KR102191753B1 - Pcm 내장형 히트싱크 - Google Patents

Pcm 내장형 히트싱크 Download PDF

Info

Publication number
KR102191753B1
KR102191753B1 KR1020180159923A KR20180159923A KR102191753B1 KR 102191753 B1 KR102191753 B1 KR 102191753B1 KR 1020180159923 A KR1020180159923 A KR 1020180159923A KR 20180159923 A KR20180159923 A KR 20180159923A KR 102191753 B1 KR102191753 B1 KR 102191753B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase change
change material
heat
storage unit
heat sink
Prior art date
Application number
KR1020180159923A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200072119A (ko
Inventor
김수호
목진용
김보경
Original Assignee
한국철도기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국철도기술연구원 filed Critical 한국철도기술연구원
Priority to KR1020180159923A priority Critical patent/KR102191753B1/ko
Publication of KR20200072119A publication Critical patent/KR20200072119A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102191753B1 publication Critical patent/KR102191753B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3731—Ceramic materials or glass
    • H01L45/06—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect

Abstract

PCM 내장형 히트싱크는 베이스부 및 핀부를 포함한다. 상기 베이스부는 상변화물질이 저장되는 저장부가 형성된다. 상기 핀부는 상기 베이스부로부터 복수개가 연장되며, 각각에는 상기 저장부와 연결되어 상기 상변화물질이 인입될 수 있도록 소정 길이만큼 공간부가 형성된다.

