KR200290702Y1 - 히트 싱크 - Google Patents

Abstract

본 고안은 히트 싱크에 관한 것으로서, 소정의 두께를 가지는 금속 판재를 가압 조작에 의해 소성변형시켜 상부면은 기준면 위에 동일한 높이를 가지는 다수의 돌기가 성형되도록 하고, 하부면은 그 하부면이 접하는 금형이나 지지틀의 윤곽과 동일한 모양을 가지도록 성형하여 얻어지는 기저판과; 상기 기저판으로부터 전달받은 열을 공기와 접촉하여 냉각을 담당하는 윗부분과, 상기 윗부분을 연결하면서 상기 기저판과 접촉되고, 또 상기 기저판에 형성한 돌기들이 관통할 수 있도록 다수의 구멍들이 길이방향으로 형성되어 있는 아래절곡부로 구성되는 금속 휜을 포함하여 히트 싱크를 구성하되, 상기 기저판의 상부면에 형성된 돌기는 상기 휜의 아래절곡부에 형성되어 있는 구멍을 관통하여 돌출되도록 하고, 그 후에 반원형의 두부를 갖도록 압착되어 상기 기저판과 그 위에 위치하는 휜을 고정하도록 하여 기저판의 열이 휜으로 잘 전달되도록 하면서도 기저판과 휜을 결합하는 공정이 단순하여 히트 싱크의 성능과 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

히트 싱크{Heat Sink}

본 고안은 히트 싱크에 관한 것으로, 더 상세하게는 기저판의 열이 휜으로 잘 전달되도록 하여 히트 싱크의 성능을 향상시킬 수 있고, 또 기저판과 휜을 결합하는 공정이 단순하여 생산성도 우수한 히트 싱크에 관한 것이다.

최근의 전기전자 장치는 성능 향상의 괄목한 만한 성장이 이루어졌으나 성능향상과 더불어 장치 내의 발열량도 상대적으로 크게 증가하였다. 뿐만 아니라 크기의 축소도 지속적으로 추구되어 더 작은 한정된 공간 내에 회로를 집중시킴으로써 이러한 고 집적 부품으로부터의 발열은 장치의 성능을 극도로 저하 또는 정지 시켜 전기 전자 장치 내 열의 효과적인 소산이 점차 큰 문제로 대두되고 있다.

히트 싱크는 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 일반적으로 사용되고 있으며, 기본적으로는 냉각하고자 하는 열원과 직접 접촉하여 열을 전달 받게 되는 기저판(Base Plate 또는 Bolck 등)과, 상기 기저판으로부터 전달받은 열을 주변공기로 전달하기 위하여 상기 기저판으로부터 돌출된 다수의 냉각휜(Fin)으로 구성된다. 이러한 히트 싱크는 사용하고자 하는 목적에 따라 소재나 디자인에 있어서 매우 다양하게 개발되고 있으나, 공통적으로는 히트 싱크의 효과적인 열 소산을 위해서 휜의 표면적을 극대화시켜 공기와 접촉하는 면적을 증가시키고, 또 기저판과 휜 사이의 열적 접촉에 대해 빈 공간이 없는 완벽한 밀착 상태가 가능하도록 개발이 진행되고 있다.

전통적으로 가장 많이 사용되는 히트 싱크는 도 1에서 보는 바와 같이 기저판(1)과 다수의 냉각휜(2)이 통상의 압출장치를 이용하여 일체형으로 만들어져 있다. 이러한 압출재를 이용한 히트 싱크는 기저판(1)과 냉각휜(2)을 일체로 형성하였기 때문에 기저판과 휜 사이의 열적 접촉이 양호하게 되어 기저판으로부터 휜으로 열이 가장 잘 전달되는 장점을 갖고 있으나, 제조 공정상의 문제로 인해 현재의 압출 금형기술로는 휜 높이 대비 휜간 간격이 15:1 이상되는 휜을 기저판 위에 조밀하게 형성할 수가 없으므로 효과적인 열 소산을 위해서 요구되는 휜의 표면적을 극대화할 수 없는 문제가 있다.

따라서, 압출재를 이용한 일체형 히트 싱크의 한계를 극복하여 기저판 위에 휜을 조밀하게 형성토록 하기 위한 노력의 일환으로 기저판과 휜을 별도로 분리시켜 적정한 크기로 절단된 판재나, 적정한 형상으로 단독 또는 반복 절곡된 주름판재를 기저판에 부착하는 방법이 채택되었으며, 그 구체적인 예로서 전기 전도성 에폭시 계열의 접착재나 양면테이프를 이용하는 방법과 제3의 금속소재를 융합시키는 브래이징(Brazing)이나 솔더링(Soldering)등의 방법이 사용되고 있다.

위의 방법들 중에서 레진(Resin)류의 에폭시 접착재나 테이프는 금속에 비해 현저히 낮은 열전도성을 가지므로 브래이징이나 솔더링이 더 우수한 접착방식이나, 이러한 방식 역시 높은 규소(Si)성분이 함유된 알루미늄 브래이징 소재나, 주석(Sn)을 주성분으로 하는 솔더링 소재가 기저판이나 휜에 사용되는 소재보다 현저히 열전도도가 낮은 소재들이므로 이들 소재를 통해 기저판의 열이 휜에 전달되는 간접부착 방식은 기저판과 휜 사이의 열전달이 이들 소재에 의해 좌우되는 단점이 있으며, 더욱이 융합 부착 시에는 기포(Pore)가 공정상 필연적으로 내재하게 되므로 이 또한 열 전달에 극히 나쁜 영향을 주게 된다.

