KR100534968B1

KR100534968B1 - 전자소자의 냉각구조

Info

Publication number: KR100534968B1
Application number: KR10-2003-0063971A
Authority: KR
Inventors: 최기훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: KR20050027633A; EP1517602A2; JP2005093973A; CN100361294C; EP1517602A3; US20050057903A1; EP1517602B1; CN1610104A

Abstract

본 발명은 팬과 같은 강제 냉각 수단을 사용하지 않고, 냉각 대상 전자소자로부터 전도와 대류에 의한 다양한 열전달 경로를 통해 원활한 열전달이 이루어질 수 있도록 하여, 전자소자의 냉각성능을 보다 향상시킴과 더불어 장기간에 걸쳐 전자회로의 안정적인 동작 성능을 확보할 수 있도록 한다.

Description

전자소자의 냉각구조{cooling structure of an electronic element}

본 발명은 전자 회로기판에 장착된 전자소자의 냉각구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회로기판에 설치된 전자소자들 중 발열량이 큰 특정 소자의 집중적인 냉각에 관한 기술이다.

최근의 전자 회로기판에서는 다수의 소자들을 집적하여 단일 패키지로 장착하는 경우가 많은데, 상기와 같이 다수의 소자들이 단일 패키지로 집약된 경우 여기에서 발생되는 열을 어떻게 냉각시키는가 하는 것은 매우 중요한 문제이다.

특히, 차량에 장착되는 CDMA(Code Division Multiple Access)모뎀의 경우 차량의 고온 환경에서 장기간에 걸쳐서 안정된 작동이 이루어지도록 하기 위해서는, CDMA모뎀을 이루는 전자소자들 중 발열량이 많은 PAM(Power Amplifying Module)의 냉각성능이 충분히 확보되어야 한다.

본 발명은 회로기판에 장착된 특정 전자소자의 냉각성능을 보다 향상시킴과 더불어 장기간에 걸쳐 전자회로의 안정적인 동작 성능을 확보할 수 있도록 한 전자소자의 냉각구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전자소자의 냉각구조는, 내측회로기판을 차폐하도록 설치된 내부차폐물의 수평테두리 부분 중 일부가 수직 하방으로 절곡된후 다시 수평으로 절곡연장되어 상기 내측회로기판에 장착된 냉각 대상 전자소자의 상면에 접촉하도록 형성된 연장부와; 상기 내측회로기판의 냉각 대상 전자소자의 하측 부분에 천공된 다수의 통과홀과; 상부가 개구된 4각의 박스형상으로 형성되어 상기 내부차폐물 및 내측회로기판의 외측을 접촉상태로 감싸는 차폐케이스의 상측면에 장착된 방열판과; 상기 차폐케이스의 하측면에 형성된 다수의 차폐케이스홀;을 포함하여 구성된다.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 전자소자의 냉각구조의 일실시예를 도시한 것으로서, 본 실시예에서 냉각 대상 전자소자는 CDMA(Code Division Multiple Access)모뎀(1)의 PAM(Power Amplifying Module; 3)이다.

본 실시예의 CDMA모뎀(1)은 크게 내측회로기판(5)과 외측회로기판(7)으로 이루어지는데, 물론, 단일의 회로기판의 형태를 가진 경우에도 본 발명의 적용이 가능하며, 이때에는 상기 내측회로기판(5)이 단일의 회로기판이 될 것이다.

도 1을 보면, 내측회로기판(5)을 차폐하도록 내부차폐물(9)과 차폐케이스(11)가 구비되어 있고, 상기 내부차폐물(9)에는 내측회로기판(5)에 장착된 냉각 대상 전자소자인 PAM(3)의 상면에 접촉하도록 연장부(13)를 형성하고 있으며(도 2참조), 상기 내측회로기판(5)에는 상기 PAM(3)의 하측에 해당하는 부분에 다수의 통과홀(15)이 천공되어 있고(도 5참조), 상기 내부차폐물(9) 및 상기 내측회로기판(5)의 외측을 감싸는 차폐케이스(11)의 상측면에는 방열판(17)이 장착되고, 하측면에는 도 3에 도시된 것처럼 다수의 차폐케이스홀(21)이 형성되어 있다.

