KR20130100725A - 냉각기 - Google Patents

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신스케 니시
쇼고 모리
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

냉각기는 본체, 파이프, 및 수지 부분을 포함한다. 본체는 각각 외주부를 갖는 제 1 셸 플레이트 및 제 2 셸 플레이트를 포함한다. 제 1 셸 플레이트 및 제 2 셸 플레이트는 외주부들을 경납땜함으로써 일체화되고, 본체는 냉각제 통로와 포트를 포함한다. 파이프는 본체에 연결되어 포트를 통해 냉각제 통로 내에서 냉각제의 순환을 허용한다. 파이프를 본체에 고정하기 위해, 수지 부분은 파이프가 본체에 연결되는 부분에서 본체의 외면 상에 몰딩된다.

Description

냉각기{COOLING DEVICE}
본 발명은 냉각기에 관한 것이다.
일본 특개 2008-211147은 열교환기에 파이프를 연결하기 위한 연결구조를 기재하고 있다. 이 연결 구조는 상호 정합되도록 프레스 형성되는 2 개의 플레이트를 포함한다. 각 플레이트는 주연부와 플레이트의 나머지 부분에 의해 형성되는 얕은 오목부를 포함한다. 주연부는 그루브를 포함하고, 이 그루브는 반원형 단면을 갖고, 주연부의 에지를 오목부에 연결한다. 2 개의 플레이트는 그 오목부들이 상호 대향하도록, 그리고 그 그루브들이 상호 대향하도록 포개어진다. 파이프가 그루브에 끼워맞춤된다. 이 상태에서, 2 개의 플레이트는 이들 플레이트가 액밀 방식으로 파이프와 접촉하도록 상호 경납땜 (brazing) 되어 고정된다. 파이프의 외주를 따라 형성되는 환상의 제 1 돌출부는 전체 그루브의 에지와 접촉하게 된다.
연결 구조에서, 파이프는 경납땜 시의 열에 의해 변형될 수 있다. 이것은 파이프의 변위를 유발할 수 있다. 더 상세하게는, 경납땜은, 예를 들면, 600 ℃ 에서 수행되고, 이 온도에서 알루미늄 부품은 팽창하거나 수축할 수 있다. 이것은 냉각기의 본체를 굴곡시킬 수 있고, 파이프를 변위시킬 수 있다. 또한, 열은 파이프를 변형시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 파이프를 변위됨이 없이 본체에 연결시킬 수 있는 냉각기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 양태는 외주부를 각각 갖는 제 1 셸 (shell) 플레이트 및 제 2 셸 플레이트를 포함하는 본체를 구비하는 냉각기이다. 제 1 셸 플레이트 및 제 2 셸 플레이트는 외주부들의 경납땜에 의해 일체화되고, 본체는 냉각제 통로 및 포트를 포함한다. 파이프는 본체에 연결된다. 파이프는 포트를 통해 냉각제 통로 내에서 냉각제의 순환을 허용한다. 파이프를 본체에 고정하기 위해, 파이프가 본체에 연결되는 부분에서 본체의 외면에 수지 부분이 몰딩되어 있다.
본 발명의 다른 양태 및 이점은 본 발명의 원리를 예로서 도시하는 첨부 도면들과 관련한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1a 는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 인버터 모듈의 정면도이고;
도 1b 는 도 1a 에 도시된 인버터 모듈의 평면도이고;
도 2a 는 수지 부분이 제거된 상태에서의 도 1a 에 도시된 인버터 모듈의 정면도이고;
도 2b 는 수지 부분이 제거된 상태에서의 도 1a 에 도시된 인버터 모듈의 평면도이고;
도 3 은 파이프가 연결되는 부분의 도 1a 의 인버터 모듈을 도시하는 단면도이고,
도 4 는 도 1a 에 도시된 인버터 모듈의 회로도이고;
도 5a 는 도 1a 의 냉각기의 본체 및 절연 기판을 도시하는 정면도이고;
도 5b 는 도 1a 의 냉각기의 본체 및 절연 기판을 도시하는 평면도이고;
도 6 은 도 5b 의 VI-VI에 따라 취한 단면도이고;
도 7a 는 인버터 모듈의 제조 공정을 설명하는 정면도이고;
도 7b 는 도 7a 의 인버터 모듈을 도시하는 평면도이고;
도 8a 는 인버터 모듈의 제조 공정을 설명하는 정면도이고;
도 8b 는 도 8a 의 인버터 모듈을 도시하는 평면도이고;
도 9 는 파이프가 연결되는 부분의 도 1a 의 인버터 모듈을 도시하는 단면도로서, 인버터 모듈의 제조 공정을 보여주고;
도 10 은 인버터 모듈을 도시하는 정면도이고;
도 11 은 인버터 모듈을 도시하는 정면도이고;
도 12 는 인버터 모듈을 도시하는 정면도이고;
도 13 은 파이프가 연결되는 부분의 인버터 모듈의 변형례를 도시하는 단면도이고;
도 14 는 인버터 모듈의 변형례를 도시하는 부분 단면도이고;
도 15a 는 인버터 모듈의 변형례를 도시하는 부분 단면도이고;
도 15b 는 도 15a 의 인버터 모듈을 도시하는 부분 측면도이고;
도 16a 는 인버터 모듈의 변형례를 도시하는 부분 단면도이고; 또
도 16b 는 도 16a 의 인버터 모듈을 도시하는 부분 측면도이다.
