KR100996169B1 - 냉각 장치, 전자 기기 장치, 음향 장치 및 냉각 장치의제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각 성능이 높고, 융통성이 높은 냉각 장치, 전자 기기 장치, 음향 장치 및 냉각 장치의 제조 방법을 제공한다. 냉각 장치에는 냉각 대상물을 냉각할 수 있는 증발기, 상기 증발기로 냉각하는 동안 흡수한 열을 외부로 방출할 수 있는 응축기가 설치되어 있고, 증발기와 응축기 사이에는 플루오로카본 수지로 만들어지고 작동액을 유통시키는 관인 기상 도관 및 액상 도관이 접속되어 작동액이 순환하도록 되어 있다.

냉각 장치, 전자 기기 장치, 음향 장치, 윅 기판, 플루오로카본 수지, 파워 트랜지스터

Description

냉각 장치, 전자 기기 장치, 음향 장치 및 냉각 장치의 제조 방법 {COOLING DEVICE, ELECTRONIC APPARATUS AND ACOUSTIC APPARATUS, AND METHOD FOR PRODUCING THE COOLING DEVICE}

도 1은 본 발명에 따른 냉각 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각 장치의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉각 장치의 유로(流路) 기판을 나타내는 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각 장치의 대향(對向) 기판을 나타내는 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 냉각 장치의 윅(wick) 기판의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 냉각 장치의 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 냉각 장치에서의 작동액의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 냉각 장치의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.

도 9(A) 내지 9(E)는 본 발명에 따른 냉각 장치의 기판 형성의 공정을 예시하는 도면이다.

도 10(A) 내지 10(D)는 본 발명에 따른 냉각 장치의 기판 형성 공정을 예시하는 도면이다.

도 11은 본 발명에 따른 윅 기판의 막 처리 공정을 나타내는 개략도이다.

도 12(A) 및 12(B)는 본 발명에 따른 윅 기판에 대한 막 처리 조건을 나타내는 그래프이다.

도 13은 본 발명에 따른 냉각 장치에 기상(氣相) 도관 및 액상(液相) 도관을 조립하는 공정을 나타내는 개략도이다.

도 14는 본 발명에 따른 냉각 장치에 사용하는 유로 기판과 대향 기판을 접합하는 공정을 나타내는 개략도이다.

도 15는 본 발명에 따른 냉각 장치를 탑재한 전자 기기 장치의 개략적 사시도이다.

도 16은 본 발명에 따른 냉각 장치를 탑재한 음향 장치의 개략적 구성도이다.

도 17은 본 발명에 따른 다른 실시예의 냉각 장치를 나타내는 분해 사시도이다.

도 18은 도 17에 나타낸 냉각 장치의 부분 단면도이다.

도 19는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 냉각 장치의 구성을 나타내는 일부 분해 사시도이다

도 20은 플루오로카본 수지 분자에서 불소 원자를 수소 원자로 치환하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 21은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 냉각 장치의 관 구조를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 퍼스널 컴퓨터의 중앙 연산처리 장치나 음향 장치의 증폭기에 이용되는 파워 트랜지스터 등의 용도에 사용되는 냉각 장치, 그러한 냉각 장치를 사용하는 전자 기기 장치와 음향 장치 및 상기 냉각 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 중앙 연산처리 장치(이하, CPU라고도 함)의 고성능화가 현저하다. 반면, 이러한 CPU의 고성능화는 CPU에 의해 발생되는 열량의 증가를 가져 왔고, 이러한 많은 열량은 궁극적으로 CPU에서의 에러를 일으키는 문제를 야기한다.

종래부터, CPU는 팬을 이용한 공냉(空冷) 방식으로 냉각이 행해진다. 그러나, 종래의 공냉 방식은 일반적으로 냉각 성능이 불충분하고, 종래의 팬보다 냉각 성능이 높은 팬을 사용하면 더욱 심각한 소음 문제를 야기할 수 있다.

이와는 달리, 냉매를 순환시켜 CPU를 냉각하는 것도 생각할 수 있지만, 이 기법으로는 충분한 냉각 성능을 얻을 수 없다. 또한, 이러한 냉매 순환 시스템은 장치 구성의 크기를 증가시킬 수 있으므로, 이들 기기의 소형화를 저해하게 된다.

이러한 문제는 퍼스널 컴퓨터에서 뿐 아니라, 예를 들면, 고출력을 요하는 파워 트랜지스터를 탑재한 오디오 기기에 있어서도 마찬가지로 발생될 수 있다.

따라서, 본 발명자들은 이들 기기의 냉각 수단으로서 히트 파이프(heat pipe)를 사용하는 기법을 제안한다.

히트 파이프란, 관의 내벽에 모세관 구조를 갖는 금속제 파이프이며, 그 내부는 실질적으로 진공이지만, 소량의 물 또는 CFC의 대체 물질 등이 봉입되어 있다. 히트 파이프의 한쪽 끝(기화부)을 열원에 접촉시켜 가열하면, 히트 파이프 내부의 액체가 증발됨으로써, 잠열(기화열)로서 열을 흡수한다. 그러면, 증기는 저온부(액화부)에 고속으로(대략 음속으로) 이동되고, 냉각되어 다시 액체로 되돌아 가서 열을 방출한다(응축 잠열에 의한 열 방출). 이어서 액체는 모세관 구조를 통해(또는 중력에 의해) 원래의 위치로 반송되고, 이로써 열은 시스템 내에서 연속적으로 고효율로 이동될 수 있다.

그러나, 다음과 같은 문제가 발생된다. 현재 이용되고 있는 대부분의 히트 파이프는 소형이기 때문에, 예를 들면 50∼100 W 또는 그 이상의 전력 소모가 큰 전술한 CPU나 오디오 기기와 같은 대형 장치를 하나의 히트 파이프로 충분히 냉각하는 것은 곤란하다.

또한, 통상 사용되는 히트 파이프는 액상/기상의 작동액을 위한 수송 유로(transfer channel)가 기화부 및 액화부와 일체로 되어 있는 형상을 가진 경우가 많아, 특정 대상물이 냉각될 경우 또는 주변 장치의 특정 배열이 사용될 경우 효율적으로 냉각 및 방열을 할 수 없다는 문제도 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 냉각 성능이 향상되고, 또한 적합한 장치 배열을 선택하는 데 융통성이 높은 냉각 장치, 상기 냉각 장치를 사용하는 전자 기기 장치 및 음향 장치, 그리고 상기 냉각 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 관점에 따르면, 대상물로부터의 열에 의해 작동액(作動液)을 기화시킴으로써 대상물을 냉각할 수 있는 냉각부(cooling unit); 상기 냉각부와 물리적으로 분리되고, 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 액화된 작동액을 상기 냉각부로 순환시킬 수 있는 액화부(condensing unit); 상기 액화된 작동액이 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 통과하여 흐르는 제1 관(管); 및 상기 기화된 작동액이 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 통과하여 흐르는 제2 관을 포함하는 냉각 장치가 제공된다.

