KR101388781B1 - 전력 모듈용 방열 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 전력 모듈용 방열 시스템에 관한 것으로서, 냉각 매체를 제1 방향과 제2 방향으로 각각 유동시키는 제1 냉각매체 유로부와 제2 냉각매체 유로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 모듈용 방열 시스템{HEAT DISSIPATION SYSTEM FOR POWER MODULE}
본 발명은 전력 모듈용 방열 시스템에 관한 것이다.
전 세계적으로 에너지 사용량이 증가함에 따라, 제한된 에너지의 효율적인 사용에 지대한 관심을 가지기 시작했다. 이에 따라, 특허문헌 1을 비롯하여 다양한 구조의 전력 반도체 모듈의 확대 적용에 따라 시장의 요구는 더욱 다기능 소형화되고 있으며, 이에 따른 전자 부품의 발열 문제는 모듈 전체의 성능을 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있다.
따라서, 전력 반도체 모듈의 효율 증가와 고신뢰성 확보를 위해서는 위와 같은 발열 문제를 해결할 수 있는 고방열 파워모듈 패키지 구조가 요구되고 있다.
일반적으로 고용량 전력 반도체 모듈의 쿨링 시스템의 경우, 단면 쿨링 시스템과 전력 반도체 소자들이 회로를 이루고 있는 기판(DBC(Direct Bonded Copper), 메탈 인쇄회로기판, 세라믹 기판 등)으로 구성되어 있다.
이러한 구조의 전력 반도체 모듈의 경우, 단면 쿨링 시스템의 상면에 기판이 결합될 때 솔더 또는 열 인터페이스 재료(TIM: Thermal Interface Material), 열 전도성 그리스(Thermal Grease)를 사용하여 접합한다.
이러한 재료들은 일반적으로 방열 특성을 저하하므로, 전력 반도체 모듈의 방열 특성의 제약을 두게 된다. 그리고 쿨링 시스템 역시, 단순히 유로가 형성된 구조를 가지기 때문에 유체의 방열 특성의 제약이 있다.
US 6,432,750 B 2002.08.13
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 복수의 냉각매체 유로부를 통해 냉각 매체의 유동 경로를 서로 다른 방향으로 분산시켜 전력 모듈의 열을 효율적으로 분산시키기 위한 전력 모듈용 방열 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 일면과 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 복수의 제1 냉각매체 유로부를 포함하여 상기 제1 냉각매체 유로부를 통해 냉각 매체를 제1 방향으로 유동시키는 제1 방열 플레이트;
상기 제1 방열 플레이트 상에 형성된 제2 방열 플레이트; 및
상기 제1 방열 플레이트의 복수의 제1 냉각매체 유로부에 삽입된 형태로 형성되어 냉각 매체를 제2 방향으로 유동시키는 제2 냉각매체 유로부를 포함하는 방열 파이프;를 포함하고, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 복수의 제1 냉각매체 유로부와 상기 제2 냉각매체 유로부는 각각 냉각 매체의 유입구가 반대 방향으로 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 제1 방열 플레이트와 제2 방열 플레이트 각각은 방열 파이프 체결용 홈이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 방열 파이프는 상기 제1 방열 플레이트와 상기 제2 방열 플레이트에 각각 형성된 상기 방열 파이프 체결용 홈에 삽입된 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 제1 냉각매체 유로부는 상기 방열 파이프를 기준으로 복수 개의 유로로 구분될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 제1 냉각매체 유로부와 상기 제2 냉각매체 유로부를 유동하는 냉각 매체는 각각 이종 냉각 매체일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 냉각 매체는 기체 또는 액체일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 상기 제2 방열 플레이트 상에 형성된 절연층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 상기 절연층 상에 형성된 회로패턴을 포함하는 메탈층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 상기 메탈층 상에 형성된 반도체 소자;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 제1 방열 플레이트와 상기 제2 방열 플레이트는 메탈 재질 또는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 냉각 매체를 제1 방향과 제2 방향으로 각각 유동시키는 제1 냉각매체 유로부와 제2 냉각매체 유로부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 일면과 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 복수의 제1 냉각매체 유로부를 포함하여 상기 제1 냉각매체 유로부를 통해 냉각 매체를 제1 방향으로 유동시키는 제1 방열 플레이트;
