KR100901539B1 - 관련 다공 금속 방열판을 구비한 전기 버스 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR100901539B1
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켈리 더블유. 아놀드
제임스 티. 돌치
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비에이이 시스템즈 랜드 앤 암어먼츠 엘.피.
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Abstract

반도체 부품이 전기 도전성 방열판에 납땜된 모듈이 형성된다. 전기 도전성 방열판은 전자 장치에서 전기 버스로서 작용하도록 형성된다. 반도체 부품의 칩들은 방열판의 표면에 야금학적으로 접합된다. 방열판은 방열판의 내부를 통해 유동하는 열전달 유체를 사용하며 내부는 내부 요소를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 내부 요소는 복수개의 은 도금 구리 볼들이다. 구리 볼들은 조립 공정에서 서로에 대해 그리고 방열판의 벽에 대해 브레이징된다. 방열판의 하우징은 통상적으로 구리로 제조되고 그 일 면은 방열판의 하우징 몰리브덴 표면의 팽창 및 수축이 칩의 실리콘 표면의 팽창 및 수축과 유사하도록 몰리브덴으로 제조됨으로써, 열 신축으로 인한 칩 기판 균열 및 파손의 문제를 방지한다.
방열판, 전기 버스, 반도체 부품, 열전달 유체, 내부 요소

Description

관련 다공 금속 방열판을 구비한 전기 버스 및 그 제조 방법{ELECTRICAL BUS WITH ASSOCIATED POROUS METAL HEAT SINK AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}
본 출원은 그 전체 내용이 인용으로서 본 명세서에 합체된 2000년 11월 7일 출원된 본 발명의 발명자의 계류 중인 출원 제09/708,182호의 부분 계속 출원이다.
본 발명은 일반적으로 반도체 부품으로부터 열을 방출하기 위한 수단을 구비한 전기 버스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 부품이 방열판(heat sink)의 표면에 납땜(soldering)에 의해 직접적이고 야금학적으로 부착된 전기 도전성 다공 금속 방열판을 포함하는 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전자 장치용 다공 금속 방열판을 제조하는 방법을 포함한다.
많은 전자 금속 부품들은 작업 중에 열을 생성한다. 이런 특성은 전자 장치가 전력을 생성하고 전달하고 전환하기 위해 사용되는 경우 심해진다. 출원인의 관련 출원(상기에서 언급)에 인용된 이런 효과의 현저한 예는 전기 견인 전동기에 사용되는 인버터이다. 기관차, 도로용 차량, 비도로용 차량을 포함하는 중형 전기 차량은 차량의 바퀴 또는 선로를 회전시키는 전기 동력 견인 전동기에 의해 구동된다. 이들 견인 전동기는 교류 전원(이하, AC 전원) 상에서 작동하지만, 차량의 에너지원에 의해 공급되는 전력은 통상적으로 직류이다. 따라서 이러한 직류 전원( 이하, DC 전원)은 인버터에서 AC 전원으로 전환되어야 한다. 또한, 이런 견인 전동기의 회전 속도는 일반적으로 AC 전원의 주파수에 의해 제어된다. 전력 생성 정류/전환/전압 제어/주파수 제어 시스템(이하, 전력 컨버터)은 복수개의 반도체 장치 및 이들 반도체 장치를 제어하기 위한 집적 회로를 이용해야만 하며, 이들은 모두 상당한 양의 열을 생성한다. 많은 그 밖의 전기 응용 제품은 반도체 장치 및 이들을 제어하기 위한 집적 회로의 사용을 필요로 한다. 따라서, 이들도 역시 생성된 열을 방출하기 위한 일정 수단이 필요하다.
전기 차량에서 사용되는 전력 컨버터에서 생성되는 열을 방열하기 위해, 현재의 차량은 공냉 시스템 또는 수냉 방열판을 사용하거나 이들 모두를 조합하여 사용하고 있다. 마찬가지로, 그 밖의 현재의 전기 응용 제품은 대부분 주로 공냉식인 일부 방열 방법을 필요로 한다. 현재의 냉각 방법은 여러 가지 문제를 야기한다.
공냉식을 채용하는 임의의 장치의 경우, 장치 주변에는 충분한 양의 공기가 열을 제거하기 위해 유동할 적절한 공간이 있어야 한다. 특수한 경우의 전기 견인 전동기용 전력 컨버터에서, 견인 전동기 응용 제품은 통상 3상 AC 전원을 이용하기 때문에 여섯 개의 동력 반도체 스위치 조립체와 여섯 개의 다이오드가 이용되어야 한다. 전동기의 전기적 조건은 전원 반도체 및 이에 수반하는 다이오드, 센서, 스위치 구동자 회로 등과 함께 전력 컨버터에 커패시터 뱅크가 존재할 것을 요구한다. 따라서 요구되는 구성 부품의 수는 상당한 공간 조건을 필요로 한다. 따라서 이런 공간 조건은 전력 컨버터 부품 둘레에 공기 유동을 수용하기 위한 공간을 필 요로 할 경우 더욱 심각하게 악화된다. 이런 공간 조건 문제는 모든 공냉식 전자 장치에 공통적이다.
냉각 공기 유동을 위한 개방 공간에 대한 요구에 직접 모순되는 점은 모든 전자 장치는 봉지되어 통풍되지 않는 환경에서 가장 잘 기능한다는 사실이다. 이런 유형의 환경은 오염물이 축적될 가능성을 감소시킨다. 오염물 축적은 기대하는 열전달을 방해할 뿐만 아니라 장치에 전기적 손상을 야기할 수도 있다. 따라서, 공냉은 전자 장치의 기능에 치명적인 상황을 직접적으로 형성할 수 있다.
공냉에 의해 야기되는 문제들 때문에, 현재의 일부 장치, 특히 고전력 응용 제품에서는 보다 제어된 환경을 제공하기 위해 수냉을 이용한다. 그러나, 전력 컨버터에 적절한 수냉식 방열 시스템은 일반적으로 차량에 적용하기가 용이하지 않다. 따라서, 차량이 수냉식 전력 컨버터를 이용하는 경우 수냉식이 아닌 경우 필요하지 않은 수냉 시스템을 설치해야만 한다. 따라서 더 많은 공간이 요구된다. 또한, 물의 도전 특성으로 인하여 이러한 수냉 시스템으로부터 전력 컨버터를 절연적으로 고립시키는 것이 필요하며, 이는 그 자체로서 반도체 스위치와 다이오드의 냉각을 덜 만족시키는 결과를 가져온다.
