KR20070120251A - 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인쇄회로기판은, 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 포함하는 히트파이프; 및 상기 히트파이프 위에 실장되며 제 1 방향으로 나열된 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판으로 이루어지고, 상기 복수의 작동유체 이동경로는, 열 전달을 위해 서로 대응하는 상기 복수의 작동유체 이동경로 대 상기 복수의 열원의 개수비가 m:n(단, m과 n은 자연수이고, m≥n)으로 되도록, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이같은 구성에 의하면, 하나의 열원에 적어도 1 이상의 작동유체 이동경로가 방열용으로 할당되기 때문에, 우수한 열전달 효율을 내는 것이 가능하다.

히트파이프, 인쇄회로기판, 작동유체 이동경로, 열원

Description

히트파이프 일체형의 인쇄회로기판 및 그 제법{PRINTED CIRCUIT BOARD INCORPORATED WITH HEATPIPE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래의 히트파이프가 결합된 인쇄회로기판을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에 따른 히트파이프에 포함된 작동유체 이동경로의 구조를 나타내는 단면도.

도 4a는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 사시도.

도 4b는 도 4a의 영역 C에 포함된 히트파이프를 나타내는 단면도.

도 4c는 도 4b를 방향 D에서 본 경우의 단면도.

도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 도면.

도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판에 포함된 열순환 루프형의 작동유체 이동경로를 나타내는 도면.

도 9는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 박판 히트파이프 회로 기판

110 회로기판용 판

120 요홈

200, 300, 400, 500, 600 히트파이프 일체형 인쇄회로기판

210, 310, 410, 510, 610 히트파이프

220, 320, 420, 520, 620 작동유체 이동경로

221 중앙부

222 돌기부

230, 330, 430, 530, 630 열원

521 액상 작동유체이동부

522 기상 작동유체이동부

523 증발부

524 응축부

본 발명은 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판 및 그 제법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판에 포함된 복수의 열원이 방출하는 열을 히트파이프에 포함된 복수의 작동유체 이동경로가 최대한의 효율로 열을 전달할 수 있도록 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판 및 그 제법에 관한 것이다.

노트북이나 데스크톱 컴퓨터, LCD TV, PDP TV 등과 같이 정교한 회로 기판을 사용하는 기기에 있어서 기기의 방열, 냉각은 그 기기의 신뢰성과 직결되는 중요한 문제로 지적되어 왔다.

특히, 회로 기판에 사용되는 반도체 소자의 고집적화 및 기기의 소형화로 인해 기기의 성능은 더욱 향상되고 있지만 반도체 칩의 단위 면적당 방열량은 더욱 증가하는 추세에 있기 때문에, 오버히트로 인한 동작성능 저하나 기기 오동작 등의 문제가 해당 제품의 신뢰성을 극도로 떨어뜨리는 요인으로 되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래부터 다양한 방열, 냉각 기술이 개발되어 왔는데, 그러한 예로는 등록특허 제414860호(이하, "특허문헌1"이라고 함)에 개시된 「하우징의 열순환 루프 내를 순환하는 작동유체를 포함한 박판형 냉각 장치」를 들 수 있다. 이 문헌은 회로 기판의 특정 부위가 과열되는 것을 막기 위해 작동유체를 이용하여 열을 효과적으로 분산 및 냉각시키는 기술을 개시하고 있으며, 특히 기상 작동유체 이동경로와 액상 작동유체 이동경로를 포함한 하우징과 작동유체의 상변화를 이용함으로써 열을 효율적으로 순환시킬 수 있는 방안을 제시하고 있다.

최근에는 상기 특허문헌1과 같이 작동유체의 액체 상태와 기체 상태에서의 이동 경로를 격리시키지 않고 단일 경로를 이용한 방열 장치도 개발되었는데, 이를 히트파이프라고 한다. 히트파이프는 기체 상태의 작동유체가 이동할 수 있는 작동유체 이동경로를 포함한 열이송 장치로서, 특허문헌1에 개시된 기술에 비하여 높은 열이송력을 가진다는 장점이 있다. 특히, 잠열에 의한 열의 수송을 이용하므로 열전도도가 우수한 금속보다 매우 높은 속도로 열을 전달할 수 있다는 점 때문에, 그 활용도가 증가하는 추세에 있다.

컴퓨터를 비롯한 수많은 전자 기기에서 사용되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)의 방열 및 냉각을 위해 상술한 히트파이프를 활용하는 아이디어도 제공되고 있는데, 그러한 예로는 공개특허공보 제2005-117482호(이하, "특허문헌2"라고 함)를 들 수 있다.

