KR102495489B1 - Cooling device - Google Patents
Cooling device Download PDFInfo
- Publication number
- KR102495489B1 KR102495489B1 KR1020190047775A KR20190047775A KR102495489B1 KR 102495489 B1 KR102495489 B1 KR 102495489B1 KR 1020190047775 A KR1020190047775 A KR 1020190047775A KR 20190047775 A KR20190047775 A KR 20190047775A KR 102495489 B1 KR102495489 B1 KR 102495489B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- base plate
- substrate
- cooling device
- branch
- cooling
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0272—Adaptations for fluid transport, e.g. channels, holes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
- H05K7/20272—Accessories for moving fluid, for expanding fluid, for connecting fluid conduits, for distributing fluid, for removing gas or for preventing leakage, e.g. pumps, tanks or manifolds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 고전력 발열 모듈을 구비한 기판부를 냉각시키는 냉각 장치는, 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트의 내측으로 저온의 냉각 유체가 유동되는 제1 유로를 형성하는 제1 유로 관로와, 제1 유로 관로와 이웃하게 배치되며 고온의 냉각 유체가 유동되는 제2 유로를 형성하는 제2 유로 관로를 포함하는 관로부 및 베이스 플레이트와 기판부 사이에 배치되며 내측으로 다공부를 형성하며, 제1 유로 관로를 통해 상기 저온의 냉각 유체를 전달받아 상기 기판부를 냉각시키며 기판부의 열을 전달받은 고온의 냉각 유체를 상기 제2 유로 관로로 유입되는 금속 폼부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 냉각 장치는 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다. A cooling device for cooling a substrate having at least one high-power heating module according to an embodiment of the present invention includes a first flow path that forms a base plate and a first flow path through which a low-temperature cooling fluid flows into the base plate. A conduit part including a conduit and a second passage conduit disposed adjacent to the first passage conduit and forming a second passage through which a high-temperature cooling fluid flows, and disposed between the base plate and the substrate part to form a perforated part inwardly. and a metal foam member receiving the low-temperature cooling fluid through the first flow passage to cool the substrate and introducing the high-temperature cooling fluid, which receives heat from the substrate, into the second flow passage.
In addition, the cooling device as described above may be implemented in various ways according to embodiments.
Description
본 발명은 냉각 장치에 관한 것으로서, 예컨대 고발열 고전력의 전력 소자, 구체적으로 반도체 모듈을 냉각시키기 위한 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device, for example, to a cooling device for cooling a high-heating, high-power power device, specifically a semiconductor module.
인쇄회로기판 등의 기판부재에는 다양한 전기 부품, 예를 들어 반도체 스위치, 수동부품 직접 회로(IC)와 같은 전기 부품은 일반적으로 납땜을 통해 인쇄회로기판 표면에 부착된다. 이러한 인쇄회로기판을 사용하면 대량 생산 비용이 절감될 수 있고, 장치의 소형화가 가능하다.Various electrical components, for example, semiconductor switches and passive component integrated circuits (ICs), are generally attached to the surface of the printed circuit board through soldering to a substrate member such as a printed circuit board. If such a printed circuit board is used, mass production costs can be reduced and the device can be miniaturized.
이러한 상기 인쇄회로기판에 더 많은 전기 부품들이 실장됨에 따라 인쇄회로기판의 면전 단위당 전력 손실도 증가한다. 또한, 인쇄회로기판 상의 전기 부품, 예컨대 임베디드 파워 반도체(embedded power semiconductors)를 포함하는 경우 냉각을 위한 장치가 다양한 형태로 개발되고 있다. 예를 들어, 임베디드 파워 반도체가 구비된 인쇄회로기판에는 국부적으로 고온의 핫 스팟이 나타날 수 있다.As more electrical components are mounted on the printed circuit board, power loss per unit area of the printed circuit board also increases. In addition, devices for cooling in the case of including electric components on a printed circuit board, for example, embedded power semiconductors, are being developed in various forms. For example, a high-temperature hot spot may appear locally on a printed circuit board equipped with an embedded power semiconductor.
특히 최근의 고성능 전기 자동차나 또는 하이브리드 전기 자동차와 같은 기기의 수요와 관심 증대로 인해 인덕션 모터의 스피드와 파워 아웃풋을 증가시키기 위한 다중 고전력의 적어도 하나의 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 소자가 실장된 인버터 모듈의 성능 향상에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In particular, an inverter equipped with at least one IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element of multiple high power to increase the speed and power output of an induction motor due to the recent increase in demand and interest in devices such as high-performance electric vehicles or hybrid electric vehicles. Research on improving the performance of modules is being actively conducted.
상기 인버터 모듈 등에서 증대되는 발열량은 인버터 모듈의 안정성과 신뢰성에 있어서 문제가 발생될 수밖에 없다.Increased heat generation in the inverter module or the like inevitably causes problems in stability and reliability of the inverter module.
특히, 인버터 모듈의 성능을 충족시키기 위해 다수개의 IGBT 소자를 통합시켜 구비되는데, 통합된 IGBT 모듈에 의해 발생되는 핫 스팟 발생을 분산시키기 위한 냉각 장치의 필요성이 요구되어 지고 있다. 구체적으로, 상기 인버터 모듈을 필요로 하는 고성능 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동자의 더욱 높은 주행 성능을 확보하기위해 인버터 모듈의 IGBT 소자와 같은 고전력 반도체의 에너지 밀도와 반도체 칩의 숫자가 지속적으로 상승하고 있으며, 반도체의 성능 신뢰성을 위한 열관리 체계의 필요성이 증가하고 있는 것이다.In particular, a plurality of IGBT elements are integrated to satisfy the performance of the inverter module, and a cooling device for dispersing hot spots generated by the integrated IGBT module is required. Specifically, in order to secure higher driving performance of high-performance electric vehicles or hybrid electric vehicles that require the inverter module, the energy density of high-power semiconductors such as IGBT devices of inverter modules and the number of semiconductor chips are continuously increasing, The need for a thermal management system for semiconductor performance reliability is increasing.
