KR20110070154A - 발열소자용 방열장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 발열소자의 발열부에 결합되어 열을 축적하는 히트플레이트; 일면이 노출되도록 히트플레이트에 하나 또는 복수개가 삽입 설치되고, 노출된 일면이 발열소자와 대면하는 히트파이프; 및 발열소자가 결합되지 않은 히트플레이트의 일 측부에 결합되어, 히트플레이트에 축적된 열 및 히트파이프로부터 전달된 열을 외부로 방출시키는 방열핀을 포함하는 발열소자용 방열장치 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 발열소자용 방열장치 및 그 제조방법에 의하면, 히트파이프가 히트플레이트에 삽입 설치되기 때문에, 방열구조가 적은 부피를 차지하도록 컴팩트하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 발열소자로부터 토출되는 열을 히트파이프를 통해 급속도로 전달함으로써 열방출 효율을 향상시킬 수 있다.
히트파이프, 히트플레이트, 발열소자, 방열장치, LED
Description
본 발명은 발열소자용 방열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엘이디(LED;Light Emitting Diode) 등과 같은 발열소자로부터 열을 급속하게 이동시켜 냉각할 수 있는 발열소자용 방열장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 LED(발광다이오드)는 반도체의 일종으로, 전압을 가하면 전기에너지가 빛에너지로 변화하여 발광(發光)하는 형상을 이용하는 발광수단의 일종이다.
이러한 LED를 이용한 조명기구는 현재 주로 사용되고 있는 백열등이나 형광등에 비하여 전력소비가 적을 뿐 아니라 다양한 색상의 빛을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 실제 LED는 화합물반도체에 사용되는 원소의 조성비에 따라 달라지고, 갈륨과 인의 조성비에 따라 적색에서 자외선(UV)에 근접한 색상까지 만들 수 있다. 이러한 원리로 LED는 적색, 녹색, 청색의 색의 삼요소에 해당하는 LED모듈을 생산하게 되었고, 이러한 색의 삼원색에 해당하는 모듈의 조합으로 실제 트루컬러의 색상표현이 가능해졌다.
때문에 실내조명뿐 아니라 LED소자를 모듈화 한 전광판이나 자동차용 조명, 신호등을 비롯하여 모니터와 TV 등의 디스플레이, 통신용전송장치 및 광계측기 등의 광 응용분야에 이르기까지 다양한 분야로의 발전 가능성을 보이고 있다.
하지만 상기와 같은 LED소자는 시간이 경과함에 따라 발열량이 증가하게 된다. 또한 발열에 따른 기기의 오작동 또는 파손을 방지하기 위해 방열구조를 갖는 히트싱크(Heat sink) 또는 히트파이프(Heat pipe) 등을 설치하여 사용했으나, LED소자에 비하여 설치되는 방열구조의 부피나 면적이 커서 전체적인 구조물의 크기가 증가하기 때문에, 효율적인 방열효과를 얻기 힘들다는 한계에 직면하게 되었다.
본 발명은 발열소자용 방열장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 부피나 면적을 많이 차지하지 않도록 방열구조를 간소하게 구성하면서도, 발열소자로부터 발생하는 열을 외부로 급속하게 이동시켜 냉각할 수 있는 발열소자용 방열장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 발열소자용 방열장치는 발열소자의 발열부에 결합되어 열을 축적하는 히트플레이트; 일면이 노출되도록 상기 히트플레이트에 하나 또는 복수개가 삽입 설치되고, 노출된 일면이 상기 발열소자와 대면하는 히트파이프; 및 상기 발열소자가 결합되지 않은 상기 히트플레이트의 일 측부에 결합되어, 상기 히트플레이트에 축적된 열 및 상기 히트파이프로부터 전달된 열을 외부로 방출시키는 방열핀을 포함한다.
상기 히트플레이트에는, 삽입 설치되는 상기 히트파이프에 대응하는 히트파이프홈이 형성될 수 있다.
상기 히트파이프는, 상기 히트플레이트의 히트파이프홈 깊이에 대응하는 두께가 되도록 가압되어 용접될 수 있다.
상기 히트파이프홈에 삽설된 상기 히트파이프와 상기 히트플레이트의 용접부분은 동시에 가공하여 일체형으로 가공될 수 있다.
