 상기 제1 열과 이격된 제2 열을 따라 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 제1 파워 소자 사이에는 적어도 하나의 상기 제2 파워 소자가 배치되고, 복수 개의 상기 제2 파워 소자 사이에는 적어도 하나의 상기 제1 파워 소자가 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 제1 및 제2 파워 소자는 제1 열 및 상기 제1 열과 이격된 제2 열을 따라 서로 소정 간격만큼 이격되어 배치되고, 상기 제1 열에 배치된 복수 개의 상기 제1 파워 소자의 사이에는 적어도 하나의 제2 파워 소자가 배치되고, 상기 제2 열에 배치된 복수 개의 상기 제2 파워 소자의 사이에는 적어도 하나의 제1 파워 소자가 배치될 수 있다.
또한, 상기 파워 소자와 상기 스페이서의 사이, 상기 파워 소자와 상기 제1 기판의 사이 및 상기 스페이서와 상기 제2 기판의 사이에 각각 형성되는 복수 개의 접착층을 포함하고, 복수 개의 상기 접착층 중 적어도 하나의 접착층에는 복수 개의 기울임 방지부재가 구비된다.
또한, 상기 제1 기판 및 제2 기판이 서로를 향하는 방향으로, 복수 개의 상기 기울임 방지부재는 소정 높이를 구비하고, 상기 기울임 방지부재는 복수 개의 상기 접착층보다 높은 온도에서 용융된다.
또한, 상기 제1 기판 및 제2 기판이 서로를 향하는 방향으로, 상기 접착층은 소정 두께를 구비하고, 상기 기울임 방지부재의 상기 소정 높이 값과 상기 접착층의 상기 소정 두께 값은 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 기판의 일 단에서 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 최단 거리와, 상기 제1 기판의 상기 일 단의 반대편 타 단에서 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 최단 거리의 차는, 20um 이하로 형성될 수 있다.
또, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈의 제조 방법은, (a) 제1 기판 및 제2 기판이 서로 마주하는 각각의 일측 면에 접착층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 기판의 접착층에 제1 파워 소자 및 제2 스페이서를 접착하는 단계; (c) 상기 제2 기판의 접착층에 제2 파워 소자 및 제1 스페이서를 접착하는 단계; (d) 상기 제1 파워 소자 및 상기 제2 스페이서의 상기 제2 기판과 마주하는 일측 면 각각에 접착층을 형성하는 단계; (e) 상기 제1 파워 소자에 형성된 접착층에 상기 제1 스페이서를 접착시키고, 상기 제2 스페이서에 형성된 접착층에 상기 제2 파워 소자를 접착시키는 단계; 및 (f) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 서로 결합되는 단계를 포함한다.
또한, 각각의 상기 접착층에는, 복수 개의 기울임 방지부재가 구비되며, 상기 제1 기판 및 제2 기판이 서로를 향하는 방향으로, 복수 개의 상기 기울임 방지부재는 소정 높이를 구비하고, 상기 기울임 방지부재는 복수 개의 상기 접착층보다 높은 온도에서 용융된다.
또한, 상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고, 상기 제1 파워 소자 및 상기 제2 파워 소자는 동일한 개수로 구비된다.
또한, 상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 제1 및 제2 파워 소자는 제1 열 및 상기 제1 열과 이격된 제2 열을 따라 서로 소정 간격만큼 이격되어 배치되고, 상기 제1 열에 배치된 복수 개의 상기 제1 파워 소자의 사이에는 적어도 하나의 제2 파워 소자가 배치되고, 상기 제2 열에 배치된 복수 개의 상기 제2 파워 소자의 사이에는 적어도 하나의 제1 파워 소자가 배치된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 도출될 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈은 한 쌍의 기판 사이에 배치되는 파워 소자를 구비한다.
또한, 상기 파워 소자는 복수 개로 구비되며, 복수 개의 상기 파워 소자 중 일부는 한 쌍의 기판 중 어느 하나에 결합되고, 복수 개의 상기 파워 소자 중 나머지는 한 쌍의 기판 중 다른 하나에 결합된다.
이에 의해, 복수 개의 상기 파워 소자에서 발생된 열이 어느 하나에 기판에 편중되어 방열되지 않고 한 쌍의 기판에 균등하게 방열될 수 있다.
따라서, 파워 소자의 양측에 구비된 기판 중 어느 한 기판에 열응력이 과도하게 발생되는 것이 억제될 수 있어, 기판에 과도한 열응력에 기인한 손상이 발생되는 것이 억제될 수 있다.
나아가, 어느 한 기판에 열응력이 과도하게 발생됨에 따라 파워 모듈에 휨 또는 뒤틀림이 발생되는 것이 억제될 수 있다. 그 결과, 파워 모듈의 구성들 간의 결합에 손상이 발생되거나 파워 모듈의 구성에 손상이 발생되는 것이 억제될 수 있다.
또한, 파워 모듈의 조립 시, 구성들 사이를 연결하는 접착층에는 기울어짐(tilting)을 방지하는 부재가 포함되므로, 파워 모듈의 조립 시 파워 모듈에 기울어짐(tilting)이 발생되는 것이 억제될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 기판을 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 파워 모듈을 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 절취하여 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 1에 따른 파워 모듈을 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 절취하여 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 1에 따른 파워 모듈을 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 절취하여 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 5에 따른 파워 모듈의 다른 실시 예를 도시하는 단면도이다.
도 7은 도 1에 따른 파워 모듈을 도시하는 평면도이다.
도 8은 도 3의 A 영역을 확대하여 도시하는 부분 단면도이다.
도 9는 도 1에 따른 접착층을 도시하는 사시도이다.
도 10은 도 9에 따른 접착층의 다른 실시 예를 도시하는 사시도이다.
도 11은 도 9에 따른 접착층을 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 절취하여 도시하는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 모듈을 제조하는 과정의 흐름을 도시하는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 양면 냉각형 파워 모듈을 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.
1. 용어의 정의
이하의 설명에서 사용되는 "통전"이라는 용어는, 어느 하나의 구성이 다른 하나의 구성과 전기적으로 연결되거나, 정보 통신 가능하게 연결됨을 의미한다. 상기 통전은 도선, 통신 케이블 등에 의해 형성될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 "열전도 효율"이라는 용어는, 단위 시간당 열이 전달되는 양을 나타내는 지표로서 거리에 영향을 받는다. 열전도체에 의해 연결되는 두 물체의 사이가 멀수록 열전도가 감소되고, 열전도체에 의해 연결되는 두 물체의 사이가 근접될수록 열전도가 향상된다.
이하의 설명에서 사용되는 "좌측", "우측", "전방측", "후방측","상측"및 "하측"은 도 1에 도시된 좌표계를 참조하여 이해될 수 있다.
2. 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 모듈(1)의 구성에 대한 설명
도 1 내지 도 3을 참조하면, 외부 전원(미도시)에서 공급 받은 전원을 3상 전압으로 전환시키는 파워 모듈(1)이 도시된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 모듈(1)은 파워 소자(10), 스페이서(20), 기판(30, 40), 접착층(50, 60, 70), 절연부(80) 및 기울임 방지부재(100)를 포함한다.
도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 모듈(1)은 파워 소자(10) 외에 다이오드(미도시)와 같은 반도체 부품을 포함할 수 있다.
아래에서는, 파워 모듈(1)의 각 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
(1) 파워 소자(10)의 설명
파워 소자(10)는 외부 전원에서 공급되는 전원을 모터가 구동되기 위한 전원으로 전환하여 공급하는 동작인 스위칭 동작을 수행한다.
파워 소자(10)로는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)와 같은 반도체 소자가 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 다른 반도체 소자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 파워 소자(10)로 GTO(gate turn-offthristor)가 사용될 수 있다.
일 실시 예에서, 파워 소자(10)는 양측 면에 각각 형성된 전극을 구비할 수 있다. 예를 들어, 파워 소자(10)의 상측 면에는 게이트(gate) 전극 및 에미터(emitter) 전극이 형성되고, 파워 소자(10)의 하측 면에는 콜렉터(collector) 전극이 형성될 수 있다. 파워 소자(10)에 형성될 수 있는 각각의 전극은 이미 널리 알려진 기술이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
파워 소자(10)에 의해 수행되는 스위칭 동작에는 고전력이 요구되므로, 일반적인 다른 칩들에 비해 높은 열이 발생된다.
