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KR102552717B1 - Powermodule - Google Patents

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KR102552717B1
KR102552717B1 KR1020160135834A KR20160135834A KR102552717B1 KR 102552717 B1 KR102552717 B1 KR 102552717B1 KR 1020160135834 A KR1020160135834 A KR 1020160135834A KR 20160135834 A KR20160135834 A KR 20160135834A KR 102552717 B1 KR102552717 B1 KR 102552717B1
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KR
South Korea
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plate
semiconductor chip
power module
cooler
heat
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Korean (ko)
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최현규
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현대모비스 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 반도체칩의 발열을 효율적으로 냉각시키고, 제품의 크기를 소형화 시킬 수 있는 파워모듈에 관한 것으로서, 하나 또는 그 이상의 반도체칩, 상면에 상기 반도체칩이 접합되는 방열기판 및 상기 방열기판의 상면에서 상기 반도체칩과 겹치지 않는 위치에 배치되어 상기 반도체칩으로부터 발생된 열을 냉각시키는 냉각기를 포함하되, 상기 방열기판은, 상면에 상기 반도체칩이 실장되는 제1플레이트, 상면에 상기 제1플레이트가 적층되는 제2플레이트 및 상면에 상기 제2플레이트가 적층되는 제3플레이트를 포함하고, 상기 제3플레이트는, 상기 반도체칩의 발열을 방열시키는 히트파이프이다.The present invention relates to a power module capable of efficiently cooling heat generated from a semiconductor chip and miniaturizing the size of the product, comprising one or more semiconductor chips, a heat dissipation substrate to which the semiconductor chip is bonded, and an upper surface of the heat dissipation substrate. includes a cooler disposed at a position that does not overlap with the semiconductor chip to cool heat generated from the semiconductor chip, wherein the heat dissipation substrate has a first plate on an upper surface on which the semiconductor chip is mounted, and a first plate on an upper surface thereof. It includes a stacked second plate and a third plate on a top surface of which the second plate is stacked, wherein the third plate is a heat pipe for dissipating heat generated from the semiconductor chip.

Description

파워모듈{POWERMODULE}Power module {POWERMODULE}

본 발명은 파워모듈에 관한 것으로 더욱 상세하게는 반도체칩의 발열을 효율적으로 냉각시키고, 제품의 크기를 소형화 시킬 수 있는 파워모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a power module, and more particularly, to a power module capable of efficiently cooling heat generated from a semiconductor chip and miniaturizing the size of the product.

일반적으로 인버터에는 배터리로부터 DC 전원을 공급받아 모터 구동용 전원을 공급하는 파워모듈이 조립된다.In general, a power module that receives DC power from a battery and supplies power for driving a motor is assembled in an inverter.

이러한 파워모듈은 친환경차량에서 연료전지와 배터리를 이용한 고전압 직류전력을 저전압 직류전력으로 또는 저전압 교류전력으로 변환하여 차량의 전장부품 에너지 공급 및 주요 구동부품의 전력을 공급하는 역할을 한다.Such a power module converts high-voltage direct-current power using a fuel cell and battery into low-voltage direct-current power or low-voltage alternating current power in an eco-friendly vehicle to supply energy to electrical components of the vehicle and power to major driving parts.

한편, 소비자의 친환경차량의 고출력화와 주행거리 증가요구에 따라 고출력밀도 및 고효율 전력변화장치의 개발은 지속적으로 진행 중에 있다. On the other hand, in accordance with consumers' demand for high power and increased mileage of eco-friendly vehicles, development of high power density and high efficiency power conversion devices is continuously in progress.

특히, 전력변환장치 고출력밀도 및 고효율을 결정하는 핵심부품 중 하나인 파워모듈의 경우 고출력밀도를 달성하기 위하여 소형화 개발이 가장 핵심이 되며 동일 출력에서의 소형화는 파워모듈의 작동 시, 방열성능을 어떻게 제어하느냐에 따라 고출력밀도 달성 여부를 결정하게 된다.In particular, in the case of a power module, which is one of the key components that determine high power density and high efficiency of a power converter, miniaturization development is the most important to achieve high power density. Depending on the control, whether or not to achieve high power density is determined.

이러한 파워모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 반도체칩(10)과, 반도체칩(10)의 하부에 배치되는 방열기판(20)과, 방열기판(20)의 하부에 배치되어 반도체칩(10)의 스위칭에 따라 발생하는 열을 방출시키는 히트파이프(30) 및 반도체칩(10)으로부터 발생하는 열을 냉각시켜주는 냉각기(40)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the power module includes a semiconductor chip 10, a heat dissipation substrate 20 disposed under the semiconductor chip 10, and a semiconductor chip 10 disposed under the heat dissipation substrate 20. It includes a heat pipe 30 for dissipating heat generated by the switching of and a cooler 40 for cooling the heat generated from the semiconductor chip 10 .

