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KR101444550B1 - 반도체 모듈 - Google Patents

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KR101444550B1
KR101444550B1 KR1020120144256A KR20120144256A KR101444550B1 KR 101444550 B1 KR101444550 B1 KR 101444550B1 KR 1020120144256 A KR1020120144256 A KR 1020120144256A KR 20120144256 A KR20120144256 A KR 20120144256A KR 101444550 B1 KR101444550 B1 KR 101444550B1
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조은정
임재현
김태현
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 제조가 용이한 반도체 모듈에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 모듈은, 적어도 하나의 제어 소자를 구비하는 한 쌍의 제어 모듈 기판을 구비하는 제어부; 및 적어도 하나의 전력 소자를 구비하며, 각각이 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판 각각에 대응하도록 배치되는 한 쌍의 전력 모듈 기판을 구비하는 전력부; 를 포함하며, 상기 제어부와 상기 전력부 중 어느 하나는 탄성을 갖는 접촉 핀을 구비하고, 상기 접촉 핀에 의해 상기 제어부와 상기 전력부가 전기적으로 연결되고, 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판과 상기 한 쌍의 전력 모듈 기판이 서로 대칭구조로 배치되도록 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판과 상기 한 쌍의 전력 모듈 기판을 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 양면에 체결되는 한 쌍의 방열부;를 더 포함할 수 있다.

Description

반도체 모듈{SEMICONDUCTOR MODULE}
본 발명은 반도체 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조가 용이한 전력 반도체 모듈에 관한 것이다.
최근 전자제품 시장은 휴대용으로 급격히 그 수요가 증가하고 있으며, 이를 만족하기 위해 이들 시스템에 실장되는 전자 부품들의 소형화 및 경량화가 요구되고 있다.
이에 따라 전자 소자 자체의 크기를 줄이는 방법 외에도 최대한 많은 소자와 도선을 정해진 공간 내에 설치하는 방법이 반도체 모듈 설계에 있어 중요한 과제가 되고 있다.
한편, 전력용 반도체 소자의 경우, 구동 시 대량의 열이 발생한다. 이러한 고열은 전자 제품의 수명과 작동에 영향을 주기 때문에 모듈의 방열 문제 또한 중요한 이슈가 되고 있다.
이를 위해 종래의 전력 반도체 모듈은 전력소자와 제어소자를 회로기판의 일면에 모두 실장하고 회로기판의 타면에는 열을 방출하기 위한 방열판을 배치하는 구조를 이용하고 있다.
그러나 이러한 종래의 전력 반도체 모듈은 다음과 같은 문제점이 있었다.
먼저 모듈 소형화에 따라 동일한 공간에 배치된 반도체 소자의 수가 늘어나 모듈의 내부에서 대량의 열이 발생하게 되는데, 방열판이 모듈의 하부에만 배치되는 구조이어서 방열이 효율적으로 이루어질 수 없었다.
또한, 종래의 전력 반도체 모듈은 소자들이 기판의 일면에 평면적으로 배치되기 때문에, 모듈의 크기가 커진다는 단점이 있다.
더하여, 종래의 경우 반도체 모듈 내에 구비되는 소자들 간이나, 각 소자들과 외부 전속 단자와의 배선은 일반적으로 와이어 본딩(wire bonding) 방식으로 이루어지고 있다. 따라서 와이어를 본딩함에 따라 제조 공정이 길어진다는 단점이 있다. 또한 반도체 모듈을 제조하는 과정에서 본딩 와이어에 가해지는 물리적인 압력에 의해 본딩 와이어가 변형되거나 파손되는 경우가 발생되고 있으며, 반도체 모듈 구동 시 발생되는 열에 의해 본딩 와이어와 소자 사이의 접합 부분에 박리가 발생될 수 있어 장기적인 사용 시 신뢰성에 문제가 있다.
따라서 방열 특성이 좋으면서도 제조가 용이하고, 신뢰성을 확보할 수 있는 전력 반도체 모듈이 요구되고 있다.
