KR20110052230A - 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 히트파이프 및 이러한 히트파이프를 포함한 냉각장치 - Google Patents

전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 히트파이프 및 이러한 히트파이프를 포함한 냉각장치 Download PDF

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KR20110052230A
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Abstract

본 발명은 전열블록을 구비한 히트파이프를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법은, 관형부재의 내부벽에 윅(wick)을 형성시키는 윅 형성단계; 상기 관형 부재의 형상에 대응되는 형상의 결합홈이 구비된 전열블록을 준비하는 전열블록 준비단계; 상기 전열블록의 결합홈에 상기 관형부재를 위치시키고, 용가재를 400℃이상 1080℃ 이하의 온도로 가열하여, 상기 전열블록과 관형부재를 결합시키는 브레이징 단계; 및 상기 관형부재의 내부에 작동유체 주입하고, 밀봉 및 진공시켜, 관형부재를 히트파이프로 형성시키는 밀봉 및 진공단계:를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 히트파이프 및 이러한 히트파이프를 포함한 냉각장치{manufacturing method of the heatpipe having a base block, the heatpipe having a base block and a cooler having the heatpipe}
본 발명은 전열블록을 구비한 히트파이프에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 컴퓨터와 같은 전기제품에 내장된 발열부품을 냉각시키기 위한 냉각장치에 사용되는 히트파이프로서, 브레이징 방법에 의해 일체로 결합된 전열블록을 구비한 히트파이프에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 전열블록을 구비한 히트파이프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 전열블록을 구비한 히트파이프를 포함하여 구성된 냉각장치에 관한 것이다.
전기전자 제품의 내부에는 동작시 열을 발생시키는 발열부품들이 내장되어 있다. 특히 컴퓨터의 내부에는 마더 보드에 실장된 CPU(central processing unit)나 그래픽 어댑터(graphic adapter)의 기판에 실장된 칩셋(chipset)과 같은 대표적 인 발열부품이 있다. 이러한 발열부품의 열을 냉각시키기 위해 현재 다양한 형태의 냉각장치가 사용되고 있다.
최근의 많은 냉각장치는, 열전도율이 타소재에 비해 현저하게 뛰어난 히트파이프를 채용하고 있다. 이러한 냉각장치는, 전열블록, 히트파이프 및 방열부를 포함하여 구성된다. 전열블록은 발열부품에 장착되어, 발열부품에서 발생하는 열을 전달받는다. 히트파이프의 일측부분은 전열블록에 결합되어 있고, 히트파이프의 타측부분에는 다수의 방열핀들로 구성된 방열부가 결합되어 있다.
그런데, 이러한 구성의 종래의 냉각장치에 있어서, 히트파이프는 전열블록에 솔더링의 방법에 의해 결합되어 있다. 솔더링은, 주로 납이 주성분인 용가재를 대략 150℃~200℃로 가열하여 용융시킨 후 결합시키고자 하는 두 모재의 사이에 투입시키고, 이를 다시 굳혀서 양자를 결합시키는 방법이다.
하지만, 납의 열전도도는 구리 등에 비해 현저히 낮은 값을 가진다. 따라서, 종래 히트파이프를 채용한 냉각장치에 있어서, 히트파이프와 전열블록이. 납을 주성분으로 하는 용가재를 사용한 솔더링방법에 결합되어 있기 때문에, 발열부품에서 발생한 열이 전열블록을 거쳐 히트파이프로 충분히 만족스럼게 전달되지 못하고 있다는 문제점이 있다.
즉, 히트파이프 자체의 열전도도는 상대적으로 현저히 높지만, 전열블록에서 히트파이프로 열이 전달되는 과정에 납이 개입되어 있기 때문에, 만족할 만한 열전도도를 얻지 못하게 되는 것이다.
