KR20010096750A - 발열소자의 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트싱크에 관한 것으로, 전자제품의 발열소자에 부착되어 상기 소자에서 발생하는 열을 방출하는 히트싱크의 열용량을 증가시켜, 상기 히트싱크의 온도가 상기 발열소자의 온도에 도달하는 시간이 지연되도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 내부에 축열부가 형성된 방열판과, 상기 방열판 주위에 방열면적을 넓히기 위한 방열핀이 형성된 발열소자의 히트싱크를 제공한다.

상기 방열판 내부에 형성된 축열부에는 상기 히트싱크의 열용량을 증가시키기 위해 비열이 높은 유체가 채워진다.

Description

발열소자의 히트싱크{heat sink of calorific element}

본 발명은 히트싱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자제품의 회로에 구비되는 콘덴서 등과 같은 부품소자에 부착되어 상기 소자에서 발생하는 열을 방출하는 히트싱크에 관한 것이다.

일반적으로 히트싱크는 고열이 발생되는 부품에 부착되어 그 열을 외부로 자연방출하는 장치이다.

특히, 상기 히트싱크는 전자제품에 사용되는 마이컴 또는 트랜지스터와 같은 소자에 부착되어, 상기 소자에서 발생하는 고열에 의해 상기 소자의 성능이 저하되거나 과열로 인해 상기 소자가 손상되는 것을 방지한다.

상기 히트싱크는 도 1에 도시된 바와 같이, 발열소자(10)에 부착되어 상기 발열소자(10)에서 발생하는 열을 흡수하여 신속하게 발산시킬 수 있도록 판상의 방열판(20)과, 상기 히트싱크의 방열면적을 넓혀 보다 많은 열이 방출되기 위해 상기 방열판(20)의 상면에 형성된 다수개의 방열핀(30)으로 구성된다.

상기 히트싱크는 상기 방열소자(10)에서 발생하는 열을 신속하게 발산시키도록 알루미늄과 같이 열전도율이 높은 재료로 구성된다.

전자제품의 작동시 발열소자(10)에서 발생하는 열은 상기 발열소자(10)에 부착된 히트싱크의 방열판(20)을 통해 상기 다수개의 방열핀(30)으로 전도된 후, 그 주위의 공기로 방출된다.

즉, 상기 히트싱크의 방열핀(30)에 의해 상기 발열소자(10)에서 발생하는 열의 방열면적이 넓어져, 이 열이 보다 신속하고 원활하게 방출되는 것이다.

그러나, 이와 같은 히트싱크는 다음과 같은 문제점을 나타내었다.

일바적인 히트싱크로 사용되는 알루미늄과 같은 금속은 열전도율이 상당히 높으며, 비열이 낮아 적은 열량에도 온도가 쉽게 상승한다.

따라서, 종래의 히트싱크는 열용량이 작아서 발열소자가 발열을 시작한 후 곧바로 발열소자의 온도와 일치하는 포화온도, 즉 시간이 지남에 따라 더이상 온도가 변하지 않는 정상상태의 온도에 도달하게 된다.

그러므로, 상기 발열소자에서 상기 히트싱크로의 전도에 의한 열전달이 더이상 발생하지 않아 상기 발열소자에서 발생하는 열이 충분히 방출되지 못하여, 상기 발열소자가 손상되는 문제점을 나타내었다.

또한, 전기밥솥에 구비되는 발열소자와 같이 제품의 작동 초기에 많은 열이 발생하는 발열소자의 방열을 위한 히트싱크를 설계함에 있어서, 작동 초기에 발생하는 열만을 고려해 히트싱크를 설계하는 것이 아니라, 포화온도를 고려해 필요 이상으로 큰 히트싱크를 설계해야 하는 문제점을 나타내었다.

즉, 1시간 동안 사용하는 제품에 구비되는 히트싱크와 10분 동안 사용하는 제품에 구비되는 히트싱크를 동일한 크기로 설계해야만 했다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 상기 히트싱크 주위에 팬을 설치하여 강제대류에 의해 상기 발열소자의 열이 방출될 수 있도록 하거나, 상기 히트싱크를 크게 제작하여 그 방열면적을 증가시켜야 하는데, 이는 상기 발열소자 및 히트싱크가 구비되는 전자제품의 가격을 상승시키고 상기 제품의 크기를 증가시키기 때문에 바람직한 해결방법이라 할 수 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 히트싱크의 열용량을 증가시켜 발열소자에서 발생하는 열에 의해 상기 히트싱크의 온도가 상기 발열소자의 온도와 같아지는 것이 지연시켜, 상기 발열소자에서 장시간 동안 발생되는 열을 보다 효과적으로 방출하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 발열소자 히트싱크의 구성을 보인 단면도.