특허문헌2에서는 별도의 부가적인 냉각 장치 없이 박판 히트파이프를 내장시킨 인쇄회로기판 및 그 제법을 개시하고 있으며, 그 구체적인 구성이 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 전자 부품용 박판 히트파이프 회로기판(100)은 2개 이상의 편평한 소정 두께의 회로기판용 판(110)이 밀봉 접합되어 구성되고, 각 판(110) 중 하나 이상의 접합되는 측면에는 히트파이프를 구성하기 위한 요홈(120)이 연장되어 구성되며, 히트파이프 내에는 작동유체(미도시)가 충진되어 구성된다. 나아가 특허문헌2는, 밀봉 접합되는 2개 이상의 판(110)에 각각 요홈(120)이 형성되어 접합되는 경우에는 각 면에 형성되는 관로가 접합 시 정확하게 일치하여 작동유체 이동경 로를 포함한 히트파이프를 형성할 수 있도록 요홈(120)이 거울 형상으로 구성되어야 한다는 점도 개시하고 있다.

이와 같은 구성에 의해, 특허문헌2는 종래에 비하여 냉각 효율이 개선된 박판 히트파이프 내장형 인쇄회로기판(100)을 구현하고 있다.

그러나, 상기 특허문헌2는 열원을 포함하는 인쇄회로기판과 냉각용 히트파이프를 일체화시킨다는 기본적인 아이디어를 제시하고는 있지만, 회로기판용 판(110) 위에 실장되는 전자 부품의 열원이 배치된 구조를 고려하지 않은 한계가 있다.

즉, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은 구조로 히트파이프를 형성하여 그 위에 전자 부품을 실장할 경우, 만약 전자 부품의 열원이 라인 A에만 밀집되어 있다면, 영역 B, 즉 히트파이프의 가장자리에 설치된 작동유체 이동경로는 사실상 방열 역할을 수행하지 못한다는 비효율성이 문제된다.

실제로, 전자 부품에 포함된 복수의 열원이 배치되는 형태는 얼마든지 다양해 질 수 있기 때문에, 히트파이프를 형성함에 있어서 열원의 배치 구조를 감안하지 않은 박판 히트파이프 내장형 인쇄회로기판은 그 실용성이 떨어질 수밖에 없다.

본 발명은, 상술한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 열원의 배치 형태를 고려한 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 열원의 배치 형태를 감안하여 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 제조하는 제법을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 측면에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판은, 상기 제 1 목적을 달성하기 위해, 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 포함하는 히트파이프; 및 상기 히트파이프 위에 실장되며 제 1 방향으로 나열된 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판으로 이루어지고, 상기 복수의 작동유체 이동경로는, 열 전달을 위해 서로 대응하는 상기 복수의 작동유체 이동경로 대 상기 복수의 열원의 개수비가 m:n(단, m과 n은 자연수이고, m≥n)으로 되도록, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 제 1 측면은 예컨대 LCD TV의 백라이트 광원과 같이 일렬로 나열된 열원의 방열 및 냉각을 위해 히트파이프를 적용하는 경우를 감안한 것으로서, 하나의 작동유체 이동경로가 담당하는 열원의 개수를 최소화하기 위해 제 1 방향으로 나열된 열원과 수직인 제 2 방향으로 형성한 히트파이프에 인쇄회로기판이 실장된 구조를 제공한다.

여기서, 상기 히트파이프 및 상기 복수의 작동유체 이동경로는 압출 성형되는 것이 바람직한데, 이는 작동유체 이동경로가 제 2 방향으로 정렬되어 있으므로 굳이 복잡한 공정을 거쳐야 하는 상하판 접합 방식을 이용하는 대신에 간단한 압출 성형 방식을 이용하여 제조상의 효율을 높일 수 있기 때문이다.

또한, 상기 작동유체 이동경로는 기체 상태의 작동유체 이동을 위한 중앙부와 액체 상태의 작동유체 이동을 위해 상기 중앙부의 둘레에 복수개 형성된 돌기부 를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 하나의 작동유체 이동경로 내에서 기체 상태와 액체 상태의 작동유체가 공존하는 경우 간섭으로 인한 열 전달 효율 저하가 발생할 수 있기 때문에, 이와 같은 현상을 최소화하기 위하여 기상 작동유체와 액상 작동유체의 이동경로를 분리시키는 것이 유리하다.

한편, 상기 히트파이프의 상기 제 2 방향으로의 양 단부 중 적어도 하나의 단부에는 상기 작동유체 이동경로를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자가 설치되어 있는 것이 좋다. 여기서, 방열 소자는 냉각핀 구조일 수도 있으며, 냉각팬 구조일 수도 있을 것이다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 상기 제 1 목적을 달성하기 위하여, 복수의 요부를 포함하는 상판과 하판의 결합으로 형성된 히트파이프; 및 상기 히트파이프 위에 실장되며, 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판으로 이루어지고, 상기 복수의 요부는 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 형성하며, 상기 복수의 작동유체 이동경로는, 서로 간섭하지 않으면서 상기 복수의 열원 각각이 위치한 부분으로부터 시작하여 상기 히트파이프의 일단 혹은 양단을 향해 끝나도록 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판이 제공된다.

