KR101261443B1

KR101261443B1 - Ｔｖ 셋톱박스의 방열장치

Info

Publication number: KR101261443B1
Application number: KR1020100099911A
Authority: KR
Inventors: 남동진; 정인수
Original assignee: 주식회사 에이치앤에스
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2013-05-10
Also published as: WO2012050291A1; KR20120038257A

Abstract

본 발명은 TV 셋톱박스의 방열장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 TV 셋톱박스의 방열장치는, 기판이 안착되는 하부케이스와 상기 하부케이스의 상부면을 덮는 상부 덮개 사이에 위치하여 외기와 접촉하는 중간 덮개에 결합되는 것으로, 상기 기판에 장착된 발열소자와 접하는 제1접촉면, 상기 중간 덮개와 접하는 제2접촉면, 및 상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면 사이에 연결형성된 전도판이 구비된 히트싱크를 포함하고 상기 히트싱크의 제1접촉면 및 제2접촉면에는 각각 열전도부가 형성되는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 TV 셋톱박스의 방열장치를 사용함으로써, TV 셋톱박스에 팬을 구비하지 않아도 TV 셋톱박스 내의 발열이 원활하게 진행되어 TV 셋톱박스의 소형 경량화가 가능할 뿐만 아니라, 소음을 저감시킬 수 있으고, 간단한 구조의 히트싱크를 사용하여도 발열이 원활하게 진행되기 때문에 히트싱크의 가공비가 절감될 뿐만 아니라, TV 셋톱박스의 내구성이 향상된다.

Description

ＴＶ 셋톱박스의 방열장치{HEAT-DISSIPATING DEVICE OF TV SET-TOP BOX}

본 발명은 TV 셋톱박스의 방열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열소자의 열을 외기와 접촉하는 중간 덮개로 원활하게 전달하여 열을 효율적으로 방출시킬 수 있는 TV 셋톱박스의 방열장치에 관한 것이다.

수신되는 영상을 디코딩하여 TV에 공급하는 TV 셋톱박스에 장착되는 발열소자에는 히트 싱크가 장착되어 발열에 의해 제품의 오작동이 일어나는 것을 방지한다. 히트 싱크와 같은 방열장치는 열전도율이 높은 금속을 사용하여 제품에서 발생되는 열이 빠르게 방출될 수 있도록 한다. 특히 공기와 유효접촉 면적을 늘려 열이 빠르게 방출될 수 있도록, 다수의 방열핀이 구비된 히트싱크를 발열소자에 구비한다.

그러나 다수의 방열핀이 배열되는 히트 싱크를 금형에 압출 성형하기 위한 제조 공정이 까다롭고, 다양한 형태를 갖는 히트 싱크를 제조하기 위해서는 그에 상응하는 별도의 금형을 구비해야 하기 때문에, 가공비가 상승하는 문제점이 있었다.

게다가, 외기를 강제로 제품 내에 송풍하는 팬을 구비하지 않은 TV 셋톱박스의 경우, 히트 싱크에 전달된 열이 제품 내의 공기와 접촉한 이후에 외기에 전달되기 때문에 방열면적이 넓은 히트싱크를 구비하더라도 제품의 외부로 열이 방출되는 과정에서 여전히 제품 내부에 열이 저장된다는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, TV 셋톱박스의 방열구조 개선 및 그 효율성을 증대시킬 수 있는 새로운 방열장치의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발열소자의 열을 외기와 접촉하는 중간 덮개로 원활하게 전달하여 발열소자의 열을 외부에 효율적으로 방출시킬 수 있는 TV 셋톱박스의 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여,

기판이 안착되는 하부케이스와 상기 하부케이스의 상부면을 덮는 상부 덮개 사이에 위치하여 외기와 접촉하는 중간 덮개에 결합되는 것으로,

상기 기판에 장착된 발열소자와 접하는 제1접촉면, 상기 중간 덮개와 접하는 제2접촉면, 및 상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면 사이에 연결형성된 전도판이 구비된 히트싱크를 포함하고,

