KR20160105266A

KR20160105266A - Intergrated heat sink power module packege

Info

Publication number: KR20160105266A
Application number: KR1020150110530A
Authority: KR
Inventors: 박상갑; 박현서; 장영수; 류동균; 권기현
Original assignee: 주식회사 솔루엠
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2016-09-06

Abstract

According to an embodiment, a heat sink-integrated power module package comprises: a housing having an internal space; a power unit combined with the housing by having a first substrate integrally formed on one surface of a heat sink; and a control unit having a second substrate combined with the housing to be disposed on the top of one side of the first substrate. In addition, the power unit in the heat sink-integrated power module package according to an embodiment has a shape where a heat sink, an insulation layer applied to one surface of the heat sink, a metal pattern layer formed on one surface of the insulation layer, and one or more power semiconductor chip attached to the metal pattern layer are sequentially stacked.

Description

방열판 일체형 전력 모듈 패키지{INTERGRATED HEAT SINK POWER MODULE PACKEGE}[0001] The present invention relates to a heat sink integrated power module package,

전력 모듈 패키지에 관한 기술로서, 보다 상세하게는 전력 모듈 패키지의 방열판 개선과 관련된 기술이 개시된다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power module package, and more particularly, to a heat sink improvement of a power module package.

전력 반도체를 활용하는 전력 모듈 패키지는 에너지 사용량의 증가 및 소형화 요구에 따라 전력 밀도가 크게 증가하고 있다. 전력 모듈 패키지의 고용량화 및 소형화는 필연적으로 반도체 소자의 발열을 증가시켜 모듈 전체의 성능 및 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 특히, 전력 모듈 패키지의 회로기판에 실장되는 구동 IC 소자, 여러 수동 소자 및 스위칭 소자는 구동 시 발생되는 열에 의해 오작동을 일으키거나 손상될 수 있다. 이와 같은 전력 모듈 패키지의 오작동 및 손상을 방지하기 위해, 열전도율이 높은 소재로 형성된 방열판을 부가하여 반도체 소자의 발열을 해소할 수 있는 다양한 구조가 개발되고 있다. 하지만, 방열판의 부가는 전력 모듈 패키지의 구조를 복잡하게 만들어 제조과정에 어려움을 줄 수 있다. 따라서, 전력 모듈 패키지의 오작동 및 손상을 방지할 수 있으며, 제조과정을 단순화시킬 수 있는 구조의 개발이 요구되고 있다.Power module packages that utilize power semiconductors have significantly increased power density due to increased energy usage and miniaturization requirements. The high capacity and miniaturization of the power module package may inevitably increase the heat generation of the semiconductor device, thereby deteriorating the performance and reliability of the entire module. In particular, a driving IC element, various passive elements and switching elements mounted on a circuit board of a power module package may malfunction or be damaged by heat generated during driving. In order to prevent such a malfunction and damage of the power module package, various structures capable of eliminating the heat generation of the semiconductor device by adding a heat sink formed of a material having a high thermal conductivity have been developed. However, the addition of the heat sink complicates the structure of the power module package, which may be difficult to manufacture. Therefore, it is required to develop a structure that can prevent malfunction and damage of the power module package and simplify the manufacturing process.

일본공개특허 JP12133768호JP-A-12133768

해결하고자 하는 과제는 제조에 용이할 수 있도록 간소화된 구조를 가지며, 높은 열효율을 가져 냉각 효과를 높일 수 있는 방열판 구조를 가지는 전력 모듈 패키지를 제공하는 것이다.A problem to be solved is to provide a power module package having a heat sink structure that has a simplified structure for facilitating manufacturing and has a high thermal efficiency and can enhance a cooling effect.

해결하고자 하는 다른 과제는 발명 및 냉각 과정에서 발생하는 부피 팽창 및 수축 현상에 의해 기판에 인가되는 영향을 개선할 수 있는 구조를 가지는 전력 모듈 패키지를 제공하는 것이다.Another problem to be solved is to provide a power module package having a structure capable of improving the influence applied to the substrate by the volume expansion and contraction phenomenon occurring in the inventive and cooling processes.

일 실시예에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지는 내부 회로를 보호하는 하우징, 전력을 생산하는 전력부 및 전력을 생산하도록 전력부를 제어하는 제어부로 구성된다. 일 실시예에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 핵심 구성요소는 전력부에서 방열판과 금속 패턴층이 일체로 형성된 구조이다. 전력부는 하단에 위치한 방열판, 방열판의 일면 상에 도포된 절연층, 절연층의 일면 상에 형성된 금속 패턴층이 순서대로 적층된 형태를 가진다. 그리고, 전력부는 절연층의 일면 상에 형성된 금속 패턴층에 부착된 전력 반도체칩을 통해 전력을 생산한다. The heat sink integrated power module package according to an exemplary embodiment includes a housing for protecting an internal circuit, a power unit for generating electric power, and a control unit for controlling the electric power unit to produce electric power. A core component of the heat sink integrated power module package according to one embodiment is a structure in which a heat sink and a metal pattern layer are integrally formed in a power portion. The electric power unit has a heat sink disposed at the lower end, an insulating layer coated on one surface of the heat sink, and a metal pattern layer formed on one surface of the insulating layer in this order. And, the power section produces electric power through the power semiconductor chip attached to the metal pattern layer formed on one side of the insulating layer.

