KR102595596B1 - 히트싱크 장치 - Google Patents
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Abstract
히트싱크 장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 히트싱크 장치는: 발열모듈의 열이 전도되도록 금속 재질로 형성되는 열전달부; 및 열전달부에 연결되고, 열전달부에서 전도된 열을 방열하도록 열전도성 수지로 형성되고, 열전달부에 사출 성형에 의해 접합되는 방열핀부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 히트싱크 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중량을 감소시키고, 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 히트싱크 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광모듈은 전원이 공급됨에 따라 광을 조사한다. 발광모듈은 광을 조사하는 발광소자와, 발광소자가 실장되는 회로기판을 포함한다. 회로기판에는 발광소자에서 발생되는 열기를 방열하도록 히트싱크가 접촉되게 설치된다. 히트싱크는 열전도성이 우수한 금속성 재질로 형성된다.
그러나, 종래에는 히트싱크가 금속성 재질로 형성되므로, 조명부품의 중량이 증가되었다. 조명부품의 중량이 증가됨에 따라 차량 등의 경량화에 저해되는 요인으로 작용한다.
또한, 통상적인 알루미늄 압출소재로 제조되는 히트싱크는 회로기판의 상면 또는 하면에 수직한 방향으로 접촉되므로, 히트싱크의 열전달방향 및 방열방향이 회로기판의 두께방향을 따라 형성된다. 따라서, 전장부품의 두께가 증가하게 되는 단점이 있다.
또한, 히트싱크가 회로기판의 두께방향으로 방열됨에 따라 히트싱크의 설계 자유도가 저하될 수 있으므로, 부품의 설계시 히트싱크가 회로기판의 두께방향과 다른 방향으로 방열할 수 있도록 설계자유도를 향상시키기 위한 방안이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 중량을 감소시키고, 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 히트싱크 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 히트싱크 장치는: 발열모듈의 열이 전도되도록 금속 재질로 형성되는 열전달부; 및 상기 열전달부에 연결되고, 상기 열전달부에서 전도된 열을 방열하도록 열전도성 수지로 형성되고, 상기 열전달부에 사출 성형에 의해 접합되는 방열핀부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열전달부의 접합 계면에는 1.0-10㎛의 중심선 평균 조도(Ra) 및 10-100㎛의 10점 평균 조도(Rz)를 형성하는 표면처리부가 형성될 수 있다.
상기 열전달부의 일면에 상기 방열핀부가 접합될 수 있다.
상기 열전달부는 50-400W/mㆍk의 등방성 열전도도를 가질 수 있다.
상기 방열핀부는 2-50W/mㆍk의 인플레인 열전도도를 가질 수 있다.
상기 방열핀부는 고분자수지와 열전도성 충진재를 포함하고, 상기 고분자수지는 폴리아마이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 액정폴리머, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 아크릴, 에폭시 중 하나 이상을 포함하고, 상기 열전도성 충진재는 탄소섬유, 스테인리스 스틸 섬유 중 하나 이상의 섬유형 충진재와, 인조흑연, 팽창흑연, 그래핀, 카본블랙, 탄소나노튜브, 실리콘 카바이드, 보론나이트라이드, 알루미늄옥사이드 중 하나 이상의 분말형 충진재를 포함할 수 있다.
상기 방열핀부는 비중이 1.05-1.6이고, 인장강도가 80Mpa 이상이고, 굴곡강도가 120MPa 이상이고, 굴곡탄성률이 13000MPa 이상을 가질 수 있다.
상기 방열핀부와 상기 열전달부의 접합면적은 상기 방열핀부의 외부 면적의 5-70%일 수 있다.
상기 열전달부와 상기 방열핀부의 면지향각은 90-180°일 수 있다.
