KR101419059B1 - 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈과 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

냉각부품에 배치하기 위하여 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈이 개시된다. 상기 전력용 반도체 모듈(10)은 도체 트랙과 전력용 반도체 부품(20)을 갖는 적어도 하나의 기판(12)을 구비한다. 상기 전력용 반도체 모듈(10)은, 하면에는 상기 기판(12)이 정확한 위치에 배치되고, 상기 적어도 하나의 기판(12)에 형성된 도체 트랙(18)과 압력 접촉을 형성하고 스트립부(30)로부터 돌출된 접촉피트(28)를 관통시켜 안내하는 절삭부(26)가 형성되며, 로드 접속소자(38)가 형성되는 장착본체(22)를 포함한다. 상기 전력용 반도체 모듈(10)은 상기 장착본체(22)의 각 면을 커버하고 스냅식 래칭 연결부(30)를 통해 장착본체(22)에 결합되며 안정된 치수를 갖는 커버(48)를 포함한다. 상기 커버(48)는 고정홀(52)을 통해 고정된다. 또한, 적어도 하나의 패딩소자(42)가 상기 커버(48)와 상기 로드 접속소자(48)의 스트립부(30) 사이에 구속되어 있다.
전력용 반도체 모듈, 기판, 장착본체, 커버, 패딩소자

Description

압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈과 그 제조방법{Power semiconductor module of pressure contact embodiment and method for producing the same}
본 발명은 냉각부품에 배치하기 위하여 비교적 단순한 구성으로 저렴하게 제조할 수 있고 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈과 상기 전력용 반도체 모듈의 제조방법에 관한 것이다.
압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈은 다양한 예를 통해 알려져 있다. 예를 들어, DE 103 16 356 A1에 의하면, 각기 바닥판과 프레임 형태의 하우징을 갖는 다수의 부분모듈 및 로드와 보조 접속을 위한 접속소자들을 구비하는 전력용 반도체 모듈이 개시되어 있다. 각각의 부분모듈은 통상의 커버 및/또는 상기 부분모듈을 고정하는 결합부를 통해 조립되어 상기 전력용 반도체 모듈을 구성한다.
또 다른 예로 DE 101 49 886 A1에는, 전력용 반도체 부품들이 배열된 적어도 하나의 기판을 갖는 전력용 반도체 모듈이 개시되어 있다. 상기 전력용 반도체 모듈은 상기 적어도 하나의 기판에 작용하여 각 기판을 흡열부(heat sink)에 장착된 상태로 압착하는 프레스온 장치(press-on device)를 더 포함하는데, 이는 전력용 반도체 부품에서 흡열부로의 열손실을 분산시키기 위함이다. 이러한 전력용 반도체 모듈에서 상기 프레스온 장치는 적어도 하나의 스프링 탄성영역을 갖는 모듈 하우징으로 구성된다.
본 발명의 목적은 비교적 단순한 구성으로 저렴하게 제조할 수 있고 냉각부품에 배치하기 위하여 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈을 제공하고, 상기 전력용 반도체 모듈의 제조방법을 상술하는 데에 있다.
이러한 본 발명의 목적은 실질적으로 청구항 1항의 구성에서 예상되는 바와 같이, 적어도 하나의 기판, 장착본체, 커버, 그리고 적어도 하나의 패딩소자를 포함하여 흡열부에 배치하기 위한 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈을 제공함으로써 달성된다.
본 발명에 따른 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈은, 구성이 단순하여 저렴하게 제조할 수 있을 뿐 아니라 조립이 아주 정확하고 간편하여 제조원가 및 조립시간을 상당히 감소시키는 효과가 있다.
또한, 흡열부에 배치되는 경우 단순한 구성에 따른 흡열부로의 열분산 효율이 크게 향상되는 효과도 있다.
