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KR20170014345A - 전력용 반도체 모듈 및 전력용 반도체 장치 - Google Patents

전력용 반도체 모듈 및 전력용 반도체 장치 Download PDF

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KR20170014345A
KR20170014345A KR1020150107509A KR20150107509A KR20170014345A KR 20170014345 A KR20170014345 A KR 20170014345A KR 1020150107509 A KR1020150107509 A KR 1020150107509A KR 20150107509 A KR20150107509 A KR 20150107509A KR 20170014345 A KR20170014345 A KR 20170014345A
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KR
South Korea
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electrode
power semiconductor
common electrode
chip
disposed
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Withdrawn
Application number
KR1020150107509A
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English (en)
Inventor
박유철
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR1020150107509A priority Critical patent/KR20170014345A/ko
Publication of KR20170014345A publication Critical patent/KR20170014345A/ko
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Abstract

전력용 반도체 모듈은 케이스 내에 배치되는 공통 전극과, 공통 전극에 배치되고 냉각 매질이 채워지는 튜브와, 공통 전극 상에 배치되는 제1 칩과, 제1 칩 상에 배치되는 제1 전극을 포함한다.

Description

전력용 반도체 모듈 및 전력용 반도체 장치{POWER SEMICONDUCTOR MODULE AND POWER SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 전력용 반도체 모듈 및 전력용 반도체 장치에 관한 것이다.
전력용 반도체 모듈은 인버터, 컨버터, 무정전 전원장치 등에 사용되고, 모터컨트롤용, 스위칭용, 파워 써플라이용 등으로 응용되는 전력용 모듈을 말한다.
일반적으로 IGBT, 파워모스펫, 또는 바이폴라 트랜지스터 등으로 이루어진 전력용 반도체 모듈을 제작하는 데 있어서 각 재료의 접합 공정을 살펴 보면, 트랜지스터 소자가 솔더를 이용하여 DBC(direct bonded copper) 기판에 접합하고, DBC(direct bonded copper) 기판에 와이어가 연결되며, DBC 기판이 솔더를 이용하여 베이스 기판에 접합된다.
따라서, 종래의 전력용 반도체 모듈에서는 트랜지스터 소자에서 발생된 열이 베이스 기판을 통해 방출되기 위해서는 다수의 층을 경유해야 하므로, 열 방출 성능이 취약한 문제가 있다.
또한, 종래의 전력용 반도체 모듈에서는 와이어가 사용되므로 와이어 저항으로 인한 손실이 발생된다.
아울러, 종래의 전력용 반도체 모듈에서는 칩 설계가 용이하지 않으며 공정이 복잡하여 제품 단가가 높아지는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 열 방출 성능을 향상시킬 수 있는 전력용 반도체 모듈 및 전력용 반도체 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 단품의 전력용 반도체 모듈들을 간단히 연결할 수 있어 칩 설계가 용이하고 공정이 단순한 전력용 반도체 장치를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 전력용 반도체 모듈은, 케이스; 상기 케이스 내에 배치되는 공통 전극; 상기 공통 전극에 배치되고 냉각 매질이 채워지는 튜브; 상기 공통 전극 상에 배치되는 제1 칩; 및 상기 제1 칩 상에 배치되는 제1 전극을 포함한다.
본 발명의 타 측면에 따르면, 전력용 반도체 장치는, 다수의 전력용 반도체 모듈들; 상기 각 전력용 반도체 모듈의 제1 전극을 서로 체결시키는 제1 및 제2 전극 바들; 및 상기 각 전력용 반도체 모듈의 공통 전극을 서로 체결시키는 핀을 포함한다. 상기 전력용 반도체 모듈은, 케이스; 상기 케이스 내에 배치되는 상기 공통 전극; 상기 공통 전극에 배치되고 냉각 매질이 채워지는 튜브; 상기 공통 전극 상에 배치되는 제1 칩; 및 상기 제1 칩 상에 배치되는 상기 제1 전극을 포함한다.
