KR20180028109A - cooling module for Insulated Gate Bipolar Transistors - Google Patents

cooling module for Insulated Gate Bipolar Transistors Download PDF

Info

Publication number
KR20180028109A
KR20180028109A KR1020160115329A KR20160115329A KR20180028109A KR 20180028109 A KR20180028109 A KR 20180028109A KR 1020160115329 A KR1020160115329 A KR 1020160115329A KR 20160115329 A KR20160115329 A KR 20160115329A KR 20180028109 A KR20180028109 A KR 20180028109A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling
module
igbt
cooling water
power semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020160115329A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101914927B1 (en
Inventor
김경만
신종철
우병국
김태권
강찬호
Original Assignee
주식회사 이지트로닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 이지트로닉스 filed Critical 주식회사 이지트로닉스
Priority to KR1020160115329A priority Critical patent/KR101914927B1/en
Publication of KR20180028109A publication Critical patent/KR20180028109A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101914927B1 publication Critical patent/KR101914927B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Abstract

The present invention relates to a cooling module of a power semiconductor, capable of additionally providing a cooling module mounted on the bottom surface of an IGBT module for cooling the IGBT module that is the power semiconductor and efficiently improving the flow of cooling water. The cooling module of a power semiconductor includes: the IGBT module whose bottom surface is flat; the cooling module which is fixed to the bottom surface of the IGBT module and includes a plurality of heat radiation fins arranged on a rear surface thereof at regular intervals to discharge transferred heat to the outside; and a cooling water flow path part in which a flow path through which the cooling water flows is formed when the IGBT module is fixed to the cooling module. A width (G) between the heat radiation fin and the cooling water flow path part is not wider than a width between the heat radiation fins.

Description

전력용 반도체의 냉각 모듈{cooling module for Insulated Gate Bipolar Transistors}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cooling module for insulated gate bipolar transistors

본 발명은 전력용 반도체의 냉각 모듈에 관한 것으로, 더 상세하게는 전력용반도체인 IGBT모듈의 냉각을 위해서 상기 IGBT모듈 저면에 장착하는 냉각모듈을 별도로 부가하고, 냉각수의 흐름을 효율적으로 개선한 전력용 반도체의 냉각모듈에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a cooling module for a power semiconductor, and more particularly, to a cooling module for a power semiconductor, in which a cooling module mounted on the bottom surface of the IGBT module is separately provided for cooling the IGBT module, And more particularly to a cooling module for a semiconductor for semiconductor devices.

일반적으로, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)는 전력용 반도체로 이용되기 때문에 동작중 발생되는 열을 낮추기 위해서 수냉식 또는 공냉식으로 냉각을 하게 된다.In general, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are used as power semiconductors, so they are cooled by water-cooling or air-cooling to lower the heat generated during operation.

냉각원리는 열전도현상을 이용한다는 점에서 매우 간단하지만, IGBT 구조와 IGBT가 장착되는 위치에 따라서 냉각구조는 매우 다양하다.Cooling principle is very simple in that it uses thermal conduction phenomenon, but the cooling structure varies greatly depending on the position of the IGBT structure and the position of the IGBT.

냉각구조는 매우 다양한 형태를 띠지만, 대략 3가지로 구분해보면,The cooling structure has a wide variety of shapes, but roughly divided into three types,

1)바닥면이 평평한 IGBT에 대한 냉각방식과1) Cooling method for flat bottom IGBT

2)바닥면에 방열핀을 가진 IGBT에 대한 냉각방식과2) Cooling method for IGBT with radiating fins on the bottom surface

3)냉각방식이 서로 다른 IGBT에 대한 냉각방식으로 구분해볼 수 있다.3) IGBT cooling method can be divided into different cooling methods.

본 명세서에서는 설명의 편의상, 1)번과 같은 방식을 간접냉각방식, 2)번과 같은 방식을 직접냉각방식, 3)번과 같은 방식을 혼용냉각방식으로 지칭하도록 한다.In this specification, for the sake of simplicity, the indirect cooling method in 1), the direct cooling method in 2), and the mixed cooling method in 3).

1)간접냉각방식1) indirect cooling system

도 1 내지 도 3을 참조하면, 전력용반도체인 IGBT모듈(1) 아래에 금속성 재질로 된 IGBT 플레이트(2)가 장착되고, IGBT플레이트(2)는 이면에 일정 간격을 두고 배열된 복수개의 방열핀(4)을 가진 베이스플레이트(3)에 고정되며, 베이스플레이트(3)는 냉각수가 흐르는 유로가 형성되도록 한 하부판(5)과 결합된다. 이때, 상기 하부판(5)은 인버터하우징(커버)으로 구성되는 것이 일반적이다.1 to 3, an IGBT plate 2 made of a metallic material is mounted under the IGBT module 1, which is a power semiconductor, and the IGBT plate 2 has a plurality of heat- Is fixed to a base plate (3) having a base plate (4), and the base plate (3) is joined with a bottom plate (5) At this time, the bottom plate 5 is generally composed of an inverter housing (cover).

