KR20050025714A - 일체형 전자소자 케이스 - Google Patents

Abstract

일체형으로 제작된 전자소자 케이스가 개시된다. 본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스는 전자소자 또는 개개의 소자가 배치된 PCB기판 등을 감싸며 외부와 차폐하는 케이스와 방열판이 일체형으로 제작된다. 본 발명에 따른 일체형 전자소자 케이스는 종래의 케이스보다 높은 방열능력을 가지면서 전자소자 및 모듈의 제작 단가를 낮출 수 있고 설계와 모양의 변경이 용이하고 크기와 무게도 줄일 수 있으며 보다 견고하게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 단품 전자소자 및 반도체 패키지에도 적용할 수 있다.

Description

일체형 전자소자 케이스 {Single-body type Eletro-device Case}

본 발명은 전자소자와 모듈 등의 방열케이스 및 그 제조방법에 있어서 보다 낮은 단가로 제작되고 효율적인 방열을 할 수 있는 전자소자 케이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자소자의 경우에 있어서 동작 시 발생하는 열을 방출하는 문제는 중요한 과제이고 특히 전력회로나 모듈 및 시스템에서는 그 영향이 더 크다고 할 수 있다. 전자소자의 동작 시 발생하는 열을 충분히 방열하지 못할 경우 소자가 열화되어 오작동을 할 가능성이 커지며, 심지어는 소자가 파괴될 수도 있다. 따라서, 전자소자의 열을 효율적으로 방출하는 문제는 매우 중요하여 많은 연구진에 의해 연구되어 왔으며, 심지어 최근에는 팬을 달아 인위적인 냉각시스템을 채용하고 있기도 하다.

본 발명은 이러한 문제를 종래의 방법보다 저렴한 가격에 더욱 뛰어난 열방출 효율을 가진 일체형 케이스 및 그 제조방법을 제시하고자 한다.

도 1a는 종래의 전자소자들이 채택하고 있는 케이스를 설명하기 위한 도면이다. 특히 모듈 등을 예로 도시한 것으로서 소자들이 배치되지 않은 PCB(110)의 일면에 금속판(120)이 부착되어 있고 방열판(130)을 금속판(120)에 붙이는 방식이다. 소자들이 배치된 다른 일면은 외부와 차폐하는 차폐케이스(140)로 덮어준다. 이러한 종래의 케이스는 각 소자 및 PCB(110)에서 발생하는 열을 열전도성이 좋은 금속판(120)을 통해 방열판(130)으로 전달하여 방열시키는 방식인데 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째로 금속판(120)을 PCB(110)에 접착할때 접착제로 T-preg나 Pre-preg같은 접착제를 사용하여 접착하여야 하는데, 이 접착제의 열전도성이 금속에 비해서 상대적으로 매우 낮아 금속판(120)이나 방열판(130)의 열전도 및 방열능력을 최대한으로 활용하지 못하고 접착제의 열전달 능력에 따라 전체의 방열능력이 좌우된다는 점이다.

둘째로 금속판(120)을 사용할 경우 무게도 무거워질 뿐만 아니라, 한쪽면만n 전자파 차폐가 이루어지고 다른 면은 차폐가 이루어지지 않아 전자파간섭현상 (EMI : Electro Magnetic Interference)에 취약하다는 점이다. 전자파간섭현상은 잡음으로 작용하므로 결국 전자소자의 동작에 악영향을 미쳐 회로의 특성을 떨어뜨린다. 그러므로 이 문제를 해결하려면 이런 잡음을 제거 또는 차폐하기 위한 별도의 차폐케이스(140)나 ferrite판(미도시) 등을 별도로 제작하여 장착하여야하는 번거로움이 있다. 이는 곧 생산단가의 상승을 초래한다. 또한 차폐케이스(140)로 차폐를 해주어도 큰 효과를 기대하기 어렵다.

셋째로 PCB(110), 금속판(120), 방열판(130), 차폐케이스(140) 등을 순차적으로 조립하여야 하므로 전자소자 및 모듈의 크기가 크고 무거워지며 제조공정이 복잡하고 단가가 비싸다는 점이다.

도 1b는 종래기술에 의한 또 다른 케이스를 도시한 도면이다. 구체적으로 PCB(110)상 전자부품들이 배치된 면에 고분자 수지인 몰딩재(150)를 사용하여 몰딩함으로써 금속판뿐만 아니라 몰딩재를 통해서도 열을 외부로 전달하여 방열하는 방법이다. 이는 금속판을 사용한 방열방식보다 열전달 능력은 좋으나 몰딩재료가 고가이고 점성이 좋아 가공하기 쉽지 않기 때문에 제조비용이 부담이 커진다.

상술한 바와 같이 종래의 케이스는 제조가 복잡하고 단가가 비쌀 뿐만 아니라 부피가 크고 무게가 무거우며 방열효율도 떨어진다는 여러 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래 케이스들의 문제점을 해결하기 위한 것으로 열전달 및 방열의 효율을 높이고 간단한 제작 공정을 거침으로써 생산가격도 낮출 수 있는 일체형 전자소자 케이스 및 그 제조방법을 제공한다.