현재의 냉각 시스템을 사용함으로써, 특히 전력 컨버터를 위한 현재의 냉각 시스템에 의해 요구되는 크기 조건에 의해 발생하는 또 다른 문제는 전력 컨버터가 전력 컨버터 전용실에 수용된 대형 유닛을 포함한다는 사실에 기인한다. 이로 인해 제어 및 피드백 시스템을 위한 배선은 상당히 긴 길이, 통상적으로는 대략 60 내지 300 ㎝(2 내지 10 피트)의 길이를 가져야만 한다. 긴 길이의 배선은 중량 및 전기 정격면에 있어 짧은 길이의 배선보다 필연적으로 무겁게 된다. 긴 길이의 배선은 신호 왜곡의 가능성을 크게 증가시킨다.
중형 차량에 적절한 고전력 전기 견인 전동기는 일반적으로 유냉식이며 따라서 이런 차량은 유냉 시스템을 필요로 한다. 전력 컨버터를 냉각시키기 위해 오일과 같은 절연성 유체를 이용함으로써 방열판은 전력 컨버터 회로의 일부로서 합체될 수 있다. 따라서, 유냉식 방열판은 열을 생성하는 전자 부품이 직접 장착되는 전기 동력 버스로서 작용할 수 있다. 전기 버스를 유냉시킴으로써 달성되는 개선된 냉각 능력은 이들 전자 부품의 전기적 성능을 크게 개선하며, 따라서 아주 콤팩트한 고성능 전력 컨버터를 허용한다. 견인 전동기를 냉각시키기 위해 사용되는 동일한 유냉 시스템은 전력 컨버터를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서 공간 조건은 종래의 공냉식 및 수냉식 냉각 시스템보다 크게 줄어든다.
따라서, 본 발명의 목적은 전자 부품이 공간 조건을 크기 저감시키는 방식으로 전기 도전성 방열판에 부착된 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전자 부품이 일반적으로 편평한 조립체의 전기 도전성 방열판에 부착됨으로써 인덕턴스를 감소시키는 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부품 회로의 능동부로서 전기 도전성 방열판을 합체하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전자 부품이 전기 도전성 방열판에 야금학적으로 접합될 수 있도록 하는 것이다.
전기 도전성 방열판의 필요 조건 및 본 발명의 목적은 다음과 같다.
1. 방열판은 냉각 유체의 균일한 분포 및 통과를 허용하도록 균일하게 분포된 복수개의 유로를 포함해야만 한다.
2. 방열판의 적어도 하나의 표면은 전자 부품의 야금학적 접합에 적절한 열적 그리고 전기 도전성 금속으로 제조되어야만 한다. 방열판의 다른 요소들은 전기 도전성 방열판을 제조하는 데 최적의 특성을 제공하는 금속으로 구성될 수 있다.
3. 내부 유로가 방열판으로부터 열교환 유체까지 필요한 대류 열전달을 제공하기에 충분한 표면적-체적 관계가 있어야만 한다.
4. 방열판의 모든 금속 부품은 이를 통한 열 및 전기의 전도에 대한 저항을 최소화하기 위해 서로 야금학적으로 접합되어야만 한다.
5. 전기 도전성 방열판의 접합면은 전자 부품의 야금학적 부착을 허용하도록 마련되어야만 한다.
본 발명은 반도체 부품이 일 표면에 납땜을 거쳐 직접적이고 야금학적으로 부착된 전기 도전성 방열판을 포함하는 모듈과, 관련된 전자 부품을 구비한 방열판을 제조하는 방법이다. 본 발명에 따르는 모듈로 구성될 수 있는 전자 장치의 일 예는 전기 견인 전동기용 유냉식 인버터이다. 여섯 개의 IGBT 스위치와 열두 개의 다이오드가 전기 버스로서도 작용하는 각각의 방열판에 야금학적으로 부착되며, 여섯 개의 이런 모듈이 3상 인버터의 조립체에 사용된다.
본 발명의 방열판의 바람직한 실시예에서, 중공형 금속 하우징에는 냉각 유체가 하우징을 통해 유동하도록 입구 및 출구가 끼워져 있다. 하우징은 하나의 볼로부터 다른 볼로의 도전성 열전달 및 볼들 사이의 간극을 통한 복수개의 유체 유동 경로 모두를 제공하도록 접촉 지점에서 서로 야금학적으로 접합된 복수개의 볼들로 충전된다. 금속 볼들은 볼들 주변의 개방 공간을 거쳐 유동하는 냉각 유체 내로 열을 전달하고 냉각 유체로부터 열을 방출하는 도전 경로로서 작용한다. 방열판의 다공 금속 도전 내부 요소를 형성하는 다른 방법은 금속 볼들 대신에 구리, 황동, 청동, 은 또는 알루미늄과 같은 도전성 금속의 가공 블록, 금속 양모(metal wool), 금속 펠트, 개방 셀 금속 발포제 등을 사용하는 것이다.
방열판 상에 전자 부품을 직접 장착하고자 하기 때문에 장착면인 방열판의 적어도 일 표면은 전자 부품의 열팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 갖는 열 및 전기 도전성 금속으로 제조되어야만 한다. 바람직한 실시예에서, 몰리브덴이 장착면에 사용된다. 그 밖의 금속 및 금속 합금은 열 팽창 계수가 23℃에서 4.5 내지 10 ppm/˚K 범위에 있는 경우 사용될 수 있다. 따라서, 몰리브덴으로 방열판의 일 표면을 형성함으로써 전자 부품들을 그 표면에 직접 장착시킬 수 있게 된다. 몰리브덴, 실리콘, 탄화 실리콘 및 갈륨 비소는 유사한 열팽창 계수를 갖기 때문에 방열판 장착면의 팽창과 수축은 반도체 칩의 기판의 팽창 및 수축과 유사하게 된다. 방열판 장착면 및 반도체 칩 기판인 두 요소는 가열 및 냉각 동안 동일한 정도로 팽창하고 수축하기 때문에, 구성 부품이 가열되고 냉각될 때 열적 신축으로 인해 장착면으로부터 칩이 박피되거나 칩 표면이 균열되거나 파괴되는 문제들이 제거된다.