열이 과도하게 발생되는 경우, 파워 모듈(1)에 손상이 발생될 수 있으므로, 파워 모듈(1)에는 파워 소자(10)에서 발생된 열을 방열하는 히트 싱크가 구비될 수 있다.
일 실시 예에서, 히트 싱크는 방열판(미도시)으로 구현될 수 있다.
파워 소자(10)의 열을 보다 효율적으로 방열 시키기 위하여, 파워 모듈(1)은 파워 소자(10)의 양측 면으로 열을 방열시키는 양면 냉각형 구조일 수 있다.
양면 냉각형 구조에서는, 파워 소자(10)의 상측과 하측에 각각의 기판(30, 40)이 구비되고, 각 기판(30, 40)에는 파워 소자(10)에서 전달된 열을 방열시키는 방열판(미도시)이 접촉되어 결합될 수 있다.
파워 소자(10)는 하측에 배치된 제1 기판(30)에 결합되는 제1 파워 소자(11) 및 상측에 배치된 제2 기판(40)에 결합되는 제2 파워 소자(12)를 포함한다. 제1 파워 소자(11) 및 제2 파워 소자(12)의 배치에 대해서는 뒤에서 별도의 목차로 상세히 설명한다.
또한, 기판(30, 40)사이의 절연거리를 확보를 위한 스페이서(spacer)가 구비될 수 있다.
(2) 스페이서(20)의 설명
스페이서(20)는 파워 소자(10)의 일측 면과 마주하며 파워 소자(10)와 연결되고, 파워 소자(10)의 상측과 하측에 각각 위치되는 기판(30, 40) 사이를 이격시킨다.
이에 의해, 각 기판(30, 40) 사이의 절연거리가 확보될 수 있다.
스페이서(20)는 각 기판(30, 40) 사이의 절연 거리를 확보할 수 있는 소정 높이를 구비하고, 파워 소자(10)와 기판(30, 40) 사이에 배치된다.
구체적으로, 스페이서(20)는 그 양측 면이 파워 소자(10)와 기판(30, 40)에 결합된다.
도시된 실시 예에서, 스페이서(20)는 하측 면이 제1 파워 소자(11)와 결합되고 상측 면이 제2 기판(40)과 결합되는 제1 스페이서(21)를 포함하고, 상측 면이 제2 파워 소자(11)와 결합되고 하측 면이 제1 기판(30)과 결합되는 제2 스페이서(22)를 포함한다.
제1 스페이서(21)는 제1 파워 소자(11)와 제2 기판(40)을 통전 가능하게 연결함과 동시에 제1 및 제2 기판(30, 40) 사이의 절연 거리를 확보한다.
또한, 제2 스페이서(22)는 제2 파워 소자(12)와 제1 기판(30)을 통전 가능하게 연결함과 동시에 제1 및 제2 기판(30, 40) 사이의 절연 거리를 확보한다.
스페이서(20)는 열전도성 및 전기 전도성이 우수한 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스페이서(20)는 Al-Si-C, Cu 등의 재질로 형성될 수 있다.
따라서, 스페이서(20)를 통해 파워 소자(10)에 형성된 전극과 기판(30, 40)의 금속부가 서로 통전 가능하게 연결될 수 있다.
나아가, 파워 소자(10)에서 발생된 열이 스페이서(20)를 통해 파워 소자(10)의 상하측에 위치되는 제1 및 제2 기판(30, 40)으로 전달될 수 있다.
제1 기판(30)의 하측 면 및 제2 기판(40)의 상측 면에는 각각 방열판(미도시)이 접촉되어 결합되고, 제1 및 제2 기판(30, 40)으로 전달된 열이 방열판(미도시)을 통해 방열된다.
(3) 기판(30, 40)의 설명
파워 소자(10)의 상측 및 하측에는 각각 제1 및 제2 기판(30, 40)이 구비된다. 파워 소자(10)의 하측에는 제1 기판(30)이 배치되고, 파워 소자(10)의 상측에는 제2 기판(40)이 배치된다.
즉, 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)은 파워 소자(10)를 사이에 두고 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치된다.
도 2를 참조하면, 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)은 양측 면에 금속 플레이트(32, 42)가 형성된 절연 플레이트(31, 41)로 구현될 수 있다.
제1 기판(30)은 제1 절연 플레이트(31) 및 상기 제1 절연 플레이트(31)의 양측 면에 형성된 제1 금속 플레이트(32)를 구비하고, 제2 기판(40)은 제2 절연 플레이트(41, 도 3 참조) 및 상기 제2 절연 플레이트(41)의 양측 면에 형성된 제2 금속 플레이트(42, 도 3 참조)를 구비한다.
제1 절연 플레이트(31) 및 제2 절연 플레이트(41)는 열 전도성은 높으나 절연성을 지닌 재질로 형성된다. 이에 의해, 제1 금속 플레이트(32) 사이 및 제2 금속 플레이트(42) 사이를 절연함과 동시에 파워 소자(10)에서 발생된 열을 원활하게 전달할 수 있다.
제1 금속 플레이트(32)와 제2 금속 플레이트(42)는 파워 소자(10)에서 발생된 전기적 신호를 전달할 수 있도록 파워 소자(10) 및 스페이서(20)와 통전 가능하게 연결된다.
제1 기판(30)의 상측 면에 형성된 제1 금속 플레이트(32)와 제1 파워 소자(11)의 하측 면에 형성된 전극이 서로 통전 가능하게 연결된다. 상측 면에 형성된 제1 금속 플레이트(32)는 제1 파워 소자(11)의 하측 면에 형성된 전극과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상측 면에 형성된 제1 금속 플레이트(32)는 제1 파워 소자(11)의 배치 구조에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제2 기판(40)의 하측 면에 형성된 제2 금속 플레이트(42)와 제1 스페이서(21)의 상측 면이 통전 가능하게 연결된다. 이 경우, 제2 금속 플레이트(42)는 제1 스페이서(21)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 하측 면에 형성된 제2 금속 플레이트(42)는 제1 스페이서(21)의 배치 구조에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
즉, 하측 면에 형성된 제2 금속 플레이트(42)는 제1 파워 소자(11)의 상측 면에 형성된 전극과 통전 가능하게 연결된다.
또한, 제2 기판(40)의 하측 면에 형성된 제2 금속 플레이트(42)와 제2 파워 소자(12)의 상측 면에 형성된 전극이 서로 통전 가능하게 연결된다. 하측 면에 형성된 제2 금속 플레이트(42)는 제2 파워 소자(12)의 상측 면에 형성된 전극과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 하측 면에 형성된 제2 금속 플레이트(42)는 제2 파워 소자(12)의 배치 구조에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제1 기판(30)의 상측 면에 형성된 제1 금속 플레이트(32)와 제2 스페이서(22)의 하측 면이 통전 가능하게 연결된다. 이 경우, 제1 금속 플레이트(32)는 제2 스페이서(22)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상측 면에 형성된 제1 금속 플레이트(32)는 제2 스페이서(22)의 배치 구조에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
즉, 상측 면에 형성된 제1 금속 플레이트(32)는 제2 파워 소자(12)의 하측 면에 형성된 전극과 통전 가능하게 연결된다.
제1 기판(30) 및 제2 기판(40)은 BDC(direct bonded copper) 기판으로 구비될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 파워 모듈(1)에 사용될 수 있는 공지된 각종 기판으로 구현될 수 있다.
제1 기판(30)의 하측 면과 제2 기판(40)의 상측 면에는 방열판(미도시)이 접촉되어 결합될 수 있다.
제1 파워 소자(11)에서 발생되는 열이 제1 기판(30)을 거쳐 방열판으로 방열된다. 또한, 제1 파워 소자(11)에서 발생되는 열이 제1 스페이서(21) 및 제2 기판(40)을 거쳐 방열판으로 방열된다.