그러나, 선행 기술과 같은 구성에서 간접 냉각 방식은 베이스 플레이트(baseplate)와 히트 싱크의 경계면에서의 열 저항으로 인한 발열체로부터 냉각수까지의 높은 열저항 (>0.8 K/W)과 냉각수 순환에 요구되는 높은 IGBT 발열량 대비 압력 강하로(>100kPa/kW) 인한 문제가 발생될 수 있으며, 다수개의 칩을 동시에 균일하게 냉각시켜주는 확장성을 확보하지 못하는 문제점이 발생한다.However, in the configuration of the prior art, the indirect cooling method has a high thermal resistance (>0.8 K/W) from the heating element to the cooling water due to thermal resistance at the interface between the baseplate and the heat sink, and high cooling water circulation requirements. A problem may occur due to a pressure drop (>100 kPa/kW) versus IGBT calorific value, and a problem of not securing scalability that uniformly cools a plurality of chips at the same time occurs.
또한, 최근에는 마이크로채널 방열판이나, 터뷸레이터(turbulator) 기반 냉각 장치가 개발되었으나 여전히 0.2K/W 수준의 낮은 열저항과 10kPa/kW 미만의 IGBT 발열량 대비 압력 강하 그리고 냉각 모듈의 확장성을 모두 만족시키는 냉각 장치는 구현되지 못하고 있는 실정이다.In addition, although a microchannel heat sink or turbulator-based cooling device has been developed recently, it still satisfies both the low thermal resistance of 0.2K/W, the pressure drop compared to the IGBT calorific value of less than 10kPa/kW, and the scalability of the cooling module. The cooling device to be implemented has not been implemented.
미국 등록특허 US 7,353,859 B2(등록일: 2008.04.08)US registered patent US 7,353,859 B2 (registration date: 2008.04.08)
미국 등록 특허 US 9, 693, 487 B2(등록일: 2017.06.27)US registered patent US 9, 693, 487 B2 (Registration date: 2017.06.27)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고발열 고전력의 전력 모듈, 예를 들어 IGBT 소자와 같은 반도체 모듈에 의해 기판에서 발생되는 핫 스팟의 발생을 제한하면서, 발열시킬 수 있는 냉각 장치를 제공하고자 한다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a cooling device capable of generating heat while limiting the occurrence of hot spots generated in a substrate by a high-heating, high-power power module, for example, a semiconductor module such as an IGBT device.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다공성의 유로를 가진 부재를 활용하여 낮은 IGBT 소자의 발열량 대비 압력 강하로도 균일하게 냉각을 구현할 수 있는 냉각 장치를 제공하고자 한다.In addition, a technical problem to be achieved by the present invention is to provide a cooling device capable of uniformly cooling even with a pressure drop compared to a calorific value of a low IGBT element by utilizing a member having a porous flow path.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치는, A cooling device according to an embodiment of the present invention,
적어도 하나의 고전력 발열 모듈을 구비한 기판부를 냉각시키는 냉각 장치에 있어서, A cooling device for cooling a substrate having at least one high-power heating module,
베이스 플레이트;base plate;
상기 베이스 플레이트의 내측으로 저온의 냉각 유체가 유동되는 제1 유로를 형성하는 제1 유로 관로와, 상기 제1 유로 관로와 이웃하게 배치되며 고온의 냉각 유체가 유동되는 제2 유로를 형성하는 제2 유로 관로를 포함하는 관로부; 및A first flow path forming a first flow path through which a low-temperature cooling fluid flows into the base plate, and a second flow path disposed adjacent to the first flow path and forming a second flow path through which a high-temperature cooling fluid flows. Conduit unit including a flow passage; and
상기 베이스 플레이트와 상기 기판부 사이에 배치되며 내측으로 다공을 형성하며, 제1 유로 관로를 통해 상기 저온의 냉각 유체를 전달받아 상기 기판부를 냉각시키며 상기 기판부의 열을 전달받은 고온의 냉각 유체를 상기 제2 유로 관로로 유입되는 금속 폼부재를 포함할 수 있다.It is disposed between the base plate and the substrate and forms a porous inside, receives the low-temperature cooling fluid through the first flow passage to cool the substrate, and transfers the heat of the substrate to the high-temperature cooling fluid. A metal foam member introduced into the second flow path may be included.
상기 제1 유로 관로는, The first flow passage,
상기 베이스 플레이트의 일측면에 길이 방향으로 구비되는 제1 메인 브랜치; 및a first main branch provided in a longitudinal direction on one side of the base plate; and
상기 제1 메인 브랜치에서 상기 베이스 플레이트의 타측면 방향으로 길이 방향의 수직방향으로 돌출되는 복수개의 제1 서브 브랜치를 포함하고,A plurality of first sub-branches protruding in a vertical direction in a longitudinal direction from the first main branch toward the other side surface of the base plate,
상기 제2 유로 관로는,The second flow passage,
상기 베이스 플레이트의 타측면에 구비되는 길이 방향으로 구비되는 제2 메인 브랜치; 및a second main branch provided in a longitudinal direction provided on the other side of the base plate; and
상기 제2 메인 브랜치에서 상기 베이스 플레이트의 일측면 방향으로 길이 방향의 수직 방향으로 돌출되는 복수개의 제2 서브 브랜치를 포함하고, Including a plurality of second sub-branches protruding in a vertical direction in a longitudinal direction from the second main branch to one side of the base plate,
상기 제1 서브 브랜치와 상기 제2 서브 브랜치는 서로가 서로에게 이웃하게 위치될 수 있다.The first sub-branch and the second sub-branch may be located adjacent to each other.
상기 베이스 플레이트의 일면에는 상기 금속 폼부재가 안착되며, 상기 제1 서브 브랜치와 상기 제2 서브 브랜치가 노출되는 안착부가 구비될 수 있다.The metal foam member is seated on one surface of the base plate, and a seating portion exposing the first sub-branch and the second sub-branch may be provided.
