KR102492324B1 - Double layer semiconductor cooling device with double structure - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 상에 안착되어 반도체를 냉각시키는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉각 유체가 유입되는 유입구와 냉각 유체가 배출되는 배출구가 형성되며, 유입구를 통해 유입되는 냉각 유체가 유동되는 적어도 하나 이상의 제1 유체 채널이 외측 하면에 형성된 제1 냉각 플레이트 및 유입구를 통해 냉각 유체가 유입되어 유동되고, 제1 유체 채널에서 유동되는 냉각 유체가 분배되어 유동되는 적어도 하나 이상의 제2 유체 채널이 외측 상면에 형성된 제2 냉각 플레이트를 포함하며, 제1 유체 채널이 형성된 제1 냉각 플레이트의 하면과 제2 유체 채널이 형성된 제2 냉각 플레이트의 상면은 서로 면접하고, 제1 유체 채널과 제2 유체 채널은 서로 다른 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 냉각 유체가 유동되는 다수의 냉각 채널이 각각 형성된 2중의 복층형 냉각 플레이트 내에서 유동되는 냉각 유체를 냉각 플레이트의 전체 부위에 균일하게 분포시켜 반도체가 접하는 냉각 플레이트의 전체 부위의 온도가 일정하게 유지되게 함으로써 반도체 전체 부위의 발열 온도를 균일하게 저감시킬 수 있어 기존의 방열판 보다 작은 크기 및 저유량의 냉각 유체로도 높은 냉각 효율을 가질 수 있다.The present invention relates to a multi-layer semiconductor cooling device having a dual structure seated on a semiconductor and cooling the semiconductor, and more particularly, an inlet through which cooling fluid flows and an outlet through which cooling fluid is discharged are formed, and through the inlet At least one first fluid channel through which the introduced cooling fluid flows is introduced and flows through a first cooling plate formed on an outer lower surface and an inlet, and the cooling fluid flowing in the first fluid channel is distributed and flows. A second cooling plate having one or more second fluid channels formed on an outer upper surface thereof, a lower surface of the first cooling plate having the first fluid channels and an upper surface of the second cooling plate having the second fluid channels face each other, and It relates to a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure, characterized in that the first fluid channel and the second fluid channel extend in different directions.
According to the present invention, the cooling fluid flowing in the double multi-layered cooling plate in which a plurality of cooling channels through which the cooling fluid flows is formed is uniformly distributed over the entire area of the cooling plate so that the temperature of the entire area of the cooling plate in contact with the semiconductor is increased. By keeping it constant, it is possible to uniformly reduce the exothermic temperature of the entire semiconductor area, so that high cooling efficiency can be obtained even with a cooling fluid of a smaller size and a lower flow rate than conventional heat sinks.

Description

2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치{Double layer semiconductor cooling device with double structure}Double layer semiconductor cooling device with double structure

본 발명은 반도체 냉각 장치에 관한 것으로, 특히 냉각 유체가 유동되는 다수의 냉각 채널이 형성된 2중의 복층형 냉각 플레이트를 통해 반도체 전체 부위의 발열 온도를 균일하게 저감시킬 수 있는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor cooling device, and in particular, a multi-layered semiconductor cooling device having a double-layered structure capable of uniformly reducing the exothermic temperature of the entire semiconductor area through a double-layered cooling plate formed with a plurality of cooling channels through which cooling fluid flows. It's about the device.

일반적으로 고전압 직류송전(High Voltage Direct Current: HVDC)설비의 전력 변환기에는 다수의 전력 반도체 소자가 사용된다.In general, a plurality of power semiconductor devices are used in power converters of high voltage direct current (HVDC) facilities.

이러한 전력 반도체는 전력 변환 과정에서 열손실을 발생하는데, 대용량으로 될수록 발생되는 열손실이 매우 커지게 된다.These power semiconductors generate heat loss in the power conversion process, and the heat loss becomes very large as the capacity increases.

이렇게 전력 반도체에서 발생하는 열손실은 반도체 자체의 온도 상승을 가져오게 되고, 이 온도 상승이 반도체의 동작 온도 한계를 초과하게 되면 반도체가 파손되는 문제가 발생할 수 있다.The heat loss generated in the power semiconductor causes a rise in the temperature of the semiconductor itself, and when this temperature rise exceeds the operating temperature limit of the semiconductor, a problem of damage to the semiconductor may occur.

즉, 발열은 반도체 소자의 수명 및 성능을 감소시키는 주요 원인이며, 소자의 환경 온도와 특정 부위에서 발생하는 최대 온도 값의 컨트롤이 요구된다.That is, heat generation is a major cause of reducing the lifespan and performance of a semiconductor device, and it is required to control the environment temperature of the device and the maximum temperature value generated in a specific area.

따라서, 집약적이고 장기적인 운전이 필요한 전력 변환기의 작동 환경에 맞게 전력 반도체를 사용할 때는 온도 상승을 억제하기 위한 냉각장치가 필수적이다.Therefore, when using a power semiconductor in accordance with the operating environment of a power converter requiring intensive and long-term operation, a cooling device for suppressing temperature rise is essential.

