KR102407157B1 - 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버 - Google Patents

Abstract

이 발명의 베이퍼챔버(100)는 적용 제품의 열원에서 발생하는 열을 진공상태에서 열전달 매체의 상변화 원리를 이용해 방열하는 것으로서, 열원인 발열소자(200)가 위치할 지지면(112)에 일측면이 부착되고 타측면에 발열소자(200)가 부착되어 발열소자(200)로 인한 열전달 매체의 증발면적을 확대시키는 증발 확대부재(140)를 포함하며, 증발 확대부재(140)는 베이퍼챔버의 외형을 구성하는 소재보다 열전도율이 높은 소재이면서, 발열소자(200)의 부착면보다 넓은 너비를 갖는 플레이트로 구성된다.

Description

효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버{Vapor chamber with efficient heat dissipation}

이 발명은 진공상태에서 열전달 매체의 상변화 원리를 이용해 방열하는 베이퍼챔버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적용 제품의 열원에서 발생하는 열을 분산시키면서 열전달 매체의 증발면적을 확대하여 열원의 열을 효율적으로 방열할 수 있는 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 방열성능이 부족하거나 방열성능을 더욱 향상시키기 위해 방열 표면적을 확대하여 대류방열과 복사방열 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버에 관한 것이기도 하다.

일반적으로 히트파이프는 은, 구리, 알루미늄 등의 고열전도성 금속에 비해 열전도성이 우수하여 컴퓨터의 CPU와 같이 특정 위치의 발열부를 냉각시키거나, 특정 열을 회수하고자 하는 경우 등 다양한 분야에서 유용하게 적용되고 있다. 이러한 히트파이프는 스테인리스, 구리, 알루미늄 등과 같은 금속소재로 형성된 관형태의 하우징과, 하우징의 내부에 수용되는 작동유체로 구성된다.

따라서, 하우징의 일측에서 열을 가하면, 해당 가열부의 내부 공간에서 작동유체가 증발되고, 증발된 증기는 열이 가해지지 않는 타측으로 신속히 이동하여 응축됨으로써, 가열부(증발부)의 열이 잠열(latent heat) 형태로 응축부에 전달되도록 하는 역할을 한다.

또한, 하우징의 내부에는 하우징의 내면으로부터 소정길이 돌출된 판형의 윅(wick)이 형성된다. 따라서, 하우징에서 타측으로 이동하여 응축된 작동유체는 윅에 접촉되고, 이에 의해 발생되는 모세관력에 의해 다시 가열부로 되돌아가게 된다. 즉, 히트파이프는 상기와 같은 열수송 사이클을 무한 반복함으로써 방열기능을 수행하게 된다.

한편, 최근에는 각종 전자 제품들이 고성능화, 고화질화 및/또는 박막화됨에 따라 많은 열이 발생한다. 따라서, 이에 대응할 수 있는 새로운 개념의 히트파이프가 요구되고 있다.

국내 특허등록 제2047933호에는 "박막 플레이트형 히트파이프 및 그 제조방법"에 대해 공개되어 있다. 이 공개기술의 박막 플레이트형 히트파이프는 내부에 기화된 작동유체가 이동하는 공간이 형성된 상판과 내부에 엠보싱 마이크로 그루브(embossing micro groove)가 형성된 하판이 접합되어 이루어지고 진공상태의 수용공간을 구비하는 본체와, 수용공간에 주입되는 작동유체를 포함하여 구성된다.

이러한 박막 플레이트형 히트파이프는 내부에 엠보싱 마이크로 그루브 구조의 모세관을 형성함으로써, 작동유체의 순환이 용이하여 방열효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 하지만, 적용 제품에 따라 특정 구역에서 집중적으로 발생하는 열을 효율적으로 방열하는데 한계가 있다. 또한, 적용 제품에 따라 방열성능이 부족하거나 방열성능을 더욱 향상시키고자 하는 제품까지 적용하는데 한계가 있다.