본 발명의 제 2 측면은 인쇄회로기판에 포함되는 복수의 열원이 배치되는 패턴과 관계없이 히트파이프의 열 전달 효율을 최대로 하기 위한 구성으로서, 히트파이프의 작동유체 이동경로의 설계 시에 인쇄회로기판이 갖는 열원의 배치 구조를 감안한 것이다. 특히, 본 발명의 제 2 측면에 있어서의 작동유체 이동경로는 그 시 작점이 열원이 위치한 부분으로 설정되어 있기 때문에, 작동유체 이동경로의 모든 경로를 열 이송에 활용할 수 있다는 장점이 있다.

앞서 본 발명의 제 1 측면에서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 작동유체 이동경로는 기체 상태의 작동유체 이동을 위한 중앙부와 액체 상태의 작동유체 이동을 위해 상기 중앙부의 둘레에 복수개 형성된 돌기부를 포함하는 것이 좋다. 또, 상기 히트파이프의 상기 일단 혹은 양단에는 상기 작동유체 이동경로를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열팬과 같은 방열 소자를 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 3 측면에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판은, 상기 제 1 목적을 달성하기 위해, 복수의 요부를 포함하는 상판과 하판의 결합으로 형성된 히트파이프; 및 상기 히트파이프 위에 실장되며, 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판으로 이루어지고, 상기 복수의 요부는 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 형성하고, 상기 복수의 작동유체 이동경로는 각각, 액체 상태의 작동유체 이동을 위한 액상 작동유체이동부와 기체 상태의 작동유체 이동을 위한 기상 작동유체이동부로 구성된 복수의 열순환 루프를 형성하며, 상기 복수의 열순환 루프 각각은 상기 복수의 열원 중 하나 이상의 열원에 대한 열 전달을 담당하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 제 3 측면은, 하나 이상의 열원에서 발생한 열을 열순환 루프로 이송한다는 점에 그 기술적인 특징이 있다. 이렇게 기상 작동유체의 이동 경로와 액상 작동유체의 이동 경로를 분리함으로써, 작동유체 이동 경로가 동일 구조로 형성된 경우에 비해, 기체와 액체 경계면에서 발생되는 마찰력에 의한 압력강 하 요인을 제거하여 열전달 효율을 높일 수 있다.

여기서, 상기 열순환 루프 중 상기 열원을 경유하는 부분과 대향하는 루프측에는, 상기 기상 작동유체이동부를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자가 설치되어 있어 냉각 효율을 높일 수 있다는 측면에서 바람직하다.

한편, 본 발명의 제 3 측면에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판에 적용되는 복수의 열순환 루프는 그 일부 또는 전부가 기상 작동유체이동부와 액상 작동유체이동부를 공유하도록 형성하는 것도 가능한데, 이를 통해 간단한 구조의 열순환 루프를 형성할 수 있다.

한편, 상기 제 2 목적과 관련해서는, 제 1 방향으로 나열된 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판과 상기 인쇄회로기판을 냉각시키기 위한 히트파이프를 일체형으로 제조하는 방법에 있어서, 복수의 작동유체 이동경로가 포함된 히트파이프를 압출 성형하되, 열 전달을 위해 서로 대응하는 상기 복수의 작동유체 이동경로 대 상기 복수의 열원의 개수비가 m:n(단, m과 n은 자연수이고, m≥n)으로 되도록, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 상기 히트파이프를 압출 성형하는 제 1 단계; 상기 복수의 작동유체 이동경로에, 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체를 주입한 후 상기 히트파이프의 양단을 봉합하는 제 2 단계; 및 상기 히트파이프의 외측 표면을 연마, 세척한 후 상기 외측 표면 위에 상기 복수의 열원을 포함한 인쇄회로기판을 실장하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법이 제공된다.

여기서, 상기 히트파이프의 상기 제 2 방향으로의 양 단부 중 적어도 하나의 단부에, 상기 작동유체 이동경로를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자를 설치하는 제 4 단계를 더 포함하는 것이 좋다.

이 제법은 상술한 본 발명의 제 1 측면에 따른 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법으로서, 히트파이프에 실장되는 인쇄회로기판에 포함된 열원이 일렬 배치 구조라는 점을 감안해서, 그 열원이 배치된 방향과 수직으로 작동유체 이동경로가 형성되도록 히트파이프를 압출 성형하도록 함으로써, 많은 수의 작동유체 이동경로가 열원마다 할당되어 방열 역할을 수행하도록 할 수 있다.