이러한 구성에 따르면, 대상물로부터 발생된 열이 냉매에 의해 흡수되고, 그 열로 기화된 냉매는 물리적으로 냉매부와 분리된 액화부로 순환되어 증기의 열이 방출되기 때문에 높은 냉각 효율을 얻을 수 있다. 또한 냉각부와 액화부가 물리적으로 분리되어 있으므로, 장치 배열을 선택하는 데 있어 더 높은 융통성을 얻을 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 냉각부는 윅(wick)을 제외한 부분에 홈이 형성되어 있는 제1 기판; 금속 또는 금속과 동등한 열전도율을 갖는 재료로 만들어지고, 적어도 하나의 윅이 설치된 제2 기판; 및 상기 제2 기판을 결합하는 표면을 가지며, 당해 표면은 상기 제1 기판과 접합하는 제3 기판을 포함할 수 있다. 이러 한 구성에 따르면, 양호한 효율로 작동액을 기화할 수 있으므로, 대상물을 효율적으로 냉각할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 제2 기판은 동(銅)으로 이루어질 수 있고, 상기 윅 표면에 산화제일동의 박막이 형성된다.

이러한 구성에 따르면, 윅 표면이 산화제일동으로 이루어지므로, 표면의 친수성이 향상되고, 모세관력이 향상된다. 따라서 작동액의 기화량이 향상되고, 냉각 효율도 향상된다. 또, 양호한 친수성으로 인해 내부식성도 향상되고, 내부식성의 향상에 따라 금속 재료의 부식이 방지되므로, 금속 재료의 부식을 고려하여 형성되는 종래의 잠재적 부식 부분에 비하여 본 발명의 잠재적 부식 부분의 두께를 얇게 형성할 수 있다. 따라서, 소형 박형화가 가능해진다. 또, 산화제일동으로 된 표면은 항균 작용을 가지기 때문에, 작동액이 항상 청정하게 유지되어 작동액의 변질을 방지할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 제1 관 및 제2 관 중 적어도 하나는 플루오로카본(fluorocarbon) 수지로 만들어질 수 있다.

플루오로카본 수지는 가요성(可撓性)을 가지며, 유연하게 구부릴 수 있기 때문에, 냉각부와 액화부를 융통성 있게 배치할 수 있다. 또한, 플루오로카본 수지는 기상/액상의 작동액의 유동성을 높여주고, 기체/액체에 대한 내성도 높기 때문에, 작동액의 수송 효율이 향상될 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 유닛과 관 사이의 접합부는 융착성(self-bonding) 플루오로카본 수지로 코팅될 수 있고, 상기 유닛은 상기 냉각부 및 상기 액화부로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 관은 상기 제1 관 및 상기 제2 관으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 이러한 구성에 따라, 접합부에서의 기밀성(氣密性)이 향상된다. 특히, 관이 플루오로카본 수지로 만들어진 경우에는, 코팅의 융착성 플루오로카본 수지가 관의 플루오로카본 수지와 중합 반응을 일으키기 때문에, 더욱 높은 기밀성을 얻을 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 유닛을 갖는 관의 접합부의 적어도 하나의 표면은 플라스마 또는 반응성 이온 에칭으로 처리될 수 있으며, 상기 관은 상기 제1 관 및 상기 제2 관으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 유닛은 상기 냉각부 및 상기 액화부로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 이 구성은 개선된 접착성 및 기밀성을 제공한다. 유닛을 갖는 관의 접합부의 적어도 하나의 표면은 수소 플라스마로 처리될 수 있으며, 상기 관은 상기 제1 관 및 상기 제2 관으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 유닛은 상기 냉각부 및 상기 액화부로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 특히, 수소 플라스마를 이용한 표면 처리는 알칼리 금속 이온 등을 이용한 습식 에칭에 비해 저가이고 생산성이 뛰어나며 유독성 폐기물이 적게 배출되는 이점을 제공한다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 제1 관 및 상기 제2 관의 표면에는 금속 박막이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 구성은 관의 기밀성을 향상시킨다. 특히, 플루오로카본 수지 관의 금속 박막 형성 표면을 수소 플라스마로 처리함으로써, 관과 금속 박막 사이의 접착성을 향상시킬 수 있다. 금속의 박막으로서는 Cu, A1, Ni, Ti, Au, Pt, Ag, Cr, Fe, Zn, Co, Si, Sn, In 및 Pb 중의 적어도 하나를 포함 하는 것이 바람직하다

금속의 박막을 형성하는 방법으로는 진공 증착, 스퍼터링, 무전해 도금, 전해 도금 등이 포함될 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 제1 관 및 상기 제2 관은 실리콘 고무, 폴리우레탄 및 폴리프로필렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 함유할 수 있다. 이러한 구성에 따라 접착성이 향상되고, 또한 바람직한 접착제의 선택도 용이하여 그들 사이의 접합을 용이하게 한다. 특히, 실리콘은 친수성이 높기 때문에, 액상용 관에 적응하는 데 적합하다. 따라서, 바람직한 구성으로서, 예를 들면, 액화된 작동액이 액화부로부터 냉각부로 통과하여 흐르는 제1 관용으로서 실리콘을 사용하고, 기화된 작동액이 냉각부로부터 액화부로 통과하여 흐르는 제2 관용으로서 발수성(撥水性)이 높은 TEFLON^R이나 폴리우레탄, 또는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 제1 관 및 상기 제2 관의 내측 및 외측 표면 중 적어도 하나는 플루오로카본 수지로 코팅될 수 있다. 예를 들면, 무전해 도금을 이용하여 관의 외측 및 내측 표면을 플루오로카본 수지로 코팅할 수 있다. 이러한 구성에 따라, 관의 기밀성이 향상된다.

본 발명의 제2 관점은 중앙 연산처리 장치; 상기 중앙 연산처리 장치에 근접하게 배치되고 윅 구조를 가지며, 대상물로부터의 열로 작동액을 기화시킴으로써 대상물을 냉각할 수 있는 냉각부; 상기 냉각부와 물리적으로 분리되고, 상기 냉각 부에서 기화된 작동액을 액화하여 액화된 작동액을 상기 냉각부로 순환시킬 수 있는 액화부; 상기 액화된 작동액이 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 통과하여 흐르는 제1 관; 및 상기 기화된 작동액이 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 통과하여 흐르는 제2 관을 포함하는 전자 기기 장치이다.

이러한 구성에 의하면, 상기 전자 기기 장치는 높은 냉각 성능과 유닛들의 배치가 융통성 있는 냉각 장치를 기판 상에 탑재할 수 있으므로, 전자 기기 장치 자체의 동작 불량을 일으키지 않으면서 소형 박형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 냉각부는 상기 중앙 연산처리 장치와 대략 동일한 면적을 가질 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 용량이 대형화된 중앙 연산처리 장치로부터 발생되는 열을 효율적으로 냉각할 수 있어, 장치의 동작 불량을 효율적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점은 플래쉬 메모리와 드라이버를 포함하는 카드 메모리 장치가 삽입되거나 제거될 수 있는 슬롯(slot)을 가지는 전자 기기 장치로서, 상기 슬롯에 근접하게 배치되고, 대상물로부터의 열로 작동액을 기화시킴으로써 대상물을 냉각할 수 있는 냉각부; 상기 냉각부와 물리적으로 분리되고, 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 액화된 작동액을 상기 냉각부로 순환시킬 수 있는 액화부; 상기 액화된 작동액이 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 통과하여 흐르는 제1 관; 및 상기 기화된 작동액이 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 통과하여 흐르는 제2 관을 포함하는 전자 기기 장치이다.