한편, 종래에는 히트파이프를 전열블록에 결합시키는 데 있어서, 히트파이프 의 내부의 구성이 손상되지 않도록 하기 위하여, 비교적 낮은 온도로 가열하는 솔더링을 사용할 수 밖에 없다는 한계가 있어왔다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전열블록을 히트파이프의 일부로 구비하도록 형상을 개선하여, 별도의 전열블록을 구비하지 않고도, 발열부품으로부터 열을 직접 전달받을 수 있는 전열블록을 구비한 히트파이프를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 전열블록을 구비한 히트파이프를 제조하는 방법을 제공하는 것이 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 전열블록을 구비한 히트파이프를 포함하는 냉각장치를 제공하는 것이 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법은, 관형부재의 내부벽에 윅(wick)을 형성시키는 윅 형성단계; 상기 관형 부재의 형상에 대응되는 형상의 결합홈이 구비된 전열블록을 준비하는 전열블록 준비단계; 상기 전열블록의 결합홈에 상기 관형부재를 위치시키고, 용가재를 400℃이상 1080℃ 이하의 온도로 가열하여, 상기 전열블록과 관현부재를 결합시키는 브레이징 단계; 및 상기 관형부재의 내부에 작동유체 주입하고, 밀봉 및 진공시켜, 관형 부재를 히트파이프로 형성시키는 밀봉 및 진공단계:를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 관형부재의 단면은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 관형부재의 내부벽에 형성된 윅은, 금속분말이 소결되어 형성된 소결윅(sintered wick), 길이방향으로 형성된 다수의 그루브(groove)로 이루어진 그루브윅(groove wick) 혹은 메쉬부재로 형성된 메쉬윅(mesh wick) 중 적어도 하나 혹은 2개 이상으로 이루어진 것이 바람직하다.
한편, 상기 용가재는, 은과 구리 중 적어도 하나를 50%이상 포함하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 브레이징단계는, 가열온도의 범위가 600℃이상 900℃이하인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 전열블록을 구비한 히트파이프는, 발열부품에 접하도록 장착되어 상기 발열부품에서 발생되는 열을 전달받는 전열블록; 상기 전열블록에 형성된 결합홈; 및 상기 결합홈에 적어도 일부분이 결합된 히트파이프를 포함하여 구성되되, 상기 전열블록과 상기 히트파이프는, 은과 구리 중 적어도 하나를 50%이상 포함하고 있는 용가재에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 전자부품용 냉각장치는, 발열부품에 접하도록 장착되어 상기 발열부품에서 발생되는 열을 전달받는 전열블록; 상기 전열블록에 형성된 결합홈; 상기 결합홈에 적어도 일부분이 결합된 히트파이프; 및 상기 히트파이프에 결합되어, 상기 발열부품에서 발생되는 열을 상기 히트파이프를 통해 전달받아 외부로 방열시키는 방열부를 포함하여 구성되되. 상기 전열블록과 상기 히트파이프는, 은과 구리 중 적어도 하나를 50%이상 포함하고 있는 용가재에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전열블록을 구비한 히트파이프의 제조방법에 의하면, 전열블록과 히트파이프를 브레이징 공정에 의해 결합시킴으로써, 전열블록으로부터 히트파이프로의 열전달율이 뛰어난 전열블록을 구비한 히트파이프를 생산할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전열블록을 구비한 히트파이프 및 이를 구비한 냉각장치에 의하면, 전열블록으로부터 히트파이프로의 열전달율이 뛰어나다는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 5의 도면을 참조하며 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 일실시예의 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법은, 윅 형성단계(S1), 전열블록 준비단계(S2), 브레이징 단계(S3) 및 밀봉 및 진공단계(S4)를 포함하여 이루어진다.
한편, 설명의 편의와 발명의 이해를 위해, 본 발명의 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법에 의해 제조된 전열블록을 구비한 히트파이프(1)의 구성을 도 4와 도 5를 참조하며 간단히 먼저 설명한다.
도 4에 도시된 전열블록을 구비한 히트파이프(1)는, 전기전자부품으로서 작동시 열을 발생시키는 발열부품(미도시)을 냉각시키기 위한 냉각장치에 하나의 구 성 부품으로 사용되는 히트파이프이다.
상기 전열블록을 구비한 히트파이프(1)는, 전열블록(10)과 히트파이프(20)로 구성된다. 그리고, 도 5를 참조하면, 전열블록(10)과 히트파이프(20)는 용가재(30)에 의해 상호 결합되어 있다.
이러한 전열블록(10)은 발열부품(미도시)에 접촉되도록 장착되며, 히트파이프(20)의 양측 단부에는 냉각핀(미도시)등으로 이루어진 방열부가 결합된다. 따라서, 전열블록(10)은 발열부품에서 발생하는 열을 전달받고, 이 열을 히트파이프에 전달하는 역할을 한다. 히트파이프는 전열블록으로부터 전달받은 열을 방열부로 전달시키는 역할을 한다.