제2 파워 소자(12)에서 발생되는 열이 제2 기판(40)을 거쳐 방열판으로 방열된다. 또한, 제2 파워 소자(12)에서 발생되는 열이 제2 스페이서(22) 및 제1 기판(30)을 거쳐 방열판으로 방열된다.
따라서, 파워 소자(10)에서 발생되는 열이 파워 소자(10)의 양측 면으로 방열될 수 있다.
이에 의해, 파워 소자(10)에서 발생된 열을 방출하는 성능인 방열 성능이 향상될 수 있다.
결과적으로, 파워 소자(10)의 발열로 인해 파워 모듈(1)의 내부의 온도가 과도하게 상승되는 것이 억제될 수 있다.
파워 소자(10), 스페이서(20), 제1 기판(30) 및 제2 기판(40) 중 서로 마주하는 두 부재 사이에는 접착층이 형성될 수 있다. 접착층에 의해 두 부재가 서로 견고히 결합될 수 있다.
(4) 접착층(50, 60, 70)의 설명
접착층(50, 60, 70)은 서로 마주하는 두 부재 사이를 결합시킨다.
접착층(50, 60, 70)은 제1 접착층(51, 61, 71) 및 제2 접착층(52, 62, 72)을 포함한다.
제1 기판(30)과 제1 파워 소자(11) 사이에는 제1 접착층(51)이 형성되고, 제1 접착층(51)에 의해 제1 기판(30)과 제1 파워 소자(11)가 통전 가능하게 결합된다.
제1 파워 소자(11)와 제1 스페이서(21) 사이에는 제1 접착층(71)이 형성되고, 제1 접착층(71)에 의해 제1 파워 소자(11)와 제1 스페이서(21)가 통전 가능하게 결합된다.
제1 스페이서(21)와 제2 기판(40) 사이에는 제1 접착층(61)이 형성되고, 제1 접착층(61)에 의해 제1 스페이서(21)와 제2 기판(40)이 통전 가능하게 결합된다.
제2 기판(40)과 제2 파워 소자(12) 사이에는 제2 접착층(52)이 형성되고, 제2 접착층(52)에 의해 제2 기판(40)과 제2 파워 소자(12)가 통전 가능하게 결합된다.
제2 파워 소자(12)와 제2 스페이서(22) 사이에는 제2 접착층(72)이 형성되고, 제2 접착층(72)에 의해 제2 파워 소자(12)와 제1 스페이서(22)가 통전 가능하게 결합된다.
제2 스페이서(22)와 제1 기판(30) 사이에는 제2 접착층(62)이 형성되고, 제2 접착층(62)에 의해 제2 스페이서(22)와 제1 기판(30)이 통전 가능하게 결합된다.
각 접착층(50, 60, 70)에는 열 전도성과 전기 전도성이 뛰어난 접합 재료가 사용되고, 각 접착층(50, 60, 70)은 솔더링(soldering) 또는 신터링(sintering) 방식에 의해 형성될 수 있다.
상기 접착층(50, 60, 70)을 형성하는 접합 재료로는 Ag, Cu, Sn-Cu 등이 사용될 수 있다.
(5) 절연부(80)의 설명
제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이에는 절연부(80)가 형성될 수 있다. 절연부(80)는 인접한 파워 소자(10) 사이 또는 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이에서 절연파괴가 발생되는 것을 방지한다.
절연부(80)는 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이에서 절연 재료가 몰딩(molding)되어 형성될 수 있다.
아래에서는, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 소자(10)가 배치되는 구조에 대해 설명한다.
3. 본 발명의 실시 예에 따른 파워 소자(10)가 배치되는 구조의 설명
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 소자(10)는 복수 개로 구비되며, 복수 개의 파워 소자(10) 중 일부는 한 쌍의 기판(30, 40) 중 어느 하나에 결합되고, 복수 개의 파워 소자(10) 중 나머지는 한 쌍의 기판(30, 40) 중 다른 하나에 결합된다.
도시된 실시 예에서, 복수 개의 파워 소자(10)는 제1 기판(30)에 결합되는 제1 파워 소자(11) 및 제2 기판(40)에 결합되는 제2 파워 소자(12)를 포함한다.
제1 파워 소자(11)의 하측 면은 제1 접착층(51)에 의해 제1 기판(30)의 상측 면과 통전 가능하게 결합된다. 또한, 제1 파워 소자(11)의 상측 면은 제1 접착층(71)에 의해 제1 스페이서(21)의 하측 면과 통전 가능하게 결합되며, 제1 스페이서(21)는 제1 접착층(61)에 의해 제2 기판(40)과 결합된다.
제1 접착층(51, 61, 71) 및 제1 스페이서(21)는 열 전도성과 전기 전도성을 갖는 물질이므로, 제1 파워 소자(11)는 제1 및 제2 기판(30, 40)과 통전 가능하게 연결되고, 제1 파워 소자(11)에서 발생된 열이 제1 및 제2 기판(30, 40)으로 이동될 수 있다.
다만, 제1 파워 소자(11)에서 발생된 열이 제1 기판(30)에 전달되는 열전도 효율과 제2 기판(40)에 전달되는 열전도 효율에는 차이가 발생된다.
상기 열전도 효율은 단위 시간당 열이 전달되는 양을 나타내는 지표로서 거리에 영향을 받으며, 두 물체의 사이가 멀수록 열전도가 감소되고, 두 물체의 사이가 근접될수록 열전도가 향상된다.
제1 기판(30)은 제1 파워 소자(11)와 직접적으로 결합되어 있는 반면에, 제2 기판(40)은 제1 스페이서(21)를 통해 제1 파워 소자(11)와 연결된다.
따라서, 제1 파워 소자(11)와 결합되어 있는 제1 기판(30)과 제1 파워 소자(11) 사이의 열전도 효율에 비해 제1 파워 소자(11)와 제2 기판(40) 사이의 열전도 효율은 작게 형성된다.
그 결과, 제2 기판(40)에 비해 제1 기판(30)에 상대적으로 더 많은 양의 열 에너지가 이동된다.
또한, 제2 파워 소자(12)의 상측 면은 제2 접착층(52)에 의해 제2 기판(40)의 하측 면과 통전 가능하게 결합된다. 또한, 제2 파워 소자(12)의 하측 면은 제2 접착층(72)에 의해 제2 스페이서(22)의 상측 면과 통전 가능하게 결합되며, 제2 스페이서(22)는 제2 접착층(62)에 의해 제1 기판(30)과 결합된다.
제2 접착층(52, 62, 72) 및 제2 스페이서(22)는 열 전도성과 전기 전도성을 갖는 물질이므로, 제2 파워 소자(12)는 제1 및 제2 기판(30, 40)과 통전 가능하게 연결되고, 제2 파워 소자(12)에서 발생된 열이 제1 및 제2 기판(30, 40)으로 이동될 수 있다.
다만, 제2 파워 소자(12)에서 발생된 열이 제1 기판(30)에 전달되는 열전도 효율과 제2 기판(40)에 전달되는 열전도 효율에는 차이가 발생된다.
제2 기판(40)은 제2 파워 소자(12)와 직접적으로 결합되어 있는 반면에, 제1 기판(30)은 제2 스페이서(22)를 통해 제2 파워 소자(12)와 연결된다.
따라서, 제2 파워 소자(12)와 결합되어 있는 제2 기판(40)과 제2 파워 소자(12) 사이의 열전도 효율에 비해 제2 파워 소자(12)와 제1 기판(30) 사이의 열전도 효율은 작게 형성된다.
그 결과, 제1 기판(30)에 비해 제2 기판(40)에 상대적으로 더 많은 양의 열 에너지가 이동된다.
즉, 상술한 바와 같이, 제1 파워 소자(11)에서 발생된 열은 제2 기판(40)에 비해 제1 기판(30)에 상대적으로 많은 양으로 전달되고, 제2 파워 소자(12)에서 발생된 열은 제1 기판(30)에 비해 제2 기판(40)에 상대적으로 많은 양으로 전달된다.
