KR20040047125A - 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최종적으로 열교환이 이루어지는 방열핀을 몰드 금형 상에 나열하여 플라스틱 사출에 의해 일체화하도록 된 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조는 CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할을 하는 터미널 베이스와, 상기 터미널 베이스 상단에 솔더링되는 제 1 및 제 2히트파이프와, 상기 제 1 및 제 2히트파이프 끝단에 다수의 방열핀을 솔더링시켜 수평 및 수직방향으로 형성시킨 제 1 및 제 2방열 블록과, 상기 방열 블록에 냉각유체를 강제대류시키기 위한 팬 모터와, 상기 팬 모터 및 터미널 베이스가 고정되도록 하는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 팬 모터 설치부 상단 중심을 제외한 대부분을 차단시켜 냉각유체가 효율적으로 유입 및 배출될 수 있도록 하는 팬 커버로 구성되어 캐비닛 모서리부에 설치되는 전자칩 냉각장치에 있어서, 상기 방열 블록은 몰드(mold)금형 상에 방열핀을 나열하고 플라스틱 사출을 하여 일체화시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 몰드 금형 상에 방열핀을 나열하여 플라스틱 사출 하는 인서트방식에 의한 방열핀을 일체화할 수 있게 됨으로써, 방열핀의 조립후의 고정상태가 견고하여 생산공정에서의 불량을 최소화할 수 있으며, 조립공정에 따른 작업시간을 대폭 줄일 수 있게되는 효과를 갖는다.

Description

전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조{Plate Radiator Structure of CPU Cooling Module}

본 발명은 컴퓨터 등에 사용되는 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 최종적으로 열교환이 이루어지는 방열핀을 몰드 금형 상에 나열하여 플라스틱 사출에 의해 일체화하도록 된 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조에 관한 것이다.

최근 들어, 노트북 등과 같은 소형 포터블 컴퓨터들은 점차, 성능이 우수하면서도, 두께가 얇고, 가벼워지는 추세에 있다.

이러한 전자제품들의 소형화 및 박형화를 위해서는 컴퓨터 내부에 사용되는 CPU(Central Processing Unit) 및 주변 전자장치의 소형화 및 고속화, 대용량화가 불가피하다.

이처럼, 소형화되어진 CPU 등과 같은 전자부품들의 용량은 상대적으로 대용량화되어짐에 따라서 발열량은 극도로 증가하게 된다.

이러한 발열체로서의 전자부품들의 과열을 방지하기 위해서는 보다 빠르고 효과적인 냉각수단이 갖추어져야한다. 허나, 전자제품들이 점점 더 박형화 되어짐에 따라서 내부의 공간은 더욱 고밀도화 되어질 수밖에 없고, 이러한 공간적 제약으로 냉각유체(공기)의 흐름이 원활히 이루어지지 못해 전자 칩으로부터 발열되는 열을 방출시키는데 어려움이 따르게 된다.

특히, 상기 CPU는 여타의 부품이 갖는 온도에 비하여 상대적으로 상당히 높기 때문에 CPU의 고온화에 따른 문제는 심각하다. 즉, 상기 CPU의 고온화는 결과적으로 클럭(clock) 속도의 저하 및 오작동 그리고 고장 발생율이 급격하게 증가되는 원인이 된다.

