KR101238370B1 - 최적 방열을 위한 회로기판의 부품배치 방법 및 그 부품배치 방법에 의해 부품이 배치된 회로 장치 - Google Patents

최적 방열을 위한 회로기판의 부품배치 방법 및 그 부품배치 방법에 의해 부품이 배치된 회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최적 방열을 위한 회로기판의 부품배치 방법 및 그 부품 배치 방법에 의해 부품이 배치된 회로 장치에 관한 것으로서, 그 부품배치 방법은 공기 유입부와 공기 배출부를 구비하고 복수의 부품을 포함하는 회로기판에서 최적 방열을 위한 회로기판 부품 배치 방법에 있어서, 공기 유입부와 공기 배출부를 연결하는 직선을 중심으로 소정의 폭을 갖는 방열영역에 상기 부품들을 배치하되, 그 방열영역에는 복수의 부품 중 크기가 큰 부품들을 우선적으로 배치함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전원회로를 비롯한 열이 많이 발생되는 전자회로의 효율적인 방열을 이룰 수 있으며, 전자회로 시스템의 안정과 전자부품의 수명을 늘릴 수 있다.

Description

최적 방열을 위한 회로기판의 부품배치 방법 및 그 부품 배치 방법에 의해 부품이 배치된 회로 장치{Method for arranging components in circuit board for optimal radiation and circuit apparatus in which components are arranged thereby}
본 발명은 전자회로 기판에서의 방열 기술에 관한 것으로서, 특히 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법 및 그 부품배치 방법에 의해 부품이 배치된 회로장치에 관한 것이다.
최근 SMPS(Switched-Mode Power Supply)를 비롯한 전자회로는 소형화, 집적화되고 있다.　 특히 전원회로에 주로 사용되는 파워 트랜지스터 등과 같은 부품은 사용 중 열이 많이 발생한다. 이렇게 열이 많이 발생하는 전원회로에서는 열의 배출이 잘 되지 않으면 스트레스(stress) 등 온도 관련 문제가 많이 발생될 수 있다.　 이러한 문제는 전원회로를 설계할 때 방열을 고려한 전자부품 배치가 이루어지지 않는 것에도 그 원인이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전원회로를 비롯한 열발생이 많은 전자회로에서 적절한 전자부품 배치를 통해 최적의 방열효과를 낼 수 있는, 최적 방열을 위한 회로기판의 부품배치 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법에 의해 부품이 배치된 회로장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 최적 방열을 위한 회로장치에 사용되는 회로기판을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 최적 방열을 위한 회로기판의 부품배치 방법은, 공기 유입부와 공기 배출부를 구비하고 복수의 부품을 포함하는 회로기판에서 최적 방열을 위한 회로기판 부품 배치 방법에 있어서, 상기 공기 유입부와 상기 공기 배출부를 연결하는 가상의 직선을 중심으로 소정의 폭을 갖는 방열영역에 상기 부품들을 배치하되, 상기 방열영역에는 상기 복수의 부품 중 크기가 큰 부품들을 우선적으로 배치함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 최적 방열을 위한　회로장치는, 전자부품이 장착되는 회로기판; 상기 회로기판 및 전자부품으로 공기가 유입되는 공간을 제공하는 공기 유입부; 상기 회로기판 외부로 공기가 배출되는 공간을 제공하는 공기 배출부; 및 상기 회로기판에 배치되는 복수의 부품들을 포함하 고, 상기 공기 유입부와 상기 공기 배출부를 연결하는 가상의 직선을 중심으로 소정의 폭을 갖는 방열영역에 상기 회로기판에 장착되는 부품들 중 상대적으로 크기가 큰 부품들이 크기가 작은 부품들보다 우선적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 최적 방열을 위한　회로장치에 사용되는 회로기판은, 복수의 부품들을 포함하고,　공기가 유입되는 지점과 공기가 배출되는 지점을 연결하는 가상의 직선을 중심으로 소정의 폭을 갖는 방열영역에, 상기 복수의 부품들 중 상대적으로 크기가 큰 부품들이 크기가 작은 부품들보다 우선적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법과 그 부품배치방법에 의해 부품이 배치된 회로장치에 의하면, 전원회로를 비롯한 열이 많이 발생되는 전자회로의 효율적인 방열을 이룰 수 있으며, 전자회로 시스템의 안정과 전자부품의 수명을 늘릴 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　 도 1은 본 발명에 의한 최적 방열을 위한 회로기판의 부품배치 방법에 의해 부품이 배치된 회로장치에 대한 일실시예를 도시한 개략적인 평면도이다.
