KR101307507B1 - 발열소자 방열장치 및 발열소자 패키지 모듈 - Google Patents

발열소자 방열장치 및 발열소자 패키지 모듈 Download PDF

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KR101307507B1
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강용태
정청우
남성림
강문구
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

발열소자의 방열장치 및 발열소자 패키지 모듈이 개시된다. 본 발명에 따른 발열소자의 방열장치는 기판에 장착된 발열소자에서 발생한 열을 방열하는 방열부, 상기 방열부의 열전달 경로상에 구비되며, 상기 열전달 경로상의 열을 흡입되는 고온부와 열이 방출되는 저온부를 구비하고, 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차에 의해 전력을 발생시키는 열전소자부 및 상기 방열부에 구비되며, 상기 열전소자부에 의해 발생한 전력에 의해 구동되어 상기 방열부 외측으로 강제대류를 발생시키는 송풍부를 포함한다.

Description

발열소자 방열장치 및 발열소자 패키지 모듈{Apparatus for Radiating Exothermic Element and Exothermic Element Package Module}
본 출원은 발열소자 방열장치 및 발열소자 패키지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빛을 발산하는 등 특정 기능을 가진 발열소자에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 발열소자 방열장치 및 발열소자 패키지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 전자 제품을 구성하는 저항, 인덕터, 커패시터, 반도체 등 전자소자는 구동 중에 사용되는 전기 에너지의 일부가 열에너지로 전환되는 발열소자이다.
특히, 엘이디(LED; Light Emitting Diode)는 전압을 가하였을 때 발광하는 반도체소자로서, 반도체에 순방향 전압을 가하면 P형 반도체와 N형 반도체의 접합부분을 통하여 전자와 정공이 이동한 후 서로 재결합하는 과정에서 빛이 방출되는 발광소자이다.
이러한 엘이디는 종래 사용되는 백열등 또는 형광등에 비하여 수명이 길고, 전력 소모가 적으며, 내충격성에 우수하여 각종 전자 제품, 조명등, 교통신호등, 고선명디스플레이 등 여러 기술 분야에서 응용되고 있다.
하지만, 엘이디 조명기구에서는 작동시 매우 높은 열이 발생하고, 이러한 열은 엘이디의 성능저하와 내구성 감소의 주요 요인이 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래 기술은 히트싱크 또는 히트 파이프를 이용한 자연대류식 냉각 장치가 주로 사용된다.
하지만, 자연대류식 히트싱크를 이용한 냉각 장치는 공기의 자연적인 유동에 의해 냉각되는 방식이기 때문에 냉각할 수 있는 부하에 한계가 있고, 냉각부하를 증가시키기 위하여 히트싱크의 크기를 키워야 하는 문제점이 있었다.
상술한 방식과 달리, 도 1에 도시된 바와 엘이디 패키지(20)의 후면에 열전소자(40)가 구비되고, 상기 열전소자(40)에 전력을 공급하고 열전효과에 의해 해당 지점을 냉각하는 방식이 제안되고 있으나, 이러한 방식은 엘이디 패키지의 냉각을 위하여 추가적인 전력이 소요되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제 10-0944671 호 대한민국 등록특허 제 10-0671851 호
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발열소자의 방열 효율을 증대시키고, 추가적인 전력 소비 없이 방열 성능을 향상시킬 수 있는 발열소자 방열장치 및 발열소자 패키지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판에 장착된 발열소자에서 발생한 열을 방열하는 방열부, 상기 방열부의 열전달 경로상에 구비되며, 상기 열전달 경로상의 열이 흡입되는 고온부와 상기 열이 방출되는 저온부를 구비하고, 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차에 의해 전력을 발생시키는 열전소자부 및 상기 방열부에 구비되며, 상기 열전소자부에 의해 발생한 전력에 의해 구동되어 상기 방열부 외측으로 강제대류를 발생시키는 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열소자 방열장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 방열부는 상기 기판의 하단부에 결합되며, 상기 기판과 수직한 방향으로 구비되는 히트 파이프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열부는 상기 히트 파이프에 교차되는 복수 개의 