KR20110066577A

KR20110066577A - 펠티어 효과를 이용한 씨피유 칩의 냉각 장치

Info

Publication number: KR20110066577A
Application number: KR1020090123284A
Authority: KR
Inventors: 배광식
Original assignee: 배광식
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-17

Abstract

본 발명은 예를 들어 CPU 칩(Central Processing Unit chip)과 같은 발열체에서 발생한 열을 펠티어 효과(peltier effect)를 효율적으로 이용하여 한편으로는 최소한의 소음 발생으로 효과적으로 냉각시키면서 다른 한편으로는 펠티어로부터의 새로운 전원으로 활용하고자 하는 냉각 장치에 관한 것이다. 이러한 냉각 장치는 CPU 칩 상에 제공되며, 다수의 방열휜이 나란하게 배열되어 있는 제 1 방열판; 상기 제 1 방열판 상에 제공되어 있는 펠티어 모듈; 상기 펠티어 모듈 상에 제공되어 있으며, 다수의 방열휜이 나란하게 배열되어 있는 제 2 방열판을 포함한다. 이때, 상기 제 1 방열판과 상기 제 2 방열판은 열적으로 연결된다. 본 발명에 의하면, 펠티어 모듈의 최적 이용을 통해 송풍팬의 회전 속도와 냉각팬의 회전 속도를 느리게 할 수 있어 소음 발생 가능성을 줄일 뿐만 아니라 경우에 따라서는 CPU 칩의 냉각이 급속도로 이루어지므로 고용량의 작업에도 적합할 것이다.

냉각 장치, CPU 냉각, 펠티어

Description

펠티어 효과를 이용한 씨피유 칩의 냉각 장치 {COOLING APPARATUS EFFECTIVELY USING PELTIER EFFECT}

본 발명은 예를 들어 CPU 칩 (Central Processing Unit chip)과 같은 발열체에서 발생한 열을 펠티어 효과(peltier effect)를 효율적으로 이용하여 한편으로는 최소한의 소음 발생으로 효과적으로 냉각시키면서 다른 한편으로는 펠티어 또는 열전소자로부터의 새로운 전원으로 활용하고자 하는 냉각 장치에 관한 것이다.

산업이 발달함에 따라 전자제품들은 점점 소형화되고 있다. 이러한 소형화에 따라 전자제품들도 소형화 및 집적화되고 있으며, 이러한 집적화는 단위 용적당 열 발생 가능성을 증가시킨다.

전자부품에서 발생되는 열은 빠르게 냉각시키거나 외부로 방출시키지 않으면 전자부품의 작동에 영향을 미쳐 전자제품의 사용을 방해한다.

특히, 컴퓨터에 탑재되는 CPU 칩의 경우에는 고성능화에 비례하여 많은 열이 발생하기 때문에 이의 처리 효율을 높이기 위해서는 이의 신속한 냉각이 필수적이다. 이때, 신속한 냉각을 위해 보통 냉각팬(cooling fan)이 이용되는데, 이러한 냉각팬의 회전 속도의 증가는 소음 발생을 증가시켜 사용자에 의한 사용 환경에 부 정적인 영향을 미친다.

이러한 소음 발생을 줄이고자 많은 연구들이 수행되었는데, 이 중에서 대표적으로 출원인이 삼성전자 주식회사이고 발명의 명칭이 "냉각장치를 갖는 반도체 패키지"인 한국공개특허 제2000-0008453호가 언급될 수 있다. 이 공개특허문헌은 본원에 전체가 포함된다.

이 공개특허문헌에는 반도체 패키지에 펠티어 효과에 의해 작동되는 펠티어 모듈의 흡열 영역을 반도체 패키지에 설치하여 반도체 패키지에서 발생한 열을 외부로 방열시키는 냉각 구조가 개시되어 있다. 이 공개특허문헌에 따른 반도체 패키지는 도 6에 도시된 바와 같이, CPU 칩(210) 상에 히트 슬러그(230)가 접착되고, 히트 슬러그(230) 상에는 펠티어 모듈(230), 방열 휜(fin)(320)이 순차적으로 부착된다. 방열 휜(320) 상에는 냉각 팬(310)이 장착되어 방열 휜(320)으로부터의 열을 외부로 방출시킨다.

