KR102072082B1 - 히트 파이프 및 전열 블록을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법 - Google Patents

히트 파이프 및 전열 블록을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 히트 파이프 및 전열 블록을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법은, 높이 방향으로 일정 간격을 두고 방열판이 복수 개로 적층된 냉각 타워와, 상기 방열판의 일 측을 관통하여 높이 방향으로 연장된 구리 재질의 히트 파이프를 가진 상태에서, 그루브가 형성된 베이스에 상기 히트 파이프를 수용한 다음 커버로 덮는 전열 블록이 전자부품의 상면에 위치한 전자부품 냉각장치의 제조방법으로서, 히트 파이프 상에 상기 베이스를 위치시킨 상태에서 프레스를 통해 그루브가 히트 파이프를 수용하도록 상기 베이스를 상기 히트 파이프에 압착하는 제 1 단계; 상기 압착 과정에서 발생한 구리 분말을 낙하시키는 제 2 단계; 상기 베이스가 하부에 위치하도록 상기 베이스와 히트 파이프의 결합체를 재정렬하는 제 3 단계; 상기 결합체 상에 상기 커버를 위치시킨 상태에서 프레스를 통해 상기 커버를 상기 결합체에 압착하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

히트 파이프 및 전열 블록을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING COOLING APPARATUS FOR ELECTRONIC COMPONENTS WITH HEAT PIPES AND HEATING BLOCK}
본 발명은 히트 파이프 및 전열 블록을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법으로서, 보다 상세히는 전자부품에 접촉한 전열 블록에 히트파이프가 삽입된 냉각 타워 구조를 가지는 전자부품 냉각장치에서 전열 블록과 히트 파이프의 결합 시 발생되는 소결로 인해 방열 효율이 떨어지는 문제를 해결하는 전자부품 냉각장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
일반적으로 반도체 집적회로는 트랜지스터나 다이오드 및 각종 저항이나 콘덴서 등과 같은 많은 회로부품이 1개의 기판 위에서 분리할 수 없는 형태로 결합 및 구성되어 있는 초소형 회로를 말하는 것으로서, 최근에 들어서는 컴퓨터와 단말기기 뿐만 아니라 TV, 음향기기, 전자통신장비를 포함하여 제어계측 장비 등과 같은 각종 전자기기의 부품에 널리 적용되고 있으며 그 집적율 또한 고밀도로 제작되는 추세에 있다.
이로 인하여, 컴퓨터용 CPU와 같은 각종 전자부품들로부터 발생되는 전기적 발열밀도 또한 회로의 집적율에 동반하여 크게 증가하고 있는데, 이와 같이 각종 전자부품들의 자체 발열량이 증가하게 되면 집적회로를 이루는 반도체의 온도 역시 상승하게 됨으로서, 시스템의 성능저하 및 장치의 고장이나 수명단축 등을 유발시키는 주요한 원인이 된다.
이와 같이 각종 전자부품으로부터 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 방열판과 근접하는 위치에 방열팬을 설치하는 냉각방식이 보편적으로 사용되고 있다. 하지만 방열판에 의한 방열 작용만으로는 냉각 효율이 떨어지며, 방열팬이 상대적으로 대형화됨으로서 소음 및 냉각공간의 부족 등과 같은 많은 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 히트파이프를 이용한 냉각기술이 전자부품의 냉각에 적용되고 있다.
일 예로, 한국 실용신안등록 제 20-0284564호(발명의 명칭: 열흡수블럭과 히트파이프 조립체)는 히트파이프를 구비한 냉각장치로서, 컴퓨터의 중앙처리장치에서 발생되는 열을 방출해주는 전자부품 냉각장치에 관한 것이다.
상기 선행기술은, 양단이 관통되게 삽입공이 형성됨과 아울러 상기 삽입공의 인접면에 삽입공을 따라 비드가 형성되는 열흡수블럭과, 상기 열흡수블럭의 삽입공에 삽입됨과 아울러 상기 비드의 가압/변형에 의해 압착 고정되는 히트파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 열흡수블럭과 히트파이프 조립체를 제시하고 있다.
도 1은 공지의 히트 파이프를 구비한 전자부품 냉각장치의 개략적인 구조를 도시한 사시도이다.
일반적으로 히트 파이프를 구비한 전자부품 냉각장치는 다양한 종류와 구조가 존재하는데, 상기 선행기술과 함께 직관적인 이해를 도모하고자 도 1과 같이 냉각 타워 타입으로 이루어진 전자부품 냉각장치를 도시하였다.
