KR101501818B1 - 무선 주파수 디바이스들에 대한 열 관리를 제공하는 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 주파수 디바이스에 대한 열 관리를 제공하기 위한 장치. 전기 신호들을 송신하기 위하여 구성된 안테나 바디부, 및 디바이스 표면과 안테나 바디부 사이의 결과적인 열 저항 (Rth) 이 15 ℃/와트 (watt) 보다 작도록, 안테나 바디부에 결합되고 디바이스 표면에 탑재시키기 위하여 구성된 하나 이상의 탑재 표면들을 포함하는 안테나가 제공된다. 안테나 바디부는 PIFA 안테나, 휩 안테나, 패치 안테나, 미앤더형 패치 안테나 중 하나를 형성한다.

Description

무선 주파수 디바이스들에 대한 열 관리를 제공하는 장치{APPARATUS PROVIDING THERMAL MANAGEMENT FOR RADIO FREQUENCY DEVICES}
본 출원은 무선 통신 시스템들의 동작에 관한 것으로, 보다 자세하게는 무선 주파수 디바이스들에 대한 열 관리를 제공하는 장치에 관한 것이다.
무선 통신 디바이스들은 통상적으로 전력 증폭기를 이용하여 무선 주파수 신호들을 전송하여 다른 디바이스들과 통신한다. 전력 증폭기들은 통상적으로 최적의 성능을 위하여 튜닝되는 PIFA (Planar Inverted F Antenna) 와 같은 안테나에 결합된다. 그러나, 높은 전력 레벨들에서 신호들을 전송하는 것은 디바이스가 허용가능한 동작 온도들보다 높은 온도를 겪는 것을 초래할 수 있다. 또한, 시장 경제에서 경쟁력을 갖기 위하여 무선 디바이스가 가능한 한 소형이도록 하는 요구는 증가된 전력 밀도들을 가져오고, 이는 또한 증가된 동작 온도들을 가져온다. 불행하게도, 높은 온도들에서 동작하는 것은 성능의 감소, 또는 감소된 신뢰성, 감소된 데이터 레이트, 또는 지나치게 뜨거운 터치 온도들과 같은 다른 열 관련 문제들을 가져올 수도 있다.
증가된 동작 온도들과 관련된 문제들을 극복하는데 몇몇 기술들이 이용되어 왔다. 하나의 기술은 감지 컴포넌트들에 대한 고온 노출을 감소 또는 제한하기 위해 성능 스로틀링 (throttling)(즉, 데이터 레이트, 송신 전력 등을 조정) 을 포함한다. 컴포넌트들을 냉각시키고 열을 방산시키는데 이용되어 온 다른 기술들은 열전도성 갭 필러들로 디바이스 내의 에어 갭들을 충진하는 것, 보드 면적 및/또는 제품 크기를 증가시키는 것, 및 팬들을 증가시키는 것을 포함한다.
불행히도, 상술한 기술들은 동작 온도들을 감소시키는데 효과적이지 못할 수도 있거나 추가된 재료비, 증가된 제품 크기 또는 열화된 디바이스 성능을 야기할 수도 있다. 예를 들어, PIFA 를 이용하는 디바이스에서는, PIFA 이 통상적으로 양호한 성능을 위하여 접지면과 안테나 소자들 사이에 공기와 같은 낮은 손실의 유전체를 필요로 하기 때문에 갭 필러들은 적절하지 못하다.
따라서, 상술한 증가한 동작 온도들과 연관된 문제들을 극복하여 고성능 소형 디바이스를 제조하게 하는 메카니즘을 갖는 것이 바람직하다.
여기에 설명된 열전도 안테나 시스템의 기술할 양태들은 첨부된 도면들과 연결될 때 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 명백하게 될 것이다.
도 1 은 열전도 안테나 시스템에 따라 구성된 예시적인 PIFA 안테나의 3개의 뷰들을 나타낸다.
도 2 는 도 1 의 PIFA 안테나의 사시도를 나타낸다.
도 3 은 열전도 안테나 시스템의 구현과 관련하여 이용하기 위한 예시적인 회로 기판을 나타낸다.
도 4 는 열전도 안테나 시스템에 따라 구성된 예시적인 디바이스 어셈블리를 나타낸다.
도 5 는 열전도 안테나 시스템에 따른, 열 저항과 접촉 표면적 사이의 관계를 나타내는 예시적인 그래프를 나타낸다.
도 6 은 열전도 안테나 시스템에 따른 여러 안테나 부분들에 대한 열 저항 계산들을 나타내는 예시적인 테이블을 나타낸다.
도 7 은 열전도 안테나 시스템을 포함하는 예시적인 디바이스를 나타낸다.
도 8 은 열전도 안테나 시스템에 따라 구성된 예시적인 안테나 장치를 나타낸다.
다음의 상세한 설명은 무선 주파수 (RF) 디바이스들에 대한 열 관리를 제공하도록 동작하는 열전도 안테나 시스템의 구현을 설명한다.
