KR101336987B1 - 전자 부품 방열 모듈 및 이에 사용되는 방열액 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 액체 밀폐구조를 구비한 하우징; 상기 하우징 내에 삽입되는 발열 전자 부품이 설치되는 기판: 및 상기 하우징 내에 삽입되고, 절연액과 열전도성 입자를 포함하여 상기 발열 전자 부품에서 발생하는 열을 냉각시키는 방열 분산 절연액을 포함하는, 전자 부품 방열 모듈 및 이에 사용되는 방열 분산 절연액에 관한 것이다.

Description

전자 부품 방열 모듈 및 이에 사용되는 방열액{HEAT RADIATE MODULE FOR ELECTRONIC PARTS AND HEAT RADIATE LIQUID USED THE SAME}
본 발명은 열이 발생되는 전자 부품에 대하여 그 열을 냉각시키기 위한 전자 부품 방열 모듈 및 이에 사용되는 방열액에 관한 것이다.
해당 산업은 계속해서 컴퓨팅 시스템 내부의 전자 부품의 개수를 증가시키는 추세이다. 많은 컴퓨팅 시스템의 제한된 풋프린트가 주어지면, 열 생성 부품 개수에 있어서의 지속적인 증가는 열 소산 문제에 대한 과제를 부여한다. 이러한 문제는 적절히 대처하지 않는 경우 컴퓨팅 시스템의 구조적 및 데이터 무결성에 악영향을 끼쳐,시스템과 모듈 레벨 양자에 영향을 미칠 수 있다.
대형 환경에 있는 대부분의 전자 장치 패키지 또는 노드는 랙(rack) 또는 케이지(cage)와 유사한 프레임에 배치되는 스택으로 수납된다. 통상적으로, 이러한 전자 장치 패키지는 최적 공기 흐름을 허용하도록 환경의 임의의 부분에 선택적으로 배치되는, 팬 또는 송풍기와 같은 공기 이동 장치를 사용하여 강제된 공기 냉각에 의해 냉각되었다. 이러한 공기 이동 장치는 종종, 랙 또는 케이지형 프레임이나 구조체를 통과하여 순환하는 평행한 공기 흐름 경로를 형성하는 것에 의해 부품 반대 방향으로 고온 공기를 변위시키도록 구성된다.
그러나 실장 밀도가 증가하기 때문에, 공기 냉각 해결책은 더욱 억제되고 비용이 많이 들게 된다. 추가로, 공기 냉각은 원치 않는 음향 특성과 에너지 소비 특성 형태의 다른 관련 비용을 갖는다. 밀접한 많은 컴퓨팅 환경을 수납하는 대형 데이터 센터에서, 열 소산 문제는 훨씬 더 악화된다. 그러한 경우, 냉각 비용과 공기 냉각을 제공하는 실행 가능성은 데이터 센터에 의존하는 많은 사업체에 부담을 지우게 되었다.
본 발명은, 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 효율적인 액체 냉각 방식을 채용함으로써 방열 효율을 높여 전자 부품의 수명을 연장할 수 있도록 하는 전자 부품 방열 모듈 및 이에 사용되는 방열액를 제공하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예인 전자 부품 방열 모듈은, 액체 밀폐구조를 구비한 하우징; 상기 하우징 내에 삽입되는 발열 전자 부품이 설치되는 기판: 및 상기 하우징 내에 삽입되고, 절연액과 열전도성 입자를 포함하여 상기 발열 전자 부품에서 발생하는 열을 냉각시키는 방열 분산 절연액을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 전자 부품 방열 모듈은, 상기 하우징의 일면에 부착되어 상기 방열 분산 절연액으로부터의 열을 외부로 방출하기 위한 히트 탱크부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 열전도성 입자는 정제 탄소 나노 튜브 입자, 비정제 탄소 나노 튜브 입자, 그라파이트 입자, 세라믹 입자, 그라핀 입자 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 절연액은, 프로필렌 글리콜과 초순수수를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 절연액은 상기 열전도성 입자를 용해시키기 위한 계면활성제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 절연액은, 윤활유 오일, 실리콘 오일, 미나렐 오일, 올리브 오일, 콘 오일, 소이빈 오일 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 하우징의 내측에는 상기 기판을 고정하는 가이드 홈이 설치될 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 열전도성 입자는 자성체 입자일 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 전자 부품 방열 모듈은, 상기 기판상에 설치되고, 상기 열전도성 입자를 대류시키기 위해 구성되는 전자기 교반기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 전자기 교반기는 에디 코일 또는 토로이달 자기 코일일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 방열 분산 절연액은, 상술한 전자 부품 방열 모듈에 사용될 수 있다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 의하면, 절연액의 열전도성 입자가 포함되어 있어, 발열 전자 부품에서 발생되는 열의 전도 속도를 보다 빠르게 하여 냉각 효율을 높힘으로써, 전자 부품이 열에 의해 열화 또는 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 열전도성 입자가 자성체이고, 전자기 교반기를 하우징 내부에 설치하여, 상기 절연액이 대류하도록 함으로써, 발열 전자 부품에서 발생되는 열에 대한 냉각효과를 극대화 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 부품 방열 모듈의 부분 전개 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전자 부품 방열 모듈의 단면도.
