KR20040052390A - 전자칩 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전자칩 냉각장치는 CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할을 하는 터미널 베이스와, 상기 터미널 베이스 상단에 솔더링되는 제 1히트파이프와, 상기 제 1히트파이프 끝단에 다수의 방열핀을 솔더링시켜 수평 및 수직방향으로 형성시킨 제 1방열 블록과, 상기 제 1방열 블록에 냉각유체를 강제대류 시키기 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 제 1방열 블록과 직각을 이루는 제 1히트파이프 선상에 제 2방열 블록을 형성되도록 하여, 제 1방열 블록을 통해 열 교환 된 공기는 제 1배출구를 통해 빠져나가게 되며, 제 2방열 블록을 통해 열 교환 된 공기는 캐비닛 상에 일체로 형성한 가이드 내벽을 따라 형성된 유로를 통해 제 2배출구로 빠져나가게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 방열면적을 획기적으로 증가시킬 수 있게 되어 냉각성능을 향상시키게되는 효과를 갖게 된다.

Description

전자칩 냉각장치{CPU Cooling Module}

본 발명은 컴퓨터 및 반도체 등의 주변전자장치를 냉각시키기 위한 전자칩 냉각장치에 관한 것으로, 특히 최종적으로 열 교환을 이루는 방열 블록을 3방향에서 설치하여 전체 방열면적을 보다 넓게 형성할 수 있도록 한 전자칩 냉각장치에 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(30,20)와, 상기 제 2히트파이프(20) 끝단에 다수의 방열핀(41)들이 일정 간격으로 솔더링되어 수평방향의 블록을 형성하는 제 3방열 블록(40)과, 상기 제 1히트파이프(30) 끝단에 다수의 방열핀(51)들이 일정 간격으로 솔더링되어 수직방향의 블록을 형성하는 제 1방열 블록(50)과, 상기 제 1 및 제 2방열 블록(50,40) 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 수 있는 판형으로 이루어진다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2히트파이프(30,20)는 터미널 베이스(10)상단에 솔더링(Soldering)되어 CPU에서 발생하는 열을 제 1 및 제 2방열 블록(50,40)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(50,40)은 별도의 지그를 이용하여 일정한 간격으로 배열된 다수의 방열핀(51,41)을 히트파이프(20,30) 하단에 솔더링시켜 형성하게 된다. 이때 상기 방열핀(51,41)의 설치각도는 냉각유체의 흐름 방향과 일치되도록 선정한다.

그리고, 팬 모터(60)는 제 1 및 제 2방열 블록(50,40)에 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 베이스를 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 방열블록(40,50)으로 이동되어진다.

상기 방열블록(40,50)으로 이동된 열은 자연대류에 의해 일부가 냉각되어지지만 이는 실제 매우 적은 부분이고, 상기 방열블록(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 모터 장착부(71)와 팬 커버(80)에 의해 유로를 형성하여 외부공기를 방열블록(40,50)까지 송출할 수 있게 된다.

여기서, 상기에서와 같이 최종적인 열 교환을 이루는 방열블록(40,50)을 서로 직각을 이루는 수평 및 수직 2방향에만 설치하게 되는 이유는 노트북 등의 케비닛(1) 구조에 따른 것으로서, 도 1에서 보여지는 바와 같이 케비닛(1)의 구조적인 특성상 공간확보가 용이한 모서리부에 제 1 및 제 2배출구(1b,1a)를 형성하고, 상기 배출구(1a,1b)와 대응하도록 냉각장치의 제 1 및 제 2방열블록(50,40)을 위치시키도록 한다.

그러나, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 종래의 전자칩 냉각장치에서는 제한된 공간에서 열을 방출하여야 하므로 열 전달의 효율성 문제가 중요하게 되는데, 방열핀(41,51)을 통한 방열면적 확보에는 공간상의 제약으로 인해 이미 한계에 다다른 상황이라 할 수 있을 것이다.

