KR101940295B1 - 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체 - Google Patents

전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체는, 하나 이상의 발열되는 전자 소자를 실장하는 기판; 상기 기판에 연결되는 전자파 수신 또는 송출을 위한 안테나; 상기 기판의 일부 또는 전부 영역에 설치되며, 설치된 영역 내부로의 전자파 유입을 억제하기 위한 전자파 차폐막; 및 상기 발열되는 전자 소자의 방열면과 상기 전자파 차폐막을 열 도전적으로 연결하기 위한 열적 연결부를 포함할 수 있다.

Description

전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체{BOARD STRUCTURE WITH RADIO FREQUENCY WAVE SHIELD}
본 발명은 차량용 레이더 등에 적용할 수 있는 방열 능력이 향상된 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체에 관한 것이다.
차량용 레이더에 있어서 제작 비용 절감과 성능 향상을 위하여 레이더용 안테나 면과 고주파 신호 처리용 IC(RF IC)를 같은 면에 배치되도록 설계하는 방식이 종래에 제안되었다. 안테나와 RF IC가 같은 면에 존재하기에 안테나와 RF IC 간의 간섭을 줄이고 안테나 이외의 경로로 전파가 방사되어 감지 성능에 영향을 주거나 EMC 조건을 미만족을 해결하기 위하여 전자파 차폐막(RF CAVITY)을 안테나가 배치된 기판 상(TOP)면에 부착하게 된다.
한편, 초고주파 대역의 신호를 처리하게 되는 상기 RF IC는 동작 중에 매우 많은 양의 열을 발생한다. 더불어, 레이더 출력이 높을 경우, 송출 안테나로의 전력을 공급하는 전력 소자로부터도 상당 양의 열이 발생된다.
종래 기술의 경우의 RF IC는 패키지되지 않은 웨이퍼를 그대로 절단하여 사용하는 베어 다이(bare die)를 적용하였는 바, 상기 베어 다이에 부착되는 기구 구조물을 이용하여 방열을 진행하였다. 그러나, 최근의 모듈화 지향 기술에 따라 패키지된 형태로 제조된 RF IC들의 방열은 이와 같은 방식으로 처리하기에 부적합다는 문제가 있었다.
한국공개특허 2011-0020416 호
상기 구성에 따른 본 발명의 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체를 실시하면, 패키지 형태의 소자에 대한 방열을 수행할 수 있는 이점이 있다..
또는, 본 발명은 레이더용 안테나 면과 고주파 신호 처리용 IC(RF IC)를 같은 면에 배치되도록 설계된 구조에서 우수한 방열 특성을 확보하는 이점이 있다.
또는, 본 발명은 레이더 동작 가능 온도 조건 향상시키고 열방출의 안정성을 확보하는 이점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체는, 하나 이상의 발열되는 전자 소자를 실장하는 기판; 상기 기판에 연결되는 전자파 수신 또는 송출을 위한 안테나; 상기 기판의 일부 또는 전부 영역에 설치되며, 설치된 영역 내부로의 전자파 유입을 억제하기 위한 전자파 차폐막; 및 상기 발열되는 전자 소자의 방열면과 상기 전자파 차폐막을 열 도전적으로 연결하기 위한 열적 연결부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 안테나와 상기 전자파 차폐막은 상기 기판 상 동일한 평면에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 전자파 차폐막의 설치된 영역 내부에, 상기 발열되는 전자 소자 및 전자파에 대한 피보호 전자 소자가 배치될 수 있다.
여기서, 상기 열적 연결부는, 상기 전자파 차폐막의 일부 영역에 형성되며, 상기 방열면과 상기 전자파 차폐막의 내면을 열적 접촉시키는 내측 열 접촉부; 및 상기 내측 열 접촉부와 다른 위치의 상기 전자파 차폐막의 일부 영역에 형성되며, 상기 전자파 차폐막과 상기 기판을 기계적으로 결합시키는 기판 결합부를 포함하고, 상기 기판 결합부의 결합에 의해 상기 내측 열 접촉부와 상기 방열면의 접촉 영역에 압력이 가해질 수 있다.
여기서, 상기 열적 연결부는, 상기 발열되는 전자 소자의 방열면과 상기 전자파 차폐막의 내면을 접합시켜, 상기 발열되는 전자 소자를 매개하여 상기 전자파 차폐막과 상기 기판을 기계적으로 결합시키는, 열 전도성 접착층을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발열되는 전자 소자는, 상기 안테나로부터 수신된 신호를 처리하기 위한 전자 칩일 수 있다.
