KR100228210B1 - 대전력용 반도체의 냉각장치 - Google Patents

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KR100228210B1 KR1019970035506A KR19970035506A KR100228210B1 KR 100228210 B1 KR100228210 B1 KR 100228210B1 KR 1019970035506 A KR1019970035506 A KR 1019970035506A KR 19970035506 A KR19970035506 A KR 19970035506A KR 100228210 B1 KR100228210 B1 KR 100228210B1
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Abstract

본 발명은 대전력용 반도체의 냉각장치에 관한 것으로 장방형으로 된 방열판 일측면 물공급통로로 냉각수가 공급되어 이와 연결된 구멍을 통하여 방열판 상면의 요입홈으로 냉각수가 순환되면서 물배출통로로 유출되도록 하여 대전력용 반도체의 케이스 내부에서 발생된 열을 케이스 외부로 열전도 및 방열시키는 케이스 저판 부위를 냉각수에 접촉되게 한 직접 냉각방식의 냉각장치를 제공하여 방열효과를 증대시키도록 구성된 것이다.

Description

대전력용 반도체의 냉각장치
본 발명은 전력공급시 필요에 따라 전력량을 조절하여 공급시키는데 설치되는 대전력용 반도체(High Power Semiconductor)에 다량의 열이 발생되어 구조상의 결함이 발생되는 것을 방지하기 위한 대전력용 반도체의 냉각장치에 관한 것이다.
종래에는 대전력용 반도체의 열전도성 케이스 저판 외면에 다양한 형상의 냉각휜(Cooling Fin)이 돌출 형성된 동 또는 알루미늄재의 방열판(Heat Sink)을 밀착 대접되게 착설시키고, 방열판 주변에 홴(Fan)을 설치하여 냉각공기를 방열판에 공급하여 주어 대전력용 반도체에서 발생되는 열을 방산시킨다던가 장방형으로된 방열판 내부에 냉각매체인 냉각 공기 또는 냉각수가 공급되어져 이의 순환에 의한 방열판의 공냉 또는 수냉에 의한 간접 냉각 방식으로 대전력용 반도체에서 발생되는 열을 방산시키는 것이 있으나 전자는 대전력용 반도체를 안전하게 사용하기 위한 온도를 유지하기 위해서는 대전력용 반도체에서 발생되는 다량의 열을 방산시켜야 하므로 넓은 면적의 방열판이 소요되어 공간을 많이 차지하게 되고, 후자는 대전력용 반도체에 다량의 열발생으로 인하여 방열판의 온도가 상승되면 이를 냉각시키기 위해 냉각공기 또는 냉각수의 공급속도를 빠르게 진행시켜야 될뿐만 아니라 방열판이 고열에 의해 변형이 발생되는 것을 방지하기 위해 발생열을 신속하게 흡수 제거하기 위하여 열전도성이 우수한 동 또는 알루미늄으로 된 금속재로 제작해야 하므로서, 고가의 제작비 및 설치비, 보수유지비로 인한 경제적 부담감을 갖는 문제점이 있었다. 이때, 대전력용 반도체의 열적인 등가회로를 나타낸 표 1에 의해 그 부위별 열발생비를 살펴보면, 전체 평균전력손실이 PT라면, 케이스 온도(TC)는 TC= TJ- PTRJC이 되고, 방열판 온도(TS)는 TS= TC- PTRCS이 되며, 주변온도(TA)는 다음과 같다.
TA= TS- PTRSA
그리고 TJ- TA= PT(RJC+RCS+RSA) 이다. 여기서
RJC는 접합면에서 대전력용 반도체 케이스까지의 열저항,
Figure kpo00002
/W
RCS는 대전력용 반도체 케이스에서 방열판까지의 열저항,
Figure kpo00003
/W
RSA는 방열판에서 주변까지의 열저항,
Figure kpo00004
/W
이러한 이론적 공식에 의하여 종래의 간접 냉각방식으로 된 대전력용 반도체의 냉각장치는 최대전력 소모 PT는 일반적으로 TC= 25
Figure kpo00005
에서 나타나고, 주변온도가 TA= TJ(max) = 150
Figure kpo00006
로 증가하였다면, RJC에서 40
Figure kpo00007
의 열이 발생되고, RCS에서 10
Figure kpo00008
의 열이 발생되며, RSA에서 50
Figure kpo00009
의 열이 발생되는 것이 일반적이다.
Figure kpo00010
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 방열판의 냉각수 순환에 의해 대전력용 반도체의 케이스 저판 부위를 냉각수에 접촉되게 한 직접 냉각방식을 통하여 RCS에서 발생되는 10
Figure kpo00011
의 열을 그 이하로 감소시키고, RSA에서 발생되는 50
Figure kpo00012
의 열은 완전히 배제시키는 냉각장치를 제공하고자 창안된 것으로서, 장방형으로 된 방열판의 물공급통로로 냉각수가 공급되어 이와 연결된 구멍을 통하여 방열판 상면의 요입홈으로 냉각수가 순환되면서 물배출 통로로 유출되도록 하여 대전력용 반도체의 케이스 내부에서 발생된 열을 케이스 외부로 열전도 및 방열시키는 케이스 저판 부위를 냉각수에 접촉되게 한 직접 냉각방식으로 되어 냉각수의 순환에 의해 방열판과 대전력용 반도체를 동시에 냉각시키도록 구성된 것이다.