따라서, 위의 방법들은 모두 휜의 간격과 두께에 대한 한계를 극복하여 휜의표면적을 극대화할 수는 있으나, 기저판과 휜이 직접 접촉하는 것이 아니므로 기저판과 휜 사이의 열전달이 좋지 않으며, 일정 기간 경과 후에는 기저판에 휜을 접착한 고정부분이 열화되거나 연화되는 문제가 발생할 뿐만 아니라 별도의 결합소재를 이용하여 기저판에 휜을 간접적으로 부착하는 방식이므로 작업공수의 증가로 인한 제작비용의 상승까지 초래하여 성능 대비 가격에 있어 상용화 확산에 걸림돌이 되고 있다.

상기의 문제점들을 해결하기 위해, 기저판과 휜을 위의 방법과 같이 별도로 제작하여 부착하는 형태는 유지하지만 별도의 결합소재를 이용한 간접 부착방식과는 달리 기저판과 휜이 직접 접촉토록 하여 휜의 표면적을 극대화시키면서도 기저판과 휜 사이의 열적 접촉도 양호한 상태로 하기 위한 기계적 직접 결합방식이 제안되었다.

기계적 직접 결합방식의 가장 간편한 모델은 미국특허 번호 5,819,407 (Terada)에서 개시된 억지끼워 맞춤 방식으로서, 위의 특허는 압출재 휜의 밑부분에 일정 각도의 돌출부 형상을 만들고, 압출재 기저판은 휜의 돌출부가 들어갈 수 있는 홈의 형상을 그 돌출부와 유사한 크기로 압출하여 휜 돌출부의 일부가 해당 홈에 소성 변형되면서 끼워지는 방식을 제안하였다.

미국특허 번호 5,038,858 (Jordan 등)은 탄성력을 이용한 끼워맞춤 결합방식을 제안하고 있으며, 도 2에서 보는 바와 같이 압출재 기저판(1)을 입구가 걸쇠 형상(latching lip)인 평행한 일련의 홈(3)을 갖도록 만들며, 휜(2)은 적절히 절단된 판재의 밑 부분에 일정간격으로 돌기(4)를 형성시켜, 각각의 홈(3)에 낱개의 휜 판을 끼워 넣어 휜(2)의 돌기(4)가 기저판(1)의 걸쇠 홈(3)에 탄성력으로 서로 맞물려 결합되는 방식이다. 또 다른 탄성력을 이용한 끼워 맞춤 결합방식으로서 미국특허 번호 6,176,304 B1 (Lee)는 일정 간격으로 낮은 높이의 톱니모양 단면 벽을 갖는 압출재 기저판을 만들고, 판재를 사각 형상으로 반복 절곡하여 만든 주름형 휜은 모든 밑 부분 일부를 절개하여 걸쇠를 만든후, 휜을 기저판의 벽 사이에 끼워 넣어 휜의 걸쇠가 기저판 벽의 톱니에 걸리도록 함으로써 휜을 기저판에 고정하는 방법을 제안하고 있다.

위에서 언급한 억지끼워 맞춤방식이나 탄성결합 방식보다도 휜과 기저판 사이의 열적 접촉을 더 양호하게 한 방법으로서 미국특허 번호 5,014,776 (Hess), 미국특허 번호 5,406,698 (Lipinski), 미국특허 번호 5,542,176 (Serizawa 등), 미국특허 번호 6,000,132 (Butler) 등에서 제안한 것과 같은 스웨이징(Swaging)을 이용한 기계적 결합방식이 있다.

위의 특허들은 모두 공통적으로는 기저판에 일련의 특정 형상을 갖는 홈을 만들고, 적정한 크기로 절단된 판재의 끝 단부를 롤(Roll) 성형 등으로 특정형상으로 휜을 성형하여, 상기 휜들을 일정 간격으로 배열된 기저판의 홈에 넣고 휜과 휜사이의 기저판을 휜의 길이 전체에 대하여 스웨이징함으로써 휜들을 기저판에 고정시키는 방식으로서 삽입되는 휜의 판재 밑부분 형상과 휜이 삽입되는 기저판 홈의 형상 그리고 소성변형되는 기저판의 홈과 홈 사이 영역의 형상에 따라서 위에서 보는 바와 같이 다양한 특허가 제안되어 있다.

