파워 반도체 모듈(Power semiconductor module)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2007-0109838
(43) 공개일자 2007년11월15일
(51) Int. Cl.

H01L 23/02 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2007-0042299
(22) 출원일자 2007년05월01일
심사청구일자 없음
(30) 우선권주장
10 2006 021 412.9 2006년05월09일 독일(DE)
(71) 출원인
세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이
지
독일 뉘베르그 90431 시그문트스트라쎄 200
(72) 발명자
라이너 포프
독일 페터서라크 91580, 아드러스트리트 16
말코 레더러
독일 누른버그 90453, 킨딘거 스트리트 23
(74) 대리인
이소남
전체 청구항 수 : 총 5 항
(54) 파워 반도체 모듈
(57) 요 약
본 발명은 하우징(18)에 의해 전기 절연성 기재 기판(14)과 간격을 두고 배치되는 회로 기판(16) 및 전기 절연성
기재 기판(14)을 포함하는 파워 반도체 모듈에 관한 것이다. 제 1 도체 트랙(22)이 회로 기판(16)과 마주보는 전
기 절연성 기재 기판(14)의 내측부(20) 상에서 접촉하고, 상기 제 1 도체 트랙(22) 상에서 제어 IC 소자(34)에
의해 구동되는 파워 반도체 소자(28)가 접촉한다. 제 2 도체 트랙(40)이 전기 절연성 기재 기판(14)과 마주보는
회로 기판(16)의 내측부(38) 상에 제공된다. 탄성 연결 부재(42)가 제 1 및 제 2 도체 트랙(22, 40) 사이의 하우
징(18) 내에서 압력 강체(44)에 의해 압력 접촉한다. 전기 절연성 기재 기판(14)의 내측부(20) 상에, 제 1 도체
트랙(22) 외에, IC 도체 트랙(32)과 제어 IC 소자(34)가 제공됨으로써 최적의 전자기 호환성이 달성된다.
대표도 - 도1
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공개특허 10-2007-0109838
특허청구의 범위
청구항 1
하우징(18)에 의해 전기 절연성 기재 기판(14)과 간격을 두고 배치되는 회로 기판(16) 및 전기 절연성 기재 기
판(14)을 포함하는 파워 반도체 모듈로서, 제 1 도체 트랙(22)이 회로 기판(16)과 마주보는 전기 절연성 기재
기판(14)의 내측부(20) 상에서 접촉하고, 상기 제 1 도체 트랙(22) 상에서 제어 IC 소자(34)에 의해 구동되는
파워 반도체 소자(28)가 접촉하며, 제 2 도체 트랙(40)이 전기 절연성 기재 기판(14)과 마주보는 회로 기판(1
6)의 내측부(38) 상에 제공되고, 탄성 연결 부재(42)가 제 1 및 제 2 도체 트랙(22, 40) 사이의 하우징(18) 내
에서 압력 접촉하는 파워 반도체 모듈에 있어서,
전기 절연성 기재 기판(14)의 내측부(20) 상에는, 제 1 도체 트랙(22) 외에, IC 도체 트랙(32)과 제어 IC 소자
(34)가 제공되는 것을 특징으로 하는 파워 반도체 모듈.
청구항 2
제1항에 있어서,
제어 IC 소자(34)는 본딩 와이어(36)에 의해 IC 도체 트랙(32)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 파워 반도체 모
듈.
청구항 3
제1항 또는 제2항에 있어서,
제어 IC 소자(34)는 패키지 처리되지 않은 칩 소자인 것을 특징으로 하는 파워 반도체 모듈.
청구항 4
제1항 또는 제2항에 있어서,
제어 IC 소자(34)는 패키지 처리된 소자인 것을 특징으로 하는 파워 반도체 모듈.
청구항 5
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
탄성 연결 부재(42)는 압력 강체(44)에 의해 압력 접촉하는 것을 특징으로 하는 파워 반도체 모듈.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 하우징에 의해 전기 절연성 기재 기판과 간격을 두고 배치되는 회로 기판 및 전기 절연성 기재 기판<30>
을 포함하는 파워 반도체 모듈에 관한 것으로, 특히 제 1 도체 트랙이 회로 기판과 마주보는 전기 절연성 기재
기판의 내측부 상에서 접촉하고, 상기 제 1 도체 트랙 상에서 제어 IC 소자에 의해 구동되는 파워 반도체 소자
가 접촉하며, 제 2 도체 트랙이 전기 절연성 기재 기판과 마주보는 회로 기판의 내측부 상에 제공되고, 탄성 연
결 부재가 제 1 및 제 2 도체 트랙 사이의 하우징 내에서 압력 접촉하는 파워 반도체 모듈에 관한 것이다.