본 발명에 따른 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈은, 상기 냉각부품으로부터 이격된 주영역에 도체 트랙과 전력용 반도체 부품을 갖는 적어도 하나의 기판; 하면에는 상기 기판이 정확한 위치에 배치되고, 상기 적어도 하나의 기판에 형성된 도체 트랙과 압력 접촉을 형성하고 서로 절연된 스트립부로부터 돌출된 접촉피트를 관통시켜 안내하는 절삭부가 형성되며, 로드 접속소자가 정확한 위치에 형성되는 장착본체; 상기 장착본체의 각 면을 커버하도록 스냅식 래칭 연결부를 통해 장착본체에 결합되고, 고정홀을 통해 상기 전력용 반도체 모듈을 상기 냉각부품에 고정하도록 설계되는 커버; 및 상기 각 기판에 할당되어 상기 커버와 상기 로드 접속소자의 스트립부 사이에 구속되는 적어도 하나의 패딩소자를 포함하여, 흡열부에 배치된다.
이 경우에 있어, 상기 장착본체는 상기 적어도 하나의 기판의 정확한 위치에 배치하기 위하여 그 하면에 외주 프레임 웹을 포함하는 것이 유리하다. 여기서 상기 외주 프레임 웹의 내부는 상기 기판의 외부와 정확히 대응하는 치수를 갖도록 형성된다.
상기 장착본체의 하면에는 샤프트의 승강을 안내하도록 상기 접촉피트의 외부를 둘러싸는 절삭부가 형성되는 것이 유리하다. 상기 샤프트의 승강으로 인해 상기 로드 접속소자의 접촉피트를 용이하게 안내하여 상기 접촉피트가 상기 적어도 하나의 기판에 형성된 상기 도체 트랙에 최대한 정확하게 위치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 바람직하게는, 상기 장착본체는 상면에 상기 스냅식 래칭 연결부에 형성된 복원력을 갖는 래칭핑거가 돌출되는 외주 프레임 단부를 포함하고, 상기 커버에는 상기 래칭핑거에 대응하는 래칭홀이 형성된다. 상기 장착본체의 래칭핑거 및 상기 커버의 래칭홀은 장착본체와 커버 간의 스냅식 래칭 연결부를 구성한다.
본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈에서, 상기 장착본체의 상면에는 상기 로드 접속소자에 대응하는 받침대가 형성되고, 상기 커버에는 상기 받침대와 대응하는 샤프트가 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 실시예에 의하면 상기 커버를 상기 로드 접속소자 및 보조 접속소자가 구비된 상기 장착본체에 정확히 배치하는 것이 용이해지고 시간도 절약할 수 있게 된다. 그러나, 커버를 장착본체에 결합하기에 앞서 상기 적어도 하나의 패딩소자가 상기 로드 접속소자의 스트립부 상에 배치된다.
바람직하게는, 나사 슬리브가 상기 로드 접속소자의 접속 접촉부에 형성된 관통홀을 통해 축 방향을 기준으로 일렬로 배치되어 상기 받침대에 일체로 형성된다. 상기 접속 접촉부는 받침대에 대응하여 커버에 형성된 샤프트를 통해 외부에서 접근가능하여, 본 발명의 전력용 반도체 모듈이 완성 조립된 상태에서, 즉 상기 전력용 반도체 모듈이 냉각 부품에 고정된 후, 연결 케이블 등을 상기 접속 접촉부에 나사식으로 고정하여 연결할 수 있다.
상기 전력용 반도체 모듈을 두 개의 샤프트 사이의 상기 냉각부품에 더욱 견고하게 고정하기 위하여 상기 커버는 고정홀을 갖는 고정 샤프트를 더 포함한다.