본 발명에 따른 단말기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1 및/또는 제2 칩이 솔더에 의해 공통 전극에 부착되므로, 제1 및/또는 제2 칩과 공통 전극 사이에 솔더 이외의 다른 층이 없기 때문에 제1 및/또는 제2 칩의 열이 곧바로 공통 전극으로 전달되어 방출될 수 있다. 특히 공통 전극에 냉각 매질이 채워진 튜브가 구비되어 열을 방출을 더 가속시켜 줄 수 있다. 따라서, 칩에서 발생된 열이 실시간으로 외부로 방출되므로, 방열 성능이 현저히 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 핀이나 전극 바를 이용하여 간단히 각 전력 모듈의 제1 및 제2 칩을 병렬 연결시킬 수 있으므로, 제품의 조립이나 칩 설계가 용이하며 고객의 설계 요구 사양에 신속히 대응할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 전력용 반도체 모듈을 서로 체결하는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 전력용 반도체 모듈이 체결된 전력용 반도체 장치를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈(10)은 육면체 형상을 갖는 케이스(12)를 포함하고, 각 면에 홀(15, 30, 32)이 형성될 수 있다.
예컨대, 케이스(12)의 상면과 제1 전극(14)에 상부 홀(15)이 형성되고, 케이스(12)의 하면과 제2 전극(미도시)에 하부 홀(미도시)이 형성될 수 있다. 케이스(12)의 측면 및 공통 전극(미도시)의 측면에 제1 홀(30)과 제2 홀(32)이 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 홀(30)은 y축 방향을 따라 대향하는 양 측면에 형성되고, 제2 홀(32)은 x축 방향을 따라 대향하는 양 측면에 형성될 수 있다.
도면에는 제1 홀(30)이 2개 형성되는 것이 도시되고 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
케이스(12)의 상면에는 제1 전극(14)이 배치되고, 제1 전극(14)의 상면은 노출될 수 있다. 이러한 경우, 상부 홀(15)은 제1 전극(14) 및 제1 전극 아래에 배치되는 케이스(12)를 관통하여 형성될 수 있다.
케이스(12)의 하면에는 제2 전극(34)이 배치되고, 제2 전극의 하면은 노출될 수 있다. 이러한 경우, 하부 홀(35)은 제2 전극 및 제2 전극의 위에 배치되는 케이스(12)를 관통하여 형성될 수 있다.
제1 및 제2 홀(30, 32)은 케이스(12)의 측면을 관통하여 공통 전극 내부로 형성될 수 있다. 공통 전극은 방열 전극으로서, 열을 방출시키는 역할을 할 수 있다. 공통 전극 내에는 튜브(tube, 26)가 배치되고, 그 튜브(26) 내에 냉각 매질이 채워질 수 있다. 예컨대 냉각 매질로는 공기나 냉매일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 튜브(26)는 공통 전극으로부터 연장되어 케이스(12)의 측부를 관통할 수 있다. 공통 전극은 나중에 상세히 설명하기로 한다.
케이스(12)의 내부에는 공통 전극을 중심으로 서로 상하 방향을 따라 직렬로 연결되는 반도체 소자인 칩(미도시)이 구비될 수 있다. 예컨대, 제1 칩은 제1 전극(14)과 공통 전극 사이에 연결되고, 제2 칩은 공통 전극과 제2 전극 사이에 연결될 수 있다. 반도체 소자는 트랜지스터일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
본 발명에 따르면, 칩에서 발생되는 열이 칩에 연결되는 공통 전극을 경유하여 튜브(26)의 냉각 매질에 의해 방출될 수 있다. 구체적으로, 제1 및/또는 제2 칩이 솔더에 의해 공통 전극에 부착되므로, 제1 및/또는 제2 칩과 공통 전극 사이에 솔더 이외의 다른 층이 없기 때문에 제1 및/또는 제2 칩의 열이 곧바로 공통 전극으로 전달되고, 상기 전달된 열은 냉각 매질에 의해 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 칩에서 발생된 열이 실시간으로 외부로 방출되므로, 방열 성능이 현저히 향상될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 서로 직렬로 연결된 적어도 2개의 칩이 구비된 전력용 반도체 모듈을 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 평면도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 측면도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 케이스(12) 내에 공통 전극(24)이 구비될 수 있다. 공통 전극(24)은 케이스(12)에 직접 고정되거나 볼트와 같은 고정 수단을 이용하여 케이스(12)에 고정될 수 있다.
