KR102569184B1 - 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 반도체칩(110)이 일측면에 실장된 기판(120)과, 패키지 하우징(130)과, 반도체칩(110)과 전기적으로 연결되어 패키지 하우징(130) 외부로 노출된 터미널리드(140)으로 구성되고, 기판(120)의 타측면의 일부가 패키지 하우징(130)의 상면 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품(100), 및 내측공간에 냉각제 유동로(P)가 형성되되, 기판(120)과 접촉하는 일측에는 개구부(211a)가 형성된 커버본체(210)와, 커버본체(210)의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트(240)로 구성된, 쿨링장치(200)를 포함하고, 인접하는 쿨링 포스트(240) 간의 일단측 이격거리(d1)와, 타단측 이격거리(d2)가 서로 상이하며, 쿨링장치(200)에는 냉각제가 유입되는 주입구(220)와, 냉각제가 배출되는 배출구(230)를 더 포함하고, 반도체칩(110)의 상면 또는 하면의 면적은 개구부(211a)의 면적보다 넓게 형성되며, 패키지 하우징(130) 표면으로 노출된 기판(120)의 각 변의 길이(L1)는 개구부(211a)의 형성위치에서의 개구부(211a)의 각 변의 길이(L2)보다 짧게 혹은 길게 형성되고, 반도체칩(110)으로부터 개구부(211a)를 통해 노출된 기판(120) 및 쿨링 포스트(240)로 전도된 발열을 냉각제에 의해 직접 냉각하도록 하는, 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템을 개시한다.
Description
본 발명은 쿨링장치의 개구부를 통해 반도체칩이 실장된 기판으로 냉각제를 공급하여 냉각제에 의해 기판표면을 직접 냉각하도록 하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 냉각제의 원활한 흐름을 유도할 수 있는 쿨링 포스트의 구조를 채택하여 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있는, 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 전기 및 전자 부품, 특히 반도체 부품은 작동시 열을 발생시키므로 히트싱크 또는 쿨링시스템에 의해 과열을 방지하여 성능을 유지하도록 한다.
특히 고전력 응용분야에 적용되는 반도체 부품은 냉각제를 순환시키는 쿨링시스템에 의해 과열을 방지한다.
한편, 쿨링시스템에는 순환하는 냉각제와 접촉하는 쿨링파트부재를 삽입하여 반도체 부품으로부터 쿨링파트부재로 전도된 열을 냉각하는데, 종래에는 쿨링파트부재가 쿨링시스템을 구성하는 상부기판 또는 하부기판과 가공이나 주물제조방식에 의해 일체형으로 형성되어 대부분 선형구조를 가진다.
하지만, 단조로운 선형구조의 쿨링파트부재를 통한 간접 냉각방식은 열전도효율 또는 방열효율을 극대화하는데 여전히 한계가 있어서, 이를 극복하고자 다양한 구조의 쿨링파트부재를 적용하고, 냉각제의 직접 냉각방식에 의해 열전도효율 및 방열효율을 개선할 필요성이 제기된다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 쿨링장치의 개구부를 통해 반도체칩이 실장된 기판으로 냉각제를 공급하여 냉각제에 의해 기판표면을 직접 냉각하도록 하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 냉각제의 원활한 흐름을 유도할 수 있는 쿨링 포스트의 구조를 채택하여 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있는 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 일 실시예는, 한 개 이상의 반도체칩이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판과, 상기 기판을 덮는 패키지 하우징과, 상기 반도체칩과 전기적으로 연결되어 상기 패키지 하우징 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드로 구성되고, 상기 기판의 타측면의 일부 또는 전부가 상기 패키지 하우징의 상면, 하면, 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품; 및 내측공간에 냉각제 유동로가 형성되되, 상기 기판과 접촉하는 일측에는 한 개 이상의 개구부가 형성된 커버본체와, 상기 커버본체의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트로 구성된, 쿨링장치;를 포함하고, 인접하는 상기 쿨링 포스트 간의 일단측 이격거리와, 타단측 이격거리가 서로 상이하며, 상기 쿨링장치에는 냉각제가 유입되는 한 개 이상의 주입구와, 상기 냉각제가 배출되는 한 개 이상의 배출구를 더 포함하고, 상기 반도체 부품의 상면 또는 하면의 면적은 상기 개구부의 면적보다 넓게 형성되며, 상기 패키지 하우징 표면으로 노출된 상기 기판의 각 변의 길이는 상기 개구부의 형성위치에서의 상기 개구부의 각 변의 길이보다 짧게 형성되고, 상기 반도체칩으로부터 상기 개구부를 통해 노출된 상기 기판 및 상기 쿨링 포스트로 전도된 발열을 상기 냉각제에 의해 냉각하도록 하는, 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는, 한 개 이상의 반도체칩이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판과, 상기 기판을 덮는 패키지 하우징과, 상기 반도체칩과 전기적으로 연결되어 상기 패키지 하우징 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드로 구성되고, 상기 기판의 타측면의 일부 또는 전부가 상기 패키지 하우징의 상면, 하면, 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품; 및 내측공간에 냉각제 유동로가 형성되되, 상기 기판과 접촉하는 일측에는 한 개 이상의 개구부가 형성된 커버본체와, 상기 커버본체의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트로 구성된, 쿨링장치;를 포함하고, 인접하는 상기 쿨링 포스트 간의 일단측 이격거리와, 타단측 이격거리가 서로 상이하며, 상기 쿨링장치에는 냉각제가 유입되는 한 개 이상의 주입구와, 상기 냉각제가 배출되는 한 개 이상의 배출구를 더 포함하고, 상기 반도체 부품의 상면 또는 하면의 면적은 상기 개구부의 면적보다 넓게 형성되며, 상기 패키지 하우징 표면으로 노출된 상기 기판의 각 변의 길이는 상기 개구부의 형성위치에서의 상기 개구부의 각 변의 길이보다 길게 형성되고, 상기 반도체칩으로부터 상기 개구부를 통해 노출된 상기 기판 및 상기 쿨링 포스트로 전도된 발열을 상기 냉각제에 의해 냉각하도록 하는, 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템을 제공한다.