제1 및 제2 파워 소자(11, 12)가 모두 제1 기판(30) 또는 제2 기판(40)에만 접착되는 경우, 제1 및 제2 파워 소자(11, 12)에서 발생된 열 에너지가 제1 기판(30) 또는 제2 기판(40) 중 어느 한 기판에 편중되어 전달될 수 있다.
제1 기판(30) 및 제2 기판(40) 중 어느 한 기판에 열 에너지가 과도하게 편중되어 전달되는 경우, 열팽창에 의해 과도한 열응력이 형성될 수 있다.
이에 따라, 기판에 크랙(crack)과 같은 손상이 발생될 수 있다.
또한, 제1 기판(30)과 제2 기판(40)에 전달되는 열에너지의 크기가 달라짐에 따라, 제1 기판(30)이 열 팽창되는 정도와 제2 기판(40)이 열 팽창되는 정도에 차이가 발생될 수 있다.
이에 따라, 파워 모듈(1)에 휨이나 뒤틀림이 발생될 수 있고, 파워 모듈(1)에 발생된 휨 또는 뒤틀림은 파워 모듈(1)의 구성의 결합에 손상을 야기할 수 있고, 나아가 파워 모듈(1)의 구성에 손상이 발생될 수 있다.
본 실시 예에 따른 파워 모듈(1)에는, 복수의 파워 소자(10) 중 일부는 제1 기판(30)에 결합되고, 복수의 파워 소자(10) 중 나머지는 제2 기판(40)에 결합된다.
이에 의해, 복수 개의 파워 소자(10)에서 발생된 열이 어느 하나에 기판(30, 40)에 편중되어 방열되지 않고 한 쌍의 기판(30, 40)에 균등하게 방열될 수 있다.
따라서, 파워 소자(10)의 양측에 구비된 기판(30, 40) 중 어느 한 기판(30, 40)에 열응력이 과도하게 발생되는 것이 억제될 수 있어, 기판(30, 40)에 과도한 열응력에 기인한 손상이 발생되는 것이 억제될 수 있다.
나아가, 어느 한 기판(30, 40)에 열응력이 과도하게 발생됨에 따라 파워 모듈(1)에 휨 또는 뒤틀림이 발생되는 것이 억제될 수 있다.
그 결과, 파워 모듈(1)의 구성들 간의 결합에 손상이 발생되거나 파워 모듈(1)의 구성에 손상이 발생되는 것이 억제될 수 있다.
그 결과, 파워 소자(10)에서 발생되는 열에 대항하는 신뢰성이 향상될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 파워 소자(10)는 총 6개로 구비된다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 도시되지 않은 실시 예에서, 파워 소자(10)의 개수는 파워 모듈(1)의 회로 설계에 따라 변경될 수 있다.
파워 모듈(1)의 균등한 방열 성능을 위하여, 제1 파워 소자(11) 및 제2 파워 소자(12)는 동일한 개수로 구비될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 제1 및 제2 파워 소자(11, 12)는 각각 3개로 구비된다.
또한, 제1 파워 소자(11)는 제1 열을 따라 소정 간격만큼 이격되어 배치되고, 제2 파워 소자(12)는 상기 제1 열과 이격된 제2 열을 따라 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치된다. 도 1을 참조하면, 제1 열 및 제2 열은 전후방향으로 형성된다.
도시된 실시 예에서, 제2열은 제1 열에서 좌측으로 소정 거리만큼 이격된다.
도 4를 참조하면, 제1 열을 따라 배열된 제1 파워 소자(11)가 포함된 단면이 도시된다. 또한, 도 5를 참조하면, 제2 열을 따라 배열된 제2 파워 소자(11)가 포함된 단면이 도시된다.
제1 열에 배치된 제1 파워 소자(11)와 제1 기판(30) 사이에 형성되는 열전도 효율과 제1 파워 소자(11)와 제2 기판(40) 사이에 형성되는 열전도 효율의 비율은 A : B로 형성될 수 있다. 상기 A는 상기 B보다 큰 수이다.
제2 열에 배치된 제2 파워 소자(12)와 제2 기판(40) 사이에 형성되는 열전도 효율과 제2 파워 소자(12)와 제1 기판(30) 사이에 형성되는 열전도 효율의 비율은 A : B로 형성될 수 있따. 상기 A는 상기 B보다 큰 수이다.
일 실시 예에서, 제1 열에 배치된 제1 파워 소자(11)와 제1 기판(30) 사이에 형성되는 열전도 효율과 제2 열에 배치된 제2 파워 소자(12)와 제2 기판(40) 사이에 형성되는 열전도 효율은 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 제1 열에 배치된 제1 파워 소자(11)와 제2 기판(40) 사이의 최단 거리는 제2 열에 배치된 제2 파워 소자(12)와 제1 기판(30) 사이의 최단 거리는 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 제1 열에서 복수의 제1 파워 소자(11)가 서로 이격된 거리는, 제2 열에서 복수의 제2 파워 소자(12)가 서로 이격된 거리와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 제1 열이 제1 기판(30)의 우측 모서리에서 좌측으로 이격된 거리는 제2 열이 제2 기판(40)의 좌측 모서리에서 우측으로 이격된 거리와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 다른 실시 예에 따른 파워 모듈(1)의 단면이 도시된다.
본 실시 예에 따른 파워 모듈(1)에서는, 제1 파워 소자(11) 및 제2 파워 소자(12)가 배열되는 순서가 변경된다.
도시된 실시 예에서는, 제1 파워 소자(11) 및 제2 파워 소자(12)가 제1 열을 따라 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치된다.
제1 열에 배열된 복수 개의 제1 파워 소자(11) 사이에는 적어도 하나의 제2 파워 소자(12)가 배치된다. 도시된 실시 예에서는, 양 측에 배치된 제1 파워 소자(11) 사이에 제2 파워 소자(12)가 배치된다.
또한, 도시되지는 않았으나, 제1 파워 소자(11) 및 제2 파워 소자(12)가 제2 열을 따라 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치된다.
이 경우, 제2 열에 배열된 복수 개의 제2 파워 소자(12) 사이에는 적어도 하나의 제1 파워 소자(11)가 배치된다. 일 실시 예에서, 양 측에 배치된 제2 파워 소자(12) 사이에 제1 파워 소자(11)가 배치될 수 있다.
다르게 말하면, 복수 개의 제1 및 제2 파워 소자(11, 12)는 제1 열 및 상기 제1 열과 이격된 제2 열을 따라 서로 소정 간격만큼 이격되어 배치된다. 상기 제1 열에 배치된 복수 개의 제1 파워 소자(11)의 사이에는 적어도 하나의 제2 파워 소자(12)가 배치되고, 상기 제2 열에 배치된 복수 개의 제2 파워 소자(12)의 사이에는 적어도 하나의 제1 파워 소자(11)가 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 파워 소자(11)와 제1 기판(30) 사이에 형성되는 열전도 효율과 제2 파워 소자(12)와 제2 기판(40) 사이에 형성되는 열전도 효율은 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 제1 파워 소자(11)와 제2 기판(40) 사이의 최단 거리는 제2 파워 소자(12)와 제1 기판(30) 사이의 최단 거리는 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 제1 열에서 복수의 파워 소자(11, 12)가 서로 이격된 거리는, 제2 열에서 복수의 파워 소자(11, 12)가 서로 이격된 거리와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 제1 열이 제1 기판(30)의 우측 모서리에서 좌측으로 이격된 거리는 제2 열이 제2 기판(40)의 좌측 모서리에서 우측으로 이격된 거리와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2 기판(40)을 상측 방향에서 하측 방향으로 바라본 평면도가 도시된다. 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이에 배치된 복수의 파워 소자(10)는 점선으로 도시된다.
상술한 바와 같이, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 복수의 파워 소자(10)는 제1 및 제2 기판(30, 40)의 중심을 통과하여 세로 방향으로 연장되는 가상선에 대해 대칭되게 배열될 수 있다.
또한, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 복수의 파워 소자(10)는 제1 및 제2 기판(30, 40)의 중심을 통과하여 가로 방향으로 연장되는 가상선에 대해 대칭되게 배열될 수 있다.
