KR20080054784A - 복층형 냉각장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

복층형 냉각장치가 제공된다.

본 발명에 따른 복층형 냉각장치는 액상의 냉매가 모세관 현상에 의하여 일부에 충전되고, 충전된 액상의 냉매가 외부의 열원으로부터 전달된 열에 의해 기화되는 복수개의 미세통로를 포함하는 증발부가 내부에 형성된 액상냉매유통층; 상기 액상냉매유통층 상층의 기상냉매유통층; 상기 증발부의 직상부에 형성된 기상냉매관통부를 내부에 포함하며, 상기 액상냉매유통층과 상기 기상냉매유통층 사이에 설치된 분리부; 일단에 냉매유입부, 타단에 냉매유출부 및 상기 냉매유입부와 상기 냉매유출부를 연결하는 유로를 내부에 포함하는 응축핀으로 구성된 응축부; 상기 응축핀의 냉매유입부를 상기 기상냉매유통층과 연결하는 제1연결부; 및 상기 응축핀의 냉매유출부를 상기 액상냉매유통층과 연결하는 제2연결부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 응축부에서의 제거열량이 크고, 단시간에 저렴하게 제작할 수 있다는 장점이 있다.

Description

복층형 냉각장치 및 그 제조방법{Cooling device and method of manufacturing the same}

본 발명은 복층형 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 응축부에서의 제거열량이 크고, 차지하는 공간이 작은 복층형 냉각장치 및 상기 복층형 냉각장치를 단시간에 저렴하게 제작할 수 있는 방법에 관한 것이다.

CPU와 같은 전자장비의 전자소자회로에 있어서 반도체 칩을 구성하는 단위 소자를 구동하는 전력은 매우 작으나, 반도체 칩을 구성하는 소자들의 수가 많아짐에 따라 단위면적당 발열량이 증가하여 결국 반도체 칩의 표면 온도가 높아진다. 이와 같이 반도체 칩의 표면온도가 높아지면, 칩의 신뢰성이 저하되고 그 수명 또한 짧아지게 된다. 특히 반도체소자에 있어서는 그 동작온도에 따라 각종 파라미터 값들이 예민하게 변화되어 집적회로의 특성을 더욱 열화시키게 된다.

일반적으로 전자장비의 냉각장치에 관한 기술로는 핀팬(fin fan)방식, 열전소자(peltier)방식, 냉각수순환방식, 히트파이프(heat pipe)방식 등이 있다.

표면장력에 의한 모세관 현상을 이용한 자연 순환유동(capillary pumped loop flow)이 나사(NASA)의 루이스센터의 스텐져에 의해 처음 제안된 이후로 고발열 전자 장치의 냉각에 이를 이용하는 기술이 터커만과 피이스에 의해 증명되었다. 상기 기술은 가열부에서 작동유체가 증발하여 핀과 팬이 있는 응축부에서 증발된 작동유체를 응축시켜 모세관력을 이용해 다시 증발부로 귀환시키는 원리를 이용하는 것이다. 대한민국 등록특허 10-0338810에는 도 1과 같은 상기 기술을 활용한 냉각장치가 개시되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 상기 냉각장치는 스트라이프상의 미세통로(micro channel)를 형성하는 증발핀(5a)으로 구성된 증발부(5), 스트라이프상의 미소 채널을 형성하는 응축핀(4a)으로 구성된 응축부(4), 내벽(2), 벽체(1) 및 냉각장치인 송풍팬(6)으로 구성되어 있어 냉매(3)의 자연 순환유동이 가능한 구조로 되어 있으나, 상기 응축부(4)에서의 제거열량이 적어서 외부 강제유동, 즉 상기 송풍팬(6)에 대한 의존성이 크다는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 등록특허 10-0414860에는 도 2와 같은 냉각장치가 개시되어 있다. 상기 냉각장치는 냉매저장부(12), 증발부(14), 제1가이드(28)들이 형성된 기상냉매이동부(16), 응축부(18), 액상냉매이동부(20), 하우징(22), 고정수단(24), 단열부(26)로 구성되어 있으며, 상기 증발부(14) 및 응축부(18)가 동일 평면상에 형성되어 있다. 상기 냉각장치도 상기 응축부(18)에서의 표면적 및 제거열량이 작아서 발열량이 작은 곳에만 사용할 수 있으며, 응축부에서 기상의 냉매와 액상의 냉매가 혼합되어 냉매의 순환유통에 악영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있었고, 상기 액상냉매이동부(20)가 상기 증발부(14) 등과 동일평면상에 형성되어 평면적을 많이 차지하는 문제점 및 상기 액상냉매이동부(20)를 미세경로로 형성하므로, 상기 기상냉매이동부(16)와 상기 액상냉매이동부(20)가 접촉하게 되면, 상기 기상냉매이동부(16)로부터 전도된 열에 의해 상기 액상냉매이동부(20) 내부의 액상냉매가 증발되어 액상냉매의 이동을 저해할 염려가 있어, 상기 기상냉매이동부(16)와 상기 액상냉매이동부(20)를 단열하는 단열부(26)를 필수적으로 설치해야 한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 응축부에서의 제거열량이 크고, 기상의 냉매와 액상의 냉매가 혼합되지 않아 냉매의 순환유동이 원활하며, 차지하는 공간이 작은 복층형 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 짧은 시간에 경제적으로 상기 복층형 냉각장치를 제작할 수 있는 복층형 냉각장치 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,