상기 안착부에는 상기 금속 폼부재가 안착되는 안착홈과, 상기 베이스 플레이트의 일측부와 타일측부와 연결된 복수개의 슬롯부 사이로 상기 제1 서브 브랜치와 상기 제2 서브 브랜치가 노출되는 노출홈이 형성될 수 있다.In the seating portion, a seating groove in which the metal foam member is seated and an exposure groove in which the first sub-branch and the second sub-branch are exposed are formed between a plurality of slots connected to one side of the base plate and the tile side. can
상기 금속 폼부재는 다공의 구리를 포함하는 메탈 재질로 이루어질 수 있다.The metal foam member may be made of a metal material containing porous copper.
상기 냉각 장치를 구비한 상기 기판부는 복수개 구비되어 서로가 서로에게 이격되어 적층 구비되고,The substrate having the cooling device is provided in plurality and is spaced apart from each other and stacked,
상기 냉각 장치를 구비한 상기 기판부의 일측에는 각각의 상기 냉각 장치의 상기 제1 관로 유로와 상기 제2 관로 유로를 연결하여 각각의 상기 냉각 장치의 상기 관로부에서 유동되는 저온의 상기 냉각 유체 및 고온의 상기 냉각 유체를 유동하기 위한 메인 관로부를 구비할 수 있다.On one side of the substrate having the cooling device, the first conduit passage and the second conduit passage of each of the cooling devices are connected, and the cooling fluid of low temperature and the high temperature flowing in the conduit section of each of the cooling devices are connected. It may be provided with a main conduit for flowing the cooling fluid of.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 일 실시예들에 따른 냉각 장치는, 다공성의 제1 부재와 다중 유로를 가지는 제2 부재의 간단한 적층을 통해 모듈 전체 면적에 동일하게 냉각유체가 분배되도록 구비됨에 따라, 균일한 냉각 성능을 확보할 수 있으며, 핫스팟에 따른 부분적 전자 장치의 고장을 방지할 수 있는 이점이 있다.The cooling device according to one embodiment of the present invention is provided so that the cooling fluid is equally distributed over the entire area of the module through a simple stacking of the porous first member and the second member having a multi-channel, so that the cooling performance is uniform. can be secured, and there is an advantage in preventing partial failure of electronic devices due to hot spots.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치는, 복수개의 IGBT 소자를을 냉각시키기 위해 단일의 냉각유체의 유입구로 구성이 가능함에 따라, 냉각유체가 최소한의 거리로 동시에 공급될 수 있어, 종래 대비 낮은 압력 강하에서도 냉각을 구현할 수 있는 이점이 있다.In addition, since the cooling device according to an embodiment of the present invention can be configured with a single cooling fluid inlet to cool a plurality of IGBT elements, the cooling fluid can be simultaneously supplied at a minimum distance, It has the advantage of being able to implement cooling even at a relatively low pressure drop.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치는, 복수의 IGBT 소자를을 실장한 기판부를 복수개로 확장 구비하여도, 증가되는 기판부의 전력 대비 냉각수 공급을 위해 요구되는 압력 강하가 적으며, 균일한 냉각 성능을 확보할 수 있는 이점이 있다.In addition, in the cooling device according to an embodiment of the present invention, even if a plurality of board parts on which a plurality of IGBT elements are mounted are expanded, the pressure drop required for cooling water supply is small compared to the increased power of the board part, and the cooling device is uniform. There is an advantage of securing a cooling performance.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차와 같은 제한된 공간 내에서 다수개의 고전력 IGBT 소자를을 열관리 할 수 있고, 펌핑 전력의 한계를 극복할 수 있어 낮은 에너지 소비로도 냉각시킬 수 있어 보다 컴팩트한 냉각 체계를 구현할 수 있는 이점이 있다.Therefore, the cooling device according to an embodiment of the present invention can thermally manage a plurality of high-power IGBT elements in a limited space such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, and can overcome the limitation of pumping power with low energy consumption. It can also be cooled, so there is an advantage in implementing a more compact cooling system.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판부 및 상기 기판부에 구비되는 냉각 장치를 분리 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서, 베이스 플레이트를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서, 베이스 플레이트에 관로부가 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서, 관로부가 실장된 베이스 플레이트 상에 금속 폼부재가 실장된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서 금속 폼부재의 내측을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 냉각 장치에 따른 고전력 발열 모듈의 열교환에 따른 온도 분포를 종래와 비교 도시한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서, 냉각 유체의 유량에 따른 고전력 발열 모듈의 온도와 압력 강하 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서, 고전력 발열 모듈의 발열량 1kW당 요구되는 압력 강하 대비 열저항을 비교도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서, 냉각 장치를 구비한 기판부가 복수개 적층되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서, 냉각 장치를 구비한 기판부가 복수개 적층된 상태에서 열교환에 따른 온도 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에서, 냉각 장치를 구비한 기판부의 적층 수가 증가함에 따른 고전력 발열 모듈의 온도 분포 및 고전력 발열 모듈의 발열량 대비 요구되는 펌핑 전력(유량과 압력 강하의 곱)을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view separately illustrating a substrate unit and a cooling device provided in the substrate unit according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a base plate in a cooling device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view schematically showing a state in which a conduit part is provided in a base plate in a cooling device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a state in which a metal foam member is mounted on a base plate on which a conduit unit is mounted in a cooling device according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of the inside of a metal foam member in a cooling device according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a temperature distribution according to heat exchange of a high-power heating module according to a cooling device according to an embodiment of the present invention compared with a conventional one.
7 is a diagram schematically illustrating temperature and pressure drop distributions of a high-power heating module according to a flow rate of a cooling fluid in a cooling device according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a comparison of thermal resistance versus pressure drop required per 1 kW of heating value of a high-power heating module in a cooling device according to an embodiment of the present invention.
9 is a view schematically showing a state in which a plurality of substrate parts having cooling devices are stacked in a cooling device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a temperature distribution according to heat exchange in a state in which a plurality of substrate parts having cooling devices are stacked in a cooling device according to an embodiment of the present invention.
