KR20200092926A - Power semiconductor use device - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a double-sided cooling device for a power semiconductor. The double-sided cooling device capable of securing optimal cooling efficiency comprises: a first heat pipe with a cooling passage; a thermoelectric element disposed on an upper surface of the first heat pipe; a power semiconductor disposed on the upper surface; and a second heat pipe disposed on the upper surface of the power semiconductor and provided with a water cooling passage.

Description

전력반도체용 양면 냉각장치{Power semiconductor use device}Double-sided cooling device for power semiconductors{Power semiconductor use device}

본 발명은 HEV/EV/FCEV용 인버터의 양면냉각 타입 전력반도체 냉각에 적용되는 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전소자와 히트파이프를 이용한 전력반도체용 양면 냉각장치에 관한 것이다. The present invention relates to a cooling device applied to the cooling of a power semiconductor of a double-sided cooling type of an inverter for HEV/EV/FCEV, and more particularly, to a double-sided cooling device for a power semiconductor using a thermoelectric element and a heat pipe.

최근 인버터용 양면 냉각 타입 전력반도체(파워모듈)는 소형화 추세이다. 2. Description of the Related Art Recently, a double-sided cooling type power semiconductor for an inverter (power module) has been miniaturized.

구체적으로, 인버터 사이즈를 줄여 출력밀도를 향상시키고, 중량을 줄여 연비를 개선하는 것은, 친환경차량용 인버터의 세계적인 제품/기술 로드맵이다.Specifically, reducing the size of the inverter to improve the output density and reducing the weight to improve fuel efficiency is a global product/technology roadmap of the inverter for eco-friendly vehicles.

이를 위해 트랜스퍼몰딩 타입 양면냉각형 전력반도체(파워모듈) 사용되고 이또한 소형화 추세이다. To this end, a transfer molding type double-sided cooling type power semiconductor (power module) is used, and this is also a trend of downsizing.

이와 관련된 특허로 대한민국 공개특허번호 제10-2014-0098805호에는 다수의 수냉 냉각 플레이트를 수직으로 세우고 냉각 플레이트 사이에 파워모듈을 수직으로 삽입하는 구조가 개시되어 있다. As a related patent, Korean Patent Publication No. 10-2014-0098805 discloses a structure in which a plurality of water cooling cooling plates are vertically placed and a power module is vertically inserted between the cooling plates.

그러나 상기 선행문헌은 냉각 플레이트를 각각 세워서 배열하고 파워모듈을 수직으로 삽입하여 파이프 방향으로 힘을 가해 파워모듈을 밀착시켜야 함으로써 조립 및 분리가 어려울 뿐만 아니라 작업시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다. However, the above-mentioned prior arts have problems in that assembly and separation are difficult and work time is long as the cooling plates are arranged vertically and power modules are inserted vertically to apply force in the pipe direction to close the power modules.

또한, 대한민국 공개특허번호 제10-2016-24073호에는 다중 밴딩 방식 냉각 플레이트를 사용하여 파워모듈을 수평으로 삽입하는 구조가 개시되어 있다. In addition, Korean Patent Publication No. 10-2016-24073 discloses a structure in which a power module is horizontally inserted using a multi-banding cooling plate.

그러나 상기 선행문헌은 S자형 냉각 플레이트 사이에 써멀 그리스를 도포한 파워모듈을 넣어야 하므로 냉각 플레이트를 동일한 사유로 양산 조립하는데 어려움이 있다. However, the above-mentioned prior art has difficulty in mass-producing and assembling the cooling plate for the same reason because a power module coated with thermal grease must be put between the S-shaped cooling plates.

대한민국 공개특허번호 제10-2014-0098805호Republic of Korea Patent No. 10-2014-0098805 대한민국 공개특허번호 제10-2016-0024073호Republic of Korea Patent No. 10-2016-0024073

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 히트파이프를 전력반도체 양측에 배치하여 냉각장치의 열용량을 넓이고, 열전소자와 전력반도체를 직접 접촉시켜 냉각 성능을 강화시킬 수 있는 전력반도체용 양면 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and is for a power semiconductor capable of enhancing cooling performance by arranging heat pipes on both sides of the power semiconductor to widen the heat capacity of the cooling device and directly contacting the thermoelectric element and the power semiconductor. The purpose is to provide a double-sided cooling device.