도 1 은 열전도 안테나 시스템에 따라 구성된 예시적인 PIFA 안테나 (100) 의 3개의 뷰를 나타낸다. 전면 뷰 (102) 를 참조하여, 안테나 바디 (104), 및 열전도성 탑재 표면들 (106) 을 갖는 두개의 탑재 풋들 (112) 을 설명한다. 안테나 바디부 (104) 는 임의의 특정 송신 및/또는 수신 특성들을 실현하는 임의의 바람직한 기하구조를 가질 수도 있는 PIFA 안테나를 형성한다. 안테나 바디부 (104) 는 구리와 같은 금속으로 구성되어, 전기 신호들의 송신을 수행한다. 안테나 바디부 (104) 는 또한 열전도성이다. 탑재 풋들 (112) 및 열전도성 탑재 표면들 (106) 은 또한 금속과 같은 열전도성 재료로 형성될 수도 있으며, 또한 송신을 위하여 안테나 바디부 (104) 에 전기 신호들을 전달할 수도 있다. 또한, 열전도 안테나 시스템이 PIFA 안테나들만을 이용하는 것으로 제한되지 않으며 이 시스템은 휩 (whip) 안테나, 패치 (patch) 안테나, 미앤더형 (meandered) 패치 안테나, 또는 다른 타입들의 안테나와 같은 기타 타입의 안테나에 이용하기에 적합함을 주지해야 한다.
마지막 뷰 (108) 를 참조로, 두개의 탑재 부재들 (110) 을 설명한다. 탑재 부재들 (110) 은 또한 피드 레그 및 숏 레그 (short leg) 라고 불린다. 피드 레그는 안테나 바디부 (104) 에 송신되는 신호를 공급한다. 숏 레그는 통상적으로 신호 접지부에 결합된다. 탑재 부재 (110) 는 탑재 풋들 (112) 및 열전도성 탑재 표면들 (106) 이 안테나 바디부 (104) 로부터 이격되어 연장되도록 기능하여, 회로 기판 또는 다른 표면에 탑재될 수도 있는 다른 컴포넌트들과의 간섭없이 안테나 (100) 를 그 회로 기판 또는 다른 표면에 탑재하는 것을 허용한다. 일 구현예에서, 탑재 부재 (110), 탑재 풋들 (112), 및 열전도성 탑재 표면들 (106) 은 하나의 연속하는 열전도성 유닛을 형성하도록 안테나 바디부 (104) 와 함께 형성된다.
다른 구현예에서, 탑재 부재들 (110), 및 자신들의 열전도성 탑재 표면들 (106) 을 갖는 탑재 풋들 (112) 은 개별적으로 형성되며, 열전도 부착 메카니즘을 이용하여 안테나 바디부 (104) 에 부착된다. 개별적으로 형성시, 탑재 부재들 (110) 및 탑재 풋들 (112) 은 금속과 같은 열전도 부재로 구성되며, 또한 송신을 위하여 안테나 바디부 (104) 에 전기 신호들을 전달할 수도 있다. 따라서, 전도성 탑재 표면 (106) 에 의해 겪게 되는 열 에너지는 탑재 풋들 (112) 및 탑재 부재들 (110) 을 통하여 안테나 바디부 (104) 내로 흐를 수 있다.
측면 뷰 (112) 를 참조로, 안테나 바디부 (104), 탑재 부재들 (110), 탑재 풋들 (112) 및 열전도성 탑재 표면들 (106) 의 배향을 추가로 설명한다.
일 구현예에서, PIFA 안테나 (100) 는 시트 금속 또는 구리로 형성된다. 그러나, PIFA 안테나 (100) 는 적절한 열 및 전기적 품질을 갖는 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다. 다른 구현예들에서, 안테나 (100) 는 포토 에칭, 스탬핑, 몰딩, 개별 컴포넌트들을 어셈블리하는 것, 또는 캐리어 상에 도금하는 것에 의해 형성될 수도 있다. 도 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 이 특정 실시형태에서, 탑재 부재들 (110) 은 2.5 mm × 5.0 mm 로 치수화되고, 탑재 풋들 (112) 은 10 mm2 의 표면적을 갖는 열전도성 탑재 표면들 (106) 을 제공하도록 2.5 mm × 4.0 mm 로 치수화된다. 안테나 (100) 의 두께는 .25 mm 이지만, 여러 안테나 부분들의 다른 두께들이 가능하다. 이들 치수들은 예시적이며, 탑재 부재들 (110), 탑재 풋들 (112) 또는 열전도성 탑재 표면들 (106) 의 사이즈들을 제한하도록 의도되지 않는다.
