KR101518965B1 - 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회로기판의 배열 구조를 개선하여 방열특성을 향상시켰을 뿐만 아니라 소형화시킨 주파수 상향 변환기에 관한 것으로서, 상세하게는 회로기판을 소자의 발열특성에 따라 다단으로 배열하고 히트싱크(heat sink)를 설치하여 방열특성을 향상시킴은 물론, 전체 부피와 무게를 줄인 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기에 관한 것이다.

Description

방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기{Compact block Up-converter having enhanced heat radiation characteristic}

본 발명은 주파수 상향 변환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회로기판의 배열 구조를 개선하여 방열특성을 향상시켰을 뿐만 아니라 소형화시킨 주파수 상향 변환기에 관한 것이다.

주파수 상향 변환기는 RF 통신에서 모뎀에서 생성한 신호를 송신 주파수로 상향 변환하는 장치이다.

위성통신에서 주파수를 상향 변환하고 출력을 원하는 레벨로 높이게 됨에 따라 주파수 상향 변환기 내부에서 열이 많이 발생한다.

이러한, 주파수 상향 변환기 내부 열을 외부로 방출하기 위해, 주파수 상향 변환기 상부와 하부에 외측을 향해 돌출된 히트 싱크(heat sink)가 장착된다.

주파수 상향 변환기 양측에 위치한 히트 싱크는 주파수 상향 변환기의 사이즈가 커지고 무거워지게 하는 원인이 된다.

따라서, 주파수 상향 변환기에서 열/사이즈/무게 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술 개발이 필요하다.

이와 관련해, 특허문헌 1은 고주파 통신기기 ODU의 구조적 변경을 통해서 하이파워디바이스의 방열문제를 비교적 간단하게 해결한 기술에 관한 것으로, 증폭기 등 하이파워디바이스와 같이 열이 많이 발생하는 구성요소의 열을 효과적으로 방열시키기 위해 구성요소에 특화된 방열구조가 추가한 것이다.

즉, 특허문헌 1은 첨부된 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 방열핀이 형성된 몸체(200)의 내부에 회로기판(100)을 설치하되, 기판에 설치된 부품 중 하이파워디바이스(100h)만을 감싸도록 홈이 형성된 열전도성이 우수한 차폐테두리(400)를 설치하여 하이파워디바이스로부터 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출시킬 수 있게 한 것이다.

이러한 종래의 기술은 열을 많이 방출하는 소자에 특화된 방열 구조를 추가함으로써 열을 많이 방출하지 않는 영역에서의 방열 구조를 줄이고 열을 많이 방출하는 영역에서의 방열특성을 다소 개선할 수는 있으나, 열을 상부와 하부로 방출하는 구조 즉, 히트 싱크가 상부와 하부에 모두 구비된 구조이어서, 소형 및 경량화에 한계가 있다.

또한, 내부 구성을 고정시키는 고정부재가 케이스를 관통하는 것에 의해 방수 기능이 저하된다는 문제점이 있다.

일본 특허공개 제2000-013063호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 열이 발생하는 양에 따라 소자를 분리하여 다단의 기판에 배치하고, 각 기판 사이에 열전달매체를 설치하여 열을 방출시킬 수 있게 함으로써 방열효과가 높을 뿐만 아니라, 소형화 및 경량화된 주파수 상향 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 상세하게 본 발명은 주파수 상향 변환기를 이루는 다양한 전기, 전자소자를 발열량에 따라 구분하여 상대적으로 발열량이 높은 소자와 낮은 소자를 분리하고 이들을 서로 다른 기판에 설치하고 기판을 다단으로 적층하되, 기판들 사이에 히트싱크에 접속된 열전달매체를 설치하여 각 기판에서 발생된 열을 보다 효과적으로 방출시킬 수 있게 함으로써, 방열 효과는 상승되고, 크기는 소형화 및 경량화된 주파수 상향 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기는 하우징(10h)의 내부 일측에 설치되어 하기 기판이 고정되고, 내부에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트싱크(10), 상기 히트싱크의 일측에 설치되고 상대적으로 낮은 발열 특성을 갖는 저 발열성 소자가 설치되는 제1회로기판(20), 상기 제1회로기판의 일측에 설치되고, 상기 제1회로기판에 비해 상대적으로 높은 발열 특성을 갖는 고 발열성 소자가 설치된 제2회로기판(30), 상기 제1회로기판(20)의 상부로 일정거리 이격되어 설치되고, 제2회로기판(30)에 비해 상대적으로 낮은 발열 특성을 가지며 상기 제1회로기판에 비해 높은 발열 특성을 가지는 발열성 소자가 설치된 제3회로기판(50)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1회로기판을 하기 제3회로기판에 설치된 파워서플라이의 열로부터 보호하는 내부커버(40), 상기 내부커버와 대면되는 면에 고 발열성 파워서플라이(PS)가 설치되고 반대 면에는 DC회로 및 소자가 설치된 제3회로기판(50)이 설치될 수 있다.