이러한 구성에 의하면, 전술한 중앙 연산처리 장치 뿐만 아니라, 기타 와트 수가 큰 내장된 디바이스도 양호한 효율로 냉각할 수 있고, 또한 상기 유닛들을 융통성 있게 배치할 수 있으므로, 전자 기기 장치의 성능을 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 전자 기기 장치는 적어도 중앙 연산처리 장치를 가지는 조작부(operating unit); 상기 중앙 연산처리 장치에 근접하게 배치되고, 대상물로부터의 열로 작동액을 기화시킴으로써 대상물을 냉각할 수 있는 냉각부; 상기 냉각부와 물리적으로 분리되고, 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화할 수 있는 액화부를 갖는 표시부(display unit); 상기 조작부의 한 변과 상기 표시부의 한 변을 절첩(折疊) 방식으로 연결할 수 있는 연결부(coupling unit); 상기 연결부에 의해 상기 액화부와 상기 냉각부 사이에 설치되고, 상기 액화된 작동액이 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 통과하여 흐르는 제1 관; 및 상기 연결부에 의해 상기 액화부와 상기 냉각부 사이에 설치되고, 상기 기화된 작동액이 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 통과하여 흐르는 제2 관을 포함할 수 있다.

이러한 구성은 접을 수 있는 형상의 전자 기기 장치에 있어서, 중앙 연산처리 장치 등의 냉각 대상물의 냉각이 조작부에서 실행되고, 당해 대상물로부터 탈취한 열이 표시부에서 방출되는 전자 기기 장치용 유닛의 배열을 제공함으로써, 전자 기기의 냉각 효율을 향상시키고, 전자 기기 장치에서의 유닛을 배치하는 융통성도 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 제3 관점은 파워(power) 트랜지스터를 가지는 음향 장치로서, 대상물로부터의 열로 작동액을 기화시킴으로써 상기 파워 트랜지스터를 냉각할 수 있는 냉각부; 상기 냉각부와 물리적으로 분리되고, 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 액화된 작동액을 상기 냉각부로 순환시킬 수 있는 액화부; 상기 액화된 작동액이 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 통과하여 흐르는 제1 관; 및 상기 기화된 작동액이 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 통과하여 흐르는 제2 관을 포함하는 음향 장치이다.

본 발명의 이 관점에 따르면, 냉각 성능이 높고 배치의 융통성이 높은 냉각 장치를 이용하여 전술한 냉각 조작을 실행할 수 있기 때문에, 음향 장치의 성능이 향상되고, 또한 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 구성은 냉각 팬으로부터 발생되는 소음을 제거할 수도 있기 때문에, 음향 장치의 음질을 향상할 수도 있다.

본 발명의 제4의 관점은, 대상물로부터의 열로 작동액을 기화시킴으로써 대상물을 냉각할 수 있는 냉각부를 제조하는 단계; 상기 냉각부와 물리적으로 분리되고, 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 액화된 작동액을 상기 냉각부로 순환시킬 수 있는 액화부를 제조하는 단계; 상기 냉각부와 상기 액화부 사이에 제1 관을 접속하되, 상기 액화된 작동액이 상기 액화부로부터 상기 제1 관을 통하여 상기 냉각부로 흐를 수 있도록 접속하는 단계; 및 상기 냉각부와 상기 액화부 사이에 제2 관을 접속하되, 상기 기화된 작동액이 상기 냉각부로부터 상기 제2 관을 통하여 상기 액화부로 흐를 수 있도록 접속하는 단계를 포함하는 냉각 장치의 제조 방법이다.

이러한 구성은 냉각 성능이 높고 유닛의 배치에 대한 융통성이 높은 전술한 냉각 장치를 효율적으로 확실히 제조할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 냉각부를 형성하는 공정은 윅 표면에 산 화제일동의 박막을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 이에 따라 윅 표면의 친수성이 향상되므로 작동액의 유동성이 향상된 윅을 제조할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 제1 관 및 상기 제2 관은 플루오로카본 수지로 만들어질 수 있다. 이에 따라, 가요성을 가진 관을 사용하여 냉각부와 액화부를 접속할 수 있으므로, 여러 가지 유닛 배치가 가능한 냉각 장치를 제조할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 방법은 유닛과 관 사이의 적어도 하나의 접합부 표면에 융착성 플루오로카본 수지를 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 상기 유닛은 상기 냉각부 및 상기 액화부로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 관은 상기 제1 관 및 상기 제2 관으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 이러한 구성에 따라, 접합부의 기밀성이 향상된다. 특히, 관이 플루오로카본 수지로 만들어진 경우에는, 코팅의 융착성 플루오로카본 수지가 관을 구성하는 플루오로카본 수지와 중합 반응을 일으키기 때문에, 더욱 높은 기밀성을 얻을 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 방법은 상기 플루오로카본 수지의 표면을 수소 플라스마로 처리하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 구성은 향상된 접착성 및 기밀성을 제공한다. 특히, 수소 플라스마로 표면을 처리함으로써, 알칼리 금속 이온 등을 사용한 습식 에칭보다 저가이고 생산성이 더 높으며 유독성 폐기물의 배출이 적다는 이점을 제공한다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 방법은 상기 제1 관 및 상기 제2 관의 표면 중 적어도 한 표면에 금속 박막을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 구성은 관의 기밀성을 향상시킨다. 특히, 플루오로카본 수지 관의 금속 박막이 형성된 표면을 수소 플라스마로 처리함으로써 관과 금속 박막 사이의 접착성을 향상시킬 수 있다. 상기 금속 박막은 Cu, A1, Ni, Ti, Au, Pt, Ag, Cr, Fe, Zn, Co, Si, Sn, In 및 Pb 중 적어도 하나를 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 제1 관 및 상기 제2 관 중 적어도 하나는 실리콘 고무, 폴리우레탄 및 폴리프로필렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 함유할 수 있다. 이러한 구성은 향상된 접착성 및 바람직한 접착제의 적합한 선택을 제공함으로써, 이들 사이의 접합이 용이해진다. 특히, 실리콘은 높은 친수성을 가지기 때문에, 액상용 관에 적응하는 데 적합하다. 따라서, 바람직한 구성으로서, 예를 들면, 액화된 작동액이 액화부로부터 냉각부로 통과하여 흐르는 제1 관용으로서 실리콘을 사용하고, 기화된 작동액이 냉각부로부터 액화부로 통과하여 흐르는 제2 관용으로서 발수성이 높은 TEFLON^R이나 폴리우레탄, 또는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 방법은 상기 제1 관 및 상기 제2 관의 내측 및 외측 표면 중 적어도 하나의 표면에 플루오로카본 수지를 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 무전해 도금에 의해 관의 외측 및 내측 표면을 플루오로카본 수지로 코팅할 수 있다. 이러한 구성에 따라, 관의 기밀성을 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 이하에 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 장치의 전체 구성도이다. 도 2는 상기 냉각 장치의 분해도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 냉각 장치(1)에는 퍼스널 컴퓨터의 중앙 연산처리 장치 등의 냉각 대상물을 냉각할 수 있는 증발기(2), 및 증발기(2)에 의해 냉각하는 동안 흡수된 열을 외부로 방출할 수 있는 응축기(3)가 설치되어 있다. 증발기(2) 및 응축기(3) 사이에는 작동액(도시하지 않음)을 순환시키기 위한 기상 도관(vapor-phase conduit)(4) 및 액상 도관(liquid-phase conduit)(5)이 배치되어 접속된다.

