KR101010351B1 - 나노 분말을 이용한 방열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 나노 분말을 이용한 방열장치는 발열부품장착부를 가지는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재와 외주면에 설치되는 복수개의 방열휜과, 상기 베이스 부재 또는 방열휜의 내부에 소정의 형상으로 형성된 루트의 내부에 충전되는 나노 분말 상의 열전달재를 포함한다.
이 방열장치는 방열효율을 극대화 할 수 있어 발열부품의 방열특성을 향상시킬 수 있다.
방열, 나노분말, 방열휜, 열전달

Description

나노 분말을 이용한 방열장치{heatsink using Nanoparticles}
본 발명은 방열장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 고출력 발광다이오드에 적용 가능하며, 나노 분말을 이용한 방열장치에 관한 것이다.
통상적으로 발광다이오드는 상대적으로 조도가 높은 투광기, 백라이트, 조명등에 이용되는데, 특히 최근에는 저소비전력 고출력의 발광다이오드가 개발되고 있다. 이러한 발광다이오드는 고수명, 저전력소모, 친환경적, 박형화 등의 장점을 갖는 반면 광효율이 낮은 단점을 가지고 있다. 이러한 장점을 갖는 발광다이오드의 광효율은 대략 20~30%정도이다. 발광다이오드 1W의 소모전력에서 광효율을 30%로 보았을 때, 열로 발생되는 소모전력 비율이 70%이다.
상기와 같이 발광다이오드로부터 발생된 열은 발광다이오드를 열화시키게 되며 그 수명을 반감시킨다. 따라서 고출력의 발광다이오드에 있어서 방열수단은 필수적이다. 이러한 발광다이오드는 생활가전분야에까지 확대되고 있어 발광다이오드로부터 열을 방출하기 위한 방열장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
대한민국 공개특허 제 2005-0086391호에는 냉각 기능을 구비한 엘이디 패키지 인쇄회로기판 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 개시된 인쇄회로기판은 평판상 의 히트 파이프가 구비된 구성이 개시되어 있다.
그리고 공개 특허 제 2006-008605호에는 엘이디 패키지의 열방출구조 및 이 구조를 구비한 엘이디 패키지가 구비되어 있다. 개시된 엘이디 패키지는 엘이디 칩, 접착층을 이용하여 엘이디 칩에 결합되는 메탈 슬러그 및 상기 엘이디 칩을 둘러싼 몰딩을 포함하며, 상기 메탈슬러그는 엘이디 칩을 둘러싼 발산 벽면체 및 상기 발산 벽면체의 외부에 형성된 슬러그 기판을 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 냉각 기능을 갖는 엘이디 패키지 또는 엘이디 패키지의 방열구조는 구조가 상대적으로 복잡하고, 공기와의 열전달에 의해 방열이 이루어지고 있으므로 충분한 냉각효과를 기대하기 어렵다. 특히 고출력의 엘이디의 경우 상기와 같은 방열구조로서는 열에 의한 엘이디의 열화를 방지할 수 없다.
한편, 대한민국 등록특허 제 0660126호에는 방열판 구조를 가지는 회로기판이 개시되어 있다. 개시된 회로기판은 광소자 어레이에 전류를 공급하는 리드선을 제1면에 부착한 회로기판과, 회로기판의 일전전체에 광소자로부터 발생된 열을 방출하기 위한 제 1금속재 방열판과, 방열판과 리드선에 전기적으로 절연하기 위한 절연막을 구비하며, 이 절연막은 질화 알루미늄분말이 내부에 분사된 에폭시 막으로 이루어진 구성을 가진다. 이러한 기술적 구성은 방열표면적을 넓혀 광소자로부터 발생된 열의 발생된 열을 방지하고 있으나 구조가 상대적으로 복잡하고, 회로기판의 제조가 어렵다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고휘도의 발광다이오드로부터 발생되는 열의 방출특성을 향상시킬 수 있으며, 발광다이오드의 열에 의한 열화를 근본적으로 방지할 수 있는 나노분말을 이용한 방열장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 방열면적을 줄임과 아울러 열전도율을 향상시킬 수 있으며, 구조가 상대적 단순한 나노 분말을 이용한 방열장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방열장치는 발열부품장착부를 가지는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재와 외주면에 설치되는 복수개의 방열휜과, 상기 베이스 부재 또는 방열휜의 내부에 소정의 형상으로 형성된 루트의 내부에 충전되는 나노 분말 상의 열전달재를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 열전달재는 금 나노분말, 은나노분말, 구리 나노분말, 은나노분말과 구리 나노분말의 합성분말로 이루어질 수 있다. 여기에서 은나노분말과 구리 나노분말의 입자크기는 2 내지 10nm로 함이 바람직하다.
