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KR-20260060594-A - Semiconductor cooling assembly

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Abstract

반도체 냉각 조립체가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 냉각 조립체는 일 방향의 높이를 갖는 하우징; 상기 하우징과 결합되고, 상기 일 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 반도체 모듈; 및 상기 하우징에 수용되고, 복수 개의 상기 반도체 모듈을 냉각하는 냉각 유체의 유로를 구성하는 유로 형성 부재를 포함하며, 상기 하우징은, 복수 개의 상기 반도체 모듈과 결합되는 하우징 몸체; 및 상기 하우징 몸체의 상기 일 방향의 일 측에 위치되고, 외부와 상기 하우징 몸체의 내부를 연통하는 연통 부재를 포함하며, 상기 유로 형성 부재는, 복수 개의 상기 반도체 모듈 사이에 각각 형성되고, 상기 일 방향으로 연장되며, 상기 연통 부재에서 제공된 상기 냉각 유체가 유동되는 냉각 유로부를 포함할 수 있다.

Inventors

  • 김성언

Assignees

  • 엘에스일렉트릭(주)

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (10)

  1. 일 방향의 높이를 갖는 하우징; 상기 하우징과 결합되고, 상기 일 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 반도체 모듈; 및 상기 하우징에 수용되고, 복수 개의 상기 반도체 모듈을 냉각하는 냉각 유체의 유로를 구성하는 유로 형성 부재를 포함하며, 상기 하우징은, 복수 개의 상기 반도체 모듈과 결합되는 하우징 몸체; 및 상기 하우징 몸체의 상기 일 방향의 일 측에 위치되고, 외부와 상기 하우징 몸체의 내부를 연통하는 연통 부재를 포함하며, 상기 유로 형성 부재는, 복수 개의 상기 반도체 모듈 사이에 각각 형성되고, 상기 일 방향으로 연장되며, 상기 연통 부재에서 제공된 상기 냉각 유체가 유동되는 냉각 유로부를 포함하는, 반도체 냉각 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연통 부재는, 상기 일 측에 위치되고, 외부로부터 냉각 유체를 제공받으며, 상기 하우징의 내부와 연통되는 제1 연통 부재; 및 상기 일 방향의 타 측에 위치되고, 상기 하우징의 내부와 연통되어 상기 반도체 모듈을 냉각한 냉각 유체를 전달받으며, 외부와 연통되는 제2 연통 부재를 포함하는, 반도체 냉각 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 연통 부재 및 상기 제2 연통 부재는 상기 일 방향을 따라 위치에 배치되는, 반도체 냉각 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 연통 부재 및 상기 제2 연통 부재는 상기 일 방향을 따라 상기 하우징 몸체의 중앙에 인접하게 위치되는, 반도체 냉각 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 복수 개의 상기 반도체 모듈은, 상기 일 방향을 따라 같은 거리만큼 이격 배치되고, 상기 냉각 유로부는, 복수 개의 상기 반도체 모듈 사이에 형성되는 복수 개의 냉각 유로를 포함하여 구성되는, 반도체 냉각 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 복수 개의 상기 반도체 모듈은, 적어도 일부가 상기 일 방향을 따라 다른 거리만큼 이격 배치되는, 반도체 냉각 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 복수 개의 상기 반도체 모듈 중 상기 일 방향의 최외곽에 위치되는 어느 한 쌍의 상기 반도체 모듈과 상기 어느 한 쌍의 상기 반도체 모듈 사이에 위치되는 다른 한 쌍의 상기 반도체 모듈 사이의 거리는, 상기 다른 한 쌍의 상기 반도체 모듈 사이에 위치되는 어느 하나의 상기 반도체 모듈 사이의 거리보다 길게 형성되는, 반도체 냉각 조립체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 연통 부재는, 상기 일 방향을 따라 상기 하우징 몸체의 중앙에 인접하게 위치되는, 반도체 냉각 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 복수 개의 상기 반도체 모듈은, 그 사이의 거리가 상기 연통 부재와의 거리에 비례하여 증가되게 배치되는, 반도체 냉각 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 하우징은, 상기 하우징 몸체의 내부에 형성되고, 상기 반도체 모듈을 부분적으로 수용하는 하우징 공간; 및 상기 하우징 몸체의 폭 방향의 면에 관통 형성되고, 상기 반도체 모듈이 결합되는 하우징 슬릿(slit)을 포함하는, 반도체 냉각 조립체.