도 2a는 본 발명에 따른 히트싱크의 구성을 나타낸 사시도.

도 2b는 도 2a의 I-I선 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 히트싱크의 다른 구성을 나타낸 단면도.

도 4는 축열부의 크기에 따른 히트싱크의 온도변화를 나타낸 그래프.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 방열판 30 : 방열핀

40 : 축열부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 발열소자에서 발생되는 열을 흡수하는 방열판 내부에, 히트싱크의 열용량을 증가시키기 위한 축열부가 구비된 것을 특징으로 하는 히트싱크를 제공한다.

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

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 발열소자(10)에서 발생하는 열을 흡수하여 저장할 수 있도록 소정의 높이(H)를 가지며 그 내부에 축열부(40)가 형성되어 상기 발열소자에 부착된 방열판(20)과, 히트싱크의 방열면적을 넓히기 위해 상기 방열판(20)의 상면에 형성된 다수개의 방열핀(30)으로 구성된다.

상기 발열소자(10)에서 발생된 열을 보다 많이 흡수하기 위해 상기 축열부(40)에는 물과 같이 비열이 큰 유체가 채워진다.

본 발명에 따른 히트싱크가 구비된 전기제품이 작동을 하면 상기 발열소자(10)에는 그 저항에 의해 열이 발생하며, 상기 히트싱크와의 온도차이에 의해 상기 발열소자(10)에서 발생된 열은 상기 발열소자(10)에 부착된 히트싱크의 방열판(20)으로 전도된다.

전도에 의해 상기 방열판(20)으로 전달된 열은 상기 방열판(20) 상면에 형성된 방열핀(30)으로 전달되어 그 주위의 공기로 방출된다.

발열소자(10)에서 히트싱크로 전도된 열에 의해 상기 히트싱크의 온도가 증가하여 그 주위의 공기와 온도차이가 생기고, 상기 발열소자(10)에서 발생되어 상기 히트싱크로 전도된 열은 이 온도차이에 의해 주위의 공기로 방출되는 것이다.

한편, 상기 히트싱크 방열판(20) 및 방열핀(30)의 높은 열전도율에 비해 그 주위의 공기가 가지는 열전달율은 낮고 상기 방열판(20) 및 방열핀(30)의 열용량 또한 매우 작아, 상기 히트싱크로 전달되는 열은 그 주위의 공기로 신속하게 방출되지 못하고 상기 히트싱크의 온도를 지속적으로 증가시킨다.

따라서, 상기 발열소자(10)에서 열이 장시간 발생되는 경우에는 상기 히트싱크의 온도와 상기 발열소자(10)의 온도가 같아져, 상기 발열소자(10)에서 발생하는 열은 더이상 히트싱크로 전달되지 못하므로, 상기 발열소자(10)는 이 열에 의한 손상을 입는다.

그러나, 본 발명에서와 같이 히트싱크의 방열판(20) 내부에 비열이 높은 유체를 채우면, 히트싱크의 열용량이 증가하여 상기 히트싱크의 온도가 포화온도까지 증가하는데 걸리는 시간이 길어진다.

즉, 상기 히트싱크의 온도를 높이는데 필요한 열의 양이 증가하므로, 상기 발열소자(10)에서 많은 열이 전도되어도 상기 히트싱크의 온도는 크게 증가하지 않는다.

이는, 상기 발열소자(10)에서 발생되어 히트싱크로 전도된 열의 일부가 상기 히트싱크 내의 축열부(40)에 채워진 비열이 높은 유체로 전달되기 때문이다.

상기 축열부(40)에 채워진 유체는 비열, 즉 단위 중량의 물체를 1。C 높이는데 필요한 열량이 높아서, 흡수되는 열량에 비해 상대적으로 적은 온도상승을 초래한다.

따라서, 전기제품이 작동을 하여 상기 발열소자(10)에서 열이 발생되면, 이열은 상기 히트싱크로 전도된 후 상기 히트싱크의 비열이 높은 유체로 전달되므로 상기 히트싱크의 전체열용량은 증가하게 된다.

