KR20160095408A - Heat sink - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 히트싱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED를 비롯하여 발열을 일으키는 전자부품의 일측에 구비되어 방열기능을 수행하고 다수개의 방열핀이 서로 엇갈리게 배열되는 히트싱크에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
LED는 반도체의 P-N접합구조에 순방향 전압을 인가하여 특성 파장의 빛을 만들어 내는 발광 다이오드 소자이다. LED의 발광은 P-N접합에서 전자가 가지는 에너지가 직접 빛 에너지로 변환되기 때문에 에너지 효율이 높으며, 수명 또한 상당히 길다. 그러나 이 과정에서 소비전력의 60%는 열로 발산이 되는데, 이 열을 방열시키는 것이 LED설계에서 중요한 문제이다. 이는 발열이 클수록 접합부의 온도가 높아지게 되고, 이로 인하여 허용전류가 감소하여 광 출력이 감소하기 때문이다. 따라서 LED 조명의 신뢰성을 확보하기 위해서는 LED 조명용 방열기구인 히트싱크의 개발이 필요하다.LED is a light emitting diode device which generates light of a characteristic wavelength by applying a forward voltage to a P-N junction structure of a semiconductor. The emission of LED is energy efficient because the energy of electrons in P-N junction is directly converted into light energy, and the lifetime is also considerably long. However, in this process, 60% of the power consumption is divergent to heat, and dissipating this heat is an important issue in LED design. This is because the higher the heat generation, the higher the temperature of the junction, which causes the allowable current to decrease and the light output to decrease. Therefore, in order to secure the reliability of LED lighting, it is necessary to develop a heat sink, which is a radiator for LED lighting.
일반적으로 사용되는 히트싱크는 자연대류를 이용한 것으로, 공기의 온도가 상승하면 밀도가 낮아서 상승하는 특징을 이용한 것이다. 즉, 전체적인 냉각 공기의 유동 형태는 히트싱크 외곽에서 공기가 유입되어, 히트싱크에 의해 가열되며, 이에 따라 가열된 공기는 주위 공기보다 밀도가 작기 때문에 주위 공기보다 가벼워져 히트 싱크 안쪽에서 상승하게 된다. A commonly used heatsink uses natural convection, which uses a feature that the density rises when the temperature of the air rises. That is, the overall flow of cooling air flows from the outside of the heat sink and is heated by the heat sink, so that the heated air is lighter than the surrounding air and is raised inside the heat sink .
이러한 기존 히트싱크 경우, 도 1에서 보듯이, 방열핀들이 히트싱크의 중심을 향해 일직선으로 나란히 배열되어 있어 가장자리에 구비된 외측열의 방열핀에 의해 먼저 가열된 공기가 상대적으로 내측에 구비된 방열핀들과 열교환을 하기 때문에, 두 번째 열의 방열핀부터는 열전달 성능이 급격하게 감소하는 문제점이 있다. In the conventional heat sink, as shown in FIG. 1, the heat radiating fins are arranged in a straight line to the center of the heat sink, so that the air heated by the heat radiating fins of the external heat provided on the edge is heat- The heat transfer performance is drastically reduced from the heat dissipating fin of the second row.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다수개의 방열어레이들이 냉각유체와 고르게 열교환하여 열전달성능이 향상되도록 하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to improve the heat transfer performance by heat-exchanging a plurality of heat-
본 발명의 다른 목적은 히트싱크의 무게나 전열면적을 증가시키지 않고, 방열어레이의 구조변화를 통해 방열성능을 향상시키는 것이다.
Another object of the present invention is to improve the heat radiation performance by changing the structure of the heat radiation array without increasing the weight or the heat transfer area of the heat sink.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 일면에 전자부품이 설치되는 베이스와, 상기 베이스의 타면에 구비되고 상기 베이스의 중심을 둘러 배치되는 다수개의 방열어레이를 포함하고, 상기 다수개의 방열어레이는 각각 다수개의 방열핀으로 구성되며, 상기 베이스의 중심으로부터 상대적으로 먼 위치의 방열어레이는 이웃한 내측의 방열어레이를 둘러 설치되고, 서로 이웃한 방열어레이를 각각 구성하는 방열핀들은 상기 베이스의 중심을 향해 일정한 방향으로 배열되지 않고 서로 엇갈리게 구비된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display apparatus including a base on which an electronic component is mounted on one surface, and a plurality of heat radiation arrays provided on the other surface of the base and arranged around the center of the base And the plurality of heat radiation arrays are each composed of a plurality of heat radiation fins, and the heat radiation arrays at positions relatively far from the center of the base are surrounded by inner heat radiation arrays adjacent to each other, Are arranged in a staggered manner without being arranged in a certain direction toward the center of the base.
상기 다수개의 방열어레이는 상기 베이스의 중심을 기준으로 서로 다른 반경을 가지면서 상기 베이스의 타면을 둘러 각각 구비된다. The plurality of heat dissipation arrays are provided around the other surface of the base with different radii with respect to the center of the base.
상기 다수개의 방열어레이는 상기 베이스의 중심을 기준으로 서로 다른 반경을 가지면서 상기 베이스의 타면을 둘러 방사형으로 구비되는 제1방열어레이 내지 제4방열어레이로 구성된다. The plurality of heat dissipation arrays are composed of a first heat dissipation array to a fourth heat dissipation array having radially different radii with respect to the center of the base and radially surrounding the other surfaces of the base.
상기 제1방열어레이 내지 제4방열어레이는 각각 서로 다른 개수의 방열핀들로 구성된다. The first heat-radiating array to the fourth heat-radiating array are formed of different numbers of radiating fins.
상기 베이스의 중심과 가장 외측의 방열어레이를 구성하는 방열핀을 연결하는 가상의 연장선을 기준으로, 상기 베이스의 중심으로 갈수록 상기 방열어레이를 구성하는 방열핀은 상기 가상의 연장선으로부터 일정한 간격만큼 이격되어 설치된다. The radiating fins constituting the radiating array toward the center of the base are spaced apart from the imaginary extension line by a predetermined distance from a virtual extension line connecting the center of the base and the radiating fins constituting the outermost radiating array .
상기 방열핀 중 적어도 어느 하나는 상기 베이스의 중심으로부터 외측을 향한 방향으로 그 횡단면적이 작아지도록 형성된다. And at least one of the radiating fins is formed so as to have a smaller cross-sectional area in a direction toward the outside from the center of the base.
상기 방열핀 중 적어도 어느 하나는 삼각기둥형상으로 형성되되, 삼각기둥을 형성하는 세 모서리 중 어느 하나는 상기 베이스의 중심으로부터 멀어지는 외측을 향하도록 형성된다. At least one of the heat radiating fins is formed in a triangular prism shape, and one of the three corners forming the triangular prism is formed to be directed outward from the center of the base.
상기 다수개의 방열어레이는 상기 베이스의 중심방향으로 갈수록 높이가 높아지도록 형성된다. The plurality of heat dissipation arrays are formed to have a height higher toward the center of the base.
상기 다수개의 방열어레이는 상기 베이스의 중심방향으로 갈수록 높이가 낮아지도록 형성된다.
The plurality of heat dissipation arrays are formed so that their height decreases toward the center of the base.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 히트싱크에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.The following effects can be expected in the heat sink according to the present invention as described above.
본 발명에서는 히트싱크에 겹겹이 구비된 방열어레이를 구성하는 방열핀들이 서로 엇갈리게 구비되므로, 히트싱크 중심부로 유입되는 냉각유체(공기)가 가장 외측의 방열어레이 뿐 아니라 상대적으로 내측의 방열어레이와도 활발할 열교환을 통해 열전달 성능을 향상시키게 되고, 따라서 히트싱크의 방열성능이 좋아지는 효과가 있다. In the present invention, since the heat dissipating fins constituting the heat dissipating array layered in the heat sink are staggered from each other, the cooling fluid (air) flowing into the center portion of the heat sink is heat-exchanged not only with the outermost heat dissipating array but also with the relatively inside heat dissipating array So that the heat radiation performance of the heat sink is improved.
특히, 본 발명에서는 히트싱크의 무게를 증가시키지 않고, 방열어레이의 구조변화를 통해 방열핀들이 냉각유체와 고르게 열교환함으로써 방열성능을 향상시킬 수 있으므로, 동일한 방열성능을 기준으로 히트싱크의 제조비, 부피, 무게를 상대적으로 절감시킬 수 있는 효과가 있다. Particularly, in the present invention, the heat radiation performance can be improved by heat exchange with the cooling fluid evenly with the cooling fins through the structural change of the heat radiation array without increasing the weight of the heat sink. Therefore, The weight can be relatively reduced.
또한, 본 발명에서는 냉각유체가 히트싱크에 형성된 유로를 따라 이동하는 과정에서 방열핀과 열교환하는 면적이 증가하므로 방열성능을 보다 개선할 수 있고, 보다 균일한 열전달 성능을 확보할 수 있다.
Further, in the present invention, since the area of heat exchange with the radiating fins increases in the process of moving the cooling fluid along the flow path formed in the heat sink, the heat radiation performance can be further improved, and more uniform heat transfer performance can be ensured.
도 1은 종래 기술에 의한 히트싱크의 구성을 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 히트싱크의 구성을 보인 사시도.
도 3은 도 2에 따른 히트싱크의 하부 구조를 보인 사시도.
도 4는 도 2의 실시례 중 일부 구조를 보인 사시도.
도 5는 도 2의 실시례 중 일부 구조를 보인 평면도.
도 6은 본 발명의 제2실시례에 따른 히트싱크의 일부 구성을 보인 평면도.
도 7은 본 발명의 제3실시례에 따른 히트싱크의 일부 구성을 보인 평면도.
도 8은 본 발명의 제4실시례에 따른 히트싱크의 일부 구성을 보인 평면도.
도 9는 본 발명의 제5실시례에 따른 히트싱크의 일부 구성을 보인 평면도.
도 10은 본 발명의 제6실시례에 따른 히트싱크의 일부 구성을 보인 평면도.
도 11은 종래기술에 따른 히트싱크와 도 2에 도시된 본 발명 일실시례에 따른 히트싱크의 방열성능을 비교한 수치해석 데이터.
도 12는 종래기술에 따른 히트싱크와 도 2에 도시된 본 발명 일실시례의 각 어레이별 열전달계수를 비교한 그래프.
도 13은 도 2에 도시된 실시례의 방열성능을 검증하기 위한 실험장치를 도시한 구조도.
도 14는 도 13의 실험 장치에 의한 실험 결과와 도 2에 도시된 실시례의 히트싱크의 수치해석 결과를 비교한 그래프.1 is a perspective view showing a structure of a conventional heat sink;
2 is a perspective view showing a structure of a heat sink according to an embodiment of the present invention;
3 is a perspective view showing a bottom structure of the heat sink according to FIG. 2;
Fig. 4 is a perspective view showing a part of the embodiment of Fig. 2; Fig.
5 is a plan view showing a part of the embodiment of Fig. 2;
6 is a plan view showing a part of a structure of a heat sink according to a second embodiment of the present invention;
7 is a plan view showing a part of the structure of a heat sink according to a third embodiment of the present invention;
8 is a plan view showing a part of the structure of a heat sink according to a fourth embodiment of the present invention.
9 is a plan view showing a part of the structure of a heat sink according to a fifth embodiment of the present invention.
10 is a plan view showing a part of the structure of a heat sink according to a sixth embodiment of the present invention.
11 is a numerical analysis data comparing heat dissipation performance of a heat sink according to a conventional heat sink and heat sink according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
12 is a graph comparing the heat transfer coefficients of the heat sink according to the prior art and the heat transfer coefficient of each array according to the embodiment of the present invention shown in Fig.
13 is a structural view showing an experimental apparatus for verifying the heat radiation performance of the embodiment shown in Fig.
14 is a graph comparing the experimental results of the experimental apparatus of FIG. 13 with the numerical analysis results of the heat sink of the embodiment shown in FIG.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the understanding why the present invention is not intended to be interpreted.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;
참고로, 이하에서는 LED조명에 결합되어 LED조명의 방열기능을 수행하는 히트싱크를 예로 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, a heat sink which is coupled to the LED lighting and performs the heat radiation function of the LED illumination will be described as an example.
도 2에는 본 발명의 일실시례에 따른 히트싱크의 구성이 사시도로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 따른 히트싱크의 하부 구조가 사시도로 도시되어 있다. FIG. 2 is a perspective view illustrating a structure of a heat sink according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view illustrating a bottom structure of the heat sink shown in FIG.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일실시례에 따른 히트싱크(1)는 다수개의 LED(25)가 배치되는 기판(15)이 일면에 설치되는 베이스(10)와, 상기 베이스(10)에 설치되는 다수개의 방열어레이(30,40,50,60)를 포함한다. A
도 3에서 보듯이, 상기 기판(15)에는 다수개의 LED(25)가 구비되는데, 도 3의 LED(25)는 하나의 예시이며 LED(25)의 크기, 종류 및 배열은 다양하게 변형될 수 있다. 그리고, 본 발명에 의한 히트싱크(1)는 다수개의 LED(25)가 부착된 기판(15)의 일면에 부착된다. As shown in FIG. 3, the
상기 기판(15)의 반대측에는 베이스(10)가 구비된다. 상기 베이스(10)는 상기 기판(15)과 동일한 모양으로 형성되는 것이 열전달 측면에서 바람직하다. 도 3에는 상기 기판(15) 및 베이스(10)가 각각 원형의 얇은 판상으로 구비된 모습이 도시되어 있다. 상기 기판(15)과 베이스(10)에는 관통홀(20)이 형성된다. 도 2 및 도 3에는 상기 관통홀(20)이 상기 베이스(10)의 중심부에 형성된 것으로 표현되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. A
도시되지는 않았으나, 상기 기판(15)과 베이스(10)는 나사와 같은 체결구에 의해 서로 결합될 수 있으며, 결합되는 면은 접촉 열저항(thermal resistance)을 줄이기 위해 열전도 그리스(thermal grease)를 삽입하는 것이 바람직하다. Although not shown, the
상기 베이스(10)에는 다수개의 방열어레이(30,40,50,60)가 구비된다. 상기 방열어레이(30,40,50,60)는 상기 베이스(10)의 타면, 즉 상기 기판(15)이 접촉한 면과 반대되는 면에 구비되는 것으로, 상기 베이스(10)의 중심을 둘러 배치된다. 상기 방열어레이(30,40,50,60)는 도 2에서 보듯이 상기 베이스(10)의 타면에 다수개가 겹겹이 구비된다. The
이때, 상기 방열어레이(30,40,50,60)는 상기 베이스(10)의 원주방향을 따라 구비되는 다수개의 방열핀(31,41,51,61)이 하나의 방열어레이(30,40,50,60)를 구성한다. 상기 방열핀(31,41,51,61)은 상기 베이스(10)로부터 직교한 방향으로 뻗은 막대형상으로, 도 2에는 직사각형상의 횡단면을 갖는 방열핀(31,41,51,61)이 도시되어 있다. The plurality of heat dissipation fins 31, 41, 51, and 61 provided along the circumferential direction of the
상기 방열어레이(30,40,50,60)는 다수개의 방열핀(31,41,51,61)으로 구성되고, 각각의 방열어레이(30,40,50,60)는 상기 베이스(10)의 중심을 기준으로 서로 다른 반경을 가지면서 방사형으로 구비됨으로써, 하나의 방열어레이는 이웃한 다른 방열어레이를 둘러 구비되거나 이웃한 다른 방열어레이에 둘러지게 된다. 즉, 상기 베이스(10)의 중심으로부터 상대적으로 먼 위치의 방열어레이는 이웃한 내측의 방열어레이를 둘러 설치되는 것이다. The
참고로 본 실시례에서 상기 방열어레이(30,40,50,60)를 구성하는 다수개의 방열핀(31,41,51,61)은 상기 베이스(10)의 중심을 기준으로 원주방향으로 구비되나 반드시 이에 한정되지는 않으며, 다양한 다각형상을 형성하도록 다수개의 방열핀(31,41,51,61)이 배열될 수도 있다. In this embodiment, the plurality of heat-radiating
본 실시례에서 상기 방열어레이(30,40,50,60)는 총 4개, 즉 제1방열어레이 내지 제4방열어레이(30,40,50,60)로 구성된다. 설명의 편의를 위해 가장 외측의 방열어레이를 제1방열어레이(30)로, 가장 내측의 방열어레이를 제4방열어레이(60)로 칭하기로 한다. 물론, 방열어레이는 제1방열어레이(30) 및 제2방열어레이(40)로 구성되거나, 제1방열어레이 내지 제3방열어레이(30,40,50)로 구성될 수도 있고, 5개 이상의 방열어레이로 구성될 수도 있다. In this embodiment, the
이때, 서로 이웃한 방열어레이를 각각 구성하는 방열핀들은 서로 엇갈리도록 구비된다. 도 4 및 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 서로 이웃한 방열어레이의 방열핀들은 상기 베이스(10)의 중심을 향해 일정한 방향으로 배열되지 않고, 서로 엇갈리게 구비된다. At this time, the heat radiation fins constituting the adjacent heat radiation arrays are provided so as to be offset from each other. As best shown in FIGS. 4 and 5, the heat radiation fins of the adjacent heat radiation arrays are not arranged in a certain direction toward the center of the base 10 but are staggered from each other.
즉, 상기 제1방열어레이(30)를 구성하는 제1방열핀(31)과 베이스(10)의 중심을 연결하는 가상의 연장선은, 상기 제2방열어레이(40)를 구성하는 제2방열핀(41)과 베이스(10)의 중심을 연결하는 가상의 연장선과 서로 일치하지 않는 것이다. That is, a virtual extension line connecting the center of the base 10 with the
이를 통해, 상기 방열어레이들(30,40,50,60)을 통과하여 베이스(10)의 중심으로 유입되는 냉각유체인 공기가 보다 많은 방열핀과 고르게 열교환할 수 있다. 즉, 외부로부터 유입된 공기 중 일부가 가장 외측에 구비된 제1방열어레이(30)의 제1방열핀(31)과 접촉하여 열교환을 함과 동시에, 나머지 일부는 제1방열핀(31) 사이에 위치되는 제2방열핀(41)과 접촉하여 열교환을 하게 되는 것이다. Accordingly, air, which is a cooling fluid flowing into the center of the base 10 through the radiating
이를 통해 제1방열핀(31)에 의해 미처 온도가 상승하지 않은 공기가 제2방열핀(41)과 접촉하여 온도가 상승할 수 있으며, 이는 보다 많은 방열핀, 특히 상대적으로 베이스(10)의 내측에 위치한 방열핀들도 냉각유체인 공기와 열교환을 활발하게 하여 열전달성능을 향상시키는 결과를 가져오게 된다. Accordingly, the air whose temperature has not yet risen by the
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1방열핀(31)들의 사이에 제2방열핀(41)이 위치한다. 이때, 상기 제2방열핀(41)은 상기 두 제1방열핀(31) 사이의 정확히 절반이 되는 위치에 구비될 수도 있으며, 이 경우 도 5의 A의 길이는 B의 길이와 같다.As shown in FIG. 5, the
그리고, 상기 제3방열핀(51)은 다시 상기 제2방열핀(41)의 사이에 위치하고, 마찬가지로 제4방열핀(61)은 상기 제3방열핀(51)의 사이에 위치하게 된다. The
이에 따라, 제1방열어레이(30)를 통해 유입되는 공기는 베이스(10)의 중심에 이르도록 제2방열어레이 내지 제4방열어레이(40,50,60)에 의해 간섭되면서 유동하게 되고, 보다 활발한 열교환이 이루어지게 된다. Accordingly, the air flowing through the first
참고로, 도 6에는 본 발명에 의한 히트싱크(1)의 제2실시례가 도시되어 있는데, 이에 보듯이 상기 방열어레이는 제1방열어레이 내지 제3방열어레이(30,40,50)로 구성될 수 있다. 이 경우 상기 제1방열어레이(30)를 구성하는 제1방열핀(31) 사이에 제2방열어레이(40)를 구성하는 제2방열핀(41)이 구비된다. 그리고 제3방열어레이(50)를 구성하는 제3방열핀(51)은 상기 제2방열핀(41) 사이에 위치한다. 6 shows a second embodiment of the
도 7에는 본 발명에 의한 히트싱크(1)의 제3실시례가 도시되어 있는데, 이에 보듯이 제1방열어레이 내지 제4방열어레이(30,40,50,60)를 각각 구성하는 제1방열핀 내지 제4방열핀(31,41,51,61)은 서로 일정한 간격만큼 이격되어 구비될 수도 있다. 7 shows a third embodiment of the
즉, 상기 베이스(10)의 중심과 가장 외측의 제1방열어레이(30)를 구성하는 제1방열핀(31)을 연결하는 가상의 연장선을 기준으로, 상기 베이스(10)의 중심으로 갈수록 상기 방열어레이를 구성하는 각각의 방열핀은 상기 가상의 연장선으로부터 일정한 간격만큼 이격되어 설치되는 것이다. That is, with reference to a virtual extension line connecting the center of the
앞서 도 5에 도시된 실시례에서는 제1방열핀(31)과 제3방열핀(51), 그리고 제2방열핀(41)과 제4방열핀(61)이 서로 일치하는 위치에 구비되는 것에 반하여, 도 7에 도시된 실시례에서는 상기 제1방열핀 내지 제4방열핀(31,41,51,61)과 베이스(10)의 중심을 연결하는 가상의 연장선들이 서로 일치하지 않고 모두 다르게 형성되는 것이다. 즉, 도 7에 도시된 실시례에서는 제1방열핀 내지 제4방열핀(31,41,51,61)이 서로 모두 엇갈리게 형성된다. 5, the
또는, 상기 제1방열어레이 내지 제4방열어레이(30,40,50,60)는 각각 서로 다른 개수의 방열핀들로 구성됨으로써 서로 엇갈린 구조를 가질 수도 있다. Alternatively, the first to fourth
도 8에는 본 발명에 의한 히트싱크(1)의 제4실시례가 도시되어 있는데, 이에 보듯이 다수개의 방열어레이(30,40,50,60)를 구성하는 방열핀 중 적어도 어느 하나는 그 횡단면이 삼각형상으로 형성될 수 있다. 도 8에는 제2방열핀(41), 제3방열핀(51) 및 제4방열핀(61)이 삼각형상의 횡단면을 갖는 것으로 도시되어 있다. 8 shows a fourth embodiment of the
보다 정확하게는, 상기 방열핀은 삼각기둥형상을 갖도록 형성되는 것으로, 상기 베이스(10)의 중심으로부터 외측을 향한 방향으로 삼각형의 한 꼭지점이 위치하도록 구비된다. 이에 따라, 외부로부터 유입되는 공기는 삼각기둥의 외면 중 상기 꼭지점을 중심으로 한 양측 외면(45)과 접촉하므로, 공기의 유입초기에 도 5 내지 도 7에 도시된 방열핀과 보다 상대적으로 넓은 면적과 접촉할 수 있다. 바람직하게는 공기와의 접촉면적을 넓힐 수 있도록 상기 방열핀은 이등변 삼각형상의 횡단면을 갖는다. More precisely, the radiating fin is formed to have a triangular prism shape, and is provided so that one vertex of a triangle is positioned in a direction toward the outside from the center of the
물론, 상기 방열핀은 반드시 삼각형상의 횡단면을 가질 필요는 없으며, 상기 베이스(10)의 중심으로부터 외측을 향한 방향으로 그 횡단면적이 작아지도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 방열핀의 외면은 곡면을 가지도록 형성될 수도 있는 것이다. Of course, the radiating fins do not necessarily need to have a triangular cross-section, but may be formed so as to have a smaller cross-sectional area in the direction toward the outside from the center of the
또한, 상기 방열핀이 도 8과 같은 형상을 가짐으로써, 공기가 베이스(10)의 중심방향으로 보다 원활하게 유입될 수도 있다. 즉, 냉각유체인 공기가 방열핀과 초기에 접하는 면적이 좁아지므로 저항이 상대적으로 줄어들게 되고, 이에 따라 보다 원활한 공기유동이 가능해지는 것이다. In addition, since the radiating fin has a shape as shown in Fig. 8, the air can flow more smoothly toward the center of the
도 9에는 본 발명에 의한 히트싱크(1)의 제5실시례가 도시되어 있다. 이에 보듯이, 다수개의 방열어레이를 구성하는 방열핀은 베이스(10)의 중심방향으로 갈수록 높이가 낮아지도록 형성된다. 즉, 제1방열어레이(30)를 구성하는 제1방열핀(31)은 상기 제2방열어레이(40)를 구성하는 제2방열핀(41) 보다 길이가 길게 형성되고, 제2방열핀(41)은 제3방열핀(51) 보다, 그리고 제3방열핀(51)은 제4방열핀(61) 보다 각각 길게 형성된다.9 shows a fifth embodiment of the
이와 같이, 제1방열어레이(30)로부터 제4방열어레이(60)로 갈수록 방열핀의 높이가 감소하도록 형성됨으로써, 상대적으로 열전달이 잘 일어나지 않는 베이스(10) 중심부 쪽의 방열핀은 높이를 줄이고 열전달 계수가 높은 베이스(10)의 외곽 또는 가장자리 쪽의 방열핀을 높여 냉각유체와 직접 접하는 전열 면적을 증가시킬 수 있다. Thus, since the height of the heat dissipation fin decreases from the first
따라서, 본 발명의 제5실시례에 따른 히트싱크(1)로 유입되는 유량을 2배 이상 증가시킬수 있고, 그 결과 방열성능을 향상시킬 수 있다. Therefore, the flow rate to the
보다 상세하게 설명하면, 이처럼 제1방열어레이 내지 제4방열어레이(30,40,50,60)의 방열핀들은 베이스(10)의 반경방향을 따라 형성된 방열핀 중 가장 외곽에 있는 제1방열핀(31)을 가장 높게 형성함으로써 열전달이 아직 되지 않는 초기의 냉각유체와 접촉되는 면적을 증가시킬 수 있게 되고, 가열되지 않은 냉각유체의 유입 유량을 늘일 수 있다. 즉, 가장자리 쪽에 있는 제1방열핀(31)의 높이를 가장 크게 함으로써 가열되지 않고 처음으로 유입되는 냉각유체의 유량을 증대시킬 수 있는 것이다. More specifically, the radiating fins of the first to
이때, 도 9에 도시된 제5실시례에서도 제1방열어레이 내지 제4방열어레이(30,40,50,60)의 각 방열핀(31,41,51,61)들는 서로 이웃한 방열어레이를 구성하는 방열핀들과 서로 엇갈리게 구비되어, 활발할 열교환을 통해 열전달 성능을 향상시키게 된다.9, each of the
도 10에는 본 발명에 의한 히트싱크(1)의 제6실시례가 도시되어 있다. 이에 보듯이, 다수개의 방열어레이를 구성하는 방열핀은 베이스(10)의 중심방향으로 갈수록 높이가 높아지도록 형성된다. 즉, 제1방열어레이(30)를 구성하는 제1방열핀(31)은 상기 제2방열어레이(40)를 구성하는 제2방열핀(41) 보다 길이가 짧게 형성되고, 제2방열핀(41)은 제3방열핀(51) 보다, 그리고 제3방열핀(51)은 제4방열핀(61) 보다 각각 짧게 형성된다.Fig. 10 shows a sixth embodiment of the
이와 같이, 제1방열어레이(30)로부터 제4방열어레이(60)를 향할수록 방열핀의 높이가 증가하도록 형성함으로써, 베이스(10)의 중심부 쪽에서 가열되어 상승하는 냉각유체와 방열핀이 접촉하는 면적을 증가시킬 수 있고, 히트싱크(1)에 대해 전체적으로 균일한 열전달이 이루어질 수 있다.Thus, the height of the radiating fin increases from the
이 때, 가장자리에 있는 제1방열어레이(30)의 제1방열핀(31)과 처음으로 접촉하는 냉각유체는 상대적으로 내측에 있는 제2방열핀(41)과도 처음으로 접촉하게 된다. 즉, 제2방열핀(41)의 전체 높이구간 중에서, 제1방열핀(31) 보다 높은 부분은 가열되지 않은 냉각유체와 처음으로 접촉하게 된다. 마찬가지로 보다 중심에 있는 제3방열핀(51)의 전체 높이구간 중에서 제2방열핀(41) 보다 높은 부분도 가열되지 않은 냉각유체와 처음으로 접촉하게 된다. At this time, the cooling fluid first making contact with the
이처럼 제2방열핀(41) 내지 제4방열핀(61)은 이웃한 다른 방열핀 보다 높게 형성된 부분에서 가열되지 않은 냉각유체와 처음으로 접촉하므로 방열성능을 개선할 수 있고 냉각 유량을 증대시킬 수 있다.As described above, the second to fourth radiating fins (41) to (61) are first brought into contact with the unheated cooling fluid at a portion formed higher than other neighboring radiating fins, so that the heat radiation performance can be improved and the cooling flow rate can be increased.
물론, 도 10에 도시된 제6실시례에서도 제1방열어레이 내지 제4방열어레이(30,40,50,60)의 각 방열핀(31,41,51,61)들는 서로 이웃한 방열어레이를 구성하는 방열핀들과 서로 엇갈리게 구비되어, 활발할 열교환을 통해 열전달 성능을 향상시키게 된다.10, each of the
이하에서는 본 발명에 의한 히트싱크(1)의 수치해석 결과에 대해 설명하기로 한다. 수치해석을 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크(1)와 종래 기술에 의한 히트싱크, 즉 방열핀이 엇갈리게 배치되지 않고 일방향으로 배치된 기술(도 1 참조)을 비교하였는데, 평균 온도와 질량을 비교하였다. 도 11의 상단그래프는 종래의 히트싱크에 대한 수치해석 결과이고, 도 11의 하단그래프는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크(1)에 대한 수치해석 결과로서, 지면과 수평한 면의 온도분포를 도시한 것이다. 도 11에서 붉은 부분은 온도가 높고 푸른 부분은 온도가 낮음을 의미한다.Hereinafter, numerical analysis results of the
본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크(1)의 형상 및 운전조건은 다음과 같다. NA=20, LL=40 mm, LM=20 mm, LF=4 mm, LS=5 mm, Ro=90 mm, Ri=10 mm, H=40mm, t=3 mm, 외기온도=30°C, 열유속=1000 W/m2, 방사율=0.9 이고, 종래의 히트싱크의 형상은 NA=20, LL=40 mm, LM=20 mm, LF=4 mm, LS=5 mm, Ro=90 mm, Ri=10 mm, H=40mm, t=3이다. 여기서, NA는 각 방열핀어레이의 개수, LL은 제1방열어레이(30)의 일단로부터 제4방열어레이(60)의 말단 사이의 거리, LM은 제1방열어레이(30)의 일단로부터 제2방열어레이(40)의 말단 사이의 거리, LF는 방열핀의 길이, Ls는 이웃한 방열핀 사이의 거리, Ro는 베이스(10)의 반지름, Ri는 베이스(10)의 중심에 형성된 관통홀의 반지름, H는 방열핀의 높이, t는 방열핀의 두께이다.The shape and operating conditions of the
도 11은 기존 모델과 개선된 모델에 대한 수치해석 결과로서 지면과 수직한 면과 수평한 면의 온도분포를 도시한 것이다. 이를 비교해 보면, 본 발명에 따른 히트싱크(1)의 경우가 베이스(10)의 중심부의 온도가 종래 히트싱크 보다 현저히 낮음을 알 수 있으며, 전체구간을 거쳐 고른 온도분포를 보이고 있는 것을 확인할 수 있다. FIG. 11 shows the temperature distribution on a plane surface and a plane surface perpendicular to the ground, as a result of numerical analysis for an existing model and an improved model. In comparison, it can be seen that the temperature of the center portion of the
종래의 히트싱크(1)의 경우는 베이스(10) 중심부의 온도가 대략 49.4℃인 반면에, 본 발명에 따른 히트싱크(1)의 경우는 평균온도가 대략 46.7℃로 종래 히트싱크 보다 약 2.6℃ 낮음을 알 수 있다. 정확한 수치 결과 데이터는 아래 [표 1]과 같다.In the case of the
위 [표 1]에서 보듯이, 종래기술에 의한 히트싱크와 본원발명에 의한 히트싱크(1)는 동일한 전열면적과 동일한 질량을 가지고 있으나, 방열어레이의 구조변경을 통하여 평균온도를 낮추는 결과를 가져오게 된다. As shown in Table 1, the heat sink according to the prior art and the
이러한 결과는 제2방열핀 내지 제4방열핀(41,51,61)이 제1방열핀(31) 사이를 통해 유입되어 아직 가열되지 않은 공기와 열교환을 하면서 열전달량이 늘어났기 때문에 발생한 것이다. This result is caused by the fact that the heat transfer amount is increased while the second to
그리고, 도 12에는 종래기술에 따른 히트싱크와 도 2에 도시된 본 발명 일실시례의 각 방열어레이별 열전달계수를 비교한 그래프가 도시되어 있다. 이에 보듯이, 제1방열어레이(30)의 열전달계수는 종래기술과 본원발명 사이에 큰 차이가 없으나, 제2방열어레이(40)에서는 약 35%의 열전달성능이 향상된 것을 볼 수 있고, 제3방열어레이(50) 및 제4방열어레이(60)에서도 다소나마 향상된 것을 확인할 수 있다. FIG. 12 is a graph showing a comparison between the heat sinks according to the related art and the heat transfer coefficients of the heat radiating arrays according to an embodiment of the present invention shown in FIG. As can be seen from the above, the heat transfer coefficient of the first
이는 본원발명의 경우 제1방열어레이(30) 뿐 아니라, 상대적으로 내측의 제2방열어레이(40)에서도 열교환이 활발하게 이루어짐으로써 열전달성능의 향상을 가져온 것이라 할 수 있다. In the case of the present invention, heat exchange is actively performed not only in the first
다음으로 아래 [표 2]는 도 9에 도시된 본 발명의 제5실시례와, 도 10에 도시된 본 발명의 제6실시례를 다른 실시례와 비교한 것이다. 보다 정확하게는 A-1은 도 9에 도시된 실시례를 나타내고, A-2는 도 9의 실시례와 같이 방열핀의 높이 변화는 있으나, 방열핀들이 엇갈려 배치되지 않은 구조를 나타낸다. 그리고, B-1은 도 10에 도시된 실시례를 나타내고, B-2는 도 10의 실시례와 같이 방열핀의 높이 변화는 있으나, 방열핀들이 엇갈려 배치되지 않은 구조를 나타낸다. Next, Table 2 below compares the fifth embodiment of the present invention shown in Fig. 9 and the sixth embodiment of the present invention shown in Fig. 10 with other embodiments. More precisely, A-1 shows the embodiment shown in Fig. 9, and A-2 shows a structure in which the radiating fins are not staggered although the radiating fins vary in height as in the embodiment of Fig. B-1 shows the embodiment shown in Fig. 10, and B-2 shows a structure in which the radiating fins are not staggered although the radiating fins vary in height as in the embodiment of Fig.
상기 표 2에서 보듯이, 방열핀의 높이를 달리하는 실시례에서도 방열핀의 구조를 엇갈려 배치하면 히트싱크(1)의 평균온도를 낮추는 결과를 가져오게 됨을 알 수 있다. As shown in Table 2, when the heat dissipation fins are arranged at different heights, the
마지막으로, 도 11의 수치 해석결과의 타당성을 검증하기 위해서 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크(1)의 성능을 실험하기 위한 장치를 만들어 실험을 하였으며, 그 실험결과와 앞서 도 11의 수치해석 결과를 비교하였다.Finally, in order to verify the validity of the numerical analysis result of FIG. 11, an apparatus for testing the performance of the
도 13에서 보듯이, 실험한 원형 히트싱크(1)의 재질은 알루미늄 6061이고, 실험 모델의 형상은 원판형상이며, 방열핀 어레이의 개수 Na=25, 제1방열어레이(30) 일단으로부터 제4방열어레이(60)의 말단 까지의 거리 LL=40 mm, 제1방열어레이(30) 일단으로부터 제2방열어레이(40)의 말단 까지의 거리 LM=40 mm, 방열핀의 길이 LF=4 mm, 이웃한 방열핀 사이의 거리 LS=5 mm, 베이스(10)의 반지름 RO=90 mm, 관통홀(20)의 반지름 RI=10 mm, 방열핀의 높이 H=40 mm, 방열핀의 두께 t=3 mm이다. As shown in FIG. 13, the material of the tested
실험 장치는 필름히터(70), 원형 히트싱크(1), 단열재(72), 열전대(74), 데이터 수집장치(76), 컴퓨터(75), 전원 공급기(79) 및 와트 미터(78)를 포함하여 구성될 수 있다. 실험장치는 조명용 히트싱크(1)에 균일한 열 유속을 전달하기 위해서 필름히터(70)의 윗면 및 아랫면에 1 mm 정도의 얇은 알루미늄 판(미도시)을 삽입할 수 있다. The experimental apparatus includes a
또한, 접촉 열저항을 최소화하기 위해 각각의 접촉면에는 써멀 그리스(thermal grease)를 도포할 수 있다. 필름히터(70)의 아래 방향으로 빠져나가는 열 손실을 계산하기 위해 필름히터(70)의 밑에는 두께 5 mm 정도의 아크릴 판(열유속 0.2 W/m·℃)을 설치할 수 있다.In addition, thermal grease can be applied to each contact surface to minimize contact thermal resistance. An acrylic plate having a thickness of about 5 mm (heat flux of 0.2 W / m 占 폚) may be provided under the
도 14를 참조하면, 수치해석의 결과(실선 그래프)와 실험 결과(네모 표시)가 상당히 잘 일치함을 볼 수 있는데, 이는 수치 해석 모델이 자연대류를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크(1)를 정확히 모사하기 때문이다. 그리고, 이를 통해 본원발명과 같이 방열어레이의 구조변화를 통해 방열핀들이 냉각유체와 고르게 열교환함으로써 방열성능을 향상시킬 수 있다는 사실을 정확하게 확인할 수 있다. Referring to FIG. 14, it can be seen that the results of the numerical analysis (solid line graph) and the experimental results (square display) agree very well because the numerical analysis model uses natural convection, (1) is accurately simulated. As a result, it is possible to accurately confirm that the heat dissipation performance can be improved by performing heat exchange evenly with the cooling fluid through the structure change of the heat dissipation array as in the present invention.
이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. Furthermore, the terms "comprises", "comprising", or "having" described above mean that a component can be implanted unless otherwise specifically stated, But should be construed as including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
상기한 실시례에서는 LED(25) 조명의 방열을 위한 히트싱크(1)를 예로 들었으나, 일반조명, CPU, GPU, 저항 등과 같이 발열을 일으키는 다양한 전자부품에도 본 발명이 적용될 수 있다. Although the
10: 베이스
20: 관통홀
30: 제1방열어레이
40: 제2방열어레이
50: 제3방열어레이
60: 제4방열어레이10: Base 20: Through hole
30: first heat radiation array 40: second heat radiation array
50: Third heat dissipation array 60: Fourth heat dissipation array
Claims (10)
상기 베이스의 타면에 구비되고 상기 베이스의 중심을 둘러 배치되는 다수개의 방열어레이를 포함하고,
상기 다수개의 방열어레이는 각각 다수개의 방열핀으로 구성되며,
상기 베이스의 중심으로부터 상대적으로 먼 위치의 방열어레이는 이웃한 내측의 방열어레이를 둘러 설치되고,
서로 이웃한 방열어레이를 각각 구성하는 방열핀들은 상기 베이스의 중심을 향해 일정한 방향으로 배열되지 않고 서로 엇갈리게 구비됨을 특징으로 하는 히트싱크.
A base on which an electronic component is mounted,
And a plurality of heat radiating arrays provided on the other surface of the base and disposed around the center of the base,
The plurality of heat dissipation arrays are each composed of a plurality of heat dissipation fins,
The heat radiation arrays located at positions relatively far from the center of the base are disposed around the neighboring inner heat radiation arrays,
Wherein the heat radiation fins constituting the heat radiation arrays adjacent to each other are not arranged in a certain direction toward the center of the base but are staggered from each other.
The heat sink as set forth in claim 1, wherein the plurality of heat dissipation arrays are formed to surround the other surfaces of the base with different radii with respect to the center of the base.
The apparatus of claim 1 or 2, wherein the plurality of heat dissipation arrays are formed of a first heat dissipation array to a fourth heat dissipation array having radially different radii with respect to a center of the base, Heatsink.
The heat sink according to claim 3, wherein the first to fourth heat dissipation arrays are formed of different numbers of heat dissipating fins.
The radiating fin as claimed in claim 1, wherein a radiating fin constituting the radiating array toward the center of the base is formed to extend from the imaginary extension line toward the center of the base with a virtual extension line connecting the center of the base and the radiating fins constituting the outermost radiating array The heat sink is installed spaced apart by an interval.
The heat dissipation device according to claim 3, wherein the first heat dissipation array and the third heat dissipation array are arranged in a predetermined direction toward the center of the base, and the second heat dissipation array and the fourth heat dissipation array are arranged in a predetermined direction toward the center of the base .
The heat sink according to claim 1, wherein at least one of the heat radiating fins is formed so that a cross-sectional area of the heat radiating fins decreases toward the outer side from the center of the base.
The heat sink as set forth in claim 1, wherein at least one of the heat radiating fins is formed in a triangular prism shape, and one of three corners forming the triangular prism is formed to face outward from the center of the base.
The heat sink as set forth in claim 1, wherein the plurality of heat dissipation arrays are formed to have a height higher toward the center of the base.
The heat sink as set forth in claim 1, wherein the plurality of heat dissipation arrays are formed to have a height lower toward the center of the base.
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Legal Events
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J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2016101000795; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20160211 Effective date: 20160819 |