KR20040063589A - Printed circuit board using pattern heater and apparatus for controlling temperature of printed circuit board using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인쇄회로기판의 온도제어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인쇄회로기판에 열을 발생시키는 히터 레이어를 설치하고, 전자부품이 저온에서도 동작할 수 있도록 인쇄회로기판의 온도를 제어하는 인쇄회로기판의 온도제어 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to temperature control of a printed circuit board, and more particularly, to a printed circuit board having a heater layer generating heat and controlling a temperature of the printed circuit board so that electronic components can operate at low temperatures. It relates to a temperature control device for a substrate.
일반적으로, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 도 1에 나타낸 바와 같이 절연기판 표면에 구리의 박(箔)으로 배선이 되어 직접회로나 저항 등의 전자부품을 전기적으로 연결시켜줌과 동시에 전자부품을 고정시켜 사용하는 합성수지판(10)이다.In general, as shown in FIG. 1, a printed circuit board is wired with a copper foil on the surface of an insulating board to electrically connect electronic components such as an integrated circuit or a resistor, and at the same time, It is a synthetic resin board 10 to be fixed and used.
이러한 종래의 인쇄회로기판(10)을 도 1의 A-A 단면으로 나타내면 도 2에 나타낸 바와 같이 다수의 회로기판 레이어(11a 내지 11h)와 상기 다수의 회로기판 레이어(11a 내지 11h) 사이에 절연재(12)가 삽입된 형태로 구성된다.When the conventional printed circuit board 10 is shown as an AA cross-section of FIG. 1, an insulating material 12 is formed between the plurality of circuit board layers 11a to 11h and the plurality of circuit board layers 11a to 11h as shown in FIG. 2. ) Is inserted.
한편, 인쇄회로기판에 고정 설치되어 동작하는 전자부품은 온도에 따른 동작의 차이가 발생하여 유효하게 동작할 수 있는 온도의 조건을 표시하며, 전자부품이 동작할 수 있는 온도의 범위(예를 들면, -40℃∼+85℃)에 따라 부품의 가격도 차별화 된다. 이러한 전자부품 중에서 저가의 상용 전자부품은 고온(예를 들면 +85℃ 이상)의 경우 특수 목적의 산업용 전자부품이나, 군사용 전자부품 또는 항공우주용 전자부품이 동작할 수 있는 최대온도와 유사한 온도까지 동작할 수 있지만, 저온(예를 들면 -40℃ 이하)의 경우 산업용 전자부품, 군사용 전자부품 또는 항공우주용 전자부품이 동작할 수 있는 최저온도와는 많은 차이가 발생하여 전자회로의 동작을 신뢰할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 군사용 전자부품, 항공우주용 전자부품 등은 생산이 엄격히 제한되어 수출 및 수입이 용이하게 이루질 수 없고, 고가로 인한 제품의 생산원가가 상승하는 문제점이 있다.On the other hand, an electronic component that is fixedly installed and operated on a printed circuit board displays a condition of temperature at which an operation difference according to temperature occurs and can operate effectively, and a range of temperature at which the electronic component can operate (for example, , -40 ℃ ~ + 85 ℃), the price of parts is also different. Among these electronic components, inexpensive commercial electronic components can be used at high temperatures (for example, + 85 ° C or higher) to temperatures close to the maximum temperatures at which special-purpose industrial electronic components, military electronic components, or aerospace electronic components can operate. Although operating at low temperatures (eg -40 ° C or lower), there are many differences from the lowest temperatures at which industrial electronics, military electronics, or aerospace electronics can operate, resulting in reliable operation of electronic circuits. There is a problem that can not be. In addition, military electronic components, aerospace electronic components, etc. are strictly limited in production, export and import can not be easily achieved, there is a problem that the production cost of the product due to the high price rises.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 소정온도 이하의 저온에서 열을 발산하여 인쇄회로기판 및 인쇄회로기판에 배선된 전자회로의 파손을 방지하는 인쇄회로기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a printed circuit board that dissipates heat at a low temperature below a predetermined temperature to prevent breakage of the printed circuit board and electronic circuits wired to the printed circuit board. .
또한, 본 발명의 다른 목적은 저가의 상용 전자부품이 동작할 수 있는 최저온도이하에서도 동작할 수 있도록 인쇄회로기판의 온도를 제어하는 온도제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a temperature control device for controlling the temperature of the printed circuit board to operate even below the minimum temperature at which the low-cost commercial electronic components can operate.
