KR20000011550A - 고정스택내의방열판을지지하는성형품 - Google Patents

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Abstract

특히 고전력 전환장치를 위한 반도체 고정 스택에서, 복수의 전력 반도체 부품이 스택 내의 수냉각 냉각 캔과 함께 교대로 배치되어있다. 본 발명에 따르는 성형품 (10) 을 각각의 경우에 하나의 방열판과 하나의 전력 반도체 부품을 지지하는데 사용함으로써 모든 부품과 공급 라인의 명료한 배치가 얻어질 수 있고, 불량 반도체 부품이 보다 쉽게 교체될 수 있다. 레일들과 래칭-인 체결구들은 방열판과 전력 반도체 부품을 안내하고 지지하기 위해 제공된다.

Description

고정 스택 내의 방열판을 지지하는 성형품{MOLDING FOR HOLDING HEAT SINKS IN A CLAMPED STACK}
본 발명은 전력 반도체 기술에 관련된 것이다. 본 발명은 청구항 1 의 서문에 청구된 바와 같은 방열판을 위한 지지구와, 특히 고전력 전환장치를 위한 반도체 고정 스택의 바람직한 사용에 관한 것이다. 이러한 반도체 고정 스택은 예를 들어 P. Steimer et al.의 " 고전력 주파수 전환장치를 위한 GTO-사이리스터의 직렬 회로" ABB Technik 5 (1996), 14-20 쪽의 기록을 통해 알 수 있다.
기존의 수냉각 고전력 전환장치에 있어서, 복수의 전력 반도체 부품이 스택을 형성하기 위해, 그 속으로 물이 흐르는 냉각 캔들을 가진 일련의 회로들과 교대로 결합된다. 요구되는 전기적, 열적 성질들은 타이 로드 (tie rod) 를 이용하여 기계적 브레이싱을 통해 얻어진다. 불량 전력 반도체 부품을 교체하기 위해, 고정된 스택이 헐거워지고, 이 과정동안 모든 부품들은 스택 축선에 대해 집중된 그들의 위치에 지지되어야만 한다.
다수의 플라스틱 부품들은 냉각 캔들과 전력 반도체 부품들을 지지하고, 집중시키기 위해 제공되고, 냉각수 공급 라인, 냉각수 배출 라인, 및 공급 및 제어 케이블을 고정하기 위해 제공된다. 이 각각의 지지구는 조립하는데 많은 노력이 필요하고 각각의 부품의 빠른 교체가 수행될 수 없다.
최신 전력 반도체 스위치에서, 프레스팩 케이스 내에 수용되는 GTO 사이리스터는 관련된 구동 유니트가 함께 배치되는 판에 연결되어있다. 따라서 상기 전력 반도체 부품들과 구동부는 하나의 유니트를 형성한다 (앞에서 언급된 기록, 도 5 를 참조). 구동 유니트의 무게 때문에, 구동 유니트와 그것이 배치되는 판은 기계적 안정성을 증진시키기 위해 비슷하게 지지되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 고정 스택 내의 부품을 지지하는 새로운 장치를 제공하는 것이며, 상기 장치는 현저하게 간단화되고 더 소형으로 디자인되는 것에 의해 구별되고 개개의 전력 반도체 부품들의 교체를 빠르고 쉽게 할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따르는 성형품 및 냉각장치의 부품들의 투시도.
도 2 는 도 1 과 같지만 전력 반도체 부품이 판 위에 배치된 것을 도시한 도면.
도 3 은 래칭-인 체결구의 상세도.
도 4 는 안내 홈의 상세도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 성형품 11 : 냉각 캔용 지지구
12,13 : 반도체용 지지구 14,15 : 냉각수 라인용 지지구
16,17 : 안내 수단 18,19 : 래칭-인 체결구
20 : 안내홈 21: 자루부
22 : 접촉장치 23 : 공급 케이블
24 : 소켓 25,26 : 클립 체결구
30 : 냉각장치 31 : 냉각 캔
32,33 : 접촉면 35 : 냉각수 수집 튜브
36,37 : 냉각수 라인 41 : 전력 반도체 부품
42 : 전극 43 : 판
44 : 구동 유니트 45 : 래칭-인 체결구 결합부
46 : 플러그
상기 목적은 방열판뿐만 아니라 방열판에 바로 인접한 전력 반도체 부품을 동시에 지지하고 집중시키기 위한 새로운 성형품에 의해 달성된다. 이는 본 발명에 따르는 성형품, 전력 반도체 부품 및 방열판을 포함하고, 다중-부품 고정 스택을 구성하기 위해 최대한의 유연성을 제공하는 새로운 기본 유니트에 의해 가능하게 된다. 상기 전력 반도체 부품 및 방열판은 전력 반도체 부품의 하나의 전극과 방열판의 하나의 냉각 면이 서로에게 대향하면서 포개져있도록 배치된다. 상기 스택이 죄어질 때, 하나의 전극과 하나의 냉각면은 각각 서로에 대해 압착되고, 그 결과 스택의 부품들 사이의 열 및 전기 전도성이 최적화된다.
