KR101291268B1

KR101291268B1 - 히트싱크 조립체

Info

Publication number: KR101291268B1
Application number: KR1020110132970A
Authority: KR
Inventors: 주재훈; 박준식
Original assignee: 주식회사 씨엔제이; 주식회사 동방통상
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-08-21
Also published as: KR20130066231A

Abstract

본 발명은 히트싱크 조립체에 관한 것으로 열원과 접하고 있는 몸체와 유체와의 접촉면적을 확장시켜 유체와의 열교환 효율을 높일 수 있도록 하는 것이다.
이를 위한 본 발명은 열교환을 위한 내부공간(12)이 마련되고 내부공간(12)으로 유체가 유입되는 유입구(13)와 내부공간(12)의 유체가 외부로 유출되는 유출구(14)가 형성된 것으로 열원에 접촉되어 열원에서 발생되는 열을 유체에 전달하거나 유체의 열을 열원에 전달하는 몸체(11)와, 몸체(11)의 내부공간(12)에 마련되어 유체와의 접촉면적을 확장시켜 주는 슬릿(15) 그리고 몸체(11)의 내부공간(12)을 밀봉하는 커버(16)를 포함하여 구성된다.

Description

히트싱크 조립체{HEAT HINK ASSEMBLY}

본 발명은 각종 냉온시스템에 적용되는 히트싱크 조립체에 관한 것으로서 열전모듈이나 펠티어소자, TEC, TEM 등과 같은 열원에 접하고 있는 몸체와 유체와의 접촉면적을 확장시켜 유체와의 열교환 효율을 높일 수 있도록 하는 히트싱크 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 히트싱크(heat hink)는 반도체 칩 등의 전자 칩에 장착되어, 전자칩에서 발생된 열을 흡수하여 냉각하는 역할을 수행한다. 이 히트싱크는 전자 칩의 냉각 효율을 증대시키기 위해 작동 유체와의 접촉면적을 넓히고 다수의 마이크로 크기의 유로(流路)를 이루는 마이크로 채널을 히트싱크에 가공하여 냉각효율을 증가시키는 방향으로 그 구조가 개선되고 있다.

또한 전자 칩으로부터 히트싱크로의 열전달 시 효율이 떨어지지 않으면서도, 전자 칩과 히트싱크가 잘 분리되지 않도록 하기 위한 히트싱크 조립체를 필요로 한다.

도 1은 미국등록특허 제6,466,443호(발명의 명칭: Heat sink fastener with pivotable securing means)에 개시된 중앙처리장치(CPU)를 냉각시키는 히트싱크 조립체를 보인 분리 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 히트싱크 조립체는 중앙처리장치(101)가 장착된 기판(106)에 히트싱크(103)와, 냉각팬(104)을 설치하기 위하여 유지 모듈(102)과 가압 프레임(105)을 포함한다. 여기서 히트싱크(103)는 중앙처리장치(101) 표면에 부착되어 중앙처리장치(101)에서 발생되는 열을 흡수하고, 냉각팬(104)은 히트싱크(103)의 상단에 설치되어 공기와의 접촉으로 히트싱크(103)를 냉각시키는 역할을 한다.

상기 유지 모듈(102)은 기판(106)에 결합되는 것으로, 히트싱크(103)가 중앙처리장치(101) 표면상에 위치되도록 한다. 가압 프레임(105)은 유지 모듈(102)에 결합되어 히트싱크(103)와 냉각팬(104)을 고정시키는 것으로, 히트싱크(103)가 중앙처리장치(101)의 표면에 밀착되도록 한다.

이 히트싱크 조립체는 중앙처리장치(101) 표면에 히트싱크(103)와 냉각팬(104)을 적층한 구조를 가짐으로써 중앙처리장치(101)에서 발생되어 히트싱크(103)로 전달된 열은 냉각팬(104)에 의한 공기의 강제 대류에 의해 주변으로 소산된다. 여기서 열전달 효율은 중앙처리장치(101)와 히트싱크(103)의 접촉 강도에 의존하므로 유지 모듈(102)과 가압 프레임(105)을 통하여 강하게 밀착시킬 것을 요구한다.

그러나 종래의 히트싱크 조립체는 위에서 설명한 바와 같이 대기중의 공기나 냉각팬에 의해 공급되는 공기와의 접촉을 통해 열전달이 이루어지므로 열전달 효율에 한계가 있다. 또한 공기와의 접촉으로 중앙처리장치 등과 같은 전자 칩에서 발생되는 열을 냉각시킬 수는 있으나, 열을 필요로 하는 특정 대상에 열을 전달하는 역할은 하지 못하고 있다.

즉, 전자 칩과 같은 구성요소에서 발생하는 열을 대기중으로 전달하는 역할은 하고 있으나, 특정 매체(예를 들어, 유체 등을 말한다)로부터 열을 전달받거나 전달하는 역할을 하지 못할뿐더러 공기와의 접촉만으로 열전달 즉, 열교환 효율을 높이는데 한계가 있다.

