KR20050117482A - Printed circuit board with built-in cooling apparatus and method therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제품의 크기, 디자인 및 그에 따른 적용 범위의 유연성을 향상시켜줄 수 있는 전자부품 및 그의 제작방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 2개 혹은 그 이상의 편평한 소정 두께 회로기판용 금속판(110)이 밀봉 접합되어 구성되고, 각 판(110) 중 하나 이상의 접합되는 측의 면에는 접합 후 히트파이프(130)를 구성하기 위한 요홈(120)이 연장되어 구성되거나, 히트파이프(130) 내부에는 다수의 미세공이 연장 형성되는 표면장력층(140)을 더 구성할 수 있도록 미세 형상이 가공된 평판이 위치되고, 히트파이프(130) 내에는 열매체(미도시)가 충진된 후 열전도율이 높은 절연체로 절연되어 구성되는 전자부품용 인쇄회로기판 및 그의 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic component and a method of manufacturing the same that can improve the size, design and flexibility of the product range, and specifically, two or more flat metal plate 110 for a predetermined thickness circuit board is It is configured by sealing bonding, the groove 120 for constituting the heat pipe 130 after the bonding is formed on the surface of the one or more sides of each plate 110 to be bonded, or a plurality of inside the heat pipe 130 A flat plate processed with a fine shape is positioned to further form the surface tension layer 140 in which the micropores are extended. The heat pipe 130 is filled with a heat medium (not shown), and is insulated with an insulator having high thermal conductivity. The present invention relates to a printed circuit board for an electronic component and a manufacturing method thereof.
Description
본 발명은 냉각장치가 내장된 전자부품에 관한 것으로서, 구체적으로는, 별도의 부가적인 냉각장치를 구성하지 않고 인쇄회로기판 내부에 열교환장치를 내장하여 구성하는, 냉각장치가 내장된 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판 및 그의 제작방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic component with a built-in cooling device. Specifically, a thin plate for an electronic part with a built-in cooling device, which is configured by embedding a heat exchanger inside a printed circuit board without forming an additional cooling device. A heat pipe printed circuit board and a method of manufacturing the same.
근래 그 기능이 다양하고 복잡해짐에 따라 전자부품의 소모전력은 점점 증가하는 반면, 소형화 선호에 따라 제품의 크기는 더욱 더 작아지고 있는 추세이며, 이에 따라 전자부품의 단위면적 및 단위부피당 발열량은 급격하게 증가되고 있다.Recently, as the functions become more diverse and complicated, the power consumption of electronic components is gradually increasing, while the size of products is becoming smaller according to the preference for miniaturization. Accordingly, the heat generation per unit area and unit volume of electronic components is rapidly increasing. Is increasing.
따라서, 발열량이 많은 전력공급 모듈과 연산처리 부품 등의 분야에서는 냉각기술이 제품의 수명과 디자인 및 성능에 직결되는 중요한 요소가 되고 있다.Therefore, in the field of power supply module and arithmetic processing parts with high heat generation, cooling technology has become an important factor that is directly related to the life, design and performance of the product.
종래 가장 대표적인 전자부품이라고 할 수 있는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 유리섬유가 포함되어 있는 에폭시 기판의 상면에 동판으로 회로를 인쇄(FR4)함으로써 제작하는데, 이때, 유리섬유가 포함되어있는 에폭시 기판은 회로를 인쇄하기 위한 형상과 강도를 가진 평판의 역할과 다층으로 회로를 인쇄할 때에 회로간의 절연의 역할만을 하게 되며 극히 일부의 열만이 FR4 기판을 통하여 방출되게 된다.Printed Circuit Board, which is the most representative electronic component, is manufactured by printing a circuit (FR4) on a copper plate on the upper surface of an epoxy substrate containing glass fiber, wherein the epoxy containing glass fiber The substrate serves only as a flat plate having the shape and strength for printing the circuit, and the insulation between the circuits when printing the circuit in multiple layers, and only a small part of heat is released through the FR4 substrate.
따라서, 부품에서 발생되는 열을 해결하기 위해서는 각각의 발열부품 표면에 큰 부피와 무게를 차지하는 방열판과 팬등으로 구성된 냉각모듈을 장착하거나 부품의 수명이 급격하게 감소함을 감수하며 고온으로 동작시켜야만 하는 어려움이 있었다.Therefore, in order to solve the heat generated from the components, it is difficult to install a cooling module composed of a heat sink and a fan, which occupies a large volume and weight, on the surface of each heating component, or operate at a high temperature while accepting a drastic reduction in the life of the components. There was this.