Description

PCM 내장형 히트싱크{HEAT SINK HAVING PCM}
본 발명은 히트싱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부피 변화로 인한 열 손실 및 공간 손실이 없는 상변화 물질(phase change material, PCM)을 내장한 PCM 내장형 히트싱크에 관한 것이다.
반도체 소자와 같은 장치에서는, 국부적으로 발생하는 열에 의해 위치에 따른 온도차가 발생하며 삼각파 형태의 열부하 발생으로 시간에 따른 온도 구배가 발생하는데, 이러한 반복적인 온도구배와 장치 내 큰 온도차는 열적 피로(thermal fatigue)를 증가시키며, 열적 피로가 지속됨에 따라 장치의 수명이 크게 감소하는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 냉각 장치가 사용되어 왔으며, 종래 냉각 장치의 대표적인 형태로서 베이스 상에 복수의 핀들이 형성된 히트싱크가 사용되어왔다.
그러나, 이러한 핀들이 형성된 종래의 히트싱크의 경우, 과부하시 발생하는 열부하를 감당할 수 있는 용량을 구비하지 못하며, 냉각 용량을 증가시키기 위해 충분한 용량을 가지는 장치를 구성하는 경우 장치가 대형화하는 문제가 발생하며, 나아가 더 많은 에너지가 소비되는 문제가 있어 왔다.
이러한 문제를 해결하는 방안으로, 상변화물질(phase change material, PCM)을 냉각 장치에 적용하는 기술이 개발되었으며, 대한민국 등록특허 제10-1270578호에서는 상변화유체가 별도의 저장부에 저장되는 형태의 냉각 장치가 개발되었다. 그러나, 이렇게 상변화 물질이 별도의 저장부에만 저장되는 경우, 실질적으로 냉각 효과가 높지 않은 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1270578호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 상변화물질을 이용하여 냉각 효과를 보다 향상시킬 수 있는 PCM 내장형 히트싱크에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 히트싱크는 베이스부 및 핀부를 포함한다. 상기 베이스부는 상변화물질이 저장되는 저장부가 형성된다. 상기 핀부는 상기 베이스부로부터 복수개가 연장되며, 각각에는 상기 저장부와 연결되어 상기 상변화물질이 인입될 수 있도록 소정 길이만큼 공간부가 형성된다.
일 실시예에서, 상기 베이스부는 열원부 상에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 핀부는, 상기 베이스부로부터 연장되어 내부에 상기 공간부가 형성된 확장부, 및 상기 확장부로부터 추가로 연장되며, 상기 확장부의 너비보다 좁은 너비로 연장되는 연장부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 저장부는, 제1 상변화물질이 저장되는 제1 저장부, 및 상기 제1 저장부와 분리된 공간에 상기 제1 상변화물질과 다른 제2 상변화물질이 저장되는 제2 저장부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 저장부는 상기 핀부의 공간부와 서로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 저장부는 상기 제2 저장부와 열원부의 사이에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 저장부는 열원부 상에 위치하고, 상기 제2 저장부는 상기 제1 저장부에 인접하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 저장부는 상기 베이스부 내에서 상기 제1 저장부의 측부에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 상변화물질의 열전도도는 상기 제2 상변화물질보다 크고, 상기 제1 상변화물질의 잠열량은 상기 제2 상변화물질보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 상변화물질은 그라파이트와 파라핀을 포함하고, 상기 제2 상변화물질은 파라핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 열원부로부터 발생하는 열을 흡수함에 따라 상변화물질은 팽창하여 핀부에 형성된 공간부로 확장될 수 있으며, 이에 따라 상변화물질의 방열면적이 증가하여 외부로의 열전달, 즉 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 상변화물질은 많은 잠열량을 이용하여 열을 흡수할 수 있으므로 열원의 냉각이 가능하고, 냉각에 따라 부피가 감소한 상변화물질은 다시 저장부로 이동되어 열원부로부터 발생하는 열원을 다시 흡수하며 상기 냉각 과정을 반복할 수 있으므로, 열원부에 대한 보다 효과적인 냉각이 가능하다.
한편, 상기 공간부는 상대적으로 넓은 너비의 확장부에 형성될 수 있어, 상변화물질이 이동되는 공간부의 공간을 충분히 확보할 수 있으며, 이를 통해 방열면적을 보다 증가시킬 수 있다.
또한, 서로 다른 성질의 상변화 물질을 사용하여, 열 충격(thermal shock)을 저감시키기 위한 상변화 물질을 열원부에 인접하도록 배치하고, 냉각 성능이 높은 상변화 물질을 핀부로의 순환을 통한 냉각에 사용함으로써, 서로 다른 역할의 상변화 물질을 적용하여, 보다 효과적인 열원부에 대한 냉각을 수행할 수 있다.