또, 상기 제 2 목적과 관련하여, 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 포함한 히트파이프 및 상기 히트파이프 위에 실장되며 복수의 열원을 포함한 인쇄회로기판으로 이루어진 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서, 서로 간섭하지 않으면서 상기 복수의 열원 각각이 위치할 부분으로부터 시작하여 상기 히트파이프의 일단 혹은 양단을 향해 끝나도록, 히트파이프용 상판과 히트파이프용 하판에 복수의 요부를 식각 형성하는 제 1 단계; 상기 히트파이프용 상판과 상기 히트파이프용 하판을 결합하여 히트파이프를 형성한 후, 상기 히트파이프에 포함된 상기 복수의 요부에 상기 작동유체를 주입해서 봉합하여 복수의 작동유체 이동경로를 형성하는 제 2 단계; 및 상기 히트파이프의 외측 표면을 연마, 세척한 후 상기 외측 표면 위에 상기 인쇄회로기판을 실장하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법이 제공된다.

여기서, 상기 히트파이프의 상기 일단 혹은 양단에, 상기 작동유체 이동경로 를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자를 설치하는 제 4 단계를 더 포함하는 것이 좋다.

상술한 제법은 본 발명의 제 2 측면에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 제조하기 위한 방법으로서, 작동유체 이동경로의 시작점은 열원에, 그 끝점은 히트파이프의 말단에 설정하여 작동유체 이동경로 전부를 열 이송에 활용할 수 있게 하는 제법이다.

한편, 본 발명에 따른 또 다른 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법은, 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 포함한 히트파이프 및 상기 히트파이프 위에 실장되며 복수의 열원을 포함한 인쇄회로기판으로 이루어진 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 인쇄회로기판에 포함될 상기 복수의 열원 중 하나 이상의 열원을 거치는 열순환 루프를 형성하도록 히트파이프용 상판과 히트파이프용 하판에 요부를 식각 형성하는 제 1 단계; 상기 히트파이프용 상판과 상기 히트파이프용 하판을 결합하여 히트파이프를 형성한 후, 상기 히트파이프에 포함된 상기 복수의 요부에 상기 작동유체를 주입해서 봉합하여 복수의 작동유체 이동경로를 형성하는 제 2 단계; 및 상기 히트파이프의 외측 표면을 연마, 세척한 후 상기 외측 표면 위에 상기 인쇄회로기판을 실장하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 열순환 루프 중 상기 열원을 경유하는 부분과 대향하는 루프측에 방열 소자를 설치하는 제 4 단계를 더 포함하는 것이 좋다.

이 제법은 상술한 본 발명의 제 3 측면에 따른 히트파이프 일체형 인쇄회로 기판의 제법으로서, 히트파이프용 상하판에 요부를 식각할 때 열순환 루프를 형성하도록 식각한다는 점에 그 특징이 있다. 열원의 배치가 불규칙적이고 상술한 제 2 측면에 따른 구조를 적용하기 어려운 경우에 적용하기 적합한 제법으로서, 기상 작동유체이동부와 액상 작동유체이동부를 공유하도록 요부를 식각하는 것도 구조의 단순화라는 측면에서 바람직하다.

이제, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(200)은 복수의 작동유체 이동경로(220)를 포함하는 히트파이프(210) 및 히트파이프(210) 위에 실장되고 복수의 열원(230)을 포함하는 인쇄회로기판(미도시)으로 구성되어 있다. 물론, 작동유체 이동경로(220)가 외부로 노출되어 열원(230)과 접촉하는 것은 아니지만, 도 2에 있어서는 설명의 편의를 위해 작동유체 이동경로(220)가 마치 히트파이프(210)의 표면으로 노출해 있는 것처럼 도시하였다. 여기서, 복수의 열원(230)이 히트파이프(210)의 길이 방향으로 일렬 배치되어 있는 점을 주목한다.

복수의 작동유체 이동경로(220)는 기상 및 액상의 상변화를 일으켜 열을 이동시키는 작동유체를 포함하고 있는데, 그 구체적인 구조는 도 3에 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 복수의 작동유체 이동경로(220) 각각은 열원(230)으로부터 전달된 열에 의해 기체 상태로 된 작동유체(미도시)가 이동하는 통로인 중앙부(221)와 방열을 통해 액체 상태로 된 작동유체(미도시)가 상기 기체 상태의 작동유체와는 반대 방향으로 이동하는 통로인 돌기부(222)로 이루어져 있다. 돌기부(222)를 통해 액체 상태의 작동유체(미도시)가 이동하는 원리는 모세관 현상으로 알려져 있다.

상술한 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(200)은, 바람직하게는 압출 성형 방식으로 제조할 수 있는데, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

예컨대 도 2에 있어서 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(200)의 길이 방향을 제 1 방향이라고 설정할 경우, 히트파이프(210)로서 기능하게 될 컨테이너(미도시)를 먼저 제조한다.