위에서 언급한 기저판 스웨이징 방법들은 기저판과 휜의 열적 접촉을 증가시키는데 있어서 좋은 방법이긴 하나, 기저판에 홈을 만들기 위해서는 별도의 공정인 압출, 프레싱 또는 기계가공 공정을 거쳐야 하고, 또 홈에 끼워지는 휜의 아래 부분도 접촉 및 접합효율을 증가시키기 위해 별도의 가공을 필요로 하므로 다른 방법들에 비해서 제작 공정이 많다는 단점이 있으며, 더욱이 휜과 기저판의 결합을 위해 홈과 홈 사이의 기저판을 소성변형 시켜야 하기 때문에 변형영역을 확보하기 위해서는 휜과 휜 사이를 일정 간격 이상으로 유지하여야 하고 이로 인해 휜의 최소 간격이 다른 히트 싱크보다 넓게 되므로 휜의 표면적을 극대화하기에는 부적합한 문제점이 있다.

휜과 휜 사이의 기저판 전체를 소성변형시키는 위의 방법과는 달리 쐐기 역할을 하는 제3의 금속소재 즉 별도의 세선(wire)을 스웨이징하여 결합하는 기계적 결합방식으로서, 미국특허 번호 5,771,966 (Jacoby), 미국특허 번호 5,791,406 (Gonner), 미국특허 번호 6,000,462 (Gonner), 미국특허 번호 6,009,937 (Gonner 등) 등에서 제안한 방법들이 있다.

위의 특허들은 공통적으로는 압출 또는 기계 밀링가공 등으로 원형, 사각 노치형 등 적정한 형상의 홈들이 일정간격으로 배열되도록 기저판을 만들고, 상기 기저판의 홈에 판재를 사각 또는 U자 형상으로 절곡한 단독형 또는 반복적으로 절곡시킨 주름형 등의 휜을 넣은 다음 별도의 사각이나 원형 또는 특정형상의 세선을 상기 휜 사이에 끼어 넣어 압착하여 스웨이징시킴으로써 휜을 기저판에 고정시키는 방법으로서, 상기 기저판에 형성한 홈이나 휜의 형상 또는 상기 휜 사이에 끼어 넣어 소성변형시키는 세선의 특정형상에 따라서 위에서 보는 바와 같이 다양한 특허가 제안되어 있다. 위에서 언급한 세선을 이용한 스웨이징 방식은 기저판 스웨이징 방법보다도 휜들과 기저판의 접착 면적을 극대화시킬 수 있으므로 열전달율이 더욱 향상된 우수한 방법이나, 이 방법은 개개의 세선을 끼워 넣는 등 작업공정이 복잡하여 자동화에 의한 대량생산 장치를 만들기가 매우 힘들어 수작업에 의존하게 되므로 제작 시간이 많이 소요되어 긴 납기와 높은 단가가 결정적인 단점으로 작용하여 일반 상용화는 이루어지지 않고 있다.

미국특허 번호 6,230,789 B1 (Pei 등)은 리벳공법(Riveting)의 개념을 이용한 돌기 압착(Boss Caulking)의 기계 접합방법을 제시하였다. 위 특허는 도 3a와 도 3b에서 보는 바와 같이 기저판(1)의 뒷면(도 3b의 11, 열원 장치와 접촉하는 면)에서 작은 원형 펀치로 프레싱하여 기저판(1) 앞면에 일정 간격으로 돌기(5)가 배열되도록 형성하여 이 돌기(5)들이 리벳의 역할을 하도록 하며, 기저판(1) 앞면에 부착될 휜(2)은 판재를 사각형상으로 반복 절곡하여 성형하되, 휜(2)의 밑 부분 즉 기저판과 접착될 부분(12)에는 기저판(1)에 형성된 돌기(5)가 끼워질 수 있는 구멍(6)들을 다수 형성한다. 그 다음에 도 3c에서 보는 바와 같이 기저판(1)의 돌기(5)를 휜(2)의 구멍(6)에 일치되도록 맞추어 끼워 넣은 상태에서 돌기의 상단부를 리벳 접합공정과 같이 해머로 프레싱하여 고정 결합시키도록 하는 방식이다.

위의 돌기압착 방식은 기저판 스웨이징 방법이나 세선을 삽입한 스웨이징 방법 등에 비하여 제작공정을 단순화시킨 것에 그 특징이 있으며, 기저판과 휜과의 접촉 관점에서도 다른 방법에 비하여 우수한 특성을 가지고 있으나, 위의 방법은 다음에서 설명하는 것과 같은 문제점이 있다.

첫째, 기저판에 리벳 역할을 하는 돌기를 만드는 과정에서 기저판 상하면의 돌기 주변은 필연적으로 소성변형이 수반되어 평탄도를 잃게 되는 단점이 있다. 이는 금형을 사용하여 금속유동(metal flow)의 구속을 준 상태에서 프레싱이 진행되어도 기저판 뒷면의 구멍 주변은 금속이 구멍 안쪽으로 이동하게 되어 기준면 보다 다소 낮은 상태를 이루게 되므로 열원장치와 직접 접촉하는 기저판의 뒷면은 평탄도 확보를 위해 별도의 기계가공이 필요로 하게 된다.

둘째, 열원장치와 접촉하게 되는 기저판의 뒷면에 다수의 구멍(도 3b와 3c 의 13)들이 존재하므로 그 만큼 기저판과 열원의 접촉면이 상당히 감소하게 되어 히트 싱크의 성능을 저하시키게 된다.

