KR100885231B1 - 히트싱크 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스카이빙(skiving) 절삭가공에 의해 형성되는 방열핀을 가지는 히트싱크 및 이를 이용한 히트싱크 어셈블리에 관한 것이다. 히트싱크(1,heat sink)는, 알루미늄으로 된 금속원판의 일면에 일방향을 따라 1 ~ 8mm의 두께(t)로 스카이빙(skiving) 절삭하여 다수의 절삭편(4)을 형성하되, 절삭깊이는 상기 금속원판 전체 두께(T)에 대하여 0.2 ~ 0.8 배로 함으로써 절삭편의 일단은 금속원판 본체(6)에 붙어있도록 한 후; 상기 절삭편(4)이 서로 이격되도록 상기 절삭편(4)을 휘어 세움으로써 방열핀(8)을 형성하게 되는 것을 특징으로 한다.

방열핀, 히트싱크(heat sink), 방열기, 열전달, 스카이빙(skiving), 슬라이싱(slicing)

Description

히트싱크 어셈블리{heat sink assembly}

본 발명은 히트싱크 및 이를 이용한 히트싱크 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭가공에 의해 형성되는 방열핀을 가지는 히트싱크 및 이를 이용한 히트싱크 어셈블리에 관한 것이다.

발열체로부터 외부로 열을 강제적으로 전달시킴으로써 열파손으로부터 발열체를 보호하기 위한 용도로 히트싱크(heat sink, 또는 방열기)이 제공된다. 열전달에 있어 중요한 요소로는 특정 열매개체가 고유상수로써 가지고 있는 열전달율이다. 그러나 열전달율이 높은 소재의 개발에는 한계가 있기 마련이다. 열전달율에 있어 다른 중요한 요소가 열전달면적이며, 이러한 이론적에 근거에 의거하여 열전달면적을 증대시키기 위한 방열핀이 여러 형태로 제공되고 있다. 방열핀은 열전달면적을 넓힘으로써 효율적으로 열전달이 일어나도록 하기 위한 것으로서 사용환경에 따라 다양한 형태로 제공되고 있다.

일반적인 히트싱크의 구성은 발열체의 표면에 부착되는 베이스부와 일단이 베이스부와 연결되는 것으로서 촘촘히 설치되는 다수의 방열핀을 포함한다. 히트싱크는 열전달율이 높은 재질로 제조되는데 통상 알루미늄 계열의 금속이 사용된다. 발열체의 열은 베이스부와 방열핀을 통해 외기로 전달된다. 발열체는 각종의 전기적, 기계적 장비에 사용되게 된다. 본 발명은 특히 근래 널리 확산되고 있는 엘이디(LED) 가로등에 사용되는 히트싱크의 개선을 목표로 안출된 것이지만, 가로등 분야에 한정적으로 적용될 필요는 전혀 없다. 즉, 본 발명의 히트싱크는 각종 산업분야에서 널리 사용될 수 있는 것이다.

종래 알루미늄 소재로 된 히트싱크는 일정한 단면을 가지는 형강과 같이 인발 또는 압출 성형에 의해 제작된다. 히트싱크는 인발 또는 압출에 의해 기본적 형태를 만든후 이를 일정한 길이로 절단하고 베이스부에 발열체에 고정시키기 위하여 나사구멍을 타공함으로써 완성된다. 특정 소재의 연신율 또는 기계적 진동 등의 사용환경에 종속하여 방열핀의 두께가 결정되기 마련이다. 그러나 연신율이 우수한 소재를 사용한다 하여도 방열핀을 원하는 만큼 얇게 할 수는 없는 일이다. 방열핀을 얇게 하고자 하는 경우 가공자체가 어렵기 때문이다.

또한 인발 등의 방법으로 히트싱크의 기본적 형태를 만들고자 하는 경우, 개개의 방열핀의 연장방향을 따라 동일한 단면적을 가질 수밖에 없다(이는 모든 형강 제품의 공통적 특성이다). 이러한 이유로 다양한 형태로 방열핀을 만들기에 어려움이 있게 된다. 설치환경에 따라 방열핀을 다양한 형태로 만들 필요가 있기 마련인데, 종래의 히트싱크에 의하면 이러한 요구에 부응할 수 없게 된다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 방열핀의 두께를 얇게 하여 열전달면적을 늘릴 수 있으며, 사용환경에 따라 방열판의 형상을 다양하게 할 수 있는 구조를 가지는 히트싱크를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 위 목적에 의해 제공되는 히트싱크를 이용하여 열전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 구성의 방열시스템 내지 히트싱크 어셈블리를 제공하는 것에 있다.

