KR101407194B1 - 차량의 전자제어장치 - Google Patents

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양순재
문형준
신창근
이동기
송승목
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현대오트론 주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차의 전자제어장치에 관한 것으로서, 본 발명의 전자제어장치는 상부면에 발열소자가 실장되며 차량의 각 부분을 전기적으로 제어하는 전자제어기판; 상기 전자제어기판의 하부면에 위치하며 상기 발열소자로부터 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출하는 히트싱크(Heat Sink); 상기 전자제어기판과 상기 히트싱크를 결합하는 적어도 하나 이상의 스크류; 및 상기 전자제어기판의 하부면과 상기 히트싱크의 접촉면 사이에 삽입되어 상기 발열소자의 열을 상기 히트싱크로 전달하는 방열패드를 포함하며, 상기 히트싱크의 접촉면은 상기 방열패드가 삽입될 수 있도록 소정의 깊이를 갖는 단차가 형성되되, 상기 단차의 깊이는 상기 방열패드의 두께보다 작도록 형성됨으로써 상기 전자제어기판과 상기 히트싱크 사이에 상기 방열패드가 압착 삽입될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 전자제어장치{ELECTRONIC CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명의 실시예는 차량의 전자제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 엔진 ECU(Electronic Control Unit) 등과 같은 전자제어장치에서 발열소자의 방열 성능이 향상된 전자제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 각종 장치를 전자적으로 제어하는 ECU 등의 전자제어장치가 탑재된다. 이러한 전자제어장치는 차량의 각 부분에 설치되어 있는 센서류 또는 스위치류로부터 정보를 제공받는다. 전자제어장치는 이렇게 제공받은 정보를 처리하여 차량의 승차감 및 안전성 향상을 도모하거나, 운전자 및 탑승자에게 각종 편의를 제공하기 위한 여러 전자제어를 수행하는 기능을 한다.
예를 들면, ECU와 같이 차량의 엔진이나 자동변속기, ABS(Anti-Lock Brake System) 등의 상태를 컴퓨터로 제어하는 전자제어장치는 차량과 컴퓨터 성능의 발전과 함께 자동변속기 제어를 비롯하여 구동계통, 제동계통, 조향계통 등 차량의 모든 부분을 제어하는 역할까지 하고 있다.
이러한 ECU 등과 같은 전자제어장치는 상부의 커버와 하부의 베이스로 구성되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 수납되는 PCB(Printed Circuit Board)와, 외부의 소켓 연결을 위해 PCB의 전단에 결합되는 커넥터 등을 포함하는 구조로 이루어진다.
그리고 상기 커버와 베이스는 PCB를 덮으면서 함께 조립되는 구조를 이루게 되고, 특히 커버와 베이스 간의 조립시 그 사이에 개재되는 커넥터는 커버 측 및 베이스 측과 실링 구조를 이루게 된다.
또한 PCB의 상부면에 발열 소자가 구성되고, PCB의 하부면에 방열 패드가 부착된다. 그리고 커버와 베이스가 스크류 방식으로 체결된다.
PCB의 상부면에는 커패시터, 트랜지스터 또는 각종 IC 등의 발열소자가 실장되며 동작에 따라서 소자로부터 열이 발생된다. 이때, 발생된 열을 외부로 방출할 수 있도록 PCB 하부면에 열전도성이 우수한 방열패드가 부착된다. 이와 같은 발열 소자의 방열 기능이 원활하지 못할 경우에는 발열로 인한 소자의 오 동작이 발생되고 부품의 내구성이 저하될 수 있으며, 나아가서 전자제어장치의 이상 동작이 발생할 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 방열 성능이 우수한 차량의 전자제어장치를 제공하고자 한다. 