상기 히트싱크의 제1접촉면 및 제2접촉면에는 각각 열전도부가 형성되는 것을 특징으로 하는 TV 셋톱박스의 방열장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, TV 셋톱박스의 방열장치는 상기 중간 덮개의 상부면에 구비된 방열부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열전도부는 엘라스토머 패드인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 엘라스토머 패드는 합성된 폴리올에, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸렌디페닐이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 및 디부틸틴디라우레이트를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 엘라스토머 패드는 알루미나파우더 및 알루미늄하이드록사이드를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 방열부는 방열제를 도포하여 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방열제는, 유기 실록산계 방열 조성물인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 열전도성이 향상된 히트 싱크가 외기와 접촉하는 중간 덮개에 직접 연결되어 있기 때문에 방열성능이 향상되어 히트 싱크의 형상을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 중간 덮개의 상부면에 방열효과가 있는 방열제를 도포함으로써, 중간 덮개에 전달된 열의 방사 속도가 향상되어 TV 셋톱박스에 외기를 강제 유동시키는 팬을 장착하지 않아도 TV 셋톱박스의 온도가 저하되고 이로 인하여 TV 셋톱박스에서 발생되는 소음을 저감시킴과 동시에 소형 경량화할 수 있어 TV 셋톱박스의 내구성이 향상된다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 TV 셋톱박스의 발열장치의 열 순환이 도시된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 TV 셋톱박스의 발열장치의 온도측정위치가 도시된 단면도이다.
도 3은 일반적인 TV 셋톱박스의 발열장치의 단면도이다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 TV 셋톱박스의 발열장치의 열 순환이 도시된 단면도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 TV 셋톱박스의 방열장치는, 기판이 안착되는 하부케이스(110)와 상기 하부케이스(110)의 상부면을 덮는 상부 덮개(120) 사이에 위치하여 외기와 접촉하는 중간 덮개(130))에 결합되는 것으로,

상기 기판에 장착된 발열소자(1)와 접하는 제1접촉면(141a), 상기 중간 덮개와 접하는 제2접촉면(141b), 및 상기 제1접촉면(141a)과 상기 제2접촉면(141b) 사이에 연결형성된 전도판(141c)이 구비된 히트싱크(140)를 포함하고,

상기 히트싱크(140)의 제1접촉면(141a) 및 제2접촉면(141b)에는 각각 열전도부(142a, 142b)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

일반적인 TV 셋톱박스의 방열장치와 달리, 본 발명에 따른 TV 셋톱박스의 방열장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 연통공(122)으로 유입된 외기와 접촉되는 중간 덮개(130)에 직접 결합되는 히트싱크(140)를 포함한다. 따라서, 발열소자(1)로부터 공급받은 열이 히트싱크(140)의 제1접촉면(141a)에 부착된 열전도부(142a)에 의해 빠른 속도로 전도판(141c)을 거쳐 제2접촉면(141b)으로 이동하게 되고, 상기 제2접촉면(141b)에 장착된 열전도부(142b)에 의해 중간 덮개(130)까지 빠르게 이동한다. 따라서, 본 발명에 따른 TV 셋톱박스의 방열장치는, 발열소자(1)의 열이 히트싱크(140)에 의해 곧바로 중간 덮개까지 전도되기 때문에 종래의 방열장치에 비해 히트싱크(140)의 구조를 간단하게 제조할 수 있다. 따라서, 히트싱크(140)의 금형을 제작하는 드는 가공비가 저감된다.

일반적으로 셋톱박스는 그 용도에 따라 일반 TV에 연결하여 인터넷을 사용할 수 있도록 하는 인터넷 사용자 인터페이스 매개체로서의 기능을 가지는 것과 일반 TV에서 디지털 방송을 수신하기 위한 용도로 사용되는 것 등 각각의 용도에 따라 그 종류가 분류된다.

여기서, TV 셋톱박스의 방열장치는 상기 중간 덮개(130)의 상부면에 구비된 방열부(132)를 더 포함할 수 있다. 상기 방열부(132)는, 히트싱크(140)로부터 전달받은 열이 더욱 효과적으로 방열될 수 있도록, 상기 방열부(132)에 유기 실록산계 방열 조성물인 방열제를 도포할 수 있다. 상기 방열부(132)는 열전도부(142a, 142b)와 달리, 열이 복사되는 성질을 이용한다. 복사에 의한 열의 전달방식은 대류나 열전도와 달리, 주위에 열을 중개하는 물질 없이도 빛과 동일한 속도로 순간적으로 고온체로부터 저온체로 열이 전달되도록 한다. 따라서, 히트싱크(140)에 의해 빠른 속도 상기 중간 덮개(130)까지 전달된 열이 방열부(132)를 통해 순간적으로 열이 외부로 방사되도록 한다. 또한, 복사에 의해 열이 방출되기 때문에 중간 덮개(130)를 통하여 방사된 열이 상부 덮개(120)를 매질로 사용하지 않고 순식간에 외부로 방출되어 상부 덮개(120)의 온도가 방사된 열에 의해 가열되는 것 역시 최소화할 수 있다. 따라서, TV 셋탑박스에 발열소자(1)의 열이 저장되는 것을 최소화할 수 있다.