단, 인쇄회로기판에 포함되는 열원(230)의 배치 구조가 제 1 방향으로의 일렬 구조라는 점을 감안하여, 컨테이너(미도시)에 포함되는 복수의 작동유체 이동경로(220)는 상기 제 1 방향과는 수직인 방향(이를 제 2 방향이라고 한다)으로 압출 성형함으로써, 복수의 열원(230)과 각각 1:1로 대응될 수 있도록 복수의 작동유체 이동경로(220)를 형성한다. 주의할 것은, 비록 도 2에서는 열원(230)과 작동유체 이동경로(220)를 1:1로 대응하도록 도시하였지만, 하나의 열원에 할당되는 작동유체 이동경로의 수를 더욱 늘리도록 압출하는 것도 무방하다는 것이다.

그 후, 복수의 작동유체 이동경로(220)에는 열 전달을 위해 기체 및 액체의 상변화를 일으키는 작동유체를 주입한 후 봉합하는데, 이를 위한 공정은 히트파이프(210)로서 기능하는 컨테이너(미도시)의 일측을 압착하는 공정, 개방된 타측을 통해 이동경로(220)를 진공 상태로 만드는 공정, 진공 상태의 이동경로(220)에 작동유체(미도시)를 주입하는 공정, 그리고 타측을 압착하여 마무리하는 공정 등으로 이루어진다. 여기서, 상기 진공 상태로 만드는 공정과 상기 작동유체를 주입하는 공정은 동시에 실시하여도 좋다.

다음으로, 상기 공정을 거쳐 완성된 히트파이프(210)의 외측 표면을 연마, 세척한 후 열원(230)을 포함하는 인쇄회로기판(미도시)을 실장하는데, 이 때에는 반도체 제조 공정 기법을 활용할 수 있다. 즉, 먼저 평판형 히트파이프(210)의 표면을 연마하고 세척한 다음, 그 표면에 절연층을 형성하고 도전층 형성을 위하여 전기 도금 또는 동박 도포를 실시한 후, 적당한 형상의 식각용 마스크를 이용해서 노광하고 식각, 박리한다. 다음에, 절연 필름을 접합하고 전극층을 도금한 후, 예컨대 LCD TV의 백라이트 광원과 같은 발열 소자(230)를 실장한다.

다만, 상술한 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(200)을 제조하는 공정에 있어서, 작동유체 이동경로(220)를 압출 성형한 경우라면, 작동유체 이동경로(220)에 작동유체를 주입, 봉합하는 공정은 발열 소자(230)를 실장하기 전의 어느 시점에 시행하더라도 무방하다.

물론, 상술한 공정이 완료되고 난 후에, 종래기술에서 채택되던 방열핀과 같은 방열 소자를 히트파이프(210)의 말단(도 2의 경우에는 제 2 방향으로의 말단)에 형성하는 공정을 추가로 실시하여도 좋다.

이와 같이 구성된 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(200)은, 종래기술에서와는 달리, 일렬로 배치된 열원(230)의 배치 구조를 고려하여 작동유체 이동경로(220)가 형성된 것으로서, 히트파이프(210)에서 열 전달을 담당하는 작동유체 이동경로(220)가 열원(230)마다 하나 또는 그 이상으로 할당될 수 있기 때문에, 히트 파이프(210)의 거의 모든 부분이 방열 역할을 수행할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 상술한 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 도면으로서, 도 4a는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내는 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 영역 C에 포함된 히트파이프를 나타내는 단면도이며, 도 4c는 도 4b를 방향 D측에서 본 경우의 단면도이다. 도 4c에서, 작동유체 이동경로(220)가 중앙부와 돌기부를 포함하고 있음을 볼 수 있으며, 도 4b에 도시된 바와 같은 구조의 이동경로(220)에 작동유체를 주입해서 진공 공정 및 압착 공정을 가하면 도 4a와 같이 전면이 밀폐된 히트파이프(210)와 일체형인 인쇄회로기판(200)을 제조할 수 있다.

이제, 도 5 및 도6을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(300)을 나타내는 도면으로, 복수의 작동유체 이동경로(320)를 포함하는 히트파이프(310)와 이 위에 실장되는 인쇄회로기판(미도시)이 열원(330)을 포함하고 있다는 점은 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지이므로, 추가적인 설명은 생략하기로 한다. 또한, 복수의 작동유체 이동경로(320)가 외부로 노출해 있는 것처럼 도시되어 있으나 실제로는 이들이 히트파이프(310) 내에 포함되어 있다는 점도 제 1 실시형태를 도시한 도 2의 경우와 마찬가지이다. 다만, 도 5에서는 비록 열원(320)을 도 2 및 도 4a의 경우와 마찬가지로 일렬 배치해서 도시하였지만, 사실상 도 5에 도시된 구조라면 열원(320)이 굳이 일렬 배치되어 있지 않더라도 얼마든지 본 발명의 제 2 실시형태를 적용할 수 있음에 주의한다.

도 5를 참조하면, 복수의 작동유체 이동경로(320)의 시작점이 복수의 열원(330)으로 설정되어 있고, 그 끝점은 히트파이프(310)의 일단으로 설정되어 있다. 이러한 구조는 작동유체 이동경로(320) 각각이 갖는 유체 이동경로를 낭비되는 부분 없이 모두 활용하기 위한 것으로서, 작동유체 이동경로(320)의 모든 경로가 열 이송에 관여할 수 있다는 이점을 제공한다.

