KR102170314B1 - 전력 반도체모듈의 방열장치 - Google Patents
전력 반도체모듈의 방열장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102170314B1 KR102170314B1 KR1020180100279A KR20180100279A KR102170314B1 KR 102170314 B1 KR102170314 B1 KR 102170314B1 KR 1020180100279 A KR1020180100279 A KR 1020180100279A KR 20180100279 A KR20180100279 A KR 20180100279A KR 102170314 B1 KR102170314 B1 KR 102170314B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- power semiconductor
- semiconductor module
- heat
- heat sink
- plate
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title claims abstract description 48
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 49
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 47
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 43
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 32
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 30
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
- H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
본 실시예는 적어도 하나의 단위 방열판과, 히트 스프레더를 포함하고, 전력 반도체모듈은 단위 방열판 보다 크고 단위 방열판 상면 면적의 정수배가 아닌 방열면적을 갖으며, 히트 스프레더는 전력 반도체모듈의 하면을 향하는 상측 흡열면과 단위 방열판의 상면을 향하는 하측 방열면을 갖고 상측 흡열면과 하측 방열면 각각의 면적은 단위 방열판의 상면 면적 보다 크다.
Description
본 발명은 전력 반도체모듈의 방열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 반도체모듈과 크기가 상이한 단위 방열판을 갖는 전력 반도체모듈의 방열장치에 관한 것이다.
세탁기나 냉장고나 에어컨 등의 가전기기나 칠러 등의 냉동설비나 자동차 등의 각종 기기에는 전력 반도체 모듈이 설치될 수 있다.
전력 반도체 모듈의 일예는 IGBT 일 수 있다. IGBT, 즉 절연게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)는, 전기 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 기능을 빠르게 수행할 수 있도록 구성된 고전력 스위칭용 반도체이다.
전력 반도체모듈은 그 동작시 발열량이 많고, 전력 반도체모듈은 그 온도가 적정 범위로 관리되게 위해 수냉식으로 냉각되거나 공랭식으로 냉각될 수 있다.
이러한 전력 반도체모듈은 방열판에 의해 냉각될 수 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2009-0062139 A (2009년06월17일 공개)에는 IGBT를 방열판에 의해 방열시키는 IGBT 모듈용 발열장치가 개시되고, 대한민국 공개특허공보 특2000-0007321 A(2000년02월07일 공개)에는 전력 반도체 모듈용 방열판 구조가 개시된다.
본 발명은 단위 방열판 보다 큰 전력 반도체 모듈을 간단한 구조로 신속하게 방열시킬 수 있는 전력 반도체모듈의 방열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치는 적어도 하나의 단위 방열판과, 히트 스프레더를 포함하고, 전력 반도체모듈은 단위 방열판 보다 크고 단위 방열판 상면 면적의 정수배가 아닌 방열면적을 갖으며, 히트 스프레더는 전력 반도체모듈의 하면을 향하는 상측 흡열면과 단위 방열판의 상면을 향하는 하측 방열면을 갖고 상측 흡열면과 하측 방열면 각각의 면적은 단위 방열판의 상면 면적 보다 크다.
히트 스프레더는 상측 흡열면을 갖는 상부 증발판과; 하측 방열면을 갖는 하부 응축판과; 상부 증발판과 하부 응축판 사이에 제공되고 작동유체를 안내하는 가이드가 제공되고, 상부 증발판과 하부 응축판 각각의 면적은 단위 방열판의 상면 면적 보다 클 수 있다.
상부 증발판과 하부 응축판 각각의 면적은 방열면적과 같거나 방열면적 보다 작을 수 있다.
가이드의 상단은 상부 증발판의 저면에 연결될 수 있고, 가이드의 하단은 하부 응축판의 상면에 연결될 수 있다.
가이드는 상부 증발판과 하부 응축판 사이의 작동유체를 수평 방향으로 안내하는 안내면을 갖는 적어도 하나의 격벽을 포함하고, 격벽은 수평 방향 길이가 수직 방향 길이 보다 길 수 있다.
격벽에는 모세관 작용으로 액상의 작동유체를 상부 증발판으로 상승시키는 미세공이 형성될 수 있다.
하부 응축판은 단위 방열판의 상면과 접촉되는 접촉부와, 단위 방열판의 상면과 접촉되지 않는 비접촉부를 포함할 수 있다.
격벽은 접촉부의 위에서부터 제2응축부 위까지 길게 연장될 수 있다.