위와 같은 목적은, 알루미늄과 같은 금속원판의 일면에 일방향을 따라 스카이빙(skiving) 절삭하여 다수의 절삭편을 형성하되, 절삭깊이는 상기 금속원판 전체 두께에 대하여 0.2 ~ 0.8 배로 함으로써 절삭편의 일단은 금속원판 본체에 붙어있도록 한 후; 상기 절삭편이 서로 이격되도록 상기 절삭편을 휘어 세움으로써 방열핀을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 히트싱크(heat sink)에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적은, 위와 같은 방법으로 만들어진 제1 히트싱크; 상기 제1 히트싱크의 외부에 끼워진 상태에서 발열체의 표면에 밀착 고정되는 것으로서 동, 알루미늄 등의 열전달율이 높은 금속재질을 주체로 하여 만들어지는 열분산 케이스; 상기 제1 히트싱크와 동일한 방법으로 만들어진 것으로서, 상기 열분산 케이 스의 상면에 고정되는 제2 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크 어셈블리에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 상기 열분산 케이스는 사각 통체로서 그의 외표면에는 탄소나노튜브(CNT)가 코팅될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 상기 열분산 케이스 또는 제1,2 히트싱크의 외표면의 전부 또는 일부에 방열 실리콘이 더 코팅될 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 인발 또는 압출에 의한 방법보다 방열핀을 더욱 얇게 할 수 있으며 방열핀의 형상을 자재하게 구성할 수 있는 히트싱크가 제공된다. 또한, 열분산 케이스에 의해 제1,2 히트싱크로 열이 분산되어 발열체의 열이 더욱 외기로 잘 전달되도록 하는 히트싱크 어셈블리가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 현재 알려진 방열효과를 향상시킬 수 있는 방법 내지 물질을 더 가함으로써 방열효과의 극대화를 실현할 수 있는 히트싱크 어셈블리가 제공된다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 더욱 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 의한 히트싱크의 사시도이며, 도 2는 그의 정면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 히트싱크의 제작과정중의 상태 를 나타내는 정면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 히트싱크 어셈블리의 사시도이며, 도 5는 그의 정면도이고, 도 6은 분해사시도이다. 도 7 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 히트싱크의 사시도이다.

히트싱크의 기본적 구성은 종래의 것과 크게 다르지 않다. 다만 본 발명에 의한 히트싱크(1)는 방열핀(8)을 형성하는 방법에 그 핵심이 있다. 이하 그 방법에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 1차적으로 알루미늄과 같은 금속원판(2)의 일면에 일방향을 따라 1 ~ 8mm의 두께(t)로 치즈를 썰 듯, 스카이빙(skiving) 절삭하여 다수의 절삭편을 형성한다. 스카이빙 절삭은 통상 제화업에서 많이 사용되는 용어이며 슬라이싱(slicing)이라고 할 수도 있다. 위에서 예시된 절삭편(4)의 두께(t)는 예시에 지나지 아니한다. 절삭선(CL)은 금속원판에 대하여 소정의 각도(a)로 비스듬하게 결정된다. 절삭편(4)을 형성하기 위한 부분을 제외한 나머지 부분(P)은 절삭하여 제거하게 된다.

여기서 절삭깊이(d)는 상기 금속원판 전체 두께(T)에 대하여 0.2 ~ 0.8 배로 함으로써 절삭편(4)의 일단은 금속원판 본체(6)에 붙어있도록 한다. 이후 절삭편(4)이 서로 이격되도록 모든 절삭편을 휘어 세움으로써 방열핀(8)을 형성한다. 절삭깊이에 대한 구체적 수치 또한 발명의 실시예를 구체화하기 위한 예시에 지나지 아니한다. 각 방열핀(8) 사이의 간격은 통상의 방열핀 내지 제조환경에 따라 얼마든지 조정될 수 있을 것이다. 방열핀 간의 간격과 개수는 열전달면적과 밀접한 관계가 있게 될 것임이 분명하다. 방열핀(8)의 두께는 히트싱크(1)가 필요로 하는 강도와 열전달면적과의 관계를 고려하여 결정되어야 할 것이다.

금속원판(2)의 재료로서 알루미늄(Al)이 베이스로 된 소재가 사용되고 있다. 그러나 위와 같이 스카이빙 절삭을 위해서는 금속원판은 연질의 재료로 선택되어야 할 것이다. 본 발명에서는 알루미늄 6063을 소재로 선택하고 있는데, 이를 그대로 사용하는 경우에는 연성이 충분하지 못하여 도시된 바와 같은 형태로 절삭편(4)을 형성할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 대한민국 특허청에 특허출원되고 등록된 등록특허 제10-0398705호의 "고융점금속(高融點金屬)을 금속주형(鑄型)에 주조할 때 쓰이는 금속주형 보호용 도형재(塗型材)와 그 제조 방법 및 도포 방법"에 의하여 제조된 알루미늄 소재를 사용한다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이러한 제조방법에 한정되는 것은 아니다. 만족할만한 성형능력을 제공해줄 수 있는 종래 알려져 있거나 앞으로 개발될 방법들이 충분히 채택될 수 있다.