이제. 상술한 구성의, 전열블록을 구비한 히트파이프(10)를 제조하는 방법의 일 실시예를 설명한다.
상기 윅 형성단계(S1)는, 관형부재(21)의 내부벽에 윅(wick)을 형성시키는 단계이다(도 2의 가장 위에 있는 도면 참조).
관형부재(21)는, 주로 구리와 같이 열전도율이 높은 금속으로 만들어진다. 관형부재(21)의 내부는 비어 있으며, 일반적으로 파이프라고도 불린다. 일측단부는 막혀있고 타측단부는 개방되어 있는 형태이다.
한편, 본 실시예의 경우, 관형부재(21)의 단면은 원이다. 하지만, 다른 실시예의 경우, 단면의 형상은 원형 뿐만 아니라, 필요에 따라, 타원형이나, 삼각형, 사각형 등의 다각형일 수도 있다.
이러한 관형부재의 내부벽면에 내부의 작동유체가 모세관 현상에 의해 이동 될 수 있도록 다공성의 성질을 가지는 윅(wick; 심지)을 형성시킨다. 본 실시예의 경우, 윅(22)은, 금속분말이 소결되어 형성된 소결윅이다.
관형부재(21)의 내부벽에 전체에 걸쳐, 소결윅을 형성시키는 방법을 설명한다.
우선 관형부재(21)의 내부로 맨드럴(mandrel; 미도시)을 삽입한다. 맨드럴은, 관형부재 내부공간에 대응하는 형상을 가진다. 본 실시예의 경우, 관형부재가 원통형이므로, 맨드럴은 관형부재의 내부공간 보다 약간 작은 부피를 가지는 원기둥형태이다.
맨드럴은, 관형부재의 구멍의 내측면과 일정간격 이격되도록 유지된다. 맨드럴과 관형부재의 구멍의 내측면 사이에 확보된 공간에는, 금속분말이 채워지게 된다. 금속분말을 채운 후, 가열하게 되면, 금속분말은 소결되어 소결윅으로 형성된다. 소결윅이 형성된 후, 맨드럴을 제거하면 완성된다. 한편, 필요에 따라 도 2에 도시된 바와 같이. 관형부재의 타단부인 입구부분의 직경을 축소시킨다.
한편, 본 실시예의 경우, 윅이 소결윅인 것으로 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다른 실시예의 경우에는, 윅은 길이방향으로 형성된 다수의 그루브(groove)로 이루어진 그루브윅(groove wick) 혹은 메쉬부재로 형성된 메쉬윅(mesh wick)일 수도 있다.
또한, 윅은 2가지 이상의 종류로 혼합되어 형성될 수도 있다. 즉, 히트파이프의 내부벽면의 일부분은 소결윅이고, 일부분은 그루브윅이나, 메쉬윅일 수도 있다. 또한, 상기 3종류의 윅이 혼합된 형태일 수도 있고, 소결윅을 제외한 그루부윅 이나 메쉬윅으로 될 수도 있다.
도 3에, 매쉬윅(23)이 원통형의 관형부재(21)에 구비된 것이 예시되어 있다.
매쉬윅(23)을 구성하는 매쉬부재는 극소 직경의 선재로 짜여진 촘촘한 망사형태의 부재이다. 매쉬윅은 매쉬부재를 공지의 방법에 의해 관형부재(21)의 내측면에 밀착시켜 얻는다.
도 4에는 그루브윅(24)이 원통형의 관형부재(21)의 내측면에 형성되어 있는 것이 예시되어 있다. 그루브윅(24)은, 관형부재(21)의 내측면에 관형부재의 길이방향으로 그루브(groove)는 다수 개 형성시켜 얻는다. 도 5는, 도 4의 개략적 단면도이다.
상기 전열블록 준비단계(S2)는, 관형부재의 형상에 대응되는 형상의 결합홈(12)이 구비된 전열블록(10)을 준비하는 단계이다(도 6 참조). 전열블록(10)은 열전도율이 상대적으로 뛰어난 구리와 같은 금속으로 만들어진다. 전열블록(10)의 전제적으로 육면체를 이루고 있으나, 납작한 원기둥이나 다각기둥 등 다양하게 변형가능하다.