상기 내부차폐물(9)은 4각의 수평테두리 부분과 이 수평테두리 부분으로부터 수직 하방으로 절곡된 수직테두리 부분(도 2에는 수평테두리 부분만 도시하고 수직테두리 부분은 도시하지 않음)으로 이루어져 있고, 상기 차폐케이스(11)는 4각의 수평테두리 부분과 이로부터 수직 하방으로 절곡된 수직테두리 부분 그리고 수직테두리 부분으로 이루어진 내부 공간의 하방을 차단하는 바닥면 부분으로 이루어진 즉, 상부가 개구된 박스 형상으로 이루어져 있다.그리고, 상기 내부차폐물(9)과 차폐케이스(11)는 실제로는 상호 면접촉되어 열전도가 이루어지도록 되어 있으나, 도 1에서는 내부차폐물(9)과 차폐케이스(11)를 굵은 선으로 표시하였기에 이의 구분을 위하여 상호 이격된 것처럼 도시하였다.한편, 상기 연장부(13)는 내부차폐물(9)의 수평테두리 부분 중 상기 PAM(3)에 인접한 부분이 수직 하방으로 절곡되었다가 다시 수평으로 절곡연장되어 형성된 것으로 수평의 연장부(13)가 PAM(3)의 상면에 면접촉하게 된다.상기 차폐케이스(11)의 바닥면은 외측회로기판(7)의 상측면에 면착되는데, 상기 차폐케이스(11)의 바닥면이 면착되는 외측회로기판(7)의 상측면에는 금속성 냉각면(19)이 형성되어 있고(도 4의 예시도 참조), 상기 차폐케이스(11)의 차폐케이스홀(21)에 상응하여 연통되도록 상기 외측회로기판(7)에 다수의 외측회로기판홀(23)이 형성되어 있다. 그리고, 외측회로기판홀(23) 상측면의 상기 금속성 냉각면(19)이 연통되어 있음은 물론이다.

여기서, 상기 금속성 냉각면(19)은 솔더 마스킹 오픈 (Solder Masking Open) 처리에 의해 외측회로기판(7)상에 형성된 납으로 이루어진 평면으로 구성함으로써, 회로기판의 솔더링 작업에 의해 자동적으로 형성되도록 하고 있다.

상기한 바와 같은 구조를 가진 CDMA모뎀에서 냉각작용이 이루어지는 것을 살펴보면 다음과 같다.

상기 내부차폐물(9)의 연장부(13)는 PAM(3)의 상면에 직접 접촉된 상태로서 PAM(3)에서 발생된 열을 전도를 통해 신속히 외부로 인출해내게 된다.

한편, 상기 PAM(3)의 하측에서는 상기 내측회로기판(5)에 형성된 다수의 통과홀(15)을 통해 PAM(3)으로부터의 열이 내측회로기판(5)의 하부로 빠져나가게 된다.

상기 통과홀(15)은 도 5에 도시된 것처럼 내측회로기판(5)의 상측과 하측을 연통시키는 금속성 원통(25)을 형성하는 구조이어서, 내측회로기판(5)의 상측과 하측의 전기적 연결에 사용됨과 동시에 상기와 같이 전자소자에서 발생된 열을 이동시키는 매개체로서 작용된다.

상기와 같이 내부차폐물(9)의 연장부(13) 및 내측회로기판(5)의 통과홀(15)을 통해 빠져나온 열은 상기 차폐케이스(11)를 통해 외부로 배출되는데, 차폐케이스(11)는 상측면에 설치된 방열판(17)과 하측면에 구비된 차폐케이스홀(21) 및 상기 금속성 냉각면(19)에 의해 열을 신속히 외부로 방출하게 된다.

즉, 상기 방열판(17)에 형성된 다수의 핀이 형성하는 넓은 냉각면적에 의해 주변의 공기와 신속한 열교환이 이루어지고, 차폐케이스(11) 내부에서 더워진 공기는 상기 차폐케이스홀(21)을 통해 신속히 외부로 방출되어 내측회로기판(5) 및 PAM(3)의 효과적인 냉각을 도모하는 것이다.