상기 히트싱크 장치는 상기 열전달부에 적층되고, 상기 발열모듈에서 발생되는 열을 상기 열전달부에 전달하는 열전도층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 방열핀부가 열전도성 수지로 형성되므로, 히트싱크 장치의 중량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 히트싱크 장치가 적용되는 장치를 경량화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 열전달부의 접합 계면에 표면처리부가 형성되므로, 열전달부와 방열핀부의 사출 성형시 방열핀부가 열전달부의 표면처리부에 보다 긴밀하게 밀착될 수 있다. 또한, 방열핀부와 열전달부의 접합력을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치의 열전달부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치의 열전달부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크 장치를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 히트싱크 장치의 실시예들을 설명한다. 히트싱크 장치를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치의 열전달부를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 장치는 열전달부(110) 및 방열핀부(120)를 포함한다.
발열모듈(10)은 광을 조사하는 발광소자(11)와, 발광소자(11)가 실장되는 회로기판(13)을 포함한다. 발광소자(11)로는 엘이디 소자를 적용할 수 있다. 발광소자(11)에서 발생되는 열은 회로기판(13)으로 전달된다. 발열모듈(10)은 엘이디 발광모듈 이외에도 모스펫(MOSFET), 집적회로 등 다양한 모듈이 적용될 수 있다.
열전달부(110)는 발열모듈(10)의 열이 전도되도록 금속 재질로 형성된다. 열전달부(110)는 평판 형태로 형성되거나, 평판을 포함하는 다양한 형태로 형성되고, 열전달부(110)의 평판상에 발열모듈(10)이 접합된다.
방열핀부(120)는 열전달부(110)에 연결되고, 열전달부(110)에서 전도된 열을 방열하도록 열전도성 수지로 형성된다. 방열핀부(120)가 열전도성 수지로 형성되므로, 히트싱크 장치의 중량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 히트싱크 장치가 적용되는 장치를 경량화시킬 수 있다.
방열핀부(120)는 열전달부(110)가 연결되는 방열바디(121)와, 방열바디(121)의 일측에 복수개 돌출되는 방열핀(125)을 포함한다. 방열핀(125)은 방열면적을 증가시키는 한 다양한 형태가 적용될 수 있다.
열전달부(110)와 방열핀부(120)는 사출 성형에 의해 접합된다. 따라서, 열전달부(110)와 방열핀부(120)이 고온 고압에 의해 밀착되므로, 열전달부(110)와 방열핀부(120)의 열전달 성능이 향상될 수 있다. 또한, 열전달부(110)와 방열핀(125)의 접합력이 증가되므로, 열전달부(110)의 단부 측에 방열핀부(120)를 고정시킬 수 있다.
열전달부(110)의 접합 계면에는 1.0-10㎛의 중심선 평균 조도(Ra) 및 10-100㎛의 10점 평균 조도(Rz)를 형성하는 표면처리부(113)가 형성된다. 표면처리부(113)는 접합 계면을 화학적으로 표면처리하여 표면 거칠기를 증가시킴에 의해 형성된다. 열전달부(110)의 접합 계면에 표면처리부(113)가 형성되므로, 열전달부(110)와 방열핀부(120)의 사출 성형시 방열핀부(120)가 열전달부(110)의 표면처리부(113)에 보다 긴밀하게 밀착될 수 있다. 또한, 방열핀부(120)와 열전달부(110)의 접합력을 증가시킬 수 있다. 여기서, 중심선 평균 조도(Ra)(center line average height)는 중심선에서 표면의 단면 곡선까지 길이의 절대값들의 평균을 의미한다. 또한, 10 점 평균 조도(Rz)(ten point median height)는 제일 높은 봉우리에서부터 5번째 봉우리까지의 평균 높이와, 가장 낮은 골에서 5번째 골까지의 평균 깊이 사이의 거리를 의미한다.
