KR20180025670A - apparatus with direct cooling pathway for cooling both sides of stack type power semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매, 냉각수, 열교환매체 등과 같은 유체가 유니트(units)의 두께 방향을 따라 적층된 복수개의 전력반도체의 상면 및 저면에 각각 직접 접촉하여서, 전력반도체의 양면(예: 상면 및 저면)을 각각 냉각할 수 있게 한 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stacked power semiconductor double-sided cooling apparatus having a direct cooling flow path, and more particularly to a multi-layer power semiconductor double- To a stacked power semiconductor double-sided cooling device having a direct cooling flow path that allows each of the power semiconductor to directly contact both sides thereof (e.g., upper and lower surfaces) of the power semiconductor.
일반적으로 가솔린, 디젤과 같이 화석연료를 동력원으로 사용하는 자동차와, 환경에 이롭고 자연에너지, 물(수소) 또는 전기에너지를 동력원으로 사용하는 친환경자동차(EFV; Environmentally Friendly Vehicle)가 있다.Generally, there are automobiles such as gasoline and diesel that use fossil fuel as a power source, and Environmentally Friendly Vehicle (EFV) which is good for the environment and uses natural energy, water (hydrogen) or electric energy as a power source.
예컨대, 친환경자동차에는 하이브리드자동차(HEV), 전기차(EV)를 비롯하여, 이 둘의 장점을 결합한 플러그인 하이브리드(PHEV)가 활발하게 개발되고 있다.For example, plug-in hybrids (PHEVs), which combine the advantages of hybrid vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs), are being actively developed in eco-friendly vehicles.
이러한 친환경차들은 모터를 구동하기 위해 교류(AC) 3상 전압을 필요로 하게 된다. 따라서 전원인 고전압 배터리의 직류(DC) 전압을 모터를 구동하기 위한 AC(교류) 3상 전압으로 변환하는 제 1 장치가 필요하다. 또한 차량에 쓰이는 12V 저전압으로도 변환을 위한 제 2 장치도 필요하다.These eco-cars require an AC three-phase voltage to drive the motor. Accordingly, a first device for converting a direct current (DC) voltage of a high-voltage battery, which is a power source, into an AC (alternating current) three-phase voltage for driving the motor is needed. A second device for conversion is also needed with the 12V low voltage used in vehicles.
제 1 장치는 통상적으로 인버터라 호칭되고, 제 2 장치는 LDC(Low DC DC Converter)라 호칭된다. 제 1 장치 및 제 2 장치를 합쳐서 전력변환장치라고 부를 수 있다.The first device is commonly referred to as an inverter, and the second device is referred to as an LDC (Low DC DC Converter). The first device and the second device may be collectively referred to as a power conversion device.
예컨대, 하이브리드 차량의 구성에 따르면, 통상적인 하이브리드자동차는 고전압배터리, 저전압배터리, 전력변환장치, 모터, 발전기 및 엔진을 포함한다. 플러그인 하이브리드의 경우에는 충전기가 더 포함된다. 전기차의 경우는 하이브리드 차량 대비 발전기와 엔진이 없고 충전기가 추가되는 구조이다.For example, according to the configuration of a hybrid vehicle, a typical hybrid vehicle includes a high-voltage battery, a low-voltage battery, a power converter, a motor, a generator, and an engine. In the case of a plug-in hybrid, a charger is further included. In the case of electric cars, there is no generator or engine compared to hybrid vehicles, and chargers are added.
친환경차에서 전력변환장치는 구동 시스템에서 가장 중요한 부품이다. 전압을 변동시켜야 하기 때문에 내부에는 작동하면서 열을 발생시키는 부품들이 장착되게 된다.Power converters in eco-friendly cars are the most important component in a drive system. Since the voltage needs to be changed, the internal parts are equipped with heat generating parts.
예컨대, 전력변환장치의 부품에는 구동용 배터리의 높은 전압(예: 300V)과 전류의 전력을 이용하고, 이러한 전력을 모터에 원하는 상태로 공급되도록 조절하는 PCU(파워제어유닛; Power Control Unit) 또는 파워모듈(예: IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 모듈)이 마련되어 있다.For example, a PCU (Power Control Unit) that uses a high voltage (for example, 300 V) of the driving battery and electric power of current and controls the power to be supplied to the motor in a desired state Power modules (for example, insulated gate bipolar transistor (IGBT) modules) are provided.
파워모듈은 인버터, 평활 콘덴서 및 컨버터 등의 전기소자 또는 전력변환장치인 전력반도체를 포함한다. 상기 전기소자 또는 전력반도체는 전력(electricity)의 공급에 따라 열을 발생하기 때문에, 반드시 별도의 냉각수단이 필요한 실정이다. 특히 전력변환장치의 전력반도체 등과 같은 부품의 설계에서는 냉각 성능이 가능한 중요한 인자일 수 있다. 즉, 이러한 부품이 열을 지속적으로 받게 되면 성능이 저하되고 심하면 부품이 파손되게 된다. 냉각 성능이 떨어지면 그 만큼 부품의 내구수명도 줄어들게 된다.The power module includes an electric device such as an inverter, a smoothing capacitor and a converter, or a power semiconductor as a power conversion device. Since the electric element or the power semiconductor generates heat according to the supply of electric power, a separate cooling means is necessarily required. Particularly in the design of components such as power semiconductors for power conversion devices, cooling performance can be an important factor. That is, if such a component receives heat continuously, the performance will be degraded and the component will be damaged. If the cooling performance is lowered, the durability life of the part is reduced accordingly.
종래 기술인 간접냉각방식 냉각유로의 구성은 간단하지만 제작성, 조립성이 떨어진다. 이는 생산성을 저하시키고 C/T(Cycle Time)를 증가시켜 수익성이 저하된다는 것을 의미한다.The structure of the indirect cooling type cooling flow path of the prior art is simple, but its fabrication and assemblability are inferior. This means that profitability is deteriorated by lowering productivity and increasing C / T (cycle time).
이와 관련 종래 기술로서 자동차 분야의 파워모듈용 냉각수단에서는 전기소자의 단면만을 냉각시키는 수단이나, 혹은 전기소자의 양면을 냉각시키는 수단이 사용된 바 있다.As a related art, cooling means for a power module in an automobile field have used means for cooling only the end face of the electric element or means for cooling both faces of the electric element.
예컨대, 종래 기술의 전기소자 냉각용 열교환기는 냉매, 냉각수 또는 열교환매체 등의 유체가 유동되도록 서로 마주보는 한 쌍의 플레이트가 내부에 공간부를 형성하며, 상기 전기소자의 높이방향으로 일측면에 배치되는 제1튜브와, 타측면에 배치되는 제2튜브와, 길이방향으로 일측에서 상기 제1튜브의 일부영역과 연통 형성되는 입구부와, 길이방향으로 일측에서 상기 제2튜브의 일부영역과 연통 형성되는 출구부와, 상기 제1튜브 및 제2튜브가 서로 연통되도록 연결하는 연결부를 포함하여 형성된다.For example, a conventional heat exchanger for cooling an electric device has a pair of plates facing each other to allow a fluid such as a coolant, a cooling water, or a heat exchange medium to flow, and a space portion is formed therein. A first tube, a second tube disposed on the other side, an inlet portion communicating with a portion of the first tube at one side in the longitudinal direction, and an inlet portion communicating with a portion of the second tube at one side in the longitudinal direction And a connection part for connecting the first tube and the second tube so as to communicate with each other.
그런데, 종래 기술에서는 유체가 제1튜브 및 제2튜브의 내부 공간을 따라 유동하고, 이때, 유체의 냉열 또는 전기소자의 온열이 제1튜브 또는 제2튜브의 벽을 통해 간접냉각방식으로 열교환을 수행하고 있다.However, in the prior art, the fluid flows along the inner space of the first tube and the second tube, and at this time, the heat of the fluid or heat of the electric element exchanges heat indirectly through the walls of the first tube or the second tube .
즉, 종래 기술의 전기소자 냉각용 열교환기는 전기소자와 접촉되는 튜브 외표면에 써멀그리스 도포공정이 필요하여 생산성이 매우 떨어지는 단점이 있다.That is, the prior art heat exchanger for cooling an electric device has a disadvantage in that productivity is very low because a thermal grease coating process is required on the outer surface of the tube in contact with the electric element.