도 1 은 종래의 인쇄회로기판을 나타낸 사시도.1 is a perspective view showing a conventional printed circuit board.
도 2 는 도 1의 A-A 단면을 나타낸 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the A-A cross section of FIG. 1. FIG.
도 3 은 본 발명에 따른 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판의 구성을 나타낸 분해 사시도.Figure 3 is an exploded perspective view showing the configuration of a printed circuit board using a pattern heater according to the present invention.
도 4 는 도 3의 열을 발생하는 인쇄회로기판의 열선패턴을 나타낸 평면도.4 is a plan view illustrating a heat ray pattern of the printed circuit board generating heat of FIG. 3.
도 5 는 본 발명에 따른 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판의 온도제어 장치의 구성을 나타낸 블록도.Figure 5 is a block diagram showing the configuration of a temperature control device for a printed circuit board using a pattern heater according to the present invention.
도 6 은 본 발명에 따른 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판의 온도제어 과정을 나타낸 흐름도.6 is a flowchart illustrating a temperature control process of a printed circuit board using a pattern heater according to the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
100 : 인쇄회로기판 110 : 콤포넌트 레이어100: printed circuit board 110: component layer
120 : 회로 레이어 140 : 솔더 레이어120: circuit layer 140: solder layer
150 : 절연재 200 : 온도센서150: insulation material 200: temperature sensor
300 : 전원부 400 : 제어부300: power supply unit 400: control unit
410 : 비교기 420 : 제어기410: comparator 420: controller
500 : 전원출력부 600 : 히터 레이어500: power output unit 600: heater layer
610 : 패턴히터610: pattern heater
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전자부품이 실장되고, 상기 전자부품을 전기적으로 연결하는 전자회로가 배선된 콤포넌트 레이어와, 상기 콤포넌트 레이어를 절연하는 절연재로 구성된 인쇄회로기판에 있어서, 상기 콤포넌트 레이어는 일측면에 전자회로가 배선되고, 타측면에 열선패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a printed circuit board comprising a component layer in which an electronic component is mounted, an electronic circuit for electrically connecting the electronic component, and an insulating material for insulating the component layer. The component layer is characterized in that an electronic circuit is wired on one side and a hot wire pattern is formed on the other side.
또한, 상기 열선패턴은 전자회로와 동일면에 형성된 것을 특징으로 한다.The hot wire pattern may be formed on the same surface as the electronic circuit.
또한, 상기 인쇄회로기판은 열선패턴이 형성된 히터 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The printed circuit board may further include a heater layer having a hot wire pattern formed thereon.
또한, 상기 열선패턴은 니켈-크롬 합금열선, 철-크롬-알루미늄 합금열선, 니켈-크롬-철 합금열선, 구리선 중 어느 하나의 열선을 이용하는 것을 특징으로 한다.The hot wire pattern may be any one of a nickel-chromium alloy hot wire, an iron-chromium-aluminum alloy hot wire, a nickel-chromium-iron alloy hot wire and a copper wire.
또한 본 발명은 전자부품을 전기적으로 연결시켜주는 전자회로가 배선된 콤포넌트 레이어와, 열을 발산하는 열선 패턴이 형성된 히터 레이어와, 상기 콤포턴트 레이어와 상기 히터 레이어를 절연하는 절연재로 구성된 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판으로 전원을 공급하는 전원부; 및 상기 전원부로부터 인쇄회로기판의 콤포넌트 레이어 및/또는 히터 레이어로 인가되는 전원을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a printed circuit board composed of a component layer to which the electronic circuit for electrically connecting electronic components, a heater layer having a heating wire pattern for dissipating heat, and an insulating material for insulating the component layer and the heater layer. ; A power supply unit supplying power to the printed circuit board; And control means for controlling the power applied from the power supply to the component layer and / or the heater layer of the printed circuit board.
또한, 상기 제어수단은 상기 인쇄회로기판의 온도를 검출하는 온도센서; 및 상기 온도센서에서 검출된 온도를 소정값과 비교하여 인쇄회로기판의 콤포넌트 레이어 및/또는 히터 레이어로 전원의 인가 여부를 판단하는 비교기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control means includes a temperature sensor for detecting the temperature of the printed circuit board; And a comparator comparing the temperature detected by the temperature sensor with a predetermined value to determine whether power is applied to the component layer and / or the heater layer of the printed circuit board.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판 구성을 나타낸 분해사시도이고, 도 4는 도 3의 열을 발생하는 인쇄회로기판의 열선패턴을 나타낸 평면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.3 is an exploded perspective view showing a configuration of a printed circuit board using a pattern heater according to the present invention, and FIG. 4 is a plan view illustrating a hot wire pattern of the printed circuit board generating heat of FIG. 3. Referring to Figures 3 and 4 will be described in more detail a printed circuit board using a pattern heater according to the present invention.