한국특허공개공보 제2007-0065207호
본 발명은 방열 특성이 좋은 전력 반도체 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 본딩 와이어를 이용하지 않는 전력 반도체 모듈을 제공하는 데에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 제조가 용이한 전력 반도체 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 모듈은, 적어도 하나의 제어 소자를 구비하는 한 쌍의 제어 모듈 기판을 구비하는 제어부; 및 적어도 하나의 전력 소자를 구비하며, 각각이 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판 각각에 대응하도록 배치되는 한 쌍의 전력 모듈 기판을 구비하는 전력부; 를 포함하며, 상기 제어부와 상기 전력부 중 어느 하나는 탄성을 갖는 접촉 핀을 구비하고, 상기 접촉 핀에 의해 상기 제어부와 상기 전력부가 전기적으로 연결되고, 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판과 상기 한 쌍의 전력 모듈 기판이 서로 대칭구조로 배치되도록 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판과 상기 한 쌍의 전력 모듈 기판을 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 양면에 체결되는 한 쌍의 방열부;를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 제어 모듈 기판은, 일면에 상기 제어 소자가 실장되며, 타면에 상기 접촉 핀이 실장될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 제어부는, 상기 제어 모듈 기판과 상기 제어 소자를 내부에 수용하는 하우징을 더 포함하며, 상기 접촉 핀은 상기 하우징을 관통하여 외부로 돌출될 수 있다.
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본 실시예에 있어서 상기 제어부는, 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판 사이에 개재되어 상호 간의 간격을 유지시키는 적어도 하나의 스페이서를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 제어부는, 상기 제어 모듈 기판의 어느 한 측에 배치되어 외부와 전기적으로 연결되는 연결부를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 전력부는, 상기 전력 모듈 기판의 테두리를 따라 상기 전력 모듈 기판의 일면에 배치되어 상기 전력부의 두께를 형성하는 프레임;을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 전력부는, 상기 전력 모듈 기판의 일면 또는 상기 전력 소자의 외부면에 형성되며, 상기 접촉 핀들과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 패드를 포함할 수 있다.
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본 실시예에 있어서 상기 케이스는, 상기 전력부가 슬라이딩 방식으로 삽입되며 결합되는 제1 수용부; 및 상기 제어부가 수용되는 제2 수용부;를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에는 개방부가 형성되며, 상기 전력부는 상기 개방부을 통해 상기 전력 소자가 상기 제어부와 대면하도록 상기 제1 수용부에 결합될 수 있다.
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본 발명에 따른 반도체 모듈은, 상하 대칭되는 형태로 제어부와 전력부가 쌍을 이루며 배치된다. 또한, 외부와 연결되기 위한 연결부는 측면에 배치된다. 이로 인해 종래와 같이 소자들간 또는 소자와 외부 단자 사이를 전기적으로 연결하기 위한 본딩 와이어를 생략할 수 있어 다수의 전력 소자들과 제어 소자들을 효율적으로 배치할 수 있다. 따라서 종래에 비해 반도체 모듈의 크기를 줄일 수 있으며, 이에 소형화/고집적화가 요구되는 다양한 전자 기기에 용이하게 적용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 반도체 모듈은, 케이스의 양면에 방열부가 각각 배치되는 양면 방열 구조가 적용되며, 전력 소자가 실장된 전력부와 방열부가 매우 인접하게 배치된다. 이로 인해 열의 이동 경로를 최소화할 수 있으며, 반도체 모듈의 양면을 통해 열을 방출할 수 있다. 따라서 종래에 비해 매우 향상된 방열 특성을 얻을 수 있으므로 반도체 모듈의 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 모듈은 본딩 와이어를 이용하지 않고, 제어부에 구비되는 접촉 핀에 제어부와 전력부가 탄성적으로 접촉하며 전기적으로 연결된다. 따라서, 본딩 와이어를 이용하는 종래에 비해 접합 신뢰성을 확보할 수 있으며, 제조 과정에서 본딩 와이어의 형태가 변형되는 등의 문제를 해소할 수 있으므로 제조 과정에서 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
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도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 모듈의 A-A'에 따른 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 반도체 모듈의 분해 사시도.
도 4는 도 3의 B-B'에 따른 전력부를 도시한 평면도.
도 5 및 도 6은 도 3의 C-C'에 따른 제어부를 도시한 평면도.
도 7은 도 3의 D-D'에 따른 제어부를 도시한 평면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 반도체 모듈의 A-A'에 따른 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 반도체 모듈의 분해 사시도이다.
