KR20130050790A - 평판 히트 파이프 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

히트 싱크 일체형 구조를 가짐과 동시에 그 제조 공정을 더욱 용이하게 할 수 있는 평판 히트 파이프 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 평판 히트 파이프는, 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀이 형성되고, 내부에는 하나 이상의 분리막에 의해 분리된 다수의 관통홀이 형성되는 평판 형상의 몸체부 및 상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부의 윗면과 아랫면 중 적어도 한 면에 형성되는 하나 이상의 그루브를 포함한다.

Description

평판 히트 파이프 및 그 제조 방법{FLAT HEAT PIPE AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 압출(extrusion)로 제작되는 평판 히트 파이프와 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자 시스템에 실장(packaging)되는 칩 또는 모듈은 반도체 제조 기술이 발달함에따라 점차 고집적화 및 소형화되고 있다. 이러한 추세에 따라 전자 시스템에 포함된 부품들의 발열 밀도가 크게 증가하기 때문에, 이를 효과적으로 소산시키기 위한 냉각 방식이 요구된다. 특히, 방열 경로(path)에서 대부분의 열 저항을 유발시키는 부품 간 접촉 계면의 개선은 중요한 연구 이슈가 되고 있다.
소형의 휴대 및 정치형 전자 시스템에 적용할 수 있는 종래의 냉각 장치로는 히트 싱크(Heat Sink), 팬(Fan) 및 직경이 3mm급 이상의 원형 단면을 가지는 소형 히트 파이프 등을 들 수 있다.
히트 싱크는 크기 및 두께를 자유롭게 제작할 수 있기 때문에 그 동안 냉각수단의 기본적인 형태로 널리 사용되어 왔으나, 매우 작은 크기가 요구되는 경우에는 전열 면적의 감소에 따라 열소산률이 상대적으로 작아지는 단점이 있다.
팬의 경우 크기를 줄이는 데 한계가 있고, 신뢰성이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.
직경이 3mm 이상인 원형 단면의 소형 히트 파이프는 박막 구조에 적합하게 압착시켜 사용할 수도 있다. 그러나 이러한 원형 구조의 단면을 갖는 소형 히트 파이프는 당초 단면이 원형으로 설계되었기 때문에 소형 및 박막 구조의 전자 장비에 알맞도록 압착시킬 경우 윅(wick)의 구조 변경 등으로 인해 전열 성능이 크게 감소하게 된다.
본 발명은 평판 히트 파이프 구조에서 내부의 증기 유동 공간을 확보하고 작동 유체의 유동을 보다 용이하게 함으로써 전열 성능을 향상시키고, 히트 싱크 일체형 구조를 가짐과 동시에 그 제조 공정을 더욱 용이하게 할 수 있는 평판 히트 파이프 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 평판 히트 파이프는, 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀이 형성되고, 내부에는 하나 이상의 분리막에 의해 분리된 다수의 관통홀이 형성되는 평판 형상의 몸체부 및 상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부의 윗면과 아랫면 중 적어도 한 면에 형성되는 하나 이상의 그루브를 포함한다. 또한, 상기 다수의 관통홀 각각의 내부 공간 중 상기 하나 이상의 그루브가 형성되지 않은 공간에 삽입되는 와이어 다발을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 평판 히트 파이프는, 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀이 형성되고, 내부에는 하나 이상의 분리막에 의해 분리된 다수의 관통홀이 형성되는 평판 형상의 몸체부 및 상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부에 삽입되는 와이어 다발을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 평판 히트 파이프의 제조 방법은, 1회의 압출 공정을 통해 외부 표면에 다수의 히트싱크 핀을 가지는 평판 형상의 몸체부를 형성하는 단계, 상기 몸체부 내부에 하나 이상의 분리막을 형성하여 다수의 관통홀을 형성하는 단계 및 상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부의 윗면과 아랫면 중 적어도 한 면에 하나 이상의 그루브를 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 다수의 관통홀 각각의 내부 공간 중 상기 하나 이상의 그루브가 형성되지 않은 공간에 와이어 다발을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 평판 히트 파이프의 제조 방법은, 1회의 압출 공정을 통해 외부 표면에 다수의 히트싱크 핀을 가지는 평판 형상의 몸체부를 형성하는 단계, 상기 몸체부 내부에 하나 이상의 분리막을 형성하여 다수의 관통홀을 형성하는 단계 및 상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부에 와이어 다발을 삽입하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 평판 형상의 몸체부 내 관통홀의 내측면 일부분에 다수의 그루브를 형성하여 그루브에서 발생하는 모세관력에 의해 액상의 작동 유체가 유동되도록 함으로써 평판 히트 파이프의 전열 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 몸체부의 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀을 몸체부와 일체형으로 형성함으로써 부품의 계면 간 열저항을 제거하고 방열 성능을 더욱 높일 수 있으며, 단 1회의 압출 공정으로 제조가 가능한 장점이 있다.