액상의 냉매가 모세관 현상에 의하여 일부에 충전되고, 충전된 액상의 냉매가 외부의 열원으로부터 전달된 열에 의해 기화되는 복수개의 미세통로를 포함하는 증발부가 내부에 형성된 액상냉매유통층;

상기 액상냉매유통층 상층의 기상냉매유통층;

상기 증발부의 직상부에 형성된 기상냉매관통부를 내부에 포함하며, 상기 액상냉매유통층과 상기 기상냉매유통층 사이에 설치된 분리부;

일단에 냉매유입부, 타단에 냉매유출부 및 상기 냉매유입부와 상기 냉매유출부를 연결하는 유로를 내부에 포함하는 응축핀으로 구성된 응축부;

상기 응축핀의 냉매유입부를 상기 기상냉매유통층과 연결하는 제1연결부; 및

상기 응축핀의 냉매유출부를 상기 액상냉매유통층과 연결하는 제2연결부를 포함하는 복층형 냉각장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 증발부는 방사형 미세통로(micro channel)가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 미세통로의 각각은 통로폭 50~700μm, 피치 100~800μm 및 깊이 50~300μm일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 냉매유입부와 상기 냉매유출부를 연결하는 유로는 상기 냉매유입부에 연결된 기상냉매상승유로, 상기 기상냉매상승유로의 일단에 연결된 기상냉매연결유로 및 상기 기상냉매연결유로의 일단에 연결된 기상냉매하강유로로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 기상냉매유통층 및 상기 액상냉매유통층의 내부에는 내부 공간을 지지하는 복수개의 지지대가 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 응축핀(fin)은 선형 또는 판형일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 응축부는 스트라이프상으로 배열되는 복수개의 응축핀으로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 응축핀의 내부에 형성된 유로의 내부에는 내부공간을 지지하는 복수개의 지지대가 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 제2연결부는 상기 기상냉매유통층 및 분리부와 일체로 형성될 수 있다.

본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,

복수개의 미세통로가 형성된 증발부의 형상을 내부에 포함하는 하판, 상기 증발부 대응부에 기상냉매관통부가 형성되고 상기 기상냉매관통부의 반대편 말단에 형성된 복수개의 제2연결부가 형성된 분리부, 및 복수개의 제1연결부와 상기 제1연결부에 인접하여 대응하는 위치에 복수개의 제2연결부가 형성된 상판을 감광성재료의 밀착단계, 노광단계, 현상단계, 및 부식단계를 포함하는 금속에칭공정으로 제작하는 상·하판 및 분리판제작단계;

기상냉매상승유로, 기상냉매하강유로 및 상기 기상냉매상승유로와 상기 기상냉매하강유로를 연결하는 기상냉매연결유로를 내부에 포함하는 응축핀의 냉매유입부가 상기 상판에 형성된 제1연결부에 대응하고, 상기 응축핀의 냉매유출부가 상기 상판에 형성된 제2연결부에 대응하도록 하여 연결하는 연결단계; 및

상기하판의 증발부와 상기 분리부의 기상냉매관통부가 일치하고, 상기 분리부의 제2연결부와 상기 상판의 제2연결부가 일치하도록 하판, 분리부, 상판의 순으로 배치하여 접합하는 접합단계를 포함하는 복층형 냉각장치 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 3 내지 도 12b에서 동일 도면부호는 동일한 부분을 나타내며, 중복된 설명은 생략하였다.

도 3 및 도 4a는 본 발명에 따른 복층형 냉각장치의 원리를 설명하기 위해 나타낸 일 실시예의 평면도 및 AA'방향의 종단면도이다. 도 3 및 도 4a에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 복층형 냉각장치는 기상냉매유통층(140)과 증발부(130)가 내부에 형성된 액상냉매유통층(160)이 분리부(170)에 의해 분리되어 복층으로 되어 있으며, 또한 응축핀(151)으로 구성된 응축부(150)와 상기 응축핀(151)의 냉매유입부(157a)를 상기 기상냉매유통층(140)과 연결하는 제1연결부(145) 및 상기 응축핀(151)의 냉매유출부(157b)를 상기 액상냉매유통층(160)과 연결하는 제2연결부(180)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 냉매의 순환루프는, 도 4a 내지 도 4d의 화살표 방향을 따라 상기 증발부(130), 기상냉매관통부(175), 상기 기상냉매유통층(140), 상기 응축핀(151)의 내부에 형성된 유로(153) 및 상기 액상냉매유통층(160)을 거쳐 다시 상기 증발부(130)로 순환되도록 구성된다.