이와 같은 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(300)은 제 1 실시형태의 경우와는 달리 압출 성형으로 형성하기는 부적당하며, 소정 형태(도 5의 경우에는 “ㄱ”자 형태임)로 굴곡을 가진 작동유체 이동경로(320)를 형성하도록 복수의 요부를 포함하는 상판과 하판을 결합하는 방식으로 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 작동유체 이동경로(320)의 구조는 도 3에 도시된 바와 같이 중앙부와 돌기부를 포함하는 구조로 할 수 있다. 그리고, 도 4에 도시하지는 않았지만, 작동유체 이동경로(320)가 끝나는 히트파이프(310)의 말단에는 작동유체 이동경로(320)를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자(예컨대, 냉각핀이나 냉각팬)을 설치하여도 좋다.

본 발명의 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(300)을 제조하는 방법은 다음과 같다.

우선, 복수의 열원(330) 각각이 위치할 부분으로부터 시작하여 서로 간섭하지 않고 상기 히트파이프의 일단 혹은 양단을 향해 끝나도록, 히트파이프용 상판과 히트파이프용 하판에 복수의 요부(미도시)를 식각 형성한다. 여기서, 히트파이프용 상판과 하판은 구리, 알루미늄 재질로 형성할 수 있으며, 요부의 식각 형성 공정 시에는 반도체 공정에서 사용되는 마스크 공정을 먼저 실시한다.

요부의 형성이 끝나면, 히트파이프용 상판과 히트파이프용 하판을 결합하여 히트파이프(310)를 형성하고, 이 히트파이프에 포함된 복수의 요부 내부를 진공 상태로 만들어서 작동유체(미도시)를 주입한 후 요부의 개방된 단부를 봉합하여 복수의 작동유체 이동경로(320)를 형성한다.

다음으로, 히트파이프(310)의 외측 표면을 연마, 세척한 후 이 외측 표면 위에 열원(330)을 포함한 인쇄회로기판(미도시)을 실장하면 된다. 인쇄회로기판의 실장 시에는 종래에 사용되는 기법, 즉 절연층 형성, 동박 접착 또는 전기 도금, 마스크 형성, 노광 및 현상, 식각 및 박리, 절연필름 접합, 그리고 전극층 도금 및 발열소자 실장 등으로 이루어진 공정을 적용할 수 있다. 물론, 냉각 효율을 증대시키기 위해, 히트파이프(310)의 일단에 작동유체 이동경로(320)를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자(미도시)를 설치하는 공정을 추가로 실시하는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(300)에 있어서는, 복수의 작동유체 이동경로(320)의 시작점이 열원(330)의 위치에 따라 모두 다르다는 점이 종래기술과 가장 구별되는 특징으로서, 열원(330)을 지나는 작동유체 이동경로(320) 중에 사실상 열 전달을 수행하지 못하는 경로가 발생하지 않도록 한다는 장점이 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내지만, 이 인쇄회로기판(400)의 경우에는 히트파이프(410)의 양단에서 작동유체 이동경로(420)가 끝나도록 구성되어 있다.

도 6의 구조에 의하면, 복수의 작동유체 이동경로(420)의 길이 편차를 도 5의 경우보다 줄일 수 있다는 장점이 있다.

끝으로, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(500)을 설명한다.

먼저 도 7을 참조하면, 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(500)이 히트파이프(510) 및 히트파이프(510) 위에 실장된 인쇄회로기판(미도시)의 열원(530)을 포함하고 있다는 점은 도 2, 도 5 및 도 6의 경우와 마찬가지이므로 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다. 또한, 복수의 작동유체 이동경로(520)가 열원(530)과 바로 접촉하지는 않는다는 점도 도 2, 도 5 및 도 6의 경우와 마찬가지이다. 다만, 도 7에서는 비록 열원(530)을 도 2 및 도 4a의 경우와 마찬가지로 일렬 배치해서 도시하였지만, 사실상 도 7에 도시된 구조라면 열원(530)이 굳이 일렬 배치되어 있지 않더라도 얼마든지 본 발명의 제 3 실시형태를 적용할 수 있음에 주의한다.

본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(500)의 가장 큰 특징은, 작동유체 이동경로(520)가 도 7에 도시된 바와 같은 루프를 이룬다는 점이다. 보다 상세한 설명을 위해 도 8을 참조한다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(500)에 포함된 작동유체 이동경로(520)를 구체적으로 도시한 도면인데, 도 8에 도시된 바와 같이 작동유체 이동경로(520)는, 액체 상태의 작동유체가 이동하는 액상 작동유체이동부(521), 기체 상태의 작동유체가 이동하는 기상 작동유체이동부(522), 열원(530)으로부터 공급되는 열을 흡수하는 증발부(523) 및 열을 방출하여 기상으로부터 액상으로 상변화를 일으키는 응축부(524)로 이루어진 열순환 루프를 형성하고 있다. 참고로, 작동유체(미도시)의 순환 방향은 도 8에 화살표로 도시된 바와 같다.

