KR20010066771A

KR20010066771A - 전자부품 냉각장치

Info

Publication number: KR20010066771A
Application number: KR1020000020672A
Authority: KR
Inventors: 전형환; 이경호; 권재웅
Original assignee: 이형도; 삼성전기주식회사
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2001-07-11

Abstract

본 발명은 전자부품의 냉각장치에 있어서, 열을 발생시키는 소형의 전자부품에 일체로 결합될때 이를 냉각시키는 전자부품 냉각장치에 관한 것으로서 그 기술적인 구성은, 냉각팬의 하부에 위치토록 되면서 히트싱크의 상측면에 돌출토록 설치되는 내부 냉각핀을 유선형상으로 설치하여 공기의 저항을 최소화 하고, 상기 내부 냉각핀에 연결되는 외부 냉각핀의 수를 증가시켜 냉각면적을 확대시킴으로써 전자부품의 냉각효율을 극대화 하도록 하는 것을 요지로 한다

Description

전자부품 냉각장치{COOLING APPARATUS FOR ELECTRON-PARTS}

본 발명은 퍼스널 컴퓨터등의 내측인 한정된 공간내에 설치되는 CPU나 VGA칩등에서 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 CPU등에 일체로 결합되는 냉각장치에 있어서, 히트싱크에 일체로 설치되어 냉각팬의 하부에 위치토록 되는 내부 냉각핀을 유선형상으로 설치하고, 상기 내부 냉각핀에 일정비율을 갖도록 연결되는 외부 냉각핀의 수를 증가시킴으로써 냉각면적을 확대시켜 전자부품의 냉각효율을 극대화 하는 전자부품 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 알려져 있는 발열 전자부품의 냉각장치는, 크게 자연냉각식과 강제냉각식으로 구분되고, 자연적인 공기의 흐름(대류)을 이용하는 자연 냉각식은, 구동시 열을 발생시키는 발열 전자부품을 다수의 냉각핀이 일측면에 일체로 돌출 형성되어 공기와의 접촉면적을 확대토록 하는 히트싱크에 밀착시킴으로써 발열 전자부품에서 전달되는 열을 접촉되는 히트싱크의 냉각핀에 의해 냉각시켜 발열 전자부품을 냉각시키게 되는 것이다.

또한, 냉각팬의 구동에 의해 외부의 공기를 강제 유입시키는 강제냉각식은, 동작시 열을 발생시키는 발열 전자부품을 냉각팬이 상측에 설치되면서 하부에 다수의 냉각핀이 일체로 형성되어 공기와의 접촉면적을 확대토록 하는 히트싱크에 접촉시키고, 이때 히트싱크에 장착되는 냉각팬의 회전시 외부 공기를 냉각핀에 강제로 접촉시켜 발열 전자부품에서 히트싱크의 냉각핀에 전달되는 열을 냉각시키게 되는 것이다.

이와같은 기술과 관련된 종래의 냉각장치는 도1에 도시한 바와같이, 발열 전자부품(51)의 상측에 밀착되는 히트싱크(53)의 상측으로 대각선 방향에서 상호 대칭토록 다수의 내측 냉각핀(55)이 원주방향으로 길게 호 형상으로 형성되어 외경측을 향하여 복수개 형성되고, 그 일단부가 히트싱크(53)의 네 모서리부 좌우측면에 형성되는 외부냉각핀(56)이 수직및 수평방향으로 형성된다.

이때, 일반적인 강제 냉각식에서와 같이 히트싱크(53)의 상측에 고정자(미도시)가 결합되어 그 내측에 코일(미도시)이 일체로 설치되고, 상기 코일의 내측에 베어링(미도시)이 결합되어 그 내측에 냉각팬(미도시)이 고정되는 구성으로 이루어 진다.