여기서, 상기 안테나와 상기 전자파 차폐막을 열 도전적으로 연결하기 위한 안테나 열적 연결부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 패키지 형태의 소자에 대한 방열을 수행할 수 있는 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 레이더용 안테나 면과 고주파 신호 처리용 IC(RF IC)를 같은 면에 배치되도록 설계된 구조에서 우수한 방열 특성을 확보하고자 한다.
또는, 본 발명은 레이더 동작 가능 온도 조건 향상시키고 열방출의 안정성을 확보하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 구조체를 도시한 사시도.
도 2는 전자파 차폐막과 발열 전자 소자의 열적 연결 구조의 일 실시예로서, 도 1의 A-A' 라인에 대한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 구조체를 도시한 사시도.
도 4는 전자파 차폐막과 발열 전자 소자의 열적 연결 구조의 일 실시예로서, 도 3의 A1-A1' 라인에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 구조체를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 구조체를 도시한 평면도.
도 7은 전자파 차폐막과 발열 전자 소자의 열적 연결 구조의 일 실시예로서, 도 5의 B-B' 라인에 대한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 구조체를 도시한다. 도시한 기판 구조체는, 하나 이상의 발열되는 전자 소자(180)를 실장하는 기판(120); 상기 기판에 연결되는 전자파 수신 또는 송출을 위한 안테나(160); 상기 기판(120)의 일부 또는 전부 영역에 설치되며, 설치된 영역 내부로의 전자파 유입을 억제하기 위한 전자파 차폐막(140); 및 상기 발열되는 전자 소자(180)의 방열면과 상기 전자파 차폐막(140)을 열 도전적으로 연결하기 위한 열적 연결부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 안테나(160)와 상기 전자파 차폐막(140)은 상기 기판(160) 상 동일한 평면에 배치된 경우가 본 발명의 사상을 적용하면 더욱 유용하다. 이는 안테나가 존재하는 면은 전자파를 수신하여야 하므로, 근처의 다른 소자들이 전자파에 노출될 수 밖에 없어, 상기 전자파 차폐막(140)이 필요하며, 한편, 안테나 수신 신호를 처리하기 위한 칩은 높은 연산의 요구에 따라 발열량이 많기 때문이다.
즉, 이 경우, 상기 기판(120)의 칩 등 전자 소자를 실장할 수 있는 영역 중 상기 전자파 차폐막(140)이 설치된 영역 내부에, 상기 발열되는 전자 소자(180) 및 전자파에 대한 피보호 전자 소자가 배치될 수 있다. 이를 위해, 상기 전자파 차폐막(140)은, 도전성 재질의 시트로 구성된 밑판이 상기 기판(120)인 얇은 상자 모양을 형성할 수 있고, 상기 상자 모양의 측벽의 하나 이상이 개방된 형태를 가질 수 있다.
상기 발열되는 전자 소자(180)는, 상기 안테나(160)나 수신 신호를 처리를 위한 신호 처리 칩(184); 및 전력/스위칭 소자(182) 등을 포함할 수 있다. 또는, 전자 칩, 능동 소자(예: 트랜지스터, OP 앰프), 수동 소자 중 적어도 둘 이상으로 이루어진 하드웨어 모듈일 수 있다.
도 2는 상기 전자파 차폐막(140)과 상기 발열 전자 소자(180)의 열적 연결 구조의 일 실시예로서, 도 1의 A-A' 라인에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 열적 연결부는, 상기 발열되는 전자 소자(180)의 방열면과 상기 전자파 차폐막(140)의 내면 또는 내면의 확장부을 접합시켜, 상기 발열되는 전자 소자(180)를 매개하여 상기 전자파 차폐막(140)과 상기 기판(120)을 기계적으로 결합시키는, 열 전도성 접착층(172)으로 이루어질 수 있다.
도시한 구조에서, 상기 기판(120)은, 기판 베이스(122) 및 상기 기판 베이스 상에 형성된 회로 패턴(124)을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB 기판)일 수 있다.
