KR20230141145A - 인버터 패키지 - Google Patents

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KR20230141145A
KR20230141145A KR1020220040305A KR20220040305A KR20230141145A KR 20230141145 A KR20230141145 A KR 20230141145A KR 1020220040305 A KR1020220040305 A KR 1020220040305A KR 20220040305 A KR20220040305 A KR 20220040305A KR 20230141145 A KR20230141145 A KR 20230141145A
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KR
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inverter package
switching element
inverter
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KR1020220040305A
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Inventor
송찬
강은석
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 공간 활용 효율을 향상시키고, 보다 경제적으로 패캐지를 구현할 수 있으며, 이에 더해 방열 성능을 개선할 수 있는 인버터 패키지에 관한 것으로, 기판, 상기 기판의 일면과 타면 중 적어도 어느 한 면에 실장되는 스위칭 소자, 상기 기판의 양측 중 어느 일측에 배치되는 서포트 바디, 상기 서포트 바디의 외곽에 마련되어, 상기 기판을 둘러싸는 측벽 및 상기 측벽의 상부를 덮는 커버를 포함하되, 상기 서포트 바디는, 일부분이 상기 기판에 실장된 상기 스위칭 소자측으로 돌출되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인버터 패키지{Inverter Package}
본 발명은 인버터 패키지에 관한 것으로, 보다 상세히는 공간 효율을 향상시킨 인버터 패키지에 관한 것이다.
인버터는 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 장치를 의미하며, 주로 모터의 제어에 사용되고 있다. 인버터는 스위치를 포함하여 직류 전류를 교류 전류로 변환하면서 모터를 제어하는데, 최근에 이러한 스위치는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 IGBT)를 사용하고 있다. IGBT는 모터를 동작시키기 위한 필요한 파형을 만들어주는 고속 스위칭 소자이며, 고가로 인버터에서 가장 중요한 소자라고 할 수 있다. 인버터에서 모터의 3상을 제어하기 위해서는 각 상마다 2개의 IGBT가 필요하며 총 6개의 IGBT가 사용된다.
도 1은 종래 인버터 패키지의 측면 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래 인버터 패키지는, IGBT(10), 서포트 바디(20), 기판(30), 측벽(40), 커버(50), 모터 하우징(60), 냉매(70), 커넥터 연결부(80)를 포함할 수 있다.
IGBT(10)는 스위치로, 볼트(B)를 통해 서포트 바디(20)에 결합될 수 있다. IGBT(10)와 서포트 바디(20) 사이에는 절연시트(21)가 배치된다. IGBT(10)에는 리드선(11)이 형성되며, 리드선(11)은 기판(30)에 관통 형성된 리드홀에 삽입된 후, 솔더링과 같은 방식을 통해 모터와 연결되며, 리드선(11)이 기판(30)에 형성된 리드홀에 연결되는 부분을 커넥터 연결부(80)라 한다. 측벽(40)은 기판(30)을 둘러싸도록 형성되며, 커버(50)는 측벽(40)의 상부에 위치하여, 기판(30)이 형성된 공간을 씰링한다. 모터 하우징(60)은 서포트 바디(20)의 하부에 위치하며, 냉매(70)는 모터 하우징(60)의 하부에 위치하여, IGBT(10)에서 발생하는 열을 냉각하는 역할을 한다. 상기한 바와 같은 종래 인버터 패키지 구조에서, IGBT(10)는 DIP(Dual In-line Package) 타입 이라고 할 수 있다. DIP는 이중 직렬 패키지로, 인쇄회로기판의 양쪽으로 삽입할 수 있도록 형성된다. 따라서 DIP 타입의 소자를 설치하기 위해서는, 인쇄회로기판에는 홀이 형성되어야 하며, DIP 타입의 소자에는 홀에 고정시킬 수 있는 핀이 형성되어야만 한다.
도 2는 종래 인버터 패키지의 기판(30)의 하면만을 도시한 것이다.
DIP 타입의 IGBT(10)는 기판(30)과 다른 부분인 서포트 바디(20)에 볼트로 결합되고, 리드선(11)을 통해 기판(30)과 연결된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 리드선(11)이 기판(30)과 연결되는 부분인 커넥터 연결부(80)는 기판(30)의 중앙 부분에 위치한다. 이때 리드선(11)은 모터의 3상과 연결되어야 하기 때문에, 총 3개가 기판(30)상에 형성되는데, 이러한 커넥터 연결부(80)에는 홀이 형성되기 때문에 기판(30)에서 차지하는 공간이 많고, 해당 부분에 다른 소자를 배치하기 어렵기 때문에, 낭비되는 공간이 발생하는 문제가 있으며, 이에 따라 도 1에 도시된 커버(50)에서 모터 하우징(60) 까지의 높이인 H1가 상대적으로 높은 문제가 있었다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 종래 인버터 패키지에서 필터(91)와 필터 결합부(92)를 포함하는 필터부(90)는 기판(30)의 일측에 배치되기 때문에 공간 효율성이 저하되는 문제가 있다.