가이드는 모세관 작용으로 액상의 작동유체를 상부 증발판으로 상승시키는 다공성부재를 포함할 수 잇다.
다공성부재는 상기 상부 증발판과 하부 응축판 사이에 복수개 제공될 수 있다. 복수개 다공성부재는 수평 방향으로 이격될 수 있다.
복수개 다공성부재는 접촉부를 향하는 하단을 갖는 적어도 하나의 제1다공성부재와, 비접촉부를 향하는 하단을 갖는 적어도 하나의 제2다공성부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 전력 반도체모듈이 단위 방열판 보다 크고 전력 반도체모듈의 방열면적이 단위 방열판 상면 면적의 정수배가 아닐 경우, 전력 반도체모듈의 열이 히트 스프레더를 통해 단위 방열판으로 신속하게 전도될 수 있고, 전력 반도체모듈의 온도편차를 최소화하면서 전력 반도체모듈 전체를 신속하게 방열할 수 있다.
또한, 히트 스프레더 내의 작동유체가 전력 반도체모듈에서 전달된 열을 단위 방열판으로 신속하게 전달할 수 있다.
또한, 파이프 형상의 히트 파이프를 이용하는 경우 보다 컴팩트화가 가능하고, 전력 반도체모듈의 최대한 넓은 방열면적을 통해 전력 반도체모듈의 열을 히트 스프레더로 방열시킬 수 있다.
또한, 히트 스프레더 내에 배치된 가이드가 작동유체를 수평방향으로 안내하여, 작동유체가 히트 스프레더 내에서 넓게 퍼지면서 열을 신속하게 전달할 수 있다.
또한, 히트 스프레더 내부의 액상 작동유체가 격벽에 형성된 미세공이나 다공성부재를 통해 상부 증발판으로 상승될 수 있고, 작동유체가 하부 응축판과 상부 증발판 사이를 순환하면서 전력 반도체모듈에서 전달된 열을 보다 신속하게 전달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도,
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도,
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도,
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도,
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도,
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도,
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 사시도이고, 도 2은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도이다.
전력 반도체모듈의 방열장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전력 반도체모듈(1)을 방열시키는 적어도 하나의 단위 방열판(2)을 포함할 수 있다. 그리고, 전력 반도체모듈의 방열장치는 히트 스프레더(3)을 더 포함할 수 있다.
전력 반도체모듈(1)의 일예는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor; 절연 게이트 양극성 트랜지스터일 수 있고, 게이트-이미터간의 전압이 구동되어 입력 신호에 의해서 온/오프가 생기며, 대전력의 스위칭이 가능한 반도체 소자이다.
IGBT는 압축기나 모터 등의 각종 기기로 인가되는 전류를 스위칭하는 스위칭 소자로 사용될 수 있고, 그 스위칭 동작시 발열량이 많은 고발열 전자부품일 수 있다.
이러한 전력 반도체모듈(1)은 전력 반도체모듈(1)이 설치되는 기기나 모델에 따라 그 전체 크기가 상이할 수 있다.
단위 방열판(2)는 전력 반도체모듈(1)에서 전달된 열을 공랭식으로 방열하거나 수냉식으로 방열하는 부재일 수 있다. 단위 방열판(2)는 경량이면서 열전도율이 높은 금속 예를 들면, 알루미늄일 수 있다.
단위 방열판(2)이 공랭식 방열판일 경우, 전력 반도체모듈의 방열장치는 단위 방열판(2)으로 공기를 유동시키는 팬(미도시)을 더 포함할 수 있다 그리고, 단위 방열판(2)에는 공기와의 열접촉 면적을 넓히기 위한 핀이 돌출될 수 있다. 핀은 단위 방열판(2) 중 전력 반도체모듈(1)이나 히트 스프레더(3)를 향하지 않는 면에 돌출될 수 있다.
단위 방열판(2)이 수냉식 방열판일 경우, 단위 방열판(2)에는 물이나 냉매 등의 쿨런트(이하, 쿨런트라 칭함)가 통과하는 냉각 배관 등의 냉각 유로(이하, 냉각 유로라 칭함)가 제공될 수 있다. 이 경우, 전력 반도체모듈의 방열장치는 쿨런트를 냉각 유로로 공급하는 펌프나 쿨링 타워 등의 쿨링 모듈(미도시)을 더 포함할 수 잇다.
단위 방열판(2)의 일예는 전력 반도체모듈(1)에 열적으로 접촉될 수 있고, 전력 반도체모듈(1)의 열을 전달받을 수 있다.
