KR102346767B1 - 직접 접촉식 방열 장치 - Google Patents

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효성중공업 주식회사
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Abstract

일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치는 복수 개의 반도체 소자; 적어도 일면이 상기 반도체 소자와 접촉하도록 적층되는 복수 개의 방열판; 상기 방열판 내부를 흐르는 냉매;를 포함하고, 상기 방열판은 적어도 일면이 개방되어서, 상기 냉매가 상기 반도체 소자와 직접 접촉시킴으로써 상기 반도체 소자로부터 발생한 열을 방열할 수 있다.

Description

직접 접촉식 방열 장치{Direct contact heat sink}
직접 접촉식 방열 장치가 개시된다. 구체적으로, 반도체 소자에 냉매가 직접 접촉하여 방열하는 직접 접촉식 방열 장치가 개시된다.
최근, 전자 기기에 흔히 탑재되는 전자 부품인 반도체의 집적도가 점점 높아지면서 반도체의 발열량이 급속히 증가하였다. 이로 인해 전자 기기의 내부 온도가 상승하여 오작동을 일으키거나 부품의 수명이 저하되는 문제점이 발생하고 있으며, 이는 반도체 산업 분야에서 해결해야 할 중요한 문제점으로 화두되고 있다. 이를 해결하기 위한 방열대책으로 전자 기기에 방열판을 설치하는 방법이 있다.
방열판은 일반적으로 각종 열원에서 발생하는 열을 전도, 대류, 복사 현상을 이용하여 방출하는 판이다. 이러한 방열판(heat sink)은 열원(heat source)에서 발생되는 열을 잘 전달하기 위해서 열전도율이 높은 구리, 알루미늄 등의 금속 재질로 만들어지며, 방열판의 냉각 성능을 높이기 위해 방열판에는 휜(Fin) 구조가 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 방열판은 팬을 장착하여 열을 원활하게 전달하는 공랭식 방열판 또는 내부에 냉매가 흐르게 하여 크기 대비 방열 성능이 우수한 수냉식 방열판 등의 다양한 형태로 발전되어 왔다.
추가적으로, 방열판을 설치하였을 경우 열원 및 방열판 사이에서 발생하는 열저항을 낮추기 위하여 열원과 방열판 사이에 열전도성 그리스, 열전도성 접착제 또는 열전도 시트 등과 같은 열전달 물질을 삽입하는 방법도 사용되고 있다.
그러나, 지속적인 전자 기기의 고성능화 및 소형화 등으로 인해 전자 부품의 발열량은 더욱 증가할 것이며 발열하는 반도체의 열을 보다 효과적으로 외부로 발산시키기 위하여, 장착될 방열판의 성능을 더욱 향상시킬 필요가 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지 기술이라고 할 수는 없다.
일본 등록특허 제6582718호
일 실시예에 따른 목적은 냉매가 반도체 소자에 직접 접촉하여 방열하는 방열판을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 열원(Heat source) 및 방열판(Heat sink) 사이의 불필요한 열저항을 제거하여 방열판의 냉각 성능을 향상시키는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 구성되는 재질에 제한이 없는 방열판을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 제작 공정이 간단한 방열판을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 간단한 구조로 냉매의 누수를 방지하는 방열판을 제공하는 것이다.
실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치는 복수 개의 반도체 소자; 적어도 일면이 상기 반도체 소자와 접촉하도록 적층되는 복수 개의 방열판; 상기 방열판 내부를 흐르는 냉매;를 포함하고, 상기 방열판은 적어도 일면이 개방되어서, 상기 냉매가 상기 반도체 소자와 직접 접촉시킴으로써 상기 반도체 소자로부터 발생한 열을 방열할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 방열판은 본체부; 상기 본체부의 적어도 일면에 형성되는 개방부; 상기 본체부의 일측에서 개방부로 관통되는 입구부; 상기 개방부에서 상기 본체부의 타측으로 관통되는 출구부; 상기 개방부 상에 형성된 복수 개의 휜;을 포함하고, 상기 개방부는 상기 본체부가 상기 반도체 소자와 비접촉하는 부분일 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 방열판은 상기 본체부의 적어도 일면에 배치된 밀봉 부재를 더 포함하고, 상기 밀봉 부재에 의해 냉매가 상기 반도체 소자와 상기 방열판 사이에서 누수되는 것이 방지될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 밀봉 부재는 금속 가스킷일 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 개방부는, 상기 본체부의 일면에 형성된 제1 개방부; 및 상기 본체부의 타면에 형성된 제2 개방부;를 포함하고, 상기 냉매는 상기 제1 개방부로 유입되어서 상기 복수 개의 반도체 소자 중 상기 본체부의 일면과 접촉하도록 적층된 반도체 소자와 직접 접촉하고, 상기 냉매는 동시에 상기 제2 개방부로 유입되어서 상기 복수 개의 반도체 소자 중 상기 본체부의 타면과 접촉하도록 적층된 반도체 소자와 직접 접촉할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 복수 개의 휜은 상기 개방부를 지나는 상기 냉매의 난류를 발생시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 적층된 복수 개의 상기 반도체 소자 또는 방열판은 클램핑 결합될 수 있다.