열전달부(110)의 일면(111)(예: 상면)에 방열핀부(120)가 접합된다. 이때, 열전달부(110)의 일면(111)과 단부가 방열핀부(120)의 방열바디(121)의 일면(121a)에 접촉될 수 있다. 또한, 방열바디(121)의 일면(121a)에는 열전달부(110)의 하면을 지지하도록 서포터부(123)가 형성된다. 또한, 방열바디(121)의 일면(121a)에는 열전달부(110)의 표면처리부(113)에 접합되는 접합리브(124)가 형성된다. 열전달부(110)의 접합 계면에 1.0-10㎛의 중심선 평균 조도(Ra) 및 10-100㎛의 10점 평균 조도(Rz)를 형성하는 표면처리부(113)가 형성되므로, 접합 계면의 거칠기가 증가하여 방열핀부(120)와 열전달부(110)의 미세 결합 부위의 증가에 따라 접합력이 증가된다. 따라서, 열전달부(110)의 일면(111)에만 방열핀부(120)를 접합하더라도 방열핀부(120)가 열전달부(110)에서 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 표면처리부(113)는 방열핀부(120)와의 접촉면적을 증가시키므로, 열전달부(110)와 방열핀부(120)의 열교환 효율이 증대될 수 있다.
열전달부(110)는 50-400W/mㆍk의 인플레인 열전도도를 갖는다. 열전달부(110)가 금속재질로 제작되고, 금속재질은 표면과 두께방향으로 열전도도가 동일한 등방성을 가지는 주조, 압출 공법을 통해 제조된 것일 수 있다.
열전달부(110)가 50W/mㆍk 미만의 인플레인 열전도도를 갖는 경우, 발열모듈(10)의 발열량이 방열핀부(120)로 전달되기 어려워 발열모듈(10)이 과열됨에 따라 오작동을 일으킬 수 있다. 따라서, 50W/mㆍk 미만의 열전도도를 갖는 열전달부(110)가 발열모듈(10)의 냉각장치로 사용되기 어렵다. 또한, 열전달부(110)가 400W/mㆍk 초과의 인플레인 열전도도를 가지는 경우, 발열모듈(10)의 방열 성능이 거의 향상되지 않는다. 따라서, 열전달부(110)가 50-400W/mㆍk의 인플레인 열전도도를 갖는 것이 바람직하다.
방열핀부(120)는 2-50W/mㆍk의 인플레인 열전도도를 갖는다. 방열핀부(120)가 열전도성 수지로 제작되고, 열전도성 수지는 표면에서 열전도도가 가장 높으므로, 열전도성 수지에서 인플레인 열전도도를 적용한다.
방열핀부(120)가 2W/mㆍk 미만의 인플레인 열전도도를 갖는 경우, 열전달부(110)에 의해 전도되는 열기가 방열핀부 표면에 고르게 전달되기 어려우므로 방열성능이 저하될 수 있다. 따라서, 2W/mㆍk 미만의 열전도도를 갖는 방열핀부(120)가 발열모듈(10)의 방열장치에 사용되기 어렵다. 또한, 방열핀부(120)가 50W/mㆍk 초과의 인플레인 열전도도를 가지는 경우, 열전달부(110)의 열전도 성능이 거의 향상되지 않는다. 따라서, 방열핀부(120)가 2-50W/mㆍk의 인플레인 열전도도를 갖는 것이 바람직하다.
방열핀부(120)는 고분자수지와 열전도성 충진재를 포함한다. 고분자수지는 폴리아마이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 액정폴리머 중 하나 이상을 포함한다. 또한, 열전도성 충진재는 탄소섬유, 스테인리스스틸 섬유 중 하나 이상의 섬유형 충진재와, 인조흑연, 팽창흑연, 카본블랙, 탄소나노튜브, 실리콘 카바이드, 보론나이트라이드, 알루미늄옥사이드 중 하나 이상의 분말형 충진재를 포함한다.
방열핀부(120)는 고분자수지와 열전도성 충진재를 포함하므로, 방열핀부(120)의 중량을 감소시키면서도 방열핀부(120)의 열전도성을 필요한 정도로 확보할 수 있다. 고분자수지의 성분과 열전도성 충진재의 성분은 방열핀부(120)의 설계 중량과 열전도성을 감안하여 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 히트싱크 장치가 적용되는 기기들의 환경 등을 고려하여 고분자수지의 성분과 열전도성 충진재의 성분이 결정될 수 있다.
