KR20050050118A - 전자기기의 방열구조 - Google Patents

전자기기의 방열구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20050050118A
KR20050050118A KR1020057005932A KR20057005932A KR20050050118A KR 20050050118 A KR20050050118 A KR 20050050118A KR 1020057005932 A KR1020057005932 A KR 1020057005932A KR 20057005932 A KR20057005932 A KR 20057005932A KR 20050050118 A KR20050050118 A KR 20050050118A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wall
heat dissipation
hole
opt
heat
Prior art date
Application number
KR1020057005932A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100615134B1 (ko
Inventor
카즈아키 야자와
Original Assignee
가부시키가이샤 소니 컴퓨터 엔터테인먼트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 소니 컴퓨터 엔터테인먼트 filed Critical 가부시키가이샤 소니 컴퓨터 엔터테인먼트
Publication of KR20050050118A publication Critical patent/KR20050050118A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100615134B1 publication Critical patent/KR100615134B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

전자기기의 방열구조는, 발열체와 방열부재를 구비한다. 방열부재는 내벽과 외벽과 복수의 격벽을 갖는다. 내벽은 발열체로부터 열전달을 받는다. 외벽은 내벽으로부터 이간해서 대향한다. 격벽은 내벽과 외벽을 연결하며, 내벽 또는 외벽을 따라서 거의 등간격으로 늘어서는 거의 동일한 형상의 복수의 관통구멍을 내벽 및 외벽과 함께 구획 형성한다. 관통구멍은 중력의 영향을 가장 유효하게 이용 가능한 연직방향을 따라서 배치되며, 그 상하단(上下端)에서 외부로 개구한다.

