KR20200029283A - 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 및 방법 - Google Patents

그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 종래 방열케이스가 방열판이 앞뒤 개통된 구조로 되어 있어, 방열판을 통해 스마트폰쪽으로 이물질이 유입되어, 기기 고장을 불러일으키는 문제점과, 절개부를 중심으로한 방열판 부위만 방열효과가 있을 뿐, 절개부 이외의 나머지 헤드부위, 테두리부위쪽은 별도의 방열수단이 없어, 여전히 스마트폰이 뜨거워지는 문제점, 그리고, 스마트폰을 차량에 거치시킨 채 네비게이션용으로 사용할 경우에, 햇빛을 차단시키거나 가려주는 장치가 없어, 햇빛이 그대로 스마트폰으로 반사되어, 스마트폰이 뜨거워져, 네비게이션용으로 사용할 수 없는 문제점을 개선하고, 케이스본체(100), 그래핀접촉패드부(200), 사선줄기형 방열파이프(300), 도트형 히트싱크(400)가 구성됨으로서, 케이스본체의 표면상에 구멍이나 개통부위없이, 스마트 디바이스의 후면을 중심으로 포함하여 에워싸면서, 보조형태로 탈부착 설치할 수 있어, 설치성과 제품성형이 우수하고, 호환성이 우수하며, 이물질 유입으로 인한 기기의 오작동현상을 70% 감소시킬 수 있고, 1차 그래핀접촉패드부, 2차 사선줄기형 방열파이프, 3차 도트형 히트싱크를 통해 방열시킬 수 있어, 기존에 비해, 스마트폰용 케이스상에서 80% 향상된 방열효과를 제공할 수 있으며, 특히, 사선줄기형 방열파이프를 통해 스마트디바이스의 CPU 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 스마트 디바이스의 열을 전도받아 방열시킬 수 있어, 스마트 디바이스의 CPU 열에 따라 수시로 반응하여 방열시킬 수 있고, 이로 인해, 방열문제에 따른 기기구동의 버벅거림현상 또는 스로틀링현상을 기존에 비해, 80% 향상시킬 수 있는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 및 방법{THE APPARATUS AND METHOD OF CONTACT HEAT DISSIPATION BY USING GRAPHENE CONTACT PADS, DIAGONAL STRIPE HEAT PIPES, DOT-TYPE HEAT SINK CONTACT}
본 발명에서는 스마트 디바이스의 후면을 중심으로 포함하여 에워싸는 요홈케이스형상의 케이스본체를 형성시킨 후, 케이스본체의 내부공간 바닥면에 형성된 그래핀접촉패드부를 통해 1차 방열시키고, 그래핀접촉패드부 하(下)면의 대각선 방향에 사선줄기형상으로 형성된 사선줄기형 방열파이프를 통해 2차 방열시키며, 케이스본체의 외부방향 바닥면에 복수개의 도트형상으로 도트형 히트싱크를 통해 3차 방열시킬 수 있는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
스마트폰은 CPU 처리속도가 빠르고 다양한 작업을 수행하기 때문에 CPU 작업량이 많아서 CPU의 발열이 크다.
더욱이 스마트폰의 슬림한 구조 때문에 스마트폰에는 효과적인 방열수단을 설치하기가 쉽지 않다.
따라서 스마트폰에서 열이 크게 발생하는데 스마트폰에서 발생한 과도한 열은 사용자에게 불쾌감 및 불안감을 유발시킨다.
즉, 스마트폰은 배터리의 불량 등으로 인해 폭발사고가 보도되어 왔기 때문에 스마트폰이 너무 뜨거워지면 사용자는 큰 불안감에 휩싸일 수 있다.
이를 차치하더라도 스마트폰에서 발생하는 열은 스마트폰의 작동의 오류를 발생시킬 수 있으므로 가능한 신속하게 열을 방출시키는 것이 바람직하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 국내등록특허공보 제10-1197251호에서는 모바일폰의 가장자리와 후면을 감싸는 내측면과 외측벽면을 가지며 상기 내측면은 관통된 구조의 절개부가 형성된 케이스본체; 및 금속재질의 판 구조이며 상기 케이스본체의 상기 절개부에 삽입되어 상기 케이스본체에 결합되고, 전면과 후면이 상기 케이스본체의 상기 절개부의 전방 및 후방으로 노출되도록 결합되는 방열판을 포함하며, 상기 방열판은 전체 면적중에서 적어도 일부분이 상기 모바일폰의 후면중에서 상대적으로 발열량이 큰 부분에 밀착되도록 하는 위치에 형성되는 방열케이스가 구성된 바 있으나,
이는 방열판이 앞뒤 개통된 구조로 되어 있어, 방열판을 통해 스마트폰쪽으로 이물질이 유입되어, 기기 고장을 불러일으키는 요인이 되고, 절개부를 중심으로한 방열판 부위만 방열효과가 있을 뿐, 절개부 이외의 나머지 헤드부위, 테두리부위쪽은 별도의 방열수단이 없어, 여전히 스마트폰이 뜨거워지는 문제점이 있었다.