특허등록 제2047933호

따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 진공상태에서 열전달 매체의 상변화 원리를 이용해 방열하되, 적용 제품의 열원에서 발생하는 열을 증발 확대부재를 이용해 분산시키면서 열전달 매체의 증발면적을 확대하여 열원의 열을 효율적으로 방열할 수 있는 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 이 발명은 방열성능이 부족하거나 방열성능을 더욱 향상시키기 위해 방열 표면적을 확대하여 대류방열과 복사방열 효율을 더욱 향상시키는 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 베이퍼챔버는 적용 제품의 열원에서 발생하는 열을 진공상태에서 열전달 매체의 상변화 원리를 이용해 방열하는 것으로서, 상기 열원이 위치할 지지면에 일측면이 부착되고 타측면에 상기 열원이 부착되어 열원으로 인한 상기 열전달 매체의 증발면적을 확대시키는 증발 확대부재를 포함하며, 상기 증발 확대부재는 상기 베이퍼챔버의 외형을 구성하는 소재보다 열전도율이 높은 소재이면서, 상기 열원의 부착면보다 넓은 너비를 갖는 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 베이퍼챔버는 밀봉되어 진공상태의 내부공간을 형성하며 상기 열원을 지지하기 위한 상기 지지면을 갖는 외형수단과, 상기 외형수단의 내부공간 내의 일부 공간에 채워지는 상기 열전달 매체와, 상기 외형수단의 일측 내측면에 일측 표면이 밀착되어 상기 열전달 매체를 중력의 역방향으로 끌어올려 응축 및 증발이 가능하도록 하는 시트, 및 상기 시트의 타측 표면 및 상기 외형수단의 타측 내측면에 각각 밀착되는 메쉬부재를 포함할 수 있다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 외형수단은 스테인리스 소재를 이용하고, 상기 증발 확대부재는 구리 소재를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 지지면은 상기 외형수단의 다른 부분보다 돌출 형성되어 상기 외형수단의 내부에 상기 돌출 높이에 대응하는 넓은 내부공간이 형성되고, 상기 넓은 내부공간에 별도의 지지부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 증발 확대부재는 열전도 특성과 접착 성능을 갖는 갭필러에 의해 상기 지지면에 부착되는 것이 바람직하다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 베이퍼챔버의 표면에 확대된 방열 표면적을 갖는 방열 코팅층을 더 포함하고, 상기 방열 코팅층은 골고루 분포하는 열전도성 소재를 포함할 수 있다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 방열 코팅층은 상기 열전도성 소재가 골고루 분포하는 제1 코팅층과, 상기 제1 코팅층의 표면을 임의 형태로 레이저 형상가공하여 표면적을 확대한 표면적 확대패턴, 및 상기 표면적 확대패턴의 표면에 코팅되며 상기 열전도성 소재가 분포하는 제2 코팅층을 포함하는 것이 바람직하다.

이 발명은 진공상태에서 열전달 매체의 상변화 원리를 이용해 방열하되, 적용 제품의 열원에서 발생하는 열을 증발 확대부재를 이용해 분산시키면서 열전달 매체의 증발면적을 확대하여 열원의 열을 효율적으로 방열할 수 있는 장점이 있다.

또한, 이 발명은 방열성능이 부족하거나 방열성능을 더욱 향상시키기 위해 확대된 방열 표면적을 갖는 방열 코팅층을 베이퍼챔버의 표면에 구비함으로써, 대류방열과 복사방열 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버의 구성관계를 도시한 분해 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 베이퍼챔버의 평면도이고,
도 3은 도 2에 도시된 증발 확대부재의 부착상태를 도시한 확대도이고,
도 4는 도 3에 도시된 증발 확대부재를 부착하지 않거나(a) 부착함(b)에 따른 열전달 개념을 도시한 개념도이고,
도 5는 도 2에 도시된 베이퍼챔버의 표면에 대한 확대 단면도이고,
도 6은 도 5에 도시된 방열 코팅층의 형성과정을 나타낸 개략도이며,
도 7은 이 발명의 다른 실시예에 따른 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버의 구성관계를 도시한 분해 사시도이다.