한국 등록특허공보 제10-1653453호(2016년 09월 09일 공고)Korean Registered Patent Publication No. 10-1653453 (published on September 09, 2016)

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 냉각 유체가 유동되는 다수의 냉각 채널이 각각 형성된 2중의 복층형 냉각 플레이트 내에서 유동되는 냉각 유체를 냉각 플레이트의 전체 부위에 균일하게 분포시켜 반도체가 접하는 냉각 플레이트의 전체 부위의 온도가 일정하게 유지되게 함으로써 반도체 전체 부위의 발열 온도를 균일하게 저감시킬 수 있는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치를 제공하는 데 있다.The problem of the present invention, which was made to solve the above-mentioned problems, is to uniformly distribute the cooling fluid flowing in the entire cooling plate in a double multi-layered cooling plate in which a plurality of cooling channels through which the cooling fluid flows are formed, respectively, so that the semiconductor semiconductor An object of the present invention is to provide a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure capable of uniformly reducing the exothermic temperature of the entire portion of the semiconductor by keeping the temperature of the entire portion of the cooling plate in contact with the constant.

상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 반도체 상에 안착 되어 반도체를 냉각시키는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치로서, 냉각 유체가 유입되는 유입구와 냉각 유체가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 유입구를 통해 유입되는 냉각 유체가 유동되는 적어도 하나 이상의 제1 유체 채널이 외측 하면에 형성된 제1 냉각 플레이트 및 상기 유입구를 통해 냉각 유체가 유입되어 유동되고, 상기 제1 유체 채널에서 유동되는 냉각 유체가 분배되어 유동되는 적어도 하나 이상의 제2 유체 채널이 외측 상면에 형성된 제2 냉각 플레이트를 포함하며, 상기 제1 유체 채널이 형성된 제1 냉각 플레이트의 하면과 상기 제2 유체 채널이 형성된 제2 냉각 플레이트의 상면은 서로 면접하고, 상기 제1 유체 채널과 상기 제2 유체 채널은 서로 다른 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention, which has been devised to achieve the above object, is a multi-layer semiconductor cooling device having a double structure that is seated on a semiconductor and cools the semiconductor, and an inlet through which the cooling fluid flows and an outlet through which the cooling fluid is discharged are formed. A first cooling plate having at least one first fluid channel through which the cooling fluid introduced through the inlet flows is formed on an outer lower surface and the cooling fluid flows through the inlet and the cooling fluid flowing in the first fluid channel A second cooling plate having at least one or more second fluid channels that are distributed and flowing are formed on an outer upper surface of the second cooling plate, and a lower surface of the first cooling plate on which the first fluid channels are formed and a second cooling plate on which the second fluid channels are formed. The upper surfaces face each other, and the first fluid channel and the second fluid channel are characterized in that they extend in different directions.

상기 제1 유체 채널과 상기 제2 유체 채널이 교차하여 겹치는 제1 냉각 플레이트와 제2 냉각 플레이트 사이에는 제1 유체 채널과 제2 유체 채널이 연통되는 연통부가 형성되며, 상기 연통부를 통해 냉각 유체가 상기 제1 유체 채널과 상기 제2 유체 채널 간을 유동하는 것을 특징으로 한다.A communication part through which the first fluid channel communicates with the second fluid channel is formed between the first cooling plate and the second cooling plate where the first fluid channel and the second fluid channel cross and overlap each other, and the cooling fluid flows through the communication part. It is characterized in that the flow between the first fluid channel and the second fluid channel.

상기 제1 유체 채널은 서로 이격하여 병렬 형성되는 것을 특징으로 한다.The first fluid channels are characterized in that they are formed in parallel and spaced apart from each other.

상기 유입구는 상기 제1 냉각 플레이트의 일측을 관통하여 다수의 제1 유체 채널 가운데 어느 하나의 일단에 형성되고, 상기 배출구는 제1 냉각 플레이트의 타측을 관통하여 상기 다수의 제1 유체 채널 가운데 다른 제1 유체 채널의 타단에 형성되는 것을 특징으로 한다.The inlet passes through one side of the first cooling plate and is formed in one end of a plurality of first fluid channels, and the outlet passes through the other side of the first cooling plate and is formed in another one of the plurality of first fluid channels. 1 characterized in that it is formed at the other end of the fluid channel.

상기 제1 유체 채널에는 상기 유입구 및 상기 배출구 가운데 어느 하나만 형성되거나, 상기 유입구 및 상기 배출구가 형성되지 않을 수 있다.Either one of the inlet and the outlet may be formed in the first fluid channel, or the inlet and the outlet may not be formed.

상기 유입구 및 상기 배출구는 교대로 배치될 수 있다.The inlet and the outlet may be alternately arranged.

상기 제2 유체 채널은 서로 이격하여 병렬 형성되는 것을 특징으로 한다.The second fluid channels are characterized in that they are formed in parallel and spaced apart from each other.

상기 제1 유체 채널과 상기 제2 유체 채널은 서로 직교한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first fluid channel and the second fluid channel are formed in directions orthogonal to each other.

상기 제1 냉각 플레이트에 이격 형성되는 제1 유체 채널 간의 간격 보다 상기 제2 냉각 플레이트에 이격 형성되는 제2 유체 채널 간의 간격이 더 좁은 것을 특징으로 한다.A distance between the second fluid channels spaced apart from the second cooling plate is narrower than a distance between the first fluid channels spaced apart from the first cooling plate.

