KR101801823B1 - 폴리머 기반 진동형 히트 파이프 및 제작방법 - Google Patents

폴리머 기반 진동형 히트 파이프 및 제작방법 Download PDF

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KR101801823B1
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김성진
임종현
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 폴리머 기반 진동형 히트 파이프에 관한 것으로, 높은 유연성을 가져 연성 전자장치에 적용할 수 있다.
또한, 제1차단층을 포함하는 다중층의 필름으로 채널을 감싸고, 상·하부 필름의 접합부를 통해 공기가 침투하는 것을 막기 위해 제2차단층으로 접합부를 코팅함으로써, 채널 내부가 진공 상태로 유지되며, 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 열성능이 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프는 높은 유연성을 가지고 있음에도 불구하고 가볍고, 구리보다 우수한 열성능을 가지고 있어 연성 전자장치를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

폴리머 기반 진동형 히트 파이프 및 제작방법{Polymer-based pulsating heat pipe and manufacturing method thereof}
본 발명은 진동형 히트 파이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연성 전자장치에 적용할 수 있도록 유연성을 갖는 폴리머 기반의 진동형 히트 파이프 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다.
최근 스마트 워치(smart watch) 및 웨어러블 기기(wearable device) 등의 다양한 연성(flexible) 전자장치 등이 개발되고 있으며, 이 장치들의 성능이 높아짐에 따라 발열량 또한 높아지고 있는 상황이다. 특히, 이들 전자장치 내에서 국소 발열이 야기될 수 있으며, 이로 인해 전자장치의 특정 부위의 온도가 과도하게 높아져 전자장치에 문제가 발생할 수 있으며, 사용자의 안전에 위협이 될 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 이들 전자장치에 있어서 적절한 열분산 장치의 적용이 필수적으로 요구된다.
열분산 장치 또는 냉각 장치로 히트 파이프(heat pipe)가 주로 사용되어진다. 일반적인 히트 파이프는 내부에 빈 공간과 윅(wick) 구조를 포함하고 있다. 히트 파이프는 윅 구조로 인해 두께를 얇게 할수록 기화된 작동유체가 이동하는 공간이 좁아져 성능이 급격히 감소하게 되어 초박형 전자기기에 적용하는데 한계가 있다. 이를 극복하고자 제안된 것이 진동형 히트 파이프(pulsating heat pipe)로, 도 1에서 보듯이, 이는 윅 구조 없이, 매끈한 마이크로 관 다발로 구성되며, 관 내부에 액상 슬러그(liquid slug)와 기포 플러그(vapor plug)로 이루어진 정렬된 기포군(slug-train unit)이 진동을 하면서 열을 전달하게 된다. 내부에 윅 구조가 없고 구조가 간단하여 얇게 만들 수 있어 초소형 전자장치에 적용하기 적합하다.
도 2에서 보듯이, 한국 등록특허 제1508126호에서는 실리콘 웨이퍼 하판(100), 웨이퍼 상판(200), 모세관(300), 모세관 내부에 충진되는 작동유(working fluid), 모세관 중 실리콘 웨이퍼 하판의 길이방향 일단에 위치하며 외부의 열원에 배치되는 증발부(400), 모세관 중 실리콘 웨이퍼 하판의 길이방향 타단에 위치하며 외부의 열에 의해 가열된 사이 작동유가 외부로 열을 발산하는 응축부(500), 작동유를 주입 혹은 배출할 때만 사용되는 두 개의 관통구(330)를 포함하여 구성되는 평판 진동형 히트 파이프를 개시하고 있다. 이렇게 기존의 히트 파이프 및 진동형 히트 파이프는 모두 내부를 진공으로 유지한 상태에서 작동유체를 주입하는 과정을 거치기 때문에 금속(주로 구리 또는 알루미늄), 유리, 또는 실리콘 등으로 제작되는 것이 일반적이어서, 스마트 워치 또는 웨어러블 디바이스 등과 같이 연성이 요구되는 전자장치에 적용할 수 없다.
