KR200421435Y1 - 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크 - Google Patents

다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크 Download PDF

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KR200421435Y1
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Abstract

본 고안은 컴퓨터 등 전자장치의 회로기판에 장착되는 마이크로프로세서유닛(이하 MPU) 등과 같은 발열을 수반하는 반도체 소자로부터 발생 되는 열을 방열시키는 다채널 평판형 히트파이프를 구비한 히트싱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스블럭과 핀이 결합된 제1히트싱크와 베이스블럭 하면에 U형태로 절곡된 다채널 평판형 히트파이프를 연결하고, 그 응축부에 제2히트싱크를 결합하여 구성한 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크에 관한 것이다.
본 고안에 의한 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크는 반도체 소자에서 발생 되는 열을 다채널 평판형 히트파이프와 제2히트싱크에서 외기로 방열하고, 동시에 제1히트싱크에서 외기로 방열함으로써, 방열성능이 우수한 히트싱크를 제공할 수 있다. 또한, 종래 기술에 의한 원형 히트파이프를 이용한 히트싱크에 비하여 열원과 직접 접촉할 수 있는 구조로 열저항을 저감시켜 방열 능력이 향상된다.
히트싱크, 평판형 히트파이프, 히트파이프 모듈, 방열, 냉각

Description

다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크{Heat Sink Applied Flat Plate Heat Pipe with MultiChannel }
도1은 종래 기술에 의한 반도체 소자 방열용 히트싱크의 사시도.
도2는 종래 기술에 의한 절곡된 원형 히트파이프가 구비된 히트싱크의 사시도 및 측면도.
도3은 종래 기술에 의한 수직동작 원형 히트파이프가 구비된 히트싱크의 사시도 및 정면도.
도4는 종래기술에 의한 원형 히트파이프와 베이스블럭간의 결합 예를 나타내는 단면도.
도5는 본 고안에 적용되는 다채널 평판형 히트파이프의 구조를 나타내는 사시도.
도6은 본 고안에 의한 다채널 평판형 히트파이프와 베이스 블럭간의 결합 예를 나타내는 단면도.
도7는 본 고안의 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크를 나타내는 분해 사시도 및 정면도.
도8은 본 고안의 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크를 나타내는 조립도 및 정면도.
(도면 주요부분에 대한 부호의 설명)
100;베이스블럭 101;핀(전열판) 110;홈(핀과의 결합홈)
102;원형 히트파이프 200;다채널 평판형 히트파이프 201;채널
301,302;제2히트싱크 400;결합판 501,502:결합홀
본 고안은 컴퓨터 등 전자장치의 회로기판에 장착되는 마이크로프로세서유닛(이하 MPU) 등과 같은 발열을 수반하는 반도체 소자로부터 발생되는 열을 보다 빠르게 냉각하기 위하여 상변화를 이용한 열이송 매체인 동시에 넓은 표면적을 갖는 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스블럭과 핀이 결합된 제1히트싱크와 베이스블럭 하면에 U형태로 절곡된 평판형 히트파이프가 상부 방향으로 연결되고, 그 응축부에 제2히트싱크를 결합하여 구성된 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 것을 특징으로 한다.
최근 비메모리, 메모리 등 반도체 소자의 고집적화, 고속화 기술은 급속하게 발전하고 있지만, 이에 대응하여 소비전력 증가와 선폭 감소에 의한 전류 밀도 증가에 의한 열밀도 또한 급격하게 상승 되고 있다. 종래 기술에 의한 히트싱크를 사용하여 고발열을 수반하는 반도체 소자의 열을 제거하는 것은 이미 한계에 직면 했고, 이를 극복하기 위하여 원형 히트파이프를 부가한 히크싱크들이 계속 등장하고 있다.
도1은 종래 기술에 의한 히트싱크를 나타낸다. 베이스블럭(100)과 핀(101)이 일체형으로 형성된 것과 브레이징 등의 접합으로 형성된 것이 있다. 일체형으로는 압출가공과 최신 가공법인 스카이빙 가공방법이 있다.
