KR100504692B1 - A Laminated Type Heat Sink - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적층형 히트싱크에 관한 것으로, 전자기기에 접지고정되는 방열기판(12)의 크기확대 및 구조변경없이 일정간격으로 배열구성되는 방열핀봉(14)들을 구조적으로 열교환효율이 향상될 수 있도록 물결파형의 막대구조로 적층형성시켜 단위체적당 표면적의 증가와 함께 열방출량을 구조적으로 높힐 수 있으며, 이를 위해 전자기기에 접지고정되는 방열기판(12)과, 각각 길이방향으로 상기 방열기판(12) 위에 일정간격으로 배열설치되면서 그 위로 다시 직각방향으로 배열설치되는 적층구조가 2층 이상으로 반복형성되는 방열핀봉(14)과, 가장 위쪽에 배열위치하는 상기 방열핀봉(14) 위로 장착고정되는 송풍팬(20)을 포함하여 이루어지며, 특히 상기 방열핀봉(14)들은 각각 길이방향으로 물결파형의 열교환홈(16)이 요홈형성되어 모재인 방열기판(12) 위에 브레이징접합으로 일체결합되거나, 또는 상기 방열기판(12)과 함께 다이캐스팅 주조가공으로 일체성형되어 방열체(10)를 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a laminated heat sink, wherein the heat dissipation fin rods 14 arranged at regular intervals without increasing the size and structure of the heat dissipation substrate 12 fixed to the electronic device are structurally waved to improve heat exchange efficiency. By forming a stack of corrugated rod structures, heat dissipation can be structurally increased with an increase in surface area per unit volume. For this purpose, the heat dissipation substrate 12 fixed to the electronic device and the heat dissipation substrate 12 in the longitudinal direction, respectively. Heat dissipation fin bar 14, which is arranged at regular intervals, and is stacked on top of the heat dissipation fin bar 14, which is repeatedly arranged in a direction perpendicular to the stacking structure. In particular, the heat dissipation fin rods 14 are formed on the heat dissipation substrate 12, which is a base material by forming a recessed heat exchange groove 16 in the longitudinal direction, respectively. Or integrally coupled to brazing, or is integrally molded by die-casting casting process with the radiator plate 12 is characterized by forming a heat sink (10).
Description
본 발명은 단위면적당 열방출량을 높힌 적층형 히트싱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경량화 소형구조로 단위체적당 표면적을 증가시킬 수 있으면서 방열체 상부로 열전도를 향상시켜 열방출량을 구조적으로 높힐 수 있도록 한 적층형 히트싱크에 관한 것이다.The present invention relates to a laminated heat sink with increased heat dissipation per unit area. More specifically, the laminated heat sink can increase surface area per unit volume in a light weight and compact structure while improving heat conduction on top of a heat sink to structurally increase heat dissipation. It is about a heat sink.
잘 알려져 있는 바와같이, 전자칩의 고집적화에 따른 전자기기의 소형화 추세는 전자부품이나 장치에서 발생되는 열을 제거하는 방열처리가 중요한데, 이는 전자부품의 작동온도가 그 작동수명은 물론 장치의 원활한 작동관계에 절대적인 영향을 좌우하게 되며, 특히 전자칩의 작동온도를 설계온도보다 10℃ 높힐 때마다 전자칩의 수명이 50% 이상씩 감소하는 것으로 알려져 있다.As is well known, the trend toward miniaturization of electronic devices due to the high integration of electronic chips is a heat dissipation treatment that removes heat generated from electronic parts or devices, which is characterized by the operating temperature of the electronic parts as well as the smooth operation of the device. It is known that the absolute influence on the relationship is determined, and in particular, the lifespan of the electronic chip is reduced by 50% or more whenever the operating temperature of the electronic chip is increased by 10 ° C. above the design temperature.
특히, 장파장의 반도체 레이저 고속 고출력, 단파장, 장거리 전송이므로 열에 의해 출력특성이 불안정하므로 냉각 및 항온화가 절대적으로 필요하며, 또한 PC 의 경우 고성능화, 고속화에 따른 높은 집적도로 발전되어 왔으나, 고집적화에 따른 발열밀도의 증대로 발생되는 열을 효율적으로 분산시키고 냉각시키기 위한 기술의 발전이 동반되어 있지 않은 실정이다.In particular, because of the high speed, high power, short wavelength, and long-distance transmission of semiconductor lasers, output characteristics are unstable due to heat, so cooling and incubation are absolutely necessary. In addition, PC has been developed with high integration due to high performance and high speed, but generates heat due to high integration. There is no development of technology for efficiently dispersing and cooling the heat generated by the increase in density.