이러한 파워 반도체 모듈은 공지되어 있는데, 예를 들어, 본원의 출원인에 허여된 특허 DE 103 06 643 B4 및 DE <31>
103 16 355 B3에 개시되어 있다. 개시된 이들 파워 반도체 모듈에서는, 제어 IC 소자가 기재 기판 상에 제공된
회로 기판 상의 파워 반도체 소자를 구동하기 위하여 제공된다. 이 회로 기판은 이른바 커스텀(custom) 기판이
다. 즉, 개시된 이들 파워 반도체 모듈에 있어서, 기재 기판 상에 제공된 파워 반도체 소자용 제어 IC 소자는
커스텀 기판 상에서 구현된다. 파워 반도체 소자가 기재 기판 상에 제공되어 있고 제어 IC 소자가 하우징에 의
해 기재 기판과 간격을 둔 상태로 배치되어 있는 회로 기판 상에 제공되어 있는 이들 파워 반도체 모듈에 있어
서는, 제어 IC 소자와 파워 반도체 소자 간에 비교적 긴 거리의 연결이 이루어진다. 비교적 긴 거리의 연결로
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공개특허 10-2007-0109838
인한 전자기파의 결합(coupling-in)은 연결 거리에 비례하기 때문에, 이러한 비교적 긴 거리의 연결로 인해 개
시된 이들 파워 반도체 모듈의 전자기 호환성(compatibility)이 여전히 개선되어야 한다는 문제점이 있다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명의 목적은 상기한 유형의 파워 반도체 모듈과 비교하여 간단하게 제조될 수 있고, 그와 동시에, 전자기 <32>
호환성이 개선될 수 있는 파워 반도체 모듈을 제공하는 것이다.
발명의 구성 및 작용
본 발명의 목적은 상기한 유형의 파워 반도체 모듈에 있어서, 기재 기판의 내측부 상에, 제 1 도체 트랙 외에, <33>
IC 도체 트랙과 제어 IC 소자가 제공되는 파워 반도체 모듈을 제공함으로써 달성된다.
기재 기판은 바람직하게는 직접 구리 접합 (DCB: Direct copper bonding) 기재 기판이다. IC 도체 트랙은 탄성 <34>
연결 부재에 의해 회로 기판의 제 2 도체 트랙과 압력 접촉한다. 따라서, 탄성 연결 부재는 파워 반도체 소자의
제어 연결과 부하 연결을 위해 제공된다.
파워 반도체 소자는 물론 제어 IC 소자가 기재 기판의 내측부 상에 제공되고 파워 반도체 소자에 의해 접촉하고 <35>
있기 때문에, 파워 반도체 소자와 제어 IC 소자 간에는 비교적 짧은 거리의 연결이 이루어짐으로써, 본 발명에
따른 파워 반도체 모듈의 전자기 호환성이 개선된다. 본 발명에 따른 파워 반도체 모듈의 또 다른 장점은 파워
반도체 소자와 제어 IC 소자의 접촉이 동일 평면 내에서 이루어지기 때문에, 다시 말해서, 회로 기판과 마주보
는 기재 기판의 내측부 상에서 이루어지기 때문에, 파워 반도체 모듈의 제조 공정이 단순화된다는 점이다.
본 발명에 따른 파워 반도체 모듈에 있어서, 제어 IC 소자는 바람직하게는 본딩 와이어에 의해 IC 도체와 접촉<36>
한다. 또한, 파워 반도체 소자도 본딩 와이어에 의해 제 1 도체 트랙과 접촉하기 때문에, 본딩 머신은 본 발명
에 따라 한 번의 동작 사이클로 기재 기판의 도체 트랙 각각에 파워 반도체 소자와 제어 IC 소자를 접촉시킬 수
있다. 이는 본 발명에 따른 파워 반도체 모듈의 생산성에 긍정적인 효과를 제공하는 시간 절약적인 방식으로 수
행될 수 있다.
본 발명에 따른 파워 반도체 모듈에 있어서, 제어 IC 소자는 패키지 처리되지 않은 소자일 수도 있다. 이러한 <37>
패키지 처리되지 않은 소자는 본딩 와이어에 의해 기재 기판의 도체 트랙과 쉽게 접촉할 수 있다. 또 다른 가능
성은 제어 IC 소자가 패키지 처리된 소자일 수도 있다는 것이다. 이러한 패키지 처리된 소자는, 예를 들어, SMD
소자이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 파워 반도체 모듈을 상세히 설명하기로 한다.<38>
도 1은 단면으로 도시된 히트 싱크(12) 상에 직접 조립될 수 있도록 제공된 파워 반도체 모듈(10)의 일실시예를 <39>
보인 단면도이다. 파워 반도체 모듈(10)은 전기 절연성 기재 기판(substrate)(14) 및 하우징에 의해 기재 기판
(14)과 간격을 두고 배치된 회로 기판(circuit board)(16)을 구비하고 있다.