열전도 안테나 시스템의 여러 구현예들에서, 탑재 풋들 (112) 및 열전도성 탑재 표면들 (106) 의 치수들은 선택된 표면적 및/또는 선택된 열 저항값을 제공하도록 선택된다. 탑재 부재들 (110) 의 치수들은 또한 선택된 열 저항값들을 제공하도록 선택된다. 열 에너지가 열전도성 탑재 표면들 (106) 로부터 안테나 바디부 (104) 로 자유롭게 흐르도록 허용하는 열 저항값들의 범위를 제공하도록 탑재 표면들 (106), 탑재 풋들 (112) 및 탑재 부재들 (110) 의 조합이 선택된다. 탑재 표면들 (106), 탑재 풋들 (112) 및 탑재 부재들 (110) 에 대한 사이즈 선택 및 열 저항값의 계산의 보다 자세한 설명이 아래 제공된다.
동작시, PIFA 안테나 (100) 는 전기 신호들의 송신을 위한 안테나로서 기능하며 또한 전도성 탑재 표면들에서 겪는 열을 방산시키도록 히트 싱크로서 기능한다. 예를 들어, 일 구현예에서, 안테나 바디부 (104) 가 디바이스의 외부의 주변 환경에 노출되고 열전도성 탑재 표면들 (106) 이 디바이스의 내부 회로 기판과 접촉하게 되도록 PIFA 안테나 (100) 가 핸드헬드 디바이스 내에 통합된다. 예를 들어, 열전도성 탑재 표면들 (106) 은 디바이스 전력 증폭기에 매우 근접하여 회로 기판에 결합된다. 열전도성 탑재 표면들 (106) 은 탑재 풋들 (112) 및 탑재 부재들 (110) 을 통하여 회로 기판으로부터 멀리 열을 전도하도록 작용하여 열 에너지가 안테나 바디부 (104) 에 흐르는 것을 허용한다. 그 후, 열 에너지는 안테나 바디부 (104) 로부터 주변 환경으로 방산된다. PIFA 안테나 (100) 의 보다 자세한 설명을 아래 제공한다.
도 2 는 안테나 바디부 (104), 탑재 부재들 (110), 탑재 풋들 (112) 및 열전도성 탑재 표면들 (106) 의 배향 및 배치를 나타내는 예시적인 PIFA 안테나 (100) 의 사시도를 나타낸다. 탑재 부재들 (110) 의 높이는 디바이스의 외부 하우징과, 내부 회로 기판과 같이 열이 방산되는 디바이스 내의 표면 위치 사이의 거리를 수용하도록 조정될 수도 있다.
도 3 은 열전도 안테나 시스템의 구현들과 결합한 이용을 위한 예시적인 회로 기판 (300) 을 나타낸다. 회로 기판 (300) 은 컴포넌트들 사이에서 신호를 라우팅하는데 이용되는 하나 이상의 층들 (302) 또는 평면들을 포함한다. 일반적으로 304 로 나타낸 컴포넌트들은 회로 기판 (300) 상에 탑재되고, 일반적으로 314 에 나타낸 라우팅 트레이스들을 이용하여 하나 이상의 층들 (302) 상에서 신호들을 서로 통신한다. 컴포넌트 (306) 는 하나 이상의 컴포넌트들 (304) 의 동작에 영향을 미칠 수도 있는 회로 기판의 온도를 증가시키는 동작 동안에 열을 발생시키는 전력 증폭기인 것으로 나타내어진다. 예를 들어, 전력 증폭기 (306) 는 송신을 위하여 전기 신호들을 증폭할 때 상당한 양의 열을 발생시킬 수도 있다.
회로 기판 (300) 은 또한 탑재 패드들 (308 및 310) 을 포함한다. 이 예에서, 탑재 패드 (308) 가 회로 기판 (300) 의 접지면에 결합되고 탑재 패드 (310) 가 전력 증폭기 (306) 의 출력에 추가로 결합된 라우팅 트레이스 (312) 에 접속되는 것으로 나타내어진다. 따라서, 탑재 패드 (308) 는 회로 기판 (300) 의 접지면에 열 액세스 (thermal access) 를 제공하며, 접지면은 컴포넌트 (304) 및/또는 전력 증폭기 (306) 의 동작으로 인한 열 증가를 겪을 수도 있다. 예를 들어, 탑재 패드 (308) 는 회로 기판 (300) 의 상단면에 위치되어 얇은 마스크 층에 의해 덮여진 접지면에 직접 접속될 수도 있거나 또는 탑재 패드 (308) 는 하나 이상의 접속 비아들에 의해 내부 접지면에 접속될 수도 있다. 탑재 패드들 (310) 은 전력 증폭기 (306) 의 출력에 대한 액세스를 제공하며, 이는 또한 송신을 위하여 전력 증폭기가 신호를 증폭할 때 열 증가를 겪을 수도 있다. 일 구현예에서, 전력 증폭기 (306) 는 탑재 패드들 (308 및 310) 중 적어도 하나의 120 mm 내에 위치결정된다.
열전도 안테나 시스템의 일 구현예에서는, PIFA 안테나 (100) 가 회로 기판 (300) 에 탑재되어 두개의 열전도성 탑재 표면들 (106) 이 탑재 패드들 (308 및 310) 에 각각 접속된다. 예를 들어, 피드 레그와 관련된 전도성 탑재 표면 (106) 은 패드 (310) 에 탑재되고, 숏 레그와 관련된 전도성 탑재 표면 (106) 은 패드 (308) 에 탑재된다. 이러한 배치는 전력 증폭기 (306) 로부터의 전기 신호들이 송신을 위해 피드 레그에 의해 PIFA 안테나에 결합되는 것을 허용한다.
