KR20190028079A - 전자 소자의 방열 장치 - Google Patents

전자 소자의 방열 장치 Download PDF

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Abstract

전자 소자의 방열 장치에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 전자 소자의 방열 장치는: 하우징; 하우징에 장착되는 인쇄회로기판; 인쇄회로기판에 장착되고, 하우징에 접촉되는 전자 소자; 전자 소자에 면접촉되고, 전자 소자로부터 발산되는 열을 전달하는 갭 패드부; 및 하우징에 고정되고, 갭 패드부를 전자 소자에 밀착시키는 플레이트부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자 소자의 방열 장치{RADIATION APPARATUS OF ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 전자 소자의 방열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 소자를 하우징에 밀착 고정시키면서 전자 소자의 열을 외부로 방열시키는 전자 소자의 방열 장치에 관한 것이다.
최근 들어 탄소 배출을 줄이기 위한 일환으로 친환경 자동차에 대한 관심이 증대되고 있다. 친환경 자동차인 전기차(Battery Electric Vehicle, BEV), 하이브리드차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)는 전기가 동력원이 사용되기 때문에 모터, 인버터, 컨버터, 배터리, 탑재형 충전기(On Board Charger, OBC) 등에 다양한 전자 소자로 구성되어 있고 전기를 제어하는 것이 가장 중요하다.
전기적으로 제어를 하기 위해서는 많은 수의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)이 사용되고, 전자 소자 대부분은 스위칭 소자로 전력을 소모하여 많은 열을 발생시키기 때문에 방열을 위한 구조를 필요로 한다.
발열 부품 중 FET(Field Effect Transistor)나 다이오드(Diode)와 같은 전자 소자의 경우, 조립 방법에 따라 방열 성능 및 패키지 사이즈에 영향을 주기 때문에 설계 콘셉트가 중요한 요인 중에 하나이다.
전자 소자를 수평 배치하여 방열하는 구조는 두가지 방법이 있는데, 메탈 PCB를 이용하여 조립을 하는 방법과, 다른 하나는 절연지를 이용하여 하우징에 볼트로 직접 조립하는 방법이 있다.
전자 소자를 수직으로 배치하여 방열하는 구조는 절연지를 이용하여 하우징에 직접 조립을 하고 있는데 볼트로 직접 체결하는 방법도 있으나 보통은 클램프를 이용하여 조립을 하는 방법이 사용된다.
전자 소자를 수평 배치할 경우 방열을 효과적으로 할 수 있으나, 수직 배치에 비해 OBC 패키지가 커져야 하고, 메탈 PCB, 볼트, TIM(Thermal Interface Material) 등의 부품이 추가되어 제품 단가 상승의 요인이 된다.
또한 전자 소자를 수직 배치할 경우 수평 배치에 비해 방열에 대하여 취약 할 수 있으며, 특히 클램프를 이용해서 조립할 경우 클램프의 소성 변형이 발생하여 전자 소자를 밀착시키는 힘이 부족하게 되면 전자 소자의 방열에 문제가 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0115505호(2010.10.28 공개, 발명의 명칭: 전자부품의 방열판 체결장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 전자 소자를 하우징에 밀착 고정시키면서 전자 소자의 열을 외부로 방열시키는 전자 소자의 방열 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전자 소자의 방열 장치는: 하우징; 상기 하우징에 장착되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 장착되고, 상기 하우징에 접촉되는 전자 소자; 상기 전자 소자에 면접촉되고, 상기 전자 소자로부터 발산되는 열을 전달하는 갭 패드부; 및 상기 하우징에 고정되고, 상기 갭 패드부를 상기 전자 소자에 밀착시키는 플레이트부를 포함한다.
본 발명에서 상기 플레이트부는, 체결부재에 의해 상기 하우징에 고정되는 고정부; 및 상기 고정부에서 연장되고, 상기 갭 패드부를 탄성 가압하여 상기 갭 패드부를 상기 전자 소자에 밀착시키는 가압부를 포함한다.