도 3, 도 4 및 도 5는 냉각 장치(1)를 구성하는 각각의 기판을 나타내는 도면이다. 도 6은 이들 기판을 붙였을 때의 단면을 나타낸 도면이고, 도 7은 이들 기판을 붙였을 때의 내부의 모습을 나타낸 도면이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 증발기(2)는 작동액을 유통시키는 유로 기판(channel substrate)(21), 대향 기판(opposite substrate)(22), 작동액을 기화시키는 윅 기판(wick substrate)(24)을 포함하고, 대향 기판(22)에는 윅 기판(24)을 내부에 장착하기 위한 구멍(23)이 형성되어 있다.

유로 기판(21)은 플루오로카본 수지 등으로 만들어지는 직사각형 기판으로, 저장부(reservoir)(26), 홈(groove)(27), 결합부(coupling)(28a)가 형성되어 있다. 저장부(26)는 히트 파이프가 고갈되는 것을 방지하기 위해 액체를 저장해 두는 부재이다. 홈(27)은 작동액을 유통시키는 유로이다. 결합부(28a)는 기상 도관(4) 및 액상 도관(5)을 장착하기 위한 부재이다.

대향 기판(22)은 플루오로카본 수지 등으로 만들어지는 직사각형의 기판으로, 내부에 형성된 증발기 구멍(23) 및 결합부(28b)를 포함한다. 증발기 구멍(23)은 증발기 기판(24)을 내부에 장착하기 위한 구멍이다. 결합부(28b)는 전술한 결합부(28a)와 마주보는 위치에 설치되며, 스웨지 록(swedge lock)(도시하지 않음) 등의 접속 부재를 이용하여 기상 도관(4) 및 액상 도관(5)과 접속된다.

윅 기판(24)은 니켈, 동(銅)과 같은 열전도성이 양호한 금속으로 만들어지며, 본 발명의 실시예에서는 동이 사용된다. 또한, 그 표면(24a)에는 윅으로서의 홈(25)이 형성되어 있다.

이 홈(25)의 표면 상에는 산소 이온이 주입되어 산화제일동의 막이 형성된다.

이로써 동 표면에 산소 이온을 주입하여 산화제일동 표면을 형성함으로써 친수성이 향상된다. 보다 구체적으로, 동 표면과 물 사이의 접촉각은 약 60˚이지만, 이온 주입을 행하여 산화제일동 표면을 형성했을 경우, 산화제일동과 물 사이의 접촉각은 약 15˚로 감소된다. 이와 같이 홈(25) 표면의 친수성이 향상됨으로써 윅의 모세관력이 향상되고, 그 결과 작동액의 기화량도 증가된다.

또한, 산화제일동은 작동액에 대한 내부식성도 높기 때문에, 종래의 방법에서는 부식되는 양을 고려하여 두꺼운 증발기를 형성한 반면, 본 실시예에서는 상대적으로 얇은 소형 증발기를 형성할 수 있다.

여기서, 산화제일동으로 된 홈 표면에 다이아몬드형 탄소(diamond-like carbon; DLC)의 박막을 추가로 형성하여 내부식성을 더욱 향상시킬 수도 있다.

응축기(3)는 응축기 기판(3l) 및 대향 기판(32)으로 형성된다. 결합부(35a)는 증발기(2)의 결합부(24a)에 대해 전술한 바와 같이, 기상 도관(4) 및 액상 도관(5)를 장착하기 위해서 설치된다.

응축기 기판(31)은 플루오로카본 수지 등으로 만들어지는 직사각형 기판으로, 증발기(2)에서 기화된 작동액이 통과하여 흐르는 기상 유로(34a), 작동액을 액화시키기 위한 홈(33), 액화된 작동액이 증발기(2)로 통과하여 흐르는 액상 유로(34b)를 포함한다. 또한, 결합부(35a)는 액상 도관(5) 및 기상 도관(4)을 응축기(3)에 접속시킨다.

대향 기판(32)은 플루오로카본 수지 등으로 만들어지는 직사각형 기판으로, 응축기로서 기능하도록 응축기 기판(31)과 접합될 수 있다.

기상 도관(4) 및 액상 도관(5)은 플루오로카본 수지로 만들어지는 관 형상으로 되어 있다. 액상 도관(5)은 응축기(3)에서 응축된 작동액이 통과하여 증발기(2)로 이동되는 도관이다. 기상 도관(4)은 증발기(2)에서 증발된 기체가 통과하여 응축기(3)로 이동되는 도관이다.

증발기(2)는 유로 기판(21)과 대향 기판(22)을 접합하고, 윅 기판(24)을 대향 기판(22)에 설치된 구멍(23) 내부에 설치함으로써 형성된다. 응축기는 홈 기판(31)과 대향 기판(32)을 접합하여 만들어진다. 이와 같이 형성된 증발기(2) 및 응축기(3) 중 어느 하나는, 예를 들면, 물과 같은 작동액으로 채워진 후, 상기 기상 도관(4) 및 액상 도관(5)은 결합부(28) 및 결합부(35)에 내장되어 냉각 장치(1)를 형성한다. 내장 및 접착을 위해 폴리이미드 수지(36)와 같은 접착제가 사용된다.

증발기(2)와 응축기(3)가 가요성 기상 도관(4) 및 액상 도관(5)에 의해 접속되기 때문에, 여러 가지 배치의 냉각 대상물에 적응될 수 있는 유연한 배치가 제공되고, 그에 따라 대상물을 효율적으로 냉각할 수 있다.

다음에, 도 7을 참조하여, 이와 같이 구성된 냉각 장치의 냉각 동작에 대해 편의상 액상 도관(5)을 기점으로 하여 설명한다.

액상 도관(5)에 의해 수송된 작동액은 증발기(2)에 의해 대상물로부터 흡수된 열에 의해 윅 기판(24)에서 증발된다. 상기 증발된 작동액은 기상 도관(4)을 통하여 기상 유로(34a)에 유입되고, 홈(33)을 유통하는 동안 열을 방출함으로써 다시 응축된다. 이어서 상기 액체는 액상 유로(34b) 및 액상 도관(5)을 지나서 증발기(2)에 유입된다. 그러면 증발기(2)에 의해 대상물로부터 흡수된 열에 의해 다시 증발되어 다시 응축기(3)에 유입된다. 이러한 액체 및 기체의 순환은 증발기(2)로부터 응축기(3)로 열을 이동시켜 냉각을 행한다.

여기서, 전술한 실시예에서는 기상 도관 및 액상 도관용으로 플루오로카본 수지의 관이 사용되지만, 실리콘 고무, 폴리우레탄 또는 폴리프로필렌과 같은 다른 재료가 기상 도관이나 액상 도관의 재료로서 사용될 수 있다.

본 발명자들이 행한 튜브 누설 시험(tube leakage test)에 따르면, 실리콘 고무, 폴리우레탄 또는 폴리프로필렌을 기상 도관나 액상 도관의 관의 재료로서 사용해도 관의 기밀성에 문제가 없었다. 튜브 누설 시험에서 확인할 수 있었다.

튜브 누설 시험를 행하기 위한 튜브 시험 장치로서는, 예를 들면, 피드스루(feedthrough)에 의해 각각의 테스트 튜브를 진공 쳄버에 접속할 수 있고, 공기 또는 헬륨을 튜브 내에 투입하여 그 누설도를 측정할 수 있는 것이다.