또한, 전력반도체의 온도를 모니터링하여 열전소자의 냉각량을 제어함으로써 최적의 냉각 효율을 확보할 수 있는 전력반도체용 양면 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to provide a double-sided cooling device for a power semiconductor that can secure an optimal cooling efficiency by monitoring the temperature of the power semiconductor and controlling the cooling amount of the thermoelectric element.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명은,The present invention as a technical means for achieving the above object,

수냉 유로가 구비된 제1 히트파이프;A first heat pipe provided with a water cooling passage;

상기 제1 히트파이프의 상면에 배치된 열전소자;A thermoelectric element disposed on an upper surface of the first heat pipe;

상기 상면에 배치된 전력반도체; 및A power semiconductor disposed on the upper surface; And

상기 전력반도체의 상면에 배치되고 수냉 유로가 구비된 제2 히트파이프;A second heat pipe disposed on an upper surface of the power semiconductor and having a water cooling passage;

를 포함하는 전력반도체용 양면 냉각장치를 제공한다.It provides a double-sided cooling device for a power semiconductor comprising a.

상기 전력반도체용 양면 냉각장치는, 상기 제1 히트파이프의 상면에 배치되고 상기 열전소자를 안착시키는 소자 장착부를 갖는 조립용 단자를 더 포함할 수 있다.The double-sided cooling device for a power semiconductor may further include an assembly terminal disposed on an upper surface of the first heat pipe and having an element mounting portion for seating the thermoelectric element.

상기 소자 장착부는 상기 열전소자의 하면이 상기 제1 히트파이프의 상면과 직접 접촉할 수 있도록 상기 조립용 단자의 상하를 관통하여 형성될 수 있다.The element mounting portion may be formed through the upper and lower portions of the assembly terminal so that the lower surface of the thermoelectric element directly contacts the upper surface of the first heat pipe.

상기 조립용 단자는 단열재로 형성될 수 있다.The assembly terminal may be formed of an insulating material.

상기 조립용 단자는 상기 전력반도체를 그 하부에서 지지하는 반도체 지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 전력반도체용 양면 냉각장치. The assembly terminal is a double-sided cooling device for a power semiconductor, characterized in that a semiconductor support is formed to support the power semiconductor underneath.

상기 전력반도체의 신호핀과 고전압 입출력단자는 서로 다른 방향으로 돌출될 수 잇다.The signal pin and the high voltage input/output terminal of the power semiconductor may protrude in different directions.

상기 열전소자 전원핀과 상기 전력반도체의 신호핀은 동일방향으로 배치될 수 있다. The power pin of the thermoelectric element and the signal pin of the power semiconductor may be arranged in the same direction.

상기 제1 히트파이프, 상기 열전소자, 상기 전력반도체 및 상기 제2 히트파이프가 적층된 구조물의 측면에 배치되며, 상기 전력반도체 및 상기 열전소자의 동작을 제어하는 구동보드를 더 포함할 수 있다.The first heat pipe, the thermoelectric element, the power semiconductor and the second heat pipe are disposed on the side of the stacked structure, and may further include a driving board for controlling the operation of the power semiconductor and the thermoelectric element.

상기 제1 히트파이프와 제2 히트파이프의 사이에 형성되는 공간에는 상기 조립용 단자의 측면과 접촉하도록, 수냉 유로가 구비된 보조 히트파이프가 배치될 수 있다.An auxiliary heat pipe provided with a water cooling channel may be disposed in a space formed between the first heat pipe and the second heat pipe to contact the side surface of the assembly terminal.

상기 제2 히트파이프의 상부에는 탄성 구조체가 장착되고 상기 탄성 구조체의 상부에는 쿨러커버가 장착될 수 있다.An elastic structure may be mounted on an upper portion of the second heat pipe, and a cooler cover may be mounted on an upper portion of the elastic structure.

상기 제1 히트파이프, 상기 열전소자, 상기 전력반도체 및 상기 제2 히트파이프가 적층된 모듈이 복수개 적층된 형태로 구현될 수 있다.A plurality of modules in which the first heat pipe, the thermoelectric element, the power semiconductor, and the second heat pipe are stacked may be implemented.

본 발명에 의한 전력반도체용 양면 냉각장치는 히트파이프를 전력반도체 양측에 배치하여 냉각장치의 열용량을 넓이고, 열전소자와 전력반도체를 직접 접촉시켜 냉각 성능을 강화시킬 수 있는 효과가 있다. The double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention has an effect of increasing heat capacity of the cooling device by placing heat pipes on both sides of the power semiconductor, and enhancing cooling performance by directly contacting the thermoelectric element and the power semiconductor.

또한, 본 발명에 의한 전력반도체용 양면 냉각장치는 제1 히트파이프, 조립용 단자, 열전소자, 전력반도체, 제2 히트파이프가 모듈 단위로 구성될 뿐만 아니라 다수개 모듈의 적층 방식으로 확장 적용 가능하므로 인버터 출력에 따른 조립구조가 간단하고 표준화할 수 있는 효과가 있다. In addition, the double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention is not only composed of a first heat pipe, an assembly terminal, a thermoelectric element, a power semiconductor, or a second heat pipe as a module unit, and can be expanded by stacking multiple modules. Therefore, the assembly structure according to the inverter output is simple and has the effect of being standardized.