상기 제1 방열 플레이트 상에 형성된 제2 방열 플레이트; 및
상기 제1 방열 플레이트의 복수의 제1 냉각매체 유로부에 삽입된 형태로 형성되어 냉각 매체를 제2 방향으로 유동시키는 제2 냉각매체 유로부를 포함하는 방열 파이프;를 포함하고, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 복수의 제1 냉각매체 유로부와 상기 제2 냉각매체 유로부는 각각 냉각 매체의 유입구가 반대 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 상기 제2 방열 플레이트 상에 형성된 절연층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 상기 절연층 상에 형성된 회로패턴을 포함하는 메탈층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 상기 메탈층 상에 형성된 반도체 소자;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 제1 냉각매체 유로부와 상기 제2 냉각매체 유로부를 유동하는 냉각 매체는 각각 이종 냉각 매체일 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템은 복수의 냉각매체 유로부를 구비하여 냉각매체를 서로 다른 방향으로 유동시키기 때문에, 전력 모듈에서 발생하는 열을 균등하게 분산시켜 방열 효과를 증대시킬 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예는 방열 파이프가 방열 플레이트에 삽입되는 형태로 형성되기 때문에, 방열 파이프의 디자인 변경이 가능하여 냉각매체 유로부를 비롯한 방열 시스템의 디자인 자유도를 향상시킬 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예는 복수의 냉각매체 유로부를 구비하여 각각의 유로부에 이종 냉각 매체를 적용할 수 있으며, 이로 인해, 냉각 매체 간의 특성을 이용하여 전력 모듈에서 발생하는 열을 균등하게 분산시킬 수 있다는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 구성을 나타내는 분해 사시도.
도 3은 도 1의 A 영역을 확대하여 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템에서의 방열 예를 설명하기 위한 도면.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
전력 모듈용 방열 시스템
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템의 구성을 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 A 영역을 확대하여 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전력 모듈용 방열 시스템에서의 방열 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 3 및 도 4에서 도시하는 바와 같이, 전력 모듈용 방열 시스템(100)은 냉각 매체를 제1 방향과 제2 방향으로 각각 유동시키는 제1 냉각매체 유로부(111)와 제2 냉각매체 유로부(121)를 포함할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 전력 모듈용 방열 시스템(100)은 제1 방열 플레이트(110), 방열 파이프(120), 제2 방열 플레이트(130), 절연층(140), 메탈층(150) 및 반도체 소자(160)를 포함할 수 있다.
먼저, 제1 방열 플레이트(110)는 일면과 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 복수의 제1 냉각매체 유로부(도 3의 111)를 포함하여 상기 제1 냉각매체 유로부(111)를 통해 냉각 매체를 제1 방향으로 유동시킬 수 있다.
도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, 제1 냉각매체 유로부(111)는 제1 방열 플레이트(110)의 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 홈이 유로를 형성하는 형태일 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, 방열 파이프(120)는 제1 방열 플레이트(110)의 복수의 제1 냉각매체 유로부(111)에 삽입된 형태로 형성되어 냉각 매체를 제2 방향으로 유동시키는 제2 냉각매체 유로부(121)를 포함할 수 있다.
이때, 방열 파이프(120)는 구리(Cu), 스테인리스 스틸(stainless steel), 알루미늄을 비롯하여 열전도도가 높은 메탈 재질 또는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 제2 방열 플레이트(130)는 제1 방열 플레이트(110) 상에 형성될 수 있다.
