KR20180007198A - Heat pipe and printed circuit board having the same - Google Patents

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KR20180007198A
KR20180007198A KR1020160088115A KR20160088115A KR20180007198A KR 20180007198 A KR20180007198 A KR 20180007198A KR 1020160088115 A KR1020160088115 A KR 1020160088115A KR 20160088115 A KR20160088115 A KR 20160088115A KR 20180007198 A KR20180007198 A KR 20180007198A
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이승은
정율교
이문희
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삼성전기주식회사
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Abstract

A heat pipe is disclosed. The heat pipe according to the present invention includes a pair of metal plates arranged to face each other; a pair of inner wall metal layers which are individually formed on a surface facing the pair of metal plates and include grooves; and an intermediate metal layer having a pair of chambers interposed between the pair of inner metal layers and formed on one side and the other side thereof, respectively, and a plurality of fluid paths connecting the pair of chambers formed therein. The groove functions as a wick by being selectively exposed in the chamber and the fluid paths.

Description

히트파이프 및 이를 구비한 인쇄회로기판{Heat pipe and printed circuit board having the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a heat pipe and a printed circuit board having the heat pipe,

본 발명은 히트파이프 및 이를 구비한 인쇄회로기판에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pipe and a printed circuit board having the heat pipe.

휴대폰을 비롯한 IT 분야의 전자기기들이 작고 고성능화 되면서 발열문제가 심각해 지고 있다. 이에 대한 기술적 요구에 부응하여 회로기판 및 모듈에 적용할 수 있는 박형 구조의 방열 장치가 필요하게 되었다.As electronic devices such as mobile phones are becoming smaller and more sophisticated, heat problems are becoming more serious. In order to meet the technical demands, there is a need for a heat dissipating device of a thin structure that can be applied to circuit boards and modules.

일본특허공보 제2007-113820호Japanese Patent Publication No. 2007-113820

본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 마주하게 배치된 한 쌍의 금속판, 한 쌍의 금속판이 마주하는 면에 각각 형성되며 홈(groove)이 형성된 한 쌍의 내벽 금속층, 한 쌍의 내벽 금속층 사이에 개재되어 있으며 일측과 타측에 각각 형성된 한 쌍의 챔버(chamber) 및 상기 한 쌍의 챔버를 연결시키는 복수의 유체경로가 내부에 형성된 중간 금속층을 포함하고, 홈은 챔버 및 유체경로에 선택적으로 노출되어 위크(wik) 역할은 하는 히트파이프가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a pair of metal plates facing each other; a pair of inner wall metal layers each formed on a surface facing a pair of metal plates and having grooves; A pair of chambers formed on one side and the other side, and an intermediate metal layer in which a plurality of fluid paths connecting the pair of chambers are formed, wherein the grooves are selectively exposed to the chamber and the fluid path, a heat pipe serving as a wick is provided.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 히트파이프, 히트파이프가 내장하는 절연층 및 절연층에 형성된 회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a printed circuit board including a heat pipe, an insulating layer in which the heat pipe is embedded, and a circuit pattern formed on the insulating layer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프의 구조를 설명하는 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프의 단면을 나타낸 도면.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프를 제조하는 방법을 예시하는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프를 구비한 인쇄회로기판을 나타내는 도면.1 is a view for explaining a structure of a heat pipe according to an embodiment of the present invention;
2 and 3 are cross-sectional views of a heat pipe according to an embodiment of the present invention.
4 to 8 illustrate a method of manufacturing a heat pipe according to an embodiment of the present invention.
9 is a view of a printed circuit board having a heat pipe according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 히트파이프 및 이를 구비한 인쇄회로기판의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a heat pipe according to the present invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of a heat pipe according to the present invention; FIG. A duplicate description thereof will be omitted.

또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.It is also to be understood that the terms first, second, etc. used hereinafter are merely reference numerals for distinguishing between identical or corresponding components, and the same or corresponding components are defined by terms such as first, second, no.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.In addition, the term " coupled " is used not only in the case of direct physical contact between the respective constituent elements in the contact relation between the constituent elements, but also means that other constituent elements are interposed between the constituent elements, Use them as a concept to cover each contact.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프의 구조를 설명하는 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프의 단면을 나타낸 도면이다. 도 1은 본 실시예의 히트파이프의 상부를 절개할 때 가상의 형태를 나타낸 그림이고, 도 2는 A-A´를 따라 본 히트파이프의 단면이고, 도 3는 B-B´를 따라 본 히트파이프의 단면FIG. 1 is a view for explaining a structure of a heat pipe according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views of a heat pipe according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of the heat pipe taken along the line A-A 'in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat pipe taken along the line B-B'

본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프(100)는, 한 쌍의 금속판(10), 한 쌍의 내벽 금속층(20) 및 중간 금속층(30)을 포함한다.The heat pipe 100 according to an embodiment of the present invention includes a pair of metal plates 10, a pair of inner wall metal layers 20, and an intermediate metal layer 30.