이하, 이 발명에 따른 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 이 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이 실시예는 이 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버의 구성관계를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 베이퍼챔버의 이미지 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 증발 확대부재의 부착상태를 도시한 확대도이고, 도 4는 도 3에 도시된 증발 확대부재를 부착하지 않거나(a) 부착함(b)에 따른 열전달 개념을 도시한 개념도이다. 그리고, 도 5는 도 2에 도시된 베이퍼챔버의 표면에 대한 확대 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 방열 코팅층의 형성과정을 나타낸 개략도이며, 도 7은 이 발명의 다른 실시예에 따른 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버의 구성관계를 도시한 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버(100)(이하, "베이퍼챔버"라 함)는 밀봉되어 진공상태의 내부공간을 형성하며 적용 제품의 열원(발열소자(200))을 지지하기 위한 지지면(112)을 갖는 외형수단(110)과, 외형수단(110)의 내부공간 내의 일부 공간에 채워지는 열전달 매체(도시안됨)와, 외형수단(110)의 일측 내측면에 일측 표면이 밀착되어 열전달 매체를 중력의 역방향으로 끌어올려 응축 및 증발이 가능하도록 하는 시트(120)와, 시트(120)의 타측 표면 및 외형수단(110)의 타측 내측면에 각각 밀착되는 메쉬부재(130), 및 외형수단(110)의 소재보다 열전도율이 높은 소재의 플레이트로 구성되어 일측면이 외형수단(110)의 지지면(112)에 부착되고 타측면에 발열소자(200)가 부착되어 발열소자(200)로 인한 열전달 매체의 증발면적을 증대시키는 증발 확대부재(140)를 포함하여 구성된다.

상기 외형수단(110)은 2개의 외형부재(111, 115)를 이용해 진공상태의 내부공간을 갖도록 밀봉하여 구성하되, 2개의 외형부재(111, 115) 중에서 적어도 어느 한 쪽의 외형부재(111)의 표면에 증발 확대부재(140)를 매개로 하여 적용 제품의 발열소자(200)를 지지하기 위한 지지면(112)을 갖도록 구성된다. 여기서, 지지면(112)은 도 7와 같이 외형부재(111)의 다른 부분과 동일 평면상에 위치하거나, 도 1 내지 도 4와 같이 다른 부분보다 돌출되는 형태로 구성하면 된다. 예를 들어, 지지면(112)을 돌출되게 형성함에 따라, 돌출 두께에 대응하는 넓은 내부공간이 외형수단(110)에 형성될 경우에는 별도의 지지부재(150)를 추가로 더 구비하여 넓은 내부공간이 진공시에 무너지지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 외형수단(110)은 2개의 외형부재(111, 115)의 내부에 진공시 함몰을 방지하기 위한 엠보싱부를 갖도록 구성하거나, 다른 부품과 체결 고정을 위한 다수개의 구멍을 갖도록 구성할 수도 있다. 따라서, 이 실시예의 외형수단(110)은 진공상태에서 열전달 매체의 상변화 원리를 이용해 발열소자(200)에서 발생하는 열을 방열하도록 구성할 수 있으면, 적용 제품에 따라 다양한 형태, 구조 및 구성관계를 가지든 모두 적용이 가능하다.

한편, 2개의 외형부재(111, 115)는 스테인리스 재질로 각각 구성되어 테두리를 따라 서로 간에 용접함으로써 일체화된다. 여기서, 용접방법으로는 아르곤 용접, 레이저 용접 또는 플라즈마 용접을 이용할 수 있다.