그리고, 전력부는 제어부의 하단에 위치한 절연층 상에 형성된 잡음 방지층 및 절연층을 관통하여 방열판과 잡음 방지층을 연결하는 비아홀을 통해 스위칭 노이즈를 방열판에 접지된 그라운드를 통해 방출하여 스위칭 노이즈를 저감시킬 수 있다. The power unit may reduce the switching noise by discharging the switching noise through the grounded ground to the heat sink through the noise preventing layer formed on the insulating layer located on the lower end of the control unit and the via hole connecting the heat dissipating plate and the noise preventing layer have.

일 양상에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지는 외형적 특징이 간소화되어 제조에 용이하다. 그리고, 열저항 계수를 낮춰 방열 효과를 극대화하였으며, 온도 변화에 따른 부피 팽창 및 수축 현상의 영향을 감소시켜 반도체 소자의 파손 및 납땜 균열을 방지할 수 있다. 또한, 스위칭 노이즈를 별도의 숄더핀 구성없이 방열판을 통해 배출하여 잡음을 저감시킬 수 있다.The heat sink integrated power module package according to one aspect is easy to manufacture because the external features are simplified. Further, the thermal resistance coefficient is reduced to maximize the heat dissipation effect, and the influence of volume expansion and contraction due to the temperature change can be reduced, thereby preventing breakage of the semiconductor device and soldering cracking. In addition, noise can be reduced by discharging the switching noise through the heat sink without a separate shoulder pin configuration.

도 1은 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 전력부를 나타내는 도면이다.
도 3은 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 4는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 또 다른 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.1 is a structural view showing an embodiment of a heat sink integrated power module package.
2 is a view illustrating a power unit of the heat sink integrated power module package according to one embodiment.
3 is a block diagram showing another embodiment of the heat sink integrated power module package.
4 is an exploded perspective view showing another embodiment of the heat sink integrated power module package.

전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 나아가 제안된 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.The foregoing and further aspects are embodied through the embodiments described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the components of each embodiment are capable of various combinations within an embodiment as long as no other mention or mutual contradiction exists. Furthermore, the proposed invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. Also, terms and words used in the specification are terms selected in consideration of functions in the embodiments, and the meaning of the terms may be changed according to the intention or custom of the invention. Therefore, the terms used in the following embodiments are defined according to their definitions when they are specifically defined in this specification, and unless otherwise specified, they should be construed in a sense generally recognized by those skilled in the art.

도 1은 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 일 실시예를 나타내는 구성도이다. 도 1에 기재된 방열판 일체형 전력 모듈 패키지(100)의 일 실시예는 하우징(110), 전력부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.1 is a structural view showing an embodiment of a heat sink integrated power module package. One embodiment of the heat sink integrated power module package 100 shown in FIG. 1 includes a housing 110, a power section 120, and a control section 130.

하우징(110)은 전력부(120) 및/또는 제어부(130)의 회로 기판을 보호하기 위한 패키징(Packing)으로 전력부(120) 및/또는 제어부(130)을 탑재할 수 있는 내부공간을 가진다. 하우징(110)은 외부 충격에 의해 전력부(120) 및 제어부(130)를 구성하는 제1 기판(122,123,124) 및 제2 기판(132)을 보호한다.The housing 110 has an internal space capable of mounting the power unit 120 and / or the control unit 130 by packing for protecting the power unit 120 and / or the circuit board of the controller 130 . The housing 110 protects the first substrate 122, 123, and 124 and the second substrate 132 constituting the power unit 120 and the control unit 130 by an external impact.

도 1의 하우징(110)의 일례는 일측(하단면)이 개구된 박스 형상을 가진다. 하지만, 하우징(110)의 형상이 일측이 개구된 박스 형상으로 한정되는 것은 아니며, 상단면 및 하단면이 모두 개방된 형태를 가지거나, 상단면의 일부만 개구된 형태 등 적용 대상에 따라 자유로운 형태를 가질 수 있다. An example of the housing 110 of Fig. 1 has a box shape with one side (lower end face) opened. However, the shape of the housing 110 is not limited to a box shape having one side opened, and the shape of the housing 110 is not limited to a box shape having an open top end and a bottom end face, Lt; / RTI >