또한, 방열 성능을 균등화하기 위하여, 복수의 파워 소자(10) 중 절반은 제1 기판(30)과 결합되고, 나머지 절반은 제2 기판(40)과 결합된다.
아래에서는, 도 8 내지 도 11를 참조하여, 본 발명에 따른 파워 모듈(1)의 조립 시 기울어짐(tiling)이 발생되는 것을 억제하기 위한 기울임 방지부재(100)에 대해 설명한다.
4. 기울임 방지부재(100)의 설명
본 실시 예에 따른 파워 모듈(1)은 접착층(50, 60, 70) 중 적어도 하나의 접착층에 기울임 방지부재(100)를 포함한다.
접착층(50, 60, 70)은 접착 재료를 접착시키려는 두 부재 사이에서 용융시키고, 용융된 접착 재료가 응고되는 과정을 거쳐 형성된다. 용융된 접착 재료가 응고됨에 따라 두 부재가 서로 접착될 수 있다.
다만, 용융된 접착 재료가 응고되는 과정에서, 용융된 접착 재료의 부분 중 어느 한 부분이 응고되는 속도와 다른 부분이 응고되는 속도의 차이가 발생될 수 있다.
이에 따라, 접착층의 부분 중 임의의 두 부분 간에 두께 차이가 증가될 수 있다.
결과적으로, 접착층에 의해 서로 접착되는 두 부재가 서로에 대해 소정 각도를 이루며 접착될 수 있다. 즉, 서로 접착되는 두 부재 중 어느 한 부재가 다른 한 부재에 대해 기울어질 수 있다.
(1) 본 실시 예에 따른 기울임 방지 구조의 설명
도 8을 참조하면, 파워 모듈(1)의 조립 시 기울어짐(tiling)이 발생될 수 있는 점을 고려하여, 본 실시 예에 따른 파워 모듈(1)은 접착층(50, 60, 70) 중 적어도 하나의 접착층에 기울임 방지부재(100)를 포함한다.
기울임 방지부재(100)는 복수 개로 구비되고, 상하 측으로 소정의 높이를 갖는다. 상기 소정의 높이는 각 접착층(50, 60, 70)의 상하 방향 두께를 고려하여 설계될 수 있다. 즉, 접착층(50, 60, 70)의 설계 두께와 동일한 값의 높이를 구비할 수 있다.
기울임 방지부재(100)는 구(sphere)의 형태로 형성될 수 있다.
복수 개의 기울임 방지부재(100)는 용융된 접착 재료에 포함된 상태로 접착하고자 하는 두 부재 사이에 배치된다. 접착 재료가 응고되어 기울임 방지부재(100)를 포함하는 접착층(50, 60, 70)이 형성되면, 기울임 방지부재(100)는 접착층(50, 60, 70)과 함께 두 부재 사이를 지탱한다.
파워 소자(10)와 스페이서(20) 사이에 형성된 접착층(50)을 예로 들면, 접착층(50)에는 복수 개의 기울임 방지부재(100)가 포함되고, 기울임 방지부재(100)는 접착층(50)과 함께 파워 소자(10)와 스페이서(20) 사이를 지탱한다.
기울임 방지부재(100)는 접착층(50, 60, 70)을 이루는 접착 재료가 용융되는 온도에서 용융되지 않는 재질로 형성될 수 있다.
따라서, 접착 재료가 용융되어 배치되는 과정에서 기울임 방지부재(100)는 용융되지 않고 용융된 접착재료에 포함되어 배치될 수 있다.
또한, 기울임 방지부재(100)는 용융된 접착 재료에 포함된 상태에서, 접착 재료와 반응되지 않는 재질로 형성될 수 있다. 기울임 방지부재(100)가 반응성이 너무 높은 재질로 형성되는 경우, 기울임 방지부재(100)가 접착 재료와 반응되어 기울임 방지부재(100)의 형태가 녹아버릴 수 있다.
기울임 방지부재(100)의 형태가 변형되면 복수 개의 방지부재(100) 사이의 높이 차가 발생되므로, 파워 소자(10)와 스페이서(20) 사이에 기울어짐이 발생될 수 있다.
즉, 기울임 방지부재(100)는 접착 재료보다 높은 용융점을 갖고 용융된 접착 재료와 반응되지 않는 재질로 형성된다.
이에 따라, 용융된 접착 재료가 응고되는 경우, 접착되는 두 부재 사이가 기울임 방지부재(100)에 의해 지탱될 수 있다. 예를 들어, 접착층(70)을 형성하는 접착 재료가 응고되는 과정에서 스페이서(20)와 파워 소자(10)의 사이는 복수 개의 기울임 방지부재(100)에 의해 지지될 수 있다.
이에 의해, 각 부분에서 접착 재료가 응고되는 속도의 차이가 발생되는 경우에도, 스페이서(20)와 파워 소자(10)의 사이가 복수 개의 기울임 방지부재(100)에 의해 지지될 수 있다.
결과적으로, 스페이서(20)와 파워 소자(10)가 서로 기울어져 결합되는 것이 억제될 수 있다.
기판(30, 40)과 스페이서(20) 사이에 형성되는 접착층(60)에도 복수 개의 기울임 방지부재(100)가 포함되어 기울어짐이 발생되는 것이 억제될 수 있다. 구체적으로, 제1 기판(30)과 제2 스페이서(22)가 서로 기울어져 결합되는 것이 억제될 수 있다. 또한, 제2 기판(40)과 제1 스페이서(21)가 서로 기울어져 결합되는 것이 억제될 수 있다.
기판(30, 40)과 파워 소자(10)의 사이에 형성되는 접착층(70)에도 복수 개의 기울임 방지부재(100)가 포함되어 기울어짐이 발생되는 것이 억제될 수 있다. 구체적으로, 제1 기판(30)과 제1 파워 소자(11)가 서로 기울어져 결합되는 것이 억제될 수 있다. 또한, 제2 기판(40)과 제2 파워 소자(12)가 서로 기울어져 결합되는 것이 억제될 수 있다.
일 실시 예에서, 접착층(50, 60, 70)은 구리(Cu)를 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 접착층(50, 60, 70)은 주석-구리 합금(Sn-Cu)으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 기울임 방지부재(100)는 니켈(Ni) 재질로 형성될 수 있다.
기울임 방지부재(100)가 접착층(50, 60, 70)에 포함됨으로 인해, 접착층(50, 60, 70)의 상하 방향 두께가 소정의 오차 범위 안에 포함되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 접착층(50, 60, 70)의 상하 방향 두께는 7um의 오차 범위 안에 포함되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 접착층(50, 60, 70)의 부분 중 상하 방향 높이가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분의 차는 20um 이하로 형성될 수 있다.
도 8를 참조하면, 접착층(71)의 좌측은 제1 두께(H1)로 형성되고, 우측은 제2 두께H2)로 형성된다.
제2 두께(H2)와 제1 두께(H1)의 차이가 소정 값 이하로 형성되고, 이에 의해 파워 모듈(1)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
일 실시 예에서, 제2 두께(H2)와 제1 두께(H1)의 차이가 7um 이하로 형성되고, 이에 의해 파워 모듈(1)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
스페이서(20)와 파워 소자(10) 사이에 형성된 접착층(50)뿐만 아니라 다른 접착층(60, 70)도 두께의 오차가 소정 범위 내에 포함되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 다른 접착층(60, 70)은 가장 두꺼운 부분과 가장 얇은 부분의 차가 7um 이하로 형성될 수 있다.
접착층들(50, 60, 70)에서 발생될 수 있는 기울어짐이 억제되고 두께의 오차가 감소됨에 따라 파워 모듈(1) 전체의 조립 오차가 감소될 수 있다.
제1 기판(30)의 일 단에서 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리와,
제1 기판(30)의 타 단에서 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리의 차는, 소정 값 이하로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 소정 값은 20um 이하로 형성될 수 있다.
도 3를 참조하면, 제1 기판(30)의 좌측 단에서의 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리(D1)와 제1 기판(30)의 우측 단에서의 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리(D2)의 차는 20um 이하로 형성될 수 있다.