또한 상기 액상냉매유통층(160), 상기 기상냉매유통층(140), 상기 분리부(170), 상기 응축부(150), 상기 제1연결부(145) 및 상기 제2연결부(180)가 하우징(110)의 내부에 형성될 수 있다. 상기 하우징(110)은 반도체물질, 금속물질, 플라스틱물질, 세라믹물질, 유리, 금속합금물질 중의 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 제작시간 및 제작비용 측면에서 유리한 금속에칭공정에 의해 상기 냉매(120)의 순환루프 경로를 형성할 경우는 구리, 알루미늄 등 열전도율이 높고 에칭에 적절한 금속물질로 이루어질 수 있다.

상기 냉매(120)는 화살표 u방향의 외부열원에 의해 액상 및 기상 간의 상변화를 일으킬 수 있는 다양한 냉매로부터 선택될 수 있다. 예컨대 상기 냉매(120)로는 작동온도에 따라서 아세톤, 물, 에탄올, 메탄올, 프로판올(이성체를 포함함), 에틸에테르, 에틸렌글리콜, 플루오리너트(fluorinert), 암모니아 또는 열매체유 등 다양한 물질을 사용할 수 있다. 또한 상기 냉매(120)는 별도의 냉매주입부(미도시)를 통해 상기 복층형 냉각장치에 주입할 수 있으며, 냉매의 주입이 끝난 후 냉매주입부(미도시)를 밀봉함으로써, 냉매의 자연순환유동이 가능하도록 할 수 있다.

상기 증발부(130)는 상기 액상냉매유통부(160)의 내부에 형성되어 액상의 냉매가 모세관 현상에 의하여 일부에 충전되고, 충전된 액상의 냉매가 외부의 열원으로부터 전달된 열에 의해 기화되는 부분으로 복수개의 패턴화된 미세통로(133)를 포함할 수 있다. 상기 미세통로(133)는 직선형 또는 곡선형 등 구조상 제한이 있는 것은 아니며, 도 9에 도시된 형태인 방사형 미세통로(133)가 형성될 수 있다. 상기의 미세통로(133)에 액상의 냉매가 모세관력에 의해 상기 증발부(130)로 유입되고, 외부의 열원 예를 들어, 상기 증발부(130)의 직하부에 위치하는 CPU 등의 전자소자의 작동에 의해 발생한 열에 의해 상기 액상의 냉매가 증발하게 된다. 상기 CPU 등의 전자소자는 상기 증발부(130)의 직하면에 접촉하여 위치하되 본 발명에 따른 복층형 냉각장치와 분리되거나 일체형으로 제작될 수 있다. 상기 액상냉매의 증발과 그로 인한 미세통로의 빈공간과 모세관력은 본 발명에 있어서, 냉매의 순환루프를 형성하는 원동력의 하나가 된다. 상기의 미세통로(133)를 도 9에 도시된 바와 같이 다단으로 된 방사형으로 형성함으로써, 일반적인 스트라이프상의 미세통로에 비해 보다 많은 수의 미세통로를 형성할 수 있어, 결과적으로 모세관력을 증가시키고, 증발표면적을 증가시킬 수 있다.

상기 미세통로(133)의 각각은 통로폭 50~700μm, 피치 100~800μm 및 깊이 50~300μm일 수 있다. 상기 피치는 상기 미세통로를 형성하는 요철부의 인접한 철부(채널(channel)의 리브(rib)를 의미함.)의 상호대응하는 위치간의 거리, 예를 들어 상기 철부의 폭이 일정할 경우 철부의 중앙부간의 거리를 의미한다. 상기 통로폭이 50μm미만인 경우는 압력 강하량이 커지고 냉매의 상변화 시에 기체의 기포에 의한 압력 진동(pressure oscillation)과 수력학적 불안정성(hydrodynamic instability)문제가 야기될 염려가 있고, 금속에칭법 등으로 제조하기 어려울 염려가 있으며, 700μm초과인 경우는 열전달 효과가 불충분하고, 모세관력이 충분히 발휘되지 않을 염려가 있다. 상기 피치가 100μm미만인 경우는 압력 강하량이 커지고 냉매의 상변화 시에 기체의 기포에 의한 압력 진동(pressure oscillation)과 수력학정 불안정성(hydrodynamic instability)문제가 야기될 염려가 있고, 금속에칭법 등으로 제조하기 어려울 염려가 있으며, 800μm초과인 경우는 열전달 효과가 불충분하고, 모세관력이 충분히 발휘되지 않을 염려가 있다. 상기 깊이가 50μm미만인 경우는 압력 강하량이 커지고 냉매의 상변화 시에 기체의 기포에 의한 압력 진동(pressure oscillation)과 수력학적 불안정성(hydrodynamic instability)문제가 야기될 염려가 있고, 300μm초과인 경우는 금속에칭법 등으로 제조하기 어려울 염려가 있고, 모세관력이 충분히 발휘되지 않을 염려가 있다.