Description

반도체 냉각 조립체{Semiconductor cooling assembly} 본 발명은 반도체 냉각 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉각 유체의 낮은 압력을 이용할 수 있고, 냉각 효율이 향상된 구조의 반도체 냉각 조립체에 관한 것이다. 반도체 스위치(IPD, Intelligent Power Device)는 보호 회로 또는 유도성 부하 등의 에너지 흡수 회로를 내장한 반도체 파워 스위치를 의미한다. 반도체 스위치는 과전류 및 과열로부터 보호되기 위한 보호 회로 및 유도성 부하로부터 에너지를 흡수하기 위한 회로를 포함하여 구성됨이 일반적이다. 이에 따라, 반도체 스위치와 다른 구성 간의 통전 상태에 이상이 생기더라도 스위치로서의 기능이 유지될 수 있다. 또한, 반도체 스위치에 이상이 발생될 경우, 반도체 스위치는 이상 발생 여부를 외부의 제어부 등에 전달하고, 필요한 조치를 수행할 수 있다. 최근에는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 등 다량의 반도체 스위치가 활용되는 경우가 증가되고 있다. 이때, 크기의 소형화를 위해 복수 개의 반도체 스위치는 소형의 공간에 집적되도록 배치될 수 있다. 이 경우 반도체 스위치의 설치 뿐만 아니라 유지 보수가 용이하게 수행되기 어렵다. 또한, 복수 개의 반도체 스위치가 서로 인접하게 위치됨에 따라, 각 반도체 스위치에서 발생되는 열이 다른 반도체 스위치에 영향을 줄 위험이 증가될 우려가 있다. 따라서, 복수 개의 반도체 스위치가 용이하게 설치 및 유지 보수될 수 있으면서도 복수 개의 반도체 스위치가 용이하게 냉각될 수 있는 기술들이 요구된다. 일본등록특허공보 제7501732호는 전력 변환 장치를 개시한다. 구체적으로, 반도체 모듈 및 평활 콘덴서와 각각 접속되는 정측, 음측 버스바를 포함하되, 복수 개의 반도체 모듈이 평활 콘덴서의 측면을 따로도록 배치한 형태의 전력 변환 장치를 개시한다. 상기 선행문헌은 평활 콘덴서 및 복수 개의 반도체 스위치가 배치되는 영역의 넓이가 감소되어, 결과적으로 소형화가 가능한 효과를 개시한다. 그런데, 상기 선행문헌이 개시하는 전력 변환 장치는 장치 자체의 소형화에만 주목하는 한계가 있다. 즉, 상기 선행문헌은 전력 변환 장치의 구성, 특히 반도체 모듈을 용이하게 설치하고, 이를 용이하게 유지 보수하기 위한 방안을 제공하지 못한다. 일본공개특허공보 제2023-133263호는 반도체 스위치 디바이스를 개시한다. 구체적으로, 제1 도전형을 가진 드리프트 영역과 제2 도전형을 가진 웰 영역을 포함하여 반도체 소자 셀을 구성하고, 이들을 적절하게 조합 배치함으로써 실행되는 기능과 무관하게 발열성 모듈을 냉각할 수 있는 형태의 반도체 스위치 디바이스를 개시한다. 그런데, 상기 선행문헌이 개시하는 반도체 스위치 디바이스는 반도체 소자 셀 자체의 냉각을 위한 방안만을 제시한다. 즉, 상기 선행문헌은 복수 개의 반도체 소자 셀 각각이 서로 인접하게 위치될 경우, 이들을 효과적으로 냉각하기 위한 방안을 제공하지 못한다. 더 나아가, 상기 선행문헌들은 반도체 소자 셀 등이 병렬로 배치될 경우, 이들을 냉각하기 위한 방안을 제공하지 못한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 냉각 조립체를 도시하는 사시도이다. 도 2는 도 1의 반도체 냉각 조립체를 도시하는 정면도이다. 도 3은 도 1의 반도체 냉각 조립체의 구성을 도시하는 분해 사시도이다. 도 4는 도 1의 반도체 냉각 조립체의 하우징을 도시하는 사시도이다. 도 5는 도 4의 하우징을 도시하는 정면도이다. 도 6은 도 4의 하우징을 도시하는 사시 단면도이다. 도 7은 도 4의 하우징을 도시하는 정단면도이다. 도 8은 도 1의 반도체 냉각 조립체의 반도체 모듈을 도시하는 사시도이다. 도 9는 도 8의 반도체 모듈을 도시하는 정면도이다. 도 10은 도 8의 반도체 모듈의 배치 구조의 변형 예를 도시하는 정면도이다. 도 11은 도 1의 반도체 냉각 조립체의 유로 형성 부재를 도시하는 사시도이다. 도 12는 도 11의 유로 형성 부재를 도시하는 정면도이다. 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 냉각 조립체의 내부에 형성되는 냉각 유체의 유동을 도시하는 정단면도이다. 도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 냉각 조립체의 내부에 형성되는 냉각 유체의 유동을 도시하는 정단면도이다. 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 냉각 조립체의 내부에 형성되는 냉각 유체의 유동을 도시하는 정단면도이다. 이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 그러므로 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원 시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형 예가 있을 수 있다. 