공통 전극(24)은 사각 판(plate) 형상을 가질 수 있다. 공통 전극(24)의 두께는 대략 1cm일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
공통 전극(24)은 전기 전도도가 우수한 금속 재질로서, 예컨대 구리(Cu)로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
공통 전극(24) 내에 y축 방향을 따라 공통 전극(24)을 관통하는 홀이 형성되고, 그 홀에 튜브(26)가 설치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 튜브(26)는 공통 전극(24) 내부로부터 연장되어 케이스(12)를 관통할 수 있다. 예컨대, 제1 전력용 반도체 모듈의 공통 전극 및 케이스를 관통한 튜브(26)는 인접하는 제2 전력용 반도체 모듈의 케이스 및 공통 전극을 관통할 수 있다. 공통 전극(24)은 각 전력용 반도체 모듈(10)에 구비되는데 반해, 튜브(26)은 각 전력용 반도체 모듈(10)의 공통 전극(24)을 관통하도록 배치될 수 있다.
튜브(26)가 전기 전도도를 갖는 재질로 형성되는 경우, 튜브(26)와 공통 전극(24) 사이를 절연시키기 위해 튜브(26)와 공통 전극(24) 사이에 절연막(28)이 형성될 수 있다. 절연막(28)은 방열성, 내열성 및 절연성이 우수한 재질로서, 예컨대 에폭시 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
만일 튜브(26)가 절연 재질로 형성되면, 튜브(26)가 직접 공통 전극(24)에 접촉하도록 설치될 수 있다.
공통 전극(24)은 튜브(26)의 일측이나 양측에 y축 방향을 따라 형성된 제1 홀(30)과 x축 방향을 따라 형성된 제2 홀(32)을 포함할 수 있다.
공통 전극(24)의 제1 홀(30)에 대응하는 케이스(12)의 측면에도 홀이 형성되고, 공통 전극(24)의 제2 홀(32)에 대응하는 케이스(12)의 측면에도 홀이 형성될 수 있다.
제1 칩(20)이 솔더(22)를 이용하여 공통 전극(24)의 상면에 부착되고, 제2 칩(40)이 솔더(42)를 이용하여 공통 전극(24)의 하면에 부착될 수 있다. 제1 및 제2 칩(20, 40)은 트랜지스터일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제1 및 제2 칩(20, 40) 각각은 튜브(26)가 배치된 공통 전극(24) 상에 부착될 수 있다.
제1 전극(14)이 솔더(18)를 이용하여 제1 칩(20)에 부착되고, 제2 전극(34)이 솔더(38)를 이용하여 제2 칩(40)에 부착될 수 있다. 제1 칩(20)은 제1 전극(14)과 공통 전극(24)에 전기적으로 연결되고, 제2 칩(40)은 공통 전극(24)과 제2 전극(34)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극(14) 및 제2 전극(34) 각각은 ‘ㄷ’자 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 전극(14)은 제1 내지 제3 영역(14a, 14b, 14c)을 가지며, 제1 영역(14a)은 솔더(18, 38)를 이용하여 제1 또는 제2 칩(20, 40)에 부착되고, 제2 영역(14b)은 제1 영역(14a)의 끝단으로부터 수직 방향으로 연장되며, 제3 영역(14c)은 제2 영역(14b)의 끝단으로부터 수평 방향으로 연장될 수 있다. 제3 영역(14c)은 케이스(12)를 통해 외부에 노출될 수 있다.
마찬가지로, 제2 전극(34) 또한 제1 전극(14)과 동일한 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상부 홀(15)은 제1 전극(14)의 제3 영역(14c)뿐만 아니라 제3 영역(14c) 아래에 위치된 케이스(12)를 관통하여 형성될 수 있다. 하부 홀(35)은 제2 전극(34)의 제3 영역뿐만 아니라 제3 위에 위치된 케이스(12)를 관통하여 형성될 수 있다.