본 발명의 핵심 요소로서 납땜된 구성 부품들을 쉽게 수용할 수 있기 위해 방열판의 몰리브덴 장착면은 니켈 도금되어야 한다. 장착면의 양 면에 대한 니켈 도금은 실리콘 칩이 납 함유 또는 무납 솔더에 의해 장착면의 외면에 납땜될 수 있도록 할 뿐만 아니라 장착면의 내면에 다공 금속 열전달 매체를 부착하고 방열판의 조립을 완료하는 데 사용되는 브레이징 공정 동안 개선된 접합면을 제공한다. 전해 니켈 도금은 전자 부품이 납땜되는 외면이면 충분하다. 그러나, 본 발명의 발명자들이 발견한 바에 따르면, 무전해 공정은 방열판의 조립에 앞서 방열판의 하우징의 내면을 적절히 니켈 도금하고 동시에 브레이징에 의해 방열판의 하우징의 내면에 다공 금속 열전달 매체를 부착하는 데 적절하다. 무전해 공정이 하우징의 내부에 이용되는 경우, 장착면의 외면에도 공정을 확장하는 것은 간단한 작업이다.
전기 도전성 방열판은 설계, 제조 및 성능에 대한 선호에 따라 선택된 개개의 구성 부품으로부터 조립될 수 있다. 이런 구성 부품은 제어된 열 팽창 장착면과, 장착면과 다른 재료로 제조되는 방열판 본체와, 단부 캡 또는 매니폴드와, 일정 범위로 교호하는 다공 금속 내부 요소를 포함할 수 있다. 이런 개개의 구성 부품에 대한 사용은 바람직한 다공 금속 내부 요소가 전기 도전성 방열판의 하우징의 내측에 용이하게 조립될 수 있도록 하고 열전달 유체 진입 및 배출을 위한 매니폴드 연결부가 제조될 수 있도록 한다. 다공 금속 내부 요소가 방열판의 하우징의 내부에 배치되고 방열판의 나머지 구성 부품이 조립된 후, 방열판의 모든 구성 부품은 브레이징에 의해 결합된다. 하우징의 구성 부품들 사이의 결합부는 최소의 기계적 성능 조건을 갖지만, 가압 유체가 누출되지 않고 방열판을 통해 유동할 수 있도록 충분히 강한 접착제를 이용하여 유닛을 실링해야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시예의 경우, 다공 금속 열전달 요소는 방열판의 하우징 내에서 비교적 작고 균일한 크기의 볼들을 서로 패킹함으로써 구성된다. 본 발명의 발명자들이 발견한 바에 따르면, 이들 볼들의 최적 직경은 0.127 내지 0.381 ㎝(0.05 내지 0.15 인치)이다. 볼들은 서로 접합되어야 하며 접합 접촉 면적은 볼들 사이의 열 및 전기 전도를 허용할 정도로 충분히 커야만 한다. 볼들 사이의 야금학적 접합은 브레이징 주기 동안 충분한 체적의 액체가 생성되어 볼들 사이의 접촉 지점을 습윤시킬 수 있을 정도로 충분한 체적의 브레이징 화합물로 볼들을 도금함으로써 달성된다. 이러한 공정은 도전성 열전달 경로의 크기를 증가시키고 열적 그리고 전기적 저항을 최소화시킨다.
바람직한 실시예에서, 도전성 열전달을 최적화하기 위해 구리 볼들이 다공 금속 열전달 요소로서 사용되며, 이는 구리가 현재의 기술로서 필요한 작은 크기의 볼들에 대한 제조를 허용하는 필수적인 연성을 갖기 때문이다. 그러나, 구리 합금은 수소 취성을 겪기 쉬우며, 따라서 볼들의 조성은 브레이징 동안 요구되는 필수적인 열적 가공을 허용하도록 제어되어야만 한다. OFHC(무산소 고전도성) 구리 합금이 선택된다. 구리 볼들은 은으로 도금되며 구리-은 공융 브레이징 화합물이 열 처리 동안 볼의 표면에 형성된다.
본 발명의 모듈은 평면형 버스 장치를 형성하도록 구성된다. 방열판 조립체의 일반적으로 평면 구조와 이에 수반하는 전자 부품은 소자의 인덕턴스를 크게 감소시킨다. 이는 반도체 부품이 보다 효율적으로 기능하도록 한다.
본 발명의 모듈은 구성 부품의 전기적 작업에 영향을 주지 않고 많은 전자 부품과 사용될 수 있다. 모든 반도체에서 칩을 통과하는 전력의 일부는 열로서 방출된다. 이는 전류가 100 A보다 클 경우 심각하게 되며 반도체를 급속히 가열하는 결과를 가져온다. 이러한 열은 반도체의 접합 온도를 허용 수준 이하로 유지하기 위해 제거되어야만 한다. 온도가 이보다 높을 경우 반도체 칩은 급속히 열화되어서 손상된다. 본 발명의 모듈과 종래 구성 부품 사이의 한 가지 핵심적 차이는 반도체 칩이 방열판에 야금학적으로 부착되어 있고 방열판은 전기적으로 고온이고 방열판 조립체는 전기 소자의 회로의 일부로서 사용된다는 점이다. 현재의 실제 반도체 칩은 전기 절연성이지만 열 도전성인 판에 장착될 수 있거나 공냉식 방열판에 직접 장착될 수 있다. 모든 경우에, 장착 수단은 본 발명의 경우보다 큰 전기 저항과 낮은 열 도전성을 갖는다. 전기 도전성 및 열 도전성 모두를 얻고자 할 경우 금속 충전 접착제, 그리즈(grease) 및 겔이 계면 물질로서 사용된다. 이런 목적을 위해 사용되는 은 충전 에폭시는 통상적으로 23℃에서 150 μΩ.㎝ 보다 큰 전기 저항과 23℃에서 10 W/mㆍK 보다 작은 열 도전성을 갖는다. 종래 계면 재료의 낮은 열 도전성은 칩으로부터의 열전달 속도가 본 발명의 경우보다 작으며 따라서 반도체를 통해 흐르는 전류는 낮은 수준의 내부 방열, 따라서 허용 가능한 접합 온도를 유지하기 위해 적게 유지되어야만 한다. 칩들이 방열판에 직접 접합되는 경우, 특히 100 A보다 큰 전류에서 I2R 가열이 계면을 가열하게 된다. 종래의 계면 재료의 저항이 클수록 계면 발열은 본 발명보다 커지게 되고, 따라서 허용 전류를 제한하는 결과를 가져온다.