또한, 도 4는 도 3의 B-B'에 따른 전력부를 도시한 평면도이고, 도 5 및 도 6은 도 3의 C-C'에 따른 제어부를 도시한 평면도이며, 도 7은 도 3의 D-D'에 따른 제어부를 도시한 평면도이다. 여기서, 도 6과 도 7은 하우징이 생략된 제어부를 도시하고 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 모듈(100)은 전력부(10), 제어부(20), 케이스(30), 및 방열부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 반도체 모듈(100)은 중심 수평선(도 2의 S)을 중심으로 하여 상하 대칭적인 구조를 갖는다. 따라서, 이하에서 설명하는 구성 요소들은 중심 수평선을 기준으로 대칭되는 위치에 동일한 구성 요소들 배치될 수 있다. 따라서 중복되는 구성 요소들에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
전력부(10)는 전력 모듈 기판(11)과 적어도 하나의 전력 소자(12), 그리고 프레임(13)을 포함할 수 있다.
전력 모듈 기판(11)은 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB), 세라믹 기판, 프리-몰딩(pre-molded) 기판, 또는 DBC(direct bonded copper) 기판이거나, 절연된 금속 기판(insulated metal substrate, IMS)일 수 있다.
또한 도시되어 있지 않지만 전력 모듈 기판(11)의 일면에는 다양한 형태의 배선 패턴과 실장용 전극 등이 형성될 수 있다.
이러한 전력 모듈 기판(11)의 일면에는 적어도 하나의 전력 소자(12)가 실장될 수 있다. 전력 소자(12)는 서보 드라이버, 인버터, 전력 레귤레이터 및 컨버터 등과 같은 전력 제어를 위한 전력 변환 또는 전력 제어를 위한 전력 회로 소자일 수 있다.
예를 들어, 전력 소자(12)는 전력 모스펫(power MOSFET), 바이폴라 졍션 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistor; IGBT), 다이오드(diode) 이거나 이들의 조합을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에 있어서 전력 소자(12)는 상술한 소자들을 모두 포함하거나 또는 그 일부를 포함할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 전력 소자(12)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 다이오드(diode)를 한 쌍으로 하여, 여러 쌍으로 구성될 수 있다. 그러나 이는 하나의 예시일 뿐, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
전력 소자들(12)은 접착 부재(도시되지 않음)를 매개로 후술되는 전력 모듈 기판(11)의 일면에 부착될 수 있다. 여기서 접착 부재는 도전성이거나 비도전성일 수 있다. 예를 들어, 접착 부재는 도전성 솔더나 도전성 페이스트 또는 테이프 일 수 있다. 또한, 접착 부재로 솔더(solder), 금속 에폭시, 금속 페이스트, 수지계 에폭시(resin-based epoxy), 또는 내열성이 우수한 접착 테이프 등이 이용될 수 있다.
한편, 전력 모듈 기판(11)의 일면이나, 전력 소자들(12)의 외부면에는 후술되는 제어부(20)와 전기적으로 연결되기 위한 적어도 하나의 접촉 패드(11a)가 형성될 수 있다. 따라서 접촉 패드(11a)는 제어부(20)의 접촉 핀(23) 끝단과 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
본 실시예의 경우, 접촉 패드들(11a)이 전력 소자들(12)의 외부면에 모두 배치되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 전력 모듈 기판(11)이나 전력 소자들(12)에 선택적으로 배치될 수 있다.
프레임(13)은 전력 모듈 기판(11)의 일면에 결합되며, 테두리 형태로 형성되어 전력 모듈 기판(11)의 가장자리를 따라 배치된다. 이러한 프레임(13)은 전력부(10)의 두께를 확보하기 위해 구비된다. 즉, 전력부(10)가 케이스(30)에 결합될 때, 전력부(10)의 전력 소자(12)들이 실장된 공간(14)을 확보하기 위해 구비된다.
프레임(13)은 금속이나 수지 재질 등 그 형태가 쉽게 변형되지 않는다면 다양한 재질로 형성될 수 있다.
제어부(20)는 제어 모듈 기판(21), 제어 소자(22), 접촉 핀(23), 및 하우징(27)을 포함할 수 있다.
제어 모듈 기판(21)은 제어 소자(22)와 접촉 핀(23)이 실장되는 기판으로, 전력 모듈 기판(11)과 마찬가지로 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB), 세라믹 기판, 프리-몰딩(pre-molded) 기판, 또는 DBC(direct bonded copper) 기판이거나, 절연된 금속 기판(insulated metal substrate, IMS)이 이용될 수 있다.
