KR20210007823A

KR20210007823A - 방열을 위한 구조를 가진 하우징을 포함하는 장치

Info

Publication number: KR20210007823A
Application number: KR1020200054411A
Authority: KR
Inventors: 유상수; 김세훈; 박정민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2021-01-20

Abstract

본 개시는 방열을 위한 구조를 가진 하우징을 포함하는 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 면, 외벽들 및 복수의 핀(fin)들을 포함하는 상기 하우징과, 상기 하우징에 고정된 동작부를 포함하고, 상기 하우징의 적어도 하나의 면은, 상기 핀들과 연결되는 핀 커버와, 상기 동작부가 배치되는 내부 공간에 노출되는 베이스와, 상기 핀 커버 및 상기 베이스 사이의 공간에 채워진 냉매를 포함하고, 상기 핀 커버와 상기 베이스는 상기 외벽들을 통해 연결되고, 상기 핀 커버는 평탄한 면을 갖는 장치일 수 있다.

Description

방열을 위한 구조를 가진 하우징을 포함하는 장치{APPARATUS WITH HOUSING HAVING STRUCTURE FOR RADIATING HEAT}

본 개시(disclosure)는 일반적으로 하우징(housing)을 포함하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 방열을 위한 구조를 가진 하우징을 포함하는 장치에 관한 것이다.

하우징은 전자 장치, 기계 장치 등의 다양한 장치에서 내부 부품들을 수용하는 외관을 의미한다. 하우징은 장치의 구성요소들을 보호하고, 고정시키기 위해 사용된다. 네트워크 장비와 같이 전력을 이용하는 전자 장치나, 물리적으로 운동하는 기계 장치의 경우, 동작 중 열(heat)이 발생할 수 있다. 열은 장치의 동작에 악영향을 줄 수 있으므로, 하우징은 열을 외부로 발산하는 구조를 가지도록 설계되는 것이 일반적이다.

근래 들어, 전자산업의 발달로 말미암아, 회로의 고집적화와 장비의 소형화로 인하여 전자부품들(electronic function group)이 인쇄회로기판(PBA; Printed Board Assembly)상에 상호 좀더 긴밀히 설치되고 있다. 또한, 전자기기들의 소형화 추세에 따라 그의 핵심 소자인 인쇄회로기판을 포함하는 패키지의 고밀도, 고실장화가 중요한 요인으로 대두되고 있으며, 또한 컴퓨터의 경우 기억 용량의 증가에 따른 대용량의 램(Random Access Memory ; RAM) 및 플래시 메모리(Flash Memory)와 같이 칩의 크기는 자연적으로 증대되지만 패키지는 상기의 요건에 따라 소형화되는 경향으로 연구되고 있다.

각종 전자제품이 구동되는 경우 해당 전자제품에 장착된 인쇄회로기판상의 각각의 전자부품으로부터 열이 발생되는데, 상기 인쇄회로기판상의 여러 전자부품으로부터 발생된 열을 적절하게 외부로 방출시키지 못하는 경우 상기 전자부품들이 열에 의하여 그 기능이 저하되기 때문에 제품의 수명이 단축된다는 문제가 있다. 이에 따라 인쇄회로기판에 실장된 전자부품에 대한 최적화된 성능을 유지시키기 위해서는 기기에 사용되는 각각의 전자 부품의 사용특성에 적합한 환경유지를 위하여 기기 내부에서 발생하는 열을 분산시키고 방열시키는 장치가 필연적으로 요구된다.

본 개시는 각종 인쇄회로기판이나 앰프(amp)등이 셀프내 또는 옥외형 함체내에 장착되는 구성을 갖는 이동통신용 기지국, 중계기(예를 들면, HPA, LPA등)와 같은 각종 통신장비에 사용되는 열 방출장치에 관한 것으로써, 특히 상기 인쇄회로기판에 장착되는 고발열 소자나 앰프등에서 발생하는 열을 효율적으로 방출시기 위한 냉매가 주입된 방열 핀, 상기 방열 핀과 연결된 상부 핀 커버 및 상기 상부 핀 커버와 연결된 하부 베이스(base)로 구성되는 통신 장비용 방열장치에 관한 것이다.

상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 효과적인 방열이 가능한 구조를 가지는 하우징을 포함하는 장치를 제공한다.

또한, 본 개시는, 냉매를 주입한 면을 포함하는 하우징을 포함하는 장치를 제공한다.

또한, 본 개시는, 냉매를 주입한 방열 핀(fin)을 포함하는 하우징을 포함하는 장치를 제공한다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징(housing)을 포함하는 장치는, 적어도 하나의 면, 외벽들 및 복수의 핀(fin)들을 포함하는 상기 하우징과, 상기 하우징에 고정된 동작부를 포함하고, 상기 하우징의 적어도 하나의 면은, 상기 핀들과 연결되는 핀 커버(fin cover)와, 상기 동작부가 배치되는 내부 공간에 노출되는 베이스(base)와, 상기 핀 커버 및 상기 베이스 사이의 공간에 채워진 냉매를 포함하고, 상기 핀 커버와 상기 베이스는 상기 외벽들을 통해 연결되고, 상기 핀 커버는 평탄한 면을 갖는 장치일 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징은, 적어도 하나의 면과, 상기 적어도 하나의 면에 연결된 외벽들, 상기 적어도 하나의 면에 연결된 복수의 핀(fin)들을 포함하며, 상기 하우징의 적어도 하나의 면은, 상기 핀들과 연결되는 핀 커버(fin cover)와, 상기 동작부가 배치되는 내부 공간에 노출되는 베이스(base)와, 상기 핀 커버 및 상기 베이스 사이의 공간에 채워진 냉매를 포함하고, 상기 핀 커버와 상기 베이스는 상기 외벽들을 통해 연결되고, 상기 핀 커버는 평탄한 면을 갖는 하우징일 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는, 우수한 방열 성능 및 경량의 특성을 가진다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치의 하우징을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 단면을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징에서 돌출부의 구조의 예를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 격벽 구조의 예들을 도시한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 핀(fin)의 구조를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 단면의 예를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 단면의 예를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 단면의 예를 도시한다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 외벽에 단차가 존재하는 하우징의 일반 상태 및 설치된 상태의 예를 도시한다.
도 11a 내지 11c는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 하우징 내부의 냉매의 이동을 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른, boss를 포함하는 하우징의 구조의 예를 도시한다.
도 13a 내지 13b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 boss를 포함하는 하우징의 구조의 예를 도시한다
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 하부 베이스와 boss의 형상의 예을 도시한다.
도 15a 및 15b는 하부 베이스에 접합되는 boss가 선형적으로 구현된 예를 도시한다.
도 16a 및 도 16b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 boss를 포함하는 하우징의 구조의 예를 도시한다
도 17은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 하우징 상단에 별도의 공간을 갖는 하우징의 예을 도시한다.
도 18a 및 도 18b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 방열 성능을 도시한다.