또한, 상기 패키지 하우징 내부에 있는 한 개 이상의 상기 터미널리드는 상기 기판의 일측면에 접합되고, 상기 접합된 터미널리드와 상기 쿨링장치의 상기 커버본체는 수평 방향으로 상호 대향하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 반도체 부품의 상기 패키지 하우징 또는 상기 기판의 타측면은 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제에 의해 상기 쿨링장치의 상기 커버본체에 접합될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 포스트는 상기 기판의 타측면으로부터 돌출될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 포스트는 상기 기판의 타측면 소재와 동일한 소재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 포스트는 상기 기판의 타측면 소재와 상이한 소재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 포스트는 Cu 또는 Al 단일소재로 형성되거나, 혹은 Cu 또는 Al이 50% 이상 함유된 합금소재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 포스트는 세라믹 소재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 포스트는 탄성력을 갖는 스프링 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 포스트는 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제에 의해 상기 기판의 타측면과 접합될 수 있다.
또한, 상기 반도체 부품과 상기 쿨링장치의 결합 후 상태에서의 상기 쿨링 포스트의 길이는 상기 반도체 부품과 상기 쿨링장치의 결합 전 상태에서의 상기 쿨링 포스트의 길이보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 쿨링장치의 상기 커버본체와 접합되는 상기 반도체 부품의 저면은 가압에 의해 접합되되, 상기 반도체 부품의 접합되는 영역과 상기 커버본체 사이에는 탄성소재가 삽입될 수 있다.
또한, 가압 전후, 상기 탄성소재의 두께는 변화할 수 있다.
또한, 상기 기판은 한 층 이상의 절연층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판의 일측면과 타측면에는 금속패턴이 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판은 한 층 이상의 금속층과, 상기 금속층 상부에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상부에 형성된 한 층 이상의 금속층으로 이루어진 적층 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반도체칩과 상기 기판 사이에는 솔더, 혹은 Ag 또는 Cu 성분을 함유한 층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체칩은 IGBT 또는 MOSFET일 수 있다.
또한, 상기 커버본체의 한 개 이상의 상기 개구부는 상기 반도체 부품의 한면 또는 양면에 접합될 수 있다.
또한, 상기 반도체칩과 상기 기판과의 전기적 연결은 금속 와이어로 선접합되거나, 금속판으로 면접합되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기판은 상기 반도체칩이 실장된 하부기판과, 상기 하부기판과 이격된 상부기판으로 이루어지고, 상기 반도체칩과 상기 상부기판 사이는 상기 금속판을 통해 면접합 방식으로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 반도체칩과 상기 금속판 사이에는 전도성 접착제가 충진될 수 있다.
또한, 상기 쿨링장치의 상기 커버본체는 비전도성 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기판의 타측면과 상기 쿨링장치의 상기 커버본체는 Al 단일소재 또는 Al이 50% 이상 함유된 합금소재로 이루어지고, 용접에 의해 상호 구조적으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 쿨링시스템은 인버터, 컨버터 또는 OBC(On Board Charger) 제품을 위한 전력변환장치에 사용될 수 있다.
또한, 상기 커버본체는 상호 대향하여 결합되는 한 개 이상의 상부커버 및 한 개 이상의 하부커버로 구성되고, 상기 상부커버는 상기 기판과 접촉하고, 상기 상부커버에는 한 개 이상의 상기 개구부가 형성될 수 있다.
또한, 인접하는 상기 쿨링 포스트 간의 상기 일단측 이격거리가 상기 타단측 이격거리보다 짧을 수 있다.
본 발명에 의하면, 쿨링장치의 개구부를 통해 반도체칩이 실장된 기판으로 냉각제를 공급하여 냉각제에 의해 기판표면을 직접 냉각하도록 하여 냉각효율을 향상시키는 동시에, 냉각제의 원활한 흐름을 유도할 수 있는 쿨링 포스트의 구조를 채택하여 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있고, 기판구조에 상관없이 한면 또는 양면에 쿨링장치를 결합시켜 방열시키고, 기판과 결합되는 쿨링 포스트를 냉각제 유동로에 수직 배열시켜 냉각제와의 접촉면적을 높여서 방열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 사시도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 분해사시도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템을 구현한 제품사진을 예시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 일 실시예의 쿨링 포스트의 제1예의 단면구조를 도시한 것이다.
도 7 및 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 일 실시예의 쿨링 포스트의 제2예의 단면구조를 도시한 것이다.
도 8은 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 다른 실시예의 단면구조를 각각 도시한 것이다.
도 9는 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 또 다른 실시예의 단면구조를 각각 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 분해사시도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템을 구현한 제품사진을 예시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 일 실시예의 쿨링 포스트의 제1예의 단면구조를 도시한 것이다.
