KR102491542B1 - 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열원으로부터 전달되는 열을 빠르게 수평방향으로 확산시킨 후 확산된 열에너지를 탄소나노튜브 입자의 진동을 통해 운동에너지로 전환시켜 발열을 해소하기 위한 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버에 관한 것이다.
또한, 열확산재를 포함하는 열확산 부재와 상기 열확산 부재의 양면에 배치되어 초음파 융착에 의해 가장자리가 상호 접합되는 챔버 몸체와 상기 챔버 몸체의 일면에 배치되는 접착부재와 상기 접착부재에 의해 부착되어 발열원으로부터 전달되는 열에 의해 입자가 진동됨으로써 열에너지를 운동에너지로 전환시키기 위한 탄소나노튜브와 상기 챔버 몸체의 일면에 부착된 탄소나노튜브를 덮는 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버{heat dissipation chamber using particle vibration of carbon nanotubes}

본 발명은 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열원으로부터 전달되는 열을 빠르게 수평방향으로 확산시킨 후 확산된 열에너지를 탄소나노튜브의 내부 준입자(포논)의 격자 진동을 통해 운동에너지로 전환시켜 발열을 해소하기 위한 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버에 관한 것이다.

일반적으로 전자기기는 전기에너지를 사용함에 따라 열을 방출하게 된다.

특히 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰과 같은 연산기능을 가진 IT기기에서 발생되는 발열은 다른 전자기기보다 발열량이 많으며, 발열에 의한 성능저하 또는 오류를 일으키는 문제점이 있으며, 발열을 보다 효율적으로 냉각시키기 위한 냉각핀, 냉각팬 등 다양한 장치들을 사용하고 있다.

하지만, 기술이 발전함에 따라 그 크기가 더욱 작아지고 있는 IT기기들에 부피가 큰 냉각핀 또는 냉각팬과 같은 냉각장치를 사용하기에는 어려운 문제점이 있었다.

이후, 작동 유체의 증발과 응축을 통해 열을 수송하는 베이퍼 챔버 기술이 개발되어 보다 빠른 열전달이 가능하게 되었다.

그 중, 한국공개특허 제10-2020-0027705호 "베이퍼 챔버"는 내부에 그라파이트시트를 배치하여 보다 빠르게 열확산시킬 수 있게 되었으나, 그라파이트 시트와 구리 소재의 상판과 하판 사이가 쉽게 들뜨고, 그 사이로 작동 유체가 통과하면서 작동 유체가 정상적으로 증발과 응축하지 못하는 문제점이 있었다.

특히, 열을 확산시키는 것만으로는 스마트폰과 같은 소형전자기기에서 발생되는 발열을 해결하기 어려워 사용자가 발열에 의한 불쾌감을 쉽게 느끼는 문제점이 있었다.

한국공개특허 제10-2020-0027705호 "베이퍼 챔버"