바람직한 실시예 1 은 방열판과 전력 반도체 부품 모두가 본 발명에 따르는 성형품에 래치-인되는 착탈가능한 체결구를 이용하여 연결된다. 이는 특히, 전력 반도체 부품상의 인장력이 충분할 때, 상응하는 체결구가 이 부품을 다시 풀리도록 하여 전력 반도체 부품이 쉽게 교체되게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예 2 는 상기 두 부품의 스택-집중된 최종 위치뿐만 아니라, 이 최종 위치가 얻어질 수 있는 방법 역시 결정한다는 것에 의해 구별된다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 따르는 성형품을 위한 안내 수단과 전력 반도체 부품 상에 단단히 설치된 안내요소를 포함하는 전력 반도체 부품을 위한 설치 보조부 (aid) 를 제공한다. 이 안내요소는 예를 들어, 스터드 또는 바람개비 형상이고, 성형품과 관련되고 레일 또는 홈 모양인 적절한 결합부 (안내 수단) 에 의해 안내되면서 전력 반도체 부품에 직접 연결된다.
자세하게, 성형품으로부터 전력 반도체 부품을 제거하는 동안, 이 안내 수단은, 방열판의 접촉면과 전력 반도체 부품의 전극이 손상을 입지 않도록 전력 반도체 부품을 안내한다. 이렇게 함으로써, 스택 전체가 먼저 헐거워지고, (예를 들어, 스택에 평행하게 연장되는 타이 로드에 의해 안내되기 때문에), 각각의 기본 유니트는 어느 정도 서로 분리된다. 지지구로부터 제거되는 동안, 전력 반도체 부품은 안내 수단에 의해 전력 반도체 부품의 전극이 상응하는 방열판의 접촉면으로부터 비스듬하게 떨어져 있어, 접촉면을 긁지 않도록 움직인다. 이는 예를 들어, 방열판의 접촉면에 평행하지 않은 안내홈을 이용하여 간단한 방법으로 얻어진다.
다음 바람직한 실시예는 앞서 언급한 형태의 전력 반도체 부품을 사용하고, 상기 반도체가 그 것의 구동부와 함께 판 위에 위치한다. 이 경우, 안내요소는 전력 반도체 부품에 직접적으로 부착되지 않지만 상기 판에 부착되고, 또한 구동 유니트를 기계적으로 지지하는데 사용된다. 필요하다면, 상기 판은 그 자체가 안내 요소일 수 있고, 상응하는 안내홈에 직접 삽입될 수 있다.
본 발명의 더 많은 이로운 면들은 종속항들에 정의된다.
본 발명의 실시예에 대한 이하의 설명과 첨부된 도면을 연계하여 고려하면, 본 발명에 대한 보다 폭넓은 이해가 가능할 것이며, 본 발명의 많은 이점과 그에 수반하는 이점들을 쉽게 알 수 있을 것이다.
수개의 도면을 통해 동일하거나 일치하는 부품에 대하여는 동일 도면 부호를 사용하고, 도 1 및 도 2 는 본 발명에 따르는 성형품 (10) 의 바람직한 실시예와 다수의 냉각장치 (30) 부품들의 투시도이다. 도 2 는 또한 판 (43) 에 단단히 연결된 전력 반도체 부품 (41) 을 도시한다.
냉각장치 (30) 는, 그 속으로 물이 흐르고 본 발명에 따르는 성형품 (10) 의 상응하는 지지구 (11) 위에 설치된 냉각 캔 (31) 을 포함한다. 냉각 캔 (31) 과 냉각수 배급 튜브 (미도시) 사이의 냉각수 공급 및 배출 라인 (36,37) 과 냉각수 수집 튜브 (35) 는 특정한 최소길이가 요구될 수 있다. 이는 냉각 캔 (31) 과 전기 전도 튜브 (35) 사이의 어떤 전위차도 부식성 전기분해 전류를 생성하게 되고, 이는 특정 값을 초과해서는 안되기 때문이다. 필요한 길이를 얻기 위해서, 상기 라인 (36,37) 은 나선형으로 형상화될 수 있다. 상기 라인들의 지지구 (14,15) 는 냉각수 라인들 상의 전위가 다른 두점 사이의 접촉을 방지한다.