제어 소자(22)는 제어 모듈 기판(21)의 일면 즉, 내측 면에 실장될 수 있다. 제어 소자(22)는 후술되는 접촉 핀(23)과 전기적으로 연결되며, 접촉 핀(23)을 통해 전력 소자(12)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 전력 소자(12)의 동작을 제어할 수 있다.
제어 소자(22)는 예를 들어, 마이크로 프로세서(microprocessor)일 수 있으나, 이에 더하여 저항, 인버터, 또는 콘덴서와 같은 수동 소자, 또는 트랜지스터와 같은 능동 소자들이 더 부가될 수 있다.
한편, 제어 소자(22)는 하나의 전력 소자(12)에 대하여 하나 또는 다수개가 배치될 수 있다. 즉, 제어 소자(22)의 종류 및 개수는 전력 소자(12)의 종류와 개수에 따라서 적절하게 선택될 수 있다.
또한 제어 소자(22)는 전술한 전력 소자들(12)과 마찬가지로, 도전성 솔더와 같은 접착 부재(도시되지 않음)를 매개로 제어 모듈 기판(21)에 실장될 수 있다.
접촉 핀(23)은 제어 모듈 기판(21)의 타면 즉, 외측 면에 실장될 수 있다. 접촉 핀(23)은 제어 모듈 기판(21)에서 외부로 돌출되는 형태로 배치되며, 그 끝단은 전술한 전력 모듈 기판(11)의 접촉 패드(11a)와 접촉한다.
특히 본 실시예에 따른 접촉 핀(23)은 판 스프링의 형태로 형성되어 돌출 방향을 따라 탄성을 갖도록 구비될 수 있다. 따라서 접촉 핀(23)이 접촉 패드(11a)와 접촉하는 경우, 접촉 핀(23)은 탄력적으로 접촉 패드(11a)에 접촉될 수 있다.
접촉 핀(23)은 별도의 고정 핀(23a)에 의해 제어 모듈 기판(21)에 고정 체결될 수 있다. 이는 접촉 핀(23)이 가압되더라도 접촉 핀(23)과 제어 모듈 기판(21)과의 결합력을 유지하기 위한 구성이다. 따라서 접촉 핀(23)과 제어 모듈 기판(21)과의 결합력이 확보된다면 고정 핀(23a)을 생략하는 것도 가능하다.
또한 본 실시예에 따른 제어부(20)는 두 개의 제어 모듈 기판(21)이 상호 마주보는 형태로 결합된다. 이때, 제어 모듈 기판들(21)은 제어 소자(22)가 실장된 면이 서로 마주보도록 결합된다. 이에 따라, 제어 모듈 기판(21)들이 결합되면, 제어 모듈 기판(21)의 외부면에는 모두 접촉 핀(23)이 돌출되는 형상으로 형성된다.
이때, 두 개의 제어 모듈 기판(21)들 사이에는 스페이서(24)가 개재될 수 있다. 스페이서(24)는 두 개의 제어 모듈 기판(21)들 사이를 일정 간격 이격시키는 역할을 한다. 이에 제어 모듈 기판(21)들을 결합하더라도 마주보는 면에 배치된 제어 소자(22)들이 서로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
연결부(26)는 반도체 모듈(100)과 외부를 전기적으로 연결하기 위해 구비된다. 이를 위해 연결부(26)는 적어도 어느 하나의 제어 모듈 기판(21)에 체결되어 제어 모듈 기판(21)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에서는 제어부(20)의 양단에 각각 하나씩 두 개의 연결부(26)가 형성되는 경우를 예로 들고 있다. 이때, 하나의 연결부(26)에는 두 개의 제어 모듈 기판(21)이 모두 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 따라서 이러한 경우, 두 개의 연결부(26) 중 어느 하나의 연결부(26)만을 이용하더라도 두 개의 제어 모듈 기판(21)과 전기적으로 연결될 수 있다.
그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 응용이 가능하다. 예를 들어 하나의 제어 모듈 기판(21)이 어느 하나의 연결부(26)에만 전기적으로 연결되도록 구성할 수도 있다.
또한, 두 개가 아닌 하나의 연결부(26) 만을 배치하고, 이러한 하나의 연결부(26)를 통해 두 개의 제어 모듈 기판(21)이 모두 전기적으로 연결되도록 구성하는 것도 가능하다.