또한, 상기 내부커버와 파워서플라이 사이에는 열전달매체(60)가 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 내부커버(30)는 상기 제1회로기판(20)을 감싸도록 설치될 수 있다.

또한, 파워트랜지스터(PT) 및 증폭기(AMP)를 포함하는 발열성 소자는 상기 제1회로기판 일측의 히트싱크에 설치되는 제2회로기판(30)에 설치될 수 있다.

또한, 하우징(10h)의 내벽과 히트싱크(20)사이에는 누수방지용 실(70)이 더 설치될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기는 주파수 상향 변환기를 구성하는 각 소자들을 발열량에 따라 분류하여 서로 다른 기판에 설치하고, 상대적으로 저 발열성 소자가 설치된 기판은 커버로 보호하여 고 발열성 소자에서 발생된 열에 의해 영향을 받지 않게 하고, 고 발열성 소자의 열을 효과적으로 방출시킬 수 있게 함으로써 방열효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

즉, 고 발열성 소자나 부품으로부터 발생된 열이 저 발열성 소자를 경유하지 않고 열전달매체 - 커버 - 히트싱크를 통해 외부로 방출됨으로써 다른 소자에 고 발열성 소자로부터 발생된 열이 영향을 주지 않고 효과적으로 방출될 수 있는 것이다.

다수의 기판으로 구성하되 기판을 적층하여 구성함으로써 기존의 통신기기보다 상대적으로 좁은 면적에 기기를 구성할 수 있어 소형화가 가능한 효과도 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기의 일예의 구조도
도 2는 본 발명에 따른 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기의 다른 일예의 구조도
도 3은 종래의 주파수 상향 변환기의 구조도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 다수의 기판을 다단으로 적층하여 설치됨으로써 전체면적을 줄여 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 기판 사이에 열 방출 수단을 구비하여 효과적으로 열을 방출시킬 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기는 변환기를 구성하는 소자나 부품을 분류하여 적어도 2개 이상의 기판(20, 30, 50)에 설치하고 기판들은 서로 적층하여 설치되며, 기판들에서 발생된 열을 방출하기 위한 히트싱크(10)를 포함한다.

상기 히트싱크(10)는 도 1에 도시한 바와 같이 하우징(10h)의 일측에 설치되고, 외부를 향한 면에는 다수의 냉각핀이 형성되어 내부에 설치된 기판에서 발생된 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있게 하였다.

상기 기판(20, 30, 50)들 중 일부 기판(20, 30)들은 상기 히트싱크(10)의 안쪽 평면에 밀착된 상태로 설치되어 발생된 열이 직접 히트싱크(10)를 통해 방출되게 하였고, 다른 기판(50)은 열전달수단을 통해 열을 히트싱크로 전달할 수 있게 하였다.

상기 히트싱크(10)는 상기한 바와 같이 변환기를 구성하는 회로 기판들로부터 발생된 열을 방출하는 역할을 함과 동시에 기판들을 지지하는 지지대의 역할도 하는 것으로써, 열전도율이 우수한 금속이나 세라믹 등으로 만들어진다.