시트(120)는 외형수단(110)의 일측 내측면에 일측 표면이 밀착되어 열전달 매체를 중력의 역방향으로 끌어올려 응축 및 증발이 가능하도록 하는 것으로서, 지지면(112)을 비롯한 그 테두리의 일정 영역까지 덮을 수 있는 너비를 갖는다. 더 구체적으로는 응축 및 증발을 위한 모든 영역을 덮을 수 있는 너비의 시트(120)를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 시트(120)는 열전달 매체에 대한 고흡수성, 열전달 매체와 반응하지 않는 내화학성, 및 열전달 매체를 중력의 역방향으로 끌어올리는 모세관력을 가져야 한다.

또한, 시트(120)는 보다 효율적인 모세관력을 가지도록 다수의 구멍을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 이 실시예에서 시트(120)는 열전달 매체에 대한 흡수성 및 모세관력의 우수성이 확인된 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 혼합 시트를 이용할 수 있다.

메쉬부재(130)는 시트(120)의 타측 표면 및 외형수단(110)의 타측 내측면에 각각 밀착되어 시트(120)를 고정함과 더불어, 외부로 열을 방출함에 따라 응축된 열전달 매체가 시트(120)를 따라 발열소자(200)의 증발부 쪽으로 원활하게 이동할 수 있도록 하는 통로를 제공하는 역할을 한다. 따라서, 메쉬부재(130)는 시트(120)와 동일한 너비로 구성된다. 이러한 메쉬부재(130)는 그물망 구조이면서 고강도, 내부식성이 우수한 STS 304, 316, 430 재질을 이용하는 것이 바람직하다.

열전달 매체는 외형수단(110)의 내부공간의 일부 공간에 삽입되는 것으로서, 발열소자(200)의 증발부에서 발생되는 열을 흡수하여 증발되어, 외부 공기와 접촉하는 외형부재의 응축부에서 대기와 열교환하여 열을 방출하고, 증기상태에서 다시 액체상태로 응축되어 증발부로 이동한다. 따라서, 열전달 매체는 상기와 같은 조건을 만족하는 매체를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열전달 매체로 순수를 이용할 수 있다.

한편, 외형수단(110)의 내부공간의 일부 공간에 열전달 매체를 삽입함에 있어서는, 외형부재의 일측에 구멍을 천공하고, 이 천공구멍에 열전달 매체를 주입할 수 있는 동관을 용접(브레이징)하고, 연결된 동관을 통해 열전달 매체를 주입하면 된다. 그리고, 이렇게 열전달 매체가 주입되면, 열전달 매체를 냉각시킨 후 동관을 통해 강제배기를 진공펌프로 가한 후 동관을 밀봉하고 상온에서 공냉시킴으로써, 그 내부가 일정 진공도를 갖게 된다.

상기와 같이 구성된 이 실시예의 베이퍼챔버(100)의 방열 메커니즘은 적용 제품의 발열소자(200)와 밀착하는 외형부재의 지지면(112)이 주요 증발부가 되고 외부 공기와 접촉하는 지지면(112) 이외의 부분이 응축부가 된다. 즉, 증발부에서 열이 유입되면 내부가 진공상태로 이루어져 있어 열전달 매체가 일정 온도에서 증발하여 증기상태로 변하여 포화상태에 도달하면, 증기가 내부의 공극을 따라 이동하여 대기와 열교환하여 열을 방출하고 증기상태에서 다시 액체상태로 응축된다. 응축된 열전달 매체는 시트(120)로 흡수된다. 한편, 시트(120)로 흡수된 열전달 매체는 증발부가 위치하는 시트(120)를 따라 중력방향으로 이동한 후, 상술한 동일 과정의 반복을 통해 열을 외부로 방출한다.