본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.

이하 본 개시는 방열을 위한 구조를 가진 하우징을 포함하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 보다 효과적으로 내부이 열을 방사하기 위한 하우징의 구조를 설명한다.

이하 설명에서 사용되는 구조물을 지칭하는 용어, 물질을 지칭하는 용어, 형상을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.

또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.

이하 본 개시는 네트워크 통신 장치를 하우징을 포함하는 장치의 일 예로 설명한다. 하지만, 후술되는 하우징의 구조는 통신 장치 뿐만 아니라 다른 장치(예: 기계 장치)의 하우징에도 적용될 수 있다.

RU(radio unit), RRH(remote radio head)와 같은 네트워크 통신 장치는 일반적으로 실외에 설치된다. 실외에 설치되는 장치의 하우징은 습기가 많고 온도의 변화가 심한 환경에 노출되거나, 표면에 스크래치가 발생하더라도 부식의 진행이 더딘 재질, 즉 내부식성이 강한 금속 소재로 제작될 수 있다. 예를 들어, 하우징은 알루미늄 재질로 제작될 수 있다. 알루미늄은 우수한 내부식성을 가지며, 다른 금속과 비교하여 비중이 낮으므로, 널리 사용된다.

통신 장비의 경량화, 즉, 하우징의 경량화를 위해 여러가지 방안이 고려될 수 있다. 예를 들어, 경량화 금속인 알루미늄을 좀 더 비중이 낮은 마그네슘으로 변경하는 방안, 알루미늄의 두께를 보다 얇게 제작하여 무게를 줄이는 방안 등이 있다. 더불어, 알루미늄의 소재를 열전도율이 높은 소재로 변경하거나, 알루미늄의 표면에 고열전도율의 별도 부품(예: 그라파이트 시트(sheet), 증기 챔버(vapor chamber), 히트 파이프(heat pipe) 등)을 부착함으로써, 보다 빨리 열을 퍼지게(spreading)할줄 수 있도록 하는 방안도 적용될 수 있다.

고-열전도율(high-heat conductivity)(예: 약 190W/K)을 가지는 알루미늄 소재가 사용되면, 부피 감소를 통한 무게 절감이 가능은 하다. 하지만, 소재 자체의 특성상, 성형성이 떨어질 수 있다. 고-열전도율의 히트 파이프, 증기 챔버와 같은 별도 부품을 알루미늄 하우징의 내부 표면에 부착하는 것은, 방열 효과의 향상을 기대하게 한다. 하지만, 별도 부품은 면적이 크고, 평탄한 면에만 제한적으로 부착할 수 있다. 또한, 대부분의 별도 부품은 고-열전도율의 구리 재질로 제작되므로, 하우징의 무게의 증가를 야기할 수 있다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치를 도시한다.

도 1을 참고하면, 장치(100)는 상부 하우징(110) 및 하부 하우징(120)을 포함한다. 상부 하우징(110) 및 하부 하우징(120)은 PBA(printed board assembly)를 외부로부터 보호하기 위한 밀폐된 공간을 형성하기 위해 조립된다. 여기서, PBA는 기판(board) 및 기판 상에 설치된 복수의 부품들을 포함하는 회로의 집합체이다. PBA와 같이 상부 하우징(110) 및 하부 하우징(120)에 의해 형성된 내부 공간에 배치되는 구성 요소는 동작에 따라 열을 발생시킨다. 예를 들어, 동작은 물리적인 운동, 전자 회로의 신호 처리, 데이터 연산 등을 의미한다. 내부 공간에 배치되는 구성 요소는 '동작부'라 지칭될 수 있다.

상부 하우징(110) 및 하부 하우징(120) 각각은 방열을 위해 복수의 핀(fin)들을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 상부 하우징(110) 및 하부 하우징(120) 중 어느 하나는 핀을 포함하지 아니할 수 있다. 상부 하우징(110)의 외부 및 내부 구조는 도 2a 및 도 2b와 같다.

도 2a 및 도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치의 하우징을 도시한다. 도 2의 하우징(200)은 도 1의 상부 하우징(110) 또는 하부 하우징(120)으로 이해될 수 있다. 도 2a는 하우징(200)의 내부를, 도 2b는 하우징(200)의 외부를 도시한다. 도 2a 및 도 2b를 참고하면, 하우징(200)은 벽면(212), 바닥면(214), 외부에 형성된 복수의 핀들(216)을 포함한다. 도 2a에 도시되지 아니하였으나, 바닥면(214)은 하우징(200)에 포함되는 부품들의 형상에 따라 다양한 높낮이를 가지는 형상으로 만들어질 수 있다. 핀들(216)은 하우징(200)의 방열을 위해 표면적을 늘리기 위한 구조물이다.

