KR20020065256A - 열전달 파이프를 구비한 히트싱크 - Google Patents

Abstract

이면이 열발생원과 접촉하고, 표면에 다수개의 삽입홈들이 매트릭스 형태로 형성된 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트의 삽입홈들 각각에 일단이 삽입되어 고정되는 원통형상의 열전달 파이프로 이루어지는 히트싱크가 개시된다. 열전달 파이프가 원통형상으로 이루어져 내측면과 외측면이 모두 열방출면으로 작용하여 단위면적당 열방출면적으로 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

열전달 파이프를 구비한 히트싱크{heat sink having heat transfer pipe}

본 발명은 히트싱크(heat sink)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트에 일단이 고정된 열전달 파이프로 이루어져 열방출면적이 증대하여 열방출속도가 향상된 히트싱크에 관한 것이다.

일반적으로, 컴퓨터 시스템의 중앙처리장치(CPU)로부터 발생되는 열을 빠른 시간에 방출하기 위해서는 히트싱크를 개재하여 냉각 팬이 사용되고 있다. 히트싱크는 통상 가볍고 열전도성이 좋은 알루미늄 등으로 이루어져 중앙처리장치로부터 발생되는 열을 빠른 시간에 외부로 전달하며, 냉각 팬은 이러한 외부로의 방출을 보조하는 역할을 한다.

히트싱크는 베이스 플레이트와 베이스 플레이트에 일단이 고정되는 냉각 핀(cooling fin)으로 구성되며, 제조방법을 보면 알루미늄 소재를 일정한 형상으로 압출하여 일정한 길이로 절단한 다음, 길이방향에 대하여 직교하는 방향으로 크로스가공하고 에칭 및 디버링(deburring) 고정을 거쳐 냉각 핀을 형성시킨다.

그러나, 이러한 종래의 히트싱크는 몇 가지의 문제점을 갖는다.

먼저, 단위면적당 열방출면적을 증가시키는데 한계가 있다. 즉, 냉각 핀의 표면이 열방출면에 대응하므로 열방출면적을 증가시키려면 냉각 핀의 표면적을 증대시켜야 하고, 이는 결국 냉각 핀의 대형화를 초래하기 때문에 컴퓨터를 포함하는 전자장치의 소형화와 집적화에 기본적으로 걸림돌이 된다.

또한, 제조방법이 복잡하여 제조효율이 감소함으로서, 제조코스트가 증가하여 결국 최종제품의 가격이 상승하여 제품경쟁력이 떨어진다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 단위면적당 열방출면적을 증가시킴으로서 열방출속도를 향상시킨 히트싱크를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조가 용이하여 제조효율이 향상됨으로서 충분한 가격경쟁력을 구비한 히트싱크를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적과 특징들은 이하에 서술되는 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 보여주는 사시도이고,

도 2는 본 발명에 적용되는 열전달 파이프의 구조를 나타내는 사시도이고,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 단면도이고,

도 4는 본 발명의 열전달 파이프와 플레이트와의 결합구조를 보여주며,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 사시도이고,

도 6은 본 발명의 히트싱크가 실제 적용되는 상태를 보여주는 분해 사시도이고,

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사시도이고,

도 8은 도 7에 적용되는 열전달 파이프를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 반도체 칩10: 베이스 플레이트

15: 삽입홈20: 열전달 파이프

22: 보스50: 냉각 팬

52: 서포트

[청구항 1]

본 발명에 따르면, 이면이 열발생원과 접촉하고, 표면에 다수개의 삽입홈들이 형성된 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트의 삽입홈들 각각에 일단이 삽입되어 고정되는 원통형상의 열전달 파이프로 이루어지는 히트싱크가 개시된다.

바람직하게, 베이스 플레이트로부터 돌출되는 열전달 파이프의 중간 하부에는 공기가 드나드는 적어도 하나 이상의 통기공이 형성된다.

통기공은 열전달 파이프의 길이방향으로 따라 복수개가 평행하게 설치될 수 있으며, 바람직하게 통기공의 단면형상은 V자 형상이다.

베이스 플레이트의 재질은 구리, 알루미늄, 황동 및 마그네슘 중 어느 하나이며, 열전달 파이프의 재질은 구리, 알루미늄 및 황동 중 어느 하나이다.