한국 등록특허공보 제10-2173360호("인버터 일체형 BLDC 모터", 공고일 2020.11.04.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 인버터 패키지의 목적은, 공간 활용 효율을 향상시키고, 보다 경제적으로 패캐지를 구현할 수 있으며, 이에 더해 방열 성능을 개선할 수 있는 인버터 패키지를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 인버터 패키지는, 기판, 상기 기판의 일면과 타면 중 적어도 어느 한 면에 실장되는 스위칭 소자, 상기 기판의 양측 중 어느 일측에 배치되는 서포트 바디, 상기 서포트 바디의 외곽에 마련되어, 상기 기판을 둘러싸는 측벽 및 상기 측벽의 상부를 덮는 커버를 포함하되, 상기 서포트 바디는, 일부분이 상기 기판에 실장된 상기 스위칭 소자측으로 돌출되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돌출부는, 상기 스위칭 소자와 면접하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 소자는 상기 기판의 일면과 타면 각각에 실장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서포트 바디의 일측에 배치되어 상기 스위칭 소자에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉매를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 적어도 한 쌍의 상기 스위칭 소자는, 상기 기판상의 동일한 위치의 일면과 타면에 각각 실장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판의 타면과 상기 서포트 바디 사이에 배치되고, 모듈화된 적어도 하나 이상의 필터를 포함하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 필터는, 초크, DC 커패시터 및 X-커패시터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 필터부는 적어도 두 개 이상의 필터를 포함하고, 복수의 상기 필터들은 일렬로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 양단이 상기 기판과 상기 서포트 바디와 각각 맞닿아, 상기 기판에서 발생하는 열을 상기 서포트 바디로 전달하는 써멀 비아를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 써멀 비아는, 상기 서포트 바디와 일체화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 양단이 상기 기판과 상기 측벽과 각각 맞닿아, 상기 기판에서 발생하는 열을 상기 측벽으로 전달하는 써멀 비아를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 인버터 패키지에 의하면, 표면 실장형의 스위칭 소자를 사용하고, 필터의 구조를 변경하여 공간 효율이 증가하는 효과가 있으며, 돌출부 또는 써멀 비아를 통해 인버터에서 발열되는 스위칭 소자를 포함하는 기타 소자의 열관리를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 인버터 패키지의 측면 개략도이고,
도 2는 종래 인버터 패키지의 기판(30)의 하면만을 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 인버터 패키지의 측면 개략도이고,
도 4는 종래 인버터 패키지와 본 발명의 일실시예에 의한 인버터 패키지의 서포트 바디에 배치되는 전자소자들을 개략적으로 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인버터 패키지의 측면을 개략적으로 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 다양한 실시예에 의한 인버터 패키지에 관하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 인버터 패키지의 측면 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 인버터 패키지는, 기판(300), 스위칭 소자(100), 서포트 바디(200), 측벽(400) 및 커버(500)를 포함한다.
기판(300)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)로, 각종 전자소자들이 실장되고 내부에 전기 배선이 형성되는 소자이다. 기판(300)에 형성되는 패턴 또는 전기배선은 기판(300)에 실장되는 전자소자들과 모터를 전기적으로 연결하는 역할을 함과 동시에, 각 전자소자들을 절연시킨다. 기판(300)은 필요에 따라 단일 층으로 형성되거나, 복수개의 층으로 형성될 수 있다.
스위칭 소자(100)는 스위치의 일종으로, 기판(300)에 실장된다. 스위칭 소자(100)는 앞서 배경기술에서 설명했듯 고속으로 동작하는 스위치 소자 중 하나인 IGBT일 수 있다. 단, 본 발명은 스위칭 소자(100)를 IGBT에 한정하는 것은 아니며, 스위칭 소자(100)는 다양한 종류가 될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 기판(300)에 실장될 수 있으며, 이를 SMD(Surface Mounted Device) 타입의 스위칭 소자라고 한다.
도 3에 도시된 본 실시예에서 스위칭 소자(100)는 기판(300)의 양면에 각각 실장되어 있는데, 본 발명은 스위칭 소자(100)가 실장되는 면을 기판(300)의 양면 모두로 한정하는 것은 아니며, 스위칭 소자(100)가 기판(300)의 양면 중 어느 한 면에만 실장되는 실시예 또한 있을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 스위칭 소자(100)가 기판(300)의 양면 모두에 실장될 경우, 기판(300)의 양면에 각각 형성된 한 쌍의 스위칭 소자(100)는 서로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 이는 스위칭 소자(100)의 공간 효율을 향상시킴과 동시에, 기판에(300)에서 발열되는 부분인 스위칭 소자(100)를 한 부분에 위치시키고, 해당 부분에 방열수단을 집중시킴으로써 방열 효율을 향상시키기 위함이다.
