KR20240084673A - 냉각제 순환 유닛을 결합한 pcb 방열 플레이트 - Google Patents

Abstract

냉각제 순환 유닛을 결합한 PCB 방열 플레이트가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 PCB 방열 장치는, PCB의 하부에서 열을 배출하는 방열 플레이트, 방열 플레이트의 내부에서 냉각제가 순환하는 경로를 형성하는 순환 경로 및 순환 경로를 통해 냉각제를 순환시키는 순환 유닛을 포함한다. 이에 의해, PCB 하부의 방열 플레이트의 내부 경로를 순환함에 따라 발열 소자들에 의해 발생되어 PCB로 전달된 열을 냉각제가 흡수하여 외부에서 열을 배출함으로써, 높은 PCB 방열 성능을 확보하고 고출력의 전자 소자들의 발열에도 시스템 성능이 강건해지도록 할 수 있다.

Description

냉각제 순환 유닛을 결합한 PCB 방열 플레이트{PCB heat dissipation plate with coolant circulation unit}

본 발명은 PCB 방열 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PCB 위에 실장되는 전력 반도체, LED 소자 등 발열 소자로부터 발생하는 열을 효과적으로 방열하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전력 반도체, LED 등 다양한 전자소자들이 실장되는 PCB 구조는 FR-4와 같은 절연 소재의 코어 기판과 양면에 전기 전도성이 좋은 구리 재질의 회로 패턴들이 인쇄되는 형태로 구성된다.

전력 반도체와 LED는 높은 출력을 위해 많은 전력을 소모함과 동시에 많은 열을 방출하는 특성을 가지고 있다. 발열로 인한 PCB 온도 증가는 전력 반도체 자신의 동작 성능을 악화 시킬 뿐만아니라, 발열 소자 주변에 위치한 각종 전자소자들의 성능에도 악영향을 미치는 문제가 있다.

PCB 기판의 열을 효과적으로 배출하기 위해 대면적의 히트싱크를 부착하여 종종 사용하는데, 대면적의 히트싱크의 크기 때문에 PCB 제품의 소형화를 실현하기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, PCB에서 전력 반도체, LED와 같은 고출력 전자소자들이 발생시키는 열을 효과적으로 배출하기 위한 방안으로, PCB 방열 플레이트와 냉각제 순환 유닛을 활용하여 PCB의 방열이 효과적으로 이뤄지도록 하고 소형화를 가능하게 하는 PCB 방열 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 방열 장치는 PCB의 하부에서 열을 배출하는 방열 플레이트: 방열 플레이트의 내부에서 냉각제가 순환하는 경로를 형성하는 순환 경로; 순환 경로를 통해 냉각제를 순환시키는 순환 유닛;을 포함한다.

방열 플레이트는, PCB의 그라운드 플레이트로도 기능할 수 있다.

순환 경로는, 다수의 굴곡진 경로들을 포함하는 것

다수의 굴곡진 경로들은, 방열 플레이트의 내부 공동에 다수의 금속 벽들을 배치하여 형성할 수 있다.

순환 경로에서 냉각제의 입구와 출구는 방열 플레이트의 동일 측면에 형성되어 있을 수 있다.

냉각제의 입구와 출구는, 금속 벽을 사이에 둔 인접 영역에 형성되어 있을 수 있다.

냉각제는, 액체 또는 기체일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, PCB; PCB의 하부에서 열을 배출하는 방열 플레이트; 방열 플레이트의 내부에서 냉각제가 순환하는 경로를 형성하는 순환 경로; 순환 경로를 통해 냉각제를 순환시키는 순환 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치 결합형 PCB가 제공된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, PCB; PCB의 상부에 실장되는 전자 소자들; PCB의 하부에서 열을 배출하는 방열 플레이트: 방열 플레이트의 내부에서 냉각제가 순환하는 경로를 형성하는 순환 경로; 순환 경로를 통해 냉각제를 순환시키는 순환 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치 결합형 전자 장치가 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, PCB 하부의 방열 플레이트와 냉각제 순환 유닛을 활용하여 PCB 방열 장치를 구현함으로써, 냉각제 순환 유닛에 의해 냉각제가 PCB 하부의 방열 플레이트를 순환함에 따라 PCB에서 발생하는 열을 냉각제가 흡수하여 외부에서 열을 배출되도록 할 수 있다.