상기 발열되는 전자 소자(180)는 기존의 소자 실장 수단(예: 솔더링, 체결슬롯)으로 상기 기판(120)에 고정될 수 있으며, 상기 전자파 차폐막(140)은, 상기 접착층(172)에 의해 상기 발열되는 전자 소자(180)에 접착된다. 결국, 상기 전자파 차폐막(140)은 상기 접착층(172) - 전자 소자(180) - 소자 실장 수단에 의해 상기 기판(120)에 기계적으로 결합될 수 있다. 구현에 따라, 상기 전자파 차폐막(140)의 다른 부분(예: 도시한 기판에 대한 수직벽)에 상기 기판과 기계적 결합을 형성하는 수단을 더 구비할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 전자파 차폐막(140)의 내면의 확장부는 상기 전자파 차폐막(140)과 동일 재질로 형성하거나, 열전도성 및 가공성이 우수한 다른 재질로 형성할 수 있다.
도시한 기판 구조체의 방열 방안은, 전자파 차폐막(RF CAVITY)에 기구적으로 기둥 형태의 구조물을 칩방향으로 형성시켜, 상기 기둥 형태 구조물을 통하여 칩의 열에너지를 분산시키는 역할을 부여하는 것이다. 이 방안은, 특히, 레이더의 고주파(RF) 송수신을 담당하는 칩은 전류 소모가 작지 않아 많은 에너지를 소모하는데 이에 따라 발생하는 많은 열을 기구적으로 분산시킬 수 있는 이점이 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 구조체를 도시한다. 도시한 기판 구조체는, 하나 이상의 발열되는 전자 소자(180)를 실장하는 기판(120); 상기 기판에 연결되는 전자파 수신 또는 송출을 위한 안테나(160); 상기 기판(120)의 일부 또는 전부 영역에 설치되며, 설치된 영역 내부로의 전자파 유입을 억제하기 위한 전자파 차폐막(140); 상기 발열되는 전자 소자(180)의 방열면과 상기 전자파 차폐막(140)을 열 도전적으로 연결하기 위한 열 접촉부 및 상기 전자파 차폐막과 상기 기판(120)을 기계적으로 결합시키는 기판 결합부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 안테나(160)와 상기 전자파 차폐막(140)은 상기 기판(160) 상 동일한 평면에 배치된 경우가 본 발명의 사상을 적용하면 더욱 유용하다. 즉, 이 경우, 상기 기판(120)의 칩 등 전자 소자를 실장할 수 있는 영역 중 상기 전자파 차폐막(140)이 설치된 영역 내부에, 상기 발열되는 전자 소자(180) 및 전자파에 대한 피보호 전자 소자가 배치될 수 있다.
상기 전자파 차폐막(140)은, 도전성 재질의 시트로 구성된 밑판이 상기 기판(120)인 얇은 상자 모양을 형성할 수 있고, 상기 상자 모양의 측벽의 하나 이상이 개방된 형태를 가질 수 있다. 상기 상자 모양의 전자파 차폐막(140)은 스크류 등으로 이루어지는 상기 기판 결합부에 의해 상기 기판(120)에 결합될 수 있다.
상기 발열되는 전자 소자(180)는, 상기 안테나(160)나 수신 신호를 처리를 위한 신호 처리 칩(184); 및 전력/스위칭 소자(182) 등을 포함할 수 있다. 또는, 전자 칩, 능동 소자(예: 트랜지스터, OP 앰프), 수동 소자 중 적어도 둘 이상으로 이루어진 하드웨어 모듈일 수 있다.
도 4는 상기 전자파 차폐막(140)과 상기 발열 전자 소자(180)의 열적 연결 구조의 일 실시예로서, 도 3의 A1-A1' 라인에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 열적 연결부는, 상기 전자파 차폐막(140)의 일부 영역에 형성되며, 상기 발열 전자 소자(180)의 방열면과 상기 전자파 차폐막(140)의 내면을 열적 접촉시키는 내측 열 접촉부(172); 및 상기 내측 열 접촉부(172)와 다른 위치의 상기 전자파 차폐막(140)의 일부 영역에 형성되며, 상기 전자파 차폐막(140)과 상기 기판(120)을 기계적으로 결합시키는 기판 결합부(177)를 포함하고, 상기 기판 결합부(177)의 결합에 의해 상기 내측 열 접촉부(172)와 상기 방열면의 접촉 영역에 압력이 가해져, 열 전도 효율을 높일 수 있다.