Description

전자기기의 방열구조{Heat radiation construction for electronic devices}
본 발명은 전자기기의 방열구조에 관한 것이다.
종래의 전자기기의 방열구조로서, 이른바 굴뚝 효과에 의한 자연대류를 이용한 것이 있다. 이 구조에서는, 굴뚝 통로의 상하단(上下端)을 각각 외부로 개방시키고, 아래쪽으로부터 위쪽으로 굴뚝 통로를 자연스럽게 흐르는 공기를 이용해서 방열을 행한다(예를 들면, 일본국 특허공개 평9-212258호 공보 참조).
그러나, 종래의 구조는, 반드시 굴뚝 효과에 적절한 구조라고는 할 수 없으며, 충분한 방열 효과가 얻어지지 않았다.
본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 자연대류에 의해 충분한 방열 효과가 얻어지는 전자기기의 방열구조의 제공을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 전자기기의 방열구조의 요부 사시도이다.
도 2는 도 1의 방열구조의 전체 단면도이다.
도 3은 소정의 조건하에 있어서, 본 실시형태에 따른 이론 방열량과 간격 w와의 관계와, 유한체적법에 따라서 산출한 방열량과 간격 w와의 관계를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 소정의 조건하에 있어서 구한 이론 방열량과 간격 w와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 제 2 변형예를 나타내는 단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 전자기기의 방열구조는, 발열체와 방열부재를 구비한다. 방열부재는 내벽과 외벽과 복수의 격벽을 갖는다. 내벽은 발열체로부터 직접 또는 간접적으로 열전달을 받는다. 외벽은 내벽으로부터 이간해서 대향한다. 격벽은 내벽과 외벽을 연결하며, 내벽 또는 외벽을 따라서 배치된 복수의 관통구멍을 내벽 및 외벽과 함께 구획 형성한다. 관통구멍은 중력의 영향을 이용 가능한 기울기의 범위 내에서 상하방향으로 연장됨과 아울러 그 상하단에서 외부로 개구한다.
연직방향에 대한 관통구멍의 기울기는, 60°이내가 바람직하고, 30°이내가 보다 바람직하다.
관통구멍은 거의 직선상으로 늘어서 있어도 좋고, 원형상으로 늘어서 있어도 좋다.
상기 구성에서는, 발열체로부터의 열은, 직접 또는 간접적으로 방열부재의 내벽으로 전달되고, 복수의 격벽을 통하여, 방열부재의 외벽으로 전달되어, 내벽과 격벽과 외벽으로 구획된 관통구멍 내의 공기가 따뜻해진다. 관통구멍은 중력의 영향을 이용 가능한 기울기의 범위 내에서 상하방향으로 연장됨과 아울러 그 상하단에서 외부로 개구하고 있다. 이 때문에, 관통구멍 내의 공기의 온도가 상승하면, 아래쪽으로부터 위쪽으로의 자연대류가 발생하여, 이른바 굴뚝 효과에 의한 방열이 행해진다.
여기에서, 격벽은 내벽 또는 외벽을 따라서 복수 배치되어 있기 때문에, 내벽 또는 외벽을 따르는 방향에 있어서, 내벽으로부터 외벽으로의 열전달의 변동(fluctuation)이 억제되어, 그 결과, 내벽, 격벽, 및 외벽간의 온도차가 작게 억제된다. 즉, 굴뚝 통로로서 기능하는 관통구멍의 주위 온도의 균일화가 도모되기 때문에, 관통구멍 내에서의 공기의 흐름이 원활하게 행해져서, 양호한 굴뚝 효과가 얻어진다. 따라서, 자연대류에 의한 방열 효과를 효율적으로 얻을 수 있다.
또한, 방열부재는 복수의 격벽에 의해 연결된 내벽과 외벽을 갖기 때문에, 기계적인 강도가 높아, 강도 멤버(member)로서 기능시킬 수 있다.
복수의 관통구멍은 거의 동일한 형상을 가져도 좋고, 또한, 내벽 또는 외벽을 따라서 거의 등간격으로 늘어서도 좋다.
상기 구성에서는, 격벽은 내벽 또는 외벽을 따라서 등간격으로 복수 늘어서 있기 때문에, 내벽 또는 외벽을 따르는 방향에 있어서, 내벽으로부터 외벽으로의 열전달이 동등하게 행해지고, 그 결과, 내벽, 격벽, 및 외벽간의 온도차가 더욱 작게 억제된다. 즉, 굴뚝 통로로서 기능하는 관통구멍의 주위 온도의 균일화가 한층 도모되기 때문에, 관통구멍 내에서의 공기의 흐름이 원활하게 행해져서, 매우 양호한 굴뚝 효과가 얻어진다. 또한, 각 관통구멍은 거의 동일한 형상이기 때문에, 각 관통구멍에 있어서, 동등한 굴뚝 효과가 얻어진다. 따라서, 자연대류에 의한 방열 효과를 더욱 효율적으로 얻을 수 있다.
상하방향과 직교하는 관통구멍의 단면 형상은 상하방향의 임의 위치에 있어서 거의 동일해도 좋다.
상기 구성에서는, 아래쪽으로부터 위쪽으로의 공기의 흐름이 보다 원활하게 행해지기 때문에, 자연대류에 의한 방열 효과가 향상한다.
인접하는 2개의 격벽의 대향하는 내면간의 최적 거리를, 관통구멍의 상하방향의 길이의 선형함수에 따라서 설정하고, 이 대향하는 내면간의 거리를, 최적 거리에 기초해서 설정해도 좋다.
예를 들면, 인접하는 2개의 격벽의 대향하는 내면간의 최적 거리를 wopt, 관통구멍의 상하방향의 길이를 L, 인접하는 2개의 격벽의 대향하는 내면간의 거리를 w라고 한 경우, wopt를, 다음 식
wopt＝0.01L＋0.005
에 의해 설정하고, w를,
0.95wopt≤w≤1.2wopt
의 범위로 설정해도 좋다.
상기 구성에서는, 인접하는 2개의 격벽의 내면간의 거리가 관통구멍의 상하방향의 길이에 따라서 적절하게 설정되기 때문에, 자연대류에 의한 방열 효과가 보다 향상한다.
발열체와 방열부재의 내벽 사이에, 발열체 및 내벽의 외면과 접하는 열확산 부재를 형성해도 좋다. 또한, 방열부재의 내벽을, 열확산 기능을 갖도록 구성하고, 발열체에 접하도록 배치해도 좋다.
상기 구성에서는, 열확산 부재 또는 내벽의 열확산 기능에 의해, 내벽 중 발열체에 근접하는 부분과 멀리 떨어진 부분 사이의 온도차가 보다 저감되어, 굴뚝 통로로서 기능하는 관통구멍의 주위 온도의 균일화가 한층 도모되기 때문에, 방열 효과가 보다 향상한다.
관통구멍의 상하방향과 직교하는 단면은, 거의 사각형상이 바람직하고, 관통구멍의 단면의 4개의 변의 길이는, 거의 동일하게 설정되어 있는 편이 보다 바람직하다. 즉, 관통구멍의 단면형상은 정사각형에 가까운 편이 바람직하다.