전열블록(10)의 상면에는 결합홈(12)이 구비되어 있다. 결합홈(12)은, 본 실시예의 경우, 관형부재(21)가 원통형이므로, 단면이 반원 형상이다. 결합홈은 관형부재의 형태에 따라 적절하게 변형된다.
한편, 본 전열블록 준비단계(S2)는 윅형성단계(S1)보다 먼저 수행될 수도 있다.
상기 브레이징 단계(S3)는, 전열블록(10)의 결합홈(12)에 상기 관형부재를 브레이징 방법에 의해 결합시키는 단계이다(도 2의 두 번째 그림 참조).
특히, 관형부재(21)의 내부벽에 윅(22)만 형성시킨 상태에서, 전열블록에 결합시킨다. 즉, 관형부재에 윅을 형성시킨 후, 그 내부공간으로 작동유체 주입하고, 밀봉하는 단계를 수행하지 않고, 윅만 구비하고 있는 관형부재를 전열블록에 결합시키는 것이다.
일반적으로, 브레이징 방법은, 접합시키고자 하는 두 모재(BASE METAL)의 접한 부분에 용가재와 열을 가하여, 용가재가 두 모재의 사이로 스며들어간 후 굳어져 두 모재를 결합시키도록 기술이다. 이때, 용가재를 가열하는 온도는 통상, 400℃ 이상이다. 또한, 동시에 열에 의해 모재가 상하지 않도록 모재의 용융점 미만의 온도로, 단시간 가열하게 된다.
본 발명의 경우, 전열블록(10)의 결합홈(12)에 관형부재(21)를 위치시킨 후, 용가재를 전열블록(10)과 관형부재(21)가 접하는 부분에 놓고, 400℃이상 1080℃이하의 온도로 가열시킨다. 용가재는 녹아서 전열블록과 관형부재의 사이에 흘러들어간 후 굳어서, 전열블록과 관형부재를 상호 단단히 결합시키게 된다.
한편, 브레이징 단계 수행시, 가하는 열은 구리의 용융점이하이고, 또한 가열하는 시간도 짧은 시간동안에 이루어지기 때문에, 관형부재(21)의 내부벽에 구비된 소결윅(22)의 손상은 거의 없다.
상기 온도 범위는, 용가재의 용윰점 보다는 높고, 모재인 전열블록과 관형부재의 용융점 보다는 낮은 온도 범위이다. 온도범위보다 낮게 되면, 브레이징이 되지를 않게 되고, 높게 되면 모재가 녹게 되기 때문에, 온도범위가 지켜져야 한다.
한편, 본 실시예의 경우, 용가재는 은과 구리 중 적어도 하나를 50%이상 포함하고 있다. 즉, 용가재(30)는, 은(Ag)이 50%이상 포함되고, 나머지는 구리(Cu) 또는 다른 금속이 포함되어 구성될 수 있다. 또한, 구리가 50% 이상 포함되어 있고 나머지는 은 또는 다른 금속이 포함될 수 있다. 또한, 은과 구리가 각각 50%씩 포함될 수도 있다.
한편, 여기서 은 혹은 구리가 50% 이상이라는 표현의 의미는, 질량 비율을 의미한다. 즉, 은이 50% 포함되어 있다고 한다면, 전체 용가재가 100g인 경우, 은의 함유량이 50g 이상 포함되어 있다는 것을 의미한다. 한편, 용가재(30)는 삽입금속(insert matal)이라고도 한다.
본 발명의 경우, 용가재(30)가 은 혹은 구리가 50% 이상 포함되어 있기 때문에, 솔더의 경우보다, 전열블록에서 히트파이프로의 열전도율이 월등히 뛰어나다.
종래 관형부재와 전열블록을 솔더링에 의해 결합시킨 경우의 솔더는 납을 주요 성분으로 하고 있는데, 납의 열전도율은 구리나 은에 비해 현저히 낮기 때문이다.
한편, 용가재가 은과 구리의 혼합물로 되어 있는 경우, 가열온도는 600℃이상 900℃이하인 것을 바람직하다.