이러한, 분리된 상변화 물질을, 상하방향으로 적층된 제1 및 제2 저장부들에 각각 구비하여, 냉각을 수행할 수 있고, 이와 달리, 열원부의 위치에 따라 서로 평행한 방향으로 서로 인접하도록 형성되는 제1 및 제2 저장부들에 각각 구비하여, 냉각을 수행할 수 있어, 다양한 설계에 따른 최적의 공간 활용을 통해 냉각 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
특히, 반도체용 칩의 경우, 특정 영역에서만 열이 발생하는 경우가 많으므로, 상기와 같은 설계 변경을 통해, 구조를 단순화하면서도 보다 효과적인 냉각 효과를 도출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 히트싱크를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 히트싱크의 동작 단계를 도시한 단면도들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 히트싱크가 열부하의 형태에 따라 적용됨에 따른 냉각 효과를 도시한 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 히트싱크를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 히트싱크를 도시한 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 히트싱크를 도시한 단면도이고, 도 6b는 도 6a의 히트싱크의 베이스부를 도시한 평면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 히트싱크를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 히트싱크(10)는 반도체 소자와 같은 열 발생 장치 상에 구비되어, 냉각을 수행하는 것으로, 도 1에서는 단면도로 도시되었으나, 실질적으로는 3차원 형상으로 형성된다.
즉, 상기 히트싱크(10)는 베이스부(100) 및 핀부(200)를 포함하는데, 상기 베이스부(100)는 소정 면적을 가지는 원형 또는 사각형 등의 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 상기 베이스부(100) 상에 형성되는 핀부(200)는 바(bar) 형상으로 형성될 수 있으며, 소정의 사각형 등의 플레이트 형상으로 형성되어 상기 베이스부(100)의 연장방향에 교차하는 방향으로 상부로 돌출될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 베이스부(100)는 내부에 저장부(110)가 형성되며, 상기 저장부(110)는 내부에 소정의 물질 등이 수납될 수 있는 공간으로 형성된다.
이 경우, 상기 저장부(110)는 상기 물질을 주입할 수 있는 별도의 주입부가 구비될 수 있으며, 상기 물질이 주입된 후에는 외부와는 밀폐된다.
상기 저장부(110)의 내부에 주입되는 물질은, 예를 들어 상변화물질(phase change material, PCM)일 수 있다. 상기 상변화물질이란, 잠열재, 축열재, 축냉재, 열조성물질 등을 의미하며, 상변화, 즉 고체에서 액체, 액체에서 고체, 액체에서 기체, 기체에서 액체 등과 같이 상(phase)이 변화하는 물리적 변화과정을 통해, 열을 축적하거나 저장한 열을 방출하는 물질을 의미한다.
본 실시예에서의 상기 상변화물질은, 예를 들어, 고체 상태의 물질로서 상기 저장부(110)에 저장되었다가, 외부로부터 열을 제공받음에 따라 액체로 상변화가 되어 외부로 열전달을 수행, 즉 열을 방출하는 물질일 수 있으며, 상변화의 상태는 다양하게 수행될 수 있다.
또한, 상기 상변화가 수행되는 온도도, 실제 상기 히트싱크(10)가 적용되는 열원부의 종류에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 이에 따라 상기 상변화물질이 선택될 수 있다.
상기 핀부(200)는 상기 베이스부(100)의 상부로부터 상기 베이스부(100)에 교차하는 방향, 예를 들어 수직한 방향으로 소정 길이 연장되며, 상기 핀부(200)는 도 1에서는 바(bar) 형상으로 연장된 것을 도시하였으나, 이와 달리, 플레이트 형상으로 연장되는 것으로 단면이 바 형상일 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 핀부(200)의 내부에는 공간부(210)가 형성되며, 상기 공간부(210)는, 소정 길이, 예를 들어, 상기 핀부(200)의 약 1/3 내지 2/3 정도의 길이만큼만 형성될 수 있다. 물론, 상기 공간부(210)의 길이는 다양하게 형성될 수 있다.
한편, 상기 베이스부(100)는, 열이 발생하는, 즉 냉각이 필요한 열원부(300) 상에 배치되며, 상기 열원부(300)는, 앞서 설명한 바와 같이, 예를 들어, 반도체 소자와 같은 장치에서 열이 발생하는 부위일 수 있다.
이하에서는, 상기 히트싱크(10)의 동작에 대하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 히트싱크의 동작 단계를 도시한 단면도들이다.
우선, 도 2a를 참조하면, 상기 열원부(300)에서 발생하는 열은 상기 저장부(110)에 저장된 상변화물질(PCM)로 전도(conduction)에 의해 이동하며, 이에 따라 상기 상변화물질은 상기 열원부(300)에서 발생하는 열을 흡수하게 된다. 물론, 이 경우, 상기 핀부(200)로 전도에 의해 열이 우선 전달되어 상기 열원부(300)가 일정부분 냉각되기 시작한다.