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열에너지의 확산과 함께 열에너지를 전환시켜 발열을 해소하기 위한 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내부에 배치되는 열확산재와 양면에 배치되는 챔버 몸체 사이의 접합력을 높여주기 위한 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버는 열확산재를 포함하는 열확산 부재와 상기 열확산 부재의 양면에 배치되어 초음파 융착에 의해 가장자리가 상호 접합되는 챔버 몸체와 상기 챔버 몸체의 일면에 배치되는 접착부재와 상기 접착부재에 의해 부착되어 발열원으로부터 전달되는 열에 의해 입자가 진동됨으로써 열에너지를 운동에너지로 전환시키기 위한 탄소나노튜브와 상기 챔버 몸체의 일면에 부착된 탄소나노튜브를 덮는 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열확산 부재는 양면에 금속 도금층을 더 포함하며, 상기 챔버 몸체는 초음파 융착에 의해 금속 도금층에 면접합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속 도금층은 구리 소재로 전해 도금에 의해 0.01~10㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄소나노튜브는 자기장 또는 전기장을 인가하여 챔버 몸체의 일면에 수직한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열확산 부재의 양면에 배치되어 접합된 챔버 몸체는 외면에 길이방향을 따라 복수 개의 골이 소정의 깊이로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 챔버 몸체는 열확산 부재와 접하는 면에 길이방향을 따라 복수 개의 유로가 소정의 깊이로 형성되어 챔버 몸체와 열확산 부재의 접합 후 유로에 작동 유체가 충진되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄소나노튜브는 수용액에 혼합되어 도포된 후 수용액을 건조시켜 접착부재에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄소나노튜브는 수용액에 혼합되어 도포되고, 수용액이 완전히 건조되지 않은 상태로 커버에 의해 밀폐되어 발열원으로부터 전달되는 열에 의해 수용액이 탄소나노튜브로부터 증발과 응축을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버에 의하면, 탄소나노튜브 입자가 열에너지에 의해 진동하면서 열에너지를 운동에너지로 전환시켜 발열을 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버에 의하면, 열확산재의 양면에 금속 도금층을 형성하여 양면에 배치되는 챔버 몸체에 접합시킴으로써, 열확산재와 챔버 몸체 사이의 접합력을 크게 높여줄 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버의 챔버 몸체를 도시한 종단면도.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버의 탄소나노튜브를 도시한 종단면도.
도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버를 도시한 종단면도.
도 4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버의 다른 실시예를 도시한 종단면도.
도 5는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버의 또 다른 실시예를 도시한 종단면도.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버의 챔버 몸체를 도시한 종단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버의 탄소나노튜브를 도시한 종단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버를 도시한 종단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버의 다른 실시예를 도시한 종단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버의 또 다른 실시예를 도시한 종단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버는 열확산재를 포함하는 열확산 부재(1)와 상기 열확산 부재(1)의 양면에 배치되어 초음파 융착에 의해 가장자리가 상호 접합되는 챔버 몸체(2)와 상기 챔버 몸체(2)의 일면에 배치되는 접착부재(3)와 상기 접착부재(3)에 의해 부착되어 발열원(10)으로부터 전달되는 열에 의해 입자가 진동됨으로써 열에너지를 운동에너지로 전환시키기 위한 탄소나노튜브(4)와 상기 챔버 몸체(2)의 일면에 부착된 탄소나노튜브(4)를 덮는 커버(5)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 챔버 몸체(2)의 하부에는 발열원(10)에 부착하기 위한 접착층을 더 포함하여 구성될 수도 있으며, 접착층에 열확산재가 혼합되어 구성될 수도 있다.

이때, 상기 탄소나노튜브(4)는 접착부재(3)에 의해 일단부나, 측면이 부착된 상태로 열에너지를 전달받으면, 탄소나노튜브(4)는 포논 전도에 의해 격자진동이 발생하면서 전달받은 열에너지를 운동에너지로 전환시켜 챔버 몸체(2) 및 열확산 부재(1)를 통해 확산되는 열에너지 중 일부를 해소시키게 된다.

또한, 상기 열확산 부재(1)는 BN, AlN, MgO, Al₂O₃, SiC, Al(OH)₃, 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있으며, 폴리이미드 필름을 질소 또는 불활성 분위기에서 탄화시킨 후 롤러로 압착시켜 1~50㎛의 두께를 가지는 얇은 필름 형태로 구성됨이 가장 바람직하다.

또한, 상기 열확산 부재(1)는 양면에 금속 도금층(6)이 형성되고, 상기 챔버 몸체(2)는 초음파 융착에 의해 금속 도금층(6)에 면접합되도록 구성된다.

보다 상세하게는, 열확산 부재(1)와 챔버 몸체(2) 사이는 초음파 융착이 불가능한 이종 소재로 들뜸이 발생되므로 열확산 부재(1)와 챔버 몸체(2) 사이가 융착될 수 있도록 열확산 부재(1)의 양면에 금속 도금층(6)을 일체로 형성한 후 챔버 몸체(2)를 금속 도금층(6)에 융착시켜 금속 도금층(6) 전체 면이 챔버 몸체(2)와 완전히 밀착되도록 일체로 형성시키는 것이다.

이때, 상기 챔버 몸체(2)는 4~200㎛의 두께를 가지는 구리 소재로 구성되고, 상기 금속 도금층(6)은 챔버 몸체(2)와의 초음파 융착 및 열확산 부재(1)와의 접합력을 고려하여 구리 소재로 전해 도금에 의해 0.01~10㎛로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 접착부재(3)는 챔버 몸체(2)의 일면에 소정의 면적으로 접착제가 직접 도포되어 형성되거나, 양면에 접착제가 배치된 필름이 부착되도록 구성될 수도 있다.

또는, 상기 챔버 몸체(2)의 상면에 탄소나노튜브(4) 및 접착제가 혼합된 수용액을 도포한 후 건조시켜 탄소나노튜브(4)가 직접적으로 챔버 몸체(2)의 상면에 부착되도록 실시될 수도 있다.

또는, 상기 접착부재(3)의 상면에 탄소나노튜브(4)가 혼합된 수용액을 도포한 후 건조시켜 탄소나노튜브(4)가 챔버 몸체(2) 또는 접착부재(3)의 상면에 부착되도록 실시될 수도 있다.