그리고, 방열기판(20)은 세라믹으로 이루어진 제2플레이트(22)와, 상기 제2플레이트(22)의 상면과 하면에 각각 적층된 제1플레이트(21) 및 제3플레이트(23)로 이루어진다.Further, the heat dissipation substrate 20 includes a second plate 22 made of ceramic, and a first plate 21 and a third plate 23 stacked on upper and lower surfaces of the second plate 22, respectively.

여기서, 제1플레이트(21)는 구리 또는 알루미늄기판으로 형성되고, 제3플레이트(23)는 상기 제1플레이트(21)와 동일한 재질로 형성된다.Here, the first plate 21 is made of a copper or aluminum substrate, and the third plate 23 is made of the same material as the first plate 21 .

그리고, 반도체칩(10)과 방열기판(20)은 상호 접착부재(11)를 통해 접합되는데 접착부재(11)는 솔더방식 등 다양한 방법으로 접합방식을 사용할 수 있고, 방열기판(20)과 히트파이프(30)는 상호 서멀그리스(32)를 통해 접합된다.In addition, the semiconductor chip 10 and the heat dissipation substrate 20 are bonded through the mutual adhesive member 11. The adhesive member 11 may use various bonding methods such as a solder method, and the heat dissipation substrate 20 and the heat Pipes 30 are joined to each other through thermal grease 32.

이러한 파워모듈은 전원공급으로 인해 발열이 발생되므로, 안정적인 작동을 위해 발열을 냉각시켜주는 다양한 냉각구조가 적용된다.Since these power modules generate heat due to power supply, various cooling structures are applied to cool the heat for stable operation.

한편, 종래의 파워모듈은 반도체칩(10)에서 발생하는 열이 용이하게 배출될 수 있도록 냉각수와의 단면적을 증가시키기 위해서 히트파이프(30)에는 가이드 핀(31)이 형성되어 있다.Meanwhile, in the conventional power module, guide pins 31 are formed in the heat pipe 30 to increase a cross-sectional area with cooling water so that heat generated in the semiconductor chip 10 can be easily discharged.

이로 인해, 종래의 파워모듈의 크기가 커질 수 밖에 없었다.For this reason, the size of the conventional power module was inevitably increased.

또한 열원인 반도체칩(10)으로부터 냉각기(40)에 이르기까지 반도체칩(10)으로부터 발생된 열은 히트파이프(30)와 서멀그리스(32)와 제3플레이트(23)와 제2플레이트(22)와 제1플레이트(21) 및 접착부재(11) 등 최소 6레이어의 재질을 통해야 한다.In addition, heat generated from the semiconductor chip 10 from the semiconductor chip 10 as a heat source to the cooler 40 is transferred to the heat pipe 30, thermal grease 32, the third plate 23, and the second plate 22 ) and at least 6 layers of materials such as the first plate 21 and the adhesive member 11.

따라서, 종래의 파워모듈은 반도체칩(10)으로부터 발생된 열이 각각의 레이어 사이로부터 외부로 배출되지 못하고 축적된다.Therefore, in the conventional power module, heat generated from the semiconductor chip 10 is accumulated without being discharged to the outside from between the respective layers.

이로 인해, 종래의 파워모듈은 냉각효율이 효율적이지 못한 문제가 있었다.For this reason, the conventional power module has a problem in that the cooling efficiency is not efficient.

특히, 고속 동작 및 고 집접화에 따라 칩 내부 회로의 접합 온도 증가로 인하여 발열량이 증가되기 때문에 반도체칩의 특성, 예를 들면 리플레쉬 특성, 동작속도, 수명 등이 저하될 수 있다.In particular, since heat generation increases due to an increase in junction temperature of circuits inside a chip due to high-speed operation and high integration, characteristics of semiconductor chips, such as refresh characteristics, operating speed, and lifespan, may be deteriorated.

