KR20120080271A - 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조, 특히 제작이 간편하고 경제적으로 유리하며 전자기기 내부의 열을 효과적으로 방열할 수 있는 것으로, 본 발명은 상판(1a)과 하판(1b)으로 구성된 전자기기(1)의 하판(1b) 상면에 안착된 메인보드(2) 및 이 메인보드(2)의 상면에 안착된 CPU(Central Processing Unit;3)로부터 발생되는 열을 전자기기(1)의 외부로 방열하는 히트싱크(heat sink)의 구조에 관한 것으로, 메인보드(2)의 상면과 밀착되는 플레이트 형태의 베이스(11)와, 이 베이스(11)의 상면으로부터 연직상방으로 연장돌출되는 복수 개의 방열핀(12)으로 이루어진 방열판(10); 방열판(10)의 상단부와 일정거리 이격되게 전자기기(1)의 상판(1a) 하면에 부착됨으로써 메인보드(2)로부터 방열핀(12)을 따라 전도되어 연직상방으로 이동한 열을 대류에 의해 흡입한 후 자체 전도로 전자기기(1)의 외부로 방열하는 플레이트 형태의 열전도판(20);을 포함하여 구성된다.

Description

열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조 {THERMAL CONVECTION, HEAT HEAT CONDUCTION SINK STRUCTURE FOR ELECTRONIC APPLIANCE}

본 발명은 전자기기 내부에 실장된 소자들로부터 발생되는 열을 열대류와 열전도가 반복되게 함으로써 전자기기 외부로의 효율적인 방열이 될 수 있는 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조에 관한 것이다.

일반적으로 메모리모듈, CPU, 고밀도 집적 인쇄회로기판, 저항 소자, 트랜지스터, 다이오드 등의 경우에는 동작에 따른 열이 많이 발생하기 때문에 열을 방출시켜서 적정 온도 이하로 유지해 주어야만 해당 소자가 정상적으로 동작함은 물론 내구성이 향상된다.

특히, 메모리모듈, CPU, 고밀도 집적 인쇄회로기판, 저항 소자, 트랜지스터, 다이오드 등의 소자가 내부에 실장된 전자기기가 작동되는 경우 전자기기의 내부에는 소자로부터 발생되는 고열을 외부로 방열시키지 않으면 과열로 인해 소자가 파손되므로 방열을 위한 별도의 방열(放熱)수단을 장착하게 된다.

종래에는 전자기기의 내부에 실장된 메인보드 또는 CPU에 밀착되게 쿨링팬(cooling fan)을 배치하여 전자기기 내부의 열을 외부로 방열하는 방식이 일반적이었다.

그러나 메인보드, 인쇄회로기판, CPU의 라이프 사이클이 5년 내지 10년 주기로 보면, 쿨링팬(cooling fan)의 라이프 사이클은 2년 내지 4년인 경우가 허다하다. 이처럼 쿨링팬의 짧은 라이프 사이클로 인해 전자기기 내부의 열이 외부로 원활하게 방열되지 않게 되고 마침내는 전자기기 내부에 실장된 소자의 라이프 사이클도 더 짧아지게 하는 문제점이 있어 왔다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 쿨링팬 대신 전자기기 내부에 실장된 소자로부터 발생된 열을 외부로 전도하여 방열하는 히트싱크(heat sink)가 채용되기에 이르렀다.

그러나 히트싱크는 원재료의 가격이 고가이고 하중이 상대적으로 무거워서 전자기기 내부의 메인보드 등에 안착시켜 배치하는 데 있어서 어려움이 많다는 문제점이 있다.

게다가 전자기기 내부에 실장되는 소자의 소형화, 고집적화, 경량화가 진행됨에 따라 효과적인 방열의 문제는 더욱 커지고 있는 실정이다.

또한, 전자기기 내부에 배치되는 히트싱크는 그 배치구조에 따라 전자기기 내부의 열을 외부로 방열하는 데 있어서 현격한 차이를 나타낸다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 제작이 간편하고 경제적으로 유리하며 전자기기 내부의 열을 효과적으로 방열할 수 있는 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조의 구현이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 제작이 간편하고 경제적으로 유리하며 전자기기 내부의 열을 효과적으로 방열할 수 있는 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조는, 본 발명에 따른 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조는 상판과 하판으로 구성된 전자기기의 하판 상면에 안착된 메인보드 및 이 메인보드의 상면에 안착된 CPU로부터 발생되는 열을 전자기기의 외부로 방열하는 히트싱크의 구조에 관한 것으로, 메인보드의 상면과 밀착되는 플레이트 형태의 베이스와, 이 베이스의 상면으로부터 연직상방으로 연장돌출되는 복수 개의 방열핀으로 이루어진 방열판; 방열판의 상단부와 일정거리 이격되게 전자기기의 상판 하면에 부착됨으로써 메인보드로부터 방열핀을 따라 전도되어 연직상방으로 이동한 열을 대류에 의해 흡입한 후 자체 전도로 전자기기의 외부로 방열하는 플레이트 형태의 열전도판;을 포함하여 구성된다.