상기 기상냉매유통층(140)은 상기 증발부(130)의 직상부에 형성된 기상냉매관통부(175)에 의해 상기 액상냉매유통층(160)과 연결되어 있으며, 상기 액상냉매유통층(160)의 상층에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 증발부(130)에서 외부 열원에 의해 기상으로 상변화가 일어난 기상 냉매가 상기 증발부(130)의 직상부에 형성된 기상냉매관통부(175)를 통과하여 상기 기상냉매유통층(140)으로 이동하게 된다. 종래의 냉각장치에선 액상냉매유통층이 기상냉매유통층과 분리되어 외곽부에 형성되는 것과 달리 본 발명의 경우 상기 기상냉매유통층(140)이 상기 액상냉매유통층(160)의 상층에 설치되므로 본 발명에 따른 복층형 냉각장치가 차지하는 평면적이 감소하게 된다. 즉, 통상 냉각대상인 CPU 등은 인접한 전자소자들과 동일 평면상에 설치되므로 냉각장치의 평면적 감소는 다른 전자소자들을 배치할 수 있는 공간을 확보할 수 있도록 하는 것이다. 또한 상기 액상냉매유통층(160)은 종래의 관로 형태가 아닌 그 내부에 증발부(130)를 포함하는 면상으로 되어 있어 외부 열원이나 상기 기상냉매유통층(140)에 의해 열이 가해진다 하더라도 액상냉매의 흐름이 끊어져 연속된 냉매흐름을 방해하는 등의 문제점은 발생하지 않는다. 즉, 본 발명에 의하면, 상기 기상냉매유통층(140)으로부터 상기 액상냉매유통층(160)으로의 열전달을 막기 위해 단열부를 두어야 할 필요성이 없어지고, 결과적으로 냉각장치의 소형화가 가능해진다.

또한, 상기 기상냉매유통층(140)은 상기 증발부(130) 직상부로부터 도 7에 도시한 응축핀(151)의 기상냉매상승유로(153a) 방향으로 갈수록 단면적이 넓어지도록 함으로써, 액상냉매가 상기 증발부(130)에서 기화하여 부피가 팽창될 경우, 상기 기상냉매유통층(140)으로 자연스럽게 퍼져나가도록 할 수 있어, 상기 증발부(130)로 상기 기상냉매가 역류하는 것을 방지할 수 있다.

상기 기상냉매유통층(140) 및 상기 액상냉매유통층(160)의 내부에는 도 6a~ 도 6c에 도시한 바와 같이 내부공간을 지지하는 복수개의 지지대(143)를 형성시킴으로써, 상기 기상냉매유통층(140) 및 상기 액상냉매유통층(160)의 구조가 외력에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기 분리부(170)는 상기 증발부(130)의 직상부에 형성된 기상냉매관통부(175)를 내부에 포함하며, 상기 액상냉매유통층(160)과 상기 기상냉매유통층(140) 사이에 설치되어 각 층을 분리하는 것을 특징으로 한다. 상기 분리부(170)에 의해 본 발명에 따른 냉각장치가 상기 액상냉매유통층(160)의 상층에 상기 기상냉매유통층(140)을 형성할 수 있어 복층을 이루게 되고, 복층을 이룸으로써 상기에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에 따른 냉각장치의 평면적을 감소시킬 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이 상기 응축부(150)는 응축핀(151)으로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 응축핀(151)은 전자소자의 방열 등을 위해 형성된 넓은 비표면적을 갖는 구조물로, 판형, 선형 등일 수 있으며, 표면에 다양한 기울기와 면적을 갖는 요소들이 결합되어 있는 형태일 수도 있다. 그 형태 등에 제한이 있는 것은 아니나, 상기 응축핀(151)은 도 7 및 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 기상냉매유통부(140)의 일단에 연결된 기상냉매상승유로(153a), 상기 기상냉매상승유로(153a)의 일단에 연결된 기상냉매연결유로(153c) 및 상기 기상냉매연결유로(153c)의 일단에 연결된 기상냉매하강유로(153b)를 내부에 포함할 수 있으며, 기상냉매를 응축하여 액상냉매로 응축시키는 역할을 한다. 상기 응축핀(151) 내부의 상기 증기상승유로(153a)를 통하여 화살표 A방향으로 기상냉매가 유입되어 상승하면 응축핀(151)의 방열능력에 의해 기상냉매의 온도가 감소하게 되고, 온도가 감소한 기상냉매는 액상냉매로 응축하게 되어 화살표 B방향으로 하강하게 되며, 제2연결부(180)를 통하여 상기 액상냉매유통층(160)으로 이동하게 된다. 본 발명은 상기와 같은 원리로 응축력을 증가시켜 줄 수 있다. 또한, 본 발명에 의할 경우 도 4a에 도시된 바와 같이 응축핀(151)의 내부에 상기 기상냉매상승유로(153a)와 상기 기상냉매하강유로(153b)가 각각 형성되어 있고, 상기 기상냉매하강유로(153b)는 상기 제2연결부(180)에 의해 상기 기상냉매상승유로(153a)보다 길이가 연장될 수 있다.