구체적으로, 용가재에 구리 그리고 은이 얼마나 포함되어 있는 지에 따라, 적절한 가열온도가 결정된다. 즉, 일 실시예로, 용가재의 은: 구리의 비율이 72%: 28% 로 이루어진 경우에는 가열온도를 779℃로 한다. 이 온도로 가열하면, 용가재는 녹고, 모재는 상하지 않게 된다. 다만, 적절한 구리와 은의 비율인 경우, 적절 한 가열온도는 상기 범위 내에 있게 된다. 이러한 브레이징 단계(S3)가 끝나게 되면, 도 2의 두 번째 상태가 되게 된다.
다음으로, 밀봉 및 진공단계(S4)가 수행된다.
상기 진공 및 밀봉단계(S4)는, 관형부재(21)의 내부공간(27)에 작동유체를 주입하고, 내부공간(27)을 밀봉 및 진공시켜 히트파이프로 형성시키는 단계이다. 우측 단부의 입구에 덮개(26)를 결합시켜 내부공간(27)을 밀봉시킨다. 한편, 구체적으로 작동유체주입, 밀봉 및 진공의 공정들은, 작업여건이나 기술에 따라, 각각의 공정의 선후가 적절하게 변형되어 수행될 수 있다.
한편, 작동유체를 주입하고, 밀봉하고 진공시키는 각 공정의 구체적인 방법은 종래 히트파이프의 제조에서도 사용되는 방법을 사용한다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상술한 모든 단계를 거쳐 완성된, 전열블록을 구비한 히트파이프(1)가 도 2의 맨 아래와, 도 7에 도시되어 있다. 도 8에는 도 7의 횡방향 단면도가 도시되어 있다.
히트파이프(20)는, 은과 구리의 혼합물로 이루어진 용가재를 사용한 브레이징 방법에 의해 전열블록(10)에 결합되어 있다. 도 8을 참조하면, 히트파이프를 이루는 관형부재(21)의 내부벽에는 소결윅(22)이 형성되어 있고, 관형부재(21)의 외측면과 전열블록(10)은, 그 사이에 위치한 용가재(30)에 의해 상호 결합되어 있다.
본 발명의 전열블록을 구비한 히트파이프를 제조하는 방법에 의하면, 히트파이프를 완성한 후 전열블록에 결합시키지 않고, 윅(wick)만을 먼저 관형부재의 내 부벽면에 형성시킨 후, 이 관형부재를 전열블록에 브레이징 방법에 의해 결합시키고 나서 히트파이프를 완성하기 때문에, 전열블록으로부터 히트파이프로의 열전도율이 뛰어난 전열블록을 구비한 히트파이프를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
즉, 브레이징 방법에 있어서, 은 혹은 구리 중 적어도 하나를 50% 이상 포함한 용가재를 사용하기 때문에, 이러한 용가재에 의해 상호결합된 전열블록과 히트파이프 사이의 열전도율이 뛰어난 것이다. 달리 표현하면, 전열블록과 히트파이프 사이의 접촉열저항이 종래에 비해 현저히 낮아진 것이다.
한편, 종래에는, 완성된 히트파이프를 150℃~200℃의 온도로 가열하는 솔더링 방법에 의해 전열블록에 결합시키는 기술이 사용되고 있었다. 솔더링방법을 사용할 수밖에 없었던 이유는, 완성된 히트파이프를 400℃ 이상의 고온으로 가열하게 되면, 손상이 발생될 수 있기 때문이다. 그런데, 솔더링에 사용되는 용가재는 납이 주성분이 솔더인데, 이러한 솔더의 열전달율은 구리나 은에 비해 상대적으로 상당히 낮은 것이다.
따라서, 본 발명의 제조방법에서는, 전열블록과 히트파이프를 열전달율이 높은 구리 혹은 은으로 결합시키기 위해, 브레이징 방법을 채택하는 한편, 브레이징 공정시 히트파이프의 손상을 방지하기 위해, 관형부재의 내부벽에 윅 만을 먼저 형성시키고, 이를 전열블록과 브레이징 방법으로 접합시킨 후, 그 뒤에 관형부재의 내부에 작동유체를 주입하고, 밀봉 및 진공을 하여 히트파이프로 완성시키는 구성을 채택한 것이다.
결과적으로, 본 발명의 제조방법에 의하면, 히트파이프와 전열블록이, 은 또 는 구리로 이루어진 용가재에 의해 결합되어 있어서, 상호 접촉열 저항이 최소화된 전열블록을 구비한 히트파이프를 제조할 수 있다.