하우징(27)은 제어부(20)의 외관을 형성하며, 외부로부터 제어부(20)를 보호한다. 따라서 하우징(27)이 형성하는 내부 공간에는 전술한 두 개의 제어 모듈 기판(21)이 결합되어 수용된다.
또한 하우징(27)에는 적어도 하나의 관통 구멍(28)이 형성될 수 있다. 관통 구멍(28)은 전술한 접촉 핀(23)이 외부로 돌출되는 통로로 이용된다. 따라서, 관통 구멍(28)은 접촉 핀(23)의 크기보다 더 큰 크기의 개구부로 형성될 수 있다.
도면을 참조하면 본 실시예는 하나의 관통 구멍(28)에 3개의 접촉 핀(23)이 관통하도록 배치되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 관통 구멍(28)에 하나의 접촉 핀(23)만이 배치되도록 구성할 수도 있으며, 관통 구멍(28)을 더 크게 형성하여 3개 이상의 접촉 핀(23)이 하나의 관통 구멍(28)을 관통하도록 배치하는 등 다양한 응용이 가능하다.
케이스(30)는 반도체 모듈(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 전력부(10)와 제어부(20)를 외부로부터 보호한다. 이를 위해 케이스(30)는 상부 케이스(30a)와 하부 케이스(30b)를 포함할 수 있다.
상부 케이스(30a)와 하부케이스(30b)는 서로 대칭되는 동일한 형상으로 형성될 수 있으며, 마주보는 형태로 결합될 수 있다. 또한 상부 케이스(30a)와 하부 케이스(30b)가 결합됨에 따라, 케이스(30)의 내부에는 전력부(10)와 제어부(20)를 수용할 수 있는 수용 공간이 형성된다.
케이스(30)는 전력부(10)와 제어부(20)를 내부에 수용함과 동시에, 전력부(10)와 제어부(20)를 서로 고정 결합시킨다. 이를 위해, 케이스(30)는 전력부(10)가 수용되는 제1 수용부(31), 제어부(20)가 수용되는 제2 수용부(32)를 포함할 수 있다.
제1 수용부(31)는 전력부(10)가 고정 결합된다. 본 실시예에 따른 전력부(10)는 슬라이딩 방식으로 제1 수용부(31)에 삽입되며 케이스(30)에 결합된다. 따라서 제1 수용부(31)는 전력부(10)가 슬라이딩 결합될 수 있도록 전력부(10)의 외형과 대응하는 크기의 공간으로 형성될 수 있다.
또한 제1 수용부(31)는 상부 케이스(30a)와 하부 케이스(30b)에 각각 형성되며, 일면이 부분적으로 개방된 개방부(33)를 포함한다. 개방부(33)는 전력 소자(12)와 제어부(20)의 접촉 핀(23)이 전기적으로 연결되는 경로로 이용된다. 따라서, 전력부(10)는 전력 소자(12)들이 개방부(33)를 향하도록 제1 수용부(31)에 결합되며, 제어부(20)의 접촉 핀(23)은 개방부(33)를 통해 전력 모듈 기판(11)과 전기적으로 연결된다.
제 2 수용부는 상부 케이스(30a)와 하부 케이스(30b)가 결합된 상태에서 중앙에 형성되는 수용 공간으로 정의될 수 있다. 제2 수용부(32) 내에는 제어부(20)가 수용된다. 따라서 제2 수용부(32)는 제어부(20)의 형상이나 크기에 대응하는 공간으로 형성될 수 있다.
이러한 케이스(30)는 나사 등과 같은 별도의 고정 부재(45)에 의해 상부 케이스(30a)와 하부 케이스(30b)가 결합될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 끼움 결합 방식을 이용하거나, 접착 부재 등을 이용하는 등 필요에 따라 다양한 방식이 이용될 수 있다.
또한 케이스(30)는 절연성 재료로 형성될 수 있다. 특히 열 전도도가 높은 실리콘 겔(Silicone Gel)이나 열전도성 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(ployimide) 등의 재료가 이용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 케이스(30)는 별도의 고정 부재(35)에 의해 상부 케이스(30a)와 하부케이스(30b)가 서로 고정 결합될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 접착 부재를 상부 케이스(30a)와 하부케이스(30b) 사이에 개재하여 서로 접착시켜 일체로 형성하는 것도 가능하다. 여기서 접착 부재는 접착제나 접착 테이프 등이 이용될 수 있다.