구체적으로 본 발명은 전자소자 케이스에 있어서, 전자소자 또는 개개의 소자가 배치된 PCB기판 등을 감싸며 외부와 차폐하는 케이스와 방열판이 동일 재료로 일체형으로 제작되는 전자소자 케이스를 제공한다.

상기 전자소자 케이스는 플라스틱이고 전기 전도성을 가질 수 있으며 전자 차폐성분을 포함한다.

또한 본 발명은 반도체 패키지에 있어서, 반도체 칩을 감싸며 외부와 차폐하는 패키지와 방열판이 동일 재료로 일체형으로 제작되는 반도체 패키지를 제공한다.

상기 반도체 패키지는 플라스틱이고 전기 전도성을 가질 수 있으며 전자파 차폐성분을 포함한다

또한 본 발명은 전자소자 케이스 제조방법에 있어서, 개개의 전자소자 또는 개개의 전자소자들이 배치된 PCB기판을 열전도성 플라스틱으로 몰딩, 사출성형하여 제조하는 전자소자 케이스 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 반도체 패키지 제조방법에 있어서, 반도체 칩을 열전도성 플라스틱으로 몰딩, 사출성형하여 제조하는 반도체 패키지 제조방법을 제공한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스(300)의 제작 개념도이다. 구체적으로 단위 전자소자들로 회로가 구성된 PCB에 플라스틱 사출성형용 틀(미도시)을 씌운 다음 액상의 플라스틱을 주입, 성형하여 본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스(300)를 완성하는 모습이다. 도면은 이해하기 쉽도록 상부성형물(220)과 하부성형물(230)을 분리하여 도시하였으나 실제 제작공정에서는 상부 및 하부 사출성형용 틀(미도시)을 씌운 후, 일체형으로 제작된다. 본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스는 종래기술과 달리 금속판, 별도의 차폐케이스 및 방열판 등을 필요로 하지 않고 1회의 사출성형공정만으로 제작된 플라스틱 케이스가 상기 세가지 기능을 모두 가지도록 제작된다. 본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스(300)는 PCB(210)에 직접 닿아 열전달 효과를 높이며, PCB 전체를 감싸므로 차폐케이스 기능도 가진다. 또한 외부에 냉각핀을 가지고 있어 방열판 기능도 갖는다.

본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스에서 사용하는 플라스틱은 미국의 Cool Polymers , Inc.( 참조) 사에서 만들어지는 플라스틱으로서 플라스틱이지만 열전도성이 좋으며 첨가하는 성분에 따라 전기전도성도 가진다. 이 플라스틱은 종래의 금속판과 방열판을 접착하여 만들어지는 케이스에서 방열기능의 문제가 되는 접착제보다 10배 이상 높은 열전도 능력을 나타내므로 종래의 케이스보다 방열기능이 훨씬 뛰어나며, 전자파 차폐성분을 첨가할 경우 전자파 차폐효과를 충분히 기대할 수 있다. 상기 플라스틱은 열전도성과 전기전도성에 따라 여러 가지 제품이 개발, 판매되고 있다. 참고로 전자파 차폐효과라 함은 플라스틱에 전도성을 주어 대기중으로 방사되거나 또는 대기중으로부터 들어오는 전자파를 접지(ground)로 흡수하거나 투자율이 높은 재료로 감싸줌으로써 전자파의 진행을 억제하는 것이다.

전기 전도성을 띄지 않은 플라스틱으로 열전도만 목적으로 하는 케이스를 제작하고자 할 경우에는 케이싱할 PCB 등에 곧바로 몰딩을 겸한 사출성형 공정을 진행하여 케이스를 완성하면 되고, 전기 전도성을 가진 플라스틱으로 본 발명의 케이스를 제작할 경우 케이싱할 PCB에 스프레이나 딥(dip)방식으로 얇게 절연재를 코팅한 후 본 플라스틱으로 케이스를 몰딩하는 사출성형 공정을 진행하면 소자 및 회로의 동작에 아무 문제가 없다.

본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스의 외부는 전자회로의 배열된 모양을 가지면서 방열을 위한 많은 돌기(냉각핀)를 가지도록 제작된다. 종래의 케이스에서는 방열판을 별도로 제작하여 부착하지만 본 발명에서는 별도 제작과정이 필요없이 몰딩과 동시에 케이싱이며, 또한 방열핀까지 동시에 만들어지므로 단 한 번의 공정으로 모든 것이 제작된다는 장점이 있다. 또한 플라스틱만으로 제작되므로 종래의 케이스에 비해 무게가 가볍고 부피가 작다는 장점이 있다.

도 3은 본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스의 완성된 모습이다. 상부 및 하부 성형틀을 모두 제거한 후 일체형으로 완성된 모습이다.