이때, 제1 방열 플레이트(110)와 제2 방열 플레이트(130) 각각은 방열 파이프 체결용 홈(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 방열 파이프(120)는 제1 방열 플레이트(110)와 제2 방열 플레이트(130)에 각각 형성된 방열 파이프 체결용 홈에 삽입된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제2 방열 플레이트(130)는 제1 방열 플레이트(110)를 비롯한 방열 시스템의 다른 구성과 결합할 때 냉각 매체의 누수를 방지하기 위하여 용접, O-ring을 사용한 기계적 결합, 방수 및 내열 접착체를 통한 결합 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 4의 (a)에서 도시하는 바와 같이, 복수의 제1 냉각매체 유로부(111)와 제2 냉각매체 유로부(121)는 각각 냉각 매체의 유입구가 반대 방향으로 형성되어 있으며, 이에 따라, 냉각 매체(B, C)가 유동되는 제1 방향과 제2 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
상술한 구조는 도 4의 (b)에서 도시하는 바와 같이, 냉각 매체의 온도를 균일하게 유지시키는 효과를 기대할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 제1 냉각매체 유로부(111)를 통해 유입되는 냉각 매체(B)는 초기에는 낮은 온도이지만, 제1 냉각매체 유로부(111)를 경유함에 따라 전력 모듈에서 발생하는 발열로 인해 상대적으로 높은 온도로 상승하다가, 제2 냉각매체 유로부(121)를 통해 유입되는 냉각 매체(C)의 영향으로 온도가 급격하게 상승하지 않고 일정 온도를 유지할 수 있는 것이다.
이는, 제2 냉각 매체(B)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 전력 모듈용 방열 시스템(100)은 냉각 매체가 유로부를 따라 유동할수록 온도가 상승하는 것을 반대 방향으로 흐르는 냉각 매체를 통해 D와 같은 온도를 유지하는 냉각 매체로 작용할 수 있도록 하는 것이다.
이에, 본 발명에 의한 전력 모듈용 방열 시스템(100)은 서로 다른 방향으로 유동하는 냉각 매체를 통해 균등하게 열을 분산시켜 전력 모듈에서 발생하는 열을 효율적으로 방열시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
한편, 제1 냉각매체 유로부(111)와 제2 냉각매체 유로부(121)의 냉각 매체 유동 방향은 반대 방향인 것에 한정되지 않으며, 운용자의 필요에 따라 변경 가능할 수 있다.
또한, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 제1 냉각매체 유로부(111)는 방열 파이프(120)를 기준으로 복수 개의 유로(111a, 111b)로 구분될 수 있다.
또한, 제1 냉각매체 유로부(111)와 제2 냉각매체 유로부(121)를 유동하는 냉각 매체는 각각 이종 냉각 매체일 수 있다.
상술한 냉각 매체는 기체 또는 액체 형태일 수 있으며, 예를 들어, 에어(air), 냉각수, 냉매 등일 수 있는 것이다.
예를 들어, 제1 냉각매체 유로부(111)와 제2 냉각매체 유로부(121)에 각각 에어와 냉각수를 유동시킬 수 있는 것이다.
또한, 제1 냉각매체 유로부(111)와 제2 냉각매체 유로부(121) 각각에 에어와 냉각수가 유동되도록 하는 경우, 서로는 쿨링 에어에 의해 제2 냉각매체 유로부(121)를 추가적으로 냉각시켜 줄 뿐만 아니라, 제1 냉각매체 유로부(111) 자체의 온도도 낮추는 역할을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 전력 모듈용 방열 시스템(100)은 제2 방열 플레이트(130) 상에 형성된 절연층(140), 절연층(140) 상에 형성된 회로패턴을 포함하는 메탈층(150), 메탈층(150) 상에 형성된 반도체 소자(160)를 더 포함할 수 있다.
이때, 절연층(140)은 솔젤 코팅(sol-gel coating) 공정, 세라믹 플레이트 공융 본딩(ceramic plate eutectic bonding) 공정, 오가닉 레진 시트 접합(organic resin sheet) 공정, 오가닉 레진 코팅(organic resin coating) 공정 등을 통해 형성될 수 있다.
예를 들어, 절연층(140)은 열전도성이 높은 세라믹(ceramic), 무기물 필러(inorganic filler)가 함유된 오가닉 레진 등을 포함하여 내전압성과 고열전도도 특성을 가지는 재료는 모두 적용될 수 있다.