또한, 본 발명에 의한 전력반도체용 양면 냉각장치는 냉각장치 조립시 부품 적층 방식으로 조립 공정이 단순할 뿐만 아니라 인버터의 최대출력이 증가된 제품에 대해서는 냉각장치 모듈을 다수개 적층식으로 조립하여 단순한 공정으로 적용할 수 있는 효과가 있다. In addition, the double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention is not only a simple assembling process by a component stacking method when assembling a cooling device, but also a simple assembly by assembling a plurality of cooling device modules in a stacked manner for a product with an increased maximum output of an inverter. There is an effect that can be applied as a process.

또한, 본 발명에 의한 전력반도체용 양면 냉각장치는 인버터의 최대출력이 증가된 제품에 대해서는 동일한 냉각장치 모듈을 다수개 적층하여 사용 가능하므로 모듈단위 부품 공용화로 부품수를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention can be used by stacking a plurality of identical cooling device modules for a product in which the maximum output of the inverter is increased. .

도 1은 본 발명에 따른 전력반도체용 양면 냉각장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전력반도체용 양면 냉각장치를 나타낸 분리사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전력반도체용 양면 냉각장치를 나타낸 단면도.
도 4 내지 7은 본 발명에 따른 전력반도체용 양면 냉각장치의 다른 실시 예를 나타낸 도면.1 is a perspective view showing a double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing a double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention.
4 to 7 are views showing another embodiment of the double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 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. 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)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the invention is defined by the claims. Meanwhile, the terms used in the present specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, “comprises” or “comprising” means the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements other than the components, steps, operations and/or elements mentioned, or Addition is not excluded.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 전력반도체용 양면 냉각장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력반도체용 양면 냉각장치를 나타낸 분리사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전력반도체용 양면 냉각장치를 나타낸 단면도이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention in detail, Figure 1 is a perspective view showing a double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention, Figure 2 is a double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention 3 is a sectional view showing a double-sided cooling device for a power semiconductor according to the present invention.

본원발명인 전력반도체용 양면 냉각장치(100)는 제1 히트파이프(200), 조립용 단자(300), 열전소자(400), 전력반도체(500), 제2 히트파이프(600), 인버터 구동보드(700)를 포함한다. The double-sided cooling device 100 for power semiconductors of the present invention includes a first heat pipe 200, an assembly terminal 300, a thermoelectric element 400, a power semiconductor 500, a second heat pipe 600, and an inverter drive board. (700).

여기서, 상기 전력반도체용 양면 냉각장치(100)를 구성하는 제1 히트파이프(200)와 제2 히트파이프(600)는 냉각 튜브 안에 에탄올/아세톤등 상변환 물질을 넣은 것으로 상 변환(기체->액체,액체->기체)시 열에너지를 흡수/배출하는 특성을 이용하여 열을 전달하게 된다. Here, the first heat pipe (200) and the second heat pipe (600) constituting the two-sided cooling device (100) for the power semiconductor are phase converted (gas-> In the case of liquid, liquid -> gas), heat is transferred using the characteristics of absorbing/discharging thermal energy.

상기 제1 히트파이프(200)는 하부에 배치된다. The first heat pipe 200 is disposed at the bottom.

그리고 상기 제1 히트파이프(200)의 내부에 열을 냉각시키는 물이 순환될 수 있도록 수냉 유로(220)가 형성된다. In addition, a water cooling passage 220 is formed in the first heat pipe 200 to circulate water for cooling heat.

즉, 상기 제1 히트파이프(200)는 하부에 배치되어, 전력반도체(500)에서 발생한 열을 공급받아 전달하는 열전소자(400)를 수냉 유로(220)를 통과하는 냉각수를 통해 냉각시키게 된다.That is, the first heat pipe 200 is disposed at the bottom to cool the thermoelectric element 400 that receives and transfers heat generated from the power semiconductor 500 through cooling water passing through the water cooling passage 220.

또한, 상기 제1 히트파이프(200)는 상기 제2 히트파이프(600)와 함께 수평방향으로 연장되고, 상기 제1 히트파이프(200)와 제2 히트파이프(600)의 사이에 형성되는 공간에는 수냉 유로(820)가 구비된 보조 히트파이프(800)가 장착될 수 있다. In addition, the first heat pipe 200 is extended in the horizontal direction with the second heat pipe 600, the space formed between the first heat pipe 200 and the second heat pipe 600 An auxiliary heat pipe 800 equipped with a water cooling channel 820 may be mounted.