도 1에 따른 냉각 타워 타입의 전자부품 냉각장치는 높이 방향으로 일정 간격을 두고 방열판(110,120)이 복수 개로 적층된 냉각 타워(100)와, 상기 방열판(110,120)의 일 측을 관통하여 높이 방향으로 연장된 히트 파이프(140) 및, 히트 파이프(140)를 수용한 상태로 저면에 전자부품이 위치하는 전열 블록(150)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
즉, 전열 블록(150)이 1차적으로 전자부품의 열을 흡수한 다음 2차적으로 흡수된 열을 히트 파이프(140)에 전달하고 최종적으로 히트 파이프(140)에 연결된 냉각 타워(100)의 방열판(110,120)에서 방열하는 역할을 제공한다.
이와 같은 구조(상술한 선행기술 포함)에 따르면, 히트 파이프(140)가 전열 블록(150)의 열을 냉각 타워(100)에 전달하는 매개체 및 냉각 타워(100)를 지지하는 골조로서의 역할을 수행하는데 특히 전열 블록(150)과는 결합 구조는 전열 블록(150)에 홈을 형성하고 이에 히트 파이프(140)를 끼워 결합하는 방식을 제공하는 것이 일반적이다.
이 경우, 히트 파이프(140)를 기준으로 전열 블록(150)이 히트 파이프(140)의 하측에 위치하는 제 1판과 히트 파이프의 상측에 위치하는 제 2 판으로 이루어져 있고 각 판에는 히트파이프(140)의 절반 형상(기타 형상도 가능)에 대응되는 홈이 형성되어 제 1 판에 히트 파이프(140)를 결합시킨 다음 제 2 판을 덮는 공정으로 이루어져 있는데, 이 때 히트 파이프(140)가 원통 구조로 이루어져 있기 때문에 우선 히트 파이프(140)를 고정하고 판상 형태의 제 1 판을 히트 파이프(140) 방향으로 이동시켜 압착하는 방식으로 이루어져 있다.
구체적으로, 공지의 공정에 따르면 히트 파이프(140)가 상측에 위치하고 제 1 판이 하측에 위치한 상태에서 제 1 판을 히트 파이프(140)의 방향, 즉 하측에서 상측으로 이동시켜 압착하는 방식을 따른다. 이때, 일반적으로 구리 재질로 이루어진 히트 파이프(140)를 제 1,2 판에 압착, 구체적으로 열압착시킬 때 히트 파이프(140)에서 미세한 분말이 생성되는 현상이 발생된다.
그런데 위와 같은 공정에 의하면, 발생된 분말이 히트 파이프(140)와 제 1 판 사이에 갇히게 되고 압착 이후 도는 압착과 동시에 가압 성형 시 제공된 열에 의해 소결이 되는데 이와 같이 전열 블록(150)과 히트 파이프(140)가 일체화가 되면 전열 블록(1500)과 히트 파이프(140)를 각기 다른 재질로 형성하여 전도율 차이에 따른 방열 효과를 거두고자 하는 본연의 목적을 해치게 되고 이에 따라 애초에 의도한 것보다 방열 성능이 떨어지는 문제가 따랐다.
따라서 이와 같은 문제를 해결하여 압착 시 발생하는 히트 파이프 분말을 안정적으로 분리시키면서 소결 현상을 방지할 수 있는 신규하고 진보한 히트 파이프와 전열 블록의 결합 관계를 제공하는 전자부픔 냉각장치의 제조방법을 개발할 필요성이 따른다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 히트 파이프와 전열 블록의 결합 시 발생되는 분말에 의한 소결 현상에 의해 방열 기능이 떨어지는 것을 방지하도록 일명 리버스 프레스 방식으로 양자를 결합 고정시킬 수 있는 공정을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 히트 파이프가 결합되는 그루브의 다양한 구조를 제시하여 소결 현상을 효율적으로 방지하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 히트 파이프가 결합되는 그루브의 표면에 흡착제를 도포하여 분말이 불필요하게 유동되는 문제를 방지하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 흡착제가 곡물 외피를 포함하되 이에 대한 독특한 공정을 제시하여 흡착 성능을 강화 처리하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 히트 파이프 및 전열 블록을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법은, 높이 방향으로 일정 간격을 두고 방열판이 복수 개로 적층된 냉각 타워와, 상기 방열판의 일 측을 관통하여 높이 방향으로 연장된 구리 재질의 히트 파이프를 가진 상태에서, 그루브가 형성된 베이스에 상기 히트 파이프를 수용한 다음 커버로 덮는 전열 블록이 전자부품의 상면에 위치한 전자부품 냉각장치의 제조방법으로서, 히트 파이프 상에 상기 베이스를 위치시킨 상태에서 프레스를 통해 그루브가 히트 파이프를 수용하도록 상기 베이스를 상기 히트 파이프에 압착하는 제 1 단계; 상기 압착 과정에서 발생한 구리 분말을 낙하시키는 제 2 단계; 상기 