또한, 회로 기판의 동작 동안에 컴포넌트 (304) 및/또는 전력 증폭기 (306) 로 인해 발생되는 열 에너지는 접지면으로부터 숏 레그와 관련된 전도성 탑재 표면 (106) 으로 방산될 수 있고 이에 따라 PIFA 안테나 바디부 (104) 에 의해 주변 환경으로 방산될 수 있다. 따라서, 열전도 안테나 시스템은 회로 기판으로부터 열 에너지를 멀리 전도하여 회로 기판이 보다 낮은 온도에서 동작하게 허용하고, 이에 의해 보다 높은 온도에서의 동작과 관련된 문제들을 회피한다.
도 4 는 열전도 안테나 시스템에 따라 구성된 예시적인 디바이스 어셈블리 (400) 를 나타낸다. 디바이스 어셈블리 (400) 는 회로 기판 (300) 에 결합된 PIFA 안테나 (100) 를 포함한다. 영역 (402) 은 회로 기판 (300) 에 대한 안테나 (100) 의 결합을 보다 자세하게 나타낸다.
영역 (402) 은 회로 기판 (300), 회로 기판 탑재 패드 (308), 탑재 풋 (112), 및 전도성 탑재 표면 (106) 을 보여준다. 일 구현예에서, 전도성 탑재 표면 (106) 은 회로 기판 탑재 패드 (308) 에 솔더링된다. 다른 구현예에서, 전도성 탑재 표면 (106) 은 회로 기판 탑재 패드 (308) 에 용량 결합된다. 용량 결합의 경우에, 안테나 성능에 적절한 유전 특성들을 갖는 전도성 열 재료 (404) 가 탑재 패드 (308) 와 전도성 탑재 표면 (106) 사이에 이용되어, 열 전도 및 적절한 안테나 동작 (performance) 을 용이하게 한다. 또 다른 구현예에서, 전도성 탑재 표면 (106) 이 압착 결합을 형성하도록 스크류 또는 일부 다른 부착 수단을 이용하여 회로 기판 탑재 패드 (308) 에 압착된다.
동작시, 전력 증폭기 (306) 와 같은 회로 기판 (300) 의 컴포넌트들의 동작에 의해 발생된 열은 탑재 패드 (308) 에서 탑재 표면 (106) 의 결합을 통하여 PIFA 안테나 (100) 로 전도된다. 그 후, 열 에너지는 열 플로우 라인 (406) 으로 나타낸 바와 같이 탑재 풋 (112), 탑재 부재 (110) 및 안테나 바디부 (104) 를 통하여 주변 환경으로 방산된다. 따라서, PIFA 안테나 (100) 는 두개의 기능들을 제공하도록 동작한다. 첫번째는 전기 신호들의 송신이며, 두번째는 회로 기판 (300) 으로부터의 열의 방산이다. 이는 회로 기판이 보다 낮은 온도들에서 동작하게 허용하고 이에 의해 성능 스로틀링 또는 벤트들 (vents) 이나 팬들의 추가와 같이, 열 축적에 응답하는 조작 기법들을 불필요하게 한다.
도 5 는 열전도 안테나 시스템에 따른 전도성 탑재 표면들 (106) 에서의 열 저항(Rth) 과 접촉 표면적 (A) 사이의 관계를 나타내는 예시적인 그래프 (500) 를 나타낸다. 그래프 (500) 의 세로축 (vertical axis) 은 ℃/와트 (degrees centigrade per watt) 단위의 열 저항을 나타내며, 그래프 (500) 의 가로축은 제곱밀리미터 단위의 열전도성 탑재 표면들 (106) 의 총 열전도 표면적을 나타낸다.
그래프 (500) 는 열전도성 탑재 표면들 (106) 의 총 표면적이 증가할수록 열 저항이 어떻게 감소하는지를 나타내는 플롯 라인 (502) 을 포함한다. 특정 표면적과 관련 열 저항을 나타내는 3 개의 포인트들 (504, 506, 및 508) 이 도시되어 있다. 예를 들어, 포인트 (504) 에서, 제 1 표면적 (A1) 은 제 1 열 저항 (Rth1) 에 대응하고 두개의 포인트들 (506 및 508) 에서, 표면적들 (A2 및 A3) 은 제 2 및 제 3 열 저항 (Rth2, Rth3) 에 각각 대응한다. 따라서, 소정의 접촉 표면적에 대해, 대응하는 열 저항이 결정될 수 있다.
열 저항 계산
열전도 안테나 시스템의 여러 구현예들에서, 결과적인 (resulting) 열 저항은 열전도성 탑재 표면 (106) 과 회로 기판의 표면 사이의 접속부의 열 저항들, 탑재 풋들 (112) 의 열 저항들, 및 탑재 부재들 (110) 의 열 저항의 조합에 기초하여 결정된다. 다음 표현식은 안테나의 상기 식별된 부분들 각각의 열 저항을 결정하는데 이용될 수 있다.