한국 등록특허 제10-1508126호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연성 전자장치에 적용할 수 있는 연성을 갖는 폴리머 기반의 진동형 히트 파이프와 이의 제작 방법을 제공하는 것이다.
또한, 유연성을 갖기 위해 진동형 히트 파이프의 채널을 유연성이 높은 폴리머를 이용하여 구성하는데, 폴리머는 진공 상태를 유지하기 어렵기 때문에, 채널에 접합되어 진공 상태를 유지할 수 있도록 금속층을 포함하는 다중층의 필름을 갖는 진동형 히트 파이프를 제공하는 것이다.
또한, 상·하부 필름의 접합부를 통해 공기가 침투하는 것을 막기 위해 접합부를 덮는 금속층을 갖는 진동형 히트 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 복수 개의 채널들이 형성된 평판 형상이며, 상기 채널들은 양 끝단에서 굽어져 연결되는 폐루프를 이루는 베이스부(100); 상기 베이스부(100)의 상부 전체와 열접합되어 상기 채널들의 상부를 형성하는 상부 필름(200); 및 상기 베이스부(100)의 하부 전체와 열접합되어 상기 채널들의 하부를 형성하는 하부 필름(300); 및 상기 채널들 내부를 유동하는 작동유체를 포함하되, 상기 베이스부(100)는 연성 재질이고, 상기 상부 필름은 제1층, 상기 제1층의 상부에 위치하고 저밀도 폴리에틸렌으로 형성되는 제2층, 상기 제2층의 상부에 위치하며 기체 투과를 막아 진공 상태를 유지하기 위한 제1상부차단층, 상기 제1상부차단층의 상부에 위치하고 저밀도 폴리에틸렌으로 형성되는 제4층 및 상기 제4층의 상부에 위치하고 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성되는 제5층을 포함하고, 상기 하부 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성되는 제1층, 상기 제1층의 상부에 위치하는 제1하부차단층 및 상기 제1하부차단층의 상부에 위치하는 제3층을 포함하며, 상기 베이스부와 접합되는 상기 상부 필름의 최하층인 제1층과 상기 하부 필름의 최상층인 제3층은 서로 상이한 재질인 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프를 제공한다.
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이때, 상기 베이스부(100)는 폴리머 재질로 형성될 수 있다.
본 발명에서, 상기 베이스부(100)의 둘레를 따라 상기 상부 필름(200)과 상기 하부 필름(300)의 일측을 맞닿게 하여 상기 베이스부(100)를 감싸고, 상기 상부 필름(200)과 상기 하부 필름(300)의 일측이 맞닿은 접합부(400)의 바깥쪽이 제2차단층(410)으로 덮여질 수 있다.
이때, 상기 접합부(400)는 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310) 각각의 일측이 맞닿아 접합되며, 상기 접합부(400)의 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310)이 외부로 노출되지 않도록 상기 제2차단층(410)이 덮여지고, 상기 제2차단층은 인듐 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2차단층(410)의 외측이 보호층(420)으로 덮여질 수 있다.
본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프를 제작하는 방법은, (a) 평판 형상의 베이스부에 양 끝단에서 굽어져 연결되는 폐루프를 이루는 복수개의 채널을 형성하는 단계, (b) 상기 베이스부의 상부와 하부에 각각 상부 필름과 하부 필름을 배치하는 단계 및 (c) 상기 상부 필름 전체 및 하부 필름 전체에서 각각 상기 베이스부 방향으로 열과 압력을 가해, 상기 베이스부의 상부 전체와 하부 전체에 각각 상기 상부 필름과 하부 필름을 열접합하는 단계;를 포함하되, 상기 베이스부는 연성 재질이고, 상기 상부 필름은 제1층, 상기 제1층의 상부에 위치하고 저밀도 폴리에틸렌으로 형성되는 제2층, 상기 제2층의 상부에 위치하며 기체 투과를 막아 진공 상태를 유지하기 위한 제1상부차단층, 상기 제1상부차단층의 상부에 위치하고 저밀도 폴리에틸렌으로 형성되는 제4층 및 상기 제4층의 상부에 위치하고 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성되는 제5층을 포함하고, 상기 하부 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성되는 제1층, 상기 제1층의 상부에 위치하는 제1하부차단층 및 상기 제1하부차단층의 상부에 위치하는 제3층을 포함하며, 상기 베이스부와 접합되는 상기 상부 필름의 최하층인 제1층과 상기 하부 필름의 최상층인 제3층은 서로 상이한 재질인 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 제작 방법을 제공한다.
