KR20010099127A - 적층형 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적층형 히트싱크에 관한 것으로, 전자기기에 접지고정되는 방열기판(12)의 크기확대 및 구조변경없이 일정간격으로 배열구성되는 방열핀봉(14)들을 구조적으로 열교환효율이 향상될 수 있도록 물결파형의 막대구조로 적층형성시켜 단위체적당 표면적의 증가와 함께 열방출량을 구조적으로 높힐 수 있으며, 이를 위해 전자기기에 접지고정되는 방열기판(12)과, 각각 길이방향으로 상기 방열기판(12) 위에 일정간격으로 배열설치되면서 그 위로 다시 직각방향으로 배열설치되는 적층구조가 2층 이상으로 반복형성되는 방열핀봉(14)과, 가장 위쪽에 배열위치하는 상기 방열핀봉(14) 위로 장착고정되는 송풍팬(20)을 포함하여 이루어지며, 특히 상기 방열핀봉(14)들은 각각 길이방향으로 물결파형의 열교환홈(16)이 요홈형성되어 모재인 방열기판(12) 위에 브레이징접합으로 일체결합되거나, 또는 상기 방열기판(12)과 함께 다이캐스팅 주조가공으로 일체성형되어 방열체(10)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

적층형 히트싱크{A Laminated Type Heat Sink}

본 발명은 단위면적당 열방출량을 높힌 적층형 히트싱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경량화 소형구조로 단위체적당 표면적을 증가시킬 수 있으면서 방열체 상부로 열전도를 향상시켜 열방출량을 구조적으로 높힐 수 있도록 한 적층형 히트싱크에 관한 것이다.

잘 알려져 있는 바와같이, 전자칩의 고집적화에 따른 전자기기의 소형화 추세는 전자부품이나 장치에서 발생되는 열을 제거하는 방열처리가 중요한데, 이는전자부품의 작동온도가 그 작동수명은 물론 장치의 원활한 작동관계에 절대적인 영향을 좌우하게 되며, 특히 전자칩의 작동온도를 설계온도보다 10℃ 높힐 때마다 전자칩의 수명이 50% 이상씩 감소하는 것으로 알려져 있다.

특히, 장파장의 반도체 레이저 고속 고출력, 단파장, 장거리 전송이므로 열에 의해 출력특성이 불안정하므로 냉각 및 항온화가 절대적으로 필요하며, 또한 PC 의 경우 고성능화, 고속화에 따른 높은 집적도로 발전되어 왔으나, 고집적화에 따른 발열밀도의 증대로 발생되는 열을 효율적으로 분산시키고 냉각시키기 위한 기술의 발전이 동반되어 있지 않은 실정이다.

아울러, 전자칩의 온도를 낮게 유지하면서 높은 열유속을 제거할 수 있는 여러가지 냉각기술의 개발이 전자기기의 수명과 발전속도를 좌우한다고 해도 과언은 아니며, 이에따라 소형화되는 전자부품의 열에 의한 잡음 및 수명단축과 출력특성의 불안정화를 방지하기 위한 방열수단으로 히트싱크(Heat Sink)가 적용되고 있다.

이러한, 히트싱크는 전자부품이나 소자에서 열을 흡수하여 외부로 발산시킴으로서 해당 장치의 급격한 온도상승을 방지하기 위한 냉각용 방열체로, 현재 사용되고 있는 히트싱크는 늘림성 및 퍼짐성이 풍부하여 성형가공하기 쉬운 알루미늄금속을 주고 사용하여 수평방향의 방열기판에 대해 수직방향으로 다수의 방열핀들이 돌출형성된 제품형태로서 그 위에 송풍팬이 설치결합되고 있다.

그런데, 지금까지 대부분의 히트싱크는 수평방향의 방열기판과 수직방향의 방열핀들로 이루어지는 방열체 전체가 압출성형에 의한 밀폐된 단순한 판상형태로서 이루어진 관계로, 열교환효율을 높히기 위해서는 히트싱크인 방열체의 크기를크게 하는 방법 이외에는 별다른 대안이 없다는 한계점이 있었다.