상기와 같은 냉각장치는, 코일에 전원의 공급시 코일과 고정자와의 상호 작용에 의해 냉각팬을 회전시키며, 이때 상기 냉각팬은 외부공기를 히트싱크(53)의 상측에서 유입시켜 발생되는 공기의 유동에 의해 다수의 냉각핀(55)(56)을 냉각시키면서 히트싱크(53)의 측면으로 배출토록 하고, 이에 의하여 발열 전자부품(51)에 밀착되는 히트싱크(53)의 내,외부냉각핀(55)(56)에 전달되는 전자부품(51)의 열을 냉각팬에 의한 공기의 강제순환을 통하여 냉각시키게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 냉각장치는, 냉각용량을 증가시키기 위하여 유량및 정압을 증가시켜야 하나 이를 해결하기 위하여는 전력소비가 증가하고, 유량 및 정압상승을 위하여 냉각팬의 크기를 확대시키거나 회전수를 증가시킴으로써 이에따라 소음이 증가함은 물론 냉각팬의 부피증가로 히트싱크의 크기가 증가하여 설치공간의 제약이 발생하는 등의 문제점들이 있었던 것이다.

또한, 냉각면적을 확대토록 내,외부냉각핀(55)(56)의 면적을 확대시킬경우 냉각핀(55)(56)에 의하여 공기의 유동이 원활하게 이루어 지지 못하여 냉각효율이 저하되고, 다수의 호가 외측으로 향하여 형성되는 내부냉각핀(55)의 구성에 의해 균일한 냉각이 힘들게 되어 냉각 불량에 의한 전자부품(51)의 성능저하를 가져오게 되는 등의 문제점들이 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 개선시키기 위한 것으로서 그 목적은, 유선형의 냉각핀에 의해 공기 유동을 원활하게 하여 냉각용량을 증가시킴은 물론 소음을 최소화 하며, 유량및 정압상승을 증가시키고, 단위 용량당 전력소비를 최소화 하며, 공기의 유동을 원활하게 하여 냉각효율을 향상시키고, 균일한 냉각에 의해 전자부품의 성능저하 현상을 미연에 방지하는 발열 전자부품 냉각장치를 제공하는데 있다.

도1은 종래의 전자부품 냉각용 히트싱크를 도시한 상태도

도2는 본 발명에 따른 전자부품 냉각장치를 도시한 개략도

도3은 본 발명에 따른 냉각장치를 도시한 분해 상태도

도4는 본 발명에 따른 냉각장치의 히트싱크를 도시한 개략도

도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크를 도시한 개략도

도6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 히트싱크를 도시한 개략도

도7 A,B는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 히트싱크를 도시한 요부 개략도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1...전자부품 2...히트싱크

4...내부 냉각핀 8...냉각팬

11...외부 냉각핀 15...요철부

27...보조 냉각핀

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 전자부품의 상측에 접합되는 히트싱크의 상측으로 고정자가 장착토록 고정자 안착부를 형성하여 그 외측에 냉각핀을 설치하고, 상기 고정자의 내측에 냉각팬이 삽입되는 전자부품 냉각장치에 있어서,

상기 히트싱크의 상측으로 내경측에서 외경측을 향하여 유선형상인 다수의내부 냉각핀이 방사상으로 형성되는 제1냉각부와,

상기 내부 냉각핀에 일단이 일정비율로 연결되는 다수의 외부 냉각핀이 내부냉각핀의 외측으로 설치되는 제2냉각부를 포함하는 구성으로 이루어진 전자부품 냉각장치를 마련함에 의한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 전자부품 냉각장치를 도시한 개략도이고, 도3은 본 발명에 따른 냉각장치를 도시한 분해 상태도이며, 도4및 도5는 본 발명에 따른 냉각장치의 히트싱크를 도시한 개략도로서 본발명은, 제1냉각부(20)와 상기 제1냉각부(20)에 일체로 연결되는 제2 냉각부(30)로서 이루어 진다.

전자부품(1)의 상측에 접합되는 히트싱크(2)의 상측으로 고정자(3)가 장착토록 고정자 안착부(9)를 형성하고, 상기 고정자(3)의 내측에 베어링 홀더(5) 및 코일(6)이 설치되며, 상기 베어링 홀더(5)의 내측에 베어링(7)을 개재하여 냉각팬(8)이 삽입된다.

상기 고정자 안착부(9)의 외측에 형성되는 제1 냉각부(20)는, 상기 고정자 안착부(9)에 내측단이 위치토록 돌출 설치되며 히트싱크(2)의 내경측에서 외경측을 향하여 유선형상인 다수의 내부 냉각핀(4)이 방사상으로 형성된다.

