KR200473539Y1

KR200473539Y1 - 발열소자의 냉각장치

Info

Publication number: KR200473539Y1
Application number: KR2020100009367U
Authority: KR
Inventors: 정원목
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2014-07-09
Also published as: KR20120001922U

Abstract

본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치는 발열소자의 열을 냉각시키는 방열부품본체, 상기 방열부품본체의 베이스에 형성되고, 상기 발열소자가 상면에 결합되는 발열소자 모듈 그리고, 상기 발열소자 모듈의 하면과 접촉하도록 상기 베이스에 결합되는 냉각부재를 포함한다. 또한, 상기 냉각부재는 판형상으로 이루어진 복수의 냉각핀으로 구성될 수 있다.
본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치는 종래의 기술에 비해 열전달 흐름이 원활하고 이에 따라 발열소자의 안정성 및 작동신뢰성을 향상시키는 효과가 있고, 종래의 기술에 비해 많은 수의 냉각핀을 설치할 수 있어 외부로 열전달이 이루어지는 냉각핀의 표면적이 증가되어 냉각효과가 향상되는 효과가 있다.

Description

발열소자의 냉각장치{COOLING APPARATUS FOR HEAT GENERATION ELEMENT}

산업용 반도체를 이용한 스위칭 소자 등의 발열소자에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 발열소자의 냉각장치에 관한 것이다.

스위칭 소자는 스위칭 작동할 때 많은 열이 발생되기 때문에 스위칭 소자의 효율을 향상시키고 안정성을 높이기 위해 효과적인 냉각장치가 필요하다. 이러한 냉각장치는 스위칭 소자와 같이 작동 시 열을 발생시키는 발열소자에 공통적으로 필요하다.

도 1은 종래의 기술에 따른 발열소자의 냉각장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 반대방향에서의 사시도이다.

종래의 발열소자의 냉각장치는 냉각핀(4)을 포함한 방열부품본체(1)가 단일 재질로 되어있고, 상기 방열부품본체(1)에 기판 등의 대상물이 결합하는 베이스(2)가 형성되며, 상기 베이스(2)에는 발열소자가 결합되는 발열소자 모듈(3)이 형성되고, 상기 발열소자 모듈(3)에 발열소자가 결합된다. 그리고, 발열소자 모듈(3)과 베이스(2) 사이에는 발열소자에서 발생된 열을 효과적으로 전달하기 위해서 써멀구리스(5)를 추가적으로 형성할 수 있다.

이러한 종래의 발열소자의 냉각장치는 다음과 같이 발열소자에서 발생되는 열을 냉각시킨다. 우선, 발열소자가 작동하면서 열을 발생하고 이 열은 1차적으로 발열소자 모듈(3)의 하부에 형성된 카퍼 플레이트(copper plate)에 충진된다. 이 충진된 열은 써멀구리스(5)를 통해 베이스(2)에 전달되어 2차적으로 충진된다. 다시 이 충진된 열은 제한된 수의 냉각핀(4)으로 열전달이 이루어지고, 마지막으로 공기에 의해 냉각핀(4)으로부터 외부로 열이 방출됨으로써 발열소자의 열을 냉각시킨다. 이러한 종래의 발열소자의 냉각장치는 열을 충진하는 과정을 두 차례나 거치는 등 열전달 흐름이 원활하지 못하다. 즉 발열소자에서 냉각핀(4)까지의 열전달이 비효율적인 문제가 있다. 또한 이로 인해 발열소자가 파괴 또는 일부 소손이 되는 등의 문제가 발생되고 있다.

