KR100298042B1

KR100298042B1 - 히트싱크

Info

Publication number: KR100298042B1
Application number: KR1019960011019A
Authority: KR
Inventors: 고승찬
Original assignee: 김태형
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 2001-10-24
Also published as: KR970073272A

Abstract

본 발명은 소자접지부를 좌.우 연속적으로 연결할 수 있게 하고, 이 소자접지부 접지면의 타측에 다수의 휜을 강제 압입방식으로 하나씩 조립하며, 상기 휜이 조립된 소자접지부의 양단에 휜지지대를 조립할 수 있게 구성하여 휜(FIN)의 모양, 치수 및 방열 성능이 제한 받는 것을 해소하고, 조립구조를 용이하게 함으로서 전자기기의 방열량에 따라 휜의 모양과 치수를 다르게 성형하기 위하여 각 모델별로 금형을 제조해야 하는 경제적인 문제점을 해소할 수 있다. 또한 모델별로 성형된 제품의 재고부담을 줄일 수 있으며, 휜을 소자접지부에 용이하게 조립할 수 있을 뿐만 아니라 알루미늄(Al)의 표면을 도금 또는 코팅처리 하여 방열성 및 전열성을 향상시킬 수 있는 히트싱크에 관한 것이다.

Description

히트싱크

본 발명은 전력용 반도체소자에서 발생하는 열을 방출하여 냉각시키는 히트싱크에 관한 것으로, 특히 휜(FIN)의 모양, 치수 및 방열 성능의 제한을 해소하고, 휜의 조립을 용이하게 할 수 있는 히트싱크(HEAT SINK)에 관한 것이다.

산업용 전자기기에 사용되는 전력용 반도체소자는 접합부의 온도가 너무 높으면 그 특성에 영구적인 변화가 일어나 소자는 열 폭주 현상이 유발되거나 용해로 인해 파손되며, 또한 냉각이 부족하게 되면 소자의 브레이크 오버 전압이 낮아지고 터언오프시간이 증가하며 그 밖의 특성도 규격을 벗어나 회로의 오동작을 일으키고 열 폭주나 용해가 일어나기 이전에 고장을 유발시키게 된다.

이와 같은 문제점 때문에 모든 전력용 반도체소자에는 소자의 열을 방출시키기 위한 방열기구인 히트싱크(HEAT SINK)가 설계되어 사용되고 있다. 이러한 히트싱크는 일반적으로 열전달 효율이 우수한 알루미늄(Al)이나 동(Cu)을 재료로 하고 전열면적을 증대시킬 수 있도록 설계된 휜(FIN)과 소자접지부가 일체로 압출 성형되어 이루어진다.

그러나 상기와 같은 압출 성형방식은 휜의 길이와 형태에 제한을 받기 때문에 산업용으로 사용되는 전력용 반도체소자와 같이 용량이 큰 경우 전열면적의 증대에 제한을 받는 문제점이 있다. 이러한 압출 성형방식의 문제점을 해소시키기 위해 근래에 와서는 브레이징 히트싱크(BRAZING HEAT SINK)가 개발되어 사용되고 있다. 이 브레이징 히트싱크는 소자접지면의 배면에 휜의 단부가 삽입될 수 있는 삽입홈을 형성하여 이에 휜의 단부를 삽입하여 용융점이 450℃ 이상이고 모재의 고상선보다 낮은 접착성 충진 용매를 적절한 온도로 가열하게 되면 모세관 현상에 의해 피접합재의 틈새로 침입하여 접합되는 것이다.

그런데 상기와 같은 브레이징 방식은 진공설비와 가열설비를 구비되어야 할뿐만 아니라 고가인 화학약품이 다량으로 사용됨으로서 제조원가가 상승하게 되고, 히트싱크로 가장 보편화된 알루미늄은 그 재질의 특성에 의해 접착효율이 저하되는 결함이 있으며, 또한 브레이징 과정이 완료된 소자접지면에 변형이 발생하기 때문에 수평면을 형성하기 위한 별도의 밀링가공이 요구되는 번거로운 결함이 있었다.

그리고 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 1994년 특허출원 제13534호(히트싱크(HEAT SINK)의 소자접지면 성형방법 및 장치를 출원한바 있다.