방열판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열부는 상기 기판의 하단부에 결합되며, 상기 발열소자에서 발생된 열을 전도시켜 방열하는 방열핀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열핀은 상기 기판의 하단부에 결합되며, 상기 기판과 수직한 방향으로 연장된 제 1 방열핀 및 상기 제 1 방열핀에 수직방향으로 설치도록 내외가 관통된 연결홀이 구비되는 복수 개의 제 2 방열핀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 송풍부는 상기 열전소자부에서 발생된 전력량에 대응되어 회전수가 조절되는 송풍팬을 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전소자부와 상기 송풍부 사이에 연결되며, 상기 열전소자부에서 발생된 전력을 축전할 수 있는 축전부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판에 장착된 발열소자에서 발생한 열을 방열하는 방열부, 상기 방열부의 열전달 경로상에 구비되며, 상기 열전달 경로상의 열을 흡입되는 고온부와 열이 방출되는 저온부가 구비되고, 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차에 의해 전력을 발생시키는 열전소자부 및 상기 방열부에 설치되며, 상기 열전소자부에서 발생된 전력량에 대응되어 회전수가 조절되는 송풍부를 포함할 수 있다.
본 발명은 발열소자가 장착된 기판, 상기 발열소자에서 발생한 열을 방열하는 방열부, 상기 방열부의 열전달 경로상에 구비되며, 상기 열전달 경로상의 열을 흡입되는 고온부와 열이 방출되는 저온부를 구비하고, 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차에 의해 전력을 발생시키는 열전소자부 및 상기 방열부에 구비되며, 상기 열전소자부에 의해 발생한 전력에 의해 구동되어 상기 방열부 외측으로 강제대류를 발생시키는 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열소자 패키지 모듈이 제공될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 발열소자 방열장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 발열소자의 열이 전달되는 경로상에 열전소자를 배치하여 온도차에 의한 전력을 발생시키고 이렇게 발생된 전력을 통해 방열부 외측으로 강제대류를 시킴으로써, 발열소자에서 발생한 열을 효과적으로 외부로 방출시켜 냉각성능을 향상시키는 이점이 있다.
이에 따라, 냉각 성능 향상을 위해 방열수단의 크기를 키우지 않더라도 냉각 성능을 극대화할 수 있다.
특히, 열전소자부가 열전달 과정에서 자연적으로 전력이 생산되기 때문에, 강제대류 발생을 위해 별도의 외부전원을 공급하지 않더라도 발열소자의 효과적인 냉각이 가능하게 된다.
둘째, 열전소자에서의 온도차에 대응하여 전력이 발생하기 때문에, 냉각부하에 대응하여 냉각 부하를 자연적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 발열소자의 발열량이 증가하거나 방열이 원활하지 않으면 열전소자의 양면 사이의 온도차가 증가하게 되고, 이에 따라 발생된 전력도 증가하게 된다. 따라서, 방열을 위한 송풍팬의 회전속도가 증가하게 되어 방열량을 증가시킬 수 있게 된다. 반대로, 발열량이 작거나 방열이 원활하게 이루어지게 되면 열전소자의 양면 사이의 온도차가 감소하게 되고, 이에 따른 전력도 감소하게 된다. 따라서, 방열을 위한 송풍팬의 회전속도가 감소하여 방열량이 감소하게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 냉각부하와 방열상태에 따라 열전소자의 발생전력과 송풍팬의 회전속도가 자연적으로 제어되기 때문에 발열소자에서 발생하는 열의 방열을 일정 수준으로 유지시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 발열소자 방열장치를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자 방열장치를 나타내는 사시도;
도 3은 도 2의 측면도;
도 4는 도 2의 히트 파이프의 작동 원리를 나타내는 단면도;
도 5는 도 2의 방열부와 송풍팬을 나타내는 분해사시도; 및
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열소자 방열장치를 나타내는 측면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자 방열장치를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 측면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자 방열장치(100)는 기본적으로 방열부(200), 열전소자부(300) 및 송풍부(400)를 포함할 수 있다.