히트싱크 측면에서 살펴보면, IGBT모듈(1)에서 발생된 열은 IGBT플레이트(2), 베이스플레이트(3), 방열핀(4)으로 차례로 전달되고, 상기 유로를 따라서 흐르는 냉각수(A)로 전달된다.(①->②->③)Heat generated from the IGBT module 1 is sequentially transmitted to the IGBT plate 2, the base plate 3 and the radiating fins 4 and is transferred to the cooling water A flowing along the flow path. (①-> ②-> ③)

냉각수(A)에 전달된 열을 배출하기 위해서는 냉각수(A)가 흘러야 하므로, 냉각수(A)는 유로를 따라서 쉼없이 흐르면서 전달받은 열을 외부로 배출함으로써 히트싱크(heat sink)를 가능하게 된다.In order to discharge the heat transferred to the cooling water (A), the cooling water (A) must flow. Therefore, the cooling water (A) flows heat through the flow path and discharges the heat to the outside.

2)직접냉각방식2) Direct cooling

직접냉각방식도 히트싱크 원리나 히트싱크 경로는 간접냉각방식과 다를 바가 없지만, 일부 구성이 삭제되거나 변경되는 것이 다소 다르다.Direct cooling The heat sink principle and the heat sink path are not different from the indirect cooling method, but some configurations are slightly different from those that are deleted or changed.

즉, 도 1 내지 도 7을 참조하면, IGBT플레이트(2)의 저면에 복수개의 방열핀(4)이 형성되기 때문에 상기 베이스플레이트(3)가 없고, 오목한 하부판(5)이 구비된 것이 다른 점이다.That is, referring to FIGS. 1 to 7, a plurality of radiating fins 4 are formed on the bottom surface of the IGBT plate 2, so that the base plate 3 is not provided and the concave bottom plate 5 is provided .

3)혼용냉각방식3) Hybrid cooling system

혼용냉각방식은 직접냉각방식과 간접냉각방식이 공존하고, 이들을 동일한 냉각수에 의해서 흐르도록 유로가 통합되는 점이 상이하다.The hybrid cooling system differs in that the direct cooling system coexists with the indirect cooling system and the flow paths are integrated so as to flow through the same cooling water.

