KR101089432B1 - 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기에 관한 것이다. 본 발명에서는 휴대용 전자기기가 작동시 각종 전자부품과 회로에서 발생되는 열을 냉각부재(30,130,230)를 이용하여 냉각시킨다. 상기 냉각부재(30,130,230)는 휴대용 전자기기의 케이싱에 내장 또는 도포되거나 별도로 구비된다. 상기 냉각부재(30,130,230)는 열원(222)에서 전달되는 열에 의해 소정의 온도가 되면 상변화를 일으키는 상변화물질(PCM:Phase Change Material)로 구성된다. 별도로 구비되는 상기 냉각부재(230)에는 상기 열원(222)과 형합되는 요입부(232)가 형성된다. 상기 냉각부재(30,130,230)를 구성하는 상변화물질은 파라핀 계열과 공융염류계열 중 어느 하나가 사용된다. 본 발명에 의하면 휴대용 전자기기를 냉각시키기 위한 별도의 냉각장치나 구동전원이 필요없으므로 공간상의 이점, 제조상의 이점 및 에너지 절감 등의 효과가 있으며, 휴대용 전자기기의 고집적화를 통하여 제품을 보다 컴팩트하게 구현할 수 있다. 또한 상기 냉각부재(30,130,230)로서 상변화물질을 사용하므로 효과적인 방열을 달성할 수 있다.
휴대용 전자기기, 냉각부재, 상변화물질, 케이싱

Description

냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기{Portable electronic device with the cooling material}
도 1은 본 발명에 의한 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기의 제1실시예의 구성을 보인 분해사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시예의 요부 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 사용되는 냉각부재를 구성하는 상변화물질의 특성을 보인 그래프.
도 4는 본 발명의 제2실시예의 요부 구성을 보인 단면도.
도 5는 본 발명의 제3실시예의 요부 구성을 보인 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 210: 제1케이싱 20, 220: 제2케이싱
21, 221: 기판 22, 222: 열원
30, 130, 230: 냉각부재 110: 케이싱
본 발명은 휴대용 전자기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대용 전자기 기의 열원으로부터 발생된 열을 냉각시키기는 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기에 관한 것이다.
반도체소자의 고집적화에 따라, 디자인 룰(design rule)이 감소하고, 그에 따라 반도체소자를 구성하는 전자회로의 선폭(Line width)이 작아짐에 따라 단위 면적당의 소자의 수가 증가하여 전자기기의 소형화, 고성능화를 달성하였다.
하지만, 그에 수반하여 반도체 칩의 단위 면적당 열발산률이 더욱 증가하게 되었고, 이러한 열발산률의 증가는 반도체 소자의 성능을 저하시키고, 수명을 단축시키며 궁극적으로 당해 반도체소자를 채용한 전자기기의 신뢰성을 저하시키게 된다. 특히 반도체 소자에 있어서는 그 동작온도에 따라 각종 파라미터 값들이 예민하게 변화되어 집적회로의 특성을 더욱 더 열화시키게 된다.
이러한 열발산율의 증가에 따라 냉각기술도 발전하여 왔다. 예를 들면, 핀팬(Fin fan) 냉각방식, 열전소자(peltier) 냉각방식, 액체분사(water-jet) 냉각방식, 잠수(immersion) 냉각방식, 히트파이프(heat pipe) 냉각방식 등이 있다.
먼저, 핀팬 냉각방식은 팬으로 기류를 형성하여 핀을 통과시키면서 강제 냉각시키는 것으로, 수십년 동안 이용되어 왔으나, 소음, 진동 및 큰 체적에 비해 냉각효율이 낮다는 문제점이 있으며, 팬의 구동을 위한 별도의 전원이 필요하며 팬자체로부터 열이 발생된다는 문제점이 있다.
펠티어 효과를 이용한 열전소자 냉각방식은 소음, 진동은 없으나 큰 구동전원이 요구되어 에너지 보존법칙에 의해 고열측(hot juction)에서 필요 이상의 과다한 열소산장치가 요구된다는 문제점이 있다.
