KR20030039766A - System of cooling printed circuit board - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A printed circuit board(PCB) cooling system is provided to release the heat generated from the PCB by using a conductive substrate tightly contacting the PCB. CONSTITUTION: A PCB cooling system comprises a PCB(1) on which a plurality of semiconductor chips are disposed; a conductive substrate having a conductive plate and a conductive member(15) coupled to the PCB so as to transfer the heat generated from the PCB to the outside; a module case for accommodating a plurality of electronic modules formed by coupling the PCB and the conductive substrate; and an external cooling plate contacting the surface of the module case, and which cools the heat generated from the electronic modules.

Description

PCB 냉각 시스템{SYSTEM OF COOLING PRINTED CIRCUIT BOARD}PCC cooling system {SYSTEM OF COOLING PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명은 PCB 냉각 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 PCB 기판에 배치된 반도체 소자들과 직접 콘택되도록 하는 전도기판을 결합하여 지속적으로PCB 기판에서 발생되는 열을 전도시킬 수 있는 PCB 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a PCB cooling system, and more particularly, to a PCB cooling system capable of continuously conducting heat generated from a PCB substrate by combining a conductive substrate to be in direct contact with semiconductor elements disposed on the PCB substrate. will be.

일반적으로 PCB 기판에는 다수개의 반도체 소자가 배치되어 있고, 동작중에 많은 열을 발생시킨므로 적당한 방열 장치를 필요로 한다. 기판 상에서 발생되는 열을 방출시키지 않으면, 열에의한 오동작, 반도체 소자의 손상, 화재 발생 등 많은 문제가 발생하게 된다.In general, a plurality of semiconductor elements are arranged on the PCB substrate, and generates a lot of heat during operation, so a suitable heat dissipation device is required. If the heat generated on the substrate is not released, many problems such as malfunction due to heat, damage to the semiconductor element, and fire may occur.

이렇게, 기판 상에 발생되는 열을 방출 시키기 위하여는 크게 대류에의한 방열과 전도에 의한 방열로 나뉘어진다. 대류에의한 방열은 쉽고, 간편하며 효과가 크지만, 반도체 소자가 사용되는 영역에 따라 전도에 의한 방열이 필수적일 때가 있다.Thus, in order to release heat generated on the substrate, it is divided into heat radiation by convection and heat radiation by conduction. Although heat dissipation by convection is easy, simple, and large in effect, heat dissipation by conduction is sometimes necessary depending on the area in which the semiconductor element is used.

도 1은 종래 기술에서 사용되는 방열 원리를 이용한 반도체 PCB 기판을 도시한 도면이다.1 is a view showing a semiconductor PCB substrate using a heat radiation principle used in the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 전자 소자들이 배치될 때 기판 상에 형성된 여러개의 돌출부와 접촉되고, 상기 전자 소자들에서 발생되는 열은 상부로 대류에의하여 냉각되고, 하부의 돌출부의하여 전도되어 냉각된다. 즉, 냉각 방식은 기판 하부에 형성된 여러개의 상기 돌출부는 열전도가 우수한 금속 재질을 가지고 있으므로, 상기 돌출부를 통하여 기판의 가장자리 부분으로 열을 전도시킨다.As shown in FIG. 1, when the electronic elements are placed, they are in contact with a plurality of protrusions formed on the substrate, and heat generated in the electronic elements is cooled by convection to the upper side and conducted and cooled by the lower protrusion. . That is, in the cooling method, since the plurality of protrusions formed under the substrate have a metal material having excellent thermal conductivity, heat is transferred to the edge portion of the substrate through the protrusions.

또한, 주요 냉각 방식은 상기 전자 소자들에서 발생하는 열들이 공기중으로 대류에의하여 냉각 되는 것이다.In addition, the main cooling method is that heat generated in the electronic elements is cooled by convection into the air.

그러나, 상기에서 설명한 냉각 방식은 공간이 확보된 전자 기판에서는 간단하고 유용하지만, 사용되는 분야가 물이나 먼지등을 많이 접하여 있으므로 완전 밀폐형으로 사용되는 경우에는 방열에 문제가 발생한다.However, the above-described cooling method is simple and useful in an electronic board having a space, but since a field used is in contact with a lot of water or dust, there is a problem in heat dissipation when used in a completely sealed type.