방열핀부(120)는 인장강도가 80Mpa 이상이고, 굴곡강도가 120MPa 이상이고, 굴곡탄성률이 13000MPa 이상을 갖는 것이 바람직하다. 상기 3종의 재료 물성 중 하나라도 부족한 경우, 강성이 부족하고, 내충격성이 저하되어 제품으로 부적합할 수 있다.
방열핀부(120)는 1.05-1.6의 비중을 갖는다. 이때, 고분자수지가 상대적으로 비중이 낮고, 열전도성 충진재의 비중이 상대적으로 높으므로, 방열핀부(120)의 중량을 감소시키면서 열전도성을 확보하기 위해 열전도성 충진재의 함량을 조절하여 방열핀부(120)의 비중을 1.05-1.6으로 하는 것이 바람직하다. 비중이 1.05 미만이면, 방열핀부(120)에 요구되는 열전도도가 충분하지 않으며, 방열 성능이 저하되게 되고, 비중이 1.6 초과이면 강성이 부족해지게 되어 제품으로 부적합해진다.
방열핀부(120)와 열전달부(110)의 접합면적은 방열핀부(120)의 외부 면적의 5-70%로 한다. 방열핀부(120)와 열전달부(110)의 접합면적이 5% 미만인 경우, 열전달부(110)의 열이 방열핀부(120)에 전달되기 어렵고, 접합력이 부족하여 쉽게 파손될 수 있다. 또한, 방열핀부(120)와 열전달부(110)의 접합면적이 70% 초과인 경우, 방열핀부(120)의 방열효율이 접합면적을 증가시키더라도 거의 향상되지 않으며, 히트싱크의 중량이 증가된다. 따라서, 방열핀부(120)와 열전달부(110)의 접합면적이 방열핀부(120)의 외부 면적의 5-70% 범위인 것이 바람직하다.
열전달부(110)와 방열핀부(120)의 면지향각은 90°-180°로 형성된다. 열전달부(110)와 방열핀부(120)의 면지향각은 90°-180°로 형성되므로, 열전달부(110)와 방열핀부(120)의 방열 경로를 다양하게 변경할 수 있다. 면지향각은 방열바디(121)의 일면(121a)과 열전달부(110)의 일면(111) 사이의 경사각을 의미한다. 열전달부(110)와 방열핀부(120)의 면지향각이 90°-180°로 형성되므로, 전장부품의 설계가 히트싱크 장치의 방열 경로에 구속되지 않는다. 따라서, 전장부품의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크 장치에 관해 설명하기로 한다. 다른 실시예는 일 실시예에 비해 열전도층을 제외하고는 실질적으로 동일하므로, 다른 실시예에서는 동일한 구성에 관한 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크 장치를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 히트싱크 장치는 열전달부(110), 방열핀부(120) 및 열전도층(130)을 포함한다. 열전달부(110) 및 방열핀부(120)는 상술한 바와 같으므로, 그 설명을 생략한다.
열전도층(130)은 열전달부(110)에 적층되고, 발열모듈(10)에서 발생되는 열을 열전달부(110)에 전달한다. 열전도층(130)은 발열모듈(10)을 열전달부(110)에 전달하는 열전달 매개체인 박막층이므로, 발열모듈(10)이 열전달부(110)에 직접 접촉되지 않더라도 열전달이 용이해질 수 있다. 또한, 열전도층(130)은 발열모듈(10)과 열전달부(110)을 전기적으로 절연한다. 따라서, 발열모듈(10)의 절연성을 증가시킬 수 있다.
열전도층(130)은 열전도성 충진재를 포함하고, 열전도성 충진재는 탄소섬유, 스테인리스스틸 섬유 중 하나 이상의 섬유형 충진재와, 인조흑연, 팽창흑연, 그래핀, 카본블랙, 탄소나노튜브, 실리콘 카바이드, 보론나이트라이드, 알루미늄옥사이드 중 하나 이상의 분말형 충진재를 포함한다.
열전도성 충전제가 열전도성이 우수하므로, 발열모듈(10)의 열이 열전도성 충전제를 매개로 열전달부(110)에 신속하게 전달될 수 있다. 발열모듈(10)의 열전달 성능이 향상됨에 따라 발열모듈(10)이 과열되는 것을 방지할 수 있다.