발열소자(150)는 배경기술에서 전술한 바와 같이 전자 제품을 구성하는 엘이디 등 발광소자일 수 있다.
상기 발열소자(150)는 기판(110)에 장착될 수 있다.
상기 기판(110)은 리드프레임(120), 회로인쇄기판(PCB, 130)을 포함할 수 있다.
리드프레임(120)은 상부에 상기 발열소자(150)를 부착하는 금속 기판으로써, 상기 발열소자(150)와 외부 회로 기판을 연결시켜 주는 전선(Lead) 역할과 발열소자 패키지를 외부 회로 기판에 고정시켜 주는 버팀대(Frame) 역할을 동시에 수행한다.
상기 리드프레임(120)은 금속 중에서 비교적 열전도성이 높은 알루미늄(Al) 재질일 수 있다.
회로인쇄기판(PCB, 130)은 상기 리드 프레임(120) 상에 접합되며, 상기 발열소자(150)을 탑재하고 이를 회로적으로 연결하는 배선이 형성되어 있다.
또한, 상기 회로인쇄기판(130)은 복수 개의 발열소자가 배열되도록 배선이 형성되어 있다.
그리고, 상기 기판(110)은 상기 리드프레임(120)과 상기 회로인쇄기판(130) 사이에 열전도페이스트층(140)이 형성될 수 있다.
상기 열전도페이스트층(140)은 금속과 바인더 수지가 혼합된 재질을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 리드프레임(120)과 상기 회로인쇄기판(130) 사이에 열전도페이스트층(140)이 형성됨으로써, 상기 리드프레임(120)과 상기 회로인쇄기판(130)을 보다 용이하게 접합시킬 수 있다.
또한, 상기 리드프레임(120)과 상기 회로인쇄기판(130)을 접합시킬 수 있게 됨으로써, 상기 리드프레임(120)이 합성 수지보다 열전도성이 좋은 금속 재질로 이루어질 수 있게 되어 방열 성능이 향상될 수 있다.
이와 같이, 상기 기판(110)은 리드프레임(120) 상에 열전도페이스트층(130)과 회로인쇄기판(140)이 적층되는 구조를 가짐으로써, 상기 발열소자(150)에서 발생된 열이 상기 기판(110)의 하단부로 전달된다.
방열부(200)는 히트 파이프(220)와 방열판(240)을 포함하며, 상기 기판(110)에 장착된 발열소자(150)에서 발생한 열을 방열할 수 있다.
상기 히트 파이프(220)는 상기 기판(110)의 하단부에 결합되며, 상기 기판(110)과 수직한 방향으로 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 기판(110) 하단부의 열은 상기 히트 파이프(220)로 전달될 수 있다.
상기 히트 파이프(220)에 대한 자세한 설명은 이후 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
상기 방열부(200)는 상기 히트 파이프(220)에 교차되는 복수 개의 방열판(240)을 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 방열판(240)은 상기 히트 파이프(220)의 표면적을 증가시키는 역할을 수행하여 결과적으로 상기 히트 파이프(220)가 공기와 접촉되는 면적을 증가시킬 수 있다.
상기 방열판(240)은 상기 히트 파이프(220)가 삽입될 수 있도록 내외를 관통하는 교차홀을 가질 수 있다.
또한, 상기 히트 파이프(220)는 상기 방열판(240)과 전술한 열전도페이스트로 접합될 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 방열판(240) 각각은 서로 일정 간격으로 이격될 수 있다.
상기 일정 간격은 상기 복수 개의 발열소자(150)에서 발생되는 열, 상기 기판(110) 하부의 내부 공간 등에 따라 상기 방열부에서 대류가 형성될 수 있도록 결정된다.
이에 따라, 상기 히트 파이프(220)에 전달된 열은 상기 방열판(240)를 통하여 외부로 방출될 수 있다.