공개번호 10-2013-0036029호(냉매순환강화히트싱크를 장착한 전력용반도체모듈 구성요소)에 따르면, "본 발명은 전력용반도체를 사용하고 있는 전력설비의 전력용반도체모듈에서 발생하는 열을 제거시키기 위하여 채택하고 있는 냉각장치를 적용함에 있어서 전력용반도체모듈의 구성요소인 전력용반도체, 콘덴서, 리액터 또는 저항의 열을 효과적으로 제거시키기 위하여 구성요소 각각에 장착된 히트싱크 내부의 냉매공간을 변형시킨 냉매순환강화히트싱크를 장착한 전력용반도체모듈 구성요소에 관한 것이다.According to the publication No. 10-2013-0036029 (constituent element of a power semiconductor module equipped with a refrigerant circulation reinforcing heat sink), the present invention can be applied to a case where the heat generated in a power semiconductor module of a power facility using a power semiconductor In order to effectively remove the heat of the power semiconductor, condenser, reactor or resistor, which is a component of the power semiconductor module, the refrigerant space inside the heat sink mounted on each of the components is deformed And more particularly, to a power semiconductor module component equipped with a circulation enhancing heat sink. 전력용반도체는 전력을 제어하고 변환하는 반도체로서 정류다이오드, 파워트랜지스터, 싸이리스터로 대별되며 관련 기술의 발달로 고전압/대용량화 되고 있으며 스위칭 소자의 스위칭 고속화가 이루어지고 있고 점차 소형화가 됨에 따라 전력용반도체의 냉각 문제는 매우 중요하게 대두되고 있다. 파워트랜지스터는 바이폴라, 전력MOSFET, IGBT 등 많은 제품들로 개발되어지고 있으며, 싸이리스터는 LASCR(Light Activated Thyristor), RCT(Reverse conducting Thyristor), GATT(Gate assisted Turn-off Thyristor), GTO(Gate Turn-off Thyristor), ASCR(Asymmetric Thyristor), MCT(MOS controlled Thyristor), TRIAC(Triode AC) 등 다양하게 개발이 진행 중이다.Power semiconductors are divided into rectifier diodes, power transistors, and thyristors that control and convert power. High-voltage / high-capacity diodes are being developed due to the development of related technologies. Switching speeds of switching devices have been increased. The cooling problem of the heat exchanger is very important. Power transistors are being developed with many products such as bipolar, power MOSFET, and IGBT. Thyristors are used in various applications such as Light Activated Thyristor (LASCR), Reverse conducting Thyristor (RCT), Gate Assisted Turn-off Thyristor (GATT) -off Thyristor), ASCR (Asymmetric Thyristor), MCT (MOS controlled Thyristor) and TRIAC (Triode AC). 전력변환 과정의 파형 평활문제 등을 제거시키고자 전력용반도체에 부가하여 콘덴서, 리액터, 저항 등의 조합으로 전력용반도체모듈을 구성하여 사용하고 있고, 전력용반도체모듈에서 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 수냉각방식이 전통적으로 채택되었으나 출원번호 10-2007-0106024 [폐회로 냉매순환을 이용한 전력용반도체 사용 전력설비 냉각시스템] 등에서 기화열을 이용한 냉각방법이 개발되었다.In order to eliminate the waveform smoothing problem of the power conversion process, a power semiconductor module is constructed by using a combination of capacitors, reactors, and resistors in addition to the power semiconductor, and in order to cool the heat generated by the power semiconductor module A water cooling method has been traditionally adopted, but a cooling method using vaporized heat has been developed in the application No. 10-2007-0106024 [cooling system for power semiconductor use electric power facility using closed loop refrigerant circulation]. 본 발명에서는 기존의 액체냉매 순환방식(예 수냉각방식)에도 적용이 가능하며 전력용반도체모듈 구성요소 에서 발생하는 열에 의해 비등할 수 있는 냉매의 기화열을 이용하여 전력용반도체모듈을 효과적으로 냉각시키기 위하여, 기존의 전력용반도체모듈을 그대로 사용할 경우 싸이리스터히트싱크(12)를 비롯한 전력용반도체모듈을 구성하고 있는 구성요소들 각각의 히트싱크 내부에 설치된 히트싱크내부냉매순환회로(21) 일부에 기체공간(51)이 형성되어 냉매순환에 장애를 일으킬 수 있으므로 이를 개선시키기 위하여 많은 실험결과로 개발된 것으로, 몸체 내부에 통합된 냉매수용공간(61)을 형성하는 냉매통형히트싱크(60)와 이에 기능을 보강한 히트싱크를 전력용반도 체모듈을 구성하는 모든 구성요소들에게 장착시켜 히트싱크 내부 냉매순환회로 구조를 매우 간단하게 하였고, 냉매흐름의 장애 원인을 제거함으로써 전력용반도체모듈 냉각효과를 획기적으로 향상시켰다."라고 개시된 바가 있다.The present invention can be applied to a conventional liquid refrigerant circulation system (pre-cooling system). In order to effectively cool the power semiconductor module by using the heat of vaporization of the refrigerant which can be boiled by the heat generated in the components of the power semiconductor module , When a conventional power semiconductor module is used as it is, a part of the heat sink internal coolant circulation circuit (21) provided inside the heat sink of each component constituting the power semiconductor module including the thyristor heat sink (12) The refrigerant circulation type heat sink 60 and the refrigerant tube type heat sink 60 which form the refrigerant receiving space 61 integrated in the body are formed as a result of many experiments. The heat sink reinforced with the function is mounted to all the components constituting the power semiconductor module, The structure has been greatly simplified and the cooling effect of the power semiconductor module has been drastically improved by eliminating the cause of the failure of the refrigerant flow. "

그러나, 도 3에 나타낸 바와 같이, IGBT플레이트(2)와 베이스플레이트(3) 사이의 접합면(C)이 완전히 밀착되지 못하기 때문에 열전도효율이 저하되는 문제점이 발견되었고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 종래의 직접 냉각 방식에서 IGBT 바닥의 방열핀과 하우징의 면 사이(G)가 넓으면, 방열핀 사이로 냉각수가 느리게 흐르게 되어 열전달 특성이 떨어지는 문제점이 있었다.However, as shown in Fig. 3, there is a problem that the heat conduction efficiency is lowered because the bonding surface C between the IGBT plate 2 and the base plate 3 is not completely tightly attached. As shown in Fig. 7 In the conventional direct cooling method, when the space G between the radiating fins on the bottom of the IGBT and the housing is wide, the cooling water flows slowly between the radiating fins, thereby deteriorating the heat transfer characteristics.