전력부(120)는 하나 이상의 전력 반도체칩(121), 금속 패턴층(122), 절연층(123) 및 방열판(124)으로 구성된다. 방열판(124)의 일면 상에 절연층(123)을 도포하여 형성한다. 일례로서, 방열판(124)은 CBM(Copper Bonded Metal) 소재로 형성될 수 있다. CBM은 알루미늄 베이스에 절연을 위한 유전체 층(Dielectric Layer)이 있으며, 유전체 층 상에 전기적 연결을 위한 구리층이 형성되어 있으며, 높은 열전도율을 가진다. 다만, 방열판(124)의 소재가 CBM으로 한정되는 것은 아니며, 방열 도구로 사용되는 열전도율이 높은 다양한 소재를 제한 없이 적용할 수 있다.The power section 120 is composed of one or more power semiconductor chips 121, a metal pattern layer 122, an insulating layer 123, and a heat sink 124. The insulating layer 123 is formed on one surface of the heat sink 124 by coating. As an example, the heat sink 124 may be formed of a CBM (Copper Bonded Metal) material. CBM has a dielectric layer for insulation on an aluminum base, a copper layer for electrical connection on the dielectric layer, and a high thermal conductivity. However, the material of the heat sink 124 is not limited to CBM, and various materials having high thermal conductivity, which is used as a heat dissipation tool, can be applied without limitation.

그리고, 절연층(123)의 일면 상 즉, 방열판(124)이 부착된 절연층(123)의 반대면 상에 금속 패턴층(122)을 형성한다. 절연층(123) 상에 형성되는 금속 패턴층(122)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 구리 직접 접합(Direct Bonded Copper, DBC)과 같은 다양한 회로기판 기술이 적용될 수 있다. 그리고, 절연층(123) 상에 형성된 금속 패턴층(122) 상에 하나 이상의 전력 반도체칩(121)이 부착되어 전력을 생산한다. 일례로서, 전력 반도체칩(121)은 연납땜(Soft Soldering)으로 금속 패턴층(122)에 부착될 수 있다.The metal pattern layer 122 is formed on one surface of the insulating layer 123, that is, on the opposite surface of the insulating layer 123 to which the heat sink 124 is attached. The metal pattern layer 122 formed on the insulating layer 123 may be a printed circuit board (PCB), but the present invention is not limited thereto, and various circuits such as a direct bonded copper (DBC) Substrate technology can be applied. One or more power semiconductor chips 121 are attached on the metal pattern layer 122 formed on the insulating layer 123 to produce electric power. As an example, the power semiconductor chip 121 may be attached to the metal pattern layer 122 by soft soldering.

일 실시예에 따른 전력부(120)는 상술한 기재와 같이 금속 패턴층(122), 절연층(123) 및 방열판(124)으로 구성된 제1 기판이 일체로 형성되므로, 열저항 계수를 낮출 수 있어 열효율(냉각 효과)를 향상시킬 수 있다. 종래의 전력 모듈 패키지는 전력 반도체칩을 포함하는 기판이 방열판에 고정되고, 기판과 방열판 사이의 공기 틈을 열 전도성 페이스트가 메우는 구조를 가진다. The power unit 120 according to the embodiment of the present invention is formed integrally with the first substrate composed of the metal pattern layer 122, the insulating layer 123 and the heat sink 124 as described above, And the thermal efficiency (cooling effect) can be improved. A conventional power module package has a structure in which a substrate including a power semiconductor chip is fixed to a heat sink and air gap between the substrate and the heat sink is filled with a thermally conductive paste.

하지만 이와같은 종래의 전력 모듈 패키지는 별도의 기판과 방열판을 나사 등을 이용하여 결합시켜야 하기 때문에 제조 과정이 복잡해진다. 또한, 열 전도성 페이스트를 통해 기판과 방열판 사이의 틈을 메운다고 하여도 방열판과 기판 사이에 열저항 계수가 존재하기 때문에 열을 효과적으로 방출하지 못한다. 반면에, 일 실시에에서는 금속 패턴층(122), 절연층(123) 및 방열판(124)으로 구성된 제1 기판이 일체로 형성되므로, 방열판(124) 및 금속 패턴층(122) 사이의 열저항 계수를 0에 가깝게 만들 수 있다. 또한, 방열판(124)의 일면 상에 절연층(123) 및 금속 패턴층(122)을 순차적으로 적층되기 때문에, 별도의 방열판(124)을 만들어 조립하는 과정을 생략할 수 있어 제조 공정을 간소화할 수 있다.However, in the conventional power module package, the manufacturing process is complicated because a separate substrate and a heat sink must be coupled using screws or the like. In addition, even if the space between the substrate and the heat sink is filled with the heat conductive paste, heat can not be effectively released because the heat resistance coefficient exists between the heat sink and the substrate. On the other hand, in one embodiment, since the first substrate composed of the metal pattern layer 122, the insulating layer 123, and the heat sink 124 is integrally formed, the heat resistance between the heat sink 124 and the metal pattern layer 122 The coefficient can be made close to zero. Since the insulating layer 123 and the metal pattern layer 122 are sequentially stacked on one surface of the heat dissipation plate 124, a separate heat dissipation plate 124 can be omitted and the assembly process can be omitted, thereby simplifying the manufacturing process .