베이스가 하부에 위치하도록 상기 베이스와 히트 파이프의 결합체를 재정렬하는 제 3 단계; 상기 결합체 상에 상기 커버를 위치시킨 상태에서 프레스를 통해 상기 커버를 상기 결합체에 압착하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트 파이프의 종단 형상은 원형으로 이루어지고, 상기 그루브의 종단 형상은, 상기 히트 파이프의 반경보다 긴 장축이 상기 히트 파이프의 함입 방향을 따라 형성된 반타원으로 이루어져, 상기 제 1 단계의 압착 시 상기 히트 파이프와 그루브 사이에 공기 간극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 그루브의 종단 형상은, 도입 측 모서리를 챔퍼 처리한 챔퍼부와, 상기 히트 파이프의 반경보다 긴 장축이 함입 방향으로 형성된 반타원 형상이 되도록 연장된 반타원 연장부 및, 상기 그루브의 바닥면 중앙 부위에서 상기 히트 파이프를 향한 방향으로 라운딩지게 돌출된 라운딩 돌출부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 히트 파이프 및 전열 블록을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법에 따르면,
1) 리버스 프레스 방식에 의해 히트 파이프의 분말이 잔류하여 소결이 발생되는 것을 최소화하여 안정적인 방열 성능을 유지할 수 있고,
2) 그루브의 다양한 구조와 이에 따른 히트 파이프와의 독특한 결합 관계를 통해 소결 발생 현상을 보다 효율적으로 방지하며,
3) 분말을 흡착할 수 있는 흡착제를 통해 분말의 불필요한 유동을 방지할 뿐 아니라,
4) 흡착제의 특수 성분을 통해 흡착 성능을 강화할 수 있다는 효과를 가진다.
도 1은 공지의 히트 파이프를 구비한 전자부품 냉각장치의 개략적인 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 히트 파이프와 전열 블록의 결합 공정을 도시한 개념도.
도 3은 그루브의 변형 실시예를 도시한 단면도.
도 4는 도 2에 따른 그루브의 제 1 추가 실시예를 도시한 단면도.
도 5는 도 2에 따른 그루브의 제 2 추가 실시예를 도시한 부분확대단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
우선 본 발명에 따른 냉각장치는 도 1에 도시된 전자부품 냉각장치와 같은 구조를 취하는바, 이를 다시 설명하면 높이 방향으로 일정 간격을 두고 방열판(110,120)이 복수 개로 적층된 냉각 타워(100)와, 상기 방열판(110,120)의 일 측을 관통하여 높이 방향으로 연장된 히트 파이프(140)를 구비한 상태에서, 그루브(200)가 형성된 베이스(151)에 히트 파이프(140)를 수용한 다음 커버(152)로 덮는 전열 블록(150)이 전자부품의 상면에 위치한 구조로 이루어진 것을 기본으로 한다.
이러한 구조를 기반으로 본 발명의 제조 방법, 특히 히트 파이프(140)와 전열 블록(150)의 결합 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 히트 파이프와 전열 블록의 결합 공정을 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 히트 파이프와 전열 블록의 결합 공정을 포함하는 전자부품 냉각장치의 제조 방법은 크게 4 단계로 구분되는 것을 알 수 있다. 이를 각 단계 별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
1. 리버스 프레스 방식으로 히트 파이프와 그루브가 형성된 베이스의 압착 단계
우선, 히트 파이프(140)를 선반이나 기타 작업대에 움직이지 않도록 고정 정렬을 수행한다. 이때, 작업대에는 바이스가 장착되어 히트 파이프의 하측 부위(또는 작업 상황에 따라 다른 부위)를 고정시키는 것이 가능하고, 히트 파이프(140)는 작업의 효율성을 보장하기 위하여 냉각 타워(100)에 결합되기 이전의 구조 또는 방열판(110,120)과 결합된 구조를 제외한 일부 구조인 것이 바람직하다.
더불어, 히트 파이프(140)는 다양한 입체 구조로 이루어진 봉 형태일 수 있는데, 전열 블록과의 안정적인 결합 관계를 보장함과 아울러 후술하겠지만 베이스의 다양한 입체적 형상에 대응되도록 원통 형상, 즉 종단 형상이 원형으로 이루어지는 것이 적절하다. 다만, 본 발명의 기본 실시예에서는 히트 파이프가 반드시 원통형상으로 이루어진 것에 한정되지는 않는다. 더불어 히트 파이프(140)는 다양한 열전도성 재질로 이루어질 수 있으나 일반적으로 널리 활용되는 구리 재질로 이루어졌다는 가정 하에서 하기의 공정을 설명한다.
이후, 히트 파이프(140)의 상측에 그루브(200)가 히트 파이프(140)를 향하도록 베이스(151)를 정렬 위치시킨다.