상기 구성에서는, 관통구멍의 상하방향과 직교하는 단면이 거의 사각형상이며, 격벽의 폭이 거의 동일하게 형성되기 때문에, 내벽으로부터 외벽으로의 열전달이 보다 양호하게 행해져서, 굴뚝 통로로서 기능하는 관통구멍의 주위 온도의 균일화가 한층 도모되기 때문에, 방열 효과가 보다 향상한다. 또한, 사각형상 중에서는 정사각형에 가까운 편이, 아래쪽으로부터 위쪽으로의 공기의 흐름이 보다 원활하게 행해지기 때문에, 자연대류에 의한 방열 효과가 보다 향상한다.
발열체와 방열부재를 케이스에 수용하고, 방열부재의 외벽의 외면을 케이스의 내면에 면접촉시켜도 좋고, 또한, 방열부재의 내벽에 의해 폐공간(閉空間)을 구획하고, 발열체를 그 폐공간 내에 수용해도 좋다.
상기 구성에서는, 방열부재의 외벽으로부터 케이스를 통해서 또는 직접적으로 방열이 행해지기 때문에, 전체로서의 방열 효과가 향상한다.
방열부재의 외벽의 외면은 냉각 핀(cooling fin)을 가져도 좋다.
상기 구성에서는, 방열부재의 외벽으로부터의 방열량이 증대하여, 전체로서의 방열 효과가 한층 향상한다.
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면에 기초해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 전자기기의 방열구조의 요부 사시도, 도 2는 도 1의 방열구조의 전체 단면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 전자기기의 방열구조는, 케이스(1)와 발열체(2)와 방열부재(3)와 열확산 부재로서의 스프레더(spreader;4)를 구비한다.
케이스(1)는 직사각형 통형상의 주벽(周壁;5)과, 주벽(5)의 상하에 고정되는 커버(6)를 구비하며, 전자기기는 주벽(5)이 거의 연직방향을 따르도록 설치된 상태에서 사용된다. 주벽(5) 및 커버(6)는 모두 합성수지(예를 들면 ABS 수지)에 의해 형성되어 있다. 케이스(1) 내에는, 발열체(2)나 방열부재(3)나 스프레더(4)에 더하여, 다양한 전자부품(7, 8, 9)이 수용되어서 고정되어 있다. 예를 들면, 전자기기가 퍼스널 컴퓨터인 경우, CPU나 하드디스크 드라이브나 메인 메모리나 AC전원 어댑터 등이 발열체(2)에 해당한다.
방열부재(3)는 내벽(10)과 외벽(11)과 복수의 격벽(12)을 갖는다. 내벽(10)과 외벽(11)은 모두 거의 평판형상을 가지며, 상호 이간하여 거의 평행하게 상대향(相對向)한다. 외벽(11)의 외면은 케이스(1)의 주벽(5) 내면에 면접촉한 상태로 고정되어 있다. 격벽(12)은 거의 연직방향으로 연장되고, 내벽(10) 및 외벽(11)을 따라서 등간격으로 거의 평행하게 복수 배치되며, 내벽(10)과 외벽(11)을 연결한다. 이것에 의해, 내벽(10), 외벽(11) 및 격벽(12)은 연직방향과 거의 직교하는 방향을 따라서 거의 등간격으로 거의 직선형상으로 늘어서는 거의 동일한 형상의 복수의 관통구멍(13)을 구획 형성한다.
관통구멍(13)은 전자기기의 사용시에 있어서, 중력의 영향을 이용 가능한 기울기의 범위 내에서 상하방향으로 거의 직선형상으로 연장되도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 연직선에 대한 관통구멍(13)의 기울기는 60°이내가 바람직하고, 30°이내가 보다 바람직하지만, 본 실시형태에서는, 가장 바람직한 거의 연직방향(중력 가속도 g와 거의 평행한 방향)으로 설정되어 있다. 커버(6)는 케이스(1)의 주벽(5)의 상단 및 하단에 둘러싸이는 영역 중 관통구멍(13)을 제외한 부분을 막으며, 관통구멍(13)의 상하단은 케이스(1) 밖으로 개구한다.
스프레더(4)는 판형상으로 형성되며, 발열체(2)와 방열부재(3)의 내벽(10) 사이에 배치되어 있다. 스프레더(4)의 표리면은 각각 발열체(2)와 내벽(10)의 외면의 거의 전역에 접하고 있으며, 내벽(10)은 발열체(2)로부터 스프레더(4)를 통하여 간접적으로 열전달을 받는다. 스프레더(4)는 열전도율이 높은 금속(예를 들면, 마그네슘, 알루미늄, 구리, 은, 금 등)에 의해 형성되며, 발열체(2)로부터 접촉에 의해 받는 열을 내벽(10)으로 확산해서 전달한다. 열확산 부재로서는, 박형의 이층 열수송 기구(예를 들면, 기체 챔버(Vapor Chamber)나 폐(閉) 루프 히트 파이프(Closed loop Heat Pipe) 등)를 내장하는 스프레더를 형성할 수도 있다. 또한, 열확산 부재를 별도로 형성하지 않고, 내벽(10)을 열전도율이 높은 금속으로 형성함으로써, 내벽(10)에 열확산 기능을 갖게 할 수도 있으며, 이 경우, 방열부재는 발열체에 접하도록 배치된다.
관통구멍(13)의 상하방향(연직선 방향)과 직교하는 단면은, 정사각형에 가까운 사각형상(종횡의 길이의 차가 작은 사각형상)으로 설정되어 있다. 또한, 상하방향(연직선 방향)과 직교하는 관통구멍(13)의 단면형상은 상하방향(연직선 방향)의 임의 위치에 있어서 거의 동일하게 설정되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 격벽(12)의 두께 t는 인접하는 2개의 격벽(12)의 내면간의 거리 w(이하, 격벽(13)의 간격이라고 칭함)에 비하여 작게 설정되어 있다. 이 격벽(13)의 간격 w는 그 최적 거리 wopt(최적 간격)에 기초해서 설정되며, 최적 간격 wopt는 관통구멍(13)의 상하방향의 길이 L의 선형함수에 따라서 설정된다. 구체적으로는, 격벽(13)의 최적 간격을 wopt(m), 관통구멍(13)의 길이를 L(m), 격벽(12)의 간격을 w(m)라고 한 경우, 최적 간격 wopt는 다음 식(1)에 의해 설정된다.
wopt＝0.01L＋0.005… (1)
그리고, 거리 w는 다음 식(2)의 범위 내로 설정된다.
0.95wopt≤w≤1.2wopt… (2)
다음으로, 상기 식(1) 및 식(2)의 근거에 대해서 설명한다.
식(1) 및 식(2)는 도 1에 나타내는 방열구조를 모델로 하고, 방열부재(3)의 높이(관통구멍(13)의 상하방향의 길이 L)를 0.02m∼1.0m의 범위로 상정하며, 케이스(1)의 주위의 환경 온도에 대한 방열부재(11)의 내벽(10)의 온도 상승을 20℃∼50℃의 범위로 한정하는 경우에, 이하의 식에서 얻어진 결과로부터 도출한 것이다.
관통구멍(13)의 주면(周面)(내벽(10)과 외벽(11)과 격벽(12)의 내면)의 온도가 균일하다고 상정한 경우의 방열량 Q는 다음 식(3)에 의해 산출된다.
Q＝h·S·(Tw－Ta)… (3)
