KR101369703B1 - 발열소자를 위한 열 방출 구조 - Google Patents

발열소자를 위한 열 방출 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발열소자를 위한 열 방출 구조에 관한 것으로, 보다 특정하게는 반도체 패키지 및 다수 전자 제품 내 발열소자에서 발생하는 내부 열을 효과적으로 외부로 방출시키는 열 방출 구조에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일부 실시 예에 의하면, 적외선 렌즈 및/또는 적외선 반사경과 같은 광학 부품을 이용하여 발열 소자에서 복사되는 열을 히트싱크 또는 케이스로 집중시켜 전달할 수 있고, 상기 광학 부품을 각도를 조절함으로써, 상기 열을 상기 히트싱크 또는 상기 케이스의 특정 부분으로 보다 정확성있게 전달할 수 있다.

Description

발열소자를 위한 열 방출 구조{HEAT EXHAUSTION STRUCTURE FOR HEAT DISSIPATING DEVICE}
본 발명은 발열소자를 위한 열 방출 구조에 관한 것으로, 보다 특정하게는 반도체 패키지 및 다수 전자제품 내 발열소자에서 발생하는 내부 열을 효과적으로 외부로 방출시키는 열 방출 구조에 관한 것이다.
전자기기 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 일반적인 방법은 강제 또는 자연 대류(Convection) 및 전도(Conduction)를 이용하여 이루어진다. 특히, 전자기기 내외부에 흡기구 및 배기구가 있는 경우, 팬을 이용하여 상기 흡기구를 통해 외부의 공기를 빨아들이고, 상기 공기를 이용해 내부에서 발생한 열을 빼앗아 상기 배기구를 통해 외부로 방출하는 방법이 효과적이다.
그러나, 이러한 방법은 개인용 컴퓨터와 같이 내외부가 완전히 차단될 필요가 없는 전자기기에는 적용될 수 있지만, 고주파 고출력 증폭기와 같이 내외부가 완전히 차단되어야 하는 전자기기에는 적용되기 힘들다.
따라서, 후자의 경우, 내부에서 발생하는 열을 전도를 통해 케이스로 전달시키고, 상기 케이스의 내부 전도를 통해 상기 열을 외부로 전달하거나 또는 상기 케이스의 외벽을 지나는 공기 흐름을 이용하여 강제/자연 대류시켜 상기 열을 외부로 전달하는 것이 바람직하다.
도 1은 종래의 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 발열소자(100)에서 발생하는 열의 일부는 발열소자(100)를 장착한 인쇄회로기판(101)에 의해 전도되고, 상기 전도된 열은 케이스(102)를 통해 히트싱크(103)으로 전도된 후, 외부로 방출된다. 발열소자(100)에서 발생한 열의 다른 일부는 복사(Radiation)를 통해 케이스(102)로 전달된 후, 히트싱크(103)으로 전도된다.
여기서, 도 1과 같이 인쇄회로기판(101)이 여러 장으로 층층이 배치된 경우, 발열소자(100)의 열은 복사를 통해 상위의 인쇄회로기판으로 전달되기도 한다.
만약, 하위 인쇄회로기판에 열을 많이 발생시키는 발열소자가 장착되어 있다면, 상위 인쇄회로기판은 다른 인쇄회로기판들보다 온도가 더 상승할 것이다. 또한, 인쇄회로기판(101)은 재질의 특성상, 열전도도가 낮기 때문에, 시스템 열 관리 측면에서는 상기 복사를 통한 열 방출 방법을 보다 개선시키는 방법이 효율적일 수 있다.
도 2는 종래의 다른 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 발열소자(110)와 케이스(111)사이에 열 전도도가 높은 금속 재질의 블록(A)을 배치시킴으로써, 상기 전도를 통한 열 방출 방법의 효율을 높일 수 있다.
그러나, 블록(A)의 높이가 발열소자(110)와 케이스(111) 간의 거리보다 더 크게 제작된 경우, 케이스(111) 및 블록(A)에 의해 가해지는 압력으로 인해 발열소자(110)가 손상될 수 있다. 반대로, 블록(A)의 높이가 상기 거리보다 작게 제작된 경우, 블록(A)의 양 끝단의 접촉이 충분하지 않게 되어 블록(A)을 통한 열 전달의 효율이 떨어질 수 있다. 두 경우 모두, 제작 공차가 작아지도록 가공할 수는 있지만 조립 공차에 의한 실제 크기로 인해 간격이 발생할 수도 있다는 문제가 있다.
본 발명의 일부 실시예에 의하면, 적외선 렌즈 및/또는 적외선 반사경과 같은 광학 부품을 이용하여 발열 소자에서 복사되는 열을 히트싱크 또는 케이스로 집중시켜 전달할 수 있는 발열소자를 위한 열 방출 구조를 제공한다.