상기 제1 유체 채널과 제2 유체 채널은, 상기 제1 냉각 플레이트와 제2 냉각 플레이트의 외측면에 각각 음각의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first fluid channel and the second fluid channel are each formed in an intaglio shape on outer surfaces of the first cooling plate and the second cooling plate.

상기 제1 냉각 플레이트의 외측 하면에는 제1 냉각 플레이트의 하면 테두리를 따라 실링홈이 형성되고, 상기 실링홈의 내측에 삽입되는 실링부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.A sealing groove is formed on an outer lower surface of the first cooling plate along an edge of the lower surface of the first cooling plate, and a sealing member is inserted into the sealing groove.

상기 제2 냉각 플레이트의 외측 상면에는 제2 냉각 플레이트의 상면 테두리를 따라 상기 제1 냉각 플레이트에 형성된 실링홈에 대응하는 실링홈이 더 형성되며, 제2 냉각 플레이트에 형성된 실링홈의 내측에 상기 실링부재의 일부가 삽입되는 것을 특징으로 한다.Sealing grooves corresponding to the sealing grooves formed in the first cooling plate are further formed on the outer upper surface of the second cooling plate along the upper edge of the second cooling plate, and the sealing grooves are formed inside the sealing grooves formed in the second cooling plate. It is characterized in that a part of the member is inserted.

본 발명은 냉각 유체가 유동되는 다수의 냉각 채널이 각각 형성된 2중의 복층형 냉각 플레이트 내에서 유동되는 냉각 유체를 냉각 플레이트의 전체 부위에 균일하게 분포시켜 반도체가 접하는 냉각 플레이트의 전체 부위의 온도가 일정하게 유지되게 함으로써 반도체 전체 부위의 발열 온도를 균일하게 저감시킬 수 있어 기존의 방열판 보다 작은 크기 및 저유량의 냉각 유체로도 높은 냉각 효율을 가질 수 있는 효과가 있다.The present invention uniformly distributes the cooling fluid flowing in the double layer type cooling plate in which a plurality of cooling channels through which the cooling fluid flows is formed over the entire area of the cooling plate so that the temperature of the entire area of the cooling plate in contact with the semiconductor is constant. By maintaining it, it is possible to uniformly reduce the exothermic temperature of the entire portion of the semiconductor, so that a high cooling efficiency can be obtained even with a cooling fluid having a smaller size and a lower flow rate than conventional heat sinks.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치를 나타낸 일측면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치를 나타낸 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에서 제1 냉각 플레이트의 저부를 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에서 냉각 유체의 유동을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에서 제2 냉각 플레이트의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.1 is a side view showing a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view showing a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention;
3 is an exploded perspective view showing a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention;
4 is a plan view showing a bottom portion of a first cooling plate in a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional view showing the flow of cooling fluid in a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention;
6 is a plan view showing another embodiment of a second cooling plate in a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치를 나타낸 일측면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치를 나타낸 사시도이다.1 is a side view showing a multi-layer semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a multi-layer semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치는, 제1 냉각 플레이트(100) 및 제2 냉각 플레이트(200)를 포함하는 구성요소로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 1 and 2 , a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to a preferred embodiment of the present invention is composed of components including a first cooling plate 100 and a second cooling plate 200. This is explained in detail as follows.

본 발명은 반도체(S) 상에 안착되어 반도체(S)를 냉각시키는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치이다. 여기서, 반도체(S)는 고전압 직류송전 설비의 전력 변환기에 적용되는 전력 반도체(S)인 것을 일실시예로 하여 설명한다. 일반적으로 고전압 직류송전 설비의 전력 변환기에는 적어도 하나 이상의 전력 반도체(S)가 사용될 수 있다.The present invention is a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure that is seated on a semiconductor (S) and cools the semiconductor (S). Here, the semiconductor (S) is a power semiconductor (S) applied to a power converter of a high voltage direct current transmission facility will be described as an embodiment. In general, at least one power semiconductor (S) may be used in a power converter of a high voltage direct current transmission facility.

그리고, 본 발명의 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치는, 다수의 전력 반도체(S)에 포함되는 각각의 전력 반도체(S) 마다 하나씩 개별적으로 반도체(S)에 장착된다.And, in the multilayer semiconductor cooling device having a double structure of the present invention, each power semiconductor included in the plurality of power semiconductors S is individually mounted on the semiconductor S, one by one.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에서 제1 냉각 플레이트의 저부를 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에서 냉각 유체의 유동을 나타낸 단면도이다.3 is an exploded perspective view showing a multi-layer semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an exploded perspective view of a first cooling plate in a multi-layer semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention. 5 is a plan view showing a bottom portion, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing the flow of a cooling fluid in a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 제1 냉각 플레이트(100)는, 냉각 유체가 유입되는 유입구(110)와 냉각 유체가 배출되는 배출구(120)가 형성된다. 그리고, 유입구(110)를 통해 유입되는 냉각 유체가 유동되는 제1 유체 채널(130)이 제1 냉각 플레이트(100)의 외측 하면에 형성된다.Referring to FIGS. 3 to 5 , the first cooling plate 100 has an inlet 110 through which the cooling fluid flows and an outlet 120 through which the cooling fluid is discharged. In addition, a first fluid channel 130 through which the cooling fluid introduced through the inlet 110 flows is formed on an outer lower surface of the first cooling plate 100 .

