KR20120002356A - 열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 엘이디(LED) 조명등의 발광모듈과 같이 고열을 발생하는 부분 또는 장치에 설치되어 그 고열을 효과적으로 방열하는 방열판에 관한 것으로, 특히 방열판의 몸체를 합성수지로 형성하고 이 합성수지 표면에 열전달 성능이 우수한 금속재를 코팅하여, 종래보다 방열판의 중량을 현저하게 줄이면서도 방열효율을 향상시킬 수 있는 열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판에 관한 것으로,
이의 구성은 몸체 일측면은 발열부재와 면접촉할 수 있도록 평면이 형성되고, 타측면에는 공기와의 접촉하는 복수 개의 방열돌기가 돌출되는 방열판에 있어서,
상기 방열판은 합성수지재질로 구성되고, 그 표면에 열전달 성질을 갖는 금속재가 코팅되며;
상기 몸체는 일측면과 양측면이 관통되게 구멍이 형성되고, 이 구멍 내부에 금속재가 코팅되는 것을 특징으로 한다.

Description

열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판{Synthetic resins heat sinks coated heat transfer material}

본 발명은 엘이디(LED) 조명등의 발광모듈과 같이 고열을 발생하는 부분 또는 장치에 설치되어 그 고열을 효과적으로 방열하는 방열판에 관한 것으로, 특히 방열판의 몸체를 합성수지로 형성하고 이 합성수지 표면에 열전달 성능이 우수한 금속재를 코팅하여, 종래보다 방열판의 중량을 현저하게 줄이면서도 방열효율을 향상시킬 수 있는 열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판에 관한 것이다.

주지한 바와 같이 방열판은 장치 또는 시스템의 발열부분, 예컨대 LED 조명등의 발광모듈과 같이 고열을 발생하는 곳에 면접촉 상태로 설치되어 그의 발열을 흡수하여 공기와의 넓은 접촉면적으로 흡수된 열을 공기 중에 방열하는 용도로 사용된다.

이러한 용도로 사용되는 방열판은 열전달을 통해 열을 공기 중에 방열하는 것으로, 종래에는 금속재를 사용하였으며, 특히 알루미늄소재가 많이 사용되었다. 알루미늄은 비중이 2.7로 가볍고 또한 열전도율이 236W/mK로 우수한 물리적 특징을 가지고 있으면서도 값이 싸고 구입하기 쉬워 방열판으로 가장 널리 사용되고 있다.

이러한 방열판은 도 1의 사진에서 보는 바와 같이 사용 목적과 용도에 따라 다양한 형태로 제작되고 있는데, 공통된 특징은 몸체 일측면에 형성된 평면부분이 열을 발생시키는 발열부재와 넓은 면접촉 상태로 고정되고, 타측면에 형성된 복수 개의 방열돌기는 공기에 노출된다.

따라서, 방열판은 복수 개의 방열돌기들 사이에 형성된 틈으로 공기가 순환하므로 몸체 및 방열돌기에 흡열된 열이 상기 순환하는 공기에 노출되어 냉각되므 공랭식으로 방열 목적을 수행하게 된다.

그러나, 종래의 방열판은 비록 비중이 작고 열전도율이 비교적 우수한 알루미늄 소재를 사용하고 있으나, 대형 조명등을 방열시키기 위해서는 알루미늄 방열판도 대형을 사용해야 하므로, 부피가 크고 중량이 무거워 설치가 곤란할 뿐만 아니라 고장시 무거운 중량 때문에 방열판 교체작업에 많은 번거로움이 있었다.

또한, 알루미늄 재질로 구성된 방열판은 주로 압출 성형으로 제조하게 되므로 형상과 모양을 다양하게 구성하는 것이 까다로운 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 플라스틱으로 구성된 방열판이 양산되고 있다. 이 플라스틱 방열판(Plastics Heat Dissipation)는 합성수지와 열전도율이 좋은 분말형태의 금속재를 혼합하여 사출로 성형하였다.

