KR20160027546A - 파워모듈의 방열구조체 - Google Patents

파워모듈의 방열구조체 Download PDF

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Abstract

파워모듈의 방열구조체에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 파워모듈의 방열구조체는: 파워소자에서 발산되는 열을 방출하는 방열부와, 방열부에서 돌출 형성되는 가이드리브가 구비되는 파워모듈; 및 방열 그리스가 도포되고 방열부와 접촉되는 도포부와, 가이드리브가 삽입되고 방열 그리스를 수용하는 홈이 형성되는 그루브부가 구비되는 히트싱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

파워모듈의 방열구조체{THERMAL DISSIPATION STRUCTURE OF POWER MODULE}
본 발명은 파워모듈의 방열구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열하는 파워소자를 포함하는 파워모듈과 파워모듈의 열을 외부로 전달하는 히트싱크의 조립구조를 개선하여 방열 성능을 향상시키는 파워모듈의 방열구조체에 관한 것이다.
일반적으로 전동조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 유압을 이용하지 않고, 모터동력으로 조향파워를 어시스트하는 방식이다. 이를 위해, MDPS는 ECU(Electronic Control Unit; 전자제어장치)에서 제어되어 동력을 발생하는 모터와, 모터를 통해 회전되는 웜축(Worm Shaft)과 이에 치합된 웜휠(Worm Wheel)을 구비함으로써, 웜휠(Worm Wheel)의 회전력을 기어박스쪽으로 전달해 조타력을 어시스트한다. 이러한 MDPS는 컨트롤러인 MDPS ECU를 적용함으로서, 차량상태를 파악하여 최적으로 제어한다.
통상, MDPS ECU는 FET(Field Effect Transistor)를 갖춘 회로판(Printed Circuit Board; PCB)과, FET에서 발생되는 열을 방출하는 히트싱크(Heat Sink)를 포함하여 이루어진다. FET는 작은 입력으로 큰 출력을 얻기 위해 많은 양의 전류를 흘려 많은 열을 발생시키는 전자부품이므로, 방열을 위한 구조를 적용해야 한다.
종래 기술에서는, FET에서 발산되는 열을 방열하도록 히트싱크(Heat Sink) 상에 방열 그리스(Thermal Grease)를 바르고 FET와 결합하는 구조로 이루어진다. 이러한 종래 기술에서는 히트싱크에 방열 그리스를 도포하는 도포량을 최적화하는 것이 어려운 문제점이 있다. 즉, 히트싱크에 방열 그리스가 과다 도포되는 경우, 히트싱크와 FET 사이에서 밀려난 방열 그리스가 PCB 내부로 유입되어 전기적 작동 불량이 발생된다. 히트싱크에 방열 그리스가 과소 도포되는 경우, 히트싱크와 FET 사이에 방열 그리스가 접촉되는 면적이 적고, 도포된 방열 그리스량 부족으로 열집중되어 방열 성능이 저하된다. 또한, 반고체 상태의 방열 그리스 상에 FET가 안착되는 경우 위치가 틀어져 체결이 불량하게 되는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0090590호(2011. 08. 10. 공개, 발명의 명칭: 전동조향장치 컨트롤러)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 발열하는 파워소자를 포함하는 파워모듈과 파워모듈의 열을 외부로 전달하는 히트싱크의 조립구조를 개선하여 방열 성능을 향상시키는 파워모듈의 방열구조체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 파워모듈의 방열구조체는: 파워소자에서 발산되는 열을 방출하는 방열부와, 상기 방열부에서 돌출 형성되는 가이드리브가 구비되는 파워모듈; 및 방열 그리스가 도포되고 상기 방열부와 접촉되는 도포부와, 상기 가이드리브가 삽입되고 방열 그리스를 수용하는 홈이 형성되는 그루브부가 구비되는 히트싱크;를 포함한다.
본 발명에서 상기 그루브부는 상기 방열부와 상기 도포부의 접촉에 의하여 밀리는 방열 그리스를 수용한다.