상기 응축핀(151)으로 기상냉매를 유입하도록 하는 원동력은 주로 상기 기상냉매유통부(140)와 상기 응축핀(151)간의 압력차와 후술하는 액상냉매 유통부(160)의 모세관력이다. 또한, 상기 응축핀(151)의 상기 기상냉매상승유로(153a), 상기 기상냉매하강유로(153b) 및 상기 기상냉매연결유로(153c)의 내부에는 내부공간을 지지하는 복수개의 지지대(155)를 형성할 수 있으며, 상기 지지대(155)에 의해 상기 응축핀(151)이 외력에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기 응축핀(151) 및 그 내부에 형성된 유로(153)의 형상은 일단에 상기 냉매유입부(157a), 타단에 냉매유출부(157b) 및 상기 냉매유입부(157a)와 상기 냉매유출부(157b)를 연결하는 유로(153)를 내부에 포함하며, 상기 냉매유입부(157a)가 상기 제1연결부(145)에 연결되고, 상기 냉매유출부(157b)가 상기 제2연결부(180)에 연결될 수 있는 한 특정한 형태로 한정되지 않는다. 즉, 도 4a에 나타낸 기상냉매상승유로(153a) 및 기상냉매하강유로(153b)를 내부에 갖고 유로의 형상과 같은 외주를 갖는 형태의 판상형 냉각핀 외에, 도 4b 또는 도 4d의 기상냉매유통층(140) 과 수평한 상태의 유로를 갖는 형태, 도 4c의 3 이상의 굴곡부를 가지며, 연장된 유로를 내부에 갖는 형태, 도 4d의 단순한 판상의 응축핀(151)의 내부에 유로가 형성된 형태 등 다양한 형태일 수 있다. 상기 도 4b 내지 도 4d의 도면부호는 상기 도 4a의 도면부호와 동일한 것을 사용하였으며, 동일한 도면부호는 동일한 부분을 나타낸다.

또한, 상기 응축부(150)를 구성하는 상기 응축핀(151)은 도 3에 도시한 바와 같이 복수개의 응축핀이 스트라이프상으로 배열되어 응축부(150)를 형성할 수 있다. 상기 복수개의 응축핀(151)을 사용함으로써, 응축부의 표면적을 넓힐 수 있고, 결국 본 발명에 따른 복층형 냉각장치의 응축력을 증가시켜 줄 수 있다.