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또한, 상기 (c) 단계 이후에, (d) 상기 베이스부(100)를 감싸기 위해, 상기 베이스부(100)의 둘레를 따라 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310) 각각의 일측을 맞닿게 배치하는 단계; (e) 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310) 각각의 일측이 맞닿은 접합부(400)에 열과 압력을 가해 상기 접합부(400)를 접합하는 단계; 및 (f) 상기 접합부(400)의 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310)이 외부로 노출되지 않도록 상기 접합부(400)의 바깥쪽을 제2차단층(410)으로 덮는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (f) 단계 이후에, (g) 상기 제2차단층(410)의 외측을 보호층(420)으로 덮는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 폴리머 기반 진동형 히트 파이프는 높은 유연성을 가져 연성 전자장치에 적용할 수 있으며, 구리(Cu)보다 향상된 열성능을 갖고 있어 연성 전자장치를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 제1차단층을 포함하는 다중층의 필름으로 채널을 감싸고, 상·하부 필름의 접합부를 통해 공기가 침투하는 것을 막기 위해 제2차단층으로 접합부를 코팅함으로써, 채널 내부가 진공 상태로 유지되며, 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 열성능이 유지될 수 있다.
도 1은 일반적인 진동형 히트 파이프의 작동 원리를 설명하는 개략도.
도 2는 선행기술문헌에 나타난 평판 진동형 히트 파이프의 구성도.
도 3은 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 개략도.
도 4는 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 세부 구성도.
도 5는 본 발명의 5중층으로 형성된 상부 필름의 단면도.
도 6은 본 발명의 접합부를 덮고 있는 제2차단층 및 UV 레진층의 단면도.
도 7은 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 제작 방법의 순서도.
도 8은 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 실제 모습.
도 9는 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 열저항을 나타낸 그래프.
이하에서는 본 발명에 따른 폴리머 기반 진동형 히트 파이프(10)를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 개략도이고, 도 3의 하단에 나타난 A-A’ 단면도 및 도 4에서 상기 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 세부 구조가 나타나 있다. 상기 폴리머 기반 진동형 히트 파이프(10)는, 복수 개의 채널(110)들이 형성된 평판 형상이며, 상기 채널들은 양 끝단에서 굽어져 연결되는 폐루프(Closed-loop)를 이루는 베이스부(100); 상기 베이스부(100)의 상부에 접합되는 상부 필름(200); 상기 베이스부(100)의 하부에 접합되어 상기 상부 필름(200)과 함께 상기 채널(110)들을 밀폐시키는 하부 필름(300);을 포함하되, 상기 베이스부(100)는 연성 재질이고, 상기 상부 필름(200)은 기체 투과를 막아 진공 상태를 유지하기 위해 제1상부차단층(220)을 포함하고, 상기 하부 필름(300)은 기체 투과를 막아 진공 상태를 유지하기 위해 제1하부차단층(320)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리머 기반 진동형 히트 파이프는 상기 채널(110) 내부에 충진되는 작동유체(400);를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스부(100), 상기 베이스부(100)와 접합되는 상부 필름의 최하층(210)과 하부 필름의 최상층(310) 중 적어도 하나는 연성 재질로 이루어져 있기 때문에, 진동형 히트 파이프를 자유자재로 구부릴 수 있게 되어 연성 전자장치에 적용할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 상기 베이스부(100), 상부 필름의 최하층(210) 또는 하부 필름의 최상층(310)은 같은 종류의 폴리머(Polymer) 재질로 형성될 수 있다. 특히, 상기 베이스부(100)는 저밀도 폴리에틸렌(Low-density polyethylene, LDPE) 재질로 형성되고, 상기 상부 필름의 최하층(210) 및 상기 하부 필름의 최상층(310)은 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear low-density polyethylene, LLDPE) 재질로 형성될 수 있다.
