KR100431762B1 - 히트싱크 - Google Patents

Abstract

냉각효율이 우수하며 먼지 등의 이물질에 의한 냉각성능의 저하를 효율적으로 감소할 수 있는 히트싱크가 제공된다. 히트싱크는 바닥판이 발열소자의 발열면에 부착되는 통형상체로 형성되며, 통형상체의 내부를 상하로 분리하는 상하부 분리판과, 상하부 분리판에 의하여 형성된 하부공간을 다수개의 구역으로 분할하도록 바닥판과 상하부 분리판의 사이에 경사지게 형성되는 측부 분리판과, 측부 분리판의 중간부에 부착면과 평행하게 길이방향으로 삽입된 노즐부와, 측부 분리판에 의하여 분할된 다수개의 구역의 하부면에 형성된 다수개의 핀형상 휜과, 상하부 분리판에 의하여 형성된 상부공간에 설치되며 노즐부를 통하여 상기 휜으로 냉각기류를 공급하기 위한 기류이송수단을 포함하여 구성된다.

Description

히트싱크{HEAT SINK}

트랜지스터나 집적회로 등의 전자부품중 미소한 전류밖에 취급하지 않는 것은 발열량이 작기 때문에 방열에 대해서는 고려할 필요가 없다. 그러나, 컴퓨터에 사용되는 마이크로 프로세서 등과 같은 소자는 상당한 양의 열을 발생하 게 되며, 그에 따라 소자의 온도가 상승하게 되고, 데이타의 처리속도및 처리효율은 이들 소자에서 발생되는 열에너지의 제어 및 제거에 관한 효율성에 상당부분 의존한다. 심한 경우에는, 소자가 영구적으로 손상될 가능성도 있다.

종래의 히트싱크는, 도 1 에서 나타낸 바와 같이, 핀휜(pin fin) 방식의 것이 대부분으로서, 그의 본체는 알루미늄 등의 전열성이 양호한 재료로 형성되 어 있으며, 그의 상부에는 프로세서 등에서 발생되는 열을 방출하기 위하여 복수개의 빗살형상의 방열 휜(fin)들이 수십 개 내지 수백 개 돌출되어 있으며 전체적인 위치는 컴퓨터 칩의 패키지의 중앙에 위치하게 되고, 그의 아래쪽에 수지 등으로 접착되거나 또는 클립 등을 이용하여 압접된다.

이와 같은 히트싱크는 그 자체만으로는 발열효율이 크지 않기 때문에 냉 각풍을 강제로 통풍함으로써 성능을 제고하기 위하여 대부분 홴(fan)이 부가되고 냉각풍의 기류를 발생시켜 휜에 기류가 닿게 함으로써 열을 효율적으로 제거하게 된다. 따라서, 마이크로프로세서 등의 발열소자에서 발생한 열은 히트싱크에 전달된 후에 냉각풍에 흡수된다.

홴에 의하여 발생되는 기류를 휜에 닿게 하는 방법은 종래부터 여러 방식이 있어 왔다. 가장 기본적인 형태는 도 1(A) 에서 나타낸 바와 같이 홴에 의하여 발생되는 냉각풍의 기류를 휜의 상부에서 하부쪽을 향하여 히트싱크의 베이스에 수직한 방향으로 불어주는 것이다. 이 방식의 문제점은, 기류가 휜의 돌출된 상부로부터 하부쪽으로 휜에 평행하게 흐르기 휜 측벽의 열전달 계수가 작아서 냉각효율이 양호하지 않다는 점이다.

다른 형태는 도 1(B)에서 나타낸 바와 같이, 홴의 기류를 히트싱크의 베이스와 평행하게 불어주는 것이다. 이 방식의 문제점은, 히트싱크의 치수가 커져서 기류의 이동방향에서의 길이가 길어지는 경우에는 압력강하가 커지고 기류의 온도가 하류쪽으로 가면서 상승하기 때문에 하류쪽에서는 냉각효과가 크지 않다는 것이다.