특히, 종래에서는 주요 방열 수단이었던, 대류에의한 방열을 할 수 없는 문제가 발생하여 내부 소자들의 열에의한 변형 및 폭발 등의 문제가 발생하게 된다.In particular, the conventional heat dissipation, which was the main heat dissipation problem, cannot be radiated by convection, resulting in problems such as deformation and explosion due to heat of internal elements.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가장자리에 외부로 열을 전도시킬 수 있는 전도부재를 갖는 전도기판을 사용하여 밀폐형 PCB에서 발생되는 열을 외부의 냉각 장치까지 전도시킬 수 있는 PCB 냉각 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, by using a conductive substrate having a conductive member capable of conducting heat to the outside of the edges to conduct the heat generated from the sealed PCB to the external cooling device. The purpose is to provide a PCB cooling system.

도 1은 종래 기술에서 사용되는 방열 기판을 도시한 도면.1 is a view showing a heat radiation substrate used in the prior art.

도 2는 본 발명에서 사용되는 PCB 기판을 도시한 도면.Figure 2 illustrates a PCB substrate used in the present invention.

도 3은 본 발명에서 사용되는 전도기판을 도시한 도면.3 is a view showing a conductive substrate used in the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 PCB 기판과 전도기판의 결합 모습을 도시한 도면.4 is a view showing a coupling state of a PCB substrate and a conductive substrate according to the present invention.

도 5는 본 발명에서 사용되는 모듈 케이스의 내부를 도시한 도면.5 is a view showing the inside of the module case used in the present invention.

도 6은 본 발명이 사용되는 모습을 설명하기 위한 도면.6 is a view for explaining how the present invention is used.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 전도 기판 11: 전도판10: conductive substrate 11: conductive plate

13: 고정탭 15: 전도 부재13: fixed tab 15: conductive member

17: 결합부 20: 모듈 케이스17: coupling part 20: module case

23: 프레임 25: 냉각판23: frame 25: cooling plate

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 반도체 칩 냉각 시스템은,In order to achieve the above object, the semiconductor chip cooling system according to the present invention,

다수개의 반도체 칩이 밀집되어 배치된 PCB 기판;A PCB substrate in which a plurality of semiconductor chips are densely arranged;

상기 PCB 기판과 결합되어 방출되는 열을 외부로 전도하기 위한 전도판과 전도부재를 갖는 전도기판;A conductive substrate having a conductive plate and a conductive member for conducting heat released by being combined with the PCB substrate to the outside;

상기 PCB 기판과 전도기판이 결합된 다수개의 전자모듈을 내장할 수 있는 모듈 케이스; 및A module case capable of embedding a plurality of electronic modules in which the PCB substrate and the conductive substrate are coupled; And

상기 모듈 케이스 일측면과 접촉되어 상기 다수개의 전자모듈에서 발생되는 열을 냉각시킬수 있는 냉각판을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a cooling plate contacting one side of the module case to cool the heat generated from the plurality of electronic modules.

여기서, 상기 전도기판의 전도판에는 상기 PCB 기판과 결합 고정 시키기 위한 다수개의 고정탭과 결합 덮개 역할을 하는 결합부를 포함하고, 상기 모듈 케이스의 양측면 상에는 상기 전도기판의 전도부재와 결합될 수 있는 다수개의 지지부를 갖으며, 상기 모듈 케이스의 일측면은 외부의 냉각판과 결합하는 것을 특징으로 한다.Here, the conductive plate of the conductive substrate includes a plurality of fixing tabs for coupling and fixing the PCB substrate and a coupling portion that serves as a coupling cover, and a plurality of that can be coupled to the conductive member of the conductive substrate on both sides of the module case It has two support parts, one side of the module case is characterized in that coupled to the external cooling plate.