Tw는 관통구멍(13)의 주면의 온도, Ta는 주위의 환경 온도이며, S 및 h는 다음 식(4) 및 (5)에 의해 산출되는 값이다.
S＝2·(w＋d)·L… (4)
w 및 L은 상술과 같이 격벽(12)의 간격(m) 및 관통구멍(13)의 상하방향의 길이(m), d는 내벽(10)과 외벽(11)의 대향 내면간의 거리(m)(이하, 관통구멍(13)의 폭이라고 칭함), kf는 공기의 열전도율(W/mK)이다. Nu는 누셀트수(Nusselt Number)(무차원화한 열전달율)이며, 다음 식(6)으로 나타난다.
이 El은 엘렌바스수(Elenbaas수)로서, 자연대류가 일어나는 강도를 나타내고 있으며, 본 실시형태에서는 다음 식(7)로 정의하고 있다.
식(6)의 제 1 항은 완전 발달 한도(Fully developed limit)라고 불리고 있는 항으로서, 2개의 벽이 가까운 곳에서 공기의 흐름이 일체화하는 현상을 나타내고, 제 2 항은 분리판 한도(Isolated plate limit)라고 불리며, 떨어진 벽끼리의 공기의 흐름을 나타낸다. 모두 틈이 커짐에 따라서 열전달이 커지는 것을 나타내고 있다. 식이 나타내는 바와 같이, 공기의 물성값에 의존하는 것을 알 수 있으나, 이들은 온도에 관한 영향력이 미소(Weak Function)하다. 식(7)의 g는 중력 가속도, ρ는 밀도, β는 체적 팽창률(＝절대온도의 역수), Cp는 정용적비열(定容積比熱;fixed volume specific heat), μ는 공기의 점성계수이다.
식(5) 및 (7)의 z는 격벽(12)의 간격 w와 폭 d가 엘렌바스수(Elenbaas수)에 주는 영향을 결정하는 근사함수이며, 본 실시형태에서는 다음 식(8)로 정의하고 있다.
도 3은 소정의 조건하에 있어서, 상술한 이론식 (3)∼(8)에 따라서 산출한 방열량과 간격 w와의 관계와, 유한체적법에 따라서 산출한 방열량과 간격 w와의 관계를 비교하여 나타낸 도면이다. 설정 조건은, Tw＝60℃, Ta＝40℃, L＝0.26m, 방열부재(3)의 전체의 폭 Wa＝0.2m이며, d에 대해서는, 7mm(0.007m), 9mm(0.009m), 12mm(0.012m), 및 18mm(0.018m)의 4가지 경우를 산출하고 있다. 또한, 상술한 식(3)∼(8)에 따라서 산출한 결과를, 도면중 "Ana"라는 단어를 붙여서 나타낸 선도로 나타내며, 유한체적법에 따라서 산출한 결과를, 도면중 "Num"이라는 단어를 붙여서 플롯한 점으로 나타내고 있다. 도 3으로부터, 식(3)∼(8)에 따라서 산출한 결과와, 유한체적법에 따라서 산출한 결과는 근사(近似)하고 있다는 것을 알 수 있다. 이 결과는 이론식 (3)∼(8)에 따라서 산출되는 방열량(이론 방열량)이 실제의 방열량과 근사하고 있다는 것을 증명하고 있다고 말할 수 있다.
관통구멍(13)의 최적 간격 wopt를 결정하는 길이 L의 선형함수는 이하의 방법에 의해 구한다.
우선, 다양한 조건하에 있어서의 이론 방열량과 간격 w와의 관계를 구하고, 그 조건하에 있어서 피크가 되는 w의 값을 구하며, 이 피크가 되는 w와 길이 L과의 관계를, 전 조건에 대해서 하나의 도면 내에 플롯하고, 그들의 플롯된 점의 근사 직선을 구한다. 그 결과로서 얻어진 함수가 상술한 식(1)이다. 또한, 식(2)의 범위는 근사 직선에 대한 변동의 범위 중 보다 유효하다고 생각되는 범위를 나타낸 것이다.
도 4는 소정의 조건하에 있어서 구한 이론 방열량과 간격 w와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 설정 조건은, Tw＝60℃, Ta＝40℃, 방열부재(3) 전체의 폭 Wa＝0.2m, d＝0.012m이고, L에 대해서는 0.3m, 0.2m, 0.1m, 0.05m, 및 0.02m의 5가지의 경우를 산출하고 있다. 도 4로부터, 간격 w가 증대함에 따라서 방열량도 증가하며, 그 증가량은 길이 L이 길어질수록 크다는 것을 알 수 있다. 또한, w＝d(＝0.012)가 되는 부근에서는, L에 관계없이 방열량이 크다는 것을 알 수 있다.
이렇게 구성된 본 실시형태의 방열구조에 따르면, 발열체(2)로부터의 열은, 확산 방열부재(4)를 통해서 방열부재(3)의 내벽(10)에 전달되고, 복수의 격벽(12)을 통해서 외벽(11)에 전달되어, 내벽(10)과 격벽(12)과 외벽(11)으로 구획된 관통구멍(13) 내의 공기가 따뜻해진다. 관통구멍(13)은 중력의 영향을 가장 유효하게 이용 가능한 연직선 방향과 거의 평행하게 연장됨과 아울러 그 상하단에서 케이스(1) 밖으로 개구하고 있다. 이 때문에, 관통구멍(13) 내의 공기의 온도가 상승하면, 아래쪽으로부터 위쪽으로의 자연대류가 발생하여, 이른바 굴뚝 효과에 의한 방열이 행해진다.
여기에서, 격벽(12)은 내벽(10) 및 외벽(11)을 따라서 등간격으로 복수 늘어서 있기 때문에, 내벽(10) 및 외벽(11)을 따르는 방향에 있어서, 내벽(10)으로부터 외벽(11)으로의 열전달이 동등하게 행해지고, 그 결과, 내벽(10), 격벽(12), 및 외벽(11)간의 온도차가 작게 억제된다. 특히, 스프레더(4)의 열확산 기능에 의해, 내벽(10) 중 발열체(2)에 근접하는 부분과 멀리 떨어진 부분 사이의 온도차가 보다 저감된다. 따라서, 굴뚝 통로로서 기능하는 관통구멍(13)의 주위 온도가 균일화되어, 관통구멍(13) 내에서의 공기의 흐름이 원활하게 행해져, 양호한 굴뚝 효과가 얻어진다. 또한, 관통구멍(13)은 거의 동일한 형상이기 때문에, 각 관통구멍(13)에 있어서, 동등한 굴뚝 효과가 얻어진다. 따라서, 자연대류에 의한 방열 효과를 효율적으로 얻을 수 있다.
연직방향과 직교하는 관통구멍(13)의 단면형상은, 연직방향의 임의 위치에 있어서 거의 동일하기 때문에, 아래쪽으로부터 위쪽으로의 공기의 흐름이 보다 원활하게 행해져서, 자연대류에 의한 방열 효과가 향상한다.
관통구멍(13)의 연직방향과 직교하는 단면이 거의 사각형상이고, 격벽(12)의 폭이 거의 동일하게 형성되기 때문에, 내벽(10)으로부터 외벽(11)으로의 열전달시에 이른바 병목(bottleneck)이 되는 부분이 생기기 어려워서, 열전달이 보다 양호하게 행해진다. 따라서, 굴뚝 통로로서 기능하는 관통구멍의 주위 온도의 균일화가 한층 도모되어, 방열 효과가 보다 향상한다. 또한, 사각형상 중에서는 정사각형에 가까운 편이 아래쪽으로부터 위쪽으로의 공기의 흐름이 보다 원활하게 행해지기 때문에, 자연대류에 의한 방열 효과가 보다 향상한다.