부연하면, 제1 냉각 플레이트(100)의 하면에는 냉각 유체가 유동되는 제1 유체 채널(130)이 형성된다. 그리고, 제1 유체 채널(130)에 냉각 유체가 공급되도록 제1 냉각 플레이트(100)를 상하로 관통하여 제1 유체 채널(130)의 일단에 유입구(110)가 형성된다. 그리고, 냉각 유체가 배출되도록 제1 냉각 플레이트(100)를 상하로 관통하여 제1 유체 채널(130)의 타단에 배출구(120)가 형성된다.In other words, the first fluid channel 130 through which the cooling fluid flows is formed on the lower surface of the first cooling plate 100 . In addition, an inlet 110 is formed at one end of the first fluid channel 130 by vertically penetrating the first cooling plate 100 so that the cooling fluid is supplied to the first fluid channel 130 . In addition, a discharge port 120 is formed at the other end of the first fluid channel 130 by vertically penetrating the first cooling plate 100 so that the cooling fluid is discharged.

여기서, 제1 냉각 플레이트(100)에 형성되는 제1 유체 채널(130)은 제1 냉각 플레이트(100)의 외측 하면에 음각의 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 유체 채널(130)은 제1 냉각 플레이트(100)의 하면에 단면이 반구 또는 반타원 등의 오목한 형태이거나 단면이 삼각 또는 사각 등의 다각의 각진 형태로 형성될 수 있다.Here, the first fluid channel 130 formed in the first cooling plate 100 may be formed in an intaglio shape on an outer lower surface of the first cooling plate 100 . For example, the first fluid channel 130 may be formed on the lower surface of the first cooling plate 100 in a concave shape such as a hemisphere or a semi-ellipse in cross section or in a polygonal angled shape such as a triangle or square in cross section.

제2 냉각 플레이트(200)는, 제1 냉각 플레이트(100)에 형성된 유입구(110)를 통해 냉각 유체가 직접 유입되면서 냉각 유체가 유동됨과 아울러 제1 냉각 플레이트(100)에 형성된 제1 유체 채널(130)에서 유동되는 냉각 유체가 분배되면서 유동되는 제2 유체 채널(210)이 제2 냉각 플레이트(200)의 외측 상면에 형성된다.In the second cooling plate 200, the cooling fluid flows directly through the inlet 110 formed in the first cooling plate 100, and the cooling fluid flows, and the first fluid channel formed in the first cooling plate 100 ( A second fluid channel 210 through which the cooling fluid flowing in 130 is distributed while flowing is formed on the outer upper surface of the second cooling plate 200 .

부연하면, 제1 냉각 플레이트(100)의 하측에 제2 냉각 플레이트(200)가 배치되는데, 제1 냉각 플레이트(100)의 하면과 마주하는 제2 냉각 플레이트(200)의 상면에는 냉각 유체가 유동되는 제2 유체 채널(210)이 형성된다.In other words, the second cooling plate 200 is disposed under the first cooling plate 100, and the cooling fluid flows on the upper surface of the second cooling plate 200 facing the lower surface of the first cooling plate 100. A second fluid channel 210 is formed.

이때, 제2 냉각 플레이트(200)에 형성되는 제2 유체 채널(210)은 제2 냉각 플레이트(200)의 외측 상면에 음각의 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 유체 채널(210)은 제2 냉각 플레이트(200)의 상면에 단면이 반구 또는 반타원 등의 오목한 형태이거나 단면이 삼각 또는 사각 등의 다각의 각진 형태로 형성될 수 있다.In this case, the second fluid channel 210 formed in the second cooling plate 200 may be formed in an intaglio shape on an outer upper surface of the second cooling plate 200 . For example, the second fluid channel 210 may be formed on the upper surface of the second cooling plate 200 in a concave shape such as a hemisphere or a semi-ellipse in cross section or in a polygonal angular shape such as a triangle or square in cross section.

여기서, 제1 유체 채널(130)이 형성된 제1 냉각 플레이트(100)의 하면과, 제2 유체 채널(210)이 형성된 제2 냉각 플레이트(200)의 상면은 서로 면접하여 볼트/너트 등과 같은 체결부재에 의해 제1 냉각 플레이트(100)와 제2 냉각 플레이트(200) 간이 상하 복층 구조로 체결될 수 있다.Here, the lower surface of the first cooling plate 100 on which the first fluid channel 130 is formed and the upper surface of the second cooling plate 200 on which the second fluid channel 210 is formed are interviewed to each other and fastened such as bolts/nuts. By means of the member, the first cooling plate 100 and the second cooling plate 200 may be fastened in a multi-layer structure.