본 발명에서 상기 가이드리브는 상기 그루브부에 수용되는 방열 그리스와 접촉되고, 상기 가이드리브에서 방열 그리스로 발산되는 열은 상기 히트싱크를 통하여 방열된다.
본 발명에서 상기 가이드리브는 상기 그루브부에 수용되는 방열 그리스와 접촉되어, 상기 방열부의 열이 방열 그리스로 방열된다.
본 발명에서 상기 그루브부의 폭은 상기 가이드리브의 폭보다 크게 형성된다.
본 발명에서 상기 파워모듈과 상기 히트싱크를 착탈 가능하게 체결하는 체결부재를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 방열부는 금속재질을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 파워모듈의 방열구조체는, 파워모듈에서 돌출 형성된 가이드리브에 의하여 방열 그리스와 접촉하는 면적이 증대되고, 히트싱크로 열전달되어 파워모듈에서 발산되는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 히트싱크에 방열 그리스량이 최적 상태가 되도록 도포할 수 있다.
본 발명에 따르면 파워모듈의 가이드리브와 히트싱크의 그루브부의 체결에 의하여 반고체 상태의 방열 그리스에 의한 파워모듈의 비틀림을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈의 방열구조체를 개략적으로 나타낸 조립 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈의 방열구조체를 개략적으로 나타낸 조립 저면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈이 히트싱크에 장착되기 전을 개략적으로 나타낸 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈이 히트싱크에 장착된 것을 개략적으로 나타낸 단면 사시도이다.
도 5는 도 4에서 파워모듈과 그루브부의 결합을 도시한 "A"를 개략적으로 나타낸 부분 단면 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈의 방열구조체를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 파워모듈의 방열구조체의 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 파워모듈의 방열구조체를 개략적으로 나타낸 조립 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈의 방열구조체를 개략적으로 나타낸 조립 저면 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈이 히트싱크에 장착되기 전을 개략적으로 나타낸 단면 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈이 히트싱크에 장착된 것을 개략적으로 나타낸 단면 사시도이고, 도 5는 도 4에서 파워모듈과 그루브부의 결합을 도시한 "A"를 개략적으로 나타낸 부분 단면 확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈의 방열구조체를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈의 방열구조체는 파워모듈(10) 및 히트싱크(20)를 포함하여 이루어진다.
파워모듈(10)은 방열하는 복수 개의 파워소자를 포함하는 것으로, MDPS(Motor Driven Power Steering) 구동시 전기적 신호에 의하여 각 파워소자가 작동되고 각 파워소자에서 발열 현상이 발생된다. 파워모듈(10)에는 방열부(11)와, 가이드리브(12)가 구비된다.
방열부(11)는 금속재질을 포함하여 이루어지는 금속판으로, MDPS 구동시 파워소자에서 발산하는 열을 히트싱크(20)로 전달한다. 방열부(11)는 파워모듈(10)의 일면(도 2 기준 상부면)을 커버하는 것으로, 파워소자 등에서 방열하고자 하는 양에 따라 방열부(11)의 면적이 결정될 수 있다. 방열하고자 하는 양이 많은 경우는, 방열부(11)는 파워모듈(10)의 일면(도 2 기준 상부면) 전체를 이루게 형성될 수 있다. 방열부(11)는 방열 성능을 높이기 위하여 금속재 중 방열 기능이 우수한 알루미늄(Al)을 포함하여 이루어질 수 있다. 방열부(11)는 히트싱크(20)의 도포부(21)와 접촉한다. 방열부(11)는 도포부(21)와 접촉하여 히트싱크(20)로 파워소자의 열을 방열한다. 본 발명의 실시예에서 방열부(11)는 도포부(21)에 도포된 방열 그리스와 접촉하여 히트싱크(20)로 파워소자의 열을 방열한다. 본 발명의 실시예에서 방열부(11)는 사각형의 금속판으로 이루어진다.