도시한 구조에서, 상기 기판(120)은, 기판 베이스(122) 및 상기 기판 베이스 상에 형성된 회로 패턴(124)을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB 기판)일 수 있고, 상기 발열되는 전자 소자(180)는 기존의 소자 실장 수단(예: 솔더링, 체결슬롯)으로 상기 기판(120)에 고정될 수 있다.
상기 전자파 차폐막(140)의 내측 열 접촉부(172)는 상기 전자파 차폐막(140)과 동일 재질로 형성하거나, 열전도성 및 가공성이 우수한 다른 재질로 형성할 수 있다.
전자파 차폐막(RF CAVITY)에 기구적으로 기둥 형태의 구조물을 칩방향으로 형성시켜, 상기 기둥 형태 구조물을 통하여 칩의 열에너지를 분산시키는 역할을 부여하는 것이다. 이 방안은, 특히, 레이더의 고주파(RF) 송수신을 담당하는 칩은 전류 소모가 작지 않아 많은 에너지를 소모하는데 이에 따라 발생하는 많은 열을 기구적으로 분산시킬 수 있는 이점이 있다.
도시한 기판 구조체의 방열 구조는, 기판 자체의 지지 기구물을 이용하여 더욱 향상된 구조를 가질 수 있다. 예컨대, RF IC를 실장하고 있는 기판(RF PCB) 하부에 기판(RF PCB) 지지를 위한 금속류의 기구물을 배치하고, 상기 하부 기구물과 열을 흡수한 전자파 차폐막(RF CAVITY)사이의 열 전달을 위한 구조로서, 스크류 등을 이용하여 하부 기구물과 연결하되, 상기 기판(RF PCB) 일부에 큰 홀을 만들어 하부 기구물이 직접 상부 전자파 차폐막(RF CAVITY)의 일부와 접촉하도록 구조를 가지도록 구현할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 구조체를 도시한 사시도이며, 도 6은 평면도이다. 도시한 기판 구조체는, 하나 이상의 발열되는 전자 소자(180)를 실장하는 기판(120); 상기 기판에 연결되는 전자파 수신 또는 송출을 위한 안테나(160); 상기 기판(120)의 일부 또는 전부 영역에 설치되며, 설치된 영역 내부로의 전자파 유입을 억제하기 위한 전자파 차폐막(140); 및 상기 발열되는 전자 소자(180)의 방열면과 상기 전자파 차폐막(140)을 열 도전적으로 연결하기 위한 열적 연결부; 및 상기 안테나(160)와 상기 전자파 차폐막(140)을 열 도전적으로 연결하기 위한 안테나 열적 연결부를 포함할 수 있다.
상기 기판(120)의 칩 등 전자 소자를 실장할 수 있는 영역 중 상기 전자파 차폐막(140)이 설치된 영역 내부에, 상기 발열되는 전자 소자(180) 및 전자파에 대한 피보호 전자 소자가 배치될 수 있다.
상기 발열되는 전자 소자(180)는 기존의 소자 실장 수단(예: 솔더링, 체결슬롯)으로 상기 기판(120)에 고정될 수 있으며, 상기 전자파 차폐막(140)은, 상기 접착층(172)에 의해 상기 발열되는 전자 소자(180)에 접착된다.
상기 전자파 차폐막(140)은, 도전성 재질의 시트로 구성된 밑판이 상기 기판(120)인 얇은 상자 모양을 형성할 수 있고, 상기 상자 모양의 측벽의 하나 이상이 개방된 형태를 가질 수 있다. 다른 구현에서는, 상기 상자 모양의 전자파 차폐막(140)은 스크류 등으로 상기 기판(120)에 결합될 수도 있다.
상기 발열되는 전자 소자(180)는, 상기 안테나(160)나 수신 신호를 처리를 위한 신호 처리 칩(184); 및 전력/스위칭 소자(182) 등을 포함할 수 있다. 또는, 전자 칩, 능동 소자(예: 트랜지스터, OP 앰프), 수동 소자 중 적어도 둘 이상으로 이루어진 하드웨어 모듈일 수 있다.
상기 안테나는 여러 개의 안테나 스트립들을 포함할 수 있는데, 상기 여러 개의 스트립 중, 도 6에서 상기 전자파 차폐막(140)과 일부 영역이 겹치는 안테나 스트립(162)들 및 겹치지 않는 안테나 스트립(164)들을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 겹치는 안테나 스트립(164)들을 상기 전자파 차폐막(140)과 열적으로 연결하여, 방열 효율을 높일 수 있다.