본 발명에 따른 상기 전력용 반도체 모듈의 커버는, 플라스틱 등의 재질을 사출성형하여 제조하는 것이 바람직하며, 강도와 치수 안정성을 확보하기 위하여 상면에 보강리브가 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 커패시터를 수용하는 수용실이 형성되도록 보강리브를 상면에 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 전력용 반도체 모듈에 의하면, 상기 적어도 하나의 기판은 장착본체 상에 배치된 탄성을 갖는 보조 접속소자들을 통해, 상기 커버에 끼워져 결합되고 보조 접촉부가 돌출되어 있는 회로기판에 압력 접촉되어 결합된다. 이 경우, 상기 커버는 상기 보조 접촉부에 대응되는 보조 샤프트를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 마찬가지로, 상기 장착본체에는 보조 받침대가 형성되고, 상기 보조 접촉부에 형성된 홀을 통해 일렬로 배치된 나사 슬리브가 상기 보조 받침대에 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
위와 같은 전력용 반도체 모듈을 제조하는 방법에 따르면, 우선 상기 로드 접속소자들은 서로 절연되어 상기 장착본체 상에 배치되고, 상기 로드 접속소자의 상기 접촉피트가 상기 장착본체의 하부로 돌출되도록 상기 장착본체에 형성된 절삭부를 관통하여 접속되며, 그 다음 상기 적어도 하나의 패딩소자가 상기 로드 접속소자의 스트립부 상에 형성되고, 여기서 탄성을 갖는 보조 접속소자가 그 이전 또는 이후에 상기 장착본체 상에 배치되며, 그 다음 상기 커버가 상기 장착본체에 끼워져 상기 스냅식 래칭 연결부를 이용하여 장착본체에 결합되고, 마지막으로 절연층이 코팅된 상기 적어도 하나의 기판이 상기 절연층을 통하여 상기 장착본체의 하면에 고정된다. 상기 절연층으로는 공지의 코팅방법에 따라 상기 적어도 하나의 기판에 도포되는 실리콘 겔 등이 이용될 수 있다. 이로써 전력용 반도체 모듈의 내부 절연이 효율적으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 전력용 반도체 모듈은 그와 연동하는 흡열부에 고정시킬 수 있게 된다. 이러한 고정으로 인하여 상기 로드 및 보조 접속소자들이 상기 적어도 하나의 기판에 압력 접촉식으로 결합하게 된다.
첨부된 도면에 도시된 바와 같은 본 발명에 의한 전력용 반도체 모듈의 더욱 상세한 구성, 특징 및 장점들은 그의 바람직한 실시예에 대한 아래 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈(10)을 도시한 분해 사시도이다. 상기 전력용 반도체 모듈(10)은 두 개의 기판(12)을 포함하며, 각 기판(12)의 하면(14)은 큰 면적의 금속표면으로 되어 상기 전력용 반도체 모듈이 배치된 냉각부품(미도시)으로의 열분산 효율을 최대화한다. 각 기판(12)의 상면(16)에는 다수의 도체 트랙(18)과, 상기 도체 트랙(18)에 접합 와이어(미설명) 등을 이용하여 접촉연결되는 다수의 전력용 반도체 부품(20)이 형성된다.
상기 전력용 반도체 모듈(10)은 하면(24)에 두 개의 기판(12)이 정확한 위치에 배치된 장착본체(22)를 구비한다. 장착본체(22)에는, 기판(12)에 형성된 도체 트랙(18)과의 압력 접촉을 형성하는 접촉피트(28)를 관통시켜 안내하는 절삭부(26)가 형성된다. 상기 접촉피트(28)는 삽입 절연체(32)로 인해 서로 절연되어 있는 다수의 스트립부(30)로부터 돌출되어 있다. 상기 접촉피트(28)가 구비된 스트립부(30)는, 각각 연결되어 있는 다수의 접속 접촉부(34)와 결합하여 상기 전력용 반도체 모듈(10)의 로드 접속소자(38)들을 형성한다. 도면상에는 다수의 접속 접촉부 중 하나와, 다른 두 접속 접촉부의 접속부(36)만이 도시되어 있다.
상기 로드 접속소자(38)의 접속부(36)는 이와 연동되는 스트립부(30)에 리벳(40)을 통해 고정 연결된다.
패딩소자(42)들이 로드 접속소자(38)의 스트립부(30) 상에 배치된다. 패딩소자(42)에는 접속부(36)에 대응하는 절삭부(44)와 리벳에 대응하는 홀(46)이 형성된다.
또한, 상기 전력용 반도체 모듈(10)은, 다수의 스냅식 래칭 연결부(50)를 통해 장착본체(22)에 결합되어 상기 로드 접속소자(38)들이 각 면의 정확한 위치에 배치되어 있는 장착본체(22)를 커버하는 커버(48)를 구비한다.
커버(48)의 각 모서리에는 전력용 반도체 모듈(10)을 설명되지 않은 냉각부품에 나사방식 등을 이용하여 고정하기 위한 고정홀(52)이 형성되어 있다.