도 2a 및 도 2b와 같은 하우징(200)은 열전도율 및 내부식성이 우수한 알루미늄 소재로 형성될 수 있으며, 알루미늄 다이캐스팅 공법에 의해 제작될 수 있다. 알루미늄 다이캐스팅을 활용한 하우징의 바닥면은 통상 3 내지 6mm 정도의 두께를 가지며, 알루미늄 소재로 100% 채워져 있는 구조를 가질 수 있다. 또한, 높이가 다른 부품이 실장된 PBA를 하우징의 내측에 장착하기 위에, 바닥 면의 구조는 PBA 부품의 높이 변화에 따라 복잡한 구조로 제작될 수 있다. 이에 따라, PBA에서 발생하는 열은, 하우징의 내측면으로 전달이 되고, 하우징의 바닥을 통하여 핀들로 전달되고(열전도율 약 90 내지 180W/mK), 이 후 핀들을 통해 외부로 방열된다.

도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 단면을 도시한다. 도 3은 하우징(200)의 바닥면의 일부 단면을 도시한다.

도 3을 참고하면, 바닥면은 핀들(216)과 연결된 핀 커버(fin cover)(310), 내부에 노출되는 베이스(320)를 포함한다. 핀 커버(310)는 '상부 커버', '상부 판', '상부 층', '상층부', '핀 층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(320)는 '하부 커버', '하부 판', '하부 층', '하층부', '베이스 층', '베이스' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(320)는 하우징의 내부에 배치되는 PBA에 포함되는 부품들의 높이에 따라 z 축 상에서의 높이가 변화하는 구조를 가질 수 있다. 높이가 변화하는 베이스(320)의 구조는, PBA에 포함되는 부품들과의 간격을 줄임으로써 열이 효과적으로 전달되도록 하기 위함이다. 일 실시 예에 따라, 베이스(320)는 z 축에서 1.0mm 이상의 두께를 가질 수 있다.

핀 커버(310) 및 베이스(320) 사이에 공간(330)이 형성된다. 공간(330)은 냉매(refrigerant)로 채워진다. 예를 들어, 공간(330)은 고열전달 특성을 가지는 작동 유체(working fluid)로 채워질 수 있다. 냉매는 상변화(phase change)를 겪으며 열을 이동시키는 물질로, 유체 물질 및 윅(wick)을 포함할 수 있다. 핀 커버(310) 및 베이스(320) 사이의 공간에 주입하는 냉매에 포함되는 유체는 물과 아세톤과 같은 일반적인 액체 상태의 물질일 수 있다. 제품의 사용 온도 및 요구 조건에 따라, 일반적인 히트 파이프 및 증기 챔버에서 사용되는 다양한 냉매가 사용될 수 있다. 공간(330)의 z 축 상 두께는 주입되는 냉매의 열 성능과 관련된다. 일 실시 예에 따라, 공간(330)의 z 축 상 두께는 1.0mm 이상, 50mm 이하일 수 있다.

도 3과 같은 구조에 따라, PBA에서 발생한 열이 하우징의 내측에 배치된 베이스(320)로 전달이 되고, 내측에 전달된 열은 하우징의 바닥과 인접한 고열전도율의 냉매에 의해 핀 커버(310)로 전달되고, 그 후 열은 핀들(216)을 통해 방열될 수 있다. 냉매에 의해, 최소 약 4,000W/mk의 열전도율이 기대된다.

도 3에서, 핀 커버(310) 및 베이스(320)의 접합 혹은 조립은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 핀 커버(310) 및 베이스(320)는 FSW(friction stir welding) 기법에 따라 필요한 부분에만 마찰을 통해 접합될 수 있다. 다른 예로, 확산 접합(diffusion welding) 기법에 따라 핀 커버(310) 및 베이스(320)의 위치를 맞추어 놓은 후, 고온 고압의 챔버에 넣음으로써, 핀 커버(310) 및 베이스(320)의 접합 면이 부착될 수 있다. 또 다른 예로, 핀 커버(310) 및 베이스(320)는 브레이징(brazing) 기법에 의해 접합되거나, 또는, 전통적인 방법인 볼트를 통한 체결 조립도 가능하다.

PBA를 하우징(200)에 고정시키기 위해, 체결구가 사용된다. 예를 들어, 체결구는 스크류(screw), 후크 등을 포함할 수 있다. 도 3과 같이 핀 커버(310) 및 베이스(320) 간 공간(330)이 형성되고, 공간(330)이 냉매로 채워진 경우, 별도의 구조 없이 체결구를 체결하면, 냉매의 유출(leakage)이 발생할 우려가 있다. 따라서, 일 실시 예에 따라, 체결구가 체결되는 위치에 결합을 위한 돌출부(312a 또는 312b)가 형성된다. 돌출부(312a 또는 312b)는 공간(330)의 구조적인 강도 보강의 역할도 수행할 수 있다.