일 측에 의하면, 적층된 복수 개의 상기 반도체 소자 또는 방열판의 최상단에 배치되는 가압 부재를 더 포함하고, 상기 가압 부재는 적층된 복수 개의 상기 반도체 소자 및 방열판에 압력을 가하여 체결력을 증가시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 복수 개의 반도체 소자는 IGBT 모듈일 수 있다.
일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치에 의하면, 냉매가 반도체 소자에 직접 접촉하여 방열하는 효과가 있다.
일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치에 의하면, 열원(Heat source) 및 방열판(Heat sink) 사이의 불필요한 열저항을 제거하여 방열판의 냉각 성능을 향상시키는 효과가 있다.
일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치에 의하면 방열판을 구성하는 재질에 제한이 없는 효과가 있다.
일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치에 의하면, 제작 공정이 간단한 방열판을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치에 의하면, 간단한 구조로 냉매의 누수를 방지하는 효과가 있다.
일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1의 직접 접촉식 방열 장치를 구성하는 방열판의 사시도이다.
도 3은 도 2의 방열판의 평면도이다.
도 4는 도 2의 방열판의 단면도이다.
도 5는 도 1의 직접 접촉식 방열 장치를 구성하는 방열판 중 하나인 단방향 방열판을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 도 1의 직접 접촉식 방열 장치를 구성하는 방열판 중 다른 하나인 다방향 방열판을 개략적으로 나타낸다.
도 7은 도 1의 직접 접촉식 방열 장치가 병렬 연결 및 수직 적층된 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리를 개략적으로 나타낸다.
도 8은 도 7의 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리의 확대도이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)를 개략적으로 나타낸다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 반도체 소자(100), 방열판(200), 냉매(300)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 반도체 소자(100)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 상기 방열판(200)과 교차하여 적층될 수 있다. 이러한 복수 개의 반도체 소자(100)는 IGBT 모듈일 수 있다.
방열판(200)은 적어도 일면이 상기 반도체 소자(100)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 또한, 방열판(200)은 복수 개로 마련될 수 있으며, 상기 반도체 소자(100)와 교차하여 적층될 수 있다. 이러한 방열판(200)은 적어도 일면이 개방된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자(100)와 방열판(200) 사이에 서로 비접촉하는 부분이 형성될 수 있다.
냉매(300)는 상기 방열판(200)의 내부를 유동할 수 있다. 또한, 방열판(200)의 내부로 흘러들어온 냉매(300)는 전술한 방열판(200)의 개방 구조에 의해 반도체 소자(100) 및 방열판(200) 사이에 형성된 공간을 유동할 수 있다. 이에 따라, 냉매(300)는 방열판(200) 내부를 통과하면서 반도체 소자(100)와 직접 접촉할 수 있다.
추가적으로, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 가압 부재(미 도시)를 더 포함할 수 있다. 기존의 방열판이 나사 또는 볼트 조립되는 것과 달리 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 가압 부재에 의해 반도체 소자(100) 및 방열판(200)이 함께 클램핑 결합될 수 있다. 따라서, 반도체 소자(100)와 방열판(200)의 클램핑이 제대로 되지 않을 경우에 냉매(300)의 누수가 발생할 수 있다.
구체적으로, 가압 부재(미 도시)는 교차 적층된 복수 개의 반도체 소자(100) 또는 방열판(200)의 최상단에 배치될 수 있다. 예를 들어, 가압 부재는 판 스프링일 수 있다. 예를 들어 가압 부재는 복수 개의 반도체 소자(100) 및 방열판(200)에 약 98kN의 힘을 가할 수 있다.