이하에서, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 차량 인버터를 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b 를 참조하면, 인버터 모듈 (10) 은 냉각기를 포함한다. 이 인버터 모듈 (10) 은 수지 몰딩 (resin-molded) 되어 있고, 반도체 소자 (칩) 가 장착되는 기판을 포함한다. 도 1a 내지 도 2b 에 도시된 바와 같이, 인버터 모듈 (10) 은 수냉식 냉각기 (20), 4 개의 절연 기판 (31, 32, 33, 34), 6 개의 트랜지스터 (칩) (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6), 6 개의 다이오드 (칩) (D1, D2, D3, D4, D5, D6), 및 몰딩된 수지 부분 (40) 을 포함한다. 수지 부분 (40) 은, 예를 들면, 에폭시 수지로부터 형성될 수 있다.
도 4 는 인버터 모듈 (10) 의 회로 구성을 도시한다. 인버터 모듈 (10) 은 인버터 (50) 를 포함하고, 이 인버터 (50) 는 외부 기기로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환시킨다. 다음에, 인버터 (50) 는 이 교류 전력을 주행 모터 (60) 에 공급한다. 이것에 의해 모터 (60) 는 회전 구동된다.
상세하게는, 인버터 (50) 는 전력 공급 라인 및 접지 라인 사이에 평행하게 배치되는 다수의 아암, 즉 U자상 아암, V자상 아암 및 W자상 아암을 포함하다. 아암들은 2 개의 직렬 접속된 트랜지스터 (IGBT) (Q1 및 Q2, Q3 및 Q4, Q5 및 Q6) 를 포함한다. 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6) 는 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 의 컬렉터와 에미터 사이에 배치된다. 각 다이오드는 대응하는 트랜지스터의 에미터로부터 컬렉터로 전류를 흐르게 할 수 있다.
도 1a 내지 도 2b 에 도시된 바와 같이, 절연 기판 (31, 32, 33, 34) 은 직접 경납땜 알루미늄 (direct brazed aluminium; DBA) 에 의해 형성된다. 각 DBA 기판은 세라믹 기판 (35), 이 세라믹 기판 (35) 의 제 1 표면 상에 형성되는 알루미늄 층 (36), 및 세라믹 기판 (35) 의 제 2 표면 상에 형성되는 알루미늄 층 (37) 을 포함한다. 알루미늄 층 (36) 은 세라믹 기판 (35) 의 제 1 표면 상에 패터닝된다. 동일한 방식으로, 알루미늄 층 (37) 은 세라믹 기판 (35) 의 제 2 표면 상에 패터닝된다.
냉각기 (20) 는 납작한 사각형 박스인 본체 (21), 수지제의 입구 파이프 (22), 및 수지제의 출구 파이프 (23) 를 포함한다. 냉각기 (20) 의 본체 (21) 는 알루미늄으로부터 형성된다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 본체 (21) 는 제 1 셸 플레이트로서 기능하는 상측 플레이트 (24), 제 2 셸 플레이트로서 기능하는 하측 플레이트 (25), 및 파형상의 내측 핀 (26) 을 포함한다. 상측 플레이트 (24) 의 주연부와 하측 플레이트 (25) 의 주연부는 함께 스웨이징 (swaged) 되어 있다. 이 상태에서, 상측 플레이트 (24) 와 하측 플레이트 (25) 의 외주부들은 상호 경납땜된다. 이것에 의해 본체 (21) 내에서 상측 플레이트 (24) 와 하측 플레이트 (25) 의 외주부는 경납땜된다. 또한 내측 핀 (26) 은 상측 플레이트 (24) 와 하측 플레이트 (25) 사이에서 이 상측 플레이트 (24) 와 하측 플레이트 (25) 에 경납땜된다.