한편, 제1 냉각 플레이트(100)의 하면에 형성되는 제1 유체 채널(130)과, 제2 냉각 플레이트(200)의 상면에 형성되는 제2 유체 채널(210)은 서로 다른 방향으로 연장 형성된다.Meanwhile, the first fluid channel 130 formed on the lower surface of the first cooling plate 100 and the second fluid channel 210 formed on the upper surface of the second cooling plate 200 extend in different directions. .

즉, 제1 유체 채널(130)의 방향과, 제2 유체 채널(210)의 방향은 서로 평행하지 않도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 유체 채널(130)과 제2 유체 채널(210)은 서로 교차되도록 배치될 수 있다.That is, the direction of the first fluid channel 130 and the direction of the second fluid channel 210 may be formed so as not to be parallel to each other. Accordingly, the first fluid channel 130 and the second fluid channel 210 may be disposed to cross each other.

부연하면, 제1 유체 채널(130)은 양끝단이 폐쇄된 복수의 단위 채널이 서로 이격하여 제1 냉각 플레이트(100)의 하면에 병렬로 형성된다.In other words, the first fluid channel 130 is formed in parallel on the lower surface of the first cooling plate 100 with a plurality of unit channels closed at both ends spaced apart from each other.

한편, 냉각 유체가 유입되는 유입구(110)는 제1 냉각 플레이트(100)의 일측을 상하로 관통하여 다수의 제1 유체 채널(130) 가운데 어느 하나의 일단에 형성된다. 그리고, 냉각 유체가 배출되는 배출구(120)는 제1 냉각 플레이트(100)의 타측을 상하로 관통하여 다수의 제1 유체 채널(130)의 가운데 다른 제1 유체 채널(130)의 타단에 형성된다.Meanwhile, the inlet 110 through which the cooling fluid flows vertically penetrates one side of the first cooling plate 100 and is formed at one end of one of the plurality of first fluid channels 130 . In addition, the outlet 120 through which the cooling fluid is discharged vertically penetrates the other side of the first cooling plate 100 and is formed at the other end of the first fluid channel 130 in the middle of the plurality of first fluid channels 130. .

예를 들어, 제1 냉각 플레이트(100)의 하면에 5개의 제1 유체 채널(130)이 제1 냉각 플레이트(100)의 좌측에서부터 우측을 향해 차례로 이격하여 병렬 배치되면, 첫번째 제1 유체 채널(130)의 일단에 유입구(110)가 형성되고, 두번째 제1 유체 채널(130)의 타단에 배출구(120)가 형성되고, 세번째 제1 유체 채널(130)의 일단에 유입구(110)가 형성되고, 네번째 제1 유체 채널(130)의 타단에 배출구(120)가 형성되고, 마지막으로 다섯번째 제1 유체 채널(130)의 일단에 유입구(110)가 형성된다.For example, if five first fluid channels 130 are arranged in parallel on the lower surface of the first cooling plate 100 and are spaced apart from each other in sequence from the left side to the right side of the first cooling plate 100, the first first fluid channels ( 130), the inlet 110 is formed at one end, the outlet 120 is formed at the other end of the second first fluid channel 130, and the inlet 110 is formed at one end of the third first fluid channel 130, , The outlet 120 is formed at the other end of the fourth first fluid channel 130, and finally the inlet 110 is formed at one end of the fifth first fluid channel 130.

즉, 유입구(110)와 배출구(120)가 서로 다른 제1 유체 채널(130)에 각각 형성되고, 제1 냉각 플레이트(100)를 관통하여 형성되는 유입구(110)와 배출구(120)는 제1 냉각 플레이트(100)의 좌측에서부터 우측을 향해 지그재그로 서로 교대로 배치되는 것이다.That is, the inlet 110 and the outlet 120 are formed in different first fluid channels 130, respectively, and the inlet 110 and the outlet 120 formed through the first cooling plate 100 are formed in the first fluid channel 130. They are alternately arranged in a zigzag pattern from the left side of the cooling plate 100 to the right side.

유입구(110)가 형성된 제1 유체 채널(130)에는 배출구(120)가 형성되지 않고, 배출구(120)는 유입구(110)가 형성되지 않은 제1 유체 채널(130)에 형성되는 것이 좋다. 즉, 제1 유체 채널(130)에는 유입부(110) 및 배출구(120) 가운데 어느 하나만 형성되는 것이 좋다.Preferably, the outlet 120 is not formed in the first fluid channel 130 in which the inlet 110 is formed, and the outlet 120 is formed in the first fluid channel 130 in which the inlet 110 is not formed. That is, it is preferable that only one of the inlet 110 and the outlet 120 is formed in the first fluid channel 130 .