한편, 도 9 내지 도 13에는, 상술한 전열블록을 구비한 히트파이프를 제조하는 방법에 의해 제조될 수 있는 다양한 형태의 전열블록을 구비한 히트파이프가 예시되어 있다.
도 9에 예시된 전열블록을 구비한 히트파이프(1a)는, 전열블록(10a)에 3개의 히트파이프(20a)가 결합되어 있다.전열블록(10a)에는 3개의 결합홈이 형성되어 있다.
도 10에 예시된 전열블록을 구비한 히트파이프(1b)는, 전열블록(10b)에 3개의 히트파이프(20b)가 결합되어 있다. 각 히트파이프(20b)의 단면이 사각형이고, 이에 따라, 전열블록(10a)에 구비된 3개의 결합홈도 모두 그 단면의 형상이 사각형이다.
도 11에 예시된 전열블록을 구비한 히트파이프(1c)는, 전열블록(10c)에 그 단면에 타원형태인 히트파이프(20c)가 결합되어 있다. 도 12에는,도 11에 예시된 전열블록을 구비한 히트파이프(1c)가 단면도로서 예시되어 있다. 전열블록(10c)에는 그 단면이 타원형태인 결합홈이 구비되어 있고, 결합홈에는 용가재(30)에 의해 히트파이프(20c)가 결합되어 있다.
도 13에 예시된 전열블록을 구비한 히트파이프(1d)는, 전열블록(10d)에 1개의 히트파이프(20d)가 결합되어 있다. 히트파이프(20d)의 일측단부는 전열블록(10d)에 결합되어 있고, 더 이상 연장되어 있지 않다. 즉, 타측단부 만이 전열블 록의 외측으로 연장형성되어 있다.
상술한 다양한 형상의 전열블록을 구비한 히트파이프는, 모두 상술한 전열블록을 구비한 히트파이프를 제조하는 방법에 의해 제조될 수 있으며, 사용될 냉각장치의 구성에 따라 적절하게 변형이 가능할 것이다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 전열블록을 구비한 히트파이프가 개시된다.
상기 전열블록을 구비한 히트파이프는, 상술한 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법에 의해 제조된 히트파이프이다.
본 발명에 따른 일 실시예의 전열블록을 구비한 히트파이프를 도 7을 참조하며 설명한다.
상기 전열블록을 구비한 히트파이프(1)는, 전열블록(10)과, 히트파이프(20)와, 용가재(30)를 포함하여 구성된다.
상기 전열블록(10)은, 주로 구리와 같은 열전도율이 높은 금속으로 제조된다. 전열블록(10)은 발열부품에 접하도록 장착되어, 발열부품에서 발생하는 열을 전달받아 그 열을 히트파이프로 전달하는 역할을 하는 부품이다. 발열부품은 컴퓨터의 메인보드에 실장된 중앙처리장치(central processing unit; cpu)일 수도 있고, 그래픽카드에 실장된 칩셋일 수도 있다.
도 6을 참조하면, 전열블록(10)의 상면에는 결합홈(12)이 구비되어 있다. 결합홈(12)은 히트파이프의 형상에 대응되는 형상을 가진다. 본 실시예의 경우 히트파이프(20)는 통상의 원통형이고, 따라서, 결합홈(12)도 이에 대응되는 형상이다. 결합홈(12)에는 히트파이프(20)가 결합되어 있다.
한편, 본 실시예의 경우, 원통형의 히트파이프가 1개 구비되고, 결합홈도 이에 대응되는 형상으로 1개가 구비되어있으나, 다른 실시예의 경우에는 다양하게 변형가능하다. 즉, 히트파이프의 단면의 형상은 타원형, 다각형일 수도 있으며, 그 구비된 개수도 2, 3, 4 일수도 있다. 이러한 다양한 변형 실시예가 도 9 내지 도 13에 예시되어 있다.
상기 히트파이프(20)는 열전도율이 뛰어난 부품이다. 히트파이프(20)는 관형부재(21)와 윅(22)과, 그 내부의 작동유체를 포함하여 이루어진다. 관형부재(21)의 내부벽면에 윅(22)이 구비되고, 그 내부에는 작동유체가 투입되어 있고, 내부공간은 밀봉되어 있다.