그러므로, 상기 히트싱크의 온도가 포화온도까지 도달하는 시간이 길어져, 보다 효과적인 방열을 하게된다.

또한, 상기 히트싱크의 열용량이 증가함이 따라 상기 히트싱크가 작동 초기에 많은 열이 발생하는 발열소자(10)에 부착되는 경우에 있어서, 작동 초기에 발생하는 열만을 고려하여 상기 히트싱크의 설계가 가능하다.

즉, 히트싱크의 방열면적을 적게 하여도 초기에 발생되는 열을 모두 흡수하고 상대적으로 열이 적게 발생되는 시간에 이 열을 방출하므로, 포화온도와 상관없이 제품에 따라 히트싱크의 크기를 달리할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에만 국한되지 않으며 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.

예컨데, 전자제품이 소형이어서 발열소자(10) 위의 공간이 충분하지 않은 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 판상의 방열판(20) 좌·우측으로 축열부(40)를 형성하여 비열이 높은 유체를 채우고, 그 측면에 방열핀(30)을 형성할 수 도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 가전제품의 작동시 열을 발생하는 발열소자에 부착되어 상기 발열소자에서 발생된 열을 그 주위로 방출하는 히트싱크의 열용량을 증가시켜, 상기 히트싱크의 온도가 상기 발열소자의 온도에 도달하는 시간을 지연시킨다.

따라서, 방열면적이 작은 히트싱크가 부착된 발열소자에서 장시간 열이 발생되어도 상기 발열소자와 히트싱크의 온도차이가 생겨 상기 발열소자의 방열이 원활히 이루어 지는 장점이 있다.

특히, 상기 발열소자가 전자밥솥과 같은 제품에 작창되어 작동 초기에만 많은 열이 발생되는 경우에, 상기 축열부의 비열이 높은 유체에 의해 다량의 열흡수가 가능하므로, 작동 초기에 방출되는 열만을 고려한 히트싱크의 설계가 이루어지는 장점이 있다.

도 3은 축열부의 크기에 따른 히트싱크의 온도변화를 나타낸 그래프 그래프로, 가로축은 동일한 길이와 폭을 갖는 히트싱크의 전체 높이에서 핀의 높이가 차지하는 비를 나타낸다.

따라서, 가로축 0인 경우는 히트싱크가 방열핀 없이 내부에 축열부를 구비한 방열판으로 이루어진 것을 의미하며, 우측(도면기준)으로 갈 수록 종래와 같이 판상의 방열판과 그 상면에 형성된 방열핀으로 이루어진 히트싱크를 의미한다.

그리고, 상기 도면의 점선은 발열 후 1시간 뒤의 온도변화를 나타내며, 실선은 20분 뒤의 온도변화를 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 발열시간이 지속되는 경우에는 축열부의 구비에 따른 히트싱크의 온도변화가 적은 편이나, 발열시간이 짧은 경우에 있어서 적절한 크기의 축열부를 구비하는 것이 히트싱크의 온도를 낮추어, 전자제품에 보다 적은 방열면적의 히트싱크의 구비가 가능하다.

Claims (3)

1. 전자제품의 소자에 부착되어 상기 소자에서 발생하는 열이 전도되는 방열판과,

   열용량을 증가시키기 위해 상기 방열판 내부에 형성되어 비열이 큰 유체가 채워지는 축열부와,

   상기 소자에서 발생하는 열이 주위의 공기로 방출되는 면적을 증가시키기 위해 상기 방열판 주위에 다수개가 형성된 판상의 방열핀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발열소자의 히트싱크.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 방열판은 소정의 높이를 갖는 육면체 형상이며,

   상기 방열판 내부에 비열이 큰 유체가 채워진 축열부가 형성되고,

   상기 방열판 상면에 다수개의 방열핀이 형성된 것을 특징으로 하는 발열소자의 히트싱크.
3. 제 1항에 있어서.

   상기 방열판은 중앙부는 얇고 그 측변은 두꺼운 형상이며,

   상기 방열판 측변 내에 비열이 큰 유체가 채워진 축열부가 각각 형성되고,

   상기 축열부가 형성된 방열판 외측면에 다수개의 방열핀이 형성된 것을 특징으로 하는 발열소자의 히트싱크.