또한, 도 8 내지 도 11에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 냉각방식이 공존하면서, 두 냉각부를 공통수로(水路)로 구성할 경우 냉각부 제작이 쉽지 않은데, 간접냉각방식의 바닥면과 직접냉각방식의 IGBT 방열핀 바닥의 높이를 같이 맞추지 못할 경우 도시된 바와 같이 직접냉각방식 냉각부 바닥에 공간이 생겨 앞서 설명한 바와 같이 냉각핀에 냉각수 유속이 느려 열전달을 하지 못해 IGBT가 열로 인해 소손될 수 있는 문제점이 있다.In addition, as shown in Figs. 8 to 11, it is not easy to manufacture a cooling part when two cooling parts are formed by a common water path while different cooling methods coexist. However, the bottom surface of the indirect cooling method and the direct cooling method If the height of the bottom of the IGBT radiating fin of the IGBT can not be equalized, as shown in the drawing, there is a space at the bottom of the cooling part of the direct cooling type cooling method. As described above, since the cooling water flow rate is slow on the cooling fin, have.

설령, 도시된 바와 같이 바닥면을 높혀서 가공해야 하기 때문에 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다.However, there is a problem that the structure becomes complicated because the bottom surface needs to be processed at a high level as shown in the figure.

도 11에 도시된 바와 같이, 냉각핀을 가진 IGBT 바닥면이 그림과 같이 간접냉각을 위한 바닥면의 높이와 차이가 생겨 직접냉각을 위한 냉각 구조의 이점을 얻지 못하고 냉각수가 그냥 물저항이 낮은 쪽으로 흘러나가게 된다.As shown in FIG. 11, the bottom surface of the IGBT having the cooling fin is different from the height of the bottom surface for indirect cooling as shown in the figure, so that the advantage of the cooling structure for direct cooling can not be obtained. It flows out.

본 발명의 발명자는 상술한 문제의 원인이 서로 상이한 구조로 제작된 냉각모듈에 있다고 보았고, 이를 해결하기 위해서 표준화된 냉각모듈을 제안하는데 착안의 토대가 있다.The inventors of the present invention have considered that the above-described problems are caused by the cooling modules made of different structures from each other, and there is a basis for the idea of proposing a standardized cooling module in order to solve them.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, IGBT 바닥 방열핀과 하우징 유로부 면 사이의 갭(G)을 최소한으로 설계하여 제작하여 히트싱크의 저하를 방지하고, 상이한 냉각방식이 공존하는 경우에는 수로가 흐르는 바닥의 높이를 일치시켜 냉각수의 유속의 저하를 방지하도록 한 전력용반도체의 냉각모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a heat sink with a minimum gap G between the IGBT floor radiating fins and the housing flow path surface to prevent deterioration of the heat sink, And the height of the floor on which the cooling water flows can be matched to prevent the cooling water flow rate from being lowered.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 저면이 편평한 IGBT모듈; 상기 IGBT의 저면에 고정되고 이면에는 전달된 열을 외부로 방출하기 위한 방열핀이 일정 간격을 두고 배열된 복수개의 방열핀이 형성된 냉각모듈; 상기 IGBT와 상기 냉각모듈이 고정되면 냉각수가 흐르는 수로가 형성되는 냉각수로부를 포함하고; 상기 방열핀과 상기 냉각수로부 사이의 폭(G)이 상기 방열핀 사이의 폭보다 크지 않도록 한 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an IGBT module comprising: a flat bottom IGBT module; A cooling module fixed on a bottom surface of the IGBT and having a plurality of radiating fins having radiating fins arranged at regular intervals to radiate heat transferred to the outside; And a cooling water passage portion in which the water passage through which the cooling water flows is formed when the IGBT and the cooling module are fixed; And a width (G) between the radiating fins and the cooling water portion is not greater than a width between the radiating fins.

실시예에서, 상기 저면이 편평한 IGBT모듈과 인접한 위치에, 저면에 복수개의 방열핀이 형성된 IGBT모듈이 추가로 배치될 경우에는, 상기 냉각수로부를 형성시키는 좌우양측에 구비된 턱(T)을 높이거나 낮추어서, 상기 냉각수로부의 높이와 동일하게 형성시키는 것이다.In the embodiment, when the IGBT module in which the bottom surface is adjacent to the flat IGBT module and the IGBT module in which the plurality of radiating fins are formed on the bottom surface is additionally disposed, the chin T provided on the left and right sides forming the cooling- The cooling water is formed to have the same height as that of the part.

실시예에서, 상기 방열핀의 배열 형상은 유선형, 직선형, 보스형중 선택된 것이다.In an embodiment, the arrangement of the radiating fins is selected from a streamline type, a straight type, and a boss type.