국내 특허공개 제10-1999-0043603호(1999. 06. 15. 공개) 국내 특허공개 제10-1998-069531호(1998. 10. 26. 공개) 국내 등록특허 제10-0509652호(2005. 08. 16. 등록공고) 국내 특허공개 제10-2011-0012443호(2011. 02. 09. 공개)

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 열교환매체인 유체와 열원과의 열교환 효율을 높일 수 있도록 하는 히트싱크 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 히트싱크 조립체는, 열교환을 위한 내부공간이 마련되고 상기 내부공간으로 유체가 유입되는 유입구와 상기 내부공간의 유체가 외부로 유출되는 유출구가 형성된 것으로 열원에 접촉되어 상기 열원에서 발생되는 열을 유체에 전달하거나 유체의 열을 열원에 전달하는 몸체; 상기 몸체의 내부공간에 마련되어 유체와의 접촉면적을 확장시켜 주는 슬릿; 및 상기 몸체의 내부공간을 밀봉하는 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 실릿은 유체가 흐르는 방향으로 배치되는 판 형상을 가지는 것으로서 상기 몸체와 일체형으로 가공될 수 있다.

상기 슬릿은 상기 유입구와 상기 유출구 사이의 상기 내부공간에 배치될 수 있다.

상기 몸체와 상기 커버 사이에는 유체의 누출을 막기 위한 제 1 및 제 2 패킹이 내재될 수 있다.

상기 커버는 상기 내부공간을 흐르는 유체에 열을 가하는 PTC(Positive Temperatture Coefficient) 히터를 구비할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 본 발명은 몸체 내의 내부공간을 흐르는 열교환매체인 유체와 몸체와의 접촉면적을 확장시켜 유체의 열교환 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 히트싱크 조립체의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 히트싱크 조립체의 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 개시된 몸체(11)의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B선 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 히트싱크 조립체를 적용한 공냉식과 수냉식으로 열을 방열시켜 주는 방열싱크 어셈블리의 한 예이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명에 의한 히트싱크 조립체의 분해 사시도이다.

도 2에 의하면, 히트싱크 조립체는 물 등과 같은 유체의 열교환을 위한 것으로서 커버(16)가 밀폐되는 몸체(11)에 열교환을 위한 내부공간(12)이 마련되고 유체의 유입과 유출을 위한 유입구(13)와 유출구(14)를 형성된다.

상기 몸체(11)는 열원과 유체와의 열교환이 이루어지는 다시 말해, 유체가 경유하는 내부공간(12)을 가지는 용기형상을 하고 내부공간(12)으로 유체가 유입되는 유입구(13)와 내부공간(12)의 유체가 외부로 유출되는 유출구(14)가 형성된 것으로 도시되지 않은 열원에 접촉되어 열원에서 발생되는 열을 유체에 전달하거나 유체의 열을 열원에 전달하는 역할을 한다.

상기 열원으로는 열전모듈이나 펠티어 소자, TEC(Thermo Electric Cooler), TEM(Thermo Electric Moudule) 등과 같이 가열과 냉각기능을 가지는 열전소자를 예로 들 수 있다.

상기 몸체(11)의 내부공간(12)은 물과 같은 유체와의 접촉면적을 확장시켜 주는 슬릿(15)이 배치된 열교환을 위한 공간으로, 상기 실릿(15)은 유체가 흐르는 방향으로 배치되는 판 형상을 가지며, 상기 몸체(11)와 일체형으로 가공될 수 있다.

또한 슬릿(15)이 유입구(13)와 유출구(14) 사이의 내부공간(12)에 유로(24)가 형성되도록 일정간격을 두고 길이방향으로 배치되어 있으므로 열교환을 위한 유체가 내부공간(12)을 흐르는 동안 유체와의 접촉면적을 확장시켜 열교환 효율을 높이는 역할을 한다.

상기 커버(16)는 몸체(11)의 일측면 즉, 개방된 내부공간(12)을 밀봉하는 것으로, 판 형상을 갖는다. 이를 위해 커버(16)는 외곽에 다수의 관통공(21)을 가지고, 몸체(11)는 상단부의 플랜지(23)에 관통공(21)에 대응하는 체결공(22)을 형성된다. 따라서 볼트(26)가 커버(16)의 관통공(21)을 관통해서 몸체(11) 플랜지(23)의 체결공(22)에 나사 결합되므로 커버(16)에 의해 몸체(11)의 내부공간(12)이 밀폐된다.

특히, 몸체(11)의 플랜지(23)에 제 1 및 제 2 요홈(17a)(17b)이 형성되고, 몸체(11)에 커버(16) 결합시 제 1 및 제 2 요홈(17a)(17b)에 제 1 및 제 2 패킹(19a)(19b)을 내재시킴으로써 내부공간(12)을 흐르는 유체가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 도 2에 개시된 몸체(11)의 평면도이다.