본체 (21) 는 냉각제 통로 (P1) (도 3 및 도 6 참조) 를 포함한다. 입구 파이프 (22) 는 본체 (21) 의 상면에 연결되고, 본체 (21) 에 형성된 제 1 포트 (90a) (도 5a 및 도 5b 참조) 를 통해 본체 (21) 내에 냉각제를 공급할 수 있다. 동일한 방식으로, 출구 파이프 (23) 는 본체 (21) 의 상면에 연결되고, 본체 (21) 에 형성된 제 2 포트 (90b) (도 5a 및 도 5b 참조) 를 통해 본체 (21) 로부터 냉각제를 배출할 수 있다. 더 상세하게는, 펌프가 입구 파이프 (22) 를 통해 본체 (21) 내에 냉각제를 이송하고, 출구 파이프 (23) 를 통해 본체 (21) 로부터 냉각제를 배출한다.
전술한 바와 같이, 파이프 (22, 23) 는 본체 (21) 내에 형성된 포트 (90a, 90b) 를 통해 냉각제의 순환을 허용한다.
반도체 소자로서 기능하는 트랜지스터 (칩) (Q1 ~ Q6) 및 다이오드 (칩) (D1 ~ D6) 가 장착되는 절연 기판 (31, 32, 33, 34) 은 본체 (21) 의 표면에 경납땜된다. 상세하게는, 4 개의 절연 기판 (31, 32, 33, 34) 은 냉각기 (20) 의 본체 (21) 의 상면에 경납땜되어 접합된다. 즉, 4 개의 절연 기판 (31, 32, 33, 34) 의 각각에서 세라믹 기판 (35) 의 하측의 알루미늄 층 (36) 은 냉각기 (20) 의 상면과 경납땜되어 접합된다.
절연 기판 (31) 에서 세라믹 기판 (35) 상의 알루미늄 층 (37) 은 배선재 (wiring material) 이다. 트랜지스터 (칩) (Q1) 와 다이오드 (칩) (D1) 는 알루미늄 층 (37) 의 상면에 연납땜 (soldering) 되어 접합된다. 절연 기판 (32) 에서 세라믹 기판 (35) 상의 알루미늄 층 (37) 은 배선재이다. 트랜지스터 (칩) (Q3) 와 다이오드 (칩) (D3) 는 알루미늄 층 (37) 의 상면과 연납땜되어 접합된다. 절연 기판 (33) 에서 세라믹 기판 (35) 상의 알루미늄 층 (37) 은 배선재이다. 트랜지스터 (칩) (Q5) 와 다이오드 (칩) (D5) 는 알루미늄 층 (37) 의 상면과 연납땜되어 접합된다. 절연 기판 (34) 에서 세라믹 기판 (35) 상의 알루미늄 층 (37) 은 배선재이다. 트랜지스터 (칩) (Q2, Q4, Q6) 와 다이오드 (칩) (D2, D4, D6) 는 알루미늄 층 (37) 의 상면과 연납땜되어 접합된다.
트랜지스터 (Q1, Q3, Q5) 의 상면의 컬렉터 단자와 다이오드 (D1, D3, D5) 의 상면의 캐소드 단자는 외부 접속 단자로서 기능하는 전도성 플레이트 (70) 와 땜납 (solder; 71) 에 의해 접합된다. 트랜지스터 (Q2) 의 상면의 컬렉터 단자, 다이오드 (D2) 의 상면의 캐소드 단자, 및 절연 기판 (31) 내의 알루미늄 층 (37) (트랜지스터 (Q1) 의 에미터 및 다이오드 (D1) 의 애노드) 은 외부 접속 단자로서 기능하는 전도성 플레이트 (72) 와 땜납 (73) 에 의해 접합된다. 더욱이, 트랜지스터 (Q4) 의 상면의 컬렉터 단자, 다이오드 (D4) 의 상면의 캐소드 단자, 및 절연 기판 (32) 내의 알루미늄 층 (37) (트랜지스터 (Q3) 의 에미터 및 다이오드 (D3) 의 애노드) 은 외부 접속 단자로서 기능하는 전도성 플레이트 (74) 와 땜납 (75) 에 의해 접합된다. 트랜지스터 (Q6) 의 상면의 컬렉터 단자, 다이오드 (D6) 의 상면의 캐소드 단자, 및 절연 기판 (33) 내의 알루미늄 층 (37) (트랜지스터 (Q5) 의 에미터 및 다이오드 (D5) 의 애노드) 은 외부 접속 단자로서 기능하는 전도성 플레이트 (76) 와 땜납 (77) 에 의해 접합된다. 외부 접속 단자로서 기능하는 전도성 플레이트 (78) 는 절연 기판 (34) 에서 세라믹 기판 (35) 상의 알루미늄 층 (37) 에 연납땜된다. 전도성 플레이트 (70, 72, 74, 76, 78) 는 구리로부터 형성된다. 전도성 플레이트 (70, 72, 74, 76, 78) 는 각각 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함한다. 전도성 플레이트 (70, 72, 74, 76, 78) 의 제 1 단부들은 대응하는 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 및 대응하는 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6) 에 전기적으로 접속된다.