상기 제1 냉객부(20)에 연결 설치되는 제2 냉각부(30)는, 상기 내부 냉각핀(4)의 외측단부에 내부 냉각핀(4)과 일정비율로 연결되는 다수의 외부 냉각핀(11)이 히트싱크(2)의 상측면 4방향에 측면과 수직방향으로 일체로 각각 돌출 설치된다.

또한, 상기 내부 냉각핀(4)에 연결되는 외부 냉각핀(11)의 바람직한 연결비는 외부 냉각핀(11) 세개당 내부 냉각핀(4) 하나의 비율로 연결되는 구성으로 이루어 진다.

한편, 상기 고정자 안착부(9)가 형성되어 그 외측에 외경측을 향하여 유선형상인 다수의 내부 냉각핀(4)이 방사상으로 형성되고, 이때 상기 내부 냉각핀(4)이 높이 방향에서 유선형상으로 형성된다.

또한. 상기 내부 냉각핀(4)의 사이에 내부 냉각핀(4)과 동일 형상으로 형성되면서 그 외경측 단부가 외부냉각핀(4)의 내경측 단부와 일치토록 되는 보조냉각핀(27)이 일체로 형성된다.

더하여, 상기 고정자 안착부(9)의 상측면에 내부 냉각핀(4)의 사이에 위치토록 요철부(15)가 일체로 형성된다.

또한, 상기 고정자 안착부(9)의 상측면에 형성되는 내부 냉각핀(4)과 보조 냉각핀(27)의 사이에 위치토록 요철부(15)가 일체로 형성되는 구성으로 이루어 진다.

이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도2 내지 도7에 도시한 바와같이, 동작시 열을 발생시키는 발열 전자부품(1)의 상측에 다수의 내,외부 냉각핀(4)(11)이 일체로 돌출되는 히트싱크(2)가 결합되고, 상기 전자부품(1)에서 발열되는 열이 그 일측에 밀착토록 접합되는 히트싱크(2)및 상기 히트싱크(2)에 일체로 돌출되는 내,외부 냉각핀(4)(11)에 전달될때 냉각팬(8)의 구동에 의해 강제 유입되는 외부 공기를 통하여 내,외부 냉각핀(4)(11)이 냉각되어 전자부품(1)을 신속하게 냉각시키게 된다.

이때, 상기 히트싱크(2)의 구성은, 상기 히트싱크(2)의 상측에 일체로 돌출 형성되는 내부 냉각핀(4)의 일측에 냉각팬(8)이 설치되는 고정자(3)가 장착토록 고정자 안착부(9)가 형성되어 스크류(미도시) 등에 의하여 히트싱크(2)와 냉각팬(8)이 장착되는 고정자(3)가 일체로 고정되고, 상기 고정자(3)에 전류의 인가시 냉각팬(8)이 회전되어 외부의 공기를 내부 냉각핀(4)을 향하여 유입시키는 강제송풍 방식에 의해 내부냉각핀(4)을 냉각시키게 된다.

그리고, 도3 및 도4에서와 같이, 상기 히트싱크(2)의 상측에 일체로 형성되면서 전자부품(1)의 열이 전달되는 내부 냉각핀(4)은, 냉각팬(8)에 의한 외부 공기의 유입시 공기가 용이하게 유동토록 유선형으로 형성되면서 방사상으로 위치되어 공기가 용이하게 유동토록 되어 이에따른 저항이 최소화되고, 상기 원활한 공기유동에 의해 최대 풍량의 증가및 소음과 열저항력을 저하시키게 된다.

또한, 상기 내부 냉각핀(4)의 단부에 내부 냉각핀(4)과 일정비율로 연결되는 다수의 외부 냉각핀(11)을 장경(長徑)이 내측을 향하도록 다시 말하면 히트싱크(2)의 각 측면과 수직방향을 갖도록 다수개 돌출 설치하여 냉각 면적을 확대 시킴으로써 발열 효과를 상승시키게 된다.

상기 내부 냉각핀(4)에 일정비율(바람직하게 로는 내부 냉각핀(4) 세개당 외부 냉각핀(11) 하나의 비율로 접촉토록 설치됨)에 의해 일체로 연결되는 외부 냉각핀(11)은, 히트싱크(2)의 각 측면의 수평선상에서 실질적으로 수직방향으로 위치토록 형성되어 유선형의 내부 냉각핀(4)과 일정 각도를 유지하면서 일체로 연결되어 내부 냉각핀(4)으로 부터 유입되는 공기에 의해 와류를 형성함으로써 냉각성능을 더욱 향상 시키게 된다.