단위 방열판(2)의 다른예는 히트 스프레더(3)를 통해 전력 반도체모듈(1)에 열적으로 접촉될 수 있고, 전력 반도체모듈(1)의 열을 히트 스프레더(3)를 통해 전달받을 수 있다.
전력 반도체모듈(1)과 단위 방열판(2) 중 어느 하나(1)는 다른 하나(2) 보다 클 수 있다. 그리고, 히트 스프레더(3)는 전력 반도체모듈(1)과 단위 방열판(2)의 사이에 위치될 수 있고, 전력 반도체모듈(1)의 열을 전달받아 단위 방열판(2)로 전달할 수 있다.
전력 반도체모듈(1)의 하면(12)은 히트 스프레더(3)의 상면(31)을 향할 수 있고, 히트 스프레더(3)의 하면(32)는 단위 방열판(2)의 상면(21)을 향할 수 있다.
히트 스프레더(3)는 전력 반도체모듈(1) 및 단위 방열판(2) 각각과 직접 접촉되거나 열적으로 접촉될 수 있다.
히트 스프레더(3)의 일 예는 전력 반도체모듈(1)의 하면(12)에 직접 접촉될 수 있다.
히트 스프레더(3)의 다른 예는 열전도성 접착재나 열전도성 접착시트나 용접 등에 의해 전력 반도체모듈(1)과 부착되는 것이 가능하고, 히트 스프레더(3)는 전력 반도체모듈(1)와 열적으로 접촉될 수 있다.
히트 스프레더(3)의 일 예는 단위 방열판(2)의 상면(21)에 직접 접촉될 수 있다.
히트 스프레더(3)의 다른 예는 열전도성 접착재나 열전도성 접착시트나 용접 등에 의해 단위 방열판(2)과 부착되는 것이 가능하고, 단위 방열판(2)와 열적으로 접촉될 수 있다.
이하, 히트 스프레더(3)가 전력 반도체모듈(1)과 직접 접촉되는 경우와 히트 스프레더(3)가 열전도성 접착재나 열전도성 접착시트나 용접 등에 의해 전력 반도체모듈(1)과 열적으로 접촉되는 경우 모두를 히트 스프레더(3)와 전력 반도체모듈(1)가 접촉되는 것으로 설명한다.
그리고, 히트 스프레더(3)가 단위 방열판(2)과 직접 접촉되는 경우와 히트 스프레더(3)가 열전도성 접착재나 열전도성 접착시트나 용접 등에 의해 단위 방열판(2)과 열적으로 접촉되는 경우 모두를 히트 스프레더(3)와 단위 방열판(2)이 접촉되는 것으로 설명한다.
전력 반도체모듈(1)은 하면(12)을 통해 히트 스프레더(3)로 열을 방열할 수 있다. 그리고, 단위 방열판(2)은 상면(21)을 통해 히트 스프레더(3)의 열을 흡열할 수 있다.
전력 반도체모듈(1)은 단위 방열판(2) 상면(21) 면적(A1)의 정수배(N)가 아닌 방열면적(A2)을 갖을 수 있다. 즉, A2는 N*A1과 일치되지 않을 수 있다.
전력 반도체모듈(1)의 하면(12)은 열을 방열하는 방열면일 수 있고, 전력 반도체모듈(1) 하면의 면적은 전력 반도체 모듈(1)의 방열면적(A2)일 수 있다.
단위 방열판(2)의 상면(21)은 열을 흡열하는 흡열면일 수 있고, 단위 방열판(2)의 상면(21) 면적(A1)은 단위 방열판(2)의 흡열면적일 수 있다.
단위 방열판(2)의 상면(21)은 전체적으로 사각형 특히, 직사각형이나 정사각형일 수 있다. 단위 방열판(2)의 상면(21) 면적(A1= 가로x세로)은 전력 반도체모듈(1)의 방열면적(A2) 보다 작을 수 있다.
제조자는 다양한 크기의 전력 반도체모듈들을 제조하거나 기기에 설치할 수 있고, 동일한 크기의 단위 방열판(2)를 공용 부품으로 사용할 수 있다.
전력 반도체모듈(1)의 방열면적(A2)이 단위 방열판(2)의 상면(21)의 면적(A1)과 동일할 경우, 단위 방열판(2)은 전력 반도체모듈(1)의 하면(12)에 접촉되게 부착될 수 있고, 전력 반도체모듈(1)과 단위 방열판(2)은 1:1 대응될 수 있다. 이 경우, 전력 반도체모듈(1)은 히트 스프레더(3) 없이 단위 방열판(2)으로 열을 전달할 수 있다.