또한, 종래 기술의 전기소자 냉각용 열교환기는 제1튜브 또는 제2튜브 각각 2개의 튜브 벽(상부벽, 하부벽)이 전기소자의 상면 및 저면에 형성되기 때문에, 열교환기 전체의 두께가 상대적으로 증가되는 단점이 있다. Also, since the heat exchanger for cooling an electric device of the prior art has two tube walls (upper wall and lower wall) for each of the first tube and the second tube formed on the upper and lower surfaces of the electric element, .
또한, 종래 기술의 전기소자 냉각용 열교환기는 간접냉각방식으로 인하여 열교환 효율이 상대적으로 떨어지고, 복수개의 전기소자들이 하나의 몸체를 이루도록 패키징화되는 기술에서는 전기소자 각각의 냉각성능뿐만 아니라 전기소자 및 하우징으로 이루어진 패키지 전체에서 냉각효율이 상대적으로 떨어지는 단점이 있다.In addition, in the conventional art heat exchanger for cooling an electric device, the heat exchange efficiency is relatively lowered due to the indirect cooling method, and in the technology of packaging a plurality of electric elements into a single body, not only the cooling performance of each electric element, The cooling efficiency of the entire package is relatively low.
또한, 종래 기술의 전기소자 냉각용 열교환기는 제1튜브와 제2튜브의 사이에 전력반도체 등의 전기소자를 끼워 넣은 후 상호 압착 또는 압박하기 때문에 제1튜브 또는 제2튜부의 변형이 일어나고, 이에 따라 품질문제의 발생 가능성이 매우 크다.In the conventional heat exchanger for cooling an electric device, an electric element such as a power semiconductor is sandwiched between the first tube and the second tube, and then the first tube or the second tube is deformed because the electric element is pressed or pressed against each other. Therefore, the possibility of quality problems is very high.
또한, 종래 기술의 전기소자 냉각용 열교환기는 열교환기와 전기소자간 조립공정에서 전기소자인 전력반도체의 핀을 인쇄회로기판(PCB)의 접속시킬 때, 핀 정위치를 잡기가 힘들고, 이로 인하여 별도 핀 정렬 공정이 추가되고, 이로 인하여 조립, 품질문제 해결 및 정위치에 따른 별도 핀 정렬 공정 등과 같이 인쇄회로기판 조립공정의 사이클 타임이 늘어나기 때문에 상대적으로 생산성이 상대적으로 낮은 실정이다.Further, in the heat exchanger for cooling an electric device of the related art, it is difficult to pin the pin of the power semiconductor, which is an electric element, in the assembling process between the heat exchanger and the electric device, There is a relatively low productivity due to an increase in the cycle time of the printed circuit board assembling process such as the assembly process, the quality problem solving process and the separate pin aligning process according to the position.
또한, 종래 기술의 전기소자 냉각용 열교환기는 전기소자 또는 전력반도체의 개수에 대응한 튜브 길이가 미리 정해져 있으므로, 전기소자 또는 전력반도체의 개수 감소 또는 증가에 따라 별도의 튜브 제작이 이루어져야 하여 범용성이 매우 떨어지는 단점이 있다.Since the tube length corresponding to the number of electric devices or power semiconductors is predetermined, the heat exchanger for cooling electric devices according to the prior art has to be manufactured in accordance with the decrease or increase in the number of electric devices or power semiconductors, There is a downside.
따라서 본 발명에서는 이를 개선하여 좀 더 작고 쉽게 제작 조립될 수 있는 적층형 직접냉각유로의 구성이면서도 전력반도체의 양면을 동시에 냉각시킬 수 있는 기술 개발이 시급히 요구되고 있는 상황이다.Therefore, in the present invention, it is urgently required to develop a technique for simultaneously cooling the both surfaces of a power semiconductor while forming a stacked direct cooling channel that can be manufactured and assembled in a smaller size.
본 발명 목적은, 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로, 적층형의 냉각유로부를 양면냉각형 파워모듈(이하, 파워모듈이라 칭함)의 사이사이에 적층 배치함으로써, 냉각 장치의 사이즈 및 중량을 줄이고 냉각 성능을 향상시킬 수 있고, 장치 확장성 및 범용성을 극대화시킬 수 있는 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치를 제공하는 데 있다.The object of the present invention has been achieved in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to reduce the size and weight of the cooling device by stacking the stacked cooling channel portions between the two-sided cooling type power modules (hereinafter referred to as power modules) There is provided a stacked power semiconductor double-sided cooling apparatus having a direct cooling channel that can improve cooling performance and maximize device scalability and versatility.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는, 적층에 의해 상호 연결되어서, 냉매, 냉각수, 열교환매체 중 어느 하나와 같은 유체가 전력반도체의 표면에 직접 접촉되도록, 상기 유체를 유동시키기 위한 직접냉각유로를 각각 형성하는 1개 이상의 유니트를 포함하되, 상기 유니트는, 상기 유체의 유입, 배출, 유동이 이루어지는 중공 판부재 형태로서, 상기 전력반도체의 사이사이에 배치되도록 상기 유니트의 두께 방향을 따라 적층되고 내부 공간끼리 서로 연결되며, 상기 직접냉각유로에 대응한 상기 유체를 내부에 수용하거나 유동시키는 공간을 갖는 냉각유로부; 및 상기 냉각유로부의 복수개의 개구부를 각각 기밀하게 덮도록 상기 냉각유로부에 결합된 상기 전력반도체를 포함한다.In order to achieve the above object, a stacked type power semiconductor double-sided cooling apparatus having a direct cooling channel according to the present invention is connected to each other by stacking, so that a fluid such as any one of a refrigerant, And at least one unit for respectively forming a direct cooling channel for flowing the fluid so as to be in contact with each other, wherein the unit is in the form of a hollow plate member in which the fluid flows, A cooling passage portion having a space for accommodating or flowing the fluid corresponding to the direct cooling passage, the cooling passage portion being stacked along the thickness direction of the unit so as to be disposed in the unit; And the power semiconductor coupled to the cooling channel portion so as to air-tightly cover a plurality of openings of the cooling channel portion.
상기 유니트는, 상기 유니트의 두께 방향을 따라 적층되어 유니트 조립체가 된다.The unit is stacked along the thickness direction of the unit to become a unit assembly.
상기 유니트 조립체는, 상기 유니트의 적층 결합에 따라서 서로 마주하거나 상호 대향적으로 배치된 어느 하나의 냉각유로부의 관체 형상의 플러그부와 다른 하나의 냉각유로부의 관체 형상의 소켓부가 서로 연결되고, 상기 유체가 상기 냉각유로부 각각에 공급 또는 회수될 수 있다.The unit assembly includes a tubular plug portion of one of the cooling flow passage portions facing each other or mutually oppositely arranged in accordance with the stacking of the units and the tubular socket portion of the other cooling flow passage portion are connected to each other, Can be supplied or recovered to each of the cooling passage portions.
상기 유니트 조립체는, 상기 플러그부와 상기 소켓부가 서로 연결된 일측 위치를 기준으로 상기 직접냉각유로 쪽으로 유체의 유입이 이루어지도록 상기 유니트의 일측에 형성되는 유입경로; 및 상기 플러그부와 상기 소켓부가 서로 연결된 타측 위치를 기준으로 상기 직접냉각유로로부터 유체의 유출이 이루어지도록 상기 유니트의 타측에 형성된 유출경로를 포함하고, 상기 유입경로 또는 상기 유출경로는 상기 유니트의 두께 방향 또는 상기 유니트의 적층 방향과 동일하게 연장되어 있다.Wherein the unit assembly includes an inflow path formed at one side of the unit such that fluid is introduced into the direct cooling flow passage with reference to one side position where the plug portion and the socket portion are connected to each other; And an outflow path formed on the other side of the unit such that the fluid flows out from the direct cooling flow passage on the basis of the other side position where the plug portion and the socket portion are connected to each other, wherein the inflow path or the outflow path is a thickness Direction or the stacking direction of the unit.
상기 유니트 조립체는, 상기 냉각유로부의 복수개의 최종단 소켓부 및 개구부 쪽의 통공을 마감 또는 폐쇄시키는 커버를 더 포함한다.The unit assembly further includes a cover that closes or closes the plurality of final-end socket portions of the cooling channel portion and the through-holes of the opening portion.