또한, 조립성 및 내구성이 우수하며 일면에만 접착력을 보유한 방열 패드를 사용할 수 있는 차량의 전자제어장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따른 전자제어장치는, 상부면에 발열소자가 실장되며 차량의 각 부분을 전기적으로 제어하는 전자제어기판; 상기 전자제어기판의 하부면에 위치하며 상기 발열소자로부터 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출하는 히트싱크(Heat Sink); 상기 전자제어기판과 상기 히트싱크를 결합하는 적어도 하나 이상의 스크류; 및 상기 전자제어기판의 하부면과 상기 히트싱크의 접촉면 사이에 삽입되어 상기 발열소자의 열을 상기 히트싱크로 전달하는 방열패드를 포함하며, 상기 히트싱크의 접촉면은 상기 방열패드가 삽입될 수 있도록 소정의 깊이를 갖는 단차가 형성되되, 상기 단차의 깊이는 상기 방열패드의 두께보다 작도록 형성됨으로써 상기 전자제어기판과 상기 히트싱크 사이에 상기 방열패드가 압착 삽입될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 히트싱크는 상기 스크류를 통해서 상기 전자제어기판과 결합되는 일측면보다 상기 방열패드가 삽입되는 접촉면의 높이가 낮도록 상기 단차가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열패드는 일면에만 접착력을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 따른 전자제어장치는, 상부면에 발열소자가 실장되며 차량의 각 부분을 전기적으로 제어하는 전자제어기판; 상기 전자제어기판의 하부면에 위치하며 상기 발열소자로부터 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출하는 히트싱크(Heat Sink); 상기 전자제어기판과 상기 히트싱크를 결합하는 적어도 하나 이상의 결합부재; 및 상기 전자제어기판의 하부면과 상기 히트싱크의 접촉면 사이에 형성되는 방열부재를 포함하며, 상기 발열소자가 위치하는 전자제어기판의 하부면과 마주하는 상기 히트싱크의 접촉면은 상기 방열부재가 포함될 수 있도록 소정의 깊이를 갖는 단차가 형성되되, 상기 단차의 높이는 상기 방열부재가 상기 전자제어기판과 상기 히트싱크 사이에서 압착력을 형성하면서 삽입될 수 있도록 상기 방열부재의 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 결합부재는 스크류 또는 클립인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열부재는 방열 페이스트 또는 액상 글루인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 방열패드가 전자제어기판과 히트싱크(Heat Sink) 사이에서 압착 삽입됨으로써, 방열 성능이 우수한 차량의 전자제어장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 방열패드가 압착 삽입됨으로써, 조립성 및 내구성이 우수하며 일면에만 접착력을 보유한 방열 패드를 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 전자제어장치의 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 전자제어장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 전자제어장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 전자제어장치의 성능을 측정한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 자동차의 전자제어장치의 성능을 측정한 참고도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 전자제어장치의 결합 사시도이다.
도시한 바와 같이, 상기 전자제어장치는 자동차의 각 부분을 전기적으로 제어하는 전자제어요소, 예를 들면 PCB(Printed Circuit Board 등과 같은 집적 제어회로수단 등을 탑재하고 있는 부품으로서, 외부의 습기나 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 긴밀한 실링구조를 필요로 한다.
이를 위하여, 내부에 PCB 등의 기판 등을 수용하면서 서로 상하로 조합되는 커버(10)와 베이스(20)가 마련되고, 이와 같이 조합되는 커버(10)와 베이스(20)의 전면부에는 커넥터(30)가 결합된다. 상기 커넥터(30)는 커버(10)와 베이스(20)가 위아래에서 서로 결합될 때 후단 몸체부를 통해 그 사이에 끼워지는 형태로 함께 결합된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전자제어장치는 자동차의 각 부분을 전기적으로 제어하는 전자 제어 요소, 예를 들면 PCB 등과 같은 집적 제어회로수단 등을 탑재하고 있는 부품으로서, PCB에 실장된 커패시터 등의 발열 소자로부터 발생한 열을 외부로 방출하는 방열 구조를 필요로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 전자제어장치의 분해 사시도이다.
앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 커버(10)와 베이스(20) 사이에는 자동차의 각 부분을 전기적으로 제어하는 전자제어요소들을 포함하는 전자제어기판(40)이 수용된다. 전자제어기판(40) 상부면에는 커패시터, 트랜지스터 및 IC 등의 발열소자(41)가 실장된다. 그리고, 전자제어기판(40) 하부면과 베이스(20) 사이에는 상기 발열소자(41)에서 발생되는 열을 방출하기 위하여 전도성 물질로 구성된 방열패드(50)가 삽입된다. 따라서, 발열소자(41)에서 발생된 열은 전자제어기판(40) 및 방열패드(50)로 전도되어 하부의 베이스(20)로 전도됨으로써 방열 매커니즘이 형성된다. 이때, 방열패드(50)는 양면 모두 접착력을 갖도록 구성되어 전자제어기판(40)의 하부면과 베이스의 히트싱크(Heat Sink; 21) 접착면에 밀착 고정된다. 또한, 방열패드(50)는 압착 삽입됨으로써 열전도성이 높아질 수 있으며, 도시된 스크류(43, 45)를 통하여 전자제어기판(40)과 히트싱크(21) 사이에 소정의 압력을 갖도록 토크가 조절될 수 있다. 그러나, 도 2와 같은 구조에서는 스크류(43, 45)를 이용하여 방열패드(50)의 압착력을 형성하는데 구조적인 한계가 있으며, 방열패드가 전자제어기판(40)과 히트싱크(21)에서 밀착 고정되도록 양면 모두 접착력이 구비되어야 하는 제한사항이 존재한다. 또한, 도 2와 같은 구조의 전자제어장치를 구성할 경우 방열패드(50)를 정확한 위치에 부착하여야 하는 과정과 별도의 스크류 체결 과정이 추가적으로 요구된다. 나아가서 스크류(43, 45) 체결시 일정한 토크를 형성하는 것이 실질적으로 불가능하기 때문에 설계자가 원하는 열전도성을 항상 일정한 수준으로 유지하는 것이 불가능한 단점이 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 전자제어장치를 나타내는 단면도이다.
도 3a는 방열패드(70)가 삽입되는 히트싱크(60)의 단면을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 히트싱크(60)의 접촉면은 전자제어기판(40)이 결합되는 일측면보다 높이가 낮은 단차가 형성된 방열패드 삽입부(61)가 형성된다. 상기 단차의 높이(t1)는 방열패드(70)의 두께(t2) 보다 낮도록 구성함으로써 전자제어기판(40)이 히트싱크(60)에 결속될 경우 단차를 통한 결합 구조로 인하여 자연스러운 압착력이 발생되도록 한다.
단차(t1)가 형성된 히트싱크(60)의 접촉면에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 방열패드(70)가 삽입된다. 이때, 방열패드(70)의 두께(t2)는 바람직하게는 히트싱크(60) 접촉면에 형성된 단차(t1)보다 다소 두껍게 구성된다.
방열패드(70)는 양면 모두 접착력을 보유함으로써 히트싱크(60)의 접촉면과 전자제어기판(40)의 하부면에 확고하게 밀착될 수 있으나, 본 실시예에 따르면 압착력이 발생됨으로써 방열패드(70)에 접착력이 없더라도 히트싱크(60)의 접촉면과 전자제어기판(40)의 하부면에 확고하게 밀착될 수 있다. 또한, 바람직하게는 전자제어기판(40)의 하부면에 보다 확고하게 밀착될 수 있도록 방열패드(70)의 일면(방열패드 접착부; 62)에만 접착력을 갖도록 하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방열패드(70) 대신에 열전도성을 구비한 액상 글루(glue) 또는 방열페이스트를 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 액상 글루는 높은 열전도성과 접착성을 보유하고 있다. 액상 글루를 사용할 경우에도, 히트싱크(60)의 방열패드삽입부(61) 표면에 소정 두께(t2)로 도포함으로써 방열패드(70)와 마찬가지로 히트싱크(60)의 단차의 높이(t1)는 방열패드(70)의 두께(t2) 보다 낮도록 구성함으로써 전자제어기판(40)이 히트싱크(60)에 결속될 경우 압착력이 발생되도록 한다.
상기와 같은 단차를 통한 압착력이 형성됨으로써, 방열패드 또는 액상글루는 보다 높은 열전도성을 갖게 된다.
방열패드(70)가 히트싱크(60) 접촉면에 삽입된 후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 히트싱크(60)와 전자제어기판(40)이 스크류(43) 또는 클립과 같은 연결부재를 통해서 상호 체결됨으로써, 방열패드(70)의 압착력이 형성된다.
이때, 방열패드(70)는 압착력의 정도에 따라서 열전도도가 달라진다. 따라서, 방열패드(70)의 최적 열전도도에 맞는 압착력이 형성될 수 있도록 히트싱크(60)의 단차(t1)를 사전 설계하는 것이 가능하다. 또한, 방열패드(70) 일면의 접착제 및 압착력을 통해서 방열패드(70)가 히트싱크(60)와 전자제어기판(40) 사이에 배치될 수 있으므로 종래 스크류 체결 공정이 생략될 수 있으며, 전자제어장치에 사용되는 스크류의 개수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 전자제어장치의 성능을 측정한 참고도이다.