그리고, 스마트폰을 차량에 거치시킨 채 네비게이션용으로 사용할 경우에, 햇빛을 차단시키거나 가려주는 장치가 없어, 햇빛이 그대로 스마트폰으로 반사되어, 스마트폰이 뜨거워져, 네비게이션용으로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
국내등록특허공보 제10-1197251호
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 케이스본체의 표면상에 구멍이나 개통부위없이, 스마트 디바이스의 후면을 중심으로 포함하여 에워싸면서, 보조형태로 탈부착 설치할 수 있고, 1차 그래핀접촉패드부, 2차 사선줄기형 방열파이프, 3차 도트형 히트싱크를 통해 방열시킬 수 있으며, 사선줄기형 방열파이프를 통해 스마트디바이스의 CPU 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 스마트 디바이스의 열을 전도받아 방열시킬 수 있는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치는
요홈의 케이스형상으로 형성되고, 스마트 디바이스의 후면을 중심으로 포함하여 에워싸면서, 보조형태로 탈부착 설치되어, 외압으로부터 각 기기를 보호하고 지지하는 케이스본체(100)와,
케이스본체의 내부공간 바닥면에 그래핀재질의 패드형상으로 형성되어, 스마트 디바이스의 후면 전체와 면접촉시켜, 스마트 디바이스에서 나오는 열을 전도받아 1차 방열시키는 그래핀접촉패드부(200)와,
그래핀접촉패드부 하(下)면의 대각선 방향에 사선줄기형상으로 형성되고, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품 위치와 하단의 동일선상에 위치되어, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품에서 나오는 열 또는, 그래핀패드부에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 2차 방열시키는 사선줄기형 방열파이프(300)와,
케이스본체의 외부방향 바닥면에 복수개의 도트형상으로 형성되어, 사선줄기형 방열파이프에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 3차 방열시키는 도트형 히트싱크(400)로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이,
첫째, 케이스본체의 표면상에 구멍이나 개통부위없이, 스마트 디바이스의 후면을 중심으로 포함하여 에워싸면서, 보조형태로 탈부착 설치할 수 있어, 설치성과 제품성형이 우수하고, 호환성이 우수하며, 이물질 유입으로 인한 기기의 오작동현상을 70% 감소시킬 수 있다.
둘째, 1차 그래핀접촉패드부, 2차 사선줄기형 방열파이프, 3차 도트형 히트싱크를 통해 방열시킬 수 있어, 기존에 비해, 스마트폰용 케이스상에서 80% 향상된 방열효과를 제공할 수 있다.