전도성 플레이트 (70) 의 제 2 단부는 상방으로 굴곡된다. 동일한 방식으로, 전도성 플레이트 (72) 의 제 2 단부는 상방으로 굴곡된다. 전도성 플레이트 (74) 의 제 2 단부는 상방으로 굴곡된다. 전도성 플레이트 (76) 의 제 2 단부는 상방으로 굴곡된다. 전도성 플레이트 (78) 의 제 2 단부는 상방으로 굴곡된다.
6 개의 접속 핀 시트 (pin seats; 80, 81, 82, 83, 84, 85) 는 냉각기 (20) 의 본체 (21) 의 상면에 고정된다. 외부 접속 단자로서 기능하는 3 개의 접속 핀 (86) 은 접속 핀 시트 (80, 81, 82, 83, 84, 85) 의 각각에 고정된다. 접속 핀 (86) 은 구리로부터 형성된다. 3 개의 접속 핀 (86) 중의 하나는 게이트 전압 인가 라인을 형성하고, 나머지 2 개의 접속 핀 (86) 은 에미터 전압 검출 라인 및 에미터 온도 검출 라인을 형성한다. 3 개의 접속 핀 (86) 은 트랜지스터 (칩) (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 에 배선재에 의해 형성되는 와이어 (W) 에 의해 전기적으로 접속되는 제 1 단자를 포함한다.
3 개의 접속 핀 (86) 은 대응하는 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 에 전기적으로 접속되는 제 1 단자 및 상방으로 굴곡되는 제 2 단자를 포함한다.
수지 부분 (40) 은 냉각기 (20) 의 본체 (21) 의 상면에 배치되는 부품 (즉, 절연 기판 (31, 32, 33, 34), 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6), 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6), 전도성 플레이트 (70, 72, 74, 76, 78), 접속 핀 (86), 및 와이어 (W)) 을 덮는다. 전도성 플레이트 (70, 72, 74, 76, 78) 는 직립 부분 (70a, 72a, 74a, 76a, 78a) 을 포함하고, 이 직립 부분의 상측 단부들은 수지 부분 (40) 으로부터 노출된다. 동일한 방식으로, 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 에 각각 접속되는 3 개의 접속 핀 (86) 은 직립 부분 (86a) 을 포함하고, 이 직립 부분의 상측 단부는 수지 부분 (40) 으로부터 노출된다.
입구 파이프 (22) 가 냉각기 (20) 의 본체 (21) 에 연결되는 부분과 출구 파이프 (23) 가 본체 (21) 에 연결되는 부분은 도 3 에 도시된 바와 같이 형성된다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 본체 (21) 는 상측 패널 (21a) 을 갖고, 이 상측 패널 (21a) 은 제 1 포트 (90a), 제 2 포트 (90b), 및 제 1 포트 (90a) 와 제 2 포트 (90b) 의 각각의 전체의 주위에서 상방으로 돌출하는 위치 결정부 (91) 를 포함한다. 입구 파이프 (22) 와 출구 파이프 (23) 는 각각 두꺼운 하단부를 갖고, 이 두꺼운 하단부는 하방으로 개구하여 파이프의 전체 주위를 따라 연장하는 오목부 (27) 를 포함한다. 본체 (21) 는 오목부 (27) 의 개구를 폐쇄한다. 위치 결정부 (91) 는 오목부 (27) 내에 배치된다. O링 (28) 은 오목부 (27) 내에 배치된다.
수지 부분 (40) 은 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23) 와 냉각기 (20) 의 본체 (21) 를 고정시킨다. O링 (28) 은 본체 (21) 의 상측 패널 (21a) 과 밀착되고, 또한 오목부 (27) 의 저면과 밀착된다. 그 결과, 본체 (21) 와 입구 파이프 (22) 는 액밀 상태로 상호 접촉되고, 본체 (21) 와 출구 파이프 (23) 도 액밀 상태로 상호 접촉된다. 또한, 본체 (21) 에 대해 O링 (28) 을 위치 결정하는 위치 결정부 (91) 는, 입구 파이프 (22) 가 본체 (21) 에 연결되는 부분 및 출구 파이프 (23) 가 본체 (21) 에 연결되는 부분의 본체 (21) 상에 형성된다. 더욱이, 본체 (21) 에 대해 O링 (28) 을 위치 결정하는 위치 결정부 (29) 는, 입구 파이프 (22) 가 본체 (21) 에 연결되는 부분 및 출구 파이프 (23) 가 본체 (21) 에 연결되는 부분의 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23) 상에 형성된다. 위치 결정부 (91) 는 O링 (28) 을 반경방향 내측으로부터 위치 결정하고, 위치 결정부 (29) 는 O링 (28) 을 반경방향 외측으로부터 위치 결정한다.