특히 본 발명의 실시예들에 따르면, PCB 하부의 방열 플레이트 내부에 다수의 금속 벽을 배치하여 형성한 냉각 경로로 냉각제가 순환, 이동하면서 발열 소자들에 의해 발생되어 PCB로 전달된 열이 외부로 효과적으로 배출되어, 높은 PCB 방열 성능을 확보하고 고출력의 전자 소자들의 발열에도 시스템 성능이 강건해지도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 방열 장치가 적용된 PCB 제품의 구조를 도시한 도면,
도 2는 냉각제 순환 유닛에 의한 그라운드 플레이트 내부에서의 냉각 순환을 나타낸 도면,
도 3은 그라운드 플레이트의 외관 사시도,
도 4는, 도 3은 그라운드 플레이트의 내부 구조를 도시한 도면,
도 5는 PCB 기판층이 적층된 그라운드 플레이트를 도시한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에서는 PCB 방열 플레이트 내부에 냉각 경로를 생성하고 냉각제 순환 유닛과 결합시킨 PCB 방열 장치를 제시한다.

PCB 하부의 방열 플레이트와 냉각제 순환 유닛을 활용하여, PCB 상부에 실장되는 전력 반도체와 LED 등 고출력 소자들이 발생시키는 열을 방출하여 PCB의 냉각이 효과적으로 이루어지도록 하기 위한 기술이다.

대면적의 히트싱크를 사용하는 종래 기술과 달리, 본 발명의 실시예에서는 기구성된 요소인 PCB 방열 플레이트를 활용함으로써 PCB 제품과 전자 제품의 소형화를 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 방열 장치가 적용된 PCB 제품의 구조를 도시한 도면이다. 본 발명이 적용가능한 PCB 제품은 도시된 바와 같이, PCB 회로 층(110), PCB 기판 층(120), 그라운드 플레이트(130) 및 냉각제 순환 유닛(140)을 포함하여 구성된다.

PCB 회로 층(110)과 PCB 기판 층(120)에 의해 PCB가 구성된다. PCB 회로 층(110)은 PCB 기판 층(120)의 상부에 인쇄되는 PCB 회로 패턴을 말한다. PCB 회로 층(110)의 상부에는 전자 소자들이 실장된다.

실장되는 전자 소자들의 종류에 대한 제한은 없지만, 전술한 바와 같이 소자들 중에는 전력 반도체와 고출력 LED 등과 같은 열을 많이 방출하는 소자들이 포함된다.

그라운드 플레이트(130)는 PCB 회로 층(110)의 상부에 실장된 전자 소자들의 그라운드(접지)를 위한 금속 재질의 플레이트이다.

본 발명의 실시예에서 그라운드 플레이트(130)는 PCB 회로 층(110)의 상부에 실장된 발열 소자들에서 발생하는 열을 외부로 배출하기 위한 방열 플레이트로도 기능한다.

방열 플레이트로 기능하기 위해, 그라운드 플레이트(130)의 내부 공동(Cavity)에는 냉각제 순환 경로가 형성되어 있다. 그라운드 플레이트(130)의 내부 구조에 대해서는 도 4를 참조하여 상세히 후술한다.

냉각제 순환 유닛(140)은 그라운드 플레이트(130)의 내부에 형성된 냉각제 순환 경로를 통해 냉각제(Coolant)를 순환시키는 펌프이다.

냉각제 순환 유닛(140)에 의한 그라운드 플레이트(130)의 내부에서의 냉각 순환(Coolant Flow)을 도 2에 나타내었다. 한편 냉각제는 냉각수와 같은 액체 상태의 냉각 물질, 공기와 같은 기체 상태의 냉각 물질 등으로 구현가능하며, 구체적인 종류에 대한 제한은 없다.

도 3은 그라운드 플레이트(130)의 외관 사시도이다. 도시된 바와 같이 그라운드 플레이트(130)의 일 측면에는 냉각제 입구(131)와 냉각제 출구(132)가 형성되어 있다.

즉 냉각제 입구(131)와 냉각제 출구(132)는 그라운드 플레이트(130)의 동일 측면에 형성되어 있다. 또한 해당 측면에서 냉각제 입구(131)와 냉각제 출구(132)는 인접해 있다.

도 4는 도 3은 그라운드 플레이트(130)의 내부 구조를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 그라운드 플레이트(130)의 내부 공동에는 냉각제 순환 경로(133)가 형성되어 있다.

냉각제 순환 경로(133)는 다수의 굴곡진 경로(134)들로 되어 있으며, 이 굴곡진 경로(134)들은 그라운드 플레이트(130)의 내부 공동에 다수의 금속 벽들을 배치함으로써 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 냉각제 순환 경로(133)는 냉각제가 그라운드 플레이트(130)의 내부를 비교적 길게 그리고 오래 동안 이동하면서 순환하도록 설계되어 있다.

또한 냉각제 입구(131)와 냉각제 출구(133)는 금속 벽(135)을 사이에 둔 인접 영역에 형성되어 있는데, 냉각제 입구(131)와 냉각제 출구(133)를 구분하는 금속 벽(135)은 냉각제 순환 경로(133)를 형성하는 굴곡진 경로(134)들의 두께 보다 두껍게 구현한다.

