KR20210066249A - Igbt의 방열을 위한 면상 발열히터 igbt의 연결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조에 관한 것으로서, 면상 발열히터의 몸체의 일측면에 결합되는 세라믹기판; 세라믹기판위에 배치되는 IGBT; 및 IGBT 상면에서 IGBT를 세라믹기판위에 고정시키는 세라믹 홀더;를 포함하며, 세라믹 홀더는 결합방향을 따라 파형의 구조를 형성하며, 양단이 몸체에 고정되어 세라믹기판에 IGB를 밀착 고정시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, IGBT의 절연성 확보를 위해서 IGBT와 맞닿는 면에 세라믹기판을 배치하고, 그 타측면에 세라믹홀더를 이용해서 IGBT와 세라믹기판이 밀착되도록 함으로써 IGBT의 절연성능과 방열성능을 향상시킬 수 있다.

Description

IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조{Connection structure of plate heater IGBT for radiating IGBT}

본 발명은 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 IGBT의 절연성 확보를 위해서 IGBT와 맞닿는 면에 세라믹기판을 배치하고, 그 타측면에 세라믹홀더를 이용해서 IGBT와 세라믹기판이 밀착되도록 함으로써 IGBT의 절연성능과 방열성능을 향상시킬 수 있는 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조에 관한 것이다.

최근에 화석연료의 고갈 염려 등으로 인해 전기로 구동되는 다양한 전기 구동 장치, 예컨대 전기자동차(Electric Vehicle), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in HEV; PHEV) 등이 개발되고 있다. 전기자동차는 엔진 없이 배터리를 통한 전기에너지를 주 동력원으로 하는 자동차로서, 배출가스가 전혀 발생하지 않는다. 하이브리드 전기자동차는 엔진과 전기모터를 함께 사용하며, 엔진의 부하를 감소시켜 에너지 효율을 높일 수 있는 자동차이다. 그리고 플러그-인 하이브리드 전기자동차는 엔진과 전기모터를 함께 사용한다는 점에서 하이브리드 전기자동차에 해당되며, 배터리는 플러그-인을 통해 외부 전원으로 충전한다는 점에서 하이브리드 전기자동차와 차이가 있다.

이와 같은 전기 구동 장치는 필수적으로 전기를 공급하기 위한 배터리가 필요하다. 배터리로는 충전 및 방전이 가능한 리튬 배터리가 사용되고 있다. 이러한 전기 구동 장치 중 전기자동차는 난방을 위해서 온풍기를 구비한다. 즉 전기자동차는 엔진 없이 배터리를 통한 전기에너지를 주 동력원으로 하는 자동차이기 때문에, 온풍기와 같은 난방을 위한 열원이 별도로 필요하다.

한편, 기존 IGBT 조립시에 절연성능의 확보를 위해 활용되는 절연패드의 방열량이 평균 1 ~ 2W/m K로 방열이 필요한 IGBT 소자에 좋지 않은 구조이다. 이에 따라, IGBT의 방열을 효과적으로 할 수 있는 절연구조의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

(한국등록특허 제10-1401396호, 2014년 5월 23일)

본 발명의 목적은 IGBT의 절연성 확보를 위해서 IGBT와 맞닿는 면에 세라믹기판을 배치하고, 그 타측면에 세라믹홀더를 이용해서 IGBT와 세라믹기판이 밀착되도록 함으로써 IGBT의 절연성능과 방열성능을 향상시킬 수 있는 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조는 면상 발열히터의 몸체의 일측면에 결합되는 세라믹기판; 세라믹기판위에 배치되는 IGBT; 및 IGBT 상면에서 IGBT를 세라믹기판위에 고정시키는 세라믹 홀더;를 포함하며, 세라믹 홀더는 결합방향을 따라 파형의 구조를 형성하며, 양단이 몸체에 고정되어 세라믹기판에 IGB를 밀착 고정시킬 수 있다.

여기서, 몸체는 세라믹기판이 결합되는 위치에 단차형성되어 세라믹기판의 이탈을 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조는 IGBT의 절연성 확보를 위해서 IGBT와 맞닿는 면에 세라믹기판을 배치하고, 그 타측면에 세라믹홀더를 이용해서 IGBT와 세라믹기판이 밀착되도록 함으로써 IGBT의 절연성능과 방열성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조의 부분 상세 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조의 부분으 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조의 세라믹 홀더의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에서, 면상 발열체는 면상 발열체는 면 모양의 열을 내는 물체를 일컫는바, 면상 발열체에 부여되는 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 주는 면형태의 발열체를 일컫는다.

특히, 배터리 모듈용 면상 발열체는 전달에너지를 이용한 발열체로써 기존 발열체에 비해 효율이 우수할 뿐만 아니라, 발열층이 일정한 패턴형상의 발열부를 포함함으로써 배터리의 온도의 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 발열층이 패턴형상의 발열부를 포함함으로써, 배터리의 온도 균일성을 확보할 수 있고, 배터리 내부 전해질의 국부적인 가열로 인한 폭발을 방지할 수 있다.