돌출부(312a 또는 312b)는 체결구의 지름보다 큰 x 축 및 y 축 상 너비를 가진다. 도 3의 경우, 돌출부(312a 또는 312b)는 베이스(320)를 연장하는 방식으로 형성된다. 다른 실시 예에 따라, 체결구를 체결하기 위한 돌출부는 핀 커버(310)를 연장하는 방식으로 형성될 수 있다. 도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징에서 돌출부의 구조의 예를 도시한다. 도 4를 참고하면, 베이스(320)에 홀(hole)이 형성되고, 홀에 삽입될 수 있는 돌출부(412)가 핀 커버(310)를 연장하는 방식으로 형성된다. 이때, 베이스(320) 및 돌출부(412) 간 틈(gap)이 생길 수 있는데, 틈은 다양한 기법(예: 레이저 용접, 마찰 용접 등)에 의해 밀봉될 수 있다. 도 3의 돌출부(312a 또는 312b)는 공간(330)의 두께와 실질적으로 동일한 z축 상 길이를 가질 수 있고, 도 4의 돌출부(412)는 공간(330)의 두께를 초과하는 z축 상 길이를 가질 수 있다.

전술한 하우징의 구조에 의해, 고열전도율이 구현 가능하며, 나아가 하우징의 부피 축소 및 무게 감소 효과가 얻어질 수 있다.

도 3과 같은 구조에 따르면, 냉매에 의해 빠른 열전도가 이루어질 수 있다. 냉매가 핀 커버 및 베이스 사이의 공간 전체에서 열을 전달하기 때문에, 어느 한 지점에서의 열이 베이스의 다른 지점들로 전달될 수 있다. 냉매를 통해 전달된 열은 다시 내부의 PBA로 전달될 가능성이 있기 때문에, PBA에 포함되는 부품을 하우징을 통해 전달되는 열로부터 보호할 필요가 있다. 이를 위해, 이하 본 개시는 이하 도 5a 내지 도 5c와 같이 열 발생이 많은 부분을 열적으로 격리함으로써 상대적으로 열 확산을 줄이는 구조를 제안한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 격벽 구조의 예들을 도시한다. 도 5a는 도 3의 공간(330)의 단면을 예시한다. 도 5a를 참고하면, 공간(330)에 격벽(512)이 형성된다. 격벽(512)은 댐(dam) 형태의 구조물로서, 이로 인해 공간(330)은 4개의 영역들(510, 520, 530, 540)로 분리된다.

격벽(512)이 없는 경우, 제1 영역(510)에서 높은 열 발생하면, 열이 제2 영역(520), 제3 영역(530), 제4 영역(540)으로 쉽게 확산된다. 이에 반해, 도 5a와 같이 격벽(512)이 형성된 경우, 4개의 영역들(510, 520, 530, 540) 각각에 채워진 냉매는 격리되고, 어느 하나의 영역에서 발생한 열이 냉매를 통해 다른 영역으로 전달되는 현상이 방지 또는 감소될 수 있다. 예를 들어, 열이 많이 발생하는 부품의 주위에 하나의 영역에 형성함으로써, 열 전달을 차단할 때 우수한 성능을 보이는 다른 부품이 보호될 수 있다. 구체적으로, 많은 열을 발생시키는 FPGA(field programmable gate array), CPU(cetral processing unit), SOC(system on chip) 등의 부품을 하나의 영역으로 격리함으로써, 열에 취약한 메모리(예: DDR(double data rate) 메모리)를 열 전달로부터 보호하는 것이 가능하다.

격벽(512)은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 격벽(512)은 체결구 체결을 위해 형성된 돌출부를 연장함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5b와 같이, 격벽(512)은 돌출부(524)를 x축 및 y축 평면 상에서 연장함으로써 형성될 수 있다. 이때, 격벽(512)은 돌출부(524)와 같은 z축 길이를 가질 수 있다.

다른 실시 예에 따라, 도 5c와 같이, 격벽(512)은 돌출부(524) 보다 작은 z축 길이를 가질 수 있다. 도 5c의 경우, 영역 별 냉매의 격리가 완전하지 아니하므로 열이 영역들 간 전달될 수 있으나, 열이 발생한 영역에서 열이 상대적으로 더 빠르게 빠져나갈 수 있다. 즉, 도 5c의 실시 예는 발열하는 부품의 방열의 측면에서 더 우수하다.

전술한 다양한 실시 예들에서, 하우징의 바닥면을 이중 층 구조로 설계하고, 층들 간 공간에 냉매를 채움으로써, 방열 효과의 상승이 기대된다. 이러한 이중 층 구조는 핀들이 연결된 바닥면 뿐 아니라, 하우징의 벽면(예: 벽면(212))에도 적용될 수 있다. 또한, 내부에 냉매를 채우는 구조는 핀에도 적용될 수 있다.

고열전도율의 냉배가 핀에 주입되면, 방열 효과의 향상은 물론, 하우징의 무게의 감소가 예상된다. 이 경우, 알루미늄으로 채워진 핀의 열전도율이 약 90~200W/mK 인데 반해, 약 1,000W/mK 이상의 열전도율이 기대된다. 또한, 하우징과 별도로, 냉매가 주입된 방열 핀을 길이나 폭 제한이 없이 자유롭게 제작할 수 있으므로, 다이캐스팅 방식에서 어려웠던, 길이가 높은 핀 또는 많은 개수의 핀들을 포함하는 제품의 구현이 보다 용이해질 수 있다. 또한, 방열 핀의 길이가 길어질수록, 상대적으로 기존 다이캐스팅에 의해 형성된 제품보다, 무게가 가벼워질 수 있다.

냉매로 채워진 방열 핀은 무게 및 방열 성능에서 장점을 가진다. 하지만, 방열 핀이 하우징과 별도로 제작 후 부착되기 때문에, 부착면에 의한 열 저항의 발생 가능성이 존재한다. 따라서, 본 개시는 다음과 같은 구조의 냉매를 주입한 핀의 구조를 제안한다.

도 6a은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 핀의 구조를 도시한다. 도 6a은 하우징(600)의 바닥면의 일부 단면을 도시한다.