가이드리브(12)는 방열부(11)에 돌출 형성되는 것으로, 히트싱크(20)의 그루브부(22)에 삽입되어 수용된다. 가이드리브(12)는 방열부(11)를 감싸는 형상으로 이루어진다. 본 발명의 실시예에서 가이드리브(12)는 사각형상의 방열부(11)를 감싸도록 4면에서 돌출 형성된 예를 나타내고 있다. 가이드리브(12)는 그루브부(22)에 수용되어, 방열부(11)가 도포부(21)와 접촉하면서 방열 그리스에 의하여 밀리지 않게 된다. 그리고, 가이드리브(12)와 그루브부(22)에 의하여 방열 그리스가 외부로 유출되지 않게 되어 주변의 PCB에서 전기적 작동이 불량되는 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 가이드리브(12)는 방열부(11)에 돌출 형성되어, 방열부(11)의 표면적이 증대되는 효과가 있다. 본 발명의 실시예에서 가이드리브(12)는 단면적이 사각형인 형상인 예를 나타내고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 가이드리브(12)의 표면에 복수 개의 핀(fin)이 형성되어 표면적을 더욱 증대시킬 수 있다.
가이드리브(12)가 방열부(11)에서 돌출 형성되어, 파워모듈(10)에서 방열부(11)와 가이드리브(12)를 통하여 발산되는 열이 방열 그리스가 접촉하는 면적이 증가된다. 따라서, 파워모듈(10)에서 발산되는 열이 방열 그리스를 통하여 싱크탱크(20)로 효과적으로 전달되어 방열 성능이 향상될 수 있다. 가이드리브(12)는 그루브부(22)에 수용되는 방열 그리스와 접촉된다. 가이드리브(12)에서 발산되는 열은 방열 그리스로 방열된다. 방열 그리스로 전달된 가이드리브(12)의 열은 히트싱크(20)를 통하여 외부로 발산된다.
즉, 방열부(11)의 열은 도포부(21)에 도포되는 방열 그리스와 접촉되어 히트싱크(20)를 통하여 외부로 방열되는 동시에 가이드리브(12)를 통하여 그루브부(22)에 수용되는 방열 그리스와 접촉되어 히트싱크(20)를 통하여 외부로 방열된다. 따라서, 방열부(11)와 가이드리브(12)를 통하여 방열 그리스와 접촉하는 면적이 증대되어 방열부(11)와 가이드리브(12)의 열이 히트싱크(20)를 통하여 보다 효과적으로 방열될 수 있다.
히트싱크(20)는 파워모듈(10)이 안착되는 하우징 역할을 하는 것으로, 파워모듈(10)의 방열부(11)와 가이드리브(12)에서 발생하는 열의 분산 및 외부로 열을 전달하는 역할을 한다. 히트싱크(20)에는 외부로 열을 발산하는 것이 효과적이도록 표면에 복수 개의 핀(fin)이 형성된다. 히트싱크(20)는 금속 재질을 포함하여 이루어진다. 본 발명의 실시예에서 히트싱크(20)는 열전도성이 우수한 알루미늄(Al) 재질을 포함하여 이루어질 수 있다. 히트싱크(20)에는 도포부(21)와, 그루브부(22)가 구비된다.
도포부(21)는 방열부(11)와 대면되고 접촉되는 것으로, 방열부(11)와 대면하는 표면에 방열 그리스가 도포된다. 여기서, 방열 그리스는 열을 전달하는 반고체형인 유체 물질로서, 기름과 비슷한 특성을 지니며 방열부(11)와 접촉되면서 방열부(11)의 열전도성을 증가시킨다. 따라서, 방열부(11)가 도포부(21)에 접촉되면, 파워소자 등에서 발산되는 방열부(11)의 열이 방열 그리스를 통하여 히트싱크(20)로 전달된다. 도포부(21)에는 충분한 양의 방열 그리스가 도포되도록 한다. 이는 도포부(21)에 방열 그리스가 과소 도포되어, 과소 도포된 도포부(21)에서 열집중이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
그루브부(22)는 가이드리브(12)가 형성되는 위치에 대응되게 형성되고, 가이드리브(12)가 삽입되고 방열 그리스가 수용되도록 홈이 형성된다. 그루브부(22)의 폭(W2)은 가이드리브(12)의 폭(W1)보다 크게 형성된다. 그루브부(22)의 폭(W2)이 가이드리브(12)의 폭(W1)보다 크게 형성되어, 그루브부(22)는 가이드리브(12)를 수용하는 동시에 도포부(21)와 방열부(11)의 접촉에 의하여 밀리는 방열 그리스도 수용한다. 그루브부(22)에 수용된 가이드리브(12)는 그루브부(22)와의 유격 정도 범위 내에서 이동되며, 유격 범위 이상의 이동과 회전이 제한된다. 그루브부(22)는 방열부(11)와 도포부(21)의 접촉에 의하여 밀리는 방열 그리스를 추가로 수용할 수 있도록, 일정 높이를 비워둔다.