상기 커버는, 상기 냉각유로부의 평면적보다 상대적으로 넓은 면적의 커버판; 상기 커버판의 저면의 양측 끝단부에 각각 형성되어서 상기 냉각유로부들 중 최종단 소켓부의 내경을 막는 제 1 마감부; 상기 커버판의 저면의 중앙부에 각각 형성되어서 상기 냉각유로부들 중 최종단 개구부를 덮는 제 2 마감부; 상기 제 2 마감부에 형성되고, 상기 최종단 개구부의 수밀을 위한 제 3 오링이 안착되는 제 4 링안착홈부; 및 상기 커버의 코너 위치에서 커버의 두께 방향으로 관통하게 형성된 체결구멍을 포함한다.Wherein the cover includes: a cover plate having an area relatively larger than a plane of the cooling channel portion; A first finishing portion formed at both side ends of the bottom surface of the cover plate to block an inner diameter of a final-end socket portion of the cooling channel portions; A second finishing portion formed at a central portion of a bottom surface of the cover plate and covering a final end opening of the cooling channel portions; A fourth ring seating groove portion formed in the second finishing portion and on which a third O-ring for water tightness of the final end opening is seated; And a fastening hole formed at a corner position of the cover so as to penetrate in a thickness direction of the cover.
상기 전력반도체는, 상기 전력반도체의 상단 또는 하단 중 어느 하나의 위치에서 돌출된 AC(교류) 3상 단자; 상기 전력반도체의 상단 또는 하단 중 다른 하나의 위치에 돌출된 회로 단자; 상기 AC 3상 단자와 상기 회로 단자의 사이에 연결된 반도체몸체; 상기 반도체몸체의 테두리 부위에 형성된 합성수지 재질 또는 플라스틱 재질의 몰드부; 및 상기 몰드부에 의해 둘러싸여 있는 상기 반도체몸체의 중심 위치를 기준으로 상기 반도체몸체의 표면에 형성된 금속 재질의 열전달부를 포함하고, 상기 냉각유로부에 형성된 개구부의 크기 또는 개방된 면적은 상기 열전달부의 크기에 대응되게 정해질 수 있다.The power semiconductor includes: an AC (AC) three-phase terminal protruding from any one of an upper end or a lower end of the power semiconductor; A circuit terminal protruded to the other of the upper and lower ends of the power semiconductor; A semiconductor body connected between the AC three-phase terminal and the circuit terminal; A mold part made of a synthetic resin material or a plastic material formed on a rim of the semiconductor body; And a heat transfer portion of a metal material formed on a surface of the semiconductor body based on a center position of the semiconductor body surrounded by the mold portion, wherein a size or an open area of the opening formed in the cooling passage portion is a size As shown in FIG.
상기 냉각유로부는, 상기 냉각유로부의 내부에 유체 수용 공간이 형성될 수 있게 서로 마주보도록 융착 또는 결합된 하부 케이싱 및 상부 케이싱을 포함한다.The cooling channel portion includes a lower casing and an upper casing fused or coupled to face each other so that a fluid receiving space may be formed inside the cooling channel portion.
상기 냉각유로부의 하부 케이싱은, 평판 형상의 케이싱 바닥면; 상기 케이싱 바닥면의 테두리에서 돌출된 하부벽; 상기 케이싱 바닥면의 중간 위치를 기준으로 개방된 1개 이상의 개구부; 상기 개구부의 바깥쪽 위치를 기준으로 상기 케이싱 바닥면의 일측 및 타측에서 상기 하부벽의 반대 방향을 따라 각각 일체형으로 돌출되게 형성되며, 유체의 유입경로 또는 유출경로를 형성하기 위한 관체 형상의 플러그부; 상기 플러그부의 외주면에서 원주 방향을 따라 연장되게 형성된 제 1 링안착홈부; 상기 제 1 링안착홈부에 끼워져 있는 원형링 형상의 제 1 오링; 상기 개구부의 테두리를 기준으로 상기 케이싱 바닥면의 바깥쪽 위치에 형성된 제 2 링안착홈부; 및 상기 제 2 링안착홈부에 끼워져 있는 사각링 형상의 제 2 오링을 포함한다.Wherein the lower casing of the cooling passage portion has a bottom surface of a flat plate-like casing; A lower wall protruding from an edge of the casing bottom surface; One or more openings opened relative to an intermediate position of the casing bottom surface; A tubular plug portion for integrally protruding from one side and the other side of the bottom surface of the casing in a direction opposite to the bottom wall with respect to an outer position of the opening portion and forming a fluid inflow path or an outflow path, ; A first ring seating groove portion formed to extend along a circumferential direction on an outer circumferential surface of the plug portion; A first ring of a circular ring shape fitted in the first ring seating groove; A second ring seating groove portion formed at an outer position of the bottom surface of the casing with respect to a rim of the opening portion; And a second O-ring in the form of a square ring fitted in the second ring seating groove.
상기 냉각유로부의 상기 상부 케이싱은, 상기 하부 케이싱과 동일한 평면적 및 형상을 갖는 케이싱 천장면; 상기 케이싱 천장면의 테두리에서 상기 하부 케이싱의 상기 하부벽을 향하는 방향으로 돌출된 상부벽; 상기 케이싱 천장면의 중간 위치를 기준으로 상기 하부 케이싱의 개구부에 각각 일치되도록 개방된 1개 이상의 개구부; 상기 상부 케이싱의 개구부의 바깥쪽 위치를 기준으로 상기 케이싱 천장면의 일측 및 타측에서 상기 상부벽의 반대 방향을 따라 각각 일체형으로 돌출되게 형성되며, 상기 하부 케이싱의 플러그부가 각각 끼워질 수 있는 크기의 내경을 가지고 있고, 상기 유입경로 또는 상기 유출경로를 형성하기 위한 관체 형상의 소켓부; 상기 상부 케이싱의 개구부의 테두리를 기준으로 상기 케이싱 천장면의 바깥쪽 위치에 형성된 제 3 링안착홈부; 및 상기 제 3 링안착홈부에 끼워져 있는 제 3 오링을 포함한다.Wherein the upper casing of the cooling channel portion has the same planar shape and the same shape as the lower casing; An upper wall protruding from the rim of the casing ceiling toward the lower wall of the lower casing; One or more openings opened to coincide with openings of the lower casing relative to an intermediate position of the casing ceiling; The upper casing is formed so as to integrally protrude from one side and the other side of the casing ceiling in a direction opposite to the upper wall with respect to an outer position of the opening of the upper casing, A tubular socket portion having an inner diameter for forming the inflow path or the outflow path; A third ring seating groove formed at a position outside the casing ceiling with respect to an edge of the opening of the upper casing; And a third O-ring fitted in the third ring seating groove.
본 발명에 의한 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는, 전력반도체의 상부 또는 저부를 향하여 개방된 개구부를 가지고 있으며 내부에 냉매, 냉각수, 열교환매체 등과 같은 유체를 유동시킬 수 있는 적층형의 냉각유로부를 전력반도체의 적층방향을 따라 전력반도체의 사이사이에 배치함으로써, 냉각 장치의 전체 사이즈를 상대적으로 줄이면서 유체의 냉열 또는 전력반도체의 온열이 직접냉각방식으로 상호 열교환될 수 있게 함으로써, 열교환 효율을 상대적으로 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.A stacked type power semiconductor double-sided cooling apparatus having a direct cooling channel according to the present invention has an opening portion opened toward an upper portion or a lower portion of a power semiconductor and has a stacked type cooling By arranging the flow path portion between the power semiconductors along the stacking direction of the power semiconductors, the entire size of the cooling device can be relatively reduced, and the heat of the cool heat of the fluid or the heat of the power semiconductor can be mutually heat- Can be relatively maximized.
또한, 본 발명의 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는, 복수개의 냉각유로부들은 각각 동일 형상으로서 서로 적층되어 상호 결합될 수 있고, 어느 한쪽의 냉각유로부가 전력반도체의 상부에 밀착되고 다른 한쪽의 냉각유로부가 전력반도체의 저부에 밀착되는 것을 적층방향을 따라 반복함으로써, 냉각유로부에 마련된 상호 마주보는 관부재 형상의 플러그부와 소켓부끼리 끼워져서 서로 관통하게 결합됨으로써, 유체의 유입경로와 유출경로가 만들어지거나 연장될 수 있는 장점이 있다.Further, in the stacked type power semiconductor double-sided cooling apparatus having the direct cooling flow path of the present invention, the plurality of cooling flow path portions may be stacked and bonded to each other with the same shape, and either one of the cooling flow path portions is brought into close contact with the upper portion of the power semiconductor And the other of the cooling flow path portions is brought into close contact with the bottom portion of the power semiconductor in the stacking direction so that the plug portions and the socket portions of the mutually opposing tubular members provided in the cooling flow path portion are fitted and penetrated to each other, There is an advantage that the path and the outflow path can be made or extended.