즉, 상기 제1 히트파이프(200)와 제2 히트파이프(600)는 조립단자(300)와 대응하는 높이와 히트파이프(200, 600)의 연장길이만큼 크기를 가지는 보조 히트파이프(800)를 장착하여, 상기 조립용 단자(300)를 통해 전달되는 열을 수냉 유로(820)를 순환하는 냉각수를 통해 냉각할 뿐만 아니라 상기 제1, 2 히트파이프(200, 600)와 열 교환될 수 있도록 한 것이다. That is, the first heat pipe 200 and the second heat pipe 600 is a secondary heat pipe 800 having a height corresponding to the assembly terminal 300 and a size equal to the extension length of the heat pipes 200 and 600. By mounting, the heat transferred through the assembly terminal 300 is not only cooled through cooling water circulating through the water cooling channel 820, but also can be heat exchanged with the first and second heat pipes 200 and 600. will be.

상기 조립용 단자(300)는 제1 히트파이프(200)의 상부에 장착된다.The assembly terminal 300 is mounted on the first heat pipe 200.

그리고 상기 조립용 단자(300)는 내부에 열전소자(400)가 장착되는 소자 장착부(320)가 형성된다.And the terminal for assembly 300 is formed with an element mounting portion 320 in which the thermoelectric element 400 is mounted.

여기서, 상기 조립용 단자(300)는 열전소자(400)가 제1 히트파이프(200)와 직접 접촉할 수 있도록 소사 장착부(320)가 관통형성되고, 상기 소자 장착부(320)를 제외한 부분은 단열재로 형성된다.Here, the assembly terminal 300 is formed through the small mounting portion 320 so that the thermoelectric element 400 can directly contact the first heat pipe 200, the portion except for the element mounting portion 320 is insulating material It is formed of.

또한, 상기 조립용 단자(300)는 소자 장착부(320)의 상부에 전력반도체(500)와 대응하는 크기를 가지는 반도체 지지부(340)가 형성된다. In addition, the assembly terminal 300 has a semiconductor support portion 340 having a size corresponding to the power semiconductor 500 is formed on the upper portion of the element mounting portion 320.

즉, 상기 조립용 단자(300)는 소자 장착부(320)의 상부에 반도체 지지부(340)를 연통형성하여, 전력반도체(500)의 작동에 따른 열의 발생시 소자 장착부(320)에 위치한 열전소자(400)에 용이하게 열을 전달하게 된다. That is, the assembly terminal 300 is formed by communicating the semiconductor support 340 on the upper portion of the element mounting portion 320, when the heat generated by the operation of the power semiconductor 500, the thermoelectric element 400 located in the element mounting portion 320 ) To easily transfer heat.

상기 열전소자(400)는 조립용 단자(300)에 장착된다. The thermoelectric element 400 is mounted on the terminal 300 for assembly.

그리고 상기 열전소자(400)는 상부에 위치한 전력반도체(500)에서 공급되는 열을 제1 히트파이프(200)에 직접적으로 전달하게 된다. In addition, the thermoelectric element 400 directly transfers heat supplied from the power semiconductor 500 located at the top to the first heat pipe 200.

또한, 상기 열전소자(400)는 일 측으로 복수개의 열전소자 전원핀(420)이 장착되어, 상기 인버터 구동보드(700)에서 전달되는 신호에 따라 전원을 공급받게 된다. In addition, the thermoelectric element 400 is provided with a plurality of thermoelectric element power pins 420 on one side, and is supplied with power according to signals transmitted from the inverter driving board 700.

상기 전력반도체(500)는 조립용 단자(300)와 열전소자(400)의 상부에 장착된다. The power semiconductor 500 is mounted on the top of the assembly terminal 300 and the thermoelectric element 400.

즉, 상기 전력반도체(500)는 조립용 단자(300)의 반도체 지지부(340)에 장착되고, 내부에서 발생하는 열은 제1 히트파이프(200)와 제2 히트파이프(600)에 전달하게 된다. That is, the power semiconductor 500 is mounted on the semiconductor support portion 340 of the terminal 300 for assembly, and heat generated therein is transmitted to the first heat pipe 200 and the second heat pipe 600. .

구체적으로, 상기 전력반도체(500)는 내부에서 발생하는 열의 방향에 따라, 하부방향으로 발생하는 열은 열전소자(400)를 거쳐 제1 히트파이프(200)에 전달하고, 상부방향으로 발생하는 열은 직접적으로 제2 히트파이프(600)에 전달하게 된다. Specifically, the power semiconductor 500 according to the direction of the heat generated therein, the heat generated in the lower direction is transferred to the first heat pipe 200 through the thermoelectric element 400, the heat generated in the upper direction Is directly transferred to the second heat pipe 600.

그리고 상기 전력반도체(500)는 신호(전원, 구동신호, 온도센싱 등)를 받아 작동할 수 있도록 복수개의 전력반도체 신호핀(520)과 고전압 입출력단자(540)이 장착된다. In addition, the power semiconductor 500 is equipped with a plurality of power semiconductor signal pins 520 and a high voltage input/output terminal 540 to operate by receiving signals (power, driving signals, temperature sensing, etc.).