본 발명의 주된 장점 중 하나는 전자 부품이 효율적으로 기능하기 위해 요구되는 공간을 크게 저감시킨다는 점이다. 본 발명의 방열판은 광대한 크기 및 중량 조건을 필요로 하는 종래의 소자와 동일한 양의 열전달을 달성한다. 본 발명에 따라 구성되는 견인 엔진 인버터 모듈은 종래 장치의 인버터 모듈에 의해 요구되는 공간의 10%만을 필요로 한다. 본 발명의 인버터 모듈의 중량도 또한 크게 저감되며 종래 인버터 모듈의 중량의 단지 20%이다. 이와 같이 크기와 중량을 획기적으로 감소시킴으로써 훨씬 적은 비용으로 구성 요소를 제조하고 "보관", 즉 수리 용도를 위한 전체 구성 부품 모듈을 비축하는 데 더 실용적이라는 추가적인 장점을 가져오게 된다.
본 발명의 다른 장점은 반도체 부품의 감소된 크기와 콤팩트한 조립으로 인해 반도체 부품들이 제어하거나 지지하는 소자에 더 인접해서 장착될 수 있도록 한다는 점이다. 이는 피드백 및 제어 시스템에 요구되는 배선의 길이를 크게 줄인다.
인버터로서 구현될 때 본 발명의 또 다른 장점은 차량의 전기 모터에서와 동일한 냉매 제어 시스템을 이용함으로써 수냉 시스템이 필요 없게 된다는 점이다.
본 발명의 또 다른 장점은 전자 부품들이 납땜될 수 있는 몰리브덴 표면을 제공한다는 점이다. 부품 회로의 칩들은 방열판의 표면상에 직접 장착됨으로써, 구성 부품 및 공간 조건을 제거한다. 방열판의 일 표면은 전기적으로 고온이며 회로의 일부로서 작용한다. 직접 부착은 반도체 부품들과 방열판 사이의 열적 및 전기적 저항을 크게 감소시킨다.
본 발명의 또 다른 장점은 모듈에 대해 얻어진 평면 구조가 인덕턴스를 감소시킨다는 점이다.
본 발명의 이들 및 그 밖의 목적과 장점들은 본 명세서에서 설명되고 도면에서 도시된 본 발명을 수행하는 현행하는 최선의 공지된 모드에 대한 설명을 참조함으로써 기술 분야의 당업자에게 자명하게 될 것이다.
도1은 IGBT 모듈과 조립되고 본 발명에 따라 구성되는 인버터 모듈의 상부측 사시도이다.
도2는 도1에 도시된 인버터의 바닥측 사시도이다.
도3은 커버판이 조립을 위해 구비된 도1에 도시된 인버터의 상부측 사시도이다.
도4는 도1에 도시된 인버터의 분해 사시도이다.
도5는 본 발명의 방열판의 사시도이다.
도6은 방열판의 하우징의 다른 실시예의 사시도이다.
도7은 내부 구성을 도시하기 위해 상부면이 제거된 방열판의 하우징의 변경 실시예의 사시도이다.
도8은 도5의 선 8-8을 따라 취한 단면도이다.
도9는 제1 변경 실시예에 따르는 내부 요소를 구비한 방열판의 단면도이다.
도10은 제2 변경 실시예에 따르는 방열판의 단면도이다.
도11은 본 발명의 방법의 개략적 흐름도이다.
본 발명은 방열판에 야금학적으로 부착된 반도체 부품의 전기 회로의 능동 소자로서 기능하는 전기 도전성 방열판을 포함하는 모듈의 구성이다. 방열판은 전기 버스로서 작용한다. 모듈에 대한 반도체 부품의 직접 부착 및 모듈의 능동적 기능은 많은 응용 제품, 특히 전력을 생성 및/또는 전달하는 제품에서 큰 장점을 제공하지만, 본 발명의 모듈을 이용하여 구성될 수 있는 전자 장치의 하나의 특별한 예는 전기 견인 전동차용 유냉식 인버터이다. 여섯 개의 IGBT 스위치 및 열두 개의 다이오드가 전기 버스로서도 작용하는 각각의 방열판에 납땜을 거쳐 야금학적으로 부착되며, 이와 같은 여섯 개의 모듈은 3상 인버터의 조립체 이용된다.
우선, 도1 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 전기 견인 전동차용 인버터(10) 내로 조립되는 냉각된 전기 버스에 부착되는 반도체들을 포함하는 모듈이다. 인버터(10)는 열전달 유체로서 오일을 이용한다. 인버터(10)는 차량 모터의 유냉 시스템과 일렬로 설치됨으로써, 추가적인 냉각 시스템이 요구되지 않는다. 이러한 콤팩트한 설계 때문에 인버터(10)는 차량의 모터에 직접 장착될 수 있다.
인버터(10)는 인버터(10)의 구성 부품들을 봉입하는 외부 하우징(12)을 포함함을 알 수 있다. 인버터(10)에 의해 생성된 전류 출력은 인버터 몸체로부터 돌출된 다중 출력 단자에서 액세스 되고 인버터(10)의 출력 브라켓(14)에 접속된다. 인버터(10)에 의한 전류 출력은 차량의 견인 바퀴들을 구동시키는 전원으로 기능한다.
차량의 모터에서 나오는 냉각 오일인 열전달 유체는 냉매 입구를 거쳐 인버 터(10)로 진입해서 냉매 출구를 거쳐 유출된다. 오일은 각각 상부면에 장착된 IGBT 스위치 조립체(18)를 갖는 방열판(16)들을 거쳐 유동한다. 각각의 IGBT 스위치 조립체는 여섯 개의 IGBT 및 열두 개의 플라이-백(fly-back) 다이오드를 포함한다. 방열판(16)에 야금학적으로 부착된 IGBT 스위치 조립체(18)는 본 발명의 모듈이다. 인버터(10)에는 여섯 개의 이와 같은 IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈이 이용된다. 여섯 개의 IGBT 모듈은 인버터(10)가 그 출력으로서 3상 AC 전류를 제공할 수 있도록 하기 위해 필수적이다. 인버터(10)에 펄싱 수단을 제공하는 저장 기구를 제공하기 위해 캐패시터 뱅크(20)가 인버터에 포함된다. 캐패시터 뱅크(20)는 나란히 고정된 복수개의 캐패시터들을 포함한다.
IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈들과 캐패시터 뱅크(20)는 적층된 버스 장치(22) 상에 장착된다. 버스 장치(22)는 두 개의 단부 판(222) 사이에 고정된 평면 중심체(221)를 포함한다. 여섯 개의 IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈들은 버스 장치(22)의 중심체(221)의 상부면 상에 장착된다. 캐패시터 뱅크(20)는 버스(22)의 중심체(221)의 하부면 상에 장착된다.
중심체(221)는 복수개의 출력 브라켓(14)을 위한 장착 수단으로서 작용한다. 출력 브라켓(14)은 생성된 전류를 인버터(10)로부터 출력 단자로 전달하는 작용을 하는 간단하고 무거운 전기 도전성 요소들이다. 따라서, 차량의 견인 바퀴에서 나온 배선은 출력 단자에 고정된다.
버스(22)의 상부면 상에서 중심체(221)의 제1 측면에서 상향 연장되는 접촉 막대는 양극형 버스(223)의 상부를 포함한다. 양극형 버스(223)도 캐패시터 뱅크 (20)를 위한 접촉 영역을 제공하기 위해 중심체(301)로부터 하향 연장된다. 중심체(221)의 전방측에서 상향 연장되는 복수개의 융기된 접촉 막대는 음극형 버스(224)를 포함한다. 중심체(221)의 중심부에서 복수개의 융기된 접촉 막대는 출력 커넥터 버스(225)를 포함한다.
버스 스트립(223, 224, 225)의 융기된 부분들은 한 쌍의 종방향 장착 채널들을 형성한다. 각각의 장착 채널들은 세 개의 IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈들을 단단히 장착하도록 사용됨으로써 여섯 개의 IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈들은 두 개의 열로 정렬된다. 양극형 버스(223)와 출력 커넥터 버스(225)는 세 개의 IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈들로 구성된 제1 열을 포함하는 제1 채널(226)을 형성한다. 음극형 버스(224)와 출력 커넥터 버스(225)는 나머지 세 개의 IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈들로 구성된 제2 열을 포함하는 제2 채널(227)을 형성한다. 제1 IGBT 스위치 조립체 열은 생성된 AC 전류의 양극 세그먼트를 120˚ 간격으로 활성화시킨다. 제2 IGBT 스위치 조립체 열도 또한 생성된 AC 전류의 음극 세그먼트를 120˚ 간격으로 활성화시킨다. 버스 장치(22)의 구조는 IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈들과 캐패시터 뱅크(20)가 일반적으로 편평한 평면적인 요소로서 조립될 수 있도록 한다. 이러한 구성은 인버터(10)에 존재하는 인덕턴스를 감소시킴으로써, IGBT 스위치 조립체(18)가 보다 신속하게 작동할 수 있도록 하며 이는 인버터(10)의 전체 성능을 개선한다.
IGBT 스위치 조립체(18)는 IGBT 스위치 조립체(18)의 반도체와 방열판(16)의 인접 면을 가로질러 흘러서 이들 인접면을 습윤(wetting)하도록 용융되는 금속 물 질을 이용한 공정에 의해 방열판(16)의 표면에 고정된다. 원하는 결과를 달성하는 한 가지 방법은 납땜이다. 방열판에 대한 반도체 칩들의 직접 부착은 계면의 열적 및 전기적 저항을 크게 감소시킴으로써, 인버터 시스템이 스위치를 과열시키지 않고 (종래 장치에 비해) 전류를 더 조작할 수 있도록 한다. 본 발명에 대한 개발은 이렇게 형성된 계면이 23℃에서 50 μΩ.㎝ 보다 작은 체적 전기 저항과 10 W/mㆍK 보다 큰 열 도전율을 가짐을 보여준다.
전기적 작용면에 있어 본 발명에 따라 구성된 전자 부품은 종래 부품과 대부분 전기적으로 동등하다. 한 가지 핵심적인 예외 사항은 방열판의 뱅크에 의해 형성된 상부면이 전기적으로 고온이고 회로의 일부로서 사용된다는 점이다. 이런 사항은 본 발명의 회로의 칩들이 방열판의 상부면 상에 직접 장착되기 때문에 부품 회로가 정상적으로 장착되는 절연판을 제거할 수 있도록 한다.
본 발명의 예시적인 실시예로서 본 명세서에서 설명된 인버터는 인버터가 설치되는 차량의 전원에 의해 생성되는 600 V의 직류 전위를 그 입력값으로 사용한다. 인버터의 출력값은 600 A 교류 전류이다. IGBT 스위치 조립체(18)는 방열판(16)의 상부면 상에 직접 장착된다. 각각의 방열판(16)은 전기적으로 고온이고 인버터 회로의 일부로서 작용한다. 바람직한 실시예에서, 방열판의 상부면은 실리콘과 유사한 열팽창 계수를 갖는 니켈 도금 몰리브덴으로 형성된다. 이는 인버터 회로의 칩의 실리콘 기판이 인버터의 가열 및 냉각에 따른 방열판의 하우징의 팽창 및 수축 정도와 유사하게 팽창하고 수축함을 의미한다. 방열판의 하우징(161)의 나머지 표면은 통상적으로 구리로 형성된다.
다음으로 도5 내지 도7을 참조하면, 방열판(16)들은 그 내부에 한 쌍의 냉매 통로(162)를 포함한다. 각각의 통로(162)는 하부 내벽(1621)에 의해 형성되는 상부 내측 상의 개방 구역을 포함한다. 개방 구역은 제1 통로(162) 내로 유입되는 열전달 유체가 하우징(161)의 내부로 넘쳐 흘러서 그 내부의 열전달 매체를 침지시킬 수 있도록 한다. 열전달 유체는 방열판(16)의 내부를 채우며, 제2 통로(162)의 개방 구역 내로 유입되어서 방열판(16)으로부터 유출된다.