상기 방열제로 사용되는 유기 실록산계 방열 조성물은 바인더 수지와 충전제를 포함할 수 있다. 여기서 상기 방열제는, 상기 실록산계 방열 수지 조성물의 상기 바인더 수지는 바인더 수지의 총 고형분 100 중량부에 대하여 (a) 5 내지 75 중량부의 pH는 1.5 내지 10의 범위인 수성 콜로이드 실리카 또는 알콜성 콜로이드 실리카; (b) 0.1 내지 50 중량부의 하기 화학식 (1)로 표시되는 유기실란, 그의 가수분해물 또는 그의 부분축합물; 및 (c) 10 내지 60 중량부의 하기 화학식 (2)로 표시되는 유기실란, 그의 가수분해물 또는 그의 부분축합물을 포함하고,

상기 충전제는 상기 바인더 수지의 총 고형분 100 중량부에 대하여 (d) 1 내지 300 중량부의 열전도성 금속 또는 탄소 화합물; (e) 0.1 내지 10 중량부의 하기 화학식 (3)으로 표시되는 금속 알콕사이드, 금속염, 금속착화합물, 그의 가수분해물 또는 그의 부분축합물; (f) 10 내지 50 중량부의 C₁ _-12케톤 또는 디케톤을 포함하는 것이 바람직하다.

R¹ _aSi(OR²)_4-a ----- (1)

R³ _bSi(OR⁴)_4-b ----- (2)

R⁵M(OR⁶)_3-c또는 R⁵ _cM(OR⁷)_3-c-----(3)

상기 식에서,

R¹ 및 R²는 각각 독립적으로 C₁ _-6 알킬기, 알케닐기, 할로겐화알킬기, 알릴기 및 방향족기 중에서 선택되고,

R³ 및 R⁴는 각각 독립적으로 비닐기, 페닐기, 할로겐기, 니트로기, 니트릴기, 아미노기, 아크릴기, 에폭시기, 머캡토기, 아미드기 중에서 선택된 치환기로 치환되거나 또는 비치환된 C₁ _-6의 알킬기, 사이클로알킬기, 알케닐기, 사이클로알케닐기, 할로겐화알킬기, 아릴기, 방향족기 중에서 선택되며,

R⁵은 C₁ _-6 알킬기, 알케닐기, 할로겐화 알킬기 및 알릴기 중에서 선택되며, R⁶ 및 R⁷ 은 각각 독립적으로 C₁ _-6 알킬기이고, M은 금속원자 중에서 선택되며,

a는 0 내지 3의 정수이며, b는 1 내지 3의 정수이며, c는 0 내지 3의 정수임.

또한, 상기 방열제는 상기 실록산계 방열 수지 조성물의 상기 바인더 수지가 에폭시폴리머일 수 있다. 상기와 같은 방열제를 도포하여 형성된 방열부(132)에는 직경이 마이크론 단위 이하인 수많은 개방형 기공이 형성된다. 이와 같이 기공이 형성되어 있는 경우, 이 기공을 통하여 수분, 공기, 이상화탄소와 같은 가스류의 통과가 용이해지며, 접촉면적이 증가하게되어 열이 복사되는 효과가 극대화된다.

상기 방열부(132)는 중간 덮개(130)에 직접 방열제를 도포하여 형성되는 방법 이외에도, 방열제가 도포된 테이프를 중간 덮개(130)의 상부면에 부착함으로써, 방열부를 구비할 수 있다. 즉, 중간 덮개(130)의 열 복사 성능을 향상시킬 수 있는 것이라면 그 형상과 재질, 및 성형방법에 상관없이 중간 덮개(130)의 상부면에 방열부(132)로 형성될 수 있다.

또한, 상기 열전도부(142a, 142b)는 열전도성 및 밀착성이 좋은 엘라스토머 패드일 수 있는데, 상기 엘라스토머 패드는 합성된 폴리올에, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸렌디페닐이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 및 디부틸틴디라우레이트를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 엘라스토머 패드는 알루미나파우더 및 알루미늄하이드록사이드를 더 포함함으로써, 열전도율을 극대화할 수 있다. 상기 엘라스토머 패드의 제조방법에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 열전도부(142a, 142b)에는 엘라스토머 패드뿐만 아니라 히트 싱크(140)의 제1접촉면(141a) 및 제2접촉면(141b)에 실리콘 패드를 장착할 수 있다. 즉, 히트 싱크(140)의 열전도율을 상승시킬 수 있는 것이라면 그 형상과 재질, 및 성형방법에 상관없이 히트 싱크(140)의 제1접촉면(141a) 및 제2접촉면(141b)에 형성될 수 있다.