아울러, 전자칩의 온도를 낮게 유지하면서 높은 열유속을 제거할 수 있는 여러가지 냉각기술의 개발이 전자기기의 수명과 발전속도를 좌우한다고 해도 과언은 아니며, 이에따라 소형화되는 전자부품의 열에 의한 잡음 및 수명단축과 출력특성의 불안정화를 방지하기 위한 방열수단으로 히트싱크(Heat Sink)가 적용되고 있다.In addition, it is no exaggeration to say that the development of various cooling technologies that can remove high heat flux while keeping the temperature of electronic chips low affects the lifespan and the development speed of electronic devices. Heat sink is applied as a heat dissipation means to prevent destabilization of the output characteristics.
이러한, 히트싱크는 전자부품이나 소자에서 열을 흡수하여 외부로 발산시킴으로서 해당 장치의 급격한 온도상승을 방지하기 위한 냉각용 방열체로, 현재 사용되고 있는 히트싱크는 늘림성 및 퍼짐성이 풍부하여 성형가공하기 쉬운 알루미늄금속을 주고 사용하여 수평방향의 방열기판에 대해 수직방향으로 다수의 방열핀들이 돌출형성된 제품형태로서 그 위에 송풍팬이 설치결합되고 있다.The heat sink is a cooling radiator for preventing rapid temperature rise of the device by absorbing heat from an electronic component or device and dissipating it to the outside. The heat sink currently used is easy to be molded and processed because of its rich stretchability and spreadability. Blowing fan is installed and installed on it as a product type in which a plurality of radiating fins protrude in a vertical direction with respect to a horizontal radiating substrate by using aluminum metal.
그런데, 지금까지 대부분의 히트싱크는 수평방향의 방열기판과 수직방향의 방열핀들로 이루어지는 방열체 전체가 압출성형에 의한 밀폐된 단순한 판상형태로서 이루어진 관계로, 열교환효율을 높히기 위해서는 히트싱크인 방열체의 크기를 크게 하는 방법 이외에는 별다른 대안이 없다는 한계점이 있었다.By the way, since most of the heat sinks are heat sinks made of horizontal heat sinks and heat sinks in vertical direction, the entire heat sink is formed in a simple plate-like shape closed by extrusion molding. There is a limit that there is no alternative except to increase the size of.
따라서, 본 발명은 수평방향의 방열기판에 대해 수직방향으로 다수의 방열핀들이 돌출형성시켜 전자기기의 방열수단으로 적용되었던 지금까지의 히트싱크가 갖는 한계점을 극복하고자 발명된 것으로, 전자기기에 접지고정되는 방열기판의 크기확대 및 구조변경없이 일정간격으로 배열구성되는 방열핀들을 구조적으로 열교환효율이 향상될 수 있도록 물결파형의 막대구조로 적층형성시켜 단위체적당 표면적의 증가와 함께 열방출량을 구조적으로 높힐 수 있는 적층형 히트싱크를 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was invented to overcome the limitations of the heat sinks, which have been applied as a heat dissipation means of the electronic device by forming a plurality of heat dissipation fins in a vertical direction with respect to the horizontal heat dissipation board, and fixing the ground to the electronic device. The heat dissipation fins arranged at regular intervals without increasing the size of the heat dissipation board and structural changes are laminated in a wavy wave structure so that the heat exchange efficiency can be improved structurally, and the heat dissipation can be structurally increased with the increase of the surface area per unit volume. The purpose is to provide a stacked heat sink.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 적층형 히트싱크는, 전자기기에 접지고정되는 방열기판과, 각각 길이방향으로 상기 방열기판 위에 일정간격으로 배열설치되면서 그 위로 다시 직각방향으로 배열설치되는 적층구조가 2층 이상으로 반복형성되는 방열핀봉과, 가장 위쪽에 배열위치하는 상기 방열핀봉 위로 장착고정되는 송풍팬을 포함하여 이루어지는 특징으로 한다.Laminated heat sink of the present invention for achieving the above object, the heat dissipation substrate which is grounded to the electronic device, and the laminated structure arranged in a right direction again and installed on the heat dissipation substrate at regular intervals in the longitudinal direction respectively Is characterized in that it comprises a heat sink fin rod that is repeatedly formed in two or more layers, and a blowing fan that is mounted fixed to the heat dissipation fin rod arranged in the uppermost position.