이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다. 이하의 설명에서 사용되는 "연통"이라는 용어는, 하나 이상의 부재가 서로 유체 소통 가능하게 연결됨을 의미한다. 일 실시 예에서, 연통은 관로, 파이프, 배관 등의 부재에 의해 형성될 수 있다. 이하의 설명에서, 연통은 하나 이상의 부재가 서로 "유체적으로 연결"됨과 같은 의미로 사용될 수 있다. 이하의 설명에서 사용되는 "통전"이라는 용어는, 하나 이상의 부재가 서로 전류 또는 전기적 신호를 전달 가능하게 연결됨을 의미한다. 일 실시 예에서, 통전은 도선 부재 등에 의한 유선의 형태 또는 블루투스, Wi-Fi, RFID 등의 무선의 형태로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 통전은 "통신"의 의미를 포함할 수 있다. 이하의 설명에서 사용되는 "유체"라는 용어는, 외력에 의해 유동되며, 형상 또는 부피 등이 변형될 수 있는 임의의 형태의 물질을 의미한다. 일 실시 예에서, 유체는 물 등의 액체 또는 공기 등의 기체일 수 있다. 이하의 설명에서 사용되는 "상측", "하측", "좌측", "우측", "전방 측" 및 "후방 측"이라는 용어는 첨부된 도면 전반에 걸쳐 도시된 좌표계를 참조하여 이해될 것이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 냉각 조립체(10)가 도시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 냉각 조립체(10)는 복수 개의 반도체 모듈(200)을 포함하여 구성될 수 있다. 복수 개의 반도체 모듈(200)은 각각 외부의 전원 또는 부하와 통전 가능하게 연결되어, 기 설정된 기능을 수행하게 구성될 수 있다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 냉각 조립체(10)는 복수 개의 반도체 모듈(200)이 모두 냉각되게 구성될 수 있다. 동시에, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 냉각 조립체(10)는 복수 개의 반도체 모듈(200)이 고르게 냉각될 수 있다. 후술될 바와 같이, 일 실시 예에서, 복수 개의 반도체 모듈(200)은 병렬식으로 적층 배치될 수 있다. 상기 실시 예에서, 제공되는 냉각 유체는 서로 이격 배치되는 복수 개의 반도체 모듈(200)에 고르게 제공될 수 있다. 따라서, 복수 개의 반도체 모듈(200)이 다양한 형태로 배치되더라도, 복수 개의 반도체 모듈(200)의 냉각 효율이 향상될 수 있다. 반도체 냉각 조립체(10)는 외부의 전원 또는 부하와 통전 가능하게 연결된다. 반도체 냉각 조립체(10)에 구비되는 반도체 모듈(200)은 외부의 전원 또는 부하와 각각 통전 가능하게 연결될 수 있다. 반도체 냉각 조립체(10)는 외부와 연통될 수 있다. 반도체 냉각 조립체(10)의 내부에는 외부의 유체 공급원(미도시)에서 제공된 냉각 유체가 유입될 수 있다. 유입된 냉각 유체는 반도체 냉각 조립체(10)의 구성에서 발생된 열을 흡수한 후 다시 외부로 유출될 수 있다. 반도체 냉각 조립체(10)는 제어부(미도시)와 통전 가능하게 연결될 수 있다. 반도체 냉각 조립체(10)의 작동 여부에 대한 제어 신호는 제어부(미도시)로부터 전달될 수 있다. 또한, 반도체 냉각 조립체(10)의 작동 상태에 대한 정보는 제어부(미도시)로 전달될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 반도체 냉각 조립체(10)는 하우징(100), 반도체 모듈(200) 및 유로 형성 부재(300)를 포함한다. 하우징(100)은 반도체 냉각 조립체(10)의 외형을 구성한다. 하우징(100)은 반도체 모듈(200) 및 유로 형성 부재(300)와 각각 결합된다. 구체적으로, 하우징(100)은 반도체 모듈(200)을 적어도 부분적으로 수용한다. 또한, 하우징(100)은 유로 형성 부재(300)를 수용한다. 하우징(100)은 외부와 유체적으로 연결된다. 하우징(100)은 외부의 냉각 유체 공급원(미도시) 및 외부의 냉각 유체 회수원(미도시)과 각각 연결되어 냉각 유체를 제공받을 수 있다. 하우징(100)에 유입된 냉각 유체는 외부로 제공될 수 있다. 도 4 내지 도 7에 도시된 실시 예에서, 하우징(100)은 하우징 몸체(110), 하우징 공간(120), 연통 부재(130), 수용 공간(140) 및 하우징 슬릿(150)을 포함한다. 하우징 몸체(110)는 하우징(100)의 외형을 구성한다. 하우징 몸체(110)는 결합된 반도체 모듈(200) 및 유로 형성 부재(300)를 지지할 수 있다. 하우징 몸체(110)에는 하우징(100)의 다른 구성이 결합 또는 형성된다. 도시된 실시 예에서, 하우징 몸체(110)에는 하우징 공간(120), 수용 공간(140) 및 하우징 슬릿(150)이 형성된다. 하우징 몸체(110)는 연통 부재(130)와