일부 전력공급모듈등에서는 이와 같은 발열문제를 해결하기 위하여 종래의 FR4 기판에 비해 열방출 성능이 우수한 절연금속회로기판(Insulated Metal Printed Circuit Board:IMC)을 사용하기도 하는데, 여기서 절연금속회로기판은 알루미늄이나 구리등 열전도율이 높은 금속판의 일면 혹은 양면을 열전도율이 높은 비전도성 물질로 절연하여 그 위에 회로기판을 인쇄한 것을 말하는 것으로, 이와 같은 IMC는 회로의 크기에 맞게 금속판을 준비하는 과정 이후의 제조 공정은 일반 FR4회로 기판과 거의 유사하게 제작된다.Some power supply modules use Insulated Metal Printed Circuit Boards (IMCs), which have better heat dissipation performance than conventional FR4 substrates. Insulating one or both sides of a metal plate with high thermal conductivity such as copper or copper with a non-conductive material having high thermal conductivity to print a circuit board thereon. Such IMC is a manufacturing process after preparing a metal plate according to the circuit size. Is fabricated almost similar to a typical FR4 circuit board.
일반적으로 FR4에 구성된 모듈의 경우 발열부품의 높이나 위치 차이 등으로 인하여 각각의 발열부품에 히트싱크를 부착해야 하지만 IMC에 구성된 모듈은 별도의 히트싱크를 부착하지 않아도 되며, 발열량이 아주 많은 경우에는 IMC에서 부품이 붙어 있지 않은 반대쪽 면에 하나의 히트싱크만을 부착하면 되는데, 이와 같은 IMC 기판의 경우에도 부품의 발열량이 급격히 많아지면 열전달을 위하여 기저의 금속판 두께가 두꺼워져야 한다는 단점이 있으며, 비록 하나의 히트싱크 만을 부착하여 사용할 수 있다 하더라도 발열부품의 바로 뒷면에 히트싱크를 장착해야만 한다는 단점이 있었다.In general, the module configured in FR4 requires heat sinks to be attached to each heating part due to the height or position difference of the heating parts. However, the module configured in IMC does not need to attach a separate heat sink. Only one heat sink needs to be attached to the other side where the parts are not attached. In the case of such an IMC board, if the amount of heat generated is rapidly increased, the base metal plate thickness must be thickened for heat transfer. Even though the heat sink can be attached and used, there is a disadvantage in that the heat sink must be mounted directly on the rear surface of the heating part.
따라서, 고발열 전자부품이 사용되는 경우에는 FR4 보다는 완화되었지만 IMC 역시 여전히 발열문제로 인하여 제품의 개발과 디자인에 제한이 있어 왔다고 할 수 있다.Therefore, when high heat generation electronic parts are used, they are alleviated than FR4, but IMC still has limitations in product development and design due to heat generation problems.
한편, 히트파이프란 밀폐된 진공 파이프 내에 작동유체가 주입된 것으로서, 한 쪽 끝을 가열하면 내부의 작동유체가 기화되어 압력차에 의해 다른 쪽으로 이동하고 주변으로 열을 방출한 후 다시 응축의 과정을 거쳐 가열부로 귀환할 수 있는 구조를 가지며, 그 자세한 원리는 다음과 같다.On the other hand, a heat pipe is a working fluid injected into a sealed vacuum pipe, and when one end is heated, the working fluid inside is vaporized, moved to the other side due to the pressure difference, and heat is released to the surrounding area. After having a structure that can be returned to the heating unit, the detailed principle is as follows.
히트파이프는 금속섬유나 금속가루소결층 등의 내용물을 내장한 밀봉용기 내에 프레온, 물, 알콜, 나트륨금속 등의 열매체를 감압(또는 진공) 봉입하여 제작하는 것으로서, 한쪽 말단이 가열되면 봉입된 액체가 증기류로 전환되어 다른 쪽 말단으로 빠르게 이동하는데, 이 과정에서 증기가 응축되면서 열을 방출하게 되고 열 방출에 의해 액화된 열매체는 모세관현상에 의해 처음의 가열부로 귀환하게 된다. A heat pipe is produced by sealing a heat medium such as freon, water, alcohol or sodium metal under reduced pressure (or vacuum) into a sealed container containing contents such as a metal fiber or a metal powder sintered layer. Is converted to a vapor stream and rapidly moves to the other end. In this process, the vapor condenses and releases heat, and the heat medium liquefied by the heat release returns to the initial heating portion by capillary action.
이와 같은 히트파이프는 잠열에 의해 열을 수송하기 때문에 금속류에 비해 빠른 시간에 많은 열량을 축방향으로 전달할 수 있고, 구조가 간단하고 경량이며, 유지 및 보수에 비용이 거의 들지 않는다는 장점이 있으며, 그 용도도 열수송, 가열, 온도 또는 열유속 제어 등으로 매우 다양하지만, 근래 트랜지스터, 컴퓨터 칩 등 전기 전자 부품의 냉각장치 용도로 사용되고 있다.Since heat pipes transfer heat by latent heat, they can transmit a large amount of heat in the axial direction in a short time compared to metals, and have a simple structure, light weight, and little cost for maintenance and repair. The uses also vary widely in heat transport, heating, temperature or heat flux control, but recently, they are used for cooling devices for electric and electronic components such as transistors and computer chips.