위와 같은 제조방법에 의하면 절삭편(4, 이하 방열핀(8)으로 통일한다)의 길이를 길게 할 수 있고 방열핀 간의 간격을 줄일 수 있으며, 방열핀의 두께를 얇게 할 수 있게 된다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 발현 형태를 설명한다.

본 실시예는 위에서 설명된 방법으로 만들어진 제1,2 히트싱크(1, 10)를 이용하는 것이다. 제1,2 히트싱크(1,10)는 크기 및 형태에 있어 동일할 수도 있고 그 렇지 않을 수도 있다. 다만 도면에는 동일한 크기와 형상을 가지는 것으로 도시된다.

열분산 케이스(12)는 동 또는 알루미늄의 재질로 만들어지며 두께가 3 ~6mm 정도가 되는 통형상이다. 도시된 바에 의하면 사각 통체로서 그 내부에는 제1 히트싱크(1)가 끼워져 볼트 등에 의해 고정된다. 열분산 케이스(12)는 발열체(H)의 상면에 표면접촉을 하며 고정되게 된다.

열분산 케이스(12)의 상면에는 제1 히트싱크(1)와 동일한 방법으로 만들어진 제2 히트싱크(10)가 역시 볼트 등의 수단에 의해 고정된다. 제1 히트싱트(1)의 방열핀(8)의 상단과 열분산 케이스의 상판(12a) 사이에는 공간이 마련되도록 한다.

이와 같은 구성에 의하면 발열체(H)로부터 발생되는 열은 열분산 케이스(12), 제1,2 히트싱크(1,10)를 통해 다각적으로 전달되게 된다. 이러한 구성의 히트싱크 어셈블리는 열전달면적을 극대화하기 위한 구성을 가지게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 열분산 케이스(12)는 동(銅)으로 하고 그의 외표면에는 탄소나노튜브(CNT)가 코팅될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 열분산 케이스(12) 또는 제1,2 히트싱크(1,10)의 외표면의 전부 또는 일부에 방열 실리콘이 더 코팅될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 열이 외기로 더욱 잘 방산되도록 하기 위해 히트싱크 어셈블리에는 모터팬(미도시됨)이 더 설치될 수 있다. 모터팬은 소정의 프레임을 통해 고정 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 방열핀의 형상을 설치환경에 따라 다양하게 결정할 수가 있게 된다. 예를 들면 도 7에 도시된 바와 같이 일단의 방열핀(8)이 병렬적으로 배치되도록 할 수도 있을 것이다.

또한 도 8에 도시된 바와 같이 방열핀(8)의 형상이 금속원판 본체의 길이방향을 따라 변화되게끔 할 수도 있다. 도시된 바에 의하면 히트싱크(1)가 "ㄷ" 형상을 취하고 있다. 이는 금속원판을 스카이빙 절삭하기 전에 미리 절삭가공함으로써 쉽게 달성될 수 있는 내용이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 히트싱크의 사시도이며, 도 2는 그의 정면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 히트싱크의 제작과정중의 상태를 나타내는 정면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 히트싱크 어셈블리의 사시도이며, 도 5는 그의 정면도이고, 도 6은 분해사시도이다.

도 7 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 히트싱크의 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 10 ; 히트싱크 2 ; 금속원판

4 ; 절삭편 8 ; 방열핀

12 ; 열분산케이스 H ; 발열체

Claims (3)

1. 삭제
2. 알루미늄 재질의 금속원판의 일면에 일방향을 따라 1 ~ 8mm의 두께(t)로 스카이빙(skiving) 절삭하여 다수의 절삭편(4)을 형성하되, 절삭깊이는 상기 금속원판 전체 두께(T)에 대하여 0.2 ~ 0.8 배로 함으로써 절삭편(4)의 일단은 금속원판 본체(6)에 붙어있도록 한 후; 상기 절삭편(4)이 서로 이격되도록 상기 절삭편(4)을 휘어 세움으로써 방열핀(8)을 형성하게 되는 제1,2 히트싱크(1,10, heat sink);

   발열체(H)의 표면에 밀착 고정되는 것으로서, 내부에는 상기 제1 히트싱크(1)가 끼워져 고정되고 상면에는 상기 제2 히트싱크(10)가 얹혀져 고정되며, 동(銅) 또는 알루미늄의 재질로 만들어지는 사각 통체의 열분산 케이스(12)를 포함하며;

   상기 제1,2 히트싱크(1,10) 또는 상기 열분산 케이스(12)의 외표면 전부 또는 일부에 방열 실리콘이 더 코팅되는 것을 특징으로 하는 히트싱크 어셈블리.
3. 삭제

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