KR102543495B1

KR102543495B1 - 다면 방열구조를 갖는 pcb 모듈, 및 이 모듈에 사용되는 방열 플레이트, 다층 pcb 어셈블리, 및 모듈 케이스

Info

Publication number: KR102543495B1
Application number: KR1020160085272A
Authority: KR
Inventors: 김구용
Original assignee: 김구용
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: KR20180005343A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈로서, 전기절연성의 방열 플레이트와 이 방열 플레이트의 상하면에 각각 부착된 상부 인쇄회로기판(PCB) 및 하부 인쇄회로기판(PCB)을 포함하는 다층 PCB 어셈블리; 상기 다층 PCB 어셈블리의 상부면을 커버하는 상부 케이스; 및 상기 다층 PCB 어셈블리의 하부면을 커버하는 하부 케이스;를 포함하고, 상기 방열 플레이트는, 상기 상부 PCB 또는 하부 PCB에 실장되는 전자회로소자와 열적으로 접촉하는 제1 히트폴; 및 상기 상부 및 하부 케이스 중 적어도 하나의 내부 표면에 열적으로 접촉하는 제2 히트폴;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈이 제공된다.

Description

다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈, 및 이 모듈에 사용되는 방열 플레이트, 다층 PCB 어셈블리, 및 모듈 케이스 {PCB module having multi-directional heat-radiation structure, and radiation plate, multi-layer PCB assembly, and module case used in the same PCB module}

본 발명은 다층 PCB 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다층으로 적층된 PCB에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있는 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈, 및 이 모듈에 사용되는 방열 플레이트, 다층 PCB 어셈블리, 및 모듈 케이스에 관한 것이다.

일반적으로 전력반도체 모듈 패키지가 실장되는 다층 PCB의 구조는 도1에 도시된 바와 같이 FR-4, CEM-1, CEM-3, Al METAL-PCB와 같은 기판(1a)의 양면에 구리 재질의 회로패턴(1a,1b)이 인쇄된 다수개의 인쇄회로기판(PCB)(1)이 다층으로 적층되되, 각 PCB 사이는 프리프레그(2)에 의해 전기적으로 절연되도록 구성된다. IC 칩, 전력반도체 모듈 패키지 등과 같은 전자회로소자는 최외곽 PCB의 회로패턴 상에 실장되고, 이러한 전자회로소자에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 위해 다층 PCB 구조물 표면에 방열 구조물이 추가로 설치된다.

그런데 이러한 일반적인 다층 PCB 구조에 따르면 각 PCB가 순차적으로 다층 적층됨에 따라 내측에 위치한 PCB의 회로패턴으로부터 발생되는 열이 효과적으로 배출되지 못하고, 다층 PCB 표면에 설치된 방열 구조물로 인하여 PCB 모듈의 구조가 복잡해지고 부피가 커진다는 단점이 존재한다.