열전도층(130)은 발열모듈(10)과 열전달부(110)의 계면을 포함하는 일면 중에서 열전달부(110)의 일면(111) 중에서 50-100% 면적에 배치된다. 열전도층(130)이 50-100% 면적에 배치되는 경우, 열전도층(130)은 열전달부(110)의 일면(111) 중 절반에 배치된다. 열전도층(130)이 100% 면적에 배치되는 경우, 열전도층(130)은 열전달부(110)의 일면(111) 전체에 배치된다. 한편, 열전도층(130)은 발열모듈(10) 면에 대해서는 전체면적에 배치되는 것이 바람직하다. 열전도층(130)의 면적은 발열모듈(10)의 크기와 발열량에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 발열모듈 11: 발광소자
13: 회로기판 110: 열전달부
113: 표면처리부 120: 방열핀부
121: 방열바디 123: 서포터부
124: 접합리브 125: 방열핀
130: 열전도층
13: 회로기판 110: 열전달부
113: 표면처리부 120: 방열핀부
121: 방열바디 123: 서포터부
124: 접합리브 125: 방열핀
130: 열전도층
Claims (10)
- 발열모듈의 열이 전도되도록 금속 재질로 형성되고, 접합 계면에 설정 조도의 표면처리부가 형성되는 열전달부; 및
상기 열전달부에 연결되고, 상기 열전달부에서 전도된 열을 방열하도록 열전도성 수지로 형성되고, 상기 열전달부에 사출 성형에 의해 접합되는 방열핀부;를 포함하고,
상기 방열핀부는,
상기 열전달부가 연결되는 방열바디;
상기 방열바디 상에 형성되고, 일측에서 상기 열전달부의 표면처리부에 접합되는 접합리브; 및
상기 방열바디 상에 형성되고, 타측에서 상기 열전달부를 지지하는 서포터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 표면처리부는 1.0-10㎛의 중심선 평균 조도(Ra) 및 10-100㎛의 10점 평균 조도(Rz)를 형성하는 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 열전달부의 일면에 상기 방열핀부가 접합되는 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 열전달부는 50-400W/mㆍk의 열전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 방열핀부는 2-50W/mㆍk의 인플레인 열전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 방열핀부는 고분자수지와 열전도성 충진재를 포함하고,
상기 고분자수지는 폴리아마이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 액정폴리머, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 아크릴, 에폭시 중 하나 이상을 포함하고,
상기 열전도성 충진재는 탄소섬유, 스테인리스스틸 섬유 중 하나 이상의 섬유형 충진재와, 인조흑연, 팽창흑연, 그래핀, 카본블랙, 탄소나노튜브, 실리콘 카바이드, 보론나이트라이드, 알루미늄옥사이드 중 하나 이상의 분말형 충진재를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 방열핀부는 비중이 1.05-1.6이고, 인장강도가 80Mpa 이상이고, 굴곡강도가 120MPa 이상이고, 굴곡탄성률이 13000MPa 이상인 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 방열핀부와 상기 열전달부의 접합면적은 상기 방열핀부의 외부 면적의 5-70%인 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 열전달부와 상기 방열핀부의 면지향각은 90-180°인 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 열전달부에 적층되고, 상기 발열모듈에서 발생되는 열을 상기 열전달부에 전달하는 열전도층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크 장치.
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| KR1020160111790A KR102595596B1 (ko) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | 히트싱크 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020160111790A KR102595596B1 (ko) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | 히트싱크 장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20180025479A KR20180025479A (ko) | 2018-03-09 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011061157A (ja) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Starlite Co Ltd | Ｌｅｄ用ヒートシンク及び自動車用ｌｅｄランプ |
| JP2014203534A (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-27 | カルソニックカンセイ株式会社 | ヒートシンク |
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| KR20130059655A (ko) * | 2011-11-29 | 2013-06-07 | (주) 유원컴텍 | 엘이디 램프용 히트싱크 |
-
2016
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