방열부(40)는 케이스(30)의 외부면 중 적어도 어느 한 곳에 체결되어 전력부(10)로부터 발생되는 열을 외부로 방출한다.
방열부(40)는 열을 효과적으로 외부로 방출하기 위해 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 비교적 저가로 손쉽게 이용할 수 있을 뿐만 아니라 열전도 특성이 우수한 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 그라파이트(graphite) 등과 같이 금속이 아니더라도 열 전도 특성이 우수한 재질이라면 다양하게 이용될 수 있다.
또한, 방열부(40)는 외부 면적을 확장하기 위해, 외부면에 다수의 돌기(42)나 슬릿이 등이 형성될 수 있다.
이러한 방열부(40)는 별도의 고정 부재(45)에 의해 케이스(30)에 고정 체결될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 접착 부재를 방열부(40)와 케이스(30) 사이에 개재하여 방열부(40)를 케이스(30)에 접착시키는 것도 가능하다. 이 경우, 접착 부재는 열 전도도가 높고, 방열부(40)와 케이스(30)를 상호 접합하여 견고하게 고정시킬 수 있다면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 따른 반도체 모듈의 제조 방법을 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 모듈의 제조 방법은 먼저 제어부(20)를 준비한다. 여기서 제어부(20)는 전술한 바와 같이 두 개의 제어 모듈 기판(21)이 결합되어 구성될 수 있다. 즉, 스페이서(24)를 매개로 하여, 제어 소자(22)들이 실장된 면이 서로 대향하도록 두 개의 제어 모듈 기판(21)을 결합하고, 하우징(27)으로 외부를 덮어 이들을 고정함에 따라 구비될 수 있다.
한편 이와 별도로, 전력부(10)를 케이스(30)에 결합하는 과정이 수행될 수 있다. 전력부(10)는 슬라이딩 방식으로 케이스(30)의 제1 수용부(31)에 삽입되며 케이스(30)에 결합된다. 이때, 전력부(10)에서 전력 소자(12)들이 실장된 면은 하우징(27)의 개방면으로 노출되도록 결합된다.
전력부(10)를 케이스(30)에 결합하는 과정은 상기한 제어부(20)를 준비하는 과정과 별도로 수행될 수 있으므로, 제어부(20)를 분비하는 과정보다 이전 또는 이후에 진행될 수 있으며, 동시에 진행하는 것도 가능하다. 동시에 진행하는 경우, 제조 시간을 줄일 수 있다는 이점이 있다.
다음으로, 전력부(10)가 결합된 케이스(30)와 제어부(20)를 결합한다. 제어부(20)는 케이스(30)가 형성하는 제2 수용부(32)에 수용되며 케이스(30)에 결합되고, 이 과정에서 제어부(20)의 접촉 핀(23)은 케이스(30)의 개방부(33)를 통해 전력부(10)의 접촉 패드(11a)와 접촉하게 되며, 이에 제어부(20)와 전력부(10)는 전기적으로 연결된다.
한편, 이 과정에서 접촉 핀(23)은 전력부(10)에 의해 제어 모듈 기판(21) 측으로 가압되며 전력부(10)와 접촉한다. 따라서, 접촉 핀(23)은 탄력적으로 전력부(10)의 접촉 패드(11a)와 접촉하게 되므로 전기적, 물리적인 접촉 신뢰성을 확보할 수 있다.
이어서, 케이스(30)의 외부에 방열부(40)를 결합한다. 이에 따라 본 실시예에 따른 반도체 모듈(100)을 완성할 수 있다.
이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 반도체 모듈은, 대칭되는 형태로 제어부와 전력부가 쌍을 이루며 배치된다. 또한, 외부와 연결되기 위한 연결부는 반도체 모듈의 측면에 배치된다. 또한 본딩 와이어가 아닌, 탄성을 갖는 접촉 핀을 통해 제어부와 전력부가 탄력적으로 접촉하며 전기적으로 연결된다.
따라서, 종래와 같이 소자들간 또는 소자와 외부 단자 사이를 전기적으로 연결하기 위한 본딩 와이어를 생략할 수 있으므로, 다수의 전력 소자들과 제어 소자들을 효율적으로 배치할 수 있다. 이에 종래에 비해 반도체 모듈의 크기를 줄일 수 있어 소형화/고집적화가 요구되는 다양한 전자 기기에 용이하게 이용될 수 있다.