상기 가압 부재는 이하에서 도 7 및 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 방열판(200) 내부에서 유동하는 냉매(300)가 반도체 소자(100)와 직접 접촉하여 반도체 소자(100)로부터 발생하는 열을 방열할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 종래의 방열판과는 달리 방열판의 상판 또는 하판을 구비하지 않으므로, 상판 또는 하판의 두께로 인한 열원 및 방열판(200) 사이의 열저항이 없다. 따라서, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)를 구성하는 재료는 열전도율이 높은 재질에만 제한되지 않으며 반도체 소자(100)의 방열에 적합한 재료라면 어떠한 것이라도 자유롭게 사용될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 나사 조임 또는 브레이징 기법으로 제작할 필요가 없기 때문에, 제작 방식이 간단하고 적층 및 조립이 용이할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 종래의 방열판에 비해 우수한 냉각성능을 발휘할 수 있으며, 제작 공정이 간단하고 비용 또한 절감할 수 있다.
전술한 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)의 효과는 이하에서 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명할 방열판(200)의 구조에 의해 실현될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)를 구성하는 방열판(200)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 방열판(200)의 평면도이고, 도 4는 도 2의 방열판(200)의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)의 방열판(200)은 본체부(210), 개방부(220), 입구부(230), 출구부(240), 휜(250) 및 밀봉부(260)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본체부(210)는 방열판(200)의 몸체를 구성하는 부분일 수 있다. 본체부(210)는 반도체 소자(100)와 교차 적층될 때 반도체 소자(100)에 직접 접촉하는 부분일 수 있다.
개방부(220)는 본체부(210)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 도 2를 참조하여, 개방부(220)는 본체부(210)의 일면으로부터 함몰된 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본체부(210)가 반도체 소자(100)와 맞닿아 있더라도, 개방부(220)에서는 방열판(200)과 반도체 소자(100)가 접촉하지 않을 수 있다. 즉, 개방부(220)는 방열판(200) 중 본체부(210)가 반도체 소자(100)와 비접촉하는 일부분일 수 있다. 이러한 개방부(220)는 방열판(200) 내부에 빈 공간을 형성하므로, 방열판 내부로 유입된 냉매(300)가 채워질 수 있으며, 냉매(300)는 개방부(220)에서 반도체 소자(100)와 직접 접촉할 수 있다.
도 4를 참조하여, 전술한 개방부(220)는 본체부(210)의 양면에 형성될 수도 있다.
이때, 개방부(220)는 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 개방부(221)는 본체부(210)의 일면에 형성될 수 있다. 제1 개방부(221)는 본체부(210)의 일면으로부터 함몰된 형상일 수 있다.
제2 개방부(222)는 본체부(210)의 타면에 형성될 수 있다. 제2 개방부(222)는 본체부(210)의 타면으로부터 함몰된 형상일 수 있다.
전술한 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)에서 각각 냉매(300)가 서로 다른 반도체 소자(100)에 직접 접촉할 수 있다.
냉매(300)는 제1 개방부(221)로 유입되어서 복수 개의 반도체 소자(100) 중 본체부(210)의 일면과 접촉하도록 적층된 반도체 소자(100)와 직접 접촉할 수 있다.
동시에, 냉매(300)는 제2 개방부(222)로 유입되어서 복수 개의 반도체 소자(100) 중 본체부(210)의 타면과 접촉하도록 적층된 반도체 소자(100)와 직접 접촉할 수 있다.
일 실시예에 따른 방열판(200)의 개방부(220)는 본체부(210)의 한쪽 면에만 형성될 수 있으며, 이때, 개방부(220)는 제1 개방부(221) 또는 제2 개방부(222) 중 하나를 포함할 수 있음은 당연하다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 입구부(230)는 본체부(210)의 일측에 형성될 수 있다. 입구부(230)는 본체부(210)의 일측에서 개방부(220)까지 연결되는 관통홀일 수 있다. 이러한 입구부(230)를 통해 냉매(300)가 방열판(200)의 내부, 즉 개방부(220)로 유입될 수 있다.
또한, 상기 개방부(220)가 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)를 모두 포함하는 경우, 입구부(230)는 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)와 동시에 연결될 수 있다. 즉, 입구부(230)를 통해 방열판(200) 내부로 유입된 냉매(300)는 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)로 동시에 공급될 수 있다.