그리고, 종래의 방열판 및 기판과 달리, 금속 패턴층(122)과 방열판(124)이 동일한 재질인 동시에 열저항 계수가 0에 가깝도록 일체로 형성되므로 열팽창 계수의 차이가 없으므로, 금속 패턴층(122)과 방열판(124)의 열팽창계수의 차이에 기인한 전력 반도체칩(121) 및 금속 패턴층(122)의 파손 및 납땜 균열 등을 방지할 수 있다. Unlike the conventional heat sink and substrate, since the metal pattern layer 122 and the heat dissipation plate 124 are made of the same material and the heat resistance coefficient is close to zero, there is no difference in the thermal expansion coefficient, And the heat dissipation plate 124 of the power semiconductor chip 121 and the metal pattern layer 122 due to the difference in thermal expansion coefficient between the power semiconductor chip 121 and the heat dissipation plate 124 can be prevented.

제어부(130)는 제1 기판(122,123,124)의 일측 상부에 배치되도록 하우징(110)에 조립되는 제2 기판(132)을 구비한다. 일례로, 제어부(130)는 구동 소자(131) 및 제2 기판(132)으로 구성될 수 있다. 그리고 제2 기판(132)은 금속 패턴층이 형성된 인쇄회로기판(PCB)으로 이루어질 수 있다. 제어부(130)는 전력부(120)에서 전력을 생산하도록 제어한다.The control unit 130 includes a second substrate 132 assembled to the housing 110 so as to be disposed on one side of the first substrate 122, For example, the control unit 130 may include a driving device 131 and a second substrate 132. The second substrate 132 may be a printed circuit board (PCB) having a metal pattern layer. The control unit 130 controls the power unit 120 to generate power.

전력부(120)는 절연층(123)의 일면 상에서 제어부(130)의 하부 면에 대응하는 위치에 금속 패턴으로 잡음 방지층(126)을 형성할 수 있다. 그리고 잡음 방지층(126)은 제어부(130)의 하부에 배치되어 전력부(120)에서 발생하는 스위칭 노이즈(Switching Noise)을 절연층(123)을 관통한 도전체로 형성된 비아홀(125)을 통해 방열판(124)으로 흘려 보내 접지된 방열판(124)의 그라운드(GND)로 방출할 수 있다. 일 실시예에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지(100)는 이를 통해 별도의 숄더핀 구성없이 내부 연결을 통해 스위칭 노이즈 패스(Switching Noise Pass) 연결을 구성함으로써 방열판 형상을 간소화할 수 있다. 즉, 제1 기판(122,123,124)에서, 방열판(124)에 별도의 그라운드 접지 구조가 채용되어야 하나, 방열판(124)과 금속 패턴층(122)이 일체로 형성되므로 절연층(123)을 관통하여 연결함으로써 별도의 그라운드 접지 구조의 생략이 가능하다.The power section 120 may form a noise prevention layer 126 in a metal pattern at a position corresponding to the lower surface of the control section 130 on one side of the insulating layer 123. The noise preventing layer 126 is disposed under the control unit 130 and switches noises generated in the power unit 120 through the via hole 125 formed in the conductor through the insulating layer 123 124 to the ground (GND) of the grounded heat sink 124. The heat sink integrated power module package 100 according to one embodiment can simplify the shape of the heat sink by constructing a switching noise path connection through the internal connection without a separate shoulder pin configuration. Since the heat sink 124 and the metal pattern layer 122 are integrally formed on the first substrate 122, 123, and 124, the heat sink 124 may have a separate ground ground structure. So that it is possible to omit a separate grounding structure.

도 2는 일 실시예에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 전력부를 나타내는 도면이다. 도 2에서, 210은 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 평면도를 나타내고, 220은 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 측면도를 나타낸다.2 is a view illustrating a power unit of the heat sink integrated power module package according to one embodiment. In FIG. 2, reference numeral 210 denotes a plan view of the heat sink integrated power module package, and 220 denotes a side view of the heat sink integrated power module package.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지(100)의 전력부(120)는 방열판(124), 방열판(124)의 일면 상에 도포된 절연층(123), 절연층(123) 상에 형성된 금속 패턴층(122) 및 금속 패턴층(122)에 부착된 전력 반도체칩(미도시)이 순차적으로 적층된 형태를 가진다. 방열판(124)의 형태는 방열핀 베이스와 방열핀으로 구성된 형태를 가질 수 있으나, 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며 다양한 형태의 방열판을 적용할 수 있다. 그리고, 절연층(123) 및 금속 패턴층(122)은 반드시 방열판(124)의 전체 영역에 형성되어 방열판(124)과 절연층(123)이 동일한 크기를 가지는 형태로 한정되는 것은 아니며, 적용 대상과 발열 정도에 따라 방열판(124) 내의 소정의 영역에 한정하여 절연층(123) 및 금속 패턴층(122)을 형성할 수 있다. 즉, 이 경우 방열판(124)을 금속 패턴층(122)보다 크도록 설계하여 열 효율(냉각 효과)를 향상 시킬 수 있다. 전력부(120)가 방열판(124)과 일체로 형성되는 구조를 통해, 고온 및 저온 조건이 반복되는 신뢰성 검토에서 모듈 하우징(Module Housing)의 부피 팽창 및 수축에 의한 영향이 개선되어 베어 다이(Bare Die) 반도체인 전력 반도체칩 및 구동 소자의 파손 및 납땜 균열을 방지할 수 있다.1 and 2, the power unit 120 of the heat sink integrated power module package 100 according to one embodiment includes a heat sink 124, an insulating layer 123 applied on one surface of the heat sink 124, A metal pattern layer 122 formed on the insulating layer 123 and a power semiconductor chip (not shown) attached to the metal pattern layer 122 are sequentially stacked. The shape of the heat sink 124 may include a heat dissipation fin base and a heat dissipation fin, but the present invention is not limited thereto, and various types of heat sinks may be used. The insulating layer 123 and the metal pattern layer 122 are not necessarily formed in the entire area of the heat sink 124 so that the heat sink 124 and the insulating layer 123 have the same size. The insulating layer 123 and the metal pattern layer 122 may be formed in a predetermined region of the heat sink 124 depending on the degree of heat generation. That is, in this case, the heat dissipation plate 124 may be designed to be larger than the metal pattern layer 122 to improve the heat efficiency (cooling effect). Through the structure in which the electric power unit 120 is formed integrally with the heat sink 124, the influence of the volume expansion and contraction of the module housing is improved in the reliability examination in which the high temperature and low temperature conditions are repeated, It is possible to prevent breakage and soldering cracking of the power semiconductor chip and the driving element which are die semiconductor.