본 발명의 바람직한 효과에 따르면, IGBT 바닥 방열핀과 하우징 유로부 면 사이의 갭(G)을 최소한으로 설계하여 제작하여 히트싱크의 저하를 방지하고, 상이한 냉각방식이 공존하는 경우에는 수로가 흐르는 바닥의 높이를 일치시켜 냉각수의 유속의 저하를 방지하도록 함으로써, IGBT모듈의 냉각효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.According to the preferred embodiment of the present invention, the gap G between the IGBT floor radiating fins and the housing flow path surface is designed to be minimized to prevent deterioration of the heat sink. When different cooling methods coexist, So that the cooling efficiency of the IGBT module can be maximized.

도 1 내지 도 11은 종래의 냉각방식과 그 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력용 반도체의 냉각모듈을 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전력용 반도체의 냉각모듈을 나타낸 도면.
도 15는 본 발명에 따른 전력용 반도체의 방열핀의 배열형태를 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 발명에 따른 전력용 반도체의 급수관을 설명하기 위한 도면.
도 17은 본 발명에 따른 전력용 반도체의 추가가공을 설명하기 위한 도면.
도 18 내지 도 24는 본 발명에 따른 전력용 반도체의 냉각모듈의 시제품을 예시한 도면.FIGS. 1 to 11 are views for explaining a conventional cooling method and its problems. FIG.
12 and 13 show a cooling module for a power semiconductor according to the first embodiment of the present invention.
14 shows a cooling module for a power semiconductor according to a second embodiment of the present invention.
15 is a view for explaining an arrangement of heat dissipation fins of a power semiconductor according to the present invention.
16 is a view for explaining a water supply pipe of a power semiconductor according to the present invention.
17 is a view for explaining further processing of a power semiconductor according to the present invention;
18 to 24 illustrate a prototype of a cooling module of a power semiconductor according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 12 및 도 13은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력용 반도체의 냉각모듈을 나타낸 도면이고, 도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전력용 반도체의 냉각모듈을 나타낸 도면이며, 도 15는 본 발명에 따른 전력용 반도체의 방열핀의 배열형태를 설명하기 위한 도면이며, 도 16은 본 발명에 따른 전력용 반도체의 급수관을 설명하기 위한 도면이며, 도 17은 본 발명에 따른 전력용 반도체의 추가가공을 설명하기 위한 도면이며, 도 18 내지 도 24는 본 발명에 따른 전력용 반도체의 냉각모듈의 시제품을 예시한 도면으로서, 본 발명이 적용되는 간접냉각방식(제 1 실시예)과 혼용냉각방식(제 2 실시예)으로 구분하여 살펴보도록 한다.12 and 13 are views showing a cooling module for a power semiconductor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a view showing a cooling module for a power semiconductor according to a second embodiment of the present invention. 15 is a view for explaining an arrangement of heat dissipation fins of the power semiconductor according to the present invention, FIG. 16 is a view for explaining a water supply pipe of the power semiconductor according to the present invention, and FIG. 17 is a cross- 18 to 24 illustrate a prototype of a cooling module for a power semiconductor according to the present invention. The cooling module of the present invention is a combination of the indirect cooling method (first embodiment) to which the present invention is applied And a cooling method (a second embodiment).

1)간접냉각방식(제 1 실시예)1) indirect cooling method (first embodiment)

제 1 실시예는 간접냉각식에 본 발명이 적용된 것이다.In the first embodiment, the present invention is applied to the indirect cooling type.

도 12 내지 도 13을 참조하면, 저면이 편평한 IGBT모듈(11), 상기 IGBT의 저면에 고정되고 이면에는 전달된 열을 외부로 방출하기 위한 방열핀(14)이 일정 간격을 두고 배열된 복수개의 방열핀이 형성된 냉각모듈(13)이 구비된다.12 to 13, an IGBT module 11 having a flat bottom surface, a plurality of radiating fins 14 fixed on the bottom surface of the IGBT and radiating fins 14 for discharging heat transferred to the outside on the back surface, A cooling module 13 is formed.

상기 IGBT모듈과 상기 냉각모듈이 고정되면 냉각수가 흐르는 수로가 형성되는 냉각수로부(15)를 포함하여 구성된다.And a cooling water passage portion 15 in which a water channel through which cooling water flows is formed when the IGBT module and the cooling module are fixed.

이때, 상기 방열핀(14)과 상기 냉각수로부(15) 사이의 폭(G; 도 7, 도 13 참조)이 상기 방열핀 사이의 폭보다 크지 않도록 함으로써, 방열핀(14) 사이로 냉각수가 느리게 흐르게 되어 열전달 특성이 떨어지지 않도록 한다.7 and 13) between the radiating fins 14 and the cooling water passage portions 15 is not larger than the width between the radiating fins 14 so that the cooling water flows slowly between the radiating fins 14, Do not let the property fall.