또한, 본 발명의 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는, 냉각유로부의 개구부를 기준으로 전력반도체를 접착제 또는 접착필름으로 냉각유로부에 부착시키고 있고, 전력반도체와 냉각유로부의 사이에 사각링 형상의 오링(O-ring)을 구비시켜서, 유체가 오링에 의해 냉각유로부의 바깥쪽으로 누수되지 않게 기밀을 유지할 수 있는 장점이 있다.Further, in the stacked-type power semiconductor double-sided cooling apparatus having the direct cooling channel of the present invention, the power semiconductor is attached to the cooling channel portion with an adhesive or an adhesive film with reference to the opening portion of the cooling channel portion, Ring-shaped O-ring is provided so that the airtightness can be maintained so that the fluid is prevented from leaking to the outside of the cooling channel portion by the O-ring.
또한, 본 발명의 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는, 냉각유로부의 플러그부 또는 소켓부가 유입경로 및 유출경로를 형성 및 연장하는 역할과 함께, 플러그부의 돌출 높이만큼 플러그부가 냉각유로부 사이 간격을 유지시켜주는 간격유지구의 역할을 수행함으로써, 냉각유로부의 사이사이에 전력반도체가 배치되더라도, 종래 기술처럼 전력반도체를 압착 또는 압박시키지 않음으로써, 전력반도체의 품질문제의 발생 가능성을 미연에 차단할 수 있다.Further, in the stacked type power semiconductor double-sided cooling apparatus having the direct cooling flow path of the present invention, the plug portion or the socket portion of the cooling flow path portion forms and extends the inflow path and the outflow path, So that even if the power semiconductor is disposed between the cooling channel portions, the power semiconductor is not pressed or pressed as in the prior art, so that the possibility of the quality problem of the power semiconductor is not known Can be blocked.
또한, 본 발명의 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는, 직접냉각방식의 상대적으로 뛰어난 열교환을 수행하면서도, 전력반도체의 두께 방향을 따라 적층된 구조를 갖기 때문에, 전력반도체를 다수로 구비한 패키지 모듈의 전체 사이즈를 상대적으로 축소시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, since the stacked type power semiconductor double-sided cooling apparatus having the direct cooling channel of the present invention has a structure in which the direct cooling type relatively high heat exchange is performed, and the stacked structure is along the thickness direction of the power semiconductor, There is an advantage that the total size of one package module can be relatively reduced.
또한, 본 발명의 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는, 냉각유로부가 적층 및 서로 연결되는 구조이므로, 전력반도체의 개수 감소 또는 증가에 따라 기존 냉각유로부를 빼거나 추가적으로 냉각유로부를 더할 수 있음으로써, 냉각 장치의 확장성 및 범용성이 매우 뛰어난 장점이 있다.In addition, since the cooling flow path portion is stacked and connected to each other, it is possible to remove the existing cooling channel portion or add the cooling channel portion additionally as the number of power semiconductors decreases or increases. There is an advantage that the expandability and general versatility of the cooling device are very excellent.
또한, 본 발명의 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는, 최종단의 냉각유로부의 소켓부가 전력반도체 탑재용 하우징의 니플(nipple) 등과 같은 연결관부에 직접 끼워지듯이 결합되듯이, 설치가 용이한 장점이 있다.Further, in the stacked type power semiconductor double-sided cooling apparatus having the direct cooling flow path of the present invention, as in the case where the sockets of the cooling passage portion at the final stage are directly coupled to the connecting tube portion such as the nipple of the power semiconductor housing, There is an easy advantage.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치의 냉각유로부와 전력반도체가 결합된 1개의 유니트를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 유니트의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 복수개의 유니트의 적층 방법을 설명하기 위한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 복수개의 유니트의 적층 결합에 의해 만들어진 유니트 조립체의 사시도.
도 5는 도 4의 선 A-A를 따라 절단한 단면도.
도 6은 도 4의 유니트 조립체에 커버가 결합된 상태를 설명하기 위한 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 유니트 조립체 및 커버의 분리 사시도.
도 8은 도 6에 도시된 유니트 조립체 및 커버를 전력반도체 탑재용 하우징에 설치한 상태를 설명하기 위하여 하우징의 단면을 보인 측면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view for explaining a unit in which a cooling channel portion of a stacked type power semiconductor double-sided cooling device having a direct cooling channel according to an embodiment of the present invention is combined with a power semiconductor. FIG.
Fig. 2 is an exploded perspective view of the unit shown in Fig. 1; Fig.
3 is a perspective view for explaining a stacking method of a plurality of units shown in FIG.
Fig. 4 is a perspective view of a unit assembly made by laminating a plurality of units shown in Fig. 3; Fig.
5 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4;
6 is a perspective view for explaining a state where a cover is coupled to the unit assembly of FIG.
7 is an exploded perspective view of the unit assembly and cover shown in Fig.
8 is a side view showing a section of the housing for explaining a state in which the unit assembly and the cover shown in FIG. 6 are installed in a housing for mounting a power semiconductor.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. And is provided to fully illustrate the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined by the claims.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. &Quot; comprises " and / or "comprising" when used in this specification is taken to specify the presence or absence of one or more other components, steps, operations and / Or add-ons. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
또한, 본 발명의 설명에서 언급된 오링(O-ring)은 원형, 라운드 사각형 등과 같은 다양한 외형상을 가질 수 있고, 그의 단면도 기밀 또는 수밀이 요구되는 성능에 부합하게 선택 사용될 수 있으므로, 특정 규격의 오링으로 한정되지 않을 수 있다. 또한, 오링은 기밀 또는 수밀 성능을 갖는 씰링부재이거나, 쿼드-링(quad-ring), 가스켓(gasket) 중 어느 하나일 수 있고, 기타 기밀 또는 수밀 수단을 지칭할 수 있다. 또한, 오링은 천연 또는 합성 고무, 불소 고무(fluoro elastomers), 에피크롤로하이드린 폴리머(epichlorohydrin polymer), EPM(ethylene propylene monomer), EPDM(ethylene propylene diene monomer), IIR(isobutylene sioprene rubber), HNBR(hydrogenated nitrile butadiene rubber) 중 어느 하나의 소재로 형성되어 있을 수 있다.Also, the O-ring mentioned in the description of the present invention may have various outer shapes such as a circle, a round square and the like, and its cross-section may be selectively used in accordance with the required performance of the airtightness or watertightness. But may not be limited to O-rings. Also, the O-ring may be a sealing member having an airtight or watertight performance, a quad-ring, a gasket, or other sealing or watertight means. In addition, O-rings are natural or synthetic rubbers, fluoro elastomers, epichlorohydrin polymers, ethylene propylene monomer (EPM), ethylene propylene diene monomer (EPDM), isobutylene sioprene rubber (IIR) (hydrogenated nitrile butadiene rubber).
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치의 냉각유로부와 전력반도체가 결합된 1개의 유니트를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 유니트의 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1에 도시된 복수개의 유니트의 적층 방법을 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 복수개의 유니트의 적층 결합에 의해 만들어진 유니트 조립체의 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view for explaining a unit in which a cooling channel portion and a power semiconductor of a stacked type power semiconductor double-side cooling apparatus having a direct cooling channel according to an embodiment of the present invention are combined, and FIG. 2 is a cross- Fig. FIG. 3 is a perspective view illustrating a method of stacking a plurality of units shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a perspective view of a unit assembly made by stacking a plurality of units shown in FIG.
도 1 또는 도 3을 참조하면, 본 실시예의 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치는 적층에 의해 상호 연결되어서, 냉매, 냉각수, 열교환매체 중 어느 하나와 같은 유체가 전력반도체(300, 301)의 표면에 직접 접촉되도록, 상기 유체를 유동시키기 위한 직접냉각유로(C2)를 각각 형성하는 1개 이상의 유니트(100, 100a, 100b)를 포함한다.1 or 3, a stacked power semiconductor double-sided cooling apparatus having a direct cooling flow path of the present embodiment is interconnected by lamination so that a fluid such as any one of refrigerant, cooling water, (100, 100a, 100b) for respectively forming a direct cooling channel (C2) for flowing the fluid so as to be in direct contact with the surface of the unit (100).