셋째, 특히, 사선줄기형 방열파이프를 통해 스마트디바이스의 CPU 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 스마트 디바이스의 열을 전도받아 방열시킬 수 있어, 스마트 디바이스의 CPU 열에 따라 수시로 반응하여 방열시킬 수 있고, 이로 인해, 방열문제에 따른 기기구동의 버벅거림현상 또는 스로틀링현상을 기존에 비해, 80% 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치(1)의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 동전형 사선줄기 방열파이프(310)의 메인전도체에서 제1 사선줄기까지 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 5는 본 발명에 따른 접촉 열저항을 통해 접촉면을 가로지르는 상당한 온도차가 발생되는 것을 도시한 일실시예도,
도 6은 본 발명에 따른 동전형 사선줄기 방열파이프의 구성요소를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프의 구성요소를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 요홈의 케이스형상으로 형성된 케이스본체의 내부공간 바닥면에 그래핀접촉패드부가 형성되어, 스마트 디바이스의 후면 전체와 면접촉시켜, 스마트 디바이스에서 나오는 열을 전도받아 접촉열저항을 통해 1차 방열시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 사선줄기형 방열파이프가 동전형 사선줄기 방열파이프(310)로 이루어져서, 동전형 사선줄기 방열파이프(310)는 동전형상의 메인전도체(311)를 기준으로 일측 대각선방향으로 3개~5개의 제1 사선줄기(312)가 형성되고, 메인전도체에서 제1 사선줄기까지 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 중 사선줄기형 방열파이프의 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프가 구성된 것을 도시한 분해사시도,
도 11은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 중 사선줄기형 방열파이프의 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프가 결합된 것을 평면도방향에서 도시한 평면도,
도 12는 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 중 사선줄기형 방열파이프의 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프가 결합된 것을 평면사시도방향에서 도시한 평면사시도,
도 13은 본 발명에 따른 도트형 히트싱크가 케이스본체의 외부방향 바닥면과 측면 둘레에 복수개의 도트형상으로 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치가 장착되지 않은 스마트 디바이스(삼성 갤럭시)에서 작동 중 발생되는 열을 열화상카메라로 촬영한 일실시예도,
도 15는 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치가 장착된 스마트 디바이스(삼성 갤럭시)에서 작동 중 발생되는 열을 열화상카메라로 촬영한 일실시예도,
도 16은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열방법의 구체적인 과정을 도시한 순서도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 케이스본체(100), 그래핀접촉패드부(200), 사선줄기형 방열파이프(300), 도트형 히트싱크(400)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 케이스본체(100)에 관해 설명한다.
상기 케이스본체(100)는 요홈의 케이스형상으로 형성되고, 스마트 디바이스의 후면을 중심으로 포함하여 에워싸면서, 보조형태로 탈부착 설치되어, 외압으로부터 각 기기를 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 케이스본체의 내부공간 바닥면에 그래핀접촉패드부가 형성되고, 그래핀접촉패드부 하(下)면의 대각선 방향에 사선줄기형상으로 사선줄기형 방열파이프가 형성되며, 케이스본체의 외부방향 바닥면에 복수개의 도트형상으로 도트형 히트싱크가 형성되어 구성된다.
또한, 상기 케이스본체(100)는 방열성과 내구성이 우수한 알루미늄 합금재질로 이루어지고, 요홈의 케이스형상으로 형성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부(200)에 관해 설명한다.
상기 그래핀접촉패드부(200)는 케이스본체의 내부공간 바닥면에 그래핀재질의 패드형상으로 형성되어, 스마트 디바이스의 후면 전체와 면접촉시켜, 스마트 디바이스에서 나오는 열을 전도받아 1차 방열시키는 역할을 한다.
여기서, 그래핀(GRAPHENE)은 탄소원자로 만들어진 원자크기의 벌집 형태 구조를 가진 소재로서, 흑연(Graphite)을 원료로 하여 만든다.
그리고, 두께가 0.2nm로 얇아서 투명성이 높고, 상온에서 구리보다 100배 많은 전류를, 실리콘보다 100배 빨리 전달할 수 있고, 열전도성이 최고라는 다이아몬드보다 2배 이상 높으며, 기계적 강도도 강철보다 200배 이상 강하지만 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는 특성을 가진다.
본 발명에 따른 그래핀 접촉패드부는 40mm~80mm × 10mm~15mm × 1mm~5mm(가로×세로×높이)의 크기를 갖는 직사각형상 패드로 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 사선줄기형 방열파이프(300)에 관해 설명한다.
상기 사선줄기형 방열파이프(300)는 그래핀접촉패드부 하(下)면의 대각선 방향에 사선줄기형상으로 형성되고, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품 위치와 하단의 동일선상에 위치되어, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품에서 나오는 열 또는, 그래핀패드부에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 2차 방열시키는 역할을 한다.
이는 동전형 사선줄기 방열파이프(310), 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프(320) 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 동전형 사선줄기 방열파이프(310)는 도 6에 도시한 바와 같이, 동전형상의 메인전도체(311)를 기준으로 일측 대각선방향으로 3개~5개의 제1 사선줄기(312)가 형성되고, 메인전도체에서 제1 사선줄기까지 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 역할을 한다.
도 4는 본 발명에 따른 동전형 사선줄기 방열파이프(310)의 메인전도체에서 제1 사선줄기까지 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.
상기 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프(320)는 도 7에 도시한 바와 같이, 동전형상의 메인전도체 없이, 대각선방향으로 3개~5개의 제2 사선줄기(321)가 형성되고, 제2 사선줄기가 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 역할을 한다.
도 10은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 중 사선줄기형 방열파이프의 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프가 구성된 것을 도시한 분해사시도에 관한 것이고, 도 11은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 중 사선줄기형 방열파이프의 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프가 결합된 것을 평면도방향에서 도시한 평면도에 관한 것이며, 도 12는 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치 중 사선줄기형 방열파이프의 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프가 결합된 것을 평면사시도방향에서 도시한 평면사시도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프(320)가 구성됨으로서, 설치가 쉽고, 스마트디바이스의 후면과 접촉되는 방향에 맞게 다양한 위치에 설치할 수가 있다.
또한, 동전형 사선줄기 방열파이프(310), 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프(320) 중 어느 하나가 선택되어 이루어진 사선줄기형 방열파이프(300)는 폭2mm~10mm x 높이 1mm~4mm로 하고, 바람직하게는 폭6mm x 높이2mm로 형성된다..
상기 사선줄기형 방열파이프는 외부표면이, 알루미늄, 아연, 구리, 철(Fe), 규소(Si), 스칸듐(Sc), 망간(Mn) 의 조성을 갖는 알루미늄 합금으로 이루어진 복합유체를 이용하여 열전도도를 향상시키는 재질로 이루어진다.
그리고, 내부공간에 충진되고, 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 작동유체는 C14H3, C16H34, C18H38, C19H40, C20H42, C21H44, C22H46, 폴리그릴콜 E400(Polyglycol E400), 에틸렌디아민(Ethylene diamine), 아세트산(Acetic acid), 글리세롤(Glycerol), 디-아세트산(d-Lactic acid), 시안아미드(cyanamide), 왁스(Wax), 폴리글리콜 E6000(Polyglycol E6000), FeBr3·6H2O, CaCl2·6H2O, LiNO2·3H2O, Na2SO4·10H2O, NaCO3·10H2O, Na2HPO4·12H2O, Zn(NO3)2·6H2O, CaBr2·6H2O, ZnSO4·7H2O, Na2S2O2·5H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NaCH2S2O2·5H2O, 물(H2O) 중 선택되는 어느 1종 이상의 기본 유체 99.2 ~ 99.9 vol%에 탄소나노튜브 입자 0.1 ~ 0.8 vol%가 첨가된 복합유체로 구성된다.
또한, 상기 탄소나노튜브 입자를 대신하여, 탄소 분말(graphite powder), 질화붕소, 질화규소, 산화붕소, 산화알루미늄, 수산화알루미늄(Al(OH)3), 이산화 티탄(TiO2), 마이카, 운모, 장석, 산화티탄, 산화지르코니아, 나노 다이아몬드, 실리카(SiO2), 카오린, 활석, 중정석, 납석, 규회석, 제오라이트, 규조트로 이루어진 군에서 1종 이상이 선택되어 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 도트형 히트싱크(400)에 관해 설명한다.
상기 도트형 히트싱크(400)는 케이스본체의 외부방향 바닥면과 측면 둘레에 복수개의 도트형상으로 형성되어, 사선줄기형 방열파이프에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 3차 방열시키는 역할을 한다.
이는 삼각형상, 사각형상, 오각형상, 육각형상, 원형상, 마름모형상 중 어느 하나가 선택되어 형성되고, 가볍고, 내마모성, 방열성, 성형성이 우수한 알루미늄 합금재질로 이루어진다.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 도트형 히트싱크(400)는 케이스본체의 외부방향 바닥면과 측면 둘레에 복수개의 도트형상으로 형성되어 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열방법의 구체적인 과정에 관해 설명한다.
도 16은 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열방법의 구체적인 과정을 도시한 순서도에 관한 것이다.
먼저, 도 8에 도시한 바와 같이, 요홈의 케이스형상으로 형성된 케이스본체의 내부공간 바닥면에 그래핀접촉패드부가 형성되어, 스마트 디바이스의 후면 전체와 면접촉시켜, 스마트 디바이스에서 나오는 열을 전도받아 접촉열저항을 통해 1차 방열시킨다(S10).
여기서, 그래핀접촉패드부는 6cm × 12cm × 0.3cm(가로×세로×높이)의 크기를 갖는 직사각형상 패드로 구성되어, 열전도를 통해 1차 방열시킨다.
상기 접촉열저항은 다층 고체를 통한 열전도해석에서 스마트 디바이스의 후면과 그래핀접촉패드부의 두표면 간의 접촉면이 완벽하게 접촉할 경우, 접촉면에서 온도 강하가 없으나, 접촉면을 현미경으로 확대해 보면, 실제의 접촉면은 산과 산으로 이루어진 수많은 피치(Pitch)들로 인해 눈으로 보는 겉보기 접촉면적과 현저하게 다르다.
완벽한 접촉면이 아닐 경우, 그 접촉면은 여러가지 크기의 공기층을 포함하는데 공기의 낮은 열전도율이 단열재 역할을 하여 일종의 열저항으로 작용하게 된다.
이를 접촉 열저항이라고 하며, 접촉면을 가로지르는 상당한 온도차가 도 5에 도시한 바와 같이, 발생하게 된다.
접촉 열저항 Rc는 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure pat00001
여기서, hc는 접촉 열전달계수이며, 단위 면적당 접촉 열저항 Rc는 다음과 같다.
Figure pat00002
Figure pat00003
본 발명에 따른 그래핀접촉패드부는 0.00001에서 0.001(㎡·K/W) 사이의 단위 면적당 접촉 열저항 (Rc)값을 가진다.
다음으로, 그래핀접촉패드부 하(下)면에 사선줄기형 방열파이프가 형성되고, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품 위치와 하단의 동일선상에 위치되어, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품에서 나오는 열 또는, 그래핀패드부에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 2차 방열시킨다(S20).
여기서, 사선줄기형 방열파이프는 더욱 구체적으로, 상기 사선줄기형 방열파이프(300)는 복합유체를 이용하여 열전도도를 향상시킨 것으로서,
99.9% 순도를 갖는 알루미늄 92.0 ~ 96.0wt%와, 아연(Zn) 2.0 ~ 6.0 wt%와, 구리(Cu) 1.0 ~ 2.0 wt%와, 철(Fe) 0.1 ~ 0.4 wt%와, 규소(Si) 0.05 ~ 0.2 wt%와, 스칸듐(Sc) 0.05 ~ 0.2 wt%와, 망간(Mn) 0.01 ~ 0.04 wt%의 조성을 갖는 알루미늄 합금을 이용하여 제작된 그루브 윅(Groove Wick) 타입의 원통형 방열파이프의 내부를 증류수를 이용하여 5 ~ 10 분 동안 1차 세척하고, 질산을 이용하여 5 ~ 10 분 동안 2차 세척하고, 알코올을 이용하여 5 ~ 10 분 동안 3차 세척하여 방열파이프 내부를 세척, 건조하는 과정과,
상기 세척, 건조 과정을 마친 방열파이프 내부를 진공밸브에 연결된 진공펌프를 이용하여 내부 진공도가 10-6 Torr에 도달 할 때까지 진공한 후, C14H3, C16H34, C18H38, C19H40, C20H42, C21H44, C22H46, 폴리그릴콜 E400(Polyglycol E400), 에틸렌디아민(Ethylene diamine), 아세트산(Acetic acid), 글리세롤(Glycerol), 디-아세트산(d-Lactic acid), 시안아미드(cyanamide), 왁스(Wax), 폴리글리콜 E6000(Polyglycol E6000), FeBr3·6H2O, CaCl2·6H2O, LiNO2·3H2O, Na2SO4·10H2O, NaCO3·10H2O, Na2HPO4·12H2O, Zn(NO3)2·6H2O, CaBr2·6H2O, ZnSO4·7H2O, Na2S2O2·5H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NaCH2S2O2·5H2O, 물(H2O) 중 선택되는 어느 1종 이상의 기본 유체 99.2 ~ 99.9 vol%에 탄소나노튜브 입자 0.1 ~ 0.8 vol%가 첨가된 복합유체를 주입하는 과정을 거쳐 제작된 것을 사용한다. 이때 상기 복합유체의 보다 바람직한 배합비는 상기 기본 유체 99.5 vol%와 탄소나노튜브 입자 0.5 vol%의 배합으로 조성되는 것이다.
상기 사선줄기형 방열파이프는 도 9에 도시한 바와 같이, 동전형 사선줄기 방열파이프(310)로 이루어지고, 동전형 사선줄기 방열파이프(310)는 동전형상의 메인전도체(311)를 기준으로 일측 대각선방향으로 3개~5개의 제1 사선줄기(312)가 형성되고, 메인전도체에서 제1 사선줄기까지 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시킨다.
끝으로, 케이스본체의 외부방향 바닥면에 도트형 히트싱크가 형성되어, 사선줄기형 방열파이프에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 3차 방열시킨다(S30).
여기서, 도트형 히트싱크는 더욱 구체적으로는, 그래핀이 증착된 알루미늄 합금으로 이루어진다.
상기 그래핀이 증착된 알루미늄 합금은 99.9% 순도를 갖는 알루미늄 92.0 ~ 96.0wt%와, 아연(Zn) 2.0 ~ 6.0 wt%와, 구리(Cu) 1.0 ~ 2.0 wt%와, 철(Fe) 0.1 ~ 0.4 wt%와, 규소(Si) 0.05 ~ 0.2 wt%와, 스칸듐(Sc) 0.05 ~ 0.2 wt%와, 망간(Mn) 0.01 ~ 0.04 wt%의 조성을 갖는 알루미늄 합금을 주입압력(Injection pressure) 60 Mpa, 주입속도(Injection velocity) 0.3 m/s, 몰드온도(Mold temperature) 230 ℃의 조건에서 사출성형하여 도트형 히트싱크(200)를 제조하는 과정과,
상기 도트형 히트싱크(200)의 표면의 오염층을 # 600 ~ # 2000 샌드 페이퍼(sand paper)를 이용하여 제거하는 과정과,
오염층을 제거한 도트형 히트싱크(200)를 아세톤 용매에서 5 ~ 10 분 동안 초음파 세척 후 건조하는 과정과,
그래핀과 MTEOS(Methyltrethoxysilane)의 분산제를 1:1 중량비율로 혼합하여 혼합물을 조성한 후, 20 ~ 30 시간 동안 초음파 수조 내에서 분산시켜 제조한 그래핀 분산용액을 이용하여 상기 도트형 히트싱크(200)의 표면을 그래핀 증착하되,
상기 도트형 히트싱크(200)의 온도를 100 ℃로 유지한 상태에서, 스프레이 코팅(spray coating)장치를 이용하여, 150 ~ 220 ㎕/min의 분사 속도, 0.25 ~ 1 ㎖/㎠의 분사량, 상기 도트형 히트싱크(200)의 표면과 스프레이 코팅(spray coating)장치의 분사노즐 간의 거리 28 ~ 32 ㎝를 유지한 상태에서 코팅처리하고, 코팅 처리 후에는 480 ~ 520 ℃에서 3 ~ 6 분 동안 열처리하여 도트형 히트싱크(200)의 표면에 묻어 있는 불순물을 제거하는 과정을 거쳐 완성된다.
상기 알루미늄 합금의 구체적인 배합예로는, 알루미늄 92.285 wt%와, 아연(Zn) 5.5 wt%와, 구리(Cu) 1.7 wt%와, 철(Fe) 0.3 wt%와, 규소(Si) 0.1 wt%와, 스칸듐(Sc) 0.1 wt%와, 망간(Mn) 0.015 wt%의 혼합으로 조성된다.
상기 알루미늄 합금은 스칸듐(Sc)을 첨가함으로써 높은 내구 특성을 갖는 것으로서, 이와 같은 성질의 알루미늄 합금의 표면을 다시 그래핀 증착함으로써, 높은 방열기능을 갖는다.
열은 온도 차이에 의해 하나의 시스템으로부터 다른 시스템으로 전달되는 에너지인 반면에, 열전달은 전달된 열의 양과 시간에 따른 변화로 어떤 순간에 시스템에서의 온도분포와 열전달류에 대한 과정이 어느 정도 지속되는 것을 말한다.
열전달 발생의 기본 요건은 전압차이가 전류를 발생시키고 압력차이가 유체 유동의 구동력인 것과 마찬가지로 동일한 온도의 두 물체 사이에는 열전달이 얼어지 않고, 두 물체 사이에서 온도 차이와 열역학 제2 법칙으로부터 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.
즉, 고온물체인 스마트 드바이스에서, 저온물체인 도트형 히트싱크로 열이 전달된다.
고체에서의 열전도 메커니즘은 비교적 주기적으로 잘 배열되어 있는 격자에 위치하고 있는 분자의 진동에 의해 발생되는 격자진동파와, 고체내의 자유전자유동에 의한 에너지가 이동으로 인하여 고체에서 열전도가 이루어지는 두가지 효과에 의해 열전도가 일어난다.
표 1은 상온에서 이루어지는 물질의 열전도율을 나타낸다.
물질 열전도율(k)
[W/M·K(℃)]		 물질 열전도율(k)
[W/M·K(℃)]
그래핀(Graphene) Diamond ×2배 Water(액체) 1.613
Diamond 2,300 Human skin 0.37
Silver 429 Wood(oak) 0.17
Copper 401 Helium(기체) 0.152
Gold 317 Soft rubber 0.13
Aluminum 234 Refrigerant-12 0.072
Iron 80.2 Glass fiber 0.043
Mercury(액체) 8.54 Air(기체) 0.026
Glass 0.78 Urethane, rigid foam 0.026
Brick 0.72
이에, 본 발명에 따른 도트형 히트싱크는 표 1에 기재된 바와 같이, 열전도율이 높은 그래핀이 증착된 알루미늄 합금으로 이루어진다.
도 14는 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치가 장착되지 않은 스마트 디바이스(삼성 갤럭시)에서 작동 중 발생되는 열을 열화상카메라로 촬영한 일실시예도에 관한 것이고,
도 15는 본 발명에 따른 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치가 장착된 스마트 디바이스(삼성 갤럭시)에서 작동 중 발생되는 열을 열화상카메라로 촬영한 일실시예도에 관한 것이다.
1 : 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치
100 : 케이스본체
200 : 그래핀접촉패드부
300 : 사선줄기형 방열파이프
400 : 도트형 히트싱크

Claims (6)

  1. 요홈의 케이스형상으로 형성되고, 스마트 디바이스의 후면을 중심으로 포함하여 에워싸면서, 보조형태로 탈부착 설치되어, 외압으로부터 각 기기를 보호하고 지지하는 케이스본체(100)와,
    케이스본체의 내부공간 바닥면에 그래핀재질의 패드형상으로 형성되어, 스마트 디바이스의 후면 전체와 면접촉시켜, 스마트 디바이스에서 나오는 열을 전도받아 1차 방열시키는 그래핀접촉패드부(200)와,
    그래핀접촉패드부 하(下)면의 대각선 방향에 사선줄기형상으로 형성되고, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품 위치와 하단의 동일선상에 위치되어, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품에서 나오는 열 또는, 그래핀패드부에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 2차 방열시키는 사선줄기형 방열파이프(300)와,
    케이스본체의 외부방향 바닥면에 복수개의 도트형상으로 형성되어, 사선줄기형 방열파이프에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 3차 방열시키는 도트형 히트싱크(400)로 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사선줄기형 방열파이프(300)는
    동전형상의 메인전도체를 기준으로 일측 대각선방향으로 3개~5개의 사선줄기가 형성되고, 메인전도체에서 사선줄기까지 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 동전형 사선줄기 방열파이프(310)와,
    동전형상의 메인전도체 없이, 대각선방향으로 3개~5개의 사선줄기가 형성되고, 사선줄기가 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 무(無)동전형 사선줄기 방열파이프(320) 중 어느 하나가 선택되어 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열장치.
  3. 요홈의 케이스형상으로 형성된 케이스본체의 내부공간 바닥면에 그래핀접촉패드부가 형성되어, 스마트 디바이스의 후면 전체와 면접촉시켜, 스마트 디바이스에서 나오는 열을 전도받아 1차 방열시키는 단계(S10)와,
    그래핀접촉패드부 하(下)면에 사선줄기형 방열파이프가 형성되고, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품 위치와 하단의 동일선상에 위치되어, 스마트 디바이스의 CPU 및 전자부품에서 나오는 열 또는, 그래핀패드부에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 2차 방열시키는 단계(S20)와,
    케이스본체의 외부방향 바닥면에 도트형 히트싱크가 형성되어, 사선줄기형 방열파이프에서 방열하고 남은 스마트 디바이스의 열을 전도받아 3차 방열시키는 단계(S30)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 사선줄기형 방열파이프는
