KR100650405B1

KR100650405B1 - 히트 싱크를 형성하는 솔 플레이트를 가진 전자 어셈블리

Info

Publication number: KR100650405B1
Application number: KR1020017003580A
Authority: KR
Inventors: 제라르-마리 마르땡
Original assignee: 발레오 스위치즈 엣 디텍션 시스템즈
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2006-11-27
Also published as: US6706972B1; WO2001008459A1; JP2003505892A; FR2796801B1; DE60020509D1; DE60020509T2; KR20010089275A; ES2241647T3; EP1116424A1; FR2796801A1; EP1116424B1

Abstract

본 발명은 라디에이터를 형성하는 베이스 플레이트 상에 지지되거나 또는 상기 베이스 플레이트 상에 장착되는 것이 가능한 어셈블리로서, 인쇄 회로 카드(1)를 포함하며, 상기 인쇄 회로 카드(1)는 상기 인쇄 회로 카드(1)의 두께로 복수 개의 홀들(5)을 갖고, 상기 베이스 플레이트와 하나 이상의 전자 부품들(2)을 지지하는 상기 인쇄 회로 카드(1)의 한 면 사이에 열을 전달하기 위해, 상기 복수 개의 홀들(5)은, 각각의 전자 부품이 박스에 의해 에워싸여 있는 하나 이상의 전자 부품들(2)을 지지하는 상기 인쇄 회로 카드(1)의 한 면과, 상기 인쇄 회로 카드(1) 내의 홀들(5)에 의해 수용되어 있으면서 실질적으로 상기 인쇄 회로 카드의 전체 두께에 걸쳐 인쇄 회로 카드(1)를 관통하며 또한 열전도성 재료로 만들어진 복수 개의 패드들(4a)을 지닌 라디에이터를 형성하는 베이스 플레이트(3) 간에 열을 전달하도록 의도되어 있고, 상기 복수 개의 패드들(4a)은 복수 개의 패드들을 지지하는 솔 플레이트라고 하는 플레이트(4)와 일체로 되어 있는 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명은 상기 솔 플레이트(4)가 상기 인쇄 회로 카드(1) 및 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

히트 싱크를 형성하는 솔 플레이트를 가진 전자 어셈블리{Electronic assembly comprising a sole plate forming a heat sink}

본 발명은 라디에이터를 형성하는 베이스 상에 배치되어 있는 인쇄 회로 카드와 히트 싱크(heat sink)를 형성하는 솔 플레이트(sole plate)를 포함하는 형태의 어셈블리에 관한 것이다.

이러한 형태의 어셈블리에 있어서, 인쇄 회로 카드는 도 1에 예시되어 있는 바와 같이 금속화된 홀(hole; TM)을 가진 양면 카드인 것이 통상적이다.

이러한 금속화된 홀(TM)은 기판의 양면 간의 전기적인 상호 접속 외에도, 인쇄 회로 카드에 장착되어 있는 방열 부품과 베이스 사이에 열을 전달할 수 있는 소위 "열 바이어(thermal via)"라는 것을 구성한다.

그러나, 이러한 홀이 전달할 수 있는 열의 양은 적다. 이러한 이유는 비록 구리의 열전도율이 인쇄 회로 카드의 기판을 제조하는데 이용되는 에폭시 재료의 열전도율보다도 약 1000배 높더라도, 기판을 통과하는 홀의 벽 상에 부착되어 있는 구리층의 두께가 매우 얇기(약 30㎛) 때문에 거의 열이 전달되지 않는다.

열 바이어를 갖는 인쇄 회로 카드 상의 하나 이상의 부품들의 어셈블리에서, 문헌 미국 특허 제5,646,826호에는 기판을 형성하는 인쇄 회로 카드의 방열 특성보다도 우수한 방열 특성을 갖는 재료를 홀 내에 주입해서 이러한 홀의 열-전달 용량을 증가시키는 것이 제안되어 있다. 이러한 형태의 주입 해결 방안은 일반적으로 값이 비싸며 또한 특수하고 정교한 공구의 사용을 필요로 한다.