그루브(groove)(200)는 히트 파이프(140)를 수용할 수 있는 함입 홈과 같은 형상 및 역할을 수행하는 것으로서 히트 파이프(140)를 수용할 수 있는 공간을 제공할 수 있다면 그 형상은 다양하게 이루어질 수 있다. 다만, 히트 파이프(140)가 그루브(200) 내에 삽입 시 간극이 발생되는 것을 최소 처리할 수 있도록 히트 파이프(140)의 형상에 따라 기 설정된 곡률을 가져 간극이 최소화될 수 있는 입체 형상으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
이때 후술할 커버(152)는 평판으로 이루어져 별도의 홈 없이 히트 파이프(140)가 삽입된 그루브(200)를 덮는 역할을 수행한다. 아니면, 그루브(200)는 히트 파이프(140)의 전체 체적을 수용하는 체적보다는 작은 체적으로 이루어져 히트 파이프(140)의 일부가 그루브(200) 외측으로 노출되고 이 히트 파이프(140)의 노출 부위를 커버(152)에 별도로 형성된 함입 홈으로 감싸면서 수용하는 구조로 이루어지는 것도 가능하다.
후술할 구조에서는 커버(152)가 평판으로 이루어졌다는 가정 하에 설명하도록 한다.
프레스(프레스 기기)는 베이스(151)를 히트 파이프(140) 상에 위치하도록 지지하다가 하방, 즉 히트 파이프(140) 방향으로 이동시켜 그루브(200)에 히트 파이프(140)의 일부 부위가 삽입되도록 한 다음 일정 압력으로 압착시켜 그루브(200)에 마치 수용되지 못한 히트 파이프(140)의 노출 부위를 평탄 처리하여 후술할 커버(152)의 결합이 이루어지도록 하는 것이 가능하다. 다시 말해, 그루브(200)는 반드시 히트 파이프(140)의 전체 체적을 수용할 체적으로 이루어질 필요는 없고 그루브(200) 내에 수용되지 못한 히트 파이프(140)의 잔여 부위를 프레스에 의해 압착 처리하여 평탄화를 시키는 것이 가능하다. 이러한 압착 과정에서 열이 가해질 수 있다.
공지의 공정에서는 그루브(200)의 개구가 상방을 향하도록 정렬된 상태에서 히트 파이프(140)를 그루브(200)에 삽입시키는데, 이와 달리 본 발명에서는 히트 파이프(140)가 고정된 상태에서 그 위에 위치한 베이스(151)가 히트 파이프(140) 방향으로 이동되어 그루브(200)에 히트 파이프(140)가 삽입 및 압착되는 공정을 제공하는바 이와 같은 방식을 본 발명에서는 리버스 프레스(reverse press)라 명명한다. 이 과정에서 프레스는 반드시 상방에서 하방으로 압착되는 1개로 이루어지는 뿐 아니라 상술한 바와 같이 히트 파이프(140)의 평탄 처리를 위해 히트 파이프(140)를 지지하는 지지대가 상방으로 이동하여 히트 파이프(140)에서 그루브(200)에 수용되지 않고 남은 잔여 부위(주로 하단 부위)를 압착하는 공정을 부가할 수 있도록 2개로 구비되는 것도 가능하다.
즉, 공지의 방법에서는 그루브(200) 내부에 압착 과정에서 발생한 히트 파이프(140)의 구리 분말이 잔류하여 가열에 의해 소결됨으로 방열 효과가 떨어지는 문제가 따르나, 본 발명에서는 중력 방향으로 그루브(200)의 개구가 개방되어 있기 때문에 압착 시 히트 파이프(140)의 구리 분말이 발생하여도 자연스럽게 이를 낙하시킬 수 있는 특성을 제공할 수 있다.
2. 압착 과정에서 발생한 히트 파이프의 분말을 낙하시키는 단계
상기 제 1 단계에 따르면 중력 방향으로 그루브(200)의 개구가 개방되어 히트 파이프(140)의 분말(구리 분말)이 자유 낙하될 수 있는데, 그루브(200)과 히트 파이프(140)의 결합체(본 발명에서는 이를 '결합체'라 한다)에서 결합 부위 주변에 잔류한 분말을 스위핑(sweeping) 처리하거나 아니면 결합체를 10 내지 30초 동안 진동시키거나 방치하여 잔류 분말을 자유 낙하시킬 수도 있다.
3. 베이스와 히트 파이프의 결합체를 재정렬하는 단계
베이스(151)와 히트 파이프(140)의 결합체를 로봇 암이나 기타 장치를 통하여 뒤집어 즉 베이스(151)가 하부, 히트 파이프(140)가 상부에 위치하도록 결합체를 재정렬 처리하고 작업대에 역시 이동되지 않도록 고정한다.