제1 전극(14)은 제1 칩(20)의 열을 외부로 방출시키기 위한 방열 부재로 사용될 수 있고, 제2 전극(34)은 제2 칩(40)의 열을 외부로 방출시키기 위한 방열 부재로 사용될 수 있다.
상기 공통 전극(24)의 상면 위 그리고 공통 전극(24)의 하면 아래에 보호막(16, 36)이 형성될 수 있다. 보호막(16, 36)은 제1 및/또는 제2 칩(20, 40)을 커버할 뿐만 아니라 제1 전극(14)의 제1 영역(14a) 또는 제2 전극(34)의 제1 영역을 커버할 수 있다. 보호막(16, 36)은 고전압에서의 불꽃 발생을 방지하고 제1 또는 제2 칩(20, 40)의 오염을 방지할 수 있다. 보호막(16, 36)은 내압이 강하고 절연성이 우수한 재질로 형성되며, 예컨대 실리콘 겔(silicone gel)로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
본 발명에 따르면, 제1 칩(20)은 솔더(22)를 이용하여 방열 기능을 갖는 공통 전극(24)에 부착되므로, 제1 칩(20)의 열이 공통 전극(24)을 경유하여 냉각 매질을 통해 외부로 신속히 방출되어 방출 성능이 향상될 수 있다. 마찬가지로, 제2 칩(40)은 솔더(42)를 이용하여 공통 전극(24)에 부착되므로, 제2 칩(40)의 열이 공통 전극(24)을 경유하여 냉각 매질을 통해 외부로 신속히 방출되어 방출 성능이 향상될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 단일 전력용 반도체 모듈(10)에 적어도 2개의 (20, 40)이 구비되도록 함으로써, 칩의 개수 증가와 칩의 레이아웃이 용이해질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 전력용 반도체 모듈을 서로 체결하는 모습을 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 도 1 내지 도 4에 도시된 단위 전력용 반도체 모듈(10)들의 공통 전극(24)들이 서로 체결될 수 있다.
즉, 인접하는 전력용 반도체 모듈(10)들의 공통 전극(24)들은 핀(44, 46)을 이용하여 체결될 수 있다.
예컨대, y축 방향을 따라 배치되는 제1 전력용 반도체 모듈(10a)과 제2 전력용 반도체 모듈(10b)은 제1 핀(44)을 이용하여 체결될 수 있다. 제1 핀(44)은 제1 전력용 반도체 모듈(10a)의 케이스(12)를 관통하여 제1 홀(30)에 끼워져 공통 전극(24)에 연결되는 한편, 제2 전력용 반도체 모듈(10b)의 케이스(12)를 관통하여 제1 홀(30)에 끼워져 공통 전극(24)에 연결될 수 있다.
예컨대, x축 방향을 따라 배치되는 제1 전력용 반도체 모듈(10a)과 제3 전력용 반도체 모듈(10c)은 제2 핀(46)을 이용하여 체결될 수 있다. 제2 핀(46)은 제1 전력용 반도체 모듈(10a)의 케이스(12)를 관통하여 제2 홀(32)을 통해 공통 전극(24)에 연결되는 한편, 제3 전력용 반도체 모듈(10c)의 케이스(12)를 관통하여 제2 홀(32)을 통해 공통 전극(24)에 연결될 수 있다.
공통 전극(24)은 제1 및 제2 칩(20, 40)에 공통으로 연결되는 전극일 수 있다.
따라서, 제1 및 제2 핀(44, 46)을 통해 각 전력용 반도체 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 공통 전극(24)끼리 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 전력용 반도체 모듈이 체결된 전력용 반도체 장치를 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 도 1 내지 도 4에 도시된 단위 전력용 반도체 모듈(10)들의 제1 전극(14)들과 제2 전극(34)들이 서로 체결될 수 있다.
즉, 인접하는 전력용 반도체 모듈(10)들의 제1 전극(14)들은 제1 및 제2 전극 바(50, 52)를 이용하여 x축 방향 및 y축 방향을 따라 체결될 수 있다. 마찬가지로, 인접하는 전력용 반도체 모듈(10)들의 제2 전극(34)들은 제1 및 제2 전극 바(50, 52)를 이용하여 x축 방향 및 y축 방향을 따라 체결될 수 있다.