즉, 앞으로 노트북 등은 더욱 소형화 및 박형화 되어질 것이 분명하고, 이에 따라 CPU 등과 같은 전자칩은 더욱 소형화되면서, 고용량화되어 많은 열이 발생될 것이다. 반면, 내부공간은 더욱 협소해져 방열면적 확보에 무엇보다 큰 어려움을 격게 될 것은 너무도 자명하다.

이에, 보다 획기적이며 효율성이 높은 냉각장치의 방열면적을 확보할 수 있는 방안이 제시되어져야 할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 노트북 등의 소형화 박형화에 따른 내부 공간의 고밀도화에도 불구하고 충분한 방열면적을 확보할 수 있도록 하기 위해 방열 블록을 3방향에 걸쳐 설치하도록 한 전자칩 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자칩 냉각장치를 나타낸 사시도.

도 2는 종래의 히트파이프 내부구조를 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 전자칩 냉각장치의 구조를 보인 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 캐비닛 101: 제 3배출구

102: 제 1배출구 103: 제 2배출구

104: 가이드 내벽 105: 유로

110: 터미널 베이스 120: 제 2히트파이프

130: 제 1히트파이프 140: 제 3방열 블록

141,151: 방열핀 150: 제 1방열 블록

160: 팬 모터 170: 베이스 프레임

171: 모터 장착부 173: 터미널 장치부

180: 팬 커버 190: 제 2방열 블록

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자칩 냉각장치는 CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할을 하는 터미널 베이스와, 상기 터미널 베이스 상단에 솔더링되는 제 1히트파이프와, 상기 제 1히트파이프 끝단에 다수의 방열핀을 솔더링시켜 수평 및 수직방향으로 형성시킨 제 1방열 블록과, 상기 제 1방열 블록에 냉각유체를 강제대류 시키기 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 제 1방열 블록과 직각을 이루는 제 1히트파이프 선상에 제 2방열 블록을 형성되도록 하여, 제 1방열 블록을 통해 열 교환 된 공기는 제 1배출구를 통해 빠져나가게 되며, 제 2방열 블록을 통해 열 교환 된 공기는 캐비닛 상에 일체로 형성한 가이드 내벽을 따라 형성된 유로를 통해 제 2배출구로 빠져나가게 되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 특징으로는 상기 제 1방열 블록과 제 2방열 블록을 일체형으로 구성하는데 특징이 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 전자칩 냉각장치의 구조를 보인 사시도이다.

동 도면에서 보여지는 바와 같이, 본 발명에 따른 전자칩 냉각장치는 CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되도록 터미널 베이스(110)를 형성한다.

그리고, 상기 터미널 베이스(110) 상단에는 솔더링에 의해 제 1 및 제 2히트파이프(130,120)가 일체화되어진다.

이때, 상기 제 2히트파이프(120) 끝단에는 다수의 방열핀(141)들이 일정 간격으로 솔더링되어 수평방향의 제 3방열 블록(140)을 일체화시키게 되고, 상기 제 1히트파이프(130) 끝단에는 다수의 방열핀(151)들이 일정 간격으로 솔더링되어 수직방향의 제 1방열 블록(150)을 일체화시키게 된다.

그리고, 상기 제 1방열 블록(150)과 직각을 이루는 제 1히트파이프(130) 상에 제 2방열블록(190)을 일체화시키도록 한다.

이로 인해 본 발명에서는 3방향에 따른 방열블록(150,190,140)을 형성하게 되고, 그 만큼 넓은 방열면적을 확보할 수 있게 된다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2방열 블록(150,140)에 강제대류에 의한 냉각유체를 공급하기 위해서 그 중심부에 팬 모터(160)가 설치되어진다.

여기서, 상기 팬 모터(160)와 터미널 베이스(110)는 베이스 프레임(170)에 의해 고정지지 되는데, 이러한 베이스 프레임(170)은 주조에 의한 일체형 구조물로 이루어진다.

