KR101194187B1 - 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트 스프레더가 일체화된 냉각모듈과 그 제조방법 및 이를 이용한 카오디오 증폭기의 냉각모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 열매체의 상변화 잠열을 이용하여 전기회로장치 등을 냉각하기 위한 평판형 히트 파이프가 냉각핀과 일체로 형성된 일체형 냉각모듈, 그 제조방법 및 이러한 일체형 냉각모듈을 이용하여 제조된 카오디오 증폭기의 냉각모듈에 관한 것이다.
본 발명에서는, 단면이 사각형상인 중공 채널부가 전후의 길이방향으로 관통하도록 형성되는 본체; 상기 본체의 일측으로 상기 본체와 일체로 다수개가 연장 형성되는 판상의 방열핀부; 및 상기 중공 채널부의 전방 개구부와 후방 개구부에 밀착 삽입되는 쐐기형 마개로 이루어지되, 상기 본체와 방열핀부는 압출에 의하여 일체로 성형되며, 상기 쐐기형 마개로 봉인된 중공 채널부에는 열매체가 진공주입되는 것을 특징으로 하는 히트 스프레더 일체형 냉각모듈에 관하여 개시한다.

Description

히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 제조방법{Manufacturing method of a cooling module with a heat spreader embodied}

본 발명은 히트 스프레더가 일체화된 냉각모듈과 그 제조방법 및 이를 이용한 카오디오 증폭기의 냉각모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 열매체의 상변화 잠열을 이용하여 전기회로장치 등을 냉각하기 위한 평판형 히트 파이프가 냉각핀과 일체로 형성된 일체형 냉각모듈, 그 제조방법 및 이러한 일체형 냉각모듈을 이용하여 제조된 카오디오 증폭기의 냉각모듈에 관한 것이다.

평판형 히트 파이프는 직사각형의 판상체의 내부에 채널을 형성한 후 채널의 빈 공간에 열매체를 주입하여 주입된 열매체의 상변화를 이용하여 전기회로소자 등을 냉각하기 위한 일종의 열전달 기구이다.

이러한 평판형 히트 파이프는 여러 종류의 것들이 제안된 바 있는데, 등록특허 제0631050호 "평판형 히트 파이프"에서는 내부에 소정의 관통홀이 형성된 판상 형상을 가지며, 상기 관통홀의 내측면에 길이방향으로 연장된 다수의 홈이 형성되고, 내부가 진공상태로 유지된 상태에서 작동유체로 인한 액체-증기 간의 상변화에 의해 내부의 열이 외부로 방출되며, 상기 다수의 홈에서 발생되는 모세관력에 의하여 상기 작동유체가 유동됨으로써, 간단한 공정으로 제조되면서도 뛰어난 모세관력을 얻을 수 있는 평판형 히트 파이프에 관하여 개시하고 있다.

등록특허 제0421435호 "다채널 평판형 히트 파이프가 구비된 히트 싱크"에서는 위와 같은 평판형 히트 파이프를 다수의 열전달 핀이 형성된 히트 싱크에 접착하여 사용되는 열전달 모듈에 관한 것으로서 베이스블럭과 핀이 결합된 제1히트싱크와 베이스블럭 하면에 U 형태로 절곡된 다채널 평판형 히트 파이프를 연결하고, 그 응축부에 제2히트싱크를 결합하여 구성한 다채널 평판형 히트 파이프가 구비된 히트싱크에 관하여 개시하고 있다.

그러나, 이러한 히트 싱크 구조는 그 조립구성이 복잡할 뿐 아니라 히트 파이프를 U자형으로 벤딩하는 과정에서 찌그러질 우려가 있으며, 여타의 다른 형태의 히트싱크에는 적용하기 어렵다는 점에서 범용성이 문제가 있다.