다음에 인버터 모듈 (10) 의 작용을 설명한다.
냉각제는 냉각기 (20) 의 입구 파이프 (22) 에 공급된다. 냉각제는 입구 파이프 (22) 를 통해 냉각기 (20) 의 본체 (21) 내에 유입한다. 냉각제는 냉각기 (20) 의 본체 (21) 를 통해 출구 파이프 (23) 를 향해 유동한다. 다음에, 냉각제는 출구 파이프 (23) 내에 유입하여 이 출구 파이프 (23) 로부터 배출된다. 인버터 모듈 (10) 의 6 개의 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 는 각각 스위칭 동작을 받을 때 발열한다. 6 개의 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6) 는 통전되었을 때 발열한다. 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 에 의해 발생되는 열은 냉각기 (20) 의 본체 (21) 를 통해 유동하는 냉각제에 열을 전달하는 절연 기판 (DBA 기판) (31, 32, 33, 34) 을 통해 냉각기 (20) 의 본체 (21) 에 전달된다. 동일한 방식으로, 6 개의 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6) 에 의해 발생되는 열은 냉각기 (20) 의 본체 (21) 를 통해 유동하는 냉각제에 열을 전달하는 절연 기판 (DBA 기판) (31, 32, 33, 34) 을 통해 냉각기 (20) 의 본체 (21) 에 전달된다.
다음에, 인버터 모듈 (10) 의 제조방법을 도 1a 내지 도 3 및 도 5a 내지 도 9 를 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 6 을 참조하여, 절연 기판 (DBA 기판) (31, 32, 33, 34) 이 준비된다. 알루미늄 층 (36) 은 세라믹 기판 (35) 의 일면 상에 패터닝되고, 알루미늄 층 (37) 은 세라믹 기판 (35) 의 타면 상에 패터닝된다. 냉각기 (20) 의 본체 (21) 를 형성하는 상측 플레이트 (24) 와 하측 플레이트 (25) 의 외주부들은 함께 스웨이징되고 경납땜된다. 더욱이, 파형상의 내측 핀 (26) 도 상측 플레이트 (24) 와 하측 플레이트 (25) 사이에서 경납땜된다. 동시에, 절연 기판 (DBA 기판) (31, 32, 33, 34) 은 냉각기 (20) 의 본체 (21) 의 상면에 경납땜된다. 상세하게는, 4 개의 절연 기판 (31, 32, 33, 34) 의 각각에서 세라믹 기판 (35) 의 하측의 알루미늄 층 (36) 은 냉각기 (20) 의 상면에 경납땜된다. 경납땜은 약 600 ℃ 에서 수행된다. 이것에 의해 냉각기의 본체 (21) 는 절연 기판 (31, 32, 33, 34) 과 일체화된다.
이어서, 도 7a 및 도 7b 를 참조하면, 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 의 각각 및 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6) 의 각각은 절연 기판 (31, 32, 33, 34) 의 대응하는 하나의 절연 기판에서 세라믹 기판 (35) 상의 알루미늄 층 (37) 의 상면에 연납땜된다.
동시에, 전도성 플레이트 (70, 72, 74, 76, 78) 는 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 및 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6) 에 연납땜된다. 더욱이, 접속 핀 (86) 이 고정되는 접속 핀 시트 (80, 81, 82, 83, 84, 85) 는 냉각기 (20) 의 본체 (21) 의 상면에 고정된다.
도 8a 및 도 8b 를 참조하면, 접속 핀 (86) 은, 와이어 (W) 에 의해, 대응하는 트랜지스터 (칩) (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 과 접합된다. 이어서, 입구 파이프 (22) 와 출구 파이프 (23) 는 냉각기 (20) 의 본체 (21) 상에 장착된다. 상세하게는, 도 9 를 참조하면, O링 (28) 은 본체 (21) 와 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23) 의 각각의 하단부 사이에 유지된다. 이 상태에서, 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23) 는 냉각기 (20) 의 본체 (21) 상에 직립 상태로 배치된다.