다음으로, 상기 액체분사 냉각방식은 그 효율성이 우수하나, 그 구조가 복잡하고 분사를 위한 펌프구동 전원이 요구된다는 문제점이 있다.
한편, 잠수 냉각방식의 경우 별도의 구동전원이 필요치 않은 자연순환방식의 서모사이펀(thermo syphon)이 있으나, 중력의 영향을 많이 받으므로 휴대용 전자기기에 적용할 경우 강건 설계(Robust design)가 곤란하다는 문제점이 있다.
히트파이프 냉각방식은 상대적으로 구조가 간단하고 제작이 용이하다는 장점으로 인해 소형냉각장치로서 다양한 형상으로 널리 적용되어 있다.
그러나 최근에 휴대용 전자기기가 많이 사용되면서 냉각장치 또한 경박단소화 될 것이 요구되고 있다. 즉, 휴대용 전자기기는 제품의 특성상 방열부분에 할애된 공간이 매우 협소하여, 위에서 설명한 바와 같은 냉각장치로는 휴대용 전자기기의 냉각을 효율적으로 수행할 수 없는 문제점이 있다.
특히, 휴대용 단말기의 경우, 전체 크기가 소형이라는 점과 발열 패턴 또한 다양하다는 점에서 종래의 냉각장치를 사용하기 어려운 문제점이 있다. 예를 들어 폰기능을 가지는 휴대폰이나 스마트폰 같은 경우 대체로 초소형이면서 전화기능의 사용시에 급격히 발열이 많이 일어나는 발열패턴을 가진다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명 은 소정의 기능을 수행하는 것으로 작동됨에 따라 열이 발생하는 열원과, 상기 열원을 냉각하기 위한 냉각부재가 구비된 케이싱을 포함하여 구성되고, 상기 냉각부재는 소정의 온도가 되면 상변화를 일으키는 상변화물질로 구성되며, 적어도 상기 열원과 대응되는 위치에 구비된다.
상기 냉각부재는 휴대용 전자기기의 케이싱 내부에 내장 또는 케이싱 내면에 도포되거나, 별도로 상기 열원과 형합되는 요입가 형성된 냉각부재로 구비될 수 있다.
상기 냉각부재는 파라핀 계열과 공융염류계열 중 어느 하나가 사용된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 상기 열원을 냉각시키기 위한 별도의 장치나 구동전원이 필요없으므로 공간상의 이점 및 제조상의 이점이 있고, 소형화된 휴대용 전자기기에서 다양한 방열특성에 대응하여 열원을 냉각시킬 수 있다.
이하 본 발명에 의한 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기의 제1실시예가 분해사시도로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 실시예에서 냉각부재가 케이싱에 내장된 상태를 보인 단면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명 실시예를 구성하는 냉각부재의 구성물질인 상변화물질의 특성을 보인 그래프가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 제1케이싱(10)은 휴대용 전자기기의 외관 을 구성하는 것이다. 상기 제1케이싱(10)에는 각종 기능과 키 입력신호를 선택하여 중앙처리장치(CPU)에 입력시키는 키보드부(11), 각종 정보 및 다이얼 번호를 표시하는 표시부(12), 송수신 데이타 및 음성정보를 송수신하는 송신부(13) 및 수신부(14)가 구비된다.
제2케이싱(20)은 상기 제1케이싱(10)과 협력하여 휴대용 전자기기의 외관을 구성하는 것이다. 상기 제2케이싱(20)에는 휴대용 전자기기를 구성하는 각종 부품 및 회로가 설치되는 기판(21)이 구비된다. 상기 기판(21)에 구비되는 각종 부품 및 회로는 휴대용 전자기기 작동시 열을 발생시키는 열원(22)이 된다. 휴대용 전자기기의 주요 열원(21)은 중앙처리장치(CPU)이거나 통신모듈이다.