이와 같은 단점을 보완하기 위하여 USP 5,063,476 호 및 USP 5,083,194 호에서 나타낸 바와 같은 히트싱크가 개발되어 있다.

USP 5,063,476 호는, 소위 공기충돌 방식의 냉각시스템으로서, 도 1(C)에서 나타낸 바와 같이, 공기배출구측에 장착된 홴에 의하여 공기흡입구쪽으로 들어온 기류가 노즐을 통하여 휜(26)과 인접한 휜(26) 사이의 공간으로 불어넣어지는 방식으로 되어 있다. 그러나 이 선행기술의 문제점은, 히트싱크(24)의 휜(26)사이의 공간을 통과형 베이스에 닿은 기류가 통과하여 빠져나가는 면적이 작을 경우 냉각성능이 떨어진다는 것이다. 또한, 노즐을 설치하기 위한 공간이 확보되어야 한다는 문제점도 가지는 것이었다.

USP 5,083,194 호는, 기판과 기판사이의 통로를 통하여 유입된 공기가 상기 USP 5,063,476 호에서와 마찬가지로 노즐(26)을 통하여 히트싱크(16)에 부딪히도록 한 구성이지만, 도 1(D)에서 나타낸 바와 같이, 이 방식은 상기 홴기류를 휜에 평행한 방향으로 흐르도록 하는 종래의 기술에서와 동일한 문제점을 가지는 것이었다.

한편, 이와 별도로 다공매질을 사용하여 그 사이로 냉각풍을 불어내는 히트싱크들은 사용기간이 경과함에 따라 휜과 휜의 사이에 먼지 등의 이물질이 퇴적하여 냉각성능과 수명이 줄어드는 문제점을 가지고 있었다. 통상의 경우에, 사용자가 장치를 분해하여 히트싱크에 퇴적된 먼지 등의 이물질을 청소하는 경우는 많지 않으므로, 일반적으로 한번 이물질이 퇴적되면 자연적으로 제거되는 것은 불가능하다고 할 수 있다.

본 발명은 발열체를 냉각하기 위한 히트싱크(Heat sink)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각효율이 우수하며 먼지 등의 이물질에 의한 냉각성능의 저하를 효율적으로 감소할 수 있는 히트싱크에 관한 것이다.

도 1(A) 내지 (D)는 종래의 히트싱크에 관한 도면,

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 일부절개 사시도,

도 3 은 도 2 의 단면도,

도 4 는 제 1 실시예의 변형예에 관한 일부절개 사시도,

도 5 는 도 4 의 단면도,

도 6 는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 일부절개 사시도,

도 7 는 도 6 의 단면도,

도 8 은 제 2 실시예의 변형예에 관한 일부절개 사시도,

도 9 는 도 8 의 단면도이다.

도 10(A) 내지 (C)는 히트싱크에 축적되는 먼지와 홴의 파워, 냉각기류의 유량 및 히트싱크의 열전달량의 관계를 각각 나타내는 그래프이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 히트싱크에 있어서의 문제점으로 되고 있는 냉각성능의 비효율성 및 이물질의 퇴적 등을 해결하고 냉각효율이 우수한 히트 싱크를 제공하는 것을 그의 목적으로 하는 것이다.

본 발명자들은 종래의 냉각기류가 핀휜에 대하여 평행한 방향 또는 수직한방향으로 공급되는 방식과는 달리, 냉각기류를 핀휜에 대하여 경사지게 공급함으로써, 상기와 같은 문제점이 해결될 수 있는 것을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 바닥판이 발열소자의 발열면에 부착되는 통형상체로 형성되며, 상기 통형상체의 내부를 상하로 분리하는 상하부 분리판과, 상기 상하부 분리판에 의하여 형성된 하부공간을 다수개의 구역으로 분할하도록 바닥판과 상하부 분리판의 사이에 경사지게 형성되는 측부 분리판과, 상기 측부 분리판의 중간부에 부착면과 다소 경사지게 길이방향으로 삽입된 노즐부와, 상기 측부 분리판에 의하여 분할된 다수개의 구역의 하부면에 형성된 다수개의 핀형상 휜과, 상기 상하부 분리판에 의하여 형성된 상부공간에 설치되며 노즐부를 통하여 상기 휜으로 냉각기류를 공급하기 위한 기류이송수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크를 제공한다.