이 후, 도 2b를 참조하면, 상기 열원부(300)에서 발생하는 열이 전달되어, 상기 상변화물질이, 상변화 온도(Tm)에 도달하면, 상기 상변화물질은 많은 잠열량(latent heat)을 이용하여 열을 흡수하여 상기 열원부(300)를 냉각시킨다.
또한, 상기 상변화물질은, 예를 들어, 고체에서 액체로 상이 변화하면서, 액체로 변화하면서 팽창한 부피만큼 상기 핀부(200)의 공간부(210)로 이동하게 된다.
이 후, 도 2c를 참조하면, 상기 액체로 상변화된 상변화물질이 상기 공간부(210)로 이동하면서, 상기 상변화물질의 표면적은 증가하게 되고, 이에 따라 외부와의 열전달이 수행된다.
이 후, 도 2d를 참조하면, 상기 상변화물질이 상기 공간부(210)로 이동하여 외부와의 열전달이 수행되면, 상기 상변화물질은 냉각되며, 이렇게 냉각된 상기 상변화물질은 물질 내의 대류현상에 의해 하부로 재이동하게 된다.
그리하여, 하부로 이동된 상변화물질은 다시 상기 열원부(300)에서 발생한 열을 흡수함과 동시에 상기 열원부(300)에 대한 냉각을 수행한다.
즉, 이상과 같이 상기 상변화물질은 상기 저장부(110)와 상기 공간부(210) 내에서 순환하면서, 상기 열원부(300)에 대한 냉각을 수행하게 되고, 상기 열원부(300)의 열 발생이 감소하여 상기 상변화물질의 온도가 다시 상변화 온도(Tm)이하로 떨어지는 경우, 예를 들어 액체에서 고체로 상변화가 수행되어 상기 저장부(110) 상에 저장된 상태를 유지하게 된다.
이상과 같이, 단순히 전도에 의해 상기 핀부(200)를 통해서만 냉각이 수행되는 종래의 히트싱크와 달리, 본 실시예의 경우, 상변화물질이 히트싱크(10)의 내부에서 순환되며 상기 열원부(300)에 대한 냉각을 동시에 수행함으로써, 냉각 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에서의 상기 히트싱크(10)를 통한 냉각 과정을 그래프를 참조하여 설명하면 하기와 같다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 히트싱크가 열부하의 형태에 따라 적용됨에 따른 냉각 효과를 도시한 그래프들이다.
우선, 도 3a를 참조하면, 예를 들어, 전력 부하가 삼각파 형태(sine wave)로 제공되는 경우 상기 열원부(300)에서 발생하는 온도 구배 역시 도시된 바와 같이 삼각파 형태를 가지며 시간의 경과에 따른 온도 편차가 발생하게 된다(dT=Th-T1).
또한, 이러한 지속적인 온도 편차에 의해 해당 소자는 열적 피로(thermal fatigue)가 축적되며, 이에 의해 해당 소자의 수명은 감소하게 된다.
이에, 본 실시예에서의 히트 싱크(10)가 적용되는 경우, 상변화 온도(Tm)가 상기 온도 편차의 범위(dT)에 존재하는 상변화물질이 적용됨으로써, 상기 상변화물질에 의한 효과적인 냉각이 수행되고, 이에 따라 상기 소자의 열적 피로는 감소하게(도 3a 점선 참조)되며 수명 연장이 가능하게 된다.
한편, 도 3b를 참조하면, 예를 들어, 반도체 소자가 구비된 장치에서, 일부 소자가 허용온도(Tj)보다 낮은 온도에서 동작을 수행하다 과부하로 인해 온도가 급상승 하는 경우, 소위 열 충격(thermal shock)이 발생하게 된다.
이 경우, 종래 히트싱크의 경우, 히트싱크의 냉각 용량을 초과하는 경우 이러한 열부하의 갑작스러운 발생으로 허용온도를 초과하게 되며, 이러한 지속적인 과부하는 장치의 손상을 야기하고, 과부하가 중단되어 온도가 떨어지는 경우라도 장치의 고장이나 동작의 신뢰성이 저하되는 문제가 잇다.
그러나, 본 실시예에서의 히트 싱크(10)가 적용되는 경우, 상변화 온도(Tm)가 상기 허용온도(Tj) 보다 낮은 영역에 존재하는 상변화물질을 적용할 수 있으며, 이를 통해, 상기 상변화물질에 의한 효과적인 냉각이 수행되고, 이에 따라 상기 소자의 급격한 과부하에 의한 열 발생시에도 장치의 급작스러운 온도 상승을 차단할 수 있어(도 3b 점선 참조), 해당 장치의 손상이나 신뢰성 저하의 문제를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 히트싱크를 도시한 단면도이다.
본 실시예에 의한 히트싱크(20)는 핀부에 확장부가 구비되는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 3b를 참조하여 설명한 상기 히트싱크(10)와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서의 상기 히트싱크(20)에서는, 핀부(201)가 확장부(212) 및 연장부(213)를 포함한다.
즉, 상기 확장부(212)는 상기 베이스부(100)로부터, 상기 베이스부(100)의 연장방향에 교차하는 방향, 예를 들어 수직인 방향으로 연장되며 내부에 공간부(211)가 형성된다.
상기 연장부(213)는 상기 확장부(212)로부터 추가로 연장되어, 상기 확장부(212)의 너비보다 좁은 너비로 연장된다.
즉, 상기 연장부(213)의 내부에는 공간부가 형성되지 않으며, 이에 따라 상기 확장부(212)에 비하여 상대적으로 좁은 너비로 형성된다.
이와 같이, 상기 확장부(212)가 상대적으로 넓은 너비로 형성되어 내부에 형성되는 상기 공간부(211)의 부피를 크게 형성할 수 있으므로, 상기 공간부(211)의 내부로 이동되는 상기 상변화물질의 이동 공간을 보다 크게 확보할 수 있으며, 이에 따라 외부와의 접촉에 의한 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 공간부(211)를 상기 확장부(212)의 내부에 보다 용이하게 형성할 수 있으므로, 상기 핀부(201)를 포함한 상기 히트 싱크(20)를 보다 용이하게 제작할 수 있다.