한편, 본 실시예의 경우, 윅(22)은 금속분말이 소결되어 형성된 소결윅이다. 하지만, 다른 실시예의 경우에는, 윅은 길이방향으로 형성된 다수의 그루브(groove)로 이루어진 그루브윅(groove wick) 혹은 메쉬부재로 형성된 메쉬윅(mesh wick)일 수도 있다.
또한, 히트파이프의 내부벽면의 일부분은 소결윅이고, 일부분은 그루브윅이나, 메쉬윅일 수도 있다. 즉, 윅은 3가지 형태의 윅들 중, 어느 하나의 형태일 수도 있으며, 혹은 이들 중 어느 2가지나 혹은 3가지가 혼합되어 형성될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 전열블록(10)과, 히트파이프(20)의 접촉부분은, 용가재(30)에 의해 결합되어 있다. 용가재(30)는, 전열블록(10)의 결합홈(12)과 여기에 결합된 히트파이프(20) 부분의 외측면 사이에 위치하며, 전열블록과 히트파이프를 상호 결합시킨다.
용가재(30)는 삽입금속(insert matal)이라고도 하며, 특히 본 실시예의 경우, 은 혹은 구리가 50% 이상 포함되어 있다. 즉, 용가재(30)로서, 은이 50%이상 포함되고, 나머지는 구리 또는 다른 금속이 포함될 수 있다. 또한, 구리가 50% 이상 포함되어 있고 나머지는 은 또는 다른 금속이 포함될 수 있다. 또한, 은과 구리가 각각 50%씩 포함될 수도 있다.
용가재(30)가 은 혹은 구리가 50% 이상 포함되어 있기 때문에, 종래 솔더링에 의한 솔더의 경우보다, 전열블록에서 히트파이프로의 열전도율이 월등히 뛰어나다. 솔더링의 솔더는 납을 주요 성분으로 하고 있는데, 납의 열전도율은 구리나 은에 비해 현저히 낮기 때문이다. 종래 히트파이프와 전열블록은, 솔더링에 의해 결합되어 있었다.
상술한 구성의 전열블록을 구비한 히트파이프의 장점은 제조방법에 관하여 설명한 장점이 그대로, 혹은 적절하게 변형되어 적용된다.
한편, 본 발명은, 상술한 전열블록을 구비한 히트파이프를 채용한 냉각장치에 대해서 개시한다.
도 14에, 위에서 설명한 전열블록을 구비한 히트파이프(1a)를 채용한 냉각장치(2)가 도시되어 있다.
상기 냉각장치(2)는 히트파이프(1a)와 방열부(40)를 포함하여 구성된다. 방열부(40)는 다수의 방열핀으로 이루어져 있다. 방열핀은, 얇은 금속판에 관형부재가 결합되기 위한 다수의 관통공이 형성되어 있다. 각 관통공의 외주에는 버(burr) 가 형성되어 있어서 각 방열핀을 일정한 거리로 이격시키는 역할을 한다. 한편, 도시하지는 않았지만, 적절한 위치에 냉각팬이 구비되어 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
본 냉각장치(2)에 채용된 히트파이프(1a)는 도 9에 도시된 실시예이다. 도 9에 도시된 히트파이프(1a)는, 전열블록(10)에 모두 3개의 히트파이프(20a)를 구비하고 있다. 한편, 도 9에 개시된 히트파이프(20a)들은 직선형이었으나, 냉각장치(2)에 채용되면서 후가공에 의해 "U"자 형태가 되도록 성형되었다.
히트파이프(20a)에는 방열핀(40)들이 다수 개 결합되어 있다. 각 방열핀은 얇은 금속판으로 되어 있고, 관통공을 6개 구비하고 있다. 각 관통공의 외주부에는 버(burr) 형성되어 있다. 버가 형성된 관통공에 히트파이프(20a)들이 끼워져 결합된다. 방열핀의 구체적인 형상은, 필요에 따라 다양하게 변형가능하다.
이러한 구성의 냉각장치(2)는, 전열블록(10a)의 하측면을 발열부품(미도시)에 직접 접하도록 고정된다. 전열블록(10a)을 발열부부품에 고정하는 방법은 통상의 클립 등을 이용한다. 발열부품에서 발생된 열은, 전열블록(10a)에 전달된 후, 용가재(30)를 거쳐 히트파이프(20a)들을 통해 방열부(40)로 전달되어 공기 중으로 발산되며 냉각된다.