이때, 상기 전력반도체(500)의 전력반도체 신호핀(520)과 고전압 입출력단자(540)는 원활한 작동 및 결합 등을 위해 서로 다른 방향으로 돌출장착된다. At this time, the power semiconductor signal pin 520 and the high voltage input/output terminal 540 of the power semiconductor 500 are protruded in different directions for smooth operation and coupling.

또한, 상기 전력반도체 신호핀(520)은 인버터 구동보드(700)와 결합되는 열전소자 전원핀(420)을 고려하여, 상기 열전소자 전원핀(420)과 동일한 방향으로 전력반도체(500)에 장착된다. In addition, the power semiconductor signal pin 520 is mounted on the power semiconductor 500 in the same direction as the thermoelectric power pin 420 in consideration of the thermoelectric power pin 420 coupled with the inverter driving board 700. do.

상기 제2 히트파이프(600)는 전력반도체(500)의 상부에 배치된다. The second heat pipe 600 is disposed on the power semiconductor 500.

그리고 상기 제2 히트파이프(600)의 내부에는 열을 냉각시키는 물이 순환될 수 있도록 수냉 유로(620)가 형성된다. In addition, a water cooling passage 620 is formed inside the second heat pipe 600 to circulate water for cooling heat.

즉, 상기 제6 히트파이프(600)는 전력반도체(500)의 상부에 배치되어 직접적으로 전력반도체(500)를 냉각시키게 된다. That is, the sixth heat pipe 600 is disposed above the power semiconductor 500 to directly cool the power semiconductor 500.

상기 인버터 구동보드(700)는 열전소자 전원핀(420)과 전력반도체 신호핀(520)과 대향되는 방향에 설치된다. The inverter driving board 700 is installed in a direction opposite to the thermoelectric element power pin 420 and the power semiconductor signal pin 520.

그리고 상기 인버터 구동보드(700)는 전력반도체(500)의 온도를 센싱할 뿐만 아니라 전력반도체(500)의 온도 상태에 따라 열전소자(400)의 전원을 제어하여 냉각량을 조절하게 된다. In addition, the inverter driving board 700 not only senses the temperature of the power semiconductor 500 but also controls the power of the thermoelectric element 400 according to the temperature state of the power semiconductor 500 to adjust the cooling amount.

다음으로, 상기 전력반도체용 양면 냉각장치(100)는 도시된 도 4 내지 8과 같이 구성될 수 있다. Next, the double-sided cooling device 100 for a power semiconductor may be configured as shown in FIGS. 4 to 8.

먼저, 도시된 도 4의 전력반도체용 양면 냉각장치(100)는 제2 히트파이프(600)의 상부에 탄성 구조체(920)가 장착되고 상기 탄성 구조체(920)의 상부에는 쿨러커버(940)가 장착되는 예를 나타낸 것이다. First, in the illustrated double-sided cooling device 100 for a power semiconductor of FIG. 4, an elastic structure 920 is mounted on an upper portion of the second heat pipe 600, and a cooler cover 940 is provided on an upper portion of the elastic structure 920. It shows an example to be mounted.

즉, 상기 전력반도체용 양면 냉각장치(100)는 제2 히트파이프(600)의 상부에 탄성 구조체(920)를 장착하여 제1 히트파이프(200), 조립용 단자(300), 열전소자(400), 전력반도체(500), 제2 히트파이프(600)를 고정하고, 상기 쿨러커버(940)를 통해 마감할 수 있도록 한 것이다. That is, the power semiconductor double-sided cooling device 100 is mounted on the upper portion of the second heat pipe 600, the elastic structure 920, the first heat pipe 200, the assembly terminal 300, the thermoelectric element 400 ), the power semiconductor 500, the second heat pipe (600) is fixed, so that it can be closed through the cooler cover (940).

이때, 상기 탄성 구조체(920)는 아래와 위를 고정하면서도 전력반도체(500)의 주변기기의 면접촉을 좋게 하기 위하여 판 스프링으로 적용되는 것이 바람직하다. At this time, the elastic structure 920 is preferably applied as a leaf spring in order to improve the surface contact of the peripheral device of the power semiconductor 500 while fixing the top and bottom.

다음으로, 도시된 도 5의 전력반도체용 양면 냉각장치(100)는 다수개의 적층구조로 구성되는 예를 나타낸 것이다. Next, the illustrated double-sided cooling device 100 for a power semiconductor of FIG. 5 shows an example composed of a plurality of stacked structures.