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 파워모듈의 크기를 줄이면서 반도체칩으로부터 발생된 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 파워모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a power module capable of efficiently cooling heat generated from a semiconductor chip while reducing the size of the power module.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파워모듈은, 하나 또는 그 이상의 반도체칩, 상면에 상기 반도체칩이 접합되는 방열기판 및 상기 방열기판의 상면에서 상기 반도체칩과 겹치지 않는 위치에 배치되어 상기 반도체칩으로부터 발생된 열을 냉각시키는 냉각기를 포함하되, 상기 방열기판은, 상면에 상기 반도체칩이 실장되는 제1플레이트, 상면에 상기 제1플레이트가 적층되는 제2플레이트 및 상면에 상기 제2플레이트가 적층되는 제3플레이트를 포함하고, 상기 제3플레이트는, 상기 반도체칩의 발열을 방열시키는 히트파이프이다.In order to achieve the above object, the power module of the present invention includes one or more semiconductor chips, a heat dissipation substrate to which the semiconductor chip is bonded, and a heat dissipation substrate disposed on the upper surface of the heat dissipation substrate at a position that does not overlap with the semiconductor chip. A cooler for cooling heat generated from a chip, wherein the heat dissipating substrate includes a first plate on which the semiconductor chip is mounted, a second plate on which the first plate is stacked, and the second plate on the upper surface. and a stacked third plate, wherein the third plate is a heat pipe for dissipating heat generated from the semiconductor chip.

상기 냉각기는, 상기 제3플레이트의 상면에서 상기 제1플레이트 및 제2플레이트의 측면방향에 배치된다.The cooler is disposed on the upper surface of the third plate in the lateral direction of the first plate and the second plate.

상기 제3플레이트의 단면길이는, 상기 제1플레이트 및 제2플레이트의 단면길이보다 길다.The cross-sectional length of the third plate is longer than the cross-sectional lengths of the first and second plates.

상기 제3플레이트의 내부에는, 상기 냉각기가 형성된 방향으로부터 그 반대방향으로 연장되고, 연장된 방향의 수직한 방향으로 다수개가 상호 이격된 제1채널벽이 형성되고, 상기 냉각기의 내부에는, 다수개의 상기 제1채널벽이 상호 이격된 방향으로 연장되고, 연장된 방향의 수직한 방향으로 다수개가 상호 이격된 제2채널벽(310)이 형성된다.Inside the third plate, a plurality of first channel walls are formed that extend in a direction opposite to the direction in which the cooler is formed and are spaced apart from each other in a direction perpendicular to the extending direction, and inside the cooler, a plurality of first channel walls are formed. The first channel walls extend in a mutually spaced direction, and a plurality of second channel walls 310 spaced apart from each other are formed in a direction perpendicular to the extending direction.

상기 냉각기와 상기 제3플레이트의 사이에는 서멀그리스(THERMAL GREESE)가 도포된다.Thermal grease is applied between the cooler and the third plate.

상기 제1플레이트는 구리 또는 알루미늄 중 어느 하나로 이루어지고, The first plate is made of either copper or aluminum,

상기 제2플레이트는 세라믹으로 이루어지되, 상기 제3플레이트는 상기 제1플레이트와 동일한 재질로 이루어진다.The second plate is made of ceramic, and the third plate is made of the same material as the first plate.

본 발명에 의한 차량용 감지센서는, 제3플레이트는 제1플레이트와 동일한 재질로 이루어짐으로써, 열팽창계수의 차이로 인한 파워모듈의 깨짐 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In the vehicle detection sensor according to the present invention, since the third plate is made of the same material as the first plate, it is possible to minimize cracking of the power module due to a difference in thermal expansion coefficient.

그리고, 제3플레이트가 반도체칩으로부터 발생된 열을 방열시키는 히트파이프로 이루어짐으로써, 제3플레이트가 일반적으로 구리 또는 알루미늄으로만 이뤄진 제3플레이트에 비해 열에너지의 전달 정도를 나타내는 열전도율이 약 10~20배 증가한다.In addition, since the third plate is made of a heat pipe that dissipates heat generated from the semiconductor chip, the third plate generally has a thermal conductivity of about 10 to 20 double increase

즉, 파워모듈의 냉각효율을 더욱 상승시킬 수 있는 효과가 있다.That is, there is an effect of further increasing the cooling efficiency of the power module.

또한, 제3플레이트로부터 발생된 낮은 온도가 반도체칩까지 전달되는데 제2플레이트와 제1플레이트 및 접착부재, 즉 3개의 구성만 거치게 되어, 종래의 파워모듈에 비해 더욱 효율적으로 반도체칩의 발열을 낮출 수 있는 효과가 있다.In addition, the low temperature generated from the third plate is transmitted to the semiconductor chip, and the second plate, the first plate, and the adhesive member, that is, only three components are passed through, so that the heat generation of the semiconductor chip can be more efficiently lowered than the conventional power module. There are possible effects.