도 7 및 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 일 실시예의 쿨링 포스트의 제2예의 단면구조를 도시한 것이다.
도 8은 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 다른 실시예의 단면구조를 각각 도시한 것이다.
도 9는 도 1의 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 또 다른 실시예의 단면구조를 각각 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템은, 한 개 이상의 반도체칩(110)이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판(120)과, 기판(120)을 덮는 패키지 하우징(130)과, 반도체칩(110)과 전기적으로 연결되어 패키지 하우징(130) 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드(140)으로 구성되고, 기판(120)의 타측면의 일부 또는 전부가 패키지 하우징(130)의 상면, 하면, 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품(100), 및 내측공간에 냉각제 유동로(P)가 형성되되, 기판(120)과 접촉하는 일측에는 한 개 이상의 개구부(211a)가 형성된 커버본체(210)와, 커버본체(210)의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트(240)로 구성된, 쿨링장치(200)를 포함하고, 인접하는 쿨링 포스트(240) 간의 일단측 이격거리(d1)와 타단측 이격거리(d2)가 서로 상이하며, 쿨링장치(200)에는 냉각제가 유입되는 한 개 이상의 주입구(220)와, 냉각제가 배출되는 한 개 이상의 배출구(230)를 더 포함하고, 반도체 부품(100)의 상면 또는 하면의 면적은 개구부(211a)의 면적보다 넓게 형성되며, 패키지 하우징(130) 표면으로 노출된 기판(120)의 각 변의 길이(L1)는 개구부(211a)의 형성위치에서의 개구부(211a)의 각 변의 길이(L2)보다 짧게 형성되고, 반도체칩(110)으로부터 개구부(211a)를 통해 노출된 기판(120) 및 쿨링 포스트(240)로 전도된 발열을 냉각제에 의해 직접 냉각하도록 하는 것을 요지로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템은, 한 개 이상의 반도체칩(110)이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판(120)과, 기판(120)을 덮는 패키지 하우징(130)과, 반도체칩(110)과 전기적으로 연결되어 패키지 하우징(130) 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드(140)으로 구성되고, 기판(120)의 타측면의 일부 또는 전부가 패키지 하우징(130)의 상면, 하면, 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품(100), 및 내측공간에 냉각제 유동로(P)가 형성되되, 기판(120)과 접촉하는 일측에는 한 개 이상의 개구부(211a)가 형성된 커버본체(210)와, 커버본체(210)의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트(240)로 구성된, 쿨링장치(200)를 포함하고, 인접하는 쿨링 포스트(240) 간의 일단측 이격거리(d1)와 타단측 이격거리(d2)가 서로 상이하며, 쿨링장치(200)에는 냉각제가 유입되는 한 개 이상의 주입구(220)와, 냉각제가 배출되는 한 개 이상의 배출구(230)를 더 포함하고, 반도체 부품(100)의 상면 또는 하면의 면적은 개구부(211a)의 면적보다 넓게 형성되며, 패키지 하우징(130) 표면으로 노출된 기판(120)의 각 변의 길이(L1)는 개구부(211a)의 형성위치에서의 개구부(211a)의 각 변의 길이(L2)보다 길게 형성되고, 반도체칩(110)으로부터 개구부(211a)를 통해 노출된 기판(120) 및 쿨링 포스트(240)로 전도된 발열을 냉각제에 의해 직접 냉각하도록 하는 것을 요지로 한다.
여기서, 일 실시예에 의한 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템은 패키지 하우징(130) 표면으로부터 외부로 노출되는 기판(120)이 커버본체(210)의 개구부(211a), 구체적으로는 상부커버(211)의 개구부(211a)의 일부만을 덮는 구조로 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200)가 결합되고, 다른 실시예에 의한 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템은 패키지 하우징(130) 표면으로부터 외부로 노출되는 기판(120)이 커버본체(210)의 개구부(211a), 구체적으로는 상부커버(211)의 개구부(211a) 전체를 완전히 덮는 구조로 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200)가 결합된다.
이하, 도면을 참조하여, 본 실시예에 의한 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 반도체 부품(100)은, 반도체칩(110)을 포함하는 반도체 패키지로서, 반도체칩(110)은 전력변환용 반도체칩일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반도체칩(110)은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 반도체 부품(100)을 포함하는 반도체 부품(100)은 전력을 변환하거나 제어하는 인버터(inverter), 컨버터(converter) 또는 OBC(On Board Charger) 등의 장치일 수 있으며, 전력을 특정 전류, 특정 전압 또는 특정 주파수 등의 다른 전력으로 변환하는 과정에서 상당한 발열이 발생하므로, 쿨링장치(200)를 통해 냉각을 수행하게 된다.
본 실시예에 의한 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템에서는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 부품(100)의 패키지 하우징(130) 외부로 노출된 한 개 이상의 기판(120)에 개구부(211a)를 통해 냉각제를 직접 접촉시키도록 반도체 부품(100)의 한면 또는 양면에 쿨링장치(200)를 결합시키는 구조를 적용하여서 방열효율과 열전도효율을 향상시키고자 한다.