상기 본 발명의 일실시예에 의한 회로장치는 회로기판(100), 공기유입부(110) 및 공기배출부(120) 및 복수의 부품들(142, 144,146,148)을 포함하여 이루 어진다.
상기 회로기판(100)은 전자회로를 구성하는 크기가 다양한 전자부품들이 배치되는 기판으로서, 일반적으로 PCB(Printed Circuit Board)가 이에 해당한다.
상기 공기유입부(110)는 상기 회로기판(100)과 그 위에 장착된 전자부품을 둘러싸고 있는 밀폐된 공간으로 공기가 유입되는 곳으로, 형태는 원형, 사각형 등 제한이 없다.　 상기 공기배출부(120)는 상기 회로기판(100) 및 전자부품들을 둘러싸고 있는 밀폐된 공간 외부로 공기가 배출되는 곳으로, 형태는 원형, 사각형 등 제한이 없다.
본 발명에 의한 회로장치는 상기 공기 유입부(110)와 상기 공기 배출부(120)를 연결하는 직선을 중심으로 소정의 폭을 갖는 방열영역(140)에 크기가 큰 부품들(142, 144, 146, 148)이 크기가 작은 부품들보다 우선적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.　 그리고 상기 방열영역(140)에 위치하는 부품은 상기 공기유입부(110)와 상기 공기배출부(120)를 연결하는 가상의 직선을 중심축으로 할 때 상기 중심축으로부터 상기 방열영역(140)의 폭방향으로 상기 부품 크기의 1.5배 이내의 위치에 상기 부품의 중심이 위치함이 바람직하다. 예를 들어 부품 크기가 20mm 인 경우는 상기 중심축으로부터 30mm 이내에 상기 부품의 중심이 위치하게 하는 것이 바람직하다.
상기 방열영역(140)에 배치되는 부품들(142,144,146,148)은 개수나 형태에는 제한이 없으며,　상기 공기 유입부(110) 또는 상기 공기 배출부(120)와의 간격은 상기 부품 크기 이상의 간격을 두고 위치함이 바람직하다. 예를 들어, 부품 크기가 10mm 라 하면, 상기 부품은 공기 유입부(110) 또는 공기배출부(120)으로부터 10mm 이상 떨어져 위치함이 바람직하다. 또한 상기 방열영역(140)에 배치되는 부품들(142, 144, 146, 148)은 공기유입부(110) 또는 공기 배출부(120)로부터 상기 공기유입부(110) 또는 공기배출부(120) 크기의 역수 값의 5배 이상 떨어져 위치함이 바람직하다. 예를 들어 공기유입부(110)의 크기가 2cm 이면, 상기 부품은 상기 공기유입부(110)로부터 1/2 cm의 5배인 2.5cm 이상 떨어져 위치함이 바람직하다.
상기 방열영역(140)에 배치되는 복수의 부품들 중　평면이 사각형 형태인 경우에는 상기 직선에 대한 횡축의 길이가 상기 공기인입부 또는 공기배출부 크기의 1/4 이상인 것이 바람직하며, 평면이 원형 형태인 경우에는 지름이 상기 공기인입부 또는 공기배출부 크기의 1/4 이상인 것이 바람직하다.
그리고 상기 부품이 히트싱크(Heat Sink)일 경우,　상기 히트싱크는 날방향이 대류방향과 일치하도록 상기 방열영역(140)에 배치되는 것이 바람직하다.
이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명에 의한 부품배치 방법은 크게 두 가지 배치 기준에 따라 부품들을 배치한다.
첫 번째 기준은, 도 2에 도시된 바와 같이 회로기판(200) 상에 일정 크기 이상 되는 부품들, 예를 들어 라인필터(linefilter, 242), 콘덴서(244), 변압기(Transformer, 246), 출력 커패시터(248) 등이 공기 유입부(210)와 공기 배출부(220)의 가상의 직선을 중심축으로 하는 방열영역(242)에 있도록 배치한다. 이 때 상기 중심축으로부터의 거리는 부품크기의 1.5배 이내로 하고, 상기 거리 내에 상기 부품의 중심이 위치하게 함이 바람직하다. 예를 들어 부품의 크기가 20mm라고 하면, 상기 부품의 중심은 상기 중심축으로부터 30mm 이내에 위치해야 한다. 또한 상기 방열영역에 위치하는 부품들은 공기 유입부(210) 또는 공기 배출부(220)에서 바람직하게는 부품 크기 이상의 간격을 둔다.　 즉 공기유입부(210) 또는 공기배출부(220)로부터 최초로 위치하는 부품의 크기가 10mm인 경우는 공기유입부(210) 또는 공기 배출부(220)로부터 10mm 이상 떨어져 위치한다. 또한 상기 방열영역(140)에 배치되는 부품들(142, 144, 146, 148)은 공기유입부(110) 또는 공기 배출부(120)로부터 상기 공기유입부(110) 또는 공기배출부(120) 크기의 역수 값의 5배 이상 떨어져 위치함이 바람직하다. 예를 들어 공기유입부의 크기가 2cm 일 경우, 상기 공기유입부(110)로부터 1/2 cm 의 5배인 2.5cm 이상 떨어져 부품이 위치하는 것이 바람직하다.