특히, 상기 방열핀봉은 각각 길이방향으로 물결파형의 열교환홈이 요홈형성되어 모재인 방열기판 위에 브레이징접합으로 일체결합되거나, 또는 상기 방열기판과 함께 다이캐스팅 주조가공으로 일체성형되어 방열체를 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the heat dissipation fin bar is formed in each longitudinal wave heat exchange groove grooves are integrally bonded by brazing bonding on the base substrate heat-radiating substrate, or integrally formed by die casting casting processing together with the heat dissipation substrate to form a heat sink. It is done.
아울러, 상기 방열핀봉은 수평방향의 핀의폭에 대해 수직방향의 핀높이와 이웃하는 방열핀봉들 사이의 핀간격이 5배 이하(L/D < 5)로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the heat dissipation fin bar is characterized in that the fin spacing between the fin height in the vertical direction and the fins in the adjacent direction with respect to the width of the fin in the horizontal direction is formed 5 times or less (L / D <5).
이하, 본 발명에 의한 적층형 히트싱크의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a stacked heat sink according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 모재인 방열기판(12) 위로 다수의 방열핀봉(14)들이 층을 달리하여 서로 직각방향으로 적층배열되는 방열체(10)의 분리상태 및 결합상태를 각각 도시한 것이며, 아울러 도 3은 본 발명에 따라 브레이징접합 또는 다이캐스팅으로 가공형성된 방열체(10) 위로 송풍팬(20)을 장착구성시킨 히트싱크의 사용상태를 도시한 것이다.1 and 2 are a plurality of heat dissipation fin rods 14 on the heat dissipation substrate 12 which is the base material according to the present invention. 3 shows a state of use of the heat sink in which the blower fan 20 is mounted on the heat sink 10 formed by brazing bonding or die casting according to the present invention.
도면에서 보는 바와같이, 본 발명의 히트싱크를 이루는 방열체(10)는 지금까지의 히트싱크에서와 같이 내식성 및 방열성이 우수한 알루미늄금속재로 가공형성되며, 우선 판상형태로 모재를 이루어 전자기기(도면도시 생략)에 접지고정되는 방열기판(12)은 막대형상으로 다수 배열설치되는 방열핀봉(14)과 별도로 각각 다이캐스팅으로 주조가공되거나, 또는 함께 해당형태의 다이주조를 통해 정밀하게 성형가공될 수 있다.As shown in the figure, the heat sink 10 constituting the heat sink of the present invention is formed by processing the aluminum metal material excellent in corrosion resistance and heat dissipation as in the heat sink so far, first, the base material in the form of a plate made of electronic equipment (drawings) The heat dissipation substrate 12 fixed to the ground (not shown) may be cast by die casting separately from the heat dissipation fin rods 14 arranged in a plurality of rods, or may be precisely molded through die casting of a corresponding type. .
즉, 다이캐스팅 주조가공을 통해 방열기판(12)과 방열핀봉(14)이 일체구조로 방열체(10)를 형성할 수 있으며, 또는 단일구성인 상기 방열기판(12)과 복수구성인 방열핀봉(14)을 각각 다이캐스팅으로 성형가공하여 이들을 서로 브레이징접합으로 일체결합시킬 수 있다.That is, the heat dissipation substrate 12 and the heat dissipation fin bar 14 may be integrally formed through the die casting casting process, or the heat dissipation fin rods having a plurality of heat dissipation substrates 12 and the heat dissipation substrate 12 may be formed in a single structure. 14) can be molded by die casting, respectively, and they can be integrally bonded to each other by brazing joints.
잘 알려져 있듯이, 본 발명의 방열체(10) 성형가공에 적용되는 다이캐스팅(Die Casting)은 제품치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없고, 기계적 성질이 우수하며 대량생산이 가능하고 생산비가 저렴한 장점이 있다.As is well known, the die casting applied to the heat dissipation 10 forming process of the present invention has almost no need to be trimmed because the product dimensions are accurate, and has the advantages of excellent mechanical properties, mass production, and low production costs. have.