서포트 바디(200)는 기판(300)의 하부에 배치된다. 서포트 바디(200)는 상대적으로 열전도율이 높은 재질로 형성될 수 있으며, 대표적으로 알루미늄으로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서포트 바디(200)는 상면에서 상측으로 돌출 형성되는 돌출부(210)를 포함할 수 있다.
돌출부(210)는 상면이 기판(300)의 하면에 실장되는 스위칭 소자(100)의 하면과 맞닿아 스위칭 소자(100)에서 발생하는 열을 서포트 바디(200)측으로 전달한다. 즉, 돌출부(210)는 열 전달 경로를 형성한다. 서포트 바디(200) 자체가 기판(300)의 타면과 면접하지 않는 것은 기판(300)의 타면에 실장되는 전자소자들 중, 절연이 필요한 소자가 있을 수 있기 때문이다.
기판(300)의 양면에 각각 실장되는 두 개의 스위칭 소자(100)가 기판(300)의 동일한 부분에 위치할 경우, 한 쌍의 스위칭 소자(100)에서 발생하는 열은 보다 용이하게 돌출부(210)를 통해 서포트 바디(200)측으로 전달되므로, 방열 효율이 향상되는 효과가 있다. 이때, 돌출부(210)와 접촉하는 스위칭 소자(100)의 하면에는 전기적으로 연결되는 부분이 없으므로, 앞서 배경기술에서 설명했던 스위칭 소자(100)와 서포트 바디(200) 사이에 형성되는 절연시트를 사용하지 않아도 되기 때문에, 인버터 패키지를 구현하는데 있어서 경제성이 향상될 수 있다. 다만 본 발명에 의한 인버터 패키지가 모터를 구동하는데 사용되고, 모터가 전기자동차에 사용된다는 것을 고려했을 때, 스위칭 소자(100)와 돌출부(210) 사이에는 전기자동차의 주행에 따른 진동을 흡수하기 위한 소정의 탄성체가 배치되어, 스위칭 소자(100)의 손상을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예는 스위칭 소자(100)가 기판(300)에 실장되고, 절연시트를 사용하지 않기 때문에, 커버(500)부터 모터 하우징(600)까지의 높이인 H2가 종래기술보다 낮아지는 효과가 있다.
측벽(400)은 서포트 바디(200)의 외곽에 마련되어 기판(300)을 둘러싸도록 형성되며, 커버(500)는 측벽의 상부를 덮도록 구성된다. 측벽(400) 자체는 서포트 바디(200)와 동일한 재질, 즉 알루미늄으로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 인버터 패키지는, 냉매(700)를 더 포함할 수 있다.
냉매(700)는 서포트 바디(200)의 하측에 배치되어, 스위칭 소자(100)에서 발생하는 열을 냉각시킨다. 스위칭 소자(100)는 돌출부(210), 서포트 바디(200) 및 모터 하우징(600)을 통해 냉매(700)와 접촉하므로, 냉매(700)는 스위칭 소자(100)를 통해 용이하게 방열할 수 있다.
도 3에는 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 일실시예에 의한 인버터 패키지는 필터부(90)를 더 포함할 수 있다.
필터부는 기판(300)의 타면과 서포트 바디(200) 사이에 배치되어, 인버터가 모터를 제어하는데 발생하는 리플 또는 노이즈를 제거하는 역할을 한다. 본 발명에서 필터부는 적어도 하나 이상의 필터를 포함할 수 있으며, 본 실시예에서는 복수개의 필터를 포함할 수 있다. 여기서 복수개의 필터는 공통모드 초크(Common choke), DC 커패시터 및 X-커패시터 중 적어도 하나일 수 있으며, 필터부는 다양한 종류의 필터를 포함할 수 있다.
앞서 도 2를 참고하여 설명했던 종래의 인버터 패키지에서 필터들은, 필터 결합부를 통해서 기판의 타면에 설치되었으며, 커넥터 연결부(80)가 위치한 부분을 감싸도록 구성되어, 상대적으로 공간 활용 효율이 떨어졌다. 본 실시예에서 복수개의 필터들은 모듈화되어 일렬로 배치되어, 기판(300)의 타면에 결합되어, 기판(300)과 서포트 바디(200) 사이에 위치할 수 있다.