상기 히트파이프의 노출면과 상기 발열소자는 접촉될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 하나 또는 복수개의 히트파이프를 준비하는 히트파이프 준비단계; 상기 히트파이프를 삽입 설치하기 위한 히트플레이트를 준비하는 히트플레이트 준비단계와; 상기 히트플레이트의 일 측면에 상기 히트파이프에 대응하는 히트파이프홈을 형성하는 히트파이프홈 형성단계; 상기 히트파이프홈에 상기 히트파이프를 삽입한 후, 가압 용접하는 가압용접단계; 상기 가압용접단계에서 생성되는 상기 히트파이프와 히트플레이트의 용접부위를 상기 히트플레이트의 일면 가공과 동시에 가공하는 가공단계; 및 상기 히트파이프홈이 형성되지 않은 상기 히트플레이트의 일 측부에 열을 외부로 방출시키기 위한 방열핀을 결합하는 결합단계를 포함하는 발열소자용 방열장치의 제조방법이 제공된다.
상기 히트파이프는, 상기 히트플레이트의 히트파이프홈 깊이에 대응하는 두께가 되도록 가압되어 용접될 수 있다.
상기 발열소자용 방열장치의 제조방법은, 상기 히트플레이트와 히트파이프의 동시 가공면을 초음파 세척하는 초음파세척단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 발열소자용 방열장치 및 그 제조방법에 의하면, 히트파이프가 히트플레이트에 삽입 설치되기 때문에, 적은 부피와 면적을 차지하고도 방열구조를 컴팩트하게 구현할 수 있어서 장치의 공간 이용효율이 향상된다.
또한 발열소자로부터 토출되는 열을 히트파이프를 통해 급속도로 전달함으로써 열방출 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이 발열소자의 배열된 형상에 따라서 히트파이프를 자유롭게 배치하여 내장/설치할 수 있기 때문에 발열소자의 배열 형상에 탄력적으로 대처할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발열소자용 방열장치와 발열소자의 결합상태를 나타낸 결합사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 발열소자용 방열장치(100)는 발열소자(200)의 하측에서 상기 발열소자(200)의 발열부에 의해 발열되는 열을 축적하는 히트플레이트(110)와, 상기 히트플레이트(110) 하측에 결합되어 상기 히트플레이트(110)에 축적된 열을 방출시키는 방열핀(130)을 포함한다. 여기서 상기 발열소자(200)의 발열부는, 발광체인 LED(210)와, 이러한 LED(210)를 구동하기 위한 PCB(Printed Circuit Board)기판(220)을 포함한다.
도 2는 도 1에 나타낸 발열소자용 방열장치의 분해사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 발열소자용 방열장치(100)는 상기 히트플레이트(110)의 일측면에 삽입 설치되어 발열소자로(200)부터 발생한 열을 이동시키는 히트파이프(120)를 더 포함한다. 이를 위해 상기 히트플레이트(110)에는 상기 히트파이 프(120)가 삽입 설치될 수 있도록 히트파이프홈(111)이 형성된다. 그리고 이러한 히트파이프홈(111)에 상기 히트파이프(120)가 삽입 설치되어 상기 발열소자(200)의 발열부로부터 발생한 열을 급속도로 이동시킬 수 있게 된다.
상기 히트파이프(Heat-Pipe)는 매우 높은 열전도계수를 가지는데, 은이나 구리의 수십에서 수 백 배에 해당된다. 상기 히트파이프는 가볍고 부피를 많이 차지하지 않으면서도 별도의 동력 없이 높은 열전달 능력을 가지고 있으며 반영구적으로 사용가능하다. 따라서 상기 히트파이프를 이용하여 냉각하게 되면, 기존의 중량과 공간을 많이 차지하던 냉각방법에 비해 월등히 우수한 효과를 가진다.
또한 상기 히트파이프는 작동유체가 응축부에서 증발부로 귀환하는 구동력에 따라 모세관식, 중력식, 회전식, 전자기력식 등 여러 가지 타입이 있으며 통상의 히트파이프는 여러 모양의 윅(Wick)이 삽입된 모세관식을 지칭한다. 모세관식은 윅의 형상에 따라 WRAPPED SCREEN TYPE, SINTERED METAL TYPE, AXIAL GROOVE TYPE으로 분리하며, 특징으로서 무중력 또는 중력 하에서도 증발부의 위치가 변화하거나 상부에 위치하여도, 즉 설치각도에 제한이 없다.
상기 히트파이프(120)와 히트파이프홈(111)은 발열소자(200)가 배치되는 형상에 대응하여 또는 사용자의 필요 요건에 따라서 절곡되거나 또는 가공된다. 그리고 상기 히트파이프(120)는 하나 또는 복수개를 서로 겹치지 않도록 하여 삽입 설치하는 것이 가능하다.
상기 히트플레이트(110)에 히트파이프홈(111)을 형성한 후, 상기 히트파이프(120)를 상기 히트파이프홈(111)의 형상으로 가공하여 삽입하고, 가압 및 용접하 여 상기 히트플레이트(110)와 일체형으로 가공한다.