대한민국 공개특허 10-2005-0080099호 대한민국 공개특허 10-2015-0053874호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 PCB에서 발생하는 열을 케이스를 통해 외부로 신속하게 방출하여 냉각효율을 향상시키고 PCB 모듈을 컴팩트 및 슬림화할 수 있는 다층 PCB 모듈 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다면 방열구조를 갖는 다층 PCB 어셈블리에 사용되는 전기절연성의 방열 플레이트로서, 상기 방열 플레이트의 상부 또는 하부 표면에서 돌출된 제1 높이의 제1 히트폴; 및 상기 방열 플레이트의 상부 또는 하부 표면에서 돌출된 제2 높이의 제2 히트폴;을 포함하고, 이 때 상기 방열 플레이트는, 다층 PCB 어셈블리의 제1층 회로패턴을 포함하는 상부 PCB와 제2층 회로패턴을 포함하는 하부 PCB 사이에 개재되도록 구성되고, 상기 제1 히트폴은 상기 상부 PCB 또는 하부 PCB에 실장되는 전자회로소자와 열적으로 접촉하고, 상기 제2 히트폴은 상기 다층 PCB 어셈블리의 상부면 또는 하부면을 커버하는 케이스의 내부 표면과 열적으로 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 다층 PCB 어셈블리에 사용되는 방열 플레이트가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈에 사용되는 다층 PCB 어셈블리로서, 상기 다층 PCB 어셈블리의 제1층 회로패턴을 포함하는 상부 PCB; 상기 다층 PCB 어셈블리의 제2층 회로패턴을 포함하는 하부 PCB; 및 상기 상부 PCB와 하부 PCB 사이에 개재된 전기절연성의 방열 플레이트;를 포함하고, 상기 방열 플레이트는, 상기 상부 또는 하부 PCB에 실장되는 전자회로소자와 열적으로 접촉하는 제1 히트폴; 및 상기 상부 또는 하부 PCB를 커버하는 케이스의 표면에 열적으로 접촉하는 제2 히트폴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB 어셈블리가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다면 방열구조를 갖는 다층 PCB 어셈블리를 커버하는 전기절연성 및 열전도성 케이스로서, 상기 다층 PCB 어셈블리의 상부 및 측면의 일부를 수용하는 상부 케이스; 및 상기 다층 PCB 어셈블리의 하부 및 측면의 일부를 수용하는 하부 케이스;를 포함하고, 상기 다층 PCB 어셈블리는, 전기절연성의 방열 플레이트와 이 방열 플레이트의 상하면에 각각 부착된 상부 PCB 및 하부 PCB로 구성되고, 상기 상부 및 하부 케이스의 각각은, 상기 상부 또는 하부 PCB에 실장되는 전자회로소자와 열적으로 접촉하는 제1 접촉 영역; 및 상기 방열 플레이트에서 돌출되는 히트폴과 열적으로 접촉하는 제2 접촉 영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB 어셈블리 커버용 케이스가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈로서, 전기절연성의 방열 플레이트와 이 방열 플레이트의 상하면에 각각 부착된 상부 PCB 및 하부 PCB을 포함하는 다층 PCB 어셈블리; 상기 다층 PCB 어셈블리의 상부면을 커버하는 상부 케이스; 및 상기 다층 PCB 어셈블리의 하부면을 커버하는 하부 케이스;를 포함하고, 상기 방열 플레이트는, 상기 상부 PCB 또는 하부 PCB에 실장되는 전자회로소자와 열적으로 접촉하는 제1 히트폴을 포함하고, 상기 상부 및 하부 케이스 중 적어도 하나의 내부 표면에, 상기 방열 플레이트와 열적으로 접촉하는 제2 히트폴을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 및 하부 PCB 사이에 방열 플레이트를 개재시키고 방열 플레이트를 케이스와 직접 열적으로 접촉하도록 구성함으로써 PCB에서 발생하는 열을 외부로 신속하게 배출하고 PCB 모듈의 컴팩트 및 슬림화를 실현할 수 있는 장점을 가진다.

도1은 종래 일반적인 다층 PCB의 적층 구조의 단면도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 PCB 모듈의 사시도,
도3은 일 실시예에 따른 다층 PCB 모듈의 분해 사시도,
도4는 일 실시예에 따른 PCB 모듈의 예시적 단면 구조를 설명하기 위한 도면,
도5는 일 실시예에 따른 방열 플레이트의 저면 사시도,
도6은 일 실시예에 따른 상부 케이스의 저면 사시도,
도7은 다른 일 실시예에 따른 PCB 모듈의 예시적 단면 구조를 설명하기 위한 도면,
도8은 또 다른 일 실시예에 따른 PCB 모듈의 예시적 단면 구조를 설명하기 위한 도면,
도9는 또 다른 일 실시예에 따른 PCB 모듈의 예시적 단면 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 게재될 수도 있다는 것을 의미한다.

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)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

우선 도2 내지 도4를 참조하여 일 실시예에 따른 다층 PCB 모듈(100)을 설명하기로 한다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 PCB 모듈(100)의 사시도이고 도3은 분해 사시도이다. 그리고 도4는 일 실시예에 따른 다층 PCB 모듈(100)의 예시적 단면 구조를 설명하기 위한 도면이다. 다만 도4는 PCB 모듈(100)의 구성요소를 쉽게 설명하기 위해 구성요소들을 도식적으로 표현한 것으로, 도3의 구조와 일치하지 않음을 미리 밝혀둔다.