제1도는 본 발명의 구성을 보인 분리 사시도.
제2도는 본 발명의 결합상태를 보인 요부발췌 종단면도.
제3도는 제2도의 좌측면도.
제4도는 본 발명에 따른 다른 실시예를 보인 분리 사시도.
제5도는 제4도의 결합상태를 보인 요부발췌 종단면도.
제6도는 종래의 방열판 구조를 보인 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,1',1a : 방열판 2,2a : 물공급통로
2',2b : 물배출통로 3,3' : 구멍
4 : 요입홈 5,5',5" : 패킹요홈
6,6',6" : 밀폐용 고무패킹링 7 : 대전력용 반도체
8 : 케이스 8' : 케이스 저판
9,9' : 나사공 10,10' : 볼트
12 : 격판 13 : 수로공
14,14' : 결합공
이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
장방형으로 된 방열판(1) 일측면 중앙부에 물공급통로(2)와 물배출통로(2')가 각각 천공 횡설되어 이의 내측단 수직 상부로 구멍(3)(3')이 관통된 방열판(1) 상면에 물공급통로(2)와 물배출통로(2')의 구멍(3)(3')과 연결되어 수로의 역할을 하는
Figure kpo00013
형 요입홈(4)이 형성되고, 요입홈(4) 외측 둘레에는 패킹요홈(5)이 형성되어 이에 밀폐용 고무패킹링(6)이 눌러지게 개재되어 통상의 대전력용 반도체(7) 케이스(8)의 열전도성 케이스 저판(8') 외면을 방열판(1) 상면에 밀착대접되게 위치시켜 대전력용반도체(7)가 방열판(1)의 나사공(9)(9')에 볼트(10)(10')로 나합 고정된 구성이다.
도면중 미설명 부호 11,11' 는 방열판에 물공급 및 배출을 시키기 위해 설치되는 호스연결용 니플 또는 파이프를 연결하기 위한 나사부이고, 15는 밀폐용 캡이다.
이와같이 구성된 본 발명은 사용시 방열판(1)의 물공급통로(2)로 냉각수가 공급되어 구멍(3)을 통하여 상부로 흘러 올라가 방열판(1) 상면의 요입홈(4)으로 순환되면서 구멍(3')을 통해 물배출통로(2')로 유출되는 것으로 냉각수가 순환시 대전력용 반도체(7)의 케이스(8) 내부에서 발생된 열을 외부로 열전도 및 방열시키는 케이스 저판(8') 부위를 냉각수에 직접 접촉되게 하여 냉각수가 순환되면서 방열판(1)과 대전력용 반도체(7)를 동시에 냉각시키는 직접 냉각방식에 의하여 방열효과를 증대시켜 주므로서, 대전력용반도체(7)에 다량의 열이 발생되더라도 신속히 흡수제거하여 대전력용 반도체(7)의 발열량을 감소시킬 수 있는 것이 특징이다.
또한, 이러한 구성의 본 발명은 대전력용 반도체(7)의 크기 및 발열량에 따라 방열판(1) 상면의 수로의 역할을 하는 요입홈(4)의 형상을
Figure kpo00014
형,
Figure kpo00015
형,
Figure kpo00016
형,
Figure kpo00017
형 등으로 다양하게 선택 형성되어 물공급통로(2)와 물배출통로(2')의 위치를 방열판(1)의 전,후,좌,우, 측면에 요입홈의 형상에 따라 이동시켜 천공 횡설시키고, 이의 내측단 수직상부로 방열판(1) 상면의 요입홈과 연결되게 구멍을 관통시켜 냉각수가 순환되도록 수로를 연결시켜 사용할 수도 있는 것이다.
제3도 및 제4도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로 상기 구성과 동일한 부분은 동일 부호로 표시되어 있다.
방열판(1) 상면의 요입홈(4)과 패킹요홈(5)을 방열판(1')에 일체로 형성하지 않고 분리하여 별도의 격판(12)에 형성시키되, 격판(12)에는 상기 요입홈으로 사용되는
Figure kpo00018
형 수로공(13)이 형성되고, 수로공(13) 외측 둘레의 상면과 저면에는 패킹요홈(5')(5")이 대응되게 형성되어 이에 밀폐용 고무패킹링(6')(6")이 눌러지게 개재되어 통상의 대전력용 반도체(7)의 케이스 저판(8')과 방열판(1') 상면 사이에 격판(12)을 상호 밀착 대접되게 위치시켜 대전력용 반도체(7)가 볼트(10)(10')로 격판(12)의 결합공(14)(14')을 통하여 방열판(1')의 나사공(9)(9')에 나합 고정된 구성으로서, 이의 작용 효과는 상기 구성의 본 발명과 동일하게 방열효과를 발생시키는 냉각장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 방열에 필요한 냉각매체인 냉각수를 공급하여 냉각수 순환에 의한 직접 냉각방식으로 되어 있어 방열효과를 최대한 증대시킬 수 있고, 방열판에는 대전력용 반도체에서 발생되는 열의 전달정도가 미약하기 때문에 냉각수의 공급속도를 빠르게 진행시킬 필요가 없을뿐만 아니라 방열판의 재질을 고가의 동 또는 알루미늄의 금속재를 사용할 필요없이 플라스틱이나 베이클라이트(Bakelite) 등의 수지를 사용하여도 변형이 발생되지 않으며, 간단한 구조의 조립식으로 되어 있어 보수교체가 용이하므로서, 제작비 및 설치비, 보수유지비를 절감시킬 수 있도록 하여 통상의 대전력용 반도체에서 대부분 발생되는 다량의 열을 방열판의 냉각에 의존하지 않고서도 보다 효율적으로 열을 방산시켜 사용할 수 있게 하는 개량된 냉각장치를 제공하는 것이다.