격벽(12)의 간격 w는 방열 성능상의 최적값을 산출 가능한 식(1)에 따라서 설정되기 때문에, 자연대류에 의한 방열 효과가 보다 향상한다.
방열부재(3)의 외벽(11)은 케이스(1)의 주벽(5)의 내면과 면접촉하고 있으며, 외벽(11)으로부터 케이스(1)를 통하여 방열이 행해지기 때문에, 전체로서의 방열 효과가 향상한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 방열구조에서는, 자연대류에 의한 충분한 방열 효과를 얻을 수 있기 때문에, 팬 등에 의한 강제 냉각을 이용하지 않더라도 전자기기의 방열을 행할 수 있다. 따라서, 팬 등을 형성하는 것에 기인하는 비용의 상승이나 소음의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 팬 등의 고장에 의해 방열 효과가 저감하는 일도 없기 때문에, 장기간 신뢰성이 확보된다. 또한, 팬 등을 형성할 필요가 없기 때문에, 케이스(1) 내의 스페이스 효율을 높일 수 있음과 아울러 경량화를 도모할 수 있으며, 전자기기의 소형 경량화에 기여한다. 또한, 팬 등을 형성한 강제 냉각에 본 실시형태의 방열구조를 적용함으로써, 팬 등에의 부하의 저감, 관리 비용의 저감, 및 소음의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 방열부재(3)는 내벽(10)과 외벽(11)이 복수의 격벽(12)에 의해 연결된 구조를 갖기 때문에, 기계적인 강도가 높으며, 강도 멤버로서 기능시킬 수 있다. 따라서, 방열부재를 구비한 장치 전체의 강도상의 신뢰성이 향상함과 아울러, 강도 멤버를 별도로 형성하는 것에 기인하는 비용의 상승을 억제할 수 있다.
도 5는 상기 실시형태의 제 1 변형예를 나타내는 단면도로서, 상기 실시형태와 동일한 구성부분에는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
이 변형예는, 케이스(1) 내에, 2세트의 발열체(2)와 방열부재(3)와 스프레더(4)를 형성한 것이다. 2개의 방열부재(3)의 외벽(11)은 케이스(1)의 주벽(5)의 상대향하는 내면에 각각 면접촉하는 상태로 고정되어 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 케이스(1)의 주벽(5)의 복수의 내면을 유효하게 활용하고 있기 때문에, 발열체(2)가 복수 형성되어 있는 경우라도, 상기 실시형태의 경우와 마찬가지로, 자연대류에 의한 방열을 효과적으로 행할 수 있다.
도 6은 상기 실시형태의 제 2 변형예를 나타내는 단면도로서, 상기 실시형태와 동일한 구성부분에는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
이 변형예에서는, 케이스 및 스프레더를 별도로 형성하지 않고, 방열부재(20)의 내벽(21)을 거의 원통형상으로 형성하며, 외벽(22)을 내벽(21)보다도 큰 반경을 갖는 거의 원통형상으로 형성하고, 내벽(21)에 의해 구획되는 폐공간 내에 발열체(2)를 수용하며, 내벽(21)과 외벽(22)을 동심상(同心狀)으로 배치하고, 내벽(21)과 외벽(22) 사이를 방사상으로 배치된 복수의 격벽(23)에 의해 연결한 것이다. 격벽(23)은 내벽(21)과 외벽(22)과 격벽(23)에 의해 거의 동일 형상의 복수의 관통구멍(24)이 원형상으로 거의 등간격으로 늘어서도록 배치되어 있다. 발열체(2)는 내벽(21)의 내면에 면접촉한 상태로 고정되어 있으며, 내벽(21)은 열확산 기능을 발휘하는 금속에 의해 형성되어 있다. 외벽(22)의 외면으로부터는 방사상으로 복수의 냉각 핀(25)이 연장되어 있다. 커버(26)는 내벽(21)에 의해 구획되는 폐공간의 상하를 막는다.
이와 같은 구성에 따르면, 상기 실시형태와 동일한 효과에 더하여, 또한 이하의 효과를 이룬다.
즉, 케이스 및 스프레더를 형성하고 있지 않기 때문에, 부품수의 삭감을 도모할 수 있다. 또한, 굴뚝 통로로서 기능하는 관통구멍(24)을, 발열체(2)의 주위 전역이라고 하는 넓은 영역에 배치할 수 있기 때문에, 자연대류에 의한 방열 효과가 보다 향상한다. 또한, 냉각 핀(25)에 의해, 외벽(22)으로부터의 방열량이 증대하여, 전체로서의 방열 효과가 한층 향상한다.
한편, 본 발명은 일례로서 설명한 상기 실시형태 및 그 변형예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 실시형태 이외라도, 본 발명에 따른 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위라면, 설계 등에 따라서 다양한 변경이 가능하다는 것은 물론이다.
예를 들면, 상기 실시형태에 있어서 방열부재의 외벽의 외면을 케이스의 외부에 노출시키고, 상기 제 2 변형예에서 형성한 냉각 핀을 그 외벽의 외면에 형성해도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자연대류에 의한 충분한 방열 효과를 얻을 수 있기 때문에, 팬 등에 의한 강제 냉각을 필요로 하지 않고 전자기기의 방열을 행할 수 있다. 따라서, 팬 등을 형성하는 것에 기인하는 비용의 상승이나 소음의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 팬 등의 고장에 의해 방열 효과가 저감하는 일도 없기 때문에, 장기간 신뢰성이 확보된다. 또한, 팬 등을 형성할 필요가 없기 때문에, 케이스 내의 스페이스 효율을 높임과 아울러 경량화를 도모할 수 있으며, 전자기기의 소형 경량화에 기여한다. 또한, 방열부재는 기계적인 강도가 높기 때문에, 강도 멤버로서 기능시킬 수 있으며, 강도상의 신뢰성이 향상함과 아울러, 강도 멤버를 별도로 형성하는 것에 기인하는 비용의 상승을 억제할 수 있다.
마지막으로, 상술한 실시형태는 본 발명의 일례이다. 이 때문에, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 이 실시형태 이외라도, 본 발명에 따른 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위라면, 설계 등에 따라서 다양한 변경이 가능하다는 것은 물론이라는 것을 덧붙여 둔다.
본 발명은 전자기기의 방열구조에 널리 적용 가능하다.