본 발명에 따른 방열장치는 단위 질량당 표면적의 증가로 열전도율이 증가하는 특성을 가지고 있는 나노 입자를 이용함으로써 방열특성을 향상시킬 수 있으며특정부위에 열점이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 방열장치는 고출력의 발광다이오드의 방열장치로서 적용 가능하다.
본 발명에 따른 방열장치는 나노분말을 이용하여 열전도성을 향상시킬 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 방열장치(10)는 발광다이오드 모듈(100)이 발열부품장착부(11)를 가지는 베이스 부재(12)와, 상기 베이스 부재와 외주면에 설치되는 복수개의 방열휜(13)과, 상기 베이스 부재 또는 방열휜의 내부에 소정의 형성되는 루트(20)의 내부에 충전되는 나노 분말 상의 열전달재(30)를 포함한다.
상기 베이스 부재(12)는 열을 방출(방열)하고자 하는 방열부품에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 발열부품장착부가 형성된 판상으로 이루어지거나 도 2에 도시된 바와 같이 상하 판부재가 지주에 의해 연결된 구조로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 베이스 부재(12)에 형성되는 방열휜(13)은 그 표면적을 넓히기 위한 것으로, 박판 또는 핀의 형상으로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지 않고, 표면적을 넓히기 위한 구성이면 가능하다. 예컨대, 상기 방열부품장착부(11) 이외의 영역에 요철이 형성되어 그 표면적을 넓힐 수도 있다.
상기 베이스 부재(12)에 형성된 루트(20) 즉, 본체에 내부에 형성되어 나노분말의 충전을 위한 공간은 발열부품장착부(11)와 대응되는 측에 형성된 메인루트부(21)와, 상기 메인루트부(21)로부터 방사상으로 형성되는 분기루트(22)를 구비한다. 상기 메인루트(21)는 상기 발열부품장착부(11)의 면적과 실질적으로 동일하거나 작게 형성함이 바람직하다. 그리고 상기 분기루트(22)는 상기 메인루트(21)로부터 방사상으로 형성되는데, 열전달재(30)에 의해 열전달이 원활하게 이루어질 수 있도록 그 단부로 갈수록 단면적이 점차적으로 작아지도록 함이 바람직하다.그러나 이에 한정되지 않고 베이스 부재(12)의 구조에 따라 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 상기 분리루트(22)의 단부에는 이들을 연결하는 보조 분기루트(23)가 형성될 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 베이스 부재(12)(14)가 지주(15)에 의해 연결되는 경우 상기 베이스부재(12)(13)와 지주에 상술한 바와 같이 루트가 형성되고, 열전달재(30)가 충전될 수 있다.
상기 열전달재는 금나노분말, 은나노 분말, 구리 나노분말 또는 은 나노 분말과 구리 나노분말 금나노분말이 혼합된 혼합물로 이루어질 있다. 여기에서 상기 금,은 또는 구리 나노분말의 입자크기는 2 내지 10nm 이하로 함이 바람직하다.
한편, 도시되어 있지 않으나 고출력 발광다이오드와 방열을 위한 본체가 일체화로 이루어진 모듈화 된 경우 방열을 위한 본체에도 상술한 바와 같이 루트가 형성되고 이 루트에 열전달재가 충전될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 방열장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 나노 분말을 이용한 방열장치(10)를 이용하여 발열부품 예컨대 고휘도 발광다이오드(100)로 발생된 열을 방출하기 위해서는 먼저 상기 방열장치의 발열부품장착부(11)에 열전도성 접착제 또는 시트(thermal connection sheet)를 이용하여 고휘도의 발광다이오드(100)를 부착한다.