상세히 도시되지는 않았지만, 상기 IGBT모듈(11), 상기 냉각모듈(13), 상기 냉각수로부(15)가 볼트로 체결되도록 구성하는 것이 제조편의성과 유지보수성 측면에서 바람직하다.Although not shown in detail, it is preferable that the IGBT module 11, the cooling module 13, and the cooling water passage portion 15 are fastened with bolts in view of manufacturing convenience and maintenance.

이러한 간접냉각방식의 냉각모듈을 히트싱크 측면에서 살펴보면, IGBT모듈(11)에서 발생된 열은 냉각모듈(13)로 전달되고, 냉각모듈(13)의 방열핀(14)으로전달된다.The heat generated in the IGBT module 11 is transferred to the cooling module 13 and transferred to the heat radiating fin 14 of the cooling module 13.

방열핀(14)에 전달된 고온의 열은 상기 냉각수로부(15) 내부에 형성된 수로를 따라서 흐르는 냉각수로 전달된다. 냉각수에 전달된 열을 배출하기 위해서는 냉각수가 흘러야 하므로, 냉각수는 수로를 따라서 쉼없이 흐르면서 전달받은 열을 외부로 배출함으로써 히트싱크(heat sink) 기능을 수행하게 된다.The high-temperature heat transferred to the radiating fin 14 is transferred to the cooling water flowing along the water channel formed in the cooling water portion 15. In order to discharge the heat transferred to the cooling water, the cooling water must flow. Therefore, the cooling water flows through the water channel and flows heat to the outside, thereby performing a heat sink function.

물론, 상기 냉각수를 쉼없이 흐르게 하는 펌프가 구비되어야 하지만, 이는 종래기술로 구현이 가능하므로 상세한 설명을 생략하도록 한다.Of course, a pump for allowing the cooling water to flow uninterruptedly can be provided, but this can be implemented by a conventional technique, so a detailed description will be omitted.

본 발명의 냉각모듈은 간접냉각방식과 직접냉각방식이 혼재하고, 그 수로가 통합된 경우에도 적용시킬 수 있다.The cooling module of the present invention can be applied to a case where the indirect cooling method and the direct cooling method are mixed and the water channels are integrated.

2)혼용냉각방식(제 2 실시예)2) Hybrid cooling system (second embodiment)

제 2 실시예는 혼용냉각방식에 본 발명이 적용된 것으로, 간접냉각방식과 직접냉각방식이 혼재하는 상황에서 적용시킬 수 있다.In the second embodiment, the present invention is applied to a hybrid cooling system, and can be applied in a situation where an indirect cooling system and a direct cooling system are mixed.

도 14를 참조하면, 상기 저면이 편평한 IGBT모듈(11)과 인접한 위치에, 저면에 복수개의 방열핀(14)이 형성된 IGBT모듈(11)이 추가로 배치될 경우에는, 상기 냉각수로부(15)의 높이와 동일하게 형성시키도록 함으로써, 직접냉각방식 냉각부 바닥에 공간이 생겨 앞서 설명한 바와 같이 냉각핀(14)에 냉각수 유속이 느려 열전달을 하지 못해 IGBT모듈(11)이 열로 인해 소손되지 않도록 한다. 14, when the IGBT module 11 having a plurality of radiating fins 14 formed on the bottom surface thereof is further disposed adjacent to the flat bottom IGBT module 11, A space is formed at the bottom of the cooling part of the direct cooling system so that the cooling water flow rate is slow on the cooling fin 14 as described above and the heat transfer can not be performed so that the IGBT module 11 is not burned out due to heat .

이때, 상이한 냉각방식의 IGBT모듈의 냉각수로부(15)의 높이를 동일하게 형성시키는 방법은 오목한 냉각수로부(15)를 형성시키는 좌우양측에 구비된 턱(T)을 높이거나 낮추면 서로 맞출 수 있다.At this time, the same method of forming the portions 15 of cooling water of the IGBT modules of different cooling methods can be performed by increasing or decreasing the height of the jaws T provided on the right and left sides forming the recessed cooling water portion 15 have.

한편, 방열핀(14)의 목적은 냉각수와의 접촉면적을 최대로 늘려서 신속하게 열을 떨어뜨리는 것이므로 이를 위한 여러가지 형상을 가질 수 있는데, 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 방열핀(14)의 배열 형상은 유선형, 직선형, 보스형중 선택된 것으로, 적합한 것을 이용하도록 한다.The purpose of the radiating fin 14 is to rapidly heat the radiating fin 14 by increasing the contact area with the cooling water to the maximum. The radiating fin 14 may have various shapes. For example, as shown in FIG. 15, Streamline, straight, or boss-type.