Claims (6)

  1. 발열체와, 내벽과 외벽과 복수의 격벽을 갖는 방열부재를 구비하고,
    상기 내벽은 상기 발열체로부터 직접 또는 간접적으로 열전달을 받으며,
    상기 외벽은 상기 내벽으로부터 이간해서 대향하고,
    상기 복수의 격벽은 상기 내벽과 외벽을 연결하며,
    상기 내벽과 외벽과 복수의 격벽은 상기 내벽 및 외벽 중 적어도 한쪽을 따라서 배치된 복수의 관통구멍을 구획 형성하고,
    각 관통구멍은 중력의 영향을 이용 가능한 기울기의 범위 내에서 상하방향으로 연장되며,
    각 관통구멍의 상하단(上下端)은 외부로 개구하는 것을 특징으로 하는 전자기기의 방열구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 관통구멍은 거의 동일한 형상을 가지며, 상기 내벽 또는 외벽을 따라서 거의 등간격으로 늘어서는 것을 특징으로 하는 전자기기의 방열구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 인접하는 2개의 격벽의 대향하는 내면간의 최적 거리는 상기 관통구멍의 상하방향의 길이의 선형함수에 따라서 설정되며,
    상기 대향하는 내면간의 거리는 상기 최적 거리에 기초해서 설정되는 것을 특징으로 하는 전자기기의 방열구조.
  4. 제 3 항에 있어서, 인접하는 2개의 격벽의 대향하는 내면간의 최적 거리를 wopt, 상기 관통구멍의 상하방향의 길이를 L, 상기 대향하는 내면간의 거리를 w라고 하면, wopt는, 다음 식
    wopt＝0.01×L＋0.005
    에 의해 설정되고, w는,
    0.95×wopt≤w≤1.2×wopt
    의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기기의 방열구조.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통구멍의 상기 상하방향과 직교하는 단면은 거의 사각형상이며,
    상기 관통구멍의 단면의 4개의 변의 길이는 거의 동일하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기기의 방열구조.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열부재의 외벽의 외면은 냉각 핀(cooling fin)을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기기의 방열구조.
KR1020057005932A 2002-10-10 2003-10-08 전자기기의 방열구조 KR100615134B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002296897A JP3854920B2 (ja) 2002-10-10 2002-10-10 電子機器の放熱構造
JPJP-P-2002-00296897 2002-10-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050050118A true KR20050050118A (ko) 2005-05-27
KR100615134B1 KR100615134B1 (ko) 2006-08-22