따라서, 본 발명은 수평방향의 방열기판에 대해 수직방향으로 다수의 방열핀들이 돌출형성시켜 전자기기의 방열수단으로 적용되었던 지금까지의 히트싱크가 갖는 한계점을 극복하고자 발명된 것으로, 전자기기에 접지고정되는 방열기판의 크기확대 및 구조변경없이 일정간격으로 배열구성되는 방열핀들을 구조적으로 열교환효율이 향상될 수 있도록 물결파형의 막대구조로 적층형성시켜 단위체적당 표면적의 증가와 함께 열방출량을 구조적으로 높힐 수 있는 적층형 히트싱크를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 적층형 히트싱크의 방열체 결합상태도.

도 2는 본 발명에 따른 적층형 히트싱크의 방열체 분리상태도.

도 3은 본 발명의 방열체 위로 송풍팬이 장착구성된 히트싱크 사용상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 방열체 12 : 방열기판

14 : 방열핀봉 16 : 열교환홈

20 : 송풍팬

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 적층형 히트싱크는, 전자기기에 접지고정되는 방열기판과, 각각 길이방향으로 상기 방열기판 위에 일정간격으로 배열설치되면서 그 위로 다시 직각방향으로 배열설치되는 적층구조가 2층 이상으로 반복형성되는 방열핀봉과, 가장 위쪽에 배열위치하는 상기 방열핀봉 위로 장착고정되는 송풍팬을 포함하여 이루어지는 특징으로 한다.

특히, 상기 방열핀봉은 각각 길이방향으로 물결파형의 열교환홈이 요홈형성되어 모재인 방열기판 위에 브레이징접합으로 일체결합되거나, 또는 상기 방열기판과 함께 다이캐스팅 주조가공으로 일체성형되어 방열체를 형성하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 방열핀봉은 수평방향의 핀의폭에 대해 수직방향의 핀높이와 이웃하는 방열핀봉들 사이의 핀간격이 5배 이하(L/D < 5)로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 적층형 히트싱크의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 모재인 방열기판(12) 위로 다수의 방열핀봉(14)들이 층을 달리하여 서로 직각방향으로 적층배열되는 방열체(10)의 분리상태및 결합상태를 각각 도시한 것이며, 아울러 도 3은 본 발명에 따라 브레이징접합 또는 다이캐스팅으로 가공형성된 방열체(10) 위로 송풍팬(20)을 장착구성시킨 히트싱크의 사용상태를 도시한 것이다.

도면에서 보는 바와같이, 본 발명의 히트싱크를 이루는 방열체(10)는 지금까지의 히트싱크에서와 같이 내식성 및 방열성이 우수한 알루미늄금속재로 가공형성되며, 우선 판상형태로 모재를 이루어 전자기기(도면도시 생략)에 접지고정되는 방열기판(12)은 막대형상으로 다수 배열설치되는 방열핀봉(14)과 별도로 각각 다이캐스팅으로 주조가공되거나, 또는 함께 해당형태의 다이주조를 통해 정밀하게 성형가공될 수 있다.

즉, 다이캐스팅 주조가공을 통해 방열기판(12)과 방열핀봉(14)이 일체구조로 방열체(10)를 형성할 수 있으며, 또는 단일구성인 상기 방열기판(12)과 복수구성인 방열핀봉(14)을 각각 다이캐스팅으로 성형가공하여 이들을 서로 브레이징접합으로 일체결합시킬 수 있다.

잘 알려져 있듯이, 본 발명의 방열체(10) 성형가공에 적용되는다이캐스팅(Die Casting)은 제품치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없고, 기계적 성질이 우수하며 대량생산이 가능하고 생산비가 저렴한 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 따라 각각 주조가공된 방열기판(12)과 방열핀봉(14)을 서로 일체구조화시키기 위해 적용되는 브레이징(Brazing)은 450℃ 이상의 온도에서 접합하고자 하는 모재(Base Metal) 용융점(Melting Point) 이하에서 모재는 상하지않고 용가제와 열을 가하여 두 모재를 접합하는 방법으로 미려하면서 정교한 접합구조를 얻을 수 있다.

한편, 방열기판(12) 위에 다층배열되는 방열핀봉(14)은 상기 방열기판(12)의 폭크기만큼 막대형상으로 길이형성되는데, 각각의 방열핀봉(14)들은 대기와의 열교환면적이 구조적으로 향상될 수 있도록 길이방향 양측으로 물결파형의 열교환홈(16)이 요홈형성된다.

