KR20180085156A

KR20180085156A - 대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치

Info

Publication number: KR20180085156A
Application number: KR1020170008425A
Authority: KR
Inventors: 강성용
Original assignee: 주식회사 파이온이엔지
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2018-07-26
Also published as: KR101926638B1

Abstract

본 발명은 수냉식 냉각장치에 관한 것으로, 특히 SCR 등의 대전력 반도체소자를 효율적으로 냉각시키기 위한 대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 서로 마주보며 일렬로 위치하는 복수의 전력제어소자; 상기 복수의 전력제어소자의 사이사이에 위치하여 면접촉하고, 제일 첫단의 전력제어소자와 제일 끝단의 전력제어소자의 외측면에 각각 면접촉하는 복수의 방열수단; 상기 복수의 전력제어소자와 방열수단을 고정시키는 프레임; 상기 방열수단 중 첫단의 방열수단에 구비되어 냉각수를 유입시키기 위한 유입구; 상기 방열수단 중 끝단의 방열수단에 구비되어 냉각수를 유출시키기 위한 유출구; 상기 복수의 방열수단의 일측부와 타측부를 각각 연결하여 유입구를 통해 유입된 냉각수가 각 방열수단을 순환하여 유출구로 유출되도록 하는 순환호스;를 포함하여 구성된다.

Description

대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치{COOLING APPARATUS OF WATER-COOLED FOR HIGH POWER SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 수냉식 냉각장치에 관한 것으로, 특히 SCR 등의 대전력 반도체소자를 효율적으로 냉각시키기 위한 대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 전력제어를 위한 대전력 반도체소자로서 SCR(Silicon Controlled Rectifier)을 사용하게 되는데, 이러한 SCR은 자체 발열량이 높으므로 열적 한계 범위 내의 온도를 유지하여야 하면, 그 온도를 유지하지 못하게 되면 파손 등의 문제점이 발생하게 된다.

따라서 이러한 대전력 반도체소자를 방열시키면서 냉각시켜야 하는데, 그 한가지 방안으로서 수냉식 냉각장치를 사용하게 된다.

수냉방식은 열전도율이 좋고 가격이 저렴하여 많이 사용되는데, 등록특허 제10-0906186호(수냉식 방열장치 및 이의 제조방법)에서는 벤츄리관 형태의 유로를 통해 냉각수의 순환을 빠르게 하는 구조가 나타나 있다.

도1 및 도2는 이러한 종래 기술에 의한 수냉식 방열장치의 구조와 방열수단의 단면구조를 보인 도로서, SCR(Silicon Controlled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor) 등의 소자도 된 전력제어소자(10); 상기 전력제어소자(10)를 사이에 두고 배열된 전방 및 후방 전원공급부재(20); 상기 후방 전원공급부재(20B) 측에 배열된 방열수단(30); 및 상기 후방 전원공급부재(20)와 방열수단(30) 사이에 배열된 절연부재(40);를 포함하여 이루어지되, 상기 전방 전원공급부재(20A) 측에는 상기 전력제어소자(10)의 균일 접촉을 위한 밸런싱수단(50)이 구비되고, 상기 전방 및 후방 전원공급부재(20), 방열수단(30) 및 밸런싱수단(50)에는 각각 결합공이 형성되어 체결수단(60)에 의하여 고정된다.

이때, 상기 방열수단(30)의 본체(32)의 유입구(33)와 유출구(34)는 상기 유로부(35)와 연통 가능하도록 형성되는데, 상기 유로부(35)는 상기 유입구(33)와 유출구(34)와 연통 가능하고, 상호 대칭적인 형상을 갖는 변형단면부(36)와, 상기 변형단면부(36)를 잇고 상호 연통 가능하도록 형성된 균일단면부(37)가 직선 형태로 구비된다.

상기 유로부(35)의 변형단면부(36)는 벤츄리 효과를 이용한 것으로, 유체의 속도와 압력의 변화를 이용하여 냉각효율을 향상시키게 된다.