Rth = t / (k * A)
상기 표현식에서, Rth 는 ℃/와트 단위의 열 저항이고, t 는 열 플로우의 방향에서 (mm) 단위의 재료의 두께를 나타내고, k 는 재료에 대한 열 전도율 파라미터이고, A 는 열 플로우와 직교하는, (mm2) 단위의 재료의 단면적이다. 따라서, 회로 기판 (300) 과 같은 표면으로부터 안테나 바디부 (104) 로의 결과적인 열 저항은 3 개의 컴포넌트, 즉 회로 기판과 열전도성 탑재 표면 (106) 사이의 접속부, 탑재 풋 (112) 및 탑재 부재 (110) 의 열 저항을 합산하여 결정될 수 있다.
도 6 은 뷰 (402) 에 나타낸 안테나의 각각의 부분에 대하여 계산된 열 저항을 나타내는 예시적인 테이블 (600) 을 나타낸다. 예를 들어, 각각의 안테나 부분 (602) 에 대해, 열 저항 (604) 은 t (606), k (608), 길이 (L (610)), 폭 (W (612)) 및 면적 (A (614)) 에 대한 특정 값들을 이용하여 상기 표현식에 기초하여 계산된다.
표 600 에서 알 수 있는 바와 같이, 솔더 접속에 대해, 특정 사이즈들의 두개의 솔더 접속 타입들에 대한 열 저항이 616 에서 나타내어진다. 용량 결합 접속에 대해, 열 저항은 618 에서 3 개의 상이한 열 인터페이스 재료들에 대하여 나타내어진다. 특정 사이즈들의 3 개의 탑재 풋 재료들에 대한 열 저항들은 620 에서 나타내어지고 특정 사이즈들의 3 개의 탑재 레그 재료들에 대한 열 저항들은 622 에서 나타내어진다.
따라서, 여러 구현예들에서, 안테나 (100) 의 결과적인 열 저항은 탑재 표면들 (106) 과 회로 기판 사이의 접속의 열 저항 (616 또는 618 중 어느 하나), 자신의 재료 및 사이즈에 기초한 탑재 풋 (112) 의 열 저항 (620), 및 자신의 재료 및 사이즈에 기초한 탑재 부재 (또는 레그) 의 열 저항 (622) 으로 구성된다. 이는 하나의 탑재 표면과 관련 구조적 컴포넌트들에 대한 열 저항을 나타낸다. 안테나 (100) 에 의해 제공된 두 개의 탑재 표면들에 대하여, 결과적인 열 저항은 2로 나누어진다.
표 1 은 안테나 (100) 의 측정들 및 표 600 에서 제공된 다른 정보에 기초하여 열전도 안테나 시스템의 예시적인 안테나 구현에 제공된 열 저항에 대한 값들을 나타낸다. 예를 들어, 안테나 구현은 결과적인 열 저항을 결정하기 위하여 함께 추가되는, 접속 타입, 풋 타입, 및 레그 타입을 포함한다. 복수의 탑재 표면들을 갖는 안테나는 복수의 접속부, 풋 및 레그 타입들을 가질 것이며, 결과적인 열 저항은 모든 안테나 컴포넌트들과 연관된 열 저항의 조합으로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 열 경로들의 결과적인 열 저항을 결정하기 위하여, 경로들의 열 저항들은 전자 저항기들이 결과적인 전기 저항을 결정하도록 결합되는 방식과 유사한 방식으로 결합된다. 예를 들어, 직렬 저항기들이 결과적인 전기 저항을 결정하도록 추가된다. 두개의 병렬 저항들이 결과적인 전기 저항을 결정하기 위하여 (R1*R2)/(R1+R2) 에 따라 결합된다. 표 1 은 예시적인 것에 불과하며, 상이한 접속, 풋들 및 레그 타입들을 갖는 다른 구현들이 가능함을 주지해야 한다.
표 1
Figure 112012102981693-pct00001
안테나 (100) 는 두개의 탑재 표면들을 포함하기 때문에, 결과적인 열 저항은 각각의 표면과 관련된 열 저항의 결합일 것이다. 최종 결과는 2로 나누어 결정될 수 있는데, 이는 소정의 치수에 기초한 안테나 (100) 에 대한 결과적인 열 저항이 10.8 임을 의미한다. 따라서, 상술한 사양들 및 치수들에 기초하여, 열 전도 안테나 시스템의 구현들에 의해 제공되는 열 저항에 대한 상위 바운더리는 15 ℃/와트의 값으로 설정된다.