특히, 도 1의 원안에서 보는 바와같이 방열핀봉(14)은 수평방향의 폭크기(D)에 대해 수직방향의 핀높이(H)와 이웃하는 핀간격(L)이 2배 이상 5배 이하(L/D < 5)로 형성됨이 바람직하며, 이는 전자기기의 회로기판상에 본 발명의 히트싱크를 장착시킨 상태에서 열방출상태를 실험한 결과 각각의 방열핀봉(14)들이 자체의 폭 크기(D)를 기준으로 핀높이(H)와 핀간격(L)이 2-5배 내외일 때 열교환효율이 우수한 것을 알 수 있었다.

그리고, 방열기판(12) 위로 다수층의 방열핀봉(14)들이 적층배열될 때 상기 방열기판(12) 위에 1층의 방열핀봉(14)들이 종방향으로 배열설치되었으면 2층의 방열핀봉(14)들은 1층의 상기 방열핀봉(14)들과 직각방향인 횡방향으로 배열설치되며, 계속해서 3층의 방열핀봉(14)들은 1층의 방열핀봉(14)들과 동일방향과 동일간격으로 배열설치되고 4층의 방열핀봉(14)들도 2층의 방열핀봉(14)들과 동일방향과 동일간격으로 배열설치되는데, 이때 이들 방열핀봉(14)들의 배열층수는 제품특성에 따라 가감조절될 수 있음은 물론이다.

그리고, 방열기판(12) 위로 다수적층된 방열핀봉(14)중 가장 위쪽에 배열위치하는 상기 방열핀봉(14) 위로 통상의 송풍팬(20)이 장착구성됨으로서 전자기기에 부착사용되는 본 발명의 적층형 히트싱크가 제품완성될 수 있다.

이와같이 구성되는 본 발명의 적층형 히트싱크는 도 3의 사용상태에 도시한 제품형태로서 전자기기에 부착사용되며, 해당 전자부품 및 소자에서 발생되는 열이 우선 판상형태로 직접 접지고정된 방열기판(12)을 통해 흡수되고, 동시에 층마다 배열방향을 달리하면서 측면에 열교환홈(16)이 요홈형성된 막대형상의 방열핀봉(14)들을 통해 대기와 열교환되어 구조적으로 향상된 방열효율을 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 적층형 히트싱크에 의하면, 통상의 히트싱크에 비해 전자기기의 냉각에 필요한 전열면적이 구조적으로 확대될 수 있어 단위면적당 열방출량이 증가됨으로서 히트싱크의 소형화가 가능할 수 있으며, 이는 결과적으로 단위체적당 표면적의 증가와 방열체 상부로 열전도를 향상시킬 수 있어 단위체적당 열방충량이 증가됨으로서, 해당 전자기기의 경량 소형화를 가져올 수 있는 물론 전자기기 중에서 열발생의 문제가 있는 모든 곳에 폭넓게 적용할 수 있다.

특히, 본 발명의 적충형 히트싱크는 고출력 장파장의 반도체 레이저, 전자칩, 광통신부품 및 전기 전자부품, 콘덴서, PC의 경우와 같이 고성능화 고속화에 따른 높은 집적도에 따른 단위면적당 열발생량이 높은 전자부품의 냉각이 필요한 곳에 사용이 가능하여 전자기기의 수명과 발전속도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (3)

1. 전자기기에 접지고정되는 방열기판(12)과, 각각 길이방향으로 상기 방열기판(12) 위에 일정간격으로 배열설치되면서 그 위로 다시 직각방향으로 배열설치되는 적층구조가 2층 이상으로 반복형성되는 방열핀봉(14)과, 가장 위쪽에 배열위치하는 상기 방열핀봉(14) 위로 장착고정되는 송풍팬(20)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 적층형 히트싱크.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방열핀봉(14)은 각각 길이방향으로 물결파형의 열교환홈(16)이 요홈형성되어 모재인 방열기판(12) 위에 브레이징접합으로 일체결합되거나, 또는 상기 방열기판(12)과 함께 다이캐스팅 주조가공으로 일체성형되어 방열체(10)를 형성하는 것을 특징으로 하는 적층형 히트싱크.
3. 제 1항에 있어서, 상기 방열핀봉(14)은 수평방향의 핀의폭(D)에 대해 수직방향의 핀높이(H)와 이웃하는 방열핀봉들(14) 사이의 핀간격(L)이 5배 이하(L/D < 5)로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 히트싱크.