11 is a temperature distribution of a high-power heating module according to an increase in the number of stacked substrates equipped with a cooling device in a cooling device according to an embodiment of the present invention and a pumping power required compared to the calorific value of the high-power heating module (flow rate and pressure drop). Product) is a diagram schematically showing.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 일부 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, some embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "comprise" or "having" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present invention, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판부(110) 및 상기 기판부(110)에 구비되는 냉각 장치(100)를 분리 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에서, 베이스 플레이트(120)를 나타내는 개략적인 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에서, 베이스 플레이트(120)에 관로부(130)가 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에서, 관로부(130)가 실장된 베이스 플레이트(120) 상에 금속 폼부재(140)가 실장된 상태를 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에서 금속 폼부재(140)의 내측을 확대한 도면이다.FIG. 1 is a view separately illustrating a
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)는 기판부(110), 구체적으로 적어도 하나의 고전력 발열 모듈(111)을 구비한 기판부(110)를 냉각시키도록 기판부(110)의 하면에 실장될 수 있다.First, referring to FIG. 1 , the
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 기판부(110) 상에 실장된 고전력 발열 모듈(111)은 IGBT 소자(111a)와 다이오드 칩(111b)의 한쌍으로 구비되는 것을 예를 들며, 상기 고전력 발열 모듈(111)은 상기 기판부(110)에 6쌍이 형성되는 것을 예를 들어 설명할 수 있다. 그러나, 상기 기판부(110) 상에 구비되는 상기 고전력 발열 모듈(111)의 구성이나 개수 등은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판부(110)가 실장되는 전자 기기에 따라 다양한 구성이나 개수로 구현될 수 있음은 당연할 것이다.For example, the high-
상기 냉각 장치(100)는 베이스 플레이트(120), 관로부(130) 및 금속 폼부재(140)를 포함할 수 있다.The
도 1과 더불어 도 2를 참조하면, 상기 베이스 플레이트(120)는 알루미늄 재질을 포함하는 냉각 장치(100)를 포함할 수 있다. 상기 베이스 플레이트(120)에는 후술하는 관로부(130) 및 금속 폼부재(140)가 실장될 수 있고, 상기 관로부(130) 및 상기 금속 폼부재(140)를 실장한 상기 베이스 플레이트(120)가 상기 기판부(110)의 일면에 실장될 수 있다. 후술하나 상기 베이스 플레이트(120)의 일단의 양측부로 상기 관로부(130)의 각각의 단부가 돌출되어 상기 냉각 유체의 유출입되도록 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2 together with FIG. 1 , the
상기 베이스 플레이트(120)의 일면에는 안착부(121)가 구비될 수 있고, 상기 안착부(121)에는 안착홈(121a)과 복수의 슬롯부(121b)에 다른 노출홈(121c)이 형성될 수 있다. 이러한 상기 베이스 플레이트(120)의 형상은 후술하는 관로부(130) 및 금속 폼부재(140)의 설명과 함께 좀더 구체적으로 설명할 수 있다.A
도 1, 도 2에 더불어 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100), 구체적으로 상기 베이스 플레이트(120)에는 상기 베이스 플레이트(120)의 내측으로 실장되는 상기 관로부(130)가 구비될 수 있다.Referring to FIG. 3 together with FIGS. 1 and 2, the
상기 관로부(130)는 제1 유로 관로(131)와, 제2 유로 관로(132)를 포함할 수 있다.The
상기 제1 유로 관로(131)는 상기 베이스 플레이트(120)의 내측에 구비되되, 상기 베이스 플레이트(120)의 내측으로 저온의 냉각 유체가 유동되는 제1 유로를 형성할 수 있다.The
상기 제1 유로 관로(131)는 제1 메인 브랜치(131a)와 제1 서브 브랜치(131b)를 포함할 수 있다.The
상기 제1 메인 브랜치(131a)는 상기 베이스 플레이트(120)의 일측면의 내측으로 길이 방향으로 구비될 수 있다. 상기 제1 메인 브랜치(131a)의 일단은 저온의 상기 냉각 유체가 유입되도록 오픈된 구조를 가질 수 있고, 상기 제1 메인 브랜치(131a)의 타단은 상기 베이스 플레이트(120)의 단부에 위치되되 상기 냉각 유체의 유동을 제한하도록 막힌 구조를 가질 수 있다.The first
상기 제1 서브 브랜치(131b)는 상기 제1 메인 브랜치(131a)의 일단에서 타단까지 복수개가 구비되되, 상기 제1 메인 브랜치(131a)에서 상기 베이스 플레이트(120)의 타측면 방향으로 길이 방향의 수직한 방향으로 돌출되도록 구비될 수 있다.A plurality of
상기 제1 서브 브랜치(131b)는 상기 제1 메인 브랜치(131a)에서 유동되는 저온의 상기 냉각 유체를 전달받아 상기 제1 서브 브랜치(131b)의 단부까지 유동될 수 있고, 상기 제1 서브 브랜치(131b)의 상부에 놓이는 후술하는 금속 폼부재(140) 측으로 상기 냉각 유체가 유입되도록 구비될 수 있다.The
상기 제2 유로 관로(132)는 상기 제1 유로 관로(131)와 이웃하게 배치되며, 상기 제1 유로 관로(131)와 대칭되는 형상으로 형성될 수 있고, 상기 베이스 플레이트(120)의 내측으로 고온의 냉각 유체가 유동되는 제2 유로를 형성할 수 있다.The
상기 제2 유로 관로(132)는 제2 메인 브랜치(132a)와 제2 서브 브랜치(132b)를 포함할 수 있다.The
상기 제2 메인 브랜치(132a)는 상기 베이스 플레이트(120)의 타측면의 내측으로 길이 방향으로 구비될 수 있다. 상기 제2 메인 브랜치(132a)의 일단은 고온의 상기 냉각 유체가 유출되도록 오픈된 구조를 가질 수 있고, 상기 제2 메인 브랜치(132a)의 타단은 상기 베이스 플레이트(120)의 단부에 위치되되, 상기 냉각 유체의 유동을 제한하도록 막힌 구조를 가질 수 있다.The second