현재, 이러한 CPU등과 같은 발열체를 효과적으로 방열시키기 위한 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이에 대한 노력으로 종래에는 팬 모터, 방열핀, 히트파이프 등을 이용한 냉각장치를 프로세서에 붙여 프로세서나 고발열 컴포넌트 등을 냉각시키는데 이용하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자칩 냉각장치를 나타낸 사시도로서, 동 도면에서 도시되어진 바와 같이 종래의 전자칩 냉각장치는, CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할을 하는 터미널 베이스(10)와, 상기 터미널 베이스(10) 상단에 솔더링되도록 한 제 1 및 제 2히트파이프(20,30)와, 상기 제 1히트파이프(20) 끝단에 다수의 방열핀(41)들이 일정 간격으로 솔더링되어 수평방향의 블록을 형성하는 제 1방열 블록(40)과, 상기 제 2히트파이프(30) 끝단에 다수의 방열핀(51)들이 일정 간격으로 솔더링되어 수직방향의 블록을 형성하는 제 2방열 블록(50)과, 상기 제 1 및 제 2방열 블록(40,50) 냉각유체를 공급하기 위해 그 중심부에 위치하도록 된 팬 모터(60)와, 상기 팬 모터(60) 및 터미널 베이스(10)가 고정되도록 하는 베이스 프레임(70)과, 상기 베이스 프레임(70)의 팬 모터(60) 설치부 상단 중심을 제외한 대부분을 차단시켜 냉각유체가 효율적으로 유입 및 배출될 수 있도록 하는 팬 커버(80)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 터미널 베이스(10)는 CPU에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할인 만큼, 열 전도율이 우수한 재질을 사용하게되고, 면적을 다소 넓게 형성할 수있는 판형으로 이루어진다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2히트파이프(30,40)는 터미널 베이스(10)상단에 솔더링(Soldering)되어 CPU에서 발생하는 열을 방열 블록(40,50)까지 이동시키는 역할을 하는 것으로서, 개략적 구조 및 원리에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 종래의 히트파이프 내부구조를 보인 단면도로서, 도면에서 보여지는 바와 같이 히트파이프(20,30)의 구조는 일반적으로 밀폐형 용기의 내벽에 다공성 구조물인 윅(Wick)이 형성되고, 그 내부를 작동유체에 의해서 채우도록 되어진다.

이러한 구조의 히트파이프는 부분별로 증발부, 단열부, 응축부를 형성하는데, 상기 증발부는 외부 열원으로부터 열을 흡수하여 작동유체가 기체상태로 증발하게 되고, 이때의 팽창력에 의해 작동유체가 증발부에서 응축부 방향으로의 이동을 하게 된다. 이와 반대로 응축부에서는 온도가 낮은 외부에 열을 빼앗기면서 작동유체가 기체상태에서 액체상태로의 응축이 일어나게 되어 윅(WICK)의 모세관력으로 증발부로 이동되어 상기와 같은 과정을 계속적으로 반복하게 된다.

즉, 히트파이프는 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기-액체간의 상-변화 과정을 통하여 용기 양단사이에 열을 전달하는 장치로 잠열을 이용하여 열을 이동시킴으로써, 단일상의 작동유체를 이용하는 통상적인 열 전달 기기에 비해 매우 큰 열 전달 성능을 발휘하게 된다.

상기 제 1 및 제 2방열 블록(40,50)은 별도의 지그를 이용하여 일정한 간격으로 배열된 다수의 방열핀(41,51)을 히트파이프(20,30) 하단에 솔더링시켜 형성하게 된다. 이때 상기 방열핀(41,51)의 설치각도는 냉각유체의 흐름 방향과 일치되도록 선정한다.

그리고, 팬 모터(60)는 제 1 및 제 2방열 블록에 냉각유체를 공급할 수 있도록 강제대류를 일으키게 된다. 대부분 축류형 팬 모터가 사용되는데, 수직축 방향에서 끌어들인 냉각유체를 수평방향으로 이송하게 된다.

상기 베이스 프레임(70)은 일체형 주조물로 이루어지고, 일측에 팬 모터(60)가 장착되기 위한 모터 장착부(71)가 형성되고, 그 일측으로 터미널 베이스(10)를 장치하기 위한 터미널 장치부(73)가 형성된다.

그리고, 상기 팬 커버(80)는 모터 장착부(71) 상부를 차폐하는 판상체로서, 중앙에 냉각유체를 흡입하기 위한 흡입공(81)이 형성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 종래의 전자칩 냉각장치의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

우선, CPU 등과 같은 전자칩에서는 고온의 열이 발생되고, 이러한 발열체 표면에 터미널 베이스(10)가 직접 접촉되어진다.