또한, 본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 바닥판이 발열소자의 발열면에 부착된 통형상체로 형성되며, 상기 통형상체의 내부를 다수개의 구역으로 분할하도록 바닥판과 천정판의 사이에 경사지게 형성되는 측부 분리판과, 상기 측부 분리판의 중간부에 부착면과 평행하게 길이방향으로 삽입된 노즐부와, 상기 측부 분리판에 의하여 분할된 다수개의 구역의 하부면에 형성된 다수개의 핀형상 휜과, 상기 다수개의 구역중의 가장 끝쪽 구역에 설치되며 노즐부를 통하여 상기 휜으로 냉각기류를 공급하기 위한 기류이송수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크를 제공한다.

바람직하게는, 상기 측부분리판의 베이스부에 대한 경사각도는 15도 내지 45도 각도의 범위이다.

또한, 바람직하게는, 상기 기류이송수단은 홴(fan)이나 송풍기(blower)이다.

또한, 바람직하게는, 상기 홴은 히트싱크의 외부로부터 내부로 기류를 유입하는 방식이거나, 또는 히트싱크 내부로부터 외부로 기류를 유출하는 방식이다.

또한, 바람직하게는, 상기 노즐부는 기류의 유입방향보다 유출방향쪽이 좁게 형성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

(제 1 실시예)

이하, 도 2 내지 도 5 를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 설명한다.

도 2 에 있어서, 참조부호 (10)는 본원발명에 따른 히트싱크를 나타내며, 히트싱크(10)는 전체적으로 대략 직육면체의 통형상으로 되어 있으며, 한쪽 측부면(도면에서는 오른쪽 측부면)은 개방되어 있다. 히트싱크(10)의 바닥판(11)은 발열소자의 발열면에 수지 등으로 접착되거나 또는 압접된다.

히트싱크(10)의 내부는 상하부 분리판(16)에 의하여 상부공간 및 하부공간으로 나누어지며, 상부에는 천정판(17)에 형성된 원형구멍에, 후술하는 노즐부(14)로 냉각공기를 공급하기 위하여 히트싱크(10)의 내부로부터 외부로 기류를 빼내거나 또는 외부로부터 내부로 기류를 공급하는 홴(15)이 부착된다. 참조부호 18은 홴 (15)을 구동하기 위한 모터이다.

상하부 분리판(16)에 의하여 구획되는 히트싱크(10)의 하부는 상하부 분리판 (16)과 바닥판(11) 사이의 공간을 다수개의 구역으로 분할하도록 측부 분리판(12)이 다수 개 형성된다. 측부 분리판(12)은 바닥판(11)에 대하여 경사지게 형성되어 있으며, 그 경사각도는 15도 내지 45도 정도이다.

또한, 각각의 측부 분리판(12)에는 그의 중간부에 바닥판(11)과 평행한 방향으로 노즐부(14)가 설치된다. 노즐부(14)는 폭이 좁은 2개의 가늘고 긴 판을 측부 분리판(12)에 형성된 개구에 삽입하여 구성되며 2개의 판은 상호간에 평행하게 구성할 수도 있으며, 기류의 유입측은 폭이 넓고 유출측은 폭이 좁아지도록 깔대기 형상으로 구성할 수도 있다.