예컨대, y축 방향을 따라 배치된 다수의 제1 전력용 반도체 모듈들(10e)의 제1 전극(14)들은 제1 전극 바(50)를 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극 바(50)는 각 제1 전력용 반도체 모듈들(10e)의 상부 홀(15)에 대응하는 홀들이 마련될 수 있다. 따라서, 각 전극 볼트(54)가 제1 전극 바(50)의 해당 홀과 제1 전력용 반도체 모듈들(10e)의 제1 전극(14)들의 상부 홀(15)을 관통하여 케이스(12)에 고정될 수 있다. 그러므로, 각 제1 전력용 반도체 모듈들(10e)의 제1 전극(14)들은 각 전극 볼트(54)와 제1 전극 바(50)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
예컨대, x축 방향을 따라 배치된 다수의 제2 전력용 반도체 모듈들(10f)의 제1 전극(14)들은 제2 전극 바(52)를 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극 바(50)는 각 제2 전력용 반도체 모듈들(10f)의 상부 홀(15)에 대응하는 홀들이 마련될 수 있다. 따라서, 각 전극 볼트(54)는 제2 전극 바(52)의 해당 홀과 제2 전력용 반도체 모듈들(10f)의 제1 전극(14)들의 상부 홀(15)을 관통하여 케이스(12)에 고정될 수 있다. 그러므로, 각 제2 전력용 반도체 모듈들(10f)의 제1 전극(14)들은 각 전극 볼트(54)와 제2 전극 바(52)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 제1 전극 바(50)를 제1 전력용 반도체 모듈들(10e) 상에 위치시키고 제2 전극 바(52)를 제2 전력용 반도체 모듈들(10f) 상에 위치시킨 후, 각 전극 볼트(54)가 제2 전극 바(52)의 홀과 제1 전극 바(50)의 홀을 관통하고 제1 전극(14)을 관통한 후, 케이스(12)에 고정될 수 있다. 따라서, 각 전극 볼트(54) 및 제1 및 제2 전극 바(52)에 의해 제1 및 제2 전력용 반도체 모듈들(10e, 10f)의 제1 전극(14)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제1 전극 바(50)는 제1 전극(14)의 상면에 접촉되고, 제2 전극 바(52)는 제1 전극 바(50)의 상면에 접촉될 수 있다.
마찬가지로, 각 전력용 반도체 모듈의 제2 전극(34) 또한 제1 및 제2 전극 바 및 각 볼트에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
예컨대, y축 방향을 따라 배치된 다수의 제1 전력용 반도체 모듈들의 제2 전극(34)들은 제1 전극 바를 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극 바는 각 제1 전력용 반도체 모듈들의 상부 홀(15)에 대응하는 홀들이 마련될 수 있다. 따라서, 각 볼트가 제1 전극 바의 해당 홀과 제1 전력용 반도체 모듈들의 제2 전극(34)들의 상부 홀(15)을 관통하여 케이스(12)에 고정될 수 있다. 그러므로, 각 제1 전력용 반도체 모듈들의 제2 전극(34)들은 각 볼트와 제1 전극 바를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
예컨대, x축 방향을 따라 배치된 다수의 제2 전력용 반도체 모듈들의 제2 전극(34)들은 제2 전극 바를 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극 바는 각 제2 전력용 반도체 모듈들의 상부 홀(15)에 대응하는 홀들이 마련될 수 있다. 따라서, 각 볼트는 제2 전극 바의 해당 홀과 제2 전력용 반도체 모듈들의 제2 전극(34)들의 상부 홀(15)을 관통하여 케이스(12)에 고정될 수 있다. 그러므로, 각 제2 전력용 반도체 모듈들의 제2 전극(34)들은 각 볼트와 제2 전극 바를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 제1 전극 바를 제1 전력용 반도체 모듈들 상에 위치시키고 제2 전극 바를 제2 전력용 반도체 모듈들 상에 위치시킨 후, 각 볼트가 제2 전극 바의 홀과 제1 전극 바의 홀을 관통하고 제2 전극(34)을 관통한 후, 케이스(12)에 고정될 수 있다. 따라서, 각 볼트 및 제1 및 제2 전극 바에 의해 제1 및 제2 전력용 반도체 모듈들의 제2 전극(34)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제1 전극 바는 제2 전극(34)의 하면에 접촉되고, 제2 전극 바는 제1 전극 바의 하면에 접촉될 수 있다.