상기 CPU에서 발생한 열은 터미널 베이스(10)로 전도되어진다. 그리고, 상기 터미널 베이스(10)로 전도되어진 열은 다시 히트파이프(20,30)를 통해 히트파이프(20,30) 각 끝단에 형성된 방열 블록(40,50)으로 이동되어진다.

상기 방열 블록(40,50)으로 이동된 열은 자연대류에 의해 일부가 냉각되어지지만 이는 실제 매우 적은 부분이고, 상기 방열 블록(40,50)의 내측에 설치된 팬 모터(60)을 구동시킴으로써, 강제대류를 일으켜 냉각하게 된다.

이때, 상기 팬 모터(60)는 베이스 프레임(70)의 일측에 형성한 모터장착부(71)와 팬 커버(80)에 의해 유로를 형성하여 외부공기를 방열 블록(40,50)까지 송출할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 종래 기술의 전자칩 냉각장치에 사용되는 방열핀(41,51; Plate radiator)의 수는 대략 50여 개 정도로 이를 조립하여 히트파이프(20,30) 상에 솔더링(soldering)하게 되는데, 이렇듯 히트파이프(20,30) 상에 방열핀(41,51)을 일체화시키는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있으나, 대표적으로 두 가지 방법을 예로 들 수 있다.

첫째 방법으로는, 별도의 지그를 이용하여 다수의 방열핀(41,51)을 지지 및 고정시킨 후, 얇은 판재로 이루어진 히트싱크(미도시) 상에 솔더링시키고 나서, 다시 상기 히트싱크를 히트파이프(20,30) 상에 솔더링시키는 방법이 있는데, 이는 공정이 복잡하고 번거로우며, 솔더링 과정에서의 불량 발생률이 많아 이로 인한 제조단가 상승의 문제점을 갖는다.

둘째 방법으로는, 도 3에서 보여지는 바와 같이 방열핀(45)을 "??"자 형상으로 형성하고, 상기 방열핀(45)이 반복 연속적으로 결합되기 위한 다수의 돌기(45a)와 다수의 체결홀(45b)형성하는 체인구조로 엮인 후, 히트파이프(20,30) 상에 솔더링시키는 방법이 있다. 그러나 이러한 방법 또한, 방열핀 제조공정 및 엮는 과정이 복잡하고, 조립 후, 견고히 고정되지 않아 이동 중에나 작업 중에 이탈될 염려가 있는 것이다.

상기한 바와 같이 종래의 기술에 의한 히트파이프(20,30)와 방열핀(41,51)의 일체화 과정에는 많은 문제점이 내제된 것으로서, 무엇보다도 제조공정의 단순화와조립의 견고성 그리고, 이에 따른 제조단가의 절감을 이룰 수 있도록 하는 일체화 방법이 제안되어져야 할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 제조공정이 단순하면서도, 견고한 구조를 갖도록 하는 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자칩 냉각장치를 나타낸 사시도.

도 2는 종래의 히트파이프 내부구조를 보인 단면도.

도 3은 종래의 방열핀 일체화 구조를 보인 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 방열핀 조립구조를 보인 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 방열핀 조립구조를 적용시킨 전자칩 냉각장치의 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 터미널 베이스 20: 제 1히트파이프

30: 제 2히트파이프 40: 제 1방열 블록

41,51: 방열핀 50: 제 2방열 블록

60: 축류형 팬 모터 70: 베이스 프레임

71: 모터 장착부 73: 터미널 장치부

80: 팬 커버 140,150: 방열 블록

141,151: 방열핀 143,153: 고정 바

145,155: 접지면

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조는 CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할을 하는 터미널 베이스와, 상기 터미널 베이스 상단에 솔더링되는 제 1 및 제 2히트파이프와, 상기 제 1 및 제 2히트파이프 끝단에 다수의 방열핀을 솔더링시켜 수평 및 수직방향으로 형성시킨 제 1 및 제 2방열 블록과, 상기 방열 블록에 냉각유체를 강제대류시키기 위한 팬 모터와, 상기 팬 모터 및 터미널 베이스가 고정되도록 하는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 팬 모터 설치부 상단 중심을 제외한 대부분을 차단시켜 냉각유체가 효율적으로 유입 및 배출될 수 있도록 하는 팬 커버로 구성되어 캐비닛 모서리부에 설치되는 전자칩 냉각장치에 있어서,

상기 방열 블록은 몰드(mold)금형 상에 방열핀을 나열하고 플라스틱 사출을 하여 일체화시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 방열핀 조립구조를 보인 사시도이다.