인쇄회로기판(100)은 콤포넌트 레이어(110)와, 회로 레이어(120)와, 솔더 레이어(130)와, 절연재(140)와, 히터 레이어(600)로 구성된다.The printed circuit board 100 includes a component layer 110, a circuit layer 120, a solder layer 130, an insulating material 140, and a heater layer 600.
콤포넌트 레이어(110)는 인쇄회로기판(100)의 상면에 설치되고, 일측면에 전자회로의 동작을 위한 전자부품(미도시)이 실장되고, 상기 전자부품을 전기적으로 연결시켜주는 전자회로가 배선된다.The component layer 110 is installed on an upper surface of the printed circuit board 100, and an electronic component (not shown) for operating an electronic circuit is mounted on one side thereof, and an electronic circuit for electrically connecting the electronic component is wired. do.
회로 레이어(120)는 콤포넌트 레이어(110)와 후술되는 솔더 레이어(130) 사이에 설치되며, 전자회로의 배선은 형성되나 전자부품은 설치되지 않으며, 콤포넌트 레이어(120)에 배선된 전자회로와 비아(미도시) 등의 연결부재를 통해 전기적으로 연결된다.The circuit layer 120 is installed between the component layer 110 and the solder layer 130, which will be described later. The wiring of the electronic circuit is formed, but the electronic component is not installed, and the electronic circuit and vias wired to the component layer 120. It is electrically connected through a connecting member such as (not shown).
솔더 레이어(130)는 인쇄회로기판(100)의 저면에 설치되고, 전자회로의 동작을 위한 전자부품(미도시)이 설치되고, 상기 전자부품을 전기적으로 연결시켜 주는 전자회로가 배선되며, 비아 등의 연결부재를 통해 다른 레이어(110, 120)와 연결된다.The solder layer 130 is installed on the bottom surface of the printed circuit board 100, an electronic component (not shown) is installed for the operation of the electronic circuit, and an electronic circuit for electrically connecting the electronic component is wired. It is connected to the other layers 110 and 120 through a connecting member such as.
절연재(140)는 인쇄회로기판(100)에 설치된 콤포넌트 레이어(120)와, 회로 레이어(120)와, 솔더 레이어(130)와, 후술되는 히터 레이어(600) 사이에 설치되고, 각 레이어(110, 120, 130, 600)가 서로 전기적으로 절연되도록 한다.The insulating material 140 is provided between the component layer 120, the circuit layer 120, the solder layer 130, and the heater layer 600, which will be described later, installed on the printed circuit board 100, and each layer 110. , 120, 130, 600 are electrically isolated from each other.
히터 레이어(600)는 콤포넌트 레이어(110)의 하부에 설치되며, 열을 용이하게 발산할 수 있도록 아트워크(artwork)를 이용하여 히터 레이어(600)의 상면 및/또는 저면에 열선형태의 패턴(610)을 형성한다. 상기 열선형태의 패턴(610)은 니켈-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 니켈-크롬-철 합금 등을 이용한 열선과 인쇄회로기판의 배선에 사용되는 구리선을 사용하여 패턴(610)을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 구리선이다.The heater layer 600 is installed under the component layer 110, and a heat-wire pattern is formed on the top and / or bottom of the heater layer 600 by using an artwork to easily dissipate heat. 610 is formed. The hot wire pattern 610 is a pattern 610 using a hot wire using a nickel-chromium alloy, an iron-chromium-aluminum alloy, a nickel-chromium-iron alloy, and a copper wire used for wiring a printed circuit board. It is possible, Preferably it is a copper wire.
본 실시예에서는 4 레이어로 구성된 인쇄회로기판을 설명하였으나, 단면, 양면, 6면, 8면 등의 다층 레이어로 구성된 인쇄회로기판에 용이하게 적용하여 실시할 수 있는 것은 명백할 것이다.In the present embodiment, a printed circuit board having four layers has been described. However, it will be apparent that the printed circuit board can be easily applied to a printed circuit board composed of multilayer layers such as single-sided, double-sided, six-sided, and eight-sided.