출구부(240)는 본체부(210)의 타측에 형성될 수 있다. 출구부(240)는 상기 개방부(220)에서 본체부(210)의 타측까지 연결되는 관통홀일 수 있다. 이러한 출구부(240)를 통해 개방부(220)에서 반도체 소자(100)의 열을 흡수한 냉매(300)가 방열판(200)의 외부로 유출될 수 있다.
또한, 상기 개방부(220)가 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)를 모두 포함하는 경우, 출구부(240)는 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)와 동시에 연결될 수 있다. 즉, 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)에서 서로 다른 반도체 소자(100)의 열을 흡수한 냉매(300)는 모두 출구부(240)를 통해 방열판(200) 외부로 유출될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 휜(250)은 개방부(220) 상에 형성될 수 있다. 휜(250)은 복수 개로 마련되어 각각 일정한 간격으로 이격 배치될 수 있다. 휜(250)의 길이는 개방부(220)가 본체부(210)의 일면으로부터 함몰된 깊이보다 더 길지 않거나 더 짧을 수 있다. 즉, 휜(250)은 개방부(220)의 바닥면으로부터 돌출되지만 그 길이가 본체부(210)의 일면을 벗어날 정도로 돌출되지 않거나 본체부(210)의 일면까지 도달하지 않을 수 있다.
이러한 복수 개의 휜(250)은 개방부(220)를 통과하는 냉매(300)에 난류를 발생시켜 대류 열전달량을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 냉매(300)와 직접 접촉한 반도체 소자(100) 및 냉매(300) 사이의 열 전달 효율이 증가할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 휜(250)은 원기둥 형상의 핀형 휜으로 도시되어 있지만, 휜(250)의 형상은 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 도 2와는 다른 배열로 배치될 수도 있다. 이에 따라, 방열판(200) 내부에서의 냉매(300) 유동 및 반도체 소자(100) 냉각 성능은 휜(250)의 형상 및 배열에 따라 달라질 수 있다. 즉, 복수 개의 휜(250)은 냉매(300)의 난류 효과를 증가시켜 대류 열전달량을 향상시키는 것에 목적이 있으므로 이를 위한 다양한 형상 또는 배열을 가질 수 있다.
또한, 상기 개방부(220)가 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)를 모두 포함하는 경우, 복수 개의 휜(250)은 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222) 각각의 바닥면으로부터 돌출되도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하여, 제1 개방부(221)에는 복수 개의 제1 휜(251)이 형성될 수 있고, 제2 개방부(222)에는 복수 개의 제2 휜(252)이 형성될 수 있다. 즉, 복수 개의 제1 휜(251)은 제1 개방부(221)를 통과하는 냉매(300)에 난류를 발생시킬 수 있다. 또한, 복수 개의 제2 휜(252)은 제2 개방부(222)를 통과하는 냉매(300)에 난류를 발생시킬 수 있다. 따라서, 방열판(200)의 상부 및 하부에 배치된 반도체 소자(100)들 모두에 대한 냉각 효과가 향상될 수 있다.
밀봉부(260)는 본체부(210)의 적어도 일면에 배치될 수 있다. 밀봉부(260)는 개방부(220)로부터 이격 배치될 수 있으며, 밀봉부(260)의 둘레는 개방부(220)보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 밀봉부(260)는 금속 가스킷일 수 있다.
이러한 밀봉부(260)에 의해 반도체 소자(100) 및 방열판(200) 사이에서 냉매(300)가 외부로 누수되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)의 내구성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 개방부(220)가 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)를 모두 포함하는 경우, 밀봉부(260)는 본체부(210)의 일면 및 타면에 각각 배치될 수 있다.
도 4를 참조하여, 제1 개방부(221)가 형성된 본체부(210)의 일면에는 제1 밀봉부(261)가 형성될 수 있고, 제2 개방부(222)가 형성된 본체부(210)의 타면에는 제2 밀봉부(262)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 밀봉부(261)는 제1 개방부(221)를 통과하는 냉매(300)의 누수를 방지할 수 있다. 또한, 제2 밀봉부(262)는 제2 개방부(222)를 통과하는 냉매(300)의 누수를 방지할 수 있다.