상기 제2 서브 브랜치(132b)는 상기 제2 메인 브랜치(132a)의 일단에서 타단까지 복수개가 구비되되, 상기 제2 메인 브랜치(132a)에서 상기 베이스 플레이트(120)의 일측면 방향으로 길이 방향으로 수직한 방향으로 돌출되도록 구비될 수 있다.A plurality of
상기 제2 서브 브랜치(132b)는 후술하는 상기 금속 폼부재(140)에서 열교환에 의해 고온이 된 상기 냉각 유체를 전달받아 상기 제2 메인 브랜치(132a) 측으로 유입되도록 유동되도록 구비될 수 있다.The
상기 제1 메인 브랜치(131a)와 상기 제2 메인 브랜치(132a)는 서로 대향하여 상기 베이스 플레이트(120)의 일측면과 타측면의 내측으로 각각 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1 서브 브랜치(131b)와 상기 제2 서브 브랜치(132b)는 서로가 서로에게 이웃하여 인접하게 위치될 수 있다. 구체적으로 상기 제1 서브 브랜치(131b)와 상기 제2 서브 브랜치(132b)는 상기 안착부(121)에 위치하게 되며, 상기 슬롯부(121b)를 중심으로 상기 노출홈(121c)에 위치되도록 구비될 수 있다. 이에 따라 슬롯부(121b)에 의해 형성된 복수개의 노출홈(121c)에는 상기 제1 서브 브랜치(131b)와, 상기 제2 서브 브랜치(132b)가 놓이고, 상기 제1 서브 브랜치(131b)와 상기 제2 서브 브랜치(132b) 및 상기 슬롯부(121b)는 서로가 서로에게서 교차 위치되도록 구비될 수 있다. 즉, 제1 서브 브랜치(131b), 상기 슬롯부(121b), 상기 제2 서브 브랜치(132b)의 순서대로 배치될 수 있다.The first
도 1, 도 4와 더불어 도 5를 함께 참조하면, 상기 금속 폼부재(140)는 상기 베이스 플레이트(120)와 상기 기판부(110) 사이에 배치될 수 있고, 구체적으로 상술한 상기 베이스 플레이트(120)의 상기 안착홈(121a)에 실장될 수 있다. 상기 금속 폼부재(140)가 상기 안착홈(121a)에 놓이면, 상기 금속 폼부재(140)의 하면은 상기 제1 서브 브랜치(131b), 상기 제2 서브 브랜치(132b) 및 상기 슬롯부(121b)와 접촉될 수 있다. 상기 금속 폼부재(140)는 내측으로 다공부(141)를 형성할 수 있다. 상기 금속 폼부재(140)의 내측 다공부(141)는 상기 제1 서브 브랜치(131b)를 통해 유출된 저온의 상기 냉각 유체를 전달받을 수 있으며, 상기 금속 폼부재(140)의 다공부(141)에서 상기 기판부(110), 구체적으로 고전력 발열 모듈(111)의 열을 전달받아 열교환이 발생될 수 있다. 또한, 상기 금속 폼부재(140)의 상기 다공부(141)에서 열교환을 통해 고온이 된 상기 냉각 유체는 상기 제2 서브 브랜치(132b)로 유입될 수 있다.Referring to FIG. 5 together with FIGS. 1 and 4, the
상기 금속 폼부재(140)는 상기 다공부(141)를 포함하는 구리를 포함하는 메탈 재질로 이루어질 수 있다.The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에 따른 반도체 부품의 열교환에 따른 온도 분포를 종래와 비교 도시한 개략적인 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에서, 냉각 유체의 유량에 따른 온도와 압력 강하 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에서, 고전력 발열 모듈(111)의 1kW당 요구되는 압력 강하 대비 열저항을 비교도시한 도면이다.6 is a schematic diagram showing a temperature distribution according to heat exchange of a semiconductor component according to a
도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)를 구비한 경우 열교환에 따른 냉각 상태, 냉각 유체의 유량에 따른 압력 강하 분포 및 IGBT 소자(111a)의 발열량 대비 압력 강하에 따른 열 저항 등을 확인할 수 있다.6 to 8, when the
구체적으로 도 6의 (a)는 종래 금속 폼부재(140)가 없는 상태의 열교환에 따른 기판부(110), 구체적으로 고전력 발열 모듈(111)의 온도 분포이며, 도 6의 (b)는 본원 발명에서와 같이 금속 폼부재(140)가 구비된 상태의 열교환에 따른 기판부(110), 구체적으로 고전력 발열 모듈(111)의 온도 분포이다.Specifically, FIG. 6 (a) is a temperature distribution of the
도 6의 (a)를 보면, 냉각 장치(100)에 금속 폼부재(140)가 구비되지 않는 경우, 저온의 상기 냉각 유체가 유입되는 부분에서 가장 먼 위치의 고전력 발열 모듈(111)은 가장 높은 온도인 150도가 도출되고 있으며, 상기 기판부(110)에 구비된 고전력 발열 모듈(111)의 모두가 125도 이상의 온도 분포를 보이고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 기판부(110)에 구비된 상기 고전력 발열 모듈(111)의 온도 편차가 8.8도로서, 매우 불균일한 냉각 성능을 보이는 것을 알 수 있다.Referring to (a) of FIG. 6 , when the
이에 대비하여 도 6의 (b)를 보면, 상기 기판부(110)에 구비된 상기 고전력 발열 모듈(111), 구체적으로 IGBT 소자(111a)와 다이오드 칩(111b)의 온도가 120도 이하로 분포되고 있음을 알 수 있다. 상기 고전력 발열 모듈(111)간의 온도 편차가 3.5도로서 균일한 냉각 성능을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.In contrast, in (b) of FIG. 6 , the temperature of the high-
또한, 도 6(a)와 도 6(b)에서 상기 제1 메인 브랜치(131a)로 동일한 냉각 유체의 유량을 사용하였을 때, 도 6(b)에서는 0.5kpa 수준의 작은 추가 압력 강하로도 추가된 냉각 성능과 균일도를 확보할 수 있는 것을 알 수 있다. 이는 금속 폼부재(140)의 다공성부의 높은 기공률에서의 작은 압력 손실과 부피 대비 유효 열 교환 면적이 약 40배 이상 상승됨에 따라 가능하게 되었음을 알 수 있다.In addition, when the same flow rate of the cooling fluid is used as the first
도 7을 참조하면, 상기 냉각 장치(100)에서 상기 제1 유로 관로(131)로 유입되는 저온의 상기 냉각 유체의 유량을 변화시켜주면서 이에 따라 요구되는 압력 강화와 상기 고전력 발열 모듈(111)의 온도를 측정하였다. 상기 기판부(110)에 배치된 총 6개의 IGBT 소자(111a)와 다이오드 칩(111b)의 온도 평균값과 표준편차 값은 그래프의 상측부에 붉은 색의 심볼 형태로 각각 표시하였고, 압력 강하는 붉은 색 심볼 형태의 하부로 푸른색 심볼 형태로 표시하였다. 상기 제1 유로 관로(131)에서 저온의 상기 냉각 유체의 유량이 증가함에 따라 IGBT 소자(111a) 및 다이오드 칩(111b)의 온도는 감소하나, 요구되는 압력 강하의 값은 증가하는 것을 알 수 있다. 1L/min에서 IGBT 소자(111a)의 평균 온도가 125도를 소정 초과하며 표준편차 또한 6도 정도가 넘는 것처럼 보여 비교적 낮은 냉각 성능을 보인다. 다만, 5L/min 까지는 유량 증가에 따른 냉각 성능이 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있고, 5L/min 에서는 약 2.5kpa에서 고전력 발열 모듈(111), 구체적으로 IGBT 소자(111a) 및 다이오드 칩(111b)의 평균온도가 각각 110도 및 97도로 유지되며 표준 편차 또한 1.5도 정도로 도출되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , while changing the flow rate of the low-temperature cooling fluid flowing from the