또한, 메탈층(150)은 건식 스퍼터링, 습식 무전해/전해 도금, 메탈 플레이트 또는 포일을 직접 접합하는 방법으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 메탈층(150)은 구리, 구리 및 니켈(Cu/Ni), 구리 및 티타늄(Cu/Ti), 금/백금/니켈/구리(Au/Pt/Ni/Cu) 또는 금/백금/니켈/구리/티타늄(Au/Pt/Ni/Cu/Ti)으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 반도체 소자(160)는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor), FRD(Fast Recovery Diode), MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor) 등과 같이 발열 전력 반도체 소자일 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 드라이버 IC와 같은 제어 소자일 수도 있다.
또한, 제1 방열 플레이트(110)와 제2 방열 플레이트(130)는 메탈 재질 또는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 방열 플레이트(110)와 제2 방열 플레이트(130)는 알루미늄(aluminum), 구리(copper), 철(iron) 등 열전도도가 높은 메탈 재질 또는 Al2O3, ZrO2, AIN, BN, SiN 등의 세라믹 재질일 수 있다.
본 발명의 실시예는 제2 방열 플레이트(130) 상에 직접 절연층(140) 및 메탈층(150)을 형성하여 열저항을 증가시키는 재료 간 접합 계면을 최소화하고 별도의 기판 제작 없이 회로가 형성된 제2 방열 플레이트(130)를 제1 방열 플레이트(110)와 결합할 수 있기 때문에, 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 제1 냉각매체 유로부(111)와 제2 냉각매체 유로부(121)를 통해 수냉식 및 공냉식 혼합 방열 시스템을 적용하는 것이 가능하기 때문에, 온도 분포를 균일하게 하여 방열 특성을 향상시킬 수 있다는 것이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 전력 모듈용 방열 시스템
110 : 제1 방열 플레이트
111, 111a, 111b : 제1 냉각매체 유로부
120 : 방열 파이프
121 : 제2 냉각매체 유로부
130 : 제2 방열 플레이트
140 : 절연층
150 : 메탈층
160 : 반도체 소자

Claims (18)

  1. 일면과 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 복수의 제1 냉각매체 유로부를 포함하여 상기 제1 냉각매체 유로부를 통해 냉각 매체를 제1 방향으로 유동시키는 제1 방열 플레이트;
    상기 제1 방열 플레이트 상에 형성된 제2 방열 플레이트; 및
    상기 제1 방열 플레이트의 복수의 제1 냉각매체 유로부에 삽입된 형태로 형성되어 냉각 매체를 제2 방향으로 유동시키는 제2 냉각매체 유로부를 포함하는 방열 파이프;
    를 포함하고, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 반대 방향인 전력 모듈용 방열 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 제1 냉각매체 유로부와 상기 제2 냉각매체 유로부는 각각 냉각 매체의 유입구가 반대 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 방열 플레이트와 상기 제2 방열 플레이트 각각은 방열 파이프 체결용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 방열 파이프는 상기 제1 방열 플레이트와 상기 제2 방열 플레이트에 각각 형성된 상기 방열 파이프 체결용 홈에 삽입된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 냉각매체 유로부는 상기 방열 파이프를 기준으로 복수 개의 유로로 구분되는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 냉각매체 유로부와 상기 제2 냉각매체 유로부를 유동하는 냉각 매체는 각각 이종 냉각 매체인 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각 매체는 기체 또는 액체인 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 방열 플레이트 상에 형성된 절연층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 절연층 상에 형성된 회로패턴을 포함하는 메탈층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 메탈층 상에 형성된 반도체 소자;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 방열 플레이트와 상기 제2 방열 플레이트는 메탈 재질 또는 세라믹 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  12. 삭제
  13. 냉각 매체를 제1 방향과 제2 방향으로 각각 유동시키는 제1 냉각매체 유로부와 제2 냉각매체 유로부를 포함하는 전력 모듈용 방열 시스템에 있어서,
    상기 전력 모듈용 방열 시스템은,
    일면과 타면을 갖고, 상기 일면으로부터 임의의 깊이로 형성된 복수의 제1 냉각매체 유로부를 포함하여 상기 제1 냉각매체 유로부를 통해 냉각 매체를 제1 방향으로 유동시키는 제1 방열 플레이트;
    상기 제1 방열 플레이트 상에 형성된 제2 방열 플레이트; 및
    상기 제1 방열 플레이트의 복수의 제1 냉각매체 유로부에 삽입된 형태로 형성되어 냉각 매체를 제2 방향으로 유동시키는 제2 냉각매체 유로부를 포함하는 방열 파이프;