본 발명에 따르면, 열전달 파이프들은 제 1 열전달 파이프와 제 1 열전달 파이프보다 길이가 짧은 제 2 열전달 파이프로 구분되어, 제 2 열전달 파이프가 설치되는 부분에 냉각 팬을 수납하는 공간이 형성된다.

제조공정에 있어서, 열전달 파이프는 베이스 플레이트의 삽입홈에 알루미나 등과 같은 금속 파우더를 개재하여 용융 접합된다.

또한, 베이스 플레이트의 일정 위치에는 냉각 팬을 지지하는 보스가 일체로 형성된다.

냉각 팬은 회전모터와, 회전모터에 방사상으로 연장된 베인들 및 베인들 사이에 설치되고 단부에 나사를 개재하여 보스와 결합되는 서포트로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크의 사시도가 도시되어 있다.

열전도성이 우수한 구리, 황동, 알루미늄 또는 마그네슘 재질의 베이스 플레이트(10)는 장방형으로 이루어져 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU) 등과 같은 열발생원에 이면이 접촉한다. 베이스 플레이트(10)의 형상과 크기는 적용되는 대상에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있음은 당연하다. 또한, 베이스 플레이트(10)의 두께는 바람직하게 1 내지 5mm의 범위를 갖는다.

베이스 플레이트(10)의 표면에는 다수개의 삽입홈들(15)이, 예를 들어, 매트릭스 형상으로 형성된다. 삽입홈들(15)은 압출이나 사출 다이캐스트 등과 같은 방법으로 베이스 플레이트(10)를 제조할 때, 동시에 형성된다. 삽입홈(15)의 직경과 깊이는 설계적 사항으로 열전달 파이프(20)의 사이즈에 대응하여 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

또한, 베이스 플레이트(10)의 일정위치에는, 후술하는 바와 같이, 냉각 팬을 지지하는 보스들(12)이 일체로 형성되며, 보스(12)의 일단에는 나사공(13)이 형성된다. 선택적으로, 보스(12)를 생략하고, 열전달 파이프(20)의 단부에 나사공을 형성하여 냉각 팬을 여기에 지지하는 것도 가능하다.

삽입홈들(15)에는 일정길이의 원통형 열전달 파이프(20)의 일단이 삽입되어 고정된다. 열전달 파이프(20)는 베이스 플레이트(10)와 같이 열전도성이 우수한 구리, 알루미늄 또는 황동 등의 재질로 만들어진다. 열전달 파이프(20)의 두께는 0.1 내지 1mm가 적절하고, 직경은 1 내지 4Φ 그리고 길이는 5 내지 50mm가 적절하다.

열전달 파이프(20)의 설치개수는 다양하게 변경될 수 있으며, 예를 들어, 장방형의 경우 짧은 측면에 15 내지 20개, 긴 측면에 20 내지 25개 정도를 설치할 수 있다.

도 4를 참조하면, 열전달 파이프(20)를 베이스 플레이트(10)의 삽입홈(15)에 고정하는 일예가 도시되어 있다. 이 실시예에 따르면, 열전달 파이프(20)의 일단을 C-커트된 삽입홈(15)에 끼우고 C-커트 부분에 알루미나와 같은 금속 파우더(22)를 충진한 후에 용융하여 접합시킨다. 이 방식에 의할 경우에는 대량의 열전달 파이프(20)를 고정하는 공정이 단순하며, 확실하게 고정된다는 이점이 있다. 이외에도 리벳을 이용하여 고정하거나 억지끼움 방식으로 고정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 열전달 파이프(20)의 일단에서 베이스 플레이트(10)의 삽입홈(15)에 삽입되는 부분의 경계선 ℓ의 상부에 열전달 파이프(20)로부터 또는 열전달 파이프(20)로 공기가 나오거나 들어가도록 하는 통기공(25)이 형성된다. 통기공(25)을 설치하는 위치는 베이스 플레이트(10)로부터 돌출되는 열전달 파이프(20)의 길이의 1/2 정도이면 무방하다.

바람직하게, 통기공(25)의 단면형상은 V자 형상을 이룬다. 단면을 V자 형상으로 하는 것은 제조를 간단히 하기 위한 것으로, 예를 들어, 열전달 파이프(20)를 평행하게 배열하여 커터를 이용함으로서 통기공(25)을 형성할 수 있다.

통기공(25)은 복수개를 설치할 수도 있는데, 이 경우에는 열전달 파이프(20)의 길이방향으로 평행하게 배열한다.