도 8을 참조하면 종래의 기판부(110)를 냉각하는 냉각 장치(100)의 성능을 비교할 수 있다. 이를 위해 고전력 발열 모듈(111)의 발열량 1kW당 요구되는 압력 강하 대비 IGBT 소자(111a)로부터 냉각 유체의 온도로 계산된 열저항을 사용하여 성능을 비교하였다.Referring to FIG. 8 , performance of the
상기의 비교 결과, 간접 냉각(indirect cooling)식 냉각 장치(100)나, 제트 쿨링(jet cooling)식 냉각 장치(100) 등은 긴 유로 또는 마이크로 스케일의 노즐 지름에서 발생하는 극심한 압력 강하로 인해 발열량 대비 압력 강하 100kPa 이상 요구된 것을 확인할 수 있고, 열저항 또한 0.4K/W 이상의 수준으로 나타나는 것을 확인할 수 있다.As a result of the above comparison, the indirect cooling
또한, 터뷸레이터(Turbulator) 기반의 냉각 장치(100)의 경우, 30kPa/kW 미만으로도 냉각 성능을 확보하는 것을 알 수 있다. 그러나, 터뷸레이터 기반의 냉각 장치(100)의 경우 압력 강하 감소에 따른 냉각 성능 감소가 뚜렷하게 나타나는 것을 알 수 있다.In addition, in the case of the turbulator-based
또한, 마이크로채널 냉각 장치(100)의 경우, 0.2K/W 미만 수준의 열저항을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다. 다만, 마이크로채널 냉각 장치(100)의 경우, 열저항 0.14K/W 수준을 달성하기 위해 발열량 대비 압력 강하는 2800 kPa/kW까지 상승하는 경향성이 나타나는 것을 알 수 있다.In addition, in the case of the
이하에서는 상기의 냉각 장치(100)가 실장된 기판부(110)가 복수개 적층된 구조를 개략적으로 설명할 수 있다.Hereinafter, a structure in which a plurality of
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100, 100a 내지 100d)에서, 냉각 장치(100)를 구비한 기판부(110)가 복수개 적층되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에서, 냉각 장치(100)를 구비한 기판부(110)가 복수개 적층된 상태에서 열교환에 따른 온도 분포를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)에서, 냉각 장치(100)를 구비한 기판부(110)의 적층 수가 증가함에 따른 온도 분포 및 IGBT 소자의 발열량 대비 펌핑 전력 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.9 is a diagram schematically illustrating a state in which a plurality of
먼저, 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100a 내지 100d)를 구비한 상기 기판부(110)는 복수개 구비되어 서로가 서로에게 이격되어 적층 구비될 수 있다. 이는 상술한 도 1 내지 도 4의 도면을 참조할 수 있다.First, referring to FIG. 9 , a plurality of
본 발명의 일 실시예에서는 6개의 고전력 발열 모듈(111)을 구비한 기판부(110)를 실장한 냉각 장치(100a 내지 100d)를 4개 적층시키는 구조를 예를 들어 설명할 수 있다. 그러나, 상기 고전력 발열 모듈(111)의 개수나 적층된 개수는 이에 한정되는 것은 아니며 냉각 장치(100a 내지 100d)를 구비한 기판부(110)가 실장되는 전자 기기에 따라 얼마든지 변경이나 변형이 가능할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a structure in which four
상기 냉각 장치(100a 내지 100d)를 구비한 기판부(110)가 복수개 적층되는 경우, 상기 냉각 장치(100a 내지 100d)를 구비한 상기 기판부(110)의 일측에는 각각의 상기 냉각 장치(100a 내지 100d)의 상기 제1 유로 관로(131)와 상기 제2 유로 관로(132)를 연결하여 각각의 상기 냉각 장치(100a 내지 100d)의 상기 관로부(130)에서 유동되는 저온의 상기 냉각 유체 및 고온의 상기 냉각 유체를 유동하기 위한 메인 관로부(200)를 구비할 수 있다.When a plurality of
상기 메인 관로부(200)는 상기 제1 유로 관로(131)와 연결되는 제1 메인 관로부(210)와, 상기 제2 유로 관로(132)와 연결되는 제2 메인 관로부(220)를 포함할 수 있다.The
상기 제1 메인 관로부(210)의 일단은 오픈되고, 타일단은 막히도록 구비되어, 상기 제1 메인 관로부(210)를 유동하는 저온의 상기 냉각 유체가 각각의 냉각 장치(100a 내지 100d)의 제1 유로 관로(131)로 유입되도록 구비될 수 있다.One end of the first
또한, 상기 제2 메인 관로부(220)의 일단은 막히도록 구비되고, 타일단은 오픈되도록 구비될 수 있다. 이에 따라 상기 각각의 냉각 장치(100)의 제2 유로 관로(132)로 유동된 고온의 상기 냉각 유체가 상기 제2 메인 관로부(220)로 유입되어 유동될 수 있다.In addition, one end of the second
이하에서는 도 10 및 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)를 구비한 기판부(110, 도 1 내지 도 4를 함께 참조)가 복수개 구비되는 경우 열교환에 따른 냉각 상태, IGBT 소자(111a)와 다이오드 칩(111b)의 온도 및 IGBT 소자(111a)의 발열량 증가에 따른 펌핑 전력 증가 상태 등을 확인할 수 있다.Hereinafter, referring to FIGS. 10 and 11, when a plurality of substrate units 110 (see also FIGS. 1 to 4) having a
도 10과 같이 본 발명의 일시예에 따른 냉각 장치(100)를 구비한 기판부(110)를 4개 적층시켜 확장하였을 때, 1개씩 모듈(110a 내지 110b)의 개수를 늘려감 확인하였을 때, IGBT 소자(111a)와 다이오드 칩(111b)의 총 평균 온도를 각각 110도 및 96도로 유지하기 위해 요구되는 IGBT 소자(111a)의 발열량 대비 펌핑 전력은 4.2·10-4 수준으로 도출되는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 10, when it is confirmed that the number of modules 110a to 110b is increased one by one when four