히트파이프의 구조나 용도 또는 효율에 관한 기술들을 기존의 특허/실용신안 상의 선행기술에서도 종종 찾아볼 수 있는데, 예를 들어 도 1a에 나타낸 바와 같이, 대한민국 특허공개 제1998-034561호에 보면, 반도체 칩 패키지의 히트싱크의 표면에 횡 방향 또는 종 방향의 지그재그 형태 루버핀을 형성하여 표면을 흐르는 공기의 흐름을 원활하게 함으로써 방열을 증진시켜 냉각효과를 향상시키고자 한 시도에 대해 개시된 바 있다.Techniques related to the structure, use, or efficiency of heat pipes can often be found in the prior art on existing patents / utility models. For example, as shown in FIG. 1A, Korean Patent Publication No. 1998-034561 shows semiconductors. Attempts have been made to improve the cooling effect by improving heat dissipation by forming a zigzag-shaped louver fin in the lateral or longitudinal direction on the surface of the heat sink of the chip package to facilitate the flow of air flowing through the surface.
또한, 대한민국 특허공개 제2002-0044370호에는, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 냉각팬 및 히트파이프와 함께, CPU 방열면에 대한 접촉면의 일측에 직립 방열핀이 다수 형성된 응축부로 이루어지는 모듈플레이트와 모듈플레이트의 일측에 접합되며 냉각팬으로부터 유입된 공기의 유동방향에 변화를 주면서 난류유동이 발생되도록 유도하는 루버핀을 포함하여 이루어짐으로써 응축부의 방열성능이 향상된 히트파이프 냉각 시스템을 제공하고자 한 시도에 대해 개시된 바 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 2002-0044370 discloses a module plate and a module plate including a cooling fan and a heat pipe, and a condensation part including a plurality of upright heat dissipation fins formed on one side of a contact surface to a CPU heat dissipation surface, as shown in FIG. 1B. Attempted to provide a heat pipe cooling system having improved heat dissipation performance of a condenser by including a louver pin bonded to one side and including a louver pin for inducing turbulent flow while changing a flow direction of air introduced from a cooling fan. have.
또한, 대한민국 특허공개 제2002-0048844호에는, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 전자칩과 접촉된 모체부 및 모체부와 일체형으로 돌출된 다수의 방열핀과 함께, 방열핀 사이에 형성된 공간부에 설치되며 박판의 부재를 물결모양으로 반복 굽힘하고 표면에 다수의 루버를 형성하여 공기 유동방향에 변화를 주면서 난류 유동이 생성되도록 하는 코루게이트 루버핀으로 이루어짐으로써 열전도 단면적 및 대류 열전달 면적을 극대화시킨 전자칩 냉각용 히트싱크에 대해 개시된 바도 있다.In addition, the Republic of Korea Patent Publication No. 2002-0048844, as shown in Figure 1c, with a plurality of heat dissipation fins protruding integrally with the mother portion and the mother portion in contact with the electronic chip, is installed in the space portion formed between the heat dissipation fins and a thin plate It is made of corrugated louver pins that repeatedly bend the members of the wave shape in a wave shape and form a plurality of louvers on the surface to change the air flow direction, thereby maximizing the heat conduction cross-sectional area and convective heat transfer area. Heat sinks have also been disclosed.
그러나, 이와 같은 종래 특허/실용신안 상의 선행기술들 대부분은 단지 히트싱크 또는 히트파이프 형태의 열교환모듈을 전자부품의 일측에 직접 접촉시키거나 열전달용 매체를 매개로 간접 연결시키는 한편 전달된 열을 다수의 핀, 예를 들면 루버핀(Louver Pin)이 구비된 방열 구조를 이용하여 발산시키는 단순한 형태를 가지고 있어서, 냉각모듈 장착으로 인한 제품의 크기, 디자인 등에 가해지는 한계를 여전히 가지고 있었다.However, most of the prior arts in the related patent / utility model merely heat exchange modules in the form of heat sinks or heat pipes directly to one side of electronic components, or indirectly through a heat transfer medium, while transferring a large amount of heat. It has a simple shape that emits using a heat dissipation structure provided with a fin, for example, a louver pin, and still has limitations imposed on the size, design, etc. of the product due to the cooling module.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉각모듈 장착에 따른 크기, 디자인 및 적용범위 등에 제한이 없는 전자부품 및 그의 제작방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to provide an electronic component and its manufacturing method that is not limited in size, design and scope of application according to the cooling module mounting.
본 발명의 다른 목적은, 기본적으로 열교환모듈로서 히트파이프를 사용하되 회로기판에 내에 히트파이프 구조를 내장하는 형태로 사용하는, 열교환장치가 내장된 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판 및 그의 제작방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to use a heat pipe as a heat exchange module, but in the form of a heat pipe structure embedded in the circuit board, a thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component having a heat exchanger, and a manufacturing method thereof. Is to provide.
이밖에, 본 발명의 다른 목적, 과제와 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.In addition, other objects, objects and advantages of the present invention will be described below, and will be appreciated by the embodiments of the present invention. Furthermore, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations indicated in the claims.