전력 반도체모듈(1)의 방열면적(A2)이 단위 방열판(2)의 상면(21)의 면적(A1)의 정수배일 경우, 복수개 단위 방열판(2) 각각은 전력 반도체모듈(1)의 하면(12)에 접촉되게 부착될 수 있고, 전력 반도체모듈(1)과 단위 방열판(2)은 1:N 대응될 수 있다. 이 경우에도, 전력 반도체모듈(1)은 히트 스프레더(3) 없이 복수개 단위 방열판(2)으로 열을 전달할 수 있다.
한편, 전력 반도체모듈(1)의 방열면적(A2)이 단위 방열판(2)의 상면(21)의 면적(A1) 보다 크고, 단위 방열판(2)의 상면(21) 면적(A1)의 정수배일 아닐 경우, 히트 스프레더(3)은 전력 반도체모듈(1)과 단위 방열판(2)의 사이에 배치될 수 있고, 전력 반도체모듈(1)의 열을 흡열하여 단위 방열판(2)으로 전달할 수 있다.
히트 스프레더(3)는 전력 반도체모듈(1)의 하면((12)과 접촉되는 상측 흡열면(31)을 갖을 수 있다.
히트 스프레더(3)는 단위 방열판(2)의 상면(21)과 접촉되는 하측 방열면(32)을 갖을 수 있다.
상측 흡열면(31)과 하측 방열면(32) 각각의 면적은 단위 방열판(2)의 상면(21) 면적(A1) 보다 클 수 있다.
히트 스프레더(3)는 열전도성이 높은 금속 재질 예를 들면, 구리나 알루미늄 등의 메탈 플레이트일 수 있고, 전력 반도체모듈(1)의 열을 전도 방식으로 단위 방열판(2)으로 전달할 수 있다.
상측 흡열면(31)의 전부는 전력 반도체모듈(1)의 하면((12)과 접촉될 수 있다. 상측 흡열면(31)의 면적은 전력 반도체모듈(1)의 방열면적(A2)과 같거나 전력 반도체모듈(1)의 방열면적(A2) 보다 조금 작을 수 있다. 상측 흡열면(31)의 면적은 전력 반도체모듈(1)의 방열면적(A2)의 90% ~100% 일 수 있다.
하측 흡열면(32)의 일부는 단위 방열판(2)의 상면(21)과 접촉될 수 있고, 하측 흡열면(32)의 나머지는 단위 방열판(2)의 상면(21)과 비접촉될 수 있다.
히트 스프레더(3)는 전력 반도체모듈(1)과 단위 방열판(2)의 각각과 접촉되는 접촉부(33)과, 전력 반도체모듈(1)과 접촉되지만 단위 방열판(1)과 접촉되지 않는 비접촉부(34)를 포함할 수 있다.
단위 방열판(2)와 히트 스프레더(3)는 전력 반도체모듈(1)과 결합된 전력 반도체 어셈블리를 구성할 수 있고, 이러한 전력 반도체 어셈블리는 압축기나 모터 등이 갖는 기기에 장착될 수 있다.
상기와 같이 구성된 전력 반도체모듈의 방열장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
전력 반도체 모듈(1)의 작동시, 전력 반도체 모듈(1) 중 접촉부(33)를 향하는 부분의 열은 접촉부(33)로 전달된 후, 접촉부(33)와 접촉된 단위 방열판(2)로 전달될 수 있다.
그리고, 전력 반도체 모듈(1) 중 접촉부(33)를 향하는 부분의 열은 비접촉부(34)로 전달된 후, 접촉부(33)로 전도되고, 접촉부(33)를 통해 단위 방열판(2)로 전달될 수 있다.
한편, 단위 방열판(3)이 공냉식 방열판일 경우, 단위 방열판(3)을 냉각시킨 후, 단위 방열판(3)의 주변으로 유동된 공기는 히트 스프레더(3)의 비접촉부(34)로 유동되어 히트 스프레더(3)의 비접촉부(34)를 냉각시킬 수 있다. 즉, 히트 스프레더(3)는 단위 방열판(3)으로 열을 전달하는 열전달부재로 기능할 수 있고, 방열부재로 기능할 수 있다.