또한, 히트싱크 핀을 단절된 형태로 형성하여 제조 공정 중 진공, 밀폐 공정이 이루어지는 평판 히트 파이프의 외벽 부분에는 히트싱크 핀이 존재하지 않도록 함으로써 제조 공정을 더욱 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 평판 히트 파이프의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 평판 히트 파이프의 구성도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 평판 히트 파이프의 구성도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 평판 히트 파이프의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 평판 히트 파이프는, 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀(101)이 형성되고 내부에는 하나 이상의 분리막(104)에 의해 분리된 다수의 관통홀(102)이 형성되는 평판 형상의 몸체부(100) 및 다수의 관통홀(102) 각각의 일 측면부의 윗면과 아랫면 중 적어도 한 면에 형성되는 하나 이상의 그루브(103)를 포함한다.
몸체부(100)는 1회의 압출 공정(extrusion process)을 통해 평판 파이프 형태의 금속판으로 제작될 수 있다.
몸체부(100)의 내부에는 외부로부터 주입된 작동 유체가 유동되도록 하나 이상의 분리막(104)에 의해 분리된 다수의 관통홀(102)이 형성된다.
관통홀(102)의 내측면에는 관통홀(102)과 동일한 길이 방향으로 연장된 다수의 '
Figure pat00001
' 형상의 그루브(103)가 형성된다. 단, 그루브(103)는 관통홀(102)의 내측면 전체에 형성되는 것이 아니라 관통홀(102)의 일 측면부에만 형성되며, 측면부의 윗면과 아랫면 중 적어도 한 면에 형성된다. 이러한 '
Figure pat00002
' 형상의 그루브(103)의 모서리에 의해 모세관력이 발생하여 액상의 작동 유체가 유동된다.
몸체부(100)의 외부 표면에는 주위로의 열 전달 성능을 더욱 향상시키기 위한 다수의 히트싱크 핀(101)이 형성되며, 다수의 히트싱크 핀(101)은 관통홀(102)및 그루브(103)와 동일한 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 다수의 히트싱크 핀(101)은 몸체부(100)의 길이 방향으로 서로 이격되어 단절된 형태(105)를 가지며, 양 쪽 끝에는 히트싱크 핀(101)이 형성되지 않는다.
이러한 본 발명의 제 1 실시예에 의한 평판 히트 파이프에서는 액상의 작동 유체가 응축부(condenser section)에서 증발부(evaporator section) 쪽으로 유동(귀환)하기 위한 통로 역할을 하는 종래의 윅(wick)을 사용하지 않고서도 '
Figure pat00003
' 형상의 그루브(103)의 모서리에서 발생하는 모세관력에 의해 액상의 작동 유체가 유동될 수 있다. 즉, 다수의 그루브(103)의 모서리 부분이 종래의 윅 역할을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 평판 히트 파이프는 내부가 진공 상태로 유지된 상태에서 주입된 액상의 작동 유체로 인한 액체-증기 간의 상 변화에 의해 내부의 열을 외부로 방출시킨다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 평판 히트 파이프의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 평판 히트 파이프는, 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀(201)이 형성되고 내부에는 하나 이상의 분리막(204)에 의해 분리된 다수의 관통홀(202)이 형성되는 평판 형상의 몸체부(200), 다수의 관통홀(202) 각각의 일 측면부의 윗면과 아랫면 중 적어도 한 면에 형성되는 하나 이상의 그루브(203) 및 다수의 관통홀(202) 각각의 내부 공간 중 하나 이상의 그루브(203)가 형성되지 않은 공간에 삽입되는 와이어 다발(206)을 포함한다.
제 2 실시예에서는 몸체부(200)의 관통홀(202) 내에 그루브(203)가 형성되지 않은 공간에 와이어 다발(206)이 삽입되며, 이러한 와이어 다발(206)은 응축된 작동 유체의 유동을 위한 통로 역할을 수행한다. 이 때 작동 유체의 유동을 위한 모세관력은 그루브(203) 뿐만 아니라 와이어 다발(206)에서도 발생하게 된다.
몸체부(200)의 외부 표면에는 주위로의 열 전달 특성을 더욱 향상시키기 위한 다수의 히트싱크 핀(201)이 관통홀(202) 및 와이어 다발(206)과 동일한 방향을 형성되고, 단절된 형태(205)를 가지며, 몸체부(200)의 길이 방향으로 양 쪽 끝에는 히트싱크 핀(201)이 형성되지 않는다.
나머지 구성들의 특징 및 효과는 도 1을 통해 설명한 것과 동일하다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 평판 히트 파이프의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 평판 히트 파이프는, 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀(301)이 형성되고 내부에는 하나 이상의 분리막(304)에 의해 분리된 다수의 관통홀(302)이 형성되는 평판 형상의 몸체부(300) 및 다수의 관통홀(302) 각각의 일 측면부에 삽입되는 와이어 다발(306)을 포함한다.
제 3 실시예에서는 도 1, 2의 그루브(103, 203)가 형성되지 않고, 관통홀(302) 내의 작동 유체의 유동을 위한 모세관력은 와이어 다발(306)에 의해서만 발생한다. 이는 제 2 실시예에 비해 성능 측면에서 불리할 수 있으나, 두께가 상대적으로 얇은 평판 히트 파이프의 경우에는 전체 작동성능 향상을 위해 비체적이 큰 증기의 유동 공간을 최대한 크게 확보하는 것이 중요하므로, 이러한 측면에서는 제 3 실시예가 제 2 실시예보다 더 우수한 작동성능을 가질 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 제 1, 2 실시예에 적용된 그루브(103, 203)는 '
Figure pat00004
' 형상 외에도 '∨'형 또는 적어도 하나의 모서리가 있는 다각형 형태로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 제 2, 3 실시예에 적용된 와이어 다발(206, 306)은 편조 망, 소결체 구조, 섬유 망, 스크린 망 등의 다양한 형태로 대체될 수 있다.
100, 200, 300 : 몸체부 101, 201, 301 : 히트싱크 핀
102, 202, 302 : 관통홀 103, 203 : 그루브
104, 204, 304 : 분리막
105, 205, 305 : 히트싱크 핀의 단절된 형태