아울러, 제3플레이트는 그 두께가 약 0.8mm로 이루어짐으로써, 방열기판이 효율적인 냉각성능을 발휘함과 동시에 소형화되어 파워모듈의 중량 및 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, since the third plate has a thickness of about 0.8 mm, the heat dissipation substrate exhibits efficient cooling performance and is miniaturized at the same time, thereby reducing the weight and size of the power module.

그리고, 냉각기가 제3플레이트의 상면에서 제1플레이트 및 제2플레이트의 측면방향에 배치됨으로써, 파워모듈의 크기를 약 70% 감소시켜 더욱 효율적으로 소형화할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the cooler is disposed on the upper surface of the third plate in the lateral direction of the first plate and the second plate, there is an effect of reducing the size of the power module by about 70% and miniaturizing it more efficiently.

도 1은 종래기술에 따른 파워모듈의 단면을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파워모듈을 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 파워모듈의 측면을 나타낸 측면도.
도 4는 도 2에 도시된 A-A’를 따라 절단한 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 B-B’를 따라 절단한 단면도.
1 is a cross-sectional view showing a cross section of a power module according to the prior art.
Figure 2 is a perspective view showing a power module according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a side view showing the side of the power module shown in Figure 2;
4 is a cross-sectional view taken along A-A′ shown in FIG. 2;
5 is a cross-sectional view taken along line BB′ shown in FIG. 2;

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is defined by the description of the claims. Meanwhile, terms used in this specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" or "comprising" means the presence or absence of one or more other elements, steps, operations and/or elements other than the recited elements, steps, operations and/or elements; do not rule out additions.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파워모듈을 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 파워모듈의 측면을 나타낸 측면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 A-A’를 따라 절단한 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 B-B’를 따라 절단한 단면도이다.2 is a perspective view showing a power module according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a side view showing a side of the power module shown in FIG. 2, and FIG. 4 is cut along line AA′ shown in FIG. A cross-sectional view, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB′ shown in FIG. 2 .

도 2 내지 도 5를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 파워모듈은 반도체칩(100)과 방열기판(200) 및 냉각기(300)를 포함한다.Referring to FIGS. 2 to 5 , a power module according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor chip 100 , a heat dissipation substrate 200 and a cooler 300 .

반도체칩(100)은 하나 또는 하나 이상의 다수개로 이루어진 것으로서, IGBT(INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR), MOSFET(METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD-EFFECT TRANSISTOR)와 같은 스위칭 소자 및 다이오드를 포함할 수 있고, 베어칩(BARE CHIP)형태로 실장될 수 있다. The semiconductor chip 100 is composed of one or more than one, and may include switching elements and diodes such as IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) and MOSFET (METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD-EFFECT TRANSISTOR), and may include a bare chip (BARE CHIP ) can be mounted in the form of

방열기판(200)은 상면에 반도체칩(100)의 하면이 접착부재(110)를 매개로 하여 접합된다.The lower surface of the semiconductor chip 100 is bonded to the upper surface of the heat dissipating substrate 200 via an adhesive member 110 .

접착부재(110)는 나노실버(nano silver)와 같이 접착 성능을 가짐과 동시에 열전도도가 높은 열전도성 열계면 재료(TIM:THERMAL INTERFACE MATERIAL)가 적용될 수 있다.The adhesive member 110 may be a thermally conductive thermal interface material (TIM: THERMAL INTERFACE MATERIAL) having adhesive performance and high thermal conductivity, such as nano silver.

그리고, 열전도성 열계면 재료(TIM)는 전력 반도체의 금속 표면과 방열판 사이의 접촉 저항을 현저하게 줄여줌으로써, 파워모듈의 수명과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the thermally conductive thermal interface material (TIM) can significantly reduce the contact resistance between the metal surface of the power semiconductor and the heat sink, thereby improving the lifespan and reliability of the power module.

상기 접착부재(110)로 사용되는 접합재료(TIM) 중에서 일정 온도와 압력에 의해 소결되는 재료나 일반적인 솔더를 사용하고, 일정 온도와 압력을 가하여 방열기판(200)의 평탄도를 확보할 수 있다.Among the bonding materials (TIM) used as the bonding member 110, a material that is sintered by a constant temperature and pressure or a general solder is used, and the flatness of the heat dissipation substrate 200 can be secured by applying a constant temperature and pressure. .

이러한 방열기판(200)은 DBC(DIRECT BONDING COPPER) 또는 DBA(DIRECT BONDING ALUMINUM)으로 이루어진 것으로서, 제1플레이트(210)와 제2플레이트(220) 및 제3플레이트(230)를 포함한다.The heat dissipation substrate 200 is made of direct bonding copper (DBC) or direct bonding aluminum (DBA), and includes a first plate 210, a second plate 220, and a third plate 230.