도 6a을 참고하면, 바닥면은 핀들(622-1 내지 622-N)과 연결된 핀 커버(610), 내부에 노출되는 베이스(320)를 포함한다. 도 6a에서, 베이스(320)는 평평하게 도시되었으나, 베이스(320)는 하우징의 내부에 배치되는 PBA(602)에 포함되는 부품들의 높이에 따라 z 축 상에서의 높이가 변화하는 구조를 가질 수 있다. 핀 커버(610) 및 베이스(620) 사이에 공간(630)은 냉매로 채워진다.

핀들(622-1 내지 622-N)은 내부에 공간을 가진다. 핀들(622-1 내지 622-N)은 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 핀들(622-1 내지 622-N)을 핀 커버(610)에 연결하기 위해, 핀 커버(610)에 복수의 관통 슬롯(slot)들이 형성된다. 관통 슬롯들에 핀들(622-1 내지 622-N)이 삽입된 후, 핀들(622-1 내지 622-N) 및 핀 커버(610)의 접촉 영역이 접합됨으로써, 핀들(622-1 내지 622-N)이 핀 커버(610)에 고정될 수 있다.

핀들(622-1 내지 622-N)이 핀 커버(610)에 견고하게 고정되고, 또한 공간(630)의 냉매로부터의 열 전도율을 향상시키기 위해, 핀들(622-1 내지 622-N) 각각의 접촉부(624)는 다른 부분(626)에 비하여 적어도 하나의 방향에서 더 넓을 수 있다. 다시 말해, 도 6b, 도 6c, 도 6d를 참고하면, x-y 평면에서 축A를 중심으로 관찰할 때, 적어도 하나의 방향에서 접촉부(624)의 너비가 다른 부분(626)에 비하여 상대적으로 더 넓다. 이때, 접촉부(624)의 형상은 다양하게 만들어질 수 있다. 예를 들어, 고정부(624)는 도 6b와 같이 역방향 T자 형상으로, 도 6c와 같이 L자 형상으로, 도 6c와 같이 타원형으로 만들어질 수 있다.

고정부(624)를 이용하여, 핀들(622-1 내지 622-N)이 핀 커버(610)에 면접합될 수 있다. 핀 커버(610) 및 핀들(622-1 내지 622-N)은 다양한 기법(예: 브레이징)에 의해 접합될 수 있다. 핀들(622-1 내지 622-N)과 접합된 핀 커버(610)는 베이스(620)와 접합되고, 이에 따라 도 6a와 같은 하우징이 형성된다.

도 6a와 같은 구조에 따라, 열은 하우징→고열전도율 냉매→방열 핀의 순서로 전달된다. 냉매의 고열전도율 특성에 의해, 열이 손실 없이 전달될 수 있다. 도 6a와 같은 구조의 하우징을 제조하기 위해 소재 및 접합 기법은 특정 기법에 한정되지 아니한다. 전술한 바와 같이, 냉매가 주입된 방열 핀을 사용함으로써, 무게 경량화 및 고열전도율의 장점이 발생한다.

도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 단면의 예를 도시한다. 도 7은 하우징(700)의 바닥면의 일부 단면을 도시한다.

도 7을 참고하면, 바닥면은 핀들(711-1 내지 711-N)과 연결된 핀 커버(upper side)(710), 내부에 노출되는 베이스(lower side)(740)를 포함한다. 핀 커버(710)는 '상부 커버', '상부 판', '상부 층', '상층부', '핀 층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(740)은 '하부 커버', '하부 판', '하부 층', '하층부', '베이스 층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(740)는 하우징의 내부에 배치되는 PBA에 포함되는 부품들의 높이에 따라 z 축 상에서의 높이가 변화하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 하우징(700)의 높이는 외벽(720)의 길이에 따라 변화할 수 있다. 하우징(700)의 높이가 외벽(720)의 길이에 따라 변화함에 따라, PBA에 포함되는 부품들과의 간격이 줄어들고, 열이 효과적으로 전달될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 베이스(740)는 z 축에서 실질적으로(substantially) 1.0mm 이상의 두께를 가질 수 있다.

핀 커버(710), 베이스(740) 및 외벽(720) 사이에 공간(730)이 형성된다. 공간(730)은 냉매(refrigerant)로 채워진다. 예를 들어, 공간(730)은 고열전달 특성을 가지는 작동 유체(working fluid)로 채워질 수 있다. 냉매는 상 변화(phase change)를 겪으며 열을 이동시키는 물질로, 유체 물질 및 윅(wick)을 포함할 수 있다. 핀 커버(710) 및 베이스(740) 사이의 공간에 주입하는 냉매에 포함되는 유체는 물과 아세톤과 같은 일반적인 액체 상태의 물질일 수 있다. 제품의 사용 온도 및 요구 조건에 따라, 일반적인 히트 파이프 및 증기 챔버에서 사용되는 다양한 냉매가 사용될 수 있다. 공간(730)의 z 축 상 두께는 주입되는 냉매의 열 성능과 관련된다. 일 실시 예에 따라, 공간(730)의 z 축 상 두께는 실질적으로 1.0mm 이상, 50mm 이하일 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, PBA에서 발생한 열이 하우징의 내측에 배치된 베이스(740)로 전달이 되고, 내측에 전달된 열은 하우징의 바닥과 인접한 고열전도율의 냉매에 의해 핀 커버(710)로 전달되고, 그 후 열은 핀들(711-1 내지 711- N)을 통해 방열될 수 있다. 냉매에 의해, 최소 약 4,000W/mk의 열전도율이 기대된다.