따라서, 밀봉부(260)는 방열판(200)의 상부에 배치된 반도체 소자(100)와 제1 개방부(221) 사이의 냉매(300) 누수를 방지함과 동시에, 방열판(200)의 하부에 배치된 반도체 소자(100)와 제2 개방부(222) 사이의 냉매(300) 누수 또한 방지할 수 있다.
전술한 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)의 복수 개의 방열판(200)은 각각 본체부(210)에 마련된 입구부(230)를 통해 냉매(300)가 개방부(220) 내부로 유입될 수 있다. 냉매(300)는 개방부(220)에서 출구부(240)를 향해 유동함과 동시에 본체부(210)에 적층된 반도체 소자(100)와 직접 접촉하여 반도체 소자(100)를 냉각시킬 수 있다. 이때, 개방부(220) 내부를 통과하는 냉매(300)는 휜(250)에 의해 난류가 발생될 수 있고, 밀봉부(260)에 의해 개방부(220)로부터 누수가 방지될 수 있다. 최종적으로, 반도체 소자(100)의 열을 흡수한 냉매(300)는 출구부(240)를 통해 방열판(200)의 외부로 배출될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 방열판(200)은 개방부(220)의 배치에 따라 단방향 또는 다방향으로 반도체 소자(100)와 접촉할 수 있다.
도 5는 도 1의 직접 접촉식 방열 장치(10)를 구성하는 방열판(200) 중 하나인 단방향 방열판(200)을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 도 1의 직접 접촉식 방열 장치(10)를 구성하는 방열판(200) 중 하나인 다방향 방열판(200)을 개략적으로 나타낸다.
도 5를 참조하여, 단방향 방열판(200)은 개방부(220)가 본체부(210)의 일면에 형성될 수 있다. 즉, 단방향 방열판(200)의 개방부(220)는 전술한 바와 같이 제1 개방부(221) 또는 제2 개방부(222) 중 하나를 포함할 수 있다.
이러한 단방향 방열판(200)은 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)의 최상단 또는 최하단에 배치되도록 적층될 수 있다. 이때, 단방향 방열판(200)은 방열판(200)의 하부 또는 상부에 배치된 반도체 소자(100)와 개방부(220)가 형성된 면이 접촉하도록 배치될 수 있다.
따라서, 단방향 방열판(200)을 통과하는 냉매(300)는 화살표 방향과 같이 입구부(230), 개방부(220) 및 출구부(240)의 방향으로 유동하고 단방향 방열판(200) 상부 또는 하부에 배치된 반도체 소자(100)와 직접 접촉하면서 반도체 소자(100)를 냉각할 수 있다.
도 6을 참조하여, 다방향 방열판(200)은 개방부(220)가 본체부(210)의 양면에 형성될 수 있다. 즉, 다방향 방열판(200)의 개방부(220)는 전술한 바와 같이 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)를 포함할 수 있다.
이러한 다방향 방열판(200)은 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)의 중간 부분에 배치되도록 적층될 수 있다. 이때, 다방향 방열판(200)은 방열판(200)의 상부 및 하부에 배치된 반도체 소자(100)들과 제1 개방부(221) 및 제2 개방부(222)가 형성된 면이 각각 접촉하도록 배치될 수 있다.
따라서, 다방향 방열판(200)을 통과하는 냉매(300)는 화살표 방향과 같이 입구부(230), 개방부(220) 및 출구부(240)의 방향으로 유동하지만, 냉매(300)의 일부는 입구부(230)에서 제1 개방부(221)로 유입되고 냉매(300)의 다른 일부는 입구부(230)에서 제2 개방부(222)로 유입될 수 있다. 제1 개방부(221)로 유입된 냉매(300)의 일부는 다방향 방열판(200)의 상부에 배치된 반도체 소자(100)와 직접 접촉하여 이를 냉각할 수 있다. 반면에, 제2 개방부(222)로 유입된 냉매(300)의 다른 일부는 다방향 방열판(200)의 하부에 배치된 반도체 소자(100)와 직접 접촉하여 이를 냉각할 수 있다. 이와 같이 상이한 반도체 소자(100)를 냉각한 냉매(300)의 일부 및 다른 일부는 다방향 방열판(200)의 출구부(240)에서 다시 합류하여 방열판(200)의 외부로 배출될 수 있다.