도 3은 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.3 is a block diagram showing another embodiment of the heat sink integrated power module package.

도 3을 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지(300)의 전력부(320)는 전력 반도체칩(321), 금속 패턴층(322), 절연층(323), 베이스부(324) 및 방열핀부(325)를 포함한다. 베이스부(324)의 일면 상에 방열핀부(325)가 형성된다. 도 3의 베이스부(324) 및 방열핀부(325)는 도 1의 방열판(124)와 대응한다. 도 3의 베이스부(324) 및 방열핀부(325)는 열전도율이 높은 동일한 금속 재질을 가진다. 그리고, 방열핀부(325)가 형성된 베이스부(324)의 반대 면에 절연층(323)을 도포한 후, 도포된 절연층(323)의 일면 상에 금속 패턴층(322)을 형성하고, 금속 패턴층(322)에 하나 이상의 전력 반도체칩(321)을 부착하여 전력부(320)를 형성한다.3, the power section 320 of the heat sink integrated power module package 300 according to another embodiment includes a power semiconductor chip 321, a metal pattern layer 322, an insulating layer 323, 324 and a heat dissipating fin portion 325. The heat radiating fin portion 325 is formed on one surface of the base portion 324. [ The base portion 324 and the radiating fin portion 325 of Fig. 3 correspond to the radiating plate 124 of Fig. The base portion 324 and the heat radiating fin portion 325 in Fig. 3 have the same metal material with a high thermal conductivity. The insulating layer 323 is coated on the opposite side of the base portion 324 on which the heat radiating fin 325 is formed and then the metal pattern layer 322 is formed on one side of the coated insulating layer 323, At least one power semiconductor chip 321 is attached to the pattern layer 322 to form the power portion 320.

도 4는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지의 또 다른 실시예를 나타내는 분해 사시도이다. 도 3의 다른 실시예에 따른 방열판 일체형 전력 모듈 패키지(400)는 하우징(410), 전력부(420) 및 제어부(430)를 포함한다.4 is an exploded perspective view showing another embodiment of the heat sink integrated power module package. The heat sink integrated power module package 400 according to another embodiment of FIG. 3 includes a housing 410, a power unit 420, and a control unit 430.

하우징(410)은 내부 공간을 가지며 프레임부(412) 및 외벽부(414)를 구비할 수 있다. 프레임부(412)에는 제1,2 개구부(412a,412b)가 형성된다. 이를 위해, 프레임부(412)의 중앙에는 제1,2 개구부(412a,412b)를 구획하는 분할바(412c)가 형성된다. 또한, 프레임부(412)에는 제어부(430) 설치를 위한 설치홈(412d)이 형성될 수 있다. 즉, 제어부(430)는 프레임부(412)의 설치홈(412d)에 삽입되어 설치된다.The housing 410 has an inner space and may have a frame portion 412 and an outer wall portion 414. The frame portion 412 is formed with first and second openings 412a and 412b. To this end, a dividing bar 412c for dividing the first and second openings 412a and 412b is formed at the center of the frame part 412. [ In addition, an installation groove 412d for installing the control unit 430 may be formed in the frame unit 412. That is, the control unit 430 is inserted into the installation groove 412d of the frame unit 412 and installed.

외벽부(414)는 프레임부(412)의 가장자리로부터 연장 형성되어 하우징(410)이 내부공간을 가지도록 한다. 그리고, 외벽부(414)에는 리드 프레임(416)이 형성된다. 리드 프레임(416)은 메인기판(미도시)에 방열판 일체형 전력 모듈 패키지(400)가 설치될 때, 메인기판에 고정 설치되는 동시에 전기적으로 연결되도록 하는 구성으로서, 외벽부(414)로부터 돌출 형성된다.The outer wall portion 414 extends from the edge of the frame portion 412 so that the housing 410 has an inner space. A lead frame 416 is formed on the outer wall portion 414. The lead frame 416 is formed so as to protrude from the outer wall 414 when the heat sink integrated power module package 400 is installed on the main board (not shown) .