공개특허 제10-2004-0019150호 "평판형 히트 파이프와 히트싱크"에서는 다수의 방열핀이 형성되는 히트싱크의 베이스에 개구부를 형성한 후 여기에 평판형 히트 파이프를 삽입하여 구성되는 히트싱크에 관하여 개시하고 있는데, 평판형 히트 파이프의 내부에는 원형의 채널이 다수 형성되고, 채널 주위에 메쉬 구조의 윅을 형성하는 점에서 특징이 있다. 그런데 이러한 윅구조물을 채널에 적용하는 형태의 평판형 히프 파이프는 대량 생산이 어렵고 제조단가가 높으며, 원형의 채널에 홈이 형성되지 않아 모세관력의 극대화가 어렵다는 단점이 있다. 또한, 베이스의 개구부 내측면과 여기에 삽입되는 평판형 히트 파이프의 외측면 사이에 밀착이 해제되는 경우 열전달 효율이 급격하게 떨어지는 단점이 있다.

등록특허 제0495699호 "판형 열전달장치 및 그 제조방법"에서는 내부에 빈 공간과 윅 구조체가 형성되는 판형 케이스의 상면에 히트 싱크를 접착한 후 상기 히트 싱크의 상면에 냉각팬을 설치한 열전달 장치에 관하여 개시하고 있다. 그런데 여기서의 판형 케이스 역시 와이어를 번갈아 교차하여 형성한 적어도 한 층 이상의 메쉬형 윅 구조체를 채널의 내부에 형성하므로 그 제작이 어렵고 제조단가가 상승하는 문제가 있다.

도1은 종래의 카오디오 증폭기의 외관 사시도이고, 도2는 카오디오 증폭기 기판의 평면도이며, 도3은 도1의 카오디오 증폭기에 장착되는 종래의 히트싱크의 외관 사시도이다.

카오디오 증폭기(10)는 도시한 바와 같이 바닥면에 위치하는 증폭기 기판(20)과 상기 기판의 발열소자를 냉각하기 위한 히트싱크(11) 및 커버(12)로 이루어진다. 증폭기 기판(20)의 기판(21) 상에는 도3에 도시한 바와 같이 각종의 발열 소자인 TDA 소자(22), BA4917 소자(23) 및 구리코일 소자(24)가 다수개 배치되어 있는데, 이들 소자는 동작 중 많은 열을 발생시키게 된다. 따라서 이러한 발열 소자들을 적정하게 냉각시켜 주어야만 정상적으로 그 기능을 다할 수 있게 되고 수명이 오래갈 수 있게 된다.

종래에는 이러한 카오디오 증폭기를 냉각시키고자 도2와 같은 히트싱크(11)를 사용하였다. 이러한 종래의 히트싱크(11)는 기판의 발열 소자에 접촉하기 편리한 형상으로 절곡된 판상의 알루미늄체의 상면에 다수개의 열전달 핀을 형성한 것인데, 이러한 히트싱크(11)를 사용하는 경우 열전달 성능에 한계가 있다. 즉, 발열 소자가 접촉하는 부위는 온도가 고온으로 유지되고 히트싱크의 중간 부위에는 열전달이 잘 이뤄지지 않아 온도가 상대적으로 낮은 상태를 유지하게 되는 것이다. 이러한 현상의 원인은 히트싱크의 저면부에서 발열소자와의 접촉으로 인하여 전달된 열이 히트싱크의 전면적을 통하여 원활하게 전달되어 냉각되지 못하기 때문에 일어난다.

따라서, 카오디오 증폭기와 같이 발열소자의 배치와 구성이 복잡한 기판에도 쉽게 적용이 가능하며, 제조가 용이하여 제조단가가 저렴하고, 열전달 효율이 높아 냉각성능이 우수하고 범용성이 높은 새로운 형태의 냉각모듈을 제공할 필요성이 제기되었다.