물론, 상기 차폐케이스(11)는 상기 외측회로기판(7)에 마련된 금속성 냉각면(19)에 면착되어 있으므로, 상기 금속성 냉각면(19)을 통한 전도에 의해서도 열을 외부로 발산하게 되며, 상기 차폐케이스(11)의 내부에서 더워진 공기는 상기 차폐케이스홀(21) 및 외측회로기판홀(23)을 한꺼번에 통과하여 외부로 방출되게 된다.

상기한 바와 같은 냉각작용을 열전달의 대표적인 두 유형인 전도와 대류의 측면에서 살펴보면, PAM(3)->연장부(13)->내부차폐물(9)->차폐케이스(11)->방열판(17)의 경로와 PAM(3)->연장부(13)->내부차폐물(9)-차폐케이스(11)->외측회로기판(7)의 금속성 냉각면(19)의 경로로 전도가 이루어지며; PAM(3)->통과홀(15)->차폐케이스홀(21)->외측회로기판홀(23)의 경로로 대류가 이루어지는 것으로 정리할 수 있다.

상기한 바와 같은 다각적인 냉각수단들의 적용에 의해 상기 PAM(3)은 안정 동작 온도를 벗어나지 않고 항상 정상적인 작동상태를 제공할 수 있게 되며, 특히 강제 냉각수단인 팬(FAN)을 사용하지 않음으로써, 장기간에 걸친 사용에도 먼지유입 등에 의한 회로 손상을 방지할 수 있고, 팬의 자체수명에도 영향 받지 않고, 장기간에 걸친 안정된 작동성을 확보할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 팬과 같은 강제 냉각 수단을 사용하지 않고, 냉각 대상 전자소자로부터 전도와 대류에 의한 다양한 열전달 경로를 통해 원활히 열전달이 이루어질 수 있도록 하여, 전자소자의 냉각성능을 보다 향상시킴과 더불어 장기간에 걸쳐 전자회로의 안정적인 동작 성능을 확보할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자소자의 냉각구조를 도시한 단면 구조도,

도 2는 도 1의 내부 차폐물 및 그 연장부를 도시한 도면,

도 3은 도 1의 차폐 케이스 저면에 형성된 차폐케이스홀을 도시한 도면,

도 4는 외측회로기판의 냉각면을 도시한 도면,

도 5는 도 1의 통과홀을 도시한 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; CDMA모뎀 3; PAM

5; 내측회로기판 7; 외측회로기판

9; 내부차폐물 11; 차폐케이스

13; 연장부 15; 통과홀

17; 방열판 21; 차폐케이스홀

19; 금속성 냉각면 23; 외측회로기판홀

Claims

내측회로기판을 차폐하도록 설치된 내부차폐물의 수평테두리 부분 중 일부가 수직 하방으로 절곡된후 다시 수평으로 절곡연장되어 상기 내측회로기판에 장착된 냉각 대상 전자소자의 상면에 접촉하도록 형성된 연장부와;

상기 내측회로기판의 냉각 대상 전자소자의 하측 부분에 천공된 다수의 통과홀과;

상부가 개구된 4각의 박스형상으로 형성되어 상기 내부차폐물 및 내측회로기판의 외측을 접촉상태로 감싸는 차폐케이스의 상측면에 장착된 방열판과;

상기 차폐케이스의 하측면에 형성된 다수의 차폐케이스홀;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자소자의 냉각구조;
제1항에 있어서,

상기 차폐케이스의 하측면이 면착되는 외측회로기판의 상측면에 구비된 금속성 냉각면과;

상기 차폐케이스의 차폐케이스홀에 상응하여 연통되도록 상기 외측회로기판에 형성된 다수의 외측회로기판홀;

을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자소자의 냉각구조.
제2항에 있어서,

상기 금속성 냉각면은 솔더 마스킹 오픈 (Solder Masking Open) 처리에 의해 외측회로기판상에 형성된 납으로 이루어진 평면인 것

을 특징으로 하는 전자소자의 냉각구조.
제1항에 있어서,

상기 냉각 대상 전자소자는 CDMA(Code Division Multiple Access)모뎀의 PAM(Power Amplifying Module)인 것

을 특징으로 하는 전자소자의 냉각구조.