도 7에서, 핀 커버(710) 및 베이스(740)의 접합 혹은 조립은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외벽(720)을 통해 핀 커버(710)과 베이스(740)이 결합될 수 있다. 다른 예로, 핀 커버(710) 및 베이스(740)는 FSW(friction stir welding) 기법에 따라 필요한 부분에만 마찰을 통해 접합될 수 있다. 또 다른 예로, 확산 접합(diffusion welding) 기법에 따라 핀 커버(710) 및 베이스(740)의 위치가 정렬된 후, 고온 고압의 챔버에 넣음으로써, 핀 커버(310) 및 베이스(320)의 접합 면이 부착될 수 있다. 또 다른 예로, 핀 커버(310) 및 베이스(320)는 브레이징(brazing) 기법에 의해 접합되거나, 또는, 전통적인 방법인 볼트를 통한 체결 조립도 가능하다.

PBA를 하우징(700)에 고정시키기 위해, 체결구가 사용된다. 예를 들어, 체결구는 스크류(screw), 후크 등을 포함할 수 있다. 도 7과 같이 핀 커버(710) 및 베이스(740) 간 공간(730)이 형성되고, 공간(730)이 냉매로 채워진 경우, 별도의 구조 없이 체결구를 체결하면, 냉매의 유출(leakage)이 발생할 우려가 있다. 따라서, 일 실시 예에 따라, 도면에는 도시되지 않았으나, 체결구가 체결되는 위치에 결합을 위한 돌출부가 형성될 수 있다. 돌출부는 공간(730)의 구조적인 강도 보강의 역할도 수행할 수 있다.

도 7의 베이스(740)는 PBA에 실장 되는 부품에서 발생하는 열을 직접적으로 베이스 하우징의 표면에 맞닿도록 설계되어야 한다. 이러한 설계로 인해, 부품 단차에 의한 하우징의 높이 차이가 발생한다. 하우징의 높이 차이는 복잡한 단면 형상을 야기한다. 예를 들어, 도 7의 하우징(700)의 경우, 냉매를 가두는 공간(730)을 베이스(710)를 기준으로 실질적으로 1.0mm 이상의 공간 두께를 가질 수 있다. 이 경우, 베이스(710)의 높이 단차에 의해 핀 커버(710)에서도 단차가 발생할 수 있다. 단차가 형성된 핀 커버(710)는 다이캐스팅이라는 공법으로 제작할 수 있겠으나, 금형이라는 고가의 도구가 필요하고, 베이스(740)과의 접합을 위한 우수한 평탄도 확보에 어려움이 있다. 또한 다이캐스팅 소재는 압출 공법에 사용되는 알루미늄에 비해 열전도율이 상대적으로 낮아, 방열 특성이 떨어지는 문제가 있다.

도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 단면을 도시한다. 도 8은 하우징(800)의 바닥면의 일부 단면을 도시한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 바닥면은 핀들(811-1 내지 811-N)과 연결된 핀 커버(fin cover)(810), 내부에 노출되는 베이스(lower side)(840), 핀 커버(810)과 베이스(840)을 연결하는 외벽(820)을 포함한다. 핀 커버(810)는 '상부 커버', '상부 판', '상부 층', '상층부', '핀 층', '핀 커버' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(840)는 '하부 커버', '하부 판', '하부 층', '하층부', '베이스 층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 외벽(820)은 '측면부', '측면판', '측면층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 외벽(820)은 y축을 기준으로 상부 핀 커버(810)과 하부 베이스(840)을 연결하는 옆면일 수 있다. 외벽(820)은 x축을 기준으로 상부 핀커버와 하부 베이스(840)을 연결하는 옆면일 수 있다. 베이스(840)는 하우징(800)의 내부에 배치되는 PBA에 포함되는 부품들의 높이에 따라 z 축 상에서의 높이가 변화하는 구조를 가질 수 있다. 핀 커버(810)의 경우, 평탄한 면을 가질 수 있다.

핀 커버(810), 베이스(840) 및 외벽(820) 사이에 공간(830)이 형성된다. 공간(830)은 냉매(refrigerant)로 채워진다. 예를 들어, 공간(830)은 고열전달 특성을 가지는 작동 유체(working fluid)로 채워질 수 있다. 냉매는 상 변화(phase change)를 겪으며 열을 이동시키는 물질로, 유체 물질 및 윅(wick)을 포함할 수 있다. 핀 커버(810) 및 베이스(840) 사이의 공간에 주입하는 냉매에 포함되는 유체는 물과 아세톤과 같은 일반적인 액체 상태의 물질일 수 있다. 제품의 사용 온도 및 요구 조건에 따라, 일반적인 히트 파이프 및 증기 챔버에서 사용되는 다양한 냉매가 사용될 수 있다. 공간(830)의 z 축 상 두께는 주입되는 냉매의 열 성능과 관련된다. 일 실시 예에 따라, 공간(830)의 z 축 상 두께는 실질적으로 1.0mm 이상, 50mm 이하일 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, PBA에서 발생한 열이 하우징의 내측에 배치된 베이스(840)로 전달이 되고, 내측에 전달된 열은 하우징의 바닥과 인접한 고열전도율의 냉매에 의해 핀 커버(810)로 전달되고, 그 후 열은 핀들(811-1 내지 811- N)을 통해 방열될 수 있다. 냉매에 의해, 최소 약 4,000W/mk의 열전도율이 기대된다.

도 8에서, 핀 커버(810) 및 베이스(840)의 접합 혹은 조립은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외벽(820)을 통해 핀 커버(810)와 베이스(840)이 결합될 수 있다. 다른 예로, 핀 커버(810) 및 베이스(840)는 FSW(friction stir welding) 기법에 따라 필요한 부분에만 마찰을 통해 접합될 수 있다. 또 다른 예로, 확산 접합(diffusion welding) 기법에 따라 핀 커버(810) 및 베이스(840)의 위치를 맞추어 놓은 후, 고온 고압의 챔버에 넣음으로써, 핀 커버(810) 및 베이스(840)의 접합 면이 부착될 수 있다. 또 다른 예로, 핀 커버(810) 및 베이스(840)는 브레이징(brazing) 기법에 의해 접합되거나, 또는, 전통적인 방법인 볼트를 통한 체결 조립도 가능하다.