한편, 리드 프레임(416)은 외벽부(414)의 일측과 타측에 각각 형성된다. 그리고, 외벽부(414)의 일측에 설치되는 리드 프레임(416)과 외벽부(414)의 타측에 설치되는 리드 프레임(416)은 서로 다른 크기를 가질 수 있으며, 설치되는 개수도 상이할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 리드 프레임(416)은 모두 같은 크기를 가질 수도 있으며, 외벽부(414)의 일측과 타측에 설치되는 리드 프레임(416)의 개수도 동일할 수 있다. 또한, 외벽부(414)에는 나사체결부(414a)가 형성될 수 있다. On the other hand, the lead frame 416 is formed on one side and the other side of the outer wall portion 414, respectively. The lead frame 416 provided at one side of the outer wall part 414 and the lead frame 416 provided at the other side of the outer wall part 414 may have different sizes and may be provided in different numbers . However, the present invention is not limited thereto. The lead frames 416 may have the same size, and the number of the lead frames 416 provided on one side and the other side of the outer wall 414 may be the same. Further, the outer wall portion 414 may be provided with a screw engagement portion 414a.

전력부(320)는 하우징(410)에 조립되는 제1 기판(412)를 구비한다. 일례로, 전력부(420)는 제1 기판(412) 및 하나 이상의 전력 반도체칩(414)를 구비할 수 있다. 제1 기판(412)은 금속 재질로 이루어지며 플레이트 형상을 가지는 베이스부(412a), 베이스부(312a)의 저면으로부터 연장 형성되는 방열핀부(412b), 베이스부(122a)의 상면에 적층되는 절연층(412c) 및 절연층(412c) 상에 적층되는 금속 패턴층(412d)을 구비할 수 있다. 여기서, 베이스부(412a) 및 방열핀부(412b)는 도 1의 방열판(124)에 해당한다. 그리고, 금속 패턴층(412d)에는 하나 이상의 전력 반도체칩(414)이 부착될 수 있다. 전력 반도체칩(414)은 모스펫(MOSFET) 및 다이오드(FRD) 등의 소자를 포함할 수 있다. The power unit 320 includes a first substrate 412 assembled to the housing 410. In one example, the power section 420 may include a first substrate 412 and one or more power semiconductor chips 414. The first substrate 412 includes a base portion 412a formed of a metal material and having a plate shape, a radiating fin portion 412b extending from the bottom surface of the base portion 312a, an insulation layer 412b laminated on the upper surface of the base portion 122a, A layer 412c and a metal pattern layer 412d stacked on the insulating layer 412c. Here, the base portion 412a and the heat radiating fin portion 412b correspond to the heat radiating plate 124 of Fig. Further, one or more power semiconductor chips 414 may be attached to the metal pattern layer 412d. The power semiconductor chip 414 may include elements such as a MOSFET and a diode (FRD).

그리고, 제1 기판(412)은 하우징(410)의 저면에 설치되며, 금속 패턴층(412d) 및 전력 반도체칩(414)은 제2 개구부(412b)를 통해 하우징(410)의 상면 측으로 노출될 수 있다. 여기서, 하우징(410)의 상면은 프레임부(412)로부터 외벽부(414)가 연장 형성되는 면을 말하며, 하우징(410)의 저면은 하우징(410)의 상면의 반대측에 배치되는 면을 의미한다. 다만, 상면과 하면은 설명의 편의를 위하여 구분한 것으로, 장치가 설치되는 방향에 따라 달라질 수 있다. The first substrate 412 is disposed on the bottom surface of the housing 410 and the metal pattern layer 412d and the power semiconductor chip 414 are exposed to the upper surface side of the housing 410 through the second opening 412b . The upper surface of the housing 410 refers to a surface on which the outer wall 414 is extended from the frame portion 412 and the lower surface of the housing 410 means a surface disposed on the opposite side of the upper surface of the housing 410 . However, the upper and lower surfaces are divided for convenience of explanation, and may be different depending on the direction in which the apparatus is installed.

또한, 제1 기판(412)은 하우징(410)의 프레임부(412)에 대응되는 크기를 가질 수 있다. 그리고 제1 기판(422)에는 제어부(430)의 하부에 배치되며 노이즈의 제어부(430)로의 전달을 방지하기 위한 잡음 방지층(416)이 형성된다. 잡음 방지층(416)은 금속 패턴층(422d)으로부터 연장 배치되며, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 잡음 방지층(416)이 제어부(430)의 하부에 배치되어, 전력 반도체칩(424)으로부터 발생되어 제어부(430)로 전달되는 스위칭 노이즈를 저감시킬 수 있다.In addition, the first substrate 412 may have a size corresponding to the frame portion 412 of the housing 410. An anti-noise layer 416 is disposed on the first substrate 422 under the control unit 430 to prevent noise from being transmitted to the control unit 430. The noise prevention layer 416 extends from the metal pattern layer 422d and may be made of a metal material. As described above, the noise prevention layer 416 is disposed under the control portion 430, and switching noise generated from the power semiconductor chip 424 and transmitted to the control portion 430 can be reduced.