선출원된 히트싱크의 소자접지부 성형방법은, 휜과 동일한 재료를 용융시키는 용융단계와, 용융된 재료를 휜의 용융점 이하로 냉각시키는 1차냉각단계와, 1차냉각된 재료로 휜의 삽입부를 소정깊이 삽입시키는 휜삽입단계와, 1차냉각된 재료가 응고되면서 휜과 접합되는 온도까지 냉각시키는 2차냉각단계와, 2차냉각이 완료된 재료로 부터 지그를 이탈시키는 지그이탈단계와, 휜과 소자접지면이 일체로 성형된 히트싱크를 이탈시키는 히트싱크이탈단계가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 이러한 성형방법을 실현하기 위한 기술수단인 성형장치는, 소자접지부가 소정두께로 형성되게 공간을 확보할 수 있도록 네 변에 내외향으로 작동되는 지그가 구비된 성형부를 구성하고, 상긴 성형부를 향해 발열되어 재료를 용융시키는 가열부를 구성하며, 상기 성형부 중심의 직상부에서 휜을 파지하여 용융된 재료의 상부로 삽입하고 성형이 완료된 히트싱크를 이탈시키는 삽탈부를 구성함을 특징으로 하는 것이다.

이렇게 선출원된 히트싱크의 소자접지면 성형방법 및 장치는 완전히 용융된 소자접지면의 재료에 휜의 단부를 삽입하여 일체로 성형함으로서 제조공정을 간소화하는 이점은 있으나 휜의 모양, 치수 및 방열 성능이 제한받는 것은 해소하지 못하는 문제점이 있었다. 즉 전자기기의 방열량에 따라 휜의 모양과 치수를 다르게 성형하기 위하여 각 모델별로 금형을 제조함으로서 과다한 비용이 소요될 뿐만 아니라 모델별로 성형된 제품의 재고부담이 많은 비경제적인 결함이 있고, 휜을 소자접지부에 조립하기 위한 과정이 난이한 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 결함을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 휜(FIN)의 모양, 치수 및 방열성능의 제한을 해소하고, 휜의 결합이 용이한 히트싱크(HEAT SINK)를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 수단은 소자접지부를 좌.우 연속적으로 연결할 수 있게 하고, 이 소자접지부 접지면의 타측에 다수의 휜을 강제 압입방식으로 하나씩 조립하며, 상기 휜이 조립된 소자접지부의 양단에 휜지지대를 조립할 수 있게 구성함을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명의 결합 상태를 보인 사시도.

제2도는 본 발명의 분리 상태를 보인 사시도.

제3도는 본 발명의 결합 상태를 보인 단면도.

제4도는 본 발명 휜(FIN)의 다른 실시예를 보인 단면도.

제5도는 본 발명 다른 실시예의 결합 상태를 보인 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 소자접지부 11 : 접지면

12 : 설치홈 13 : 연결홈

14 : 연결부재 20 : 방열부

21 : 휜(FIN) 214 : 삽입돌기

22 : 휜지지대 223 : 삽입돌기

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명 일 실시예를 상세히 설명한다. 제1도는 본 발명의 결합 상태를 보인 사시도이고, 제2도는 본 발명의 분리 상태를 보인 사시도이며, 제3도는 본 발명의 결합 상태를 보인 단면도이다.

본 발명이 적용되는 히트싱크는, 전력용 반도체소자를 접지되게 설치할 수 있도록 평면의 접지면(11)을 가지는 장방형 판상으로 된 소자접지부(10)가 구비되고, 이 소자접지부(10)의 접지면(11) 타측에 연결되어 반도체소자로부터 전달된 열을 외부로 방출시키도록 휜이 형성된 방열부(20)가 구성되는 것이며, 이러한 소자접지부(10)와 방열부(20)의 휜은 알루미늄(Al)을 압출하여 성형하는 것이다.