상기 제2연결부(180)는 다양한 형태일 수 있으며, 도 4b 내지 도 4d에 도시한 바와 같이 상기 액상냉매유통층(160)에 직접 연결되는 형태뿐만 아니라, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 기상냉매유통층(140) 및 상기 분리부(170)와 일체로 제2연결부(180a, 180b)를 형성할 수 있으며, 상기의 형태로 말미암아 본 발명에 따른 복층형 냉각장치의 소형화 및 제작의 편의성, 사용의 용이성, 응축부 연장에 따른 응축력 증가 등의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 복층형 냉각장치의 제조는 도 8에 도시한 바와 같이, 금속에칭공정에 의한 상·하판 및 분리판 제작단계; 상기 상판과 응축핀 연결단계; 및 상기 상·하판 및 분리판 접합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 복층형 냉각장치의 제조는 도 6a에 도시된 형태의 미세통로가 형성된 증발부(130), 지지대(143)를 포함하는 액상냉매유통층의 형상이 내부에 형성된 하판(110a), 도 6b에 도시된 상기 증발부(130) 대응부의 기상냉매관통부(175), 지지대(143), 상기 기상냉매관통부(175)의 반대편 말단에 형성된 제2연결부(180b)등이 형성된 분리부(170) 및 도 6c에 도시된 제1연결부(145)와 상기 제1연결부(145)와 인접하여 대응하는 위치의 제2연결부(180a)가 형성된 상판(110b)을 감광성재료의 밀착단계, 노광단계, 현상단계, 및 부식단계를 포함하는 금속에칭공정으로 제작하는 상·하판 및 분리판제작단계를 포함한다. 상기 에칭은 알카리 탈지제를 이용하여 재료에 전착된 유지 성분 및 이물질을 제거하는 과정인 전처리단계를 거칠 수 있으며, 에칭공정 즉, 상기 상판 및 하판에 대한 필름 마스크를 제작한 후, D/F(Dry Film) 등이 부착된 기판에 상기 필름 마스크의 장착, 노광, 현상 및 부식하는 단계를 거친다. 상기 D/F(Dry Film)는 필름 형태의 감광성 재료인 포토레지스트와 신축성을 위한 마일러필름 및 커버필름(소재는 polyester)으로 이루어져 있으며, 상기 커버필름을 제거하고 사용하며, 롤(roll)온도는 100~120℃로 하여 상기 드라이필름을 밀착(lamination)시킨다. 상기 롤온도가 100℃미만일 경우는 상기 드라이필름의 밀착력이 약하고, 120℃초과일 경우는 상기 드라이필름이 손상될 염려가 있다.

상기 노광단계는 자외선으로 상기 드라이필름을 광반응시켜 제품의 상을 형성시키는 공정으로 노광양 48~53mJ, 노광시간 25~35초간의 조건에서 행한다. 상기 노광양이 48mJ미만인 경우는 노광이 불충분할 염려가 있고, 53mJ초과인 경우는 노광이 과도하여 원하지 않는 영역까지 노광이 되어 미세경로가 불명확하게 형성될 염려가 있다. 또한, 상기 노광시간이 25초 미만인 경우는 노광이 불충분할 염려가 있고, 35초 초과인 경우는 노광이 과도하여 원하지 않는 영역까지 노광이 되어 미세경로가 불명확하게 형성될 염려가 있다.

상기 현상단계는 노광시 자외선과 반응하지 않은 드라이 필름을 제거하는 공정으로, 현상시간 89~92초, 수세시간 57~62초, 현상액 Na₂CO₃(1%)의 조건에서 행한다. 상기 현상시간이 89초 미만일 경우는 현상이 불충분할 염려가 있고, 92초 초과일 경우는 불필요하게 공정시간이 연장될 염려가 있다. 또한, 상기 수세시간이 57초 미만일 경우는 드라이필름이 충분히 제거되지 않을 염려가 있고, 62초 초과일 경우는 불필요하게 공정시간이 연장될 염려가 있다.

상기 부식단계는 부식용액 FeCl₂, 부식시간 103~108초, 부식온도 43~47℃의 조건에서 행한다. 상기 부식시간이 103초 미만일 경우는 부식이 불충분할 염려가 있고, 108초 초과일 경우는 과도한 부식으로 형성된 미세유로의 표면이 매끄럽지 않을 염려가 있다. 상기 부식온도가 43℃미만일 경우는 부식이 불충분할 염려가 있고, 47℃ 초과일 경우는 과도한 부식으로 형성된 미세유로의 표면이 매끄럽지 않을 염려가 있다.

또한, 재료표면에 완전히 밀착/경화된 상기 드라이 필름을 박리액(가성소다)으로 용해시켜 제거하는 박리단계 및 상기 박리액을 수세하고 건조하는 단계를 거칠 수 있다.

도 10a에는 본 발명에 사용한 마스크의 일부를 확대한 형상을 나타내었고, 도 10b에는 현상이 끝난 후 미세통로의 일부를 확대한 형상을 나타내었다. 도 10a 및 도 10b에서 보는 바와 같이 본 발명에 의할 경우 상기 현상이 끝난 후 미세통로의 형상이 상기 마스크의 형상과 동일하게 나타날 수 있고, 도 9에 나타낸 바와 같이 에칭이 종료된 후에는 깊이 50~300μm이고, 깨끗한 단면형상을 갖는 미세통로를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복층형 냉각장치의 제조는 기상냉매상승유로(153a), 기상냉매하강유로(153b) 및 상기 기상냉매상승유로(153a)와 상기 기상냉매하강유로(153b)를 연결하는 기상냉매연결유로(153c)를 내부에 포함하는 응축핀(151)의 냉매유입부(157a)가 상기 상판(110b)에 형성된 제1연결부(145)에 대응하고, 상기 응축핀(151)의 냉매유출부(157b)가 상기 상판에 형성된 제2연결부(180a)에 대응하도록 하여 연결하는 연결단계를 포함한다.