이 경우, 상술한 기준선을 기준으로 할 때 결합체의 상부 영역은 베이스에 결합되지 않고 히트 파이프가 드러나 있는(노출된) 상태를 취한다. 이러한 히트 파이프(140)의 노출 부위에 후술할 커버(152)가 결합된다.
4. 커버를 결합체에 압착하는 단계
프레스가 결합체 상에 커버(152)를 위치시킨 상태에서 커버(152)를 결합체에 압착함으로써, 히트 파이프(140)와 전열 블록(150)의 결합 과정을 완료한다. 이 과정에서 역시 열압착 공정이 수반될 수 있고 이로써 베이스(151)와 커버(152)간 접촉 부위를 안정적으로 결합시키는 것이 가능하다.
앞서 언급하였듯이, 커버(152)는 평판 형상으로 이루어지는 것을 기본으로 하는데 히트 파이프 및 그루브의 형상과 체적에 따라 일부 함입된 홈을 구비할 수도 있다.
커버(152)는 베이스와 같은 면적과 두께로 이루어질 수도 있고 아니면 서로 다른 면적과 두께로 이루어지는 것도 가능하다. 더불어, 커버(152)가 베이스(151)보다 넓은 면적을 가진 상태에서 베이스(151)와 결합 이후 커버(152)의 양 측에 형성된 체결공에 패스너를 삽입하여 전자부품이 장착된 기판과 고정 결합될 수 있다. 또한, 커버(152)와 베이스(151) 역시 체결공이 각각 형성되어 최종적으로 패스너의 결합으로 양자 간의 결합 관계를 마무리 처리할 수 있음은 물론이다.
또한, 그루브(200)와 히트 파이프(140)가 서로 입체 형상으로 이루어져 간극이 발생될 경우 이 간극을 소결 현상 없이 채울 수 있는 공지의 충진재(페이스트)가 솔더링(soldering) 처리되는 공정을 커버 결합 단계에 이전에 구비하는 것도 가능하다.
이로써, 2 피스, 즉 베이스(151)와 커버(152)로 이루어진 전열 블록(150)에 히트 파이프(140)가 결합되는 과정에서 분말 소결 내지 분말 잔류 현상에 의해 방열 기능이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 특성을 제공한다.
도 3은 그루브의 변형 실시예를 도시한 단면도이다.
상술한 바와 같이 히트 파이프(140)는 다양한 입체 형상으로 이루어지는 것이 가능한데, 도 3에 따른 실시예에서는 히트 파이프(140)의 종단 형상이 원형으로 이루어져 있는 구조를 제시하였다.
이때, 그루브(200)의 종단 형상은 반원형이 아니라 히트 파이프(140)의 반경보다 긴 장축이 함입(높이) 방향을 따라 연장된 반타원 형상(또는 완벽한 반타원 형상이 아니라 타원의 일부가 절개된 형상)으로 이루어진다. 이러한 구조에 따르면 그루브(200)에 히트 파이프(140)가 결합되고 남은 공간이 발생하게 된다. 구체적으로, 그루브(200)의 단축 방향으로는 히트 파이프(140)가 타이트하게 결합되는 반면 그루브(200)의 장축 방향으로는 히트 파이프(140)의 하단과 그루브(200)의 대응 면 사이에 마치 반달과 유사한 종단 형상의 간극이 발생할 수 있다.
이 간극은 제 1 단계에서의 압착 시 무리하게 히트 파이프(140)를 그루브(200) 방향으로 압착하여 메꿔지는 것이 아니라 유지되도록 압착에 따른 압력을 조절할 수 있는데, 본 발명에서는 이러한 간극을 공기가 함유된 공기 간극(240)이라 명한다.
이 공기 간극(240)은 히트 파이프(140)와 베이스(151) 사이에 공기가 함유되는 공간을 형성하여 그루브(200) 내에 소량 잔류되거나 그루브(200)의 표면에 미세하게 묻어 있는 구리 분말에 의해 열 압착 시 소결 현상이 유발되는 것을 완충 및 완화시키는 역할을 제공한다.
도 4는 도 2에 따른 그루브의 제 1 추가 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4에 따른 실시예는 도 2의 실시예에 추가적인 구성을 포함한 것으로서, 도 2와 같이 장축이 높이 방향을 따라 연장된 반타원 형상(또는 앞서 언급한 바와 같이 타원이 반드시 반타원이 아니라 일부가 절개된 타원 형상으로 이루어질 수 있음)으로 이루어진 그루브(200)의 종단 형상에 챔퍼부(210)와 반타원 연장부(220) 및 라운딩 돌출부(230)를 추가로 구비한 것을 게시한다.