우선 도2를 참조하면, 일 실시예에 따른 다층 PCB 모듈(100)은 대략 육면체 형상으로 패키징될 수 있으며, 일 실시예에서 상부 케이스(10)와 하부 케이스(70)가 결합되어 제작된다. 상부 및 하부 케이스(10,70)는 볼트 등의 체결수단(15,16)으로 결합될 수 있다. 도2에 도시하지 않았지만 다층 PCB 모듈(100)의 외부로 복수개의 핀(도3의 25)이 돌출될 수 있고, 이 핀(25)을 통해 외부 전자장치와 전기적으로 연결될 수 있다.

도3 및 도4를 참조하면, PCB 모듈(100)은 다층 PCB 어셈블리(80)를 사이에 두고 상부 케이스(10)와 하부 케이스(70)가 결합된 구조를 가질 수 있다. 다층 PCB 어셈블리(80)는 전기절연성의 방열 플레이트(40)와 이 방열 플레이트의 상면과 하면에 각각 결합되는 상부 인쇄회로기판(PCB)(20) 및 하부 인쇄회로기판(PCB)(60)을 포함한다.

상부 PCB(20)는 적어도 1층의 회로패턴을 포함하며, 일반적으로 다층 회로패턴을 갖는 기판이다. 일 실시예에서 상부 PCB(20)는 FR-4, CEM-1, CEM-3, Al Metal-PCB 등과 같은 기판으로 제작될 수 있으며 기판 종류는 이에 한정되지 않는다.

상부 PCB(20)에는 방열 플레이트(40)의 히트폴(42,43)이 관통할 수 있도록 관통부(21)가 형성되어 있다. 관통부(21)의 형상이나 위치는 구체적 실시 형태에서의 PCB(20)의 회로설계에 따라 달라질 수 있다. 상부 PCB(20)의 기판 상부면에는 복수개의 전자회로소자(23,24)가 실장될 수 있고, 기판의 표면에서 하나 이상의 핀(25)이 수직으로 돌출하여 외부 전자장치와 전기적으로 결합될 수 있다. 여기서 "전자회로소자"는 예컨대 각종 수동소자나 능동소자, 및 이들이 집적된 다양한 종류의 IC 칩 중 하나를 의미할 수 있다.

하부 PCB(60)는 상부 PCB(20)와 동일 또는 유사한 구조를 가진다. 하부 PCB(60)는 적어도 1층의 회로패턴을 가지며, 일반적으로 다층 회로패턴을 가질 수 있다. 하부 PCB(60)에는 방열 플레이트(40)의 히트폴(42,43)이 관통할 수 있도록 관통부(61)가 형성될 수 있고, 관통부(61)의 형상이나 위치는 PCB(60)의 회로설계에 따라 달라질 수 있다. 하부 PCB(60)의 기판 표면에도 복수개의 전자회로소자(64)가 실장될 수 있다.

상부 PCB(20)와 하부 PCB(60)는 방열 플레이트(40)를 사이에 두고 결합되어 한 단위의 다층 PCB 어셈블리(80)로 구성될 수 있다. 이 때 상부 PCB(20)와 방열 플레이트(40) 사이에 전기절연성의 프리프레그(30)가 개재될 수 있고, 하부 PCB(60)와 방열 플레이트(40) 사이에도 전기절연성의 프리프레그(50)가 개재되어 결합될 수 있다. 프리프레그(30,50)는 전기 절연성을 갖되 열차단성이 없거나 적은 재질로 구성될 수 있고, 따라서 상부 또는 하부 PCB(20,60)로부터 발생되는 열이 방열 플레이트(40)로 잘 전달되는 것이 바람직하다.

이제 도3 내지 도5를 참조하여 방열 플레이트(40)에 대해 상술하기로 한다.

도5는 일 실시예에 따른 방열 플레이트의 저면 사시도로서, 도3의 방열 플레이트(40)를 아래쪽에서 위로 바라본 모습을 나타낸다.

