KR101400043B1

KR101400043B1 - 방열 장치

Info

Publication number: KR101400043B1
Application number: KR1020120060292A
Authority: KR
Inventors: 신야 사토; 히로시 후카사쿠
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2014-05-27
Also published as: JP5533787B2; CN102821584A; JP2012256714A; US8779297B2; KR20120137250A; US20120314375A1; DE102012209641A1; DE102012209641B4; CN102821584B

Abstract

방열 장치는, 전원층으로서 역할을 하는 내층을 구비하는 다층 기판과 함께 사용된다. 방열 장치는, 전원층에 열적 및 전기적으로 연결되는 방열 부재와, 서로 전기적으로 절연되는 방열층 및 쉴드층을 구비한 방열 기판을 포함한다. 방열층은 방열 부재에 열적 및 전기적으로 연결된다. 쉴드층은 방열층에서 방출된 전자 노이즈에 대하여 쉴드하는 역할을 한다. 쉴드층은 방열층에 연결되는 방열 부재로부터 전기적으로 절연된다. 방열 장치는 쉴드층에 연결되고 접지된 전기적 도전 부재와, 방열층이 전기적 도전 부재에 열적으로 연결되도록 하는 절연체를 포함한다.

Description

방열 장치{HEAT RELEASE DEVICE}

본 발명은 전자 부품이 실장되는 인쇄 회로 기판과 함께 사용하기 위한 방열 장치에 관한 것이다.

전자 부품이 실장되는 인쇄 회로 기판에서 생성되는 열을 방출하는 방법은 다양하게 알려져 있다. 특허문헌 1에 개시된 방법에서는, 상부, 내부 및, 하부에 도전층(conductive layers)을 구비하는 다층 인쇄 회로 기판 또는 다층 기판이 밀폐된 케이스에 수용된다. 전자 부품이 기판에 실장된 위치에 다층 기판을 관통하도록 구멍이 형성되어, 전자 부품에서 발생한 열이 구멍을 통하여, 상부 도전층으로부터 기판의 내부 및 하부 도전층으로 전달된다. 기판의 상부, 내부 및, 하부 도전층은 열전도 단자(heat conductive terminal)에 열적으로 연결되고, 이 열전도 단자를 통하여 열은 케이스 밖의 주위 공기로 방열된다.

다른 예로 특허문헌 2에서는, 그의 위에 발열 부품이 실장되는 인쇄 회로 기판이 케이스에 수용된다. 열은 발열 부품으로부터 인쇄 회로 기판으로 전달되어, 인쇄 회로 기판에 압입(press fit)되고, 또한 케이스에 접촉하는 압입 부품을 통해 케이스로 방출된다.

전원층으로서 역할을 하는 내층(inner layer)이 있는 다층 인쇄 기판이 알려져 있다. 이러한 다층 기판에서, 예를 들면 압축기의 전기 모터의 구동을 위해 막대한 전류가 전원층으로부터 전자부품으로 흐르는 경우, 전원층에서 열이 생성된다. 전원층은 다층 기판의 내층이기 때문에, 이러한 열을 방출하는 것은 어렵다. 열이 전자 부품의 작동에 영향을 준다면, 다층 기판 외부로 열을 방출하는 것이 필요하다.

전원층에서 생성된 열의 방출은, 예를 들면 전술한 특허문헌 1, 2에서 개시된 두 방법을 조합함으로써 행해질 수 있다. 구체적으로, 전원층을 열전도 단자 또는 압입 부품에 전기적으로 연결함으로써, 효율적인 열전달과, 이에 따른 효율적인 방열이 제공된다.

일본공개특허공보 제2004-172459호 일본공개특허공보 제2010-103371호

그러나 상기한 방법은, 전자 부품의 작동에 영향을 주는 전자(electromagnetic) 노이즈가, 전원층에 전기적으로 연결된 열전도 단자 또는 압입 부품으로부터 발생될 수도 있다.

