KR100483748B1 - 프린트기판의 냉각구조 - Google Patents

Abstract

프린트기판(6)상에 설치한 전자부품(7)의 높이에 따라 확실히 냉각할 수 있고, 또한, 박형, 경량으로 전자부품(7)의 검사나 유지관리가 용이한 냉각구조를 제공한다. 프린트기판(6)상에 설치한 복수의 전자디바이스(7)의 주위에, U자 형상으로 냉각파이프(1)를 배치한다. 이 냉각파이프(1)에 프린트기판(6)과 반대측에서 틀형상의 냉각플레이트(2)를 코킹접합한다. 냉각플레이트(2)에는 위쪽으로부터 열전도플레이트(3)가 끼워 넣어져 있고, 열전도 플레이트(3)의 삽입구멍(9)에는, 절결부(10)를 갖은 원통형의 열전도부재(4)가 삽입되어 있다. 열전도부재(4)는 상하에 미끄럼운동가능하고, 또한 좌우에 회동가능하며, 열전도 플레이트(3)에 설치된 판 스프링(5)에 의해서, 전기디바이스(9)에 가압된다. 또한, 절결부(10)로부터 프로브 (12) 등을 삽입하고, 전기디바이스(9)를 검사한다.

Description

프린트기판의 냉각구조{COOLING SYSTEM OF A PRINTED BOARD}

본 발명은 다수의 전자디바이스를 설치한 프린트기판의 냉각구조에 관한 것이다.

프린트기판에 설치되는 집적회로(이하, IC라 함)의 고밀도화에 따라, IC의 발열량도 증가하고 있다. 따라서, IC를 강제적으로 냉각할 필요가 있다.

종래의 프린트기판의 냉각구조 일례를 도 5 및 도 6에 나타낸다.

도 5는 종래의 프린트기판의 냉각장치의 분해사시도이다. 도5에서, 프린트기판의 냉각장치는, 전자디바이스(31), 원주형상열전도체(32), 스페이서(33), 코일스프링(34), 냉각블록(35), 냉각파이프(36), 나사(37)로부터 구성되어 있다.

전자디바이스(31)의 패키지부 윗면(31a)에는, 열전도성 컴파운드(39a)가 도포되고, 냉각블록(35)에 설치된 원주형상열전도체(32)용의 삽입구멍(35a)의 원주형상열전도체(32)와의 접촉면에도 열전도성 컴파운드(39b)가 도포되어 있다. 또한, 냉각블록(35)는, 스페이서(33)를 통해, 프린트기판(38)에 고정되어 있다.

냉각블록(35)의 윗면에 나사구멍(35b)가 설치되어 있다. 2개의 나사(37)로 코일스프링(34)의 양끝단이 냉각블록(35)에 부착되어 있다. 코일스프링(34)의 장력에 의하여, 원주형상열전도체(32)의 바닥면은 열전도성 컴파운드(39a)를 통해, 전자디바이스(31)의 패키지부 윗면(31a)에 압축된다.

도 6은 종래의 냉각장치의 설치상태를 나타낸 도면이다. 도6에서, 프린트기판(38)은 커넥터(41), 가이드레일(42), 고정블록(43), 폐쇄형 커플러(44), 잡아빼기 플레이트(45)로 구성된다. 냉매(40)가 흐르는 냉각파이프(36)는 프린트기판(38) 테두리부의 잡아빼기 플레이트(45)에 부착된 고정블록(43)에 부착되어 있다. 냉각파이프(36)에 냉매(40)를 흘림으로써, 냉각파이프(36) 주위의 냉각블록(35)이 차게 되고, 원주형상열전도체(32)를 통해 전자디바이스(31) 및 프린트기판(38)을 냉각한다.

그런데, 다수의 전자디바이스(31)의 설치높이에는 격차가 있기 때문에, 균일히 냉각하기 위해서는, 원주형상열전도체(32)의 바닥면과 전자디바이스(31)의 패키지부 윗면(31a)과의 사이에, 높이를 흡수하는 열전도성 겔이나 용수철 등의 접촉자가 필요하여 진다. 그러나, 전자디바이스(31)의 발열밀도가 높아짐에 따라서, 열전도성 겔이나 용수철 등의 접촉자로서는 열저항이 크므로, 발생온도의 격차를 작게 하는 것이 곤란해진다.