베이스부(100)의 상부에 상부 필름(200)이 접합되고, 베이스부(100)의 하부에 하부 필름(300)이 접합되어 베이스부(100) 내의 채널이 밀폐된다. 이때, 베이스부(100)와 상부 필름의 최하층(210)의 접합은 열접착(heat sealing)에 의해 이루어진다. 열접착은 같은 종류의 2개의 폴리머 부재를 맞닿게 한 후 열과 압력을 가하면 폴리머 체인(Polymer chain)이 맞닿은 면을 통해 확산되어 2개의 폴리머 부재가 접착되는 것을 말한다. 본 발명에서, 베이스부(100)와 상부 필름의 최하층(210)을 맞닿게 한 후 적절한 열과 압력을 가하여 서로 접합한다. 이는 베이스부(100)와 하부 필름의 최상층(310)을 접합시키는데 동일하게 적용된다.
본 발명에서는 베이스부(100)에 저밀도 폴리에틸렌 재질을 사용하고, 상부 필름의 최하층(210)과 하부 필름의 최상층(310)에 선형 저밀도 폴리에틸렌 재질을 사용하였으나, 열접착을 통해 서로 접합할 수 있는 다른 종류의 열가소성 수지(Thermoplastic)의 조합을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 상부 필름(200)과 상기 하부 필름(300)은 다중층으로 형성될 수 있으며, 폴리머 기반 진동형 히트 파이프를 보호하는 외피 역할을 하도록 상부 필름의 최상층(230)과 상기 하부 필름의 최하층(330)이 내화학성 및 내구성이 뛰어난 재질로 형성될 수 있다. 상부 필름의 최상층(230)과 상기 하부 필름의 최하층(330)은 내화학성 및 내구성이 뛰어난 폴리머 재질로 형성될 수 있으며, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terepthalate, PET)로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에서 보듯이, 상부 필름의 제1상부차단층(220)과 하부 필름의 제1하부차단층(320) 각각의 상층과 하층이 더 형성될 있으며, 저밀도 폴리에틸렌(Low-density polyethylene, LDPE) 재질로 형성될 수 있다. 도 5는 본 발명의 상부 필름에 대한 일 실시예를 나타낸 것으로, 상부 필름(200)은 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 형성된 최하층(210)부터, 저밀도 폴리에틸렌으로 형성된 층, 제1상부차단층(220), 저밀도 폴리에틸렌으로 형성된 층, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성된 최상층(230)의 5중의 다중층으로 이루어져있다.
저밀도 폴리에틸렌과 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리머 재질은 기체 투과도가 높기 때문에 채널 내부를 진공상태로 유지하기 어렵다. 따라서, 공기의 투과를 막기 위해 상부 필름(200)과 하부 필름(300)은 각각 제1상부차단층(220) 및 제1하부차단층(320)을 포함할 수 있다. 상부 필름의 제1상부차단층(220)과 하부 필름의 제1하부차단층(320) 각각은 구리(Cu) 등의 다양한 금속 재질로 형성될 수 있으며, 알루미늄(Al) 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상부 필름의 제1상부차단층(220)과 하부 필름의 제1하부차단층(320) 각각은 연성을 가지기 위해 매우 얇은 금속층으로 이루어져야 하고, 하지만 너무 얇으면 차단막으로서 효과가 떨어지기 때문에 두께가 10㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
채널 내부를 진공상태로 유지하기 위해, 상부 필름(200)과 하부 필름(300)으로 베이스부(100)를 완전히 감쌀 수 있다. 도 4에서 보듯이, 상부 필름(200)과 하부 필름(300) 각각의 면적은 베이스부(100)보다 크게 형성되고, 베이스부(100)의 둘레를 따라 상부 필름(200)과 하부 필름(300)의 일측을 맞닿게 하여 베이스부(100)를 감싸고, 상부 필름(200)과 하부 필름(300)의 일측이 맞닿은 접합부(400)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 접합부(400)는 상부 필름의 최하층(210)과 하부 필름의 최상층(310) 각각의 일측이 맞닿아 접합되어 접합부(400)를 형성한다.