이와 같은 구조의 본 발명의 히트싱크에 의하면, 열전달 파이프(20)가 원통형상으로 이루어져 내측면과 외측면이 모두 열방출면으로 작용하여 단위면적당 열방출면적으로 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 열전달 파이프(20)의 일단에 통기공(25)을 형성함으로서, 냉각 팬에 의해 열전달 파이프(20)의 타단으로부터 주입되는 공기가 배출되도록 하거나 또는 냉각 팬에 의해 외부로부터 공기가 열전달 파이프(20)로 주입되도록 하는 통로의 역할을 한다. 즉, 냉각 팬의 회전방향에 따라 통기공(25)으로부터 공기가 배출되거나, 통기공(25)을 통하여 공기가 주입된다. 이와 같이, 통기공을 통하여 공기가 배출되거나 주입되도록 함으로서, 보다 원활한 공기유통으로 인해 냉각효율이 향상되는 이점이 있다.

더욱이, 상기한 바와 같이, 금속 파우더에 의한 용융접합으로 열전달 파이프를 베이스 플레이트에 고정할 수 있기 때문에 제조공정이 간단하고, 제조코스트가 감소한다는 이점도 있다.

한편, 열전달 파이프(20)를 부분적으로 히트파이프(heat pipe)로 대체할 수 있다. 히트파이프는 상당히 고가이므로 전체적으로 사용할 수는 없지만, 중앙처리장치의 반도체 칩과 같이 열이 집중적으로 많이 발생하는 부분에 적용함으로서 전체적인 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

잘 알려져 있는 바와 같이, 히트파이프는 외벽 또는 용기의 내면에 작동유체의 모세관 현상을 일으킬 수 있는 모세관 구조물이 있다. 통상적으로 사용되는 모세관 구조물로서 윅(wick) 또는 그루브(groove)를 들 수 있다. 윅은 심지의 역할을 할 수 있는 다공정 구조물로서 보통 벽재료와는 다른 물질로 만들어져 내벽에 부착되며, 그루브는 용기의 내벽을 적당한 형태로 가공하여 만드는데, 이들의 내부 공간은 작동유체로 채워져 있다.

히트파이프는 베이스 플레이트(10) 상에 다양하게 배열할 수 있는데, 예를 들어, 길이방향으로 세우거나 또는 베이스 플레이트(10)의 중심을 통과하도록 눕혀서 설치할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 사시도이다.

이 실시예에서는 열전달 파이프(20)의 배열내에 냉각 팬을 설치하여 컴팩트하고, 냉각효율을 높일 수 있는 구조를 보여주고 있다.

즉, 열전달 파이프(20)를 길이에 따라 길이가 긴 제 1 열전달 파이프(20a)와 길이가 짧은 제 2 열전달 파이프(20b)로 구분하여, 제 2 열전달 파이프(20b)를 냉각 팬이 설치되는 부분에 설치한다.

이를 도 6을 참조하여 설명하면, 냉각 팬(50)은 회전모터를 중심으로 다수의 베인들(54)이 방사상으로 형성되고, 단부에 결합공(53)이 형성된 서포트(52)가 베인(54) 사이에 방사상으로 연장된다. 결합공(53)의 베이스 플레이트(10)에 형성된 보스(12)에 결합되고, 대향하는 베인(54)의 단부 사이의 거리에 해당하는 부분에는 길이가 짧은 제 2 열전달 파이프(20b)가 설치되어 냉각 팬(50)이 수납되는 공간(60)을 형성한다. 중앙처리장치 등과 같은 열발생원(1)은 베이스 플레이트(10)의 이면에 부착된다.

이 실시예에서는 2단의 단차를 두는 것을 예로 들었지만, 필요에 따라서는 그 이상의 단차를 두어 전체적으로 곡면을 이루게 하여 냉각 팬의 베인의 단부에 대응하도록 하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성함으로서, 냉각 팬을 설치하더라도 히트싱크의 전체적인 높이가 제 2 열전달 파이프의 높이로 되기 때문에 컴팩트한 구조로 만들 수 있는 이점이 있다.

더욱이, 베이스 플레이트와의 거리도 짧아지기 때문에 냉각거리가 감소되어 냉각효율이 향상되는 이점이 있다.

도 7과 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트싱크가 도시되어 있다.