열전소자부(300)는 상기 방열부(200)의 열전달 경로상에 구비되며, 고온부(310)와 저온부(320)를 구비한다.
상기 고온부(310)는 상기 기판(110)과 상기 히트 파이프(220) 사이의 열전달 경로 상에서 상대적으로 온도가 높은 상기 기판(110) 측에 위치하며, 상기 열을 흡입할 수 있다.
상기 저온부(320)는 상기 고온부(310)의 타측에 위치되며, 상기 열을 방출할 수 있다.
상기 열전소자부(300)는 상기 고온부(310)와 상기 저온부(320)의 온도차에 의해 전력을 발생시킨다.
일반적으로 열전소자(Thermoelectric Element)는 N, P 타입 열전반도체(Thermoelectric Semiconductor)를 전기적으로 직렬연결되고 열적으로 병렬연결된 구조로써, 제베크 효과(Seebeck Effect)에 의해 열에너지를 이용하여 열전발전이라는 발전현상이 일어나 전력을 생산한다.
이러한 제베크 효과에 의한 열전발전은 온도차에 의해 반도체가 자기적으로 분극이 일어나며, 상기 자기적 분극으로 인하여 폐회로 내에서 열기전력이 발생하여 전류가 흐르게 된다.
보다 구체적으로 열전소자에서 N타입 열전반도체를 사용하는 경우 상기 고온부(310)가 양극(Positive Electrode)되고 상기 저온부(320)가 음극(Negative Electrode)가 되어 상기 고온부(310)와 상기 저온부(320) 사이에 전위차가 발생하게 된다.
이러한 전력은 전원 공급장치(160)를 통하여 후술한 송풍부(400)에 전달된다.
송풍부(400)는 상기 방열부(200)에 구비되며, 상기 열전소자부(300)에 의해 발생한 전력에 의해 구동되어 상기 방열부(200) 외측으로 강제대류를 발생시킬 수 있다.
상기 송풍부(400)는 송풍팬(410) 및 상기 송풍팬(410)과 상기 열전소자부(300)를 연결하는 와이어(420)를 포함한다.
또한, 상기 송풍팬(410)은 상기 방열판(410) 외측에 구비되며, 상기 복수 개의 방열판(240)사이에 송풍될 수 있도록 상기 송풍팬(410)의 회전축은 상기 방열판(240)과 평행할 수 있다.
그리고, 상기 송풍팬(410)은 상기 방열판(240)에 접착제를 이용하여 부착하거나 볼트 결합될 수도 있다.
한편, 상기 송풍팬(410)은 상기 방열판(240)의 일측에 나란히 부착될 뿐만 아니라, 상기 방열판(240)의 양측에 대칭적으로 배치될 수도 있다.
또한, 상기 방열판(240)은 도 2에 도시된 바와 달리 상기 송풍팬(410)이 상기 복수 개의 방열판(240) 내부에 수용되도록 내외가 관통된 수용홀을 가질 수도 있다.
이에 따라, 상기 송풍부(400)는 상기 열전소자부(300)에 의해 발생한 전력에 의해 구동되어 상기 방열부(300) 외측으로 강제대류를 발생시킴으로써, 상기 방열부(200)에 전달된 열이 효과적으로 외부로 방출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자 방열장치(100)는 상기 발열소자(300)에서 발생된 열을 상기 열전소자부(300)을 통하여 발전된 전력을 이용하여 상기 송풍부(400)을 구동시킴으로써, 발열 효과를 증대시키기 위하여 추가적인 전력 소모가 없는 이점이 있다.
또한, 발열소자를 구동시키기 위하여 외부로 방출되는 열을 회수하여 발전에 이용함으로써, 에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있다.
한편, 상기 송풍부(400)는 상기 열전소자부(300)에서 발생된 전력량에 대응되어 회전수가 조절되는 송풍팬(410)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 발열소자(150)에서 발생되는 열에 의해 상기 기판(100)과 상기 방열부(200) 사이에 온도 차이는 다를 수 있다.