도5는 방열판의 하우징(161)에 대한 바람직한 실시예를 도시한다. 하우징은 개방된 내부(163)를 구비한 중심체를 포함한다. 열전달 매체(24)가 하우징(161)의 중심체의 개방된 내부(163)에 배치된 후, 하우징(161)은 한 쌍의 단부 매니폴드(164)에 의해 실링된다. 단부 매니폴드(164)는 임의의 추가적인 전기 저항을 최소화하기 위해 여러 장의 브레이징 재료를 이용함으로써 고정된다.
도6 및 도7은 방열판의 하우징(161')의 다른 실시예를 도시한다. 하우징(161')에서, 통로(162)는 보유되지만 상부면(165)은 열전달 매체(24)를 삽입할 수 있도록 하기 위해 하우징(161')의 본체로부터 분리된다. 상부면(165)은 반도체 부품을 위한 장착면이 되며 따라서 몰리브덴으로 형성될 것으로 기대된다. 열전달 매체(24)가 개방 내부(163)로 삽입된 후, 하우징(161')은 상부면(165)을 부착하고 다시 여러 장의 브레이징 재료를 이용함으로써 실링된다.
열전달 유체는 두 열의 조립체 각각의 제1 일렬 IGBT 스위치 조립체(18)/방열판(16) 모듈의 방열판(16) 상의 상부 공급측 입구(통로 개구)를 거쳐 냉매 공급구로부터 인버터(10)로 진입한다. 제1 일렬 방열판의 제2 공급측 개구(통로 개구) 는 마개로 덮여있다. 제1 일렬 방열판의 통로(162)들은 제2 일렬 방열판의 통로(162)들에 연결되며, 이들 통로들은 다시 제3 일렬 방열판의 통로들에 연결된다. 통로들의 연결은 공지된 고무 연결체를 이용함으로써 달성된다. 인버터(10)의 출구 단부 상에서, 제3 일렬 방열판의 하부 통로 개구들은 개방되어 있고 상부 개구들은 마개로 덮혀있다.
따라서, 열전달 유체는 상부 입구로부터 각각의 방열판 열로 진입하여 이 열을 통해 유동한 후 하부 출구측에서 제3 일렬 방열판으로부터 유출된다. 열전달 유체가 열전달 매체(24)를 통해 그 둘레를 유동할 때, IGBT 스위치 조립체(18)로부터 열전달 매체(24) 내로 이송되는 열은 열전달 유체에 의해 제거된다.
바람직한 실시예에서, 열전달 유체는 전기 모터의 냉각 오일이고, 열전달 매체(24)는 복수개의 은 도금 구리 볼들이다. 구리 볼(24)들은 특유의 조립 공정에서 서로에 대해 그리고 방열판(16)의 벽에 브레이징된다. 볼들의 구형 형상은 각각의 볼(24)과 복수개의 다른 볼(24)들 및 방열판의 하우징(161)의 내벽과의 접촉을 형성하는 뛰어난 수단을 제공한다. 이는 방열판(16) 내에 뛰어난 열전달 경로를 형성한다. 볼(24)들 사이에 형성된 유동 경로는 평활한 경계를 가지며 비교적 크다. 열전달 매체를 통한 자유 유동은 모터 오일에서 나온 잔해물이 하우징(161)의 내부에서 포획되지 않도록 결정적이다.
이하, 도5 내지 도11을 참조하면, 본 발명의 방열판(16)은 다음과 같이 형성된다. 본 발명과 사용하도록 고안된 장치는 열전달 요소로서 작용하는 다공 금속 내부 요소(24)를 구비하는 방열판(16)을 필요로 한다. 열전달 요소(24)는 내부의 통로들을 통한 유체 유동을 허용한다. 바람직한 실시예에서, 다공성 열전달 내부 요소(24)는 복수개의 유체 유동 경로를 제공하도록 서로 접합된 많은 복수개의 금속 볼들로 형성된다. 내부 요소(24)를 관통하는 유동 경로는 장착면(165)으로부터 열을 전달하고 볼(24)들 둘레의 간극을 통해 유동하는 냉각 유체 내로 열을 방출하는 도전 경로로서 작용한다. 따라서 내부 요소(24)의 금속 볼들은 서로 열 전도성 접촉 상태에 있어야만 한다. 금속 볼들은 냉각 유체 내로의 대류 열전달을 위해 볼들 사이의 간극을 통해서 하나의 볼로부터 다른 볼로 그리고 복수개의 유체 유동 경로의 도전성 열전달 모두를 제공하도록 접촉 지점에서 서로 야금학적으로 접합된다.
바람직하게는, 방열판의 하우징(161)의 적어도 일 표면은 몰리브덴으로 형성된다. 몰리브덴은 실리콘, 탄화 실리콘 및 갈륨 비소와 유사한 열 팽창 계수를 갖는다. 따라서, 방열판의 적어도 일 표면을 몰리브덴으로 형성함으로써 전자 장치의 반도체 부품이 방열판(16)의 몰리브덴 표면 상에 직접 장착될 수 있도록 한다. 방열판(16)의 몰리브덴 장착면(165)은 실리콘의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 가지며, 따라서 방열판 장착면의 팽창 및 수축은 반도체 칩의 실리콘 기판의 팽창 및 수축과 유사하게 된다. 방열판 장착면(165) 및 칩 기판인 두 요소는 가열 및 냉각 동안 동일한 정도로 팽창 및 수축하기 때문에, 구성 부품이 가열되고 냉각될 때 열적 신축으로 인해 장착면으로부터 칩이 박피되거나 칩 표면(165)이 균열 및 파괴되는 문제들이 제거된다.
납땜되는 부품을 받아들일 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 핵심 요소로서 방열판의 몰리브덴 장착면(165)은 니켈 도금된다. 장착면(165)의 양 면에 대한 니켈 도금은 실리콘 칩이 납 함유 또는 무납 솔더에 의해 장착면(165)의 외면에 납땜될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 장착면(165)의 내면에 다공 금속 열전달 매체를 부착해서 방열판(16)의 조립을 완료하는 데 사용되는 브레이징 공정 동안 개선된 접합면을 제공한다. 전해 니켈 도금은 전자 부품이 납땜될 외부 장착면(165)이면 충분하다. 그러나, 본 발명의 발명자들이 발견한 바에 따르면 무전해 공정은 방열판(16)의 조립에 앞서 방열판의 하우징(161)의 내면을 적절히 니켈 도금하고 동시에 브레이징에 의해 방열판의 하우징(161)의 내면에 다공 금속 매체(24)를 부착하는 데 적절하다. 무전해 공정이 하우징(161)의 내부에 이용되는 경우 장착면(165)의 외면에도 공정을 확장하는 것은 간단한 작업이며, 이로써 전해 공정을 제거한다.