셋째, 신뢰성에 대한 관점에서, 돌기의 상단부를 해머로 프레싱하여 압착하는 과정은 금속의 유동 방향이 돌기를 형성시킬 때와 정확히 반대 방향으로 이루어지고, 변형되는 돌기 아래에는 빈 공간이므로 돌기 압착 시에 돌기의 아래부분이균열될 가능성이 매우 높아 열전달율에 치명적인 영향을 줄 수 있다.

넷째, 기저판에 돌기를 만들기 위해서는 기저판이 일정 두께 이하이어야 하므로 적용범위가 제한적이다. 예를 들면, 히트 싱크 배면에 볼트나 나사산을 만들어 전자장치를 부착하는 대형 히트 싱크를 만드는 경우에는 기저판이 일정 두께 이상을 유지하여야 하지만 이 경우에는 돌기 형성이 불가능하여 휜을 부착할 수 없으므로 결국 히트 싱크 제작이 불가능하게 된다.

그 밖의 방법으로 미국특허 번호 6,321,451 B1는 도 4에서 보는 바와 같이 기저판(1)을 위와 아래면이 모두 편평하게 하고, 휜(2)은 U자나 L자 형상의 단독형 또는 반복 절곡된 형태로 구성하여 휜(2)을 기저판(1)의 적정한 위치에 놓고 휜(2)이 기저판(1)과 닿은 부분의 위를 단순 프레싱으로 압흔(15, indent)을 만들어 접합하는 방법을 제안하고 있다.

이 방법은 상기의 어느 방법보다도 휜과 기저판의 접합 공정이 단순하다. 그러나 압흔을 만드는 과정에서 기저판의 뒷면 즉 열원장치와 접촉하는 면이 돌출하게 되므로, 돌기압착 방식에서와 같이, 이 부분을 다시 평탄면으로 만들어야 하는 기계 가공 공정이 필수적으로 수반되며, 또 프레싱에 의한 기저판의 변형영역이 휜 부분의 변형과 동일한 방향으로 이루어졌기 때문에 변형부분에서의 구속력이 다른 접합방법에 비해 약하게 되므로 가열과 냉각이 반복되는 열원장치의 경우에는 열피로(Thermal Fatigue)에 의해 접합이 이완될 가능성이 많아 일정 기간 사용 후에 제품의 신뢰성은 점차 낮아지는 문제점이 있다.

위에서 본 바와 같이, 컴퓨터 프로세서 등의 회로에서 발생한 열을 주변 공기로 전달하는 역할을 하는 히트 싱크는 매우 다양하게 개발되어 왔으나 히트 싱크의 효과적인 열 소산을 위해서 첫째, 휜의 표면적을 극대화시켜 공기와 접촉하는 면적을 증가시키고, 둘째, 기저판과 휜 사이의 열적 접촉이 양호하여 기저판의 열이 휜으로 잘 전달되고, 셋째 공정을 단순화하여 제작 및 조립이 용이하여 제작성과 생산성이 향상되도록 할 것이 요구되고 있으나, 현재까지 제안된 종래기술에서는 위와 같은 요건들을 동시에 만족시키는 히트 싱크를 제시하지 못하고 있다.

본 고안은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안은 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 고안의 주 목적은 휜의 표면적을 극대화시켜 공기와 접촉하는 면적을 증가시키고, 또 기저판과 휜 사이의 열적 접촉이 양호하여 기저판의 열이 휜으로 잘 전달되도록 하면서도 기저판에 휜을 결합하는 공정이 단순하여 제작 및 조립이 용이하도록 하여 제작성과 생산성이 향상되도록 한 히트 싱크를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 기저판에 연속 반복 절곡된 휜을 간단하면서도 견고하게 고정시킬 수 있는 히트 싱크를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 기저판의 두께를 필요에 따라 두껍게 또는 얇게 제작할 수 있도록 하여 크기에 따른 제작 한계성을 극복할 수 있는 히트 싱크를 제공하는데 있다.

본 고안은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 의한 히트 싱크는 소정의 두께를 가지는 금속 판재를 가압 조작에 의해 소성변형시켜 상부면은 기준면 위에 동일한 높이를 가지는 다수의 돌기가 성형되도록 하고, 하부면은 그 하부면이 접하는 금형이나 지지틀의 윤곽과 동일한 모양을 가지도록 성형하여 얻어지는 기저판과; 상기 기저판으로부터 전달받은 열을 공기와 접촉하여 냉각을 담당하는 윗부분과, 상기 윗부분을 연결하면서 상기 기저판과 접촉되고, 또 상기 기저판에 형성한 돌기들이 관통할 수 있도록 다수의 구멍들이 길이방향으로 형성되어 있는 아래절곡부로 구성되는 금속 휜을 포함하여 히트 싱크를 구성하되, 상기 기저판의 상부면에 형성된 돌기는 상기 휜의 아래절곡부에 형성되어 있는 구멍을 관통하여 돌출되도록 하고, 그 후에 반원형의 두부를 갖도록 압착되어 상기 기저판과 그 위에 위치하는 휜을 고정하도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 일체형 압출재 히트 싱크에 대한 개략적인 사시도이고,