본 발명은 별도의 부가적인 냉각장치가 필요없는 박판히트파이프로 구성된 인쇄회로기판에 관한 것으로서, 전자제품을 제조함에 있어서 제품의 크기, 디자인 및 그에 따른 적용 범위의 유연성을 향상시켜줄 수 있는 전자부품 및 그의 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a printed circuit board composed of a thin plate heat pipe, which does not require an additional cooling device, and an electronic component that can improve the flexibility of the size, design, and range of application thereof in manufacturing an electronic product. It is about the production method.
구체적으로, 본 발명은 인쇄회로기판 내부에 히트파이프 구조 및 열매체를 내장하여 구성되는 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판 및 그의 제작방법에 관한 것이다.Specifically, the present invention relates to a thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component and a method of manufacturing the same, which are formed by embedding a heat pipe structure and a heat medium in a printed circuit board.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 첨구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and the appended claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 구현예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
또한, 이하에서 상세하게 설명되는 본 발명의 냉각장치가 내장된 전자부품에서 각 구성요소의 재질이나 구체적인 형상 등 본 발명의 실질적 내용 및 효과와 직접적인 관련이 없는 부분에 대한 상세하고 구체적인 설명은 생략되었는 바, 본 발명의 기술적 사상을 훼손하지 않는 범위에서 적용 가능한 어떠한 장치를 사용하여도 관계없음을 밝혀둔다.In addition, detailed and detailed descriptions of parts not directly related to the actual contents and effects of the present invention, such as the material or the specific shape of each component, are omitted in the electronic component in which the cooling device of the present invention described in detail below is omitted. It is noted that any device that can be applied without departing from the technical spirit of the present invention may be used.
도 2는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판을 구성하는 박판히트파이프를 나타내는 사시도이며, 도 3a-c는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판에 내장된 히트파이프의 예를 나타내는 수직 단면도이고, 도 4a-b는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판에 구성된 미세공구조를 나타내는 단면도이며, 도 5a-b는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판을 구성하는 박판히트파이프를 나타내는 사시도이며, 도 6a-b는 도 5a-b의 박판히트파이프에 발열전자부품이 실장되어 있는 박판히트파이프 인쇄회로기판을 나타내는 단면도이고, 도 7은 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판의 제작방법을 나타내는 공정도이다.2 is a perspective view showing a thin plate heat pipe constituting a thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention, and FIGS. 3A-C are views illustrating an example of a heat pipe embedded in the thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention. 4A-B is a cross-sectional view showing a microporous structure configured in the thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention, and FIGS. 5A-B are thin plates constituting the thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention. 6A-B is a cross-sectional view showing a thin plate heat pipe printed circuit board having heat generating electronic components mounted on the thin plate heat pipe of FIGS. 5A-B, and FIG. 7 is a thin plate heat pipe for an electronic component of the present invention. It is a process chart which shows the manufacturing method of a printed circuit board.
도 2-도 3c에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전자부품용 박판히트파이프 회로기판(100)은, 2개 이상의 편평한 소정 두께 회로기판용 판(110)이 밀봉 접합되어 구성되고, 각 판(110) 중 하나 이상의 접합되는 측의 면에는 접합 후 히트파이프(130)를 구성하기 위한 요홈(120)이 연장되어 구성되며, 히트파이프(130) 내에는 열매체(미도시)가 충진되어 구성되고, 표면이 열전도율이 높은 세라믹 혼합물로 절연 구성된다.As shown in FIG. 2 to FIG. 3C, the thin plate heat pipe circuit board 100 for electronic components according to the present invention is formed by sealingly bonding two or more flat predetermined thickness circuit board plates 110. The grooves 120 for constituting the heat pipe 130 after the bonding is extended to one or more surfaces of the side to be bonded, and the heat pipe 130 is filled with a heat medium (not shown). The surface is insulated from a ceramic mixture with high thermal conductivity.
여기서, 2개 이상의 판(110)은 밀봉 접합되어 하나의 인쇄회로기판(100)을 이루므로 상기 소정 두께는 일반적인 회로기판의 1/2 혹은 그 이하에 해당하도록 구성하는 것이 바람직하다.Here, the two or more plates 110 are sealed and bonded to form one printed circuit board 100, so that the predetermined thickness is preferably configured to correspond to 1/2 or less of a general circuit board.
또한, 도 3c와 같이 접합되는 각 판의 접합면에 각각 요홈이 형성되어 이루어지는 경우, 각 면에 형성되는 관로는 접합시 정확하게 일치하여 히트파이프(130)를 형성할 수 있도록 거울상으로 구성되어야 한다. In addition, when the groove is formed in each of the joint surface of each plate to be bonded as shown in Figure 3c, the pipe lines formed on each surface should be configured in a mirror image so that the heat pipe 130 can be formed to match exactly when bonding.
