KR20080093794A - 핀가이드 부재를 포함하는 박판형 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박판형 냉각장치에 있어서, 내부에 상변화를 통해 냉매 기능을 하는 작동유체의 순환형 유동경로를 제공하는 박판형 바디와;상기 유동경로 상에 마련되어 열원으로부터 흡수한 열에 의해 액상 작동유체를 기화시키는 복수개의 미세통로를 구비한 증발부와;상기 증발부에서 기화된 기상 작동유체를 이송하는 증기이송부와; 상기 기상 작동유체를 응축 액화시킬 수 있도록 내부에 상기 증기이송부와 연통되는 유로가 형성된 다수개의 응축핀들, 상기 응축핀의 폭과 길이에 대응하여 상기 박판형 바디 말단부에 형성된 복수개의 가이드 홈, 및 상기 응축핀의 유로와 상기 증기이송부 및 액상이송부가 연통되도록 상기 응축핀을 안내하는 핀가이드 부재를 포함하여 상기 핀가이드 부재를 통해 상기 각 응축핀들이 상기 박판형 바디에 결합되는 응축부와;상기 응축핀의 유로와 연통되어 액화된 액상 작동유체를 상기 증발부로 이송하는 액상이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판형 냉각장치를 제공한다.

본 발명에 따르면 핀가이드 부재를 사용하여 응축핀의 내부 유로와 박판형 냉각장치 바디의 연통홀들과 정확하게 일치되도록 장착이 가능하고 상기 핀가이드 부재로 인하여 외부의 충격에도 응축핀이 쉽게 이탈되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

박판형 냉각장치, 응축핀, 반도체 소자냉각장치

Description

핀가이드 부재를 포함하는 박판형 냉각장치{Cooling device including cooling fin guider}

도 1은, CPL방식의 박판형 냉각장치를 나타낸 사시도이다.

도 2는, 도 1에서 도시한 박판형 냉각장치 바디를 나타낸 평면도이다.

도 3은,“L”자 형상의 응축핀의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 4는,“T”자 형상의 응축핀의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 5는, 본 발명에 따른 박형 냉각장치의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 6은, 핀가이드 부재와 응축핀이 부착된 도 5에서 도시한 박형 냉각장치를 나타낸 사시도이다.

도 7은,“ㄷ”자 형상의 응축핀의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 8은,“ㄱ”자 형상의 응축핀의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 9는, 도 6에서 도시된 박형 냉각장치의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 박판형 바디 11 : 제1 연통홀

12 : 제 2연통홀 20 : 핀가이드 부재

21 : 가이드 홈 30,40 : 응축핀

31 : “ㄷ”자 형상 가이드 홈 삽입부

41 : “ㄱ”자 형상 가이드 홈 삽입부

본 발명은 박판형 냉각장치에 관한것으로, 더욱 상세하게는, 응축핀을 박판형 냉각장치의 바디에 장착시, 핀가이드 부재를 사용하여 응축핀을 정확하고 튼튼하게 바디에 일체화 함으로써 응축핀의 역할을 극대화 할 수 있는 박판형 냉각장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 고집적화 추세에 따라 반도체 소자의 발열부분은 그 크기가 점점 작아지고 이에 따라 단위 면적당 열발산율이 증가하여 결국은 반도체 소자의 표면온도가 상승하게 된다.

이와 같이 반도체 소자의 표면온도가 높아지면 반도체 소자의 성능을 저하시키고, 수명을 단축시키며 궁극적으로 당해 반도체 소자가 구비된 시스템의 신뢰도가 저하된다.

특히 반도체소자에 있어서는 그 동작온도에 따라 각종 파라미터 값들이 예민하게 변화되어 집적회로의 특성을 더욱 열화시키게 된다.

이에 따라 냉각기술도 발전해왔는데, 일반적으로 전자장비의 냉각장치에 관 한 기술로는 핀팬(fin fan)방식, 열전 소자(peltier)방식, 냉각수순환방식, 히트파이프(heat pipe)방식 등이 있다.

특히 가열부에서 작동유체가 증발하여 핀과 팬이 있는 응축부에서 증발된 작동유체를 응축시켜 모세관력을 이용해 다시 증발부로 귀환시키는 원리, 즉, 표면장력에 의한 모세관 현상을 이용한 자연 순환유동(capillary pumped loop flow)을 이용한 냉각기술(이하 “CPL 방식”이라 한다)이 있다.

이하, 이러한 CPL방식을 이용한 박판형 냉각장치를 구체적으로 살펴본다.