방열 플레이트(40)는 상부 PCB(20)와 하부 PCB(60) 사이에 배치되어 각 PCB(20,60)에서 발생되는 열을 다양한 경로를 통해 흡수하여 케이스(10,70)로 배출하는 기능을 수행한다. 이를 위해 방열 플레이트(40)는 예컨대 열전도성이 우수한 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN) 등의 재질로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 알루미늄 재질의 플레이트에 애노다이징(anodizing) 처리를 하여 전기 절연성을 가지면서도 열전도성이 우수한 방열 플레이트(40)를 제조할 수 있다.

방열 플레이트(40)는 상부 및 하부 표면에 형성되는 하나 이상의 히트폴(heat pole)(42,43)을 포함할 수 있다. 히트폴(42,43)은 방열 플레이트(40)의 상하 표면에 수직으로 돌출 형성되는 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 기둥 모양의 돌기부이다.

도시한 일 실시예에서 히트폴은 제1 히트폴(42)과 제2 히트폴(43)을 포함한다. 제1 히트폴(42)은 방열 플레이트(40)의 표면에서 돌출된 소정의 제1 높이를 갖는 돌기부이다. 도4에 도시한 바와 같이 일 실시예에서 제1 히트폴(42)은 상부 및 하부 PCB(20,60)가 방열 플레이트(40)에 결합되었을 때의 PCB(20,60)의 관통부(21,61)를 관통하여 PCB 표면과 동일한 높이를 갖도록 돌출 형성되고, 이에 따라 상부 또는 하부 PCB(20,60)의 표면에 실장되는 전자회로소자(23)와 열적으로 접촉할 수 있다.

제2 히트폴(43)은 방열 플레이트(40)의 표면에서 돌출된 소정의 제2 높이를 갖는 돌기부이며, 일반적으로 제1 히트폴(42) 보다 더 높게 돌출된다. 도4에 도시한 바와 같이 제2 히트폴(43)은 상부 및 하부 PCB(20,60)와 상부 및 하부 케이스(10,70)가 결합되었을 때 PCB(20,60)의 관통부(21,61)를 관통하여 케이스(10,70)의 내부 표면과 열적으로 접촉할 수 있는 높이로 돌출 형성된다.

이러한 제1 및 제2 히트폴(42,43)의 구성에 따라, 전자회로소자(23)에서 생성되는 열이 제1 히트폴(42)로 흡수되어 방열 플레이트(40)로 전달되고 이 열은 제2 히트폴(43)을 통해 케이스(10,70)로 전달되어 외부로 방출될 수 있다.

도시한 실시예에서 방열 플레이트(40)는 방열 플레이트(40)의 상하면을 관통하는 하나 이상의 관통영역(44)을 더 포함할 수 있다. 이 관통영역(44)은 상부 PCB(20)와 하부 PCB(60)에 실장되는 전자회로소자가 서로 물리적으로 또는 전기적으로 접촉할 수 있는 접촉점 또는 접촉영역을 제공하기 위해 마련될 수 있다.

예를 들어 도3과 도4를 참조할 때, 상부 PCB(20)에 실장된 전자회로소자(24)와 하부 PCB(60)에 실장된 전자회로소자(64)는 각각 코일의 일부분이며, 방열 플레이트(40)를 사이에 두고 상부 PCB(20)와 하부 PCB(60)가 결합되었을 때 두 회로소자(24,64)가 방열 플레이트(40)의 관통영역(44)을 통해 물리적으로 또는 전기적으로 접촉하게 되어 코일로서 기능할 수 있게 된다.

그러므로 이러한 점에서 볼 때 상부 PCB(20)나 하부 PCB(60)에 실장되는 전자회로소자의 적어도 일부는 상부 PCB(20)와 하부 PCB(60)가 결합되어 다층 PCB 어셈블리(80)로 조립되었을 때 비로소 특정 기능을 수행할 수 있다. 즉 기존의 상부 PCB(20)와 하부 PCB(60)는 서로 결합된 다층 PCB 상태에서 온전한 회로기능을 수행하였는데, 본 발명에서는 이 다층 PCB 구조의 중간을 분리하여 상부 PCB와 하부 PCB로 나누고 이 분리된 PCB 사이에 방열 플레이트(40)를 개재하고 상부와 하부 PCB를 다시 결합함으로써 본 발명에서와 같이 방열구조를 내부에 갖는 다층 PCB 어셈블리(80)를 구현한 것이다.