이 공개특허문헌에 개시된 반도체 패키지에서 사용되는 펠티어 모듈(230)은 흡열 영역인 (도면상) 하부와 저온 상태로 유지되어야 하는 (도면상) 상부를 가져야 펠티어 효과가 발생하는데 이러한 펠티어 효과를 효과적으로 발생시키려면 냉각 팬(310)이 여전히 고속으로 회전되어야 유지될 수 있을 것으로 예상된다. 즉, 냉각 팬(310)의 회전 속도를 줄이는 효과는 그다지 크지 않을 것으로 예상된다.

따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 예를 들어 CPU 칩 (Central Processing Unit chip)과 같은 발열체에서 발생한 열을 냉각시키거나 방출시킬 때 펠티어 효과(peltier effect)에 의해 작동하는 펠티어 모듈을 보다 효율적으로 이용하여 전체적인 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 냉각 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,

CPU 칩 (Central Processing Unit Chip)의 냉각 장치에 있어서,

상기 CPU 칩 상에 제공되며, 다수의 방열휜이 나란하게 배열되어 있는 제 1 방열판;

상기 제 1 방열판 상에 제공되어 있는 펠티어 모듈;

상기 펠티어 모듈 상에 제공되어 있으며, 다수의 방열휜이 나란하게 배열되어 있는 제 2 방열판을 포함하며,

상기 제 1 방열판과 상기 제 2 방열판은 열적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 CPU 칩의 냉각 장치를 제공한다.

본 발명에 있어, 상기 제 1 방열판과 상기 제 2 방열판은 일체형으로 제공된다. 다르게는, 상기 제 1 방열판과 상기 제 2 방열판은 유체 덕트에 의해 서로 열적으로 연결되되, 상기 유체 덕트는 상기 제 1 방열판(30)에 배열되어 있는 다수의 방열휜 사이의 공간과 상기 제 2 방열판에 배열되어 잇는 다수의 방열휜 사이의 공간으로 유체적으로 통하도록 연결된다. 이 경우, 바람직하게는, 상기 유체 덕트에 송풍팬이 더 제공되며, 상기 송풍팬은 제 1 방열판으로부터 제 2 방열판으로 공기가 강제로 이송되게 배치된다.

본 발명에 있어, 상기 제 2 방열판 상에는 상기 제 2 방열판으로부터의 열을 발산시키기 위한 냉각팬이 더 구비된다.

본 발명에 있어, 상기 제 1 방열판과 상기 제 2 방열판 중의 어느 하나 또는 모두는 바람직하게는 알루미늄 재질로 구성된다.

본 발명에 따른 CPU 칩의 냉각 장치는 제 1 방열판과 제 2 방열판 사이에 펠티어 모듈이 배치되고, 제 1 방열판으로부터의 공기를 유체 덕트와 송풍팬을 이용하여 빠른 속도로 제 2 방열판에 송출하고, 제 2 방열판으로부터의 공기를 냉각팬에 의해 신속하게 송출하므로, CPU 칩의 냉각 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제 1 방열판과 제 2 방열판 사이에 삽입되어 배치되어 있는 펠티어 모듈 또는 열전소자도 전원 장치로 사용할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명은 첨부된 예시 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

도 1에는 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치의 요부가 분해되어 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 CPU 칩의 냉각 장치에서의 공기 흐름이 도해되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 일부에 속하는 펠티어 모듈 의 내부 모습이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치는 도시된 바와 같이 CPU 칩(10) 상에 제공되는 제 1 방열판(30), 상기 제 1 방열판(30) 상에 제공되어 있는 펠티어 모듈(50), 상기 펠티어 모듈(50) 상에 제공되어 있는 제 2 방열판(70)을 포함한다.