상기와 같이, 전력 반도체 모듈(1)의 열이 단위 방열판(2)으로 전달될 경우, 전력 반도체모듈(1)은 히트 스프레더(3)을 향하는 하면(12) 전체를 통해 열을 신속하게 방출할 수 있고, 전력 반도체모듈(1)은 신속하게 방열될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도이다.
본 실시예의 히트 스프레더(3')는 액상의 작동 유체(F)가 고온부의 열을 흡열하면서 증발되고, 증발된 작동 유체(F)가 저온부로 열을 방열하면서 응축되는 히트 파이프 방식 스프레더일 수 있다.
본 실시예는 히트 스프레더(3') 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제1 실시 예와 동일하거나 유사하므로 동일부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
히트 스프레더(3')는 내부에 작동유체가 유동되는 공간(S)이 형성된 박스 형상일 수 있다. 히트 스프레더(3')는 열전도성이 높은 금속 재질 예를 들면, 구리나 알루미늄 등을 형성될 수 있다.
히트 스프레더(3')는 상측 흡열면(31)을 갖는 상부 증발판(35)과; 하측 방열면(32)을 갖는 하부 응축판(36)과; 적어도 하나의 가이드(38)를 포함할 수 있다.
히트 스프레더(3')는 내부에 작동유체가 유동되는 공간(S)이 형성될 수 있다. 상부 증발판(35)과 하부 응축판(36)은 상하 방향으로 이격될 수 있고, 히트 스프레더(3')는 상부 증발판(35)과 하부 응축판(36) 사이의 공간(S)을 둘러싸는 둘레벽(37)를 더 포함할 수 있다. 둘레벽(37)는 상부 증발판(35)과 하부 응축판(36) 중 적어도 하나에서 돌출될 수 있다.
히트 스프레더(3') 내측의 공간(S)은 작동유체가 상승/하강되면서 증발/응축되는 공간일 수 있고, 그 공간(S) 중 상부 증발판(35)에 근접한 영역은 기상 작동유체의 영역일 수 있고, 그 공간(S) 중 하부 응축판(35)과 근접한 영역은 액상 작동유체의 영역일 수 있다.
적어도 하나의 가이드(38)는 상부 증발판(35)과 하부 응축판(36) 사이에 제공될 수 있다.
상부 증발판(35)의 면적(A3)과 하부 응축판(36)의 면적(A4) 각각은 단위 방열판(1)의 상면 면적(A1) 보다 클 수 있다.
상부 증발판(35)의 면적(A3)과 하부 응축판(24)의 면적(A4) 각각은 전력 반도체 모듈(1)의 방열면적(A2)과 같거나 방열면적(A2) 보다 작을 수 있다.
상부 증발판(35)은 전력 반도체모듈(1)의 하면(12)과 열적으로 접촉되는 상부 판으로서, 작동유체(F)는 이러한 상부 증발판(23)과 열교환되어 상부 증발판(23)의 열을 흡열하면서 증발될 수 있다.
하부 응축판(36)는 단위 방열판(2)의 상면(21)과 열적으로 접촉되는 하부 판으로서, 작동유체(F)는 이러한 하부 응축판(36)과 열교환되어 하부 응축판(36)으로 열을 방출하면서 응축될 수 있다.
가이드(38)는 히트 스프레더(3')의 중앙부와 가장자리부가 신속하게 열전달할 수 있게 작동유체(F)를 안내하는 작동유체 가이드일 수 있다.
가이드(38)의 상단은 상부 증발판(35)의 저면에 연결될 수 있다. 그리고, 가이드(38)의 하단은 하부 응축판(36)의 상면에 연결될 수 있다. 상부 증발판(35)과 하부 응축판(36)은 가이드(38)를 통해 연결될 수 있다.
가이드(38)는 상부 증발판(35)의 저면에서 돌출될 수 있고, 그 하단이 하부 응축판(36)의 상면에 접촉될 수 있다. 반대로, 가이드(38)는 하부 응축판(36)의 상면에서 돌출될 수 있고, 그 상단이 상부 증발판(35)의 저면에 접촉될 수 있다.
가이드(38)는 상부 증발판(35)과 하부 응축판(36) 사이의 작동유체(F)를 수평 방향으로 안내하는 안내면(G)을 갖는 적어도 하나의 격벽(39)(40)을 포함할 수 있다.
격벽(39)(40)은 수평 방향(H)의 길이(L1)가 수직 방향(V)의 길이(L2) 보다 길 수 있다. 격벽(39)(40)는 직시각형 형상일 수 있고, 옆으로 눕힌 직사각형 형상일 수 있다.