상기 온도 차이가 큰 경우, 상기 열전소자부(300)에서는 보다 많은 전력을 생산하게 된다.
그리고, 상기 전력은 상기 송풍부(400)에 전달되어 전달된 전력량만큼 상기 송풍팬(410)을 보다 많이 회전시킬 수 있다.
반대로, 상기 온도 차이가 작은 경우, 상기 열전소자부(300)에서는 비교적 적은 전력을 생산하게 된다.
그리고, 상기 전력은 상기 송풍부(400)에 전달되어 전달된 전력량만큼 상기 송풍팬(410)을 보다 적게 회전시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 송풍부(400)는 상기 열전소자부(300)에서 발생된 전력량에 대응되어 회전수가 조절됨으로써, 상기 발열소자(150)에서 발생되는 열이 과다한 경우 상기 송풍팬(410)의 회전수가 증가되어 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 발열소자(150)에서 발생되는 열이 적은 경우 상기 송풍팬(410)의 회전수가 감소되어 상기 송풍팬(410)이 불필요하게 작동되는 것을 방지하여 상기 송풍팬(410)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 송풍팬(410)의 회전수를 제어하기 위한 별도의 제어부가 필요없는 이점이 있다.
또한, 상기 열전소자부(300)에 의해 발전된 전력으로 상기 송풍부(400)가 구동되어 상기 방열부(200)를 냉각시킴으로써, 상기 기판(110)과 상기 방열부(200) 사이에 온도 차이가 더 커짐에 따라 상기 열전소자부(300)에 의한 전력량을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자 방열장치(100)는 상기 열전소자부(300)에서 발생된 전력을 축전할 수 있는 축전부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 축전부(170)는 상기 열전소자부(300)에서 발생된 전력이 과다한 경우 상기 송풍팬(410)이 과다하게 회전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 축전부(170)는 상황에 따라 방열부(200)에 강제대류를 형성시킬 필요가 있는 경우, 전원 공급장치(160)를 통하여 축전된 전력을 상기 송풍팬(410)에 전력을 공급할 수 있다.
한편, 상기 축전부(170)에 저장된 전력을 이용하여 상기 송풍팬(410)의 회전수를 일정하게 할 수도 있다.
도 4는 도 2의 히트 파이프의 작동 원리를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 히트 파이프(220)는 기판(110) 하부에 위치되도록 상기 기판(110)의 하단부에 결합될 수도 있고, 열전소자부(300)의 하단부에 부착될 수 있다.
상기 히트 파이프(220)는 열전도페이스트를 이용하여 상기 열전소자부(300)의 하단부에 부착될 수 있고, 상기 열전소자부(300)와 볼트 결합될 수도 있다.
상기 히트 파이프(220)의 내부에 존재하는 열매체는 물, 메탄올, 아세톤, 수은 등 중 하나 이상일 수 있다.
일반적으로, 히트 파이프(Heat Pipe)는 밀폐 용기 내부에 열매체가 연속적으로 기상-액상간의 상변화(Phase Transformation) 과정을 통하여 용기 양단 사이에 열을 전달하는 장치이다.
이러한 히트 파이프(Heat Pipe)는 잠열(Latent Heat)을 이용하여 열을 이동시킴으로써, 단일상(Single Phase)의 열매체를 이용하는 열전달기기에 비해 매우 큰 열전달 성능을 발휘한다.
히트 파이프의 기본적인 구조는 밀폐 용기, 열매체와 용기내부의 모세관(Wick)으로 이루어지며, 용기의 종류, 열매체의 종류, 모세관의 종류, 내부의 기하학적 형태, 온도 등에 따라 다양한 형태를 이루질 수 있다.
도 1에서 전술한 바와 같이, 발열소자(150)에서 열이 발생할 경우 상기 열은 기판(110)을 통하여 열전소자부(300)에 전달된다.
상기 열전소자부(300)에 전달된 열은 도시된 바와 같이 히트 파이프(300) 외부뿐만 아니라 내부로 전달된다.