제1 전극(14) 상에 배치되는 제1 및 제2 전극 바(50, 52)는 제1 전극(14)과 연결되므로, 제1 칩(20)의 열이 제1 전극(14)을 경유하여 외부로 방출되도록 하는 방열 부재로 사용될 수 있다.
마찬가지로, 제2 전극(34) 아래에 배치되는 제1 및 제2 전극 바는 제2 전극(34)과 연결되므로, 제2 칩(40)의 열이 제2 전극(34)을 경유하여 외부로 방출되도록 하는 방열 부재로 사용될 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 각 전력용 반도체 모듈(10e)에 구비된 튜브(26)는 서로 연결되며, 최외곽에 위치된 인접하는 전력용 반도체 모듈은 별도의 튜브(26)를 이용하여 연결될 수 있다.
이에 따라, 냉각 매질이 채워지는 튜브(26)는 지그재그 방향을 따라 배치될 수 있다. 예컨대, 튜브(26)는 y축 방향을 따라 배치되고, 이어서 ?y축 방향을 따라 배치되며, 이어서 다시 y축 방향을 따라 배치될 수 있다. 이와 같은 방식으로 튜브(26)가 배치될 수 있다. 냉각 매질은 튜브(26)의 배치된 방향을 따라 순환될 수 있다. 냉각 매질의 순환에 따라 각 전력용 반도체 모듈에 구비된 제1 및/또는 제2 칩(20, 40)에서 발생된 열이 튜브(26)에 채워진 냉각 매질을 통해 외부로 신속히 방출될 수 있다.
도 5 및 도 도 6에 도시한 바와 같이, 각 전력 모듈의 제1 칩(20)과 제2 칩(40)이 서로 병렬로 연결된 전력용 반도체 장치가 제조될 수 수 있다.
본 발명에 따르면, 핀이나 전극 바를 이용하여 간단히 각 전력 모듈의 제1 및 제2 칩(20, 40)을 병렬 연결시킬 수 있으므로, 제품의 조립이나 칩 설계가 용이하며 고객의 설계 요구 사양에 신속히 대응할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈을 도시한 단면도이다.
제2 실시예는 하나의 칩(20)만이 구비된 것을 제외하고 제1 실시예와 유사하다. 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 기능이나 형상을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참고하면, 전력용 반도체 모듈에서, 케이스(12)의 바닥면에 공통 전극(24)이 배치될 수 있다. 공통 전극(24)은 케이스(12)에 직접 고정되거나 볼트와 같은 고정 수단을 이용하여 고정될 수 있다.
공통 전극(24)은 전극으로서의 기능과 방열 부재로서의 기능을 가질 수 있다. 공통 전극(24)은 냉각 매질이 채워진 튜브(26)와 제1 및 제2 홀(30, 32)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 홀(30)은 y축 방향을 따라 공통 전극(24)의 측면으로부터 내부로 형성되고, 제2 홀(32)은 x축 방향을 따라 공통 전극(24)의 측면으로부터 내부로 형성될 수 있다. 제1 홀(30)은 공통 전극(24)의 마주보는 양 측면에 형성되고, 제2 홀(32)은 공통 전극(24)의 마주 보는 양 측면에 형성될 수 있다.
제1 홀(30)은 제1 핀(44)을 이용하여 y축 방향을 따라 배치되는 인접하는 전력용 반도체 모듈 사이를 전기적으로 연결 및 고정시키기 위한 홀일 수 있다. 제2 홀(32)은 제2 핀(46)을 이용하여 x축 방향을 따라 배치되는 인접하는 전력용 반도체 모듈 사이를 전기적으로 연결 및 고정시키기 위한 홀일 수 있다.