또한, 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 광학 부품의 각도를 조절함으로써, 상기 열을 상기 히트싱크 또는 상기 케이스의 특정 부분으로 보다 정확성있게 전달시킬 수 있는 발열소자를 위한 열 방출 구조를 제공한다.
본 발명의 일측면에 의하면, 발열소자가 설치된 인쇄회로기판(PCB)과, 상기 인쇄회로기판의 일측에 설치되어, 상기 발열소자에서 발생되는 열을 히트싱크 또는 외부로 전달하는 케이스와, 상기 열을 상기 히트싱크 또는 상기 케이스로 굴절시키는 적외선 렌즈를 포함하는 발열소자를 위한 열 방출 구조를 제공할 수 있다.
또한, 상기 적외선 렌즈는 상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 적외선 렌즈는 상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에서, 상기 복사된 열을 상기 히트 싱크 또는 상기 케이스의 특정 부분으로 집중할 수 있는 각도로 배치될 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크는 히트 파이프를 내부 또는 외부에 장착하고, 상기 적외선 렌즈는 상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에서, 상기 복사된 열을 상기 히트 싱크의 상기 히트 파이프가 장착된 부분으로 집중적으로 굴절시키는 각도로 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 발열소자가 설치된 인쇄회로기판(PCB)과, 상기 인쇄회로기판의 일측에 설치되어, 상기 발열소자에서 발생되는 열을 히트싱크 또는 외부로 전달하는 케이스와, 상기 열을 상기 히트싱크 또는 상기 케이스로 반사시키는 적외선 반사경을 포함하는 발열소자를 위한 열 방출 구조를 제공할 수 있다.
또한, 상기 적외선 반사경은 상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 적외선 반사경은 상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에서, 상기 복사된 열을 상기 히트 싱크 또는 상기 케이스의 특정 부분으로 집중적으로 반사시키는 각도로 배치될 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크는 히트 파이프를 내부 또는 외부에 장착하고, 상기 적외선 반사경은 상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에서, 상기 복사된 열을 상기 히트 싱크의 상기 히트 파이프가 장착된 부분으로 집중적으로 반사시키는 각도로 배치될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 의하면, 발열소자에서 발생되는 열을 히트싱크 또는 케이스쪽으로 집중시키거나 또는 반사시켜 전달함으로써, 전자 기기의 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 배출시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 인쇄회로기판이 층층이 배치된 경우, 아래의 인쇄회로기판으로부터 상위 혹은 다른 인쇄회로기판으로 열이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 발열소자의 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자의 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열소자의 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열소자의 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자의 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 열 방출 구조는 발열소자(300), 인쇄회로기판(310)(Printed Circuit Board, PCB), 케이스(320) 및 적외선 렌즈(330)를 포함할 수 있다.
발열소자(300)는 인쇄회로기판(310)의 일측에 설치되며, 콘덴서, 반도체 소자, 센서, 트랜지스터, 증폭기, 다이오드 등의 다양한 종류의 전자 소자 및 부품들로 구현될 수 있다.
인쇄회로기판(310)은 발열소자(300)가 일측에 설치되며, 전도선이나 신호선을 사용하여 상기 설치된 발열소자(300)의 연결을 제공한다.
케이스(320)는 인쇄회로기판(310)의 타측에 설치되며, 발열소자(300)에 의해 발생된 열이 전달되면, 상기 전달된 열을 히트 싱크(340) 또는 외부로 전달한다. 케이스(320)는 필요에 따라 금속 또는 플라스틱 재질로 구현될 수 있다.
적외선 렌즈(330)는 발열소자(300)에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에 배치되어, 상기 열을 히트싱크(340) 및 케이스(320)로 굴절시킨다.
히트 싱크(340)는 적외선 렌즈(340) 또는 케이스(320)로부터 전달되는 열을 흡수하여 외부로 발산한다.
즉, 발열소자(300)에서 발생된 상기 열은 적외선 렌즈(330)에 의해 굴절됨으로써, 히트싱크(340) 및 케이스(320)에 보다 집중되어 전달될 수 있음을 볼 수 있다.
특히, 히트싱크(340)는 내부 또는 외부에 하나 이상의 히트 파이프(350)를 설치할 수 있다. 히트 파이프(350)는 열을 효율적으로 전달하기 위한 전열관으로, 일반적으로 높은 열전도계수를 가지는 냉매를 이용한 금속 관으로 구현될 수 있다.
결과적으로, 적외선 렌즈(330)는 발열소자(300)에서 발생한 열을 굴절시켜 히트 파이프(350)가 설치된 히트싱크(340)의 특정 부분에 집중시켜 전달함으로써, 열 배출 효과를 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열소자를 위한 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면이다. 상기 도 4에 도시된 열 방출 구조는 도 3의 적외선 렌즈(330) 대신, 적외선 반사경(430)이 설치된 경우를 보여준다. 도 4에 도시된 다른 도면 부호(400, 410, 420, 440, 450)의 구성들은, 도 3에 도시된 대응하는 도면 부호(300, 310, 320, 340, 350)의 구성과 동일할 수 있다.