이 상태에서 상기 발광다이오드(100)의 구동으로 인하여 이로부터 열이 발생 되면 이 열을 외기와 방열장치(10)에 의해 방열이 이루어지게 된다. 즉 상기 발광다이오드(100)로부터 발생된 열은 상기 베이스부재(12)의 방열휜(13)으로 전달되어 외기와 열교환이 이루어지게 됨으로써 방열되게 된다. 이 과정에서 상기 베이스부재(12)에는 열전달재(30)인 금나노분말, 은나노분말, 구리나노분말 또는 이들의 혼합물이 충전되어 있으므로 열전달재(30)에 의해 베이스 부재의 반경방향 및 방열휜 측으로의 열전달이 짧은 시간내에 이루어질 수 있다. 이를 더욱 상세하게 설명하면, 상기 나노 분말상의 열전달재(30)는 단위 질량당 표면적이 상대적으로 증가되어 열전도율이 높아지게 되므로 베이스부재를 통한 열전도 속도보다 높아지게 된다. 따라서 상기 베이스 부재(12)의 발열부품장착부(11)로부터 방사상으로 설치되는 열전달재(30)가 발광다이오드(100)로부터 열을 전달하는 코어를 이루게 되고, 온도가 높은 이 코어로부터 베이스부재(12)의 각 부위와 방열휜(13)으로 열이 전달되어 방열효율을 극대화 시킬 수 있다.
특히 상기 금나노분말, 은나노분말, 구리나노분말 또는 이들의 혼합물이 충전되어 있으므로 열전달재(30)는 메인루트(21)와 분기루트(22)에 충전되어 베이스부재(11)의 각 부위로 열을 전달할 수 있도록 되어 있으므로 열이 특정부위에 축열되는 열점의 형성을 근본적으로 방지할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 지주(15)에 의해 베이스부재(12)(14)들이 연결되어 방열표면적을 넓히고, 지주(15) 는 베이스 부재에 방열휜이 설치된 경우 방열효과를 극대화 할 수 있다. 그리고 열전달재(30)이 충전되는 분기루트(22)는 베이스부재(12)의 특성에 따라 다양한 패턴, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 방사상 으로 형성된 분기루트(22)의 단부에 열전달재(30)가 충전되는 보조 분기루트(23)를 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 나노 분말을 이용한 방열장치는 발열부품 특히 발광다이오드 또는 이 모듈로부터 발생되는 열을 방출효율을 극대화 시킬 수 있어 고출력의 발광다이오드 모듈제작을 가능하게 한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 나노 분말을 이용한 방열장치는 발광다이오드 및 이를 이용한 모듈, 반도체 칩 등의 각종 전자부품에 방열에 널리 적용 될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 분말을 이용한 방열장치의 일부절제 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 나노 분말을 이용한 방열장치의 다른 실시예를 도시한 일부절제 사시도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 나노 분말을 이용한 방열장치의 다른 실시예들을 나타내 보인 사시도.

Claims (4)

  1. 발열부품장착부를 가지는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재의 외주면에 설치되는 복수개의 방열휜과, 상기 베이스 부재 또는 방열휜의 내부에 소정의 형상으로 형성되는 루트와, 상기 루트의 내부에 충전되는 나노 분말 상의 열전달재를 포함하며,
    상기 열전달재가 충전되는 루트는 발열부품장착부와 대응되는 측의 베이스부재에 형성되는 메인루트와, 상기 메인루트로부터 방사상으로 형성되는 분기루트와 상기 분기 루트의 단부에 형성된 보조 분기루트를 구비하며,
    상기 열전달재는 금나노 분말, 은나노분말, 구리 나노분말, 은나노분말과 구리 나노분말의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노 분말을 이용한 방열장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스부재는 지주들에 의해 소정간격 이격되도록 연결되며 적층된 것을 특징으로 하는 나노분말을 이용한 방열장치.
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