도 1은, CPL방식의 박판형 냉각장치를 나타낸 사시도이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, CPL방식의 박판형 냉각장치는 내부에 상변화를 통해 냉매 기능을 하는 작동유체의 순환형 유동경로를 제공하는 박판형 바디(1)와; 상기 유동경로 상에 마련되어 열원으로부터 흡수한 열에 의해 액상 작동유체를 기화시키는 복수개의 미세통로를 구비한 증발부(2)와; 상기 증발부(2)에서 기화된 기상 작동유체를 이송하는 증기이송부(3)와; 상기 증기이송부(3)와 연통되도록 내부에 유로가 형성된 응축핀(F)이 구비된 응축부(4)와; 상기 응축핀(F)의 유로와 연통되어 액화된 액상 작동유체를 상기 증발부(2)로 이송하는 액상이송부(5)를 포함하여 구성된다.

상기 박판형 바디(1)는 반도체물질, 금속물질, 플라스틱물질, 세라믹물질, 유 리, 금속합금물질 중의 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 제작시간 및 제작비용 측면에서 유리한 금속에칭공정에 의해 작동유체의 순환루프 경로를 형성할 경우는 구리, 알루미늄 등 열전도율이 높은 금속물질로 이루어질 수 있다.

위와 같은 CPL방식의 박판형 냉각장치의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

우선 상기 작동유체의 순환루프는, 도 1의 화살표 방향을 따라 상기 증발부(2), 상기 증기이송부(3), 상기 응축부(4), 상기 액상이송부(5)를 거쳐 다시 상기 증발부(2)로 순환되도록 구성된다.

여기서 상기 증발부(2)는 발열하는 반도체 소자위에 부착되고 반도체 소자에서 발생하는 열로 인하여 상기 작동 유체가 기화되는 부분으로 대상이 되는 반도체 소자를 쿨링하는 역할을 하는 곳이다.

도 2는, 도 1에서 도시한 박판형 냉각장치 바디를 나타낸 평면도이다.

상기 증발부(2)는 상기 액상이송부(5)로부터 공급된 액상의 작동유체가 모세관 현상에 의하여 충전되고, 도 2에서 도시 한 바와 같이 복수개의 패턴화된 미세통로(2a)가 형성되어 작동유체를 기화시킨다.

상기 미세통로(2a)는 직선형 또는 곡선형등 구조상 제한이 있는 것은 아니며, 도 2에 도시된 형태인 방사형 미세통로(2a)가 형성될 수 있다. 상기 방사형 미세통로(2a)는 일반적인 스프라이트상의 미세통로에 비해 보다 많은 수의 미세통로를 형성 할 수 있어, 결과적으로 모세관력을 증가시키고, 증발표면적을 증가시킬 수 있기 때문에 방사형 형태의 미세통로(2a)를 형성시키는 것이 바람직하다.

상기 증기이송부(3)의 내부에는 내부공간을 지지하는 지지대(3a)가 구비되어 외력에 의해 박판형 바디(1)가 변형되는 것을 방지한다.

한편 도 1및 도2에서 도시한 바와 같이 상기 증기이송부(3)는 상기 증발부(2)의 반대방향으로 넓이가 넓어지도록 형성되어 상기 증발부(2)에서 발생한 증 기가 자연스럽게 상기 응축부(4)로 이송된다.

상기 응축핀(F)이 장착되는 위치의 박판형 바디(1)의 일면에는 상기 증기이송부(3)의해 이송된 증기가 상기 응축핀(F)의 유로와 연통되도록 제 1연통홀(4a)이 형성되고 상기 이송된 증기가 액화되어 상기 액상이송부(5)로 빠져나갈수 있도록 상기 응축핀(F)의 유로와 액상이송부(5)를 연통시키는 제 2연통홀(4b)이 형성된다.

도 3은 “L”자 형상의 응축핀의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 4는 “T”자 형상의 응축핀의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 3및 도 4에서 도시 한 바와 같이 상기 응축핀(F,F1)의 내부에는 상기 증기이송부(3)에서의 증기가 제 1연통홀(4a)을 통해 유입되어 상승하는 증기상승유로(Fa,F1a)와 상기 증기상승유로(Fa,F1a)를 통해 상승한 증기가 냉각되어 액화되면서 하강하는 액상하강유로(Fb,F1b)가 형성된다. 상기 액상하강유로(Fb,F1b)에서 액화된 작동유체는 제 2연통홀(4b)을 통해 액상이송부(5)로 빠져나간다.

