KR20020000658A - Intelligent power module using chip type of power switching element - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An intelligent power module using a chip-type power switching element is provided to reduce a manufacturing cost of IPM, and minimize size of the IPM by attaching a heat sink to a rear surface of the IPM. CONSTITUTION: A body includes a plurality of input terminals(111) and output terminals(113) on both side surfaces in length direction. A receiving part(115) receives a printed circuit board. A stepped portion(117) is formed to make the input terminals and the output terminals possible to be bonded by the printed circuit board and a wire(101). A coupling hole(119) is formed to make the heat sink(130) possible to be attached on both side surfaces in width direction. The printed circuit board is a single layer having a pattern on only a front surface thereof. A driving circuit(125) drives a power switching element(121) and a protection circuit(123). An IC chip is used as the power switching element. The chip-type power switching element(121) is bonded by the wire(101) and the pattern of the printed circuit board(120) to be interposed between the output terminals(113) and the driving circuit(125).

Description

칩형 파워 스위칭 소자를 이용한 지능형 파워 모듈{INTELLIGENT POWER MODULE USING CHIP TYPE OF POWER SWITCHING ELEMENT}INTELLIGENT POWER MODULE USING CHIP TYPE OF POWER SWITCHING ELEMENT}

본 발명은 지능형 파워 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판에 삽입되는 형태의 스위칭 소자를 인쇄회로기판에 부착되는 형태의 IC칩화된 스위칭 소자로 변경함으로써 회로의 구성을 단순화시켜 지능형 파워 모듈의 부피를 상대적으로 작게 할 수 있으며, 단면 인쇄회로기판을 사용할 수 있어 제품의 단가를 상대적으로 낮출 수 있는 칩형 파워 스위칭 소자를 이용한 지능형 파워 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to an intelligent power module, and more particularly, an intelligent power module by simplifying a circuit configuration by changing a switching element inserted into a printed circuit board into an IC chipped switching element attached to a printed circuit board. The present invention relates to an intelligent power module using a chip-type power switching device which can reduce the volume of the device and can reduce the unit cost of the product by using a single-sided printed circuit board.

일반적으로 지능형 파워 모듈(Intelligent Power Module: 이하 'IPM'이라 칭함)은 한 패키지 안에 파워 스위칭 소자(파워 트랜지스터, 파워 FET 등)와 파워 스위칭 소자를 보호하는 보호회로 및 파워 스위칭 소자를 구동하는 구동회로를 내장한 부품을 일컫는다. 이러한 IPM은 냉장고, 에어컨, PDP, TV, 컴퓨터 등에 전반적으로 사용되며, 전원 공급의 핵심적인 역할을 수행한다.Generally, an intelligent power module (hereinafter referred to as 'IPM') is a protection circuit for protecting power switching elements (power transistors, power FETs, etc.) and power switching elements in one package, and a driving circuit for driving the power switching elements. Refers to parts with built-in. These IPMs are used throughout refrigerators, air conditioners, PDPs, TVs, computers, etc., and play a key role in power supply.

이러한 IPM의 기능을 부연 설명하고자 IPM을 사용하여 모터를 구동하는 모터 구동회로의 일예를 도 1에 블록 구성도로 도시하였다.In order to further explain the function of the IPM, an example of a motor driving circuit for driving a motor using the IPM is illustrated in FIG. 1.

도 1에 예시한 모터 구동회로는, 모터(M)가 구동되게 하는 모터 구동신호(PWM 신호)와 각종 제어신호를 출력하는 제어 수단(1)과, 파워 스위칭 소자를 보호하는 보호회로 및 파워 스위칭 소자를 구동하는 구동회로를 내장한 IPM(2)과, 상기 제어 수단(1)이 출력하는 모터 구동신호를 전달하여 상기 IPM(2)내의 파워 스위칭 소자가 구동되게 하는 인터페이스회로(3)와, 상기 IPM(2)내의 각 소자를 과전류로부터 보호하는 과전류 보호회로(4)로 구성된다.The motor driving circuit illustrated in FIG. 1 includes control means 1 for outputting a motor driving signal (PWM signal) for driving the motor M and various control signals, a protection circuit for protecting the power switching element, and power switching. An IPM (2) incorporating a drive circuit for driving the element, an interface circuit (3) for transmitting a motor driving signal output from the control means (1) to drive the power switching element in the IPM (2); It consists of an overcurrent protection circuit 4 which protects each element in the said IPM 2 from overcurrent.

이와 같이 구성된 모터 구동회로의 동작 및 작용을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation and operation of the motor driving circuit configured as described above are as follows.