그런데, 이러한 종래의 기술에 따른 수냉식 방열장치는 방열수단(30)이 후방 전원공급부재(20B) 측에 배열되어 전력제어소자(10)의 일측면에만 접촉되므로, 전력제어소자(10)의 타측에서 발생하는 열을 효율적으로 방열하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 방열수단(30)의 내부 구조가 복잡하여 가공하기가 매우 어려우므로, 제품의 가격상승의 요인이 된다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하고자 하여, 전력제어소자의 일측과 타측면으로 냉각수가 순환하면서 효율적인 냉각이 이루어질 수 있도록 한 대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치는,

서로 마주보며 일렬로 위치하는 복수의 전력제어소자;

상기 복수의 전력제어소자의 사이사이에 위치하여 면접촉하고, 제일 첫단의 전력제어소자와 제일 끝단의 전력제어소자의 외측면에 각각 면접촉하는 복수의 방열수단;

상기 복수의 전력제어소자와 방열수단을 고정시키는 프레임;

상기 방열수단 중 첫단의 방열수단에 구비되어 냉각수를 유입시키기 위한 유입구;

상기 방열수단 중 끝단의 방열수단에 구비되어 냉각수를 유출시키기 위한 유출구;

상기 복수의 방열수단의 일측부와 타측부를 각각 연결하여 유입구를 통해 유입된 냉각수가 각 방열수단을 순환하여 유출구로 유출되도록 하는 순환호스;를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 전력제어소자는 2개로 구성되고, 상기 프레임과 방열수단은 전도성 재질로 되어 있으며, 상기 프레임은 첫단의 방열수단과 끝단의 방열수단의 외측에서 가압하여 전력제어소자와 방열수단을 고정함과 아울러, 상기 전력제어소자의 사이에는 방열수단과 접촉하여 제1전원공급부재가 삽입되며, 상기 프레임에는 제2전원공급부재가 구비된다.

이러한 구성에 따르면, 전력제어소자의 양측면에서 효율적인 냉각이 이루어지게 되므로, 발열에 의한 손상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 간단한 구조를 가지므로 그만큼 제조비용이 저렴한 장점이 있다.

도1 및 도2는 종래기술에 따른 수냉식 냉각장치의 구조를 보인 도.
도3은 본 발명의 외관 구조를 보인 도.
도4는 도3의 평면도.
도5는 도3의 정면도.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 외관 구조를 보인 도이고, 도4는 도3의 평면도이며, 도5는 도3의 정면도로서, 크게 프레임(100), 전력제어소자(130,131), 전원공급부재(140,141), 그리고, 방열수단(150,160,170)으로 구성된다.

프레임(100)은 전도성 재질로 되어 '┓' 형태의 몸체를 가지며, 개방된 일측에는 제2고정바(102)가 위치하며, 타측 즉 프레임(100)의 반대편의 외측에는 제1고정바(101)가 위치하여 장볼트 형태의 상부체결볼트(103)와 하부체결볼트(104)가 제2고정바(102), 프레임(100), 제1고정바(101)를 관통하여 체결된다.

이러한 프레임(100)의 내측에는 복수의 전력제어소자(130,131)와 방열수단(150,160,170)가 위치하며, 그 전력제어소자(130,131)와 방열수단(150,160,170)은 상부체결볼트(103)와 하부체결볼트(104)에 의해 가압되어 고정된다.

즉, 상부체결볼트(103)와 하부체결볼트(104)를 제1고정바(101)의 외측에서 각각 너트에 의해 조이게 되면, 제2고정바(102)가 제1고정바(101) 쪽으로 이동하면서 전력제어소자(130,131)와 방열수단(150,160,170)을 가압하면서 고정하게 되는 것이다.

전력제어소자(130,131)와 방열수단(150,160,170)는 각각 복수개가 구비될 수 있는데, 도면에서는 2개의 제1 및 제2전력제어소자(130,131)와 3개의 방열수단(150,160,170)이 순차적으로 일렬로 배치된 상태를 보여준다.

즉, 첫단의 제1전력제어소자(130)의 외측면에 제1방열수단(150)이 면접촉하여 위치하고, 마지막단의 제2전력제어소자(131)의 외측면에 제3방열수단(170)이 면접촉하여 위치하게 되며, 제1전력제어소자(130)와 제2전력제어소자(131)의 사이에 제2 방열수단(160)이 삽입되어 양측면이 각각 제1전력제어소자(130)와 제2전력제어소자(131)의 내측면과 면접촉하여 위치하게 된다.