    를 포함하고, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 반대 방향인 전력 모듈용 방열 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 제1 냉각매체 유로부와 상기 제2 냉각매체 유로부는 각각 냉각 매체의 유입구가 반대 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 방열 플레이트 상에 형성된 절연층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 절연층 상에 형성된 회로패턴을 포함하는 메탈층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 메탈층 상에 형성된 반도체 소자;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
  18. 청구항 13 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 냉각매체 유로부와 상기 제2 냉각매체 유로부를 유동하는 냉각 매체는 각각 이종 냉각 매체인 것을 특징으로 하는 전력 모듈용 방열 시스템.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11026347B2 (en) * 2012-12-21 2021-06-01 Smart Embedded Computing, Inc. Configurable cooling for rugged environments
EP3101688B1 (en) * 2014-01-27 2019-10-02 Hitachi, Ltd. Power module and manufacturing method therefor
JP6341822B2 (ja) * 2014-09-26 2018-06-13 三菱電機株式会社 半導体装置
US10694641B2 (en) 2016-04-29 2020-06-23 Intel Corporation Wickless capillary driven constrained vapor bubble heat pipes for application in electronic devices with various system platforms
KR102080867B1 (ko) * 2016-10-06 2020-02-24 엘지전자 주식회사 Igbt 모듈 냉각 열 교환기
US10292316B2 (en) 2017-09-08 2019-05-14 Hamilton Sundstrand Corporation Power module with integrated liquid cooling
CN110645815A (zh) * 2019-09-29 2020-01-03 联想(北京)有限公司 一种均热板及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006057998A (ja) 2004-07-21 2006-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱交換器
KR20090052810A (ko) * 2007-11-21 2009-05-26 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 방열장치
JP2010014312A (ja) 2008-07-02 2010-01-21 Hitachi Cable Ltd 二重管式過冷却器
KR20120054770A (ko) * 2010-11-22 2012-05-31 주식회사 한국쿨러 전기 차량용 전지셀의 히트 싱크 및 그를 이용한 전지셀 모듈

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100370231B1 (ko) 2000-06-13 2003-01-29 페어차일드코리아반도체 주식회사 리드프레임의 배면에 직접 부착되는 절연방열판을구비하는 전력 모듈 패키지
ES2187280B1 (es) * 2001-06-28 2004-08-16 Lear Automotive (Eeds) Spain, S.L. Placa de circuito impreso con substrato metalico aislado con sistema de refrigeracion integrado.
US7957132B2 (en) * 2007-04-16 2011-06-07 Fried Stephen S Efficiently cool data centers and electronic enclosures using loop heat pipes
US8422218B2 (en) * 2007-04-16 2013-04-16 Stephen Samuel Fried Liquid cooled condensers for loop heat pipe like enclosure cooling
US7460369B1 (en) * 2007-06-01 2008-12-02 Advanced Micro Devices, Inc. Counterflow microchannel cooler for integrated circuits

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006057998A (ja) 2004-07-21 2006-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱交換器
KR20090052810A (ko) * 2007-11-21 2009-05-26 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 방열장치
JP2010014312A (ja) 2008-07-02 2010-01-21 Hitachi Cable Ltd 二重管式過冷却器
KR20120054770A (ko) * 2010-11-22 2012-05-31 주식회사 한국쿨러 전기 차량용 전지셀의 히트 싱크 및 그를 이용한 전지셀 모듈

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