도 4에서 보듯이, 베이스부(100)의 상면과 하면은 상부 필름(200)과 하부 필름(300)이 제1차단층을 포함하고 있기 때문에 공기가 채널 내부로 침투하지 못하는 반면, 접합부(400)는 채널과 외부 사이에 금속층이 없기 때문에 접합부(400)의 측면을 통해 공기가 채널 내부로 침투할 수 있다. 따라서, 접합부(400)의 상부 필름의 최하층(210)과 하부 필름의 최상층(310)이 외부로 노출되지 않도록 하여 공기의 침투를 막기 위해, 접합부(400)의 바깥쪽을 상기 제2차단층(410)으로 덮을 수 있다.
도 5에서 보듯이, 상부 필름(200)과 하부 필름(300)의 끝단이 맞닿은 접합부의 바깥쪽에서 내부로 공기가 침투할 수 있기 때문에, 도 6에서 보듯이, 이 부분을 제2차단층(410)으로 코팅하여 채널 내부로 공기가 침투하는 것을 방지할 수 있다. 제2차단층(410)은 연성이 크고, 접합부(400)를 쉽게 코팅할 수 있다면 어떤 금속이든 적용이 가능하며, 인듐(indum)이 가장 유연한 금속 중 하나이기 때문에 접합부(400)를 코팅하는데 적합하다.
또한, 제2차단층(410)은 금속이기 때문에 폴리머 재질처럼 아주 유연하지 않아, 진동형 히트 파이프를 휘는 과정에서 접합부(400)로부터 떨어질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 제2차단층(410)의 외측이 연성 재질의 보호층(420)으로 덮여질 수 있다. 특히, 보호층(420)은 UV 레진(Ultra Violet-resin)으로 형성되어 제2차단층(410)을 보호할 수 있다. 도 6의 오른쪽 단면도에서, 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310) 각각의 끝단이 맞닿은 접합부(400)의 바깥쪽이 인듐층(410)으로 막혀 있고, 인듐층(410)을 UV 레진층(420)이 감싸고 있는 것을 확인할 수 있으며, 이로써, 채널 내부로 공기가 침투되는 것을 막을 수 있다.
폴리머 기반 진동형 히트 파이프는 공기(또는 비응축 가스)가 내부로 침투되는 것에 취약하고, 내부로 침투된 공기는 진동형 히트 파이프의 성능에 악영향을 준다. 그러므로, 폴리머 기반 진동형 히트 파이프는 내부로 침투되는 공기의 양에 의해 그 수명이 결정된다. 앞서 언급한 것처럼, 본 발명은 제1차단층을 포함하는 다중층의 필름으로 베이스부를 감싸고, 상·하부 필름의 접합부를 제2차단층으로 코팅하여, 채널 내부로 공기가 침투되는 것을 막아 진공 상태로 유지하고, 진동형 히트 파이프의 성능을 유지할 수 있다.
이하에서는, 도 7을 바탕으로, 내부로 공기가 침투되는 것을 막을 수 있는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 제작 방법을 제시한다.