구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 부품(100)는, 한 개 이상의 반도체칩(110)이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판(120)과, 반도체칩(110)과 기판(120)을 덮어 보호하는 패키지 하우징(130)과, 반도체칩(110)과 전기적으로 연결되어 패키지 하우징(130) 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드(140)으로 구성되고, 기판(120)의 타측면의 적어도 일부가 패키지 하우징(130)의 상면 또는 하면으로(도 4 참조), 혹은 상면과 하면으로(도 5 참조) 노출되어 쿨링장치(200)를 통과하는 냉각제와 직접 접촉하도록 형성된다.
즉, 기판(120)은, 단면기판구조 또는 양면기판구조에 따라, 패키지 하우징(130)의 한면으로 또는 양면으로 노출될 수 있고, 커버본체(210)의 한 개 이상의 개구부(211a), 구체적으로는 상부커버(211)의 한 개 이상의 개구부(211a)는 패키지 하우징(130)의 한면 또는 양면에 접합될 수 있다.
여기서, 도 4는 단면기판으로 이루어진 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200)의 단면 접착을 예시한 것이고, 도 5는 양면기판으로 이루어진 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200)의 양면 접착을 예시한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니며 단면기판으로 이루어진 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200)가 양면 접착될 수도 있다.
또한, 도 6 및 도 7에 확대 도시된 바와 같이, 기판(120)은 한 층 이상의 절연층(121)을 포함할 수 있고, 기판(120)의 일측면 및/또는 타측면에는 금속패턴이 형성될 수 있다.
또는, 기판(120)은 한 층 이상의 금속층(122)과, 금속층(122) 상부에 형성된 절연층(121)과, 절연층(121) 상부에 형성된 한 층 이상의 금속층(123)으로 이루어진 적층 구조로 이루어질 수도 있다.
또한, 도시되지는 않았으나, 반도체칩(110)과 기판(120) 사이에는 솔더 또는 Ag 또는 Cu 성분을 함유한 층을 포함하여 전기적 연결과 전기전도성을 높이도록 할 수도 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 반도체칩(110)과 기판(120)의 금속패턴과의 전기적 연결은 금속 와이어(161)로 선접합(혹은 점접합)되거나, 금속 클립(금속판)(162)으로 면접합되어 이루어질 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 기판(120)은 반도체칩(110)이 실장된 하부기판(120A)과, 하부기판(120A)과 이격된 상부기판(120B)으로 이루어지고, 반도체칩(110)과 상부기판(120B) 사이는 금속 포스트(금속판)(163)를 통해 면접합 방식으로 전기적으로 연결될 수 있고, 반도체칩(110)과 금속 포스트(금속판)(163) 사이에는 전도성 접착제(164)가 충진될 수 있다.
다음, 쿨링장치(200)는 반도체 부품(100)의 한면 또는 양면에 결합되어 냉각제 유동로(P)를 통해 냉각제를 공급하여 패키지 하우징(130)으로부터 노출된 기판(120)과 직접 접촉하여 냉각하도록 한다.
구체적으로, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 쿨링장치(200)는, 상호 대향하여 기밀되거나 수밀되어 결합하여 내측공간에 냉각제 유동로(P)가 형성된 한 개 이상의 상부커버(211) 및 한 개 이상의 하부커버(212)로 분리되되, 패키지 하우징(130)으로부터 노출된 기판(120)과 접촉하는 상부커버(211)에는 한 개 이상의 개구부(211a)가 형성된 커버본체(210)와, 커버본체(210)의 일측에 결합되어 냉각제가 유입되는 주입구(220)와, 커버본체(210)의 타측에 결합되어 냉각제가 배출되는 배출구(230)와, 커버본체(210)의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트(240)로 구성되어, 기판(120) 및 쿨링 포스트(240)와 직접 접촉하는 냉각제에 의해 반도체 부품(100)를 효율적으로 방열하도록 한다.
여기서, 쿨링장치(200)의 커버본체(210), 바람직하게는 상부커버(211)는 비전도성 소재로 이루어지거나, 기판(120)의 타측면과 쿨링장치(200)의 커버본체(210), 바람직하게는 상부커버(211)는 Al 단일소재 또는 Al이 50% 이상 함유된 합금소재로 이루어지고, 접착제를 사용하지 않고, 용접에 의해 상호 구조적으로 결합될 수도 있다.
참고로, 도 1 및 도 3을 참고하면, 반도체 부품(100)의 양면에 쿨링장치(200)가 각각 결합되는 경우에, 각 냉각제 유동로(P)를 연결하는 순환파이프(260)를 통해서 반도체 부품(100)의 일면에 결합된 쿨링장치(200)로부터 타면에 결합된 쿨링장치(200)로 냉각제가 순환하도록 할 수도 있다.
또한, 쿨링 포스트(240)는 커버본체(210)의 내측공간에 직각으로 배열되되, 냉각제가 유동하는 유동방향으로 복수개가 수직 배열되도록 구성할 수 있다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 반도체 부품(100)의 상면 또는 하면의 면적은 개구부(211a)의 면적보다 넓게 형성되어 반도체 부품(100)가 개구부(211a)를 완전히 덮어 기밀되거나 수밀되도록 하고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 패키지 하우징(130) 표면으로 노출된 기판(120)의 각 변의 길이(L1)는 개구부(211a)의 형성위치에서의 개구부(211a)의 각 변의 길이(L2)보다 짧게 형성되고, 반도체칩(110)으로부터 개구부(211a)를 통해 노출된 기판(120) 및 쿨링 포스트(240)로 전도된 발열을 냉각제에 의해 냉각하도록 한다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에서는, 반도체 부품(100)의 상면 또는 하면의 면적은 개구부(211a)의 면적보다 넓게 형성되어 반도체 부품(100)가 개구부(211a)를 완전히 덮어 기밀되거나 수밀되도록 하고, 도 8에 도시된 바와 같이, 패키지 하우징(130) 표면으로 노출된 기판(120)의 각 변의 길이(L1)는 개구부(211a)의 형성위치에서의 개구부(211a)의 각 변의 길이(L2)보다 길게 형성되고, 반도체칩(110)으로부터 개구부(211a)를 통해 노출된 기판(120) 및 쿨링 포스트(240)로 전도된 발열을 냉각제에 의해 직접 냉각하도록 한다.