도 1a 내지 도 2b 에 도시된 바와 같이, 수지 부분 (40) 은 냉각기 (20) 의 본체 (21) 상에 장착되는 부품을 밀봉하여 일체화하기 위해 사용된다. 냉각기 (20) 의 본체 (21) 상에 장착되는 부품은 본체 (21) 와 입구 파이프 (22) 가 연결되는 부분, 본체 (21) 와 출구 파이프 (23) 가 연결되는 부분, 절연 기판 (31, 32, 33, 34), 트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6), 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6), 전도성 플레이트 (70, 72, 74, 76, 78), 접속 핀 (86), 및 와이어 (W) 를 포함한다. 수지 부분 (40) 은 약 120 ℃ 에서 몰딩된다. 이것에 의해 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23) 가 본체 (21) 에 수지 부분 (40) 에 의해 고정된다. 따라서, 연납땜된 반도체 소자 (트랜지스터 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 및 다이오드 (D1, D2, D3, D4, D5, D6)) 를 수지 부분 (40) 으로 밀봉할 때, 그와 동시에 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23) 는 수지 부분 (40) 으로 본체 (21) 에 고정될 수 있다.
이와 같은 방식으로, 냉각기 (20) 의 본체 (21) 를 형성하는 상측 플레이트 (24), 하측 플레이트 (25), 내측 핀 (26), 및 절연 기판 (DBA 기판) (31, 32, 33, 34) 을 경납땜한 후에, 파이프 (22, 23) 는, 본체 (21) 가 수지 밀봉될 때, 본체 (21) 에 고정된다. 수지 밀봉은 모듈의 회로 부품 (트랜지스터 (Q1 ~ Q6), 다이오드 (D1 ~ D6), 전도성 플레이트 (72, 74, 76, 78), 접속 핀 (86), 및 와이어 (W)) 의 밀봉과 동시에 수행된다. 냉각기 (20) 의 본체 (21) 에 대한 파이프 (22, 23) 의 경납땜과 달리, 냉각기 (20) 의 본체 (21) 를 공통의 부분으로서 사용하여 필요 시마다 파이프 (22, 23) 는 다른 파이프와 교환될 수 있다.
더 상세하게는, 도 10 에 도시된 바와 같이, 직선형 파이프 (22a, 23a) 가 냉각기 (20) 의 본체 (21) 에 연결되어, 본체 (21) 의 상면으로부터 직립 상태로 연장될 수 있다. 대안적으로, 도 11 에 도시된 바와 같이, L자형 파이프 (22b, 23b) 가 냉각기 (20) 의 본체 (21) 의 종방향으로 수평하게 연장하도록, L자형 파이프 (22b, 23b) 는 본체 (21) 에 연결될 수 있다.
도 12 에 도시된 바와 같이, 파이프 (22c, 23c) 가 냉각기 (20) 의 본체 (21) 의 상면에 대해 대각선 방향으로 연장하도록, 파이프 (22c, 23c) 는 본체 (21) 에 연결될 수 있다. 더 상세하게는, 본체 (21) 의 상측의 종방향 표면은 수평이고, 파이프 (22c, 23c) 는 본체 (21) 의 상면에 대해 경사를 이룬다.
상기 실시형태는 이하에 기재된 이점을 갖는다.
(1) 냉각기 (20) 는 본체 (21) 와 파이프들 (즉, 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23)) 을 포함한다. 입구 파이프 (22) 는 본체 (21) 에 연결되고, 본체 (21) 내에 형성되는 제 1 포트 (90a) 를 통해 냉각제를 공급한다. 출구 파이프 (23) 는 본체 (21) 에 연결되고, 본체 (21) 내에 형성되는 제 2 포트 (90b) 를 통해 냉각제를 배출한다. 수지 부분 (40) 은 연결 부분, 즉 파이프들 (즉, 입구 파이프 (22) 와 출구 파이프 (23)) 이 본체 (21) 에 연결되는 곳인 본체 (21) 의 외면 상에 몰딩된다.
종래의 구조는 경납땜 공정에서 발생할 수 있는 열변형의 영향을 받기 쉽다. 이에 비해, 본 실시형태는 경납땜 후에 수지 부분 (40) 을 몰딩한다. 이것은 경납땜 중에 발생되는 열에 기인될 수 있는 입구 파이프 (22) 와 출구 파이프 (23) 의 변위를 방지한다. 상세하게는, 경납땜은 약 600 ℃ 에서 수행되고, 수지 몰딩은 약 120 ℃ 에서 수행된다. 따라서, 종래의 구조에 비교하여 본 실시형태의 구조는 경납땜 중에 발생할 수 있는 열변형을 덜 받게 된다.