비록 몰리브덴은 니켈 도금이 아주 어렵지만, 본 발명자들이 발견한 바에 따르면 전해 공정을 이용한 플래시 코팅에 의해 적절한 니켈 도금이 장착면(165) 상에 생성될 수 있다. 이런 전해 도금은 방열판의 하우징(161)의 구성 부품들의 다른 측면을 마련하기 위해서도 사용될 수 있지만, 본 발명자들이 발견한 바에 따르면 이들 표면에 대한 도금 공정은 보론-니켈을 이용하는 무전해 공정을 이용한 플래시 코팅에 의해 크게 개선된다.
무전해 보론-니켈을 이용하여 몰리브덴 본체를 플래시 도금한 후, 도금된 부품은 열 확산 공정에서 대략 한 시간 동안 780 내지 800 ℃(1436 내지 1472 ℉)로 가열된다. 열 확산 공정은 수소 대기 또는 진공 중 어느 한 환경에서 수행될 수 있다.
전력 컨버터와 사용하도록 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 방열판(16)은 외부 치수가 대략 두께가 1.27 ㎝(0.5")이고 폭이 6.4 ㎝(2.5")이고 길이가 12.7 ㎝(5.0")인 외부 치수를 갖는 직사각형 봉입체(enclosure)로서 형성된다. 본 발명자들은 특정 용도의 조건에 따라 다양한 수, 형상 및 크기의 전자 부품이 이용될 수 있고 이에 따라 방열판의 치수가 따라 변경될 것으로 본다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 내부 열전달 요소(24)의 다공 금속 열전달 매체는 방열판의 하우징(161)의 내부에서 비교적 작고 균일한 크기의 볼들을 서로 패킹함으로써 구성된다. 본 발명의 발명자들이 발견한 바에 따르면, 이들 볼들의 최적 직경은 0.13 내지 0.38 ㎝(0.05 내지 0.15 인치)이다. 볼들은 서로에 대해 그리고 방열판의 하우징(161)에 접합되어야만 한다. 접합 접촉 면적은 장착면(165)으로부터 다공 금속 열전달 요소(24) 내로 들어가 이 요소를 통해 열과 전기가 전도될 수 있을 정도로 충분히 커야 한다. 볼들 사이의 야금학적 접합은 브레이징 주기 동안 충분한 체적의 액체가 생성되어 볼들 사이의 접촉 지점을 습윤시킬 수 있을 정도로 충분한 체적의 브레이징 화합물로 볼들을 도금함으로써 달성된다. 이러한 공정은 도전성 열전달 경로의 크기를 증가시키고 열적 그리고 전기적 저항을 최소화시킨다.
많은 서로 다른 재료와 형상이 내부 요소(24)의 개별 열전달 매체로서 선택될 수 있음은 명백하다. 그러나, 바람직한 실시예에서는 구리 볼이 사용된다. 구리 합금은 수소 취성을 겪기 쉬우며, 따라서 볼들의 조성은 브레이징 공정 동안 요구되는 필수적인 열적 가공을 허용하도록 제어되어야만 한다. 바람직한 실시예에 서 OFHC(무산소 고전도성) 구리 합금이 이용된다.
합금은 브레이징 공정에서 적절히 접합될 수 있도록 오염물이 없어야만 한다. 이런 이유로 해서, 상업상 이용 가능한 구리 볼들은 처음에는 볼의 표면으로부터 상당한 양의 재료를 제거하기 위해 화학적으로 밀링된다. 재료 제거 필요의 정도는 구입시 볼의 조건에 의해 한정된다.
볼들을 서로 접합하기 위해 구리-은 공융 브레이징 화합물이 사용된다. 구리-은 공융 합금은 우선 구리 볼 상에 은을 도금하고 이어서 적절한 양의 액화 상태를 달성하도록 최종 매트릭스를 열적으로 가공함으로써 생성된다. 바람직한 실시예에서, 볼들은 0.00127 내지 0.00254 ㎝(0.0005 내지 0.0010 인치) 두께의 짙은색 은(dull silver)으로 된 층을 구리 볼 상에 전해 도금함으로써 마련된다.
볼들이 은 도금된 후, 이들 볼들은 방열판의 하우징(161)의 내부로 도입된다. 그 후, 하우징(161)은 브레이징 고정물에 고정된다. 적절한 고정물을 이용함으로써 다공 금속 열전달 요소의 개개의 볼들을 서로 브레이징하는 작업과 방열판의 하우징(161)을 실링하는 작업이 동시에 수행될 수 있다. 다음의 열 주기가 브레이징 공정 동안 사용된다.
a) 60분 내에 524 내지 552 ℃(1,000 ± 25 ℉)로 가열
b) 20분 동안 524 내지 552 ℃(1,000 ± 25 ℉)에서 유지
c) 30분 내에 752 내지 768 ℃(1,400 ± 15 ℉)로 가열
d) 20분 동안 752 내지 768 ℃(1,400 ± 15 ℉)에서 유지
e) 5분 내에 810 내지 821 ℃(1,500 ± 10 ℉)로 가열
f) 10분 동안 810 내지 821 ℃(1,500 ± 10 ℉)에서 유지
g) 260 ℃(500 ℉)로 노냉
이어서, 최종 방열판은 전자 부품의 설치가 준비된다.
방열판(16)의 일 표면은 부품 회로를 위한 장착면으로서 사용되기 때문에, 이 표면은 비교적 편평해야만 하며 통상적으로 몰리브덴으로 형성된다. 때에 따라 브레이징 공정 동안 방열판의 하우징(161)의 벽에 볼들을 접합하는 것은 벽의 과도한 변형을 야기한다. 허용 가능한 양의 편평도 편차는 특수한 용도에 따라 달라질 수 있다. 브레이징 공정에 의해 방열판(16)의 장착면(165)이 허용 가능한 공차를 벗어나는 경우, 추가적인 가공이 요구된다.