도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 TV 셋톱박스의 발열장치의 온도측정위치가 도시된 단면도가 도시되어 있고, 도 3b에는 비교예에 따른 TV 셋톱박스의 발열장치의 단면도가 도시되어 있다.

실험예

본 발명에 따른 TV 셋톱박스는 285×225×32mm이며, 발열소자로는 CPU를 택하였다. 발열소자에서 하부케이스까지의 거리는 5mm 이고, 발열소자에서 상부덮개까지의 거리는 35mm 이다. 중간 덮개는 280×220×1mm의 알루미늄 50계열 플레이트를 사용한다. 실험은, 25℃ 상태에서 외기의 유입 없이 2시간동안 TV 셋톱박스를 구동시킨 뒤, 도 2의 A, B, C, 및 도 3b의 A', B', C' 각각의 위치에 해당하는 발열소자(1), 상기 발열소자(1)와 가장 가까운 위치의 하부케이스(110), 및 발열소자와 가장 가까운 위치의 상부 덮개(120)의 온도를 각각 측정함으로 진행하였다.

- 폴리올의 합성

냉각응축기가 부착된 1000ml 4구 플라스크에 아디핀산 320g, 1,4-부탄디올 250g, 에틸렌 글리콜 15g을 투입하고 교반봉과 교반기를 연결하여 맨틀히터를 가열하여 교반하면서 천천히 승온을 시작하였다. 150~160℃에서 8시간 동안 축중합하여 에스테르화 반응을 진행하고, 이때 발생되는 축합수는 응축기를 통하여 플라스크에서 분리되도록 하였다. 축합수의 생성속도가 느려지기 시작하면, 소량 시료를 덜어내어서 산가를 측정하고, 산가가 80 이하가 되었을 때, 210℃까지 승온하여 매시간마다 산가를 측정하면서 5시간 동안 반응을 더 진행하였다. 합성한 폴리올의 색상은 가드너 비색칼라 견본 2와 동일하였고, 산가는 43이었다.

- 엘라스토머 패드의 제조

위에서 합성한 폴리올 300g에 헥사메틸렌디이소시아네이트 35g, 메틸렌디페닐이소시아네이트 15g, 이소포론 디이소시아네이트 5g, 디부틸틴디라우레이트 2g을 투입하고 혼합하였다. 여기에 열전달을 도와줄 필러로서, 평균입경 10㎛ 알루미나파우더 200g, 평균입경 5㎛ 알루미나 파우더 150g, 평균입경 2㎛ 알루미나 파우더 100g, 알루미늄하이드록사이드 600g 을 투입하여 1시간 동안 교반하였다. 교반하여 얻어진 엘라스토머 슬러리를 이형지인 PET 필름상에 2mm 두께로 코팅후 120℃에서 15분간 경화하여 엘라스토머 패드를 제작하였다.

- 방열제의 제조

실록산계 방열수지 조성물에 사용되는 바인더 수지를 제조하기 위하여 3-메타아크릴록시프로필트리스(트리메틸실록시)실란 250g, 테트라에톡시실란 100g 및 메탄올 146g을 플라스크에 넣고 교반하였다. 상기 혼합물에 티타늄 이소프로폭사이드 7.3g을 첨가한 다음, 맑은 용액이 될 때까지 재차 교반하였다. 상기 교반된 혼합물을 25℃로 냉각하면서 pH 2.5의 염산 수용액 80g을 적가한 다음 수 시간동안 반응시켰다. 그 다음, 콜로이드 실리카 200g을 첨가하고 수 시간 동안 숙성시켜 바인더 수지를 제조하였다.

상기 바인더 수지에 충전제로서 2~5 ㎛ 크기의 알루미나 파우더 300g, 1~2㎛ 크기의 산화아연 200g, 1~2 ㎛ 크기의 질화보론 100g, 1~2㎛ 크기의 질화알루미늄 50g, 4~7㎛ 크기의 그라파이트 10g을 넣어 고속 분산시킨 후 24시간 숙성시켰다.