안테나 (100) 에 의해 두개의 열전도성 탑재 표면들 (106) 이 제공되지만, 시스템은 어떠한 수의 전도성 탑재 표면들 및 관련된 풋 및 레그 구조와 함께 이용하기에 적합하다. 이들 구조의 치수는 결과적인 네트 열 저항을 결정하는데 이용된다. 예를 들어, 일 구현예에서, 안테나 (100) 는 오직 하나의 탑재 표면만을 갖도록 구성된다. 다른 구현예에서, 안테나 (100) 는 3개 이상의 탑재 표면들을 갖도록 구성된다. 따라서, 어떠한 수의 탑재 표면들 및 관련 풋 및 레그 구조들이 제공될 수도 있고, 상기 설명은 각각의 부분에 대한 열 저항 및 모든 탑재 표면들 및 관련 구조들을 고려한 결과적인 열 저항을 결정하는데 이용된다. 예를 들어, 하나의 탑재 표면을 갖는 안테나는 Rth 의 결과적인 저항을 가질 수도 있는 한편, 두개의 동일한 탑재 표면들 및 관련 구조들을 갖는 안테나는 Rth/2 의 열 저항을 가질 것이다.
일 구현예에서, 안테나 (100) 는 15 ℃/와트보다 작고 12 ℃/와트 이상인 열 저항을 제공하도록 치수화된다. 다른 구현예에서, 안테나 (100) 는 12 ℃/와트보다 작고 10 ℃/와트보다 큰 열 저항을 제공하도록 치수화된다. 다른 구현예에서, 안테나 (100) 는 10 ℃/와트보다 작고 8 ℃/와트보다 큰 열 저항을 제공하도록 치수화된다. 다른 구현예에서, 안테나 (100) 는 8 ℃/와트보다 작고 6 ℃/와트보다 큰 열 저항을 제공하도록 치수화된다. 다른 구현예에서, 안테나 (100) 는 6 ℃/와트보다 작고 4 ℃/와트보다 큰 열 저항을 제공하도록 치수화된다. 다른 구현예에서, 안테나 (100) 는 4 ℃/와트보다 작고 2 ℃/와트보다 큰 열 저항을 제공하도록 치수화된다. 다른 구현예에서, 안테나 (100) 는 2 ℃/와트보다 작고 1 ℃/와트보다 큰 열 저항을 제공하도록 치수화된다. 다른 구현예에서, 안테나 (100) 는 1 ℃/와트보다 작고 0.5 ℃/와트보다 큰 열 저항을 제공하도록 치수화된다.
도 7 은 열 전도 안테나 시스템을 포함하는 예시적인 디바이스 (702) 및 통신 네트워크 (700) 를 나타낸다. 통신 네트워크 (700) 는 임의의 타입의 유선 및/또는 무선 통신 네트워크일 수 있는 네트워크 (704) 를 포함한다. 네트워크 (704) 는 무선 송신 링크 (708) 를 이용하여 디바이스 (702) 와 통신하도록 동작하는 통신 서버 (706) 를 포함한다. 오직 하나의 디바이스가 도시되어 있지만, 통신 서버 (706) 는 임의의 수의 디바이스들과 무선으로 통신할 수도 있음을 주지해야 한다.
디바이스 (702) 는 열 전도 안테나 시스템에 따라 구성되고 도 1 에 도시된 PIFA 안테나 (100) 를 포함한다. 예를 들어, 디바이스 (702) 의 후면 뷰 (710) 는 PIFA 안테나 (100) 를 주변 환경에 노출시켜 열을 방산하도록 허용하는 것을 나타낸다. 디바이스 (702) 의 측면 뷰 (712) 는 전력 증폭기 (306), 접합 영역 (402), 및 디바이스의 외부로 연장되어 외부 환경에 대해 노출되는 PIFA 안테나 (100) 를 갖는 내부 회로 기판 (300) 을 나타낸다. 안테나 (100) 의 각각의 부분에 대한 열 저항의 상술한 계산은 결합 사이즈 및 타입, 풋 사이즈와 재료, 및 레그 크기와 재료에 기초하여 결과적인 열 저항을 결정하도록 수행된다. 예를 들어, 열 저항은 표 1 에 나타낸 구현예에 대응할 수도 있다.
동작 중에, 회로 기판, 전력 증폭기, 및 관련 컴포넌트들은 열을 생성한다. 예를 들어, 회로 기판 (300) 상의 전력 증폭기 (306) 는 통신 서버 (706) 에 신호들을 송신할 때 열을 발생시킨다. 열 에너지는 탑재 패드들 (308 및 310) 에서부터 PIFA 안테나 (100) 의 열전도성 탑재 표면들 (106) 로 흐르고 탑재 풋 (112), 탑재 레그 (110) 및 PIFA 안테나 바디부 (104) 를 통하여 주변 환경으로 방산된다. 따라서, 회로 기판 (300) 및 그 관련 컴포넌트들의 온도가 성능 조절 또는 다른 열 보상 기술을 사용하지 않고도 관리될 수 있다.
도 8 은 열전도 안테나 시스템에 따라 구성된 예시적인 안테나 장치 (800) 를 나타낸다. 일 구현예에서, 안테나 장치 (800) 는 금속 또는 다른 열전도성 재료로 구성된다.