도 4는 종래 인버터 패키지와 본 발명의 일실시예에 의한 인버터 패키지의 서포트 바디에 배치되는 전자소자들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 종래 인버터 패키지에서는 커넥터 연결부(80)가 가운데 배치되므로, IGBT(10)들은 커넥터 연결부(80)의 주변에 배치되고, 서포트 바디(20)의 외곽(A)에는 필터부(90)가 배치된다. 이에 반해, 본 실시예에서는 종래 인버터 패키지의 커넥터 연결부(80)가 없으므로 스위칭 소자(100)들이 보다 집적화되고, 필터부(90)에 포함되는 필터들이 모듈화되어 일렬로 배치되므로, 서포트 바디(200)의 외곽(A)을 사용하지 않아도 되어, 종래에 비해 적은 면적으로 서포트 바디(200)를 구현하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에 의한 인버터 패키지는 종래 인버터 패키지에 비해 공간 효율이 증가하며, 소자 배치의 자유도가 증가하는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 인버터 패키지에서는 상술한 바와 같이 스위칭 소자(100)가 기판(300)에 실장되므로, 커넥터 연결부가 제거되었다. 이를 대체하기 위해, 스위칭 소자(100)는 기판(300)의 내부 패턴과 블레이드 핀 타입의 연결핀을 이용해 3상과 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인버터 패키지의 측면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 인버터 패키지는, 써멀 비아(Thermal Via)(800)를 더 포함할 수 있다.
써멀 비아(800)는 기판(300)에서 발생하는 열을 서포트 바디(200)로 전달하는 일종의 열 전달 경로이다. 이를 위해 써멀 비아(800)는 상대적으로 열전도율이 높은 재질로 형성될 수 있으며, 서포트 바디(200)와 동일하게 알루미늄으로 형성될 수 있다. 써멀 비아(800)의 일단은 기판(300)에 접촉되고, 타단은 서포트 바디(200)에 접촉할 수 있으며, 필요에 따라 써멀 비아(800)와 서포트 바디(200)는 일체화될 수 있다. 단, 본 발명은 써멀 비아(800)가 연결되는 부분을 서포트 바디(200)로 한정하는 것은 아니며, 써멀 비아(800)가 기판(300)과 측벽(400)을 서로 연결해, 측벽(400)을 기판(300)의 방열에 활용하는 등의 실시예 또한 있을 수 있다.
앞서 설명한 돌출부(210)를 통한 열전달 경로가 있음에도 써멀 비아(800)를 추가적으로 구성하는 이유는, 기판(300)상에서 열이 스위칭 소자인 스위칭 소자(100)에서만 발생하는 것이 아니라, 필터부(90) 또는 기타 전자소자에서도 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 도 5에서는 도시되어 있지는 않지만, 써멀 비아(800)는 기판(300)의 타면 중, 필터부(90)에 인접하게 위치할 수 있으며, 써멀 비아(800)의 일단은 모듈화된 필터들과 별도의 열전달 부재로 연결될 수 있다. 이때, 써멀 비아(800)와 필터를 연결하는 열전달 부재는 금속일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : IGBT
11 : 리드선
20, 200 : 서포트 바디
21 : 절연시트
30, 300 : 기판
40, 400 : 측벽
50, 500 : 커버
60, 600 : 모터 하우징
70, 700 : 냉매
80 : 커넥터 연결부
90 : 필터부
91 : 필터
92 : 필터 결합부
100 : 스위칭 소자
210 : 돌출부
800 : 써멀 비아

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면과 타면 중 적어도 어느 한 면에 실장되는 스위칭 소자;
    상기 기판의 양측 중 어느 일측에 배치되는 서포트 바디;
    상기 서포트 바디의 외곽에 마련되어, 상기 기판을 둘러싸는 측벽; 및
    상기 측벽의 상부를 덮는 커버;
    를 포함하되,
    상기 서포트 바디는,
    일부분이 상기 기판에 실장된 상기 스위칭 소자측으로 돌출되는 돌출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 스위칭 소자와 면접하는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 상기 기판의 일면과 타면 각각에 실장되는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서포트 바디의 일측에 배치되어 상기 스위칭 소자에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉매;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  5. 제3항에 있어서,
    적어도 한 쌍의 상기 스위칭 소자는, 상기 기판상의 동일한 위치의 일면과 타면에 각각 실장되는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 타면과 상기 서포트 바디 사이에 배치되고, 모듈화된 적어도 하나 이상의 필터를 포함하는 필터부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필터는, 초크, DC 커패시터 및 X-커패시터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 필터부는 적어도 두 개 이상의 필터를 포함하고,
    복수의 상기 필터들은 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    양단이 상기 기판과 상기 서포트 바디와 각각 맞닿아, 상기 기판에서 발생하는 열을 상기 서포트 바디로 전달하는 써멀 비아;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 써멀 비아는,
    상기 서포트 바디와 일체화되는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    양단이 상기 기판과 상기 측벽과 각각 맞닿아, 상기 기판에서 발생하는 열을 상기 측벽으로 전달하는 써멀 비아;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 패키지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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