열전도판과 상판 사이에는 상판 하면에 열전도판을 일체로 부착시키며 열전도가 가능한 양면접착형 히트패드가 구비되며, 열전도판은 순도 99%~99.9% 범위의 알루미늄(Al) 재질로 구성됨이 바람직하다.

메인보드로부터 방열핀을 따라 전도되어 연직상방으로 이동한 열이 열전도판의 자체 전도를 통해 전자기기의 외부로 방열될 수 있도록 열전도판은 방열판 상단부의 전체 단면적보다 충분히 넓게 형성됨이 바람직하다.

본 발명에 따른 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조는,

첫째, 방열판의 상단부와 일정거리 이격되게 전자기기의 상판 하면에 플레이트 형태의 열전도판을 일체로 부착시킴으로써 제작이 매우 간편하며, 메인보드로부터 방열핀을 따라 전도되어 연직상방으로 이동한 열을 대류에 의해 흡입한 후 자체 전도로 전자기기의 외부로 효과적으로 방열할 수 있다.

둘째, 원자재가 비교적 고가인 방열판을 일정한 규격으로 정해져 있는 전자기기의 내부에 전자기기의 상판과 일정거리 이격되게 배치함으로써 방열판의 상대적인 제작단가를 줄일 수 있으며, 동시에 전자기기 상판에 일체로 부착된 열전도판의 구비로 인해 전자기기 내부의 열을 효율적으로 방열할 수 있게 된다.

[도 1]은 본 발명에 따른 전자기기용 히트싱크의 전체 구성을 도시한 분리사시도,
[도 2]는 본 발명에 따른 전자기기용 히트싱크의 전체구성을 도시한 측단면도,
[도 3]은 [도 2]의 일부를 발췌하여 확대한 구성도이다.

본 발명은 전자기기 내부에 실장된 소자들로부터 발생되는 열을 전자기기의 외부로 방열하는 기술에 관한 것이다.

전자기기의 내부에 실장된 소자들의 동작으로 인해 발생되는 열을 전자기기의 외부로 방열하는 과정은 전자기기의 내구성을 향상시킬 수 있는 핵심적인 기술이다.

전자기기의 내부에 실장되는 소자들과 인쇄회로가 집적된 메인보드와, 이 메인보드에 전기적으로 접속되어 안착된 CPU(Central Processing Unit)가 외부로부터의 전기적 접속에 의해 동작하는 경우 많은 열을 발생하게 된다.

이하, 이러한 전자기기 내부의 소자들로부터 발생된 열을 외부로 효율적으로 방열(放熱)하는 본 발명에 따른 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

[도 1]은 본 발명에 따른 전자기기용 히트싱크의 전체 구성을 도시한 분리사시도이고, [도 2]는 본 발명에 따른 전자기기용 히트싱크의 전체구성을 도시한 측단면도이고, [도 3]은 [도 2]의 일부를 발췌하여 확대한 구성도를 나타낸다.

[도 1] 내지 [도 3]을 참조하면, 본 발명에 따른 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조는 상판(1a)과 하판(1b)으로 구성된 전자기기(1)의 하판(1b) 상면에 안착된 메인보드(2) 및 이 메인보드(2)의 상면에 안착된 CPU(Central Processing Unit;3)로부터 발생되는 열을 전자기기(1)의 외부로 방열(放熱)하는 히트싱크(heat sink)의 구조에 관한 것으로, 메인보드(2)의 상면과 밀착되는 플레이트 형태의 베이스(11)와, 이 베이스(11)의 상면으로부터 연직상방으로 연장돌출되는 복수 개의 방열핀(12)으로 이루어진 방열판(10); 방열판(10)의 상단부와 일정거리 이격되게 전자기기(1)의 상판(1a) 하면에 부착됨으로써 메인보드(2)로부터 방열핀(12)을 따라 전도되어 연직상방으로 이동한 열을 대류에 의해 흡입한 후 자체 전도로 전자기기(1)의 외부로 방열하는 플레이트 형태의 열전도판(20);을 포함하여 구성된다.