이제 도3, 도4, 및 도6을 참조하여 상부 및 하부 케이스(10,70)에 대해 상술하기로 한다. 도6은 일 실시예에 따른 상부 케이스(10)의 저면 사시도로서, 도3의 상부 케이스(10)를 아래쪽에서 위로 바라본 모습을 나타낸다.

상부 및 하부 케이스(10,70)는 각각 상부 PCB(20)와 하부 PCB(60)의 표면을 커버하면서 결합되어 각 PCB(20,60)에서 발생되는 열 및 방열 플레이트(40)에서 전달되는 열을 흡수하여 외부로 배출한다. 상부 및 하부 케이스(10,70)는 그 자체로 히트 싱크의 기능을 수행할 수 있고 다른 외부의 히트 싱크와 결합하여 이 외부 히트 싱크로 열을 전달할 수도 있다.

이를 위해 상부 및 하부 케이스(10,70)는 예컨대 열전도성이 우수한 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN) 등의 재질로 제조될 수 있다. 일 실시예에서 알루미늄 재질의 케이스를 애노다이징(anodizing) 처리하여 전기 절연성을 가지면서 열전도성이 우수한 케이스(10,70)를 만들 수 있다.

상부 케이스(10)는 다층 PCB 어셈블리(80)의 상부 및 측면의 일부를 커버하고 하부 케이스(70)는 다층 PCB 어셈블리(80)의 하부 및 측면의 일부를 커버한다.

상부 및 하부 케이스(10,70)의 각각은, 케이스의 내측 표면에 상부 PCB(20) 또는 하부 PCB(60)에 실장된 전자회로소자(23,24,64)와 열적으로 접촉하는 제1 접촉영역(14,16,17,74,76)을 포함할 수 있다.

상부 케이스(10)에서 이러한 제1 접촉영역(14,16)은 예컨대 상부 PCB(20)에 실장된 전자회로소자(23)와 접촉하는 영역으로서, 예를 들어 도6의 접촉영역(14,16)은 케이스(10)의 내부 표면(13)에서 돌출한 돌출부이다. 이러한 돌출부 형태의 접촉영역(14,16)은 도4에 도시한 것처럼 케이스(10)의 내부 표면(13)과 일체로 연장되어 표면 위로 돌출된 형상일 수 있다.

다른 예로서 도4에 도시한 것처럼 제1 접촉영역들 중 또 다른 접촉영역(17)은 케이스(10)의 내부 표면보다 높이가 낮은 요홈부일 수 있고, 예컨대 코일과 같이 상대적으로 부피가 큰 전자회로소자(24)와 접촉할 수 있다. 이와 같이 제1 접촉영역이 돌출부인지 요홈부인지는 이 접촉영역과 접촉하는 전자회로소자의 부피(또는 높이)와 관계가 있으므로 구체적 실시 형태에 따라 제1 접촉영역의 형상이나 개수, 위치 등 구체적 사양이 달라질 수 있음은 물론이다.

도3을 참조하면 하부 케이스(70)에도 마찬가지로 제1 접촉영역(74,76)이 형성될 수 있고, 도시한 실시예에서 접촉영역(74)은 돌출부 형상이고 접촉영역(76)은 요홈부 형상임을 알 수 있다. 또한 도3과 도4에 도시한 바와 같이 돌출부 형상의 접촉영역(74)은 하부 케이스(70)와는 다른 재질의 부재를 하부 케이스(70)의 표면(73)에 부착하여 형성될 수 있으며, 예를 들어 써멀 패드(thermal pad)와 같은 열전도성 부재로 구현할 수 있다.