도 2는 종래의 탄성력을 이용한 끼워맞춤 결합방식의 히트 싱크에 대한 개략적인 사시도이며,

도 3a 내지 도 3c는 종래의 돌기 압착(Boss Caulking)방식의 히트 싱크에 대한 개략적인 사시도와 단면도이며,

도 4는 종래의 또 다른 히트 싱크에 대한 단면도이며,

도 5는 본 고안의 제1실시예에 따른 히트 싱크의 개략적인 분해사시도이고,

도 6은 본 고안의 제1실시예에 따른 히트 싱크를 부품별로 분해한 단면도이며,

도 7a와 도 7b는 본 고안의 제1실시예에 따른 히트 싱크에서 휜의 윗부분 정상부에 구멍이 형성되어 있는 사시도이고,

도 8은 본 고안의 제1실시예에 따른 히트 싱크에서 기저판의 다른 변형예이고,

도 9는 본 고안의 제1실시예에 따른 히트 싱크에서 기저판의 돌기들이 휜의 아래절곡부에 형성한 구멍을 관통하여 상부로 돌출된 상태의 단면도이고,

도 10은 본 고안의 제1실시예에 따른 히트 싱크에서 돌기들의 정상부분이 반원형으로 압착된 상태의 단면도를 보여주고 있으며,

도 11은 본 고안의 제2실시예에 따른 히트 싱크의 개략적인 분해사시도이고,

도 12는 본 고안의 제2실시예에 따른 히트 싱크의 개략적인 사시도이고,

도 13은 본 고안의 제2실시예에 따른 히트 싱크에서 휜의 다른 변형예이고,

도 14a 내지 도 14d는 본 고안의 제2실시예에 따른 히트 싱크에서 여러가지 변형예를 보여주고 있다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

20 : 휜 22 : 아래절곡부

23 : 구멍 30 : 기저판

31 : 돌기 34 : 홈

본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 고안의 제1실시예에 따른 히트 싱크의 개략적인 분해 사시도이며, 도 6은 그 단면도이다.

도 5와 6에 도시된 바와 같이, 본 고안의 히트 싱크는 반복 절곡된 금속 판재로 만든 휜(20)과, 규칙적으로 배열된 돌기를 갖는 기저판(30)을 포함하여 이루어진다.

상기 휜(20)은 공기와 접촉하여 냉각을 담당하는 윗부분(21)과, 상기 윗부분(21)을 연결하면서 기저판(30)과 접촉되는 아래절곡부(22)로 구분된다.

상기 아래절곡부(22)는 기저판(30)의 돌기들이 관통될 수 있는 구멍(23)이 길이방향으로 다수 형성되어 있다. 상기 구멍(23)은 기저판(30)에 형성한 돌기의 모양에 따라서 대응될 수 있는 모양으로 사각형이나 원형으로 형성할 수 있다.

상기 윗부분(21)은 다양한 형태로 구성할 수 있으며, 그 예로서 도 5와 6에서 보는 바와 같이 삼각형의 단면을 가지도록 구성할 수 있으며, 위와 같이 삼각 형상으로 구성하는 경우에는 공기 흐름을 원활하게 하기 위하여 삼각형 정상부의 최적 각도를 5도 이상 15도 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 그 외에 휜(20)의 윗부분(21)은 사각형의 단면이나 역 U자형의 단면을 가지도록 구성할 수도 있다. 한편, 상기 윗부분(21)은 냉각휜으로 유입되는 공기의 흐름을 원활히 하고 그 유동량을 증가시키기 위하여 도 7a와 도 7b에서 보는 바와 같이 각 휜의 정상부에 다수의 구멍(24)을 길이방향으로 형성할 수도 있다.

상기 기저판(30)은 소정의 두께를 가지는 판재를 압연롤이나 프레스 장치를 이용하는 가압 조작에 의해 상부면(32)과 하부면(도 6의 33)이 상이한 모양을 가지도록 소성변형시켜 형성하며, 이때 상부면(32)은 기준면 위에 동일한 높이를 가지는 다수의 돌기(31)가 성형되도록 하고, 하부면(33)은 그 하부면(33)이 접하는 금형이나 지지틀의 윤곽과 동일한 모양을 가지도록 성형된다.

상기 기저판(30)의 상부면(32)은 그 상부면(32)이 접하게 되는 압연롤이나상부금형의 형상에 따라서 다양한 형태로 구성할 수 있으며, 일 예로서는 도 5와 6에서 보는 바와 같이 기저판(30)의 상부면에 단순히 돌기(31)만 배열되도록 구성할 수 있으며, 그 외에 도 8에서 보는 바와 같이 휜(20)의 아래절곡부(22)가 삽입될 수 있는 다수의 홈(34)을 형성하고, 그 홈(34)의 내부에 휜 폭의 길이를 따라 일정 높이로 다수개의 돌기(31)가 형성되도록 구성할 수도 있다.