등록특허 제0631050호 "평판형 히트 파이프" 등록특허 제0421435호 "다채널 평판형 히트 파이프가 구비된 히트 싱크" 공개특허 제10-2004-0019150호 "평판형 히트 파이프와 히트싱크" 등록특허 제0495699호 "판형 열전달장치 및 그 제조방법"

본 발명은 전술한 종래의 평판형 히트 파이프와 히트 싱크를 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 방열핀이 일체로 형성되는 본체의 내부에 중공 채널부를 가지는 히트 스프레더를 일체로 압출 성형한 후 상기 중공 채널부에 열매체를 진공주입하여 마감함으로써 히트 스프레더와 본체 사이가 이격 및 분리되지 않아 열전달 효율이 우수하며, 제조가 용이하여 제조단가가 저렴한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 이러한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈을 채용한 카오디오 증폭기의 냉각모듈을 아울러 제공하고자 한다.

그리고, 본 발명에서는 이러한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈을 제조하기 위한 방법을 제공한다.

전술한 기술적 과제의 해결 내지는 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는, 단면이 사각형상인 중공 채널부가 전후의 길이방향으로 관통하도록 형성되는 본체와 상기 본체의 일측으로 다수개가 연장 형성되는 판상의 방열핀부를 알루미늄을 압출하여 일체로 성형하는 단계; 방열핀부가 일체로 성형된 상기 본체의 중공 채널부의 전방 개구부와 후방 개구부에 각각 쐐기형 마개를 밀착 삽입하여 봉인하는 단계; 상기 쐐기형 마개 중 본체의 판면에서 돌출하는 돌출부를 절삭하여 평탄화하는 단계; 상기 평탄화된 쐐기형 마개의 판면에 핀홀을 관통 형성하는 단계; 상기 핀홀을 통하여 열매체를 진공 주입하는 단계; 및 상기 핀홀 부위를 열압착하여 핀홀을 밀봉하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 제조방법을 제시한다.

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본 발명의 히트 스프레더 일체형 냉각모듈에 의하면, 히트 스프레더를 히트싱크에 삽입하거나 부착하는 것이 아니라 히트 스프레더를 히트싱크와 일체로 압출 성형하므로 히트 스프레더와 히트싱크 내지는 방열핀을 별도로 접착할 필요가 없어 추가 조립공정이 필요 없으며, 접착 부위나 삽입면의 격리나 이탈로 인하여 열전달이 실패하는 문제가 발생하지 않아 열전달효율이 우수하다.

또한, 종래와 같이 히트 파이프 내부에 별도의 윅 구조체를 형성하지 않고 동일한 역할을 하는 홈부를 본체의 압출 성형시 동시에 한 번에 성형하므로 제조 공정이 매우 간단하고 내구성이 우수하다는 장점이 있다.

게다가 본 발명의 히트 스프레더 일체형 냉각모듈은 그 형상의 변경이나 대체 설계가 자유로워 어떠한 형상의 기판이나 전기회로장치에도 적용이 가능하므로 범용성이 높다고 할 것이다.

도1은 종래의 카오디오 증폭기의 외관 사시도.
도2는 카오디오 증폭기 기판의 평면도.
도3은 도1의 카오디오 증폭기에 장착되는 종래의 히트싱크의 외관 사시도.
도3은 카오디오 증폭기 기판의 평면도.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 카오디오 증폭기 냉각모듈의 외관 사시도.
도5는 본 발명의 제1실시예에 의한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 외관 사시도.
도6은 도5의 냉각모듈에 쐐기형 마개를 결합하는 모습을 보인 공정도.
도7은 도6의 쐐기형 마개에 핀홀을 형성한 모습을 보인 외관 사시도.
도8은 본 발명의 제2실시예에 의한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 외관 사시도.
도9는 본 발명의 제3실시예에 의한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 외관 사시도.
도10은 본 발명의 제4실시예에 의한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 외관 사시도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 관하여 상세하게 설명한다. 도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 카오디오 증폭기 냉각모듈의 외관 사시도이다.