측부 분리판(12)에 의하여 다수개의 구역으로 분할된 바닥판(11)의 하부면에는 다수개의 융모(絨毛)형상의 핀휜(13)들이 형성된다. 이 핀휜(13)들은 발열소자로부터 바닥판(11)으로 전달되는 열을 발산하며, 노즐부(14)로부터 들어오는 냉각기류에 의하여 그의 표면으로부터의 열이 신속히 발산된다.

상술한 바와 같은 본원발명의 히트싱크의 작용을 설명한다.

도시하지 않은 전원에 접속된 홴(15)이 작동하면, 홴(15)에 의하여 발생된 냉각기류가 도 3 에 화살표로 나타낸 방향을 따라서 노즐부(14)로 공급되며, 노즐부(14)는 바닥판에 대하여 15도 내지 45도로 경사지게 핀휜(13)을 향하고 있으므로, 핀휜(13)에 대하여 냉각기류가 경사지게 공급된다.

냉각기류는 히트싱크의 핀휜(13)에 경사지게 충돌하여 핀휜(13)으로부터 발산되는 열을 냉각하게 되며, 도면에서 가장 왼쪽의 구역에 있는 핀휜(13)을 냉각한 냉각기류는 다음 노즐부(14)를 통하여 오른쪽 구역의 핀휜(13)의 위로부터 경사지게 공급되며, 다시 노즐부(14)를 통하여 가장 오른쪽 마지막 구역의 핀휜(13)으로도 경사지게 공급된다.

도 4 및 도 5 는 제 1 실시예의 변형예이다.

이 변형예는 전체적인 구성이 제 1 실시예와 거의 동일하지만, 노즐의 방향이 외부로부터 냉각기류를 히트싱크의 내부로 흡입하도록 되어 있으며, 따라서 제 1 실시예에서와는 달리, 홴(15)의 회전방향은 내부의 공기를 외부로 배출하는 흡입방향으로 되어 있다.

(제 2 실시예)

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 제 2 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 동일부분에 대하여는 동일부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다.

도 6 에 있어서, 참조부호 (20)는 본원발명에 따른 히트싱크를 나타내며, 히트싱크(10)는 전체적으로 대략 직육면체의 통형상으로 되어 있으며, 한쪽 측부면(도면에서는 오른쪽 측부면)은 개방되어 있다. 히트싱크(10)의 바닥판(11)은 발열소자의 발열면에 수지 등으로 접착되거나 또는 압접된다.

히트싱크(10)의 내부는 천정판(17)과 바닥판(11)에 의하여 공간이 형성되어 있으며, 상기 개방된 한쪽 측부면과 대향하는 측부면에는 후술하는 노즐부(14)로 냉각공기를 공급하기 위하여 히트싱크(10)의 내부로부터 외부로 기류를 빼내거나 또는 외부로부터 내부로 기류를 공급하는 홴(15)이 부착된다.

히트싱크(20)에는, 천정판(17)과 바닥판(11) 사이의 공간을 다수개의 구역으로 분할하도록 측부 분리판(12)이 다수 개 형성된다. 측부 분리판(12)은 바닥판 (11)에 대하여 경사지게 형성되어 있으며, 그 경사각도는 15도 내지 45도 정도이다.

또한, 각각의 측부 분리판(12)에는 그의 중간부에 바닥판(11)과 평행한 방향으로 노즐부(14)가 설치된다. 이들 노즐부(14)의 구성은 제 1 실시예와 동일하다.

측부 분리판(12)에 의하여 다수개의 구역으로 분할된 바닥판(11)의 하부면에는 다수개의 융모(絨毛)형상의 핀휜(13)들이 형성된다. 이 핀휜(13)들은 발열소자로부터 바닥판(11)으로 전달되는 열을 발산하며, 노즐부(14)로부터 들어오는 냉각기류에 의하여 그의 표면으로부터의 열이 신속히 발산된다.

상술한 바와 같은 제 2 실시예의 작용을 설명한다.