이하, 본 발명과 관련된 전자 부품 방열 모듈 및 이에 사용되는 방열액에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 발열 전자 부품에 회로 기판에 장착된 경우, 이 회로 기판을 냉각하기 위한 구성을 개시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 발열이 문제되는 다양한 전자 제품에 적용될 수 있음이 이해되어야 한다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예인 전자 부품 방열 모듈을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 부품 방열 모듈의 부분 전개 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전자 부품 방열 모듈의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 전자 부품 방열 모듈(100)은, 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내에 설치되는 전자 부품(21)을 포함한 회로 기판(20)과, 하우징(10) 내에 채워지는 방열 절연 분산액(30)과, 하우징(10) 내에 설치되는 전자기 교반기(40) 및 상기 하우징(10)의 일면에 부착되는 히트 탱크부(50)를 포함할 수 있다.
하우징(10)은 액체 밀폐 구조로 형성되어, 그 내부에 후술하는 방열 절연 분산액(30)이 누설되지 않게 채워질 수 있다. 또한 하우징(10)의 적어도 일부, 즉 히트 탱크부(50)가 부착되는 부분은 금속과 같이 열전도성이 높은 물질로 이루어져, 방열 효율을 높일 수 있게 된다. 또한 하우징(10) 내에는 가이드부(11)가 설치되어서, 이 가이드부(11)에 의해 형성되는 가이드 홈에 후술하는 회로 기판(20)이 고정될 수 있다.
회로 기판(20)은 상기 하우징(10) 내에 설치되고, 열을 방출하는 전자부품(21)이 그 위에 설치되는 구성요소이다. 이 전자 부품(21)이 동작할 때, 전기 에너지가 열에너지로 변환되어서, 발열이 발생하게 된다. 전자 부품(21)에서 발생되는 열을 후술하는 방열 절연 분산액(30)으로 전도된다.
방열 절연 분산액(30)은, 절연액에 열전도성 입자(또는 자기성 입자)가 첨가된 물질로서, 상기 발열부품이 온 된상태에서 발생되는 열을 흡수하여 방출하는 기능을 한다. 절연액이란, 전기전도도값이 0이어서, 통전이 불가능한 액체로서, 이온 성분이 전혀 없는 초순수물(D.I water), 프로필렌 글리콜을 포함하거나, 트랜스포머 오일(transformer oil), 윤활유 오일, 실리콘 오일, 미나렐 오일, 올리브 오일, 콘 오일, 소이빈 오일 중 하나를 포함할 수 있다. 초순수물이란, 물속에 녹아있는 이온조차 모조리 제거하여 물이 자체이온화하여 생긴 이온을 제외하고는 불순물이 하나도 없는 순수한 물로서,전기전도도가 없다. 프로필렌 글리콜은 용해성이 우수한 물질로서, 후술하는 열전도성 입자가 이 프로필렌 글리콜에 의해 용해되며, 투명하고 무독성이라는 점에서 친환경적인 소재이다. 한편, 상기 방열 절연 분산액(30)에 계면활성제를 추가하게 되면, 열전도성 입자의 용해도를 더욱 높일 수 있게 된다. 이 때 계면활성제는 1중량% 미만으로 소량 들어가는 것으로 충분하다. 한편, 상기 방열 분산액(30)에는, 열전도성 입자가 함유되어 있어서, 열의 흡수 및 배출의 효과를 증대시킬 수 있다. 상기 열전도성 입자는, 비정제 탄소 나노 튜브 입자, 정제 나노 튜브, 그라파이트 입자, 세라믹 입자, 그라핀 입자 중 하나를 포함할 수 있다. 탄소 나노 투브입자로서 단일벽 탄소 나노튜브 입자, 이중벽 탄소 나노튜브 입자, 다중벽 탄소 나노 튜브 중 하나가 이용 될 수 있다. 이 때, 열전도성 입자는 미량 함유되므로, 절연액으로서의 특징을 그대로 유지하면서, 열전도성 효과만을 상승시킬 수 있게 된다. 특히, 비정제 탄소 나노 튜브의 경우, 탄소 나노 튜브를 제조공정 중 정제과정 전 단계의 탄소 나노 튜브로서, 탄소 나노 튜브를 성장시키기 위한 촉매가 남아 있기 때문에 자성체 성질을 갖게 된다. 이와 같이, 상기 열전도성 입자가 자성체인 경우, 후술하는 전자기 교반기(40)에 의해 작용되어서, 상기 분산액(30) 내에 대류 현상이 발생되어서 방열효과가 극대화된다.