상술한 내용과 같이, 제1 기판(412)의 베이스부(412a)에 방열핀부(412b)가 일체로 형성되므로, 열저항 계수를 낮출 수 있어 열 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 종래의 방식과 같이 제1 기판에 방열판이 조립되는 경우 발생되는 열저항 계수의 차이에 의한 열효율 감소를 억제할 수 있다. 또한, 베이스부(412a)와 방열핀부(412b)가 일체로 형성되므로 구조적으로 보다 간단하여 제조가 용이할 수 있다. 또한, 제1 기판(412)에 방열핀부(412b)가 조립되는 경우 발생되는 열팽창계수의 차이에 기인한 전력 반도체칩(414)의 파손 및 납땜 균열을 방지할 수 있다. 나아가, 제1 기판(412)에 방열핀부(412b)가 조립되는 경우에는 방열핀부(412b)에 별도의 그라운드 접지 구조가 채용되어야 하나, 베이스부(412a)와 방열핀부(412b)가 일체로 형성되므로 별도의 그라운드 접지 구조의 생략이 가능하다.As described above, since the heat radiating fin 412b is integrally formed on the base portion 412a of the first substrate 412, the heat resistance coefficient can be lowered and the heat efficiency can be improved. That is, it is possible to suppress the decrease in thermal efficiency due to the difference in the coefficient of thermal resistance generated when the heat sink is assembled to the first substrate as in the conventional system. Further, since the base portion 412a and the heat radiating fin portion 412b are integrally formed, the structure is simpler and the manufacturing can be facilitated. It is also possible to prevent breakage of the power semiconductor chip 414 and soldering cracking due to a difference in thermal expansion coefficient generated when the heat radiating fin 412b is assembled to the first substrate 412. [ Further, when the radiating fin 412b is assembled to the first substrate 412, a separate grounding structure should be employed for the radiating fin 412b. However, the base 412a and the radiating fin 412b are integrally formed It is possible to omit a separate grounding structure.

제어부(430)는 제1 기판(412)의 일측 상부에 배치되도록 하우징(410)에 조립되는 제2 기판(432)를 구비한다. 일례로, 제어부(430)는 제2 기판(432), 구동 IC 소자(434) 및 수동 소자(436)를 구비할 수 있다. 제2 기판(432)는 인쇄회로기판으로 이루어질 수 있으며, 금속 패턴층(미도시)이 형성된다. 한편, 제2 기판(432)은 프레임부(412)의 설치홈(412d)에 삽입 설치된다. 또한, 제2 기판(432)과 제1 기판(412)는 도면에는 도시되지 않았으나, 리드 와이어(미도시)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 나아가, 제1 기판(412)과 제2 기판(432)은 리드 프레임(416)에 연결되며, 일례로 리드 와이어(미도시)를 매개로 하여 리드 프레임(416)에 연결될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 별도의 부재를 통해 제1 및 제2 기판(422,432)이 연결되거나, 리드 프레임(416)을 통해 연결될 수 있다.The control unit 430 includes a second substrate 432 assembled to the housing 410 to be disposed on one side of the first substrate 412. For example, the control unit 430 may include a second substrate 432, a driving IC element 434, and a passive element 436. The second substrate 432 may be a printed circuit board, and a metal pattern layer (not shown) may be formed. On the other hand, the second substrate 432 is inserted into the mounting groove 412d of the frame portion 412. The second substrate 432 and the first substrate 412 are not shown in the drawing, but may be electrically connected through a lead wire (not shown). Further, the first substrate 412 and the second substrate 432 are connected to the lead frame 416, and may be connected to the lead frame 416 through a lead wire (not shown), for example. However, the present invention is not limited thereto, and the first and second substrates 422 and 432 may be connected to each other through a separate member, or may be connected through the lead frame 416.

한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 하우징(410)의 내부 공간에는 몰딩층(미도시)이 적층될 수도 있다. 몰딩층은 제1 및 제2 기판(422,432)에 실장된 전력 반도체칩(424), 구동 IC 소자(434) 및 수동소자(436)가 내부에 매립되도록 적층되며, 파워소자(424)와 구동 IC 소자(434) 및 수동소자(436)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다. Although not shown in the drawing, a molding layer (not shown) may be stacked in the inner space of the housing 410. The molding layer is stacked so that the power semiconductor chip 424, the driving IC device 434 and the passive device 436 mounted on the first and second substrates 422 and 432 are buried therein and the power device 424 and the driving IC It may serve to protect the element 434 and the passive element 436.

