KR101611351B1 - 3d프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구성방법이 간단하며 냉각효율이 증대되는 회로기판 부착형 냉각 모듈을 제공하고자 한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 내부 중공부를 구비하는 판형으로 이루어지되 발열하는 회로기판에 대면된 상태를 이루며 결합되는 냉각기판과, 상기 내부 중공부로 냉각수가 유입되도록 상기 냉각기판에 구비되는 유입부 및 상기 유입된 냉각수가 외부로 배출되도록 상기 냉각기판에 구비되는 배출부를 포함하는 3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈을 제공한다.

Description

3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈{Liquid cooled cold plate module manufactured by 3D print}

본 발명은 냉각 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동 시 열이 발생하는 인쇄기판에 설치되어 열을 냉각시키는 3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 데이터의 연산처리를 비롯한 컴퓨터 등의 작동을 제어하는 시피유(CPU)와, 그래픽 연산처리를 담당하는 지피유(GPU) 또는 시피유 소켓 측의 집적 회로로서 일반적으로 시스템 컨트롤러를 지칭하는 노스브릿지(north bridge)와, PCI(peripheral component interconnect) 슬롯 측에 있는 집적회로로 전원관리나 USB 인터페이스 등을 관리하는 사우스브릿지(south bridge) 등과 같은 다양한 기판 부품들은 구동에 따라서 비교적 많은 양의 열을 발산하게 된다.

한편, 이와 같은 부품들은 다양한 형태로 회로기판에 부착된 형태를 이루는데, 이러한 회로기판에서 발생하는 열을 제대로 냉각시키지 못하거나 또는 방열시키지 못할 경우에는 고장 및 치명적인 오동작을 일으키는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 회로기판 주위로 별도의 냉각팬이나 방열핀 등을 적용하기도 한다.

그러나 상기와 같은 종래 방식의 방열핀과 냉각팬만으로는 효율적이면서도 충분한 냉각이 이루어질 수 없었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점 및 제결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 작동 시 발열하는 회로기판에 직접 부착하는 방식으로 열을 냉각시킬 수 있는 냉각모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

둘째, 본 발명은 내구성을 높이면서도 구성이 콤팩트하고 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 냉각모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부 중공부를 구비하는 판형으로 이루어지되 발열하는 회로기판에 대면된 상태를 이루며 결합되는 냉각기판과, 상기 내부 중공부로 냉각수가 유입되도록 상기 냉각기판에 구비되는 유입부 및 상기 유입된 냉각수가 외부로 배출되도록 상기 냉각기판에 구비되는 배출부를 포함하는 수냉식 냉각판 모듈을 제공한다.

여기서, 상기 냉각기판은 내부 중공부에 유입된 냉각수가 접촉하며 유동하는 방열핀이 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 방열핀은 소정 두께를 지니는 사각 블록 형상으로 이루어지며, 상기 냉각기판의 내부 중공부에 다수 행 및 다수 열로 배치될 수 있다.

또한, 상기 방열핀은 냉각수의 유동이 가능하도록 상기 냉각기판의 내부 중공부에 복수 개의 절곡편이 연속적으로 연결 및 교차된 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 냉각기판의 중공부 내 유입된 냉각수의 유동이 기 설정된 방향을 따라서 유동되도록 상기 냉각기판의 중공부에 구비되는 복수 개의 유로가이드를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각기판은 상기 배출부와 다른 방향으로 냉각수가 배출되도록 하는 보조배출부가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 냉각기판 내부를 유동하는 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서 및 상기 냉각기판 내부를 유동하는 냉각수의 압력을 측정하는 압력센서를 더 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈에 의하면, 구성이 콤팩트(compact)하여짐과 동시에 냉각장치의 전체적인 유지 및 보수가 원활하게 이루어지는 효과를 가져온다.

둘째, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈에 의하면, 상황에 따라서 내부에 구비된 유로가이드를 이용하여 냉각수의 유동 방향을 변경시킬 수 있게 된다. 이에 따라서, 다수 회로기판 각각의 설치 위치에 따라서 연속적으로도 별도의 연결파이프를 이용 냉각수의 공급이 가능하여지게 된다.

셋째, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈에 의하면, 온도센서 및 압력센서 등을 적용하여 오동작 등을 인지하도록 하거나, 적시에 냉각수의 보충이 가능하게 되어 안정적인 운영이 가능하게 된다.