상술한 유입구(110)와 배출구(120)가 같은 제1 유체 채널(130)에 배치되지않고, 유입구(110) 및 배출구(120) 가운데 어느 하나만 각각의 제1 유체 채널(130)에 형성되는 배치 구조로 인해 유입구(110)를 통해 유입되는 냉각 유체가 제1 유체 채널(130)을 통해 배출구(120)로 곧바로 배출되지 않고, 유입구(110)가 형성된 제1 유체 채널(130)에서 제2 유체 채널(210)을 경유하여 배출구(120)가 형성된 다른 제1 유체 채널(130)을 통하여 배출됨에 따라 냉각 유체가 충분한 시간 동안 유동될 수 있고, 냉각 유체가 냉각 플레이트의 전체 부위에 균일하게 분포되어 반도체가 접하는 냉각 플레이트의 전체 부위를 냉각할 수 있다.The above-mentioned inlet 110 and outlet 120 are not disposed in the same first fluid channel 130, and only one of the inlet 110 and the outlet 120 is formed in each first fluid channel 130. Due to the structure, the cooling fluid introduced through the inlet 110 is not directly discharged to the outlet 120 through the first fluid channel 130, and the second fluid flows through the first fluid channel 130 where the inlet 110 is formed. As it is discharged via the channel 210 and through the other first fluid channel 130 in which the outlet 120 is formed, the cooling fluid can flow for a sufficient time, and the cooling fluid is uniformly distributed over the entire area of the cooling plate. The entire area of the cooling plate in contact with the semiconductor can be cooled.

물론, 제1 유체 채널(130)에는 유입구(110) 및 배출구(120)가 형성되지 않고, 냉각 유체가 흐르기만 하는 제1 유체 채널(130)도 형성될 수 있음은 물론이다.Of course, the inlet 110 and the outlet 120 are not formed in the first fluid channel 130, and the first fluid channel 130 through which cooling fluid only flows may be formed.

그리고, 제2 유체 채널(210)은 양끝단이 폐쇄된 복수의 단위 채널이 제1 유체 채널(130)과 직교한 방향으로 서로 이격하여 제2 냉각 플레이트(200)의 상면에 병렬로 형성된다.In addition, the second fluid channel 210 is formed in parallel on the upper surface of the second cooling plate 200 by spaced apart from each other in a direction orthogonal to the first fluid channel 130 in a plurality of unit channels closed at both ends.

이렇게 제1 유체 채널(130)의 방향과 제2 유체 채널(210)의 방향이 서로 다른 방향으로 형성되면서 제1 유체 채널(130)과 제2 유체 채널(210)이 격자 형태로 서로 직교하기 때문에 제1 유체 채널(130)과 제2 유체 채널(210)이 교차하는 겹치는 제1 냉각 플레이트(100)와 제2 냉각 플레이트(200) 사이에는 제1 유체 채널(130)과 제2 유체 채널(210)이 서로 연통되는 다수의 연통부(A)를 형성하게 된다.Since the direction of the first fluid channel 130 and the direction of the second fluid channel 210 are formed in different directions, the first fluid channel 130 and the second fluid channel 210 are orthogonal to each other in a lattice form. Between the overlapping first cooling plate 100 and the second cooling plate 200 where the first fluid channel 130 and the second fluid channel 210 intersect, the first fluid channel 130 and the second fluid channel 210 ) will form a plurality of communication parts (A) communicating with each other.

이러한 다수의 연통부(A)를 통해 각각의 제1 유체 채널(130)에서 유동되는 냉각 유체가 각각의 제2 유체 채널(210)로 골고루 빠르게 분배되고, 냉각 유체가 제1 유체 채널(130)과 제2 유체 채널(210) 간을 자유롭게 유동할 수 있게 된다.The cooling fluid flowing in each of the first fluid channels 130 is evenly and quickly distributed to each of the second fluid channels 210 through the plurality of communication units A, and the cooling fluid flows through the first fluid channels 130. And it is possible to freely flow between the second fluid channel (210).

여기서, 제1 냉각 플레이트(100)에 이격 형성되는 제1 유체 채널(130) 간의 사이 간격 보다 제2 냉각 플레이트(200)에 이격 형성되는 제2 유체 채널(210) 간의 사이 간격이 더 좁게 형성될 수 있다.Here, the distance between the second fluid channels 210 spaced apart from the second cooling plate 200 is narrower than the distance between the first fluid channels 130 spaced apart from the first cooling plate 100. can

즉, 제2 냉각 플레이트(200)의 상면에 서로 이격하여 병렬 형성되는 제2 유체 채널(210) 간의 사이 간격을 매우 촘촘히 형성되게 함으로써 냉각 유체가 제2 냉각 플레이트(200)의 전체 부위에 균일하게 분포될 수 있어 반도체(S)의 상면이 접하는 제2 냉각 플레이트(200)의 전체 부위 온도를 일정하게 유지할 수 있다.That is, by forming a very dense interval between the second fluid channels 210 formed in parallel and spaced apart from each other on the upper surface of the second cooling plate 200, the cooling fluid is uniformly distributed over the entire area of the second cooling plate 200. The temperature of the entire region of the second cooling plate 200 contacting the upper surface of the semiconductor S may be maintained constant.

이렇게 제2 냉각 플레이트(200)의 전체 부위에 냉각 유체가 균일하게 분포되어 제2 냉각 플레이트(200)의 전체 부위의 온도가 일정하게 유지되기 때문에 제2 냉각 플레이트(200)의 하면에 접하는 반도체(S)의 전체 부위에 대한 발열 온도를 균일하게 저감시킬 수 있고, 기존의 방열판 보다 작은 크기 및 저유량의 냉각 유체로도 높은 냉각 효율을 가질 수 있다.In this way, since the cooling fluid is uniformly distributed over the entire area of the second cooling plate 200 and the temperature of the entire area of the second cooling plate 200 is maintained constant, the semiconductor in contact with the lower surface of the second cooling plate 200 ( It is possible to uniformly reduce the exothermic temperature of the entire area of S), and it is possible to have high cooling efficiency even with a cooling fluid having a smaller size and a lower flow rate than conventional heat sinks.