이 실시예의 베이퍼챔버(100)는 내부공간이 진공상태를 가짐에 따라 열전달 매체가 낮은 온도에서 증발과 응축을 반복하여 적용 제품의 발열소자(200)에서 생성되는 열을 보다 효율적으로 방출할 수가 있다. 또한, 이 실시예의 베이퍼챔버(100)는 열전달 매체의 상변화 원리를 이용해 방열하는 것으로서, 상변화에 따른 기압차에 의해 발생하는 대류를 통해 열확산이 발생하여 보다 빠른 속도로 적용 제품의 발열소자(200)에서 발생하는 열을 빼앗아 효율적인 방열이 가능하다.

그런데, 적용 제품에 따라 발열소자(200)가 고출력을 발생하기도 한다. 이 경우에는 고출력의 발열소자(200)가 위치하는 지지면(112) 및 그 주변의 국소부위에서 많은 열이 발생하는데, 이렇게 발생하는 열을 상기와 같은 베이퍼챔버라 하더라도 원활하게 방열할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 베이퍼챔버는 기본적으로 열전달 매체의 상변화, 즉 열확산에 의해 방열을 하기 때문에, 증발부에서 증발되는 만큼의 증기에 의해 방열된다. 따라서, 증발면적이 작을 경우에는 많은 발열량의 에너지를 이동시킬 수가 없어서, 효율적인 방열이 불가능하다.(도 4의 (a) 참조)

특히, 이 실시예의 외형수단(110)은 베이퍼챔버(100)의 특성을 고려해 스테인리스 소재를 이용하는데, 스테인리스 소재는 열전도율이 알루미늄이나 구리에 비해 상대적으로 낮다. 그로 인해, 고출력의 발열소자(200)에서 발생하는 열을 스테인리스 소재 자체의 성질을 이용해 방열할 수가 없다. 따라서, 고출력의 발열소자(200)가 위치하는 지지면(112) 및 그 주변의 열전도율을 높여줌과 더불어 증발면적을 넓혀줄 필요가 있다. 이를 통해 고출력 발열소자(200)에서 발생하는 열을 분산시켜 그 열과 접촉하는 증발면적을 확대시켜 베이퍼챔버(100)를 통한 원활한 증발 및 응축과정을 통해 효율적인 방열이 가능하다.(도 4의 (b) 참조)

따라서, 이 실시예의 베이퍼챔버(100)는 일측면이 외형수단(110)의 지지면(112)에 부착되고 타측면에 발열소자(200)가 부착되어 발열소자(200)로 인한 열전달 매체의 증발면적을 증대시키는 증발 확대부재(140)를 더 갖도록 구성한 것이다. 여기서, 증발 확대부재(140)는 플레이트 형태로서, 외형수단(110)의 소재보다 열전도율이 높은 소재로 구성된다.

이 실시예의 외형수단(110)은 스테인리스 소재, 바람직하게는 430, 304, 316 계열의 스테인리스 소재를 사용한다. 따라서, 증발 확대부재(140)는 스테인리스 소재보다 열전도율이 높은 구리를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 증발 확대부재(140)를 외형수단(110)의 지지면(112)에 부착하고, 증발 확대부재(140)의 표면에 적용 제품의 발열소자(200)를 부착 고정해 이용하면 된다. 이때, 증발 확대부재(140)는 발열소자(200)보다 넓은 면적을 가지며, 발열소자(200)는 이러한 증발 확대부재(140)의 중앙 부위에 부착 고정된다. 이렇게 증발 확대부재(140)가 발열소자(200)보다 넓은 면적을 가짐에 따라, 발열소자(200)에서 발생하는 열을 증발 확대부재(140)의 소재(구리)가 가지는 성질(우수한 열전도율)을 이용해 분사시켜 열전달 매체의 증발면적을 확대함으로써, 발열소자(200)의 온도가 낮아지고, 열전달 매체의 증기포화가 빠른 시간 내에 이루어지고 상변화 속도가 높아져 방열성능이 향상된다.