본 발명은 다층 기판의 전원층에 생성되는 열을 방출하게 하고, 또한 방열로 인하여 발생하는 전자 노이즈로부터 다층 기판을 쉴드(shield)할 수 있는 방열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 방열 장치는 전원층으로서 역할을 하는 내층을 구비하는 다층 기판과 함께 사용하기 위한 것이다. 방열 장치는 전원층과 열적 및 전기적으로 연결된 방열 부재와, 전기적으로 서로 절연된 방열층과 쉴드층을 구비하는 방열 기판을 포함한다. 방열층은 방열 부재에 열적 및 전기적으로 연결된다. 쉴드층은 방열층에서 방출되는 전자 노이즈에 대하여 쉴드하는 역할을 한다. 쉴드층은 방열층에 연결된 방열 부재로부터 전기적으로 절연된다. 또한, 방열 장치는 쉴드층과 전기적으로 연결되고 접지된 전기적 도전 부재와, 방열층이 전기적 도전 부재에 열적으로 연결되도록 하는 절연체를 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태 및 장점은 본 발명의 사상을 일 예로서 보여주는 첨부도면을 참조로 한 이하 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 방열 장치를 포함하는 전자 제어 유닛의 개략적인 단면도이다.

첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 이하 설명한다. 도 1은 전자 제어 유닛에 포함되는 방열 장치의 실시형태를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 전자 제어 유닛(1)은 다층 인쇄 회로 기판 또는 다층 기판(2), 방열핀(3), 방열 다층 인쇄 회로 기판 또는 방열 기판(4), 절연체(5) 및, 케이스(6)를 포함한다. 다층 기판(2)은 케이스(6)에서 소정 거리 이격되어, 복수의 볼트(7A, 7B)를 통해 케이스(6)에 의하여 고정, 지지된다. 방열 기판(4)은, 방열 기판(4)과 케이스(6) 사이에 접촉하여 끼여있는 절연체(5)를 통하여, 복수의 볼트(8A, 8B)를 통해 케이스(6)에 의해 고정, 지지된다. 본 발명의 방열 부재인 방열핀(3)은 한쪽 끝에는 다층 기판(2)이, 다른 쪽 끝에는 방열 기판(4)이 연결된다.

방열핀(3), 케이스(6) 및, 볼트(7A, 7B, 8A, 8B)는 전기 도전 재료로 이루어진다. 절연체(5)는, 열전도성이 우수한 전기 절연재로 이루어지며, 세라믹, 실리콘 그리스 또는, 절연 시트로 형성된다.

본 발명의 전기적 도전 부재로, 예를 들면 하우징 또는 인버터 커버인 케이스(6)는 접지되어 있다. 다층 기판(2)은 4개의 층을 가지며, 2개의 내층은 전원층(2B) 및 접지층(2C)이고, 2개의 외층은, 예를 들면 압축기의 전기 모터를 구동하기 위해 부호(2E)로 표시된 복수의 전자 부품(도 1에서는 1개만 도시)이 실장되는 배선층(2A, 2D)이다. 전원층(2B), 접지층(2C) 및, 배선층(2A, 2D)은 관통 구멍(미도시)과 같이 전기적 연결에 필요한 부분을 제외하고는 절연체(2F)에 의해 서로 절연된다. 다층 기판(2)의 측면 쪽 또한, 절연체(2F)에 의해 절연된다.

다층 기판(2)은 방열핀(3)이 삽입된 관통 구멍(2G)을 갖는다. 관통 구멍(2G)은, 관통 구멍(2G)의 내주에, 예를 들면 구리로 이루어진 도전부(2H)를 갖는다. 도전부(2H)는 전원층(2B)과 전기적으로 연결되어 있지만, 절연체(2F)에 의해 접지층(2C)과 배선층(2A, 2D)으로부터 전기적으로 절연되어 있다. 전원층(2B)과 방열핀(3)은 전원층(2B)에서 방열핀(3)으로 열을 전달하기 위해 도전부(2H)를 통해 전기적 및 열적으로 서로 연결된다.

다층기판(2)은 각각 볼트(7A, 7B)가 삽입되는 복수의 볼트 구멍(2I1, 2I2)을 갖는다. 볼트 구멍(2I1, 2I2)은 각 볼트 구멍(2I1, 2I2)의 내주에, 예를 들면 구리로 이루어진 도전부(2J1, 2J2)를 갖는다. 도전부(2J1, 2J2)는 절연체(2F)에 의해 4개의 층(2A, 2B, 2C, 2D)으로부터 절연된다.

방열 기판(4)은 2개의 층, 즉 구리와 같은 도전 재료로 이루어진 방열층(4A)과 쉴드층(4B)을 갖는다. 방열층(4A)과 쉴드층(4B)은 절연체(4C)에 의해 서로 절연된다. 방열 기판(4)의 측면 쪽 또한, 절연체(4C)에 의해 절연된다. 방열층(4A)과 방열핀(3)은, 방열핀(3)에서 방열층(4A)으로 열을 전달하기 위해 전기적 및 열적으로 서로 연결된다. 쉴드층(4B)은 방열층(4A)에서 방출되는 전자 노이즈에 대하여 쉴드하는 기능을 한다.