도 4는 IC 또는 트랜지스터에 본 발명에 의한 일체형 전자소자 케이스를 응용한 모습을 도시한 투영도이다. 본 발명에 의한 케이스는 모듈뿐 아니라 단품 소자에도 응용할 수가 있다는 것이 장점이므로 방열기능이 중요한 집적회로(IC)나 저항 등의 단품소자를 케이싱하는 데에도 매우 유용하다. 역시 사출성형틀을 이용하여 일체형으로 제작되는데 단품 소자가 자체적으로 절연이 되어 있다면 전기전도성 플라스틱을 선택하여도 되며 절연되지 않았을 경우 전기전도성이 없는 플라스틱을 사용하거나 절연재를 코팅한 후 본 발명에서 제시하는 일체형 케이스를 적용하면 된다.

도 5는 특히 반도체 패키지에 응용한 모습을 도시한 도면이다. 기존의 반도체는 방열, 전자파 차단 등의 목적 때문에 고가의 세라믹소재 등으로 패키징을 하는데 본 발명에 의한 플라스틱으로 패키징을 하면 역시 저가에 뛰어난 방열기능과 전자파 차단효과를 가진 패키지를 구현할 수가 있다. 방열기능이 중요한 컴퓨터 중앙처리장치(CPU)등 마이크로프로세서에 본 발명을 적용하면 특히 유용하다. 웨이퍼를 절단한 개별 칩 상태에 리이드 등을 장착한 후 본 발명에 의한 일체형 케이스 방법으로 패키징을 하면 된다. 상부에는 다수의 냉각핀을 만들어주면 뛰어난 방열효과를 기대할 수 있다.

또한 도 4 및 도 5에 도시된 단품 전자소자 케이스나 반도체 패키지의 경우 기본적인 1차 케이싱은 기존의 방식대로 하고 그 위에 본 발명에 의한 방법으로 외부에 일체형 전자소자 케이스를 만들어 줄 수도 있다. 이는 현재 사용중인 단품 전자소자 케이스와 반도체 패키지용 재료가 절연 및 성형 등에서 나쁘지 않은 전기적, 재료적 특성을 가지고 있기 때문이다. 그러나 방열 및 외부 케이싱의 기능적 측면에서는 본 발명에 의한 방법이 우수하기 때문에 두 가지 방법을 조합하는 것이다.

본 발명에 따른 일체형 전자소자 케이스는 종래의 케이스보다 높은 방열능력을 가지면서 전자소자 및 모듈의 제작 단가를 낮출 수 있고 설계와 모양의 변경이 용이하고 크기와 무게도 줄일 수 있으며 보다 견고하게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 단품 전자소자 및 반도체 패키지에도 적용할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 전자소자 케이스 및 제조방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 전자소자 케이스의 제조방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 의한 전자소자 케이스의 완성도.

도 4는 본 발명에 의한 전자소자 케이스로 단품 전자소자를 제조한 투영도.

도 5는 본 발명에 의한 전자소자 케이스 반도체 패키지를 설명하기 위한 도면.

110 : PCB 120 : 금속판

130 : 방열판 140 : 차폐케이스

150 : 몰딩재 160 : 케이스

210 : PCB 220 : 상부 성형물

230 : 하부 성형물 300 : 일체형 전자소자 케이스

410 : 단품 전자소자 420 : 단품 전자소자용 일체형 케이스

510 : 일체형 반도체 패키지 520 : 반도체 칩

Claims (12)

1. 전자소자 케이스에 있어서, 전자소자 또는 개개의 소자가 배치된 PCB기판 등을 감싸며 외부와 차폐하는 케이스와 방열판이 동일 재료로 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 전자소자 케이스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전자소자 케이스는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 전자소자 케이스.
3. 제 2항에 있어서, 상기 플라스틱은 전기 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 전자소자 케이스.
4. 제 2항에 있어서, 상기 플라스틱은 전자파간섭 차폐성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자소자 케이스.
5. 반도체 패키지에 있어서, 반도체 칩을 감싸며 외부와 차폐하는 패키지와 방열판이 동일 재료로 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
6. 제 5항에 있어서, 상기 반도체 패키지는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
7. 제 6항에 있어서, 상기 플라스틱은 전기 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
8. 제 6항에 있어서, 상기 플라스틱은 전자파간섭 차폐성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
9. 전자소자 케이스 제조방법에 있어서, 개개의 전자소자 또는 개개의 전자소자들이 배치된 PCB기판을 열전도성 플라스틱으로 몰딩, 사출성형하여 제조하는 것을 특징으로 하는 전자소자 케이스 제조방법.
10. 반도체 패키지 제조방법에 있어서, 반도체 칩을 열전도성 플라스틱으로 몰딩, 사출성형하여 방열핀을 가진 패키지를 일체형으로 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조방법.
11. 전자소자 케이스에 있어서, 케이싱 되지 않은 전자소자에 절연재인 1차 케이스와 방열핀을 가진 플라스틱 재질의 2차 케이스를 가진 것을 특징으로 하는 전자소자 케이스.
12. 반도체 패키지에 있어서, 패키징 되지 않은 반도체 칩에 절연재인 1차 케이스와 방열핀을 가진 플라스틱 재질의 2차 케이스를 가진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.