상기 케이싱(10,20)에는 상기 열원(22)의 열을 방열시키기 위한 냉각부재(30)가 구비된다. 상기 냉각부재(30)는 상변화물질(PCM:Phase Change Material)로 구성된다. 상변화물질이란 물질의 상이 바뀌면서 잠열을 흡수 또는 방출하는 물질을 말한다. 상기 상변화물질은 녹는점이 낮으며, 높은 열저장 능력을 가지고 있으므로 다양한 형태의 에너지를 고농도로 저장할 수 있다.
본 실시예에서는 상변화물질로 구성된 냉각부재(30)가 상기 케이싱(10,20)의 내부에 내장된다. 상기 냉각부재(30)는 적어도 열원(22)과 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다. 따라서 상기 냉각부재(30)는 상기 열원(22)과 대응되는 위치에만 내장될 수도 있고, 상기 케이싱(10,20) 내부에 전체적으로 내장될 수도 있다.
도 3에 도시된 바에 따르면, 그래프에서 점선으로 표시된 물의 경우 온도가 0℃에서 80℃를 지날 때까지 거의 선형적인 변화값을 가지는데, 상기 상변화물질부을 구성하는 물질은 약 70℃ 부근에서 온도변화가 없이 열을 계속 흡수하여 축적하다가 다시 온도가 상승함을 알 수 있다. 결국, 그래프에 도시된 예에서는 온도가 70℃를 넘어서면 상기 상변화물질부에서 상기 케이싱(10,20)으로 열전달이 된다.
이러한 상변화물질에 대한 특성을 보인 그래프는 예시적인 것으로서, 상기 냉각부재(30)를 구성하는 상변화물질에 따라 그래프의 모양은 달라질 수 있다.
도 4에는 본 발명의 제2실시예가 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 상변화물질로 구성된 냉각부재(130)는 케이싱(110)의 내면에 도포된다. 상기 냉각부재는 적어도 열원(22)과 대응되는 위치에 도포된다. 따라서 상기 열원(22)과 대응되는 위치에만 상기 냉각부재(130)가 도포될 수도 있고, 상기 케이싱(110) 내부에 전체적으로 도포될 수도 있다.
도 5에는 본 발명의 제3실시예가 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 제1케이싱(210)은 휴대용 전자기기의 외관을 구성하는 것이다. 그리고 제2케이싱(220)은 상기 제1케이싱(210)과 협력하여 휴대용 전자기기의 외관을 구성하는 것이다.
상기 제2케이싱(220)에는 휴대용 전자기기를 구성하는 각종 부품 및 회로가 설치되는 기판(221)이 구비된다. 상기 기판(221)에 구비되는 각종 부품 및 회로는 휴대용 전자기기 작동시 열을 발생시키는 열원(222)이 된다. 휴대용 전자기기의 주요 열원(222)은 중앙처리장치(CPU)이거나 통신모듈이다.
상기 열원(222)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 상변화물질로 구성된 냉 각부재(230)가 별도로 구비된다. 상기 냉각부재(230)는 상기 열원(222)과 제1케이싱(210) 사이에 설치된다.
상기 냉각부재(230)에는 열원(222)과 대응되는 위치에 상기 열원(222)과 형합되는 요입부(232)가 형성된다. 상기 냉각부재(230)의 일면은 상기 제1케이싱(210)의 내면과 밀착되고, 상기 냉각부재(230)의 타면은 상기 열원(222)위에 구비되는 기판(221)에 밀착된다. 또한 상기 냉각부재(230)의 요입부(232)에 상기 열원(222)이 안착된다. 따라서 상기 냉각부재(230)는 케이싱(210,220) 사이에서 유동하지 않으면서, 효과적인 방열을 달성할 수 있다.