유니트(100, 100a, 100b)는 유니트(100, 100a, 100b)의 두께 방향(예: Z축 방향 또는 적층 방향)을 따라 적층되어 있고, 유체의 유동이 가능하도록, 유니트(100, 100a, 100b)의 냉각유로부(200)의 내부 공간끼리 서로 연결될 수 있다.The
도 1 또는 도 2를 참조하면, 냉각유로부(200)는 냉열 또는 온열에 강한 재료 군에서 선택된 플라스틱 재질, 엔지니어링 플라스틱 재질 및 합성수지 재질 중 어느 하나의 재질로 형성되어서, 직접냉각유로(C2)에 대응한 유체를 내부에 수용하거나 유동시키는 공간을 제공하는 역할 또는 단열재 역할을 담당할 수 있다.1 or 2, the cooling
또한, 직접냉각유로(C2) 쪽으로 유체의 유입이 이루어지는 유입경로(C1)는 유니트(100)의 일측에 형성되며, 직접냉각유로(C2)로부터 유체의 유출이 이루어지는 유출경로(C3)는 유니트(100)의 타측에 형성될 수 있다.The inflow path C1 through which the fluid flows into the direct cooling flow path C2 is formed at one side of the
유입경로(C1) 또는 유출경로(C3)는 유니트(100)의 두께 방향 또는 유니트(100)의 적층 방향과 동일하게 연장될 수 있다.The inflow path C1 or the outflow path C3 may extend in the thickness direction of the
유입경로(C1) 및 유출경로(C3)는 다수로 상호 연결된 플러그부(215) 및 소켓부(225)에 의해 만들어진 연결관일 수 있다.The inflow path C1 and the outflow path C3 may be connection tubes made by a plurality of mutually
또한, 각 유니트(100)는 유체의 유입, 배출, 유동이 이루어지는 중공 판부재 형태의 냉각유로부(200)와, 냉각유로부(200)의 길이 방향을 따라 이격 배치되어서, 냉각유로부(200)의 개구부(211, 212)를 각각 덮도록, 상기 냉각유로부(200)에 결합 또는 탑재되어 있는 복수개(예: 2개)의 전력반도체(300, 301)를 포함한다.Each of the
도 2를 참조하면, 각 전력반도체(300, 301)의 상단 또는 하단 중 어느 하나의 위치에는 AC 3상 단자(310)들이 돌출되어 있고, 전력반도체(300, 301)의 상단 또는 하단 중 다른 하나의 위치에는 전력반도체 탑재용 하우징의 회로장치(미 도시)에 연결되기 위한 다수의 회로 단자(311)들이 돌출되어 있다.2, the AC three-
각 전력반도체(300, 301)는 AC 3상 단자(310)와 회로 단자(311)의 사이에 연결된 반도체몸체를 포함한다. 여기서, 반도체몸체는 반도체몸체의 테두리 부위에 형성된 합성수지 재질 또는 플라스틱 재질의 몰드부(312)와, 몰드부(312)에 의해 둘러싸여 있는 반도체몸체의 중심 위치를 기준으로 반도체몸체의 표면(예: 상면 및 저면)에 형성된 금속 재질의 열전달부(313)를 포함한다.Each of the
열전달부(313)는 유체와 직접 접촉하여 직접 열교환이 이루어지는 부위이다.The
몰드부(312)은 몰드부(312)의 표면에 접착제 또는 접착필름(미 도시)이 더 구비되어서, 해당 전력반도체(300, 301)를 향하는 개구부(211, 212) 주변의 표면과 접착에 의해 고정될 수도 있다. 이런 접착 방식을 통해 용이하게 각 전력반도체(300, 301)가 냉각유로부(200)에 고정될 수 있다.The
냉각유로부(200)의 개구부(211, 212, 221, 222)의 크기 또는 개방된 면적은 전력반도체(300, 301)의 금속 재질의 열전달부(313)의 크기에 대응되게 정해질 수 있다.The sizes or the open areas of the
도 3을 참조하면, 각 유니트(100, 100a, 100b)는 모두 동일한 형태로 제작되어서, 전력반도체(300, 301)의 적층 방향(예: Z축 방향 유니트의 두께 방향)을 따라 다수로 배치 또는 상호 적층되어서, 도 4와 같이, 적층 결합에 의해 유니트 조립체(M)로 만들어진다. 유니트 조립체(M)는 냉각 모듈 또는 냉각 장치 등으로 호칭될 수 있다. 유니트 조립체(M)는 유니트 적층 구조를 가질 수 있다.3, each of the
예컨대, 유니트(100, 100a, 100b)는 적층시 서로 대향적으로 배치된 관체 형상의 플러그부(215)와 소켓부(225)의 상호 연결에 따라 상기 유체를 상기 유니트(100, 100a, 100b)의 상기 냉각유로부(200) 각각에 공급 또는 회수시킬 수 있도록, 상기 유니트(100, 100a, 100b)의 두께 방향을 따라 적층된 유니트 적층 구조의 유니트 조립체(M)를 이룰 수 있다.For example, the
소켓부(225)의 외경은 플러그부(215)의 내경에서 조립 공차를 뺀 수치를 기준으로 정해질 수 있다. 예컨대, 소켓부(225)의 대부분은 플러그부(215)의 내경에 완전 삽입될 수 있다. 이때, 플러그부(215)의 끝단은 대향하는 위치에 적층되는 해당 냉각유로부(200)에서 소켓부(225)의 주변에 해당하는 표면(예: 케이싱 바닥면(213))에 접촉 또는 비접촉될 수 있다.The outer diameter of the
도 2를 다시 참조하면, 냉각유로부(200)는 하부 케이싱(210)과 상부 케이싱(220)을 포함한다.Referring again to FIG. 2, the cooling
하부 케이싱(210)과 상부 케이싱(220)은 냉각유로부(200)의 내부에 유체 수용 공간이 형성될 수 있게 서로 마주보도록 결합(예: 융착 또는 용착 공정에 의한 결합)된다.The
냉각유로부(200)의 하부 케이싱(210)은 X-Y평면을 기준으로 평판 형상, 타원판 형상, 라운드 코너를 갖는 판부재 형상, 반원형테두리 형상을 각각 갖는 일측단과 타측단 사이에 평면이 구비된 형상 중 하나와 같은 평판 형상의 케이싱 바닥면(213)을 포함한다.The
만일, 케이싱 바닥면(213)의 형상이 상기 반원형테두리 형상을 각각 갖는 일측단과 타측단 사이에 평면이 구비된 형상일 경우에는, 유체의 유체역학적 확산 및 전달이 원활하게 유도되어서, 단순 사각형 판부재 형상에 비하여, 열전달 성능 및 유체 유동 성능도 상대적으로 증대될 수 있다.If the
하부 케이싱(210)은 케이싱 바닥면(213)의 테두리에서 Z축 방향으로 돌출된 하부벽(214)을 포함한다. The
하부 케이싱(210)은 케이싱 바닥면(213)의 중간 위치를 기준으로 Z축 방향으로 개방되며 X축 방향을 따라 이격 배치된 1개 이상의 개구부(211, 212)를 포함한다.The
하부 케이싱(210)은 각 개구부(211, 212)의 바깥쪽 위치를 기준으로 케이싱 바닥면(213)의 일측 및 타측에서 상기 하부벽(214)의 반대 방향을 따라 각각 일체형으로 돌출되게 형성되며, 유입경로(C1) 또는 유출경로(C3)를 형성하기 위한 관체 형상의 플러그부(215)를 포함한다.The
플러그부(215)의 외주면에는 원주 방향을 따라 연장된 제 1 링안착홈부(216)가 형성되어 있다.On the outer circumferential surface of the
각 플러그부(215)의 제 1 링안착홈부(216)에는 수밀을 위한 원형링 형상의 제 1 오링(400)이 끼워져 있다.The first ring
하부 케이싱(210)은 각 개구부(211, 212)의 테두리를 기준으로 케이싱 바닥면(213)의 바깥쪽 위치에 형성된 제 2 링안착홈부(217)를 포함한다.The
각 제 2 링안착홈부(217)에는 수밀을 위한 사각링 형상의 제 2 오링(500)이 끼워져 있다.Each of the second
냉각유로부(200)의 상부 케이싱(220)은 상기 하부 케이싱(210)과 동일한 평면적 및 형상을 갖는 케이싱 천장면(223)을 포함한다.The
상부 케이싱(220)은 케이싱 천장면(223)의 테두리에서 상기 하부 케이싱(210)의 하부벽(214)을 향하는 방향으로 돌출된 상부벽(224)을 포함한다.The
상부 케이싱(220)은 케이싱 천장면(223)의 중간 위치를 기준으로 상기 하부 케이싱(210)의 개구부(211, 212)에 각각 일치되는 Z축 방향으로 개방되며 X축 방향을 따라 이격 배치된 1개 이상의 개구부(221, 222)를 포함한다.The