또한 본딩 와이어를 이용하는 종래에 비해 접합 신뢰성을 확보할 수 있으며, 제조 과정에서 본딩 와이어의 형태가 변형되는 등의 문제를 해소할 수 있으므로 제조 과정에서 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 반도체 모듈은, 케이스의 양면에 방열부가 각각 배치되는 양면 방열 구조가 적용되며, 전력 소자가 실장된 전력부와 방열부가 매우 인접하게 배치된다. 이로 인해 열의 이동 경로를 최소화할 수 있으며, 반도체 모듈의 양면을 통해 열을 방출할 수 있다. 따라서 종래에 비해 매우 향상된 방열 특성을 얻을 수 있으므로 반도체 모듈의 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 반도체 모듈 제조 방법은 탄성을 갖는 접촉 핀을 이용하므로, 제어부와 전력부를 기계적으로 결합하는 과정만으로 제어부와 전력부를 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서 종래와 같이 와이어를 본딩하는 등의 공정이 생략되므로, 제조가 매우 용이하며 제조 공정 시간도 최소화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 따른 반도체 모듈은 전술한 실시예들에 한정되지 않으며, 다양한 응용이 가능하다. 예를 들어, 전술한 실시예들에서는 반도체 모듈이 전체적으로 직육면체 형상으로 형성되는 경우를 예로 들었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 원통형이나 다각 기둥 형태로 형성하는 등 필요에 따라 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 전술된 실시예들에서는 전력 반도체 모듈의 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 적어도 하나의 전력 소자들이 패키징되는 전자 부품이라면 다양하게 적용될 수 있다.
100: 반도체 모듈
10: 전력부
11: 전력 모듈 기판
12: 전력 소자
20: 제어부
21: 제어 모듈 기판
22: 제어 소자
23: 접촉 핀
24: 스페이서
30: 케이스
40: 방열부

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 제어 소자를 구비하는 한 쌍의 제어 모듈 기판을 구비하는 제어부; 및
    적어도 하나의 전력 소자를 구비하며, 각각이 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판 각각에 대응하도록 배치되는 한 쌍의 전력 모듈 기판을 구비하는 전력부; 를 포함하며,
    상기 제어부와 상기 전력부 중 어느 하나는 탄성을 갖는 접촉 핀을 구비하고, 상기 접촉 핀에 의해 상기 제어부와 상기 전력부가 전기적으로 연결되고,
    상기 한 쌍의 제어 모듈 기판과 상기 한 쌍의 전력 모듈 기판이 서로 대칭구조로 배치되도록 상기 한 쌍의 제어 모듈 기판과 상기 한 쌍의 전력 모듈 기판을 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스의 양면에 체결되는 한 쌍의 방열부;를 더 포함하는 반도체 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 모듈 기판은,
    일면에 상기 제어 소자가 실장되며, 타면에 상기 접촉 핀이 실장되는 반도체 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제어 모듈 기판과 상기 제어 소자를 내부에 수용하는 하우징을 더 포함하며, 상기 접촉 핀은 상기 하우징을 관통하여 외부로 돌출되는 반도체 모듈.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 한 쌍의 제어 모듈 기판 사이에 개재되어 상호 간의 간격을 유지시키는 적어도 하나의 스페이서를 더 포함하는 반도체 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제어 모듈 기판의 어느 한 측에 배치되어 외부와 전기적으로 연결되는 연결부를 더 포함하는 반도체 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전력부는,
    상기 전력 모듈 기판의 테두리를 따라 상기 전력 모듈 기판의 일면에 배치되어 상기 전력부의 두께를 형성하는 프레임;을 포함하는 반도체 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전력부는,
    상기 전력 모듈 기판의 일면 또는 상기 전력 소자의 외부면에 형성되며, 상기 접촉 핀들과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 패드를 포함하는 반도체 모듈.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는,
    상기 전력부가 슬라이딩 방식으로 삽입되며 결합되는 제1 수용부; 및
    상기 제어부가 수용되는 제2 수용부;를 포함하는 반도체 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에는 개방부가 형성되며, 상기 전력부는 상기 개방부을 통해 상기 전력 소자가 상기 제어부와 대면하도록 상기 제1 수용부에 결합되는 반도체 모듈.
  12. 삭제
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