제1플레이트(210)는 반도체칩(100) 또는 외부 리드 프레임(도시하지 않음)과 같은 전기적 이동통로의 역할을 수행하는 것으로서, 상면에 반도체칩(100)이 실장된다.The first plate 210 serves as an electrical movement path such as the semiconductor chip 100 or an external lead frame (not shown), and the semiconductor chip 100 is mounted on the upper surface.

그리고, 제2플레이트(220)는 상면에 제1플레이트(210)가 적층되고, 제3플레이트(230)는 상면에 제2플레이트(220)가 적층된다.In addition, the first plate 210 is stacked on the upper surface of the second plate 220, and the second plate 220 is stacked on the upper surface of the third plate 230.

즉, 방열기판(200)은 제3플레이트(230)와 제2플레이트(220)와 제1플레이트(210)가 순차적으로 적층된다.That is, in the heat dissipation substrate 200, the third plate 230, the second plate 220, and the first plate 210 are sequentially stacked.

제1플레이트(210)는 구리기판 또는 알루미늄기판 중 어느 하나로 이루어지고, 제2플레이트(220)는 세라믹기판으로 이루어진다.The first plate 210 is made of either a copper substrate or an aluminum substrate, and the second plate 220 is made of a ceramic substrate.

그리고, 제3플레이트(230)는 제1플레이트(210)와 동일한 재질로 이루어진다.Also, the third plate 230 is made of the same material as the first plate 210 .

이로 인해, 열팽창계수의 차이로 인한 파워모듈의 깨짐 현상을 최소화할 수 있다.Due to this, it is possible to minimize the cracking of the power module due to the difference in thermal expansion coefficient.

한편, 제3플레이트(230)는 반도체칩(100)으로부터 발생된 열을 방열시키는 히트파이프로 이루어져 있다.Meanwhile, the third plate 230 is formed of a heat pipe that dissipates heat generated from the semiconductor chip 100 .

본 발명의 일실시예에 따른 제3플레이트(230)는 히트파이프로 이루어짐으로써, 제3플레이트(23)가 일반적으로 구리 또는 알루미늄으로만 이뤄진 종래의 제3플레이트(23)에 비해 열에너지의 전달 정도를 나타내는 열전도율이 약 10~20배 증가한다.The third plate 230 according to an embodiment of the present invention is made of a heat pipe, so that the third plate 23 generally has a degree of transfer of thermal energy compared to the conventional third plate 23 made of only copper or aluminum. The thermal conductivity, which represents , increases about 10 to 20 times.

따라서, 히트파이프로부터 발생된 낮은 온도가 반도체칩(100)까지 전달되는데 제3플레이트(23), 제2플레이트(33), 제1플레이트(32) 및 접착부재, 즉 4개의 구성을 거쳤던 종래의 제3플레이트(23)와는 달리, 본 발명의 일실시예에서는 제3플레이트(230)가 히트파이프로 이루어짐으로써, 제3플레이트(230)로부터 발생된 낮은 온도가 반도체칩(100)까지 전달되는데 제2플레이트(220)와 제1플레이트(210) 및 접착부재(110), 즉 3개의 구성만 거치게 되어, 종래의 제3플레이트(23)에 비해 더욱 효율적으로 반도체칩(100)의 발열을 낮출 수 있다.Therefore, the low temperature generated from the heat pipe is transmitted to the semiconductor chip 100, and the conventional method that has gone through the third plate 23, the second plate 33, the first plate 32 and the adhesive member, that is, the four configurations. Unlike the third plate 23, in one embodiment of the present invention, the third plate 230 is made of a heat pipe, so that the low temperature generated from the third plate 230 is transmitted to the semiconductor chip 100. The two plates 220, the first plate 210, and the adhesive member 110, that is, only three components are passed through, and the heat generation of the semiconductor chip 100 can be reduced more efficiently than the conventional third plate 23. there is.

또한, 제3플레이트(230)의 열전도율이 높음으로써, 반도체칩(100)으로부터 발생된 높은 온도가 제3플레이트(230)에 고루 분산되어 반도체칩(100)의 발열을 용이하게 낮출 수 있다.In addition, since the thermal conductivity of the third plate 230 is high, the high temperature generated from the semiconductor chip 100 is evenly distributed to the third plate 230 , thereby easily reducing heat generation of the semiconductor chip 100 .