Family

ID=32089249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057005932A KR100615134B1 (ko) 2002-10-10 2003-10-08 전자기기의 방열구조

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7099153B2 (ko)
EP (1) EP1551212B1 (ko)
JP (1) JP3854920B2 (ko)
KR (1) KR100615134B1 (ko)
CN (1) CN100384311C (ko)
TW (1) TWI256873B (ko)
WO (1) WO2004034763A1 (ko)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW592029B (en) * 2003-04-11 2004-06-11 Delta Electronics Inc Electronic apparatus with natural convection structure
US7142423B2 (en) * 2004-10-26 2006-11-28 Comarco Wireless Technologies, Inc. Power adapter with fan assembly
US20060279706A1 (en) * 2005-06-14 2006-12-14 Bash Cullen E Projection system
US7593229B2 (en) * 2006-03-31 2009-09-22 Hong Kong Applied Science & Technology Research Institute Co. Ltd Heat exchange enhancement
US7391610B2 (en) 2006-09-29 2008-06-24 Rockwell Automation Technologies, Inc. Thermal cooling of industrial electronic module by conductive structure
US8511868B2 (en) 2007-04-02 2013-08-20 Cree, Inc. Remote ballast housing with airflow channel
US8253076B2 (en) * 2007-10-29 2012-08-28 Smiths Medical Asd, Inc. Respiratory system heater unit
SE0802032A1 (sv) * 2008-09-25 2010-05-26 Kylsystem
US8111516B2 (en) * 2009-07-14 2012-02-07 International Business Machines Corporation Housing used as heat collector
FR2954971B1 (fr) * 2010-01-06 2012-02-10 Paul Benoit Radiateur electrique utilisant des processeurs de calcul comme source chaude.
TW201304669A (zh) * 2011-07-07 2013-01-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 存儲器散熱裝置
CN103542764B (zh) * 2012-07-11 2017-07-25 边疆 涵道式导向增流散热器
US9226426B2 (en) 2012-07-18 2015-12-29 International Business Machines Corporation Electronic device console with natural draft cooling
CN102984921B (zh) * 2012-11-02 2016-06-22 惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司 一种具有烟囱效应的功放散热器
US8743540B1 (en) 2013-01-29 2014-06-03 Mitsubishi Electric Corporation Electronic apparatus
TWM460508U (zh) * 2013-03-04 2013-08-21 Giant Technology Co Ltd 電子遮蔽蓋散熱結構
US9326424B2 (en) * 2014-09-10 2016-04-26 Opentv, Inc. Heat sink assembly and method of utilizing a heat sink assembly
US20180005326A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 Ryan Allan Reid Electric Radiator Using Calculating Processors as a Heat Source
CN108253827B (zh) * 2016-12-28 2020-06-23 神讯电脑(昆山)有限公司 铝挤型热板及其制造方法
US20190234691A1 (en) * 2018-01-26 2019-08-01 Taiwan Microloops Corp. Thermal module
CN109164625A (zh) * 2018-10-11 2019-01-08 惠州市华星光电技术有限公司 散热结构、采用该散热结构的背光模组及显示装置
EP3977831A1 (en) * 2019-05-29 2022-04-06 Thomson Licensing Apparatus for heat management in an electronic device
US11317540B2 (en) * 2019-09-20 2022-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid state drive apparatus and data storage apparatus including the same
US12092399B2 (en) * 2020-07-14 2024-09-17 Raytheon Company Chimney cooler design for rugged maximum free convection heat transfer with minimum footprint
US11647612B2 (en) 2020-11-23 2023-05-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. High-density integrated power electronic assembly including double-sided cooling structure
FR3131971B1 (fr) * 2022-01-18 2024-02-02 Devialet Caisson pour système acoustique, système acoustique et procédé de fabrication associés