먼저 제어 수단(1)이 모터(M)를 구동하기 위하여 모터 구동신호 즉, PWM 신호를 출력하면 이 구동신호는 인터페이스회로(3)를 통하여 IPM(2)에 전달된다. IPM(2)내의 파워 스위칭 소자를 구동하는 구동회로가 제어 수단(1)의 구동신호를 전달받아 동작하므로 파워 스위칭 소자가 구동된다. 따라서 파워 스위칭 소자의 구동과 연동되어 모터(M)가 연동하여 구동된다. 이때 과전류 보호회로(4)는 IPM(2)내의 각 소자를 쇼트나 과전류로부터 보호하게 된다.First, when the control means 1 outputs a motor drive signal, that is, a PWM signal, to drive the motor M, this drive signal is transmitted to the IPM 2 via the interface circuit 3. Since the driving circuit for driving the power switching element in the IPM 2 is operated by receiving the drive signal from the control means 1, the power switching element is driven. Therefore, the motor M is driven in conjunction with the driving of the power switching element. At this time, the overcurrent protection circuit 4 protects each element in the IPM 2 from a short or an overcurrent.

한편 상기와 같은 구성과 기능을 갖는 IPM에는 파워 스위칭 소자(TO-220 패키지)가 도 2에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(14)에 삽입되는 형태로 형성된다. 이를 보다 상세하게 살펴보면, 먼저 파워 스위칭 소자(10)를 인쇄회로기판(14)에 삽입하기 전에 히트 싱크(12)에 파워 스위칭 소자(10)의 배면을 접촉시켜 방열이 되도록 볼트 등을 이용하여 일정 간격으로 체결한 후, 파워 스위칭 소자(10)의 각 단자를 인쇄회로기판(14)에 삽입한 다음, 솔더링하여 파워 스위칭 소자(10)와 히트 싱크(12)를 인쇄회로기판(14)에 고정시켰다. 도면중 미설명 부호인 16은 IPM(2)의 구동회로이고, 18은 보호회로이다.On the other hand, in the IPM having the configuration and function as described above, a power switching element (TO-220 package) is formed in the form of being inserted into the printed circuit board 14 as shown in FIG. In more detail, first, before inserting the power switching device 10 into the printed circuit board 14, the heat sink 12 is brought into contact with the rear surface of the power switching device 10 by using a bolt or the like to radiate heat. After tightening at intervals, each terminal of the power switching element 10 is inserted into the printed circuit board 14 and then soldered to fix the power switching element 10 and the heat sink 12 to the printed circuit board 14. I was. In the figure, reference numeral 16 denotes a driving circuit of the IPM 2, and 18 denotes a protection circuit.

그러나 이러한 종래의 방법으로 IPM의 파워 스위칭 소자에 히트 싱크를 부착시키고 히트 싱크를 인쇄회로기판에 부착시키면 파워 스위칭 소자의 각 단자와 히트 싱크로 인해 단층으로 회로 설계하기가 불가능하여 복수의 동박층(일반적으로 IPM에는 2레이어 또는 4레이어 인쇄회로기판이 사용됨)을 가지는 인쇄회로기판이 사용하여 회로 설계를 함으로써 IPM의 제작 단가가 상승되는 문제점이 있다.However, if the heat sink is attached to the power switching element of the IPM and the heat sink is attached to the printed circuit board by such a conventional method, it is impossible to design a circuit in a single layer due to each terminal and the heat sink of the power switching element. In this case, a printed circuit board having a two-layer or four-layer printed circuit board is used in the IPM, and thus, a circuit design is performed using the printed circuit board.

또한 인쇄회로기판에 직접 히트 싱크가 부착되기 때문에 회로의 부피가 상대적으로 커지는 다른 문제점이 있다.In addition, since the heat sink is directly attached to the printed circuit board, there is another problem that the volume of the circuit is relatively large.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, IPM의 파워 스위칭 소자를 IC화된 칩을 사용하여 단층 인쇄회로기판에 IPM의 회로 설계가 가능하도록 함으로써 IPM의 제조 단가를 상대적으로 낮추고, 히트 싱크를 IPM의 배면에 부착시켜 IPM의 부피를 최소화시키는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, the IPM power switching device by using the IC chip to enable the IPM circuit design on a single-layer printed circuit board to relatively lower the manufacturing cost of the IPM, heat The sink is attached to the back of the IPM to minimize the volume of the IPM.