금속판(10)은 히트파이프(100)의 바깥 양면을 구성하는 부분으로서, 외부로부터 열을 흡수하고 방출할 수 있도록 열전도성이 높은 금속 재질로 이루어진다. 금속판(10)은 히트파이프(100)의 양면을 구성하므로 한 쌍이 구비되며 서로 마주하게 배치된다.The metal plate 10 constitutes the outer and both surfaces of the heat pipe 100 and is made of a metal having high thermal conductivity so as to absorb and discharge heat from the outside. Since the metal plate 10 constitutes both sides of the heat pipe 100, a pair of the metal plate 10 and the heat pipe 100 are disposed to face each other.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 히트파이프(100)는 일측에서 열을 흡수하고 타측에서 열을 방출하도록 구성되어 있다. 이에 따라, 서로 나란한 한 쌍의 금속판(10)은 일단에서 타단으로 연장되는 평판 구조를 가질 수 있다.1 to 3, the heat pipe 100 of this embodiment is configured to absorb heat from one side and to release heat from the other side. Accordingly, the pair of metal plates 10 arranged side by side can have a flat plate structure extending from one end to the other end.

내벽 금속층(20)은 히트파이프(100)의 내벽을 구성하는 부분으로, 한 쌍의 금속판(10)이 마주하는 면에 각각 형성되어 있다. 내벽 금속층(20)에는 홈(groove, g1)이 형성되어 있다. 내벽 금속층(20)의 홈(g1)은 모세관력을 형성하는 히트파이프(100)의 위크(wik) 역할을 하므로, 응축된 유체가 되돌아오게 하는 순환을 형성한다. 이를 위해, 내벽 금속층(20)의 홈(g1)은 챔버(C1, C2) 및 유체경로(R1, R2)에 선택적으로 노출된다.The inner wall metal layer 20 is a part constituting the inner wall of the heat pipe 100, and is formed on a face where the pair of metal plates 10 face each other. The inner wall metal layer 20 is formed with a groove g1. The groove g1 of the inner wall metal layer 20 acts as a wick of the heat pipe 100 forming the capillary force, so that the condensed fluid returns to the circulation. To this end, the groove g1 of the inner wall metal layer 20 is selectively exposed to the chambers C1 and C2 and the fluid paths R1 and R2.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 금속판(10)이 마주보는 면에 형성된 내벽 금속층(20)은 선택적으로 에칭되어 홈(g1)이 형성될 수 있다. 이 때, 금속판(10)과 내벽 금속층(20)은 서로 다른 금속으로 이루어지며, 금속판(10)에 작용하지 않는 에칭으로 내벽 금속층(20)에 홈(g1)이 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 나타난 바와 같이, 상부의 금속판(10)은 니켈로 이루어지고 여기에 형성된 구리층(22a)으로 내벽 금속층(20)이 만들어질 수 있다. 여기서, 니켈은 에칭하지 않고 구리를 에칭하는 에칭액을 이용하면, 구리층(22a)만을 선택적으로 에칭하여 홈(g1)이 형성된 내벽 금속층(20)을 형성할 수 있다.2 to 3, the inner wall metal layer 20 formed on the surface facing the metal plate 10 may be selectively etched to form a groove g1. At this time, the metal plate 10 and the inner wall metal layer 20 are made of different metals, and the groove g1 can be formed in the inner wall metal layer 20 by etching not acting on the metal plate 10. [ For example, as shown in FIG. 4, the upper metal plate 10 may be made of nickel and the inner wall metal layer 20 may be made of a copper layer 22a formed thereon. Here, if an etchant for etching copper is used without etching nickel, only the copper layer 22a can be selectively etched to form the inner wall metal layer 20 having the grooves g1 formed thereon.

또한, 내벽 금속층(20)은 서로 다른 재질로 이루어진 복수의 금속층으로 형성될 수 있으며, 복수의 금속층 각각에 작용하는 에칭에 의하여 다단계 구조의 홈(g1, g2)이 형성될 수도 있다. 예를 들면, 도 6에 나타난 바와 같이, 하부의 내벽 금속층(20)은 구리층(22a) 및 니켈층(24a)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 여기서, 니켈 에칭액과 구리 에칭액을 차례로 이용하여 에칭하면, 계단 형태와 같은 다단계 구조의 홈(g1, g2)이 형성될 수 있다.In addition, the inner wall metal layer 20 may be formed of a plurality of metal layers made of different materials, and grooves g1 and g2 of a multi-step structure may be formed by etching applied to each of the plurality of metal layers. For example, as shown in FIG. 6, the lower inner wall metal layer 20 may be formed by sequentially laminating a copper layer 22a and a nickel layer 24a. Here, if etching is performed using a nickel etchant and a copper etchant in this order, grooves g1 and g2 having a multistage structure such as a step shape can be formed.

중간 금속층(30)은 히트파이프(100)의 측면 벽을 구성하여 히트파이프(100)의 내부를 밀폐시키고, 챔버(C1, C2)와 유체경로(R1, R2)가 형성되는 부분이다. 구체적으로, 중간 금속층(30)은 한 쌍의 내벽 금속층(20) 사이에 개재되어 있으며, 일측과 타측에 각각 외부와 밀폐된 챔버(C1, C2)가 형성된다. 그리고, 한 쌍의 챔버(C1, C2)를 연결시키는 복수의 유체경로(R1, R2)도 내부에 형성되어 있다. The intermediate metal layer 30 constitutes a side wall of the heat pipe 100 to seal the interior of the heat pipe 100 and form the chambers C1 and C2 and the fluid paths R1 and R2. Specifically, the intermediate metal layer 30 is sandwiched between the pair of inner wall metal layers 20, and the chambers C1 and C2 are formed at one side and the other side, respectively. A plurality of fluid paths R1 and R2 for connecting the pair of chambers C1 and C2 are also formed therein.

히트파이프(100)는, 열을 흡수할 때 내부의 액체를 증발시키는 공간과, 열을 방출할 때는 증기를 다시 액화시키는 공간이 필요하다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 히트파이프(100)의 일측 단부 및 타측 단부에는 각각 빈 공간인 챔버(C1, C2)가 형성될 수 있다. 도 5를 참조하면, 챔버(C1, C2)는 중간 금속층(30)의 재료가 되는 금속판(30a)에 관통홀을 만들어 형성될 수 있다. 이 때, 일측의 제1 챔버(C1)는 열을 흡수하는 증발기가 되고 타측의 제2 챔버(C2)는 열을 방출시키는 응축기가 될 수 있다. 또한, 중간 금속층(30)에는, 증발기에서 발생된 증기가 응축기인 제2 챔버(C2)로 이동되도록, 제1 챔버(C1)와 제2 챔버(C2)를 연결시키는 제1 유체경로(R1)가 형성될 수 있다. 그리고, 제2 챔버(C2)에서 응축된 액체가 제1 챔버(C1)로 복귀하도록, 제1 챔버(C1)와 제2 챔버(C2)를 연결시키는 제2 유체경로(R2)도 형성될 수 있다. 제1 유체경로(R1) 및 제2 유체경로(R2)는 한 쌍의 챔버(C1, C2)를 연결시키는 관 형태로 형성될 수 있다. 이 때, 제2 유체경로(R2)는 액체를 이송시키는 모세관력을 가질 수 있도록 가늘거나 좁게 형성될 수 있다. The heat pipe 100 needs a space for evaporating the liquid inside when absorbing heat and a space for liquefying the vapor again when releasing heat. 1 to 3, chambers C1 and C2, which are empty spaces, may be formed at one end and the other end of the heat pipe 100 of the present embodiment, respectively. Referring to FIG. 5, the chambers C1 and C2 may be formed by forming through holes in the metal plate 30a, which is a material of the intermediate metal layer 30. At this time, the first chamber C1 on one side may be an evaporator that absorbs heat and the second chamber C2 on the other side may be a condenser that releases heat. A first fluid path R1 connecting the first chamber C1 and the second chamber C2 is formed in the intermediate metal layer 30 so that the vapor generated in the evaporator is moved to the second chamber C2 as a condenser. Can be formed. A second fluid path R2 connecting the first chamber C1 and the second chamber C2 may also be formed so that the liquid condensed in the second chamber C2 returns to the first chamber C1 have. The first fluid path R1 and the second fluid path R2 may be formed in a tube shape connecting the pair of chambers C1 and C2. At this time, the second fluid path R2 may be formed thin or narrow so as to have a capillary force for transferring the liquid.

또한, 챔버(C1, C2) 또는 제2 유체경로(R2)에 내벽 금속층(20)의 홈(g1)이 노출되어 위크 역할을 수행할 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 내벽 금속층(20)의 홈(g1)이 챔버(C1, C2)에 노출되고 제1 유체경로(R1)와 제2 유체경로(R1)를 연결시키는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 유체경로(R2)에 의해 제1 챔버(C1)로 복귀된 액체는 제1 챔버(C1) 내 홈(g1)의 모세관력에 의해 제1 유체경로(R1)를 향하여 흐를 수 있다.The grooves g1 of the inner wall metal layer 20 may be exposed to the chambers C1 and C2 or the second fluid path R2 to function as a wick. 1 to 3, the groove g1 of the inner wall metal layer 20 is exposed in the chambers C1 and C2 and the first fluid path R1 and the second fluid path R1 are connected to each other. . For example, the liquid returned to the first chamber C1 by the second fluid path R2 flows toward the first fluid path R1 by the capillary force of the groove g1 in the first chamber C1 .

또한, 중간 금속층(30)은 내벽 금속층(20)과 솔더링에 의해 결합될 수 있다. 도 5를 참조하면, 중간 금속층(30)이 가공된 후에 양면에 솔더층(35)을 형성하고, 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 상부 금속판(10) 및 하부 금속판(10) 사이에 중간 금속층(30)을 배치한 후에, 솔더층(35)을 리플로우(reflow)한 상태에서 상부 및 하부의 내벽 금속층(20)과 결합 시킬 수 있다. 이렇게, 내벽 금속층(20)과 중간 금속층(30)의 사이에는 결합시키는 솔더층(35)이 형성될 수 있다.In addition, the intermediate metal layer 30 may be bonded to the inner wall metal layer 20 by soldering. 5, a solder layer 35 is formed on both surfaces after the intermediate metal layer 30 is processed. As shown in FIGS. 7 and 8, After the metal layer 30 is disposed, the solder layer 35 can be bonded to the upper and lower inner wall metal layers 20 in a reflowed state. The solder layer 35 may be formed between the inner metal layer 20 and the intermediate metal layer 30.

한편, 본 실시예의 히트파이프(100)에는 챔버(C1, C2) 또는 유체경로(R1, R2)와 연결되는 주입구(H)가 형성될 수 있다. 주입구(H)를 통하여 공기를 빼내어 히트파이프(100)의 내부에 진공을 형성하고 열전달에 필요한 유체를 주입할 수 있다. 유체 주입 후에 주입구(H)는 밀봉부재(50)에 의해 밀봉될 수 있다. 도 3을 참조하면, 주입구(H)에 접착제 등이 삽입되어 밀봉부재(50)가 될 수 있다.Meanwhile, the heat pipe 100 of the present embodiment may be provided with an inlet H connected to the chambers C1 and C2 or the fluid paths R1 and R2. Air can be drawn through the injection port H to form a vacuum inside the heat pipe 100, and a fluid necessary for heat transfer can be injected. After the fluid injection, the injection port H can be sealed by the sealing member 50. Referring to FIG. 3, an adhesive or the like may be inserted into the injection port H to form the sealing member 50.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프(100)를 구비한 인쇄회로기판을 나타내는 도면이다. 본 실시예의 히트파이프(100)는 얇은 판 구조를 지니므로 인쇄회로기판에 내장되어 방열을 수행할 수 있다. 예를 들면, 절연층(110)에 히트파이프(100)가 내장될 수 있다. 절연층(110)에 내장된 히트파이프(100)는, 절연층(110)에 형성된 회로패턴(120)에서 열을 전달 받거나 열을 방출할 수 있어서, 인쇄회로기판에서 열에 대한 관리를 용이하게 할 수 있다. 도 9를 참조하면, 판형의 히트파이프(100)는 관통홀이 형성된 코어부재(112)에 삽입될 수 있다. 코어부재(112)의 관통홀에 배치된 히트파이프(100)는 다른 절연층(114, 116)에 의해 덮여서 인쇄회로기판에 내장될 수 있다.9 is a view illustrating a printed circuit board having a heat pipe 100 according to an embodiment of the present invention. Since the heat pipe 100 of the present embodiment has a thin plate structure, it can be embedded in a printed circuit board to perform heat radiation. For example, the heat pipe 100 may be embedded in the insulating layer 110. The heat pipe 100 incorporated in the insulating layer 110 can receive heat or release heat in the circuit pattern 120 formed on the insulating layer 110 to facilitate the management of heat in the printed circuit board . 9, a plate-shaped heat pipe 100 may be inserted into a core member 112 having a through-hole formed therein. The heat pipe 100 disposed in the through hole of the core member 112 can be covered by the other insulating layers 114 and 116 and embedded in the printed circuit board.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

C1, C2: 챔버
R1, R2: 유체경로
g1, g2: 홈
H: 주입구
10: 금속판
20: 내벽 금속층
30: 중간 금속층
35: 솔더층
50: 밀봉부재
100: 히트파이프
110: 절연층
120: 회로패턴C1, C2: chamber
R1, R2: fluid path
g1, g2: home
H: inlet
10: metal plate
20: inner wall metal layer
30: intermediate metal layer
35: Solder layer
50: sealing member
100: Heat pipe
110: insulating layer
120: Circuit pattern

Claims (8)

서로 마주하게 배치된 한 쌍의 금속판;
상기 한 쌍의 금속판이 마주하는 면에 각각 형성되며 홈(groove)이 형성된 한 쌍의 내벽 금속층; 및
상기 한 쌍의 내벽 금속층 사이에 개재되어 있으며, 일측과 타측에 각각 형성된 한 쌍의 챔버(chamber) 및 상기 한 쌍의 챔버를 연결시키는 복수의 유체경로가 내부에 형성된 중간 금속층을 포함하고,
상기 홈은, 상기 챔버 및 상기 유체경로에 선택적으로 노출되어 위크(wik) 역할은 하는 히트파이프.
A pair of metal plates arranged to face each other;
A pair of inner wall metal layers formed on the surfaces of the pair of metal plates facing each other and formed with grooves; And
A pair of chambers formed between the pair of inner wall metal layers and formed respectively at one side and the other side and an intermediate metal layer in which a plurality of fluid paths connecting the chambers are formed,
Wherein the groove is selectively exposed to the chamber and the fluid path to serve as a wick.
제1항에 있어서,
상기 금속판과 상기 내벽 금속층은 서로 다른 금속으로 이루어지며,
상기 금속판에 작용하지 않는 에칭에 의해, 상기 내벽 금속층에 상기 홈이 형성되는 히트파이프.
The method according to claim 1,
Wherein the metal plate and the inner wall metal layer are made of different metals,
Wherein the groove is formed in the inner wall metal layer by etching not acting on the metal plate.
제1항에 있어서,
상기 내벽 금속층은 서로 다른 재질로 이루어진 복수의 금속층으로 형성되며, 상기 복수의 금속층 각각에 작용하는 에칭에 의하여 다단계 구조의 상기 홈이 형성하는 히트파이프.
The method according to claim 1,
Wherein the inner wall metal layer is formed of a plurality of metal layers made of different materials, and the grooves of the multi-stage structure are formed by etching applied to each of the plurality of metal layers.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 내벽 금속층과 상기 중간 금속층을 결합시키는 솔더층을 더 포함하는 히트파이프.
The method according to claim 1,
And a solder layer joining the pair of inner wall metal layers and the intermediate metal layer.
제1항에 있어서,
상기 챔버 또는 유체경로로 연결되는 주입구가 형성된 히트파이프.
The method according to claim 1,
And an injection port connected to the chamber or the fluid path is formed.
제5항에 있어서,
상기 주입구를 밀봉하는 밀봉부재를 더 포함하는 히트파이프.
6. The method of claim 5,
And a sealing member sealing the injection port.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트파이프;
상기 히트파이프가 내장하는 절연층; 및
상기 절연층에 형성된 회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판.
A heat pipe according to any one of claims 1 to 6;
An insulating layer in which the heat pipe is embedded; And
And a circuit pattern formed on the insulating layer.
제1항에 있어서,
상기 절연층은 관통홀이 형성된 코어부재를 포함하고,
상기 히트파이프는 상기 관통홀에 배치된 인쇄회로기판.The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer includes a core member having a through-hole formed therein,
And the heat pipe is disposed in the through hole.
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