본 발명에 의하면, 다수개의 전자 부품이 밀집되어 배치된 PCB 기판 상에 발생되는 열을 전도판을 포함한 전도기판을 사용하여 전도에 의하여 외부의 냉각판에서 식힐 수 있어, 밀폐형 또는 밀집형 반도체 칩 모듈에 적절히 사용될 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, heat generated on a PCB substrate in which a plurality of electronic components are densely arranged can be cooled in an external cooling plate by conduction using a conductive substrate including a conductive plate, thereby sealing or dense semiconductor chip modules. There is an effect that can be used properly.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에서 사용되는 PCB 기판을 도시한 도면이다.2 is a view showing a PCB substrate used in the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 소자의 소형화로 하나의 기판 상에 다수개의 반도체 소자가 배치되고 있다. 도면에서 도시된 PCB 기판(1)은 개략적으로 도시된 도면이지만, 보통 PCB 기판(1) 상에 배치되는 소자의 수 보다 훨씬 많은 소자가 배치되어진다.As illustrated in FIG. 2, a plurality of semiconductor devices are disposed on a single substrate due to miniaturization of semiconductor devices. The PCB substrate 1 shown in the figure is a schematic illustration, but much more elements are disposed than the number of elements disposed on the PCB substrate 1.

이러한, 반도체 소자 수의 증가는 보다 많은 전류를 사용하는 원인이 되고, 그리하여 기판 상에는 많은 열이 발생하게 된다.Such an increase in the number of semiconductor elements causes more current to be used, and thus a lot of heat is generated on the substrate.

또한, 이러한 PCB 기판(1)이 수중이나, 항공기 등에 사용되어 방수를 위하여 더욱 밀폐된 경우에는 발생되는 열을 처리하는데 어려움이 발생된다.In addition, when such a PCB substrate 1 is used in water or in an aircraft or the like and is further sealed for waterproofing, it is difficult to process heat generated.

도 3은 본 발명에서 사용되는 전도 기판을 도시한 도면으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 PCB 기판 상에서 발생되는 많은 열을 전도할 수 있는 전도판(11) 상에는 상기 PCB 기판과 고정 결합을 위한 다수개의 고정탭(13)이 형성배치되어 있다. 또한, 상기 전도판(11) 가장자리 양측면 상에는 상기 전도판(11)에서 전도되는 열을 모아 모듈 케이스의 지지부(도시되지 않음)를 통하여 열을 전도시킬 수 있는 전도부재(15)가 배치되어 있다.3 is a view illustrating a conductive substrate used in the present invention, and as shown in FIG. 3, a fixed coupling with the PCB substrate is performed on a conductive plate 11 capable of conducting a large amount of heat generated on the PCB substrate. A plurality of fixing tabs 13 are formed and arranged. In addition, on both sides of the edge of the conducting plate 11, a conducting member 15 capable of collecting heat conducting from the conducting plate 11 and conducting heat through a support (not shown) of the module case is disposed.

또한, 상기 전도판(10)의 상측면 상에는 상기 PCB 기판과 결합할 수 있는 결합부(17)가 배치되어 있다.In addition, a coupling part 17 capable of coupling with the PCB substrate is disposed on an upper surface of the conductive plate 10.

도 4는 본 발명에 따른 PCB 기판과 전도기판의 결합 모습을 도시한 도면이다.4 is a view showing a coupling state of the PCB substrate and the conductive substrate according to the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 PCB 기판과 전도기판(10)은 1차적으로 상기 전도판(11) 상에 형성 배치된 고정탭(13)에 의하여 견고하게 결합된다. 이는 방수와 밀봉을 위하여 전도판(11)과 상기 PCB 기판이 최대한 밀착될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 진동시에도 움직이지 않도록 하기 위함이다. 그런 다음, 상기 전도기판(10)의 상측면 상에 배치된 결합부(17)에 형성된 고정 나사 홈(19)에 나사를 삽입하여 완전히 밀폐시킨다.As shown in FIG. 4, the PCB substrate and the conductive substrate 10 are firmly coupled by fixing tabs 13 formed on the conductive plate 11. This is to not only allow the conductive plate 11 and the PCB substrate to be in close contact with each other for waterproofing and sealing, but also to prevent movement even during vibration. Then, the screw is inserted into the fixing screw groove 19 formed in the coupling portion 17 disposed on the upper side of the conductive substrate 10 to be completely sealed.