또한, 전자디바이스를 설치후의 프린트기판(38)에 불량의 전자디바이스가 발생한 경우, 전자디바이스를 개개에 검사 또는 교환할 필요가 있다. 전자디바이스 (31)를 검사 또는 교환하는 경우에, 냉각부품「냉각블록(35)」이 전자디바이스(31)의 윗면을 덮고 있기 때문에, 검사가 곤란하게 되거나, 교환하기 위해서 냉각부품을 모두 제거할 필요가 있었다. 이 때문에, 검사나 교환 및 재조립에 막대한 공정수가 걸려 있었다.

또한, 종래의 냉각구조는 설치높이가 크고, 무거운 냉각블록(35)을 필요로 하는 것이었다.

본 발명의 목적은 프린트기판상에 설치되는 전자부품의 높이에 따라 확실히 냉각할 수 있는 냉각구조를 제공하는 것이다. 또한, 박형이고 경량이며, 설치전자부품의 검사 및 유지관리가 용이한 냉각구조를 제공한다.

이상의 과제를 해결하도록 본 발명의 제 1형태에 따른 프린트기판의 냉각구조는 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이, 전자부품「예컨대, 전자디바이스(7)」을 설치한 프린트기판(6)상에, 냉매통로「예컨대, 냉각파이프(1)」를 갖는 냉각부재를 열적접속하고, 전자부품상에 열전도부재를 열적접속함과 동시에, 냉각부재에 형성된 삽입구멍에 열전도부재(4)를 삽입하여 열적접속하고, 프린트기판 및 전자부품을 냉각하는 구조로서, 복수의 전자부품의 개개에 각각 대응하는 열전도부재를 설치하는 것을 특징으로 하고 있다.

여기서, 열전도부재의 단면은 전자부품보다도 큰 것으로 한다. 또한, 열전도부재는 냉각부재에 형성된 삽입구멍 내를 상하에 미끄럼운동할 수 있는 것으로 한다.

이상과 같이, 본 발명의 제 1 형태에 의하면, 프린트기판상의 냉각부재의 삽입구멍에 삽입하는 열전도부재로서, 전자부품의 개개에 각각 대응하는 열전도부재를 설치함으로써, 각 전자부품의 높이에 맞는 위치에 열전도부재를 배치할 수 있으므로, 전자부품과 열전도부재와의 사이에 접촉자를 개재시킬 필요가 없고, 각 전자부품을 균일히 냉각하는 것이 가능하다.

본 발명의 제 2형태에 의한 프린트기판의 냉각구조로서, 본 발명의 제 1 형태의 냉각구조에서, 냉각부재에 대하여 열전도부재를 전자부품상에 가압을 더하는 스프링부재「예컨대, 판 스프링(5)」를 설치함과 동시에, 냉각부재를 프린트기판상에 열전도성탄성부재「예컨대 열전도성겔(8)」를 개재하여 부착하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 스프링부재에 의한 가압력은 1 Kg 이하의 저하중으로 한다. 또한, 열전도성 탄성부재로서는 열전도성에 뛰어난 겔이나 용수철 등을 들 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제 2형태에 기재된 발명에 의하면, 스프링 부재로 열전도부재를 전자부품상에 누름가압함으로써, 열전도부재를 전자부품의 높이에 추종시킬 수 있고, 항상 열전도부재와 전자부품을 열적접속시킬 수 있다. 또한, 스프링부재의 가압력을 저하중으로 하면, 전자부품으로 걸리는 스트레스도 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 냉각부재를 프린트기판상에 열전도성탄성부재를 통해 부착함으로써, 냉각부재와 프린트기판도 항상 열적접속시킬 수 있다.