도 1은 종래의 지능형 파워 모듈을 사용하여 모터를 구동하는 모터 구동회로를 개략적으로 나타낸 블록도1 is a block diagram schematically showing a motor driving circuit for driving a motor using a conventional intelligent power module

도 2는 종래의 지능형 파워 모듈의 구성을 나타낸 사시도Figure 2 is a perspective view showing the configuration of a conventional intelligent power module

도 3은 본 발명에 따른 지능형 파워 모듈의 구성을 나타낸 사시도Figure 3 is a perspective view showing the configuration of the intelligent power module according to the present invention

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

100 : IPM 101 : 와이어100: IPM 101: Wire

110 : 본체 111 : 입력 단자110: main body 111: input terminal

113 : 출력단자 115 : 수납부113: output terminal 115: housing

117 : 단턱 119 : 체결공117: step 119: fastening hole

120 : 인쇄회로기판 121 : 칩형 파워 스위칭 소자120: printed circuit board 121: chip type power switching element

123 : 보호회로 125 : 구동회로123: protection circuit 125: drive circuit

130 : 히트 싱크130: heat sink

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,Features of the present invention for achieving the above object,

파워 스위칭 소자와 상기 파워 스위칭 소자 보호회로 및 상기 파워 스위칭 소자 구동회로가 패키지 형태로 인쇄회로기판상에 부착되는 지능형 파워 모듈에 있어서,An intelligent power module in which a power switching element, the power switching element protection circuit, and the power switching element driving circuit are attached on a printed circuit board in a package form,

상기 파워 스위칭 소자는,The power switching device,

상기 인쇄회로기판의 상면에 배면이 부착되고, 전기적 접속되는 IC화된 칩이고,An IC chip having a back surface attached to the top surface of the printed circuit board and electrically connected thereto.

상기 인쇄회로기판은,The printed circuit board,

상기 파워 스위칭 소자와 보호회로 및 구동회로가 상면에 부착되도록 상면에 단층으로 패턴이 형성된 단층 인쇄회로기판이며,Is a single-layer printed circuit board having a pattern formed in a single layer on the upper surface so that the power switching element, the protection circuit and the driving circuit is attached to the upper surface,

상기 단층 인쇄회로기판은 복수의 입력 단자 및 출력 단자가 양측면에 형성된 커버 내에 삽입되어 상기 입력 단자 및 출력 단자와 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.The single-layer printed circuit board is characterized in that a plurality of input terminals and output terminals are inserted into the cover formed on both sides to be electrically connected to the input terminal and the output terminal.

여기에서 상기 커버의 배면에는 히트 싱크가 부착된다.Here, the heat sink is attached to the rear surface of the cover.

이하, 본 발명에 의한 지능형 파워 모듈의 구성 및 작용을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the intelligent power module according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 3은 본 발명에 따른 지능형 파워 모듈의 구성을 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view showing the configuration of the intelligent power module according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 IPM(100)은 본체(110)와, 인쇄회로기판(120)과, 히트 싱크(130)로 구성된다.Referring to FIG. 3, the IPM 100 according to the present invention includes a main body 110, a printed circuit board 120, and a heat sink 130.

본체(110)는 길이 방향의 양측면에 복수의 입력 단자(111) 및 출력 단자(113)를 가지고, 내부에 인쇄회로기판(120)이 수납되는 수납부(115)가 형성된다. 여기에서 또한 본체(110)의 길이 방향의 양측면에는 입력 단자(111) 및 출력 단자(113)가 인쇄회로기판(120)과 와이어(101)에 의해 본딩이 가능하도록 단턱(117)이 형성되며, 폭 방향의 양측면에는 히트 싱크(130)의 부착이 가능하도록 체결공(119)이 형성된다.The main body 110 has a plurality of input terminals 111 and output terminals 113 on both side surfaces in the longitudinal direction, and an accommodating part 115 in which the printed circuit board 120 is accommodated is formed. Here, stepped 117 is formed on both sides of the main body 110 in the longitudinal direction so that the input terminal 111 and the output terminal 113 can be bonded by the printed circuit board 120 and the wire 101. Fastening holes 119 are formed on both side surfaces of the width direction to allow attachment of the heat sink 130.