튜브 누설 시험의 결과는 폴리우레탄이나 폴리프로필렌이 플루오로카본 수지와 마찬가지로 측정 한계 이하의 결과를 나타내는 것을 보여준다. 폴리우레탄과 같이 고온에서 불안정한 수지도 저온(저열 수송)에서 동작하는 냉각 장치의 관에 충분히 적용될 수 있다.

또한, 실리콘 튜브의 누설도, 요구되는 열 수송 능력에 대한 설계에 따라 실제 용도에 적합한 범위 내인 것이 밝혀졌다.

관의 재료로서 실리콘, 폴리우레탄, 또는 폴리프로필렌을 사용하는 경우, 플루오로카본 수지를 사용한 경우와 달리 이들 수지용으로 적합한 접착제를 사용할 수 있으므로, 용이하게 접합을 형성할 수 있다.

냉각 장치의 제조 방법

다음에, 본 발명에 따른 냉각 장치의 제조 방법에 대해 도 8 내지 도 14를 참조하여 설명한다.

도 8은 냉각 장치(1)의 제조 단계를 나타낸다.

먼저, 예를 들면 노트북 퍼스널 컴퓨터에 상기 냉각 장치를 설치하는 경우, 설치되는 응축기(3)의 치수, CPU에 대응하여 설치되는 증발기(2)의 치수, 및 증발기(2)와 응축기(3) 사이의 거리를 고려하여 기상 도관(4) 및 액상 도관(5)을 형성한다(단계 1). 이들은, 예를 들면 형(型)을 이용하여 제조될 수 있다.

다음에, 히트 파이프로서 기능하기 위한 증발기(2) 및 응축기(3)의 유로 기판(21, 31)의 홈 및 대향 기판(22, 32)을 각각 형성한다(단계 2). 예를 들면 플루오로카본 수지로 만들어지는 유로 기판(21)의 표면에는 홈(27)을 형성하고, 동일하게 플루오로카본 수지로 만들어지는 유로 기판(31)의 표면에는 홈(33), 기상 유로(34a) 및 기상 유로(34b)를 형성한다. 플루오로카본 수지로 만들어지는 대향 기판(22)의 표면 상에는 증발기 구멍(25)을 형성하고, 대향 기판(19)은 소정의 형상을 가지도록 형성한다. 이 때, 증발기(2)는 냉각 대상물, 예를 들면 CPU의 면적과 대략 동일한 치수를 갖는 것이 바람직하다. 그러한 치수를 가짐으로써, 열용량이 큰 디바이스를 사용할 경우에도, 하나의 증발기에 의해 효율적인 냉각이 제공된다.

유로 기판(21, 31) 및 대향 기판(22, 32)은 예를 들면 TIEGA(Teflon Included Etching Galvanicforming)법에 의해 형성된다. TIEGA법을 도 9(A) 내지 9(E)에 의거하여 구체적으로 설명한다.

도 9(A)에 나타낸 바와 같이, 유로 기판(21, 31) 및 대향 기판(22, 32) 상에 패터닝된 메탈 마스크(37)를 배치한다.

다음에, 도 9(B)에 나타낸 바와 같이, 싱크로트론(synchrotron) 광을 조사함으로써, 플루오로카본 수지를 처리하여 유로 기판(21, 31) 및 대향 기판(22, 32) 상에 홈 또는 구멍을 형성한다. 여기서, 싱크로트론 광이란 전자 또는 양전자를 광속에 가깝게 가속하고, 자장 중에서 진행 방향을 휘게 함으로써 발생되는 전자파(電磁波)를 말한다.

다음에, 도 9(C)에 나타낸 바와 같이, 메탈 마스크(37)를 제거하고, 유로 기판(21, 31) 및 대향 기판(22, 32)의 홈 또는 구멍의 형성을 완료한다.

다음에, 도 9(D)에 나타낸 바와 같이, 열 압착에 필요한 접착층을 형성한다. 유로 기판(21, 31) 및 대향 기판(22, 32)에 형성된 홈 또는 구멍에 레지스트층(39)을 형성한다. 또한, 플루오로카본 수지 표면에 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc)법에 의해 주입층(injection layer)을 형성한다. 본 실시예에서는 주입층으로서 동층(38)이 사용되지만, 실리콘을 사용할 수도 있다.

다음에, 도 9(E)에 나타낸 바와 같이, 레지스트층(39)을 박리하고 접착층을 형성하여 유로 기판(21, 31) 및 대향 기판(22, 32)을 완성한다.

유로 기판(21, 31) 및 대향 기판(22, 32)이 싱크로트론 광의 조사에 의해 형성되고 있지만, 엑시머 레이저와 같은 레이저 빔의 조사, 금형을 이용한 성형, 및 반응성 이온 에칭법 등을 포함하는 다른 활용가능한 방법에 의해 형성할 수도 있다. 또한, 동층(38)은 엑시머 레이져로 플루오로카본 수지의 표면 특성을 개질시킨 후, 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성할 수도 있다. 이러한 방법에 의해 효율적으로 기판을 형성할 수 있다.

다음에, 윅 기판(24)을 형성한다(단계 3). 이어서, 예를 들면 UV-LIGA라 불리는 방법에 의해 홈을 가지는 증발기 기판(24)이 형성된다. 도 10(A) 내지 10(D)에 기초하여 이하에서 UV-LIGA의 공정을 구체적으로 설명한다.

도 10(A)에 나타낸 바와 같이, 플레이트(43) 상에, 예를 들면, 유기 재료인 SU-8로 이루어지는 레지스트층(42)을 형성하고, 그 위에 패터닝된 레지스트막(41) 을 형성한다. 이것을 패턴 기판(patterned substrate)(40)이라 칭한다.

다음에, 도 10(B)에 나타낸 바와 같이, 패턴 기판(40)의 윗쪽으로부터 UV를 조사하여 레지스트층(42)의 에칭을 행한다.

다음에, 도 10(C)에 나타낸 바와 같이, 상기 패턴 기판(40)으로부터 레지스트막(41)을 박리하고, 박리된 표면에 동층(44)을 형성한다.

다음에, 도 10(D)에 나타낸 바와 같이, 패턴 기판(40)으로부터 동층(44)을 박리한다. 박리된 동층(44)은 홈을 가진 윅 기판(24)으로서 이용된다.

다음에, 이와 같이 얻어진 윅 기판(24)의 홈 표면에 플라스마 베이스트 이온 임플랜테이션(plasema-based ion implantation, PBII로 약칭함) 기술을 이용하여 동 표면에 산소 이온을 주입하여 산화제일동(Cu₂O)층을 형성한다.

도 11은 윅 기판(24)의 홈(25)에 대해 PBII 기술을 이용하는 표면 처리 장치를 나타낸다. 도 12(A) 및 12(B)는 도 11에 나타낸 장치를 이용하는 처리에서의 펄스 전압을 나타내는 도면이다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 윅 기판(24)은 진공 장치(124)의 중심부에 절연 애자(碍子)(120)를 거쳐 펄스 전원(121)에 접속되어 있다. 진공 장치(124)는 진공 펌프(123)에 의해 배기(排氣)되고, 목적에 따라 산소, 메탄, 질소, 티탄과 같은 다양한 이온이 펄스에 동기하여 이온 공급원(122)으로부터 공급된다. 이 실시예의 장치에는 산소 이온이 공급된다.