Claims (14)

  1. 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀이 형성되고, 내부에는 하나 이상의 분리막에 의해 분리된 다수의 관통홀이 형성되는 평판 형상의 몸체부; 및
    상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부의 윗면과 아랫면 중 적어도 한 면에 형성되는 하나 이상의 그루브
    를 포함하는 평판 히트 파이프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 히트싱크 핀은 상기 몸체부의 길이 방향으로 서로 이격되어 형성되는
    평판 히트 파이프.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 히트싱크 핀, 상기 다수의 관통홀 및 상기 하나 이상의 그루브는 모두 동일한 방향으로 형성되는
    평판 히트 파이프.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 그루브는 모서리가 있는 다각형 형태로 형성되는
    평판 히트 파이프.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 관통홀 각각의 내부 공간 중 상기 하나 이상의 그루브가 형성되지 않은 공간에 삽입되는 와이어 다발
    을 더 포함하는 평판 히트 파이프.
  6. 외부 표면에는 다수의 히트싱크 핀이 형성되고, 내부에는 하나 이상의 분리막에 의해 분리된 다수의 관통홀이 형성되는 평판 형상의 몸체부; 및
    상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부에 삽입되는 와이어 다발
    을 포함하는 평판 히트 파이프.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다수의 히트싱크 핀은 상기 다수의 관통홀과 동일한 방향으로 서로 이격되어 형성되는
    평판 히트 파이프.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 와이어 다발은
    편조 망, 소결체 구조, 섬유 망 또는 스크린 망 형태로 형성되는
    평판 히트 파이프.
  9. 1회의 압출 공정을 통해 외부 표면에 다수의 히트싱크 핀을 가지는 평판 형상의 몸체부를 형성하는 단계;
    상기 몸체부 내부에 하나 이상의 분리막을 형성하여 다수의 관통홀을 형성하는 단계; 및
    상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부의 윗면과 아랫면 중 적어도 한 면에 하나 이상의 그루브를 형성하는 단계
    를 포함하는 평판 히트 파이프의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 다수의 히트싱크 핀은 상기 몸체부의 길이 방향으로 서로 이격되어 형성되는
    평판 히트 파이프의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 다수의 히트싱크 핀, 상기 다수의 관통홀 및 상기 하나 이상의 그루브는 모두 동일한 방향으로 형성되는
    평판 히트 파이프의 제조 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 다수의 관통홀 각각의 내부 공간 중 상기 하나 이상의 그루브가 형성되지 않은 공간에 와이어 다발을 삽입하는 단계
    를 더 포함하는 평판 히트 파이프의 제조 방법.
  13. 1회의 압출 공정을 통해 외부 표면에 다수의 히트싱크 핀을 가지는 평판 형상의 몸체부를 형성하는 단계;
    상기 몸체부 내부에 하나 이상의 분리막을 형성하여 다수의 관통홀을 형성하는 단계; 및
    상기 다수의 관통홀 각각의 일 측면부에 와이어 다발을 삽입하는 단계
    를 포함하는 평판 히트 파이프의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 다수의 히트싱크 핀은 상기 다수의 관통홀과 동일한 방향으로 서로 이격되어 형성되는
    평판 히트 파이프의 제조 방법.
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