상부 케이싱(220)은 각 개구부(221, 222)의 바깥쪽 위치를 기준으로 케이싱 천장면(223)의 일측 및 타측에서 상기 상부벽(224)의 반대 방향을 따라 각각 일체형으로 돌출되게 형성되며, 상기 하부 케이싱(210)의 플러그부(215)가 각각 끼워질 수 있는 크기의 내경을 가지고 있고, 역시 유입경로(C1) 또는 유출경로(C3)를 형성하기 위한 관체 형상의 소켓부(225)를 포함한다.The
소켓부(225)의 내주면 또는 외주면은 단순 원주면으로서, 상기 플러그부(215)에 마련된 제 1 오링(400)과 접촉하여 수밀(예: 기밀 성능)을 유지하는 역할을 담당한다.The inner circumferential surface or the outer circumferential surface of the
소켓부(225)의 돌출 높이는 전력반도체(300, 301)의 두께에 대응하게 정해진다. 이럴 경우, 도 3 또는 도 4와 같이, 소켓부(225)는 1개 이상의 유니트(100, 100a, 100b)가 적층되었을 때, 전력반도체(300, 301)를 덮고 있는 유니트(100, 100a)가 과도하게 전력반도체(300, 301)를 압착 또는 압박시키지 못하게 하는 간격유지구의 역할을 수행할 수 있게 된다.The protruding height of the
상부 케이싱(220)은 각 개구부(221, 222)의 테두리를 기준으로 케이싱 천장면(223)의 바깥쪽 위치에 형성된 제 3 링안착홈부(227)를 포함한다.The
각 제 3 링안착홈부(227)에는 수밀을 위한 사각링 형상의 제 3 오링(501)이 끼워져 있다.Each third ring
하부 케이싱(210)과 상부 케이싱(220)은 마주보는 하부벽(214)과 상부벽(224)끼리 맞닿은 결합 부위가 서로 융착 또는 합체되어서 도 1에 도시된 바와 같은 냉각유로부(200)가 된다.The
이런 냉각유로부(200)의 개구부(211, 212)에는 제 2 오링(500)을 개재한 상태로 전력반도체(300, 301)이 설치되어, 결국 1개의 유니트(100)가 된다.The
도 3에 도시된 복수개의 유니트(100, 100a, 100b)들은 적층될 때 서로 마주보는 방향을 기준으로 각각의 아래쪽 플러그부(215)가 위쪽 소켓부(225)에 각각 끼워져서, 도 4와 같은 상태가 된다. 이때, 도 2에서 설명한 제 1 오링(400)과 제 2 오링(500) 및 제 3 오링(501)은 각각 접촉하는 대상물(예: 소켓부(225)의 내주면 또는 전력반도체(300, 301)의 표면)과의 수밀을 유지하면서, 도 4와 같은 유니트 조립체(M)가 된다.The plurality of
도 5는 도 4의 선 A-A를 따라 절단한 단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along the line A-A in Fig.
유니트 조립체(M)는 복수의 유니트(100, 100a, 100b)들의 적층 결합에 의해 합체된 것으로서, 앞서 설명한 바와 같이, 유체 유입(C/In) 또는 유체 유출(C/Out)을 통해서 유니트(100, 100a, 100b) 사이사이에 배치된 전력반도체(300, 301)의 온열과 다수의 직접냉각유로(C2)의 유체의 냉열과 열교환을 수행한다.The unit assembly M is assembled by stacking a plurality of
예컨대, 유체는 유니트(100, 100a, 100b)의 최종단 일측 플러그부(215a) 및 유입경로(C1)를 통해 각 냉각유로부(200)의 내부로 유입되고, 이후 각 냉각유로부(200)의 직접냉각유로(C2)를 각각 경유한 후, 유니트(100, 100a, 100b)의 유출경로(C3) 및 최종단 타측 플러그부(215b)를 통해 유출된다. 유체의 유입, 경유 및 유출은 미 도시된 유체펌프의 압력에 의해 이루어지고, 이때 유체는 유니트 조립체(M)와 냉각장치(미 도시) 사이의 순환 라인(미 도시)를 통해서 순환될 수 있다.For example, the fluid flows into each of the cooling
특히, 직접냉각유로(C2)의 유체는 각 냉각유로부(200)를 기준으로 하부 및 상부에 적층되어 있는 해당 전력반도체(300, 301)에 직접 접촉하므로, 해당 전력반도체(300, 301)를 기준으로 전력반도체(300, 301)의 양면(예: 상면 및 저면)이 동시에 냉각될 수 있으므로, 기존의 간접냉각방식에 비해 월등한 냉각 효율을 가질 수 있다.Particularly, since the fluid of the direct cooling channel C2 directly contacts the
유체의 기밀 성능 또는 수밀을 위해서 유니트 조립체(M)는 커버(600)를 더 포함한다.The unit assembly M further includes a
커버(600)와 유니트 조립체(M)가 서로 접촉하는 부위에는 미 도시된 접착제 또는 접착필름이 더 개재되어 있을 수 있다.An unshown adhesive or an adhesive film may be further provided at a portion where the
커버(600)는 냉각유로부(200)의 복수개의 최종단 소켓부(225a, 225b) 및 개구부(221, 222) 쪽의 통공(H1, H2, H3, H4)을 마감 또는 폐쇄시키는 역할을 담당한다.The
도 6은 도 4의 유니트 조립체에 커버가 결합된 상태를 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 유니트 조립체 및 커버의 분리 사시도이다.FIG. 6 is a perspective view for explaining a state where the cover is coupled to the unit assembly of FIG. 4, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the unit assembly and the cover shown in FIG.
커버(600)는 냉각유로부(200)의 평면적보다 상대적으로 넓은 면적의 커버판(610)을 포함한다.The
커버(600)는 커버판(610)의 저면의 양측 끝단부에 각각 형성되어서 냉각유로부(200)들 중 최종단 소켓부(225a, 225b)의 내경을 막는 제 1 마감부(620, 621)를 포함한다.The
제 1 마감부(620, 621)는 상기 소켓부(225a, 225b)의 내경에 삽입되는 플러그 타입의 돌출 구조물이거나, 상기 소켓부(225a, 225b)가 안착되는 소켓 타입의 홈 구조물일 수 있다. 도 7 또는 도 8의 경우에는 예시적으로 제 1 마감부(620, 621)가 플러그 타입의 돌출 구조물의 형태로 제작되어 있지만, 상기 홈 구조물 형태로도 설계 변경 가능할 수 있다.The
또한, 커버(600)는 커버판(610)의 저면의 중앙부에 각각 형성되어서 냉각유로부(200)들 중 최종단 개구부(221, 222)를 덮는 제 2 마감부(630)을 포함한다.The
여기서, 제 2 마감부(630)에는 도 2에 도시되어 있으며 상기 최종단 개구부(221, 222)의 수밀을 위한 제 3 오링(501)을 안착시킬 수 있는 제 4 링안착홈부(637)가 형성되어 있다. 물론, 제 1 마감부(620, 621)에도 도 2에 도시된 제 1 오링(400)의 규격과 동일한 제 4 오링(640)이 장착되어 있다.The
따라서, 유니트 조립체(M)와 커버(600)의 결합시, 최종단 냉각유로부(200)의 제 3 오링(501) 및 상기 제 4 오링(640)을 통해서 커버(600)와 최종단 냉각유로부(200)간 수밀이 유지될 수 있다.Therefore, when the unit assembly M is engaged with the
도 8은 도 6에 도시된 유니트 조립체 및 커버를 전력반도체 탑재용 하우징에 설치한 상태를 설명하기 위하여 하우징의 단면을 보인 측면도이다.8 is a side view showing a section of the housing for explaining a state where the unit assembly and the cover shown in FIG. 6 are installed in a housing for mounting a power semiconductor.