도 3에 의하면, 슬릿(15)은 유체와의 접촉면적을 확장시키기 위한 것으로, 판 형상으로 이루어진 다수의 슬릿이 유체가 흐르는 방향으로 배열되어 유체가 흐를 수 있는 유로(24)를 형성한다.

이때 유입구(13)와 유출구(14)가 슬릿(15)을 사이에 두고 내부공간(12)과 연통되게 몸체(11)에 형성되어 있으므로 유입구(13)를 통해 유입되는 유체가 각각의 슬릿(15) 사이의 유로(24)를 경유하여 유출구(14)로 유출되어 유체와 슬릿(15)과의 접촉면적이 확장된다.

도 4는 도 3의 A-A선 단면도이고, 도 5는 도 3의 B-B선 단면도이다.

도 4 및 도 5에 의하면, 몸체(11)는 위에서 언급한 열원을 고정시키기 위한 나사공(20)을 가진다. 특히 나사공(20)이 몸체(11)에만 형성된 것이 아니라 내부공간(12)까지 연장된 돌기(25)까지 연장되어 있으므로 방열싱크 및 각종 열전소자로 이루어진 열원이 몸체(11)에 보다 견고히 고정될 수 있다. 여기서 돌기(25)는 내부공간(12)을 순환하는 유체의 흐름을 둔화시킴과 동시에 유체의 확산을 활성화시키는 역할도 한다.

도 6은 본 발명에 의한 히트싱크 조립체를 적용한 공냉식과 수냉식으로 열을 방열시켜 주는 방열싱크 어셈블리의 한 예이다.

도 6에 의하면, 히트싱크(27)는 공냉식과 수냉식으로 열을 방열시켜 주는 방열싱크 어셈블리를 구성하는 하나의 구성요소로서 커버(16) 위에 내부공간(12)을 흐르는 유체에 열을 가하는 PTC 히터(Positive Temperatture Coefficient)(18)를 구비한다.

즉, 히트싱크(27)가 적용된 공냉식과 수냉식으로 열을 방열시켜 주는 방열싱크 어셈블리는 도 6에 도시한 바와 같이, 히트싱크(27)와 함께 열원(28), 방열싱크(29), 물탱크(30), 방열팬(33) 등으로 구성된다.

상기 히트싱크(27)는 흐르는 유체를 일시적으로 수용하여 열교환이 이루어지도록 하는 구성요소이고, 열원(28)은 위에서 언급한 바와 같이 가열과 냉각기능을 모두 갖춘 다양한 종류의 열전소자로서 히트싱크(27)를 흐르는 유체를 가열하거가 냉각시키는 기능을 한다.

상기 방열싱크(29)는 히트싱크(27)과 열원(28)의 양면에 배치되어 열원(28)에서 발생하는 열을 방열시키는 구성요소로서 물과 같은 유체가 흐르는 유로(31)를 가지며, 상기 유로(31)에는 물탱크(30)에 수용된 물이 제 1 및 제 2 순환 파이프(32a)(32b)를 통해 순환된다. 상기 물탱크(30)는 방열싱크(29)를 경유하여 순환되는 물을 수용하고 있는 탱크이고, 방열팬(33)은 방열싱크(29)를 강제로 방열시키기 위한 공기를 공급하는 역할을 한다.

지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

그러므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 진술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

11 : 몸체 12 : 내부공간
13 : 유입구 14 : 유출구
15 : 슬릿 16 : 커버
17a : 제 1 패킹 17b : 제 2 패킹
18 : PTC 히터 19a : 제 1 요홈
19b : 제 2 요홈 20 : 나사공
21 : 관통공 22 : 체결공
23 : 플랜지 24 : 유로
25 : 돌기 26 : 볼트
27 : 히트싱크 28 : 열원
29 : 방열싱크 30 : 물탱크
31 : 유로 32a : 제 1 순환 파이프
32b : 제 2 순환 파이프
33 : 방열팬

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열교환을 위한 내부공간(12)이 마련되고 상기 내부공간(12)으로 유체가 유입되는 유입구(13)와 상기 내부공간(12)의 유체가 외부로 유출되는 유출구(14)가 형성된 것으로 열원에 접촉되어 상기 열원에서 발생되는 열을 유체에 전달하거나 유체의 열을 열원에 전달하는 몸체(11); 상기 몸체(11)의 내부공간(12)에 마련되어 유체와의 접촉면적을 확장시켜 주는 슬릿(15); 및 상기 몸체(11)의 내부공간(12)을 밀봉하는 커버(16)를 포함하는 히트싱크 조립체로서,
상기 몸체(11)와 상기 커버(16) 사이에는 유체의 누출을 막기 위한 제 1 및 제 2 패킹(17a)(17b)이 내재되는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체.
제 4 항에 있어서,
상기 커버(16)는 상기 몸체(11)의 내부공간(12)을 흐르는 유체에 열을 가하는 PTC(Positive Temperatture Coefficient) 히터(18)를 구비하는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체.