본 발명에서 상기 갭 패드부는, 일면이 상기 전자 소자에 접촉되고, 타면이 상기 가압부에 접촉되며, 상기 전자 소자로부터 발산되는 열을 상기 가압부로 전달하는 열전도성 재질을 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 상기 갭 패드부는 상기 가압부의 탄성 가압에 의해 압축되는 탄성 변형 가능한 재질을 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 상기 하우징과 상기 전자 소자 사이에 개재되어 상기 전자 소자에서 상기 하우징으로 전기를 차단하는 절연지를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 하우징에는 냉각유체가 유동되어, 상기 전자 소자를 냉각시키는 냉각유체 유로가 형성된다.
본 발명에서 상기 하우징과 상기 플레이트부는 금속 재질을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 전자 소자의 방열 장치는, 전자 소자에서 발산되는 열을 전자 소자에 접촉되는 하우징과 캡 패드부에 접촉되는 플레이트부를 통해 양측으로 방열되게 함으로써, 전자 소자를 빠르게 냉각시킨다.
또한 본 발명에 따르면, 플레이트부의 고정부를 체결부재에 의해 고정하고, 고정부에서 연장된 가압부가 갭 패드부을 탄성 가압하여, 갭 패드부와 면촉되는 전자 소자가 하우징에 밀착되어 열전도성이 증가된다.
또한 본 발명에 따르면 플레이트부의 고정부가 체결부재로 고정되어, 체결부재의 수가 감소되고, 조립 공정이 단순화되어 생산성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전자 소자의 방열 장치의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치를 개략적으로 나타내는 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치는 하우징(10), 인쇄회로기판(20), 전자 소자(30), 갭 패드부(40), 플레이트부(50), 채결부재(60), 절연지(70)를 포함한다.
하우징(10)는 인쇄회로기판(20) 등이 장착되는 공간을 제공한다. 하우징(10)에는 플레이트부(50)의 고정부(51)와 체결부재(60)에 의해 체결되는 하우징 체결공부(15)가 형성된다. 하우징 체결공부(15)는 체결부재(60)와 플레이트부(50)의 플레이트 관통공부(55)에 대응된다. 하우징(10)은 전자 소자(30)와 접촉되고, 전자 소자(30)에서 발산되는 열의 전도성이 우수한 금속 재질을 포함하여 이루어진다. 전자 소자(30)는 열전도성이 우수한 알루미늄 등의 금속 재질을 포함하여 이루어진다.
인쇄회로기판(20)은 회로도가 그려지고, 전자 소자(30) 등이 장착되어, 전기적으로 각각의 전자 소자(30)를 연결한다. 본 발명의 일 실시예에서 인쇄회로기판(20)은 하우징(10)의 일면(도 1 기준 상부면)에 장착된다.
전자 소자(30)는 전기적 신호에 의해 작동되는 것으로, 인쇄회로기판(20)에 리드부(31)가 삽입 장착된다. 전자 소자(30)의 리드부(31)는 인쇄회로기판(20)에 납땜 등의 방법에 의해 장착된다. 전자 소자(30)의 일면(도 3 기준 우측면)은 하우징(10)에 접촉된다. 전자 소자(30)에서 발산되는 열은 전자 소자(30)에 면접촉되는 하우징(10)을 통해 전달되어 외부로 발산된다.
갭 패드부(40)는 전자 소자(30)의 타면(도 3 기준 좌측면)에 면접촉되고, 전자 소자(30)로부터 발산되는 열을 플레이트부(50)로 전달한다. 갭 패드부(40)는 일면(도 3 기준 우측면)이 전자 소자(30)에 접촉되고, 타면(도 3 기준 좌측면)이 플레이트부(50)의 가압부(53)에 면접촉되며, 전자 소자(30)로부터 발산되는 열을 가압부(53)로 전달한다. 가압부(53)를 포함하는 플레이트부(50)는 열전도성이 우수한 금속재질을 포함하여 이루어진다.