즉, 상기 전력반도체용 양면 냉각장치(100)는 제1 히트파이프(200), 조립용 단자(300), 열전소자(400), 전력반도체(500), 제2 히트파이프(600)를 모듈단위로 구성한 후 다수개의 모듈을 적층하여 구성되는 예를 나타낸 것이다. That is, the double-sided cooling device 100 for the power semiconductor is a module unit of the first heat pipe 200, the terminal for assembly 300, the thermoelectric element 400, the power semiconductor 500, the second heat pipe 600 It shows an example that is composed by stacking a plurality of modules after the configuration.

이때, 최상단에 위치한 제2 히트파이프(600)의 상부에는 탄성 구조체(920)가 장착되고 상기 탄성 구조체(920)의 상부에는 쿨러커버(940)가 장착될 수 있다. At this time, an elastic structure 920 may be mounted on the upper portion of the second heat pipe 600 located at the uppermost end, and a cooler cover 940 may be mounted on the upper portion of the elastic structure 920.

다음으로, 도시된 도 6 및 7의 전력반도체용 양면 냉각장치(100)는 제1 히트파이프(200), 조립용 단자(300), 열전소자(400), 전력반도체(500), 제2 히트파이프(600), 인버터 구동보드(700)가 수직방향으로 장착되는 예를 나타낸 것이다. Next, the illustrated double-sided cooling device 100 for the power semiconductor of FIGS. 6 and 7 is the first heat pipe 200, the terminal for assembly 300, the thermoelectric element 400, the power semiconductor 500, the second heat It shows an example in which the pipe 600 and the inverter driving board 700 are mounted in the vertical direction.

즉, 상기 전력반도체용 양면 냉각장치(100)는 히트파이프(200, 600)의 물질 상변환 개념상 수직방향일 때 냉각성능이 가장 좋으며 각도가 작아질수록 냉각 성능이 떨어지는 원리를 이용한 것이다. That is, the double-sided cooling device 100 for the power semiconductor uses the principle that the cooling performance is best when the heat pipes 200 and 600 are in the vertical direction due to the material phase conversion concept, and the cooling performance decreases as the angle decreases.

상기와 같이 구성되는 전력반도체용 양면 냉각장치의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다. Looking at the embodiment of the double-sided cooling device for a power semiconductor configured as described above is as follows.

먼저, 내부에는 냉각수가 순환될 수 있도록 수냉 유로(220)가 형성되는 제1 히트파이프(200)를 하부에 배치한다. First, a first heat pipe 200 in which a water cooling channel 220 is formed is disposed in the lower portion so that cooling water can be circulated therein.

그리고 상기 제1 히트파이프(200)의 상부로 내부에 소자 장착부(320)와 반도체 지지부(340)가 형성되는 조립용 단자(300)를 설치한다. In addition, an assembly terminal 300 in which an element mounting portion 320 and a semiconductor support portion 340 are formed is installed inside the first heat pipe 200.

다음으로, 상기 조립용 단자(300)를 구성하는 소자 장착부(320)에 복수개의 열전소자 전원핀이 구비된 열전소자(400)를 장착한 후, 상기 열전소자(400)의 상부에 위치한 반도체 지지부(340)에 복수개의 전력반도체 신호핀(520)과 고전압 입출력단자(540)가 구비된 전력반도체(500)를 장착한다. Next, after mounting the thermoelectric element 400 provided with a plurality of thermoelectric power pins to the element mounting portion 320 constituting the terminal 300 for assembly, the semiconductor support located on the top of the thermoelectric element 400 A power semiconductor 500 equipped with a plurality of power semiconductor signal pins 520 and a high voltage input/output terminal 540 is mounted at 340.

그리고 상기 전력반도체(500)의 상부에 수냉 유로(620)가 구비된 제2 히트파이프(600)를 장착한 후, 상기 열전소자 전원핀(420)과 전력반도체 신호핀(520)의 반대방향에 위치한 제1, 2 히트파이프(200, 600)의 사이 공간으로 수냉 유로(820)가 구비된 보조 히트파이프(800)를 장착한다. Then, after mounting the second heat pipe 600 provided with a water cooling channel 620 on the upper portion of the power semiconductor 500, in the opposite direction of the power supply pin 420 and the power semiconductor signal pin 520 A secondary heat pipe 800 equipped with a water cooling channel 820 is mounted as a space between the located first and second heat pipes 200 and 600.

다음으로, 상기 열전소자 전원핀(420)과 전력반도체 신호핀(520)과 대향되는 방향에 인버터 구동보드(700)를 설치하면, 전력반도체용 양면 냉각장치(100)의 조립은 완료된다. Next, when the inverter driving board 700 is installed in directions opposite to the power pin 420 of the thermoelectric element and the signal pin 520 of the power semiconductor, assembly of the double-sided cooling device 100 for the power semiconductor is completed.