하부 응축판(36)은 단위 방열판(2)의 상면(21)을 향하고 단위 방열판(2)의 상면(21)과 접촉되는 접촉부(33')과, 단위 방열판(2)과 접촉되지 않는 비접촉부(34')를 포함할 수 있다.
격벽(39)(40)은 상부 증발판(36)과 하부 응축판(36) 사이의 공간(S)에 수평 방향(H)으로 길게 배치되어 작동 유체 특히, 액상 작동유체(F)가 수평 방향으로 흐를 수 있는 유로를 형성할 수 있다.
격벽(39)(40)은 접촉부(33')의 위에서부터 비접촉부(34') 위까지 길게 연장될 수 있다.
하부 응축판(36) 위의 작동유체는 접촉부(33')나 비접촉부(34') 중 어느 하나의 위에 몰리지 않고, 격벽(39)(40)을 따라 안내되면서 접촉부(33')의 위와 비접촉부(34')의 위로 고르게 퍼질 수 있다.
격벽(39)(40)은 공간(S)에 복수개 제공될 수 있다. 복수개 격벽(39)(40)는 공간(S)에 그 길이 방향(H)과 직교한 방향으로 서로 이격될 수 있다. 복수개 격벽(39)(40)는 그 길이방향 일단과 양단이 둘레벽(37)과 이격될 수 있고, 공간(S) 내의 작동유체는 공간(S) 내에 고르게 퍼질 수 있다.
복수개 격벽(39)(40) 사이에는 작동유체(F)가 통과할 수 있는 통로가 형성될 수 있다. 복수개 격벽(39)(40)의 사이에는 작동유체(F)가 통과하는 통로 역할을 할 하는 틈이 형성될 수 있다.
복수개 격벽(39)(40) 사이의 틈은 하부 응축판(36) 상면에 위치하는 액상의 작동유체가 모세관 작용으로 상승될 수 있는 크기를 갖는 것이 가능하다. 이 경우, 복수개 격벽(39)(40)은 작동유체(F)가 수평 방향(H) 및 수직방향(V)의 양 방향으로 이동될 수 있게 안내할 수 있다.
한편, 격벽(39)(40)는 그 자체가 하부 응축판(36) 위의 액상 작동유체(F)를 상부 증발판(23)으로 이동시키는 구조를 갖는 것이 가능하다. 격벽(39)(40)에는 모세관 작용으로 액상의 작동유체(F)를 상부 증발판(35)으로 상승시키는 미세공이 형성될 수 있다. 격벽(39)(40)이 윅 구조일 경우, 하부 응축판(36) 상면에 위치하는 액상의 작동유체(F)는 격벽(39)(40)의 모세관 작용으로 상승될 수 있고, 상부 증발판(35)으로 상승되어 상부 증발판(35)에 의해 증발될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 분해 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도이다.
본 실시예의 가이드(38')는 모세관 작용으로 액상의 작동유체(F)를 상부 증발판(35)으로 상승시키는 다공성부재(41)(42)를 포함하고, 가이드(38') 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명의 제2 실시 예와 동일하거나 유사하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다공성부재(41)(42)는 하부 응축판(36) 위의 액상 작동유체(F)를 모세관 작용으로 이동시킬 수 있는 구조로 이루어질 수 있다.
다공성부재(41)(42)는 전체적인 형상이 소정의 높이를 갖는 기둥 형상일 수 있고, 다공성부재(41)(42)에는 모세관 작용으로 액상의 작동유체(F)를 상부 증발판(35)으로 상승시키는 미세공이 형성될 수 있다.
다공성부재(41)(42)가 윅 구조일 경우, 하부 응축판(36) 상면에 위치하는 액상의 작동유체(F)는 다공성부재(41)(42)의 모세관 작용으로 상승될 수 있고, 상부 증발판(35)으로 상승되어 상부 증발판(35)에 의해 증발될 수 있다.
다공성부재(41)(42)는 상부 증발판(35)과 하부 응축판(36) 사이에 복수개 제공되고, 복수개 다공성부재(41)(42)는 수평 방향으로 이격될 수 있다.복수개 다공성부재(41)(42)는 히트 스프레더(3')의 내부에 형성된 공간(S)에 수평 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
하부 응축판(36)은 본 발명 제2 실시예와 같이, 단위 방열판(2)과 접촉되는 접촉부(33')와, 단위 방열판(2)과 접촉되지 않는 비접촉부(34')를 포함할 수 있다.