상기 히트 파이프(220)는 상기 열전소자부(300)와 접촉하는 영역에서 전달된 열에 의해 온도가 증가하게 된다.
이에 따라, 상기 히트 파이프(220)의 내부에 존재하는 액상의 열매체는 상기 열에 의해 기체로 상변화를 하면서 열을 흡수하게 된다.
상기 기화된 열매체는 도시된 바와 같이 상기 히트 파이프(220) 내부에서 화살표 방향을 따라 이동하게 되며, 온도가 떨어짐에 따라 다시 액화되어 재액체가 된다.
상기 히트 파이프(220)는 내벽에 모세관(222)이 형성됨으로써, 기체-액체 계면에서 생성되는 모세압 차이에 의해 열매체가 상기 열전소자부(300)와 접촉하는 영역으로 되돌아올 수 있다.
이러한 원리로 히트 파이프(222)는 열매체를 이동시키기 위한 별도의 장치 및 구동력이 제공되지 않더라도 열매체의 잠열을 이용하여 작은 온도차에서도 열을 효과적으로 이송시킬 수 있다.
즉, 열매체의 온도 변화에 따른 증발, 응축 잠열에 의해 열을 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 히트 파이프(220)의 상부는 상기 열전소자부(300)에 대응되도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 히트 파이프(220)의 상부는 상기 열전소자부(300)에서 전달된 열을 모을 수 있는 역할을 수행한다.
이에 따라, 상기 히트 파이프(220)는 상기 히트 파이프(220)의 상부에서 집열된 열을 상기 히트 파이프(220)의 양 끝단에서 상기 열전소자부(300)의 수직방향으로 연장된 히트 파이프(220)의 하부를 따라 이동시킬 수 있다..
또한, 상기 히트 파이프(220)는 U자형 구조를 가지게 되어 열을 전달할 뿐만 아니라, 상기 히트 파이프(220)의 한 쌍의 하부가 전술한 방열판(240)을 지지하는 역할을 수행한다.
한편, 히트 파이프는 U자형 구조에 한정되지 않고, 일반적인 파이프 형태, 루프형, 역U자형 등 상기 열전소자부에 의해 발생된 열이 전달될 수 있는 구조는 적용될 수 있다.
도 5는 도 2의 방열부와 송풍팬을 나타내는 분해사시도이다.
전술한 바와 같이, 발열소자(150)에서 발생된 열은 히트 파이프(220)의 상부에 전달된다.
상기 열은 상기 히트 파이프(220)의 상부에서 연장된 한 쌍의 하부를 따라 이동하게 된다.
상기 히트 파이프(220)의 의한 열전달은 내부의 열매체를 통해 일반적인 열전도체에 비해 빠르게 상부에서 하부로 전달된다.
또한, 상기 히트 파이프(220)에 교차하는 방열판(240)는 상기 히트 파이프(220)의 표면적을 넓히는 역할을 수행한다.
그리고, 송풍팬(410)은 상기 복수 개의 방열판(240) 사이에 강제대류를 발생시켜 상기 방열판(240)의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 송풍팬(410)이 상기 복수 개의 방열판(240) 사이에 강제대류를 발생시킴으로써, 상기 복수 개의 방열판(240) 사이에 열이 적체되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 송풍팬(410)이 상기 복수 개의 방열판(240) 사이에 열이 적체되는 것을 방지함으로써, 상기 복수 개의 방열판(240) 사이에 간격을 줄여 결과적으로 상기 히트 파이프(220)의 표면적을 더욱 넓힐 수 있다.