한편, 본 실시예에서의 상기 히트 싱트(20)의 내부에서의 상기 상변화물질(PCM)의 동작은 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한 상기 히트 싱트(10) 내부에서의 상기 상변화물질의 동작과 동일하다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 히트싱크를 도시한 단면도이다.
본 실시예에서의 상기 히트싱크(30)는 베이스부에 형성되는 저장부가 서로 분리되어 형성되는 것을 제외하고는, 도 1 내지 도 3b를 참조하여 설명한 상기 히트싱크(10)와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서의 상기 히트싱크(30)에서는, 베이스부(101)에 서로 분리된 제1 및 제2 저장부들(111, 112)이 형성된다.
이 경우, 상기 제1 저장부(111)는 도시된 바와 같이, 하부, 즉, 열원부(300)에 인접하도록 형성되며, 상기 제2 저장부(112)는 상기 제1 제장부(111)의 상부에 형성된다.
그리하여, 상기 제1 저장부(111)가 상기 제2 저장부(112)와 상기 열원부(300)의 사이에 형성된다.
또한, 상기 제2 저장부(112)는, 도 1에서의 상기 저장부(110)와 동일하게, 상부에 위치하는 상기 핀부(200)의 공간부(210)와 서로 개방되어 연결된다.
상기 제1 저장부(111)에는 제1 상변화물질(PCM1)이 저장되며, 상기 제2 저장부(112)에는 제2 상변화물질(PCM2)이 저장된다.
따라서, 상기 제2 상변화물질은 상기 제1 저장부(111)에 저장된 상태에서 상변화에 따라 팽창하면서 상기 공간부(210)로 이동하며 순환할 수 있다. 그러나, 상기 제1 상변화물질은 별도의 순환은 불가능하며 상기 제1 저장부(111) 내부에만 저장될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 상변화물질(PCM1)은, 예를 들어 EG Foam을 포함하거나, 또는 그라파이트(graphite)와 파라핀(paraffin)을 모두 포함하는 물질일 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 상변화물질(PCM2)은, 예를 들어, 파라핀만 포함하는 물질일 수 있다.
이에 따라, 열전도도는 상기 제1 상변화물질이 상기 제2 상변화물질보다 크고, 잠열량은 상기 제1 상변화물질이 상기 제2 상변화물질보다 작다.
즉, 상기 제1 상변화물질은 상대적으로 큰 열전도도를 가져 외부로의 열전달을 보다 용이하게 수행하는 반면 잠열량은 작아서 냉각 성능이 우수하지는 않다. 이와 달리, 상기 제2 상변화물질은 열전도도가 높지는 않아 외부로의 열전달보다는, 높은 잠열량으로 외부로의 냉각이 우수한 효과가 있다.
그리하여, 본 실시예에서는, 상기 제1 저장부(111)에 저장된 상기 제1 상변화물질은 상기 열원부(300)로부터 발생하는 열을 즉각적으로 흡수하여 상기 제2 저장부(112)에 저장된 상기 제2 상변화물질로 열전달을 신속히 수행할 수 있다. 또한, 상기 제2 상변화물질은 상기 열을 전달받아 상변화가 수행되어 상기 공간부(210)로 이동 및 순환되면서 외부로의 냉각을 보다 효과적으로 수행하게 된다.
이상과 같이, 상기 제1 저장부(111)에 저장된 제1 상변화물질을 통해, 특히, 상기 열원부(300)의 온도가 급격이 상승하는, 소위 열 충격이 발생하는 경우 이를 즉각적으로 흡수함으로써, 열 충격의 저감을 수행할 수 있으며, 상기 제2 저장부(112)에 저장된 제2 상변화물질을 통해, 상기 흡수된 열을 보다 효과적으로 냉각시킴으로써, 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
즉, 제1 상변화물질을 통해 온도 편차를 줄여주며, 제2 상변화물질을 통해 많은 열을 효과적으로 냉각할 수 있어, 열 충격을 방지하면서도 냉각 성능을 효과적으로 수행할 수 있게 된다.
이 경우, 특히, 상기 제2 상변화물질의 동작은 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한 상기 상변화물질과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 히트싱크를 도시한 단면도이고, 도 6b는 도 6a의 히트싱크의 베이스부를 도시한 평면도이다.
본 실시예에서의 상기 히트싱크(40)는 베이스부에 형성되는 저장부가 서로 영역을 달리하여 서로 분리되어 형성되는 것을 제외하고는, 도 5를 참조하여 설명한 상기 히트싱크(30)와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 실시예에서의 상기 히트싱크(40)에서는, 베이스부(102)에 서로 분리된 제1 및 제2 저장부들(121, 122)이 형성된다.
이 경우, 상기 제1 저장부(121)와 상기 제2 저장부(122)는 서로 다른 영역을 커버하며 분리된다.
즉, 도 5에서의 저장부들이 상하방향, 즉 상기 핀부의 연장방향인 수직방향을 따라 서로 적층되도록 분리된 것과 달리, 본 실시예에서의 상기 제1 및 제2 저장부들(121, 122)은 상기 베이스부의 연장방향인 수평방향을 따라 서로 커버하는 영역을 달리하며 분리된다.
그리하여, 상기 제1 저장부(121)는 열원부(300)가 위치하는 영역 상에 위치하여, 상기 열원부(300)의 영역을 커버하고, 상기 제2 저장부(122)는 상기 열원부(300)가 위치하지 않는 영역을 커버한다.
이렇게 커버되는 영역은 곧, 상기 열원부(300)가 위치하는 영역에 따라 구별되며, 도 6b에 도시된 바와 같이, 열원부의 위치에 따라 다양한 영역으로 구분될 수 있다.