상기 두 개의 기판(12)을 장착본체(22)의 하면(24)의 정확한 위치에 배치하기 위하여, 하면(24)에는 두 개의 외주 프레임 웹(54)이 일체로 형성된다. 장착본체의 상면에는 외주 프레임 단부(56)가 형성되고, 복원력을 갖는 래칭핑거(58)가 그로부터 돌출된다. 커버(48)에는 상기 래칭핑거(58)와 함께 스냅식 래칭 연결부(50)를 이루는 래칭홀(60)이 형성되어 있다.
로드 접속소자(38)를 중심을 맞추어 정확한 위치에 배치하고 커버(48)의 중심을 맞추기 위하여, 장착본체(22)의 상면으로부터 그와 같은 재질로 된 다수의 받침대(62)가 형성된다. 이를 위해, 커버(48)에는 각 받침대(62)와 대응하는 샤프트(64)들이 형성된다.
다수의 나사 슬리브(66)가 받침대(62)와 일체로 형성된다. 나사 슬리브(66)들은 로드 접속소자(38)의 접속 접촉부(34)에 형성된 관통홀(68)을 통하여 일렬로 배치된다.
커버(48)에는, 고정홀(미도시)을 포함하는 고정 샤프트(70)가 두 샤프트(64) 사이, 즉 도 1에서는 오른쪽과 가운데에 위치한 두 샤프트(64) 사이에 위치하도록 형성된다. 따라서 전력용 반도체 모듈이 냉각부품에 더 안정적으로 고정될 수 있다.
커버(48)의 상면에는 다수의 보강리브(72)가 형성된다. 상기 보강리브(72)가 구성됨으로써 커버(48)의 상면에 커패시터(미도시)를 수용하는 수용실(74)이 형성된다.
기판(12)들은 장착본체(22) 상에 배치된 탄성을 갖는 보조 접속소자(76)들을 통해 회로기판(78)에 압력 접촉되어 결합된다. 회로기판(78)은 커버(48)의 내면에 고정되어 있고, 그로부터 보조 접촉부(80)들이 돌출되어 있다. 커버(48)에는 보조 접촉부(80)에 대응하여 보조 샤프트(82)들이 형성된다. 장착본체(22)에는 상기 보조 샤프트(64)에 대응하는 보조 받침대(84)가 형성되어 있고, 도면에는 도시되지 않으나 보조 받침대(84)에는 보조 접촉부(80)에 형성된 홀을 통해 일직선으로 정렬된 나사 슬리브(86)가 일체로 형성되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈(10)을 나타낸 분해 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 전력용 반도체 모듈(Power semiconductor module)
12 10의 기판(Substrate)
14 12의 하면(Underside)
16 12의 상면(Top side)
18 20을 구성하기 위한 16의 도체 트랙(Conductor track)
20 16 상에 형성되는 전력용 반도체 부품(Power semiconductor component)
22 38을 구성하기 위한 10의 장착본체(Mounting basic body)
24 12를 구성하기 위한 22의 하면
26 28에 대응하여 22 내에 형성된 절삭부(Cutout)
28 30 상에 형성되는 접촉피트(Contact feet)
30 38의 스트립부(Strip section)
32 30과 30 사이에 삽입되는 절연체(Insulant interlay)
34 30 상에 형성되는 접속 접촉부(Connection contact)
36 34의 접속부(Connecting section)
38 10의 로드 접속소자(Load connection element)
40 30과 36 사이의 리벳(Rivet)
42 30과 48 사이에 삽입되는 패딩소자(Pad element)
44 36에 대응하여 42 내에 형성된 절삭부
46 40에 대응하여 42 내에 형성된 홀(Hole)
48 10의 커버(Cover)
50 22와 48 사이의 스냅식 래칭 연결부(Snap-action latching connection)
52 48 내의 50의 고정홀(Fixing hole)
54 22의 24 상에 형성되는 프레임 웹(Frame web)
56 22의 프레임 단부(Frame edge)
58 48 내의 50의 래칭핑거(Latching finger)
62 38을 구성하는 22의 받침대(Pedestal)
64 62를 구성하기 위해 48 내에 형성되는 샤프트(Shaft)
66 62 내의 나사 슬리브(Threaded sleeve)
68 34 내의 관통홀(Through hole)
70 48 내의 고정 샤프트(Fixing shaft)
72 48의 보강리브S(tiffening rib)
74 48의 수용실(Receiving compartment)
76 10의 보조 접속소자(Auxiliary connection element)
78 76을 위해 48 내에 형성되는 회로기판(Circuit board)
80 78 상의 보조 접촉부(Auxiliary contact)