그러나 상기 플라스틱 방열판은 알루미늄 소재의 방열판보다 가벼워 대형 방열판 사용에 따른 제반 문제점은 해결할 수 있으나, 분말형태의 금속재가 합성수지와 혼합되므로 성형된 분말이 밀접하게 접촉되지 않은 상태로 성형될 경우 방열효율이 저하될 뿐만 아니라 이 문제가 해결되지 않으면 많은 불량품이 양산되는 문제를 해결할 수 없는 단점이 있다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 방열판의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 방열판의 몸체를 합성수지로 형성하고 이 합성수지 표면에 열전달 성능이 우수한 금속재를 코팅하여, 종래보다 방열판의 중량을 현저하게 줄이면서도 방열효율을 향상시킬 수 있는 열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 방열판의 몸체를 합성수지재를 사용하여 금형의 사출성형에 의해 다양한 형상과 모양으로 성형 가능하여 제품의 다양성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방열판의 구성은 통상의 방열판과 같이 몸체 일측면은 발열부재와 면접촉할 수 있도록 평면이 형성되고, 타측면에는 공기와의 접촉하는 복수 개의 방열돌기가 돌출되는데, 상기 방열판의 몸체는 합성수지재질로 구성되고, 이 몸체의 표면에 열전달 성질을 갖는 금속재가 코팅되며, 몸체의 일측면과 양측면이 관통되게 구멍이 형성되고, 이 구멍 내부에 금속재가 코팅되어, 결국 몸체 표면 전체가 열전달 물질로 코팅되는 것이 특징이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 방열판은 종래 무거운 알루미늄 소재를 대체하는 것으로, 몸체 자체를 공지의 합성수지 소재를 사용하여 가볍고 그 표면에 열전도율이 우수한 금속재를 코팅하므로 코팅된 금속재가 가지는 열전도율을 확보하여 방열효율을 높일 수 있는 장점을 가진다.

뿐만 아니라, 본 발명의 사용목적에 따라 열전도율이 우수한 금속재, 즉 금, 은, 동 금속재를 상황에 따라 선택적으로 결정할 수 있고, 이들 금속재의 코팅 두께에 따라 방열효율을 조절할 수 있다.

그리고, 본 발명의 방열판은 몸체, 즉 평면부와 방열돌기 사이에 복수 개의 구멍을 관통하고 이 구멍 내부에도 금속재를 코팅하여 평면부로부터 흡수된 열이 상기 구멍을 통해 곧바로 방열돌기로 전달되어 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명은 방열판의 소재가 사출성형이 가능한 합성수지를 사용하게 되므로 방열판의 형상과 모양을 사출성형으로 다양하게 제조할 수 있는 장점이 있고, 또한 알루미늄보다 값이 저렴한 합성수지를 사용하므로 제조원가를 절감할 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 종래 방열판을 보인 사진
도 2는 본 발명에 따른 방열판 개략적인 구성도
도 3은 본 발명에 따른 방열판 사진
도 4는 본 발명의 테스트에 적용된 LED 전등모듈 및 방열판 조립도
도 5는 본 발명에 따른 실험 데이터

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방열판의 구성을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 방열판(1)은 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 몸체(1) 일측면은 LED 조명등의 발광모듈(도 4에 도시됨)과 같은 발열부재(H)와 면접촉할 수 있도록 평면(1a)이 형성되고, 타측면에는 공기와의 접촉하는 몸체(1)에 흡수된 열을 방열하는 복수 개의 방열돌기(1b)가 돌출된다.

상기 방열판(1)은 합성수지재질로 구성되고, 그 표면에 열전달 성질을 갖는 금속재(1c)가 코팅되는 것이 특징이다.

한편, 상기 몸체(1)는 일측면과 양측면이 관통되게 구멍(1d)이 형성되고, 이 구멍(1d) 내부에도 금속재(1c)가 코팅된다.

상기 합성수지는 그 재질에 따라 여러 가지 종류가 있으며, 금속재(1c)가 코팅될 수 있는 것은 본 발명에 모두 적용될 수 있다.

상기 합성수지는 엔지니어링플라스틱(Engineering Plastics)을 사용하며, 이는 공업재료·구조재료로 사용되는 강도 높은 플라스틱이다. 상기 엔지니어링플라스틱은 강철보다도 강하고 알루미늄보다도 전성(展性)이 풍부하며, 금·은보다도 내약품성이 강한 고분자 구조의 고기능 수지로 알려져 있다.

엔지니어링플라스틱의 성능과 특징은 그 화학구조에 따라 다른데, 주로 폴리아마이드·폴리아세틸·폴리카보네이트·PBT(폴리에스터수지)·변성 PPO(폴리페닐렌옥사이드)의 5종류로 분리된다. 이들의 공통점은 분자량이 몇 십∼몇 백 정도의 저분자 물질인 종래의 플라스틱과는 달리, 몇 십만∼몇 백만이나 되는 고분자물질이라는 점이다.

따라서 엔지니어링플라스틱은 강도·탄성뿐만 아니라, 내충격성·내마모성·내열성·내한성·내약품성·전기절연성 등이 뛰어나 그 용도도 가정용품·일반잡화는 물론, 카메라·시계부품·항공기 구조재·일렉트로닉스 등 각 분야에 걸쳐 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 적용되는 합성수지는 엔지니어링플라스틱을 유리섬유 또는 탄소섬유 등과 혼합시켜, 더욱 강력한 특성을 발휘하는 복합재료인 섬유강화플라스틱(FRP: fiber reinforced plastics)을 사용할 수도 있다.