이는, 특히 반도체 소자 등과 같이, 열원이 발생하는 부분이 특정 소자에 한정되는 경우 보다 효과적으로 적용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 제1 저장부(121)에는 제1 상변화물질(PCM1)이 저장되며, 상기 제2 저장부(122)에는 제2 상변화물질(PCM2)이 저장된다.
다만, 본 실시예에서는, 도시된 바와 같이, 핀부(202) 상에 공간부가 형성되지 않을 수 있으며 이에 따라 상기 제1 저장부(121)에 저장된 제1 상변화물질은 상기 핀부(202)를 통해 확장되지 않을 수 있다.
그러나, 이와 달리, 상기 핀부(202) 상에 소정의 공간부가 형성될 수도 있으며, 이를 통해 상기 제1 상변화물질이 확장될 수는 있다. 다만, 상기 제1 상변화물질은, 상대적으로 열전도도는 크며 잠열량이 작은 물질로서, 상기 공간부로의 확장은 제한적일 수 있다.
본 실시예에서도, 상기 제1 상변화물질(PCM1)은, 예를 들어 EG Foam을 포함하거나, 또는 그라파이트(graphite)와 파라핀(paraffin)을 모두 포함하는 물질일 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 상변화물질(PCM2)은, 예를 들어, 파라핀만 포함하는 물질일 수 있다.
이에 따라, 열전도도는 상기 제1 상변화물질이 상기 제2 상변화물질보다 크고, 잠열량은 상기 제1 상변화물질이 상기 제2 상변화물질보다 작다.
즉, 상기 제1 상변화물질은 상대적으로 큰 열전도도를 가져 외부로의 열전달을 보다 용이하게 수행하는 반면 잠열량은 작아서 냉각 성능이 우수하지는 않다. 이와 달리, 상기 제2 상변화물질은 열전도도가 높지는 않아 외부로의 열전달보다는, 높은 잠열량으로 외부로의 냉각이 우수한 효과가 있다.
그리하여, 본 실시예에서는, 상기 제1 저장부(121)에 저장된 상기 제1 상변화물질은 상기 열원부(300)로부터 발생하는 열을 즉각적으로 흡수하여 상기 제2 저장부(1222)에 저장된 상기 제2 상변화물질로 열전달을 신속히 수행할 수 있다. 또한, 상기 제2 상변화물질은 상기 열을 전달받아 상변화가 수행되어 외부로의 냉각을 보다 효과적으로 수행하게 된다.
이상과 같이, 상기 제1 저장부(121)에 저장된 제1 상변화물질을 통해, 특히, 상기 열원부(300)의 온도가 급격이 상승하는, 소위 열 충격이 발생하는 경우 이를 즉각적으로 흡수함으로써, 열 충격의 저감을 수행할 수 있으며, 상기 제2 저장부(122)에 저장된 제2 상변화물질을 통해, 상기 흡수된 열을 보다 효과적으로 냉각시킴으로써, 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
즉, 제1 상변화물질을 통해 온도 편차를 줄여주며, 제2 상변화물질을 통해 많은 열을 효과적으로 냉각할 수 있어, 열 충격을 방지하면서도 냉각 성능을 효과적으로 수행할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 실시예의 경우, 열을 발생하는 열원부가 국부적인 영역에 형성되며, 해당 열원부에서 발생되는 열이 상대적으로 높은 경우, 보다 효과적으로 열 충격을 방지하며 냉각을 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 열원부로부터 발생하는 열을 흡수함에 따라 상변화물질은 팽창하여 핀부에 형성된 공간부로 확장될 수 있으며, 이에 따라 상변화물질의 방열면적이 증가하여 외부로의 열전달, 즉 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 상변화물질은 많은 잠열량을 이용하여 열을 흡수할 수 있으므로 열원의 냉각이 가능하고, 냉각에 따라 부피가 감소한 상변화물질은 다시 저장부로 이동되어 열원부로부터 발생하는 열원을 다시 흡수하며 상기 냉각 과정을 반복할 수 있으므로, 열원부에 대한 보다 효과적인 냉각이 가능하다.
한편, 상기 공간부는 상대적으로 넓은 너비의 확장부에 형성될 수 있어, 상변화물질이 이동되는 공간부의 공간을 충분히 확보할 수 있으며, 이를 통해 방열면적을 보다 증가시킬 수 있다.
또한, 서로 다른 성질의 상변화 물질을 사용하여, 열 충격(thermal shock)을 저감시키기 위한 상변화 물질을 열원부에 인접하도록 배치하고, 냉각 성능이 높은 상변화 물질을 핀부로의 순환을 통한 냉각에 사용함으로써, 서로 다른 역할의 상변화 물질을 적용하여, 보다 효과적인 열원부에 대한 냉각을 수행할 수 있다.
이러한, 분리된 상변화 물질을, 상하방향으로 적층된 제1 및 제2 저장부들에 각각 구비하여, 냉각을 수행할 수 있고, 이와 달리, 열원부의 위치에 따라 서로 평행한 방향으로 서로 인접하도록 형성되는 제1 및 제2 저장부들에 각각 구비하여, 냉각을 수행할 수 있어, 다양한 설계에 따른 최적의 공간 활용을 통해 냉각 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
특히, 반도체용 칩의 경우, 특정 영역에서만 열이 발생하는 경우가 많으므로, 상기와 같은 설계 변경을 통해, 구조를 단순화하면서도 보다 효과적인 냉각 효과를 도출할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 히트 싱크 100, 101 : 베이스부
110 : 저장부 111, 121 : 제1 저장부
112, 122: 제2 저장부 200, 201, 202 : 핀부
210, 211 : 공간부 212 : 확장부
213 : 연장부 300 : 열원부