아울러, 본 발명에 따라 각각 주조가공된 방열기판(12)과 방열핀봉(14)을 서로 일체구조화시키기 위해 적용되는 브레이징(Brazing)은 450℃ 이상의 온도에서 접합하고자 하는 모재(Base Metal) 용융점(Melting Point) 이하에서 모재는 상하지않고 용가제와 열을 가하여 두 모재를 접합하는 방법으로 미려하면서 정교한 접합구조를 얻을 수 있다.In addition, the brazing applied to integrally structure each of the heat-dissipating substrate 12 and the heat-dissipating fin bar 14 casted according to the present invention is a base metal melting point to be joined at a temperature of 450 ° C. or higher. Point) Below, the base material is not damaged, but by applying a solvent and heat, it is possible to obtain a beautiful joint structure by combining the two base materials.
한편, 방열기판(12) 위에 다층배열되는 방열핀봉(14)은 상기 방열기판(12)의 폭크기만큼 막대형상으로 길이형성되는데, 각각의 방열핀봉(14)들은 대기와의 열교환면적이 구조적으로 향상될 수 있도록 길이방향 양측으로 물결파형의 열교환홈(16)이 요홈형성된다.On the other hand, the heat radiation fin bar 14 is arranged in a multi-layer arrangement on the heat radiation substrate 12 is formed in the shape of a rod as long as the width of the heat radiation substrate 12, each of the heat radiation fin rods 14 is structurally heat exchange area with the atmosphere The wavy wave heat exchange grooves 16 are formed in both sides in the longitudinal direction so as to be improved.
특히, 도 1의 원안에서 보는 바와같이 방열핀봉(14)은 수평방향의 폭크기(D)에 대해 수직방향의 핀높이(H)와 이웃하는 핀간격(L)이 2배 이상 5배 이하(L/D < 5)로 형성됨이 바람직하며, 이는 전자기기의 회로기판상에 본 발명의 히트싱크를 장착시킨 상태에서 열방출상태를 실험한 결과 각각의 방열핀봉(14)들이 자체의 폭 크기(D)를 기준으로 핀높이(H)와 핀간격(L)이 2-5배 내외일 때 열교환효율이 우수한 것을 알 수 있었다.In particular, as shown in the original drawing of Figure 1, the heat radiation fin bar 14 has a fin height (H) in the vertical direction and the fin spacing (L) adjacent to the width width (D) in the horizontal direction of 2 times or more 5 times ( L / D <5), and the heat dissipation state of the heat sink is tested with the heat sink of the present invention mounted on the circuit board of the electronic device. Based on D), it was found that heat exchange efficiency was excellent when the fin height (H) and the fin spacing (L) were about 2-5 times.
그리고, 방열기판(12) 위로 다수층의 방열핀봉(14)들이 적층배열될 때 상기 방열기판(12) 위에 1층의 방열핀봉(14)들이 종방향으로 배열설치되었으면 2층의 방열핀봉(14)들은 1층의 상기 방열핀봉(14)들과 직각방향인 횡방향으로 배열설치되며, 계속해서 3층의 방열핀봉(14)들은 1층의 방열핀봉(14)들과 동일방향과 동일간격으로 배열설치되고 4층의 방열핀봉(14)들도 2층의 방열핀봉(14)들과 동일방향과 동일간격으로 배열설치되는데, 이때 이들 방열핀봉(14)들의 배열층수는 제품특성에 따라 가감조절될 수 있음은 물론이다.When the heat dissipation fin rods 14 of a plurality of layers are stacked and arranged on the heat dissipation substrate 12, if the heat dissipation fin rods 14 of one layer are arranged in the longitudinal direction on the heat dissipation substrate 12, the heat dissipation fin rods 14 of the second layer are arranged. ) Are arranged in the transverse direction perpendicular to the heat dissipation fin rods 14 of the first layer, and the heat dissipation fin rods 14 of the third layer are the same direction and the same interval as the heat dissipation fin rods 14 of the first layer. The heat radiation fins 14 of the four layers are arranged and arranged in the same direction and the same direction as the heat radiation fins 14 of the second layer, wherein the number of layers of the heat radiation fins 14 is adjusted according to the product characteristics Of course it can be.