전자기 교반기(40)는,상기 하우징(10) 내에 설치되어서, 상기 자성체인 열전도성 입자가 대류할 수 있도록 자기장을 형성하게 된다. 전자기 교반기(40)에 전류를 공급하기 위하여, 상기 전자기 교반기(40)는 기판(20)상에 설치될 수 있다. 전자기 교반기(40)에 전류가 공급되면, 암페어 법칙에 따라자계가 형성되고, 이 자계에 따라 방열 절연 분산액(30)의 자성체인 열전도성 입자가 대류하게 된다. 입자의 대류에 따라서, 입자와 절연액 간에 형성되는 장력에 의해 절연액도 대류하게 된다. 그럼으로써, 발열 전자 부품(21)에서 발생하는 열을 보다 우수하게 방열액에 흡수 전도 되게 된다.
이러한 전자기 교반기(40)로는 에디 코일, 토로이달 자기 코일이 이용될 수 있다. 에디 코일은 저속형이고, 토로이달 자기 코일은 고속형으로서, 발열 정도에 따라 제작자가 적절하게 선택할 수 있게 된다.
히트 탱크부(50)는, 상기 하우징(10)의 일면에 부착되어 상기 방열 절연 분산액(30)으로부터의 열을 외부로 방출하기 위한 구성요소이다. 히트 탱크부(50)는 구리와 같이 열전도도가 높은 금속으로 이루어질 수 있고, 히트 탱크부(50)의 홈들을 흐르는 공기에 의해, 전자부품(21)에서 발생한 열이 최종적으로 외부로 방출되게 된다(공랭식). 이 히트 탱크부(50)에 의해, 하우징(10) 내의 절연 분산액(30)에 일정 온도 이상 올라가는 것을 방지할 수 있어 냉각 효유를 꾸준하게 유지할 수 있게 된다. 히트 탱크부(50)의 방열 효율을 높이기 위해, 히트 탱크부(50)와 접촉하는 하우징(10)의 일면도 열전도도가 높은 구리, 알루미늄등의 금속으로 형성할 수 있다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 의하면, 회로 기판(20)상에 장착된 전자 부품(21)이 동작됨에 따라 발생된 열은, 열전도성 입자를 포함하는 절연액으로 전달되어서, 발열 전자 부품(21)은 냉각이 된다. 이 때, 열전도성 입자가 자성체인 경우, 전자기 교반기(40)를 하우징(10) 내에 더 설치하고, 이 전자기 교반기(40)에 의해 절연액이 대류하도록 함으로써, 액체 냉각의 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 의하면, 절연액의 열전도성 입자가 포함되어 있어, 발열 전자 부품에서 발생되는 열의 전도 속도를 보다 빠르게 하여 냉각 효율을 높힘으로써, 전자 부품이 열에 의해 열화 또는 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 열전도성 입자가 자성체이고, 전자기 교반기를 하우징 내부에 설치하여, 상기 절연액이 대류하도록 함으로써, 발열 전자 부품에서 발생되는 열에 대한 냉각효과를 극대화 할 수 있다.
상기와 같이 설명된 전자 부품 방열 모듈 및 이에 사용되는 방열 절연 분산액은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 전자 부품 방열 모듈
10 : 하우징
11 : 가이드부
20 : 기판(회로 기판)
21 : 전자 부품 (발열 전자부품)
30 : 방열 절연 분산액
40 : 전자기 교반기
50 : 히트 탱크부

Claims (11)

  1. 액체 밀폐구조를 구비한 하우징;
    상기 하우징 내에 삽입되는 발열 전자 부품이 설치되는 기판: 및
    상기 하우징 내에 삽입되고, 절연액과 열전도성 입자를 포함하여 상기 발열 전자 부품에서 발생하는 열을 냉각시키는 방열 분산 절연액을 포함하고,
    상기 열전도성 입자는 정제 탄소 나노 튜브 입자, 비정제 탄소 나노 튜브 입자, 그라파이트 입자, 세라믹 입자, 그라핀 입자 중 하나를 포함하는, 전자 부품 방열 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 일면에 부착되어 상기 방열 분산 절연액으로부터의 열을 외부로 방출하기 위한 히트 탱크부를 더 포함하는, 전자 부품 방열 모듈.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연액은, 프로필렌 글리콜과 초순수수를 포함하는, 전자 부품 방열 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 절연액은 상기 열전도성 입자를 용해시키기 위한 계면활성제를 포함하는, 전자 부품 방열 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연액은, 윤활유 오일, 실리콘 오일, 미나렐 오일, 올리브 오일, 콘 오일, 소이빈 오일 중 하나를 포함하는, 전자 부품 방열 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 내측에는 상기 기판을 고정하는 가이드 홈이 설치되는, 전자부품 방열 모듈
  8. 액체 밀폐구조를 구비한 하우징;
    상기 하우징 내에 삽입되는 발열 전자 부품이 설치되는 기판: 및
    상기 하우징 내에 삽입되고, 절연액과 열전도성 입자를 포함하여 상기 발열 전자 부품에서 발생하는 열을 냉각시키는 방열 분산 절연액을 포함하고,
    상기 열전도성 입자는 자성체 입자인, 전자 부품 방열 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판상에 설치되고, 상기 열전도성 입자를 대류시키기 위해 구성되는 전자기 교반기를 더 포함하는, 전자 부품 방열 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전자기 교반기는 에디 코일 또는 토로이달 자기 코일인, 전자 부품 방열 모듈.
  11. 삭제
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