인쇄회로기판(120)은 정면에만 패턴이 형성된 단층 기판이며, 정면에는 IPM(100)의 파워 스위칭 소자(121)와 이를 보호하는 보호회로(123) 및 파워 스위칭 소자(121)를 구동하는 구동회로(125)가 솔더링되어 부착된다. 여기에서 파워 스위칭 소자(121)는 IC화 칩(이하, '칩형 파워 스위칭 소자'라 칭함)이 사용되며, 이 칩형 파워 스위칭 소자(121)는 출력 단자(113)와 구동회로(125) 사이에 위치하도록 인쇄회로기판(120)의 패턴과 와이어(101)에 의해 본딩되고, 구동회로(125)의 출력에 따라 스위칭되어 출력 단자(113)를 통해 대전력 또는 고전압을 출력한다. 여기에서 또한 인쇄회로기판(120)에 부착된 구동회로(IC 칩)(125)는 입력 단자(111)와와이어(101)에 의해 본딩되어 입력 단자(111)를 통해 입력되는 제어 신호에 따라 칩형 파워 스위칭 소자(121)를 스위칭시킨다.The printed circuit board 120 is a single layer substrate having a pattern formed only at a front surface thereof, and a power switching element 121 of the IPM 100, a protection circuit 123 protecting the same, and a driving circuit driving the power switching element 121 at the front surface thereof. 125 is soldered and attached. Here, the power switching element 121 is an IC chip (hereinafter referred to as a 'chip type power switching element'), and the chip type power switching element 121 is disposed between the output terminal 113 and the driving circuit 125. Bonded by the pattern of the printed circuit board 120 and the wire 101 to be positioned, and is switched in accordance with the output of the drive circuit 125 to output a high power or high voltage through the output terminal 113. Here, the driving circuit (IC chip) 125 attached to the printed circuit board 120 is bonded by the input terminal 111 and the wire 101 and chip type according to the control signal input through the input terminal 111. The power switching element 121 is switched.

히트 싱크(130)는 본체(110)의 배면에 부착되는데, 본체(110)에 형성된 체결공(119)과 볼트에 의해 체결된다.The heat sink 130 is attached to the rear surface of the main body 110, and is fastened by a fastening hole 119 formed in the main body 110 and a bolt.

이와 같이 단면 인쇄회로기판(120)에 패턴을 형성하고 칩형 파워 스위칭 소자(121)를 부착시킨 후 이를 인쇄회로기판(120)에 형성된 패턴 및 출력 단자(113)에 와이어(101)를 이용하여 본딩시키고, 또한 각 회로를 인쇄회로기판(120)의 단면에만 부착시킨 후 패턴 및 입력 단자(111)를 와이어(101)를 이용하여 본딩시키면 IPM(100)의 부피가 축소된다.As such, a pattern is formed on the single-sided printed circuit board 120 and the chip type power switching element 121 is attached, and then bonded to the pattern and output terminal 113 formed on the printed circuit board 120 using the wire 101. In addition, after attaching each circuit only to the end surface of the printed circuit board 120 and bonding the pattern and the input terminal 111 using the wire 101, the volume of the IPM 100 is reduced.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 칩형 파워 스위칭 소자를 이용한 지능형 파워 모듈에 의하면, IPM의 파워 스위칭 소자를 IC화된 칩을 사용하여 단층 인쇄회로기판에 IPM의 회로 설계가 가능하도록 함으로써 IPM의 제조 단가를 상대적으로 낮추고, 히트 싱크를 IPM의 배면에 부착시켜 IPM의 부피를 최소화시킬 수 있다.As described above, according to the intelligent power module using the chip-type power switching device according to the present invention, the IPM power switching device can be designed for the IPM circuit design on a single-layer printed circuit board using IC chips. Can be lowered and the heat sink can be attached to the back of the IPM to minimize the volume of the IPM.

Claims (2)

파워 스위칭 소자와 상기 파워 스위칭 소자 보호회로 및 상기 파워 스위칭 소자 구동회로가 패키지 형태로 인쇄회로기판상에 부착되는 지능형 파워 모듈에 있어서,An intelligent power module in which a power switching element, the power switching element protection circuit, and the power switching element driving circuit are attached on a printed circuit board in a package form, 상기 파워 스위칭 소자는,The power switching device, 상기 인쇄회로기판의 상면에 배면이 부착되고, 전기적 접속되는 IC화된 칩이고,An IC chip having a back surface attached to the top surface of the printed circuit board and electrically connected thereto. 상기 인쇄회로기판은,The printed circuit board, 상기 파워 스위칭 소자와 보호회로 및 구동회로가 상면에 부착되도록 상면에 단층으로 패턴이 형성된 단층 인쇄회로기판이며,Is a single-layer printed circuit board having a pattern formed in a single layer on the upper surface so that the power switching element, the protection circuit and the driving circuit is attached to the upper surface, 상기 단층 인쇄회로기판은 복수의 입력 단자 및 출력 단자가 양측면에 형성된 커버 내에 삽입되어 상기 입력 단자 및 출력 단자와 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 칩형 파워 스위칭 소자를 이용한 지능형 파워 모듈.The single-layer printed circuit board is an intelligent power module using a chip-type power switching element, characterized in that the plurality of input terminals and output terminals are inserted into the cover formed on both sides and electrically connected to the input terminal and the output terminal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 커버의 배면에는 히트 싱크가 부착되는 것을 특징으로 하는 칩형 파워 스위칭 소자를 이용한 지능형 파워 모듈.Intelligent power module using a chip-type power switching element, characterized in that the heat sink is attached to the back of the cover.
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