그리고 액화된 작동유체는 상기 액상이송부(5)를 통해 이송되어 모세관력에 의해 상기 증발부(2)로 유입되어 순환된다.

위와 같이 “L”자 형상 및 “T”자 형상을 갖고 내부에 상기와 같은 증기상승유로(Fa,F1a)및 액상하강유로(Fb,F1b)가 형성된 응축핀(F,F1)이 구비된 응축부를 갖는 박형 냉각장치는 응축부의 표면적이 증가되어 높은 응축효율을 갖게됨으로써 전체적인 냉각효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

상기 응축핀(F.F1)은 판형,선형등으로 표면에 다양한 기울기와 면적을 갖는 요소들이 결합되어 있는 형태일 수 있고 그 내부에 형성된 유로(Fa,Fb,F1a,F1b)는 직선, 곡선등 다양한 형태를 가질 수 있다.

한편, 상기 응축핀(F,F1)들은 박판형 바디(1)의 일면에 형성되어 있는 제 1연통홀(4a) 및 제 2연통홀(4b)과 상기 응축핀(F,F1)들의 증기상승유로(Fa,F1a) 및 액상하강유로(Fb,F1b)를 맞추어서 상기 박판형 바디(1)의 일면에 브레이징(brazing) 방식으로 접합시키는 공정이 필요하다.

상기 브레이징(brazing)방식이란, 접합하고자 하는 모재(base metal)보다 녹는점(melting point)이 낮은 별도의 금속 또는 합금(filer metal)을 녹인 상태에서 모재는 상하지 않을 만큼의 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술이다.

그러나 위와 같은 접합공정은 복수개의 상기 응축핀(F,F1)들을 정확하게 상기 연통홀(4a,4b)들을 벗어나지 않게 접합시키는데에 많은 시간과 노력이 들어가고 외부충격에도 약한 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 응축핀을 박판형 냉각장치의 바디에 일체화시키는데 있어서 핀가이드 부재를 포함하여 정확하게 응축핀들을 박판형 냉각장치의 바디에 장착가능하고 장착된 응축핀들이 외부충격에도 쉽게 이탈되지 않는 박판형 냉각장치를 제공하는 것이다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적들은, 내부에 상변화를 통해 냉매 기능을 하는 작동유체의 순환형 유동경로를 제공하는 박판형 바디와;상기 유동경로 상에 마련되어 열원으로부터 흡수한 열에 의해 액상 작동유체를 기화시키는 복수개의 미세통로를 구비한 증발부와;상기 증발부에서 기화된 기상 작동유체를 이송하는 증기이송부와; 상기 기상 작동유체를 응축 액화시킬 수 있도록 내부에 상기 증기이송부와 연통되는 유로가 형성된 다수개의 응축핀들, 상기 응축핀의 폭과 길이에 대응하여 상기 박판형 바디 말단부에 형성된 복수개의 가이드 홈, 및 상기 응축핀의 유로와 상기 증기이송부 및 액상이송부가 연통되도록 상기 응축핀을 안내하는 핀가이드 부재를 포함하여 상기 핀가이드 부재를 통해 상기 각 응축핀들이 상기 박판형 바디에 결합되는 응축부와;상기 응축핀의 유로와 연통되어 액화된 액상 작동유체를 상기 증발부로 이송하는 액상이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판형 냉각장치에 의해 실현된다.

한편, 상기 응축핀의 일단에는 상기 핀가이드 부재의 가이드 홈에 삽입되도록 가이드 홈 삽입부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는, 본 발명에 따른 박형 냉각장치의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 5에서 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 박형 냉각장치의 구성은 크게 박판형 바디(10)와 상기 박판형 바디(10)의 일면에 부착되는 핀가이드 부재(20)와 상기 핀가이드 부재(20)의 홈에 삽입되는 응축핀(30)을 포함하여 구성된다.

박형 냉각장치의 작동유체의 순환방법과 상기 박판형 바디(10)내부에 형성된 증발부,증기이송부,액상이송부등의 설명은 앞서 한바와 같다.

도 6은, 핀가이드 부재와 “ㄷ”자 형상의 응축핀이 부착된 도 5에서 도시한 박형 냉각장치를 나타낸 사시도 이다.

도 7은, “ㄷ”자 형상의 응축핀의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 8은, “ㄱ”자 형상의 응축핀의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 9는, 도 6에서 도시된 박형 냉각장치의 단면도이다.