여기서, 상기 전력반도체용 양면 냉각장치의 조립(설치)순서는 상기와 다르게 이루어질 수 있음을 밝힌다.Here, it is revealed that the assembly (installation) order of the double-sided cooling device for the power semiconductor can be made differently from the above.

이와 같은 상태에서 상기 전력반도체용 양면 냉각장치(100)를 통한 전력반도체(500)의 냉각구조를 살펴보면 하기와 같다. Looking at the cooling structure of the power semiconductor 500 through the double-sided cooling device 100 for the power semiconductor in this state is as follows.

먼저, 전력반도체(500)와 결합된 전력반도체 신호핀(520)을 통해 인버터 구동보드(700)는 전력반도체(500)의 온도를 체크한 후 열전소자 전원핀(420)에 전원을 공급하게 된다. First, through the power semiconductor signal pin 520 combined with the power semiconductor 500, the inverter driving board 700 checks the temperature of the power semiconductor 500 and supplies power to the thermoelectric element power pin 420. .

이와 같은 상태에서, 상기 전력반도체(500)에서 발생하는 열은 방향에 따라, 하부방향으로 열이 전달될 경우 열전소자(400)를 거쳐 제1 히트파이프(200)에 전달되고, 상부방향으로 열이 전달될 경우 제2 히트파이프(600)에 직접 전달되며, 후방으로 전달될 경우 보조 히트파이프(800)에 직접 전달하게 된다. In this state, heat generated from the power semiconductor 500 is transferred to the first heat pipe 200 through the thermoelectric element 400 when heat is transferred in a downward direction according to a direction, and heat in an upward direction. When it is delivered, it is directly transmitted to the second heat pipe 600, and when it is transmitted to the rear, it is directly transmitted to the auxiliary heat pipe 800.

이후, 상기 전력반도체(500)의 온도를 인버터 구동보드(700)를 통해 실시간으로 체크하면서 상기 제1 히트파이프(200)와 제2 히트파이프(600) 및 보조 히트파이프(800)를 통해 냉각하면 된다. Subsequently, when the temperature of the power semiconductor 500 is checked in real time through the inverter driving board 700, cooling is performed through the first heat pipe 200, the second heat pipe 600, and the auxiliary heat pipe 800. do.

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. The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains, various modifications and variations are possible without departing from the essential characteristics of the present invention.

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.Therefore, the embodiments expressed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical spirits equivalent to or within the equivalent ranges should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100 : 전력반도체용 양면 냉각장치
200 : 제1 히트파이프 220 : 수냉 유로
300 : 조립용 단자 320 : 소자 장착부
340 : 반도체 지지부 400 : 열전소자
420 : 열전소자 전원핀 500 : 전력반도체
520 : 전력반도체 신호핀 540 : 고전압 입출력단자
600 : 제2 히트파이프 700 : 인버터 구동보드
800 : 보조 히트파이프 820 : 수냉 유로
920 : 탄성 구조체 940 : 쿨러커버100: double-sided cooling device for power semiconductors
200: first heat pipe 220: water cooling passage
300: assembly terminal 320: element mounting portion
340: semiconductor support 400: thermoelectric element
420: thermoelectric element power supply pin 500: power semiconductor
520: power semiconductor signal pin 540: high voltage input and output terminals
600: second heat pipe 700: inverter drive board
800: auxiliary heat pipe 820: water cooling passage
920: elastic structure 940: cooler cover

Claims (11)