이와 같은 방식으로, 열에 의해 유발되는 냉각기 (20) 의 본체 (21) 에 대한 파이프 (22, 23) 의 변위가 방지된다. 그 결과, 냉각기 (20) 는 파이프 (22, 23) 의 변위를 억제하는 상태에서 본체 (21) 에 파이프 (22, 23) 를 연결할 수 있다.
종래의 구조는 냉각제 통로의 연결된 부분들을 경납땜하여 고정한다. 이에 비해, 본 실시형태는 냉각제 통로의 연결된 부분들에서 가요성 (flexibility) 을 증가시킨다. 더욱이, 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23) 는, 모듈 부품 (즉, 트랜지스터 (Q1 ~ Q6), 다이오드 (D1 ~ D6), 전도성 플레이트 (72, 74, 76, 78), 접속 핀 (86), 와이어 (W)) 을 수지 밀봉할 때, 본체 (21) 에 고정된다. 이것은 공정 단계를 감소시키고, 또 경납땜된 부품의 형성에 요구되는 정밀도를 감소시킬 수 있다.
(2) 시일로서 기능하는 O링 (28) 은 파이프와 본체 (21) 사이의 밀봉을 증대시키기 위기 위해 각 파이프 (즉, 입구 파이프 (22) 와 출구 파이프 (23)) 와 본체 (21) 사이에 배치된다. 특히, O링 (28) 이 시일로서 사용되므로 우수한 밀봉을 제공한다.
(3) 위치 결정부 (91) 및 O링 (28) 을 위한 위치 결정부 (29) 는, 파이프가 본체 (21) 에 연결되는 각 부분에서 파이프들 (즉, 입구 파이프 (22) 및 출구 파이프 (23)) 과 본체 (21) 상에 형성된다. 이것은 O링 (28) 의 위치결정을 촉진시킨다.
본 발명은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서 많은 다른 특정 형태로 구현될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 특히, 본 발명은 다음의 형태로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 13 을 참조하면, 냉각기 (20) 의 본체 (21) 와 파이프 (22, 23) 를 연결하는 구조는 O링을 필요로 하지 않는다. 대신에, 파이프 (22, 23) 상에 배치되는 플랜지 (95) 가 본체 (21) 의 상측 패널 (21a) 과 접촉된 상태에 유지될 수 있고, 수지 부분 (40) 이 플랜지 (95) 의 주위와 상측 패널 (21a) 을 밀봉할 수 있다.
도 14 에 도시된 바와 같이, 파이프 (110, 111) 는 수지 부분 (41) 과 일체로 형성될 수 있다. 더 상세하게는, 제 1 포트 (100) 와 제 2 포트 (101) 는 냉각기 (20) 의 본체 (21) 의 상측 패널 (21a) 에 형성된다. 파이프 (110, 111) 는 수지 부분 (41) 이 몰딩될 때 동시에 형성된다. 제 1 포트 (100) 는 입구 파이프 (110) 와 연통 상태에 있고, 제 2 포트 (101) 는 출구 파이프 (111) 와 연통 상태에 있다.
이와 같은 방식으로, 수지 부분 (41) 은 본체 (21) 에 형성되는 포트들 주위 (제 1 포트 (100) 와 제 2 포트 (101) 의 주위) 에서 본체 (21) 의 외면 상에 몰딩될 수 있다. 동시에, 파이프들 (즉, 제 1 포트 (100) 와 연통하는 입구 파이프 (110) 및 제 2 포트 (101) 와 연통하는 출구 파이프 (111)) 는 수지 부분 (41) 과 일체로 형성될 수 있다.
이 경우, 수지 부분 (41) 은 경납땜이 수행된 후에 몰딩된다. 이것은, 입구 파이프 (110) 와 출구 파이프 (111) (즉, 냉각제 입구와 출구) 가 경납땜 공정에서 발생하는 열에 의해 변형되는 것을 방지한다. 이것은 파이프의 변형을 방지한다. 상세하게는, 상측 플레이트 (24), 하측 플레이트 (25), 및 파형상의 내측 핀 (26) 이 함께 경납땜되고 (도 6 참조), 절연 기판 (31, 32, 33, 34) 이 냉각기의 본체 (21) 에 경납땜된 후에 파이프 (110, 111) 가 본체 (21) 에 연결되므로, 이 파이프 (110, 111) 는 열변형을 받지 않는다. 이것은 열에 의해 유발될 수 있는 냉각기 (20) 의 본체 (21) 에 대한 파이프 (110, 111) 의 변위를 방지한다. 그 결과, 파이프 (110, 111) 는 변위되지 않고 본체 (21) 에 연결될 수 있다. 이 구조는 또한 부품수를 감소시킨다.