본 발명의 카오디오 증폭기 냉각모듈(100)은 크게 좌우 한 쌍으로 서로 마주하게 배치되는 제1 및 제2 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110,120)과 중간에서 이들 간을 연결하는 히트 브릿지부(130)로 이루어진다.

상기 제1 및 제2 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110,120)은 그 형상이나 구조가 일치하며, 도면상의 위치에서는 히트 브릿지부(130)의 중앙을 기준으로 대칭되는 형상을 가진다.

따라서, 이하에서는 제1 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110)을 기준으로 구조를 설명한다. 아울러 도면에서는 제1 및 제2 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110,120) 간의 간격 방향을 폭 방향으로 정의하고, 그에 수직인 방향을 냉각모듈의 길이 방향으로 정의하기로 한다. 또한, 도면에서 앞쪽을 전방이라 하고, 도면에서의 길이방향으로 뒤쪽을 후방이라고 정의하기로 한다.

제1 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110)은 크게 내부에 히트 스프레더부(113)가 일체로 형성되는 본체부(111)와 상기 본체부(111)의 상면에서 위쪽으로 연장하여 다수개 형성되는 판상의 방열핀부(112)로 이루어진다. 상기 본체(111)의 측면에는 도시한 바와 같이 측방핀부(112a)가 연장 형성될 수 있다.

도4에서 위쪽의 그림은 냉각모듈을 정상배치한 것이며, 아래쪽의 그림은 냉각모듈을 뒤짚어서 도시한 것이다. 상기 본체(111)의 바닥면(111a)에서 절곡하여 형성된 부분에 열접촉면(111b)이 평탄하게 형성되는데, 이 열접촉면(111b)에 카오디오 증폭기 기판의 발열소자들이 접촉하게 된다.

상기 히트 브릿지부(130)는 판상의 열전달 매체로서 상기 제1 및 제2 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110,120) 간을 연결하여 전달된 열을 공기 냉각하기 위한 것이다. 상기 히트 브릿지부(130)는 양측의 제1 및 제2 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110,120)의 열전달 밸런스를 유지하는 역할을 하기도 한다.

상기 제1 및 제2 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110,120)의 경우 본체(111)의 열접촉면(111b)에 접촉한 발열소자로부터 전달되는 열을 본체(111)에 일체로 형성되는 히트 스프레더부(113,123)에서 방열핀부(112,122)와 히트 브릿지부(130)로 신속하게 전달하여 냉각한다. 이때 히트 스프레더부(113,123)의 내부에 진공 주입된 열매체가 상변화를 할 때 수반되는 잠열을 이용하여 발열소자를 냉각하므로 별도의 윅구조체는 요하지 않고 다만 히트 스프레더부(113,123)의 내부에 형성되는 채널부에 홈부를 형성하는 경우 모세관력이 향상되어 히트 스프레더의 원활한 동작을 돕게 된다.

상기 제1 및 제2 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(110,120)은 종래와는 다른 공정을 거쳐서 형성되는데 주요한 공정을 설명하면 다음과 같다.

도5는 본 발명의 제1실시예에 의한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 외관 사시도이고, 도6은 도5의 냉각모듈에 쐐기형 마개를 결합하는 모습을 보인 공정도이며, 도7은 도6의 쐐기형 마개에 핀홀을 형성한 모습을 보인 외관 사시도이다.

상기 히트 스프레더 일체형 냉각모듈(210)은 내부에 중공 채널부(213)가 일체로 형성되는 본체(211)와 상기 본체(211)의 양 측면에서 연장하여 형성되는 방열핀부(212)로 이루어진다. 상기 중공 채널부(213)는 본체(211)의 길이방향을 따라 전후로 관통하도록 형성되는 것으로서 후의 공정에서 여기에 열매체가 진공 주입되어 마감됨으로써 히트 스프레더의 역할을 하게 된다. 상기 방열핀부(212)는 판상의 핀이 상하로 다수개 나란히 이격하도록 배치되는 것으로서 본체(211)의 상하좌우의 측면 중에서 선택되는 일면 이상의 면에 형성된다. 또한, 경우에 따라서는 판상의 핀이 아닌 원기둥이나 각기둥 또는 핀 타입으로 형성될 수도 있다.