상술한 바와 같이, 냉각 장치(100)를 구비한 기판부(110)의 개수를 한 개부터 4개까지 차례로 증가시켰을 때, 두개의 적층 시, 상기 메인 관로부(200)의 추가로 인해 약 200% 포인트 증가된 IGBT 발열량 대비 펌핑 전력이 요구되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 두개의 적층에서 세개, 네개로 적층 개수를 늘릴 경우, IGBT 소자(111a) 발열량 대비 펌핑 전력이 비교적 안정적으로 유지되는 것을 것을 확인할 수 있다. 따라서, 냉각 장치(100a 내지 100d)를 구비한 기판부(110)의 개수를 확장하여도 추가되는 IGBT 소자(111a)의 발열량 대비 펌핑 전력이 급증하지 않는 것을 확인할 수 있다.As described above, when the number of
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.In the above detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
100: 기판부를 구비한 냉각 장치 110: 기판부
111: 고전력 발열 모듈 111a: IGBT 소자
111b: 다이오드 칩 120: 베이스 플레이트
121: 안착부 121a: 안착홈
121b: 슬롯부 121c: 노출홈
130: 관로부 131: 제1 유로 관로
131a: 제1 메인 브랜치 131b: 제1 서브 브랜치
132: 제2 유로 관로 132a: 제2 메인 브랜치
132b: 제2 서브 브랜치 140: 금속 폼부재
141: 다공부 200: 메인 관로부
210: 제1 메인 관로부 220: 제2 메인 관로부100: cooling device having a substrate unit 110: substrate unit
111: high
111b: diode chip 120: base plate
121: seating
121b:
130: pipeline unit 131: first flow channel
131a: first
132:
132b: second sub branch 140: metal foam member
141: porous part 200: main pipe part
210: first main pipe part 220: second main pipe part
Claims (6)
베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 내측으로 저온의 냉각 유체가 유동되는 제1 유로를 형성하는 제1 유로 관로와, 상기 제1 유로 관로와 이웃하게 배치되며 고온의 냉각 유체가 유동되는 제2 유로를 형성하는 제2 유로 관로를 포함하는 관로부; 및
상기 베이스 플레이트와 상기 기판부 사이에 배치되며 내측으로 다공부를 형성하며, 제1 유로 관로를 통해 상기 저온의 냉각 유체를 전달받아 상기 기판부를 냉각시키며 상기 기판부의 열을 전달받은 고온의 냉각 유체를 상기 제2 유로 관로로 유입되는 금속 폼부재를 포함하고,
상기 금속 폼부재의 상기 다공부의 기공률에 의해 상기 기판부의 발열량 대비 압력 손실은 낮고 부피 대비 유효 열 교환 면적이 상승되어 상기 기판부의 발열량 대비 소정 수준의 작은 추가 압력 강하로 균일한 냉각이 구현하는, 냉각 장치.A cooling device for cooling a substrate having at least one high-power heating module,
base plate;
A first flow path forming a first flow path through which a low-temperature cooling fluid flows into the base plate, and a second flow path disposed adjacent to the first flow path and forming a second flow path through which a high-temperature cooling fluid flows. Conduit unit including a flow passage; and
It is disposed between the base plate and the substrate and forms a perforated part to the inside, receives the low-temperature cooling fluid through the first flow passage to cool the substrate, and transfers the heat of the substrate to the high-temperature cooling fluid. Including a metal foam member flowing into the second flow passage,
Due to the porosity of the porous part of the metal foam member, the pressure loss versus the calorific value of the substrate is low and the effective heat exchange area versus volume is increased, so that uniform cooling is realized with a small additional pressure drop of a predetermined level compared to the calorific value of the substrate, cooling device.
상기 제1 유로 관로는,
상기 베이스 플레이트의 일측면에 길이 방향으로 구비되는 제1 메인 브랜치; 및
상기 제1 메인 브랜치에서 상기 베이스 플레이트의 타측면 방향으로 길이 방향의 수직방향으로 돌출되는 복수개의 제1 서브 브랜치를 포함하고,
상기 제2 유로 관로는,
상기 베이스 플레이트의 타측면에 구비되는 길이 방향으로 구비되는 제2 메인 브랜치; 및
상기 제2 메인 브랜치에서 상기 베이스 플레이트의 일측면 방향으로 길이 방향의 수직 방향으로 돌출되는 복수개의 제2 서브 브랜치를 포함하고,
상기 제1 서브 브랜치와 상기 제2 서브 브랜치는 서로가 서로에게 이웃하게 위치되는 냉각 장치.According to claim 1,
The first flow passage,
a first main branch provided in a longitudinal direction on one side of the base plate; and
A plurality of first sub-branches protruding in a vertical direction in a longitudinal direction from the first main branch toward the other side surface of the base plate,
The second flow passage,
a second main branch provided in a longitudinal direction provided on the other side of the base plate; and
Including a plurality of second sub-branches protruding in a vertical direction in a longitudinal direction from the second main branch to one side of the base plate,
The first sub-branch and the second sub-branch are positioned adjacent to each other.