상기 히트파이프홈(111)에 배치되는 상기 히트파이프(120)는 상기 히트플레이트(110)의 외측으로 돌출되지 않도록 가압하여 동일 높이를 갖도록 한 후, 가공된다. 그런 다음, 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)의 결합면을 용접한다.
한편, 상기 방열핀(130)은 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)로부터 방열되는 열량에 따라 면적을 조절할 수 있다.
도 3은 도 2에 나타낸 히트플레이트와 히트파이프의 동시가공을 나타낸 공정도이다.
도면을 참조하면, 상기 히트플레이트(110) 상면(113)에는 히트파이프(120)가 용접되면서 슬래그(Slag) 등의 부산물이 형성되며, 또한 용접면(112)이 고르게 형성되지 않기 때문에 평면가공장치(140)에 의해 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)를 동시에 소정 두께를 갈아내는 가공을 한다.
도 4는 도 2에 나타낸 히트플레이트와 히트파이프가 동시 가공면을 나타낸 평면도이다.
도면을 참조하면, 상기 히트플레이트(110)의 히트파이프홈(111)에는 상기 히트파이프(120)가 삽입되어 설치된 상태를 나타낸다. 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)가 결합된 면은 평면으로 가공되어 상측으로 발열소자(200;도 1참조)의 PCB기판(220)이 결합될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 상기 발열소자용 방 열장치의 제조방법에 관해 설명한다. 도 5는 도 2에 나타낸 발열소자용 방열장치의 제조방법에 따른 흐름도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 히트파이프(120)는 복수개인 LED(210)의 배열상태에 대응할 수 있도록 상기 히트파이프(120)를 준비한다(S10). 상기 히트파이프(120)는 내부에 유동하는 작동유체(미도시)의 순환에 간섭이 발생하지 않도록 절곡될 수 있다. 따라서 상기 히트파이프(120)는 발열소자(200)의 배열상태에 상관없이 가공이 가능하다. 또한 상기 히트파이프(120)의 준비단계(S10)는 발열소자(200)에 포함된 LED(210)의 작동온도와, LED(210)의 배치위치에 따라 내부에 형성되는 소결체(미도시)의 형태와 작동유체의 종류를 구별하여 가공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 히트파이프(120)는 분말소결법을 이용한 모세관 유형의 히트파이프(120)로써 역방향 동작 시에도 효과적인 성능을 갖는다. 상기 히트파이프(120)는 진공 상태의 파이프 속에 끓는점이 낮은 액체 상태의 작동 유체를 되돌려 보내는 형식, 즉 발열소자(200)의 LED(210)에 인접하게 배치되는 증발부에서 액체가 가열되어 기체 상태로 응축부로 열기를 전달하고 방열핀에서 강제대류방식으로 열을 식혀 다시 액체가 되어 증발부로 돌아가는 형식을 사용한다. 상기 히트파이프(120)는 상기 발열소자(200)와 접촉하는 일 측이 증발부가 되고, 타 측이 응축부가 되어 상기 히트파이프(120)와 접촉하게 된다. 상기 작동유체로는 암모니아, 프레온11, 프레온113, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 물 등의 혼합물이 사용될 수 있으며, 발열소자(111)의 작동 온도에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 히트플레이트(110)는 발열소자(200)가 배치되는 규모에 따라 그 크기와 두께를 가공하여 준비한다(S20).
상기 히트파이프(120)의 준비단계(S10)와 상기 히트플레이트(110)의 준비단계(S20)가 완료되면, 상기 히트플레이트(110)에는 상기 히트파이프(120)가 가공된 형상에 대응하여 상기 히트파이프홈(111)을 형성한다(S30). 상기 히트파이프홈(111)이 형성되는 상기 히트플레이트(110)의 일면은 발열소자(200)가 결합되는 흡열면(113)이 형성되고, 상기 히트플레이트(110)의 타면은 상기 발열소자(200)로부터 흡수한 열을 배출하는 배출면(114)이 형성된다. 이때 상기 흡열면(113)은 상기 증발부에 대응되고, 상기 배출면(114)은 응축부에 각각 대응되는 구조를 갖는다. 따라서 상기 흡열면(113)으로부터 흡수된 열은 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)에 의해서 배출면(114)으로 이동하게 된다.
상기 히트플레이트(110)의 히트파이프홈(111)에 위치한 상기 히트파이프(120)는 상기 히트플레이트(110)의 높이와 동일한 높이로 가압되고, 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)의 접촉면이 용접되는 가압용접단계(S40)가 이루어진다. 상기 용접은 납땜으로 이루어질 수 있으며, 상기 히트플레이트(110)의 흡열면(113)에서 상기 히트파이프(120)와 이격되는 부분이 발생하지 않도록 용접된다.