메인보드(2) 및 능동소자인 CPU(3)는 외부로부터 전원을 공급받아 동작할 수 있도록 외부 전원과 전기적으로 접속된다.

방열판(10)의 하부는 플레이트 형태의 베이스(11)로 이루어지며, 이 베이스(11)는 메인보드(2) 또는 메인보드(2)에 안착된 CPU(3)의 상면에 밀착되어 메인보드(2) 또는 CPU(3)가 동작하는 경우 발생되는 열을 외부로 전도하게 된다.

베이스(11)의 상면에는 연직상방을 향해 베이스(11)의 상면으로부터 연장되어 돌출된 복수 개의 방열핀(12)이 형성된다. 이 방열핀(12)은 그 길이방향을 따라 베이스(11)로부터 전도된 열을 상방으로 전도시킨다.

이 경우 복수 개의 방열핀(12) 사이 사이의 공간을 통해서도 일부의 열이 대류를 통해 상방으로 이동한다.

방열핀(12)을 베이스(11)로부터 연직상방을 향해 복수 개로 연장하여 돌출형성시킨 것은 방열판(10)의 표면적을 넓힘으로써 방열판(10)으로 전도된 열이 효율적으로 방열판(10)의 외부로 방열되도록 하기 위함이다.

방열판(10)은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등을 합성하여 제조된 것으로 비교적 고가이다. 한편, 전자기기(1)는 그 용도에 맞추어 내부에 소자들이 실장된 상태에서 상판(1a)과 하판(1b)을 조립한 경우 전자기기(1) 자체는 일정한 높이를 유지하게 된다.

이처럼 전자기기(1)의 내부에 장착되는 방열판(10)은 가능한 높이를 낮추어 제조단가를 낮추면서 동시에 전자기기(1) 내부의 열을 효율적으로 방열할 수 있는 구조로 배치할 필요가 있다.

한편, [도 1]의 도면부호 2는 전자기기의 내부에 실장되는 소자들 중 PCB를 나타내고, 도면부호 5는 전자기기의 내부에 실장되는 소자들 중 하드디스크를 나타낸다.

[도 2],[도 3]을 참조하면, 본 발명의 방열판(10)의 베이스(11)가 전자기기(1) 하판(1b)의 상면에 배치된 메인보드(2)의 상면에 안착된 상태에서 방열판(10)의 방열핀(12) 상단부는 전자기기(1) 상판(1a)과 일정거리(d) 이격되게 배치된다.

메인보드(2)에서 발생된 열은 순차적으로 방열판(10)의 베이스(11)와 방열핀(12)을 통해 상방으로 전도된다. 이렇게 전도된 열은 방열핀(12)의 상단부로부터 대류에 의해 열전도판(20)으로 흐른다.

대류에 의해 열전도판(20)에 전달된 열은 열전도판(20) 자체의 전도를 통해 상방으로 이동하며, 열전도판(20)의 상단면으로부터는 전자기기(1)의 상판(1a)에 형성된 통공(H)을 통해 대류에 의해 외부로 이동된다.

열전도판(20)을 통해 전도된 열은 전자기기(1)의 외부의 실온보다 상대적으로 높은 온도를 유지하므로 자연적인 열전달에 의해 전자기기(1) 외부로의 방열이 이루어진다.

[도 1] 내지 [도 3]을 참조하면, 열전도판(20)과 상판(1a) 사이에는 상판(1a) 하면에 열전도판(20)을 일체로 부착시키며 열전도가 가능한 양면접착형 히트패드(30)가 구비된다.

전자기기(1)의 상판(1a) 하면에 일체로 부착되는 열전도판(20)을 플레이트 형태로서 볼트 너트 결합 등 특별히 부착을 위해 장비를 필요로 하지 않으며, 열전도가 가능한 양면접착형 히트패드(30)를 통해 간편하게 부착시킬 수 있다. 이로 인해 제작을 위한 기반시설 장비의 축소와 동시에 노동생산성을 향상시킬 수 있음은 물론이다.

양면접착형 히트패드(30)는 바람직하게는 아크릴폼 테이프, 실리콘 패드, 그라파이트, PCM, 히트파이프(heat pipe) 중 하나인 열전도성을 갖는 열계면 재료(Thermal Interface Material)로 구성될 수 있다.