PBII 기술은 홈(25) 표면을 플라스마 이온으로 둘러싸는 상태에서, 진공 장 치(124) 내의 중심부에 배치된 홈(25)의 표면에 네거티브의 고전압 펄스 전압을 인가함으로써, 홈(25)의 3차원적 표면의 기능을 개질시키는 기술이다.

열전도가 양호한 무산소(oxygen-free) 동으로 만들어지는 홈(25) 속으로 주입하기 위해, 이온 공급원(122)으로부터 공급된 산소 이온을 도 12(A) 및 12(B)에 나타낸 펄스 조건 하에 펄스-이온화시킨다. 예를 들면, 깊이 20 ㎛, 간격 100 ㎛, 및 폭 40 ㎛인 홈에 다음과 같은 조건 하에 산소 이온을 주입함으로써 홈(25)의 표면에 이온 주입을 행한다: 주입 시간은 약 1분간, 온도는 35℃, 펄스 전류는 0.7A. 이 주입 처리에 의해 홈(25) 표면은 무산소 동으로부터 산화제일동으로 개질되었다. 물방울 낙하를 이용하여 측정된 미처리 무산소 동 표면의 접촉각은 60˚였고, 산소 이온 주입에 의해 개질된 표면에 대한 접촉각은 15˚였다. 즉, 친수성이 향상되었음이 확인되었다. 이로써 윅의 모세관 인력(capillary attraction)이 향상되어 더욱 큰 펌프 인력을 얻을 수 있었다.

여기서, 증발기 기판(24)은 반응성 이온 에칭에 의해서도 형성될 수 있다.

다음에, 이와 같이 형성된 증발기 기판(24)을 대향 기판(22)을 관통하여 뚫린 증발기 구멍(23)에 장착하고, 접착제 등을 이용하여 접합한다(단계 4).

또한, 도 13에 나타낸 바와 같이, 대향 기판(22, 32)은 접합부(28b, 35b)에 의해 기상 도관(4) 및 액상 도관(5)과 접합된다(단계 5).

다음에, 도 14에 나타낸 바와 같이, 증발기(2), 응축기(3), 기상 도관(4) 및 액상 도관(5)이 내장된 대향 기판(22, 32)에 유로 기판(21, 31)을 붙인다(단계 6).

단계 4로부터 단계 6까지의 공정에서, 기판과 기판 사이, 또는 기판과 기상 라인(12) 또는 액상 라인(13) 사이의 간격을 없애기 위해, 접착층으로 작용하는 폴리이미드 수지(36)에 의해, 진공 조건(약 2660Pa) 및 약 350℃의 온도에서 기판들을 가압 및 가열하여 접합시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 방법에 따라 높은 정밀도와 신뢰성을 가진 냉각 장치(1)를 제조할 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 기판을 플루오로카본 수지로 형성했지만, 예를 들면, 폴리이미드나 디메틸실록산 수지 등의 기타 수지, 또는 유리를 기판용으로 사용할 수도 있다.

전자 기기 장치

도 15는 본 발명에 따른 냉각 장치가 탑재된 노트북 퍼스널 컴퓨터(150)의 개략적 사시도이다.

퍼스널 컴퓨터(150)는, 플래쉬 메모리(153)와 드라이버(152)를 가지는 기록 매체(154)를 컴퓨터에 장착하고 분리하기 위한 슬롯(151) 및 중앙 연산처리 장치(Central Processing Unit; CPU)(156)를 포함하는 조작부(158); 화상을 표시하는 표시면(159a); 및 신호 처리를 위한 회로가 형성된 회로면(159b)(도시되지 않음)을 포함하는 표시부(159)를 포함하며, 이들 유닛과 표면은 연결부(157)에 의해 접속되어 노트북 퍼스널 컴퓨터가 구성된다.

여기서, 본 발명에 따른 냉각 장치(1)는 당해 중앙 연산처리 장치(156)에 근접하여 당해 중앙 연산처리 장치와 대략 동일한 면적의 증발기(2)가 위치하도록 배치된다. 또한, 응축기(3)는 표시부(159)의 이면(裏面)에 설치되고, 증발기(2)와 응축기(3) 사이에는 기상/액상의 작동액이 통과하여 흐르는 파이프(4, 5)가 연결부(157)에 의해 접속되어 히트 파이프를 형성한다.

이와 같이, 냉각 장치(1)는 내장된 디바이스의 구성에 따라 증발기(2)와 응축기(3)의 배치를 여러 가지로 대응할 수 있기 때문에, 전자 기기 장치의 소형 박형화를 도모할 수 있고 효율적인 냉각을 달성할 수 있다. 냉각 장치(1)는 또한 증발기(2)가 전술한 표시부(159)의 표시 슬롯에 의해 장착된 기록 매체(154)의, 예를 들면, 드라이버(152)의 바로 밑에 위치하도록 퍼스널 컴퓨터(150) 내에 배치할 수도 있다.

음향 장치

도 16은 본 발명에 따른 냉각 장치가 탑재된 오디오 세트의 개략적 구성도이다.

오디오 세트(160)는 음악이 기록된 매체를 재생하고 음량 및 음질 등을 조정하는 본체부(161), 및 본체부(161)와 접속하여 소리를 출력하는 한 쌍의 스피커(162)를 포함한다. 본체부(161)에는 음량 및 음질을 조정하기 위한 증폭기(163)를 포함하고, 그 내부에는 파워 트랜지스터(164)가 설치된다.

여기서, 냉각 장치(1)의 증발기(2)는 상기 파워 트랜지스터(164)에 근접하도록 배치되고, 파이프(4,5)에 의해 소정 위치에 배치된 응축기(3)와 접속된다. 상기 파이프(4, 5)는 유연하게 구부릴 수 있으므로, 적은 공간에서도 응축기(3)를 배치할 수 있고, 따라서 파워 트랜지스터로부터 발생된 열을 효율적으로 방출할 수 있다. 오디오 세트(160)의 본체부(161)에서는. 증발기(2)가 파워 트랜지스터(164) 를 효율적으로 냉각하고, 그로부터 탈취한 열을 응축기(3)로부터 효율적으로 방출할 수 있다.

냉각 장치의 다른 실시예

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 장치의 분해 사시도이다. 도 18은 상기 냉각 장치의 부분 단면도이다. 이들 도면에서, 도 1 내지 도 7에 나타낸 냉각 장치와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호가 부여되어 있다.

이들 도면에 나타낸 바와 같이, 증발기(202)의 대향 기판(222)에는 기상 유로(234a)의 홈(227)에 내통하는 구멍(251a) 및 액상 유로(234b)의 홈(227)에 내통하는 구멍(252a)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 응축기(203)의 대향 기판(232)에는 기상 유로(234a)의 홈(233)에 내통하는 구멍(253a) 및 액상 유로(234b)의 홈(233)에 내통하는 구멍(254a)이 형성되어 있다.

상기 구멍(251a∼254a)은 에폭시 수지층(255)에 의해, 예를 들면, SUS나 Cu로 만들어지는 튜브 피팅(tube fitting)(251b∼254b)에 각각 접속된다. 튜브 피팅(251b)의 접속부(251c)(관의 선단이 돌출된 부분)는 플루오로카본 수지로 만들어지는 관(204)에 의해 튜브 피팅(253b)의 접속부(253c)에 접속된다. 또한, 튜브 피팅(252b)의 접속부(252c)는 플루오로카본 수지로 만들어지는 관(205)에 의해 튜브 피팅(254b)의 접속부(254c)에 접속된다.

