저항 성분 부품의 방열 메커니즘 개선에 관한 연구

Abstract

본 연구는 전자기기 회로 설계 시에 인쇄 회로 기판 (Printed Circuit Board, PCB) 공간 축소, 원가 절감 및 부품의 발열 최소화 등의 문제를 방열 효과를 이용하여 해결한 내용이다. 최근 대부분 전자기기의 전원 공급 장치는 스위칭 모드 전원 공급 장치 (Switching Mode Power Supply, SMPS)를 통해 제어된다. 이러한 종류의 전원 회로에는 전류 감지를 위한 정밀한 전류 센서가 사용된다. 첫 번째 연구는 전류 센서로 사용되는 션트 (shunt) 저항의 특성을 연구한 것으로 이것은 기존의 Hall 방식 전류 센서가 갖는 여러 단점을 해결한 것이며 현재 통용되는 플라스틱 패키지 대신 세라믹 패키지를 적용하였다. 세라믹 패키지는 플라스틱 패키지에 비해 열 전도성이 뛰어나므로 표면온도가 낮은데, 이를 이용해서 PCB의 공간 요구 사항을 해결하였다 또한 세라믹은 표면 실장 기술 (Surface Mount Technology, SMT) 채택이 가능하므로 생산 원가를 개선하였다. 실험 결과 세라믹 패키지 저항이 플라스틱 패키지보다 약 50 % 낮은 온도 특성을 나타내고 주파수 특성 등 각종 신뢰성 시험 결과는 양호하였다. 두 번째 연구는 전자기기 전원공급 장치의 회로 보호 소자로서 적용되는 NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistor에 대한 연구이다. SMPS의 전원을 켜면 회로의 높은 커패시턴스 때문에 큰 전류 피크가 관찰되는데 이 전류 피크는 돌입전류 제한용 저항을 통해 해결 가능하나 정상 상태에서의 전력 손실을 유발한다. 이를 해결하기 위해 통상적으로 정상 상태의 고온에서 저항값이 감소하는 (음의 온도 계수) thermistor가 적용된다. 기존 NTC의 최대 단점인 과전류 정상상태에서의 발열과 저 저항회로를 위한 병렬연결이 불가능한 원인을 분석하였다. 과전류 적용을 위한 방열형 NTC 구조를 제시하고 저 저항 구조를 위한 열평형 병렬 구조의 NTC를 제시하였다. 단품 및 회로 상에서 요구하는 각종 신뢰성 시험들에 대해 기술하였다. 끝으로 COMSOL프로그램을 이용하여 방열과 전기적 특성의 관련성을 이해하고 분석 가능한 시뮬레이션 프로그램을 구축하였다.