그리고, 복수개 다공성부재(41)(42)는 접촉부(33')를 향하는 하단을 갖는 적어도 하나의 제1다공성부재(41)과, 비접촉부(34')를 향하는 하단을 갖는 적어도 하나의 제2다공성부재(42)를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전력 반도체모듈의 방열장치의 단면도이다.
본 실시예의 가이드(38")는 본 발명 제2실시예의 복수개 격벽(39)(40)과, 본 발명 제3실시예의 복수개 다공성부재(41)(42)의 조합으로 이루어질 수 있고,
복수개 격벽(39)(40)는 상부 증발판(35)으로 상승된 액상의 작동유체(F)가 수평방향으로 고르게 퍼질 수 있도록 상부 증발판(35)과 하부 응축판(36) 중 상부 증발판(35)에 근접하게 배치될 수 있다.
복수개 다공성부재(41)(42)의 하단은 하부 응축판(36)의 상면에 접촉될 수 있고, 복수개 다공성부재(41)(42)의 상단은 복수개 격벽(39)(40)에 접촉될 수 있다.
복수개 다공성부재(41)(42)는 하부 응축판(36) 상면 위의 액상 작동유체를 복수개 격벽(39)(40)으로 상승시킬 수 있고, 복수개 격벽(39)(40)으로 안내된 액상의 작동유체는 복수개 격벽(39)(40)에 의해 넓게 퍼지면서 상부 증발판(35)의 열을 흡열할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 전력 반도체모듈 2: 단위 방열판
3: 히트 스프레더 21: 단위 방열판의 상면
31: 상측 흡열면 32: 하측 방열면
3: 히트 스프레더 21: 단위 방열판의 상면
31: 상측 흡열면 32: 하측 방열면
Claims (10)
- 전력 반도체모듈을 방열시키는 적어도 하나의 단위 방열판을 포함하는 전력 반도체모듈의 방열장치에 있어서,
상기 전력 반도체모듈은 상기 단위 방열판 보다 크고 상기 단위 방열판 상면 면적의 정수배가 아닌 방열면적을 갖고,
상기 전력 반도체모듈의 하면을 향하는 상측 흡열면과 상기 단위 방열판의 상면을 향하는 하측 방열면을 갖고 상기 상측 흡열면과 하측 방열면 각각의 면적이 상기 단위 방열판의 상면 면적 보다 큰 히트 스프레더를 더 포함하고,
상기 히트 스프레더는
상기 상측 흡열면을 갖는 상부 증발판과;
상기 하측 방열면을 갖는 하부 응축판과;
상기 상부 증발판과 하부 응축판 사이에 제공되고 작동유체를 안내하는 가이드를 포함하고,
상기 가이드는 모세관 작용으로 액상의 작동유체를 상기 상부 증발판으로 상승시키는 다공성부재를 포함하고,
상기 다공성부재는 상기 상부 증발판과 하부 응축판 사이에 복수개 제공되고,
상기 하부 응축판은 상기 단위 방열판과 접촉되는 접촉부와, 상기 단위 방열판과 접촉되지 않는 비접촉부를 포함하고,
상기 복수개 다공성부재는
상기 접촉부를 향하는 하단을 갖는 적어도 하나의 제1다공성부재와,
상기 비접촉부를 향하는 하단을 갖는 적어도 하나의 제2다공성부재를 포함하는,
전력 반도체모듈의 방열장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 증발판과 하부 응축판 각각의 면적은 상기 단위 방열판의 상면 면적 보다 큰 전력 반도체모듈의 방열장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 상부 증발판과 하부 응축판 각각의 면적은 상기 방열면적과 같거나 상기 방열면적 보다 작은 전력 반도체모듈의 방열장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 가이드의 상단은 상기 상부 증발판의 저면에 연결되고
상기 가이드의 하단은 상기 하부 응축판의 상면에 연결된 전력 반도체모듈의 방열장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 가이드는 상기 상부 증발판과 하부 응축판 사이의 작동유체를 수평 방향으로 안내하는 안내면을 갖는 적어도 하나의 격벽을 포함하고,
상기 격벽은 수평 방향 길이가 수직 방향 길이 보다 긴 전력 반도체모듈의 방열장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 격벽에는 모세관 작용으로 액상의 작동유체를 상기 상부 증발판으로 상승시키는 미세공이 형성된 전력 반도체모듈의 방열장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 하부 응축판은 상기 단위 방열판의 상면과 접촉되는 접촉부와, 상기 단위 방열판의 상면과 접촉되지 않는 비접촉부를 포함하고,
상기 격벽은 상기 접촉부의 위로 길게 연장된 전력 반도체모듈의 방열장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 복수개 다공성부재는 수평 방향으로 이격된 전력 반도체모듈의 방열장치. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180100279A KR102170314B1 (ko) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | 전력 반도체모듈의 방열장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180100279A KR102170314B1 (ko) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | 전력 반도체모듈의 방열장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200023851A KR20200023851A (ko) | 2020-03-06 |