상기 열매체로는 히트파이프에 사용할 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 히트파이프의 열매체 용도로 사용될 때 열 전달 및 상 전환 효율이 우수한 것으로 알려져 있는 메탄올, 물, 탄화수소화합물, 불소화합물 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.The heat medium may be used as long as it can be used in a heat pipe, but any one of methanol, water, a hydrocarbon compound, and a fluorine compound, which is known to have excellent heat transfer and phase conversion efficiency when used as a heat medium for heat pipes, may be used. It is preferable to use.
본 발명의 박판히트파이프 인쇄회로기판(100)에는, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 방열된 후 액화된 열매체의 모세관현상을 이용한 대류를 활성화시키기 위하여 다수의 미세공이 연장 형성되는 표면장력층(140)이 히트파이프(130) 내벽에 더 구성될 수 있으며, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 박판히트파이프의 상판과 하판 사이에 다수의 모세관(150) 형상이 중앙부에 구비된 1개 이상의 모세관형성판(230)이 더 구성될 수도 있다.In the thin heat pipe printed circuit board 100 of the present invention, as shown in FIG. 4A, a surface tension layer 140 in which a plurality of micropores are extended to activate convection using a capillary phenomenon of a liquefied heat medium after heat radiation is formed. The heat pipe 130 may be further configured on an inner wall, and as illustrated in FIG. 4B, one or more capillary tube 230 having a plurality of capillary shapes 150 formed at the center between the upper and lower plates of the thin plate heat pipe. ) May be further configured.
이와 같은 표면장력층(140)과 모세관(150)은 소정 두께로 균일하게 내벽에 소결된 다공층 형상 또는 다수의 모세관으로 구성되는 것이 바람직하며, 표면장력층을 구비할 경우 구리 재질로, 다수의 모세관을 구비하는 경우 구리 또는 알루미늄 재질로 구성하는 것이 바람직하다.The surface tension layer 140 and the capillary tube 150 are preferably composed of a porous layer shape or a plurality of capillary tubes sintered to the inner wall uniformly to a predetermined thickness. When the capillary tube is provided, it is preferable to configure the copper or aluminum material.
이하, 이상과 같이 구성되는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판의 일실시예를 도 5a-b를 사용하여 상세하게 설명하면 하기와 같다.Hereinafter, an embodiment of a thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 5A-B.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판(200)의 일실시예는, 구리 재질로 이루어지며 하판(220)측 면에 반원형 단면을 가지는 요홈(211)이 연장 형성되고 요홈(211)의 내면에는 구리 분말이 소결되어 형성된 소정 두께의 표면장력층(240)이 형성되는 상판(210)과, 구리 재질로 이루어지며 상판(210)측 면에 반원형 단면을 가지는 요홈(221)이 연장 형성되고 요홈(221)의 내면에는 구리 분말이 소결되어 형성된 소정 두께의 표면장력층(240)이 형성되는 하판(220)이, 각 요홈(211)(221)이 만나 원형의 단면을 가지는 히트파이프(230)를 형성할 수 있도록 밀봉 접합되어 구성되고; 히트파이프(230) 내부에는 열매체가 충진되어 구성되며; 표면에는 열전도율이 높은 절연물질(미도시)이 도포되어 구성된다.As shown in Figure 5a, one embodiment of a thin plate heat pipe printed circuit board 200 for electronic components according to the present invention, the groove 211 is made of a copper material and has a semi-circular cross-section on the lower plate 220 side The top plate 210 is formed to extend and the inner surface of the groove 211 is formed of a surface tension layer 240 of a predetermined thickness formed by sintering copper powder, and made of copper material and has a semi-circular cross section on the top plate 210 side surface. The grooves 221 are formed to extend and the lower plate 220 formed with a surface tension layer 240 having a predetermined thickness formed by sintering copper powder is formed on the inner surface of the grooves 221. Sealingly bonded to form a heat pipe (230) having a cross section of; The heat pipe 230 is filled with a heat medium is configured; The surface is formed by applying an insulating material (not shown) having high thermal conductivity.
도 5b에 나타낸 박판히트파이프 인쇄회로기판(300)의 일실시예는, 알루미늄 또는 구리 재질로 이루어지며 상판(310)측 면에 반원형 단면을 가지는 요홈(311)이 연장 형성된 상판(310)과, 다수의 모세관(150) 형상이 중앙부에 형성된 1개 이상의 모세관형성판(330), 및 알루미늄 또는 구리 재질로 이루어지며 하판(320)측 면에 반원형 단면을 가지는 요홈(321)이 연장 형성되는 하판(320)이, 각 요홈(311)(321)이 만나 히트파이프(미도시)를 형성할 수 있도록 순차적으로 밀봉 접합되어 구성되고; 히트파이프(230) 내부에는 열매체를 충진하며; 박판히트파이프 표면에 열전도율이 높은 절연물질(미도시)을 도포하여 구성된다.An embodiment of the thin plate heat pipe printed circuit board 300 illustrated in FIG. 5B includes an upper plate 310 made of aluminum or copper and having a groove 311 extending from the top plate 310 having a semicircular cross section. A plurality of capillary tube 150 is formed of at least one capillary tube 330 formed in the center portion, and the lower plate is formed of an aluminum or copper material and the groove 321 having a semi-circular cross-section is formed on the lower surface 320 side ( 320 is configured to be sequentially sealed and joined so that the grooves 311 and 321 can meet to form a heat pipe (not shown); Filling the heat medium inside the heat pipe 230; It is constructed by applying an insulating material (not shown) having high thermal conductivity to the thin plate heat pipe surface.
이때 히트파이프를 구성하는 요홈(311)(321)은 도3a-3b에서 도시된 것처럼 상판(310) 또는 하판(320)중 일측 판의 일 면에만 형성할 수도 있다.In this case, the grooves 311 and 321 constituting the heat pipe may be formed only on one surface of one of the upper plate 310 or the lower plate 320 as shown in FIGS. 3A-3B.
이와 같이 구성되는 박판히트파이프 인쇄회로기판(200)(300)에서 각 판의 요홈(211)(221)(311)(321) 구성에는 정밀 가공이 가능한 것이면 에칭, 스템프, 기계가공 중 어느 것을 사용해도 관계없으며, 모세관형성판(330)의 모세관(150)의 구성에는 상기 가공방법 외에도 판을 관통하여 마이크로패턴의 형성이 가능한 레이저가공 등을 사용하여도 된다.In the thin plate heat pipe printed circuit board 200 and 300 configured as described above, the grooves 211, 221, 311 and 321 of each plate may be formed using any one of etching, stamping, and machining as long as precision processing is possible. Regardless, the capillary tube 150 of the capillary tube 330 may be formed by laser processing through which the micropattern can be formed in addition to the above processing method.
상기 박판히트파이프 인쇄회로기판(200)(300)에서, 각 상판(210)(310)과 하판(220)(320)의 요홈(211)(221)(311)(321)은 접합시 정확하게 일치하여 폐쇄된 히트파이프를 형성할 경우 거울상으로 구성되며, 도 5a- 도5b에 도시된 박판히트파이프 인쇄회로기판의 열매체로는 상기한 바와 같이 메탄올, 물, 탄화수소화합물, 불소화합물 중 어느 하나가 사용된다.In the thin plate heat pipe printed circuit boards 200 and 300, the grooves 211, 221, 311 and 321 of each of the upper plates 210 and 310 and the lower plates 220 and 320 are exactly matched at the time of bonding. When the closed heat pipe is formed, it is composed of a mirror image. As the heat medium of the thin heat pipe printed circuit board shown in FIGS. 5A-5B, any one of methanol, water, a hydrocarbon compound, and a fluorine compound is used as described above. do.
이와 같이 구성되는 박판히트파이프 인쇄회로기판(200)(300)의 외부 표면은 열전도율이 높은 SiC, AIN, BN, Al2O3, BeO 등의 미세 세라믹 파우더에 에폭시 등의 접합 부자재를 혼합하여 얇게 도포함으로 절연함이 바람직하다. 이렇게 구성되어진 박판히트파이프 인쇄회로기판(200)(300)에 회로 패턴을 인쇄함으로 특정 용도의 전자부품으로서 사용할 수 있게 되는데, 이와 같이 구성되는 박판히트파이프 인쇄회로기판의 사용예를 도 6a-b에 나타내었다.The outer surface of the thin plate heat pipe printed circuit boards 200 and 300 configured as described above is thinly mixed with a fine ceramic powder such as SiC, AIN, BN, Al 2 O 3 , BeO, and the like by bonding bonding subsidiary materials such as epoxy. Insulation is preferred by application. By printing a circuit pattern on the thin heat pipe printed circuit boards 200 and 300 configured as described above, the printed circuit board can be used as an electronic component for a specific use. Shown in
도 6a에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 내부에 히트파이프(420)가 구비된 인쇄회로기판(400)은, 상면에 절연물질(430)이 도포되고, 여기에 회로 패턴(440)을 형성시킨 다음 회로 패턴(440)의 상면에 발열 특성이 있는 각종 발열부품(450)을 장착하며, 발열부품의 발열량의 총합이 많은 경우 회로가 형성되지 않은 일측에는 추가의 히트파이프(420)의 응축부를 열교환하기 위한 방열핀(460)이 접촉 구비됨으로써 전자부품으로서 사용된다. 이 때 방열핀(460)은 제품에서 방열에 가장 유리한 위치에 선택적으로 구비할 수 있다.As shown in FIG. 6A, in the printed circuit board 400 having a heat pipe 420 therein according to the present invention, an insulating material 430 is coated on an upper surface thereof, and a circuit pattern 440 is formed thereon. Next, various heating parts 450 having heat generating characteristics are mounted on the upper surface of the circuit pattern 440. When the total amount of heat generated by the heat generating parts is large, the condensing part of the additional heat pipe 420 is heat-exchanged on one side where the circuit is not formed. The heat dissipation fin 460 for contact is provided as an electronic component. At this time, the heat dissipation fin 460 may be selectively provided at a position that is most advantageous for heat dissipation in the product.