먼저, (a) 평판 형상의 베이스부(100)에 양 끝단에서 굽어져 연결되어 폐루프를 이루는 복수 개의 채널을 형성하는 단계(S110); (b) 상기 베이스부(100)의 상부와 하부에 각각 상부 필름(200)과 하부 필름(300)을 배치하는 단계(S120); (c) 상기 상부 필름(200) 및 하부 필름(300)에서 각각 상기 베이스부(100) 방향으로, 열과 압력을 가해 상기 베이스부(100)의 상부와 하부에 각각 상기 상부 필름(200)과 하부 필름(300)을 접합하는 단계(S120);를 포함한다. 여기서, 상기 베이스부(100)는 연성 재질이고, 상기 상부 필름(200)은 기체 투과를 막아 진공 상태를 유지하기 위해 제1상부차단층(220)을 포함하고, 상기 하부 필름(300)은 기체 투과를 막아 진공 상태를 유지하기 위해 제1하부차단층(320)을 포함하여, 폴리머 기반 진동형 히트 파이프가 연성을 가지며, 진공 상태를 유지할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 상기 베이스부(100), 상기 베이스부(100)와 접합되는 상부 필름의 최하층(210) 및 하부 필름의 최상층(310)은 폴리머 재질로 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 필름 접합 단계(S130)에서, 상기 베이스부(100)와 상기 상부 필름의 최하층(210), 상기 베이스부(100)와 상기 하부 필름의 최상층(310)이 열접착을 통해 실링이 이루어질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상부 필름(200)과 하부 필름(300) 사이에 베이스부(100)를 두고, 열과 압력을 가해 이들을 서로 접합하는 것은 열접착 방식으로, 같은 종류의 2개의 폴리머 부재를 맞닿게 한 후 열과 압력을 가하면 폴리머 체인이 맞닿은 면을 통해 확산되어 2개의 폴리머 부재가 접착되는 것을 말한다.
상기 베이스부(100)는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 재질로 형성되고, 상기 상부 필름의 최하층(210) 및 상기 하부 필름의 최상층(310)은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 열접착을 통해 서로 접합할 수 있는 다른 종류의 열가소성 수지의 조합을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 채널 형상 단계(S110)와 상기 필름 배치 단계(S120) 사이에 에탄올과 순수(pure water)를 이용하여 베이스부(100)의 표면의 먼지 등을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스부(100)의 상부와 하부에 각각 상부 필름(200)과 하부 필름(300)을 접합할 때, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 상부 필름(200) 및 하부 필름(300)에서 각각 상기 베이스부(100) 방향으로 동시에 열과 압력을 가해 상기 베이스부(100)의 상부와 하부에 각각 상기 상부 필름(200)과 하부 필름(300)을 접합할 수도 있으며, 상기 상부 필름(200)과 상기 하부 필름(300)을 상기 베이스부(100)와 따로 접합시킬 수도 있다. 구체적으로, 먼저, 상기 베이스부(100)의 상부에 상기 상부 필름(200)을 배치하고, 상기 상부 필름(200)에서 상기 베이스부(100) 방향으로 열과 압력을 가해 상기 베이스부(100)의 상부에 상기 상부 필름(200)을 접합하고, 같은 방식으로 상기 베이스부(100)의 하부에 상기 하부 필름(300)을 접합할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상부 필름의 최상층(230)과 상기 하부 필름의 최하층(330)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 재질로 형성되고, 상부 필름의 제1상부차단층(220)과 하부 필름의 제1하부차단층(320) 각각의 상층과 하층이 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상부 필름의 제1상부차단층(220)과 하부 필름의 제1하부차단층(320) 각각은 알루미늄(Al) 재질로 형성되고, 상부 필름의 제1상부차단층(220)과 하부 필름의 제1하부차단층(320) 각각은 두께가 10㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필름 접합 단계(S130) 이후에, (d) 상기 베이스부(100)를 감싸기 위해, 상기 베이스부(100)의 둘레를 따라 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310) 각각의 일측을 맞닿게 배치하는 단계(S140); (e) 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310) 각각의 일측이 맞닿은 접합부(400)에 열과 압력을 가해 상기 접합부(400)를 접합하는 단계(S150); 및 (f) 상기 접합부(400)의 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310)이 외부로 노출되지 않도록 상기 접합부(400)의 바깥쪽을 제2차단층(410)으로 덮는 단계(S160);를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 상부 필름(200)과 하부 필름(300) 각각의 면적이 상기 베이스부(100)보다 크게 형성되어 상기 상부 필름(200)과 상기 하부 필름(300)이 상기 베이스부(100)를 전부 감쌀 수 있도록 한다.