82 80을 형성하기 위한 48의 보조 샤프트(Auxiliary shaft)
84 82에 대응하는 22의 보조 받침대(Auxiliary pedestal)
86 84 내의 나사 슬리브(Threaded sleeve)

Claims (10)

  1. 냉각부품에서 이격된 상면(16)에 도체 트랙과 전력용 반도체 부품(20)을 갖는 적어도 하나의 기판(12);
    하면에는 상기 기판(12)이 배치되고, 상기 적어도 하나의 기판(12)에 형성된 도체 트랙(18)과 압력 접촉을 형성하고 서로 절연된 스트립부(30)로부터 돌출된 접촉피트(28)를 관통시켜 안내하는 절삭부(26)가 형성되며, 로드 접속소자(38)가 배치되는 장착본체(22);
    상기 장착본체(22)의 각 면을 커버하도록 스냅식 래칭 연결부(50)를 통해 장착본체(22)에 결합되고, 고정홀(52)을 통해 전력용 반도체 모듈(10)을 상기 냉각부품에 고정하도록 설계되는 커버(48); 및
    상기 기판(12)에 할당되어 상기 커버(48)와 상기 로드 접속소자(38)의 스트립부(30) 사이에 구속되는 적어도 하나의 패딩소자(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡열부에 배치하기 위한 압력 접촉을 구현하는 전력용 반도체 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기판(12)을 정확한 위치에 배치하기 위하여 상기 장착본체(22)의 하면(24)에는 외주 프레임 웹(54)이 형성되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장착본체(22)의 상면에는 상기 스냅식 래칭 연결부의 복원력을 갖는 래칭핑거(58)가 돌출되는 외주 프레임 단부(56)가 형성되고, 상기 커버(48)에는 상기 래칭핑거(58)에 대응하는 래칭홀(60)이 형성되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 장착본체(22)의 상면에는 상기 로드 접속소자(38)에 대응하는 받침대(62)가 형성되고, 상기 커버(48)에는 상기 받침대(62)와 대응하는 샤프트(64)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로드 접속소자(38)의 접속 접촉부(34)에 형성된 관통홀(68)을 통해 나사 슬리브(66)는 축 방향을 기준으로 일렬로 배치되어 상기 받침대(62)에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커버(48)는 상기 전력용 반도체 모듈(10)을 두 개의 샤프트(64) 사이의 상기 냉각부품에 더욱 견고하게 고정하기 위하여 고정홀을 갖는 고정 샤프트(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기판(12)은 장착본체(22) 상에 배치된 탄성을 갖는 보조 접속소자(76)를 통해, 상기 커버(48)에 끼워져 결합되고 보조 접촉부(80)가 돌출되어 있는 회로기판(78)에 압력 접촉되어 결합되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커버(48)는 상기 보조 접촉부(80)에 대응되는 보조 샤프트(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 장착본체(22)에는 보조 받침대(84)가 형성되고, 상기 보조 접촉부(80)에 형성된 홀을 통해 나사 슬리브(86)가 일렬로 배치되어 상기 보조 받침대(84)에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  10. 우선 로드 접속소자(38)를 서로 전기적으로 절연된 상태로 장착본체(22) 상에 배치하고, 상기 로드 접속소자(38)의 접촉피트(28)를 상기 장착본체(22)의 하부로 돌출되도록 상기 장착본체(22)에 형성된 절삭부(26)를 관통시켜 접속하며,
    그 다음 적어도 하나의 패딩소자(42)를 상기 로드 접속소자(38)의 스트립부(30) 상에 형성하고, 여기서 탄성을 갖는 보조 접속소자(76)를 그 이전 또는 이후에 상기 장착본체(22) 상에 배치하며,
    그 다음 커버(48)를 상기 장착본체(22)에 끼워 스냅식 래칭 연결부(50)를 이용하여 장착본체(22)에 결합하고,
    마지막으로 절연층이 코팅된 적어도 하나의 기판(12)을 상기 절연층을 통하여 상기 장착본체(22)의 하면(24)에 고정결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈의 제조방법.
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