이 실시예에서는 열전달 파이프(30)에 일단에서 타단에 걸쳐 길이방향으로 일정간극의 개구(35)가 형성된다. 이러한 형상의 열전달 파이프(30)는, 예를 들어, 구리판을 일정간격으로 절단하여 양측단이 일정 간극을 형성하도록 말아서 형성할 수 있다. 간극의 크기는 적절하게 조정할 수 있으며, 대략 원주 길이의 30%이하의 길이면 적절하다.

이와 같이, 개구(35)를 형성함으로서, 별도의 통기공을 형성할 필요가 없으며, 간단한 가공공정을 통하여 제조할 수 있는 이점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참고하여 설명하고 있지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 베이스 플레이트나 열전달 파이프의 재질을 구리나 알루미늄이외의 다른 재질을 적용할 수 있으며, 다양한 형상의 변경을 가할 수 있다. 또한, 열전달 파이프의 높이, 직경 또는 두께에 있어서 적용대상에 따라 다양하게 설정할 수 있다.

이러한 변경과 변형들은 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위내에서 이하에 서술되는 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 여러 가지의 이점이 있다.

먼저, 열전달 파이프가 원통형상으로 이루어져 내측면과 외측면이 모두 열방출면으로 작용하여 단위면적당 열방출면적으로 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 열전달 파이프의 베이스 플레이트 쪽 하단에 통기공을 통하여 공기가배출되거나 주입되도록 함으로서, 보다 원활한 공기유통으로 인해 냉각효율이 향상되는 이점이 있다.

또한, 열전달 파이프를 베이스 플레이트 상에 금속 파우더를 개재한 용융접합으로 고정함으로서, 제조공정이 간단하고 생산수율이 향상되는 이점이 있다.

더욱이, 고가의 히트파이프를 열발생 대상에 따라 적절하게 적용하므로서 저렴한 가격으로 고기능의 히트싱크를 구현할 수 있는 이점이 있다.

또한, 열전달 파이프 배열 내에 냉각 팬을 수납할 수 있는 공간을 형성함으로서, 전체적인 사이즈를 컴팩트하게 할 수 있고, 냉각거리를 짧게 하여 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

1. 이면이 열발생원과 접촉하고, 표면에 다수개의 삽입홈들이 형성된 베이스 플레이트와;

   상기 베이스 플레이트의 삽입홈들 각각에 일단이 삽입되어 고정되는 원통형상의 열전달 파이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트로부터 돌출되는 열전달 파이프의 중간 하부에는 공기가 드나드는 적어도 하나 이상의 통기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 통기공은 상기 열전달 파이프의 길이방향으로 따라 복수개가 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 통기공의 단면형상은 V자 형상인 것을 특징으로 하는 히트싱크.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 재질은 구리, 알루미늄, 황동 및 마그네슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 히트싱크.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 열전달 파이프의 재질은 구리, 알루미늄 및 황동으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 히트싱크.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 열전달 파이프들은 제 1 열전달 파이프와 상기 제 1 열전달 파이프보다 길이가 짧은 제 2 열전달 파이프로 구분되어, 상기 제 2 열전달 파이프가 설치되는 부분에 냉각 팬을 수납하는 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 열전달 파이프는 상기 베이스 플레이트의 삽입홈에 금속 파우더를 개재하여 용융 접합되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 일정 위치에는 냉각 팬을 지지하는 보스가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 열전달 파이프에는 일단에서 타단에 걸쳐 길이방향으로 일정간극의 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
11. 이면이 열발생원과 접촉하고, 표면에 다수개의 삽입홈들이 매트릭스 형태로 형성되고, 일정위치에 단부에 나사공이 형성된 보스가 일체로 형성된 베이스 플레이트;

    상기 베이스 플레이트의 삽입홈들 각각에 일단이 삽입되어 고정되는 원통형상의 열전달 파이프 및

    회전모터와, 상기 회전모터에 방사상으로 연장된 베인들 및 상기 베인들 사이에 설치되고 단부에 상기 보스의 나사공에 나사를 개재하여 결합되는 서포트로 이루어진 냉각 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각모듈.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 열전달 파이프들은 제 1 열전달 파이프와 상기 제 1 열전달 파이프보다 길이가 짧은 제 2 열전달 파이프로 구분되어, 상기 제 2 열전달 파이프가 설치되는 부분에 상기 냉각 팬을 수납하는 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각모듈.