이때, 기판(221)에서 제2케이싱(220)으로 전달된 열을 냉각시키기 위해 냉각부재(미도시됨)를 상기 제2케이싱(220)의 내부에 내장 또는 내면에 도포할 수 있다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기의 작용을 상기 제1실시예를 중심으로 상세하게 설명하고, 상기 제2실시예 및 상기 제3실시예는 상기 제1실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
상기 제1실시예의 경우, 상기 기판(21)위에 구비된 전자부품이나 회로는 휴대용 전자기기가 소정의 기능을 발휘할 수 있도록 하는 반면, 작동시 열원으로 작용한다. 따라서 휴대용 전자기기가 작동되면, 상기 전자부품이나 회로에서는 열이 발생하고, 발생된 열은 상기 기판(21)과 제1 및 제2 케이싱(10,20)의 내면으로 전달된다.
그리고 상기 제1 및 제2 케이싱(10,20)의 내면으로 전달된 열은 상기 제1 및 제2케이싱(10,20)의 내부에 내장된 냉각부재(30)로 전달된다. 상기 냉각부재(30)로 열이 전달되면, 상기 냉각부재(30)는 이를 구성하는 상변화물질의 상변화온도가 지날 때까지는 열을 계속하여 축적한다. 따라서 도 3의 그래프에 대한 설명에서 살펴본 바와 같이 상기 상변화물질부의 온도가 일정 온도가 될 때까지 열은 상기 제1 및 제2 케이싱(10,20)의 외면으로 전달되지 않는다. 이로써 휴대용 전자기기는 효과적으로 냉각될 수 있다.
제2실시예의 경우, 열원으로부터 발생된 열은 1차적으로 상기 냉각부재(130)로 전달된다. 상기 냉각부재(130)로 전달된 열은 상기 냉각부재(130)를 구성하는 상변화물질의 상변화온도가 일정온도가 될 때까지는 케이싱(110)으로 전달되지 않는다.
제3실시예의 경우, 상기 열원(222)으로부터 발생된 열은 1차적으로 상기 냉각부재(230) 및 기판(221)으로 전달된다. 따라서 상기 냉각부재(230)를 구성하는 상변화물질의 상변화온도가 일정온도가 될 때까지 열은 제1케이싱(210)으로 전달되지 않는다. 그리고 상기 기판(221)으로부터 제2케이싱(220)으로 전달된 열도 상기 제2케이싱(220)에 내장 또는 도포된 상변화물질의 상변화온도가 일정온도가 될 때까지 상기 제2케이싱(220)으로 전달되지 않는다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정해지며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
먼저, 본 발명에서는 냉각부재가 휴대용 전자기기의 케이싱에 내장 또는 도포되거나 별도의 냉각부재가 설치되어 휴대용 전자기기를 냉각시키므로 별도의 장치나 구동전원이 필요없다. 따라서 공간상의 이점, 제조상의 이점 및 에너지 절감의 효과가 있다.
그리고 본 발명에서와 같이 상변화물질로 구성된 상기 냉각부재를 사용할 경우, 상기 상변화물질이 상변화를 이루기 위한 잠열은 상대적으로 아주 많은 열량을 필요로 하므로, 휴대용 전자기기의 내부 열원을 아주 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 다양한 열원에 대응하여 휴대용 전자기기의 효과적 방열을 달성할 수 있게 되어 신뢰성 높은 동작성능을 제공하는 것이 가능하게 된다.
뿐만 아니라, 본 발명을 채용하면 휴대용 전자기기에 있어서의 고집적화를 통하여 제품을 보다 컴팩트하게 구현할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

Claims (5)

  1. 소정의 기능을 수행하는 것으로 작동됨에 따라 열이 발생하는 열원과,
    상기 열원과 형합되는 요입부가 구비된 냉각부재가 구비된 하나의 케이싱을 포함하여 구성되고,
    상기 냉각부재는 소정의 온도가 되면 상변화를 일으키는 상변화물질로 구성되며, 적어도 상기 열원과 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 케이싱과 협력하여 상기 휴대용 전자기기의 외관을 구성하는 다른 케이싱을 더 포함하되,
    냉각부재가 상기 다른 케이싱의 내부에 내장 또는 내면에 도포되는 것을 특징으로 하는 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각부재는 파라핀 계열과 공융염류계열 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 냉각부재가 구비된 휴대용 전자기기.
  4. 삭제
  5. 삭제
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