면상 발열체는 배터리 모듈용으로 배터리에 부착되어 발열함으로써 배터리의 구동을 가능하게 할 수 있다. 이와 같이 면상 발열체는 자동차 배터리에 적용될 수 있는 것으로, 겨울철 외기에 의해 자동차의 배터리가 포함하는 전해질 온도가 약 -10°C이하까지 떨어져 방전될 수 있으나, 면상 발열체는 열전도성 유기물질과 폴리에스테르계 바인더 수지로 구성된 발열층을 포함하여 발열층의 면상 발열체의 발열에 의해 외부의 온도 저하와 관계없이 자동차 배터리의 구동이 가능해 지도록 할 수 있다. 본 발명에서는 통상의 모든 면상 발열체를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조의 부분 상세 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조의 부분 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조의 세라믹 홀더의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조의 몸체의 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조는 면상 발열히터의 IGBT(120), 세라믹기판(130), 및 세라믹 홀더(140)를 구비하고, 각 구성들이 면상 발열히터의 몸체(110)에 결합되어 IGBT(120)의 절연성능과 방열성능을 향상시키는 것을 특징으로 하고 있다.

먼저, 몸체(110)는 내부에 수로를 포함하며, 몸체(110)의 일측면에서 상측으로 돌출형성되고, 돌출형성된 상측면에서 하방향으로 세라믹기판(130)이 안착될 수 있도록 하방향으로 단차부(111) 형성된다. 따라서, 몸체(110)에 안착된 세라믹기판(130)이 몸체(110)에서 형성된 단차부(111)에 고정되어 이탈되지 않도록 함으로써 IGBT(120)와 접촉상태를 일정하게 유지시킬 수 있어 방열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

IGBT(120)는 전기 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 기능을 빠르게 수행할 수 있게 만든 고전력 스위칭용 반도체로서, IGBT(120)에 구비되는 단자에 PCB(150)가 결합될 수 있다. 이하에서 IGBT의 상세한 설명은 생략한다.

세라믹기판(130)은 전술한 바와 같이, 하방향으로 형성된 단차부(111)에 고정된다. 세라믹기판(130)은 IGBT(120)와 맞닿도록 배치되어 IGBT의 절연 및 방열성능을 향상시킬 수 있다. 종래에는, 절연패드를 사용하였는데, 절연패드의 경우, 방열량이 평균 1 ~ 2W/m K 이기 때문에 방열이 필수적인 IGBT 소자가 적용하기에 적합하지 않은 구조이다. 하지만, 본 발명은 세라믹기판(130)은 약 29W/mK 정도의 방열량을 확보할 수 있어 종래의 절연패드에 비해서 15 ~ 30배 가량 IGBT의 방열성능을 향상시킬 수 있으며, 세라믹 재질의 특징으로 인한 절연성확보 가능하게 된다.

세라믹 홀더(140)는 IGBT 상면에서 IGBT를 세라믹기판위에 고정시키는 역할을 한다. 이때, 세라믹 홀더(140)는 결합방향을 따라 동일한 파형(141)이 반복해서 형성되면서, 하방향에 위치하는 세라믹 홀더(140)의 파형면이 IGBT(120)의 상면과 맞닿게 된다. 그리고, 세라믹 홀더(140)의 양단에 형성된 결합구(142)가 몸체(110)에 볼트로 고정되어 IGBT(120)를 밀착 고정시킬 수 있다.

따라서, IGBT(120)는 세라믹 재질로 형성되는 세라믹기판(130)과 세라믹 홀더(140) 사이에 배치되어 방열효과가 극대화되게 된다.

본 발명에 의한 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조는 IGBT의 절연성 확보를 위해서 IGBT와 맞닿는 면에 세라믹기판을 배치하고, 그 타측면에 세라믹홀더를 이용해서 IGBT와 세라믹기판이 밀착되도록 함으로써 IGBT의 절연성능과 방열성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

110 : 몸체
111 : 단차부
120 : IGBT
130 : 세라믹기판
140 : 세라믹 홀더
141 : 파형
142 : 결합구
150 : PCB

Claims (2)

1. IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조에 있어서,
   면상 발열히터의 몸체의 일측면에 결합되는 세라믹기판;
   상기 세라믹기판위에 배치되는 IGBT; 및
   상기 IGBT 상면에서 상기 IGBT를 상기 세라믹기판위에 고정시키는 세라믹 홀더;를 포함하며,
   상기 세라믹 홀더는,
   결합방향을 따라 파형의 구조를 형성하며, 양단이 상기 몸체에 고정되어 상기 세라믹기판에 상기 IGB를 밀착 고정시키는 것을 특징으로 하는 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체는,
   상기 세라믹기판이 결합되는 위치에 단차형성되어 상기 세라믹기판의 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는 IGBT의 방열을 위한 면상 발열히터 IGBT의 연결구조.

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