일반적으로 냉각방식에는 자랭/강랭식과 수랭/공랭식이 있고, 그 외 별도의 냉매를 이용한 방식 등이 있다. 공랭식의 경우에는 냉각핀(4)의 표면복사 열전달에 의해 열이 방출되어 냉각이 이루어진다. 표면복사 열전달에 의해 냉각 효과는 열을 방출하는 표면적이 넓을수록 많은 양의 열을 방출할 수 있어 효율적이다. 즉 냉각핀(4)으로부터 외부로 열을 효과적으로 방출하기 위해서는 냉각핀(4)의 표면적이 넓어야 한다. 그러기 위해서는 냉각핀(4)이 얇게 제조되어 많은 수의 냉각핀(4)이 사용될 수 있어야 한다. 그러나 종래의 발열소자의 냉각장치는 단일 재질로서 압출 또는 다이캐스팅 등의 방법으로 제조되었고, 그 제조방법상의 한계로 인해 냉각핀(4)을 얇게 만들기 어려워 제조 가능한 냉각핀(4)의 수가 제한되는 문제가 있다. 또한, 냉각핀(4)을 얇게 만들기 위해서는 냉각핀(4)의 높이를 낮게 제조하여야 하므로 역시 냉각핀(4)의 표면적이 줄어드는 문제가 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 열을 충진하는 과정을 줄여 열전달 흐름을 원활하게 하고, 냉각핀으로부터 외부로의 열 방출을 효과적으로 하기 위해 충분한 수의 냉각핀을 형성할 수 있는 발열소자 냉각장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치는 발열소자의 열을 냉각시키는 방열부품본체, 상기 방열부품본체의 베이스에 형성되고, 상기 발열소자가 상면에 결합되는 발열소자 모듈 그리고, 상기 발열소자 모듈의 하면과 접촉하도록 상기 베이스에 결합되는 냉각부재를 포함한다.

또한, 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 상기 냉각부재는 판형상으로 이루어진 복수의 냉각핀으로 구성되고, 상기 베이스는 상기 복수의 냉각핀이 삽입 설치되도록 평행하게 형성된 복수의 홀인 냉각핀 결합부를 포함한다.

또한, 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 상기 냉각핀은 상기 냉각핀 결합부에 삽입 설치되는 일단부의 두께가 나머지 부분의 두께보다 두껍게 형성된다.

또한, 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 상기 냉각부재는 상기 방열부품본체 및 상기 발열소자 모듈보다 열전달의 저항이 작은 재질로 형성된다.

본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치는 발열소자 모듈과 냉각부재를 직접 접촉하도록 함으로써, 종래의 기술에서 베이스에 열이 충진되는 과정을 생략하고 발열소자 모듈의 카퍼 플레이트(copper plate)에서 바로 냉각핀으로 열전달이 이루어지도록 하여 열전달 흐름이 원활하고 이에 따라 발열소자의 안정성 및 작동신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 냉각핀은 방열부품본체와 별도로 제작됨으로써 얇게 제조될 수 있어 종래의 기술에 비해 많은 수의 냉각핀을 설치할 수 있다. 이에 따라 열전달이 이루어지는 냉각핀의 표면적이 증가되어 냉각효과가 향상되는 효과가 있다.

또한, 냉각핀은 냉각핀 결합부에 삽입 설치되는 일단부의 두께가 나머지 부분의 두께보다 두껍게 형성되어, 냉각핀의 냉각핀 결합부에의 설치가 용이하고, 냉각핀의 형상이 유지되며, 열이 상기 일단부로부터 나무지 부분으로 빠르게 전달되는 효과가 있다.

또한, 냉각핀은 그 외의 방열부품본체 및 발열소자 모듈 등보다 열전달의 저항이 작은 재질로 형성되어, 방열부품본체 및 발열소자 모듈 등의 열이 냉각핀으로 효과적으로 전달되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 발열소자의 냉각장치의 사시도.
도 2는 도 1의 반대방향에서의 사시도.
도 3은 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 사시도.
도 4는 도 3의 반대방향에서의 사시도.
도 5는 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 단면도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 고안의 구성 및 작용은 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 3은 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 사시도이다. 도 4는 도 3의 반대방향에서의 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 사시도이다. 도 5는 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 단면도이다.

이하에서, 발열소자가 위치하는 방향 및 그 방향의 면을 상방 및 상면으로 정의하고, 그 반대 방향 및 그 방향의 면을 하방 및 하면으로 정의한다. 그리고, 발열소자는 스위칭 소자와 같이 작동할 때에 많은 열을 발생시키는 다양한 소자를 모두 포함함은 물론이다.

본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 본체에 해당하는 방열부품본체(10)에는 기판 등의 대상물과 결합하는 베이스(20)가 형성되어 있다. 그런데, 도 3 내지 도 5에는 본 고안의 기술적 특징과 관계없는 기판 등의 대상물은 미도시되었다. 그리고, 베이스(20)의 상면에는 발열소자(미도시)가 결합되는 발열소자 모듈(30)이 형성된다. 그리고, 발열소자 모듈(30)의 하면과 접촉하도록 베이스(20)에 결합하는 냉각부재가 별도로 마련된다. 종래의 기술에서는 냉각부재가 방열부품본체와 같이 제조된다는 점에서 차이가 분명하다.