이때, 상기 내부 냉각핀(4)은, 냉각팬(8)에 의한 공기의 유동방향과 반대방향으로 돌출부가 형성되면서 45°의 각도를 갖도록 형성되어 히트싱크(2) 내부로의 공기 흐름이 원활하게 유입됨과 동시에 와류의 발생을 촉진시켜서 냉각성능을 최대한 향상시키게 된다.

더하여, 도5에서와 같이, 상기 히트싱크(2)의 상측면에 유선형상으로 형성되어 방사상으로 배치되는 내부 냉각핀(4)은, 높이 방향이 유선형상으로 형성되어 냉각팬(8)에 의해 상측으로 부터 유입되는 공기의 흐름이 원활하게 되어 소음등을 방지하게 된다.

그리고, 도6에서와 같이, 상기 내부 냉각핀(4)의 사이에 위치토록 형성되면서 외부 냉각핀(11)의 사이에 삽입토록 그 상단부 두께가 외부냉각핀(11) 사이의 거리보다 적게 형성되고 내부 냉각핀(4)과 동일 형상으로 형성되는 보조 냉각핀(17)에 의해 냉각 면적을 극대화 시키고, 상기 보조 냉각핀(17)의 외경측 단부가 외부냉각핀(4)의 내경측 단부와 일치토록 설치되어 보조냉각핀(17)을 통하여흐르는 유체가 외부 냉각핀(11) 사이에 용이하게 유동토록 된다.

이에의하여, 상기 내부냉각핀(4)및 외부냉각핀(11)외에 별도의 접촉면인 보조냉각핀(17)이 일체로 형성토록 됨으로써 냉각성능을 향상시키게 된다.

더하여, 도7B에서와 같이, 상기 고정자안착부(9)의 상측인 내부 냉각핀(4) 사이의 저면에는 내부냉각핀(4) 및 이에 연결토록 되는 외부냉각핀(11)과 동일형상인 요철부(15)가 일체로 형성되어 공기와의 접촉면적을 증가시킴으로써 냉각성능을 향상 시키게 된다.

또한, 도7A에서와 같이, 상기 고정자안착부(9)의 상측인 내부 냉각핀(4)과 보조냉각핀(17)사이의 저면에는 내부냉각핀(4) 및 이에 연결토록 되는 외부냉각핀(11)과 동일형상인 요철부(15)가 일체로 형성되어 공기와의 접촉면적을 증가시킴으로써 냉각성능을 향상 시키게 된다.

그리고, 상기 내부 냉각핀(4)에 연결되는 외부 냉각핀(11)의 바람직한 연결비는 히트싱크(2)의 제품크기 40×40×7.5㎜에서 외부냉각핀(11) 3개당 내부 냉각핀(4) 하나의 비율로 연결되는 것이 좋고, 이는 내부 냉각핀(4)과 외부 냉각핀(11)의 연결비가 1;2일 경우 냉각 면적은 확대되나 내부 냉각핀(4)의 조밀한 배열로 공기저항이 증가되어 소음 및 소비전력이 증가되는 단점이 발생된다.

본 발명의 실시예에 따른 풍압-풍량 측정장치 및 배치는 KS B 6311(송풍기의 시험 및 검사방법)의 규격에 따랐으며, 냉각성능 평가항목중의 하나인 열저항 평가는 발열체(8W칩)온도, 히트싱크 표면온도 및 주위 공기온도를 열전대(Thermocouple)를 이용하여 계측하였다.

또한, 음량측정은 KSB 6361(송풍기, 압축기의 소음레벨 측정방법)과 KSA 0705(무향실(無響室) 또는 반무향실에서의 음향파워레벨 측정방법)에 준하여 암소음(暗騷音) 19㏈이하로 유지된 무향실에서 측정하였다.