본 발명의 제 3형태에 의한 프린트기판의 냉각구조는, 본 발명의 제 1 형태의 기재된 프린트기판의 냉각부재이며, 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이, 프린트기판상에 고정되고, 냉매통로를 가지는 틀형상의 냉각플레이트(2)와, 상기 냉각플레이트(2)상에 고정되고, 삽입구멍(9)을 가지는 열전도플레이트(3)로 구성되는 냉각부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명의 제 3형태에 의하면, 냉각부재를 냉각플레이트와 열전도플레이트로부터 구성함으로써, 프린트기판의 냉각구조를 얇고, 경량인 것으로 할 수 있다. 또한, 냉각플레이트는 틀형상이므로, 열전도플레이트를 제거하기만 하면 전자부품의 교환작업을 행할 수 있다.

본 발명의 제 4형태에 의한 프린트기판의 냉각구조는 본 발명의 제 3형태의 프린트기판의 냉각구조이며, 예컨대 도 2에 나타낸 바와 같이, 냉매통로를 형성하는 냉각파이프(1)를 냉각플레이트에 결합함과 동시에, 냉각플레이트와 프린트기판 사이에 열전도부재를 개재하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제 5형태에 의한 프린트기판의 냉각구조는 본 발명의 제 1형태의 냉각구조이며, 열전도부재는 원통형상이며, 표면에 불소수지코팅 또는 폴리이미드테이프에 의한 전기적 절연층을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제 6형태에 의한 프린트기판의 냉각구조는 본 발명의 제 1형태의 냉각구조이며, 예컨대 도 2에 나타낸 바와 같이, 열전도부재와 전자부품 및 냉각부재와의 사이에 열전도성 컴파운드(11)를 충전하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이, 본 발명의 제 6형태에 의하면, 열전도부재와 전자부품 및 냉각부재와의 사이에 열전도성 컴파운드를 충전함에 있어서, 열전도성을 확보한 상태에서 열전도부재를 상하로 가동가능하게 되며, 또한 안정되게 열저항을 낮게 유지시킬 수 있게 된다.

본 발명의 제 7형태에 의한 프린트기판의 냉각구조는 본 발명의 제 5형태의 냉각구조이며, 예컨대 도 3에 나타낸 바와 같이, 열전도부재는 원주형상의 일부를 절개한 절결부(10)를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이, 본 발명의 제 7형태에 의하면, 열전도부재를 원주형상으로 하고, 일부에 절결부를 설치함과 동시에, 열전도부재를 회전시킴으로써, 절결부의 위치를 바꿀 수 있고, 이 절결부를 통하여, 전자부품으로 직접 볼 수 있다. 또한, 이 절결부에서 프로브 등을 넣어 전자부품의 검사를 할 수도 있다. 따라서, 프린트기판의 냉각구조를 부착한 실동작상태에서의 전자부품의 검사가 가능하다.

[실시예]

이하에, 본 발명에 관한 프린트기판의 냉각구조의 실시형태를 도 1에서 도 4에 따라 설명한다.

프린트기판의 냉각구조는 냉각파이프(1), 냉각플레이트(2), 열전도플레이트 (3), 열전도부재(4), 판 스프링(5)으로 대략 구성된다.

냉각파이프(1)는 프린트기판(6)상에 실장된 복수의 전자디바이스(7)의 주위에 U자형으로 배치되고, 냉각파이프(1)와 프린트기판(6)과의 사이에는, 열전도성겔 (8)을 끼워넣고 있다.

또한 냉각파이프(1)는 냉각플레이트(2)에 코킹접합하고 있고, 냉각플레이트 (2)와 프린트기판(6)으로, 냉각파이프(1)를 끼우고 있다.

냉각플레이트(2)는 4개의 지주(13)로 프린트기판(6)상에 고정되어 있고, 냉각플레이트(2)와 프린트기판(6)이 접하는 부분에는 열전도성겔(8)이 끼워넣어져 있다.

냉각플레이트(2)는 틀형상이며, 냉각플레이트(2)에 위쪽부터 끼워넣도록, 열전도플레이트(3)가 고정되어 있다. 냉각플레이트(2)와 열전도플레이트(3)와의 접합부에는, 열전도성 컴파운드(11)를 충전하고 있다.