상기 가압용접단계(S40)가 완료되면, 상기 히트플레이트(110)는 지그(Jig)에 장착되어 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)가 결합된 상기 흡열면(113)을 가공하는 가공단계(S50)가 이루어진다. 상기 가공단계(S50)는 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)를 동시에 가공하여 상기 흡열면(113) 상에서 일체형의 형상으로 가공된다.
상기 가공단계(S50)가 완료되면, 일체형의 형상으로 가공된 상기 흡열면(113)은 가공된 부분을 세척하는 초음파 세척단계(S60)가 이루어진다.
상기 초음파 세척단계(S60)에서 불순물이 제거된 후, 상기 배출면(114)에는 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)로부터 이동된 열을 방출시키는 방열핀(130) 결합단계(S70)가 이루어진다. 상기 방열핀(130)은 얇은 판재 형상의 핀(Fin)이 복수개 동일패턴으로 배열되도록 하여 형성할 수 있으며, 상기 히트플레이트(110)와 히트파이프(120)로부터 배출되는 열을 방열시킨다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 발열소자용 방열장치 및 그 제조방법에 의하면, 히트파이프가 히트플레이트에 삽입 설치되기 때문에, 적은 부피와 면적을 차지하고도 방열구조를 컴팩트하게 구현할 수 있어서 장치의 공간 이용효율이 향상된다. 또한 발열소자로부터 토출되는 열을 히트파이프를 통해 급속도로 전달함으로써 열방출 효율을 향상시킬 수 있다. 더욱이 발열소자의 배열된 형상에 따라서 히트파이프를 자유롭게 배치하여 내장/설치할 수 있기 때문에 발열소자의 배열 형상에 탄력적으로 대처할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발열소자용 방열장치와 발열소자가 결합된 상태를 나타낸 결합사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 발열소자용 방열장치의 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 히트플레이트와 히트파이프의 동시가공을 나타낸 공정도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 히트플레이트와 히트파이프의 동시 가공면을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 발열소자용 방열장치의 제조방법에 따른 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
100 : 방열장치 110 : 히트플레이트
120 : 히트파이프 130 : 방열핀
140 : 평면가공장치 200 : 발열소자
Claims (8)
- 발열소자의 발열부에 결합되어 열을 축적하는 히트플레이트;일면이 노출되도록 상기 히트플레이트에 하나 또는 복수개가 삽입 설치되고, 노출된 일면이 상기 발열소자와 대면하는 히트파이프; 및상기 발열소자가 결합되지 않은 상기 히트플레이트의 일 측부에 결합되어, 상기 히트플레이트에 축적된 열 및 상기 히트파이프로부터 전달된 열을 외부로 방출시키는 방열핀을 포함하는 발열소자용 방열장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 히트플레이트에는,삽입 설치되는 상기 히트파이프에 대응하는 히트파이프홈이 형성된 발열소자용 방열장치.
- 청구항 2에 있어서,상기 히트파이프는,상기 히트플레이트의 히트파이프홈 깊이에 대응하는 두께가 되도록 가압되어 용접된 것을 특징으로 하는 발열소자용 방열장치.
- 청구항 3에 있어서,상기 히트파이프홈에 삽설된 상기 히트파이프와 상기 히트플레이트의 용접부분은 동시에 가공하여 일체형으로 가공된 것을 특징으로 하는 발열소자용 방열장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 히트파이프의 노출면과 상기 발열소자 접촉된 것을 특징으로 하는 발열소자용 방열장치.
- 하나 또는 복수개의 히트파이프를 준비하는 히트파이프 준비단계;상기 히트파이프를 삽입 설치하기 위한 히트플레이트를 준비하는 히트플레이트 준비단계;상기 히트플레이트의 일 측면에 상기 히트파이프에 대응하는 히트파이프홈을 형성하는 히트파이프홈 형성단계;상기 히트파이프홈에 상기 히트파이프를 삽입한 후, 가압 용접하는 가압용접단계;상기 가압용접단계에서 생성되는 상기 히트파이프와 히트플레이트의 용접부위를 상기 히트플레이트의 일면 가공과 동시에 가공하는 가공단계; 및상기 히트파이프홈이 형성되지 않은 상기 히트플레이트의 일 측부에 열을 외부로 방출시키기 위한 방열핀을 결합하는 결합단계를 포함하는 발열소자용 방열장치의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,상기 히트파이프는,상기 히트플레이트의 히트파이프홈 깊이에 대응하는 두께가 되도록 가압되어 용접된 것을 특징으로 하는 발열소자용 방열장치의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,상기 히트플레이트와 히트파이프의 동시 가공면을 초음파 세척하는 초음파세척단계를 더 포함하는 발열소자용 방열장치의 제조방법.
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