한편, 외형수단(110)의 지지면(112)에 증발 확대부재(140)를 부착함에 있어서는, 도 3과 같이 지지면(112)에 젤타입의 갭필러(160)를 도포한 후 증발 확대부재(140)를 밀착시켜 압착한 다음 열처리하여 부착한다. 여기서, 갭필러(160)는 열전도 특성과 접착 성능을 모두 가지므로 부착 재질로 적합하며, 이때의 부착 두께는 0.1mm 정도인 것이 바람직하다. 다른 방법으로는 외형수단(110)의 지지면(112)에 다수개의 펜너트를 고정하고, 증발 확대부재(140)의 표면에 써멀구리스를 도포한 후, 서로 간에 맞댄 상태에서 펜너트에 볼트를 조여 일체화할 수도 있다.

통상의 베이퍼챔버는 도 4의 (a)와 같이 외형수단(110)의 지지면(112)에 발열소자(200)를 직접 부착함에 따라 지지면(112)과 발열소자(200) 사이에서 발생하는 1회의 열전도저항이 존재하지만, 이 실시예의 베이퍼챔버(100)는 도 4의 (b)와 같이 증발 확대부재(140)를 매개로 외형수단(110)의 지지면(112)에 발열소자(200)를 고정함에 따라 지지면(112), 증발 확대부재(140) 및 발열소자(200) 사이에서 발생하는 2회의 열전도저항이 존재하기 때문에, 지지면(112)과 증발 확대부재(140) 사이의 열전도저항을 최소화하기 위해 상기와 같은 갭필러(160)를 이용한 것이다.

한편, 증발 확대부재(140)는 발열소자(200)에서 발생하는 열을 x, y, z 축 방향으로 분산시켜 증발면적을 확대시키는 역할을 한다. 따라서, 발열소자(200)의 크기(접촉면적)에 따른 증발 확대부재(140)의 크기(너비 및 두께)도 매우 중요하다. 예를 들어, 증발 확대부재(140)의 두께가 얇을 경우에는 발열소자(200)의 열을 축열하지 못하고 발열소자(200)로 다시 되돌아 보내는 현상으로 인해 방열성능을 저하시키거나 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 그리고, 증발 확대부재(140)의 너비는 소재 자체의 성질을 이용한 자연대류를 통해 방열시키는 역할도 하므로, 제반적인 사항을 고려하는 것이 바람직하다. 즉, 증발 확대부재(140)는 발열소자(200)의 발열값과 증발 확대부재(140) 소재의 열전도값 등을 고려해 크기(너비 및 두께)를 결정하는 것이 바람직하다.

이러한 제반적인 사항을 확인하기 위해, 밀착면의 크기가 12x10mm이면서 전력이 30w인 발열소자를, 동판의 너비가 40x40mm이면서 두께가 0.5, 0.8, 1, 1.2mm인 각각의 증발 확대부재에 부착하여 실험하였다. 그 실험결과, 0.5mm에서는 방열성능이 떨어지고, 0.8mm에서 방열성능의 변곡점이 발생하면서 1mm, 1.2mm에서 방열성능이 향상됨을 확인하였다. 즉, 상기와 같은 조건에서는 1mm의 동판을 적용하는 것이 가장 경제적인 조건에서 방열성능이 우수함을 확인하였다.

또한, 밀착면의 크기가 12x10mm이면서 전력이 15w인 발열소자를, 동판의 너비가 20x20mm이면서 두께가 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8mm인 각각의 증발 확대부재에 부착하여 실험하였다. 그 실험결과, 0.3mm에서는 방열성능이 떨어지고, 0.5mm에서 방열성능의 변곡점이 발생하면서 0.6, 0.7, 0.8mm에서 방열성능이 향상됨을 확인하였다. 즉, 상기와 같은 조건에서는 0.6mm의 동판을 적용하는 것이 가장 경제적인 조건에서 방열성능이 우수함을 확인하였다.