히트패드(30)의 양면 접착을 위해 히트패드(30)의 양면에 열 접착제인 본딩 시트(Bonding Sheet)가 코팅되며, 바람직하게 코팅은 10μm ~ 100μm의 두께로 이루어진다.

열전도판(20)은 순도 99%~99.9% 범위의 알루미늄(Al) 재질로 구성된다. 알루미늄은 경량성과 높은 열전도성 및 내식성을 함께 가짐으로써 그 순도는 바람직하게 99%~99.9%의 범위로 형성된다.

특히 설치 스페이스가 한정된 전자기기(1)에 있어서 플레이트 형태로 이루어진 알루미늄 재질의 열전도판(20)은 전자기기(1)의 방열성능을 한층 더 향상시키게 된다.

[도 2],[도 3]를 참조하면, 메인보드(2)로부터 방열핀(12)을 따라 전도되어 연직상방으로 이동한 열이 열전도판(20)의 자체 전도를 통해 전자기기(1)의 외부로 방열될 수 있도록 열전도판(20)은 방열판(10) 상단부의 전체 단면적보다 충분히 넓게 형성된다.

방열판(10)을 통해 상방으로 전도된 열은 방열판(10)의 상단부로부터 열전도판(20)에 이르기까지의 일정거리(d)를 대류에 의해 이동하게 되는데, 대류되는 열은 방열판(10)의 상단면 전체 단면적보다 넓은 범위로 확산되므로 열전도판(20)은 방열판(10) 상단부의 전체 단면적보다 충분히 넓게 형성된다.

이로 인해, 열전도판(20)은 방열판(10)의 상단면으로부터 상방을 향해 확산되면서 대류되는 열을 최대한 효율적으로 흡입하여 차제 전도를 통해 전자기기(1)의 외부로 방열을 하게 된다.

본 발명의 이와 같은 구성은 대기의 온도가 비교적 높은 27℃ 상태에서 전자기기(1) 상판(1a)의 표면온도는 35℃ ~ 38℃를 유지함으로써 전자기기(1)의 방열성능을 확인할 수 있다. 이는 기존의 히트싱크에서 달성할 수 없는 제조단가의 절감과 방열성능 향상이라는 두 가지의 유리한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 히트싱크 구조는 기존의 쿨링팬에서 달성할 수 없는 반영구적인 내구성도 유지할 수 있게 된다.

1 : 전자기기 1a : 상판
1b : 하판 2 : 메인보드
3 : CPU 4 : PCB
5 : 하드디스크 10 : 방열판
11 : 베이스 12 : 방열핀
20 : 열전도판 30 : 히트패드
H : 통공

Claims (4)

1. 상판(1a)과 하판(1b)으로 구성된 전자기기(1)의 하판(1b) 상면에 안착된 메인보드(2) 및 이 메인보드(2)의 상면에 안착된 CPU(3)로부터 발생되는 열을 전자기기(1)의 외부로 방열하는 히트싱크의 구조에 관한 것으로,
   상기 메인보드(2)의 상면과 밀착되는 플레이트 형태의 베이스(11)와, 이 베이스(11)의 상면으로부터 연직상방으로 연장돌출되는 복수 개의 방열핀(12)으로 이루어진 방열판(10);
   상기 방열판(10)의 상단부와 일정거리 이격되게 상기 전자기기(1)의 상판(1a)) 하면에 부착됨으로써 상기 메인보드(2)로부터 상기 방열핀(12)을 따라 전도되어 연직상방으로 이동한 열을 대류에 의해 흡입한 후 자체 전도로 상기 전자기기(1)의 외부로 방열하는 플레이트 형태의 열전도판(20);
   을 포함하는 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 열전도판(20)과 상기 상판(1a) 사이에는 상기 상판(1a) 하면에 상기 열전도판(20)을 일체로 부착시키며 열전도가 가능한 양면접착형 히트패드(30)가 구비된 것을 특징으로 하는 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 열전도판(20)은 순도 99%~99.9% 범위의 알루미늄(Al) 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 메인보드(2)로부터 상기 방열핀(12)을 따라 전도되어 연직상방으로 이동한 열이 상기 열전도판(20)의 자체 전도를 통해 상기 전자기기(1)의 외부로 방열될 수 있도록 상기 열전도판(20)은 상기 방열판(10) 상단부의 전체 단면적보다 충분히 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 열대류 및 열전도 방식의 전자기기용 히트싱크 구조.

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