수냉 유로가 구비된 제1 히트파이프;
상기 제1 히트파이프의 상면에 배치된 열전소자;
상기 상면에 배치된 전력반도체; 및
상기 전력반도체의 상면에 배치되고 수냉 유로가 구비된 제2 히트파이프;
를 포함하는 전력반도체용 양면 냉각장치.
A first heat pipe provided with a water cooling passage;
A thermoelectric element disposed on an upper surface of the first heat pipe;
A power semiconductor disposed on the upper surface; And
A second heat pipe disposed on an upper surface of the power semiconductor and having a water cooling passage;
Double-sided cooling device for a power semiconductor comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제1 히트파이프의 상면에 배치되고 상기 열전소자를 안착시키는 소자 장착부를 갖는 조립용 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 1,
A double-sided cooling device for a power semiconductor, further comprising an assembly terminal disposed on an upper surface of the first heat pipe and having an element mounting portion for seating the thermoelectric element.
제2항에 있어서,
상기 소자 장착부는 상기 열전소자의 하면이 상기 제1 히트파이프의 상면과 직접 접촉할 수 있도록 상기 조립용 단자의 상하를 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 2,
The element mounting portion is formed by penetrating the upper and lower portions of the assembly terminal so that the lower surface of the thermoelectric element directly contacts the upper surface of the first heat pipe.
제2항에 있어서,
상기 조립용 단자는 단열재로 형성된 것을 특징으로 하는 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 2,
The assembly terminal is a double-sided cooling device for a power semiconductor, characterized in that formed of a heat insulating material.
제2항에 있어서,
상기 조립용 단자는 상기 전력반도체를 그 하부에서 지지하는 반도체 지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 2,
The assembly terminal is a double-sided cooling device for a power semiconductor, characterized in that a semiconductor support is formed to support the power semiconductor underneath.
제1항에 있어서,
상기 전력반도체의 신호핀과 고전압 입출력단자는 서로 다른 방향으로 돌출되는 것인 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 1,
The signal pin of the power semiconductor and the high-voltage input/output terminals protrude in different directions.
제1항에 있어서,
상기 열전소자 전원핀과 상기 전력반도체의 신호핀은 동일방향으로 배치되는 것인 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 1,
The power supply pin of the thermoelectric element and the signal pin of the power semiconductor are arranged in the same direction.
제1항에 있어서,
상기 제1 히트파이프, 상기 열전소자, 상기 전력반도체 및 상기 제2 히트파이프가 적층된 구조물의 측면에 배치되며, 상기 전력반도체 및 상기 열전소자의 동작을 제어하는 구동보드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 1,
The first heat pipe, the thermoelectric element, the power semiconductor and the second heat pipe is disposed on the side of the stacked structure, further comprising a drive board for controlling the operation of the power semiconductor and the thermoelectric element Double-sided cooling device for electric power semiconductors.
제2항에 있어서,
상기 제1 히트파이프와 제2 히트파이프의 사이에 형성되는 공간에는 상기 조립용 단자의 측면과 접촉하도록, 수냉 유로가 구비된 보조 히트파이프가 배치되는 것을 특징으로 하는 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 2,
In the space formed between the first heat pipe and the second heat pipe, a dual heat pipe for a power semiconductor, characterized in that an auxiliary heat pipe provided with a water cooling channel is arranged to contact the side surface of the assembly terminal.
제1항에 있어서,
상기 제2 히트파이프의 상부에는 탄성 구조체가 장착되고 상기 탄성 구조체의 상부에는 쿨러커버가 장착되는 것인 전력반도체용 양면 냉각장치.
According to claim 1,
An elastic structure is mounted on the upper portion of the second heat pipe, and a cooler cover is mounted on the upper portion of the elastic structure.
제1항에 있어서,
상기 제1 히트파이프, 상기 열전소자, 상기 전력반도체 및 상기 제2 히트파이프가 적층된 모듈이 복수개 적층된 것을 특징으로 하는 전력반도체용 양면 냉각 장치.
According to claim 1,
A double-sided cooling device for a power semiconductor, characterized in that a plurality of modules in which the first heat pipe, the thermoelectric element, the power semiconductor, and the second heat pipe are stacked is stacked.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230090747A (en) 2021-12-15 2023-06-22 현대자동차주식회사 Cooling apparatus for both sides of power module
KR20230094013A (en) 2021-12-20 2023-06-27 현대자동차주식회사 Cooling apparatus for power module
KR20230158286A (en) 2022-05-11 2023-11-20 현대자동차주식회사 Cooling apparatus for power module

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009231729A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Nec Corp Semiconductor device
JP2009266986A (en) * 2008-04-24 2009-11-12 Denso Corp Power conversion apparatus and manufacturing method thereof
JP5273101B2 (en) * 2010-06-23 2013-08-28 株式会社デンソー Semiconductor module and manufacturing method thereof
JP5434914B2 (en) * 2008-06-12 2014-03-05 株式会社安川電機 Power module and control method thereof
KR20140098805A (en) 2011-12-20 2014-08-08 도요타 지도샤（주） Semiconductor module
KR20160024073A (en) 2014-08-22 2016-03-04 현대자동차주식회사 Thermal managing unit and high-voltage battery

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009231729A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Nec Corp Semiconductor device
JP2009266986A (en) * 2008-04-24 2009-11-12 Denso Corp Power conversion apparatus and manufacturing method thereof
JP5434914B2 (en) * 2008-06-12 2014-03-05 株式会社安川電機 Power module and control method thereof
JP5273101B2 (en) * 2010-06-23 2013-08-28 株式会社デンソー Semiconductor module and manufacturing method thereof
KR20140098805A (en) 2011-12-20 2014-08-08 도요타 지도샤（주） Semiconductor module
KR20160024073A (en) 2014-08-22 2016-03-04 현대자동차주식회사 Thermal managing unit and high-voltage battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230090747A (en) 2021-12-15 2023-06-22 현대자동차주식회사 Cooling apparatus for both sides of power module
KR20230094013A (en) 2021-12-20 2023-06-27 현대자동차주식회사 Cooling apparatus for power module
KR20230158286A (en) 2022-05-11 2023-11-20 현대자동차주식회사 Cooling apparatus for power module

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