한편, 제1 냉각 플레이트(100)의 하면과 접하는 제2 냉각 플레이트(200)의 상면 사이를 통해 냉각 유체가 누출되는 것을 방지하기 위해 제1 냉각 플레이트(100)의 외측 하면 또는 제2 냉각 플레이트(200)의 외측 상면에는 실링홈이 형성될 수 있다.On the other hand, in order to prevent the cooling fluid from leaking through the gap between the lower surface of the first cooling plate 100 and the upper surface of the second cooling plate 200 in contact with the outer lower surface of the first cooling plate 100 or the second cooling plate ( 200), a sealing groove may be formed on the outer upper surface.

부연하면, 제1 냉각 플레이트(100)의 외측 하면에 실링홈(140)이 형성되는 경우, 제1 냉각 플레이트(100)의 하면 테두리를 따라 실링홈(140)이 형성될 수 있다.In other words, when the sealing groove 140 is formed on the outer lower surface of the first cooling plate 100, the sealing groove 140 may be formed along the edge of the lower surface of the first cooling plate 100.

이러한 실링홈(140의 내측에 오링과 같은 실링부재(300)가 삽입된 상태로 제1 냉각 플레이트(100)와 제2 냉각 플레이트(200)가 상하 복층 구조로 체결부재에 의해 서로 체결되면서 제1 냉각 플레이트(100)와 제2 냉각 플레이트(200) 간의 기밀을 유지할 수 있다.With the sealing member 300 such as an O-ring inserted inside the sealing groove 140, the first cooling plate 100 and the second cooling plate 200 are fastened to each other in a multi-layer structure by means of a fastening member, Airtightness between the cooling plate 100 and the second cooling plate 200 may be maintained.

도 6은 본 발명의 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치에서 제2 냉각 플레이트의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.6 is a plan view showing another embodiment of a second cooling plate in a multi-layered semiconductor cooling device having a double structure according to the present invention.

도 6을 참조하면, 다른 실시예로서, 제2 냉각 플레이트(200)의 외측 상면에는 제2 냉각 플레이트(200)의 상면 테두리를 따라 제1 냉각 플레이트(100)의 하면에 형성된 실링홈(140)에 대응하는 실링홈(220)이 더 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6 , as another embodiment, a sealing groove 140 formed on the lower surface of the first cooling plate 100 along the upper edge of the second cooling plate 200 is formed on the outer upper surface of the second cooling plate 200 . A sealing groove 220 corresponding to may be further formed.

부연하면, 제1 냉각 플레이트(100)의 하면에 형성된 실링홈(140)의 내측에 오링과 같은 실링부재(300)의 일부가 삽입되고, 제2 냉각 플레이트(200)의 상면에 형성된 실링홈(220)의 내측에 실링부재(300)의 나머지 일부가 삽입된 상태로 제1 냉각 플레이트(100)와 제2 냉각 플레이트(200)가 상하 복층 구조로 체결부재에 의해 서로 체결되면서 제1 냉각 플레이트(100)와 제2 냉각 플레이트(200) 간의 기밀을 유지할 수 있다.In other words, a part of the sealing member 300 such as an O-ring is inserted into the sealing groove 140 formed on the lower surface of the first cooling plate 100, and the sealing groove formed on the upper surface of the second cooling plate 200 ( 220), while the first cooling plate 100 and the second cooling plate 200 are fastened to each other by the fastening member in a multi-layer structure with the remaining part of the sealing member 300 inserted, the first cooling plate ( 100) and the second cooling plate 200 may maintain airtightness.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.In the above, the present invention has been described based on the preferred embodiments, but the technical idea of the present invention is not limited thereto, and modifications or changes can be made within the scope described in the claims. Those skilled in the art to which the present invention belongs is obvious, and such modifications or alterations will fall within the scope of the appended claims.

100: 제1 냉각 플레이트
110: 유입구
120: 배출구
130: 제1 유체 채널
140, 220: 실링홈
200: 제2 냉각 플레이트
210: 제2 유체 채널
300: 실링부재
A: 연통부
S: 반도체100: first cooling plate
110: inlet
120: outlet
130: first fluid channel
140, 220: sealing home
200: second cooling plate
210: second fluid channel
300: sealing member
A: communication part
S: semiconductor

Claims (12)