또한, 본 실시예에서는 히터 레이어(600)를 별도로 설치하여 인쇄회로기판(100)에 설치하였으나, 상기 콤포넌트 레이어(110), 회로 레이어(120) 또는 솔더 레이어(130)의 일측면에 전자회로를 배선하고, 타측면에 열선패턴을 형성한 실시예와, 상기 전자회로가 배선된 동일면에 열선패턴을 형성한 실시예 또한 본 발명이 속한 통상의 기술지식을 가진 자라면 용이하게 실시할 수 있을 것이다.In addition, in the present embodiment, the heater layer 600 is separately installed and installed on the printed circuit board 100, but the electronic circuit is disposed on one side of the component layer 110, the circuit layer 120, or the solder layer 130. The embodiment in which the heating wire pattern is formed on the other side of the wiring, and the embodiment in which the heating wire pattern is formed on the same surface on which the electronic circuit is wired can be easily implemented by those of ordinary skill in the art. .
도 5는 본 발명에 따른 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판의 온도제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판의 온도제어 장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.5 is a block diagram showing a configuration of a temperature control apparatus for a printed circuit board using a pattern heater according to the present invention. Referring to FIGS. 3 to 5, the configuration of a temperature control apparatus for a printed circuit board using a pattern heater according to the present invention will be described.
인쇄회로기판(100)의 온도를 제어하기 위한 온도제어장치는 히터 레이어(600)를 구비한 인쇄회로기판(100)과, 온도센서(200)와, 전원부(300)와, 제어부(400)와, 전원출력부(500)로 구성된다.The temperature control device for controlling the temperature of the printed circuit board 100 includes a printed circuit board 100 having a heater layer 600, a temperature sensor 200, a power supply unit 300, a control unit 400, The power output unit 500 is configured.
인쇄회로기판(100)은 전자부품을 전기적으로 연결하는 전자회로가 배선된 콤포넌트 레이어(110)와, 열을 발산하는 열선패턴이 형성된 히터 레이어(600)로 구성된다.The printed circuit board 100 includes a component layer 110 in which an electronic circuit for electrically connecting electronic components is wired, and a heater layer 600 in which a heating wire pattern for dissipating heat is formed.
온도센서(200)는 인쇄회로기판(100)에 설치되어 인쇄회로기판(100)의 온도를 검출하여 제어부(400)로 전송한다.The temperature sensor 200 is installed on the printed circuit board 100 to detect the temperature of the printed circuit board 100 and transmits the temperature to the controller 400.
전원부(300)는 전원출력부(500)를 통해 인쇄회로기판(100)에 전원을 공급한다.The power supply unit 300 supplies power to the printed circuit board 100 through the power output unit 500.
제어부(400)는 온도센서(200)와 후술되는 전원출력부(500)에 연결되고, 온도센서(200)로부터 검출된 인쇄회로기판(100)의 온도를 소정의 기준온도와 비교하여 콤포넌트 레이어(110) 및/또는 히터 레이어(600)로의 전원인가 여부를 판단하는 비교기(410)와, 상기 비교기(410)의 판단에 따라 콤포넌트 레이어(110) 및/또는 히터 레이어(600)로 인가되는 전원을 제어하는 제어기(420)로 구성된다.The controller 400 is connected to the temperature sensor 200 and the power output unit 500 to be described later, and compares the temperature of the printed circuit board 100 detected by the temperature sensor 200 with a predetermined reference temperature to the component layer ( 110 and / or a comparator 410 for determining whether the power is supplied to the heater layer 600 and the power applied to the component layer 110 and / or the heater layer 600 according to the determination of the comparator 410. It consists of a controller 420 for controlling.
전원출력부(500)는 제어부(400)로부터 출력되는 제어신호에 따라 전원부(300)의 전원을 인쇄회로기판(100)의 콤포넌트 레이어(110) 및/또는 히터 레이어(600)로 전원을 공급한다.The power output unit 500 supplies power to the component layer 110 and / or the heater layer 600 of the printed circuit board 100 according to a control signal output from the controller 400. .
도 6 은 도 5의 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판의 온도제어 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 패턴히터를 이용한 인쇄회로기판의 온도제어과정을 설명하면 다음과 같다.6 is a flowchart illustrating a temperature control process of a printed circuit board using the pattern heater of FIG. 5. Referring to Figures 5 and 6 will be described the temperature control process of the printed circuit board using the pattern heater according to the present invention.