또한, 상기 히트 파이프(220)을 효율적으로 냉각시킴으로써, 상기 열전소자부(300)의 열전발전 효율을 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발열소자 방열장치(100)는 이미 제작된 발열소자 모듈에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발열소자 패키지 모듈은 별도로 발열소자 방열장치를 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 발열소자 모듈과 발열소자 방열장치를 일체로 제작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열소자 방열장치를 나타내는 측면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열소자 방열장치(101)는 이미 설명한 본 발명의 일 실시예와 유사함으로, 이에 따른 동일한 기능을 갖는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열소자 방열장치(101)에 적용되는 방열부는 히트 파이프를 포함하지 않고 방열핀(242)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 방열부는 기판(110)의 하단부에 결합되며, 발열소자(150)에서 발생된 열을 전도시켜 방열하는 방열핀(242)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열핀(242)는 도시된 바와 같이, 열전소자부(300)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 방열핀(242)이 상기 기판(110)의 수직방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열소자 방열장치(101)는 본 발명의 일 실시예와 달리 히트 파이프(220)가 포함되지 않게 됨으로써, 발열소자 패키지 모듈의 구조를 단순화할 수 있다.
한편, 상기 방열핀은 도 6에 도시된 바와 달리, 제 1 방열핀 및 제 2 방열핀을 포함할 수 있다.
상기 제 1 방열핀은 도 3에 도시된 히트 파이프와 유사한 배치 구조를 가질 수 있다.
즉, 상기 제 1 방열핀은 상기 기판(110)의 하단부에 결합되며, 상기 기판(110)과 수직한 방향으로 연장될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 방열핀은 열전도에 의해 상부에서 하부로 열을 전달할 수 있다.
상기 제 2 방열핀은 상기 제 1 방열핀에 수직방향으로 설치도록 내외가 관통된 연결홀이 구비되는 복수 개일 수 있다.
즉, 상기 제 2 방열핀은 상기 제 1 방열핀과 교차하는 구조를 가지게 되며, 상기 제 1 방열핀에 의해 지지됨과 동시에 상기 제 1 방열핀의 표면적을 넓히는 역할을 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
110: 기판 120: 리드프레임
130: 회로인쇄기판 140: 열전도페이스트층
150: 발열소자 160: 전원 공급장치
170: 축전부 200: 방열부
220: 히트 파이프 240: 방열판
242: 방열핀 300: 열전소자부
310: 고온부 320: 저온부
400: 송풍부 410: 송풍팬
420: 와이어

Claims (9)

  1. 복수 개의 발열소자가 일정한 패턴으로 배치된 회로인쇄기판에 구비되어 상기 발열소자에서 발생한 열을 방열하는 방열장치에 있어서,
    열전도페이스트층에 의해 상기 회로인쇄기판에 접합되어 상기 복수 개의 발열소자에서 발생한 열이 전달되며, 하면에는 내측으로 함몰된 복수 개의 홈이 형성된 금속 재질의 리드프레임;
    상기 리드프레임의 열을 방열하는 방열부;
    상기 리드프레임에 형성된 상기 홈에 수용되어 상기 리드프레임에서 상기 방열부로의 열전달 경로상에 구비되고, 상기 열전달 경로상의 열이 흡입되는 고온부와 상기 열이 방출되는 저온부가 구비되어 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차에 의해 전력을 발생시키는 열전소자부; 및
    상기 열전소자부에 의해 발생한 전력에 의해 구동되는 송풍부를 포함하고,
    상기 방열부는, 상단부가 상기 열전소자부의 상기 저온부에 접하도록 형성되고 상기 리드프레임의 하부로 연장된 히트 파이프 및 상기 히트 파이프에 교차되는 방향을 따라 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 방열판을 가지며,
    상기 송풍부는 상기 복수 개의 방열판 외측에 구비되어, 상기 복수 개의 방열판에 의해 구획되는 유로를 따라 상기 방열판 외측으로 강제대류를 발생시키는 발열소자 방열장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송풍부는
    상기 열전소자부에서 발생된 전력량에 대응되어 회전수가 조절되는 송풍팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열소자 방열장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자부와 상기 송풍부 사이에 연결되며, 상기 열전소자부에서 발생된 전력을 축전할 수 있는 축전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열소자 방열장치.