이로 인해, 제3플레이트(230)는 히트파이프로 이루어짐으로써, 파워모듈의 냉각효율을 높일 수 있고, 파워모듈의 고속 동작 및 고 집접화에 따라 칩 내부 회로의 접합 온도 증가로 인한 발열량이 감소되기 때문에 반도체칩(100)의 특성, 예를 들면 리플레쉬 특성, 동작속도, 수명 등을 종래기술에 비해 더욱 증가시킬 수 있다.For this reason, the third plate 230 is made of a heat pipe, so that the cooling efficiency of the power module can be increased, and the amount of heat generated due to the increase in junction temperature of the circuit inside the chip is reduced according to the high-speed operation and high integration of the power module. Therefore, the characteristics of the semiconductor chip 100, for example, refresh characteristics, operation speed, lifespan, etc., can be further increased compared to the prior art.

한편, 제3플레이트(230)는 그 두께가 약 0.8mm로 이루어진 것으로서, 현존하는 히트파이프 중 가장 얇은 두께로 이루어져 있다.Meanwhile, the third plate 230 has a thickness of about 0.8 mm and is the thinnest among existing heat pipes.

이로 인해 방열기판(200)은 효율적인 냉각성능을 발휘함과 동시에 소형화됨으로써, 파워모듈의 중량 및 크기를 줄일 수 있다.Due to this, the heat dissipation substrate 200 exhibits efficient cooling performance and is miniaturized at the same time, thereby reducing the weight and size of the power module.

그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제3플레이트(230)는 그 단면길이가 제1플레이트(210) 및 제3플레이트(230)의 단면길이보다 길게 형성되어 있다.And, as shown in FIGS. 3 and 4 , the cross-sectional length of the third plate 230 is longer than that of the first plate 210 and the third plate 230 .

따라서, 제3플레이트(230)에서 제1플레이트(210) 및 제2플레이트(220)와 접촉되지 않은 나머지 영역은 냉각기(300)가 용이하게 배치될 수 있다.Accordingly, the cooler 300 can be easily disposed in the remaining area of the third plate 230 that is not in contact with the first plate 210 and the second plate 220 .

이러한 제3플레이트(230)는 제1채널벽(231)이 형성된다.The first channel wall 231 is formed on the third plate 230 .

제1채널벽(231)은 제3플레이트(230)의 내부에서 다수개로 형성된 것으로서, 냉각기(300)가 형성된 방향으로부터 그 반대방향으로 연장되고, 연장된 방향의 수직한 방향으로 다수개가 상호 이격된다.The first channel wall 231 is formed in plurality inside the third plate 230, extends in the opposite direction from the direction in which the cooler 300 is formed, and is spaced apart from each other in a direction perpendicular to the direction in which the cooler 300 is formed. .

즉, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 Y축 방향으로 연장되고, X축 방향으로 상호 등간격으로 이격되어 형성된다.That is, as shown in FIGS. 2 and 4, they extend in the Y-axis direction and are spaced apart from each other at equal intervals in the X-axis direction.

이로 인해, 각각 제1채널벽(231) 사이에는 히트파이프의 기능을 위한 기화성 물질이 수용될 수 있다.For this reason, a volatile material for the function of the heat pipe may be accommodated between the respective first channel walls 231 .

냉각기(300)는 반도체칩(100)으로부터 발생된 열을 냉각시키는 것으로서, 제3플레이트(230)의 상면에서 제1플레이트(210) 및 제2플레이트(220)와 겹치지 않는 위치에 배치된다.The cooler 300 cools the heat generated from the semiconductor chip 100 and is disposed on the upper surface of the third plate 230 at a position that does not overlap the first plate 210 and the second plate 220 .

더욱 상세하게는 냉각기(300)는 제3플레이트(230)의 상면에서 제1플레이트(210) 및 제2플레이트(220)의 측면방향에 배치된다.More specifically, the cooler 300 is disposed on the upper surface of the third plate 230 in the lateral direction of the first plate 210 and the second plate 220 .

이는 본 발명의 제3플레이트(230)의 냉각효율이 높아짐으로써, 냉각수와의 단면적을 증가시키기 위해 방열기판(200)의 하면에서 방열기판(200)과 동일한 면적으로 이루어졌던 종래와 달리, 본 발명의 일실시예에 냉각기(300)를 소형화 하여 제3플레이트(230)의 상면에 배치시킬 수 있는 것이다.This is because the cooling efficiency of the third plate 230 of the present invention is increased, unlike the prior art in which the lower surface of the heat dissipation substrate 200 has the same area as the heat dissipation substrate 200 in order to increase the cross-sectional area with the cooling water, the present invention In one embodiment, the cooler 300 can be miniaturized and placed on the upper surface of the third plate 230.