이와 같이 사용되는 박판히트파이프 인쇄회로기판(400)에서 발열부품(450)에 의해 발생되는 열은 히트파이프(420) 내 열매체를 기화시키게 되고, 기화된 열매체는 반대쪽 방열핀(460) 측으로 전달되어 방열핀(460)과 열교환됨으로써 응축된 후, 모세관현상에 의해 히트파이프(420) 내벽의 표면장력층을 따라 다시 발열부품(450) 측으로 순환되며, 표면장력층이 구비되지 않은 진동형히트파이프의 경우 액체상태와 기체상태의 열매체간에 발생하는 미세한 압력차에 의해 열매체가 진동하며 방열핀(460)과 발열부품(450) 사이를 오가며 열을 전달하는 기능하게 된다.The heat generated by the heat generating component 450 in the thin plate heat pipe printed circuit board 400 used as described above vaporizes the heat medium in the heat pipe 420, and the vaporized heat medium is transferred to the heat dissipation fin 460 on the opposite side to radiate the heat. After condensed by heat exchange with the 460, it is circulated back to the heat generating part 450 by the capillary phenomenon along the surface tension layer of the inner wall of the heat pipe 420, and in the case of the vibration type heat pipe without the surface tension layer, The heat medium vibrates by the minute pressure difference generated between the heat medium and the gas state, and functions to transfer heat between the heat dissipation fins 460 and the heat generating parts 450.
한편, 회로기판의 상면에 장착되는 발열부품들의 발열량의 총합이 많지 않은 전자 제품의 경우 본 발명의 히트파이프(520)가 구비된 박판히트파이프 인쇄회로기판(500)는, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 방열핀 없이, 상면에 절연물질(530)이 도포되고, 여기에 회로 패턴(540)을 형성시킨 다음 회로 패턴(540)의 상면에 발열 특성이 있는 각종 발열부품(550)을 장착함으로써 전자부품으로서 사용된다.On the other hand, in the case of an electronic product in which the total amount of heat generation of the heat generating parts mounted on the upper surface of the circuit board is not large, the thin plate heat pipe printed circuit board 500 having the heat pipe 520 of the present invention is shown in FIG. 6B. The insulating material 530 is coated on the upper surface of the circuit pattern 540 without heat radiating fins, and then various heating parts 550 having heat generating characteristics are mounted on the upper surface of the circuit pattern 540 as an electronic component. Used.
이 경우 발열부품(550) 측에서 기화된 히트파이프(520) 내 열매체는 박판히트파이프(510)의 발열부품(550)이 장착되지 않은 측에서 방열핀 없이 충분히 응축되어 다시 열 흡수체로서의 기능을 수행할 수 있다.In this case, the heat medium in the heat pipe 520 vaporized at the heat generating part 550 is sufficiently condensed without a heat radiating fin at the side where the heat generating part 550 of the thin plate heat pipe 510 is not mounted to perform a function as a heat absorber again. Can be.
이상과 같이 구성되는 본 발명 히트스프레드 회로기판에서 히트파이프는 상면에 장착될 발열소자의 위치를 고려하여 적절한 형태로 자유롭게 설계될 수 있음은 당 업자에게 있어 주지의 사실이라고 할 수 있다.In the heat spread circuit board of the present invention configured as described above, it is well known to those skilled in the art that the heat pipe may be freely designed in an appropriate form in consideration of the position of the heating element to be mounted on the upper surface.
이상과 같이 볼 때, 본 발명에 따른 히트스프레드 회로기판의 제작방법은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 및 구리 중 어느 하나의 재질로 구성되는 편평한 2개의 판 중 하나 이상의 일면에, 에칭, 스템프, 레이저, 기계가공 중 어느 하나의 방법을 사용하여 반원 형상의 단면을 가지는 요홈을 연장 형성시키고; 요홈의 내벽에 구리 분말을 소결하여 다공구조로 이루어지는 표면장력층을 형성시키거나 한개 이상의 모세관형성판을 상판 하판 사이에 위치시킨 후 접합한 다음; 요홈의 일측 말단에 연장되어 구비된 열매체투입구를 통하여 박판히트파이프 내부의 기체를 뽑아내어 진공상태로 만든 후 열매체를 주입하여 충진하고; 열매체투입구를 밀폐함으로써 회로기판 내부에 폐쇄되어 내장된 히트파이프를 형성시키는 것으로 구성된다.As described above, the manufacturing method of the heat spread circuit board according to the present invention, as shown in Fig. 7, the etching, stamping on one or more surfaces of at least one of the two flat plates composed of any one material of aluminum and copper Extending grooves having a semi-circular cross section using any one method of laser, machining; Sintering the copper powder on the inner wall of the groove to form a surface tension layer having a porous structure or placing one or more capillary forming plates between the upper plates and joining them; After filling the gas inside the thin plate heat pipe through the heat medium inlet extending to one end of the groove to make a vacuum state and filling by heating the heat medium; The heat medium inlet is closed to form a built-in heat pipe inside the circuit board.