이러한 히트싱크에 있어 본 발명은 상기 소자접지부(10)를 좌.우 연속적으로 연결할 수 있게 하고, 이 소자접지부(10)의 접지면(11) 타측에 휜(21)을 강제 압입방식으로 하나씩 조립하여 원하는 치수의 방열부(20)를 형성하며, 상기 휜(21)이 조립된 소자접지부(10)의 양단에 휜지지대(22)를 조립할 수 있게 구성하는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 소자접지부(10)는, 접지면(11)의 타측면에 2개 1조로 대응하는 설치홈(12)을 일측단에서 타측단까지 일정간격 이격되게 연속적으로 형성하는 것으로, 이 설치홈(12)은 입구가 좁고 요입된 단부가 넓게 소정 깊이로 요입되며, 전.후방으로 관통되는 것으로, 이러한 설치홈(12)은 일측단에서 타측단까지 일정간격 이격되게 연속적으로 형성한다. 또한 상기 접지면(11)의 양단에는 내측으로 경사지게 절취된 연결홈(13)을 형성한다. 이러한 연결홈(13)에 절반씩 끼워 삽입되도록 양단이 연결홈(13)의 경사와 동일한 각도로 경사진 연결부재(14)를 구비한다.

상기 휜(21)은 다수의 공간(211)을 일렬로 형성하고, 각 공간(211)를 구획하는 격벽과 일측단(212) 및 타측단(213)의 높이를 동일하게 하며, 상기 소자접지부(10)의 설치홈(12)과 대응하는 일측단(212)에는 설치홈(12)에 강제로 압입되어 수용되도록 설치홈(12)과 동일한 형상을 가지는 2개1조의 삽입돌기(214)를 양측에 일정 간격 이격되게 구성한다.

그리고 제4도에 도시된 바와 같이 휜(21)의 타측단에 상기 일측단에 돌설된 삽입돌기(214)와 동일한 형태의 삽입돌기(214′)를 구비하여 소자접지부(10)를 양측에 구성하고져 할 때 사용할 수 있도록 한다.

상기 휜지지대(22)는 상기 휜(21)과 동일한 폭을 가지며 다수의 공간(221)을 일렬로 형성하고, 상기 소자접지부(10)의 단부에 형성된 설치홈(12)과 대응하는 일측단(222)에는 소자접지부(10)의 설치홈(12)에 강제로 압입되어 수용되도록 설치홈(12)과 동일한 형상을 가지는 2개1조의 삽입돌기(223)를 일정 간격 이격되게 구성하며, 타측단에는 방열부(20)를 복개하는 커버(미도시)를 체결하는 볼트의 머리를 안내하도록 요입된 볼트가이드(224)를 구비한다.

그리고 상기와 같이 히크싱크를 구성하는 각 부품들의 알루미늄(Al) 소재의 표면에 동(Cu)을 도금 처리하거나 동(Cu)합금, 또는 동(Cu)+니켈(Ni), 동(Cu)+크롬(Cr)에 의한 2중도금 처리하여 방열 성능을 증대시킬 수 있도록 한다.

또한 각 부품의 알루미늄(Al) 소재 표면 또는 상기와 같이 도금처리된 표면에 알루미늄 세라믹 또는 바이오 세라믹을 코팅하거나 바이오 테프론 또는 세라믹이나 테프론을 코팅처리 하여 절연성을 증대시킬 수 있도록 한다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명 히트싱크의 결합과정과 그에 따르는 작용효과를 상세히 설명한다.

소자접지부(10)와 방열부(20)를 구성하는 형성시키는 과정을 보면, 먼저 규격을 정하고, 그 규격에 방열부(20)의 치수가 일치하도록 휜(21)의 개수와 이에 대응하는 소자접지부(10)의 수와 위치를 결정한다.

예를 들어 제3도에 도시된 바와 같이 11개의 휜(21)이 결합된 규격의 방열부(20)를 형성하고져 할 경우에는 먼저 2개의 소자접지부(10)를 길이방향으로 맞대어 연결홈(13)에 연결부재(14)를 삽입하여 일체로 연결한후 연결된 소자접지부(10)를 프레스의 하부다이에 수평으로 안착시킨다.