도2와 도3은 종래 기술에 의한 원형 히트파이프가 구비된 히트싱크로서, 도2는 베이스블럭(100)에 원형 히트파이프(102)를 ㄷ자 형태 등으로 절곡한 후, 증발부를 베이스블럭(100)에 매입 또는 노출되게 결합하고, 원형 히트파이프(102) 응축부에 방열촉진을 위하여 다수개의 핀(구리 등의 금속 박판)을 연속적으로 연결 결합한다. 원형 히트파이프(102)와 핀(101)이 결합되는 홀은 브레이징 등 접합을 실시한다. 도3은 종래 기술의 또 다른 예로 큰 구경의 원형히트파이프(102)를 수직으로 베이스블럭(100)상면의 홈에 기계적 또는 접합 방법으로 결합하고, 원형 히트파이프(102) 기둥면에 다수개의 핀(101)을 연속적으로 연결하고 브레이징 등의 접합을 실시한다.
도4는 종래 기술에 의한 원형 히트파이프(102)와 베이스블럭간 결합 예를 나타내는 단면도로서, 단면 형상이 원형이기 때문에 발열원인 반도체 소자 등과 직접 접촉되지 못하기 때문에, 반드시 베이스블럭(100)이 구비되어야 한다. 베이스 블럭과의 결합은 내부 삽입 또는 일부 노출된다.
상기에서 서술한 바와 같이, 종래 기술에 의한 원형 히트파이프가 구비된 히트싱크는 히트파이프의 단면 형상이 원형이기 때문에 반도체 소자 등 발열원과 직접 접촉되지 못하기 때문에 베이스블럭이 필수적으로 구비되어야 한다. 또한, 전열면적의 관점에서 원형 히트파이프는 베이스블럭과 접촉되는 면의 크기는 원주둘레 와 길이의 곱의 값으로, 접촉면을 증가시키기 위해서는 원형 히트파이프의 직경을 증가시켜야 하는데, 이것은 베이스블럭의 두께가 함께 증가 되어야 하기 때문에, 그 접촉면적을 증가시키는 것은 한계가 있을 수밖에 없다.
이에 본 고안은 상기한 종래 기술상의 문제점을 해결하고 나아가 히트싱크의 방열성능을 더욱 향상시켜 반도체 소자의 동작 온도를 저감할 수 있는 방열 성능이 우수한 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 대표도를 도7에 도시한다. 베이스블럭(100)과 그 상부면에 형성된 1개 이상의 홈(110)에 다수개의 핀(101)이 결합된 제1히트싱크와 U형태 등으로 절곡된 다채널 평판형 히트파이프(200)의 증발영역(200a)이 베이스블럭(100) 하면과 결합 되는 것을 특징으로 한다.
상기 U형태 등으로 절곡된 다채널 평판형 히트파이프 양측(200b,응축영역)은 제1히트싱크의 핀(101)이 위치되어 있는 베이스블럭(100) 상부 공간에 적어도 1개이상 위치되며, 절곡각 θ(도7의 b)는 가공과 조립의 편의성을 위하여 양의 방향으로 70°이상 180°이하인 것을 특징으로 한다.
상기 베이스블럭(100) 상부 공간에 위치되는 다채널 평판형 히트파이프(200) 양측(응축영역,200b)에 방열촉진을 위한 제2히트싱크(301,302)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한, 베이스 블럭(100) 하면과 다채널 평판형 히트파이프(200) 증발영역(200a) 결합을 위한 결합판(400)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
도6은 본 고안에 의한 다채널 평판형 히트파이프(200)와 베이스블럭(100)간의 결합 예를 나타내는 것으로, 베이스블럭(100) 내부에 삽입(도6의 a)되거나 베이스블럭(100)의 상하면에 노출되어 결합 될 수 있다. 도4에 도시한 종래 기술에 의한 원형 히트파이프가 구비된 경우와 비교하면, 베이스블럭(100)과 히트파이프(102,200)간의 접촉면적이 크다. 또한 반도체 소자 등 열원과 직접 접촉할 수 있어, 열저항을 저감시켜 방열성능을 향상시킬 수 있다.
본 고안의 바람직한 실시예에 의하면 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크는 발열을 수반하는 반도체 소자와 직접 접촉될 수 있고, 베이스블럭이나 결합판과의 접촉 면적이 크기 때문에 발열원으로부터 열을 빠르게 흡수할 수 있고, 또한 다채널 평판형 히트파이프의 응축영역과 제2히트싱크(301,302)간의 접촉면적도 종래기술에 의한 것보다 크기 때문에 방열성능이 향상된다. 또한, 종래기술에 의한 원형 파이프와 핀을 접촉하는 것에 비하여 가공성 및 조립성이 우수하다.
(실시예)
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 고안의 상세한 설명은 상기에서 기술된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 고안의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 본 고안의 특징을 명확하게 전달 하기 위하여 일부 도면은 과장적으로 도시되었고, 부가 부품에 대해서는 생략한 것도 있다.