반도체 상에 안착되어 반도체를 냉각시키는 냉각 장치로서,
냉각 유체가 유입되는 유입구와 냉각 유체가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 유입구를 통해 유입되는 냉각 유체가 유동되는 적어도 하나 이상의 제1 유체 채널이 외측 하면에 형성된 제1 냉각 플레이트; 및
상기 유입구를 통해 냉각 유체가 유입되어 유동되고, 상기 제1 유체 채널에서 유동되는 냉각 유체가 분배되어 유동되는 적어도 하나 이상의 제2 유체 채널이 외측 상면에 형성된 제2 냉각 플레이트; 를 포함하며,
상기 제1 유체 채널이 형성된 제1 냉각 플레이트의 하면과 상기 제2 유체 채널이 형성된 제2 냉각 플레이트의 상면은 서로 면접하고,
상기 제1 유체 채널과 상기 제2 유체 채널은 서로 다른 방향으로 연장 형성되되,
상기 제1 유체 채널과 상기 제2 유체 채널은 서로 직교한 방향으로 형성되며, 상기 유입구는 상기 제1 냉각 플레이트의 일측을 관통하여 다수의 제1 유체 채널 가운데 어느 하나의 일단에 형성되고, 상기 배출구는 제1 냉각 플레이트의 타측을 관통하여 상기 다수의 제1 유체 채널 가운데 다른 제1 유체 채널의 타단에 형성되며, 상기 유입구 및 상기 배출구는 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치.A cooling device seated on a semiconductor to cool the semiconductor,
A first cooling plate having an inlet through which the cooling fluid flows and an outlet through which the cooling fluid is discharged, and at least one first fluid channel through which the cooling fluid flows through the inlet is formed on an outer lower surface of the first cooling plate; and
a second cooling plate having at least one second fluid channel formed on an outer upper surface of the second cooling plate through which cooling fluid flows through the inlet and through which the cooling fluid flowing in the first fluid channel is distributed; Including,
The lower surface of the first cooling plate on which the first fluid channel is formed and the upper surface of the second cooling plate on which the second fluid channel is formed face each other,
The first fluid channel and the second fluid channel are formed extending in different directions,
The first fluid channel and the second fluid channel are formed in directions orthogonal to each other, the inlet is formed at one end of a plurality of first fluid channels passing through one side of the first cooling plate, and the outlet is formed at the other end of the other first fluid channel among the plurality of first fluid channels through the other side of the first cooling plate, and the inlet and the outlet are alternately arranged. cooling device. 제1항에 있어서,
상기 제1 유체 채널과 상기 제2 유체 채널이 교차하여 겹치는 제1 냉각 플레이트와 제2 냉각 플레이트 사이에는 제1 유체 채널과 제2 유체 채널이 연통되는 연통부가 형성되며,
상기 연통부를 통해 냉각 유체가 상기 제1 유체 채널과 상기 제2 유체 채널 간을 유동하는 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치.According to claim 1,
A communication portion through which the first fluid channel and the second fluid channel communicate is formed between the first cooling plate and the second cooling plate where the first fluid channel and the second fluid channel cross and overlap each other,
A multi-layer semiconductor cooling device having a double structure, characterized in that the cooling fluid flows between the first fluid channel and the second fluid channel through the communication portion. 제1항에 있어서,
상기 제1 유체 채널은 서로 이격하여 병렬 형성되는 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치.According to claim 1,
The first fluid channel is a multi-layer semiconductor cooling device having a double structure, characterized in that formed in parallel spaced apart from each other. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 유체 채널은 서로 이격하여 병렬 형성되는 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치.According to claim 1,
The second fluid channel is a multi-layer semiconductor cooling device having a double structure, characterized in that formed in parallel spaced apart from each other. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 냉각 플레이트에 이격 형성되는 제1 유체 채널 간의 간격 보다 상기 제2 냉각 플레이트에 이격 형성되는 제2 유체 채널 간의 간격이 더 좁은 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치.According to claim 1,
A multi-layer semiconductor cooling device having a double structure, characterized in that the distance between the second fluid channels spaced apart from the second cooling plate is narrower than the distance between the first fluid channels spaced apart from the first cooling plate. 제1항에 있어서,
상기 제1 유체 채널과 제2 유체 채널은, 상기 제1 냉각 플레이트와 제2 냉각 플레이트의 외측면에 각각 음각의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치.According to claim 1,
The first fluid channel and the second fluid channel are multi-layered semiconductor cooling devices having a double structure, characterized in that each formed in the form of an intaglio on the outer surfaces of the first cooling plate and the second cooling plate. 제1항에 있어서,
상기 제1 냉각 플레이트의 외측 하면에는 제1 냉각 플레이트의 하면 테두리를 따라 실링홈이 형성되고, 상기 실링홈의 내측에 삽입되는 실링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치.According to claim 1,
A multi-layered semiconductor cooling device having a double structure, characterized in that a sealing groove is formed on the outer lower surface of the first cooling plate along an edge of the lower surface of the first cooling plate, and a sealing member is inserted into the sealing groove. . 제11항에 있어서,
상기 제2 냉각 플레이트의 외측 상면에는 제2 냉각 플레이트의 상면 테두리를 따라 상기 제1 냉각 플레이트에 형성된 실링홈에 대응하는 실링홈이 더 형성되며, 제2 냉각 플레이트에 형성된 실링홈의 내측에 상기 실링부재의 일부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 2중 구조를 갖는 복층형 반도체 냉각 장치.According to claim 11,
Sealing grooves corresponding to the sealing grooves formed in the first cooling plate are further formed on the outer upper surface of the second cooling plate along the upper edge of the second cooling plate, and the sealing grooves are formed inside the sealing grooves formed in the second cooling plate. A multi-layer semiconductor cooling device having a double structure, characterized in that a part of the member is inserted.
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