상기 베이스 프레임(170)은 팬 모터(160)를 장착시키기 위한 모터장착부(171)를 형성하고, 그 일측에 터미널 베이스(110)를 장치시키기 위한 터미널 장치부(173)가 일체로 형성되어진다.

그리고, 상기 베이스 프레임(170)의 모터 장착부(171)의 상측 개구부를 차폐시키도록 한 판상체로써, 중앙에 냉각유체를 흡입하기 위한 흡입 공(181)이 형성된 팬 커버(180)를 구비하게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 전자칩 냉각장치의 작용에 대하여 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 3방열 블록(140)과, 제 1방열 블록(150)과, 제 2방열 블록(190)으로 이동되어지며, 상기 각 방열 블록들(140,150,190)로 이동된 열은 팬 모터(160)를 구동시킴으로써, 강제대류를 일으켜 냉각하게 된다.

이때, 상기 제 3방열 블록(140)을 통해 열 교환된 공기는 캐비닛(100)의 제 3배출구(101)로 빠져나가게 되고, 제 1방열 블록(150)을 통해 열교환된 공기는 제 1배출구(102)를 통해 빠져나가게 되며, 제 2방열 블록(190)을 통해 열 교환 된 공기는 캐비닛(100) 상에 일체로 형성한 가이드 내벽(104)을 따라 형성된 유로(105)를 따라 제 2배출구(103)를 통해 빠져나가게 된다.

여기서, 상기 제 1배출구(102)를 넓게 형성하여 제 1방열 블록(150)과 제 2방열 블록(190)의 공동 배출구로 사용할 수도 있다.

그리고, 도면으로 도시되지는 않았지만 본 발명에 따른 다른 실시 예로서,상기 제 1방열 블록(150)과 제 2방열 블록(190)을 일체형으로 형성하여 방열면적을 보다 넓게 형성할 수도 있다.

본 발명은 전자칩 냉각장치의 최종적 열 교환을 이루는 방열블록을 3방향에 걸쳐 형성하도록 함으로써, 방열면적을 획기적으로 증가시킬 수 있게 되어 냉각성능을 향상시키게되는 효과를 갖게 된다.

이로 인해, 열에 민감한 전자칩 등을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 되어 제품의 수명을 크게 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 과열에 의한 고장이 없어 소비자에게 신뢰감을 주게 되는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할을 하는 터미널 베이스와, 상기 터미널 베이스 상단에 솔더링되는 제 1히트파이프와, 상기 제 1히트파이프 끝단에 다수의 방열핀을 솔더링시켜 수평 및 수직방향으로 형성시킨 제 1방열 블록과, 상기 제 1방열 블록에 냉각유체를 강제대류 시키기 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 제 1방열 블록과 직각을 이루는 제 1히트파이프 선상에 제 2방열 블록을 형성되도록 하여, 제 1방열 블록을 통해 열 교환 된 공기는 제 1배출구를 통해 빠져나가게 되며, 제 2방열 블록을 통해 열 교환 된 공기는 캐비닛 상에 일체로 형성한 가이드 내벽을 따라 형성된 유로를 통해 제 2배출구로 빠져나가게 되는 것을 특징으로 하는 전자칩 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 터미널 베이스 상단에 솔더링되는 제 1히트파이프 일측에 나란히 제 2히트파이프가 솔더링되고, 상기 제 2히트파이프의 끝단이 캐비닛 모서리부로 절곡 형성되며, 상기 캐비닛 모서리부로 절곡된 제 2히트파이프 끝단에 제 3방열블록이형성되고, 상기 제 3방열블록을 통해 열 교환된 공기는 제 3방열블록 전면 캐비닛에 형성된 제 3 배출구로 빠져나가게 되는 것을 특징으로 하는 전자칩 냉각장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1방열 블록과 제 2방열 블록을 통해 열 교환 된 공기를 공동으로 배출할 수 있도록 제 1배출구와 제 2배출구를 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 전자칩 냉각장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1방열 블록과 제 2방열 블록을 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 전자칩 냉각장치.