도시하지 않은 전원에 접속된 홴(15)이 작동하면, 홴(15)에 의하여 발생된 냉각기류가 도 6 에 화살표로 나타낸 방향을 따라서 노즐부(14)로 공급되며, 노즐부(14)는 바닥판에 대하여 15도 내지 45도로 경사지게 핀휜(13)을 향하고 있으므로, 핀휜(13)에 대하여 냉각기류가 경사지게 공급된다.

냉각기류는 히트싱크의 핀휜(13)에 경사지게 충돌하여 핀휜(13)으로부터 발산되는 열을 냉각하게 되며, 도면에서 가장 왼쪽의 구역에 있는 핀휜(13)을 냉각한 냉각기류는 다음 노즐부(14)를 통하여 오른쪽 구역의 핀휜(13)의 위로부터 경사지게 공급되며, 다시 노즐부(14)를 통하여 가장 오른쪽 마지막 구역의 핀휜(13)으로도 경사지게 공급된다.

도 8 및 도 9 는 제 1 실시예의 변형예이다.

이 변형예는 전체적인 구성이 제 1 실시예와 거의 동일하지만, 노즐의 방향이 외부로부터 냉각기류를 히트싱크의 내부로 흡입하도록 되어 있으며, 따라서 제 1 실시예에서와는 달리, 홴(15)의 회전방향은 내부의 공기를 외부로 배출하는 흡입방향으로 되어 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 히트싱크 및 종래의 히트싱크에 있어서의 먼지와 히트싱크의 효율의 관계에 대하여 살펴본다.

도 10(A) 내지 (C)는 히트싱크에 축적되는 먼지와 홴의 파워, 냉각기류의 유량 및 히트싱크의 열전달량의 관계를 각각 나타내는 그래프이다.

각 도면에 있어서 a 선은 도 1(B)에서 나타낸 바와 같이, 홴의 기류를 히트싱크의 베이스와 평행하게 불어주는 방식에 관한 것이고, b 선은 본 발명에 따른 냉각방식에 관한 것이며, c 선은 도 1(A)에서 나타낸 바와 같이, 홴에 의하여 발생되는 냉각풍의 기류를 휜의 상부에서 하부쪽을 향하여 히트싱크의 베이스에 수직한 방향으로 불어주는 방식에 관한 것이다.

홴의 냉각기류를 핀휜의 베이스와 평행한 방향으로 공급하여 불어주는 a 방식은, 먼지가 없는 이상적인 경우에는 도 10(C)에서 보는 바와 같이 열전달량이 가장 크다. 그러나, 축적되는 먼지의 양이 증가하여 기류와 닿는 앞쪽부분이 막히게 되면 냉각기류의 흐름을 가장 직접적으로 방해하므로, 얼마 안가서 유로가 완전히 막히게 되고, 따라서 홴의 파워가 급격히 증가하게 되며, 유량과 열전달량도 급격히 감소하게 된다.

한편, 홴의 냉각기류를 핀휜의 상부로부터 베이스로 향하여 수직방향으로서 불어주는 c 방식의 경우는, 홴의 파워는 거의 변화가 없다. 이는, 공기를 흡입하여 핀휜에 분사하기까지의 유로에 있어서 먼지의 영향이 거의 없기 때문이다. 따라서, 먼지량의 증가에 따른 유량의 감소도 거의 없게 된다. 다만, 장기간 사용하는 경우 휜에 들러붙는 먼지에 의하여 열전달면이 감소하기는 하지지만, 이 방식은 속성상 기류와 충돌하는 휜의 표면적이 적으므로 이러한 열전달면의 감소가 열전달량의 감소에 직접적으로 크게 영향을 주지는 않는다. 따라서 도 10(C)에 나타낸 바와 같이 먼지량의 증가에 따른 열전달량의 변화는 완만하다.