인쇄 회로 카드 상의 하나 이상 부품들의 어셈블리에서, 문헌 독일 공개 특허 제196 01 649호에는 인쇄 회로 카드의 일부를 인쇄 회로 카드보다도 전도성이 있는 벌크 금속 부품과 교환하는 것이 제안되어 있다. 벌크 금속 부품을 사용하는 경우에는 어셈블리의 평면도(flatness)와 관련된 문제가 생기며 또한 인쇄 회로 카드가 상당한 횡방향의 응력의 영향을 받는다.
종래 기술에 사용되고 있는 해결 방안은 해결되어야 할 필요가 있는 다수의 결점을 갖는다.

그러므로, 본 발명의 목적은 전자 카드에 대한 더욱 양호한 냉각 또는 더욱 양호한 방열을 가능하게 하는 히트 싱크를 사용하여, 베이스와 인쇄 회로 카드가 지지하고 있는 전력 부품의 박스의 금속 베이스 간에 더욱 양호한 열전달을 가능하게 하는 히트 싱크를 갖는 어셈블리를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 라디에이터를 형성하는 베이스 상에 지지되거나 또는 그러한 베이스 상에 장착되는 것이 가능한 어셈블리로서, 인쇄 회로 카드를 포함하며, 인쇄 회로 카드는 인쇄 회로 카드의 두께로 복수 개의 홀들을 갖고, 베이스와 하나 이상의 전자 부품들을 지지하는 상기 인쇄 회로 카드(1)의 한 면 사이에 열을 전달하기 위해, 복수 개의 홀들은, 각각의 전자 부품이 박스에 의해 에워싸여 있는 하나 이상의 전자 부품들을 지지하는 상기 인쇄 회로 카드의 한 면과, 인쇄 회로 카드 내의 홀들에 의해 수용되어 있으면서 실질적으로 인쇄 회로 카드의 전체 두께에 걸쳐 인쇄 회로 카드를 관통하며 또한 열전도성 재료로 만들어진 복수 개의 패드들을 지닌 라디에이터를 형성하는 베이스 간에 열을 전달하도록 의도되어 있고, 복수 개의 패드들(4a)은 복수 개의 패드들을 지지하는 솔 플레이트라고 하는 플레이트(4)와 일체로 되어 있는 어셈블리를 제안하며, 어셈블리는 솔 플레이트(4)가 인쇄 회로 카드(1) 및 베이스 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 개별적으로 또는 실행가능한 임의의 조합으로 수행되는 이하의 여러 특징들에 의해 보완되는 것이 유리하다.

- 솔 플레이트는 부품 박스의 하부와 동일한 재료, 또는 동등한 팽창 계수 및/또는 열전도율을 갖는 재료로 만들어지며;

- 어셈블리는 베이스와 접촉해 있는 연성인 열 접합부(thermal joint)를 가지며;

- 패드들은 전자 부품들의 박스에 의해 직접 지지되며 또한 연성인 열 접합부를 통해 베이스와 접촉해 있으며;

- 솔 플레이트는 인쇄 회로 카드에 솔 플레이트를 기계적으로 유지하는 것이 가능한 보완 수단을 가지며;

- 보완 유지 수단은 솔 플레이트에 의해 지지되는 스파이크(spike)들이며;

- 솔 플레이트(4)와 패드들(4a)은 방열을 확산시키기 위해 인쇄 회로 카드에 납땜되며;

- 솔 플레이트는 땜납 내에 트랩(trap)될 가능성이 있는 잔류 공기를 방출시키는 관통-홀들을 가진다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 단지 예시적이고 어떠한 한정도 수반하지 않으며, 또한 첨부도면들을 참조하여 표현된 이하의 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은 종래 기술로부터 알려져 있는 실시예에 따른 (금속화되거나 또는 비금속화된) 홀을 갖는 인쇄 회로 카드 구조를 예시하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 가능한 실시예에 따른 어셈블리를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 3은 솔 플레이트와 인쇄 회로 카드 간에 유지 수단을 구비하고 있는, 본 발명의 가능한 실시예에 따른 어셈블리를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 가능한 실시예에 따른 어셈블리를 개략적으로 보여주는 개략적인 단면도들이다.