또한 도3과 도6에 도시한 바와 같이 상부 및 하부 케이스(10,70)의 각각은 방열 플레이트(40)에서 돌출된 제2 히트폴(43)과 열적으로 접촉하는 제2 접촉영역(15,75)을 케이스의 내측 표면에 더 포함한다. 제2 접촉영역(15,75)은 제2 히트폴(43)의 높이나 형상에 따라 케이스(10,70)의 내측 표면(13,73)에서 단차를 갖고 돌출되어 있을 수도 있고 내측 표면(13,73)과 동일한 표면 높이를 가질 수도 있으며, 구체적 실시 형태에 따라 제2 접촉영역의 형상이나 개수, 위치가 달라질 수 있음도 이해할 것이다.

이상과 같은 다층 PCB 어셈블리(80) 및 이를 둘러싸는 케이스(10,70)의 구성에 따르면 PCB에서 발생하는 열이 다음과 같은 여러 경로로 PCB 모듈(100) 외부로 배출될 수 있다.

첫째, 상부 PCB(20)와 하부 PCB(60)에 실장된 전자회로소자(23,24,64)에서 발생하는 열은 방열 플레이트(40)의 제1 히트폴(42)로 전달된다. 제1 히트폴(42)은 PCB(20,60) 기판을 관통하여 전자회로소자(23,24,64)와 열적으로 직접 접촉하고 있으므로 전자회로소자의 열을 종래에 비해 훨씬 신속하게 흡수할 수 있다.

둘째, 방열 플레이트(40)가 상부 및 하부 PCB(20,40)로부터 흡수하는 열은 방열 플레이트(40)의 제2 히트폴(43)을 통해 상부 및 하부 케이스(10,70)로 전달되어 PCB 모듈(100) 외부로 방출될 수 있다. 제2 히트폴(43)도 PCB(20,60) 기판을 관통하여 상부 및 하부 케이스(10,70)와 열적으로 직접 접촉하고 있으므로 방열 플레이트(40)의 열을 종래에 비해 훨씬 신속하게 케이스(10,70)로 배출할 수 있다.

세째, 상부 PCB(20)와 하부 PCB(60)에 실장된 전자회로소자에서 발생하는 열은 제1 히트폴(42) 뿐만 아니라 상부 및 하부 케이스(10,70)의 제1 접촉영역(14,16,17,74,76)을 통해서도 케이스(10,70)로 전달된다. 도4에 도시한 것처럼 전자회로소자의 한쪽면은 제1 히트폴(42)에 접촉되어 있어 제1 히트폴(42)로 열을 배출하고, 반대쪽 면은 케이스(10,70)의 제1 접촉영역(14,17,74,76)과 열적으로 직접 접촉하고 있어 제1 접촉영역을 통해 열을 배출할 수 있다. 즉 PCB(20,60)에 실장된 전자회로소자의 양면이 모두 열전달 부재와 접촉하고 있으므로 종래에 비해 훨씬 신속하게 열을 배출할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 다층 PCB 어셈블리(80)와 케이스(10,70)의 구성에 의해 PCB 모듈(100)이 여러 경로로 열을 배출할 수 있는 다면 방열구조를 가지게 된다. 또한 이러한 구성에 따른 추가 효과로서, PCB 모듈(100)의 내부 공간을 대폭 줄일 수 있어 컴팩트하고 슬림한 PCB 모듈을 제작할 수 있는 기술적 효과를 가진다.

예를 들어 PCB(20,60)에 실장될 전자회로소자로서 TO-220 칩을 장착하는 경우를 가정하면, 종래에는 TO-220 칩을 다층 PCB 기판에 세로로 세워서 실장하였고 칩에서 발생하는 열은 케이스 내부의 (공기로 채워진) 공간을 통해 케이스로 전달되어 케이스 외부로 방출되었다.

그러나 상술한 본 발명의 일 실시예에 따르면 TO-220 칩을 가로로 눕혀서 PCB(20,60)에 실장하되 칩의 한쪽 면을 제1 히트폴(42)과 접촉시키고 반대쪽 면을 제1 접촉영역(14,74)에 접촉시켜 실장할 수 있다. 따라서 칩을 가로로 눕혀서 배치할 수 있으므로 PCB 모듈(100) 내부의 빈 공간을 대폭 줄일 수 있고 모듈(100)의 두께를 얇게 구현할 수 있고, 칩에서 발생하는 열을 칩 양면의 방열 플레이트(40)와 케이스(10,70)를 통해 더 빠르게 배출할 수 있다.