상기 응축핀(151)도 상기 순환루프가 내부에 형성된 상판(110b), 하판(110a) 및 분리부(170)의 제조와 동일한 방식으로 금속에칭공정에 의해 제작할 수 있으며, 상기 응축핀(151)은 도 5에 도시한 형태로 상기 복층형 냉각장치의 상판에 복수개를 연결하여 응축부(150)를 구성할 수 있다. 상기 연결방법은 금속 대 금속 브레이징법 혹은 에폭시수지 등의 접착체를 사용하여 접착하는 방법에 의할 수 있다. 상기 금속 대 금속 브레이징법은 접합하고자 하는 금속(모재:Base Metal)보다 녹는점(용융점:Melting Point)이 낮은 별도의 금속 또는 합금(용가재:Filler Metal)을 녹인 상태에서 모재는 상하지 않을 만큼의 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술이다.

또한, 본 발명에 따른 복층형 냉각장치의 제조는 하판의 증발부(130)와 상기 분리부(170)의 기상냉매관통부(175)가 일치하고, 상기 분리부(170)의 제2연결부(180b)와 상기 상판의 제2연결부(180a)가 일치하도록 상기 하판(110a), 분리부(170), 상판(110b)의 순으로 배치하여 접합하는 접합단계를 포함한다. 상기 접합방법은 상기 응축핀(151)의 상기 상판(110b)에 대한 연결방법과 동일하게 금속 대 금속 브레이징법 혹은 에폭시수지 등의 접착제를 사용하여 접착하는 방법에 의할 수 있다.

또한, 상기 복층형 냉각장치는 구리, 알루미늄 등의 재질로 이루어진 압연금속을 사용함으로써 금속 에칭공정의 편의와 양호한 열전도라는 특성을 동시에 만족시킬 수 있다. 상기의 제조방법에 의해 도 5에 도시된 형태의 복층형 냉각장치를 완성할 수 있다. 상기 완성된 복층형 냉각장치에 냉매주입부(미도시)를 통해 냉매를 주입 후 상기 냉매주입부를 밀봉함으로써, 복층형 냉각장치에 냉매를 충전할 수 있다. 본 발명에 따른 냉각장치의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 용도에 따라 달라질 수 있는데, 예를 들어 장치 전체의 길이는 50~100mm, 증발부의 외곽 길이는 10~50mm, 응축부의 전체길이는 30~70mm, 에칭의 깊이는 50~300μm 및 액상라인의 폭은 1~5mm일 수 있다. 또한, 미세채널의 전체모양은 방사형으로, 전체 크기는 100~3000mm²일 수 있다.

본 발명에 의할 경우 내부에 미세통로가 형성된 복층형 냉각장치를 금속에칭공정으로 제작할 수 있어, 종래의 반도체소자 제조공정을 이용한 MEMS(Micro Electro Mechanical System)방법이나, SAM(Self Assembled Monolayer)방법을 응용하여 제작할 경우에 비해 제작비용과 제작시간이 절감된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 복층형 냉각장치는 응축부에서의 제거열량이 크고, 차지하는 공간이 작으며, 본 발명에 따른 복층형 냉각장치 제조방법은 내부에 미세통로가 형성된 복층형 냉각장치를 금속에칭공정으로 제작할 수 있어, 단시간에 저렴하게 제작할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 냉각장치의 구성도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 박판형 냉각장치의 횡단면도이다.

도 3는 본 발명에 따른 냉각장치의 일 실시예를 나타낸 평면도이다.

도 4a는 도 3에 도시한 실시예의 AA'방향 단면도이다.

도 4b는 본 발명에 따른 다른 실시예의 단면도이다.

도 4c는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 단면도이다.

도 4d는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 단면도이다.

도 5은 본 발명에 따른 냉각장치의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.

도 6a는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 냉각장치 하판을 상방향에서 내려다 본 평면도이다.

도 6b는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 냉각장치 분리판을 하방향에서 올려다 본 평면도이다.

도 6c는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 냉각장치 상판을 하방향에서 올려다 본 평면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 응축핀의 일 예를 나타낸 투시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 냉각장치 제조방법의 일 예를 나타낸 순서도이다.

도 9는 본 발명에 따른 증발부의 일 예를 나타낸 평면도이다.

도 10a는 본 발명에 따른 금속에칭에 의한 냉각장치 제조시 사용되는 마스크 중 미세통로부의 일 예를 확대하여 나타낸 평면도이다.