상기 중공 채널부(213)를 가지는 본체(211)와 방열핀부(212)는 알루미늄 소재를 압출하여 일체로 동시에 형성된다.

본체(211)에 일체로 형성되는 중공 채널부(213)의 전방부와 후방부는 개방되어 있는데, 도6에 도시한 바와 같이 전방 개구부와 후방 개구부를 쐐기형 마개(214)로 봉인한다. 상기 쐐기형 마개(214)는 단면이 사다리꼴인 각기둥 형상의 것으로서 양측면과 상하면이 모두 경사지게 형성된 것이다. 따라서, 상기 쐐기형 마개(214)를 상기 중공 채널부(213)의 전방 개구부와 후방 개구부에 도6의 (a)와 같이 삽입하게 되면, 도6의 (b)와 같이 일정 부분은 중공 채널부(213)의 내부에 삽입되지 못하고 외부로 돌출하게 된다.

상기 쐐기형 마개(214)의 돌출부(214a)는 밀링머신 등으로 가공하여 평탄화 고정을 거친다. 즉, 상기 쐐기형 마개(214)의 돌출부(214a)를 도7에 도시한 바와 같이 본체(211)의 전면과 동일한 높이가 되도록 절삭하여 제거하게 된다.

다음으로 밀링가공 등을 통하여 평탄화된 상기 쐐기형 마개(214)의 전면부 판면(214b)에 미세한 핀홀(215)을 형성하게 된다. 상기 쐐기형 마개(214)는 알루미늄 재질로 형성하므로 미세한 드릴이나 펀칭기구 등을 사용하여 그 판면에 핀홀(215)을 관통하여 형성한다.

상기 핀홀(215)을 통하여 아세톤과 같은 열매체를 진공 상태에서 주입한다. 열매체를 진공 주입하기 위해서는 상기 핀홀(215)에 진공펌프에 연결된 진공 노즐(미도시)을 삽입하여 중공 채널부(213) 내부를 진공 상태로 한 다음 동일한 진공 노즐에 연결되는 열매체 주입라인(미도시)을 통하여 아세톤과 같은 열매체를 주입하면 된다. 이러한 열매체 진공 주입장치는 본 발명의 요지가 아니므로 이에 대하여 자세한 설명은 생략하기로 한다.

열매체의 진공 주입이 완료되면 이제는 상기 핀홀(215)을 마감해야 한다. 본 발명에서는 상기 핀홀(215) 부위에 발열체가 내장되는 가열압착기를 밀착하여 가압함으로써 상기 핀홀(215)의 개방구를 마감한다. 즉, 상기 쐐기형 마개(214)의 소재가 알루미늄이므로 핀홀(215) 부위를 열압착하여 부분 용융함으로써 핀홀(215)의 구멍이 막히게 하여 밀봉하게 되는 것이다.

이렇게 하면 열매체가 진공 주입된 히트 스프레더가 본체(211)에 일체화한 냉각모듈(210)이 형성된다.

도8은 본 발명의 제2실시예에 의한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 외관 사시도이다. 본 실시예의 구성과 제조방법은 기본적으로 상기 제1실시예의 그것과 동일하나 본 실시예에서는 중공 채널부(223)의 내측 벽면에 홈부(226)가 그 길이 방향으로 다수개 형성되는 특징이 있다.

이렇게 홈부(226)를 다수개 형성하게 되면 상기 홈부(226)를 따라 열매체의모세관 현상이 증대되어 열전달 효율이 증대되는 이점이 있다.