이와 같은 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치의 냉각과정은 다음과 같다. 우선 발열소자가 작동하면서 열이 발생되고, 이 열은 발열소자 모듈(30)에 일반적으로 형성되는 카퍼 플레이트(copper plate)에 충진된다. 충진된 열은 냉각부재로 전달된 후 바람에 의해 냉각부재로부터 외부로 방출되게 된다. 여기서, 냉각부재의 냉각방식은 공기에 의한 공랭식뿐만 아니라 물에 의한 수랭식 등 다양한 방식이 가능함은 물론이다. 또한, 발열소자 모듈(30)과 냉각부재 사이에는 열전달 효과를 향상시키는 써멀구리스 등과 같은 열전달 부재(50)가 마련될 수 있다.

구체적으로, 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치는 냉각부재가 발열소자 모듈(30)의 하면에 직접 접촉되도록 베이스(20)에 설치되는 것이다. 따라서, 발열소자 모듈(30)의 카퍼 플레이트(copper plate)에 충진된 열이 바로 냉각부재로 전달되게 된다. 즉, 종래의 기술에 있었던 베이스(20)에 열이 충진되는 과정이 생략되는 것으로서 열의 흐름이 보다 원활하여 열전달이 효과적으로 이루어진다. 이에 따라 종래의 기술에 비해 열의 과도한 충진과정에 따른 발열소자의 소손의 가능성이 줄고 안정성 및 작동신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 냉각부재는 다양한 형태가 가능함은 물론이다. 본 고안에서의 냉각부재는 판형상으로 이루어진 복수의 냉각핀(40)으로 구성된다. 그리고, 베이스(20)는 상기의 복수의 냉각핀(40)이 삽입 설치되도록 평행하게 형성된 복수의 홀인 냉각핀 결합부(41)를 포함한다.

이하, 본 고안의 냉각핀(40)에 대해 상세히 설명한다. 표면복사 열전달에 의해 방열되는 열량은 냉각핀(40)의 표면적에 비례한다. 그런데, 종래의 기술은 상기 배경기술에서 설명하였듯이 제조방법상의 한계로 냉각핀(40)을 얇게 제조하기 어렵고 이에 따라 냉각핀(40)의 수가 제한되었다. 또한, 냉각핀(40)을 얇게 제조하려면 냉각핀(40)의 높이가 낮게 제조할 수 밖에 없어 역시 냉각핀(40)의 표면적을 증가시키기 어려운 문제가 있다.

그러나, 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치는 방열부품본체(10)와 냉각핀(40)이 별개의 구성요소이다. 즉, 냉각핀(40)은 방열부품본체(10)와는 별도로 제조되어 상기 냉각핀 결합부(41)에 삽입 설치되는 것이다. 따라서, 종래의 기술과 같은 냉각핀(40)의 제조법상의 한계가 문제되지 않아 냉각핀(40)을 충분히 얇게 제조할 수 있고 이에 따라 냉각핀(40)의 수를 증가시킬 수 있다. 도 4에는 본 고안의 냉각핀(40)이 종래의 기술에서와 같은 냉각핀(4)에 비해 간격이 좁게 즉 촘촘하게 형성되어 있는 것이 나타나 있다. 즉, 상기에서 설명한 바와 같이 본 고안은 냉각핀(40)의 수를 충분히 증가시킬 수 있으므로, 냉각핀(40)의 표면적이 종래의 기술에 비해 현저히 넓게 되어 보다 많은 양의 열을 방출할 수 있다. 따라서, 본 고안에 따른 발열소자의 냉각장치는 종래의 기술에 비해 냉각효과가 월등하다.