넷째, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈에 의하면, 방열핀과 유로가이드 등이 적용된 냉각기판을 일체로 한번에 제작이 가능하게 되는 효과를 가져온다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판에 부착된 수냉식 냉각판 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도;
도 2는 상기 도 1에 도시된 수냉식 냉각판 모듈 내 냉각수가 유동하는 방향을 설명하기 위한 도면;
도 3은 상기 도 1에 도시된 수냉식 냉각판 모듈 내 적용되는 유로가이드 및 방열핀 구조를 나타낸 투영 사시도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈에 적용되는 방열핀의 다른 형태를 나타낸 사시도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈을 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈 내 적용되는 유로가이드를 나타낸 투영 사시도; 및
도 7은 상기 도 6에서 상부냉각기판의 유로가이드의 작동과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 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. 먼저, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판에 부착된 수냉식 냉각판 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 상기 도 1에 도시된 수냉식 냉각판 모듈 내 냉각수가 유동하는 방향을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 상기 도 1에 도시된 수냉식 냉각판 모듈 내 적용되는 유로가이드 및 방열핀 구조를 나타낸 투영 사시도이다.

도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈(100)은 냉각기판(110)과 유입부(122) 및 배출부(124)를 포함한다.

상기 냉각기판(110)은 내부 중공부(101)를 구비하는 판형으로 이루어진다. 그리고, 발열하는 회로기판(10)에 대면된 상태를 이루며 결합된다.

자세히 도시되어 있지는 않지만, 상기 냉각기판(110)과 상기 회로기판(10)의 결합은 나사결합 또는 억지끼움 등 기 공지된 다양한 결합방법이 적용될 수 있다.

상기 유입부(122)는 상기 냉각기판(110)의 내부 중공부(101)로 외부로부터 냉각수가 유입되는 역할을 하게 되며, 상기 배출부(124)는 상기 유입된 냉각수가 냉각기판(110)의 외부로 배출되는 역할을 하게 된다. 이를 위해, 상기 유입부(122)와 배출부(124)는 각각 상기 냉각기판(110) 내부 중공부(101)에 연통된 형태로 구비된다.

한편, 본 실시예에 따른 냉각판 모듈은 상기 냉각기판(110)의 내부 중공부(101)로 유입된 냉각수가 접촉하며 유동하는 방열핀(140)이 더 구비된다.

상기 방열핀(140)은 유입된 냉각수와의 접촉면적을 넓히어 방열 효과를 보다 향상시키기 위하여 적용되는 것으로서, 도 3에서는 소정 두께를 지니는 사각 블록 형상으로 이루어진 방열핀(140)을 나타낸 것이다.

그리고, 상기 방열핀(140)은 상기 냉각기판(110)의 내부 중공부(101)에 다수 행 및 다수 열로 배치된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈에 적용되는 방열핀의 다른 형태를 나타낸 사시도로서, 도시된 것처럼, 상기 방열핀(240)은 절곡편(242)와 지지편(241)을 포함한다.

상기 절곡편(242)은 냉각수의 원활한 유동이 가능하도록 상기 냉각기판(110)의 내부 중공부(101)에 연속적으로 복수 회 연결 및 교차된 형태로 이루어진다. 이때, 상기 지지편(241)은 상기 절곡편(242)의 일정 위치마다 상기 냉각기판(110)에 걸리는 압축력에 대항하기 위하여 냉각기판(110)에 수직방향으로 설치 적용됨이 바람직하다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 냉각기판(110) 내부로 유입된 냉각수의 유동이 기 설정된 방향을 따라서 유동되도록 상기 냉각기판(110)의 중공부(101)에 복수 개의 유로가이드(130)가 구비된다.

즉, 도시된 것처럼, 상기 유로가이드(130)는 소정 이격된 위치로 배치되어 지그재그 형태의 절곡된 방향으로 냉각수가 냉각기판(110)의 전체 면적에 걸쳐 유동되도록 배치된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈을 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도이다.

도 5에서와 같이, 본 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈(100)은 외부로부터 냉각수를 공급하기 위한 별도의 유압펌프(174)를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 냉각기판(110) 내부를 유동하는 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서(182)와, 상기 냉각기판(110) 내부를 유동하는 냉각수의 압력을 측정하는 압력센서(184)가 더 구비되되, 상기 유압펌프(174), 온도센서(182) 및 압력센서(184)와 전기적으로 연결되는 제어부(160)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 온도센서(182) 및 압력센서(184)는 상기 배출부(124) 측에 구비됨이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유압펌프(174)를 이용 냉각수를 유입부(122)를 통하여 공급한다. 이렇게 되면, 유입된 냉각수는 냉각기판(110) 내측으로 유입된 후, 유로가이드(130)에 의하여 기 설정된 방향을 따라서 유동한 후, 상기 배출부(124)를 통하여 냉각수가 외부로 배출된다.

한편, 냉각수의 유동하면서 냉각기판(110) 내부 방열핀(140)을 거치게 되므로 보다 효율적인 냉각 효과를 가져오게 된다.