여기서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 패키지 하우징(130) 내부에 있는 한 개 이상의 터미널리드(140)는 기판(120)의 일측면에 접합되고, 접합된 터미널리드(140)와 쿨링장치(200)의 커버본체(210)(바람직하게는 상부커버(211))는 수평 방향으로 상호 대향하여 형성되어 터미널리드(140)와 커버본체(210)(바람직하게는 상부커버(211)) 사이의 대향 면적을 최대한 확장시켜서, 기판(120)으로부터 터미널리드(140)로 전도되는 발열을 쿨링장치(200)에 의해 최대한 간접적으로 냉각하도록 할 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 반도체 부품(100)의 일면, 즉 패키지 하우징(130)의 저면 또는 기판(120)의 타측면은 전도성 접착제(150) 또는 비전도성 접착제(150)에 의해 쿨링장치(200)의 개구부(211a)가 형성된 상부커버(211)에 접합되어서, 냉각제가 상부커버(211) 외부로 유출되지 않도록 수밀시키도록 한다.
예컨대, 일 실시예와 같이, 패키지 하우징(130) 표면으로 노출된 기판(120)의 각 변의 길이(L1)가 개구부(211a)의 형성위치에서의 개구부(211a)의 각 변의 길이(L2)보다 짧게 형성된 경우에는 패키지 하우징(130)의 저면과 상부커버(211) 사이에 전도성 접착제(150) 또는 비전도성 접착제(150)가 개재되고(도 6 및 도 7 참조), 다른 실시예와 같이, 패키지 하우징(130) 표면으로 노출된 기판(120)의 각 변의 길이(L1)가 개구부(211a)의 형성위치에서의 개구부(211a)의 각 변의 길이(L2)보다 길게 형성된 경우에는 패키지 하우징(130)의 저면 및 기판(120)의 타측면과 상부커버(211) 사이에 전도성 접착제(150) 또는 비전도성 접착제(150)가 개재될 수 있다(도 8 참조).
또는, 도시되지는 않았으나, 앞서 언급한 전도성 접착제(150) 또는 비전도성 접착제(150)의 개재없이, 쿨링장치(200)의 상부커버(211)와 접합되는 반도체 부품(100)의 저면은 가압에 의해 접합되되, 반도체 부품(100)의 접합되는 영역과 상부커버(211) 사이에는 탄성소재가 삽입되고, 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200) 사이의 가압 전후, 탄성소재의 두께는 변화하여(가압을 풀면 탄성소재의 두께가 가압되었을 때의 두께보다 두껍게 변화하여) 압축된 탄성소재에 의해 냉각제가 상부커버(211) 외부로 유출되지 않도록 수밀시킬 수도 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 쿨링 포스트(240)는 기판(120)의 타측면으로부터 개구부(211a)를 관통하여 돌출 형성되어서, 냉각제와 직접 접촉하도록 형성될 수 있다.
여기서, 쿨링 포스트(240)는 기판(120)의 타측면 소재와 동일한 소재로 형성되거나, 기판(120)의 타측면 소재와 상이한 소재로 형성될 수 있다.
또한, 쿨링 포스트(240)는 전도성 또는 비전도성 소재로 형성될 수 있다. 구체적으로, 쿨링 포스트(240)는 Cu 또는 Al 단일소재로 형성되거나, 혹은 Cu 또는 Al이 50% 이상 함유된 합금소재로 형성될 수 있고, 또는, 세라믹 소재로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도시되지는 않았으나, 쿨링 포스트(240)의 세로축 구조는 선형구조, 비선형구조 또는 냉각제가 통과하는 관통홀이 형성된 구조와 같이 다양한 형상으로 이루어지고, 가로축 구조는 사각형, 원형 또는 타원형 형태일 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 쿨링 포스트(240)는 탄성력을 갖는 스프링 구조로 형성되어 냉각제와의 접촉면적을 크게 하여 효율적으로 방열시킬 수 있다. 여기서, 스프링 구조의 쿨링 포스트(240)는 사각형 코일, 원형 코일 또는 타원형 코일 형태로 형성될 수 있다.
또한, 기판(120)으로부터 돌출되거나 스프링 구조로 형성된 쿨링 포스트(240)는 전도성 접착제(250) 또는 비전도성 접착제(250)에 의해 기판(120)의 타측면과 안정적으로 접합될 수 있다.