제1 기판(30)의 일 단에서 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리와 제1 기판(30)의 타 단에서 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리의 차가 과도하게 증가되는 경우, 상술한 열응력의 과도한 증가 및 방열 성능 저하 등의 문제가 발생될 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 기판(30)의 일 단에서 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리와 제1 기판(30)의 타 단에서 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리의 차가 100um 이상으로 형성되는 경우, 상술한 열응력의 과도한 증가 및 방열 성능 저하 등의 문제가 발생될 수 있다.
본 실시 예에 따른 파워 모듈(1)은, 제1 기판(30)의 좌측 단에서의 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리(D1)와 제1 기판(30)의 우측 단에서의 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이의 최단 거리(D2)의 차가 소정 값 이하(바람직하게는, 20um)로 감소되므로, 열응력이 과도하게 증가하거나 방열 성능이 저하되는 것이 억제될 수 있다.
즉, 파워 모듈의 내부의 온도가 상승됨에 따라 파워 소자(10)의 특정 부분에 파워 소자(10)가 견딜 수 있도록 설계된 응력 값 이상의 응력이 형성되는 것이 억제될 수 있다.
즉, 제1 기판(30)과 제2 기판(40)의 조립 시, 제1 기판(30)과 제2 기판(40)이 형성하는 소정의 각도가 극도로 작게 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 기판(30)과 제2 기판(40)이 실질적으로 평행하게 결합될 수 있다.
따라서, 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)과 방열판(미도시)의 조립 시 발생될 수 있는 오차를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 기판(30) 및/또는 제2 기판(40)과 방열판(미도시) 사이에 열 전도 성능이 향상될 수 있다.
결과적으로, 파워 소자(10)의 방열 성능이 향상될 수 있다.
또한, 몰드(mold)에 제1 기판(30)과 제2 기판(40)을 일시적으로 고정 시, 조립 오차를 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 몰드(mold)에 의해 파워 소자(10)의 부분 중 특정 부분에 과도한 응력이 가해지는 것을 억제할 수 있다.
(3) 본 실시 예에 따른 기울임 방지부재(100)의 배치에 대한 설명
도 9 내지 도 11을 참조하면, 복수 개의 기울임 방지부재(100)는 제1 접착층(51)의 전체에 균등하게 배치될 수 있다.
제1 접착층(51)은 사각형 단면을 구비하고, 복수 개의 기울임 방지부재(100) 중 일부는 사각형의 각 꼭지점에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(30)과 제1 파워 소자(11)의 결합 시, 제1 파워 소자(11)가 제1 기판(30)에 대해 기울어지는 것이 억제될 수 있다.
도시되지 않은 실시 예에서, 제1 접착층(51)은 다각형 단면을 구비하고, 복수 개의 기울임 방지부재(100) 중 일부는 다각형의 각 꼭지점에 배치될 수 있다.
또, 복수 개의 기울임 방지부재(100) 중 일부는 제1 접착층(51)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(30)과 제1 파워 소자(11)의 결합 시, 제1 파워 소자(11)가 제1 기판(30)에 대해 기울어지는 것이 억제될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 다른 접착층(52, 61, 62, 71, 72)에 포함된 복수 개의 기울임 방지부재(100) 역시 제1 접착층(51)에 포함된 복수 개의 기울임 방지부재(100)와 같이 배치될 수 있다.
기울임 방지부재(100)는 구(sphere) 형태로 형성될 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 기울임 방지부재(100)는 상하 방향으로 소정 높이를 갖는 다각 기둥형으로 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 기울임 방지부재(100)는 원기둥형으로 형성될 수 있다.
(4) 접착층(50, 60, 70)과 기울임 방지부재(100)의 면적 비에 대한 설명
접착층(50, 60, 70)의 접착성능이 과도하게 감소되지 않음과 동시에 기울어짐 발생에 기인하는 조립 오차를 감소시키기 위하여, 접착층(50, 60, 70)과 복수 개의 기울임 방지부재(100)의 혼합비율을 적절하게 설계하는 것이 바람직하다.
접착층(50, 60, 70)에 과도한 양의 기울임 방지부재(100)가 포함되는 경우, 접착층(50, 60, 70)의 접착성능이 감소되어 파워 모듈(1)의 신뢰성이 저감될 수 있다.
또한, 접착층(50, 60, 70)에 너무 적은 양의 기울임 방지부재(100)가 포함되는 경우, 설계된 조립 오차범위를 벗어난 값의 조립 오차가 발생될 수 있다.
따라서, 파워 모듈(1)의 조립 오차가 설계된 오차범위 내에 포함됨과 동시에 접착층(50, 60, 70)의 접착성능이 과도하게 저하되지 않는 양의 기울임 방지부재(100)가 접착층(50, 60, 70)에 포함되는 것이 바람직하다.
제1 접착층(51)을 예를 들어 설명하면, 기울임 방지부재(100)와 접착물질의 비율은 다음과 같이 형성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 복수 개의 기울임 방지부재(100)의 중심을 지나는 평면에서, 제1 접착층(51)의 단면적은 제1 면적(A1)으로 구비되고, 복수 개의 기울임 방지부재(100)의 단면적의 합은 제2 면적(A2)으로 구비된다.
일 실시 예에서, 제2 면적(A2)은 제1 면적(A1)의 20% 이상 25% 이하로 구비될 수 있다.
이에 의해, 제1 접착층(51)의 접착성능이 과도하게 저하되지 않음과 동시에, 파워 모듈(1)의 조립 오차가 설계된 오차범위 내에 포함될 수 있다.
5. 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 모듈(1)의 제조 방법에 대한 설명
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 모듈(1)의 제조 과정의 흐름이 도시된다.
(1) 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)이 서로 마주하는 각각의 일측 면에 접착층(51, 52, 61, 62)을 형성하는 단계 단계(S100)의 설명
먼저, 파워 소자(10) 및 스페이서(20)와의 결합을 위하여, 접합 재료를 용융시켜 제1 기판(30)의 상측 면에 및 제2 기판(40)의 하측 면에 도포한다. 접합 재료는 열전도성과 전기 전도성이 우수한 재질로 형성된다.
접합 재료는 제1 기판(30)의 상측 면에 장착되는 부품들과 대응되는 위치에 솔더링될 수 있다. 또한, 접합 재료는 제2 기판(40)의 하측 면에 장착되는 부품들과 대응되는 위치에 솔더링될 수 있다.
접합 재료가 솔더링됨에 따라, 제1 기판(30)의 상측 면에는 제1 접착층(51) 및 제2 접착층(62)이 형성된다. 또한, 제2 기판(40)의 하측 면에는 제2 접착층(52) 및 제1 접착층(61)이 형성된다.
즉, 접합재료는 제1 기판(30)에 제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(22)가 장착되는 위치에 솔더링 될 수 있고, 제2 기판(40)에 제2 파워 소자(12) 및 제1 스페이서(21)가 장착되는 위치에 솔더링 될 수 있다.
용융된 접합 재료에는 복수 개의 기울임 방지부재(100)가 포함된다.
이에 의해, 파워 모듈(1)에 기울어짐이 발생됨에 기인하는 조립 오차가 감소될 수 있다.
복수 개의 기울임 방지부재(100)의 구조, 배치 및 기능에 대한 설명 및 조립 오차가 감소됨에 따른 효과에 대한 설명은 위에서 상술한 바, 이에 갈음한다.
제1 기판(30)의 상측 면 및 제2 기판(40)의 하측 면에는 파워 소자(10), 다이오드(미도시), 및 리드 프레임(미도시) 등이 장착될 수 있다.
용융된 접합 재료가 도포된 제1 기판(30)의 상측 면은, 제1 기판(30)과 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 기판(40)의 하측 면과 마주하게 된다.
(2) 제1 기판(30)의 접착층(51, 62)에 제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(22)를 접착하는 단계 하는 단계(S200)의 설명
용융되어 도포된 접착 재료의 위로 제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(22)가 배치된다.