이렇게, 결합된 반도체 칩 기판은 상기 PCB 기판 상에 공간이 존재하지 않기때문에 종래와 같은 대류 작용에 의하여 방열 시킬 수는 없다. 특히, 밀폐된 공간안에서 기판 상의 반도체 칩들이 매우 조밀하게 배치되어 있으므로 발생되는 열은 다른 기판에 비하여 심하다. 이러한, 열을 제때 방출 시켜주지 않게 되면 많은 열이 계속해서 누적되어 폭발하거나 다른 반도체 소자들을 손상시킬 위험이 발생한다.As such, the bonded semiconductor chip substrate cannot be radiated by convection as in the prior art because there is no space on the PCB substrate. In particular, since the semiconductor chips on the substrate are arranged very densely in an enclosed space, the heat generated is severe compared to other substrates. Failure to release this heat in time creates a risk of a lot of heat accumulating and exploding or damaging other semiconductor devices.

따라서, 상기에서 설명한 전도기판(10)을 사용하게 되면, 상기 PCB 기판에배치된 반도체 소자에서 발생되는 열들은 상기 전도기판(10)의 전도판(11)을 통하여 전도된다. 상기 전도판(11)에 전도된 열은 가장자리에 배치된 전도부재(15)로 전도 되어진다.Therefore, when the above-described conductive substrate 10 is used, heat generated in the semiconductor element disposed on the PCB substrate is conducted through the conductive plate 11 of the conductive substrate 10. Heat conducted to the conductive plate 11 is conducted to the conductive member 15 disposed at the edge.

도 5는 본 발명에서 사용되는 모듈 케이스의 내부를 도시한 도면이다.5 is a view showing the inside of the module case used in the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 도 4에서 처럼 결합된 기판은 모듈 케이스(20)에 배치되는데, 상기 전도기판(10)의 전도부재(15)를 상기 모듈 케이스(20) 내부 양측면 상에 형성 배치된 지지부(21)에 결합된다. 상기 모듈 케이스(20) 내부에는 다수개의 지지부(21)들이 배치되어 있고, 모두 전도도가 양호한 금속으로 형성된다. 양측 면 상에 배치된 지지부(21)를 포함하는 상기 모듈 케이스(20)의 측면은 상기 지지부(21)와 같이 전도도가 양호한 금속으로되어 있고, 상기 전도기판(10)의 전도부재(15)를 통하여 전도되는 열을 상기 지지부(21)를 통하여 모듈 케이스(20) 측면으로 전도 시킨다.As shown in FIG. 5, the bonded substrate is disposed in the module case 20, as shown in FIG. 4, wherein the conductive member 15 of the conductive substrate 10 is formed on both sides of the inside of the module case 20. It is coupled to the support 21 arranged. A plurality of support parts 21 are disposed in the module case 20, and both of them are formed of a metal having good conductivity. The side surface of the module case 20 including the support portions 21 disposed on both sides is made of a metal having good conductivity as the support portion 21, and the conductive member 15 of the conductive substrate 10 is formed. The conductive heat is conducted to the side of the module case 20 through the support 21.

상기 모듈 케이스(20) 측면으로 전도된 열은 외부 냉각판(25)과 접촉되어 있으므로 전도된 열은 계속해서 냉각된다.Since the heat conducted to the side of the module case 20 is in contact with the external cooling plate 25, the conducted heat is continuously cooled.

도 6은 본 발명이 사용되는 모습을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining how the present invention is used.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기에서 설명한 전자 모듈이 외부의 냉각판(25)과 접촉된 모습을 나타내고 있다. 여기서, 사용되는 냉각판(25)은 자동차, 항공기등 고속으로 이동하는 물체에서 발생하는 고속 유입 공기를 냉각원으로 사용하여 발생하는 열을 낮추는데 사용한다.As shown in FIG. 6, the electronic module described above is in contact with an external cooling plate 25. Here, the cooling plate 25 used is used to lower the heat generated by using a high speed inlet air generated from a moving object such as a car, an aircraft at a high speed as a cooling source.