상기한 제 1 방열판(30)과 제 2 방열판(70)에는 도시된 바와 같이 서로에 대하여 나란하게 다수의 휜(fin)이 형성되어 있다. 이러한 각각의 휜(fin)은 면접촉을 하는 제 1 방열판(30)과 제 2 방열판(70)의 (도면상) 저면으로부터의 열기를 빠르게 분산시키는 역할을 하므로 냉각 효율을 증대시키는 역할을 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치는 도시된 바와 같이 제 1 방열판(30)의 측면, 보다 바람직하게는 각각의 휜(fin)이 형성되어 있는 쪽의 측면과 제 2 방열판(70)의 측면, 보다 바람직하게는 각각의 휜이 형성되어 있는 쪽의 측면을 열적으로 연결하기 위한 하나 이상의 유체 덕트(42)를 더 포함한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치는 도시된 바와 같이 제 2 방열판(70) 상에 냉각팬(cooling fan)(80)을 더 포함한다.

상기한 제 1 방열판측의 상기한 각각의 유체 덕트(42)의 내부에는 제 1 방열판(30)으로부터의 공기 흐름을 제 2 방열판(70)의 측면으로 강제로 이송시킬 수 있는 하나 이상의 송풍팬(40)이 제공된다. 본 실시예에서는 유체 덕트(42)에 3개 설치되어 있으나, 본 명세서를 완벽하게 숙지한 당업자라면 각각의 유체 덕트(42)에 설치되는 송풍팬(40)의 크기 및 수를 적절하게 조정할 수 있을 것이다. 이러한 송 풍팬(40)은 유체 덕트(42)의 전방에 또는 제 2 방열판(70)의 전방에도 제공될 수 있으나, 본 실시예에서는 제 1 방열판(30)으로부터의 공기 흐름을 신속하게 이송시키기 위해서 유체 덕트(42)의 내측 전방에 제공되어 있다.

상기한 냉각팬(80)은 제 2 방열판(70)으로부터의 공기와 상기 유체 덕트(42)를 경유하여 도달한 제 1 방열판(30)으로부터의 공기를 함께 외기로 방출시키는 역할을 한다.

도 2에는 도 1에 도시된 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치에서의 공기 흐름이 도해되어 있다.

도 2를 참조하면, 예를 들어, 컴퓨터 등의 작동에 따라 온도가 급속히 상승한 CPU 칩(10)으로부터의 열기는 도시된 바와 같이 일차적으로 제 1 방열판(30)에 이르게 되고, 제 1 방열판(30)에 도달한 열의 일부는 펠티어 모듈(50)에 모듈에 직접 전달된다. 한편, 제 1 방열판(30)에 의해 냉각된 공기는 유체 덕트(42)의 입구에 설치된 각각의 송풍팬(42)에 의해 강제 흐름이 유도된다. 이러한 강제적인 방식으로 유도된 공기는 송풍팬(42)에 의해 유체 덕트(42)를 경유하여 제 2 방열판(70)의 측면으로 이송된다. 제 2 방열판(70)에 도달한 공기(냉기)는 제 2 방열판(70)을 냉각시키는 역할을 하게 된다.

한편, 펠티어 모듈(50)의 도면상 저면은 제 1 방열판(30)으로부터 전달 또는 전도된 열기로 인해 고온 상태를 유지하며, 이러한 고온 상태의 열기는 펠티어 모듈(50)의 상면으로 빠져나오면서 제 2 방열판(70)으로 전달 또는 전도된다. 제 2 방열판(70)으로부터의 열과 유체 덕트(42)를 통해 도달한 냉각된 공기는 서로 접촉 하면서 제 2 방열판(70)의 온도를 떨어뜨리게 되고, 동시에 도시된 바와 같이 제 2 방열판(70) 상에 배치된 냉각팬(80)에 의해 제 2 방열판(70)의 온도는 더욱 더 급속히 떨어지게 된다.

이러한 과정 중에 상기 펠티어 모듈(50)의 일측은 고온 상태로 유지되고 펠티어 모듈(50)의 타측은 저온 상태로 유지되는 것이다. 이러한 상태의 펠티어 모듈(50)은 컴퓨터의 다른 구동 장치의 전원으로 사용될 수 있다. 가령, 최근에 보급되는 컴퓨터의 발광 표시부의 구동원으로도 활용 될 수 있을 것이다.