접속부(251c)와 관(204) 사이의 접합 부분은 융착성 플루오로카본 수지로 만들어지는 튜브(251d)로 클래딩(cladding)된다. 마찬가지로, 접속부(253c)와 관(204) 사이의 접합 부분은 융착성 플루오로카본 수지로 만들어지는 튜브(253d)로 클래딩되고, 접속부(252c)와 관(205) 사이의 접합 부분은 융착성 플루오로카본 수지로 만들어지는 튜브(252d)로 클래딩되고, 접속부(254c)와 관(205) 사이의 접합 부분은 융착성 플루오로카본 수지로 만들어지는 튜브(254d)로 클래딩된다. 이들 튜브(251d∼254d)는 예를 들면 관(204, 205)보다 지름이 큰 튜브를 접합 부분에 장착한 다음, 튜브를 가열함으로써 피복될 수 있다.

따라서, 접합부(251c∼254c)와 관(204, 205) 사이의 접합부의 기밀성은 융착성 플루오로카본 수지로 만들어지는 튜브(251d∼254d)로 접합부(251c∼254c)와 관(204, 205)을 클래딩함으로써 향상시킬 수 있다. 특히, 융착성 플루오로카본 수지로 만들어지는 튜브(251d∼254d)를 관(204, 205)과 함께 사용함으로써 이들 사이에 중합 반응이 일어나서 매우 높은 기밀성이 제공된다.

관의 다른 예

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각 장치의 구성을 나타내는 일부 분해 사시도이다.

이 실시예에서의 냉각 장치의 구성은 도 1 내지 도 7에 나타낸 냉각 장치와 거의 동일하지만, 플루오로카본 수지로 만들어지는 관(4, 5)과 적어도 결합부(28a, 28b, 35a, 35b) 사이의 접촉 부분(301)이 수소 플라스마로 처리되어 있는 점이 상이하다.

수소 플라스마 처리란 수소 플라스마, 수소 이온 또는 수소를 포함하는 가스 소스에 의한 플라스마 처리 또는 반응성 이온 에칭 처리이다. 그러한 처리의 일례는, 일반적인 플라스마 발생 장치에서 수소를 원료 가스로 이용하여 발생된 플라스 마를 관(4, 5)의 표면에 조사함으로써 직접적으로 불소 원자를 여기(勵起) 및 이탈시켜 수소 원자로 마무리하는 처리이다.

이러한 플라스마는 다음과 같은 조건 하에 발생되는 것이 바람직하다:

RF 주파수: 13.56 MHz

RF 출력: 10O W

가스의 종류 및 유량: H₂, l∼20 sccm, 바람직하게는 3∼10 sccm

진공도: 1×10^-4∼1×10^-1 Pa, 바람직하게는 1×10^-3∼1×10^-2 Pa

여기서, 본 실시예의 H₂ 이외의 가스로는 CHF₃, SiH₄ 등이 포함될 수 있다.

예를 들면 TEFLON^R 등의 플루오로카본 수지에 접착성이 없는 것은, 도 20에 나타낸 바와 같이, 분자 사슬의 탄소 원자를 마무리하고 있는 불소 원자에 기인한다. 본 실시예에서는, 접착성을 향상시킬 목적에서 불소 원자를 수소 원자로 치환시킨다. 이 반응은, 도 17에 나타낸 바와 같이, 접합에 튜브 피팅과 같은 기계적 구조를 이용하지 않고, 플루오로카본 수지로 만들어지는 관(4,5)을 결합부(28a, 28b, 35a, 35b)에 접합시키는 데 유용하다.

본 발명에 따른 수소 플라스마 처리는, 플루오로카본 수지를 습식 에칭 등에 의해 알칼리 금속 이온(일반적으로 Na)과 반응시켜 불소 원자를 수소 원자로 치환하는 다른 기술과 비교할 때, 저가이고 생산성이 높을 뿐 아니라 유독성 폐기물이 적은 이점을 가진다. 여기서, 수소 플라스마 처리는 관 뿐만 아니라 플루오로카본 수지로 만들어지는 제품 전반에 적용될 수 있다.

도 21에 나타낸 바와 같이, 플루오로카본 수지로 만들어지는 관 본체(311)의 표면을 전술한 수소 플라스마로 처리하여 플라스마 처리된 표면(312)을 형성하고, 이어서 처리된 표면에 Cu, A1, Ni, Ti, Au, Pt, Ag, Cr, Fe, Zn, Co, Si, Sn, In, Pb 등을 포함하는 금속의 박막을 형성할 수도 있다. 이러한 금속의 박막(313)은, 예를 들면, 진공 증착, 스퍼터링, 무전해 도금, 전해 도금 등의 방법에 의해 형성할 수 있다. 금속 박막의 두께는 0.01 ㎛ 내지 500 ㎛이고, 1 ㎛ 내지 200 ㎛가 보다 바람직하다. 1 ㎛보다 얇으면 장벽성(barrier-ability)이 약해지고, 반면에 예를 들면, 증착이나 무전해 도금으로 200 ㎛ 이상 막을 형성하는 것은 고비용이 될 우려가 있고, 또 막 형성에 특수한 기술을 필요로 할 우려도 있기 때문이다. 따라서, 이와 같이 금속의 박막(313)을 형성함으로써 관의 기밀성을 높일 수 있다.

여기서, 관이 전술한 바와 같이 실리콘, 폴리우레탄, 또는 폴리프로필렌으로 만들어지는 경우에도, 마찬가지로 금속 박막을 형성함으로써 기밀성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 플루오로카본 수지의 경우와 마찬가지로 수소 플라스마 처리를 행함으로써 접착성이 더욱 양호한 금속 박막을 형성하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명에 따른 관의 내측 및 외측 표면에 무전해 도금에 의해 플루오로카본 수지 코팅을 행함으로써 기밀성을 향상시킬 수 있다. 플루오로카본 수지 코팅의 두께는 약 0.01 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 내지 200 ㎛이다. 1 ㎛보다 얇은 막을 형성하면 장벽성의 열화를 일으키고, 반면에 예를 들면 진공 증착이나 무전해 도금을 이용하여 200 ㎛보다 두꺼운 막을 형성하는 것은 고비용으로 이어질 수 있고, 또한 막 형성에 특수한 기술을 필요로 할 우려도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 적합한 장치 배열의 선택에 대한 융통성이 높은 동시에 소형 박형화가 가능하고 냉각 성능이 향상된 냉각 장치, 전자 기기 장치, 그러한 냉각 장치를 이용하는 음향 장치, 및 냉각 장치의 제조 방법이 제공된다.