입구 파이프 (22) 와 출구 파이프 (23) 가 수지로부터 형성되지만, 이 파이프들은 다른 재료로부터 형성될 수 있다.
절연 기판 (31, 32, 33, 34) 은 DBA 기판이지만, 이 절연 기판은 직접 경납땜 구리 (direct brazed copper; DBC) 기판일 수 있고, 각 절연 기판은 구리 층들 사이에 개재되는 세라믹 기판 (35) 을 포함할 수 있다.
포트들 (즉, 제 1 포트 (90a) 및 제 2 포트 (90b)) 은 도 3 에서 상측 플레이트 (24) 에 형성되지만, 이 포트들은 하측 플레이트 (25) 에 형성될 수 있다. 더욱이, 도 15a 및 도 15b 에 도시된 바와 같이, 포트들 (즉, 제 1 포트 (90a) 및 제 2 포트 (90b)) 은 상측 플레이트 (24) 및 하측 플레이트 (25) 사이에 형성될 수 있다.
포트들 (제 1 포트 (100) 와 제 2 포트 (101)) 은 도 14 에서 상측 플레이트 (24) 에 형성되지만, 포트들은 하측 플레이트 (25) 에 형성될 수 있다. 도 16a 및 도 16b 에 도시된 바와 같이, 포트들 (즉, 제 1 포트 (100) 및 제 2 포트 (101)) 은 상측 플레이트 (24) 및 하측 플레이트 (25) 사이에 형성될 수 있다.
포트들 (즉, 제 1 포트 (100) 및 제 2 포트 (101)) 은 도 14 에서 상측 플레이트 (24) 에 형성되지만, 제 1 포트 (100) 는 상측 플레이트 (24) 에 형성될 수 있고, 제 2 포트 (101) 는 하측 플레이트 (25) 에 형성될 수 있다. 대안적으로, 제 1 포트 (100) 는 하측 플레이트 (25) 에 형성될 수 있고, 제 2 포트 (101) 는 상측 플레이트 (24) 에 형성될 수 있다.
파이프를 본체 (21) 에 고정하기 위해서는, 입구 파이프 (22) 가 본체 (21) 에 연결되는 부분과 출구 파이프 (23) 가 본체 (21) 에 연결되는 부분 중의 적어도 하나 상에 수지가 몰딩되어야하는 것이 요구될 뿐이다. 더 상세하게는, 예를 들면, 입구 파이프 (22) 는 수지 몰딩을 수행함으로써 본체 (21) 에 연결될 수 있고, 출구 파이프 (23) 는 본체 (21) 에 경납땜될 수 있다. 대안적으로, 출구 파이프 (23) 는 수지 몰딩을 수행함으로써 본체 (21) 에 연결될 수 있고, 입구 파이프 (22) 는 본체 (21) 에 경납땜될 수 있다.
본 발명은 전력 변환장치로서 기능하는 인버터에 적용될 수 있으나, 컨버터와 같은 다른 유형의 전력 변환장치에 적용될 수 있다.
본 실시예 및 실시형태들은 예시적이고, 또 비제한적인 것으로 생각되어야 하고, 본 발명은 본 명세서에 제공된 세부 내용에 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 및 균등범위 내에서 개조될 수 있다.

Claims (6)

  1. 냉각기로서,
    외주부를 각각 갖는 제 1 셸 플레이트 및 제 2 셸 플레이트를 포함하는 본체로서, 상기 제 1 셸 플레이트 및 상기 제 2 셸 플레이트는 상기 외주부들을 경납땜 (brazing) 함으로써 일체화되고, 상기 본체는 냉각제 통로와 포트를 포함하는, 본체;
    상기 본체에 연결되는 파이프로서, 상기 포트를 통해 상기 냉각제 통로에서 냉각제의 순환을 허용하는 파이프; 및
    상기 파이프를 상기 본체에 고정하기 위해, 상기 파이프가 상기 본체에 연결되는 부분에서 상기 본체의 외면에 몰딩되는 수지 부분을 포함하는, 냉각기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포트는 상기 제 1 셸 플레이트와 상기 제 2 셸 플레이트 중의 적어도 하나에 형성되는, 냉각기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포트는 상기 제 1 셸 플레이트와 상기 제 2 셸 플레이트 사이에 형성되는, 냉각기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프와 상기 본체 사이에 배치되는 시일을 더 포함하는, 냉각기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 본체와 상기 파이프는 상기 파이프가 상기 본체에 연결되는 위치 결정부를 각각 포함하고, 상기 위치 결정부는 상기 시일을 위치 결정하는, 냉각기.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프는 상기 본체와 일체로 형성되는, 냉각기.
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