도 7은 상기 전자파 차폐막(140)과 상기 발열 전자 소자(180)의 열적 연결 구조의 일 실시예로서, 도 5의 B-B' 라인에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 열적 연결부는, 상기 발열되는 전자 소자(180)의 방열면과 상기 전자파 차폐막(140)의 내면 또는 내면의 확장부을 접합시켜, 상기 발열되는 전자 소자(180)를 매개하여 상기 전자파 차폐막(140)과 상기 기판(120)을 기계적으로 결합시키는, 열 전도성 접착층(172)으로 이루어질 수 있다.
도시한 구조에서, 상기 기판(120)은, 기판 베이스(122) 및 상기 기판 베이스 상에 형성된 회로 패턴(124)을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB 기판)일 수 있다.
상기 발열되는 전자 소자(180)는 기존의 소자 실장 수단(예: 솔더링, 체결슬롯)으로 상기 기판(120)에 고정될 수 있으며, 상기 전자파 차폐막(140)은, 상기 접착층(172)에 의해 상기 발열되는 전자 소자(180)에 접착될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 전자파 차폐막(140)의 내면의 확장부는 상기 전자파 차폐막(140)과 동일 재질로 형성하거나, 열전도성 및 가공성이 우수한 다른 재질로 형성할 수 있다.
도시한 안테나 열적 연결부(192)는, 상기 안테나 스트립(162)과 상기 전자파 차폐막(140)의 서로 겹치는 영역에 위치하는, 비전도성 및 열전도성 특성을 가지는 접착물질로 이루어질 수 있다. 상기 안테나 열적 연결부(192)는, 상기 안테나 스트립(162)과 상기 전자파 차폐막(140)을 열적으로 연결시켜 방열 효율을 높일 뿐만 아니라, 상기 전자파 차폐막(140)의 상기 기판(120)과의 결합력을 보강하는 이점이 있다.
상기 안테나 스트립(162)는 얇은 상자 모양의 상기 전자파 차폐막(140)의 개방부에 배치되는 것이 상기 안테나 열적 연결부(192)를 형성하기 용이하다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
120 : 기판
140 : 전자파 차폐막
160 : 안테나
180 : 발열되는 전자 소자
182 : 전력/스위칭 소자
184 : 신호 처리 칩

Claims (7)

  1. 하나 이상의 발열되는 전자 소자를 실장하는 기판;
    상기 기판에 연결되는 전자파 수신 또는 송출을 위한 안테나;
    상기 기판의 일부 또는 전부 영역에 설치되며, 설치된 영역 내부로의 전자파 유입을 억제하기 위한 전자파 차폐막;
    상기 발열되는 전자 소자의 방열면과 상기 전자파 차폐막을 열 도전적으로 연결하기 위한 열적 연결부; 및
    상기 안테나와 상기 전자파 차폐막을 열 도전적으로 연결하기 위한 안테나 열적 연결부를 포함하는 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나와 상기 전자파 차폐막은 상기 기판 상 동일한 평면에 배치된 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자파 차폐막의 설치된 영역 내부에,
    상기 발열되는 전자 소자 및 전자파에 대한 피보호 전자 소자가 배치된 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열적 연결부는,
    상기 전자파 차폐막의 일부 영역에 형성되며, 상기 방열면과 상기 전자파 차폐막의 내면을 열적 접촉시키는 내측 열 접촉부; 및
    상기 내측 열 접촉부와 다른 위치의 상기 전자파 차폐막의 일부 영역에 형성되며, 상기 전자파 차폐막과 상기 기판을 기계적으로 결합시키는 기판 결합부를 포함하고,
    상기 기판 결합부의 결합에 의해 상기 내측 열 접촉부와 상기 방열면의 접촉 영역에 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열적 연결부는,
    상기 발열되는 전자 소자의 방열면과 상기 전자파 차폐막의 내면을 접합시켜, 상기 발열되는 전자 소자를 매개하여 상기 전자파 차폐막과 상기 기판을 기계적으로 결합시키는, 열 전도성 접착층을 포함하는 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열되는 전자 소자는, 상기 안테나로부터 수신된 신호를 처리하기 위한 전자 칩인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐막을 구비한 기판 구조체.
  7. 삭제
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