가이드리브(12)가 그루브부(22)에 삽입되어, 파워모듈(10)이 히트싱크(20)에서 밀리는 것이 방지되고, 그루브부(22)에 추가로 방열 그리스를 수용할 수 있으므로, 도포부(21)에 충분한 양의 방열 그리스를 도포할 수 있게 된다. 따라서, 도포부(21)에 방열 그리스를 과소 도포하여 방열 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 그루브부(22)에는 방열부(11)와 도포부(21)의 접촉에 의하여 밀린 방열 그리스를 수용하는 것 뿐만 아니라, 별도로 방열 그리스를 수용한다.
그루브부(22)는 가이드리브(12)와 방열 그리스를 수용할 수 있도록 단면의 형상이 "└┘" 형상으로 이루어지고, 그루브부(22)의 측면(도 5 기준 좌측면)에는 경사진 경사면이 형성될 수 있다. 방열부(11)와 도포부(21)의 접촉에 의하여 밀리는 반고체형의 유체 물질인 방열 그리스는 경사면을 따라서 그루브부(22)의 내부에 수용된다.
그루브부(22)의 내부에서 경사면(23)이 형성된 반대편에는 방지턱이 형성될 수 있다. 방지턱의 높이 만큼까지는 방열 그리스가 외부로 방출되는 것을 차단할 수 있다. 경사면의 높이는 방지턱의 높이보다 낮게 형성되고, 방열 그리스가 경사면을 따라 도포부(21)로 이동할 수 있고, 방지턱(24)에 의하여 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다.
그루브부(22)에 형성된 홈의 깊이 범위 내에서 방열 그리스는 외부로 전달되지 않아 주변 PCB로 유입되는 것이 차단된다. 즉, 도포부(21)에 방열 그리스가 과다 도포되는 경우에도 그루브부(22)에 방열 그리스가 수용되어 주변 PCB로 유입되지 않아, 주변 PCB에 전기적 작동 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 그루브부(22)는 도포부(21)에 도포된 방열 그리스가 넘치는 것을 단순히 수용할 뿐만 아니라, 그루브부(22)에 방열 그리스를 도포하여 그루브부(22)에 수용되는 가이드리브(12)와 열교환된다. 따라서, 가이드리브(12)의 열은 그루브부(22)에 수용된 방열 그리스를 통하여 히트싱크(20)로 열전달된다.
본 발명에서 파워모듈(10)과 히트싱크(20)에는 각각 대응되는 위치에 관통공이 형성되고, 이 관통공을 통하여 나사, 볼트 등의 체결부재(30)가 삽입된다. 체결부재(30)에 의하여 파워모듈(10)과 히트싱크(20)이 착탈 가능하게 체결된다. 가이드리브(12)와 그루브부(22)의 결합으로 파워모듈(10)이 히트싱크(20)에서 체결부재(30)의 체결 전에 위치가 틀어지는 것이 방지되고, 체결부재(30)가 파워모듈(10)과 히트싱크(20)의 각각의 관통공으로 탑-다운 방식으로 삽입 체결되는 것이 용이하게 이루어진다.