안테나 장치 (800) 는 전기 신호들을 송신하기 위한 안테나 바디 수단 (802) 을 포함한다. 안테나 바디 수단 (802) 은 PIFA 안테나, 휩 안테나, 패치 안테나, 미앤더형 패치 안테나, 또는 임의의 다른 타입의 안테나일 수도 있다. 안테나 장치 (800) 는 또한, 안테나 바디 수단 (802) 을 디바이스 표면에 결합하기 위한 탑재 수단 (804) 을 포함한다. 일 구현예에서, 탑재 수단 (804) 은 금속 또는 다른 열전도성 재료를 포함하는 탑재 부재 수단 (806) 및 탑재 풋 수단 (808) 을 포함한다. 탑재 풋 수단은 솔더 또는 열전도성 재료를 포함하는 접속 수단 (812) 을 이용하여 안테나 장치 (800) 를 회로 기판과 같은 표면에 탑재시키기 위한 탑재 표면 (810) 을 포함한다. 안테나 장치 (800) 에 의해 제공되는 결과적인 열 저항은 접속 수단 (812), 탑재 풋 수단 (808) 및 탑재 부재 수단 (806) 의 열 저항에 기초한다. 하나 이상의 구현예에서, 열 저항은 15 ℃/와트보다 작다.
개시된 양태들의 설명은 당해 기술 분야의 숙련된 자가 본 발명을 이용 또는 실시하게 하도록 제공된다. 이들 양태들의 여러 변형들이 당해 기술 분야의 숙련된 자에게는 쉽게 명백할 수도 있으며, 여기에 정의된 일반 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 다른 양태에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타낸 양태들로 제한되도록 의도되지 않으며, 여기에 개시된 원리들 및 신규 특징들에 부합하는 가장 넓은 범위로 허용된다. 단어 "예시적인" 은 여기에서는 "예, 실례, 또는 예시로서 기능하는 것"을 의미하도록 배타적으로 이용된다. "예시적인" 으로서 여기에서 설명된 임의의 양태는 다른 양태들보다 바람직하거나 또는 유익한 것으로 반드시 간주되는 것은 아니다.
따라서, 열 전도 안테나 시스템의 양태들이 여기에 예시되고 설명되어 있지만, 사상 또는 본질적인 특징에 벗어남이 없는 양태들로 이루어질 수 있음이 명백하다. 따라서, 여기에서의 개시 및 설명은 예시적인 것이지, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니며 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에서 기술된다.

Claims (20)

  1. 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나로서,
    전기 신호들을 송신하기 위하여 구성된 안테나 바디부;
    상기 안테나 바디부에 결합되고 디바이스 표면에 탑재시키기 위하여 구성되는 하나 이상의 탑재 표면들로서, 상기 하나 이상의 탑재 표면들은 상기 디바이스 표면과 상기 안테나 바디부 사이의 결과적인 (resulting) 열 저항 (Rth) 이 15 ℃/와트 (watt) 보다 작게 되도록 치수화 (sized) 된, 상기 하나 이상의 탑재 표면들; 및
    열 전달을 용이하게 하기 위해, 상기 하나 이상의 탑재 표면들과 상기 디바이스 표면 사이에 결합된, 열 전도성 물질을 포함하고,
    상기 하나 이상의 탑재 표면들은 하나 이상의 접속 타입들을 각각 이용하여 상기 디바이스 표면에 탑재시키도록 구성되며,
    상기 하나 이상의 접속 타입들의 각각은 솔더 접속, 압착 접속 (pressure connection), 및 용량 결합된 접속으로 구성된 세트로부터 선택되고,
    상기 하나 이상의 탑재 표면들은 하나 이상의 탑재 풋들 (feet) 에 결합되고,
    상기 하나 이상의 탑재 풋들은 상기 결과적인 열 저항이 상기 하나 이상의 접속 타입들, 상기 하나 이상의 탑재 풋들, 및 하나 이상의 탑재 레그들과 관련된 열 저항들의 결합이도록 상기 하나 이상의 탑재 레그들에 의해 상기 안테나 바디부에 결합되는, 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 접속 타입들, 상기 하나 이상의 탑재 풋들, 및 상기 하나 이상의 탑재 레그들과 관련된 열 저항들은 Rth = t / (k * A) 로부터 결정되는, 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 접속 타입들, 상기 하나 이상의 탑재 풋들, 및 상기 하나 이상의 탑재 레그들은, ℃/와트 단위의 상기 결과적인 열 저항이 15 > Rth ≥12, 12 > Rth ≥ 10, 10 > Rth ≥ 8, 8 > Rth ≥ 6, 6 > Rth ≥ 4, 4 > Rth ≥ 2, 2 > Rth ≥ l, 및 l > Rth ≥ 0.5 로 구성된 범위들의 세트로부터 선택되는 범위에 있도록 치수화되는, 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 탑재 표면은 상기 디바이스 표면과 상기 안테나 바디부 사이에 전기 신호들을 전달하도록 구성된, 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 바디부는 PIFA 안테나, 휩 (whip) 안테나, 패치 (patch) 안테나 또는 미앤더형 (meandered) 패치 안테나 중 하나를 형성하는, 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나.