상기 기판(20, 30, 50)들은 서로 다른 발열특성을 갖는 부품이나 소자들로 이루어진 회로가 형성된 기판으로 발열특성이 유사한 소자나 부품을 그룹화하여 각 기판에 나누어 배열하였다.

상기 기판(20, 30, 50)들 중 제1회로기판(20)은 상대적으로 발열특성이 낮은 저 발열성 소자가 설치된 기판으로, 도 1에 도시한 바와 같이 히트싱크(10)와 인접된 위치에 설치되어 있으며, 그 일측에는 상대적으로 높은 발열특성을 갖는 소자로 이루어진 제2회로기판(30)이 설치되어 있다. 즉, 파워트랜지스터 및 증폭기를 포함하는 발열성 소자는 상기 제1회로기판(20) 일측의 히트싱크(10)에 설치되는 제2회로기판(30)에 설치하는 것이다. 이때, 파워트랜지스터 및 증폭기를 포함하는 발열성 소자는 제2회로기판(30)의 하부에 설치되어, 발열성 소자에서 발생되는 열을 하부에 구비된 히트싱크(10)를 통해 방출시킬 수 있다.

상기 제2회로기판(30)은 상기 제1회로기판(20)을 구성하는 소자들보다 상대적으로 높은 발열 특성을 갖는 소자나 부품이 실장된 기판으로, 이 기판 외부에 커버(30c)를 설치하여 히트싱크(10)에 접촉되게 함으로써 제2회로기판(30) 내부의 열을 히트싱크로 좀더 효율적으로 배출시킬 수 있게 하였다.

또한 본 발명에 따른 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기는 부품이나 소자의 발열 특성을 보다 세분화해 제3회로기판(50)에 설치할 수 있다.

상기 제3회로기판(50)은 상기 제1회로기판(10)의 상부에서 소정 간격 이격되어 적층 설치되어 있다.

상기 제3회로기판(50)은 상기 제1회로기판(20)에 설치된 부품이나 소자보다 상대적으로 높은 발열 특성을 갖는 부품이나 소자 또는 원치 않는 스퓨리어스 전자파를 발생시키는 부품들로 이루어진 회로를 구비한 기판으로 상기 제1회로기판(20)과 대향되는 면에는 파워서플라이(PS)가 설치되어 있고, 반대 면에는 파워서플라이의 구동 제어에 필요한 소자나 DC회로 및 DC소자가 설치되어 있다.

이와 같이 제3회로기판(50)에 원치 않는 전자파를 발생시키는 소자들을 분리하여 회로기판을 구성함으로써 그 소자들에서 발생된 전자파에 의해 다른 소자들이 영향을 덜 받게 할 수 있는 것이다.

이렇게 제3회로기판(50)에 설치된 고 발열성 소자나 파워서플라이(PS)에서 발생된 열을 히트싱크(10)로 전달하기 위한 수단으로 내부커버(40)를 구비하고 있다.

즉, 본 발명에 따른 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기를 구성하는 각 회로기판에 설치되는 소자들은 제2회로기판, 제3회로기판, 제1회로기판의 순서로 발열량이 많다.

상기 내부커버(40)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 일측이 히트싱크(10)에 면접되어 있고, 그 내부에 상기 제1회로기판(20)이 설치되어 있어 제3회로기판(50)의 고 발열성 소자나 부품에서 발생된 열이 제1회로기판(20)으로 전달되는 것은 차단하고, 제3회로기판(50)에서 발생된 열을 효율적으로 히트싱크(10)에 전달할 수 있게 하였다. 이에 따라 상기 내부커버(40)는 열전도성이 우수한 재질로 제작하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 내부커버(40)를 통해 히트싱크(10)에 전달되는 제3회로기판(50)의 열 특히, 파워서플라이의 열 방출 효율을 높일 수 있도록 상기 내부커버와 파워서플라이 사이에는 열전달매체(60)가 더 설치되는 것이 바람직하다.