상술한 바와 같은 냉각수로부(15)로 공급되는 냉각수는 도 16에 나타낸 바와 같이, 급수관(16)을 통해서 유입되고, 유출되는데, 흐르는 방향은 제조업체의 설계지침에 따라서 변동가능하다.The cooling water supplied to the cooling water passage portion 15 as described above flows in and out through the water supply pipe 16 as shown in FIG. 16, and the flowing direction can be changed in accordance with the manufacturer's design guidelines.

상술한 냉각수로부(15)를 형성시키기 위한 추가적인 가공을 필요로 하기도 하는데, 이를 살펴보도록 한다.Further processing is required to form the above-described coolant passage portion 15, which will be described below.

도 17에 나타낸 바와 같이, 냉각모듈(13)이 냉각수에 잠길 수 있도록 오목하게 홈(21)을 가공하거나, 금형으로 제작시 오목한 홈이 생기도록 제작하여도 된다.As shown in Fig. 17, the grooves 21 may be formed concavely so that the cooling module 13 can be immersed in the cooling water, or a concave groove may be formed when the mold is formed.

상기 냉각모듈(13)이 조립될 부분(22)에 물이 새지 않도록 면관리 가공을 수행하고, 냉각수가 유입하거나 유출되는 지점(23)에 드릴로 가공한다.A surface management process is performed to prevent water from leaking to the portion 22 to be assembled with the cooling module 13 and a drill is performed at the point 23 where the cooling water flows or flows out.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전력용반도체의 냉각모듈은 도 18 내지 도 24와 같이 구현할 수 있다.The cooling module of the power semiconductor according to the present invention as described above can be implemented as shown in FIGS. 18 to 24. FIG.

도 18은 혼용냉각방식에 적용된 IGBT모듈의 평면을 나타낸 도면이고, 도 19는 혼용냉각방식에 적용된 냉각모듈의 저면을 나타낸 도면이며, 도 20은 혼용냉각방식에 적용된 냉각모듈이 제거된 상태를 나타낸 도면이며, 도 21은 혼용냉각방식에 적용된 냉각모듈이 조립되는 상태를 나타낸 도면이며, 도 22는 냉각모듈이 장착되지 않은 상태를 나타낸 도면이며, 도 23은 냉각모듈이 장착된 상태를 나타낸 도면이며, 도 24는 장착된 냉각모듈을 조립하는 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 18 is a plan view of the IGBT module applied to the hybrid cooling system, FIG. 19 is a bottom view of the cooling module applied to the hybrid cooling system, and FIG. 20 is a view illustrating a state where the cooling module applied to the hybrid cooling system is removed FIG. 21 is a view showing a state where a cooling module applied to a hybrid cooling system is assembled, FIG. 22 is a view showing a state where a cooling module is not mounted, FIG. 23 is a view showing a state where a cooling module is mounted And Fig. 24 is a view showing a state in which the mounted cooling module is assembled.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것 이다.Therefore, the embodiments and the accompanying drawings disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention and are not to be construed as limiting the scope of the present invention. . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

11 ; IGBT모듈 13 ; 냉각모듈
14 ; 방열핀 15 ; 하부판
21 ; 오목한 홈 22 ; 냉각모듈이 조립될 부분
23 ; 냉각수가 유입되거나 유출되는 지점11; IGBT module 13; Cooling module
14; Radiating fins 15; Bottom plate
21; Concave groove 22; Where the cooling module will be assembled
23; The point where coolant flows in or out

Claims (3)

저면이 편평한 IGBT모듈;
상기 IGBT의 저면에 고정되고 이면에는 전달된 열을 외부로 방출하기 위한 방열핀이 일정 간격을 두고 배열된 복수개의 방열핀이 형성된 냉각모듈;
상기 IGBT와 상기 냉각모듈이 고정되면 냉각수가 흐르는 수로가 형성되는 냉각수로부를 포함하고;
상기 방열핀과 상기 냉각수로부 사이의 폭(G)이 상기 방열핀 사이의 폭보다 크지 않도록 한 것을 특징으로 하는 전력용 반도체의 냉각모듈.
Bottom flat IGBT module;
A cooling module fixed on a bottom surface of the IGBT and having a plurality of radiating fins having radiating fins arranged at regular intervals to radiate heat transferred to the outside;
And a cooling water passage portion in which the water passage through which the cooling water flows is formed when the IGBT and the cooling module are fixed;
Wherein a width (G) between the radiating fins and the cooling-water portion is not greater than a width between the radiating fins.
청구항 1에 있어서,
상기 저면이 편평한 IGBT모듈과 인접한 위치에, 저면에 복수개의 방열핀이 형성된 IGBT모듈이 추가로 배치될 경우에는,
상기 냉각수로부를 형성시키는 좌우양측에 구비된 턱(T)을 높이거나 낮추어서, 상기 냉각수로부의 높이와 동일하게 형성시키는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체의 냉각모듈.
The method according to claim 1,
When an IGBT module in which a plurality of radiating fins are formed at a position adjacent to the flat bottom IGBT module is further disposed,
Wherein a height of a tang (T) provided on both left and right sides forming the cooling water passage portion is formed to be equal to or higher than a height of the cooling water passage portion.
청구항 1에 있어서,
상기 방열핀의 배열 형상은 유선형, 직선형, 보스형중 선택된 것을 특징으로 하는 전력용 반도체의 냉각모듈.