방열판(16)의 장착면(165)의 편평도는 장착면을 가공하고 재도금함으로써 복원된다. 장착면(165)의 편평화는 압인 가공(coining) 공정에 의해 달성될 수 있다. 압인 가공 공정은 장착면이 허용 가능한 편평도 한계에 올 때까지 하우징에 고압을 인가하는 단계(냉각 성형 공정)를 포함한다.
변경 실시예
도9 및 도10은 본 명세서에 개시된 방법의 변경 실시예들을 도시한다. 이들 변경예들은 다공 금속 열전달 요소(24)를 제조하는 데 사용되는 재료 및 제조 방법의 선택에 대한 것이다. 도9는 내부에 복수개의 통로 또는 채널(26)이 가공된 구리 발포제와 같은 금속 발포제 또는 구리 블록과 같은 금속 블록을 이용하는 제1 변경 실시예(24')를 도시한다.
도10은 구리 양모 또는 구리 펠트와 같은 금속 섬유를 이용하는 방열판(24") 의 제2 변경 실시예 구성을 도시한다. 방열판(1)에 대한 가공은 금속 섬유가 재료에 고유한 통로가 형성되기 때문에 변경되지 않고 남아 있다.
상술한 내용은 본 발명을 제한하고자 함이 아니다. 기술 분야의 당업자라면 장치에 대한 다양한 변경과 개조가 본 발명의 지시를 유지하며 이루어질 수 있음을 쉽게 알 것이다. 따라서, 상술한 내용은 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.

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  49. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 반도체 부품을 상기 전기 버스에 부착하기 위해 사용되는 상기 금속 재료는 23℃에서 50 μΩ.㎝ 보다 작은 체적비 전기 저항과, 23℃에서 10 W/mㆍ˚K 보다 큰 열 전도율을 가지는 전자 장치용 모듈.
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  54. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 반도체 부품은 전력용 반도체이고,
    상기 버스는 100A를 초과하는 전류를 운반하는 전자 장치용 모듈.
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  56. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며, 상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고, 상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고, 상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며, 상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며, AC 전력을 DC 전력으로 변환하거나, DC 전력을 다른 전압의 DC 전력으로 변환하거나, DC 전력을 AC 전력으로 변환하거나, 또는 AC 전력을 다른 주파수의 AC 전력으로 변환하도록 구성된 전자 장치용 모듈을 포함하고,
    버스는 100A를 초과하는 전류를 운반하는 전력 변환 및 제어 장치.
  57. 삭제
  58. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 방열판은 이격된 격자 구조가 형성되도록 상기 방열판의 하우징의 내부면에 대해 그리고 서로에 대해 열적 및 전기적으로 연결된 복수개의 금속 구를 포함하며,
    상기 금속 구는 은 도금된 구리 볼인 전자 장치용 모듈.
  59. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 방열판은 한 쌍의 평행한 채널을 포함하며, 각각의 상기 채널은, 상기 열전달 유체가 상기 채널을 충진하여 상기 방열판의 내부로 넘쳐흘러, 상기 방열판의 내부에 내장된 열전달 매체를 둘러싸도록 채널의 상부 내측에 개방부를 가지는 전자 장치용 모듈.
  60. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 방열판은 금속 블록에 복수개의 채널을 기계 가공하여 형성된 내부 요소를 포함하는 전자 장치용 모듈.
  61. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 방열판은 금속 발포제로 형성된 내부 요소를 포함하는 전자 장치용 모듈.
  62. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 방열판은 금속 섬유로 형성된 내부 요소를 포함하는 전자 장치용 모듈.
  63. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 방열판의 하우징은 23℃에서 50 μΩ.㎝ 보다 작은 체적비 전기 저항과, 23℃에서 10 W/mㆍ˚K 보다 큰 열 전도율을 가지는 전자 장치용 모듈.
  64. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며,
    상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고,
    상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고,
    상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며,
    상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며,
    상기 방열판의 장착면은 23℃에서 4.5 내지 10 ppm/˚K 사이의 열팽창 계수를 가지는 전자 장치용 모듈.
  65. 제64항에 있어서, 상기 방열판의 상기 장착면은 몰리브덴으로 제조되는 전자 장치용 모듈.
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  67. 삭제
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  69. 적어도 하나의 반도체 부품 및 전기 버스를 포함하는 전자 장치용 모듈이며, 상기 반도체 부품은 상기 전기 버스에 야금학적으로 부착되고, 상기 전기 버스는 상기 반도체 부품을 위한 전기 전도성 방열판이고, 상기 방열판은 상기 방열판을 통해 열전달 유체의 통과가 가능하도록 내부에 적어도 하나의 관통로를 구비한 밀폐형 하우징을 포함하고, 상기 전기 버스인 상기 전기 전도성 방열판은 전기적 및 열적으로 전도성을 띠는 재료로 형성된 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 반도체 부품을 위한 장착면이고, 상기 재료는 상기 반도체 부품의 기판의 열팽창 계수와 동일한 열팽창 계수를 가지며, 상기 반도체 부품은 금속 재료에 의해 상기 전기 버스인 상기 방열판의 상기 장착면에 직접 부착되고, 상기 금속 재료는 상기 반도체 부품 및 방열판의 상기 표면을 가로질러 유동하도록 용융되어, 상기 반도체 부품이 상기 방열판에 전기적 및 열적으로 결합되도록 상기 반도체 부품을 상기 방열판에 접합시키며, AC 전력을 DC 전력으로 변환하거나, DC 전력을 다른 전압의 DC 전력으로 변환하거나, DC 전력을 AC 전력으로 변환하거나, 또는 AC 전력을 다른 주파수의 AC 전력으로 변환하도록 구성된 전자 장치용 모듈을 포함하는 전력 변환 및 제어 장치에 있어서,
    상기 방열판은 두 개의 열로 정렬되고, 각각의 상기 열은 세 개의 방열판을 포함하는 전력 변환 및 제어 장치.
  70. 제69항에 있어서, 각각의 상기 열에 있는 각각의 상기 방열판은 유체가 1개 열의 제1 방열판으로부터 상기 열의 제2 방열판과 상기 열의 제3 방열판을 통해 유동할 수 있도록 인접한 방열판과 연통하는 전력 변환 및 제어 장치.
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