동 도면에서 보여지는 바와 같이 본 발명에 따른 방열 블록(140,150)구조는 다수의 방열핀(141,151)과 이를 고정지지 하는 플라스틱재질의 고정바(143,153)로 이루어진다. 그리고, 상기 방열핀(141,151)의 상부에 히트파이프 상에 솔더링시키기 위한 접지면(145,155)을 형성하게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 방열 블록(140,150)은 도 5에서 보여지는 바와 같이 히트파이프(120,130) 하부에 솔더링에 의해 접합된다.

이때, 상기 솔더링 시에는 280℃정도의 고열이 발생됨으로 인해 상기 고정바(143,153)의 재질은 융점이 280℃ 이상인 플라스틱 재질을 선정하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 방열핀 조립구조에 따른 냉각장치의 작용에 대하여 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, CPU 등과 같은 발열체에서의 발생된 열을 터미널 베이스(110)를 통해 히트파이프(120,130)로 전도되고, 다시 각각의 히트파이프(120,130) 상에 형성된 제 1방열 블록(140)과, 제 2방열 블록(150)으로 이동되어지며, 상기 각 방열 블록들(140,150)로 이동된 열은 팬 모터(160)를 구동시킴으로써, 강제대류를 일으켜 냉각하게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조는 냉각장치의 조립공정 전에 대량으로 제작이 가능하고, 실제 조립공정에서 쉽게 접합시킬 수 있게 된다.

이로 인해, 조립공정에 따른 작업시간을 대폭 줄일 수 있게 되고, 금형이나 제품단가를 절감할 수 있게 된다. 또한, 플라스틱 사출에 따른 일괄적인 배열구조를 쉽게 이룰 수 있어 열효율을 좋게 할 수 있게 된다.

본 발명은 몰드 금형 상에 방열핀을 나열하여 플라스틱 사출 하는 인서트방식에 의한 방열핀을 일체화할 수 있게 됨으로써, 방열핀의 조립후의 고정상태가 견고하여 생산공정에서의 불량을 최소화할 수 있으며, 조립공정에 따른 작업시간을 대폭 줄일 수 있게되는 효과를 갖는다.

또한, 구조가 간단하여 금형이나 제품단가가 저렴한 이점을 갖게 된다.

Claims (3)

1. CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할을 하는 터미널 베이스와, 상기 터미널 베이스 상단에 솔더링되는 제 1 및 제 2히트파이프와, 상기 제 1 및 제 2히트파이프 끝단에 다수의 방열핀을 솔더링시켜 수평 및 수직방향으로 형성시킨 제 1 및 제 2방열 블록과, 상기 방열 블록에 냉각유체를 강제대류시키기 위한 팬 모터와, 상기 팬 모터 및 터미널 베이스가 고정되도록 하는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 팬 모터 설치부 상단 중심을 제외한 대부분을 차단시켜 냉각유체가 효율적으로 유입 및 배출될 수 있도록 하는 팬 커버로 구성되어 캐비닛 모서리부에 설치되는 전자칩 냉각장치에 있어서,

   상기 방열 블록은 몰드(mold)금형 상에 방열핀을 나열하고 플라스틱 사출을 하는 인서트방식에 의해 일체화시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 방열 블록은 다수의 방열핀과, 상기 방열핀 상부에 히트파이프를 솔더링시키기 위해 형성한 접지면과, 상기 방열핀을 일정간격으로 고정지지하기 위한 고정바로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 고정바의 재질을 융점 280℃ 이상인 플라스틱 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 전자칩 냉각장치의 방열핀 조립구조.