The method according to claim 1,
Wherein the arrangement of the radiating fins is selected from a streamline type, a straight type, and a boss type.

KR1020160115329A 2016-09-08 2016-09-08 cooling module for Insulated Gate Bipolar Transistors KR101914927B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160115329A KR101914927B1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 cooling module for Insulated Gate Bipolar Transistors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160115329A KR101914927B1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 cooling module for Insulated Gate Bipolar Transistors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180028109A true KR20180028109A (en) 2018-03-16
KR101914927B1 KR101914927B1 (en) 2018-11-05

Family

ID=61910331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160115329A KR101914927B1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 cooling module for Insulated Gate Bipolar Transistors

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101914927B1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108630643A (en) * 2018-06-08 2018-10-09 苏州加拉泰克动力有限公司 Radiator
CN108630644A (en) * 2018-08-09 2018-10-09 苏州加拉泰克动力有限公司 Radiator
KR20200023951A (en) 2018-08-27 2020-03-06 엘지전자 주식회사 Heat dissipation module
KR20200107543A (en) 2019-03-08 2020-09-16 엘지전자 주식회사 Heat dissipation module
KR20200107546A (en) 2019-03-08 2020-09-16 엘지전자 주식회사 Heat dissipation module
EP3897085A1 (en) 2020-04-17 2021-10-20 LG Electronics Inc. Electric power module and inverter apparatus having the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5588956B2 (en) * 2011-11-30 2014-09-10 株式会社 日立パワーデバイス Power semiconductor device
JP6138500B2 (en) * 2013-01-30 2017-05-31 株式会社 日立パワーデバイス Power semiconductor device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108630643A (en) * 2018-06-08 2018-10-09 苏州加拉泰克动力有限公司 Radiator
CN108630644A (en) * 2018-08-09 2018-10-09 苏州加拉泰克动力有限公司 Radiator
KR20200023951A (en) 2018-08-27 2020-03-06 엘지전자 주식회사 Heat dissipation module
KR20200107543A (en) 2019-03-08 2020-09-16 엘지전자 주식회사 Heat dissipation module
KR20200107546A (en) 2019-03-08 2020-09-16 엘지전자 주식회사 Heat dissipation module
EP3897085A1 (en) 2020-04-17 2021-10-20 LG Electronics Inc. Electric power module and inverter apparatus having the same
KR20210128778A (en) 2020-04-17 2021-10-27 엘지전자 주식회사 Electric power module and inverter apparatus having the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101914927B1 (en) 2018-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101914927B1 (en) cooling module for Insulated Gate Bipolar Transistors
JP6315091B2 (en) Cooler and fixing method of cooler
US9237676B2 (en) Semiconductor module cooler and semiconductor module
JP2015216409A (en) Cooler for semiconductor module
CN104247009A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US20210153394A1 (en) Cooling arrangement for electrical components, converter with a cooling arrangement, and aircraft having a converter
CN109920768B (en) High-power IGBT module water-cooling heat dissipation system considering operation conditions
JP2016225530A (en) Liquid-cooled cooling device
US20190069450A1 (en) Power converter for railroad vehicle
KR20140000066A (en) Heat dissipation system for power module
JP7118262B2 (en) semiconductor equipment
JP2009033799A (en) Cooling structure of three-level power conversion equipment
KR102256906B1 (en) Cold plate assembly for electrical cabinet
JP6171164B2 (en) COOLING DEVICE AND ELECTRIC CAR AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME
CN114828598A (en) Liquid cooling radiator, electric drive controller and car
JP7164545B2 (en) Semiconductor equipment, power modules and power supplies
CN206525069U (en) Radiator for power electronic devices
JP6748082B2 (en) Semiconductor module
CN109841585B (en) High-power IGBT module air-cooled radiating fin considering operation conditions
KR101643930B1 (en) Cooling Device for Use with Semiconductor Device and Manufacturing Method Therefor
JP2011018846A (en) Cooling device
KR20180002663U (en) Thermal radiating structure
KR102455677B1 (en) semiconductor device
WO2023188551A1 (en) Power semiconductor module and power conversion apparatus
US10886194B2 (en) Radiator component and heat dissipation system for power semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant