KR20130076275A - 히트 싱크 및 히트 싱크 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 히트 싱크는 발열원으로부터의 열을 전달받기 위한 베이스부와, 상기 베이스부로부터의 열을 방출하기 위한 냉각핀을 포함하며, 상기 베이스부에는 상기 냉각핀을 삽입 설치하기 위한 삽입부가 형성되며, 상기 냉각핀은 중공형 파이프의 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 히트 싱크를 용이하게 제조할 수 있으며, 히트 싱크에 의한 공기 순환에서 열대류를 극대화할 수 있다.
또한, 히트 싱크를 다양한 종류의 전기전자기기 사양에 즉시 적용가능하도록 구성할 수 있다.

Description

히트 싱크{HEAT SINK}
본 발명은 히트 싱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조가 용이하면서도 매우 높은 열전달 효율을 구현할 수 있도록 구성되는 히트 싱크에 관한 것이다.
히트 싱크는 피시비(PCB) 기판 또는 엘이디(LED) 기판 등의 발열부품에 밀착되도록 설치되어, 이들로부터 발생되는 열을 방열시키도록 구성되는 장치이다.
피시비 기판, 엘이디 기판 등의 전자부품들은 그 작동 시 많은 열이 발생되며, 발생된 열을 방출하는 것은 전기전자기기의 작동 성능에 큰 영향을 미친다.
만약, 전기전자기기로부터 발생되는 열을 적절히 방출하지 못할 경우에는 기기의 오작동을 유발할 수도 있으므로, 근래 개발되는 다양한 종류의 전기전자기기에서 부품의 발열을 적절히 해결하는 것은 중요한 문제가 된다.
도 1 은 엘이디 등과 히트 싱크가 결합된 단면도이다.
상기 엘이디 등에서는 피시비(120) 상에 설치되는 엘이디 페키지부(110) 내에 엘이디 칩(100)이 배치되고, 상기 피시비(120) 이면에는 히트싱크(130)가 밀착 설치된다.
통상 엘이디 등의 에너지 변환 비율은 빛(15% 내지 25%), 복사 에너지(15% 내지 25%), 열(75% 내지 85%)이며, 따라서 에너지 중 열로 방출되는 비율이 높고 이러한 방출 열은 엘이디 등의 효율과 수명에 절대적인 영향을 미친다.
여기서, Tj 를 엘이디 칩(100)과 엘이디 페키지부(110) 간의 결합부 온도라 하고, Tc 를 엘이디 페키지부(110) 온도라 하며, Tb 를 피시비(120)의 온도라 하고, Th 를 히트싱크(130)의 냉각플레이트 온도라 하며, Ta 를 냉각플레이트 주변의 온도라 할경우, 엘이디 등의 냉각 연구방향은 Th 와 Ta 간의 차이(dTha)를 최소화하는 방향으로 진행된다.
도 2 는 히트 싱크를 이용한 자연 냉각방식의 엘이디 등의 열저항 그래프이며, 도 3 은 히트 싱크에 냉각팬이 추가된 강제냉각 방식의 엘이디 등의 열저항 그래프이다.
도 2 에 도시된 자연 냉각방식에 따른 열저항 그래프에서 냉각효율을 높여 dTha 를 낮출 경우 자연냉각이 냉각팬을 이용한 강제냉각에 유사해 진다.
도 4 는 엘이디 등에서 Tj 의 변화에 따른 수명변화의 그래프이며, 도 5 는 Tj 의 변화에 따른 광효율 변화 그래프이다.
도 4, 5 로부터 알 수 있는 내용은 냉각 효율이 높아질 경우 엘이디 등의 수명과 효율이 향상되며, 통상 냉각온도를 10도 낮출경우 수명이 10%, 광효율이 10% 향상되는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 목적은, 용이하게 제조가 가능하면서도 부품간의 결합 정밀도를 향상시킬 수 있는 히트 싱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공기 순환에 의한 열대류를 극대화할 수 있는 히트 싱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다양한 종류의 전기전자기기에 즉시 적용가능한 히트 싱크를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 히트 싱크는 발열원으로부터의 열을 전달받기 위한 베이스부와, 상기 베이스부로부터의 열을 방출하기 위한 냉각핀을 포함하며, 상기 베이스부에는 상기 냉각핀을 삽입 설치하기 위한 삽입부가 형성되며, 상기 냉각핀은 중공형 파이프의 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 삽입부는 상기 베이스부를 관통하는 관통개구로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각핀의 측부에는 공기 유입을 위한 하나 이상의 공기유입개구가 형성된다.
바람직하게는, 상기 냉각핀은 하나 이상의 공기유입개구가 형성된 사각형 부재를 둥글게 굽혀 형성된다.
한편, 상기 베이스부는 알루니뮴 또는 알루미늄합금 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각핀은 알루니뮴 또는 알루미늄합금 재질로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 베이스부는 구리 도금될 수 있다.
또한, 상기 냉각핀 역시 구리 도금될 수 있다.
바람직하게는, 상기 베이스부와 냉각핀은 결합된 상태에서 함께 구리 도금될 수 있다.
본 발명에 의해, 히트 싱크의 부품 간의 결합 정밀도를 향상시키면서도 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 히트 싱크에 의한 공기 순환에서 열대류를 극대화할 수 있다.
또한, 히트 싱크를 다양한 종류의 전기전자기기 사양에 즉시 적용가능하도록 구성할 수 있다.
첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 엘이디 등과 히트 싱크가 결합된 단면도이며,
도 2 는 히트 싱크를 이용한 자연 냉각방식의 엘이디 등의 열저항 그래프이며,
도 3 은 히트 싱크에 냉각팬이 추가된 강제냉각 방식의 엘이디 등의 열저항 그래프이며,
도 4 는 엘이디 등에서 Tj 의 변화에 따른 수명변화의 그래프이며,
도 5 는 Tj 의 변화에 따른 광효율 변화 그래프이며,
도 6 은 본 발명에 따른 히트 싱크의 분해사시도이며,
도 7 는 본 발명에 따른 히트 싱크의 측단면도이며,
도 8 은 본 발명에 따른 히트 싱크의 냉각핀 제조과정을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 6 은 본 발명에 따른 히트 싱크의 분해사시도이며, 도 7 은 본 발명에 따른 히트 싱크의 측단면도이며, 도 8 은 본 발명에 따른 히트 싱크의 냉각핀 제조과정을 도시하는 도면이다.
본 발명에 따른 히트 싱크는 발열원(5)으로부터의 열을 전달받기 위한 베이스부(10)와, 상기 베이스부(10)로부터의 열을 방출하기 위한 냉각핀(20)을 포함하며, 상기 베이스부(10)에는 상기 냉각핀(20)을 삽입 설치하기 위한 삽입부(30)가 형성되며, 상기 냉각핀(20)은 중공형 파이프의 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 발열원(5)은 PCB 기판 또는 LED 부품이 실장된 기판, CPU 등 열을 방출하는 다양한 전기전자기기 부품이다.
상기 베이스부(10)는 체결홈(12)을 통해 도시되지 않은 볼트와 너트 또는 나사 등의 결합수단에 의해 상기 발열원(5)에 접촉되어 설치된다.
상기 베이스부(10)는 합성수지재 또는 다양한 금속 재질로 구성되어 그 표면이 도금됨으로써 열전달율을 높이도록 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 알루미뮴 또는 알루미늄합금 재질로 형성된 상태에서 그 표면에 구리 도금을 하여 열전달율을 높이도록 구성된다.
또한, 상기 베이스부(10)에는 상기 발열원(5)으로부터의 열을 공기중으로 방출하기 위한 방출공(35)이 형성될 수도 있다.
상기 냉각핀(20)은 상기 베이스부(10)에 삽입 설치되어 상기 베이스부(10)로부터 전달된 열을 공기중으로 방출하도록 구성된다.
상기 냉각핀(20) 역시 합성수지재 또는 다양한 금속 재질로 구성될 수 있으나, 바람직하게는 알루미뮴 또는 알루미늄합금 재질로 형성된 상태에서 그 표면에 구리 도금을 하여 열전달율을 높이도록 구성된다.
여기서, 상기 냉각핀(20)은 도 8 에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 공기유입개구(25, 27)가 형성된 사각형 부재를 둥글게 굽혀(Curling) 형성된다.
상기 냉각핀(20)을 통상의 파이프 부재 형성과정과 동일하게 압출 성형할 경우에는 상기 공기유입개구(25, 27)를 별도의 천공 과정을 통해 형성해야 하는데, 이러한 경우에는 개별 공기유입개구(25, 27)를 형성하기 위한 공정이 매우 번거롭고 수율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 알루미늄 또는 그 합금재질을 프레스 타발공정에 의해 상기 공기유입개구(25, 27)를 포함하는 사각형상으로 일차적으로 가공한 이후, 컬링공정(둥글게 굽히는 공정)을 통해 파이프 형상의 중공형 냉각핀(20)을 형성함으로써, 공기유입개구(25, 27)를 형성하기 위한 공정을 단순화할 수 있다.
상기 냉각핀(20)은 상기 베이스부(10)에 형성된 삽입부(30)에 삽입 설치되며, 여기서 상기 삽입부(30)는 상기 베이스부(10)를 관통하는 관통개구로 형성될 수 있다.
한편, 상기 냉각핀(20)의 측부에는 공기 유입을 위한 하나 이상의 공기유입개구(25, 27)가 형성된다.
상기 냉각핀(20)에 공기유입개구(25, 27)가 형성되지 않은 상태의 중공 파이프 형태로 상기 냉각핀(20)이 형성될 경우에도, 상기 베이스부(10)로부터의 열을 상기 냉각핀(20)을 통해 방출할 수 있다.
그런데, 이러한 경우에는 상기 냉각핀(20)의 내부와 외부가 소통될 수 있는 부분이 상기 냉각핀(20)의 상단 개구뿐이므로, 공기가 뜨거워지면 상승되는 현상에 의해 뜨거워진 공기가 상기 냉각핀(20)의 상단 개구를 통해 배출되면, 상기 상단 개구를 통한 외부 공기의 유입이 어려워진다.
따라서, 상기 냉각핀(20) 내부의 공기는 외부로 배출되면서 외부의 공기가 상기 냉각핀(20) 내부로 공급이 되지 않으며, 상기 냉각핀(20)의 내부가 진공에 가까운 상태로 된다.
이러한 경우에는 상기 냉각핀(20)을 통한 공기 순환에 의한 냉각 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 냉각핀(20)의 측부에 공기의 유입을 위한 하나 이상의 공기유입개구(25, 27)를 형성함으로써, 외부로부터의 공기를 상기 냉각핀(20) 내부로 유입시키고, 뜨거워진 공기를 상기 냉각핀(20)의 상단 개구를 통해 배출시킴으로써, 공기 순환 효율을 상승시킬 수 있다.
발명자의 실험 결과 상기 냉각핀(20)에 공기유입개구(25, 27)를 형성시키지 않은 경우에 비해, 상기 냉각핀(20)의 측부에 하나의 공기유입개구(25)를 형성시킨 경우 냉각 효율이 대략 3배 정도 차이가 있음을 알게 되었다.
한편, 상기 베이스부(10)의 삽입부(30)에 상기 냉각핀(20)이 삽입 고정된 상태에서 상기 베이스부(10)와 냉각핀(20)이 함께 구리 도금될 수 있다.
그리하여, 상기 베이스부(10)와 냉각핀(20)의 제작 공차에 기인하는 미세한 틈들에 상기 구리 성분이 도금되도록 함으로써, 상기 베이스부(10)와 냉각핀(20) 간의 물리적 결합력(접합력)을 향상시키면서 동시에 열전달 효율을 더욱 상승시킬 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
10: 베이스부 20: 냉각핀
25: 공기유입개구 30: 삽입부

Claims (9)

  1. 발열원으로부터의 열을 전달받기 위한 베이스부와;
    상기 베이스부로부터의 열을 방출하기 위한 냉각핀을 포함하며,
    상기 베이스부에는 상기 냉각핀을 삽입 설치하기 위한 삽입부가 형성되며,
    상기 냉각핀은 중공형 파이프의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 삽입부는 상기 베이스부를 관통하는 관통개구인 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각핀의 측부에는 공기 유입을 위한 하나 이상의 공기유입개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각핀은 하나 이상의 공기유입개구가 형성된 사각형 부재를 둥글게 굽혀 형성되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스부는 알루미뮴 또는 알루미늄합금 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각핀은 알루미뮴 또는 알루미늄합금 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스부는 구리 도금되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉각핀은 구리 도금되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 베이스부와 냉각핀은 결합된 상태에서 함께 구리 도금되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.


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