구체적으로, 챔퍼부(210)는 그루브(200)의 도입(개구) 측 모서리를 라운딩 지도록 챔퍼(chamfer) 처리한 부위이고, 반타원 연장부(220)는 그루브(200)이 상술한 반타원 형상을 갖도록 연장된 부위이다. 여기서, 챔퍼부(210)는 히트 파이프(140)가 그루브(200)에 진입될 때 그루브(200)의 도입 측 모서리에 걸리거나 부딪쳐 불필요한 구리 분말이 발생되는 것을 방지하도록 그루브(200)의 개구 측 도입 부위를 일부 확공 처리한 것이라 할 수 있다.
반타원 연장부(220)는 그루브(200)의 바닥면 중앙 인근 부위까지 상술한 반타원 형상(장축이 높이 방향을 따라 연장된 반타원 형상)을 이루도록 연장된 부위를 의미하며, 추가적으로 그루브(200)의 바닥면 중앙 부위에서는 히트 파이프(140)를 향한 방향으로 라운딩지게 돌출된 부위가 형성될 수 있는데 이를 라운딩 돌출부(230)라 한다.
이러한 라운딩 돌출부(230)는 상술한 공기 간극(240)이 불필요하게 넓게 발생되는 것을 막아주면서 그루브의 바닥면과 히트 파이프의 하단이 접촉할 수 있도록 함과 동시에 잔류한 구리 분말이 융착 내지 소결되지 않는 최소한의 공간을 남길 수 있도록 하여 도 2에서 설명한 기능을 유지할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
더 나아가, 반타원 연장부(220)의 일부 영역, 예를 들어 높이를 기준으로 대략 중앙 부위 측 상부 부위에는 히트 파이프(140)의 함입(높이) 방향을 따라 복수 개의 마루 및 골이 연속 형성된 주름(221)이 추가로 형성되는 것이 가능하다.
이러한 주름(221)은 히트 파이프(140)의 측면 양 부위에 잔류한 분말이 일부 수용될 수 있는 공간을 제공하여 히트 파이프(140)의 측면 부위에서의 소결 발생 현상을 방지하는 역할을 수행한다. 이때, 골과 마루의 높이 차이가 불필요하게 커서 히트 파이프(140)와 베이스(151) 간의 긴밀한 결합 관계를 제공하는 것이 방해되는 것을 방지하기 위해 골과 마루의 높이 차이는 대략 0.5 내지 1.5 mm 로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 5는 도 2에 따른 그루브의 제 2 추가 실시예를 도시한 부분확대단면도이다.
도 5에 따른 실시예 역시 도 2의 그루브(200)에 추가 구성을 도시한 것으로서, 그루브(200)에서 상기 공기 간극(240)이 형성된 부위의 표면에는 복수 개의 돌부(250)가 돌출 형성된 것을 도시하였다.
이 돌부(250)는 상술한 라운딩 돌출부(230)가 상대적으로 체적이 큰 단일 사이즈로 이루어졌을 때 공기 간극(240)의 불필요한 공간을 메꾸기 위한 것으로서, 다시 말해 돌부(250)에 의해 그루브(200)의 바닥면과 히트 파이프(140) 간의 접촉 관계를 보장하면서도 라운딩 돌출부(230)에 의해 발생된 공간보다 상대적으로 작은 사이즈로서 구리 분말의 안정화를 위한 공간을 일정 간격을 두고 복수 개로 형성한 것이라 할 수 있다.
추가적으로, 돌부(250)가 형성된 그루브(200)의 표면에는 곡물 외피를 포함한 흡착제(260)가 도포되어 있다.
이 흡착제(260)는 구리 분말을 흡착하여 상술한 공정 도중에 구리 분말이 돌부(250) 사이 공간에서 유동되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 특히, 본 발명에 따른 흡착제(260)는 흡착능이 매우 우수하며 친환경적인 곡물 외피를 포함하여 곡물 외피에 형성된 기공을 통해 구리 분말을 흡착할 수 있다.
이러한 특성을 지니는 흡착제(260)를 제조하는 단계는 구체적으로 탄화 단계, 침지 교반 단계, 가열 건조 단계, 제 1 물질 제조 단계, 활성 처리 단계, 제 2 물질 제조 단계, 흡착제 완성 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 탄화 단계는 100mL/min의 질소 기류 하에서 5℃/min의 승온 속도로 곡물 외피를 600 내지 800℃까지 승온시켜 1 내지 5시간 동안 유지한 후 상온에서 냉각시켜 상기 곡물 외피를 탄화하는 과정이다.
이 과정을 통해 곡물 외피의 표면에 기공을 형성하고, 곡물 외피를 이루는 규소로 인해 소성 처리 후 흄드실리카와 유사한 성분을 가지게 된다. 이와 같이 탄화된 곡물 외피는 미세 다공질을 지닌 소성 물질로, 40,000 내지 60,000m2/kg의 큰 비표면적으로 인해 활성도가 매우 높아 다량의 가스를 흡착할 수 있다. 또한 높은 활성도로 인해 곡물 외피로부터 제조된 흡착제(260)의 강도와 내구성을 향상시킬 수 있다.