도9는 본 발명의 제3실시예에 의한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 외관 사시도이다. 본 실시예에서는 홈부(236)가 형성되는 중공 채널부(233)의 내부에 중공 채널부(233)의 양측 내벽을 연결하는 다수개의 격벽(237)을 형성하는 점이 이전의 실시예들과 다르다. 즉 각 각벽에 의하여 내부에 다수개의 분리되고 구획된 채널이 형성되는 것이다.

상기 채널의 격벽(237) 역시 본체(231)의 압출 성형시 일체로 형성되는데, 쐐기형 마개(214)를 이용하여 중공 채널부(233)의 전방 및 후방 개구부를 봉인할 때 쐐기형 마개(214)와 채널의 격벽(237)이 간섭하게 된다. 따라서, 이를 피하기 위하여 쐐기형 마개(214)를 결합하기 전에 전방 및 후방 개구부 내측의 격벽(237)을 일정 깊이로 절삭하는 추가 공정이 요구될 수 있다.

도10은 본 발명의 제4실시예에 의한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 외관 사시도이다. 본 실시예에서는 격벽(247)의 상면과 하면에도 다수개의 격벽 홈부(248)가 냉각모듈(240)의 길이방향으로 오목하게 형성된다. 이렇게 하면 모세관 현상이 극대화되어 열매체의 순환효율이 증대하고 그에 따라 열전달효율이 향상되게 된다.

위의 실시예들에서 각 구성요소에는 모두 동일한 원칙하에 도면 부호가 부기되었으며, 제2 내지 제3실시예에서는 제1실시예에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 관하여는 중복되는 설명을 생략하였다.

본 발명은 히트 스프레더를 방열핀을 가지는 히트싱크에 일체로 형성하여 방열소자에서 전달되는 열을 효과적으로 배출 및 냉각하기 위한 히트 스프레더 일체형 냉각모듈에 관한 것으로서, 종래에 비하여 히트 스프레더 접착이나 삽입공정이 필요 없어 조립공정이 간단하고, 열전달 성능이 우수하며, 제조 공정이 간단하고 제작단가가 저렴하다는 특징이 있다. 아울러 본 발명의 사상은 다양한 형상의 전기회로기판이나 냉각을 필요로 하는 발열소자에 자유자재로 적용할 수 있으므로 범용성이 뛰어나므로 전기전자기기 회로의 구성 부품 등을 냉각하는 수단으로 널리 채택될 필요가 있다고 할 것이다.

100: 카오디오 증폭기 냉각모듈
110,120: 제1 및 제2 히트 스프레더 일체형 냉각모듈
111,121: 본체부 112,122: 방열핀부
113,123: 히트 스프레더부 130: 히트 브릿지부
210,220,230,240: 히트 스프레더 일체형 냉각모듈
211~241: 본체부 212~242: 방열핀부
213~243: 채널부 214: 쐐기형 마개
226,236,246: 홈부 237,247: 격벽
248: 격벽 홈부

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 단면이 사각형상인 중공 채널부가 전후의 길이방향으로 관통하도록 형성되는 본체와 상기 본체의 일측으로 다수개가 연장 형성되는 판상의 방열핀부를 알루미늄을 압출하여 일체로 성형하는 단계;
   방열핀부가 일체로 성형된 상기 본체의 중공 채널부의 전방 개구부와 후방 개구부에 각각 쐐기형 마개를 밀착 삽입하여 봉인하는 단계;
   상기 쐐기형 마개 중 본체의 판면에서 돌출하는 돌출부를 절삭하여 평탄화하는 단계;
   상기 평탄화된 쐐기형 마개의 판면에 핀홀을 관통 형성하는 단계;
   상기 핀홀을 통하여 열매체를 진공 주입하는 단계; 및
   상기 핀홀 부위를 열압착하여 핀홀을 밀봉하는 단계
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 스프레더 일체형 냉각모듈의 제조방법.
   

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