또한, 단방향 또는 다방향으로 개방부(220)가 형성된 방열판(200)은 기존의 방열판의 상판 또는 하판이 별도로 필요하지 않기 때문에, 상판 또는 하판의 두께로 인해 발생하는 열저항이 없다. 즉, 종래의 방열판에 비해 열원 및 방열판(200) 사이의 불필요한 열저항을 발생시키는 요소가 제거된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 기존의 방열판에 비해 향상된 냉각 성능을 가질 수 있다. 이뿐만 아니라, 전술한 바와 같이 방열판(200)은 열저항이 제거된 구조를 갖기 때문에, 방열판(200)을 구성하는 재료는 열전도율이 높은 재질에만 제한되지 않고 다양한 재료가 선택될 수 있다. 또한, 별도의 상판 또는 하판이 없는 방열판(200)은 나사 조임 또는 브레이징 기법이 반드시 사용될 필요가 없으며, 적층 등과 같이 보다 간단한 제작 방식으로 제작될 수 있다.
전술한 복수 개의 단방향 및 다방향 방열판(200)과 복수 개의 반도체 소자(100)는 교차 적층되어서 도 1에 도시된 바와 같이 직접 접촉식 방열 장치(10)를 형성할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 직접 접촉식 방열 장치(10)는 복수 개로 마련되어 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리(1)를 구성할 수 있다.
도 7은 복수 개로 마련되어 도 1의 직접 접촉식 방열 장치(10)가 서로 병렬 연결 및 수직 적층된 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리(1)를 개략적으로 나타낸다.
도 8은 도 7의 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리(1)의 일부를 나타내는 확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 도 1의 직접 접촉식 방열 장치(10)는 복수 개로 마련되어서 도 8과 같이 병렬 연결될 수 있다. 또한, 도 8의 직접 접촉식 방열 장치(10)는 수직 적층되어서 도 7의 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리(1)를 형성할 수 있다.
도 7을 참조하여, 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리(1)는 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10), 냉매 공급 배관(P1), 냉매 배출 배관(P2) 및 서브 배관(P3)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 냉매 공급 배관(P1)은 수직으로 연장된 관이며, 서브 배관(P3)을 통해 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10)와 연결될 수 있다. 냉매 공급 배관(P1)을 통과하는 냉매(300)는 동시에 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10) 각각에 분배될 수 있다.
냉매 공급 배관(P1)과 유사하게, 냉매 배출 배관(P2)은 수직으로 연장된 관이며, 서브 배관(P3)을 통해 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10)와 연결될 수 있다. 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10)를 통과한 냉매(300)는 냉매 배출 배관(P2)에서 합류하여 배출될 수 있다.
서브 배관(P3)은 복수 개로 마련된 관일 수 있다. 서브 배관(P3)은 냉매 공급 배관(P1)과 직접 접촉식 방열 장치(10), 서로 다른 직접 접촉식 방열 장치(10) 또는 직접 접촉식 방열 장치(10)와 냉매 배출 배관(P2) 사이에 배치되어 이들 사이에 냉매 유동을 원활하게 할 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10)는 각각 서브 배관(P3)을 통해 냉매 공급 배관(P1), 냉매 배출 배관(P2) 및 다른 직접 접촉식 방열 장치(10)와 연결될 수 있다.
도 8을 참조하여, 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10) 중 하나는 입구부(230)가 서브 배관(P3)을 통해 냉매 공급 배관(P1)과 연결될 수 있고, 출구부(240)가 서브 배관(P3)을 통해 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10) 중 다른 하나와 연결될 수 있다. 이때, 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10) 중 하나의 출구부(240)는 다른 하나의 입구부(230)와 연결될 수 있다. 또한, 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10) 중 다른 하나는 출구부(240)가 서브 배관(P3)을 통해 냉매 배출 배관(P2)과 연결될 수 있다.
결국, 냉매 공급 배관(P1)으로부터 공급된 냉매(300)는 하나의 직접 접촉식 방열 장치(10)를 통과하면서 복수 개의 반도체 소자(100)들을 냉각시키고 서브 배관(P3)을 따라 다른 하나의 직접 접촉식 방열 장치(10)를 통과하면서 또 다른 복수 개의 반도체 소자(100)들을 냉각시킬 수 있다. 최종적으로, 냉매(300) 다른 하나의 직접 접촉식 방열 장치(10)으로부터 냉매 배출 배관(P2)으로 배출될 수 있다.