한편, 적용 제품에 따라 방열성능이 부족하거나 방열성능을 더욱 향상시킬 필요성이 있다. 방열성능을 향상시키기 위한 방법으로는 베이퍼챔버의 방열 표면적을 넓히거나, 팬 등을 이용해 원활한 대류가 가능하도록 하거나, 대기온도를 낮추는 방안 등이 있다. 그런데, 대류 또는 대기온도에 따른 방열성능은 외부요인을 통해 제어가 가능하지만, 방열 표면적은 베이퍼챔버의 설계나 구성변경을 통해 제어가 가능하다.

따라서, 이 실시예에서는 베이퍼챔버의 설계나 구성변경을 통한 방열 표면적의 확대를 통해 방열성능을 더욱 향상시키도록 구성할 수도 있다. 한편, 이 실시예의 외형수단(110)은 베이퍼챔버(100)의 특성을 고려해 스테인리스 소재를 이용하는데, 스테인리스 소재는 열전도율이 알루미늄이나 구리에 비해 상대적으로 낮다. 그로 인해, 적용 제품의 열원에서 발생하는 열을 스테인리스 소재 자체의 성질을 이용해 방열하는데 한계가 있다. 또한, 스테인리스 소재는 알루미늄이나 구리에 비해 강도가 우수하기 때문에, 표면을 가공하여 방열 표면적을 확대하는데 많은 시간과 비용이 소요되는 등의 여러 어려움이 있다.

이에, 이 실시예에서는 외형수단(110)의 표면에 확대된 방열 표면적을 갖는 방열 코팅층(170)을 더 갖도록 구성한 것이다. 여기서, 방열 코팅층(170)은 다음과 같은 순서에 따라 외형수단(110)의 표면에 형성한다. 이 실시예의 방열 코팅층(170)은 베이퍼챔버(100)가 완성된 이후에, 방열 표면적을 확대하기 위해 외형수단(110)의 표면에 1차 코팅, 레이저 형상가공 및 2차 코팅하는 과정을 수행해 완성한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 구체적으로는, 제1 단계로 외형수단(110)의 표면을 코팅액(필러)으로 1차 코팅한다(제1 코팅층(171) 형성). 여기서, 코팅액은 카본, 알루미나, 질화알루미늄 등의 열전도성 소재를 우레탄이나 아크릴 등의 혼합액에 골고루 혼합해 구성한 것을 사용한다. 이러한 코팅액을 외형수단(110)의 표면에 코팅만 하더라도 코팅하지 않는 경우에 비해 대략 5~8% 정도의 방열성능이 향상된다. 즉, 코팅층을 구성하는 열전도성 소재에 의해 방열 표면적이 확대됨에 따라 방열성능이 향상되는 것이다. 그런데, 코팅액에 혼합되는 열전도성 소재는 마이크로 및/또는 나노 크기를 갖기 때문에, 방열 표면적을 확대하는데 한계가 있다.

그래서, 제2 단계로 제1 코팅층(171)의 표면을 레이저 형상가공하여 표면적을 확대한 표면적 확대패턴(172)을 형성한다. 여기서, 형상가공은 표면적을 확대할 수 있는 다양한 형태로 수행하면 된다. 예를 들어, 수직, 수평, 사선방향 등의 다수개의 일자 형상, 다양한 격자 형상, 중첩되는 원형이나 타원형 형상 등 다양한 형태로 구현이 가능하다. 즉, 베이퍼챔버(100)가 적용되는 제품의 사양이나 외형수단의 두께, 크기 및/또는 면적에 따라 다양한 형태로 구현이 가능하다.

그런데, 이러한 제2 단계의 레이저 형상가공에 의해 형성된 표면적 확대패턴(172)에 의해 표면적을 확대할 수는 있지만, 제1 코팅층(171)을 구성하는 일부분의 열전도성 소재가 제거됨에 따라 제1 코팅층(171)이 형성된 때와 비교해 방열성능이 향상되지는 않는다.