전력 반도체 부품 (41) 은 원통형 케이스에 수용되고, 이 케이스의 양쪽 끝면에는 전기 및 열전대를 위한 평평한 원형 전극들 (42) (음극, 양극)이 제공된다. 원통형 냉각 캔 (31) 은, 그것의 접촉면들 (32,33) 이 전력 반도체 부품의 전극들 (42) 에 접촉되는 방식으로, 반도체 스택 내의 각각의 전력 반도체 부품의 양쪽에 배치된다. 본 발명에 따르는 성형품을 사용함으로 해서, 전력 반도체 부품은 각각의 경우 인접하는 냉각 캔과 쌍으로 결합한다.
도 2 에 도시된 전력 반도체 부품 (41) 은 판 (43) 에 단단히 연결된 GTO 사이리스터이다. 전력 반도체 부품 (41) 의 정확한 위치를 잡아주는 지지구 (12,13) 는 이 경우 전력 반도체 부품 (41) 에 직접적으로 작용하지 않는다. 지지구 (12,13) 의 중심부분은 그것의 결합부 (45) 가 판 (43) 위에 설치된 래칭-인 체결구 (18,19) 이다. 이러한 래칭-인 체결구는, 체결구 내로 삽입되고 두개의 자루부 (21) 에 의해 단단히 지지되는 체결구의 결합부 (45) 와 함께 도 3 에 도시된다. 인장응력이 있을 때, 상기 체결구들은 차례로 결합부 (45) 를 다시 풀어 전력 반도체 부품 (41) 을 풀리게 하는 크기가 된다.
설치하는 동안, 전력 반도체 부품 (41) 은 직접 안내되지 않고, 판 (43) 위에 설치된 안내요소 (미도시) 에 의해 안내된다. 이를 위한 상기 안내수단 (16,17) 은 성형품 (10) 의 부분으로서 바람개비형의 확장부를 형성한다. 안내수단의 내부에, 전력 반도체 부품 (41) 이 설치되는 동안에 판 (43) 을 안내하고 따라서 판에 단단히 연결된 전력 반도체 부품 (41) 또한 안내하는 안내홈 (20) 이 존재한다 (도 4). 이 홈의 경사로 인해, 전력 반도체 부품은 그것의 전극들 (42) 이 최종위치에 도달할 때까지 냉각 캔 (31) 의 접촉면 (33) 에 닿지 않고, 이 두 면 (42,33) 사이의 선행하는 마찰력을 피하도록 움직인다. 전력 반도체 부품이 한번 설치되면, 상기 판과 그 위에 위치한 구동 유니트 (44) 는 안내수단 (16,17) 에 의해 추가로 지지되고 기계적으로 안정된다.
본 발명에 따르는 장치는 전기적 절연체, 바람직하게는 플라스틱으로 만들어지고, 사출 성형 공정을 사용하여 경제적으로 생산될 수 있다. 구동 유니트 (44) 또한 판 (43) 위에 수용되면, 이는 구동 유니트 (44) 를 공급하기 위한 접촉장치 (22) 역시 성형품 (10) 내에 통합되므로써 전력 반도체 부품 (41) 의 교체를 훨씬 간단화한다. 공급 케이블 (23) 은 바람직하게 성형품내의 잘려나간 부분을 통해 성형품 내에 단단히 고정된 소켓 (24) 으로 들어간다. 소켓 (24) 의 결합부로서 플러그 (46) 는 판 (43) 위에 위치한다. 전력 반도체 부품이 설치될 때, 전력 반도체 부품이 스택의 중심에 있는 최종 위치에 도달함과 동시에 공급 케이블 (23) 과 구동부 (44) 사이에 전기적 접촉이 일어난다. 따라서, 전력 반도체 부품이 교체될 때, 이전 구동 유니트에서 분리되도록, 적절한 곳에서 제어 케이블을 분리시켜 새 구동 유니트에 부착하기만 하면 된다.
상기 특징들뿐만 아니라, 반도체 고정 스택 내의 본 발명에 따르는 성형품의 사용을 위해 더 많은 유용한 실시예들이 제공될 수 있다.