본 발명의 냉각장치(2)는, 종래 냉각장치가 전열블록과 히트파이프 사이의 결합부분이 솔더링에 의해 결합되어 있었기 때문에, 열전달 효율이 좋지 못한 것과는 달리, 전열블록(10a)과 히트파이프(20a)가 은 혹은 구리를 포함한 용가재에 의해 결합되어 있기 때문에, 열저항이 상대적으로 현저히 낮게 되어 열전달 효율이 훨등하게 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법의 흐름도,
도 2는 도 1의 제조방법의 단계를 설명하기 위한 도면,
도 3은. 윅의 일실시예로서의 매쉬윅이 원통형의 관형부재에 구비된 것을 보여주는 도면,
도 4와 도 5는, 윅의 일실시예서의 그루브윅이 원통형의 관형부재의 내측면에 형성되어 있는 것을 보여주는 도면 및 그 단면도,
도 6은, 전열블록을 예시한 도면,
도 7은 도 1의 제조방법에 따라 제조된 전열블록을 구비한 히트파이프,
도 8은 도 7의 횡방향 개략적 단면도,
도 9 내지 도 13의 각각은, 도 1의 제조방법에 따라 제조가능한 다양한 실시예의 전열블록을 구비한 히트파이프를 도면주는 도면,
도 14는, 본 발명의 다른 측면에 따른 일실시예의 냉각장치의 사시도,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 1a, 1b, 1c, 1d ... 전열블록을 구비한 히트파이프
10, 10a, 10b, 10c, 10d ... 전열블록
20, 20a, 20b, 20c, 20d ... 히트파이프
21 ... 관형부재 22, 23, 24 ... 윅
2 ... 냉각장치 40 ... 방열부

Claims (7)

  1. 관형부재의 내부벽에 윅(wick)을 형성시키는 윅 형성단계;
    상기 관형 부재의 형상에 대응되는 형상의 결합홈이 구비된 전열블록을 준비하는 전열블록 준비단계;
    상기 전열블록의 결합홈에 상기 관형부재를 위치시키고, 용가재를 400℃이상 1080℃ 이하의 온도로 가열하여, 상기 전열블록과 관현부재를 결합시키는 브레이징 단계;및
    상기 관형부재의 내부에 작동유체 주입하고, 밀봉 및 진공시켜, 관형 부재를 히트파이프로 형성시키는 밀봉 및 진공단계:를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관형부재의 단면은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관형부재의 내부벽에 형성된 윅은, 금속분말이 소결되어 형성된 소결윅(sintered wick), 길이방향으로 형성된 다수의 그루브(groove)로 이루어진 그루브윅(groove wick) 혹은 메쉬부재로 형성된 메쉬윅(mesh wick) 중 적어도 하나 혹 은 2개 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용가재는, 은과 구리 중 적어도 하나를 50%이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 브레이징단계는, 가열온도의 범위가 600℃이상 900℃이하인 것을 특징으로 하는 전열블록을 구비한 히트파이프 제조방법.
  6. 발열부품에 접하도록 장착되어 상기 발열부품에서 발생되는 열을 전달받는 전열블록;
    상기 전열블록에 형성된 결합홈; 및
    상기 결합홈에 적어도 일부분이 결합된 히트파이프를 포함하여 구성되되,
    상기 전열블록과 상기 히트파이프는, 은과 구리 중 적어도 하나를 50%이상 포함하고 있는 용가재에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전열블록을 구비한 히트파이프.
  7. 발열부품에 접하도록 장착되어 상기 발열부품에서 발생되는 열을 전달받는 전열블록;
    상기 전열블록에 형성된 결합홈;
    상기 결합홈에 적어도 일부분이 결합된 히트파이프; 및
    상기 히트파이프에 결합되어, 상기 발열부품에서 발생되는 열을 상기 히트파이프를 통해 전달받아 외부로 방열시키는 방열부를 포함하여 구성되되.
    상기 전열블록과 상기 히트파이프는, 은과 구리 중 적어도 하나를 50%이상 포함하고 있는 용가재에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전자부품용 냉각장치.
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