또한, 냉각핀(40)은 냉각핀 결합부(41)에 삽입 설치되는 일단부의 두께가 나머지 부분의 두께보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 도 5에 명확하게 도시되어 있다. 만약 냉각핀(40)이 일정한 두께로 얇게 형성된다면, 냉각핀 결합부(41)에 정확히 삽입 설치하는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라 삽입 설치할 때 물리적인 힘에 의해 변형이 일어나기도 쉽다. 또한, 발열소자 모듈(30)의 카퍼 플레이트(copper plate)로부터 냉각핀(40)으로의 열전달 과정에서 냉각핀(40)이 열에 의해 변형이 일어날 수도 있다. 그러나, 상기와 같이 냉각핀(40)이 상기 일단부의 두께가 나머지 부분의 두께보다 두껍게 형성되는 경우 냉각핀(40)을 냉각핀 결합부(41)에 삽입 설치하는 것이 보다 용이하게 되고, 또한 삽입 설치할 때 물리적인 힘에 의해 변형이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 발열소자 모듈(30)의 카퍼 플레이트(copper plate)로부터 냉각핀(40)으로의 열전달 과정에서 냉각핀(40)이 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 열이 냉각핀(40)의 두꺼운 상기 일단부에서 상대적으로 얇은 나머지 부분으로 전달되는데, 이때의 열의 전달 속도는 냉각핀의 두께가 일정한 경우보다 빠르다. 이는 물이 폭이 넓은 곳에서 좁은 곳으로 흐를 때 유속이 빨라지는 것과 같은 원리이다. 즉, 냉각핀(40)의 상기 일단부는 두께가 두껍고 나머지 부분은 상대적으로 얇으므로 상기 원리에 따라 상기 일단부에서 나머지 부분으로 열이 빠르게 전달된다. 그리고, 이 열이 공랭식 또는 수랭식 등의 냉각방식에 의해 냉각핀(40)의 상기 나머지 부분의 표면으로부터 외부로 방출된다. 즉, 상기와 같은 냉각핀(40)의 두께 차이에 의해 열이 냉각핀(40)의 표면으로 빠르게 전달되고 전달된 열이 바로 외부로 방출됨으로써 냉각효과가 뛰어나다.

더욱 바람직하게는, 냉각핀(40)은 방열부품본체(10) 및 발열소자 모듈(30) 등 기타 구성보다 열전달의 저항(또는 열저항)이 상대적으로 작은 재질로 형성된다. 열전달의 저항이 작을수록 열전달이 잘 이루어진다. 이에 따라 발열소자에서 발생한 열이 열전달의 저항이 상대적으로 큰 방열부품본체(10) 및 발열소자 등으로부터 열전달의 저항이 상대적으로 작은 냉각핀(40)으로 효과적으로 전달되게 된다. 그리고 냉각핀(40)에 전달된 열은 상기에서 설명한 바와 같이 외부로 방출된다.

정리하면, 냉각핀(40)이 열전달의 저항이 다른 구성요소보다 상대적으로 작고 동시에 상기 일단부의 두께가 다른 부분보다 두껍게 형성되는 경우, 발열소자에서 발생한 열은 열전달의 저항 차이에 의해 다른 구성요소에서 냉각핀(40)으로 용이하게 전달되고, 또한 냉각핀(40)의 두께 차이에 의해 상기 일단부에서 나머지 부분으로 빠르게 전달되어 외부로 방출되게 된다. 상기와 같이 열의 전달이 효율적으로 원활하게 이루어져 냉각효과가 향상될 뿐만 아니라 그로 인해 발열소자의 안정성과 작동신뢰성도 향상되게 된다.

이상에서 본 고안에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하고, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 실용신안등록청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 ... 방열부품본체 20 ... 베이스
30 ... 발열소자 모듈 4, 40 ... 냉각핀
41 ... 냉각핀 결합부 50 ... 열전달 부재

Claims

발열소자의 열을 냉각시키는 방열부품본체;
상기 방열부품본체의 베이스에 형성되고, 상기 발열소자가 상면에 결합되는 발열소자 모듈;
상기 발열소자 모듈의 하면과 접촉하도록 상기 베이스에 결합되는 냉각부재;를 포함하며,
상기 냉각부재는 판형상으로 이루어진 복수의 냉각핀으로 구성되고,
상기 베이스는 상기 복수의 냉각핀이 삽입 설치되도록 평행하게 형성된 복수의 홀인 냉각핀 결합부를 포함하는 발열소자의 냉각장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 냉각핀은 상기 냉각핀 결합부에 삽입 설치되는 일단부의 두께가 나머지 부분의 두께보다 두껍게 형성되는 발열소자의 냉각장치.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각부재는 상기 방열부품본체 및 상기 발열소자 모듈보다 열전달의 저항이 작은 재질로 형성되는 발열소자의 냉각장치.