상기 기저판(30)의 하부면(33) 역시 그 하부면(33)이 접하게 되는 금형이나 지지틀의 형상에 따라서 평면 또는 소망하는 윤곽을 가지도록 다양한 형태로 성형할 수 있으며, 일 예로서 성형하고자 하는 판재가 평면의 윤곽을 가지는 금형이나 지지틀에 지지되어 압연롤이나 상부금형에 의해서 가압되게 되면, 성형되는 기저판의 하부면(33)은 위와 같은 가압 조작에 의해서 더욱 더 평탄하게 성형되게 되어 종래의 기저판의 하부면에 평탄도를 유지하기 위해 별도의 기계가공을 하는 공정이 필요없이 평탄도를 유지할 수 있으므로 열원과 기저판의 접착율이 극대화되어 열원으로부터 발생되는 열이 기저판으로 가장 잘 전달되고 기저판의 열은 지체없이 휜으로 전달되어 히트 싱크의 성능을 최고로 유지토록 할 수 있다.

상기 휜(20)과 기저판(30)은 모두 가공성을 고려하여 연신율이 높고 열전도도가 높은 성질을 갖도록 합금원소가 최소화된 상용 알루미늄 합금 또는 구리 합금을 소재로 하며 휜 소재의 경우 두께 0.5mm 이하의 판재를 최적으로 하지만, 필요에 따라 그 이상 두께의 판재를 사용할 수 있다. 기저판(30)의 경우에는 필요에 따라 두께를 조절할 수 있다.

본 고안의 히트 싱크를 제작하기 위하여 휜(20)과 기저판(30)을 결합하는 방법은 먼저 도 6에서 보는 바와 같이 휜(20)의 아래절곡부(22)에 폭 방향으로 일렬로 배열된 구멍(23)들을 그 구멍들과 같은 간격으로 배열된 기저판(30)의 돌기(31)들과 일치시켜 도 9에서 보는 바와 같이 기저판(30)의 돌기(31)에 휜(20)을 삽입하여 기저판(30)의 돌기(31)들이 휜(20)의 아래절곡부(22)의 구멍(23)을 관통하여 상부로 돌출되도록 한다. 그 다음에, 반구 형상의 독립형 펀치(50)나 Roller를 사용하는 프레스 장치에 의해서 돌출된 모든 돌기(31)들의 정상부분이 도 10에서 보는 바와 같이 반원형으로 압착되도록 하면 압착된 돌기의 소성영역이 휜의 구멍 크기보다 넓게 퍼지면서 휜(20)의 아래절곡부(22)를 기저판(30)에 밀착시켜 휜(20)과 기저판(30)이 견고하게 고정되도록 한다.

또한, 도 8에서 보는 바와 같이 기저판(30)에 휜의 길이방향 홈(34)과 돌기(31)가 함께 존재하는 경우에는 휜(20)을 기저판(30)에 끼운 상태에서 돌기(31)를 압착하게 되면 돌기(31)의 정상부가 반원형으로 압착되는 동시에 휜의 아래절곡부(22) 일부가 홈(34)으로 삽입되므로 휜(20)이 기저판 홈(34)의 아래면을 포함하여 그 양쪽 측면까지 접착되어 기저판에 돌기만 존재하는 경우보다 기저판과 휜의 접착율은 더욱 증가하게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 히트 싱크는 기저판과 휜의 결합을 위한 기저판의 스웨이징 영역(돌출부)을 별도로 만들기 때문에 기저판의 두께에 제한이 없게 되므로 냉각시키고자 하는 열원에 기저판을 직접 부착시킬 경우는 기저판의 두께를 얇게 그리고 히트 싱크가 열원이 되는 전기전자 부품들이 집합된 기판 역할을 할 경우에는 두껍게 하여 필요에 따라 조절하여 사용할 수 있고, 또 기저판에 연속 반복 절곡된 휜을 간단하면서도 견고하게 고정시킬 수 있다.

도 11은 본 고안의 제2실시예에 따른 히트 싱크의 개략적인 분해사시도이고, 도 12는 그 조립된 모양을 보여주는 사시도이다.

도 11과 도 12에 도시된 히트 싱크는 규칙적으로 배열된 돌기(31)를 갖는 기저판(30)과, 상기 기저판(30) 위에 위치하는 내부휜(42)과, 상기 내부휜(42) 위에 위치하는 외부휜(41)을 포함하여 이루어진다.

상기 기저판(30)은 앞에서 설명한 것과 동일한 것으로서 이에 대한 설명은 중복되는 것이므로 생략한다.

상기 외부휜(41)은 판재를 반복 절곡 성형하여 얻어지며, 후술하는 내부휜(42)으로부터 전달받은 열을 공기와 접촉하여 냉각을 담당하는 윗부분(43)과, 상기 윗부분(43)을 연결하는 아래절곡부(44)로 구분된다. 상기 아래절곡부(44)에는 기저판(30)의 돌기들이 관통될 수 있는 구멍(45)이 길이방향으로 다수 형성되어 있으며, 상기 구멍(45)은 기저판(30)에 형성한 돌기의 모양에 따라서 대응될 수 있는 모양으로 사각형이나 원형으로 형성할 수 있다.

상기 윗부분(43)은 다양한 형태로 구성할 수 있으며, 그 예로서는 도 11과 12에서 보는 바와 같이 삼각형의 단면을 가지도록 구성할 수도 있고, 도 13에서 보는 바와 같이 사각형의 단면을 가지도록 구성할 수도 있으며, 그 외에 역 U자형의 단면을 가지도록 구성할 수도 있다.