Claims (25)

1. (a) 작동액을 유통시키는 유로를 가지는 유로 기판과,

   금속의 열전도율을 가지는 재료로 이루어지고, 적어도 윅(wick)을 설치한 윅 기판과,

   증발기 구멍을 가지고, 상기 유로 기판의 상기 유로와 상기 윅 기판의 상기 윅이 통하도록 상기 윅 기판이 상기 증발기 구멍에 끼워 넣어져 상기 유로 기판과 접합된 대향 기판

   을 포함하며, 대상물로부터의 열에 의해 작동액을 기화시킴으로써 대상물을 냉각시키는 냉각부;

   (b) 상기 냉각부와 물리적으로 분리되어 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 상기 냉각부로 순환시키는 액화부;

   (c) 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 액화된 작동액을 유통시키는 제1 관; 및

   (d) 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 기화된 작동액을 유통시키는 제2 관

   을 포함하며,

   상기 제1 관 및 상기 제2 관 중 적어도 한쪽은 불소 수지로 이루어지는,

   냉각 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 윅 기판은 동(copper)으로 이루어지고,

   상기 윅의 표면에는 산화 제1 동의 박막이 형성되어 있는, 냉각 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 냉각부 및 상기 액화부와 상기 제1 관 및 상기 제2 관 사이의 적어도 하나의 접합부는, 융착성 불소 수지가 피복되어 있는, 냉각 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 관 및 상기 제2 관에서의 상기 냉각부 및 상기 액화부 사이의 적어도 하나의 접합 표면은, 플라즈마 또는 반응성 이온 에칭으로 처리되어 있는, 냉각 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 관 및 상기 제2 관에서의 상기 냉각부 및 상기 액화부 사이의 적어도 하나의 접합 표면은, 수소 플라즈마로 처리되어 있는, 냉각 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1 관 및 상기 제2 관의 표면 중 적어도 한쪽은, 금속의 박막이 형성되어 있는, 냉각 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 금속의 박막은, Cu, Al, Ni, Ti, Au, Pt, Ag, Cr, Fe, Zn, Co, Si, Sn, In 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하는, 냉각 장치.
8. (a) 중앙 연산 처리부;

   (b) 작동액을 유통시키는 유로를 가지는 유로 기판과,

   금속의 열전도율을 가지는 재료로 이루어지고, 적어도 윅을 설치한 윅 기판과,

   증발기 구멍을 가지고, 상기 유로 기판의 상기 유로와 상기 윅 기판의 상기 윅이 통하도록 상기 윅 기판이 상기 증발기 구멍에 끼워 넣어져 상기 유로 기판과 접합된 대향 기판

   을 포함하며, 상기 중앙 연산 처리부에 근접하여 배치되고, 상기 중앙 연산 처리부로부터의 열에 의해 작동액을 기화시키는 것에 의해 상기 중앙 연산 처리부를 냉각시키는 냉각부;

   (c) 상기 냉각부와 물리적으로 분리되어 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 상기 냉각부로 순환시키는 액화부;

   (d) 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 액화된 작동액을 유통시키는 제1 관; 및

   (e) 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 기화된 작동액을 유통시키는 제2 관

   을 포함하며,

   상기 제1 관 및 상기 제2 관 중 적어도 한쪽은, 불소 수지로 이루어진,

   전자 기기 장치.
9. 플래시 메모리와 드라이버를 구비하는 카드형의 기억 장치가 착탈 가능한 슬롯을 포함하는 전자 기기 장치로서,

   (a) 작동액을 유통시키는 유로를 가지는 유로 기판과,

   금속의 열전도율을 가지는 재료로 이루어지고, 적어도 윅을 설치한 윅 기판과,

   증발기 구멍을 가지고, 상기 유로 기판의 상기 유로와 상기 윅 기판의 상기 윅이 통하도록 상기 윅 기판이 상기 증발기 구멍에 끼워 넣어져 상기 유로 기판과 접합된 대향 기판

   을 포함하며, 상기 슬롯에 근접하도록 배치되고, 상기 카드형의 기억 장치로부터의 열에 의해 작동액을 기화시키는 것에 의해 상기 카드형의 기억 장치를 냉각시키는 냉각부;

   (b) 상기 냉각부와 물리적으로 분리되어 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 상기 냉각부로 순환시키는 액화부;

   (c) 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 액화된 작동액을 유통시키는 제1 관; 및

   (d) 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 기화된 작동액을 유통시키는 제2 관

   을 포함하며,

   상기 제1 관 및 상기 제2 관 중 적어도 한쪽은, 불소 수지로 이루어진,

   전자 기기 장치.
10. 파워트랜지스터를 구비하는 음향 장치에서,

    (a) 작동액을 유통시키는 유로를 가지는 유로 기판과,

    금속의 열전도율을 가지는 재료로 이루어지고, 적어도 윅을 설치한 윅 기판과,

    증발기 구멍을 가지고, 상기 유로 기판의 상기 유로와 상기 윅 기판의 상기 윅이 통하도록 상기 윅 기판이 상기 증발기 구멍에 끼워 넣어져 상기 유로 기판과 접합된 대향 기판

    을 포함하며, 상기 파워트랜지스터로부터의 열에 의해 작동액을 기화시키는 것에 의해 상기 파워트랜지스터를 냉각시키는 냉각부;

    (b) 상기 냉각부와 물리적으로 분리되어 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 상기 냉각부로 순환시키는 액화부;

    (c) 상기 액화부로부터 상기 냉각부로 액화된 작동액을 유통시키는 제1 관; 및

    (d) 상기 냉각부로부터 상기 액화부로 기화된 작동액을 유통시키는 제2 관

    을 포함하고,

    상기 제1 관 및 상기 제2 관 중 적어도 한쪽은 불소 수지로 이루어진,

    음향 장치.
11. 대상물로부터의 열에 의해 작동액을 기화시키는 것에 의해 대상물을 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부와 물리적으로 분리되어 상기 냉각부에서 기화된 작동액을 액화하여 상기 냉각부로 순환시키는 액화부를 포함하는 냉각 장치의 제조 방법으로서,

    금속의 열전도율을 가지는 재료로 이루어지고, 적어도 윅을 설치한 윅 기판을, 제1 대향 기판에 설치된 증발기 구멍에 조립하는 공정;

    액화된 작동액을 유통시키고 불소 수지로 이루어지는 제1 관의 양단부에 각각 설치된 접촉 부분에 수소 플라즈마 처리를 행하는 공정;

    기화된 작동액을 유통시키고 불소 수지로 이루어지는 제2 관의 양단부에 각각 설치된 접촉 부분에 수소 플라즈마 처리를 행하는 공정;

    상기 제1 관의 상기 접촉 부분을, 상기 작동액을 유통시키는 유로를 가지는 제1 유로 기판, 및 기상 유로 및 액상 유로를 설치한 제2 유로 기판에 각각 접속하는 공정;

    상기 제2 관의 상기 접촉 부분을, 상기 제1 대향 기판 및 제2 대향 기판에 각각 접속하는 공정; 및

    상기 제1 유로 기판의 상기 유로와 상기 윅 기판의 상기 윅이 통하도록 상기 제1 유로 기판과 상기 제1 대향 기판을 접합하여 상기 냉각부를 형성하는 동시에, 상기 제2 유로 기판과 상기 제2 대향 기판을 접합하여 상기 액화부를 형성함으로써, 상기 냉각부와 상기 액화부 사이에 상기 제1 및 상기 제2 관을 접속하는 공정

    을 포함하는, 냉각 장치의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 윅 기판의 상기 윅의 표면에 산화 제1 동의 박막을 형성하는 공정을 더 포함하는, 냉각 장치의 제조 방법.
13. 제11항에 있어서,

    상기 제1 관의 상기 접촉 부분 및 상기 제2 관의 상기 접촉 부분에 금속의 박막을 형성하는 공정을 더 포함하는, 냉각 장치의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 금속의 박막은, Cu, Al, Ni, Ti, Au, Pt, Ag, Cr, Fe, Zn, Co, Si, Sn, In 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하는, 냉각 장치의 제조 방법.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제

Images