이렇게 배치 할 경우 공기의 대류가 각 부품의 영향을 덜 받게 되고,　회로장치의 각 부분에 고르게 대류의 영향을 받게 된다. 또한 공기유입부(210)에서 일정한 간격 이상 이격하지 않으면 공기의 유입을 방해 하므로 일정한 간격 이상 이격을 한다.
두 번째 기준은 도 3에 도시된 바와 같이 회로기판에 전자부품을 배치함에 있어서 가로 길이(l)와 세로 길이(w)의 차이가 나는 부품에 대하여는 대류 방향에 대하여 짧은 길이로 배치하며, 부품이 히트싱크일 경우에는 공기가 흐르는 대류 방향이 날의 방향이 되도록 배치한다.　 이렇게 배치하면 부품 길이가 짧은 방향과 히트싱크의 날의 방향이 공기의 저항을 적게 받게 되어, 회로장치 전체에 대류가 효율적으로 이루어진다. 상술한 두 가지 방법을 통해 공기의 대류를 원할하게 하여 전장 부품의 효율적인 방열을 이룰 수 있다.
도 4a는 복수의 전자부품을 포함하고 있는 전원회로에 대해 본 발명에 의한 부품배치 방법이 적용되기 전의 공기흐름을 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명에 의한 부품배치 방법을 적용한 후의 공기흐름을 도시한 것이다.
도 5는 부품의 형태가 사면체일 경우의 부품크기에 따른 공기 저항을 도시한 것으로서, 횡축이 20mm 이상인 사면체 형태의 부품부터 공기흐름량에 대한 저항이 발생한다.　 따라서 상기 공기 저항으로 인해 부품 하단의 공기흐름이 차단되므로 횡거리 15mm 이상의 부품에 대해 부품배치를 고려할 필요가 있다.　 도 6은 구형부품의 크기에 따라 공기저항을 도시한 것으로서, 구형부품의 반지름 15mm 이상부터 공기흐름량에 대한 저항이 발생한다. 따라서 반지름이 10mm 이상이 되는 부품에 대해서는 부품배치를 고려할 필요가 있다.
도 7은 공기유입부에서 최초 부품간 거리에 따른 공기저항을 도시한 것으로서, 공기유입부에서 부품이 10mm 이내로 배치되면 공기저항이 발생하므로 공기유입부에서 15mm 이상 이격된 곳에 배치하는 것이 필요하다.　 도 8은 2개 이상의 부품을 병렬로 배치하는 것에 따른 공기 저항을 도시한 것으로서, 2개 이상의 부품을 배치할 때 거리가 20mm 이상 될 경우 일부 대류의 장애가 발생하므로 공기유입부와 공기 배출부의 종축을 기준으로 중심 횡거리 각 15mm 이내에 배치하는 것이 필요하다.
상술한 본 발명에 의한 회로장치는 SMPS와 같은 전원회로장치에 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 최적 방열을 위한 회로기판의 부품배치 방법에 의해 부품이 배치된 회로장치에 대한 일실시예를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 최적 방열을 위한 부품배치 방법을 설명하는 첫 번째 배치 기준을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 최적 방열을 위한 부품배치 방법을 설명하는 두 번째 배치 기준을 도시한 것이다.
도 4a는 복수의 전자부품을 포함하고 있는 전원회로에 대해 본 발명에 의한 부품배치 방법이 적용되기 전의 공기흐름을 도시한 것이다.
도 4b는 본 발명에 의한 부품배치 방법을 적용한 후의 공기흐름을 도시한 것이다.
도 5는 부품의 형태가 사면체일 경우의 부품크기에 따른 공기 저항을 도시한 것이다.