  8. 삭제
  9. 복수 개의 발열소자가 일정한 패턴으로 배치된 회로인쇄기판;
    열전도페이스트층에 의해 상기 회로인쇄기판에 접합되어 상기 복수 개의 발열소자에서 발생한 열이 전달되며, 하면에는 내측으로 함몰된 복수 개의 홈이 형성된 금속 재질의 리드프레임;
    상기 리드프레임의 열을 방열하는 방열부;
    상기 리드프레임에 형성된 상기 홈에 수용되어 상기 리드프레임에서 상기 방열부로의 열전달 경로상에 구비되고, 상기 열전달 경로상의 열을 흡입되는 고온부와 열이 방출되는 저온부가 구비되어 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차에 의해 전력을 발생시키는 열전소자부; 및
    상기 열전소자부에 의해 발생한 전력에 의해 구동되는 송풍부를 포함하고,
    상기 방열부는, 상단부가 상기 열전소자부의 상기 저온부에 접하도록 형성되고 상기 리드프레임의 하부로 연장된 히트 파이프 및 상기 히트 파이트에 교차되는 방향을 따라 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 방열판을 가지며,
    상기 송풍부는 상기 복수 개의 방열판 외측에 구비되어, 상기 복수 개의 방열판에 의해 구획되는 유로를 따라 상기 방열판 외측으로 강제대류를 발생시키는 발열소자 패키지 모듈.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016225527A (ja) * 2015-06-02 2016-12-28 株式会社リコー レーザ発光装置、エンジン点火プラグシステム
CN107659209A (zh) * 2017-10-30 2018-02-02 南京航空航天大学 基于平板热管的温差发电模块及其构成的热管循环余热温差发电系统
KR102100443B1 (ko) * 2019-02-08 2020-04-13 (주)재진로드 바닥형 보행신호등 보조장치
KR102215754B1 (ko) 2020-06-24 2021-02-16 주식회사 에이치앤씨트랜스퍼 모듈형 방열장치
KR20210135811A (ko) * 2020-05-06 2021-11-16 주식회사 월드와이드메모리 열전 효과를 이용한 팬 구동 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995030246A1 (en) * 1994-04-29 1995-11-09 Ast Research, Inc. Method and apparatus for recovering power from semiconductor circuit using thermoelectric device
JP2005136212A (ja) 2003-10-30 2005-05-26 Toshiba Corp 熱交換装置
JP2007072846A (ja) 2005-09-08 2007-03-22 Micro-Star Internatl Co Ltd 熱電気変換機能を有するコンピューター
JP2011002542A (ja) * 2009-06-17 2011-01-06 Aitec System:Kk 光源装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995030246A1 (en) * 1994-04-29 1995-11-09 Ast Research, Inc. Method and apparatus for recovering power from semiconductor circuit using thermoelectric device
JP2005136212A (ja) 2003-10-30 2005-05-26 Toshiba Corp 熱交換装置
JP2007072846A (ja) 2005-09-08 2007-03-22 Micro-Star Internatl Co Ltd 熱電気変換機能を有するコンピューター
JP2011002542A (ja) * 2009-06-17 2011-01-06 Aitec System:Kk 光源装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016225527A (ja) * 2015-06-02 2016-12-28 株式会社リコー レーザ発光装置、エンジン点火プラグシステム
CN107659209A (zh) * 2017-10-30 2018-02-02 南京航空航天大学 基于平板热管的温差发电模块及其构成的热管循环余热温差发电系统
KR102100443B1 (ko) * 2019-02-08 2020-04-13 (주)재진로드 바닥형 보행신호등 보조장치
KR20210135811A (ko) * 2020-05-06 2021-11-16 주식회사 월드와이드메모리 열전 효과를 이용한 팬 구동 장치
KR102414154B1 (ko) * 2020-05-06 2022-06-28 주식회사 월드와이드메모리 열전 효과를 이용한 팬 구동 장치
KR102215754B1 (ko) 2020-06-24 2021-02-16 주식회사 에이치앤씨트랜스퍼 모듈형 방열장치

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