고속으로 유입되는 공기는 프레임(23) 내부에 배치된 냉각 필터에 의하여 순환되는 냉각수의 온도를 낮추어 주고, 이렇게 온도가 내려간 냉각수는 상기 냉각판(25) 내부를 지속적으로 순환하게 된다.The air flowing at high speed lowers the temperature of the cooling water circulated by the cooling filter disposed in the frame 23, and the cooling water thus lowered continuously circulates inside the cooling plate 25.

이렇게 순환된 냉각수에 의하여 상기 냉각판(25)은 낮은 온도를 유지하는데 여기에 전자 모듈의 측면을 접촉되도록 고정하여, 상기 전자 모듈에서 발생되는 열을 지속적으로 전도시킨 후 방출 시킬 수 있게된다.The cooling plate 25 maintains a low temperature by the circulated cooling water, and fixes the side surface of the electronic module to be in contact with the cooling plate 25 so that the heat generated from the electronic module can be continuously conducted and then released.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 반도체 칩이 구현된 기판 상에서 발생되는 열을 전도에 의하여 방출 시키는 것으로서, PCB 기판과 밀착되는 전도기판을 사용하여 지속적이고, 유기적인 단계를 거쳐 외부로 열을 전도시켜 기판에서 발생되는 열을 방출하는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention releases heat generated on a substrate on which a semiconductor chip is implemented by conduction, and heats to the outside through a continuous and organic step by using a conductive substrate in close contact with the PCB substrate. It has the effect of conducting heat to release heat generated from the substrate.

아울러, PCB 기판의 소형화, 집적화에 따른 열발생의 문제점을 해결할 수 있고, 특히, 사용되는 용도가 외부와의 밀폐를 요구하는 곳에서 특히 이점이 있다.In addition, it is possible to solve the problem of heat generation due to the miniaturization and integration of the PCB substrate, in particular, there is an advantage particularly in the use where the use is required to seal the outside.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the following claims.

Claims (4)

다수개의 반도체 칩이 밀집되어 배치된 PCB 기판;A PCB substrate in which a plurality of semiconductor chips are densely arranged; 상기 PCB 기판과 결합되어 방출되는 열을 외부로 전도하기 위한 전도판과 전도부재를 갖는 전도기판;A conductive substrate having a conductive plate and a conductive member for conducting heat released by being combined with the PCB substrate to the outside; 상기 PCB 기판과 전도기판이 결합된 다수개의 전자모듈을 내장할 수 있는 모듈 케이스; 및A module case capable of embedding a plurality of electronic modules in which the PCB substrate and the conductive substrate are coupled; And 상기 모듈 케이스 일측면과 접촉되어 상기 다수개의 전자모듈에서 발생되는 열을 냉각시킬수 있는 외부 냉각판을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 냉각시스템.And an external cooling plate contacting one side of the module case to cool heat generated from the plurality of electronic modules. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전도기판의 전도판에는 상기 PCB 기판과 결합 고정 시키기 위한 다수개의 고정탭과 결합 덮개 역할을 하는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 냉각 시스템.The conductive plate of the conductive substrate PCB cooling system, characterized in that it comprises a plurality of fixing tabs for coupling and fixing the PCB substrate and the coupling portion that serves as a coupling cover. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 모듈 케이스의 양측면 상에는 상기 전도기판의 전도부재와 결합될 수 있는 다수개의 지지부를 갖는 것을 특징으로 하는 PCB 냉각 시스템.PCB cooling system, characterized in that on both sides of the module case having a plurality of supports that can be coupled with the conductive member of the conductive substrate. 제 1 항에 또는 제 3항에 있어서,The method of claim 1 or 3, 상기 모듈 케이스의 일측면은 상기 다수개의 전자모듈에 배치된 전도부재를 통하여 전도되는 열을 결합하는 것을 특징으로 하는 PCB 냉각 시스템.One side of the module case is a PCB cooling system, characterized in that for coupling the heat conducted through the conductive member disposed in the plurality of electronic modules.
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