도 5에서 도시한 바와 같이 상기 박판형 바디(10)의 일면에는 상기 제 1연통홀(11) 과 제 2연통홀(12)이 소정의 간격으로 복수개가 형성된다. 그리고 상기 핀가이드 부재(20)에는 상기 연통홀들(11,12)의 소정의 간격에 맞추어서 상기 연통홀들(11,12)과 동일한 개수의 가이드 홈(21)이 형성된다.

상기 핀가이드 부재(20)의 가이드 홈(21)은 도 7및 도 8에서 도시된 응축핀(30,40)의 폭(W,W1)과 길이(L,L1)에 맞추어서 형성된다.

그리고 도 7에서 도시한 바와 같이 응축핀(30)을 상기 가이드 홈(21)에 삽입 및 정렬 고정시키기 위한 가이드 홈 삽입부(31)는 상기 응축핀(30)의 결합부분의 끝단 일부에서 상기 응축핀(30) 결합부분의 다른 쪽 모서리 방향으로 연장 형성된 “ㄷ”자 형상인 것을 특징으로 한다.

또한 도 8에서 도시한 바와 같이, 또 다른 응축핀(40)의 가이드 홈 삽입부(41)는 상기 응축핀(40)의 결합부분의 끝단 일부가 연장 형성된 “ㄱ”자 형상인 것을 특징으로 한다.

한편, 도 6및 도 8에서 도시한 바와 같이 상기 핀가이드 부재(20)는 박판형상으로 형성되고 상기 핀가이드 부재(20)의 가이드 홈(21)과 상기 연통홀들(11,12)을 맞추어서 상기 박판형 바디(10)위에 부착된다.

그리고 상기 가이드 홈(21)에 응축핀(30,40)의 가이드 홈 삽입부(31,41)을 끼워 넣어 바디(10)와 일체화 시킨다.

이상에서 본 고안에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술 분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 박판형 냉각장치는 핀가이드 부재를 사용하여 응축핀의 내부 유로와 박판형 냉각장치 바디의 연통홀들과 정확하게 일치되도록 장착이 가능하고 상기 핀가이드 부재로 인하여 외부의 충격에도 응축핀이 쉽게 이탈되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 박판형 냉각장치에 있어서,

   내부에 상변화를 통해 냉매 기능을 하는 작동유체의 순환형 유동경로를 제공하는 박판형 바디와;

   상기 유동경로 상에 마련되어 열원으로부터 흡수한 열에 의해 액상 작동유체를 기화시키는 복수개의 미세통로를 구비한 증발부와;

   상기 증발부에서 기화된 기상 작동유체를 이송하는 증기이송부와;

   상기 기상 작동유체를 응축 액화시킬 수 있도록 내부에 상기 증기이송부와 연통되는 유로가 형성된 다수개의 응축핀들, 상기 응축핀의 폭과 길이에 대응하여 상기 박판형 바디 말단부에 형성된 복수개의 가이드 홈, 및 상기 응축핀의 유로와 상기 증기이송부 및 액상이송부가 연통되도록 상기 응축핀을 안내하는 핀가이드 부재를 포함하여 상기 핀가이드 부재를 통해 상기 각 응축핀들이 상기 박판형 바디에 결합되는 응축부와;

   상기 응축핀의 유로와 연통되어 액화된 액상 작동유체를 상기 증발부로 이송하는 액상이송부를 포함하는것을 특징으로 하는 박판형 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 응축핀의 일단에는 상기 응축핀을 상기 핀가이드의 가이드 홈에 삽입 및 정렬 고정시키기 위한 가이드 홈 삽입부가 형성된 것을 특징으로 하는 박판형 냉각장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 가이드 홈 삽입부는 상기 응축핀의 결합부분의 끝단 일부에서 상기 응축핀 결합부분의 다른 쪽 모서리 방향으로 연장 형성된 “ㄷ”자 형상인 것을 특징으로 하는 박판형 냉각장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 가이드 홈 삽입부는 상기 응축핀의 결합부분의 끝단 일부가 연장 형성된 “ㄱ”자 형상인 것을 특징으로 하는 박판형 냉각장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 핀가이드 부재의 폭은 상기 핀가이드 부재가 접합되는 위치에서의 상기 박판형 바디의 폭과 일치하는 것을 특징으로 하는 박판형 냉각장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 핀가이드 부재는 얇은 박판형상을 가지는 것을 특징으로 하는 박판형 냉각장치.

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