그리고, 방열기판(12) 위로 다수적층된 방열핀봉(14)중 가장 위쪽에 배열위치하는 상기 방열핀봉(14) 위로 통상의 송풍팬(20)이 장착구성됨으로서 전자기기에 부착사용되는 본 발명의 적층형 히트싱크가 제품완성될 수 있다.In addition, a general blower fan 20 is mounted on the heat dissipation fin rod 14 arranged at the top of the heat dissipation fin rods 14 stacked on the heat dissipation substrate 12 so as to be attached to an electronic device. The laminated heat sink can be finished.
이와같이 구성되는 본 발명의 적층형 히트싱크는 도 3의 사용상태에 도시한 제품형태로서 전자기기에 부착사용되며, 해당 전자부품 및 소자에서 발생되는 열이 우선 판상형태로 직접 접지고정된 방열기판(12)을 통해 흡수되고, 동시에 층마다 배열방향을 달리하면서 측면에 열교환홈(16)이 요홈형성된 막대형상의 방열핀봉(14)들을 통해 대기와 열교환되어 구조적으로 향상된 방열효율을 얻을 수 있다.The laminated heat sink of the present invention configured as described above is used to attach to an electronic device as a product form shown in the use state of FIG. 3, and heat generated from the electronic component and the device is first ground-fixed directly into a plate shape. It is absorbed through), and at the same time, the heat exchange groove 16 is formed on the side while the heat exchange groove 16 is formed on the side while the heat exchange fin bar 14 is heat-exchanged with the atmosphere to obtain a structurally improved heat radiation efficiency.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 적층형 히트싱크에 의하면, 통상의 히트싱크에 비해 전자기기의 냉각에 필요한 전열면적이 구조적으로 확대될 수 있어 단위면적당 열방출량이 증가됨으로서 히트싱크의 소형화가 가능할 수 있으며, 이는 결과적으로 단위체적당 표면적의 증가와 방열체 상부로 열전도를 향상시킬 수 있어 단위체적당 열방충량이 증가됨으로서, 해당 전자기기의 경량 소형화를 가져올 수 있는 물론 전자기기 중에서 열발생의 문제가 있는 모든 곳에 폭넓게 적용할 수 있다.As described above, according to the laminated heat sink of the present invention, the heat transfer area required for cooling of the electronic device can be structurally enlarged compared to the conventional heat sink, and thus the heat sink per unit area can be increased, thereby miniaturizing the heat sink. As a result, the surface area per unit volume can be increased and the thermal conductivity can be improved to the upper part of the heat sink, thereby increasing the heat radiation amount per unit volume, which can lead to a lighter size of the electronic device, as well as a wide range of heat generation problems in the electronic device. Applicable
특히, 본 발명의 적층형 히트싱크는 고출력 장파장의 반도체 레이저, 전자칩, 광통신부품 및 전기 전자부품, 콘덴서, PC의 경우와 같이 고성능화 고속화에 따른 높은 집적도에 따른 단위면적당 열발생량이 높은 전자부품의 냉각이 필요한 곳에 사용이 가능하여 전자기기의 수명과 발전속도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.In particular, the laminated heat sink of the present invention cools an electronic component having a high heat generation amount per unit area due to high integration and high integration, such as high power long-wavelength semiconductor laser, electronic chip, optical communication component and electrical and electronic component, capacitor, and PC. It can be used where it is needed, and it is expected to improve the lifespan and speed of development of electronic devices.
도 1은 본 발명에 따른 적층형 히트싱크의 방열체 결합상태도.1 is a heat sink coupled state of the laminated heat sink according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 적층형 히트싱크의 방열체 분리상태도.Figure 2 is a heat sink separated state of the laminated heat sink according to the invention.
도 3은 본 발명의 방열체 위로 송풍팬이 장착구성된 히트싱크 사용상태도.Figure 3 is a heat sink using state that the blower fan is mounted on the heat sink of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on main parts of drawing
10 : 방열체 12 : 방열기판10: heat sink 12: heat sink
14 : 방열핀봉 16 : 열교환홈14: heat radiation fin rod 16: heat exchange groove
20 : 송풍팬20: blowing fan
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