본 발명의 실시예에서 파워모듈(10)과 히트싱크(20)는 2개의 체결부재(30)에 의하여 체결되는 예가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 구성요소로 이루어진 본 발명에 따른 파워모듈의 방열구조체의 조립 및 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도포부(21) 전체에 방열 그리스를 도포한다. 이때, 방열 그리스는 도포부(21) 표면에 부족하지 않을 정도로 충분한 양이 도포되도록 한다. 이때 그루브부(22)에도 별도의 방열 그리스를 공급할 수 있다.
도 3을 참조하면, 방열 그리스가 도포된 도포부(21)에 대면되도록 파워모듈(10)의 방열부(11)를 위치시킨다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 파워모듈(10)의 가이드리브(12)를 히트싱크(20)의 그루브부(22)에 삽입시킨다. 가이드리브(12)와 그루브부(22)의 결합에 의하여 파워모듈(10)과 히트싱크(20)가 서로 위치가 어긋나는 것이 방지된다. 가이드리브(12)와 그루브부(22)에 의하여 위치가 고정된 파워모듈(10)과 히트싱크(20)를 체결부재(30)를 이용하여 고정시킨다.
도 5를 참조하면, 도포부(21)와 방열부(11)가 접촉되어 도포부(21)에 도포된 방열 그리스가 밀리는 경우, 방열 그리스는 경사면(23)을 따라서 이동하여 그루브부(22)에 수용된다. 그루브부(22)에 수용된 방열 그리스는 그루브부(22)의 홈의 깊이와 폭의 범위 내에서 수용될 수 있다. 방열부(11)는 도포부(21)에 도포되는 방열 그리스와의 접촉과, 가이드리브(12)를 통하여 그루브부(22)에 수용되는 방열 그리스와의 접촉되어, 방열부(11)와 가이드리브(12)에서 발산되는 열이 히트싱크(20)를 통하여 외부로 방열된다.
도 6을 참조하면, 파워모듈(10)의 가이드리브(12)가 히트싱크(20)의 그루브부(22)에 삽입된 상태를 나타내고 있다. 가이드리브(12)는 그루브부(22)에 수용되고, 가이드리브(12)는 그루브부(22)에 의하여 회전이 제한된다. 따라서 파워모듈(10)의 관통공과 히트싱크(20)의 관통공이 일치하기 때문에, 체결부재(30)가 각각의 관통공을 삽입하여 파워모듈(10)과 히트싱크(20)를 체결 고정하는 것이 용이하게 이루어진다.
본 발명에 따른 파워모듈의 방열구조체는, 파워모듈과 히트싱크의 조립 구조가 개선되고 방열 그리스가 충분하게 도포되며, 파워모듈에서 돌출 형성된 가이드리브에 의하여 방열 그리스와 접촉하는 면적이 증대되어, 히트싱크를 통하여 파워모듈에서 발산되는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있게 된다.
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 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 파워모듈 11: 방열부
12: 가이드리브 20: 히트싱크
21: 도포부 22: 그루브부
30: 체결부재 W1: 가이드리브의 폭
W2: 그루브부의 폭

Claims (6)

  1. 파워소자에서 발산되는 열을 방출하는 방열부와, 상기 방열부에서 돌출 형성되는 가이드리브가 구비되는 파워모듈; 및
    방열 그리스가 도포되고 상기 방열부와 접촉되는 도포부와, 상기 가이드리브가 삽입되고 방열 그리스를 수용하는 홈이 형성되는 그루브부가 구비되는 히트싱크;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워모듈의 방열구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그루브부는 상기 방열부와 상기 도포부의 접촉에 의하여 밀리는 방열 그리스를 수용하는 것을 특징으로 하는 파워모듈의 방열구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드리브는 상기 그루브부에 수용되는 방열 그리스와 접촉되고, 상기 가이드리브에서 방열 그리스로 발산되는 열은 상기 히트싱크를 통하여 방열되는 것을 특징으로 하는 파워모듈의 방열구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그루브부의 폭은 상기 가이드리브의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 파워모듈의 방열구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 파워모듈과 상기 히트싱크를 착탈 가능하게 체결하는 체결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워모듈의 방열구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열부는 금속재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워모듈의 방열구조체.
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