도 10b는 본 발명에 따른 금속에칭에 의한 냉각장치 제조시 현상이 끝난 후, 형성된 미세통로부의 일 예를 확대하여 나타낸 평면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 금속에칭에 의한 냉각장치 제조시 에칭공정이 종료된 후 형성된 미세통로의 종단면의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 12a는 본 발명에 따른 응축핀 좌편의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 12b는 본 발명에 따른 응축핀 우편의 일 예를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 벽체 2: 내벽

3, 120: 냉매 4, 18, 150: 응축부

4a, 151: 응축핀 5, 14, 130: 증발부

5a: 증발핀 6: 송풍팬

12: 냉매저장부 16: 기상냉매이동부

20: 액상냉매이동부 22, 110: 하우징

24: 고정수단 26: 단열부

28: 제1가이드 110a: 하판

110b: 상판 133: 미세통로

140: 기상냉매유통층 143, 155, 155a, 155b: 지지대

145: 제1연결부 150: 응축부

151a: 응축핀 좌편 151b: 응축핀 우편

153: 유로 153a: 기상냉매상승유로

153b: 기상냉매하강유로 153c: 기상냉매연결유로

157a: 냉매 유입부 157b: 냉매 유출부

160: 액상냉매유통층 170: 분리부

175: 기상냉매 관통부 180, 180a, 180b: 제2연결부

Claims (10)

1. 액상의 냉매가 모세관 현상에 의하여 일부에 충전되고, 충전된 액상의 냉매가 외부의 열원으로부터 전달된 열에 의해 기화되는 복수개의 미세통로를 포함하는 증발부가 내부에 형성된 액상냉매유통층;

   상기 액상냉매유통층 상층의 기상냉매유통층;

   상기 증발부의 직상부에 형성된 기상냉매관통부를 내부에 포함하며, 상기 액상냉매유통층과 상기 기상냉매유통층 사이에 설치된 분리부;

   일단에 냉매유입부, 타단에 냉매유출부 및 상기 냉매유입부와 상기 냉매유출부를 연결하는 유로를 내부에 포함하는 응축핀으로 구성된 응축부;

   상기 응축핀의 냉매유입부를 상기 기상냉매유통층과 연결하는 제1연결부; 및

   상기 응축핀의 냉매유출부를 상기 액상냉매유통층과 연결하는 제2연결부를 포함하는 복층형 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 증발부는 방사형 미세통로(micro channel)가 형성된 것을 특징으로 하는 복층형 냉각장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 미세통로의 각각은 통로폭 50~700μm, 피치 100~800μm 및 깊이 50~300μm인 것을 특징으로 하는 복층형 냉각장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 냉매유입부와 상기 냉매유출부를 연결하는 유로는 상기 냉매유입부에 연결된 기상냉매상승유로, 상기 기상냉매상승유로의 일단에 연결된 기상냉매연결유로 및 상기 기상냉매연결유로의 일단에 연결된 기상냉매하강유로로 구성된 것을 특징으로 하는 복층형 냉각장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 기상냉매유통층 및 상기 액상냉매유통층의 내부에는 내부 공간을 지지하는 적어도 하나의 지지대가 형성된 것을 특징으로 하는 복층형 냉각장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 응축핀(fin)은 선형 또는 판형인 것을 특징으로 하는 복층형 냉각장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 응축부는 스트라이프상으로 배열되는 복수개의 응축핀으로 구성된 것을 특징으로 하는 복층형 냉각장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 응축핀의 내부에 형성된 유로의 내부에는 내부공간을 지지하는 적어도 하나의 지지대가 형성된 것을 특징으로 하는 복층형 냉각장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 제2연결부는 상기 기상냉매유통층 및 분리부와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 복층형 냉각장치.
10. 복수개의 미세통로가 형성된 증발부의 형상을 내부에 포함하는 하판, 상기 증발부 대응부에 기상냉매관통부가 형성되고 상기 기상냉매관통부의 반대편 말단에 형성된 복수개의 제2연결부가 형성된 분리부, 및 복수개의 제1연결부와 상기 제1연결부에 인접하여 대응하는 위치에 복수개의 제2연결부가 형성된 상판을 감광성재료의 밀착단계, 노광단계, 현상단계, 및 부식단계를 포함하는 금속에칭공정으로 제작하는 상·하판 및 분리판제작단계;

    기상냉매상승유로, 기상냉매하강유로 및 상기 기상냉매상승유로와 상기 기상냉매하강유로를 연결하는 기상냉매연결유로를 내부에 포함하는 응축핀의 냉매유입부가 상기 상판에 형성된 제1연결부에 대응하고, 상기 응축핀의 냉매유출부가 상기 상판에 형성된 제2연결부에 대응하도록 하여 연결하는 연결단계; 및

    상기하판의 증발부와 상기 분리부의 기상냉매관통부가 일치하고, 상기 분리부의 제2연결부와 상기 상판의 제2연결부가 일치하도록 하판, 분리부, 상판의 순으로 배치하여 접합하는 접합단계를 포함하는 복층형 냉각장치 제조방법.