  8. 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나 장치로서,
    전기 신호들을 송신하기 위한 안테나 바디 수단;
    상기 안테나 바디 수단에 결합되고 디바이스 표면에 탑재시키기 위한 탑재 수단으로서, 상기 탑재 수단은 상기 디바이스 표면과 상기 안테나 바디 수단 사이의 결과적인 (resulting) 열 저항 (Rth) 이 15 ℃/와트 (watt) 보다 작게 되도록 치수화 (sized) 된, 상기 탑재 수단; 및
    열 전달을 용이하게 하기 위해, 상기 탑재 수단과 상기 디바이스 표면 사이에 결합된, 열 전도 수단을 포함하고,
    상기 탑재 수단은 상기 디바이스 표면에 탑재시키기 위한 접속 수단을 포함하며,
    상기 탑재 수단은, 상기 결과적인 열 저항이 상기 접속 수단, 탑재 풋 수단, 및 탑재 레그 수단과 관련된 열 저항들의 결합이도록 상기 접속 수단을 지지하기 위한 상기 탑재 풋 수단 및 상기 탑재 풋 수단을 상기 안테나 바디 수단에 탑재시키기 위한 상기 탑재 레그 수단을 포함하는, 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 접속 수단, 상기 탑재 풋 수단 및 상기 탑재 레그 수단은 ℃/와트 단위의 상기 결과적인 열 저항이 15 > Rth ≥12, 12 > Rth ≥ 10, 10 > Rth ≥ 8, 8 > Rth ≥ 6, 6 > Rth ≥ 4, 4 > Rth ≥ 2, 2 > Rth ≥ l, 및 l > Rth ≥ 0.5 로 구성된 범위들의 세트로부터 선택되는 범위에 있도록 치수화되는, 디바이스에서의 열 관리를 위한 안테나 장치.
  12. 전력 증폭기 (power amplifier; PA);
    상기 전력 증폭기로부터의 전기 신호들을 송신하기 위하여 구성된 안테나 바디부;
    상기 안테나 바디부에 결합되고 디바이스 표면에 탑재시키기 위하여 구성된 하나 이상의 탑재 표면들로서, 상기 하나 이상의 탑재 표면들은 상기 디바이스 표면과 상기 안테나 바디부 사이의 결과적인 (resulting) 열 저항 (Rth) 이 15 ℃/와트 (watt) 보다 작게 되도록 치수화 (sized) 된, 상기 하나 이상의 탑재 표면들; 및
    열 전달을 용이하게 하기 위해, 상기 하나 이상의 탑재 표면들과 상기 디바이스 표면 사이에 결합된, 열 전도성 물질을 포함하고,
    상기 하나 이상의 탑재 표면들은 하나 이상의 접속 타입들에 의해 각각 상기 디바이스 표면에 탑재시키도록 구성되며,
    상기 하나 이상의 접속 타입들의 각각은 솔더 접속, 압착 접속 및 용량 결합된 접속으로 구성된 세트로부터 선택되고,
    상기 하나 이상의 탑재 표면들은 하나 이상의 탑재 풋들 (feet) 에 결합되고,
    상기 하나 이상의 탑재 풋들은 상기 결과적인 열 저항이 상기 하나 이상의 접속 타입들, 상기 하나 이상의 탑재 풋들, 및 하나 이상의 탑재 레그들과 관련된 열 저항들의 결합이도록 상기 하나 이상의 탑재 레그들에 의해 상기 안테나 바디부에 결합되는, 디바이스.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 접속 타입들, 상기 하나 이상의 탑재 풋들, 및 상기 하나 이상의 탑재 레그들과 관련된 열 저항들은 Rth = t / (k * A) 로부터 결정되는, 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 접속 타입들, 상기 하나 이상의 탑재 풋들, 및 상기 하나 이상의 탑재 레그들은, ℃/와트 단위의 상기 결과적인 열 저항이 15 > Rth ≥12, 12 > Rth ≥ 10, 10 > Rth ≥ 8, 8 > Rth ≥ 6, 6 > Rth ≥ 4, 4 > Rth ≥ 2, 2 > Rth ≥ l, 및 l > Rth ≥ 0.5 로 구성된 범위들의 세트로부터 선택되는 범위에 있도록 치수화되는, 디바이스.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 디바이스 표면은 120 밀리미터의 적어도 하나의 탑재 표면 내에 위치된 전력 증폭기를 포함하는 회로 기판인, 디바이스.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 안테나 바디부는 상기 디바이스의 외부에 노출되어 주변 환경으로 열 에너지를 방산시키는, 디바이스.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 안테나 바디부는 PIFA 안테나, 휩 안테나, 패치 안테나 또는 미앤더형 패치 안테나 중 하나를 형성하는, 디바이스.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 디바이스는 핸드헬드 디바이스인, 디바이스.
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