칩(20)이 솔더(22)를 이용하여 튜브(26)가 배치되는 공통 전극(24) 상에 부착될 수 있다. 전극이 솔더(18)를 이용하여 칩(20) 상에 부착될 수 있다. 따라서, 칩(20)은 전극과 공통 전극(24)에 전기적으로 연결될 수 있다.
전극이 일부는 케이스(12)를 통해 외부에 노출되도록 배치될 수 있다.
적어도 2개의 칩(20, 40)이 구비된 제1 실시예와 달리, 제2 실시예와 같이 전력용 반도체 모듈은 하나의 칩(20)만을 구비할 수도 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 전력용 반도체 모듈
12: 케이스
14: 제1 전극
15: 상부 홀
16, 36: 보호막
18, 22, 38, 42: 솔더
20, 40: 칩
24: 공통 전극
26: 튜브
28: 절연막
30: 제1 홀
32: 제2 홀
34: 제2 전극
35: 하부 홀
44: 제1 핀
46: 제2 핀
50: 제1 전극 바
52: 제2 전극 바
54: 전극 볼트

Claims (10)

  1. 케이스;
    상기 케이스 내에 배치되는 공통 전극;
    상기 공통 전극에 배치되고 냉각 매질이 채워지는 튜브;
    상기 공통 전극 상에 배치되는 제1 칩; 및
    상기 제1 칩 상에 배치되는 제1 전극을 포함하는 전력용 반도체 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공통 전극 아래에 배치되는 제2 칩; 및
    상기 제2 칩 아래에 배치되는 제2 전극을 더 포함하는 전력용 반도체 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 각각의 일부는 상기 케이스를 통해 외부에 노출되는 전력용 반도체 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공통 전극의 상면 위에 배치되고 상기 제1 칩을 커버하는 제1 보호막; 및
    상기 공통 전극의 하면 아래에 배치되고 상기 제2 칩을 커버하는 제2 보호막을 더 포함하는 전력용 반도체 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공통 전극은,
    제1 방향을 따라 형성되는 제1 홀; 및
    상기 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 형성되는 제2 홀을 포함하는 전력용 반도체 모듈.
  6. 다수의 전력용 반도체 모듈들;
    상기 전력용 반도체 모듈은,
    케이스;
    상기 케이스 내에 배치되는 공통 전극;
    상기 공통 전극에 배치되고 냉각 매질이 채워지는 튜브;
    상기 공통 전극 상에 배치되는 제1 칩; 및
    상기 제1 칩 상에 배치되는 제1 전극을 포함하고,
    상기 각 전력용 반도체 모듈의 상기 제1 전극을 서로 체결시키는 제1 및 제2 전극 바들; 및
    상기 각 전력용 반도체 모듈의 상기 공통 전극을 서로 체결시키는 핀을 포함하는 전력용 반도체 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전력용 반도체 모듈은,
    상기 공통 전극 아래에 배치되는 제2 칩; 및
    상기 제2 칩 아래에 배치되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 각 전력용 반도체 모듈의 상기 제2 전극을 서로 체결시키는 제3 및 제4 전극 바들을 더 포함하는 전력용 반도체 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극은 제1 전극 홀을 포함하고,
    상기 제2 전극은 제2 전극 홀을 포함하고,
    상기 공통 전극은 공통 전극 홀을 포함하며,
    다수의 볼트들이 상기 제1 및 제2 전극 바들을 관통하여 상기 제1 전극들의 상기 제1 전극 홀들을 관통하는 전력용 반도체 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    다수의 볼트들이 상기 제3 및 제4 전극 바들을 관통하여 상기 제2 전극들의 상기 제2 전극 홀들을 관통하는 전력용 반도체 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 핀이 상기 각 전력용 반도체 모듈의 상기 공통 전극의 상기 공통 전극 홀에 끼워지는 전력용 반도체 장치.
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CN113745181A (zh) * 2021-09-29 2021-12-03 锦州市圣合科技电子有限责任公司 双面水冷功率模块及组合式双面水冷功率模块

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