Claims (10)

  1. 상변화물질이 저장되는 저장부가 형성된 베이스부; 및
    상기 베이스부로부터 복수개가 연장되며, 각각에는 상기 저장부와 연결되어 상기 상변화물질이 인입될 수 있도록 소정 길이만큼 공간부가 형성되는 핀부를 포함하고,
    상기 저장부는,
    상기 핀부의 공간부와는 분리되며, 제1 상변화물질이 저장되는 제1 저장부; 및
    상기 핀부의 공간부와 서로 연결되고 상기 제1 저장부와는 분리된 공간에, 상기 제1 상변화물질과 다른 제2 상변화물질이 저장되는 제2 저장부를 포함하고,
    상기 제1 상변화물질은 상기 제2 상변화물질보다 열전도도는 크고 잠열량은 작은 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부는 열원부 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 핀부는,
    상기 베이스부로부터 연장되어 내부에 상기 공간부가 형성된 확장부; 및
    상기 확장부로부터 추가로 연장되며, 상기 확장부의 너비보다 좁은 너비로 연장되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저장부는 상기 제2 저장부와 열원부의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저장부는 열원부 상에 위치하고, 상기 제2 저장부는 상기 제1 저장부에 인접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 저장부는 상기 베이스부 내에서 상기 제1 저장부의 측부에 위치하는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상변화물질은 그라파이트와 파라핀을 포함하고, 상기 제2 상변화물질은 파라핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
KR1020180159923A 2018-12-12 2018-12-12 Pcm 내장형 히트싱크 KR102191753B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180159923A KR102191753B1 (ko) 2018-12-12 2018-12-12 Pcm 내장형 히트싱크