반면에, 본원발명인 b 방식의 경우, 상부에 자유공간을 두고 노즐을 통하여 경사지게 냉각기류를 핀휜에 충돌시키게 되어, 먼지량이 증가함에 따라 홴의 파워는 다소 감소하는 경향을 보이게 된다. 또한, 먼지가 쌓인 부분을 공기가 지나갈 때 핀휜 전체와 충돌하지 못하고 핀휜의 상부에 충돌한 후 다음 구역으로 흐르게 되므로 공기의 경로는 오히려 짧아지게 된다. 따라서, 소모전력은 감소하게 된다. 이에 따라, 유량은 증가하게 되고 열전달면이 감소하며 전체적으로 열전달량은 다소 줄어들게 된다. 그러나, 각 구역에서 지속적으로 핀휜과 냉각기류가 경사지게 충돌하게 되므로 휜과 냉각기류가 닿지 않게 되는 소위 데드 존이 작고 먼지량 증가에 따른 열전달량의 감소크기는 상대적으로 작다.

따라서, 실제 제품에 장치하여 사용하는 경우 본원발명이 열전달 효율과 내구성의 면에서 종래의 방식보다 유리함을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본원발명에 따르면, 홴으로부터의 냉각기류를 핀휜에 경사지게 공급함으로써, 냉각효율이 우수하며, 먼지 등의 이물질의 퇴적의 영향을 받지 않는 우수한 히트싱크를 제공할 수 있다.

비록 본 발명은 현재의 바람직한 실시예를 바탕으로 기술되었으나, 상기의 실시예를 예시를 목적으로 한 것이며, 본원발명의 범위를 한정함을 의도한 것은 아니다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 상기기술내용을 일독한 후에는 다양한 변형 및 변경이 가능함을 알 수 있다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 상기한 실시예 뿐 아니라 그의 기술적 범위에 포함되는 모든 변형 및 변경을 포함하는 것을 의도한 것이다.

Claims (8)

1. 바닥판이 발열소자의 발열면에 부착되는 통형상체로 형성되며:

   상기 통형상체의 내부를 상하로 분리하는 상하부 분리판과;

   상기 상하부 분리판에 의하여 형성된 하부공간을 다수개의 구역으로 분할하도록 바닥판과 상하부 분리판의 사이에 경사지게 형성되는 측부 분리판과;

   상기 측부 분리판의 중간부에 부착면과 다소 경사지게 길이방향으로 삽입된 노즐부와;

   상기 측부 분리판에 의하여 분할된 다수개의 구역의 하부면에 형성된 다수개의 핀형상 휜과;

   상기 상하부 분리판에 의하여 형성된 상부공간에 설치되며 노즐부를 통하여 상기 휜으로 냉각기류를 공급하기 위한 기류이송수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
2. 바닥판이 발열소자의 발열면에 부착된 통형상체로 형성되며:

   상기 통형상체의 내부를 다수개의 구역으로 분할하도록 바닥판과 천정판의 사이에 경사지게 형성되는 측부 분리판과;

   상기 측부 분리판의 중간부에 부착면과 다소 경사지게 길이방향으로 삽입된 노즐부와;

   상기 측부 분리판에 의하여 분할된 다수개의 구역의 하부면에 형성된 다수개의 핀형상 휜과;

   상기 다수개의 구역중의 가장 끝쪽 구역에 설치되며 노즐부를 통하여 상기 휜으로 냉각기류를 공급하기 위한 기류이송수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측부분리판의 베이스부에 대한 경사각도는 15도 내지 45도 각도의 범위인 것을 특징으로 하는 히트싱크.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기류이송수단은 홴(fan)인 것을 특징으로 하는 히트싱크.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기류이송수단은 송풍기(blower)인 것을 특징으로 하는 히트싱크.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 홴은 히트싱크의 외부로부터 내부로 기류를 유입하는 방식인 것을 특징으로 하는 히트싱크.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 홴은 힝트싱크의 내부로부터 외부로 기류를 유출하는 방식인 것을 특징으로 하는 히트싱크.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 노즐부는 기류의 유입방향보다 유출방향쪽이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.