상기 내부휜(42)은 판재를 반복 절곡 성형하여 외부휜(41)과 기저판(30)의 사이에 설치되며, 상기 기저판(30)으로부터 전달받은 열을 공기와 접촉하여 냉각을 담당하는 윗부분(46)과, 상기 윗부분(46)을 연결하면서 상기 기저판(30)과 직접 접촉되는 아래절곡부(47)로 구분된다. 상기 아래절곡부(47)에는 기저판(30)에 형성한 돌기(31)들이 관통될 수 있는 구멍(48)이 길이방향으로 다수 형성되어 있으며, 상기 구멍(48)은 기저판(30)에 형성한 돌기의 모양에 따라서 대응될 수 있는 모양으로 사각형이나 원형으로 형성할 수 있다.

위와 같이 내부휜을 기저판과 외부휜 사이에 추가 설치하게 되면 우선, 히트 싱크를 구성하는 냉각휜의 표면적이 극대화될 수 있고, 또 기저판과 외부판 사이에 존재하게 되는 내부휜은 0.03mm 이하의 연성이 우수한 알루미늄 또는 구리 박판을 사용할 경우 돌기의 압착 공정시에 아래절곡부의 두께 전체에 걸쳐 소성변형이 발생하면서 외부휜과 기저판의 공간을 채우는 역할을 하게 되어 외부휜과 기저판의 결합 시에 접합부에서 발생할 수 있는 어떠한 극소의 빈 공간도 허락하지 않게 되므로 별도의 열전도성 유기재료를 사용하지 않더라도 외부 및 내부 냉각휜과 기저판의 접착면을 최대화할 수 있으므로 기저판으로부터 외부휜으로 열이 더욱 더 잘 전달되도록 할 수 있다.

상기 내부휜(42)은 원활한 공기 흐름을 유지하기 위하여 바람직하게는 삼각형의 단면을 가지도록 절곡되어 설치된다. 내부휜(42)의 정상부 꼭지점의 각도는 외부휜(41)의 높이에 따라 변화할 수 있지만 바람직하게는 5도 이상 15도 이하로 유지하며, 외부휜(41)이 삼각형의 단면을 가지는 경우에는 외부휜(41) 윗부분과 내부휜(42) 윗부분 사이에 충분한 공간을 확보하기 위해 내부휜(42)의 정상부 각도를 외부휜(41)의 각도보다 10도 이상 크게 유지해야 한다.

내부휜(42)의 아래절곡부(47) 즉 기저판(30)과 접촉되는 부분은 외부휜(41)의 판 두께를 고려하여 외부휜(41)의 아래절곡부(44)보다 다소 폭이 넓게 절곡된다. 상기 외부휜(41)과 내부휜(42)은 모두 그 아래절곡부에 기저판(30)의 돌기(31)가 관통할 수 있도록 동일한 형상의 구멍을 형성한다.

한편, 상기 외부휜(41)과 내부휜(42)은 각각의 휜으로 유입되는 공기의 흐름을 원활히 하고 그 유동량을 증가시키기 위하여, 각 휜의 윗부분 정상부에 걸쳐서 다수의 구멍(24)을 길이방향으로 형성하거나, 또는 외부휜과 내부휜 중 어느 하나의 정상부에만 다수의 구멍(24)을 형성할 수 있다.

상기 기저판(30)과 휜조립체(40)의 접합은 앞에서 설명한 단일 휜 구조와 마찬가지로, 기저판(30)의 돌기(31)들에 내부휜(42)에 형성한 구멍(48)들을 일치 시켜 삽입하고 다시 외부휜(42)에 형성한 구멍(45)들을 내부휜(42) 위로 돌출된 기저판(30)의 돌기(31)들에 일치시켜 삽입하여 반구 형상의 독립형 펀치나 Roller를 사용하여 돌기의 정상부분을 반원형으로 압착하며, 기저판과 휜의 형상에 따라서 도 14(a) 내지 도 14(d)에서 보는 바와 같이 여러가지 형태의 히트 싱크를 얻을 수가있다.

본 고안에 따른 히트 싱크는 휜의 표면적을 극대화시켜 공기와 접촉하는 면적을 증가시키고, 또 기저판과 휜 사이의 열적 접촉이 양호하여 기저판의 열이 휜으로 잘 전달되도록 하면서도 기존 세선 스웨이징과 같이 기저판과 냉각판 이외의 별도 소재를 사용하거나, 기존 기저판 스웨이징과 같이 휜 주변의 기저판 소재 전체를 스웨이징할 필요없이 기저판 자체에 돌출되어 있는 부분을 직접 스웨이징시킴으로써 휜과 기저판의 결합공정이 단순화되어 제작 및 조립이 용이하게 되므로 제작성과 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 히트 싱크는 기저판의 두께를 필요에 따라 두껍게 또는 얇게 제작할 수 있으므로 크기에 따른 제작 한계성을 극복할 수 있고, 또 냉각효율과 생산성이 우수한 연속 반복 절곡된 휜을 기저판에 간단하면서도 견고하게 고정시킬 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 히트 싱크는 모든 제작공정에서 열원이 접착된 기저판의 뒷면의 평탄도를 유지할 수 있어 별도의 기계가공이 불필요하게 되므로 평탄한 기저판에 부착된 열원으로부터 기저판에 통해 전달된 열은 지체없이 휜으로 전달되어 히트 싱크의 성능을 최대한 발휘하도록 할 수 있다.