갭 패드부(40)는 전자 소자(30)의 열을 플레이트부(50)의 가압부(53)로 전달하도록 열전도성이 우수한 재질을 포함하여 이루어진다. 또한 갭 패드부(40)는 전자 소자(30)에 면접촉된 상태에서 가압부(53)의 탄성 가압력에 의해 압축되는 탄성 변형 가능한 재질을 포함하여 이루어진다. 갭 패드부(40)는 탄성 변형 가능한 재질을 포함하여 이루어져, 플레이트부(50)의 가압부(53)의 탄성 가압력에 의해 전자 소자(30)가 파손되는 것을 방지하고, 전자 소자(30)가 하우징(10)에 면접촉 상태를 유지할 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시예에서 갭 패드부(40)는 TIM(Thermal Interface Material, 열전달물질)을 포함하여 이루어진다. TIM은 전자 소자(30)에서 발산되는 열을 플레이트부(50)로 전달한다. 갭 패드부(40)는 열전도도(Thermal Conductivity)가 2.0 W/m·K 이상이고, 전자 소자(30)에 고르게 밀착되도록 경도(Hardness)가 40 이상을 유지하는 재질을 포함하여 이루어진다.
플레이트부(50)는 하우징(10)에 고정되고, 갭 패드부(40)를 전자 소자(30)에 밀착되도록 갭 패드부(40)를 탄성 가압한다. 플레이트부(50)는 체결부재(60)에 의해 하우징(10)에 고정된다. 체결부재(60)는 볼트, 나사 등으로 이루어진다. 플레이트부(50)는 갭 패드부(40)를 통해 전자 소자(30)의 열을 전달받아 외부 공기와 열교환되도록 열전도성이 우수하고, 갭 패드부(40)을 탄성 가압하도록 금속 재질을 포함하여 이루어진다. 플레이트부(50)는 설정 범위의 열전도도를 가지고, 비교적 저렴한 금속인 SPCC(Steel Plate Cold Commercial)을 포함하여 이루어진다.
플레이트부(50)는 고정부(51)와, 가압부(53)를 포함한다. 고정부(51)는 체결부재(60)에 의해 하우징(10)에 고정된다. 고정부(51)에는 체결부재(60)가 관통되는 플레이트 관통공부(55)가 형성된다. 플레이트 관통공부(55)는 체결부재(60)와 하우징(10)의 하우징 체결공부(15)에 대응되게 형성된다.
가압부(53)는 고정부(51)에서 연장되고, 갭 패드부(40)을 탄성 가압하여 갭 패드부(40)를 전자 소자(30)에 밀착되게 한다. 가압부(53)는 갭 패드부(40)에 면접촉되어, 갭 패드부(40)을 탄성 가압하고, 전자 소자(30)로부터 전달되는 열의 방열면이 넓게 형성된다.
절연지(70)는 하우징(10)과 전자 소자(30) 사이에 개재되는 것으로, 전자 소쟈(30)에서 하우징(10)으로 전기가 흐르지 못하게 차단한다. 절연지(70)는 도전성 물질을 포함하지 않고, 밀도·두께가 균일하게 이루어진다. 절연지(70)는 하우징(10)에 접촉되는 전자 소자(30)이 면(도 3 기준 우측면)을 커버한다. 절연지(70)는 전자 소자(30)와 하우징(10) 사이에 개재되어 전자 소자(30)와 하우징(10) 사이에 전기가 흐리지 않게 되므로, 전자 소자(30)의 오작동을 방지한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서 하우징(10)에는 냉각유체 유로(11)가 형성된다. 냉각유체 유로(11)는 냉각유체가 유동되면서 하우징(10)에 접하는 전자 소자(30)로부터 발산되는 열을 냉각시킨다. 냉각유체가 유동되는 냉각유체 유로(11)에 의해 전자 소자(30)의 열이 더 빠르게 방열될 수 있다. 본 발명에서 냉각유체는 냉각수 등과 같은 액체이거나, 질소 가스 등과 같은 기체일 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치의 작동 과정을 설명한다. 전자 소자(30)에서 열이 발생되면, 전자 소자(30)의 일면(도 3 기준 우측면)에 접하는 하우징(10)을 통해 전자 소자(30)의 열이 전달되고, 전자 소자(30)의 타면(도 3 기준 좌측면)에 접하는 갭 패드부(40)를 통해 플레이트부(50)의 가압부(53)로 열이 전달된다. 전자 소자(30)의 양측으로 발산된 열은 외부 공기 등과 열교환되므로, 전자 소자(30)의 열이 방열된다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 소자의 방열 장치의 작동 과정을 설명한다. 전자 소자(30)에서 열이 발생되면, 전자 소자(30)의 일면(도 4 기준 우측면)에 접하는 하우징(10)을 통해 전자 소자(30)의 열이 전달되고, 전자 소자(30)의 타면(도 4 기준 좌측면)에 접하는 갭 패드부(40)를 통해 플레이트부(50)의 가압부(53)로 열이 전달된다. 전자 소자(30)의 양측으로 발산된 열은 외부 공기 등과 열교환되므로, 전자 소자(30)의 열이 방열된다.