Claims (2)

  1. 장방형으로 된 방열판(1) 일측면 중앙부에 물공급통로(2)와 물배출통로(2')가 각각 천공 횡설되어 이의 내측단 수직상부로 구멍(3)(3')이 관통된 방열판(1) 상면에 물공급통로(2)와 물배출통로(2')의 구멍(3)(3')과 연결되어 수로의 역할을 하는 요입홈(4)이 형성되고, 요입홈(4) 외측 둘레에는 패킹요홈(5)이 형성되어 이에 밀폐용 고무패킹링(6)이 눌려지게 개재되어 통상의 대전력용 반도체(7) 케이스(8)의 열전도성 케이스 저판(8') 외면을 방열판(1) 상면에 밀착 대접되게 위치시켜 대전력용 반도체(7)가 방열판(1)에 나합 고정된 구성을 특징으로 하는 대전력용 반도체의 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서, 방열판(1) 상면의 요입홈(4)과 패킹요홈(5)을 방열판(1')에 일체로 형성하지 않고, 분리된 격판(12)에 상기 요입홈으로 사용되는 수로공(13)이 형성되고, 수로공(13) 외측 둘레의 상면과 저면에는 패킹요홈(5')(5")이 대응되게 형성되어 이에 밀폐용 고무패킹링(6')(6")이 눌러지게 개재되어 통상의 대전력용반도체(7)의 케이스 저판(8')과 방열판(1') 상면 사이에 격판(12)을 상호 밀착 대접되게 위치시켜 나합 고정된 구성을 특징으로 하는 대전력용 반도체의 냉각장치.
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