| KR102170314B1 true KR102170314B1 (ko) | 2020-10-26 |
Family
ID=69802835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180100279A KR102170314B1 (ko) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | 전력 반도체모듈의 방열장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102170314B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006173509A (ja) | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| KR100598516B1 (ko) * | 2005-04-28 | 2006-07-10 | 한국생산기술연구원 | 히트파이프 기능을 갖는 히트싱크 |
| JP2017224790A (ja) * | 2016-06-17 | 2017-12-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000007321A (ko) | 1998-07-02 | 2000-02-07 | 김충환 | 전력 반도체 모듈용 방열판 구조 |
| KR100495699B1 (ko) * | 2002-10-16 | 2005-06-16 | 엘에스전선 주식회사 | 판형 열전달장치 및 그 제조방법 |
| KR20050080099A (ko) * | 2005-07-12 | 2005-08-11 | 강춘일 | 방열효율을 극대화시킨 전력용 반도체소자의 방열판설치구조 및 그 설치방법 |
| KR20090062139A (ko) | 2007-12-12 | 2009-06-17 | 현대자동차주식회사 | 아이지비티 모듈용 발열장치 |
| KR20090077235A (ko) * | 2008-01-10 | 2009-07-15 | (주)아이큐디지탈 | 히트씽크의 고효율 방열장치 |
-
2018
- 2018-08-27 KR KR1020180100279A patent/KR102170314B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006173509A (ja) | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| KR100598516B1 (ko) * | 2005-04-28 | 2006-07-10 | 한국생산기술연구원 | 히트파이프 기능을 갖는 히트싱크 |
| JP2017224790A (ja) * | 2016-06-17 | 2017-12-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20200023851A (ko) | 2020-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20180187978A1 (en) | Fin-diffuser heat sink with high conductivity heat spreader | |
| KR200487943Y1 (ko) | 반도체-기반 공조장치 | |
| CN103167780B (zh) | 功率模块用复合式散热器组件 | |
| US20140293541A1 (en) | Heat pipe heat sink for high power density | |
| EP2784811B1 (en) | Heat pipe sink with heating unit | |
| US9730365B2 (en) | Heat sink apparatus and method for power semiconductor device module | |
| KR102202435B1 (ko) | 방열판 모듈 | |
| KR102037682B1 (ko) | 냉각장치 및 수처리 기기의 냉수 저장 장치 | |
| KR102170314B1 (ko) | 전력 반도체모듈의 방열장치 | |
| KR20090050316A (ko) | 공기조화장치의 제어장치의 방열 구조 | |
| JP5705570B2 (ja) | 電子部品冷却装置 | |
| JP2015156411A (ja) | 電力変換装置およびそれを搭載した鉄道車両 | |
| CN213272936U (zh) | 散热器及空调室外机 | |
| JP2014053338A (ja) | 冷却装置およびこれを搭載した電気自動車および電子機器 | |
| JP2013194919A (ja) | 自励振動ヒートパイプ及びプログラム | |
| JP2014048002A (ja) | 冷却装置およびこれを搭載した電気自動車および電子機器 | |
| KR101172679B1 (ko) | 공기조화기의 실외기 | |
| KR20140055417A (ko) | 수처리 기기 | |
| KR101922991B1 (ko) | 전력변환장치용 전력소자 냉각장치 | |
| JP2011096983A (ja) | 冷却装置 | |
| KR20150066398A (ko) | 컵홀더 방열기 및 컵홀더 | |
| KR20140139803A (ko) | 공기 조화기 | |
| KR200311125Y1 (ko) | 인버터 에어컨의 실외기 방열구조 | |
| CN113225990B (zh) | 一种相变散热器以及电子器件 | |
| KR102636353B1 (ko) | 발열소자 냉각장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |