KR20060033615A - 방열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열장치에 관한 것이다. 본 발명은 열원이 구비되는 위치에 장착되는 베이스(20)와, 열전달율이 상대적으로 높은 재질로 형성되고 상기 베이스(20)에 구비되며 상기 열원과 열적으로 접촉되어 열원의 열을 전달받는 히트싱크(24)와, 일단부가 상기 히트싱크(24)를 관통하고 상기 일단부와 같은 방향으로 타단부가 연장되어 히트싱크(24)의 열을 일단부에서 타단부로 전달하는 히트파이프(26)와, 상기 히트파이프(26)가 횡으로 관통하고 내부를 통해 상기 히트싱크(24)방향으로 공기가 통과하면서 열교환이 이루어지고 상기 베이스(20)의 상부에 위치되는 히트익스체인저(30)와, 상기 히트익스체인저(30) 상에 구비되고 상기 히트익스체인저(30)를 관통하여 유동되는 기류를 형성하는 팬유니트(37)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 방열장치에 의하면 상대적으로 많은 양의 열이 신속하게 배출될 수 있게 되며, 방열장치의 크기가 전체적으로 소형화되어 방열장치가 사용되는 전자제품의 소형화가 가능하게 되는 효과도 있다.

열원, 팬유니트, 열방출, 히트파이프, 방열핀

Description

방열장치{A heat radiating apparatus}

도 1은 종래 기술에 의한 방열장치의 구성을 보인 개략 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 방열장치의 바람직한 실시예를 보인 사시도.

도 3a는 본 발명 실시예의 정면 구성을 보인 정면도.

도 3b는 본 발명 실시예의 배면 구성을 보인 배면도.

도 3c는 본 발명 실시예의 좌측면 구성을 보인 좌측면도.

도 3d는 본 발명 실시예의 우측면 구성을 보인 우측면도.

도 3e는 본 발명 실시예의 평면 구성을 보인 평면도.

도 3f는 본 발명 실시예의 저면 구성을 보인 저면도.

도 4는 본 발명 실시예가 동작되는 것을 보인 동작상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 베이스 21: 상판

22: 고정레그 24: 히트싱크

26: 히트파이프 30: 히트익스체인저

32: 고정구 33: 고정편

34: 가이드보스 35: 걸이후크

37: 팬유니트 38: 팬가이드

본 발명은 방열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자제품 등의 열원에서 발생된 열을 강제로 방출하는 방열장치에 관한 것이다.

전자제품의 성능이 높아지면서 내부의 부품에서 발생하는 열이 크게 늘어 나는 추세에 있다. 이와 같은 열을 원활하게 방출시키지 않으면 해당 발열부품 뿐만 아니라 주변의 부품까지도 열의 영향을 받아 전자제품이 제 성능을 발휘하지 못하거나 심한 경우 부품이 손상되어 전자제품이 고장나는 문제가 발생한다.

이를 해결하기 위해, 최근에는 열을 원격지로 이동시킬 수 있는 히트파이프를 사용한 방열장치가 많이 사용된다. 이와 같은 방열장치가 도 1에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바에 따르면, 케이싱(1)은 서로 대향되는 면이 개구된 육면체 형상으로 형성된다. 상기 케이싱(1)의 내부 일측면에서 타측면으로는 소정의 두께와 폭을 가지는 판상의 방열핀(3)이 일정 간격을 두고 구비된다. 상기 방열핀(3)들 사이의 간격에 의해 상기 케이싱(1)의 개구된 일측에서 타측으로 공기가 흐를 수 있는 통로가 형성된다.

상기 케이싱(1)의 일측에서 타측으로, 상기 케이싱(1)과 방열핀(3)을 관통해서는 히트파이프(5)가 설치된다. 상기 히트파이프(5)는 상기 방열핀(3)으로 열원에서 발생된 열을 강제로 전달하는 역할을 한다.

이를 위해 상기 히트파이프(5)의 일측 단부에는 열원접촉부(7)가 연결된다. 상기 열원접촉부(7)는 열전달율이 좋은 재질로 만들어지는 것으로, 열원에 접촉되어 설치된다.

한편, 상기 케이싱(1)의 일측에는 상기 방열핀(3)의 사이로 공기의 흐름을 형성하는 팬유니트(9)가 설치된다. 상기 팬유니트(9)는 상기 방열핀(3)의 사이를 통과하는 기류를 형성하여 방열핀(3)으로부터 열을 받아 외부로 방출시키게 된다

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 방열장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기와 같은 구조의 방열장치는 씨피유(CPU)에 상기 열원접촉부(7)를 접촉시켜서 씨피유에서 발생하는 열을 외부로 분산시키도록 하고 있다. 하지만 최근에 출시되는 씨피유는 대략 115W의 열을 발생시키고, 곧 135W에 달하는 열을 발생시키는 씨피유가 생산될 것이다.

그리고, 최근에는 씨피유 뿐만아니라 그 주변의 다른 열원에서의 발열량 또한 상당한 증가세를 보이고 있어, 종래 기술과 같이 씨피유만을 냉각하는 방열장치로는 전자제품 전체의 열방출에 많은 문제점이 있다.

이에 더해 컴퓨터와 같은 전자제품은 갈수록 슬림화되어 가고 있다. 따라서, 종래 기술과 같은 방열장치는 전자제품의 슬림화에 걸림돌이 될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상대적으로 많은 양을 열을 방출할 수 있는 방열장치를 제공하는 것 이다.

본 발명의 다른 목적은 경박단소화된 방열장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 열원이 구비되는 위치에 장착되는 베이스와, 열전달율이 상대적으로 높은 재질로 형성되고 상기 베이스에 구비되며 상기 열원과 열적으로 접촉되어 열원의 열을 전달받는 히트싱크와, 일단부가 상기 히트싱크를 관통하고 상기 일단부와 같은 방향으로 타단부가 연장되어 히트싱크의 열을 일단부에서 타단부로 전달하는 히트파이프와, 상기 히트파이프가 횡으로 관통하고 내부를 통해 상기 히트싱크방향으로 공기가 통과하면서 열교환이 이루어지고 상기 베이스의 상부에 위치되는 히트익스체인저와, 상기 히트익스체인저 상에 구비되고 상기 히트익스체인저를 관통하여 유동되는 기류를 형성하는 팬유니트를 포함하여 구성된다.

상기 베이스는 상기 히트싱크가 하면에 부착되는 상판과, 상기 상판의 가장자리에 구비되어 상판이 열원의 상부 소정 높이에 위치되도록 지지하는 고정레그를 포함하여 구성된다.

상기 히트파이프는 양단부가 평행한 U자형상으로 절곡되고, 상기 히트싱크를 관통하는 일단부가 상기 히트익스체인저를 관통하는 타단부보다 좁은 간격으로 배치된다.

상기 히트익스체인저는 다수개의 판상의 방열핀이 소정 간격으로 배치되어 구성되는 것으로, 상부에서 볼 때, 상기 베이스의 상판은 차폐하고 상기 고정레그 는 보이도록 납작한 육면체 형상에서 네 모서리가 제거된 십자형상으로 형성된다.

상기 히트익스체인저의 상단 가장자리를 두르도록 고정구가 구비되어 상기 팬유니트가 히트익스체인저에 장착되도록 한다.

상기 고정구의 서로 마주보는 측면에는 상기 히트익스체인저에의 장착을 위한 고정편이 구비되고, 서로 마주보는 다른 측면에는 상기 팬유니트의 장착을 위한 걸이후크가 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 고정구의 네 모서리에는 팬유니트의 장착위치를 안내하고 유동을 방지하는 가이드보스가 구비된다.

상기 팬유니트에 사용되는 팬의 직경은 적어도 120mm이상으로 형성되고, 상기 팬유니트는 상기 히트익스체인저와 대응되는 납작한 직육면체 형상으로 구성된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 방열장치에 의하면 상대적으로 많은 양의 열이 신속하게 배출될 수 있게 되며, 방열장치의 크기가 전체적으로 소형화되어 방열장치가 사용되는 전자제품의 소형화가 가능하게 되는 효과도 있다.

이하 본 발명에 의한 방열장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 방열장치의 바람직한 실시예가 사시도로 도시되어 있고, 도 3a에서 도 3f에는 본 발명 실시예의 구성이 정면도, 배면도, 좌측면도, 우측면도, 평면도 및 저면도로 도시되어 있다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 베이스(20)는 대략 장방형의 상판(21)과 그 네 모서리에 구비되는 고정레그(22)로 구성된다. 상기 고정레그(22)는 열원, 예를 들면 씨피유(CPU)가 설치되는 기판 등에 직접 체결되어 지지되는 부분이다. 상기 고정레그(22)는 상기 상판(21)을 상기 기판 상의 소정 높이에 위치되도록 한다.

상기 베이스(20)의 상판(21) 하면에는 히트싱크(24)가 설치된다. 상기 히트싱크(24)는 상기 베이스(20)의 상판(21)과 대응되는 크기로 형성되고, 그 두께는 상기 씨피유의 상면에 하면이 직접 접촉될 수 있을 정도로 결정된다. 즉, 상기 씨피유와 히트싱크(24)의 두께를 합하면 상기 고정레그(22)의 높이 정도가 된다. 상기 히트싱크(24)는 열전달율이 좋은 구리나 알루미늄 등의 금속으로 만들어지는 것이 바람직하다.

상기 히트싱크(24)를 관통하여서는 다수개의 히트파이프(26)가 설치된다. 상기 히트파이프(26)는 그 일단부가 상기 히트싱크(24)의 일측에서 타측까지 직선으로 관통한다. 상기 히트파이프(26)는 상기 히트싱크(24)를 관통하는 일단부와 그 타단부가 같은 방향으로 연장되도록 대략 U자 형상으로 구성된다. 상기 히트파이프(26)는 그 내부에 구비된 작동유체가 이동하면서 열에 의해 상변화됨에 의해 열을 일측에서 타측으로 전달하는 것이다.

상기 베이스(20)의 상판(21) 상부에는 히트익스체인저(30)가 설치된다. 여기서 상기 상판(21)과 히트익스체인저(30)사이의 간격은 매우 좁다. 즉, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 매우 인접하게 설치된다. 상기 히트익스체인저(30)는 소정의 두께와 폭을 가지는 판상의 방열핀(도시되지 않음)이 일정 간격을 두고 구비된다. 상기 방열핀들 사이의 간격을 통해 상기 히트익스체인저(30)의 일측에서 타측으로 공기가 유동될 수 있다. 본 실시예에서는, 도 3a를 기준으로 히트익스체인저(30)의 상하 방향으로 공기가 유동가능하다. 상기 히트파이프(26)는 상기 히트익스체인저(30)의 방열핀 표면을 수직으로 관통한다. 상기 히트파이프(26)는 상기 히트익스체인저(30)의 일측에서 타측으로 완전히 관통한다. 여기서 상기 히트익스체인저(30)를 관통하는 히트파이프(26)의 타단부들 사이의 간격은 상기 히트싱크(24)를 관통하는 히트파이프(26)의 일단부 사이의 간격보다 더 넓게 형성된다.

상기 히트익스체인저(30)는 도 3e 및 도 3f에 잘 도시된 바와 같이, 상기 히트싱크(24)보다는 상대적으로 크기가 크게 형성된다. 이는 아래에서 설명될 팬유니트(37)가 상대적으로 크기가 큰 것이 사용되기 때문이기도 하다.

하지만, 상기 히트익스체인저(30)는 평면도나 저면도(도 3e나 도 3f)에서 볼 때, 십자형상으로 구성된다. 즉, 상기 히트익스체인저(30)는 대략 납작한 육면체 형상에서 네 모서리가 제거된 상태로 된다. 상기 히트익스체인저(30)의 제거된 네 모서리부분을 통해서는, 히트익스체인저(30)의 상부에서 상기 베이스(20)의 고정레그(22)를 볼 수 있다. 이는 드라이버와 같은 공구를 사용하여 상기 베이스(20)를 기판에 체결할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 히트익스체인저(30)의 상단 가장자리를 두르도록 고정구(32)가 설치된다. 상기 고정구(32)는 상기 히트익스체인저(30)의 상단 가장자리를 따라 설치되는 사각형의 프레임 형상이다. 상기 고정구(32)는 상기 히트익스체인저(30)의 서로 마주보는 측면에 체결되는 고정편(33)을 구비한다. 상기 고정편(33)에 의해 상기 고정구(32)가 히트익스체인저(30)에 고정된다.

상기 고정구(32)의 네 모서리에는 가이드보스(34)가 돌출되어 형성된다. 상 기 가이드보스(34)는 상기 아래에서 설명될 팬유니트(37)의 팬가이드(38)에 삽입되는 부분이다. 즉, 상기 팬유니트(37)가 설치되는 위치를 안내하고 유동을 방지하는 역할을 한다. 상기 고정구(32)에는 또한 걸이후크(35)가 구비된다. 상기 걸이후크(35)는 탄성변형가능하게 구성되어 팬유니트(37)를 걸어 고정하는 역할을 한다. 상기 걸이후크(35)는 상기 고정편(33)이 형성되지 않은 상기 고정구(32)의 서로 마주보는 측면에 한쌍씩 형성된다.

팬유니트(37)는 기류를 형성하는 것으로, 상기 고정구(32) 상부에 설치된다. 상기 팬유니트(37)는 팬가이드(38), 팬(도시되지 않음) 및 팬모터(도시되지 않음)로 구성된다. 본 실시예의 도면에서는 편의상 상기 팬과 팬모터를 도시하지 않고 있다. 상기 팬가이드(38)는 팬모터와 팬이 설치되는 부분임과 동시에 팬에 의해 형성된 기류를 안내하는 역할도 한다. 상기 팬가이드(38)는 본 실시예에서 납작한 육면체 형상으로, 상하로 관통하여 공기가 유동될 수 있게 구성된다.

본 실시예에서 상기 팬유니트(37)는 그에 사용되는 팬의 직경이 상대적으로 크다. 즉, 상기 팬유니트(37)의 크기가 상기 베이스(20)나 히트싱크(24)를 차폐할 수 있을 정도이다. 예를 들면, 상기 팬유니트(37)는 일반적인 인텔(INTEL)사의 씨피유를 완전히 차폐할 수 있는 정도의 크기인 적어도 120mm 이상의 직경을 가지는 팬을 사용한다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 방열장치의 작용을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명 실시예의 방열장치가 설치되는 것을 도 4를 참고하여, 설명한 다. 방열장치를 기판(P)에 설치할 때, 상기 팬유니트(37)는 상기 고정구(32)에 장착되지 않은 상태이다. 이는 상기 고정레그(22)를 기판(P)에 쉽게 장착할 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 기판(P)에 설치된 씨피유(CPU)상면에 상기 히트싱크(24)의 하면이 밀착되도록 상기 베이스(20)를 기판(P)상에 위치시킨다. 즉, 기판(P) 등에 미리 형성된 체결공에 고정레그(22)의 체결공이 서로 대응되도록 위치시킨다. 그리고, 나사를 사용하여 고정레그(22)를 고정시킨다. 상기 나사를 죄는 것은 드라이버 등의 공구를 사용하는데, 도 3e 및 도 3f에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 히트익스체인저(30)의 제거된 네 모서리 부분을 통해 공구가 나사를 죄어줄 수 있다. 상기 베이스(20)의 고정레그(22)가 기판(P)등에 고정되면, 상기 씨피유(CPU)상에 히트싱크(24)가 밀착된다.

다음으로, 상기 팬유니트(37)를 상기 고정구(32)에 장착한다. 즉, 상기 팬유니트(37)의 팬가이드(38)를 상기 히트익스체인저(30) 상부에서부터 직하방으로 이동시켜 상기 가이드보스(34)가 상기 팬가이드(38)에 형성된 통공을 관통하도록 한다. 이때, 상기 고정구(32)의 걸이후크(35)는 상기 팬가이드(38)의 대응되는 측면 일측에 걸어진다. 물론 걸이후크(35)는 팬가이드(38)의 조립과정에서 탄성변형되었다가 원형으로 복원되어 팬가이드(38)에 걸어진다.

이와 같이 방열장치가 조립된 상태에서 동작되는 것을 설명한다. 전자제품이 동작되면 기판(P)상에 있는 각종 부품들에서는 열이 발생된다. 즉, 상기 히트싱크(24)가 상면에 밀착되어 있는 씨피유(CPU)를 비롯해서, 전원관리칩, 메인 칩셋, 그래픽칩셋 등에서 많은 열이 발생한다.

일단, 상기 씨피유(CPU)에서 발생된 열은 상기 히트싱크(24)로 전달되고, 상기 히트싱크(24)에서는 상기 히트파이프(26)의 일단부로 전달된다. 즉, 상기 히트싱크(24)를 관통하고 있는 히트파이프(26)의 일단부로 열이 전달된다. 그리고, 상기 히트파이프(26)로 전달된 열은 그 내부의 작동유체에 의해 상기 히트익스체인저(30)를 관통하는 히트파이프(26)의 타단부로 전달된다. 상기 히트파이프(26)의 타단부로 전달된 열은 상기 히트익스체인저(30)의 방열핀들로 전달된다.

한편, 상기 팬유니트(37)에 의해서는 기류가 형성된다. 즉, 상기 팬유니트(37)가 구동되면, 팬유니트(37) 상부의 공기가 팬으로 흡입되고, 상기 팬을 통과하여 상기 히트익스체인저(30)로 공기가 전달된다. 상기 히트익스체인저(30)를 공기가 통과하면서 열교환이 이루어진다. 즉, 상기 히트익스체인저(30)로 상기 히트파이프(26)를 통해 전달된 열이 방열핀에 접촉되는 공기로 전달된다.

상기 히트익스체인저(30)를 통과하면서 열을 전달받은 공기는 상기 베이스(20)의 상판(21)방향으로 유동된다. 물론, 상기 상판(21)을 벗어난 위치에도 상기 히트익스체인저(30)가 존재하므로 상기 베이스(20)의 주변으로도 많은 공기가 유동된다.

상기 상판(21) 방향으로 유동된 공기는 상기 히트싱크(24)에서 상판(21)으로 전달된 공기로부터 열을 전달받을 수 있다. 이는 상기 히트싱크(24)측의 온도가 상 기 히트익스체인저(30)쪽의 온도보다는 상대적으로 높기 때문이다.

상기 상판(21)의 주변으로 전달된 공기는 상기 기판(P)상에 구비된 다른 부품들, 예를 들면 전원관리칩, 메인칩셋, 그래픽칩셋등에서 나오는 열을 흡수할 수 있다. 특히 상기 팬유니트(37)에 구비되는 팬의 직경이 상대적으로 크므로, 예를 들어 92mm 이하의 직경을 가지는 팬을 사용하는 경우에 비해 풍량이 2배이상 증가한다. 따라서, 상기 팬유니트(37)에 의해 형성되는 기류가 전자제품 내부의 열을 보다 원활하게 외부로 배출할 수 있다.