본 발명의 다른 실시예에서 전자 소자(30)와 접촉하는 하우징(10)에는 냉각유체가 유동되는 냉각유체 유로(11)가 형성되어, 냉각유체를 통해 전자 소자(30)의 열이 더 빠르게 방열된다.
본 발명에 따른 전자 소자의 방열 장치는, 전자 소자(30)에서 발산되는 열을 전자 소자(30)에 접촉되는 하우징(10)과 갭 패드부(40)에 접촉된 플레이트부(50)를 통해 양측으로 방열되게 함으로써, 전자 소자를 빠르게 냉각시킨다.
또한 본 발명에 따르면, 플레이트부(50)의 고정부(51)를 체결부재(60)에 의해 고정하고, 고정부(51)에서 연장된 가압부(53)가 갭 패드부(40)를 탄성 가압하여, 갭 패드부(40)와 면촉되는 전자 소자(30)가 하우징(10)에 밀착되어 열전도성이 증가된다.
또한 본 발명에 따르면 플레이트부(50)의 고정부(51)가 체결부재(60)로 고정되어, 체결부재(60)의 수가 감소되고, 조립 공정이 단순화되어 생산성이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 하우징 11: 냉각유체 유로
15: 하우징 체결공부 20: 인쇄회로기판
30: 전자 소자 31: 리드부
40: 갭 패드부 50: 플레이트부
51: 고정부 53: 가압부
55: 플레이트 관통공부 60: 체결부재
70: 절연지

Claims (7)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 장착되는 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 장착되고, 상기 하우징에 접촉되는 전자 소자;
    상기 전자 소자에 면접촉되고, 상기 전자 소자로부터 발산되는 열을 전달하는 갭 패드부; 및
    상기 하우징에 고정되고, 상기 갭 패드부를 상기 전자 소자에 밀착시키는 플레이트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 방열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트부는,
    체결부재에 의해 상기 하우징에 고정되는 고정부; 및
    상기 고정부에서 연장되고, 상기 갭 패드부를 탄성 가압하여 상기 갭 패드부를 상기 전자 소자에 밀착시키는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 방열 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 갭 패드부는, 일면이 상기 전자 소자에 접촉되고, 타면이 상기 가압부에 접촉되며, 상기 전자 소자로부터 발산되는 열을 상기 가압부로 전달하는 열전도성 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 방열 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 갭 패드부는 상기 가압부의 탄성 가압에 의해 압축되는 탄성 변형 가능한 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 방열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 전자 소자 사이에 개재되어 상기 전자 소자에서 상기 하우징으로 전기를 차단하는 절연지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 방열 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에는 냉각유체가 유동되어, 상기 전자 소자를 냉각시키는 냉각유체 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 방열 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 플레이트부는 금속 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 방열 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230020313A (ko) 2021-08-03 2023-02-10 현대모비스 주식회사 방열 성능이 개선된 전자 소자 유닛 및 모듈, 그리고 이에 적용되는 탄성클램프

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KR20230020313A (ko) 2021-08-03 2023-02-10 현대모비스 주식회사 방열 성능이 개선된 전자 소자 유닛 및 모듈, 그리고 이에 적용되는 탄성클램프

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