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180159923A KR102191753B1 (ko) 2018-12-12 2018-12-12 Pcm 내장형 히트싱크

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200072119A KR20200072119A (ko) 2020-06-22
KR102191753B1 true KR102191753B1 (ko) 2020-12-16

Family

ID=71142612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180159923A KR102191753B1 (ko) 2018-12-12 2018-12-12 Pcm 내장형 히트싱크

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102191753B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102308160B1 (ko) * 2020-12-21 2021-10-01 제이제이모터스 주식회사 배터리팩
KR102308159B1 (ko) * 2020-12-21 2021-10-01 제이제이모터스 주식회사 배터리팩
KR102308161B1 (ko) * 2020-12-21 2021-10-01 제이제이모터스 주식회사 배터리팩
CN112943702A (zh) * 2021-02-09 2021-06-11 鞍钢股份有限公司 一种防止引风机过热的相变储能冷却装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004071926A (ja) * 2002-08-08 2004-03-04 Fuji Electric Holdings Co Ltd 冷却装置の製造方法
JP2004198036A (ja) 2002-12-19 2004-07-15 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 冷却装置
JP2005093848A (ja) 2003-09-19 2005-04-07 Fuji Electric Holdings Co Ltd 冷却装置
JP2005510876A (ja) * 2001-11-24 2005-04-21 メルク　パテント　ゲゼルシャフト　ミット　ベシュレンクテル　ハフトング 冷却装置における相変化材料（ｐｃｍ）の最適応用
KR101270578B1 (ko) 2011-05-13 2013-06-03 전자부품연구원 Ｌｅｄ 조명 장치 및 그의 냉각 장치
WO2017216462A1 (fr) 2016-06-13 2017-12-21 Safran Helicopter Engines Intégration d'un matériau à changement de phase pour limiter la température du carburant à partir d'un module électronique

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020118511A1 (en) * 2001-02-28 2002-08-29 Dujari Prateek J. Heat dissipation device
KR100885270B1 (ko) * 2007-08-08 2009-02-23 문대식 히트 싱크
KR101883881B1 (ko) * 2016-12-28 2018-08-02 한국철도기술연구원 능동형 냉각 장치
KR20180105886A (ko) * 2017-03-16 2018-10-01 에스케이씨 주식회사 복합 방열시트 및 이의 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005510876A (ja) * 2001-11-24 2005-04-21 メルク　パテント　ゲゼルシャフト　ミット　ベシュレンクテル　ハフトング 冷却装置における相変化材料（ｐｃｍ）の最適応用
JP2004071926A (ja) * 2002-08-08 2004-03-04 Fuji Electric Holdings Co Ltd 冷却装置の製造方法
JP2004198036A (ja) 2002-12-19 2004-07-15 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 冷却装置
JP2005093848A (ja) 2003-09-19 2005-04-07 Fuji Electric Holdings Co Ltd 冷却装置
KR101270578B1 (ko) 2011-05-13 2013-06-03 전자부품연구원 Ｌｅｄ 조명 장치 및 그의 냉각 장치
WO2017216462A1 (fr) 2016-06-13 2017-12-21 Safran Helicopter Engines Intégration d'un matériau à changement de phase pour limiter la température du carburant à partir d'un module électronique

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200072119A (ko) 2020-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102191753B1 (ko) Pcm 내장형 히트싱크
JP6403664B2 (ja) 保護用熱拡散蓋および最適な熱界面抵抗を含む熱電熱交換器部品
EP1264343B1 (en) Apparatus and method for passive phase change thermal management
US7888603B2 (en) Cooling of substrate using interposer channels
JP2019513296A (ja) ハイパワー部品用の作動媒体接触式冷却システム及びその作動方法
US6702003B2 (en) Three-phase heat transfer structure
JP2005510876A (ja) 冷却装置における相変化材料（ｐｃｍ）の最適応用
CN109246984B (zh) 轨道交通用大功率热超导板翅组合式散热器
US20200400386A1 (en) Heat sink devices and methods of using such devices for thermal management
US20070056713A1 (en) Integrated cooling design with heat pipes
CN214676229U (zh) 热虹吸散热器
JP2010251677A (ja) ヒートシンク
JP2005093848A (ja) 冷却装置
KR101883881B1 (ko) 능동형 냉각 장치
JP6361315B2 (ja) 冷却板
Kumar et al. Design, fabrication, and performance evaluation of a novel orientation independent and wickless heat spreader
US20230102407A1 (en) Heat dissipation device and electronic apparatus
CN112635418A (zh) 液冷散热器
KR20080044469A (ko) Ｐｃｍ을 이용한 수냉식 전자기기 냉각장치용 냉각기
JP2003527753A (ja) 電子構成要素のための冷却デバイス
KR101367021B1 (ko) 전력 모듈용 방열 시스템
US11985800B2 (en) Systems and methods for multiphase thermal management
CN220292422U (zh) 一种相变储热式散热装置
JP3124917U (ja) Ｃｐｕ用ラジエータの構造
US20230301036A1 (en) Systems and methods for multiphase thermal management

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant