KR20190028090A - 방열구조체 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

방열구조체 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 방열구조체에 있어서, 평탄면과 구조물이 구비된 대응면을 포함하는 방열판; 그리고, 방열판의 평탄면에 구비되는 방열파이프;로서 관과 관 내부의 유체를 포함하는 방열파이프;를 포함하는 방열구조체에 관한 것이다.

Description

방열구조체 및 이를 제조하는 방법{RADIATOR STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 방열구조체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 효율적으로 열을 방열하는 방열구조체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 일본 공개특허공보 제2016-219738호에 제시된 방열구조체의 일 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 용어와 부호를 변경하였다.
본 발명의 히트 싱크는, 베이스 플레이트(1)와, 이 베이스 플레이트(1) 위로 설치된 방열파이프(2) 및 이 방열파이프(2)에 장착된 복수의 방열판(3)을 갖추는 것이다. 이 경우, 베이스 플레이트(1)와 방열파이프(2)와의 접속부에 존재하는 빈틈부 및 방열파이프(2)와 방열판(3)과의 접속부에 존재하는 빈틈부에는, 실리콘 그리스(4)가 공급 된다. 본 발명의 히트 싱크는, 방열판(3)으로서, 다공성 그래파이트 시트의 해당 구멍(空孔)부 (다수의 미소(微小)구멍)에 실리콘 수지를 함침시켜 또는 경화성 실리콘 고무 조성물을 함침 후 경화시켜서, 상기 구멍(空孔)부(다수의 미소(微小)구멍)를 실리콘 수지 혹은 실리콘 고무 경화물로 밀봉 밑 그래파이트 시트를 이용하는 것으로, 발열성 전자 부품으로의 열을, 베이스 플레이트를 경유하고, 방열파이프(2)에 의해 전달 한 후, 방열판(3)의 사소한 부분까지 전달시켜, 이 열을 해당 방열판(3) 표면에서 적외선으로서 방사할 수 있다.
도 2는 한국 등록특허공보 제10-1048454호에 제시된 방열구조체의 일 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 용어와 부호를 변경하였다.
본 발명에 따른 방열파이프(30)를 이용한 LED조명용 냉각장치는 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기-액간의 상변화 과정을 통하여 용기 양단 사이에 열을 전달하는 방열파이프(30)와, 상기 방열파이프(30)의 상변화 과정에서 기체-액체로 변화되는 과정을 단축시키는 방열핀을 포함하여 구성되며, 이러한 본 발명은 고열을 발생하는 고휘도 LED조명모듈(50)에 장착되어 LED조명모듈(50)에서 발생되는 열을 유도하고 방출한다. 방열파이프(30)는 대략 "U"자형으로 형성된다. 여기서 방열파이프(30)의 중간부위, 즉 "U"자형으로 볼 때 곡선 부분은 LED조명모듈(50)에 밀착되게 하고, 양측은 LED조명모듈(50)로부터 상향 되게 한다.
방열핀은 판형 방열핀(10)으로서, 방열판(15)과, 상기 방열판(15)의 모서리 부분에 형성되는 각핀부와, 상기 방열판(15)의 양측에 형성되는 사이드핀부와, 상기 방열판(15)의 내측에 형성되는 내측핀부 및 관통공(11)이 형성된 버링부(16)로 구성되며, 더욱 상세히는 사이드핀부는 방열판(15)의 양측 끝단에서 내측으로 일정길이로 절개하는 것을 방열판(15)의 양측 길이방향을 따라 실시하여 이루어진 절개된 방열판(15)의 각 면을 비틀어서 형성되는 사이드핀(12)의 집합이고, 상기 내측핀부는 방열판(15)의 내측에 폭방향으로 일정길이 절개하는 것을 방열판(15)의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 실시하여 이루어진 절개된 방열판(15)의 각 면을 비틀어서 형성되는 내측핀(14)과 통기부의 집합이며, 상기 각핀부는 방열판(15)의 모서리에서 일정한 크기의 면을 절단하여 형성되는 각핀의 집합이다.
LED조명모듈(50)에서 발생되는 열은 방열파이프(30)로 전이된다. 전이된 열은 방열파이프(30)의 액상의 작동유체를 가열하여 기화시키고, 기화된 작동유체는 방열파이프(30)의 상부측으로 상승하다가 방열핀으로부터 열을 빼앗기면 다시 액상으로 변화되어 하강하게 된다. 즉, 방열파이프(30)의 작동유체(31)는 방열파이프(30)의 내부에 표기한 화살표 방향과 같이 순환되는 것인데, 이때 처음에는 기화된 작동유체가 방열파이프(30)의 하측에 있는 첫번째 방열핀에 의해 액상으로 변화되어 하강 되겠지만 시간이 경과하면 방열파이프(30)의 하측으로부터 두번째 방열핀, 세번째 방열핀에 의해 액상으로 변화되어 하강 된다.
열을 식히는 방열판과 방열판으로 열을 전달하는 방열파이프 사이에는 열의 전달을 효율을 높이기 위해 용접, 그리스 등을 이용해 방열판과 방열파이프 사이를 연결한다. 그러나 이를 균일하게 하기 위해서는 시간이 많이 들고, 비용도 많이 드는 문제점이 있다.
본 발명은 방열판과 방열파이프가 균일하게 접촉되는 방열구조체 및 이를 제조하는 방법을 나타낸다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 방열구조체에 있어서, 평탄면과 구조물이 구비된 대응면을 포함하는 방열판; 그리고, 방열판의 평탄면에 구비되는 방열파이프;로서 관과 관 내부의 유체를 포함하는 방열파이프;를 포함하는 방열구조체가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 일본 공개특허공보 제2016-219738호에 제시된 방열구조체의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 한국 등록특허공보 제10-1048454호에 제시된 방열구조체의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 방열구조체의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 방열구조체의 다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 방열판과 방열판에 구비된 방열파이프의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 방열구조체를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면.
도 7은 본 개시에 따른 방열구조체의 또 다른 예들을 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 방열구조체의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3(a)는 일 예의 방열구조체의 사시도를 나타내고, 도 3(b)는 방열구조체를 평탄면 쪽에서 본 모습이고, 도 3(c)는 도 3(a)의 AA' 단면도이다.
방열구조체(100)는 방열판(110)과 방열파이프(130)를 포함한다. 방열판(110)의 일면에는 평탄면(111)이 구비되고 다른 일면에는 구조물(117)이 구비되는 대응면(113)을 포함한다. 방열판(110)의 대응면(113)에 구비되는 구조물(117)은 공기와의 접촉 면적을 넓게 하기 위한 구조물(117)이 구비된다. 예를 들면, 구조물(117)은 복수의 기둥이 형성되어 공기와의 접촉 면적을 넓게 형성할 수 있다. 방열판(110)의 평탄면(111)에는 방열파이프(130)가 구비된다. 방열파이프(130)는 관(131)과 관(131) 내부의 유체(133;도 8)를 포함한다. 방열판(110)의 평탄면(111)에는 홈(115)이 구비된다. 홈(115)에 방열파이프(130)가 구비된다.
방열판(110)의 열전도율보다 방열파이프(130)의 열전도율이 더 높다. 예를 들면, 방열판(110)은 알루미늄 및 철 등으로 이루어질 수 있고, 방열파이프(130)는 관(131)의 일단에 유체가 구비되어 열을 받은 유체가 기화되어 방열파이프(130)의 다른 일단으로 이동하면서 방열파이프(130)가 넓은 방열판(110)에 열을 빠르게 전달해줘 방열판(110) 전체에 열이 퍼질 수 있도록 한다. 방열파이프(130)의 자세한 설명은 도 8에 기재되어 있다.
도 4는 본 개시에 따른 방열구조체의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 7(a)와 같은 모양의 방열파이프(130)가 구비된 것이며, 도 3(a)의 AA' 단면이다.
방열파이프(130) 아래에는 열전소자(150)가 구비되고, 방열파이프(130)와 열전소자(150)는 접촉할 수 있다. 열전소자(150)는 방열파이프(130)와 방열판(110)에 동시에 접촉하도록 할 수 있다. 또한, 열전소자(150)로부터의 열이 방열파이프(130)와 방열판(110)으로 균일하게 전달될 수 있도록 열전소자(150)의 한 면이 모두 접촉되도록 할 수 있다.
방열판(110)의 열을 외부로 방출하는 팬(170)이 구비되고, 팬(170)은 구조물(117) 위에 구비된다. 팬(170)은 바람(화살표)이 구조물(117)로부터 방열구조체(100)의 외부로 흐르도록 한다. 팬(170)에 의해 흐르는 바람의 방향은 상관 없다. 팬(170)은 도 4에는 그려져 있지만, 팬(170)은 구비되지 않을 수도 있다.
도 5는 본 개시에 따른 방열판과 방열판에 구비된 방열파이프의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5(a)는 방열판(100)이 보이는 방열구조체의 사시도를 나타내는 도면이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 BB'단면을 나타낸 도면이며, 평탄면(111)의 홈(115)에 구비된 방열파이프(130)의 단면을 자세하게 나타내고 있다.
방열파이프(130)의 관(131)은 균일하지 않은 두께를 가진다. 관(131)은 평평한 평탄부(135)를 가지고, 평탄부(135)의 두께(d1)는 관(131)의 평탄부(135) 이외의 두께(d2)보다 얇게 형성된다. 평탄부(135)의 두께(d1)는 평탄부(135) 이외의 두께(d2)보다 얇기 때문에 평탄부(135)에 부착되는 열전소자(150)에서 발생하는 열이 더 빠르게 전달될 수 있다.
방열판(110)의 홈(115)의 내측면과 방열파이프(130)는 균일하게 접촉한다. 이로 인해, 방열파이프(130)로 빠르게 전달된 열이 방열판(110)에 고르게 전달될 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 방열구조체를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
방열구조체를 제조하는 방법에 있어서, 먼저 평탄면(111)을 포함하는 방열판(110)을 준비한다. 이후, 방열판(110)의 평탄면(111)에 홈(115)을 형성한다. 이후, 홈(115)에 관(131)을 포함하는 방열파이프(130)를 구비한다. 이후, 방열파이프(130)를 눌러 관(131)의 평탄부(135)를 만든다. 이때, 프레스를 이용해 방열파이프(130) 및 방열판(110)을 눌러줄 수 있다. 이로 인해, 방열판(110)의 홈(115)의 내측면과 방열파이프(130)가 균일하게 접촉함으로써, 방열파이프(130)로부터 열이 방열판(110)으로 전달이 빠르게 될 수 있다. 방열판(110)과 방열파이프(130) 사이에 공간이 있으면 열의 전달이 잘 되지 않기 때문이다. 이후, 관(131)의 평탄부(135)가 방열판(110)으로부터 돌출되지 않게 평탄화 한다. 이때, 방열판(110)의 평탄면(111)과 일치하지 않는 부분은 제거할 수 있다. 예를 들면, 그라인더 등을 이용해 방열파이프(130)가 평평하지 않을 경우 제거할 수 있다. 이는 방열판(110)과 방열파이프(130)를 평편하게 함으로써, 이 위에 열전소자(150)를 부착할 때, 방열판(110), 방열파이프(130) 및 열전소자(150) 사이의 들뜸이 없도록 하기 위한 것이다. 이로 인해 열전소자(150)와 방열파이프(130) 및 방열판(110)이 고르게 접촉할 수 있도록 한다. 또한, 관(131)의 평탄부(135)는 다른 부위보다 얇아지는데, 이로 인해, 열전소자(150)의 열이 방열파이프(130)로 빨리 전달되는 효과가 더 있다.
도 7은 본 개시에 따른 방열구조체의 또 다른 예들을 나타내는 도면이다.
도 7(a) 내지 도 7(c)는 방열판(110)에 여러 가지 모양으로 구비된 방열파이프(130)와 열전소자(150)를 나타내는 예들이다. 팬(170)에 따른 방열파이프(130)의 위치를 나타내는 예이다. 방열파이프(130)는 유체(133)가 증발하는 증발부(137)와 유체(133)가 응축되는 응축부(139)를 포함한다. 증발부(137)는 열을 방출하는 열전소자(150)와 접촉한다. 응축부(139)는 증발부(139)에서 받은 열로 인해 기화되어 이동하여 방열판(110) 및 팬(170)에 의해 기화된 기체는 열을 빼앗기면서 응축되어 액체로 되고 열을 방출하는 부분이다. 자세한 것은 도 8에서 설명하겠다.
응축부(139)와 증발부(137)가 팬(170)의 하부에 동시에 구비된다. 왜냐하면, 응축부(139)와 증발부(137)가 팬(170)의 하부에 동시에 구비되는 것이 방열구조체(100)의 성능이 가장 좋기 때문이다.
도 8은 본 개시에 따른 방열파이프의 원리를 나타내는 도면이다.
도 8(a)는 방열파이프의 원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 8(b)는 방열파이프의 윅의 종류를 나타낸 도면이다.
방열파이프(130)는 끝이 막힌 관(131) 속에 움직이는 유체(131)를 두고, 그것의 상태변화에 의하여 열을 전달한다. 방열파이프(130)의 증발부(137)에 열을 주면 용기 안쪽에 있는 액체로 전달이 되는데 이 때 증발부(137)의 증기영역은 증기밀도 및 압력이 증가하게 되어 상대적으로 밀도와 압력이 낮아지는 응축부(139) 방향으로 증기가 이동하게 된다. 증기는 응축부(139) 안쪽 벽에서 얼면서 열을 내보내며 액상으로 돌아가게 되고, 액상인 작동유체는 윅의 모세관력 또는 중력에 의해 증발부 쪽으로 돌아온다.
윅은 모세관 압력을 이용하여 응축된 열 매체를 냉각부로부터 증발부(139)로 이동시키는 펌프 역할을 할 뿐만 아니라 표면적을 극대화하여 열전달 효율을 높여준다. 윅의 종류는 도 8(b)와 같이 막이 있는 스크린(wrapped screen wick), 금속가루를 소결하여 파이프 안쪽에 붙이는 소결금속(sitered metal wick),홈을 가지는 그루브(grooved wick) 등이 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 방열구조체에 있어서, 평탄면과 구조물이 구비된 대응면을 포함하는 방열판; 그리고, 방열판의 평탄면에 구비되는 방열파이프;로서 관과 관 내부의 유체를 포함하는 방열파이프;를 포함하는 방열구조체.
(2) 방열판의 평탄면에 구비된 홈;을 포함하며, 홈에 방열파이프가 구비되는 방열구조체.
(3) 방열파이프 아래에 구비되는 열전소자;를 포함하는 방열구조체.
(4) 방열판의 열을 외부로 방출하는 팬;을 구비하는 방열구조체.
(5) 팬은 방열판의 구조물 위에 구비되는 방열구조체.
(6) 방열파이프는 유체가 증발하는 증발부와 유체가 응축되는 응축부를 포함하며, 증발부와 응축부가 팬의 하부에 동시에 구비되는 방열구조체.
(7) 방열파이프의 관은 균일하지 않은 두께를 가지는 방열구조체.
(8) 관은 평평한 평탄부를 포함하고, 평탄부의 두께는 관의 평탄부 이외의 두께보다 얇은 방열구조체.
(9) 방열판의 열전도율보다 방열파이프의 열전도율이 더 높은 방열구조체.
(10) 방열판의 홈의 내측면과 방열파이프는 균일하게 접촉하는 방열구조체.
(11) 방열구조체를 제조하는 방법에 있어서, 평탄면을 포함하는 방열판을 준비하는 단계; 방열판의 평탄면에 홈을 형성하는 단계; 홈에 관을 포함하는 방열파이프가 구비되는 단계; 방열파이프를 눌러 관의 평탄부를 만드는 단계; 그리고, 관의 평탄부가 방열판으로부터 돌출되지 않게 평탄화 하는 단계;를 포함하는 방열구조체를 제조하는 방법.
본 개시에 의하면, 열전소자로부터 방열파이프 및 방열판으로 효율적으로 방열하는 방열구조체 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.
또 다른 본 개시에 의하면, 방열파이프를 눌러서 방열판의 홈에 접촉이 균일하게 되도록 하는 방열구조체 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.
100: 방열구조체 110: 방열판 111: 평탄면 113: 대응면
130: 방열파이프 150:열전소자 170:팬

Claims (11)

  1. 방열구조체에 있어서,
    평탄면과 구조물이 구비된 대응면을 포함하는 방열판; 그리고,
    방열판의 평탄면에 구비되는 방열파이프;로서
    관과 관 내부의 유체를 포함하는 방열파이프;를 포함하는 방열구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    방열판의 평탄면에 구비된 홈;을 포함하며,
    홈에 방열파이프가 구비되는 방열구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    방열파이프 아래에 구비되는 열전소자;를 포함하는 방열구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    방열판의 열을 외부로 방출하는 팬;을 구비하는 방열구조체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    팬은 방열판의 구조물 위에 구비되는 방열구조체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    방열파이프는 유체가 증발하는 증발부와 유체가 응축되는 응축부를 포함하며,
    증발부와 응축부가 팬의 하부에 동시에 구비되는 방열구조체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    방열파이프의 관은 균일하지 않은 두께를 가지는 방열구조체.
  8. 청구항 7에 있어서,
    관은 평평한 평탄부를 포함하고,
    평탄부의 두께는 관의 평탄부 이외의 두께보다 얇은 방열구조체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    방열판의 열전도율보다 방열파이프의 열전도율이 더 높은 방열구조체.
  10. 청구항 2에 있어서,
    방열판의 홈의 내측면과 방열파이프는 균일하게 접촉하는 방열구조체.
  11. 방열구조체를 제조하는 방법에 있어서,
    평탄면을 포함하는 방열판을 준비하는 단계;
    방열판의 평탄면에 홈을 형성하는 단계;
    홈에 관을 포함하는 방열파이프가 구비되는 단계;
    방열파이프를 눌러 관의 평탄부를 만드는 단계; 그리고,
    관의 평탄부가 방열판으로부터 돌출되지 않게 평탄화 하는 단계;를 포함하는 방열구조체를 제조하는 방법.
KR1020170115102A 2017-09-08 2017-09-08 방열구조체 및 이를 제조하는 방법 KR20190028090A (ko)

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