실시예 1

도 2a에 도시된 바와 같이, 중간 덮개와 동일한 재질로 제조된 히트싱크(140)의 제1접촉면(141a)과 제2접촉면(141b)에 각각 열전도부(142a, 142b)를 구비하였다. 히트 싱크는 1mm의 두께로, 제1접촉면(141a)이 45×35mm, 제1접촉면(141a) 양단에 연결형성된 전도판(141c)은 α값이 75°가 되도록 제1접촉면(141a)으로부터 상향 절곡되고, 제2접촉면(141b)은 45×50mm인 것이 사용된다.

제1접촉면(141a)에 구비된 열전도부(142a)로는 상술한 과정에 의해 제조된 25×25×2mm의 크기의 엘라스토머 패드가 사용되었고 제2접촉면(141b)에 구비되는 열전도부(142b)로는 LG하우시스에서 제조된 45×35×0.25mm 크기의 아크릴 폼테이프 AP4025가 사용되었다.

실시예 2

도 2b에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 중간 덮개(130), 히트 싱크(140), 및 히트싱크(140)의 열전도부(142a, 142b)가 구비되고, 상기 중간 덮개(130)로는 상부면 전체에 상술한 과정에 의해 제조된 방열제를 35㎛의 두께로 도포한 후 150℃에서 25분간 경화처리한 것을 장착하였다.

비교예 1

도 3b에 도시된 바와 같이, 35×35×3mm의 바닥면의 네 개의 모서리 상부면에 2.5×2.5×27mm의 핀을 구비하고, 상기 핀 사이에 2×2×27mm의 핀을 2mm 간격으로 각각 구비하여 총 81개의 핀이 구비된 히트싱크(40)를 발열소자(1)에 장착하였다.

온도측정결과

실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 발열소자(1), 하부케이스(110) 및 상부 덮개(120)의 온도는 다음 표 1과 같다.

	A 온도(℃)-발열소자	B 온도(℃)-하부케이스	C 온도(℃)-상부 덮개
실시예1	79℃	48℃	40℃
실시예2	73.2℃	44.3℃	37.1℃
비교예1	86℃	52℃	44℃

상기 실시예들과 비교예1의 온도측정결과를 토대로 볼 때, 실시예 1, 및 실시예 2에 따른 TV 셋톱박스의 방열장치는, 비교예 1에 따른 TV 셋톱박스의 방열장치에 비해 방열성능이 향상된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 TV 셋톱박스의 방열장치는 히트싱크(140)를 통하여 발열소자(1)의 열이 중간 덮개(130)로 전달되는 속도가 향상되었기 때문에, 지속적으로 초집적화, 초경량화, 초슬림화, 저소음화 되어가는 TV 셋톱박스의 방열문제에 매우 효과적으로 대응할 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

1: 발열소자 110: 하부케이스
120: 상부덮개 122: 연통공
130: 중간 덮개 132: 방열부
140: 히트싱크 142a, 142b: 열전도부

Claims

기판이 안착되는 하부케이스와 상기 하부케이스의 상부면을 덮는 상부 덮개 사이에 위치하여 외기와 접촉하는 중간 덮개에 결합되는 것으로,
상기 기판에 장착된 발열소자와 접하는 제1접촉면, 상기 중간 덮개와 접하는 제2접촉면, 및 상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면 사이에 연결형성된 전도판이 구비된 히트싱크를 포함하고,
상기 히트싱크의 제1접촉면 및 제2접촉면에는 각각 열전도부가 형성되고,
상기 중간 덮개의 상부면에 구비되고, 열이 복사되도록 유기 실록산계 방열 조성물인 방열제를 도포하여 형성된 방열부를 더 포함하며,
상기 발열소자로부터 공급받은 열은 상기 제1접촉면에 부착된 상기 열전도부에 의해 상기 전도판을 거쳐 상기 제2접촉면으로 이동하게 되고, 상기 제2접촉면에 장착된 상기 열전도부에 의해 상기 중간 덮개까지 이동하는 것을 특징으로 하는 TV 셋톱박스의 방열장치.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 열전도부는 엘라스토머 패드인 것을 특징으로 하는 TV 셋톱박스의 방열장치.
제5항에 있어서,
상기 엘라스토머 패드는 합성된 폴리올에, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸렌디페닐이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 및 디부틸틴디라우레이트를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 TV 셋톱박스의 방열장치.
제6항에 있어서,
상기 엘라스토머 패드는 알루미나파우더 및 알루미늄하이드록사이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TV 셋톱박스의 방열장치.