물론, 3개 이상의 전력제어소자가 구비된 경우에도 사이사이에 방열수단이 삽입되어 면접촉하도록 위치하며, 전력제어소자의 첫단과 끝단의 외측면에도 방열수단이 면접촉하게 되며, 프레임(100)은 전력제어소자와 방열수단 간의 면접촉력을 증대함과 동시에 고정을 하게 되는 것이다.

이러한 방열수단(150,160,170)은 전도성 재질로 되어 있으며, 내측에는 냉각수가 수용되는 공간이 형성되며, 양측에는 각각 냉각수가 유입 및 유출될 수 있도록 유입구와 유출구를 가지게 된다.

이때 제일 첫단의 제1방열수단(150)에는 외부로부터 냉각수를 유입시키기 위한 호스가 연결되는 유입구(151)를 가지며, 마지막단의 제3방열수단(170)에는 냉각수를 외부로 유출시키기 위한 유출구(171)를 가지게 된다.

또한, 첫단의 제1방열수단(150)의 유출구와 두번째 제2방열수단(160)의 유입구가 순환호스(180)에 의해 연결되고, 두번째 제2방열수단(160)의 유출구와 마지막단의 제3방열수단(170)의 유입구가 순환호스(181)에 의해 연결됨으로써 유입구(151)로 유입된 냉각수는 방열수단(150,160,170)을 순차적으로 순환하여 유출구(171)로 유출되는 것이다.

이러한 냉각수의 순환에 의해 제1 및 제2전력제어소자(130,131)는 양측면이 충분히 냉각되어 열에 의한 손상이 방지되는 것이다.

한편, 중간에 삽입된 제2방열수단(160)과 제2전력제어소자(131)의 사이에는 제1전원공급부재(140)가 삽입되어 있고, 또한 프레임(100)에는 제2전원공급부재(141)가 구비되어 있어서, 제어단자부(120)로부터 공급되는 제어신호를 전력제어소자(130,131)에 공급하게 된다.

즉, 제1고정바(101)에 절연플레이트(110)를 매개로 하여 제어단자부(120)가 고정됨으로써 제어단자부(120)를 통해 제1전원공급부재(140)에 '+'을 공급하고, 제2전원공급부재(141)에 '-'전원을 공급하게 되면, 전도성 재질로 된 프레임(100)에 의해 '-'전원은 제1 및 제2전력제어소자(130,131)의 공통전원으로 작용하고, 방열수단(160)에 의해 제1전력제어소자(130)에도 '+'전원이 공급됨으로써 제1 및 제2전력제어소자(130,131)에 전원이 공급되어 제어가 가능한 것이다.

상기의 전력제어소자(130,131)는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로 구성된다.

100 : 프레임
101,102 : 고정바
101,104 : 체결볼트
110 : 절연플레이트
120 : 제어단자부
130,131 : 전력제어소자
140,141 : 전원공급부재
150,160,170 : 방열소자
180,180 : 순환호스

Claims

서로 마주보며 일렬로 위치하는 복수의 전력제어소자;
상기 복수의 전력제어소자의 사이사이에 위치하여 면접촉하고, 제일 첫단의 전력제어소자와 제일 끝단의 전력제어소자의 외측면에 각각 면접촉하는 복수의 방열수단;
상기 복수의 전력제어소자와 방열수단을 고정시키는 프레임;
상기 방열수단 중 첫단의 방열수단에 구비되어 냉각수를 유입시키기 위한 유입구;
상기 방열수단 중 끝단의 방열수단에 구비되어 냉각수를 유출시키기 위한 유출구;
상기 복수의 방열수단의 일측부와 타측부를 각각 연결하여 유입구를 통해 유입된 냉각수가 각 방열수단을 순환하여 유출구로 유출되도록 하는 순환호스;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 전력제어소자는 2개로 구성되고, 상기 프레임과 방열수단은 전도성 재질로 되어 있으며, 상기 프레임은 첫단의 방열수단과 끝단의 방열수단의 외측에서 가압하여 전력제어소자와 방열수단을 고정함과 아울러, 상기 전력제어소자의 사이에는 방열수단과 접촉하여 제1전원공급부재가 삽입되며, 상기 프레임에는 제2전원공급부재가 구비된 것을 특징으로 하는 대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 전력제어소자는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)인 것을 특징으로 하는 대전력 반도체소자용 수냉식 냉각장치.