도 7 또는 도 8을 참조하면, 복수개의 유니트(100, 100a, 100b)로 이루어진 조립체(M) 및 커버(600)로 이루어진 합체물은 전력반도체 탑재용 하우징(700)에 설치될 수 있다. 전력반도체 탑재용 하우징(700)에서는 냉매인 유체의 공급 및 회수가 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 7 or 8, a combination of the assembly M composed of the plurality of
커버(600)에는 체결볼트(800)를 결합시키기 위한 복수개의 체결구멍(650)이 형성되어 있다. 각 체결구멍(650)은 커버(600)의 코너 위치에서 커버(600)의 두께 방향으로 관통하게 형성되어 있다.The
체결볼트(800) 및 체결구멍(650)은 조립체(M) 및 커버(600)를 고정시키는 역할을 한다.The
커버(600)의 체결구멍(650)의 관통 위치는 전력반도체 탑재용 하우징(700)의 볼트구멍(750)과 일치되어 있다.The penetration position of the
본 실시예의 전력반도체 양면 냉각 장치 또는 냉각 모듈에 해당하는 유니트 조립체(M)는 최종단 냉각유로부(200)의 플러그부(215)를 전력반도체 탑재용 하우징(700)의 연결관부(720) 또는 유체의 유입 또는 유출이 이루어지는 대상물(예: 니플)에 단순히 끼워지는 방식으로 설치가 용이하게 완료될 수 있다.The unit assembly M corresponding to the power semiconductor double-sided cooling apparatus or cooling module of the present embodiment is configured such that the
체결볼트(800)의 나사축부는 커버(600)의 체결구멍(650)을 통과하여 전력반도체 탑재용 하우징(700)의 볼트구멍(750)에 나사결합된다.The screw shaft portion of the
이처럼, 유니트 조립체(M)는 각각의 전력반도체(300)와 냉각유로부(200)가 적층 방향을 따라 교대적(alternatively)으로 배치 및 적층된 것으로서, 유니트 조립체(M)의 유체 입구 또는 출구에 해당하는 최종단 플러그부(215)가 하우징(700)의 연결관부(720)에 직접 삽입되어 설치되고, 커버(600) 및 체결볼트(800)에 의해 유니트 조립체(M)의 이탈이 방지될 수 있다.In this way, the unit assembly M includes the
본 실시예는 평면배열방식 또는 유로 방향을 따라 배열하는 방식과 차별화될 수 있도록 전력반도체가 냉각유로부에 결합된 각 유니트를 적층형으로 배치한 특징을 갖는다. 이는 기존 방식의 유로 배치에서 공간을 상대적으로 많이 차지하고, 전력반도체의 수량이 증가할 때마다 더 많은 공간이 필요한 단점을 해소할 수 있다. 즉, 본 실시예는 기존 냉각 장치의 사이즈의 증가로 인하여, 한정된 공간에 장착되는 전력변환장치에서 발생되는 성능 저하를 미연에 방지할 수 있다.The present embodiment is characterized in that each unit in which the power semiconductor is coupled to the cooling passage portion is arranged in a stacked manner so that the power semiconductor can be differentiated from the planar array type or the arrangement in the flow direction. This can solve the disadvantage that the space occupies a relatively large space in the conventional arrangement of the flow path and the space required for each power semiconductor increases. That is, the present embodiment can prevent a performance deterioration occurring in a power conversion apparatus mounted in a limited space due to an increase in size of a conventional cooling apparatus.
또한, 본 실시예는 기존 방식에 비해 동일 수량의 전력반도체를 적용할 때 유니트 적층 구조로 인하여 약 50%의 부피 저감 및 그에 상응하는 중량 감소 및 원가 절감이 가능할 수 있다. 즉, 본 실시에는 전력반도체 수량이 증가하더라도 최소한의 부피 저감만을 가져올 수 있고, 유입경로, 직접냉각유로 및 유출경로를 포함한 냉각유로 전체를 단순하게 구성할 수 있는 장점이 있다.In this embodiment, when the same number of power semiconductors are used as compared with the conventional method, a volume reduction of about 50% due to the unit stacking structure, corresponding weight reduction and cost reduction can be achieved. That is, even if the amount of power semiconductor is increased, only the volume reduction can be minimized, and the entire cooling flow path including the inflow path, the direct cooling flow path and the outflow path can be simply constructed.
또한, 본 실시예는 유체와 냉각 대상물 사이에서 물리적 또는 열역학적 장애물(예: 튜브 벽)을 통해 이루어지는 간접냉각방식에 비해 상대적으로 열교환 효율이 매우 높은 장점이 있다. 예컨데, 본 실시예의 열저항은 실험을 통해 확인한 결과, 동일 용량 기준으로 간접냉각방식에 비해 50% 향상될 수 있다.In addition, this embodiment has an advantage that the heat exchange efficiency is relatively high as compared with an indirect cooling method through a physical or thermodynamic obstacle (e.g., a tube wall) between a fluid and a cooling object. For example, the thermal resistance of the present embodiment can be improved by 50% as compared with indirect cooling by the same capacity.
또한, 본 실시예는 유체 자체는 전력반도체에 직접 접촉하여 열교환 성능을 극대화하지만, 유체가 유동하는 냉각유로부 자체가 플라스틱 재질 또는 합성수지 재질로 형성되어서, 유체의 냉열이 외부 공기의 열로부터 빼앗기지 않도록 단열재 역할을 수행하여서, 열교환 성능을 극대화할 수 있고, 금속 재질에 비하여 상대적으로 가볍고 다양한 입체 형상물과 같은 냉각유로부의 제작이 용이한 장점도 있다.In this embodiment, the fluid itself directly contacts the power semiconductor to maximize heat exchange performance, but the cooling channel portion through which the fluid flows is made of a plastic material or a synthetic resin material so that the cold heat of the fluid is not taken away from the heat of the outside air The heat exchanging performance can be maximized by performing the function as a heat insulating material, and it is also easy to manufacture a cooling channel portion such as a three dimensional object which is relatively lighter than a metal material.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention, but are intended to be illustrative, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas which are equivalent or equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100, 100a, 100b : 유니트 200 : 냉각유로부
210 : 하부 케이싱 220 : 상부 케이싱
300, 301 : 전력반도체 400 : 제 1 오링
500 : 제 2 오링 501 : 제 3 오링
600 : 커버 M : 유니트 조립체100, 100a, 100b: unit 200: cooling channel part
210: lower casing 220: upper casing
300, 301: power semiconductor 400: first o-ring
500: second o-ring 501: third o-ring
600: Cover M: Unit assembly
Claims (10)
상기 유니트는,
상기 유체의 유입, 배출, 유동이 이루어지는 중공 판부재 형태로서, 상기 전력반도체의 사이사이에 배치되도록 상기 유니트의 두께 방향을 따라 적층되고 내부 공간끼리 서로 연결되며, 상기 직접냉각유로에 대응한 상기 유체를 내부에 수용하거나 유동시키는 공간을 갖는 냉각유로부; 및
상기 냉각유로부의 복수개의 개구부를 각각 기밀하게 덮도록 상기 냉각유로부에 결합된 상기 전력반도체를 포함하는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.
And a direct cooling flow path for flowing the fluid such that a fluid such as any one of the refrigerant, the cooling water and the heat exchange medium is directly in contact with the surface of the power semiconductor, In a stacked power semiconductor double-sided cooling apparatus having a cooling channel
The unit includes:
A plurality of power semiconductors arranged in the thickness direction of the unit and connected to each other in the thickness direction so as to be disposed between the power semiconductors, A cooling passage portion having a space for accommodating or flowing therein; And
And the power semiconductor coupled to the cooling passage portion so as to air-tightly cover a plurality of openings of the cooling passage portion
And a direct cooling flow path.
상기 유니트는,
상기 유니트의 두께 방향을 따라 적층되어 유니트 조립체가 되는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The unit includes:
Being stacked along the thickness direction of the unit to be a unit assembly
And a direct cooling flow path.
상기 유니트 조립체는,
상기 유니트의 적층 결합에 따라서 서로 마주하거나 상호 대향적으로 배치된 어느 하나의 냉각유로부의 관체 형상의 플러그부와 다른 하나의 냉각유로부의 관체 형상의 소켓부가 서로 연결되고, 상기 유체가 상기 냉각유로부 각각에 공급 또는 회수될 수 있는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치
3. The method of claim 2,
The unit assembly includes:
The tubular plug portion of any one of the cooling flow path portions facing each other or facing each other in accordance with the stacking of the units is connected to the socket portion of the tubular shape of the other cooling flow path portion, Which can be supplied or recovered to each
Layered power semiconductor double-sided cooling device having a direct cooling flow path
상기 유니트 조립체는,
상기 플러그부와 상기 소켓부가 서로 연결된 일측 위치를 기준으로 상기 직접냉각유로 쪽으로 유체의 유입이 이루어지도록 상기 유니트의 일측에 형성되는 유입경로; 및
상기 플러그부와 상기 소켓부가 서로 연결된 타측 위치를 기준으로 상기 직접냉각유로로부터 유체의 유출이 이루어지도록 상기 유니트의 타측에 형성된 유출경로를 포함하고,
상기 유입경로 또는 상기 유출경로는 상기 유니트의 두께 방향 또는 상기 유니트의 적층 방향과 동일하게 연장되어 있는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.