이후, 침지 교반 단계는 탄화된 곡물 외피를 수산화나트륨(NaOH) 용액에 침지시킨 후 1 내지 5시간 동안 가열 교반하는 과정이다.
이때 수산화나트륨 수용액은 탄화된 곡물 외피를 활성화시키는 약품으로서, 여기서 활성이라 함은 다공성을 가지는 물질의 표면적을 더욱 넓힘으로써 흡착 성능을 향상시키는 것을 의미한다. 이렇게 탄화된 곡물 외피를 수산화나트륨 수용액에 침적시킴으로써 활성화된 곡물 외피를 얻을 수 있으며, 이때 수산화나트륨 수용액은 바람직하게는 5 내지 10mol의 수산화나트륨을 포함할 수 있다.
다음으로, 가열 건조 단계는 담지된 곡물 외피를 물에 담지시킨 후 90 내지 110℃에서 가열한 다음 물로 1 내지 5회 세척하여 건조시키는 것으로서, 물에 침지된 곡물 외피를 상기 온도 조건에서 가열 처리함으로써 잔존하는 수산화나트륨을 제거하는 기능을 수행하며, 80 내지 130℃(바람직하게는 110 내지 120℃)에서 진공 건조함으로써 세척에 사용된 물을 증발시켜 탄화된 곡물 외피를 최종적으로 얻을 수 있다.
이후, 제 1 물질 제조 단계는 전체 제 1 물질 중량 대비, 상기 가열 건조 단계를 거친 상기 곡물 외피 1 내지 20중량%, 수산화칼륨(KOH) 50 내지 80중량%, 물 10 내지 40중량%를 혼합한 후 50 내지 70℃에서 가열 교반한 다음 상온에서 건조시켜 제 1 물질을 제조하는 과정이다.
이때 탄화라 함은 어떠한 물질을 태운 것을 의미한다. 이러한 탄화성 물질은 탄소가 될 수 있으나, 본 발명에서는 토양오염의 원인이 되는 왕겨를 탄화시킴으로써 왕겨를 통해 반도체 제조 공정에서 발생하는 유독 가스를 흡착하고 이러한 흡착제를 폐기할 시 토양오염을 예방할 뿐 아니라, 다른 물질의 탄화에 비해 탄화 과정에서 발생하는 황산화물 및 질소산화물의 생성이 적어 대기오염을 방지하는 효과를 추가적으로 제공할 수 있다.
다음으로, 활성 처리 단계는 질소 기류 하에 상기 제 1 물질을 세라믹 보트에 담은 후 10℃/min의 승온 속도로 700 내지 900℃까지 승온시킨 다음 2 내지 5시간 동안 유지한 후 상온에서 냉각시켜 상기 제 1 물질을 활성 처리하는 과정이다.
세라믹 보트는 내약품성, 내마모성을 지니고 산, 알칼리, 유기 용매에 영향을 받지 않는 특성을 지녀 수산화칼륨 수용액에 활성 물질을 함침시키기에 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 세라믹 보트는 1600℃ 이상의 온도에서도 사용할 수 있으므로 고온의 조건에서도 세라믹 보트가 손상되지 않고 탄화된 곡물 외피를 수산화칼륨 수용액에 충분히 함침시켜 활성화시킬 수 있다.
이후, 제 2 물질 제조 단계는 활성 처리된 상기 제 1 물질을 물에 침지시킨 후 80 내지 100℃에서 가열하여 제 2 물질을 제조하는 것으로서, 이는 활성화 처리된 제 1 물질을 80 내지 100℃로 가열하여 고온의 제 1 물질에 잔존하는 수산화칼륨을 용이하게 제거하는 역할을 수행한다.
마지막으로, 흡착제 완성 단계는 상기 제 2 물질을 여과하고 물로 1 내지 5회 세척한 다음 90 내지 120℃에서 12 내지 30시간 동안 건조시켜 흡착제를 완성하는 것으로서, 이는 상술한 온도 조건에서 제 2 물질을 세척한 후 건조시켜 활성화된 곡물 외피를 제조함으로써 곡물 외피의 표면적을 더욱 넓혀 흡착제의 흡착 기능을 극대화시키는 과정이라고 할 수 있다.