그래서, 제3 단계로 표면적 확대패턴(172)의 표면을 제1 단계의 코팅액(필러)으로 2차 코팅하여 제2 코팅층(173)을 형성함으로써, 최종적인 방열 코팅층(170)이 형성된다. 따라서, 이 실시예의 방열 코팅층(170)은 상기와 같은 제1 코팅층(171), 표면적 확대패턴(172), 및 제2 코팅층(173)으로 구성된다. 이러한 방열 코팅층(170)을 형성할 경우에는 외형수단(110)을 코팅하지 않는 경우에 비해 대략 10~12% 정도의 방열성능이 향상된다. 즉, 확대된 방열 표면적을 갖는 방열 코팅층(170)을 베이퍼챔버(100)의 표면에 구비함으로써, 방열 효율을 더욱 향상시킬 수가 있다.

이상에서 이 발명의 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이다. 따라서, 이 발명이 상기에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 그러한 변형예 또는 수정예들 또한 이 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

100 : 베이퍼챔버 110 : 외형수단
111, 115 : 외형부재 112 : 지지면
120 : 시트 130 : 메쉬부재
140 : 증발 확대부재 150 : 지지부재
160 : 갭필러 170 : 방열 코팅층
171 : 제1 코팅층 172 : 표면적 확대패턴
173 : 제2 코팅층 200 : 발열소자

Claims (7)

1. 적용 제품의 열원에서 발생하는 열을 진공상태에서 열전달 매체의 상변화 원리를 이용해 방열하는 베이퍼챔버에 있어서,
   상기 열원이 위치할 지지면에 일측면이 부착되고 타측면에 상기 열원이 부착되어 열원으로 인한 상기 열전달 매체의 증발면적을 확대시키는 증발 확대부재와, 상기 베이퍼챔버의 표면에 확대된 방열 표면적을 갖는 방열 코팅층을 포함하고,
   상기 베이퍼챔버는 밀봉되어 진공상태의 내부공간을 형성하며 상기 열원을 지지하기 위한 상기 지지면을 갖는 외형수단과, 상기 외형수단의 내부공간 내의 일부 공간에 채워지는 상기 열전달 매체와, 상기 외형수단의 일측 내측면에 일측 표면이 밀착되어 상기 열전달 매체를 중력의 역방향으로 끌어올려 응축 및 증발이 가능하도록 하는 시트, 및 상기 시트의 타측 표면 및 상기 외형수단의 타측 내측면에 각각 밀착되는 메쉬부재를 포함하며,
   상기 외형수단은 스테인리스 소재로 구성되고, 상기 증발 확대부재는 상기 외형수단보다 열전도율이 높은 구리 소재로 구성되며,
   상기 시트는 상기 지지면을 비롯한 상기 지지면의 테두리의 일정 영역까지 덮을 수 있는 너비와, 모세관을 가지도록 다수의 구멍을 가지며, 상기 열전달 매체에 대한 흡수성 및 모세관력이 우수한 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 혼합 시트로 구성되고,
   상기 방열 코팅층은 카본, 알루미나 또는 질화알루미늄의 열전도성 소재를 우레탄이나 아크릴에 골고루 혼합하여 구성한 코팅액으로 코팅한 제1 코팅층과, 상기 제1 코팅층의 표면을 임의 형태로 레이저 형상가공하여 표면적을 확대한 표면적 확대패턴, 및 상기 표면적 확대패턴의 표면에 상기 코팅액으로 코팅한 제2 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지면은 상기 외형수단의 다른 부분보다 돌출 형성되어 상기 외형수단의 내부에 상기 돌출 높이에 대응하는 넓은 내부공간이 형성되고, 상기 넓은 내부공간에 별도의 지지부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 증발 확대부재는 열전도 특성과 접착 성능을 갖는 갭필러에 의해 상기 지지면에 부착되는 것을 특징으로 하는 효율적 방열구조를 갖는 베이퍼챔버.
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