도 2에 예시되어 있는 어셈블리는 표면-실장 전자 부품(2)의 하나 이상의 박스를 장착한 인쇄 회로 카드(1)를 포함한다. 이러한 부품 박스들은 인쇄 회로 카드에 인접한 부품 박스들의 하부에 금속 베이스를 지닌다. 또한, 어셈블리는 부품(3), 즉 인쇄 회로 카드(1)와 전자 부품(2)에 의해 생성되는 열을 방열시키는 라디에이터를 형성하는 베이스를 포함한다.

높은 전도성 재료로 이루어진 솔 플레이트(4)는 인쇄 회로 카드(1)와 라디에이터를 형성하는 베이스 간에 배치된다.

이러한 솔 플레이트(4)는 인쇄 회로 카드(1)에 직접 인접한 면으로부터 돌출되며 또한 인쇄 회로 카드(1) 내의 관통-오리피스(5)를 통해 실제로 인쇄 회로 카드(1)의 전체 두께에 걸쳐 인쇄 회로 카드(1)를 관통하는 다수의 패드들(4a)을 갖는다.

여기서, 그리고 본문 전반에 걸쳐 "패드들"이라는 용어는 인쇄 회로 카드(1)와 독립되어 있으며, 특히 인쇄 회로 카드(1)가 지닐 수 있는 임의의 금속화된 층과는 다르고, 특히 인쇄 회로 기판(1)의 관통-오리피스(5) 내에 있는 요소들을 의미하도록 의도된 것이다.

솔 플레이트(4)는 부품(2)의 박스의 하부의 베이스와 동일한 재료, 또는 열팽창계수 및/또는 열전도율이 부품(2)의 박스의 하부의 베이스의 열팽창계수 및/또는 열전도율과 유사한 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 솔 플레이트는 구리로 만들어지는 것이 바람직하다.

솔 플레이트(4)와 베이스(3) 간의 접촉을 촉진하기 위해, 연성인 열 접합부(6)가 솔 플레이트(4)와 베이스(3) 사이에 삽입된다. 이러한 접합부는 방열을 강화한다.

SMD 부품(2)의 박스 또는 박스들은 예를 들면 땜납을 통해 인쇄 회로 카드(1)와 패드(4a)의 단부에 용접된다. 또한, 솔 플레이트(4)는 납땜을 통해 인쇄 회로 카드(1)와 용접될 수 있다.

이러한 납땜 작업은 단일 단계로 직접 수행될 수 있지만, 어셈블리의 제조 동안 부품들을 취급하는 이유 때문에 2번의 단계들로 납땜을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 솔 플레이트(4)는 우선 납땜을 통해 인쇄 회로 카드(1)에 용접되며, 이어서 부품(2)의 박스 또는 박스들은 납땜을 통해 인쇄 회로 카드(1)에 용접된다.

솔 플레이트(4)와 패드들(4a)은 보다 큰 방열을 얻기 위해 인쇄 회로 카드에 용접된다. 설명하고자 한 것은, 납땜을 통해 접촉을 강화하는 것이 베이스(3)에 대한 에너지의 전달을 최적화시키며 또한 최선의 방법으로 방열을 확산시킨다는 것이다. 그러나, 변형적으로는 이러한 어셈블리들을 제조하는데 접착 본딩 공정이 사용될 수 있다.

라디에이터를 형성하는 베이스(3)는 예를 들면, 전기 절연체 층으로 피복되어 있는 알루미늄 부품이다.