도5를 참조하여, 본 고안의 다채널 평판형 히트파이프의 구조를 나타내는 것으로, 내부에 다수개의 채널(201)이 형성된 알루미늄 압출재를 일정 길이(통상100~300mm)로 절단하여, 일단을 기계적 압접하여 봉합하고, 각각의 채널(101)에 증류수 등의 작동유체를 주입한 후 나머지 일단을 채널(201) 내부 진공을 유지하면서 압접하여 다채널 평판형 히트파이프를 형성한다. 채널(201) 단면은 다각 구조 형상을 갖는다.
도7를 참조하여, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 대표도이다. 베이스블럭(100)과 그 상부면에 형성된 1개 이상의 홈(110)에 다수개의 핀(101)이 결합된 제1히트싱크와 U형태 등으로 절곡된 다채널 평판형 히트파이프(200) 증발영역(200a)이 베이스블럭(100) 하면과 연결된다. U형태로 절곡된 다채널 평판형 히트파이프(200)의 응축영역(200b)은 제1히트싱크의 핀(101)이 위치되는 베이스블럭(100) 상부 공간에 위치된다.
상기 U형태로 절곡된 다채널 평판형 히트파이프의 양측 응축영역(200b)에 방열촉진을 위하여 제2히트싱크가 좌(301a302a),우(301b,302b) 쌍으로 결합된다.
상기 베이스블럭(100) 하면과 다채널 평판형 히트파이프 증발영역(200a)의 기계적 결합을 위하여 결합판(400)이 구비될 수 있으며, 그 결합은 베이스블럭 홀(501)과 결합판홀(502)에 나사 이음 등으로 실시한다. 결합판(400)은 기계적 결합과 더불어 반도체 소자와 접촉저항을 저감 시키는 역활을 한다.
상기 베이스블럭(100)과 다채널 평판형 히트파이프의 증발영역(200a),다채널 평판형 히트파이프 증발영역(200a)과 결합판(400) 그리고 다채널 평판형 히트파이 프 응축영역(200b)과 제2히트싱크의 결합 계면에 접촉저항 저감을 위하여 열계면재료를 부가한다.
상기 열계면재료로는 높은 열전도도를 갖는 방열그리스, 방열패드, 방열본드를 사용하는 것이 바람직하다.
도7의 (b)에서 U형태로 절곡된 다채널 평판형 히트파이프(200)의 벤딩각 θ는 가공과 조립성이 용이하도록 양의 방향으로 70°이상 180°이하로 설정하는 것이 바람직하다.
도8은 도5의 분해도를 결합한 등각 조립도(a)와 정면도(b)를 나타낸다.
이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시 예와 첨부도면에 한정되는 것이 아니며, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 형태로 다양하게 구현될 수 있음을 밝혀둔다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 다채널 평판형 히트파이프를 구비한 히트싱크는 반도체 소자에서 발생되는 열을 다채널 평판형 히트파이프와 제2히트싱크에서 외기로 방열하고 동시에 제1히트싱크에서 외기로 방열함으로써 방열효과를 증가시킬 수 있다. 또한, 종래기술에 의한 원형 히트파이프를 이용한 히트싱크와 비하여 발열원과 직접 접촉이 가능하고, 베이스블럭과의 접촉면적이 크기 때문에 열저항이 저감되어 방열성능이 우수한 히트싱크를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 컴퓨터 등 전자장치의 회로기판에 장착되는 반도체 소자를 냉각하는 히트싱크에 있어서,
    베이스블럭과 그 상부 홈에 다수개의 핀이 결합된 제1히트싱크와;
    증발영역이 상기 베이스블럭에 결합되는 U형태로 절곡된 적어도 1개 이상의다채널 평판형 히트파이프와;
    상기 다채널 평판형 히트파이프 응축영역에 결합되는 제2히트싱크로 이루어 진 것을 특징으로 하는 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크.
  2. 제 1항에 있어서, U형태로 절곡된 다채널 평판형 히트파이프의 절곡각은 70°이상 180°이하인 것을 특징으로 하는 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크.
  3. 제 1항에 있어서, 베이스블럭과 다채널 평판형 히트파이프의 결합에 있어서 결합판이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크.
  4. 제 1항에 있어서, 다채널 평판형 히트파이프의 응축영역에 제2히트싱크가 적어도 1개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 다채널 평판형 히트파이프가 구비된 히트싱크.
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