    99.9% 순도를 갖는 알루미늄 92.0 ~ 96.0wt%와, 아연(Zn) 2.0 ~ 6.0 wt%와, 구리(Cu) 1.0 ~ 2.0 wt%와, 철(Fe) 0.1 ~ 0.4 wt%와, 규소(Si) 0.05 ~ 0.2 wt%와, 스칸듐(Sc) 0.05 ~ 0.2 wt%와, 망간(Mn) 0.01 ~ 0.04 wt%의 조성을 갖는 알루미늄 합금을 이용하여 제작된 그루브 윅(Groove Wick) 타입의 원통형 방열파이프의 내부를 증류수를 이용하여 5 ~ 10 분 동안 1차 세척하고, 질산을 이용하여 5 ~ 10 분 동안 2차 세척하고, 알코올을 이용하여 5 ~ 10 분 동안 3차 세척하여 방열파이프 내부를 세척, 건조하는 과정과,
    상기 세척, 건조 과정을 마친 방열파이프 내부를 진공밸브에 연결된 진공펌프를 이용하여 내부 진공도가 10-6 Torr에 도달 할 때까지 진공한 후, C14H3, C16H34, C18H38, C19H40, C20H42, C21H44, C22H46, 폴리그릴콜 E400(Polyglycol E400), 에틸렌디아민(Ethylene diamine), 아세트산(Acetic acid), 글리세롤(Glycerol), 디-아세트산(d-Lactic acid), 시안아미드(cyanamide), 왁스(Wax), 폴리글리콜 E6000(Polyglycol E6000), FeBr3·6H2O, CaCl2·6H2O, LiNO2·3H2O, Na2SO4·10H2O, NaCO3·10H2O, Na2HPO4·12H2O, Zn(NO3)2·6H2O, CaBr2·6H2O, ZnSO4·7H2O, Na2S2O2·5H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NaCH2S2O2·5H2O, 물(H2O) 중 선택되는 어느 1종 이상의 기본 유체 99.2 ~ 99.9 vol%에 탄소나노튜브 입자 0.1 ~ 0.8 vol%가 첨가된 복합유체를 주입하는 과정을 거쳐 제작된 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 사선줄기형 방열파이프는
    동전형 사선줄기 방열파이프로 이루어져, 동전형상의 메인전도체에서 대각선방향으로 형성된 3개~5개의 사선줄기가 스마트디바이스의 후면과 접촉되어, 스마트디바이스의 열과 반응하여 증발, 단열, 응축의 연속되는 상변화를 통해 방열시키는 것을 특징으로 하는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 도트형 히트싱크(200)는
    99.9% 순도를 갖는 알루미늄 92.0 ~ 96.0wt%와, 아연(Zn) 2.0 ~ 6.0 wt%와, 구리(Cu) 1.0 ~ 2.0 wt%와, 철(Fe) 0.1 ~ 0.4 wt%와, 규소(Si) 0.05 ~ 0.2 wt%와, 스칸듐(Sc) 0.05 ~ 0.2 wt%와, 망간(Mn) 0.01 ~ 0.04 wt%의 조성을 갖는 알루미늄 합금을 주입압력(Injection pressure) 60 Mpa, 주입속도(Injection velocity) 0.3 m/s, 몰드온도(Mold temperature) 230 ℃의 조건에서 사출성형하여 도트형 히트싱크(200)를 제조하는 과정과,
    상기 도트형 히트싱크(200)의 표면의 오염층을 # 600 ~ # 2000 샌드 페이퍼(sand paper)를 이용하여 제거하는 과정과,
    오염층을 제거한 도트형 히트싱크(200)를 아세톤 용매에서 5 ~ 10 분 동안 초음파 세척 후 건조하는 과정과,
    그래핀과 MTEOS(Methyltrethoxysilane)의 분산제를 1:1 중량비율로 혼합하여 혼합물을 조성한 후, 20 ~ 30 시간 동안 초음파 수조 내에서 분산시켜 제조한 그래핀 분산용액을 이용하여 상기 도트형 히트싱크(200)의 표면을 그래핀 증착하되,
    상기 도트형 히트싱크(200)의 온도를 100 ℃로 유지한 상태에서, 스프레이 코팅(spray coating)장치를 이용하여, 150 ~ 220 ㎕/min의 분사 속도, 0.25 ~ 1 ㎖/㎠의 분사량, 상기 도트형 히트싱크(200)의 표면과 스프레이 코팅(spray coating)장치의 분사노즐 간의 거리 28 ~ 32 ㎝를 유지한 상태에서 코팅처리하고, 코팅 처리 후에는 480 ~ 520 ℃에서 3 ~ 6 분 동안 열처리하여 도트형 히트싱크(200)의 표면에 묻어 있는 불순물을 제거하는 과정을 거쳐 완성된 그래핀이 증착된 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀접촉패드부·사선줄기형 방열파이프·도트형 히트싱크를 통한 써드이펙트형 스마트폰용 케이스접촉방열방법.
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