이로 인해, 파워모듈의 크기를 약 70% 감소시켜 더욱 효율적으로 소형화할 수 있다.Due to this, the size of the power module can be reduced by about 70% and can be miniaturized more efficiently.

이때, 냉각기(300)는 제3플레이트(230)에 서멀그리스(232: THERMAL GREESE)를 매개로 하여 결합된다.At this time, the cooler 300 is coupled to the third plate 230 via thermal grease 232 .

즉, 서멀그리스(232)는 냉각기(300)와 제3플레이트(230) 사이의 열전도성을 증가시켜 줌으로써, 냉각기(300)의 낮은 온도가 반도체칩(100)으로부터 제3플레이트(230)로 용이하게 전달될 수 있어, 제3플레이트(230)의 높은 온도를 효율적으로 낮춰줄 수 있다.That is, the thermal grease 232 increases the thermal conductivity between the cooler 300 and the third plate 230, so that the low temperature of the cooler 300 is easily transferred from the semiconductor chip 100 to the third plate 230. It can be transmitted to the high temperature of the third plate 230 can be effectively lowered.

또는, 제3플레이트(230)의 높은 온도가 서멀그리스(232)로 인해 효율적으로 분산되어 제3플레이트(230)의 높은 온도를 효율적으로 낮춰줄 있다.Alternatively, the high temperature of the third plate 230 is efficiently dispersed by the thermal grease 232 to effectively reduce the high temperature of the third plate 230 .

이러한 냉각기(300)는 제2채널벽(310)이 형성된다.In this cooler 300, a second channel wall 310 is formed.

제2채널벽(310)은 냉각기(300)의 내부에서 다수개로 형성된 것으로서, 제1채널부가 상호 이격된 방향으로 연장되고, 연장된 방향의 수직한 방향으로 다수개가 상호 이격된다.A plurality of second channel walls 310 are formed inside the cooler 300, and the first channel portions extend in a mutually spaced direction, and a plurality of second channel walls 310 are spaced apart from each other in a direction perpendicular to the extending direction.

즉, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 X축 방향으로 연장되고, Y축 방향으로 상호 등간격으로 이격되어 형성된다.That is, as shown in FIGS. 2 and 5, they extend in the X-axis direction and are spaced apart from each other at equal intervals in the Y-axis direction.

이로 인해, 냉각수는 각각의 제2채널벽(310) 사이에서 용이하게 유동할 수 있다.Due to this, the cooling water can easily flow between the respective second channel walls 310 .

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 파워모듈은, 제3플레이트(230)는 제1플레이트(210)와 동일한 재질로 이루어짐으로써, 열팽창계수의 차이로 인한 파워모듈의 깨짐 현상을 최소화할 수 있다.As described above, in the power module according to the present invention, the third plate 230 is made of the same material as the first plate 210, so that cracking of the power module due to a difference in thermal expansion coefficient can be minimized.

제3플레이트(230)가 반도체칩(100)으로부터 발생된 열을 방열시키는 히트파이프로 이루어짐으로써, 제3플레이트(230)가 일반적으로 구리 또는 알루미늄으로만 이뤄진 제3플레이트(230)에 비해 열에너지의 전달 정도를 나타내는 열전도율이 약 10~20배 증가한다.Since the third plate 230 is made of a heat pipe that dissipates the heat generated from the semiconductor chip 100, the third plate 230 generally has less heat energy than the third plate 230 made of only copper or aluminum. The thermal conductivity, which indicates the degree of transfer, increases about 10 to 20 times.

즉, 파워모듈의 냉각효율을 더욱 상승시킬 수 있다.That is, the cooling efficiency of the power module can be further increased.

또한, 제3플레이트(230)로부터 발생된 낮은 온도가 반도체칩(100)까지 전달되는데 제2플레이트(220)와 제1플레이트(210) 및 접착부재(110), 즉 3개의 구성만 거치게 되어, 종래에 비해 더욱 효율적으로 반도체칩(100)의 발열을 낮출 수 있다.In addition, the low temperature generated from the third plate 230 is transmitted to the semiconductor chip 100, and only passes through the second plate 220, the first plate 210, and the adhesive member 110, that is, three components, Heat generation of the semiconductor chip 100 can be reduced more efficiently than in the prior art.

제3플레이트(230)는 그 두께가 약 0.8mm로 이루어짐으로써, 방열기판(200)이 효율적인 냉각성능을 발휘함과 동시에 소형화되어 파워모듈의 중량 및 크기를 줄일 수 있다.Since the thickness of the third plate 230 is about 0.8 mm, the heat dissipation substrate 200 exhibits efficient cooling performance and at the same time is miniaturized, thereby reducing the weight and size of the power module.