상술한 바와 같이, 제1 기판(422)의 베이스부(412a)에 방열핀부(412b)가 일체로 형성되므로, 열저항 계수를 낮출 수 있어 열 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 베이스부(412a)와 방열핀부(312b)가 일체로 형성되므로 구조적으로 보다 간단하게 제조할 수 있다. 또한, 제1 기판(412)에 방열핀부(412b)가 조립되는 경우 발생되는 열팽창계수의 차이에 기인한 전력 반도체칩(424)의 파손 및 납땜 균열 등을 방지할 수 있다. 즉, 베이스부(412a)와 방열핀부(412b)가 동일한 재질인 동시에 일체로 형성되므로 열팽창 계수의 차이가 없으므로, 열팽창 및 열수축 현상에 의한 전력 반도체칩(424)의 파손 및 납땜 균열 등을 방지할 수 있다.As described above, since the heat radiating fin 412b is formed integrally with the base portion 412a of the first substrate 422, the heat resistance coefficient can be reduced and the heat efficiency can be improved. Since the base portion 412a and the heat radiating fin portion 312b are integrally formed, the structure can be more simply manufactured. Also, it is possible to prevent breakage of the power semiconductor chip 424, soldering crack, and the like due to a difference in thermal expansion coefficient generated when the heat radiation fins 412b are assembled to the first substrate 412. That is, since the base portion 412a and the heat dissipation fin portion 412b are formed of the same material and are integrally formed, there is no difference in thermal expansion coefficient, so that breakage of the power semiconductor chip 424 and soldering cracking due to thermal expansion and heat shrinkage phenomenon can be prevented .

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해 져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation and that those skilled in the art will recognize that various modifications and equivalent arrangements may be made therein. It will be possible. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

100: 방열판 일체형 전력 모듈 패키지
110: 하우징 120: 전력부
121: 전력 반도체칩 122: 금속 패턴층
123: 절연층 124: 방열판
125: 비아홀 126: 잡음 방지층
130: 제어부 131: 구동소자
132: 제2 기판 324: 베이스부
235: 방열핀부100: Heat sink integrated power module package
110: housing 120:
121: power semiconductor chip 122: metal pattern layer
123: insulating layer 124: heat sink
125: via hole 126: noise prevention layer
130: control unit 131:
132: second substrate 324: base part
235:

Claims

내부 공간을 가지는 하우징;
방열판의 일면 상에 일체로 형성된 제1 기판을 구비하여 상기 하우징과 결합되는 전력부; 및
상기 제1 기판의 일측 상부에 배치되도록 상기 하우징과 결합되는 제2 기판을 구비하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지.A housing having an inner space;
A power unit having a first substrate integrally formed on one surface of the heat sink and coupled to the housing; And
And a second substrate coupled to the housing to be disposed on one side of the first substrate;
Wherein the heat sink integrated power module package includes a heat sink integrated power module package.

제1항에 있어서,
상기 전력부는
방열판;
상기 방열판의 일면 상에 도포된 절연층;
상기 절연층의 일면 상에 형성된 금속 패턴층; 및
상기 금속 패턴층 상에 부착된 하나 이상의 전력 반도체칩;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지.The method according to claim 1,
The power section
Heat sink;
An insulating layer applied on one surface of the heat sink;
A metal pattern layer formed on one surface of the insulating layer; And
At least one power semiconductor chip attached to the metal pattern layer;
Wherein the heat sink integrated power module package comprises a heat sink integrated power module package.

제2항에 있어서,
상기 방열판은 베이스부 및 상기 베이스부의 일면 상에 형성된 방열핀부로 구성되며, 상기 베이스부 및 상기 방열핀부는 동일한 금속 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지.3. The method of claim 2,
Wherein the heat dissipation plate comprises a base portion and a radiating fin portion formed on a surface of the base portion, and the base portion and the radiating fin portion are formed of the same metal member.

제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 전력부를 제어하여 상기 전력부에서 전력을 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지.The method according to claim 1,
Wherein the controller controls the power unit to produce power in the power unit.

제2항에 있어서,
상기 전력부는,
상기 제어부의 하부 면에 위치하며, 상기 절연층 상에 금속 패턴으로 형성된 잡음 방지층; 및
도전체로 형성되며, 상기 절연층을 관통하여 상기 잡음 방지층 및 상기 방열판을 연결하는 비아홀;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지.3. The method of claim 2,
The power unit includes:
An anti-noise layer disposed on the lower surface of the control unit and formed of a metal pattern on the insulating layer; And
A via hole formed as a conductor and connecting the noise preventing layer and the heat sink through the insulating layer;
Further comprising: a heat sink integrated power module package.

제5항에 있어서,
상기 전력부에서 발생하는 스위칭 노이즈(Switching Noise)를 상기 잡음 방지층에서 상기 비아홀을 통해 상기 방열판으로 전달하여 상기 방열판에 접지된 그라운드를 통해 방출하여 스위칭 노이즈를 저감시키는 것을 특징으로 하는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지.6. The method of claim 5,
Wherein a switching noise generated in the power unit is transmitted from the noise preventing layer to the heat sink through the via hole and discharged through a ground grounded to the heat sink to reduce switching noise, .

제2항에 있어서,
상기 금속 패턴층은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 제조 방식으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 방열판 일체형 전력 모듈 패키지.3. The method of claim 2,
Wherein the metal pattern layer is formed by a printed circuit board (PCB) manufacturing method.