도 6은 구형부품의 크기에 따라 공기저항을 도시한 것이다.
도 7은 공기유입구에서 최초 부품간 거리에 따른 공기저항을 도시한 것이다.
도 8은 2개 이상의 부품을 병렬로 배치하는 것에 따른 공기 저항을 도시한 것이다.

Claims (13)

  1. 공기 유입부와 공기 배출부를 구비하고 복수의 부품을 포함하는 회로기판에서 최적 방열을 위한 회로기판 부품 배치 방법에 있어서,
    상기 공기 유입부와 상기 공기 배출부를 연결하는 가상의 직선을 중심으로 소정의 폭을 갖는 방열영역에 상기 부품들을 배치하되, 상기 방열영역에는 상기 복수의 부품 중 크기가 큰 부품들을 우선적으로 배치함을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방열영역에 배치되는 부품은
    상기 공기 유입부 또는 상기 공기 배출부로부터 최초로 위치하는 부품의 크기 이상의 간격을 두고 배치됨을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방열영역에 배치되는 부품은
    상기 공기유입부 또는 공기배출부로부터 상기 공기 유입부 또는 상기 공기 배출부의 크기 역수 값의 5배 이상 떨어져 위치함을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방열영역에 위치하는 부품은
    상기 공기유입부와 공기배출부를 연결하는 가상의 직선으로부터 상기 방열영역의 폭방향으로 상기 방열영역에 배치되는 부품 크기의 1.5배 이내에 상기 방열영역에 배치되는 부품의 중심이 위치함을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방열영역에 배치되는 복수의 부품은
    평면이 사각형 형태 또는 원형 형태의 부품을 포함하고,
    상기 사각형 형태의 부품은
    상기 직선에 대한 횡축의 길이가 상기 공기유입부 또는 공기배출부의 크기의 1/4 이상이고,
    상기 원형 형태의 부품은
    상기 원형 형태 부품 지름이 상기 공기유입부 또는 공기배출부 크기의 1/4이상임을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부품은
    히트싱크(Heat Sink)를 포함하고,
    상기 히트싱크는 날방향이 대류방향과 일치하도록 상기 방열영역에 배치됨을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로기판 부품배치 방법.
  7. 전자부품이 장착되는 회로기판;
    상기 회로기판 및 전자부품으로 공기가 유입되는 공간을 제공하는 공기 유입부;
    상기 회로기판 외부로 공기가 배출되는 공간을 제공하는 공기 배출부; 및
    상기 회로기판에 배치되는 복수의 부품들을 포함하고,
    상기 공기 유입부와 상기 공기 배출부를 연결하는 가상의 직선을 중심으로 소정의 폭을 갖는 방열영역에 상기 회로기판에 장착되는 부품들 중 상대적으로 크기가 큰 부품들이 크기가 작은 부품들보다 우선적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방열영역에 배치되는 부품은
    상기 공기 유입부 또는 상기 공기 배출부로부터 최초로 위치하는 부품 크기 이상의 간격을 두고 배치됨을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 방열영역에 배치되는 부품은
    상기 공기유입부 또는 공기배출부로부터 상기 공기 유입부 또는 상기 공기 배출부의 크기 역수 값의 5배 이상 떨어져 위치함을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 방열영역에 위치하는 부품은
    상기 공기유입부와 공기배출부를 연결하는 가상의 직선으로부터 방열영역의 폭 방향으로 상기 부품 크기의 1.5배 이내의 거리에 상기 부품의 중심이 위치함을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 방열영역에 배치되는 복수의 부품은
    평면이 사각형 형태 또는 원형 형태의 부품을 포함하여 이루어지고,
    상기 사각형 형태의 부품은 상기 직선에 대한 횡축의 길이가 상기 공기유입부 또는 공기 배출부 크기의 1/4 이상이고,
    상기 원형 형태의 부품은 지름이 상기 공기유입부 또는 공기 배출부 크기의 1/4 이상임을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 부품은
    히트싱크(Heat Sink)를 포함하고,　상기 히트싱크는 날방향이 대류방향과 일치하도록 상기 방열영역에 배치됨을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로장치.
  13. 복수의 부품들을 포함하고,　공기가 유입되는 지점과 공기가 배출되는 지점을 연결하는 가상의 직선을 중심으로 소정의 폭을 갖는 방열영역에, 상기 복수의 부품들 중 상대적으로 크기가 큰 부품들이 크기가 작은 부품들보다 우선적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 최적 방열을 위한 회로기판.
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