또한, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 전기 절연성 기재 기판(14)은, 회로 기판(16)과 마주보는 내측부(20) <40>
상에서, 제 1 도체 트랙(22)을 구비하고 있다. 전기 절연성 기재 기판(14)은, 내측부(20)와 대향하고 있는 외측
부(24) 상에서, 전기 절연성 기재 기판(14)을 히트 싱크(12)에 열적으로 결합하기 위한 금속층(26)을 구비하고
있다.
전기 절연성 기재 기판(14)의 내측부(20) 상에는, 제 1 도체 트랙(22)과 각각 접촉하는 파워 반도체 소자(28)가 <41>
배열되어 있다. 이러한 접촉은 본딩 와이어(30)에 의해 수행된다.
도 2로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 전기 절연성 기재 기판(14)의 내측부(20) 상에는, 제 1 도체 트랙<42>
(22) 외에도, IC 도체 트랙(32)이 형성되어 있다. 상기 IC 도체 트랙(32)은 본딩 와이어(36)에 의해 제어 IC 소
자(34)와 접촉하고 있다 (도 1 참조).
파워 반도체 모듈(10)의 회로 기판(16)은, 전기 절연성 기재 기판(14)과 마주보는 내측부(38) 상에서, 제 2 도<43>
체 트랙(40)을 구비하고 있다. 전기 절연성 기재 기판(14)의 내측부(20) 상에 배치된 제 1 도체 트랙(22)은 탄
성 연결 부재(42)에 의해 회로 기판(16)의 내측부(38) 상에 배치된 제 2 도체 트랙(40)과 압력 접촉하고 있다.
이러한 압력 접촉은 히트 싱크(12)와 나사 결합하고 있는 스크루 부재(46)에 의해 회로 기판(16)의 외측부(48)
를 미는 압력 강체(44)에 의해 수행된다. 이를 위해, 압력 강체(44)는, 회로 기판(16)과 마주보는 그 내측부
(50) 상에서, 압력 부재(52) 및 주변 칼라(54)를 구비하고 있다. 주변 칼라(54)에는 냉각용 공기가 흐를 수 있
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도록 간격을 두고 배치된 리세스(56)가 형성되어 있다.
압력 강체(44)는 강성을 증가시키는 금속 코어(58)와 결합하고 있다. <44>
하우징(18)에는 탄성 연결 부재(42)용 슬릿 형상 가이드 채널(60)이 형성되어 있다.<45>
발명의 효과
상기한 바와 같은 본 발명은 종래의 파워 반도체 모듈과 비교하여 간단하게 제조될 수 있고, 그와 동시에, 전자<46>
기 호환성이 현저히 개선되는 효과가 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 파워 반도체 모듈의 단면도이다.<1>
도 2는 제 1 도체 트랙, 파워 반도체 소자 및 제어 IC 소자가 구비된 기재 기판(substrate)의 평면도이다.<2>
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><3>
10: 파워 반도체 모듈<4>
12: 히트 싱크(Heat sink)<5>
14: 전기 절연성 기재 기판(Electrically insulating substrate)<6>
16: 회로 기판(Circuit board)<7>
18: 하우징<8>
20: 전기 절연성 기재 기판의 내측부<9>
22: 제 1 도체 트랙(First conductor track)<10>
24: 전기 절연성 기재 기판의 외측부<11>
26: 금속층(Metal layer)<12>
28: 파워 반도체 소자<13>
30: 본딩 와이어(Bonding wire)<14>
32: IC 도체 트랙(IC conductor track)<15>
34: 제어 IC 소자(Control IC device)<16>
36: 본딩 와이어<17>
38: 회로 기판의 내측부<18>
40: 제 2 도체 트랙(Second conductor track)<19>
42: 탄성 연결 부재(Elastic connecting element)<20>
44: 압력 강체(Rigid pressure body)<21>
46: 스크루 부재(Screw element)<22>
48: 회로 기판의 외측부<23>
50: 압력 강체의 내측부<24>
52: 압력 부재(Pressure element)<25>
54: 주변 칼라(Peripheral collar)<26>
56: 리세스(Recess)<27>
58: 금속 코어(Metal core)<28>
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60: 슬릿 형상 가이드 채널(Slit-shaped guide channel)<29>
도면
도면1
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도면2
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