열전도플레이트(3)는 프린트기판(6)상에 장치된 전자디바이스(7)의 바로 위에, 원형의 관통한 삽입구멍(9)을 가지고 있다. 삽입구멍(9)에는, 일부에 절결부 (10)를 가진 원통형상의 열전도부재(4)가 삽입되어 있다(도 3참조). 여기서 열전도부재(4)의 단면은 전자디바이스(7)보다 큰 것으로 한다.

삽입구멍(9)과 열전도부재(4)와의 사이 간극에는, 열전도성 컴파운드(11)가 충전되어 있고, 열전도부재(4)는 삽입구멍(9)내에서, 상하로 미끄럼동작 가능하며, 또한 좌우로 회동가능하게 되어 있다. 여기서 삽입구멍(9)과 열전도부재(4)와의 사이 간극을 예컨대 50㎛ 전후로 하면, 안정된 저열저항을 실현할 수 있다.

열전도플레이트의 윗면에는, 삽입구멍(9)부근에 판 스프링(5)이 설치되어 있고, 판 스프링(5)의 누름압력에 의하여, 열전도부재(4)가 전자디바이스(7)에 가압된다.

열전도부재(4)는 표면에 불소수지 코팅 또는 폴리이미드 테이프 등에 의한 전기적 절연층이 실시되어 있고, 전자디바이스(7)측의 면에는 열전도성 컴파운드 (11)가 실시되고 있다. 이 절연층에 의한 열저항은 거의 무시할 수 있고, 절연성능은 직류 500V에서 1000㏁를 확보할 수 있다.

다음으로, 상기 프린트기판의 냉각구조를 이용한 프린트기판의 냉각방법을 설명한다.

프린트기판(6) 위에 장치된 복수의 전자디바이스(7)의 각각에 열전도부재(4)가 하나씩 대응하도록, 프린트기판의 냉각구조를 복수 설치한다(도 4 참조). 상기 냉각구조는 프린트기판의 양면에 설치하여도 좋다. 이 때, 냉각파이프(1)는 하나이며 복수의 냉각플레이트(2)에 코킹접합하고 있는 것이다.

프린트기판의 냉각구조는 프린트기판(6)위에 설치되면, 판 스프링(5)의 누름압력에 의하여, 열전도부재(4)가 밀어 내려지고, 대응하는 전자디바이스(7)에 접한다.

냉각파이프(1)내에 냉매를 순환시키면, 냉매의 열은 파이프로부터 프린트기판(6)과 냉각플레이트(2)로 전해지고, 냉각플레이트(2)에 전해진 열은 프린트기판 (6)을 냉각함과 동시에, 열전도플레이트(3)에 전해진다. 또한 열은 열전도플레이트 (3)에서, 판 스프링(5)에 의하여, 전자디바이스(7)에 접하고 있는 열전도부재(4)에 전해짐으로써, 복수의 전자디바이스(7)를 냉각한다.

전자디바이스(7)를 검사하는 경우는 도 4에 나타낸 바와 같이, 검사하는 전자디바이스(7)에 대응하고 있는 열전도부재(4)를 회동시키고, 전자디바이스(7)의 검사해야할 위치에 열전도부재(4)의 절결부(10)를 이동시킨다. 절결부(10)로부터, 프로브(12) 등을 삽입하고, 검사한다.

또한, 일부의 전자디바이스(7)를 바꾸는 경우는, 열전도플레이트(3)를 냉각플레이트(2)로부터 제거하고, 전자디바이스(7)를 교환한다.

이와 같이, 상기 실시형태의 프린트기판의 냉각구조에 의하면, 각 전자디바이스(7)에 대응하는 열전도부재(4)를 설치하고, 열전도부재(4)를 각 전자디바이스 (7)에 누름압력을 가함으로써, 높이가 다른 전자디바이스(7)에도 각 열전도부재(4)를 추종할 수 있고, 스프링이나 겔 등의 접촉자를 이용할 필요가 없으므로, 각 전자디바이스(7)를 균일하게 냉각할 수 있다. 예컨대 크기가 14mm×14mm이며, 소비전력 10W의 전자디바이스에, 본 프린트기판의 냉각구조를 적용한 경우, 각 전자디바이스마다의 온도의 불균일함을 5℃ 이내로 억제할 수 있었다.