그러므로 본 발명을 예컨대 대전력 전력소자 패키지에 적용하면 전력소자의 집적화가 가능해진다. 예를 들어 본 발명자가 상술한 본 발명의 PCB 모듈(100) 구성을 자동차용 OBC(On Board Charger)에 적용하여 실험한 결과, 기존 다층 PCB 구조를 사용한 경우 13KW OBC 장치의 부피가 20리터였으나 본 발명의 PCB 모듈 구성을 적용하면 부피가 6리터로 대폭 감소하였고 방열 효과도 종래대비 30~40% 상승하였음을 확인하였다.

이제 도7 내지 도9를 참조하여 본 발명의 PCB 모듈(100)의 대안적 실시예를 간단히 설명하기로 한다.

도7은 다른 일 실시예에 따른 PCB 모듈(200)의 예시적 단면 구조를 도식적으로 나타내는 도면이다. 도4의 PCB 모듈(100)과 비교할 때 도7의 모듈(200)의 내부 구조는 모듈(100)과 거의 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다. 다만 도7의 실시예에서 PCB 모듈(200)의 상부 및 하부 케이스(10,70)는 다층 PCB 어셈블리(80)의 측면까지 커버하지 않고 다층 PCB 어셈블리(80)의 상부면과 하부면을 커버한다.

케이스(10,70)에 의해 커버되지 않는 다층 PCB 어셈블리(80)의 영역에는 도시한 것처럼 예컨대 관통홀(85)이 형성될 수 있고, 이 관통홀(85)을 통해 다층 PCB 어셈블리(80)가 PCB 모듈(200) 외부의 다른 전자장치와 전기적으로 또는 물리적으로 연결될 수 있다.

도8은 또 다른 일 실시예에 따른 PCB 모듈(300)의 예시적 단면 구조를 도식적으로 나타내는 도면이다. 도4의 PCB 모듈(100)과 비교할 때 도8의 모듈(300)의 내부 구조는 모듈(100)과 거의 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다. 다만 도8의 실시예에서 PCB 모듈(300)의 하부 케이스(70)의 외측 표면에 제1 요철 형상(79)이 형성되어 있고, 하부 케이스(70)의 외측 표면에 추가의 방열 구조물(90)이 부착되어 있다. 방열 구조물(90)의 표면에는 제1 요철 형상(79)과 맞물리며 접촉하는 제2 요철 형상(91)이 형성되어 있고, 이러한 구성에 따르면 하부 케이스(70)의 열이 외부로 더 신속하게 배출될 수 있다.

도8에서는 하부 케이스(70)에 방열 구조물(90)이 부착된 것으로 예시하였지만, 예컨대 상부 케이스(10)에도 방열 구조물(90)이 부착될 수도 있다. 또한 케이스(10,70)와 방열 구조물(90) 사이에 요철 형상(79,91)이 형성되어도 되지만 이러한 요철 형상이 없어도 무방할 것이다.

도9는 또 다른 일 실시예에 따른 PCB 모듈(400)의 예시적 단면 구조를 도식적으로 나타내는 도면이다. 도4의 PCB 모듈(100)과 비교할 때 도9의 모듈(400)의 내부 구조는 모듈(100)과 거의 동일 또는 유사하다. 다만 도9의 실시예에서 PCB 모듈(400)의 상부 및 하부 케이스(10,70) 중 적어도 하나의 내부 표면에 방열 플레이트(40)와 열적으로 접촉하는 히트폴(43)이 형성되어 있다. 즉 도9의 PCB 모듈(400)에서는 방열 플레이트(40)와 케이스(10,70)를 연결하는 히트폴(43)이 케이스(10,70)측에 형성되어 있다.