상기 합성수지에 코팅되는 금속재(1c)는 열전달이 알루미늄보다 우수한 재질인 금, 은 또는 동 중에서 선택할 수 있다. 상기 금속재(1c)는 금, 은, 동 이외에도 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 금속재면 모두 사용할 수 있다.

여기서, 금의 열전도율은 316W/mK이고, 은은 427W/mK이고, 동은 399W/mK이다. 이들 모두 열전도율이 236W/mK인 알루미늄보다 열전도율이 훨씬 우수하다. 따라서 상기 금, 은, 동의 금속을 사용하면 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 된다.

상기 금속재(1c)는 구멍(1d)이 관통된 합성수지 표면에 코팅되는데, 그 코팅 두께는 0.2미크론 이상 하는 것이 바람직하다. 코팅두께가 얇으면 얇을수록 열전달 효율이 저하되기 때문이다.

따라서, 열전달 효율을 높이기 위해서는 금속재(1c)의 코팅두께를 두껍게 할수록 좋다.

<실시예>

도 3의 사진 속의 3W, 6W LED 전등모듈을 방열시키는 방열판에 동(구리)을 0.02㎜코팅하였다.

3W LED 전등모듈을 방열시키는 방열판은 종래 알루미늄소재의 방열판 체적비 6.0㎤ 와 동일한 체적을 가지며 그 표면에 코팅된 동(구리)의 부피는 0.15㎤ 가 되었으며, 방열실험 결과는 도 5에 나타내었다.

6W LED 전등모듈을 방열시키는 방열판은 알루미늄소재의 방열판 체적비 29.20㎤ 와 동일한 체적을 가지며 그 표면에 코팅된 동(구리)의 부피는 0.28㎤ 가 되었으며, 방열실험 결과는 도 5에 나타내었다.

상기 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이 3W, 6W LED 전등모듈을 도 4와 같이 장치하여 도 5의 그래프 시간동안 방열실험을 실시한 결과, 3W, 6W LED 전등모듈을 방열시키는 방열판 모두 P1의 온도가 약 49℃로 알루미늄(AL)의 온도 41℃보다 높게 나타났다.

이 결과는 P1의 지점에서 종래 알루미늄 방열판의 온도가 본 발명의 방열판의 온도보다 낮게 나타나 방열 성능이 더 우수하다는 것을 의미한다.

이를 근거로, 본 발명의 방열판(1)의 금속재(1c)의 코팅두께를 상기 실험 두께보다 더 두껍게 하면 그만큼 사용량이 많게 되므로, 결국 알루미늄보다 열전도율이 훨씬 우수한 금, 은, 또는 동 소재가 더 많이 사용되고 그 사용량에 따라 열전달 온도는 비례하게 되므로 도 5의 결과와 반대 현상이 발생한다는 것은 당업자라면 당연히 예측할 수 있다 하겠다.

이와 같이 당연히 예측할 수 있는 결과를 입증하기 위해 현재 본 출원인은 연구와 실험 중에 있으며, 결과물을 제시하여 도 5와 반대결과가 나타난다는 것을 입증하면 더 없이 바람직할 것이나, 출원인의 급한 사정에 의해 도 5와 반대 현상의 데이타를 제시하지 못하고 본 발명을 미리 출원하는 것이 매우 아쉽다.

추후, 연구와 실험이 완료되면 그 결과를 이른 시일내에 다시 출원할 예정임을 밝힌다.

1 : 방열판 1a : 평면
1b : 방열돌기 1c : 금속재
1d : 구멍 H : 방열부재

Claims (4)

1. 몸체 일측면은 발열부재와 면접촉할 수 있도록 평면이 형성되고, 타측면에는 공기와의 접촉하는 복수 개의 방열돌기가 돌출되는 방열판에 있어서,
   상기 방열판은 합성수지재질로 구성되고, 그 표면에 열전달 성질을 갖는 금속재가 코팅되는 것을 특징으로 하는 열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판.
   
2. 몸체 일측면은 발열부재와 면접촉할 수 있도록 평면이 형성되고, 타측면에는 공기와의 접촉하는 복수 개의 방열돌기가 돌출되는 방열판에 있어서,
   상기 방열판은 합성수지재질로 구성되고, 그 표면에 열전달 성질을 갖는 금속재가 코팅되며;
   상기 몸체는 일측면과 양측면이 관통되게 구멍이 형성되고, 이 구멍 내부에 금속재가 코팅되는 것을 특징으로 하는 열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 합성수지는 엔지니어링플라스틱 또는 섬유강화플라스틱 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판.
   
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 금속재는 금, 은 또는 동 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전달 물질이 코팅된 합성수지 방열판.
   

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