또한, 상기 온도센서(182)를 적용하여 냉각수의 온도를 측정함으로써 유압펌프(174)의 작동과정을 온도에 따라 제어할 수 있게 되며, 압력센서(184)를 이용하여 냉각수의 보충 여부를 정할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈 내 적용되는 유로가이드를 나타낸 투영 사시도이고, 도 7은 상기 도 6에서 상부냉각기판의 유로가이드의 작동과정을 설명하기 위한 도면이다.

도시된 것처럼, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수냉식 냉각판 모듈은 냉각수의 유동방향을 변경시킬 수 있도록 하는 별도의 회전가이드(230)가 적용될 수 있다.

즉, 상기 회전가이드(230)는 힌지부(236)에 회전 가능하게 연결된 형태를 이루어, 상기 회전가이드(230)를 회전 시 냉각수의 유동 방향이 변경되도록 할 수 있게 된다.

이에 따라서, 상술한 일 실시예에서와 달리 별도로 냉각수가 배출되는 보조배출부(224)를 적용함으로써 냉각수의 배출 방향을 달리 설정할 수 있게 되며, 이 경우 도시된 것처럼, 상기 배출부(124)와 보조배출부(224) 각각에는 별도의 개폐밸브(170)가 적용됨이 바람직하다.

본 실시예와 같은 회전가이드(230)가 적용된 냉각모듈의 경우는 상황에 따라서 배출부(124, 224)의 위치를 선택할 수 있게 되어, 두 개 이상의 회로기판이 연속 설치되고, 이를 별도의 연결파이프를 이용하여 냉각수를 공급하도록 할 때 인접하는 회로기판의 설치방향에 따라서 보다 편리하게 연결이 가능하게 된다.

한편, 상술한 회전가이드(230)는 다른 다양한 형태로도 적용이 가능하며, 전기 구동장치의 발열 부품 위치에 따라 미리 설계 적용될 수 있음은 물론이다.

그리고, 상기 회전가이드(230)는 냉각기판(110) 내측에서 냉각수가 세지 않도록 냉각기판과 접촉되는 부위로 별도의 실링 구성이 적용될 수 있으며, 자석과 같은 자력에 이동 가능한 재질로 이루어져 냉각기판(110) 외부에서 자석이 구비된 별도의 스위치부(미도시)를 적용하여 이동시킬 수 있게 함이 바람직하다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 수냉식 냉각판 모듈은 3D프린터를 이용 내부에 방열핀과 유로가이드 등이 적용된 냉각기판을 일체로 한번에 제작함이 바람직하다. 이에 따라서, 보다 편리한 제작과정을 거치면서도 내구성 및 정확한 설계 적용이 가능하게 되는 효과를 가져온다.

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.

100: 수냉식 냉각판 모듈 101: 중공부
110: 냉각기판 122: 유입부
124: 배출부 130: 유로가이드
140, 240: 방열핀 160: 제어부
170: 개폐밸브 174: 유압펌프
182: 온도센서 184: 압력센서
224: 보조배출부 230: 회전가이드
241: 절곡편 242: 지지편
236: 힌지부

Claims (7)

1. 내부 중공부를 구비하는 판형으로 이루어지되 발열하는 회로기판에 대면된 상태를 이루며 결합되는 냉각기판;
   상기 내부 중공부로 냉각수가 유입되도록 상기 냉각기판에 구비되는 유입부; 및
   상기 유입된 냉각수가 외부로 배출되도록 상기 냉각기판에 구비되는 배출부;
   를 포함하고,
   상기 냉각기판은,
   내부 중공부에 유입된 냉각수가 접촉하며 유동하는 방열핀이 더 구비되고,
   상기 방열핀은,
   냉각수의 유동이 가능하도록 상기 냉각기판의 내부 중공부에 복수 개의 절곡편이 연속적으로 연결 및 교차된 형태로 이루어지는,
   3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 방열핀은,
   소정 두께를 지니는 사각 블록 형상으로 이루어지며,
   상기 냉각기판의 내부 중공부에 다수 행 및 다수 열로 배치되는,
   3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉각기판의 중공부 내 유입된 냉각수의 유동이 기 설정된 방향을 따라서 유동되도록 상기 냉각기판의 중공부에 구비되는 복수 개의 유로가이드를 더 포함하는,
   3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉각기판은,
   상기 배출부와 다른 방향으로 냉각수가 배출되도록 하는 보조배출부가 더 구비되는,
   3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 냉각기판 내부를 유동하는 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서; 및
   상기 냉각기판 내부를 유동하는 냉각수의 압력을 측정하는 압력센서;
   를 더 포함하는,
   3D프린터에 의하여 제조되는 수냉식 냉각판 모듈.

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