이러한 구조를 사용할 경우에는, 인쇄 회로 카드(1)의 기판을 통해 열을 전도하는 재료의 양이 많이 증가된다. 따라서, 열 전달이 인쇄 회로 카드(1)의 상부 면과 라디에이터를 형성하는 베이스(3) 간에 매우 현저하게 강화된다.

물론, 패드들(4a)은 최대 가능한 열 전달을 보장하기 위해 고체 요소인 것이 바람직하다.

유리한 점으로는, 이러한 해결 방안을 통해 본 발명에 따른 어셈블리가 제조되는 경우 솔 플레이트(4)가 적소에 맞는 완전 별개인 "부품"으로서 간주될 수 있다는 것이다.

인쇄 회로 카드(1) 내에 만들어진 금속화되거나 또는 비금속화된 홀(TM)의 직경이 평균적으로 0.4 내지 1mm이다. 전력 부품 박스의 크기를 알면, 각각의 부품 박스 하부에 존재하는 패드들의 개수를 근사하게 추정하는 것이 가능하다. 각각의 부품 박스 하부에 존재하는 패드들의 개수는 부품 박스의 크기에 따라 10 내지 20으로 변한다. 이것은 실제로 전력 부품에 의해 생성되는 열의 방열에 대한 상당한 개선을 허용하는 다수개의 패드들이다.

도 3은 인쇄 회로 카드(1) 상에 솔 플레이트(4)를 유지하기 위한 보완 수단의 예를 구비한 본 발명에 의한 어셈블리를 보여주는 도면이다.

패드(4a)에 부가하여, 솔 플레이트(4)는 인쇄 회로 카드(1)에 대하여 솔 플레이트(4)를 기계적으로 유지하는 수단을 포함한다. 이러한 보완 수단은 예를 들면, 탄성 잠금 수단(클립) 또는 압력 적응(force-fit) 스파이크이다.

도 3은 원뿔의 일반적인 형상의 스파이크(4b)를 지닌 솔 플레이트(4)를 나타내는 도면이며, 이러한 스파이크(4b)는 어셈블리가 취급되는 방법과 상관없이 솔 플레이트(4)에 대하여 인쇄 회로 카드(1)를 유지하도록 인쇄 회로 카드(1) 내에 만들어진 홀 내에의 스파이크(4b)의 압력 적응을 허용한다.

또한, 솔 플레이트(4)는 전력 부품 하부의 땜납 내에 트랩될 가능성이 있는 잔류 공기를 방출하기 위해 소정 위치에서 관통-홀들(4c)을 갖는다.

이어서, 인쇄 회로 카드(1), 솔 플레이트(4) 및 라디에이터를 형성하는 베이스(3)는 콜드 프레싱 혹은 크림핑, 또는 어셈블리를 기계적으로 고정시키는 임의의 다른 기법(나사, 압력 스프링)에 의해 조립된다. 이러한 어셈블리는, 한 레벨이 솔 플레이트(4)를 수용하기 위해 부가적으로 세트백(set back)되고, 다른 한 레벨이 그다지 깊지 않으며, 인쇄 회로가 놓여 있고 어셈블리가 크림핑되는 솔 플레이트(4)의 두께와 동일한 두께를 갖는 2개의 레벨을 지닌 구조화된 베이스 상에 만들어질 수 있는 것이 유리하다.

본 발명에 따른 어셈블리는 서로에 대한 다양한 요소들의 팽창 상태를 수용하는 것을 가능하게 하며, 또한 솔 플레이트(4) 상의 기준 표면의 존재로 어셈블리가 평탄해지는 것을 보장한다.

변형으로서, 하나 이상의 열 패드(thermal pad)는 별개의 금속 솔 플레이트에 의해 지지되는 대신에 SMD 부품(2)에 의해 직접 지지될 수 있다.

이것은 도 4a 및 도 4b에 예시되어 있는 것이다.

인쇄 회로 카드(1)는 연성인 열 접합부(6)를 통해 베이스(3) 상에 장착되며 또한 열 접합부(6)와 베이스(3)로부터 떨어진 인쇄 회로 카드(1)의 면 상에 부품(2)을 지지한다.