이때, 수용액이 완전히 건조되지 않은 상태에서 커버(5)가 덮어짐으로써, 커버(5)에 의해 밀폐되어 발열원으로부터 전달되는 열에 의해 수용액이 탄소나노튜브(4)로부터 증발과 응축을 반복하도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 접착부재(3)에 부착되는 탄소나노튜브(4)는 도 3에 도시된 바와 같이, 자기장 또는 전기장을 인가하여 챔버 몸체(2)의 일면에 수직한 방향으로 배향되도록 구성될 수도 있다.

이와 같이, 수직하게 배향된 탄소나노튜브(4)는 전달받은 열에너지에 의해 보다 효과적으로 진동됨으로써, 운동에너지로의 전환 효율이 더 높아지게 된다.

또는, 상기 커버(5)가 탄소나노튜브(4)가 담겨진 합성 수지로 구성된 포켓형태로 구성되어 상기 챔버 몸체(2)의 상면에 부착될 수도 있다.

도 4에 도시된 다른 실시예와 같이, 상기 챔버 몸체(2)는 열확산 부재(6)와 접하는 면에 길이방향을 따라 복수 개의 유로(8)가 소정의 깊이로 형성되어 챔버 몸체(2)와 열확산 부재(6)의 금속 도금층(6)이 접합된 후 유로(8)에 작동 유체가 충진되도록 구성될 수도 있다.

특히, 열확산 부재(6)의 양면에 형성된 금속 도금층(6)이 챔버 몸체(2)와 접합됨으로써, 작동 유체가 유로(8)를 벗어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또 다른 실시예로써, 방열 표면적을 늘리면서, 챔버 몸체(2)와 열확산 부재(1)의 금속 도금층(6)과의 접합력을 높이기 위해 챔버 몸체(2)가 열확산 부재(1)의 양면에 접합된 이후 프레스 또는 롤에 의한 가압으로 챔버 몸체(2)는 외면에 길이방향을 따라 복수 개의 골이 소정의 깊이로 형성될 수도 있다.

이후, 챔버 몸체(2)의 일면에 탄소나노튜브(4)가 접착부재(3)를 통해 부착되고, 4~200㎛의 두께를 가지는 수지 필름 또는 금속 소재의 커버(5)를 통해 탄소나노튜브(4)를 덮어주게 된다.

이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

1 : 열확산 부재
2 : 챔버 몸체
3 : 접착부재
4 : 탄소나노튜브
5 : 커버
6 : 금속 도금층
7 : 골
8 : 유로
10: 발열원

Claims (8)

1. 열확산재를 포함하는 열확산 부재와;
   상기 열확산 부재의 양면에 배치되어 초음파 융착에 의해 가장자리가 상호 접합되는 챔버 몸체와;
   상기 챔버 몸체의 일면에 배치되는 접착부재와;
   상기 접착부재에 의해 부착되어 발열원으로부터 전달되는 열에 의해 입자가 진동됨으로써 열에너지를 운동에너지로 전환시키기 위한 탄소나노튜브와;
   상기 챔버 몸체의 일면에 부착된 탄소나노튜브를 덮는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는
   탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 열확산 부재는 양면에 금속 도금층을 더 포함하며,
   상기 챔버 몸체는 초음파 융착에 의해 금속 도금층에 면접합되는 것을 특징으로 하는
   탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 금속 도금층은
   구리 소재로 전해 도금에 의해 0.01~10㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는
   탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 탄소나노튜브는
   자기장 또는 전기장을 인가하여 챔버 몸체의 일면에 수직한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는
   탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 열확산 부재의 양면에 배치되어 접합된 챔버 몸체는 외면에 길이방향을 따라 복수 개의 골이 소정의 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는
   탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 챔버 몸체는 열확산 부재와 접하는 면에 길이방향을 따라 복수 개의 유로가 소정의 깊이로 형성되어 챔버 몸체와 열확산 부재의 접합 후 유로에 작동 유체가 충진되는 것을 특징으로 하는
   탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 탄소나노튜브는 수용액에 혼합되어 도포된 후 수용액을 건조시켜 접착부재에 부착되는 것을 특징으로 하는
   탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 탄소나노튜브는 수용액에 혼합되어 도포되고, 수용액이 완전히 건조되지 않은 상태로 커버에 의해 밀폐되어 발열원으로부터 전달되는 열에 의해 수용액이 탄소나노튜브로부터 증발과 응축을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 하는
   탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버.
   

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