이와 같이 병렬 연결된 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10)들은 도 7에 도시된 바와 같이 서로 병렬 연결됨과 동시에 냉매 공급 배관(P1) 또는 냉매 배출 배관(P2)의 길이 방향을 따라 수직으로 배치될 수 있다.
결국, 냉매 공급 배관(P1)을 통과하는 냉매(300)는 수직 배치된 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10) 각각에 분배되고, 각 층에서 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10)를 통과한 냉매(300)는 다시 냉매 배출 배관(P2)에서 합류하여 배출될 수 있다.
이때, 병렬 연결될 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10) 중 하나의 층에 배치된 직접 접촉식 방열 장치(10)와 다른 층에 배치된 직접 접촉식 방열 장치(10) 사이에는 가압 부재(미 도시)가 배치될 수 있다. 또는, 가압 부재는 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리(1)의 최상단에 배치될 수도 있다. 가압 부재는 수직 배치된 복수 개의 직접 접촉식 방열 장치(10) 사이에 힘을 가하여 직접 접촉식 방열 장치 어셈블리(1)의 체결력을 증가시킬 수 있다.
이때, 가압 부재에 의한 체결압은 전술한 방열판(200)의 본체부(210)에 가해질 수 있다.
또한, 반도체 소자(100) 및 방열판(200) 사이의 체결압은 반도체 소자(100) 및 방열판(200)의 접촉 면적에 따라 증가 또는 감소할 수 있다. 예를 들어, 직접 접촉식 방열 장치(10)의 상부에서 약 0.137m2 면적에 대해 약 98kN의 힘을 가할 때, 그 압력은 대략 7.17MPa이지만, 반도체 소자(100) 및 방열판(200)의 접촉 면적에 의해 반도체 소자(100)의 표면적의 10%에만 힘이 작용된다면 반도체 소자(100) 및 방열판(200) 사이의 체결압은 71.7MPa일 수 있다. 따라서, 방열판(200)의 구조를 변형하여 반도체 소자(100) 및 방열판(200)의 접촉 면적을 확대 또는 축소시키면, 직접 접촉식 방열 장치(10)에 동일한 크기의 힘을 가하더라도 반도체 소자(100) 및 방열판(200) 사이에 실제 작용하는 체결압이 감소 또는 증가할 수 있다.
또한, 이러한 조절에 따라 냉매(300)는 수냉식 외에 상변화 냉각 방식에도 적용될 수 있다.
따라서, 전술한 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 복수 개의 반도체 소자(100)에 냉매(300)가 직접 접촉하여 냉각할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 열원 및 방열판(200) 사이의 열저항을 발생시키는 요소가 제거된 구조를 가지므로, 기존의 방열판에 비해 향상된 냉각 성능을 가질 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 방열판(200)을 구성하는 재질을 자유롭게 선택할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 나사 조임 또는 브레이징 기법이 반드시 사용될 필요가 없으며, 비교적 간단하고 용이한 방식으로 제작될 수 있다. 또한, 반도체 소자(100) 및 방열판(200)은 판 스프링과 같은 가압 부재의 압력에 의해 결합되고, 그 사이에서 냉매(300)가 유동하는 개방부(220)는 금속 가스킷과 같은 밀봉부(260)에 의해 밀폐되므로, 냉매(300)가 직접 접촉식 방열 장치(10)으로부터 누수되는 것을 방지할 수 있다.