도 3에는 본 발명의 일부에 속하는 펠티어 모듈의 내부 모습이 도시되어 있다. 이러한 펠티어 모듈의 내부 모습의 예는 배경기술에 인용한 공개특허문헌에 설명되어 있으며, 한국공개특허 제2000-0008453호의 펠티어 모듈은 본 발명의 구성요소 중의 일부로서 포함된다.

도 4 및 도 5에는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치가 도시되어 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 CPU 칩의 냉각 장치에서는, 제 1 방열판(30')과 제 2 방열판(70')이 도시된 바와 같이 일체형으로 형성되어 있고, 펠티어 모듈(50)이 일체형으로 형성된 제 1 방열판(30')과 제 2 방열판(70')의 "ㄷ" 자 형상 중간에 삽입되는 형태의 구조를 갖는다. 도 4 및 도 5에 도시된 CPU 칩의 냉각 장치에서는 또한 상기한 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치에서 요구되었던 송풍팬(40)과 송풍팬(40)에 의해 공기가 강제로 흐를 수 있는 덕트(42)가 생략될 수 있다.

CPU 칩(10)으로부터의 열기는 제 1 방열판(30')에서 일차적으로 흡열된 후, 일부는 펠티어 모듈(50)의 흡열 영역으로 흡열되고, 다른 일부는 제 1 방열판(30')과 제 2 방열판(70')을 연결하는 부위를 통해 제 2 방열판(70')으로 전달 또는 전도된다.

펠티어 모듈(50)로부터의 열기와 제 1 방열판(30')과 제 2 방열판(70') 사이의 연결 부위를 통해 전달 또는 전도된 열은 함께 제 2 방열판(70')에 의해 냉각되면서 냉각팬(80)에 의해 외부로 배출된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치의 요부를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 CPU 칩의 냉각 장치의 유체 흐름을 도해한 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일부에 속하는 펠티어 모듈의 내부 모습을 보여주는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 CPU 칩의 냉각 장치의 요부를 도시한 분해 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 CPU 칩의 냉각 장치의 유체 흐름을 도해한 부분 단면도이다.

도 6은 종래기술에 따른 CPU 칩의 냉각 장치를 나타낸 분해 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : CPU 칩 30, 30' : 제 1 방열판

32, 72 : 휜(fin) 40 : 송풍팬

42 : 유체 덕트 50 : 펠티어 모듈 (또는 열전소자)

70, 70' : 제 2 방열판 80 : 냉각팬

Claims

CPU 칩 (Central Processing Unit Chip)(10)의 냉각 장치에 있어서,

상기 CPU 칩(10) 상에 제공되며, 다수의 방열휜(32)이 나란하게 배열되어 있는 제 1 방열판(30);

상기 제 1 방열판(30) 상에 제공되어 있는 펠티어 모듈(50);

상기 펠티어 모듈(50) 상에 제공되어 있으며, 다수의 방열휜(72)이 나란하게 배열되어 있는 제 2 방열판(70)을 포함하며,

상기 제 1 방열판(30)과 상기 제 2 방열판(70)은 열적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 CPU 칩의 냉각 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 방열판(30)과 상기 제 2 방열판(70)은 일체형인 것을 특징으로 하는 CPU 칩의 냉각 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 방열판(30)과 상기 제 2 방열판(70)은 유체 덕트(42)에 의해 서로 열적으로 연결되되, 상기 유체 덕트(42)는 상기 제 1 방열판(30)에 배열되어 있는 다수의 방열휜(32) 사이의 공간과 상기 제 2 방열판(70)에 배열되어 잇는 다수의 방열휜(72) 사이의 공간으로 유체적으로 통하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 CPU 칩의 냉각 장치.
제 3항에 있어서, 상기 유체 덕트(42)에 송풍팬(40)이 더 제공되며, 상기 송풍팬(40)은 제 1 방열판(30)으로부터 제 2 방열판(70)으로 공기가 강제로 이송되게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 CPU 칩의 냉각 장치.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 방열판(70) 상에는 상기 제 2 방열판(70)으로부터의 열을 발산시키기 위한 냉각팬(80)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 CPU 칩의 냉각 장치.
제 5항에 있어서, 상기 제 1 방열판(30)과 제 2 방열판(70) 중의 어느 하나 또는 둘 모두는 알루미늄 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 CPU 칩의 냉각 장치.