상기 베이스 플레이트의 일면에는 상기 금속 폼부재가 안착되며, 상기 제1 서브 브랜치와 상기 제2 서브 브랜치가 노출되는 안착부가 구비되는 냉각 장치.According to claim 2,
The cooling device is provided with a seating portion on one surface of the base plate, on which the metal foam member is seated, and the first sub-branch and the second sub-branch are exposed.
상기 안착부에는 상기 금속 폼부재가 안착되는 안착홈과, 상기 베이스 플레이트의 일측부와 타일측부와 연결된 복수개의 슬롯부 사이로 상기 제1 서브 브랜치와 상기 제2 서브 브랜치가 노출되는 노출홈이 형성되는 냉각 장치.According to claim 3,
In the seating part, a seating groove in which the metal foam member is seated and an exposure groove in which the first sub-branch and the second sub-branch are exposed are formed between a plurality of slots connected to one side of the base plate and the tile side. cooling device.
상기 금속 폼부재는 다공의 구리를 포함하는 메탈 재질로 이루어지는 냉각 장치.According to claim 1,
The metal foam member is a cooling device made of a metal material containing porous copper.
상기 냉각 장치를 구비한 상기 기판부는 복수개 구비되어 서로가 서로에게 이격되어 적층 구비되고,
상기 냉각 장치를 구비한 상기 기판부의 일측에는 각각의 상기 냉각 장치의 상기 제1 유로 관로와 상기 제2 유로 관로를 연결하여 각각의 상기 냉각 장치의 상기 관로부에서 유동되는 저온의 상기 냉각 유체 및 고온의 상기 냉각 유체를 유동하기 위한 메인 관로부를 구비하는 냉각 장치.According to claim 1,
The substrate having the cooling device is provided in plurality and is spaced apart from each other and stacked,
At one side of the substrate having the cooling device, the first flow channel and the second flow channel of each of the cooling devices are connected to each other, and the low-temperature cooling fluid and the high-temperature cooling fluid flowing in the channel portion of each of the cooling devices are connected. A cooling device having a main conduit for flowing the cooling fluid of.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190047775A KR102495489B1 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Cooling device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190047775A KR102495489B1 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Cooling device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20200124444A KR20200124444A (en) | 2020-11-03 |
KR102495489B1 true KR102495489B1 (en) | 2023-02-03 |
Family
ID=73197700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190047775A KR102495489B1 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Cooling device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102495489B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010043850A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-25 | Mikros Manufacturing Inc | Micro-channel heat exchanger, and method for cooling heat source |
KR101282780B1 (en) | 2012-01-05 | 2013-07-05 | 국방과학연구소 | The cooling equipment for separated multi-phase inverter |
JP2018535878A (en) * | 2015-11-16 | 2018-12-06 | エアバス ディフェンス アンド スペース エスアーエス | Heat exchange device for satellite, and wall and wall assembly comprising such heat exchange device |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7353859B2 (en) | 2004-11-24 | 2008-04-08 | General Electric Company | Heat sink with microchannel cooling for power devices |
US9693487B2 (en) | 2015-02-06 | 2017-06-27 | Caterpillar Inc. | Heat management and removal assemblies for semiconductor devices |
-
2019
- 2019-04-24 KR KR1020190047775A patent/KR102495489B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010043850A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-25 | Mikros Manufacturing Inc | Micro-channel heat exchanger, and method for cooling heat source |
KR101282780B1 (en) | 2012-01-05 | 2013-07-05 | 국방과학연구소 | The cooling equipment for separated multi-phase inverter |
JP2018535878A (en) * | 2015-11-16 | 2018-12-06 | エアバス ディフェンス アンド スペース エスアーエス | Heat exchange device for satellite, and wall and wall assembly comprising such heat exchange device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20200124444A (en) | 2020-11-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10727158B2 (en) | Counter-flow expanding channels for enhanced two-phase heat removal | |
JP5700034B2 (en) | Semiconductor module and cooler | |
US8482919B2 (en) | Power electronics card assemblies, power electronics modules, and power electronics devices | |
KR101119349B1 (en) | Integrated circuit stack and its thermal management | |
JP5381561B2 (en) | Semiconductor cooling device | |
US9460985B2 (en) | Cooling apparatuses having a jet orifice surface with alternating vapor guide channels | |
KR101343233B1 (en) | Power Module Package | |
WO2013157467A1 (en) | Semiconductor device and cooler for semiconductor device | |
WO2007145352A1 (en) | Heat sink and cooler | |
KR102539336B1 (en) | Semiconductor device thermal management module and manufacturing method thereof | |
KR102495489B1 (en) | Cooling device | |
US7529091B2 (en) | Power semiconductor module and method for cooling a power semiconductor module | |
JP2008235572A (en) | Electronic component cooling device | |
KR102566368B1 (en) | Semiconductor device thermal management module and manufacturing method thereof | |
KR102605791B1 (en) | Semiconductor device thermal management module and manufacturing method thereof | |
KR102704167B1 (en) | Manifold mini-channel heat sink | |
EP3116021A1 (en) | Power semiconductor module | |
US20240355699A1 (en) | Semiconductor device thermal management module and manufacturing method thereof | |
CN118263136A (en) | Cooling integrated chip packaging structure and manufacturing method thereof | |
CN116130437A (en) | 3D stacks up chip and 3D stacks up chip cooling system | |
CN115332196A (en) | Integrated heat dissipation chip system and preparation method thereof | |
JP2023140076A (en) | Cooling device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
GRNT | Written decision to grant |