또한, 도 9를 참고하면, 쿨링 포스트(240)는 인접하는 쿨링 포스트(240) 간의 일단측 이격거리(d1)와 타단측 이격거리(d2)를 서로 상이하게 구성할 수 있으며, 바람직하게는 일단측 이격거리(d1)를 타단측 이격거리(d2)보다 짧게 구성할 수 있다. 이를 통해 냉각제의 원활한 흐름을 유도할 수 있어 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 기판(120)으로부터 돌출되는 구조로 형성된 쿨링 포스트(240)의 일단측 내부 직경을 타단측 내부 직경보다 크게 구성하거나, 또는 스프링 구조로 형성된 쿨링 포스트(240)의 일단측 내부 직경을 타단측 내부 직경보다 크게 구성하여 인접하는 쿨링 포스트(240) 간의 일단측 이격거리(d1)를 타단측 이격거리(d2)보다 짧게 구성할 수 있으며, 이러한 구성을 통해 쿨링 포스트(240)의 타단측(하부측)을 유동하는 냉각제의 흐름을 원활하게 할 수 있어 반도체 부품(100)으로부터 쿨링 포스트(240)의 타단까지 전달되는 열을 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200)의 결합 후 상태에서의 쿨링 포스트(240)의 길이는 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200)의 결합 전 상태에서의 쿨링 포스트(240)의 길이보다 짧게 형성되어서, 특히 반도체 부품(100)와 쿨링장치(200)의 결합 후의 스프링 구조의 쿨링 포스트(240)의 압축응력에 의해 냉각제의 유동에도 상부커버(211)와 하부커버(212) 사이에 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
또한, 주입구(220)와 배출구(230)는 각각 독립적인 단일 구성으로 형성되어 상부커버(211) 및 하부커버(212)가 결합된 상태에서 기밀되거나 수밀되도록 조립 결합되거나, 상부커버(211) 및 하부커버(212)와 일체화된 구성으로 형성되어 상부커버(211) 및 하부커버(212)가 결합된 상태에서 기밀되거나 수밀되도록 결합될 수 있다.
또한, 주입구(220)와 배출구(230)는 각각 커버본체(210)의 일측과 타측에 형성되는 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 주입구(220)와 배출구(230)가 각각 커버본체(210)의 동일한 측면에 이격 형성될 수도 있다.
또한, 냉각제로는 반도체칩(110)의 규격 또는 커버본체(210)의 재질과 형상에 따라 선택적으로 냉매유체, 냉매가스 또는 공기(냉기)일 수도 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템의 구성에 의해서, 쿨링장치의 개구부를 통해 반도체칩이 실장된 기판으로 냉각제를 공급하여 냉각제에 의해 기판표면을 직접 냉각하도록 하여 냉각효율을 향상시키는 동시에, 냉각제의 원활한 흐름을 유도할 수 있는 쿨링 포스트의 구조를 채택하여 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있고, 기판구조에 상관없이 한면 또는 양면에 쿨링장치를 결합시켜 방열시키고, 기판과 결합되는 쿨링 포스트를 냉각제 유동로에 수직 배열시켜 냉각제와의 접촉면적을 높여서 방열효율을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100 : 반도체 부품 110 : 반도체칩
120 : 기판 120A : 하부기판
120B : 상부기판 121 : 절연층
122,123 : 금속층 130 : 패키지 하우징
140 : 터미널리드 150 : 접착제
161 : 금속 와이어 162 : 금속 클립(금속판)
163 : 금속 포스트(금속판) 164 : 전도성 접착제
200 : 쿨링장치 210 : 커버본체
211 : 상부커버 211a : 개구부
212 : 하부커버 220 : 주입구
230 : 배출구 240 : 쿨링 포스트
250 : 접착제 260 : 순환파이프
120 : 기판 120A : 하부기판
120B : 상부기판 121 : 절연층
122,123 : 금속층 130 : 패키지 하우징
140 : 터미널리드 150 : 접착제
161 : 금속 와이어 162 : 금속 클립(금속판)
163 : 금속 포스트(금속판) 164 : 전도성 접착제
200 : 쿨링장치 210 : 커버본체
211 : 상부커버 211a : 개구부
212 : 하부커버 220 : 주입구
230 : 배출구 240 : 쿨링 포스트
250 : 접착제 260 : 순환파이프
Claims (28)
- 한 개 이상의 반도체칩이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판과, 상기 기판을 덮는 패키지 하우징과, 상기 반도체칩과 전기적으로 연결되어 상기 패키지 하우징 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드로 구성되고, 상기 기판의 타측면의 일부 또는 전부가 상기 패키지 하우징의 상면, 하면, 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품; 및
내측공간에 냉각제 유동로가 형성되되, 상기 기판과 접촉하는 일측에는 한 개 이상의 개구부가 형성된 커버본체와, 상기 커버본체의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 상기 기판의 타측면에 형성되며 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트로 구성된, 쿨링장치;를 포함하고,
인접하는 상기 쿨링 포스트 간의 일단측 이격거리와, 타단측 이격거리가 서로 상이하며,
상기 쿨링장치에는 냉각제가 유입되는 한 개 이상의 주입구와, 상기 냉각제가 배출되는 한 개 이상의 배출구를 더 포함하고,
상기 반도체 부품의 상면 또는 하면의 면적은 상기 개구부의 면적보다 넓게 형성되며, 상기 패키지 하우징 표면으로 노출된 상기 기판의 한 개 이상의 변의 길이는 상기 개구부의 형성위치에서의 상기 개구부의 한 개 이상의 변의 길이보다 짧게 형성되고, 상기 반도체칩으로부터, 상기 개구부를 통해 노출된 상기 기판 및 상기 쿨링 포스트로 전도된 발열을 상기 냉각제에 의해 냉각하도록 하며,
상기 커버본체는 상호 대향하여 결합되는 한 개 이상의 상부커버 및 한 개 이상의 하부커버로 구성되고,
상기 상부커버에는 상기 상부커버를 관통하는 한 개 이상의 상기 개구부가 형성되며,