물론, 상기 열전달매체(60)는 열전도율이 높은 재질로 제작되고, 일면이 상기 파워서플라이(PS)에 면접되고, 타면은 상기 내부커버(30)의 외면에 면접되어 있다.

상기 열전달매체(60)는 열전달 효율이 높은 액체가 저장된 액상이거나 또는 열전달 효율이 높은 고체 패드가 될 수 있다.

상기 내부커버(40)는 상기한 바와 같이 제3회로기판(50)의 열을 히트싱크(10)에 전달하는 역할 뿐만 아니라 제1회로기판(20)을 제3회로기판에서 발생된 열로부터 보호하는 역할도 하는 것으로서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1회로기판(20)을 감싸도록 설치하는 것이 바람직하다.

제 3 회로기판(50)의 열방출이 용이하도록 제 3 회로기판(50)과 제 1 회로기판(20)의 위치는 서로 바뀔 수도 있다. 다만, 제 1 회로기판(20)과 주변 매체(회로기판, 하우징 등) 간에 공간이 존재하는 경우, 제 1 회로기판(20)에서 발생되는 전자파에 의해 주변회로의 동작에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제 1 회로기판(20)이 주변과 격리되도록, 내부커버(40)로 밀폐 처리되는 것이 바람직하며, 이때, 밀폐 처리된 상태에서 설치가 용이하도록 제 1 회로기판(20)은 하우징(10h)에 밀착되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기는 외부로부터 하우징 내부로 수분이 유입되는 것을 방지할 수 있게 하는 것이 바람직하며, 이를 위해 하우징(10h)은 일측이 개방된 통체 형상으로 구성하고, 개방된 면에 상기 히트싱크(10)를 설치하여 내부가 밀폐 되게 하는 것이 바람직하다. 물론, 상기 하우징(10h)을 분할하여 제작하되, 서로 연결되는 부분에 누수 방지용 패킹 등을 더 설치하여 누수를 방지할 수도 있다. 또한, 상기 하우징(10h)의 내벽과 히트싱크(20) 사이에는 누수방지용 실(70)을 설치하여 밀폐시킴으로서 물이 하우징의 내부로 침입하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기는 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 일측에만 히트싱크를 구비하면 충분한 방열이 이루어질 수 있으므로, 상부에는 히트싱크를 설치하지 않아도 되어 상부히트싱크와 하우징 사이로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

10: 히트싱크 10h: 하우징
20: 제1회로기판 30: 제2회로기판
40: 내부커버 50: 제3회로기판
60: 열전달매체 70: 실
PS: 파워서플라이

Claims (6)

1. 하우징(10h)의 내부 일측에 설치되어 하기 기판이 고정되고, 내부에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트싱크(10);
   상기 히트싱크의 일측에 설치되고 상대적으로 낮은 발열 특성을 갖는 저 발열성 소자가 설치되는 제1회로기판(20);
   상기 제1회로기판의 일측에 설치되고, 상기 제1회로기판에 비해 상대적으로 높은 발열 특성을 갖는 고 발열성 소자가 설치된 제2회로기판(30);
   상기 제1회로기판(20)의 상부로 일정거리 이격되어 설치되고, 제2회로기판(30)에 비해 상대적으로 낮은 발열 특성을 가지며 상기 제1회로기판에 비해 높은 발열 특성을 가지는 발열성 소자가 설치된 제3회로기판(50)을 포함하며,
   상기 제1회로기판을 상기 제3회로기판에 설치된 파워서플라이의 열로부터 보호하는 내부커버(40)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제3회로기판(50)은 상기 내부커버와 대면되는 면에 고 발열성 파워서플라이(PS)가 설치되고 반대 면에는 DC회로 및 소자가 설치되는 것을 특징으로 하는 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 내부커버와 파워서플라이 사이에는 열전달매체(60)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 내부커버(40)는 상기 제1회로기판(20)을 감싸도록 설치된 것을 특징으로 하는 방열 특성을 향상시킨 소형화된 주파수 상향 변환기.
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