이처럼, 도 7의 작동유체 이동경로(520)의 경우에는, 액상 작동유체와 기상 작동유체가 도 3에 도시된 형태로 하나의 구조물 내에서 순환하지 않고, 도 8에 도시된 바와 같이 액체 상태의 작동유체 이동을 위한 액상 작동유체이동부(521)와 기체 상태의 작동유체 이동을 위한 기상 작동유체이동부(522)로 나뉘어서 순환하도록 되어 있다.

따라서, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(500)의 경우에는, 제 2 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(300, 400)과는 달리 액상 작동유체의 이동 통로(521)와 기상 작동유체의 이동 통로(522)가 분리되어 있기 때문에, 기상 작동유체와 액상 작동유체 간의 경계면에서 발생되는 마찰력에 의한 압력 강하 요인이 없어 열 이송 효율이 높다는 장점이 있다.

나아가, 본 발명의 제 3 실시형태의 경우에는 열원으로부터의 열을 흡수하는 증발부를 열원 하나마다에 설정할 필요가 없다는 장점도 있다.

즉, 예컨대 도 7의 열원 3개로부터의 열을 흡수할 수 있는 크기(도 8의 영역 E 참조)로 증발부(523)를 형성함과 동시에 3개 열원에 대한 열순환 루프가 액상 및 기상 작동유체이동부(521, 522)를 공유하도록 할 경우, 복수의 열원으로부터 집단적으로 열을 흡수해서 단일 경로를 통해 열을 이송할 수 있으므로, 작동유체 이동경로의 구조를 단순화하면서도 열 이송 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(500)을 제조하는 방법은 다음과 같다.

우선, 인쇄회로기판(미도시)에 포함될 복수의 열원(530) 중 하나 이상의 열원을 거치는 열순환 루프(예컨대, 도 8의 루프 구조)를 형성하도록 히트파이프용 상판과 히트파이프용 하판에 요부를 식각 형성한다. 단, 증발부(523)로 될 영역은 그물망과 같은 윅구조로 형성하는 것이 바람직하며, 응축부(524)로 될 영역은 윅구조 혹은 다중곡관구조로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 액상 작동유체이동부(521)의 폭보다 기상 작동유체이동부(522)의 폭이 크도록 요부를 식각해 놓는다.

다음으로, 히트파이프용 상판과 히트파이프용 하판을 결합하여 히트파이프(510)를 형성한 후, 이 히트파이프(510)에 포함된 복수의 요부(미도시)에 작동유체(미도시)를 주입해서 봉합하여 열순환 루프형으로 된 복수의 작동유체 이동경로(520)를 형성한다.

그리고 나서, 히트파이프(510)의 외측 표면을 연마, 세척한 후 이 외측 표면 위에 열원(530)을 포함한 인쇄회로기판(미도시)을 실장하면 된다.

물론, 열순환 루프 중 열원(530)을 경유하는 부분과 대향하는 루프측(즉, 도 8의 영역 F)에 냉각핀과 같은 방열 소자(미도시)를 설치하는 공정을 추가로 실시하 여도 좋다.

한편, 도 9는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 나타내지만, 이 인쇄회로기판(600)의 경우에는 히트파이프(610)의 중앙을 기점으로 하여 작동유체 이동경로(620)의 열순환 루프가 나뉘어지도록 구성되어 있다. 도 9에 도시된 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판(600)에서는, 도 9의 화살표로 도시된 바와 같은 방향(시계 방향과 반시계 방향)으로 작동유체(미도시)가 순환하게 된다.

도 9의 구조에 의하면, 복수의 작동유체 이동경로(620)의 길이가 너무 길어짐으로 인해 열 이송 효율이 저하되는 것을 막을 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 의하면, 인쇄회로기판이 가진 복수의 열원에 대하여 작동유체 이동경로를 보다 효율적으로 설치할 수 있으므로, 방열 특성이 더욱 향상된 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 구현할 수 있다.