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2965819A (en) * 1958-08-07 1960-12-20 Rosenbaum Jacob Heat dissipating electronic mounting apparatus
US3236296A (en) * 1961-06-21 1966-02-22 Lambda Electronics Corp Heat exchanger
US3961666A (en) * 1972-11-24 1976-06-08 Sony Corporation Heat dispersion device for use in an electronic apparatus
US4042903A (en) * 1976-03-15 1977-08-16 Hunt Electronics Company Power control slide switch
US4095998A (en) * 1976-09-30 1978-06-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Thermoelectric voltage generator
US4633371A (en) * 1984-09-17 1986-12-30 Amdahl Corporation Heat pipe heat exchanger for large scale integrated circuits
US4840225A (en) * 1987-04-10 1989-06-20 Digital Equipment Corporation Heat exchange element and enclosure incorporating same
US4953058A (en) * 1989-09-01 1990-08-28 General Dynamics Corporation, Space Systems Div. Modular segment adapted to provide a passively cooled housing for heat generating electronic modules
JPH0719991B2 (ja) * 1990-02-28 1995-03-06 三菱電機株式会社 制御装置ケース
US5218516A (en) * 1991-10-31 1993-06-08 Northern Telecom Limited Electronic module
JPH0677678A (ja) * 1992-08-27 1994-03-18 Toyota Motor Corp ヒートシンク構造
JPH0750494A (ja) * 1993-08-06 1995-02-21 Mitsubishi Electric Corp 冷却装置
JP3034198B2 (ja) 1996-01-30 2000-04-17 株式会社ピーエフユー 携帯型情報処理装置におけるディスプレイ部と装置本体間の伝熱構造
JPH11233977A (ja) * 1998-02-18 1999-08-27 Omron Corp 電子機器の放熱構造とこの放熱構造を用いた電源装置
JP2000352399A (ja) * 1999-06-08 2000-12-19 Ebara Corp 周波数変換器組立体
JP2001291982A (ja) * 2000-04-06 2001-10-19 Mitsubishi Electric Corp 自然空冷式密閉型電子機器筐体
US6493224B1 (en) 2000-08-08 2002-12-10 Lucent Technologies Inc. Method and apparatus to increase convection heat transfer in an electrical system and a method of manufacturing the same
JP2002111263A (ja) * 2000-09-27 2002-04-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 排熱、遮熱構造を備えた電子装置
US20020122299A1 (en) * 2000-11-13 2002-09-05 Clifford Kelly Medical work station heat dissipating chassis

Also Published As

Publication number Publication date
CN1703940A (zh) 2005-11-30
TWI256873B (en) 2006-06-11
EP1551212B1 (en) 2012-06-27
EP1551212A4 (en) 2008-01-23
US7099153B2 (en) 2006-08-29
CN100384311C (zh) 2008-04-23
TW200415980A (en) 2004-08-16
WO2004034763A1 (ja) 2004-04-22
JP2004134544A (ja) 2004-04-30
KR100615134B1 (ko) 2006-08-22
EP1551212A1 (en) 2005-07-06
JP3854920B2 (ja) 2006-12-06
US20040114330A1 (en) 2004-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100615134B1 (ko) 전자기기의 방열구조
US6374905B1 (en) Scalable and modular heat sink-heat pipe cooling system
EP1738127B1 (en) Low-profile thermosyphon-based cooling system for computers and other electronic devices
US6466441B1 (en) Cooling device of electronic part having high and low heat generating elements
US5293930A (en) Surface-to-air heat exchanger for electronic devices
JP5470392B2 (ja) 電子機器の冷却構造
US7106589B2 (en) Heat sink, assembly, and method of making
US3217793A (en) Heat transfer
US20050219814A1 (en) Heat dissipating structure for an electronic device and heat dissipating device
US20060011325A1 (en) Micro-channel heat sink
CN110557927A (zh) 散热器以及制造散热器的方法
JP3364764B2 (ja) 密閉機器筐体冷却装置
CN210625430U (zh) 回路式热虹吸散热装置
JP4913285B2 (ja) 放熱フィンおよびヒートシンク
WO2022190960A1 (ja) ヒートシンク
JP2010219085A (ja) 自然空冷用ヒートシンク
JPS5844755A (ja) 強制空冷用ヒ−トシンク
KR102232902B1 (ko) 냉각모듈을 갖는 전자기기 및 전자기기 어셈블리
JP2908390B2 (ja) ヒートシンク
JP2017034046A (ja) ヒートシンク
CN215222818U (zh) 散热装置及电子设备
JP3217757B2 (ja) ヒートシンクとそれを用いた冷却構造
KR20230100311A (ko) 전자기기 냉각장치 및 이의 제조방법
CN210868515U (zh) 一种散热结构、散热组件及电器盒
JP2002057255A (ja) フィン間隔算出装置および方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120724

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130719

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140721

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150716

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160721

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170720

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180801

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190730

Year of fee payment: 14