도 4를 참조하면, 적외선 반사경(430)은 발열소자(400)로부터 복사되는 경로 상에 배치되어, 상기 열을 히트싱크(440) 또는 케이스(420)로 반사시킨다.
상기 실시예는 히트싱크(440)의 내외부에 히트파이프(450)를 설치한 경우에, 더욱 유용할 수 있다. 적외선 반사경(430)의 설치 각도를 조절함으로써, 상기 열을 히트파이프(450)가 설치된 방향으로 보다 정확하게 반사시킬 수 있기 때문이다. 적외선 반사경(430)은 상기 열이 발열소자(400)로부터 복사되는 경로 상에서, 상기 열을 히트파이프(450)가 설치된 히트싱크(440)의 특정 부분에 집중적으로 반사시키는 각도로 배치되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열소자를 위한 열 방출 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 도면 부호(500, 510, 520, 530, 540)의 구성들은, 도 3의 대응하는 도면 부호(300, 310, 320, 330, 340) 및 도 4의 대응하는 도면 부호(400, 410, 420, 430, 440)의 구성과 동일할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 열 방출 구조는 인쇄회로기판들이 층층히 배치된 경우로서, 발열소자(500)과 발열소자(501)의 각각에 대한 실시예를 보여준다.
발열소자(500)의 경우, 발열소자(500)에서 열이 복사되는 경로 상에 적외선 반사경(530)이 배치된다. 적외선 반사경(530)은 발열소자(500)에서 복사된 열을 케이스(320) 측으로 반사시킨다.
따라서, 발열소자(500)에서 발생된 상기 열은 발열소자(500)이 설치된 인쇄회로기판(510)의 상위 인쇄회로기판(511)에 복사되지 않고, 케이스(520)를 통해 히트싱크(540)로 전달될 수 있다.
발열소자(501)의 경우, 발열소자(501)에서 열이 복사되는 경로 상에 적외선 반사경(531) 및 적외선 렌즈(532)가 배치된다. 적외선 반사경(531)은 발열소자(501)에서 복사된 열을 케이스(520) 측으로 반사시키고, 적외선 렌즈(532)는 적외선 반사경(531)에 의해 반사된 상기 열을 상기 케이스(520)로 집중되도록 굴절시킨다.
결과적으로, 발열소자(501)에서 발생된 상기 열의 전달은 발열소자(500)의 경우보다 한 번의 굴절과정을 더 거치게 되어, 상기 열은 보다 손실이 적은 상태로 케이스(520)에 전달될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 발열소자가 설치된 인쇄회로기판(PCB);
    상기 인쇄회로기판의 일측에 설치되어, 상기 발열소자에서 발생되는 열을 히트싱크 또는 외부로 전달하는 케이스; 및
    상기 열을 상기 히트싱크 또는 상기 케이스로 굴절시키는 적외선 렌즈
    를 포함하고
    상기 적외선 렌즈는
    상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에서, 상기 복사된 열을 상기 히트 싱크 또는 상기 케이스의 특정 부분으로 집중할 수 있는 각도로 배치되는
    발열소자를 위한 열 방출 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 렌즈는
    상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에 배치되는 발열소자를 위한 열 방출 구조.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 히트 파이프를 내부 또는 외부에 장착하고,
    상기 적외선 렌즈는
    상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에서, 상기 복사된 열을 상기 히트 싱크의 상기 히트 파이프가 장착된 부분으로 집중적으로 굴절시키는 각도로 배치되는
    발열소자를 위한 열 방출 구조.
  5. 발열소자가 설치된 인쇄회로기판(PCB);
    상기 인쇄회로기판의 일측에 설치되어, 상기 발열소자에서 발생되는 열을 히트싱크 또는 외부로 전달하는 케이스; 및
    상기 열을 상기 히트싱크 또는 상기 케이스로 반사시키는 적외선 반사경을 포함하고,
    상기 적외선 반사경은
    상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에서, 상기 복사된 열을 상기 히트 싱크 또는 상기 케이스의 특정 부분으로 집중적으로 반사시키는 각도로 배치되는
    발열소자를 위한 열 방출 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적외선 반사경은
    상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에 배치되는 발열소자를 위한 열 방출 구조.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 히트 파이프를 내부 또는 외부에 장착하고,
    상기 적외선 반사경은
    상기 발열소자에 의해 발생된 상기 열이 복사되는 경로 상에서, 상기 복사된 열을 상기 히트 싱크의 상기 히트 파이프가 장착된 부분으로 집중적으로 반사시키는 각도로 배치되는
    발열소자를 위한 열 방출 구조.
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