여기서, 양 판의 접합에는 밀봉이 가능한 것이면 어느 것을 사용해도 관계없으나 알루미늄 재질의 경우 진공가압브레이징, 구리판의 경우 아르곤용접, 고주파유도가열 또는 솔더링 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.Here, the joining of the two plates may be used as long as it can be sealed, but it is preferable to use any one of vacuum pressurized brazing for aluminum material, argon welding for copper plate, high frequency induction heating or soldering.
본 발명에 따른 냉각장치 내장 전자부품의 구성 및 그의 제작방법은 이상과 같이 상술한 구현예에 한정되는 것은 아니고, 다른 구현예로 다양하게 변형되어 사용될 수 있으며, 이와 같은 변형에 의해 본 발명의 상기한 기술적 사상이 전혀 훼손되지 않을 수 있음이 주지되어야 할 것이다.The configuration of the electronic device built-in cooling apparatus and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, but may be variously modified and used in other embodiments. It should be noted that a technical idea may not be compromised at all.
이상과 같이 본 발명이 완성됨으로써, 2개 이상의 편평한 소정 두께 회로기판용 판(110)이 밀봉 접합되어 구성되고, 각 판(110) 중 하나 이상의 접합되는 측의 면에는 접합 후 히트파이프(130)를 구성하기 위한 요홈(120)이 연장되어 구성되며, 히트파이프(130) 내벽에는 다수의 미세공이 연장 형성되는 표면장력층(140)이 더 구성되고, 히트파이프(130) 내에는 진공상태에서 열매체(미도시)가 충진 및 밀폐된 다음 열전도율이 높은 물질로 표면이 절연되어 구성되는 전자부품용 회로기판 및 그의 제작방법이 제공될 수 있게 되었다.When the present invention is completed as described above, two or more flat predetermined thickness circuit board plates 110 are formed by sealing bonding, and the heat pipe 130 after the joining is formed on one or more surfaces of each plate 110 to be joined. Groove 120 is configured to extend, the inner surface of the heat pipe 130 is further configured with a surface tension layer 140 extending a plurality of fine holes, the heat pipe 130 in the vacuum state heat medium After the filling and sealing (not shown), the circuit board for an electronic component and a method of manufacturing the same may be provided in which the surface is insulated with a material having high thermal conductivity.
본 발명이 완성됨으로써, 기본적으로 열교환모듈로서 히트파이프를 사용하되 회로기판에 내에 박판히트파이프 구조를 내장하는 형태로 사용하며, 냉각모듈 장착에 따른 크기, 디자인 및 적용범위 등에 제한이 없는, 열교환장치가 내장된 전자부품용 히트스프레드 회로기판 및 그의 제작방법을 제공할 수 있게 된 것이다.As the present invention is completed, the heat pipe is basically used as a heat exchange module, but a thin heat pipe structure is built into the circuit board, and the heat exchanger is not limited in size, design and scope of application by mounting the cooling module. It is now possible to provide a heat spread circuit board for electronic components having a built-in and a method of manufacturing the same.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 구현예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the present invention is provided by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
도 1a-c는 종래기술을 나타내는 단면도이고,1a-c are sectional views showing the prior art,
도 2는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판을 나타내는 사시도,2 is a perspective view showing a thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention;
도 3a-c는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판에 내장된 히트파이프의 예를 나타내는 수직 단면도,3A-C are vertical cross-sectional views illustrating an example of a heat pipe embedded in a thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention;
도 4a-b는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판에 구성된 미세공구조를 나타내는 단면도,Figure 4a-b is a cross-sectional view showing a microporous structure configured in a thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention;
도 5a-b는 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 인쇄회로기판을 나타내는 사시도,5A and 5B are perspective views illustrating a thin plate heat pipe printed circuit board for an electronic component of the present invention;
도 6a-b는 도 5의 회로기판을 이용하여 구성하는 전자부품을 나타내는 단면도,6A and 6B are cross-sectional views illustrating electronic components constructed using the circuit board of FIG. 5;
도 7은 본 발명 전자부품용 박판히트파이프 회로기판의 제작방법을 나타내는 공정도이다.7 is a process chart showing a method for manufacturing a thin plate heat pipe circuit board for an electronic component of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100, 200, 300, 400, 500: 박판히트파이프 회로회로기판100, 200, 300, 400, 500: thin plate heat pipe circuit board
110: 금속판 120, 211, 221, 311, 321: 요홈110: metal plate 120, 211, 221, 311, 321: groove
130, 230, 420, 520: 히트파이프130, 230, 420, 520: heat pipe
140, 240: 표면장력층 150: 모세관140, 240: surface tension layer 150: capillary tube
210, 310: 상판 220, 320: 하판210, 310: upper plate 220, 320: lower plate
430, 530: 절연물질 440, 540: 패턴430, 530: insulation material 440, 540: pattern
450, 550: 발열부품 450: 방열핀450, 550: heating element 450: heat dissipation fin
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