구체적으로, 제2차단층 코팅 단계(S160)에서는 인듐으로 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 측면 즉, 접합부(400) 부분을 엎어, 상기 상부 필름의 최하층(210)과 상기 하부 필름의 최상층(310)이 인듐층에 의해 코팅됨으로써 상기 접합부(400)를 통해 채널 내부로 공기가 침투하는 것을 막을 수 있다.
또한, 상기 접합부 접합 단계(S150)에서, 채널 내부에 작동유체를 주입되는 실리카 튜브(Silica tube)가 삽입될 수 있는 부분을 제외하고 접합이 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 접합부 접합 단계(S150) 이후에, 상기 실리카 튜브를 접합이 이루어지지 않은 부분에 삽입하고, 상기 실리카 튜브 주변에 진공용 에폭시(epoxy)를 도포하여 상기 실리카 튜브를 폴리머 기반 진동형 히트 파이프에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 공기의 투과를 막기 위해 접합부(400)의 바깥쪽을 제2차단층(410) 덮었으며, 상기 제2차단층(410)은 인듐(indum) 재질로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 폴리머 기반 진동형 히트 파이프를 휘는 과정에서 제2차단층(410)이 접합부(400)로부터 떨어지는 것을 방지하기 위해, 상기 제2차단층 코팅 단계(S160) 이후에, 상기 제2차단층의 외측을 보호층(420)으로 덮는 단계(S170);를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 보호층(420)은 유연한 UV 경화 레진(UV-curing resin)으로 형성될 수 있으며, 상기 제2차단층(410)을 덮고, UV를 가하여 하드닝(hardening)시켜 상기 제2차단층(410)을 보호한다.
이후에, 실리카 튜브를 통해 채널 내부를 진공 상태로 만들어, 작동유체를 주입하고, 상기 실리카 튜브를 끊어 폴리머 기반 진동형 히트 파이프를 완성할 수 있다.
도 8에 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 실제 모습 및 높은 유연성을 가지고 있음이 나타나있고, 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프가 연성 전자장치에 적용될 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 9는 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 굽힘 각도에 따른 열저항과 구리 시편(구리에 상부 필름과 하부 필름을 부착)의 열저항을 비교한 그래프이다. 열저항(Thermal resistance)이 낮을수록 열성능이 우수한 것으로, 입력 열량(Input power)이 일정 정도 이상이 되면 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 열성능이 구리 시편에 비해 높은 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프를 90도 정도 굽히더라도 구리 시편보다 높은 열성능을 보여주고 있다. 따라서, 본 발명의 폴리머 기반 진동형 히트 파이프는 높은 유연성을 가지고 있음에도 불구하고 가볍고, 우수한 열성능을 가지고 있어 연성 전자장치에 적용될 수 있는 우수한 냉각 장치임을 확인할 수 있다.