본 성능평가시 사용된 방열패드는 "Gap Pad 1500R"이며, Deflection 두께가 "-10%" 에서 "-20%" 및 "-30%"로 점점 감소할 경우 열저항(Thermal Impedance)값은 1.07 에서 0.88 및 0.82로 점차 낮아짐을 알 수 있다. 따라서, 방열패드의 두께가 감소할 경우 열저항값도 감소되어 열전도도가 높아짐을 알 수 있다. 그러나, 방열패드의 두께가 축소되더라도 열전도도가 급격히 향상되는 것은 아니며, 도 4의 성능측정 결과와 같이 어느 정도 saturation 되는 구간이 발생함을 확인할 수 있다. 따라서 최적의 열전도도를 갖는 압착 두께를 갖도록 히트싱크의 단차를 설계하는 것이 가능하다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 자동차의 전자제어장치의 성능을 측정한 참고도이다.
본 실시예에서는 액상형 방열글루를 사용하여 압착력에 따른 열전도도를 측정한 것으로서, 본 성능 평가에 사용된 액상형 방열글루는 "LB2000.025" 및 "DOW 1-4173.020"를 각각 3개의 샘플로 압착력에 따른 열저항을 측정한 것이다.
도시된 바와 같이, 압착력을 10psi, 25psi, 50psi, 100psi 및 200psi 5가지 경우로 점차 증대시키면서 측정한 결과, 압착력이 증가할수록 열저항값(C/watt)은 점점 감소함을 알 수 있다. 따라서, 액상 방열글루에 가해지는 압력이 증가할 경우 열저항값도 감소되어 열전도도가 높아짐을 알 수 있다. 따라서 방열패드를 사용하는 경우와 마찬가지로, 최적의 열전도도를 갖는 압착 두께를 갖도록 히트싱크의 단차를 설계하는 것이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
10: 커버 20: 베이스
30: 커넥터 40: 전자제어기판
41: 발열소자 43, 45: 스크류
50, 70: 방열패드 21, 60: 히트싱크
61: 방열패드 삽입부 62: 방열패드 접착부

Claims (6)

  1. 상부면에 발열소자가 실장되며 차량의 각 부분을 전기적으로 제어하는 전자제어기판;
    상기 전자제어기판의 하부면에 위치하며 상기 발열소자로부터 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출하는 히트싱크(Heat Sink);
    상기 전자제어기판과 상기 히트싱크를 결합하는 적어도 하나 이상의 스크류; 및
    상기 전자제어기판의 하부면과 상기 히트싱크의 접촉면 사이에 삽입되어 상기 발열소자의 열을 상기 히트싱크로 전달하는 방열패드를 포함하며,
    상기 히트싱크의 접촉면은 상기 방열패드가 삽입될 수 있도록 소정의 깊이를 갖는 단차가 형성되되, 상기 단차의 깊이는 상기 방열패드의 두께보다 작도록 형성됨으로써 상기 전자제어기판과 상기 히트싱크 사이에 상기 방열패드가 압착 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 스크류를 통해서 상기 전자제어기판과 결합되는 일측면보다 상기 방열패드가 삽입되는 접촉면의 높이가 낮도록 상기 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방열패드는 일면에만 접착력을 갖는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  4. 상부면에 발열소자가 실장되며 차량의 각 부분을 전기적으로 제어하는 전자제어기판;
    상기 전자제어기판의 하부면에 위치하며 상기 발열소자로부터 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출하는 히트싱크(Heat Sink);
    상기 전자제어기판과 상기 히트싱크를 결합하는 적어도 하나 이상의 결합부재; 및
    상기 전자제어기판의 하부면과 상기 히트싱크의 접촉면 사이에 형성되는 방열부재를 포함하며,
    상기 발열소자가 위치하는 전자제어기판의 하부면과 마주하는 상기 히트싱크의 접촉면은 상기 방열부재가 포함될 수 있도록 소정의 깊이를 갖는 단차가 형성되되, 상기 단차의 높이는 상기 방열부재가 상기 전자제어기판과 상기 히트싱크 사이에서 압착력을 형성하면서 삽입될 수 있도록 상기 방열부재의 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 결합부재는 스크류 또는 클립인 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 방열부재는 방열 페이스트 또는 액상 글루인 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
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