냉각기(300)가 제3플레이트(230)의 상면에서 제1플레이트(210) 및 제2플레이트(220)의 측면방향에 배치됨으로써, 파워모듈의 크기를 약 70% 감소시켜 더욱 효율적으로 소형화할 수 있다.Since the cooler 300 is disposed in the lateral direction of the first plate 210 and the second plate 220 from the upper surface of the third plate 230, the size of the power module can be reduced by about 70% and more efficiently miniaturized. there is.

본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the technical idea of the present invention.

100: 반도체칩 110: 접착부재
200: 방열기판 210: 제1플레이트
220: 제2플레이트 230: 제3플레이트
231: 제1채널벽 232: 서멀그리스
300: 냉각기 310: 제2채널벽
100: semiconductor chip 110: adhesive member
200: heat sink 210: first plate
220: second plate 230: third plate
231: first channel wall 232: thermal grease
300: cooler 310: second channel wall

Claims (6)

하나 또는 그 이상의 반도체칩;
상면에 상기 반도체칩이 접합되는 방열기판; 및
상기 방열기판의 상면에서 상기 반도체칩과 겹치지 않는 위치에 배치되어 상기 반도체칩으로부터 발생된 열을 냉각시키는 냉각기;를 포함하되,
상기 방열기판은,
상면에 상기 반도체칩이 실장되는 제1플레이트;
상면에 상기 제1플레이트가 적층되는 제2플레이트; 및
상면에 상기 제2플레이트가 적층되는 제3플레이트;를 포함하고,
상기 제3플레이트는,
상기 반도체칩의 발열을 방열시키는 히트파이프이고,
상기 냉각기는,
상기 제3플레이트의 상면에서 상기 제1플레이트 및 제2플레이트의 측면방향에 배치되는 것
인 파워모듈.
one or more semiconductor chips;
a heat dissipation substrate to which the semiconductor chip is bonded; and
A cooler disposed on the upper surface of the heat dissipation substrate at a position that does not overlap the semiconductor chip to cool the heat generated from the semiconductor chip;
The heat sink,
a first plate on an upper surface of which the semiconductor chip is mounted;
a second plate on which the first plate is stacked on an upper surface; and
Including; a third plate on which the second plate is stacked on an upper surface,
The third plate,
A heat pipe for dissipating heat generated from the semiconductor chip;
the cooler,
Arranged in the lateral direction of the first plate and the second plate on the upper surface of the third plate
in power module.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제3플레이트의 단면길이는,
상기 제1플레이트 및 제2플레이트의 단면길이보다 긴 것
인 파워모듈.
The method of claim 1, wherein the cross-sectional length of the third plate,
Longer than the cross-sectional lengths of the first and second plates
in power module.
제1항에 있어서, 상기 제3플레이트의 내부에는,
상기 냉각기가 형성된 방향으로부터 그 반대방향으로 연장되고, 연장된 방향의 수직한 방향으로 다수개가 상호 이격된 제1채널벽이 형성되고,
상기 냉각기의 내부에는,
다수개의 상기 제1채널벽이 상호 이격된 방향으로 연장되고, 연장된 방향의 수직한 방향으로 다수개가 상호 이격된 제2채널벽(310)이 형성된 것
인 파워모듈.
The method of claim 1, wherein inside the third plate,
A plurality of first channel walls extending in a direction opposite to the direction in which the cooler is formed and spaced apart from each other in a direction perpendicular to the extending direction are formed;
Inside the cooler,
A plurality of first channel walls extending in a direction spaced apart from each other, and a plurality of second channel walls 310 spaced apart from each other in a direction perpendicular to the extending direction are formed.
in power module.
제1항에 있어서,
상기 냉각기와 상기 제3플레이트의 사이에는 서멀그리스(THERMAL GREESE)가 도포되는 것
인 파워모듈.
According to claim 1,
Thermal grease is applied between the cooler and the third plate.
in power module.
제1항에 있어서,
상기 제1플레이트는 구리 또는 알루미늄 중 어느 하나로 이루어지고,
상기 제2플레이트는 세라믹으로 이루어지되,
상기 제3플레이트는 상기 제1플레이트와 동일한 재질로 이루어진 것
인 파워모듈.
According to claim 1,
The first plate is made of either copper or aluminum,
The second plate is made of ceramic,
The third plate is made of the same material as the first plate.
in power module.
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