다시 말해서, 일 실시예에 따른 직접 접촉식 방열 장치(10)는 반도체 소자(100)와 적어도 일면이 개방된 단방향 및 다방향 방열판(200)을 교차 적층하여 냉매(300)가 반도체 소자(100)와 직접 접촉할 수 있고, 적층된 반도체 소자(100) 및 방열판(200)은 가압 부재에 의한 압력으로 서로 결합되기 때문에 방열판(200)의 상판 또는 하판과 같은 구성이 별도로 필요하지 않다. 이에 따라, 상판 또는 하판의 두께에 의한 열저항이 제거되므로 반도체 소자(100)에 대한 방열 효과가 더욱 향상될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 직접 접촉식 방열 장치
100: 반도체 소자
200: 방열판
210: 본체부
220: 개방부
221: 제1 개방부
222: 제2 개방부
230: 입구부
240: 출구부
250: 휜
260: 밀봉부
300: 냉매

Claims (9)

  1. 복수 개의 반도체 소자;
    적어도 일면이 상기 반도체 소자와 접촉하도록 적층되는 복수 개의 방열판; 및
    상기 방열판 내부를 흐르는 냉매;
    를 포함하고,
    상기 방열판은 적어도 일면이 개방되어서, 상기 냉매와 상기 반도체 소자를 직접 접촉시킴으로써 상기 반도체 소자로부터 발생한 열을 방열하며,
    상기 방열판은,
    본체부;
    상기 본체부의 적어도 일면에 형성되는 개방부;
    상기 본체부의 일측에서 개방부로 관통되는 입구부;
    상기 개방부에서 상기 본체부의 타측으로 관통되는 출구부; 및
    상기 개방부 상에 형성된 복수 개의 휜;
    을 포함하고,
    상기 개방부는 상기 반도체 소자와 방열판이 서로 비접촉하는 부분이며,
    상기 개방부는 상기 냉매가 유입되는 빈 공간을 형성하고, 상기 공간에 채워진 상기 냉매는 상기 복수 개의 반도체 소자의 적어도 일면에 직접 접촉하는, 직접 접촉식 방열 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 본체부의 적어도 일면에 배치된 밀봉부를 더 포함하고,
    상기 밀봉부에 의해 냉매가 상기 반도체 소자와 상기 방열판 사이에서 누수되는 것이 방지되는, 직접 접촉식 방열 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밀봉부는 금속 가스킷인, 직접 접촉식 방열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개방부는,
    상기 본체부의 일면에 형성된 제1 개방부; 및
    상기 본체부의 타면에 형성된 제2 개방부;
    를 포함하고,
    상기 냉매는 상기 제1 개방부로 유입되어서 상기 복수 개의 반도체 소자 중 상기 본체부의 일면과 접촉하도록 적층된 반도체 소자와 직접 접촉하고,
    상기 냉매는 동시에 상기 제2 개방부로 유입되어서 상기 복수 개의 반도체 소자 중 상기 본체부의 타면과 접촉하도록 적층된 반도체 소자와 직접 접촉하는, 직접 접촉식 방열 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 휜은 상기 개방부를 지나는 상기 냉매의 난류를 발생시키는, 직접 접촉식 방열 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    적층된 복수 개의 상기 반도체 소자 또는 방열판은 클램핑 결합되는, 직접 접촉식 방열 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    적층된 복수 개의 상기 반도체 소자 또는 방열판의 최상단에 배치되는 가압 부재를 더 포함하고,
    상기 가압 부재는 적층된 복수 개의 상기 반도체 소자 및 방열판에 압력을 가하여 체결력을 증가시키는, 직접 접촉식 방열 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 반도체 소자는 IGBT 모듈인, 직접 접촉식 방열 장치.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004119667A (ja) 2002-09-26 2004-04-15 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JP2004316955A (ja) 2003-04-11 2004-11-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 薄型流路形成体、熱交換装置、電子機器及び薄型流路形成体の製造方法
JP2005302882A (ja) * 2004-04-08 2005-10-27 Nissan Motor Co Ltd 半導体装置
JP2006166604A (ja) 2004-12-08 2006-06-22 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2012033862A (ja) 2010-07-09 2012-02-16 Denso Corp 半導体装置
JP2017224651A (ja) * 2016-06-13 2017-12-21 トヨタ自動車株式会社 冷却器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0595064A (ja) * 1991-10-01 1993-04-16 Hitachi Ltd 半導体冷却装置
JPH0680912A (ja) * 1992-09-04 1994-03-22 Nissan Motor Co Ltd 自動車用塗料組成物およびそれを塗布してなる塗装物
JP3210199B2 (ja) * 1995-01-27 2001-09-17 株式会社東芝 平形半導体素子の冷却体

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004119667A (ja) 2002-09-26 2004-04-15 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JP2004316955A (ja) 2003-04-11 2004-11-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 薄型流路形成体、熱交換装置、電子機器及び薄型流路形成体の製造方法
JP2005302882A (ja) * 2004-04-08 2005-10-27 Nissan Motor Co Ltd 半導体装置
JP2006166604A (ja) 2004-12-08 2006-06-22 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2012033862A (ja) 2010-07-09 2012-02-16 Denso Corp 半導体装置
JP2017224651A (ja) * 2016-06-13 2017-12-21 トヨタ自動車株式会社 冷却器

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