또한, 판 스프링(5)의 누름압력을 저하중으로 함으로써, 전자디바이스(7)에 걸리는 스트레스도 최소한으로 억제할 수 있고, 전기적 단선이 쉽게 생기지 않는다. 판 스프링(5)에 의한 누름압력도 조정하기 쉽다.

틀형상의 냉각플레이트(2)와 열전도플레이트(3)를 이용함으로써, 블록상태의 냉각부재를 이용하는 경우에 비하여, 얇고, 경량인 프린트기판의 냉각구조를 실현할 수 있고, 프린트기판의 3차원장치나, 고밀도장치화 등을 가능하게 된다. 예컨대, 본 프린트기판의 냉각구조의 높이는 12mm정도로 억제할 수 있으므로, 프린트기판의 양면에 전자디바이스를 장치하고, 프린트기판의 냉각구조를 설치하여도 약 30mm 피치로 프린트기판을 장치할 수 있다.

또한, 열전도부재(4)는 절결부(10)를 가지고 있기 때문에, 전자디바이스(7)는 냉각구조를 제거하지 않고도 검사할 수 있다. 전자디바이스(7)를 교환하는 경우는, 냉각플레이트(2)가 틀형상이므로, 열전도플레이트(3)를 제거하는 것만으로 교체작업이 용이하게 된다.

프린트기판(6)과 냉각파이프(1) 및 냉각플레이트(2)와의 사이에 열전도성겔 (8)을 개재시킴으로써, 프린트기판(6)자체도 항상 냉각할 수가 있다. 또한, 각 부품간에 열전도성 컴파운드(11)를 충전함으로써, 열저항을 안정되고 낮게 유지시킬 수 있으며, 냉각효율을 향상할 수 있다.

그리고, 이상의 실시형태예에 있어서는, 하나의 열전도플레이트에, 3개의 열전도부재를 설치하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것을 아니며, 적용하는 프린트기판 및 전자디바이스의 수에 맞추어, 적당하게 설치하여도 좋다. 또한 판 스프링도 1개로 3개의 열전도부재를 억제하도록 하였으나, 1개씩 억제하도록 하여도 좋고, 또한 복수의 열전도부재를 1개로 억제하도록 하여도 좋으며, 열전도부재를 확실하게 누름압력을 줄 수 있으면, 판 스프링의 구조도 임의이다.

또한, 그 외 구체적인 세부구조 등에 대해서도 적절하게 변경가능한 것은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명의 제 1형태에 의하면, 프린트기판상의 냉각부재의 삽입구멍에 삽입하는 열전도부재를 각 전자부품마다 설치함으로써, 각 전자부품의 높이에 맞추어, 대응하는 열전도부재의 설치위치를 바꿀 수 있다. 따라서 전자부품의 높이에 상관없이, 열전도부재로 직접 전자부품을 냉각할 수 있고, 각 전자부품을 균일하게 냉각할 수 있다.

본 발명의 제 2형태의 프린트기판의 냉각구조에 의하면, 스프링부재의 누름압력에 의하여 열전도부재를 전자부품의 높이에 추종시킬 수 있으므로, 전자부품의 높이에 상관없이, 열전도부재와 전자부품과의 열적 접속을 항상 유지시킬 수 있다.

또한, 냉각부재와 프린트기판과의 사이에 열전도성탄성부재를 설치함으로써, 프린트기판도 냉각부재에 항상 열적 접속시킬 수 있고, 프린트기판을 효율적으로 냉각할 수 있다.

본 발명의 제 3형태의 프린트기판의 냉각구조에 의하면, 틀형상의 냉각플레이트와 열전도플레이트로부터 냉각부재를 구성함으로써, 프린트기판의 냉각구조의 경량화를 도모할 수 있음과 동시에, 프린트기판의 냉각구조의 두께도 얇게 할 수 있다. 또한, 열전도플레이트만을 제거하고, 냉각플레이트를 부착한 상태에서 전자부품의 교체작업을 행할 수 있다.