상기 반도체 부품의 상기 패키지 하우징의 저면은 상기 쿨링장치의 상기 상부커버에 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제에 의해 접합되되, 상기 쿨링장치의 상기 상부커버는 비전도성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 한 개 이상의 반도체칩이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판과, 상기 기판을 덮는 패키지 하우징과, 상기 반도체칩과 전기적으로 연결되어 상기 패키지 하우징 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드로 구성되고, 상기 기판의 타측면의 일부 또는 전부가 상기 패키지 하우징의 상면, 하면, 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품; 및
내측공간에 냉각제 유동로가 형성되되, 상기 기판과 접촉하는 일측에는 한 개 이상의 개구부가 형성된 커버본체와, 상기 커버본체의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 상기 기판의 타측면에 형성되며 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트로 구성된, 쿨링장치;를 포함하고,
인접하는 상기 쿨링 포스트 간의 일단측 이격거리와, 타단측 이격거리가 서로 상이하며,
상기 쿨링장치에는 냉각제가 유입되는 한 개 이상의 주입구와, 상기 냉각제가 배출되는 한 개 이상의 배출구를 더 포함하고,
상기 반도체 부품의 상면 또는 하면의 면적은 상기 개구부의 면적보다 넓게 형성되며, 상기 패키지 하우징 표면으로 노출된 상기 기판의 한 개 이상의 변의 길이는 상기 개구부의 형성위치에서의 상기 개구부의 한 개 이상의 변의 길이보다 길게 형성되고, 상기 반도체칩으로부터, 상기 개구부를 통해 노출된 상기 기판 및 상기 쿨링 포스트로 전도된 발열을 상기 냉각제에 의해 냉각하도록 하며,
상기 커버본체는 상호 대향하여 결합되는 한 개 이상의 상부커버 및 한 개 이상의 하부커버로 구성되고,
상기 상부커버에는 상기 상부커버를 관통하는 한 개 이상의 상기 개구부가 형성되며,
상기 반도체 부품의 상기 기판의 타측면은 상기 쿨링장치의 상기 상부커버에 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제에 의해 접합되되, 상기 쿨링장치의 상기 상부커버는 비전도성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 한 개 이상의 반도체칩이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판과, 상기 기판을 덮는 패키지 하우징과, 상기 반도체칩과 전기적으로 연결되어 상기 패키지 하우징 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드로 구성되고, 상기 기판의 타측면의 일부 또는 전부가 상기 패키지 하우징의 상면, 하면, 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품; 및
내측공간에 냉각제 유동로가 형성되되, 상기 기판과 접촉하는 일측에는 한 개 이상의 개구부가 형성된 커버본체와, 상기 커버본체의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 상기 기판의 타측면에 형성되며 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트로 구성된, 쿨링장치;를 포함하고,
인접하는 상기 쿨링 포스트 간의 일단측 이격거리와, 타단측 이격거리가 서로 상이하며,
상기 쿨링장치에는 냉각제가 유입되는 한 개 이상의 주입구와, 상기 냉각제가 배출되는 한 개 이상의 배출구를 더 포함하고,
상기 반도체 부품의 상면 또는 하면의 면적은 상기 개구부의 면적보다 넓게 형성되며, 상기 패키지 하우징 표면으로 노출된 상기 기판의 한 개 이상의 변의 길이는 상기 개구부의 형성위치에서의 상기 개구부의 한 개 이상의 변의 길이보다 짧게 형성되고, 상기 반도체칩으로부터, 상기 개구부를 통해 노출된 상기 기판 및 상기 쿨링 포스트로 전도된 발열을 상기 냉각제에 의해 냉각하도록 하며,
상기 커버본체는 상호 대향하여 결합되는 한 개 이상의 상부커버 및 한 개 이상의 하부커버로 구성되고,
상기 상부커버에는 상기 상부커버를 관통하는 한 개 이상의 상기 개구부가 형성되며,
상기 반도체 부품의 상기 패키지 하우징의 저면은 상기 쿨링장치의 상기 상부커버에 용접에 의해 접합되되, 상기 쿨링장치의 상기 상부커버는 Al 단일소재 또는 Al이 50% 이상 함유된 합금소재로 이루어진 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 한 개 이상의 반도체칩이 일측면에 실장된 한 개 이상의 기판과, 상기 기판을 덮는 패키지 하우징과, 상기 반도체칩과 전기적으로 연결되어 상기 패키지 하우징 외부로 노출된 한 개 이상의 터미널리드로 구성되고, 상기 기판의 타측면의 일부 또는 전부가 상기 패키지 하우징의 상면, 하면, 또는 상면과 하면으로 노출되는, 반도체 부품; 및
내측공간에 냉각제 유동로가 형성되되, 상기 기판과 접촉하는 일측에는 한 개 이상의 개구부가 형성된 커버본체와, 상기 커버본체의 내측공간에 직각으로 가로질러 배열되되, 상기 기판의 타측면에 형성되며 전도성 또는 비전도성의 소재로 이루어지는 복수의 쿨링 포스트로 구성된, 쿨링장치;를 포함하고,
인접하는 상기 쿨링 포스트 간의 일단측 이격거리와, 타단측 이격거리가 서로 상이하며,
상기 쿨링장치에는 냉각제가 유입되는 한 개 이상의 주입구와, 상기 냉각제가 배출되는 한 개 이상의 배출구를 더 포함하고,
상기 반도체 부품의 상면 또는 하면의 면적은 상기 개구부의 면적보다 넓게 형성되며, 상기 패키지 하우징 표면으로 노출된 상기 기판의 한 개 이상의 변의 길이는 상기 개구부의 형성위치에서의 상기 개구부의 한 개 이상의 변의 길이보다 길게 형성되고, 상기 반도체칩으로부터, 상기 개구부를 통해 노출된 상기 기판 및 상기 쿨링 포스트로 전도된 발열을 상기 냉각제에 의해 냉각하도록 하며,
상기 커버본체는 상호 대향하여 결합되는 한 개 이상의 상부커버 및 한 개 이상의 하부커버로 구성되고,
상기 상부커버에는 상기 상부커버를 관통하는 한 개 이상의 상기 개구부가 형성되며,