제1 파워 소자(11)는 소정의 압력으로 제1 기판(30)의 상측 면을 향하여 가압된다. 상기 소정의 압력은 제1 파워 소자(11)와 제1 기판(30) 사이의 접착을 위한 설계 압력일 수 있다.
제1 파워 소자(11)와 제1 기판(30)이 마주보는 상태에서, 용융된 접착 재료가 응고된다. 이에 의해, 제1 파워 소자(11)와 제1 기판(30)이 서로 접착될 수 있다.
접착 재료가 응고되는 과정에서, 제1 파워 소자(11)와 제1 기판(30) 사이는 복수의 기울임 방지부재(100)에 의해 지지되므로, 제1 파워 소자(11)가 제1 기판(30)에 기울어져 장착되는 것이 억제된다.
또한, 제2 스페이서(22)는 소정의 압력으로 제1 기판(30)의 상측 면을 향하여 가압된다. 상기 소정의 압력은 제2 스페이서(22)와 제1 기판(30) 사이의 접착을 위한 설계 압력일 수 있다.
제2 스페이서(22)와 제1 기판(30)이 마주보는 상태에서, 용융된 접착 재료가 응고된다. 이에 의해, 제2 스페이서(22)와 제1 기판(30)이 서로 접착될 수 있다.
접착 재료가 응고되는 과정에서, 제2 스페이서(22)와 제1 기판(30) 사이는 복수의 기울임 방지부재(100)에 의해 지지되므로, 제2 스페이서(22)가 제1 기판(30)에 기울어져 장착되는 것이 억제된다.
제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(22)뿐만 아니라 다이오드(미도시), 및 리드 프레임(미도시)도 같은 방식으로 제1 기판(30)의 상측 면에 장착될 수 있다.
제1 기판(30)의 상측 면에 장착된 제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(22)는 제1 기판(30)과 통전 가능하게 연결된다.
제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(22)는 복수 개로 구비되어, 상술한 배열 구조에 의해 배열될 수 있따.
(3) 제2 기판(40)의 접착층(52, 61)에 제2 파워 소자(12) 및 제1 스페이서(21)를 접착하는 단계 하는 단계(S300)의 설명
용융되어 도포된 접착 재료의 위로 제2 파워 소자(12) 및 제1 스페이서(21)가 배치된다.
제2 파워 소자(12)는 소정의 압력으로 제2 기판(40)의 하측 면을 향하여 가압된다. 상기 소정의 압력은 제2 파워 소자(12)와 제2 기판(40) 사이의 접착을 위한 설계 압력일 수 있다.
제2 파워 소자(12)와 제2 기판(40)이 마주보는 상태에서, 용융된 접착 재료가 응고된다. 이에 의해, 제2 파워 소자(12)와 제2 기판(40)이 서로 접착될 수 있다.
접착 재료가 응고되는 과정에서, 제2 파워 소자(12)와 제2 기판(40) 사이는 복수의 기울임 방지부재(100)에 의해 지지되므로, 제2 파워 소자(12)가 제2 기판(40)에 기울어져 장착되는 것이 억제된다.
또한, 제1 스페이서(21)는 소정의 압력으로 제2 기판(40)의 하측 면을 향하여 가압된다. 상기 소정의 압력은 제1 스페이서(21)와 제2 기판(40) 사이의 접착을 위한 설계 압력일 수 있다.
제1 스페이서(21)와 제2 기판(40)이 마주보는 상태에서, 용융된 접착 재료가 응고된다. 이에 의해, 제1 스페이서(21)와 제2 기판(40)이 서로 접착될 수 있다.
접착 재료가 응고되는 과정에서, 제1 스페이서(21)와 제2 기판(40) 사이는 복수의 기울임 방지부재(100)에 의해 지지되므로, 제1 스페이서(21)가 제2 기판(40)에 기울어져 장착되는 것이 억제된다.
제2 파워 소자(12) 및 제1 스페이서(21)뿐만 아니라 다이오드(미도시), 및 리드 프레임(미도시)도 같은 방식으로 제2 기판(40)의 하측 면에 장착될 수 있다.
제2 기판(40)의 하측 면에 장착된 제2 파워 소자(12) 및 제1 스페이서(21)는 제2 기판(40)과 통전 가능하게 연결된다.
제2 파워 소자(12) 및 제1 스페이서(21)는 복수 개로 구비되어, 상술한 배열 구조에 의해 배열될 수 있다.
(4) 제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(22)의 제2 기판(40)과 마주하는 상측 면 각각에 접착층(71, 72)을 형성하는 단계(S400)의 설명
제1 기판(30)과 제2 기판(40)의 결합을 위하여, 접합 재료를 용융시켜 제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(21)의 상측 면에 도포한다. 접합 재료는 열전도성과 전기 전도성이 우수한 재질로 형성된다.
이에 따라, 제1 파워 소자(11)의 상측 면에 제1 접착층(71)이 형성되고, 제2 스페이서(21)의 상측 면에 제2 접착층(72)이 형성된다.
용융된 접합 재료에는 복수 개의 기울임 방지부재(100)가 포함된다.
이에 의해, 파워 모듈(1)에 기울어짐이 발생됨에 기인하는 조립 오차가 감소될 수 있다.
복수 개의 기울임 방지부재(100)의 구조, 배치 및 기능에 대한 설명 및 조립 오차가 감소됨에 따른 효과에 대한 설명은 위에서 상술한 바, 이에 갈음한다.
(5) 제1 파워 소자(11)에 형성된 접착층(71)에 제1 스페이서(21)를 접착시키고, 제2 스페이서(22)에 형성된 접착층(72)에 제2 파워 소자(12)를 접착시키는 단계 (S500)의 설명
제1 접착층(71)의 상측 면에 제1 스페이서(21)가 배치되고, 제2 접착층(72)의 상측 면에 제2 파워 소자(12)에 배치된다.
제1 스페이서(21) 및 제2 파워 소자(12)는 소정의 압력으로 제1 기판(30)을 향하여 가압된다. 즉, 제1 스페이서(21) 및 제2 파워 소자(12)는 각각 소정의 압력으로 제1 파워 소자(11) 및 제2 스페이서(22)를 향하여 가압된다.
상기 소정의 압력은 제1 스페이서(21)와 제1 파워 소자(11)의 사이 및 제2 스페이서(22)와 제2 파워 소자(12)의 사이의 접착을 위한 설계 압력일 수 있다.
(6) 제1 기판(30)과 제2 기판(40)이 서로 결합되는 단계(S600)의 설명
용융된 접착 재료가 응고됨에 따라, 제1 스페이서(21)와 제1 파워 소자(11)가 서로 접착되고, 제2 스페이서(22)와 제2 파워 소자(12)가 서로 접착된다.
접착 재료가 응고되는 과정에서, 제1 스페이서(21)와 제1 파워 소자(11)의 사이 및 제2 스페이서(22)와 제2 파워 소자(12)의 사이가 복수의 기울임 방지부재(100)에 의해 지지되므로, 기울어짐이 발생되는 것이 억제된다.
(7) 제1 및 제2 기판(30, 40)을 몰드에 고정한 후에, 제1 및 제2 기판(30, 40) 사이에 절연물질이 몰딩(molding)되는 단계(S700)의 설명
제1 기판(30), 파워 소자(10), 스페이서(20) 및 제2 기판(40)이 조립된 후, 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이에 절연물질이 몰딩될 수 있다.
조립된 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)이 몰드(mold)에 가압되어 일시적으로 고정된 상태에서, 제1 기판(30)과 제2 기판(40) 사이에 절연물질이 공급되어 절연부(80)가 형성된다.
절연부(80)가 형성됨에 따라 파워 소자(10)의 절연 내압이 확보된다. 또한, 파워 소자(10)가 외부로 노출되지 않으므로, 파워 소자(10)가 외부로부터 보호될 수 있다.
(8) 제1 기판(30)의 하측 면 및 제2 기판(40)의 상측 면에는 방열부재가 결합되는 단계(S800)의 설명
제1 기판(30)의 하측면 및 제2 기판(40)의 상측면에는 각각 방열판(미도시)이 결합될 수 있다.