Claims (14)

1. 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 포함하는 히트파이프; 및

   상기 히트파이프 위에 실장되며 제 1 방향으로 나열된 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판으로 이루어지고,

   상기 복수의 작동유체 이동경로는, 열 전달을 위해 서로 대응하는 상기 복수의 작동유체 이동경로 대 상기 복수의 열원의 개수비가 m:n(단, m과 n은 자연수이고, m≥n)으로 되도록, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트파이프는 압출 성형된 것임을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 히트파이프의 상기 제 2 방향으로의 양 단부 중 적어도 하나의 단부에는, 상기 작동유체 이동경로를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판.
4. 복수의 요부를 포함하는 상판과 하판의 결합으로 형성된 히트파이프; 및

   상기 히트파이프 위에 실장되며, 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판으로 이루어지고,

   상기 복수의 요부는 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 형성하며,

   상기 복수의 작동유체 이동경로는, 서로 간섭하지 않으면서 상기 복수의 열원 각각이 위치한 부분으로부터 시작하여 상기 히트파이프의 일단 혹은 양단을 향해 끝나도록 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 히트파이프의 상기 일단 혹은 양단에는, 상기 작동유체 이동경로를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판.
6. 복수의 요부를 포함하는 상판과 하판의 결합으로 형성된 히트파이프; 및

   상기 히트파이프 위에 실장되며, 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판으로 이루어지고,

   상기 복수의 요부는 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 형성하고,

   상기 복수의 작동유체 이동경로는 각각, 액체 상태의 작동유체 이동을 위한 액상 작동유체이동부와 기체 상태의 작동유체 이동을 위한 기상 작동유체이동부로 구성된 복수의 열순환 루프를 형성하며,

   상기 복수의 열순환 루프 각각은 상기 복수의 열원 중 하나 이상의 열원에 대한 열 전달을 담당하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 열순환 루프 중 상기 열원을 경유하는 부분과 대향하는 루프측에는, 상기 기상 작동유체이동부를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 복수의 열순환 루프 중 전부 또는 일부는 상기 기상 작동유체이동부와 상기 액상 작동유체이동부를 공유하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판.
9. 제 1 방향으로 나열된 복수의 열원을 포함하는 인쇄회로기판과 상기 인쇄회로기판을 냉각시키기 위한 히트파이프를 일체형으로 제조하는 방법에 있어서,

   복수의 작동유체 이동경로가 포함된 히트파이프를 압출 성형하되, 열 전달을 위해 서로 대응하는 상기 복수의 작동유체 이동경로 대 상기 복수의 열원의 개수비가 m:n(단, m과 n은 자연수이고, m≥n)으로 되도록, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 상기 히트파이프를 압출 성형하는 제 1 단계;

   상기 복수의 작동유체 이동경로에, 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체를 주입한 후 상기 히트파이프의 양단을 봉합하는 제 2 단계; 및

   상기 히트파이프의 외측 표면을 연마, 세척한 후 상기 외측 표면 위에 상기 복수의 열원을 포함한 인쇄회로기판을 실장하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 히트파이프의 상기 제 2 방향으로의 양 단부 중 적어도 하나의 단부에, 상기 작동유체 이동경로를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자를 설치하는 제 4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법.
11. 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 포함한 히트파이프 및 상기 히트파이프 위에 실장되며 복수의 열원을 포함한 인쇄회로기판으로 이루어진 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서,

    서로 간섭하지 않으면서 상기 복수의 열원 각각이 위치할 부분으로부터 시작 하여 상기 히트파이프의 일단 혹은 양단을 향해 끝나도록, 히트파이프용 상판과 히트파이프용 하판에 복수의 요부를 식각 형성하는 제 1 단계;

    상기 히트파이프용 상판과 상기 히트파이프용 하판을 결합하여 히트파이프를 형성한 후, 상기 히트파이프에 포함된 상기 복수의 요부에 상기 작동유체를 주입해서 봉합하여 복수의 작동유체 이동경로를 형성하는 제 2 단계; 및

    상기 히트파이프의 외측 표면을 연마, 세척한 후 상기 외측 표면 위에 상기 인쇄회로기판을 실장하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 히트파이프의 상기 일단 혹은 양단에, 상기 작동유체 이동경로를 통해 이동한 열의 방열을 위한 방열 소자를 설치하는 제 4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법.
13. 상변화에 의해 열을 전달하는 작동유체가 주입된 복수의 작동유체 이동경로를 포함한 히트파이프 및 상기 히트파이프 위에 실장되며 복수의 열원을 포함한 인쇄회로기판으로 이루어진 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서,

    상기 인쇄회로기판에 포함될 상기 복수의 열원 중 하나 이상의 열원을 거치는 열순환 루프를 형성하도록 히트파이프용 상판과 히트파이프용 하판에 요부를 식 각 형성하는 제 1 단계;

    상기 히트파이프용 상판과 상기 히트파이프용 하판을 결합하여 히트파이프를 형성한 후, 상기 히트파이프에 포함된 상기 복수의 요부에 상기 작동유체를 주입해서 봉합하여 복수의 작동유체 이동경로를 형성하는 제 2 단계; 및

    상기 히트파이프의 외측 표면을 연마, 세척한 후 상기 외측 표면 위에 상기 인쇄회로기판을 실장하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 열순환 루프 중 상기 열원을 경유하는 부분과 대향하는 루프측에 방열 소자를 설치하는 제 4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 일체형 인쇄회로기판의 제법.

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