The method of claim 3,
The unit assembly includes:
An inflow path formed at one side of the unit so that fluid is introduced into the direct cooling flow passage based on one side position where the plug portion and the socket portion are connected to each other; And
And an outflow path formed on the other side of the unit so that the fluid flows out from the direct cooling flow passage based on the other position where the plug portion and the socket portion are connected to each other,
The inflow path or the outflow path extending in the thickness direction of the unit or the stacking direction of the unit
And a direct cooling flow path.
상기 유니트 조립체는,
상기 냉각유로부의 복수개의 최종단 소켓부 및 개구부 쪽의 통공을 마감 또는 폐쇄시키는 커버를 더 포함하는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.
The method of claim 3,
The unit assembly includes:
And a cover which closes or closes the plurality of final-end socket portions of the cooling passage portion and the through-holes of the opening portion
And a direct cooling flow path.
상기 커버는,
상기 냉각유로부의 평면적보다 상대적으로 넓은 면적의 커버판;
상기 커버판의 저면의 양측 끝단부에 각각 형성되어서 상기 냉각유로부들 중 최종단 소켓부의 내경을 막는 제 1 마감부;
상기 커버판의 저면의 중앙부에 각각 형성되어서 상기 냉각유로부들 중 최종단 개구부를 덮는 제 2 마감부;
상기 제 2 마감부에 형성되고, 상기 최종단 개구부의 수밀을 위한 제 3 오링이 안착되는 제 4 링안착홈부; 및
상기 커버의 코너 위치에서 커버의 두께 방향으로 관통하게 형성된 체결구멍을 포함하는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.
6. The method of claim 5,
The cover
A cover plate having an area relatively larger than the plane of the cooling passage portion;
A first finishing portion formed at both side ends of the bottom surface of the cover plate to block an inner diameter of a final-end socket portion of the cooling channel portions;
A second finishing portion formed at a central portion of a bottom surface of the cover plate and covering a final end opening of the cooling channel portions;
A fourth ring seating groove portion formed in the second finishing portion and on which a third O-ring for water tightness of the final end opening is seated; And
And a fastening hole formed so as to penetrate in a thickness direction of the cover at a corner position of the cover
And a direct cooling flow path.
상기 전력반도체는,
상기 전력반도체의 상단 또는 하단 중 어느 하나의 위치에서 돌출된 AC(교류) 3상 단자;
상기 전력반도체의 상단 또는 하단 중 다른 하나의 위치에 돌출된 회로 단자;
상기 AC 3상 단자와 상기 회로 단자의 사이에 연결된 반도체몸체;
상기 반도체몸체의 테두리 부위에 형성된 합성수지 재질 또는 플라스틱 재질의 몰드부; 및
상기 몰드부에 의해 둘러싸여 있는 상기 반도체몸체의 중심 위치를 기준으로 상기 반도체몸체의 표면에 형성된 금속 재질의 열전달부를 포함하고,
상기 냉각유로부에 형성된 개구부의 크기 또는 개방된 면적은 상기 열전달부의 크기에 대응되게 정해지는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The power semiconductor includes:
An AC (AC) three-phase terminal protruding from any one of an upper end or a lower end of the power semiconductor;
A circuit terminal protruded to the other of the upper and lower ends of the power semiconductor;
A semiconductor body connected between the AC three-phase terminal and the circuit terminal;
A mold part made of a synthetic resin material or a plastic material formed on a rim of the semiconductor body; And
And a heat transfer portion of a metal material formed on a surface of the semiconductor body based on a center position of the semiconductor body surrounded by the mold portion,
The size or open area of the opening formed in the cooling passage portion is determined to correspond to the size of the heat transfer portion
And a direct cooling flow path.
상기 냉각유로부는,
상기 냉각유로부의 내부에 유체 수용 공간이 형성될 수 있게 서로 마주보도록 융착 또는 결합된 하부 케이싱 및 상부 케이싱을 포함하는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The cooling channel portion
And a lower casing and an upper casing welded or coupled to face each other so that a fluid receiving space may be formed inside the cooling channel section
And a direct cooling flow path.
상기 냉각유로부의 하부 케이싱은,
평판 형상의 케이싱 바닥면;
상기 케이싱 바닥면의 테두리에서 돌출된 하부벽;
상기 케이싱 바닥면의 중간 위치를 기준으로 개방된 1개 이상의 개구부;
상기 개구부의 바깥쪽 위치를 기준으로 상기 케이싱 바닥면의 일측 및 타측에서 상기 하부벽의 반대 방향을 따라 각각 일체형으로 돌출되게 형성되며, 유체의 유입경로 또는 유출경로를 형성하기 위한 관체 형상의 플러그부;
상기 플러그부의 외주면에서 원주 방향을 따라 연장되게 형성된 제 1 링안착홈부;
상기 제 1 링안착홈부에 끼워져 있는 원형링 형상의 제 1 오링;
상기 개구부의 테두리를 기준으로 상기 케이싱 바닥면의 바깥쪽 위치에 형성된 제 2 링안착홈부; 및
상기 제 2 링안착홈부에 끼워져 있는 사각링 형상의 제 2 오링을 포함하는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the lower casing of the cooling passage portion includes:
A casing bottom surface in a flat plate shape;
A lower wall protruding from an edge of the casing bottom surface;
One or more openings opened relative to an intermediate position of the casing bottom surface;
A tubular plug portion for integrally protruding from one side and the other side of the bottom surface of the casing in a direction opposite to the bottom wall with respect to an outer position of the opening portion and forming a fluid inflow path or an outflow path, ;
A first ring seating groove portion formed to extend along a circumferential direction on an outer circumferential surface of the plug portion;
A first ring of a circular ring shape fitted in the first ring seating groove;
A second ring seating groove portion formed at an outer position of the bottom surface of the casing with respect to a rim of the opening portion; And
And a second ring-shaped second O-ring which is fitted in the second ring-seating groove portion
And a direct cooling flow path.
상기 냉각유로부의 상기 상부 케이싱은,
상기 하부 케이싱과 동일한 평면적 및 형상을 갖는 케이싱 천장면;
상기 케이싱 천장면의 테두리에서 상기 하부 케이싱의 상기 하부벽을 향하는 방향으로 돌출된 상부벽;
상기 케이싱 천장면의 중간 위치를 기준으로 상기 하부 케이싱의 개구부에 각각 일치되도록 개방된 1개 이상의 개구부;
상기 상부 케이싱의 개구부의 바깥쪽 위치를 기준으로 상기 케이싱 천장면의 일측 및 타측에서 상기 상부벽의 반대 방향을 따라 각각 일체형으로 돌출되게 형성되며, 상기 하부 케이싱의 플러그부가 각각 끼워질 수 있는 크기의 내경을 가지고 있고, 상기 유입경로 또는 상기 유출경로를 형성하기 위한 관체 형상의 소켓부;
상기 상부 케이싱의 개구부의 테두리를 기준으로 상기 케이싱 천장면의 바깥쪽 위치에 형성된 제 3 링안착홈부; 및
상기 제 3 링안착홈부에 끼워져 있는 제 3 오링을 포함하는 것
인 직접냉각유로를 갖는 적층형 전력반도체 양면 냉각 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the upper casing of the cooling passage portion includes:
A casing ceiling scene having the same planar shape and shape as the lower casing;
An upper wall protruding from the rim of the casing ceiling toward the lower wall of the lower casing;
One or more openings opened to coincide with openings of the lower casing relative to an intermediate position of the casing ceiling;
The upper casing is formed so as to integrally protrude from one side and the other side of the casing ceiling in a direction opposite to the upper wall with respect to an outer position of the opening of the upper casing, A tubular socket portion having an inner diameter for forming the inflow path or the outflow path;
A third ring seating groove formed at a position outside the casing ceiling with respect to an edge of the opening of the upper casing; And
And a third O-ring fitted in the third ring seating groove portion
And a direct cooling flow path.
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- 2016-09-01 KR KR1020160112647A patent/KR102612584B1/en active IP Right Grant
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- 2017-06-19 CN CN201720711807.5U patent/CN206877979U/en active Active
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