PBA를 하우징(800)에 고정시키기 위해, 체결구가 사용된다. 예를 들어, 체결구는 스크류(screw), 후크 등을 포함할 수 있다. 도 8과 같이 핀 커버(810) 및 베이스(840) 간 공간(830)이 형성되고, 공간(830)이 냉매로 채워진 경우, 별도의 구조 없이 체결구를 체결하면, 냉매의 유출(leakage)이 발생할 우려가 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 일 실시 예에 따라, 체결구가 체결되는 위치에 결합을 위한 돌출부가 형성될 수 있다. 돌출부는 공간(830)의 구조적인 강도 보강의 역할도 수행할 수 있다.

하우징(800)의 핀 커버(810)의 경우, 영역에 따라 다른 두께를 갖도록 설계될 수 있다. 영역에 따라 일정한 두께를 갖도록 설계되는 것이 아니라, 영역 별로 두께의 차이를 가지게 설계될 수 있다. 다시 말해, 일정한 두께를 갖도록 베이스(740)의 굴곡에 상응하도록 굴곡을 가진 하우징(700)의 핀 커버(710)와 달리, 하우징(800)은 평탄한 핀 커버(810)의 핀 커버를 가질 수 있다. 영역에 따라 두께 차이를 가지도록 하우징을 설계함으로써, 핀 커버(810)의 핀 버커의 단면 높이를 동일하게 만들 수 있다. 상부 핀 커버(810)가 동일한 단면 높이를 가짐에 따라, 하우징(800)의 두께는 영역에 따라 달라질 수 있다. 평탄한 핀 커버(810) 구조를 가짐으로 인해, 압출 방식으로 핀 커버를 제작할 수 있다. 압출 방식을 사용하여 핀 커버를 제작함으로 인하여, 다이캐스팅보다 높은 열전도율을 가지는 알루미늄 소재를 사용할 수 있다. 또한 평탄한 핀 커버(810) 구조를 가짐으로 인해, 보다 쉽고 저렴하게 얇은 핀(fin)을 구현할 수 있다. 더불어, 영역별로 두께가 늘어난 부분의 경우, 공간(830)이 확장됨으로 인하여 보다 많은 양의 냉매를 주입할 수 있어, 방열효과는 향상될 수 있다.

도 9는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 하우징의 단면을 도시한다. 도 9은 하우징(900)의 바닥면의 일부 단면을 도시한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 하우징(900)은 핀들(911-1 내지 911-N)과 연결된 핀 커버(upper side)(910), 내부에 노출되는 베이스(lower side)(940) 및 핀 커버(910), 베이스(940)와 연결된 외벽(920-1, 920-2)을 포함한다. 핀 커버(910)는 '상부 커버', '상부 판', '상부 층', '상층부', '핀 층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(940)은 '하부 커버', '하부 판', '하부 층', '하층부', '베이스 층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 외벽(920-1, 920-2)은 '측면부', '측면', 측면층', '측면판' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.

베이스(940)는 하우징의 내부에 배치되는 PBA에 포함되는 부품들의 높이에 따라 z 축 상에서의 높이가 변화하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 베이스(940)는 외벽(920)의 길이에 따라 높이가 변화할 수 있다. 높이가 변화하는 베이스(940)의 구조는, PBA에 포함되는 부품들과의 간격을 줄임으로써 열이 효과적으로 전달되도록 하기 위함이다. 일 실시 예에 따라, 베이스(940)는 z 축에서 실질적으로 1.0mm 이상의 두께를 가질 수 있다.

하우징 (900)의 핀 커버(910), 베이스(940) 및 외벽(920) 사이에 공간(930)이 형성된다. 공간(930)은 냉매(refrigerant)로 채워진다. 예를 들어, 공간(930)은 고열전달 특성을 가지는 작동 유체(working fluid)로 채워질 수 있다. 냉매는 상 변화(phase change)를 겪으며 열을 이동시키는 물질로, 유체 물질 및 윅(wick)을 포함할 수 있다. 핀 커버(910) 및 베이스(940) 사이의 공간에 주입하는 냉매에 포함되는 유체는 물과 아세톤과 같은 일반적인 액체 상태의 물질일 수 있다. 제품의 사용 온도 및 요구 조건에 따라, 일반적인 히트 파이프 및 증기 챔버에서 사용되는 다양한 냉매가 사용될 수 있다. 공간(730)의 z 축 상 두께는 주입되는 냉매의 열 성능과 관련된다. 일 실시 예에 따라, 공간(730)의 z 축 상 두께는 실질적으로 1.0mm 이상, 50mm 이하일 수 있다.

도 9과 같은 구조에 따라, PBA에서 발생한 열이 하우징의 내측에 배치된 베이스(940)로 전달이 되고, 내측에 전달된 열은 하우징의 바닥과 인접한 고열전도율의 냉매에 의해 핀 커버(910)로 전달되고, 그 후 열은 핀들(911-1 내지 911- N)을 통해 방열될 수 있다. 냉매에 의해, 최소 약 4,000W/mk의 열전도율이 기대된다.