이어서 프레스 상부다이의 작동구에 휜지지대(22)의 일측단이 하부를 향하도록 타측단을 파지하여 소자접지부(10)의 일측단에 형성된 설치홈(12)과 수직으로 일치되게 한후 이 설치홈(12)에 휜지지대(22)의 삽입돌기(223)를 강제로 압입하여 조립한다. 이러한 휜지지대(22)의 조립이 종료되면 프레스 상부다이의 작동구에 휜지지대(22)의 일측단이 하부를 향하도록 타측단을 파지하여 상긴 휜지지대(22)가 조립된 타측의 설치홈(12)과 수직으로 일치되게 한후 이 설치홈(12)에 휜(21)의 삽입돌기(214)를 강제로 압입하여 조립하는 것이며, 이러한 휜(21)의 조립은 순차적으로 행하여지게 되는 것이며, 휜(21)의 조립이 타측까지 완료되면 소자접지부(10)의 타측단에 형성된 설치홈(12)에 상기와 동일한 과정으로 휜지지대(22)를 강제로 압입한다. 상기에서 설명한 휜(21)과 휜지지대(22)의 조립 순서 및 수단은 변형이 가능할 것이다.

그리고 전력용 반도체소자를 양측에 접지하고져 할 경우에는 제4도에 도시된 휜(21)의 일측단 삽입돌기(214)를 소자접지부(10)에 형성된 설치홈(12)에 강제로 압입하고, 그 양단에 휜지지대(22)를 조립한후 휜(21)의 삽입돌기(214′)측에 소자접지부(10′)를 강제로 압입시켜 조립을 완료하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 소자접지부를 좌.우 연속적으로 연결할 수 있게 하고, 이 소자접지부 접지면의 타측에 다수의 휜을 강제 압입방식으로 하나씩 조립하며, 상기 휜이 조립된 소자접지부의 양단에 휜지지대를 조립할 수 있게 구성하여 휜(FIN)의 모양, 치수 및 방열 성능이 제한 받는 것을 해소하고, 조립구조를 용이하게 함으로서 전자기기의 방열량에 따라 휜의 모양과 치수를 다르게 성형하기 위하여 각 모델별로 금형을 제조해야 하는 비경제적인 문제점을 해소할 수 있다. 또한 모델별로 성형된 제품의 재고부담을 줄일 수 있으며, 휜을 소자접지부에 용이하게 조립할 수 있을 뿐만 아니라 알루미늄(Al)의 표면을 도금 또는 코팅처리 하여 방열성 및 전열성을 향상시킬 수 있는 이점을 가지는 것이다.

Claims

양측벽을 길이 방향으로 맞대어 연결하고, 양측벽의 사이에 다수의 공간이 형성된 휜을 연속적으로 조립하도록 구성되는 히트싱크(HEAT SINK)에 있어서, 측벽 접지면(11)의 반대측면에 입구가 좁고 요입부가 넓게 소정 깊이로 요입되고 전.후방으로 관통된 2개 1조의 설치홈(12)을 일측단에서 타측단까지 일정간격 이격되게 연속적으로 구성하고, 상긴 접지면(11)의 양단에 내측으로 경사지게 절취된 연결홈(13)을 형성하며, 이 연결홈(13)에 절반이 끼워 맞춤식으로 삽입되도록 양단이 연결홈(13)의 경사와 동일한 각도로 경사진 연결부재(14)를 구성한 소자접지부(10)와 ; 각 공간(211)을 구획하는 격벽과 일측단(212) 및 타측단(213)의 높이를 동일하게 하며, 상기 소자접지부(10)의 설치홈(12)과 대응하는 일측단(212)에 2개1조의 삽입돌기(214)를 일정 간격 이격되게 구성한 휜(21)과, 상긴 휜(21)과 동일한 폭을 가지며 다수의 공간(221)을 일렬로 형성하고, 상기 소자접지부(10)의 단부에 형성된 설치홈(12)과 대응하는 일측단(222)에 2개1조의 삽입돌기(223)를 양측에 일정 간격 이격되게 구성하며, 타측단에 방열부(20)를 복개하는 커버를 체결하는 볼트 머리를 안내하도록 요입된 볼트가이드(224)를 구성한 휜지지대(22)으로 구성된 것을 특징으로 하는 히트싱크.
제1항에 있어서, 휜(21)의 타측단에 일측단의 삽입돌기(214)와 동일한 형태의 삽입돌기(214′)를 구성함을 특징으로 하는 히트싱크(HEAT SINK).