전원부(300)로부터 인쇄회로기판(100)의 콤포넌트 레이어(110)로 전원이 공급되면(S10), 인쇄회로기판(100)은 정상적인 동작을 수행한다. 온도센서(200)는 인쇄회로기판(100)의 온도를 주기적으로 검출하여(S20) 검출한 온도를 제어부(400)의비교기(410)로 전송한다.When power is supplied from the power supply unit 300 to the component layer 110 of the printed circuit board 100 (S10), the printed circuit board 100 performs a normal operation. The temperature sensor 200 periodically detects the temperature of the printed circuit board 100 (S20) and transmits the detected temperature to the comparator 410 of the controller 400.
상기 S20단계에서 검출된 온도는 비교기(410)에서 패턴히터에 전원을 인가하기 위한 기준온도와 비교하는 단계(S30)를 수행하고, 상기 S30단계에서 검출한 온도가 기준온도 이상인 경우 상기 인쇄회로기판으로 전원을 지속적으로 인가하기 위해 S10단계로 리턴한다.The temperature detected in step S20 is compared with a reference temperature for applying power to the pattern heater in the comparator 410 (S30). When the temperature detected in step S30 is equal to or greater than the reference temperature, the printed circuit board is performed. Return to step S10 to continuously apply power.
한편, 상기 S30단계에서 검출온도가 기준온도 이하인 경우 제어기(420)는 인쇄회로기판(100)의 콤포넌트 레이어(110)로 인가되는 전원을 차단하는 제어신호를 출력한다(S40).On the other hand, if the detected temperature is less than the reference temperature in step S30 the controller 420 outputs a control signal for shutting off the power applied to the component layer 110 of the printed circuit board 100 (S40).
상기 S40단계를 수행한 후, 제어기(420)는 히터 레이어(600)에 전원을 공급하고(S50), 온도센서(200)는 인쇄회로기판의 온도를 주기적으로 검출하여(S60) 제어부(400)로 전송한다.After performing step S40, the controller 420 supplies power to the heater layer 600 (S50), and the temperature sensor 200 periodically detects the temperature of the printed circuit board (S60) and the controller 400. To send.
상기 S60단계에서 검출된 인쇄회로기판(100)의 온도를 비교기(410)에서 기준온도와 비교하고(S70), 상기 S70단계에서 검출된 인쇄회로기판의 온도가 기준온도 이하인 경우 히터 레이어(600)로 전원을 인가하는 S40단계로 리턴한다.The temperature of the printed circuit board 100 detected in step S60 is compared with the reference temperature in the comparator 410 (S70), and the heater layer 600 when the temperature of the printed circuit board detected in step S70 is equal to or less than the reference temperature. Return to step S40 to apply power.
한편, 상기 S70단계에서 검출된 인쇄회로기판의 온도가 기준온도 이상인 경우 히터 레이어(600)로 인가되는 전원을 차단하고(S80), 콤포넌트 레이어(110)로 전원을 인가하는 제어신호를 출력하여(S90) 전원을 공급한다.On the other hand, when the temperature of the printed circuit board detected in step S70 is higher than the reference temperature cut off the power applied to the heater layer 600 (S80), and outputs a control signal for applying power to the component layer 110 ( S90) Supply power.
상기한 바와 같이, 본 발명은 소정온도 이하의 저온에서 열을 발산하여 인쇄회로기판 및 인쇄회로기판에 배선된 전자회로의 파손을 방지하는 효과가 있고, 저가의 상용 전자부품이 동작할 수 있는 최저온도이하에서도 동작할 수 있는 효과가 있다. 또한, 인쇄회로기판의 온도를 제어하여 군사용 또는 우주항공용 전자회로를 저가에 생산할 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention has the effect of dissipating heat at a low temperature below a predetermined temperature to prevent breakage of the printed circuit board and the electronic circuits wired to the printed circuit board, and the lowest possible operation of low-cost commercial electronic components. There is an effect that can operate even under temperature. In addition, there is an advantage that the electronic circuit for military or aerospace can be produced at low cost by controlling the temperature of the printed circuit board.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited only to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains may vary without departing from the spirit of the technical idea of the present invention described in the claims below. It will be possible to carry out the change.
Claims (6)
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