냉각제 순환 유닛(140)에 의해 냉각제 입구(131)로 주입된 냉각제는 냉각제 순환 경로(133)를 따라 순환하면서 발열 소자들에서 발생하여 PCB로 전달되는 열을 흡수하고 냉각제 출구(133)를 통해 방출되면서 흡수한 열을 외부로 전달한다.

도 5에는 상부에 PCB 기판층(120)이 적층된 그라운드 플레이트(130)를 도시한 도면이다. 이는 방열 기능을 갖는 그라운드 플레이트(130)와 결합되 PCB 기판층(120)에 해당한다.

지금까지 그라운드 플레이트 내부에 냉각 경로를 생성하여 방열 플레이트를 구성한 후 냉각제 순환 유닛과 결합시킨 PCB 방열 장치에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.

위 실시예에서 도 3에 제시한 냉각제 순환 경로(133)의 패턴은 예시적인 것으로 변형이 가능함은 물론이다. 또한 냉각제 입구(131)와 냉각제 출구(133)의 위치 역시 예시적인 것으로, 이에 대해서도 제품의 규격과 사양에 따라 변경이 가능할 수 있음은 물론이다.

또한 위 실시예에서 발열 소자들로 언급한 전력 반도체와 고출력 LED는 예시적인 것에 불과하다. 열을 발생시키는 소자라면 종류를 불문하고 발열 소자가 될 수 있다.

나아가 PCB 방열 장치(130+140)와 PCB(110+120)를 결합하여 방열 장치 결합형 PCB를 구현함에 있어서도 본 발명의 실시예에서 제시한 PCB 방열 장치(130+140)의 기술적 사상이 그대로 적용된다면, 본 발명의 범주에 포함될 수 있음은 물론이다.

더 나아가 방열 장치 결합형 PCB(110+120+130+140)의 상부에 전자 소자들을 실장하여 전자 장치를 구현함에 있어서도 본 발명의 실시예에서 제시한 PCB 방열 장치(130+140)의 기술적 사상이 그대로 적용되는 경우에도, 본 발명의 범주에 포함될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 실시예에서는 PCB에서 전력 반도체, LED 와 같은 고출력 전자소자들이 발생시키는 열을 효과적으로 배출하기 위한 방법으로, PCB 방열 플레이트와 냉각제 순환 유닛을 활용하여 PCB의 방열이 효과적으로 이뤄지도록 하고 소형화를 가능하게 하였다.

특히 냉각제 순환 유닛에 의해 냉각제가 PCB 하부 방열 플레이트를 순환함에 따라 PCB에서 발생하는 열을 냉각제가 흡수하여 외부에서 열을 배출되고, PCB 하부 방열 플레이트 내부에는 다수의 금속 벽을 배치하여 냉각제가 순환, 이동하면서 PCB의 열이 외부로 효과적으로 배출되도록 구성하여, 높은 PCB 방열 성능을 확보하고 고출력의 전자소자들의 발열에도 시스템 성능이 강건하도록 할 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

110 : PCB 회로 층
120 : PCB 기판 층
130 : 그라운드 플레이트
131 : 냉각제 입구
132 : 냉각제 출구
133 : 냉각제 순환 경로
140 : 냉각제 순환 유닛

Claims (9)

1. PCB의 하부에서 열을 배출하는 방열 플레이트:
   방열 플레이트의 내부에서 냉각제가 순환하는 경로를 형성하는 순환 경로;
   순환 경로를 통해 냉각제를 순환시키는 순환 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 방열 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   방열 플레이트는,
   PCB의 그라운드 플레이트로도 기능하는 것을 특징으로 하는 PCB 방열 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   순환 경로는,
   다수의 굴곡진 경로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 방열 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   다수의 굴곡진 경로들은,
   방열 플레이트의 내부 공동에 다수의 금속 벽들을 배치하여 형성하는 것을 특징으로 하는 PCB 방열 장치.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   순환 경로에서 냉각제의 입구와 출구는 방열 플레이트의 동일 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 PCB 방열 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   냉각제의 입구와 출구는,
   금속 벽을 사이에 둔 인접 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 PCB 방열 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   냉각제는,
   액체 또는 기체인 것을 특징으로 하는 PCB 방열 장치.
   
8. PCB;
   PCB의 하부에서 열을 배출하는 방열 플레이트;
   방열 플레이트의 내부에서 냉각제가 순환하는 경로를 형성하는 순환 경로;
   순환 경로를 통해 냉각제를 순환시키는 순환 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치 결합형 PCB.
   
9. PCB;
   PCB의 상부에 실장되는 전자 소자들;
   PCB의 하부에서 열을 배출하는 방열 플레이트:
   방열 플레이트의 내부에서 냉각제가 순환하는 경로를 형성하는 순환 경로;
   순환 경로를 통해 냉각제를 순환시키는 순환 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치 결합형 전자 장치.