방열 기판(4)은 방열핀(3)의 일단부가 삽입되는 구멍(4D)을 갖는다. 구멍(4D)은, 쉴드층(4B)과 절연체(4C)를 관통하도록 형성되고, 쉴드층(4B)으로부터 방열핀(3)이 절연되도록 방열핀(3)과 구멍(4D)의 내면 사이에 충분한 간격을 제공하는데 충분히 큰 크기를 갖는다.

방열 기판(4)은 각 볼트(8A, 8B)가 관통하여 삽입되는 볼트 구멍(4E1, 4E2)을 갖는다. 볼트 구멍(4E1, 4E2)은 각 볼트 구멍(4E1, 4E2)의 내주에, 예를 들면 구리로 이루어진 도전부(4F1, 4F2)를 갖는다. 도전부(4F1, 4F2)는 쉴드층(4B)과 전기적으로 연결되지만, 절연체(4C)에 의해 방열층(4A)으로부터 전기적으로 절연된다.

전자 제어 유닛(1)에서, 케이스(6)는 접지된다. 이에 따라, 케이스(6)와 전기적으로 연결된 볼트(7A, 7B), 도전부(2J1, 2J2), 볼트(8A, 8B), 도전부(4F1, 4F2) 및, 쉴드층(4B) 또한 접지된다.

전술한 전자 제어 유닛(1)에서, 막대한 전류가 전원층(2B)을 통해서 다층 기판(2)에 있는 전자 부품(2E)에 흐르는 경우에는, 전원층(2B)에서 열이 생성된다. 열은 관통 구멍(2G)의 도전부(2H)와 방열핀(3)을 통해 방열 기판(4)의 방열층(4A)에 전달된다. 또한 열은 절연체(5)를 통해 케이스(6)로 전달되어 주위 공기로 방열된다. 절연체(5)는 방열층(4A) 및 케이스(6)와 접촉하는 면적이 넓어, 우수한 방열효과가 얻어진다. 전기적 도전 재료로 이루어진 도전부(2H) 및 방열핀(3)을 통해 열은 전원층(2B)으로부터 방열층(4A)으로 전달되어, 효율적인 전열 및 이에 따른 우수한 방열효과가 얻어진다. 따라서, 전원층(2B)에 생성된 열은 다층 기판(2)에 실장된 전자 부품(2E)의 작동에 거의 영향을 주지 않는다.

전원층(2B)은 전기적 도전 재료를 통해 열적 및 전기적으로 연결되기 때문에, 방열층(4A)으로부터 전자 노이즈가 방출될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 실시형태에서는, 이러한 노이즈가 쉴드층(4B)에 의해 차단되며, 이에 따라 다층 기판(2)에 실장된 전자 부품(2E)의 작동에 거의 영향을 주지 않는다. 방열층(4A)에서 방출된 노이즈에 대한 쉴드가 다층 기판(2)의 어느 한 층에 의해 행해지며, 이것은 노이즈에 대하여 쉴드를 위한 추가적인 커버를 필요로 하지 않아, 전자 제어 유닛(1)의 조립을 용이하게 한다. 비록 전자 노이즈가 방열핀(3)에서도 방출될 수 있지만, 방열핀(3)은 노이즈가 다층 기판(2)에 실장된 전자 부품(2E)의 작동에 영향을 주는 것을 방지하기에 충분하도록 짧게 만들어진다.

전자 제어 유닛(1)에서, 에어컨의 냉매 통로가 케이스(6)에 포함되거나, 케이스(6)에 인접하여 위치하는 경우, 통로를 통해 흐르는 냉매에 의해 케이스(6)가 냉각될 수 있으며, 이에 따라 방열 효율이 증가된다.

방열핀(3)의 일부는 탄성있는 벨로우즈 구조(bellows-like structure)를 가질 수도 있으며, 이는 전자 제어 유닛(1)의 다층 기판(2) 조립을 용이하게 한다.

방열핀(3)은 복수일 수도 있다. 이러한 경우, 관통구멍(2G)과 같은 복수의 구멍은 다층 기판(2)을 관통하여 형성되고, 구멍(4D)과 같은 복수의 구멍은 방열 기판(4)에 형성된다. 그러나, 예를 들면 방열핀(3)에서 방출된 전자 노이즈가 다층 기판(2)에 실장된 전자 부품(2E)에 거의 영향을 주지 못하도록, 방열핀(3)의 수를 결정하는 것이 필요하다.