본 발명의 제 6형태의 프린트기판의 냉각구조에 의하면, 열전도성 컴파운드를 열전도부재와 전자부품 및 냉각부재와의 사이에 충전함으로써, 열저항을 낮게 유지할 수 있고, 효율적으로 전자부품을 냉각할 수 있다. 또한, 열전도부재가 상하로 이동할 때도 열전도성을 확보할 수 있다.

본 발명의 제 7형태의 프린트기판의 냉각구조에 의하면, 열전도부재에 절결부를 설치함으로써 열전도부재를 부착한 상태에서 전자부품의 일부를 볼 수 있다. 또한 열전도부재를 원주형상으로 함으로써, 열전도부재가 삽입구멍내에서 회동가능하게 되므로, 열전도부재를 회동시킴으로써, 전자부품이 필요한 부분을 볼 수 있다. 또한 프로브 등을 이 절결부에 삽입하고, 전자부품의 검사를 행할 수도 있다.

도 1은 본 발명을 적용한 일 예로서의 프린트기판의 냉각구조를 나타내는 분해사시도,

도 2는 도 1에 있어서의 프린트기판의 냉각구조를 조립한 경우의 단면도,

도 3은 전자디바이스를 검사하는 경우의 전자디바이스와 열전도부재의 상태를 나타내는 열전도 플레이트부분의 개략상면도,

도 4는 도 1에 있어서의 프린트기판의 냉각구조를 프린트기판상에 설치한 상태를 나타내는 사시도,

도 5는 종래의 프린트기판의 냉각구조를 나타내는 분해사시도,

도 6은 도 5에 있어서의 종래의 프린트기판의 냉각구조를, 프린트기판상에 설치한 상태를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉각파이프 2 : 냉각플레이트

3 : 열전도플레이트 4 : 열전도부재

5 : 판 스프링 6 : 프린트기판

7 : 전자디바이스 8 : 열전도성겔

9 : 삽입구멍 10 : 절결부

11 : 열전도성 컴파운드 12 : 프로브

13 : 지주

Claims (7)

1. 전자부품을 설치한 프린트기판상에, 냉매통로를 갖는 냉각부재를 열적 접속하여, 전자부품상에 열전도부재를 열적접속함과 동시에, 냉각부재에 형성된 삽입구멍에 열전도부재를 삽입하여 열적접속하여, 프린트기판 및 전자부품을 냉각하는 구조로서,

   복수의 전자부품의 개개에 각각 대응하는 열전도부재를 설치하는 것을 특징으로 하는 프린트기판의 냉각구조.
2. 제 1 항에 있어서, 냉각부재에 대하여 열전도부재를 전자부품상에 가압을 더하는 스프링부재를 설치함과 동시에, 냉각부재를 프린트기판상에 열전도성탄성부재를 개재하여 부착하는 것을 특징으로 하는 프린트기판의 냉각구조.
3. 제 1 항에 있어서, 프린트기판상에 고정되어, 냉매통로를 갖는 틀형상의 냉각플레이트와,

   상기 냉각플레이트상에 고정되어, 삽입구멍을 갖는 열전도플레이트로 구성되는 냉각부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 프린트기판의 냉각구조.
4. 제 3 항에 있어서, 냉매통로를 형성하는 냉각파이프를 냉각플레이트에 결합함과 동시에, 냉각플레이트와 프린트기판사이에 열전도부재를 개재하는 것을 특징으로 하는 프린트기판의 냉각구조.
5. 제 1 항에 있어서, 열전도부재는 원통형으로, 표면에 불소수지코팅 또는 폴리이미드 테이프에 의한 전기적 절연층을 갖는 것을 특징으로 하는 프린트기판의 냉각구조.
6. 제 1 항에 있어서, 열전도부재와 전자부품 및 냉각부재와의 사이에 열전도성 컴파운드를 충전하여 있는 것을 특징으로 하는 프린트기판의 냉각구조.
7. 제 5 항에 있어서, 열전도부재는 원주형상의 일부를 절결된 절결부를 갖는 것을 특징으로 하는 프린트기판의 냉각구조.