Claims (13)

1. 소정의 두께를 가지는 금속 판재를 가압 조작에 의해 소성변형시켜 상부면(32)은 기준면 위에 동일한 높이를 가지는 다수의 돌기(31)가 성형되도록 하고, 하부면(33)은 그 하부면(33)이 접하는 금형이나 지지틀의 윤곽과 동일한 모양을 가지도록 성형하여 얻어지는 기저판(30)과; 상기 기저판(30)으로부터 전달받은 열을 공기와 접촉하여 냉각을 담당하는 윗부분(21)과, 상기 윗부분(21)을 연결하면서 상기 기저판(30)과 접촉되고, 또 상기 기저판(30)에 형성한 돌기(31)들이 관통할 수 있도록 다수의 구멍(23)들이 길이방향으로 형성되어 있는 아래절곡부(22)로 구성되는 금속 휜(20)을 포함하여 히트 싱크를 구성하되, 상기 기저판(30)의 상부면에 형성된 돌기(31)는 상기 휜(20)의 아래절곡부(22)에 형성되어 있는 구멍(23)을 관통하여 돌출되도록 하고, 그 후에 반원형의 두부를 갖도록 압착되어 상기 기저판(30)과 그 위에 위치하는 휜(20)을 고정하도록 하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기저판(30)은 그 상부면(32)에 휜(20)의 아래절곡부(22)가 삽입될 수 있도록 소정의 깊이를 가지는 홈(34)들을 더 포함하여 성형되도록 하되, 상기 홈(34)은 그 바닥면에 길이방향으로 다수의 돌기(31)가 성형되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 휜(20)의 윗부분(21)은 삼각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 휜(20)의 윗부분(21) 정상부 꼭지점의 각도는 5도 이상 15도 이하인 것을 특징으로 하는 히트 싱크
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 휜(20)의 윗부분(21)은 사각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 휜(20)의 윗부분(21)은 역 U 자형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 휜(20)의 윗부분(21)은 그 정상부에 다수의 구멍(24)을 길이방향으로 형성한 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
8. 소정의 두께를 가지는 금속 판재를 가압 조작에 의해 소성변형시켜 상부면(32)은 기준면 위에 동일한 높이를 가지는 다수의 돌기(31)가 성형되도록 하고, 하부면(33)은 그 하부면(33)이 접하는 금형이나 지지틀의 윤곽과 동일한 모양을 가지도록 성형하여 얻어지는 기저판(30)과; 상기 기저판(30)으로부터 전달 받은 열을 공기와 접촉하여 냉각을 담당하는 윗부분(46)과, 상기 윗부분(46)을 연결하면서 상기 기저판(30)과 접촉되고, 또 상기 기저판(30)에 형성한 돌기(31)들이 관통할 수 있도록 다수의 구멍(48)들이 길이방향으로 형성되어 있는 아래절곡부(47)로 구성되어 상기 기저판(30) 위에 설치되는 내부휜(42)과; 상기 내부휜(42)으로부터 전달 받은 열을 공기와 접촉하여 냉각을 담당하는 윗부분(43)과, 상기 윗부분(21)을 연결하면서 상기 기저판(30)에 형성한 돌기(31)들이 관통할 수 있도록 다수의 구멍(45)들이 길이방향으로 형성되어 있는 아래절곡부(44)로 구성되어 상기 내부휜(42) 위에 설치되는 외부휜(41)을 포함하여 히트 싱크를 구성하되, 상기 기저판(30)의 상부면(32)에 형성된 돌기(31)는 상기 외부휜(41)과 내부휜(42)의 아래절곡부(44, 47)에 형성되어 있는 구멍(45, 48)을 관통하여 돌출되도록 하고, 그 후에 반원형의 두부를 갖도록 압착되어 상기 기저판(30)과 그 위에 위치하는 외부휜(41)과 내부휜(42)을 고정하도록 하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 내부휜(42)의 윗부분(46)은 삼각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 외부휜(41)과 내부휜(42)의 윗부분은 모두 삼각형의 단면을 가지며, 내부휜(42)의 정상부 꼭지점의 각도는 외부 삼각 휜(41)의 정상부 꼭지점의 각도보다 10도 이상 큰 각도로 절곡되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
11. 제 8 항 내지 제 10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부휜(41)의 윗부분(43)은 그 정상부에 다수의 구멍(24)을 길이방향으로 형성한 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
12. 제 8 항 내지 제 10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부휜(42)의 윗부분(46)은 그 정상부에 다수의 구멍(24)을 길이방향으로 형성한 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
13. 제 8 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기저판(30)은 그 상부면(32)에 외부휜(41)과 내부휜(42)의 아래절곡부(44, 47)가 삽입될 수 있도록 소정의 깊이를 가지는 홈(34)들을 더 포함하여 성형되도록 하되, 상기 홈(34)은 그 바닥면에 길이방향으로 다수의 돌기(31)가 성형되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.