전원층(2B)과 방열핀(3) 사이의 연결은, 관통구멍(2G) 뿐만 아니라, 다층 기판(2)에 형성되는 볼트 구멍(2I1, 2I2)에 의해 행해질 수도 있으며, 볼트 구멍(2I1, 2I2) 내주에 구비되는 도전부(2J1, 2J2)는 전원층(2B)에만 전기적으로 연결된다. 방열핀(3)은 판 형상의 전기 도전성 방열 부재로 대체될 수도 있다. 이러한 경우, 다층 기판(2) 및 방열 기판(4)은 이러한 판 형상의 방열 부재를 수용하기 위해 적합한 크기의 구멍을 가질 필요가 있으며, 방열 부재로부터 방출되는 전자 노이즈가 다층 기판(2)에 실장되는 전자 부품(2E)에 거의 영향을 주지 않도록 방열 부재의 크기와 형상이 결정되는 것이 필요하다.

볼트(8A, 8B)에 의해 접지되는 쉴드층(4B)은 다른 적절한 방법으로 접지될 수도 있다. 예를 들면, 케이스(6)에 전기적 도전핀을 장착하고, 방열 기판(4)에 형성된 핀의 대응 구멍에 핀을 삽입하여, 핀이 쉴드층(4B)에만 전기적으로 연결되도록 함으로써, 쉴드층(4B)의 접지가 이루어질 수도 있다.

방열 기판(4)은, 방열 기판(4)과 케이스(6) 사이에 형성되는 절연체(5)를 대체하는 외층을 구비할 수도 있다. 다시 말해서, 절연체(5)는 방열 기판(4)의 외층으로서 형성될 수도 있으며, 이는 전자 제어 유닛(1)의 조립을 더 용이하게 한다.

다층 기판(2)은 전술한 내부 전원층을 포함하는 3개의 층, 5개 또는, 그 이상의 층을 가질 수도 있다.

본 실시형태의 방열 장치는 방열핀(3)과 방열 기판(4)을 포함한다. 방열핀(3)은 열적 및 전기적으로 다층 기판(2)의 전원층(2B)에 연결된다. 방열 기판(4)은 방열핀(3)에 열적 및 전기적으로 연결된 방열층(4A)과, 방열층(4A)으로부터 방출되는 전자 노이즈를 쉴드하기 위한 쉴드층(4B)을 구비한다. 방열층(4A)은 쉴드층(4B)으로부터 전기적으로 절연된다. 방열핀(3)이 방열층(4A)에 연결된 경우, 방열핀(3)은 쉴드층(4B)으로부터 전기적으로 절연된다. 쉴드층(4B)은 접지된 케이스(6)에 전기적으로 연결된다. 방열층(4A)은 절연체(5)를 통해 케이스(6)에 열적으로 연결된다.

전술한 것처럼, 본 실시형태의 방열 장치는 다층 기판(2)의 전원층(2B)에서 생성된 열이 방출되도록 하고, 또한 다층 기판(2)의 전원층(2B)과 전기적으로 연결된 방열 기판(4)의 방열층(4A)에서 방출되는 전자 노이즈를 쉴드한다. 또한, 전자 노이즈에 대하여 쉴드하기 위한 추가적인 커버를 제공할 필요가 없기 때문에, 전자 제어 유닛(1)의 조립을 용이하게 한다.

본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 다양한 방법으로 변형될 수도 있다.

Claims

전원층으로서 역할을 하는 내층을 구비하는 다층 기판과 함께 사용하기 위한 방열 장치로서,
상기 전원층에 열적 및 전기적으로 연결되는 방열 부재와,
전기적으로 서로 절연되는 방열층 및 쉴드층(shield layer)을 구비하고, 상기 방열층은 상기 방열 부재에 열적 및 전기적으로 연결되고, 상기 쉴드층은, 상기 다층 기판과 상기 방열층 사이에 배치되어, 상기 방열층에서 방출된 전자 노이즈에 대하여 쉴드하는 역할을 하며, 상기 쉴드층은 상기 방열층과 연결된 상기 방열 부재로부터 전기적으로 절연되는 방열 기판과,
상기 쉴드층에 전기적으로 연결되고, 접지된 케이스와,
상기 방열층이 상기 케이스에 열적으로 연결되도록 하는 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
제1항에 있어서,
상기 절연체는 상기 방열 기판의 외층(outer layer)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.