이렇게 제조된 흡착제(260)를 돌부(250)가 형성된 그루브(200)의 표면에 도포함으로써 분말, 즉 구리 분말에 대한 우수한 흡착 기능을 수행할 수 있으며, 이로 인해 분말에 의한 소결 현상이 발생되는 것을 더욱 효율적으로 차단할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 히트 파이프 및 전열 블록을 포함한 전자부품 냉각장치의 제조방법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
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100: 냉각 타워 110,120: 방열판
130: 에어 채널 140: 히트 파이프
150: 전열 블록 151: 베이스
152: 커버 200: 그루브
210: 챔퍼부 220: 반타원 연장부
221: 주름 230: 라운딩 돌출부
240: 공기 간극 250: 돌부
260: 흡착제

Claims (10)

  1. 높이 방향으로 일정 간격을 두고 방열판이 복수 개로 적층된 냉각 타워와, 상기 방열판의 일 측을 관통하여 높이 방향으로 연장된 구리 재질의 히트 파이프를 가진 상태에서, 그루브가 형성된 베이스에 상기 히트 파이프를 수용한 다음 커버로 덮는 전열 블록이 전자부품의 상면에 위치한 전자부품 냉각장치의 제조방법으로서,
    히트 파이프 상에 상기 베이스를 위치시킨 상태에서 프레스를 통해 그루브가 히트 파이프를 수용하도록 상기 베이스를 상기 히트 파이프에 압착하는 제 1 단계;
    상기 압착 과정에서 발생한 구리 분말을 낙하시키는 제 2 단계;
    상기 베이스가 하부에 위치하도록 상기 베이스와 히트 파이프의 결합체를 재정렬하는 제 3 단계;
    상기 결합체 상에 상기 커버를 위치시킨 상태에서 프레스를 통해 상기 커버를 상기 결합체에 압착하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자부품 냉각장치의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히트 파이프의 종단 형상은 원형으로 이루어지고,
    상기 그루브의 종단 형상은,
    상기 히트 파이프의 반경보다 긴 장축이 상기 히트 파이프의 함입 방향을 따라 형성된 반타원으로 이루어져, 상기 제 1 단계의 압착 시 상기 히트 파이프와 그루브 사이에 공기 간극을 형성하는 것을 특징으로 하는, 전자부품 냉각장치의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 그루브의 종단 형상은,
    도입 측 모서리를 챔퍼 처리한 챔퍼부와,
    상기 히트 파이프의 반경보다 긴 장축이 함입 방향으로 형성된 반타원 형상이 되도록 연장된 반타원 연장부 및,
    상기 그루브의 바닥면 중앙 부위에서 상기 히트 파이프를 향한 방향으로 라운딩지게 돌출된 라운딩 돌출부를 구비한 것을 특징으로 하는, 전자부품 냉각장치의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 반타원 연장부의 일 영역에는,
    상기 히트 파이프의 함입 방향을 따라 복수 개의 마루 및 골이 연속 형성된 주름이 구비된 것을 특징으로 하는, 전자부품 냉각장치의 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 그루브에서 상기 공기 간극이 형성된 부위의 표면에는,
    복수 개의 돌부가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는, 전자부품 냉각장치의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 돌부가 형성된 상기 그루브의 표면에는,
    곡물 외피를 포함한 흡착제가 도포된 것을 특징으로 하는, 전자부품 냉각장치의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 흡착제를 제조하는 단계는,
    100mL/min의 질소 기류 하에서 5℃/min의 승온 속도로 곡물 외피를 600 내지 800℃까지 승온시켜 1 내지 5시간 동안 유지한 후 상온에서 냉각시켜 상기 곡물 외피를 탄화하는, 탄화 단계;
    탄화된 상기 곡물 외피를 수산화나트륨(NaOH) 용액에 침지시킨 후 1 내지 5시간 동안 가열 교반하는, 침지 교반 단계;
    담지된 상기 곡물 외피를 물에 담지시킨 후 90 내지 110℃에서 가열한 다음 물로 1 내지 5회 세척하여 건조시키는, 가열 건조 단계;
    전체 제 1 물질 중량 대비, 상기 가열 건조 단계를 거친 상기 곡물 외피 1 내지 20중량%, 수산화칼륨(KOH) 50 내지 80중량%, 물 10 내지 40중량%를 혼합한 후 50 내지 70℃에서 가열 교반한 다음 상온에서 건조시켜 제 1 물질을 제조하는, 제 1 물질 제조 단계;
    질소 기류 하에 상기 제 1 물질을 세라믹 보트에 담은 후 10℃/min의 승온 속도로 700 내지 900℃까지 승온시킨 다음 2 내지 5시간 동안 유지한 후 상온에서 냉각시켜 상기 제 1 물질을 활성 처리하는, 활성 처리 단계;
    활성 처리된 상기 제 1 물질을 물에 침지시킨 후 80 내지 100℃에서 가열하여 제 2 물질을 제조하는, 제 2 물질 제조 단계;
    상기 제 2 물질을 여과하고 물로 1 내지 5회 세척한 다음 90 내지 120℃에서 12 내지 30시간 동안 건조시켜 흡착제를 완성하는, 흡착제 완성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자부품 냉각장치의 제조방법.
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