상기 반도체 부품의 상기 기판의 타측면은 상기 쿨링장치의 상기 상부커버에 용접에 의해 접합되되, 상기 쿨링장치의 상기 상부커버는 Al 단일소재 또는 Al이 50% 이상 함유된 합금소재로 이루어진 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패키지 하우징 내부에 있는 한 개 이상의 상기 터미널리드는 상기 기판의 일측면에 접합되고, 상기 접합된 터미널리드와 상기 쿨링장치의 상기 커버본체는 수평 방향으로 상호 대향하여 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쿨링 포스트는 상기 기판의 타측면으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 쿨링 포스트는 상기 기판의 타측면 소재와 동일한 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 쿨링 포스트는 상기 기판의 타측면 소재와 상이한 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 쿨링 포스트는 Cu 또는 Al 단일소재로 형성되거나, 혹은 Cu 또는 Al이 50% 이상 함유된 합금소재로 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 쿨링 포스트는 세라믹 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쿨링 포스트는 탄성력을 갖는 스프링 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쿨링 포스트는 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제에 의해 상기 기판의 타측면과 접합되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체 부품과 상기 쿨링장치의 결합 후 상태에서의 상기 쿨링 포스트의 길이는 상기 반도체 부품과 상기 쿨링장치의 결합 전 상태에서의 상기 쿨링 포스트의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쿨링장치의 상기 커버본체와 접합되는 상기 반도체 부품의 저면은 가압에 의해 접합되되, 상기 반도체 부품의 접합되는 영역과 상기 커버본체 사이에는 탄성소재가 삽입되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 14 항에 있어서,
가압 전후, 상기 탄성소재의 두께는 변화하는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 한 층 이상의 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 일측면과 타측면에는 금속패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 한 층 이상의 금속층과, 상기 금속층 상부에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상부에 형성된 한 층 이상의 금속층으로 이루어진 적층 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체칩과 상기 기판 사이에는 솔더, 혹은 Ag 또는 Cu 성분을 함유한 층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체칩은 IGBT 또는 MOSFET인 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버본체의 한 개 이상의 상기 개구부는 상기 반도체 부품의 한면 또는 양면에 접합되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체칩과 상기 기판과의 전기적 연결은 금속 와이어로 선접합되거나, 금속판으로 면접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 22 항에 있어서,
상기 기판은 상기 반도체칩이 실장된 하부기판과, 상기 하부기판과 이격된 상부기판으로 이루어지고, 상기 반도체칩과 상기 상부기판 사이는 상기 금속판을 통해 면접합 방식으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 제 22 항에 있어서,
상기 반도체칩과 상기 금속판 사이에는 전도성 접착제가 충진되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 삭제
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쿨링시스템은 인버터, 컨버터 또는 OBC(On Board Charger) 제품을 위한 전력변환장치에 사용되는 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템. - 삭제
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
인접하는 상기 쿨링 포스트 간의 상기 일단측 이격거리가 상기 타단측 이격거리보다 짧은 것을 특징으로 하는,
반도체칩을 구비한 반도체 부품과 쿨링장치가 결합된 쿨링시스템.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1109258A (zh) * | 1993-07-12 | 1995-09-27 | 日本电气株式会社 | 微波电路的封装结构 |
| JP2020136648A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-08-31 | 京セラ株式会社 | 回路基板および電子装置 |
Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| US5052481A (en) * | 1988-05-26 | 1991-10-01 | International Business Machines Corporation | High conduction cooling module having internal fins and compliant interfaces for vlsi chip technology |
| RU2524058C2 (ru) | 2009-09-28 | 2014-07-27 | Абб Рисерч Лтд | Охлаждающий модуль для охлаждения электронных элементов |
| KR20170069365A (ko) * | 2015-12-10 | 2017-06-21 | 현대자동차주식회사 | 직접 냉각식 파워모듈 및 그 제조 방법 |
| GB2559180B (en) | 2017-01-30 | 2020-09-09 | Yasa Ltd | Semiconductor cooling arrangement |
-
2021
- 2021-06-11 KR KR1020210076086A patent/KR102569184B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1109258A (zh) * | 1993-07-12 | 1995-09-27 | 日本电气株式会社 | 微波电路的封装结构 |
| JP2020136648A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-08-31 | 京セラ株式会社 | 回路基板および電子装置 |
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