파워 소자(10)에서 발생된 열은 제1 및 제2 기판(30, 40)에 결합된 방열판을 통해 방열될 수 있다.
즉, 파워 소자(10)에서 발생된 열은 파워 소자(10)의 양측 면으로 방열될 수 있다.
특히, 제1 파워 소자(11) 및 제2 파워 소자(12)가 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)에 균등하게 결합되므로, 파워 소자(10)에서 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)을 향하여 방열되는 열의 크기가 균등하게 형성될 수 있다.
이에 따라, 파워 소자(10)에서 발생된 열에 의해 파워 모듈(1)의 내부의 온도가 과도하게 상승되는 것이 억제될 수 있다.
특히, 제1 기판(30) 및 제2 기판(40) 중 어느 한 기판의 온도가 과도하게 상승되는 것이 억제될 수 있다.
양면 방열에 의해 파워 모듈(1)의 내부 온도의 과도한 상승에 의해 파워 소자(10)가 손상되는 것이 억제되며, 특히, 제1 기판(30) 및 제2 기판(40) 중 어느 한 기판에 온도가 과도하게 상승되어 파워 모듈(1)에 손상이 발생되는 것이 억제된다.
또한, 복수 개의 기울임 방지부재(100)에 의해 파워 모듈(1)에 발생될 수 있는 조립 오차가 감소되므로, 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)과 방열판 사이에 이격이 발생되는 것이 억제될 수 있다.
따라서, 제1 기판(30) 및 제2 기판(40)과 방열판 사이에 열이 이동되는 효율이 향상될 수 있다.
이에 따라, 파워 소자(10)에서 발생된 열이 효과적으로 방열되고, 결과적으로 파워 모듈(1)의 내부 온도의 과도한 상승에 의해 파워 소자(10)가 손상되는 것이 억제될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 파워 모듈
10: 파워 소자
11: 제1 파워 소자
12: 제2 파워 소자
20: 스페이서
21: 제1 스페이서
22: 제2 스페이서
30: 제1 기판
31: 제1 절연 플레이트
32: 제1 금속 플레이트
40: 제2 기판
41: 제2 절연 플레이트
42: 제2 금속 플레이트
50: 접착층
51: 제1 접착층
52: 제2 접착층
60: 접착층
61: 제1 접착층
62: 제2 접착층
70: 접착층
71: 제1 접착층
72: 제2 접착층
80: 절연부
100: 기울임 방지부재

Claims (15)

  1. 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 제1 기판 및 제2 기판; 및
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에서 배치되는 파워 소자 및 스페이서를 포함하고,
    상기 스페이서는,
    상기 제1 기판과 마주하는 상기 제2 기판의 일측 면에 통전 가능하게 결합되는 제1 스페이서; 및
    상기 제2 기판과 마주하는 상기 제1 기판의 일측 면에 통전 가능하게 결합되는 제2 스페이서를 포함하며,
    상기 파워 소자는,
    상기 제1 스페이서와 상기 제1 기판 사이에 배치되며, 양측 면이 상기 제1 스페이서 및 상기 제1 기판과 각각 통전 가능하게 결합되는 제1 파워 소자; 및
    상기 제2 스페이서와 상기 제2 기판 사이에 배치되며, 양측 면이 상기 제2 스페이서 및 상기 제2 기판과 각각 통전 가능하게 결합되는 제2 파워 소자를 포함하는,
    파워 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판은,
    절연 플레이트; 및
    상기 절연 플레이트의 양측 면에 형성되는 금속 플레이트를 포함하는,
    파워 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 스페이서는,
    상기 제2 기판과 마주하는 상기 제1 기판의 일측 면에 형성된 금속 플레이트에 결합되고,
    상기 제2 기판 및 상기 제1 스페이서는,
    상기 제1 기판과 마주하는 상기 제2 기판의 일측 면에 형성된 금속 플레이트에 결합되는,
    파워 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파워 소자는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 반도체 소자로 형성되는,
    파워 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고,
    상기 제1 파워 소자 및 상기 제2 파워 소자는 동일한 개수로 구비되는,
    파워 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고,
    복수 개의 상기 제1 파워 소자는 제1 열을 따라 서로 소정 간격만큼 이격되어 배치되고,
    복수 개의 상기 제2 파워 소자는 상기 제1 열과 이격된 제2 열을 따라 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치되는,
    파워 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고,
    복수 개의 상기 제1 파워 소자 사이에는 적어도 하나의 상기 제2 파워 소자가 배치되고,
    복수 개의 상기 제2 파워 소자 사이에는 적어도 하나의 상기 제1 파워 소자가 배치되는,
    파워 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고,
    복수 개의 상기 제1 및 제2 파워 소자는 제1 열 및 상기 제1 열과 이격된 제2 열을 따라 서로 소정 간격만큼 이격되어 배치되고,
    상기 제1 열에 배치된 복수 개의 상기 제1 파워 소자의 사이에는 적어도 하나의 제2 파워 소자가 배치되고,
    상기 제2 열에 배치된 복수 개의 상기 제2 파워 소자의 사이에는 적어도 하나의 제1 파워 소자가 배치되는,
    파워 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 파워 소자와 상기 스페이서의 사이, 상기 파워 소자와 상기 제1 기판의 사이 및 상기 스페이서와 상기 제2 기판의 사이에 각각 형성되는 복수 개의 접착층을 포함하고,
    복수 개의 상기 접착층 중 적어도 하나의 접착층에는 복수 개의 기울임 방지부재가 구비되며,
    상기 제1 기판 및 제2 기판이 서로를 향하는 방향으로, 복수 개의 상기 기울임 방지부재는 소정 높이를 구비하고,
    상기 기울임 방지부재는 복수 개의 상기 접착층보다 높은 온도에서 용융되는,
    파워 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판이 서로를 향하는 방향으로, 상기 접착층은 소정 두께를 구비하고,
    상기 기울임 방지부재의 상기 소정 높이 값과 상기 접착층의 상기 소정 두께 값은 동일한,
    파워 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    제1항에 있어서,
    상기 제1 기판의 일 단에서 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 최단 거리와,
    상기 제1 기판의 상기 일 단의 반대편 타 단에서 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 최단 거리의 차는,
    20um 이하로 형성되는,
    파워 모듈.
  12. (a) 제1 기판 및 제2 기판이 서로 마주하는 각각의 일측 면에 접착층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제1 기판의 접착층에 제1 파워 소자 및 제2 스페이서를 접착하는 단계;
    (c) 상기 제2 기판의 접착층에 제2 파워 소자 및 제1 스페이서를 접착하는 단계;
    (d) 상기 제1 파워 소자 및 상기 제2 스페이서의 상기 제2 기판과 마주하는 일측 면 각각에 접착층을 형성하는 단계;
    (e) 상기 제1 파워 소자에 형성된 접착층에 상기 제1 스페이서를 접착시키고, 상기 제2 스페이서에 형성된 접착층에 상기 제2 파워 소자를 접착시키는 단계; 및
    (f) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 서로 결합되는 단계를 포함하는,
    파워 모듈의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    각각의 상기 접착층에는,
    복수 개의 기울임 방지부재가 구비되며,
    상기 제1 기판 및 제2 기판이 서로를 향하는 방향으로, 복수 개의 상기 기울임 방지부재는 소정 높이를 구비하고,
    상기 기울임 방지부재는 복수 개의 상기 접착층보다 높은 온도에서 용융되는,
    파워 모듈의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고,
    상기 제1 파워 소자 및 상기 제2 파워 소자는 동일한 개수로 구비되는,
    파워 모듈의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파워 소자는 복수 개로 구비되고,
    복수 개의 상기 제1 및 제2 파워 소자는 제1 열 및 상기 제1 열과 이격된 제2 열을 따라 서로 소정 간격만큼 이격되어 배치되고,
    상기 제1 열에 배치된 복수 개의 상기 제1 파워 소자의 사이에는 적어도 하나의 제2 파워 소자가 배치되고,
    상기 제2 열에 배치된 복수 개의 상기 제2 파워 소자의 사이에는 적어도 하나의 제1 파워 소자가 배치되는,
    파워 모듈의 제조 방법.
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