그러므로 방열 플레이트(40)와 케이스(10,70)를 열적으로 연결하는 히트폴(43)이 방열 플레이트나 케이스 어느 쪽에 형성되어도 무방하며, 대안적 실시예로서, 히트폴(43)이 방열 플레이트(40)나 케이스(10,70)와 별개의 독립된 부재로 형성된 후 양 단면이 각각 방열 플레이트와 케이스에 결합되어 제작될 수도 있음을 당업자는 이해할 것이다.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100, 200, 300, 400: 다층 PCB 모듈
10, 70: 케이스
20, 40: PCB
30, 50: 프리프레그
40: 방열 플레이트
80: 다층 PCB 어셈블리
90: 방열 구조물

Claims

다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈로서,
전기절연성의 방열 플레이트(40)와 이 방열 플레이트의 상하면에 각각 부착된 상부 인쇄회로기판(PCB)(20) 및 하부 인쇄회로기판(PCB)(60)을 포함하는 다층 PCB 어셈블리(80);
상기 다층 PCB 어셈블리(80)의 상부면을 커버하는 상부 케이스(10); 및
상기 다층 PCB 어셈블리(80)의 하부면을 커버하는 하부 케이스(70);를 포함하고,
상기 방열 플레이트(40)는,
알루미늄 재질의 플레이트에 애노다이징(anodizing) 처리를 하여 사용하며,
상기 상부 PCB(20) 또는 하부 PCB(60)에 실장되는 전자회로소자와 열적으로 접촉하는 제1 히트폴(42); 및
상기 상부 및 하부 케이스(10, 70) 중 적어도 하나의 내부 표면에 열적으로 접촉하는 제2 히트폴(43);을 포함하며,
상기 상부 PCB(20) 및 하부 PCB(60)에는 각각 상기 제1 히트폴(42) 및 제2 히트폴(43)이 관통 삽입되는 하나 이상의 관통부(21, 61)가 형성되고,
상기 제1 히트폴(42)은 상기 상부 PCB(20) 또는 하부 PCB(60)의 표면과 동일한 높이로 돌출 형성되고, 상기 제2 히트폴(43)은 상기 상부 케이스(10) 또는 하부 케이스(70)의 내부 표면과 접촉하는 높이로 돌출 형성되며,
상기 방열 플레이트(40)와 상기 상부 PCB(20) 사이에 개재되는 전기절연성의 상부 프리프레그(30); 및
상기 방열 플레이트(40)와 상기 하부 PCB(60) 사이에 개재되는 전기절연성의 하부 프리프레그(50);를 포함하고,
상기 상부 및 하부 프리프레그(30, 50)는 전기 절연성을 가지되, 열차단성이 적은 재질로 형성되고,
상기 상부 케이스(10) 및 하부 케이스(20) 중 적어도 하나의 케이스의 외측 표면이 제1 요철 형상(79)으로 형성되고,
상기 적어도 하나의 케이스의 외측 표면에 부착되며 상기 제1 요철 형상에 맞물려서 접촉하는 제2 요철 형상(91)을 갖는 방열 구조물을 더 포함하며,
상기 상부 케이스(10) 및 하부 케이스(20) 중 적어도 하나의 내부 표면에, 상기 상부 PCB(20) 또는 하부 PCB(60)에 실장된 전자회로소자와 열적으로 접촉하는 접촉영역을 포함하고,
상기 상부 케이스(10)의 제1 접촉영역(14, 16)은 상기 상부 케이스(10)의 내부 표면(13)에서 돌출한 돌출부이며, 상기 상부 케이스(10)의 내부 표면(13)과 일체로 연장되어 표면 위로 돌출된 형상이며,
상기 제1 접촉영역(14, 16)과 다른 접촉영역(17)은 케이스(10)의 내부 표면보다 높이가 낮은 요홈부인 것을 특징으로 하는 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈.
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제 1 항에 있어서,
상기 접촉영역이 써멀 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 방열 플레이트에 상하면을 관통하는 하나 이상의 관통영역이 형성되고,
상기 다층 PCB 어셈블리(80)가, 상기 방열 플레이트의 관통영역을 통해 상기 상부 PCB와 하부 PCB 사이의 물리적 또는 전기적 접촉을 이루는 하나 이상의 접촉점 또는 접촉 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다면 방열구조를 갖는 PCB 모듈.
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