10 : 폴리머 기반 진동형 히트 파이프
100 : 베이스부 200 : 상부 필름
210 :　상부 필름의 최하층 220 : 상부 필름의 제1상부차단층
230 : 상부 필름의 최상층 300 : 하부 필름
310 : 하부 필름의 최상층 320 : 하부 필름의 제1하부차단층
330 : 하부 필름의 최하층 400 : 접합부
410 : 제2차단층 420 : 보호층

Claims (13)

  1. 복수 개의 채널들이 형성된 평판 형상이며, 상기 채널들은 양 끝단에서 굽어져 연결되는 폐루프를 이루는 베이스부;
    상기 베이스부의 상부 전체와 열접합되어 상기 채널들의 상부를 형성하는 상부 필름; 및
    상기 베이스부의 하부 전체와 열접합되어 상기 채널들의 하부를 형성하는 하부 필름; 및
    상기 채널들 내부를 유동하는 작동유체;를 포함하되,
    상기 베이스부는 연성 재질이고,
    상기 상부 필름은 제1층, 상기 제1층의 상부에 위치하고 저밀도 폴리에틸렌으로 형성되는 제2층, 상기 제2층의 상부에 위치하며 기체 투과를 막아 진공 상태를 유지하기 위한 제1상부차단층, 상기 제1상부차단층의 상부에 위치하고 저밀도 폴리에틸렌으로 형성되는 제4층 및 상기 제4층의 상부에 위치하고 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성되는 제5층을 포함하고,
    상기 하부 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성되는 제1층, 상기 제1층의 상부에 위치하는 제1하부차단층 및 상기 제1하부차단층의 상부에 위치하는 제3층을 포함하며,
    상기 베이스부와 접합되는 상기 상부 필름의 최하층인 제1층과 상기 하부 필름의 최상층인 제3층은 서로 상이한 재질인 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부는 폴리머 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부의 둘레를 따라 상기 상부 필름과 상기 하부 필름의 일측을 맞닿게 하여 상기 베이스부를 감싸고,
    상기 상부 필름과 상기 하부 필름의 일측이 맞닿은 접합부의 바깥쪽이 제2차단층으로 덮여지고,
    상기 제2차단층은 인듐 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 상부 필름의 최하층과 상기 하부 필름의 최상층 각각의 일측이 맞닿아 접합되며,
    상기 접합부의 상기 상부 필름의 최하층과 상기 하부 필름의 최상층이 외부로 노출되지 않도록 상기 제2차단층이 덮여진 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2차단층의 외측이 보호층으로 덮여진 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프.
  8. 폴리머 기반 진동형 히트 파이프를 제작하는 방법에 있어서,
    (a) 평판 형상의 베이스부에 양 끝단에서 굽어져 연결되는 폐루프를 이루는 복수개의 채널을 형성하는 단계;
    (b) 상기 베이스부의 상부와 하부에 각각 상부 필름과 하부 필름을 배치하는 단계; 및
    (c) 상기 상부 필름 전체 및 하부 필름 전체에서 각각 상기 베이스부 방향으로 열과 압력을 가해, 상기 베이스부의 상부 전체와 하부 전체에 각각 상기 상부 필름과 하부 필름을 열접합하는 단계;를 포함하되,
    상기 베이스부는 연성 재질이고,
    상기 상부 필름은 제1층, 상기 제1층의 상부에 위치하고 저밀도 폴리에틸렌으로 형성되는 제2층, 상기 제2층의 상부에 위치하며 기체 투과를 막아 진공 상태를 유지하기 위한 제1상부차단층, 상기 제1상부차단층의 상부에 위치하고 저밀도 폴리에틸렌으로 형성되는 제4층 및 상기 제4층의 상부에 위치하고 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성되는 제5층을 포함하고,
    상기 하부 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성되는 제1층, 상기 제1층의 상부에 위치하는 제1하부차단층 및 상기 제1하부차단층의 상부에 위치하는 제3층을 포함하며,
    상기 베이스부와 접합되는 상기 상부 필름의 최하층인 제1층과 상기 하부 필름의 최상층인 제3층은 서로 상이한 재질인 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프의 제작 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    (d) 상기 베이스부를 감싸기 위해, 상기 베이스부의 둘레를 따라 상기 상부 필름의 최하층과 상기 하부 필름의 최상층 각각의 일측을 맞닿게 배치하는 단계;
    (e) 상기 상부 필름의 최하층과 상기 하부 필름의 최상층 각각의 일측이 맞닿은 접합부에 열과 압력을 가해 상기 접합부를 접합하는 단계; 및
    (f) 상기 접합부의 상기 상부 필름의 최하층과 상기 하부 필름의 최상층이 외부로 노출되지 않도록 상기 접합부의 바깥쪽을 제2차단층으로 덮는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프 제작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    (g) 상기 제2차단층의 외측을 보호층으로 덮는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 기반 진동형 히트 파이프 제작 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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