이러한 구성에서, 연성인 열 접합부(6)는 인쇄 회로 카드(1)와 베이스(3) 사이에 배치되며, 하나 이상의 패드들은 열 접합부(6)를 통해 베이스(3)와 접촉해 있는 부품(2)에 의해 지지된다.

더욱이, 도 4b에 도시된 바와 같이, 패드들(4a)을 지닌 솔 플레이트(4) 및 패드들을 지닌 부품(2)의 박스의 사용을 조합함으로써, 방열을 개선하는 것이 가능하다.

Claims

라디에이터를 형성하는 베이스 상에 지지되거나 또는 상기 베이스 상에 장착되는 것이 가능한 어셈블리로서,

상기 어셈블리는 인쇄 회로 카드(1)를 포함하고, 상기 인쇄 회로 카드(1)는 박스에 의해 에워싸여 있는 하나 이상의 전자 부품들(2)을 지지하는 상기 인쇄 회로 카드(1)의 한 면과 라디에이터를 형성하는 상기 베이스(3) 사이에 열을 전달하도록 의도되고, 상기 인쇄 회로 카드(1)의 두께 방향으로 연장된 복수 개의 홀들(5)을 구비하고,

상기 어셈블리는 복수 개의 패드들(4a)을 구비하고, 상기 복수 개의 패드들(4a)은 하나 이상의 전자 부품들(2)을 지지하는 상기 인쇄 회로 카드(1)의 한면과 상기 베이스 사이에 열을 전달하도록 열전도성 재료로 만들어지고, 상기 인쇄 회로 카드(1)내의 홀들(5)에 의해 수용되어 있으면서 실질적으로 상기 인쇄 회로 카드의 전체 두께에 걸쳐 인쇄 회로 카드(1)를 관통하고 있으며,

상기 패드들(4a)이 상기 패드들(4a)을 지지하는 솔 플레이트라고 하는 플레이트(4)와 일체로 되어 있고,

상기 솔 플레이트(4)가 상기 인쇄 회로 카드(1) 및 상기 베이스 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 솔 플레이트(4)는 상기 부품들(2)의 박스의 하부의 베이스와 동일한 재료, 또는 동일한 팽창 계수 또는 열전도율을 갖는 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 어셈블리는 상기 베이스(3)와 접촉해 있는 연성인 열 접합부(thermal joint; 6)를 가지는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제2항에 있어서,

상기 패드들은 전자 부품들(2)의 박스에 의해 직접 지지되며 또한 연성인 열 접합부(6)를 통해 상기 베이스(3)와 접촉해 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 솔 플레이트(4)는 상기 인쇄 회로 카드(1)에 상기 솔 플레이트(4)를 기계적으로 고정하는 보완 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제5항에 있어서,

상기 보완 유지 수단은 상기 솔 플레이트(4)에 의해 지지되며 또한 상기 인쇄 회로 카드(1) 내의 홀들 내에 압력 적응(force-fit)되는 스파이크(spike)들(4b)인 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 솔 플레이트(4)와 상기 패드들(4a)은 방열을 확산시키기 위해 상기 인쇄 회로 카드(1)에 납땜되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제7항에 있어서,

상기 솔 플레이트(4)는 땜납 내에 트랩(trap)될 가능성이 있는 잔류 공기를 방출시키는 관통-홀들(4c)을 가지는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제2항에 있어서,

상기 전자 부품들(2)의 박스는 상기 인쇄 회로 카드(1)와 상기 패드들(4a)에 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제9항에 있어서,

상기 전자 부품들(2)의 박스는 상기 인쇄 회로 카드(1)와 상기 패드들(4a)에 땜납에 의해 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 홀들(5)은 평균적으로 0.4 내지 1 mm 사이의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 부품들(2)의 박스는 표면-실장된 전력 부품들의 박스인 것을 특징으로 하는 어셈블리.