스택을 죄기 위해 요구되는 타이 로드는 스택에 평행하게 연장된다. 현재의 예에서, 타이 로드는 튜브 (35) 의 형태이고 동시에 냉각수를 분배 및 수집하는데 쓰인다. 본 발명에 따르는 성형품들은 부품들을 위해 상기 로드에 설치되고, 그들에 의해 지지되는 부품들은 스택으로 집중된다. 도 1 은 성형품이 클립 체결구 (25,26) 를 이용하여 냉각수 수집 튜브 (35) 에 어떻게 고정되는지 도시한다. 이 과정에서, 스택이 죄어지거나 헐거워지는 동안에 성형품은 여전히 그들을 움직일 수 있어야 하므로, 성형품이 스택 축선의 방향으로 완전히 차단되지 않도록 주의해야만 한다. 반면에, 클립 체결구 (25,26) 는 스택 및 냉각수 튜브 모두에 수직인 면에 인장력을 받을 수 있어야 하고, 이는 인장력이 걸렸을 때, 래칭-인 체결구 (18,19) 보다 먼저 구부러져서는 안 된다는 것을 의미한다.
명백하게, 본 발명은 상기의 교시에 비추어 볼 때 많은 수정과 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명은, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 여기서 특별하게 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다.
전체에 걸쳐, 본 발명에 따르는 복수의 성형품의 사용은 간단화된 디자인으로 구별되고 반도체 고정 스택의 기계적 안정성을 증가시킨다. 또한, 레일과 래칭-인 체결구가 전력 반도체 부품을 안내하고 지지하기 위해 제공되기 때문에, 불량 전력 반도체 부품의 교체가 간단해진다.
본 발명에 따르는 다기능 지지구는 사출 성형 부품으로서, 쉽게 그리고 경제적으로 생산될 수 있다.

Claims (10)

  1. 하나 이상의 접촉면(33)을 갖고, 또한 하나 이상의 평평한 전극 (42) 을 갖는 하나 이상의 전력 반도체 부품 (41) 을 냉각하는데 쓰이는 액체-냉각 방열판 (31) 을 지지하기 위한 제 1 지지 수단 (11) 을 포함하는 성형품 (10) 으로서,
    상기 전력 반도체 부품 (41) 을 지지하기 위한 제 2 지지 수단 (12,13) 을 포함하고, 그 지지 수단 (12,13) 은 전력 반도체 부품 (41) 의 전극 (42) 을 기본적으로 방열판 (31) 의 접촉면 (33) 을 따라 포개지도록 위치시키는 성형품.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 수단 (12,13) 은, 걸어맞춤되고 다시 분리될 수 있는 하나 이상의 체결구 (18,19) 를 갖는 것을 특징으로 하는 성형품.
  3. 제 2 항에 있어서, 안내요소에 연결된 전력 반도체 부품 (41) 을 설치 및 제거하는 동안에 상기 안내요소를 안내하기 위한 안내수단 (16,17) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 성형품.
  4. 제 3 항에 있어서, 안내수단 (16,17) 또는 안내 요소는, 전력 반도체 부품 (41) 의 제거중에 전력 반도체 부품의 전극 (42) 이 접촉면 평면의 일부에서 안내되는 운동에 의해 방열판 (31) 의 접촉면 (33) 과 떨어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 성형품.
  5. 제 4 항에 있어서, 안내수단 (16,17) 이 홈 또는 레일 (20) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형품.
  6. 제 5 항에 있어서, 안내요소가 전력 반도체 부품 (41) 에 연결된 판 (43) 인 것을 특징으로 하는 성형품.
  7. 제 6 항에 있어서, 전력 반도체 부품 (41) 에 관련된 구동 유니트 (44) 를 공급하기 위해 전기적 접촉 장치 (22) 가 제공되어, 공급 케이블 (23) 에 연결되며, 각각 전력 반도체 부품의 설치 및 제거중에 각각 구동 유니트와 전기적으로 작동 연결시키거나 이 연결을 중단시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 성형품.
  8. 제 7 항에 있어서, 하나 이상의 냉각 액체 라인 (36,37) 을 지지하기 위해 제 3 지지 수단 (14,15) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 성형품.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항 또는 제 8 항에 있어서, 사출 성형 공정을 사용하여 생산된 플라스틱 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형품.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 성형품이 반도체 고정 스택 내의 전력 반도체 부품들과 방열판들을 지지하고 집중시키는데 사용되고, 복수의 전력 반도체 부품이 액체-냉각 방열판들과 함께 교대로 배치되며, 성형품 그 자체는 고정 스택에 평행하게 연장된 하나 이상의 로드 (35) 에 연결되어 스택방향으로 여전히 움직일 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 성형품.
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