또한, 상기 히트익스체인저(30)의 영역, 즉 공기가 히트익스체인저(30)를 통과하는 면적이 상기 팬의 크기에 맞춰 상대적으로 더 넓어지므로, 열방출 능력이 상대적으로 더 커지게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 방열장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 열원, 히트싱크, 히트익스체인저 및 팬유니트가 차례로 적층되도록 방열장치가 구성되고, 상대적으로 큰 직경의 팬을 가진 팬유니트와 이에 대응되는 히트익스체인저를 사용하므로 상대적으로 많은 양의 열을 방출할 수 있는 효과가 있다.

특히, 히트익스체인저를 통과한 공기가 열원에 접촉된 히트싱크 뿐만 아니라 그 주변 영역까지 직접 전달되고, 상대적으로 팬의 유동압력이 크므로, 전자제품 내부에서의 공기유동을 유발시켜 기판에 설치된 다양한 열원의 열을 보다 확실하게 배출할 수 있는 효과도 있다.

그리고, 본 발명에서는 히트싱크, 히트익스체인저 및 팬유니트가 각각 납작한 육면체 형상이고 층층이 설치되므로 방열장치가 차지하는 공간이 상대적으로 축소된다. 따라서, 방열장치가 사용되는 전자제품의 소형화를 이룰 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

Claims (7)

1. 열원이 구비되는 위치에 장착되는 베이스와,

   열전달율이 상대적으로 높은 재질로 형성되고 상기 베이스에 구비되며 상기 열원과 열적으로 접촉되어 열원의 열을 전달받는 히트싱크와,

   일단부가 상기 히트싱크를 관통하고 상기 일단부와 같은 방향으로 타단부가 연장되어 히트싱크의 열을 일단부에서 타단부로 전달하는 히트파이프와,

   상기 히트파이프가 횡으로 관통하고 내부를 통해 상기 히트싱크방향으로 공기가 통과하면서 열교환이 이루어지고 상기 베이스의 상부에 위치되는 히트익스체인저와,

   상기 히트익스체인저 상에 구비되고 상기 히트익스체인저를 관통하여 유동되는 기류를 형성하는 팬유니트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 방열장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 히트싱크가 하면에 부착되는 상판과, 상기 상판의 가장자리에 구비되어 상판이 열원의 상부 소정 높이에 위치되도록 지지하는 고정레그를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 방열장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 히트파이프는 양단부가 평행한 U자형상으로 절곡되고, 상기 히트싱크를 관통하는 일단부가 상기 히트익스체인저를 관통하는 타단부보다 좁은 간격으로 배치됨을 특징으로 하는 방열장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 히트익스체인저는 다수개의 판상의 방열핀이 소정 간격으로 배치되어 구성되는 것으로, 상부에서 볼 때, 상기 베이스의 상판은 차폐하고 상기 고정레그는 보이도록 납작한 육면체 형상에서 네 모서리가 제거된 십자형상으로 형성됨을 특징으로 하는 방열장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트익스체인저의 상단 가장자리를 두르도록 고정구가 구비되어 상기 팬유니트가 히트익스체인저에 장착되도록 함을 특징으로 하는 방열장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 고정구의 서로 마주보는 측면에는 상기 히트익스체인저에의 장착을 위한 고정편이 구비되고, 서로 마주보는 다른 측면에는 상기 팬유니트의 장착을 위한 걸이후크가 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 고정구의 네 모서리에는 팬유니트의 장착위치를 안내하고 유동을 방지하는 가이드보스가 구비됨을 특징으로 하는 방열장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 팬유니트에 사용되는 팬의 직경은 적어도 120mm이상으로 형성되고, 상기 팬유니트는 상기 히트익스체인저와 대응되는 납작한 직육면체 형상으로 구성됨을 특징으로 하는 방열장치.

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