이에따라, 본 발명을 종래의 기술과 비교검토하면,

냉각성능 데이터

PL 구분	열저항 비교	최대풍량비교
PL 구분	칩(Chip)온도(℃)	대기온도(℃)	열저항(℃/Ｗ)	기존샘플 대비 향상수준	최대풍량(ℓ/min)	기존샘플 대비 향상수준
종래 기술	53.4	23.3	3.76	23.4↓	64.5	11.6↑
본 발명	46.4	23.4	2.88	23.4↓	72.0	11.6↑

제품크기 40×40×7.5㎜이고, 고정자 안착부(9)를 형성토록 중심점에서 직경 19㎜ 지점에서 시작되는 호형상으로 방사상으로 위치되는 내부냉각핀(4)이 중심점에서 직경 37.5㎜를 갖는 지점에서 끝나도록 형성되는 내부냉각팬을 적용하였으며, 상기 내부냉각핀(4)에 연결되는 외부냉각핀(11)은, 상기 내부 냉각핀(4)이 끝나는 지점에서 40×40㎜의 면적을 갖는 히트싱크에 일체로 형성된다.

상기, 냉간팬의 회전수 5,000rpm 을 기준으로 최대풍량이 64.5ℓ/min 에서 72.0ℓ/min 으로 증가하여 평균 11.6가 상승하였다.

또한, 입력파워 8W 입력전압 5V를 기준으로 동작시 온도를 측정한 결과 3.76℃/W 에서 열저항은, 2.88℃/W 로 저하되어 열저항치가 기준대비 23.4가 감소되었다.

더하여, 입력파워 8W 입력전압 5V를 기준으로 동작시 작동 소음이 27.3㏈ 에서 26.1㏈로 1.2㏈ 감소 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 전자부품 냉각장치에 의하면, 유선형상으로 형성되는 냉각핀에 의해 냉각팬을 통하여 강제 유입되는 공기 유동을 원활하게 함으로써 냉각용량을 증가시킴은 물론 소음을 최소화 하며, 원활한 공기 유동에 의해 유량및 정압을 용이하게 상승시키고, 최소의 전력소비로 최대의 유량을 공급하여 단위 용량당 전력소비를 최소화 하며, 공기의 유동을 원활하게 하여 냉각효율을 향상시키고, 균일한 냉각에 의해 전자부품의 성능저하 현상을 미연에 방지토록 하는 등의 우수한 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.

Claims

공기의 강제유입에 의한 전자부품의 냉각장치에 있어서,

히트싱크(2)의 고정자 안착부(9)에서 외경측을 향하여 유선형상인 다수의 내부 냉각핀(4)이 설치되는 제1 냉각부(20)와,

상기 내부 냉각핀(4)과 연결되는 외부 냉각핀(11)이 히트싱크(2)의 각측면에서 실질적으로 수직방향으로 설치되는 제2냉각부(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치
제 1항에 있어서, 상기 히트싱크(2)의 상측에 형성되는 내부 냉각핀(4)은, 높이 방향이 유선형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치
제 1항에 있어서, 상기 내부 냉각핀(4)과 연결되는 외부냉각핀(11)은, 내부 냉각핀(4) 하나당 외부냉각핀(11) 세개의 비율로 연결되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치
제 1항에 있어서, 상기 히트싱크(2)의 상측면에 돌출되는 내부 냉각핀(4)은, 공기의 유동방향과 반대방향으로 45°경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치
제 1항에 있어서, 상기 히트싱크(2)의 상측면에 돌출되는 내부 냉각핀(4)은, 내부냉각핀(4) 사이에 중앙부에 보조냉각핀(27)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치
제5항에 있어서, 상기 내부 냉각핀(4) 사이에 설치되는 보조 냉각핀(27)은, 상단부 두께가 외부냉각핀(11) 사이의 삽입토록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치
제5항에 있어서, 상기 내부 냉각핀(4)의 내측면에 형성되는 보조냉각핀(27)은, 그 외경측 단부가 적어도 외부냉각핀(11)의 내경측 단부와 일치토록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치
제 5항에 있어서, 상기 보조냉각핀(27)이 일체로 형성되는 내부 냉각핀(4)과 외부냉각핀(11)은, 히트싱크(2)의 내경에서 외경측까지 연장되면서 내부냉각핀(4)및 외부냉각핀(11)과 동일형상의 호를 갖는 요철부(15)가 저면에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치
제 1항에 있어서, 상기 내부 냉각핀(4)과 외부 냉각핀(11)은, 내부 냉각핀(4)과 이에 연결되는 외부 냉각핀(11)과 동일형상의 호를 갖는 요철부(15)가 저면에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치