도 9에서, 핀 커버(910) 및 베이스(940)의 접합 혹은 조립은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외벽(920)을 통해 핀 커버(910)와 베이스(940)가 결합될 수 있다. 다른 예로, 핀 커버(910) 및 베이스(940)는 FSW(friction stir welding) 기법에 따라 필요한 부분에만 마찰을 통해 접합될 수 있다. 또 다른 예로, 확산 접합(diffusion welding) 기법에 따라 핀 커버(910) 및 베이스(940)의 위치가 정렬된 후, 고온 고압의 챔버에 넣음으로써, 핀 커버(310) 및 베이스(320)의 접합 면이 부착될 수 있다. 또 다른 예로, 핀 커버(310) 및 베이스(320)는 브레이징(brazing) 기법에 의해 접합되거나, 또는, 전통적인 방법인 볼트를 통한 체결 조립도 가능하다.

PBA를 하우징(900)에 고정시키기 위해, 체결구가 사용된다. 예를 들어, 체결구는 스크류(screw), 후크 등을 포함할 수 있다. 도 9과 같이 핀 커버(910) 및 베이스(940) 간 공간(930)이 형성되고, 공간(930)이 냉매로 채워진 경우, 별도의 구조 없이 체결구를 체결하면, 냉매의 유출(leakage)이 발생할 우려가 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 일 실시 예에 따라, 체결구가 체결되는 위치에 결합을 위한 돌출부가 형성될 수 있다.된다. 돌출부는 공간(930)의 구조적인 강도 보강의 역할도 수행할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 하우징(900)은 도 7에서 상술한 하우징(700)의 핀 커버(710)와 다르게, 평탄한 면을 가질 수 있다. 하우징(900)의 상부 핀 커버(910)의 경우, 베이스(940)의 표면에 맞춰, 일정 두께만큼의 공간을 가지는 대신, 영역에 따라 두께의 차이를 가지도록 설계될 수 있다. 다시 말해, 일정한 두께를 갖도록 베이스(740)의 굴곡에 상응하도록 굴곡을 가진 하우징(700)의 핀 커버(710)와 달리, 하우징(900)은 평탄한 핀 커버(910)의 핀 커버를 가진다. 영역에 따라 두께 차이를 가지도록 하우징을 설계함으로써, 핀 커버(910)의 단면을 평탄하게 만들 수 있다. 이에 따라, 하우징(900)의 두께는 영역에 따라 다를 수 있다.

도 9에 도시된 하우징(900)의 경우, 베이스(940)와 핀 커버(910)에 접합되는 외벽(920-1, 920-2)이 존재하게 된다. 하우징(900)의 외벽(920-1, 920-2)은 냉매를 가두는 역할도 있지만, 핀 커버(910)의 높이를 동일하게 맞추는 역할도 하게 된다. 하우징(900)은 도 9에 도시된 바와 같이 서로 다른 높이를 가지는 외벽(920-1, 920-2)으로 구성될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 외벽(920-1)는 외벽(920-2)보다 더 낮은 높이를 가질 수 있다. 이로 인하여, 핀 커버(910)은 x축 기준으로 외벽(920-1)을 향하여 경사를 갖는 구조가 형성될 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 외벽(920-1)과 외벽(920-2)의 높이의 차이에 따라 다양한 경사도를 가지는 하우징(900)이 설계될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 외벽(920-1)의 높이가 외벽(920-2)의 높이보다 더 긴 구조를 갖는 하우징(900)이 설계될 수 있다. 이 경우, 핀 커버(910)는 x축을 기준으로 외벽(920-2)을 향하여 경사를 갖는 구조를 가질 수 있다. 도 9에 도시된 하우징(900)과 같이, 외벽의 높이를 서로 다르게 하여 하우징을 제작할 수 있다. 외벽 단차를 주게 되는 하우징의 경우, 핀 커버(910)의 경사가 생길 수 있다. 이하, 도 10을 통해 외벽 단차로 인한 제품 설치에 따른 실시 예들이 서술된다.

도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 외벽에 단차가 존재하는 하우징의 일반 상태 및 설치된 상태의 예를 도시한다. 하우징(1001)은 외벽의 단차가 존재하는 구조를 갖는 하우징일 수 있다. 하우징(1003)은 외벽의 높이가 동일하게 설계된 하우징일 수 있다. 하우징(1005)은 하우징(1001)이 x축을 기준으로 15도 기울어진 상태로 설치된 상태를 도시한다. 하우징(1007)은 하우징(1003)이 x축을 기준으로 15도 기울어진 상태로 설치된 상태를 도시한다. 설치된 하우징을 도시한다. 도 10에는 도시되지 않았으나, 외벽 간의 단차에 따라 서로 다른 경사도를 갖는 하우징이 제작될 수 있다. 또한 실제 제품이 설치되는 환경에 따라 다양한 경사도를 갖도록 설치될 수 있다. 하우징에 경사가 생김에 따라, 하우징의 핀 커버와 베이스 사이의 공간에 존재하는 냉매의 이동의 양상이 달라질 수 있고, 이에 따라 방열 효과가 달라질 수 있다.

도 10에서는 기울어짐 정도를 표현하기 위해 경사도가 15도와 같이 예시적으로 서술되었으나, 이는 경사진 외벽과 하우징 간의 관계를 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 이에 한정되지 않는다.

도 11a 내지 11c는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 하우징 내부의 냉매의 이동의 예를 도시한다. 도 11a 내지 11c에 도시된 하우징(1100a, 1100b, 1100c)들은 핀 커버(1110), 베이스(1140), 외벽(1120-1, 1120-2, 1122-1, 1122-2, 1124-1, 1124-2) 및 핀 커버(1110), 베이스(1140) 및 외벽(1120-1, 1120-2, 1122-1, 1122-2, 1124-1, 1124-2)에 의하여 형성되는 내부 공간(1130)으로 구성된다. 베이스(1140)에는 PBA(1102)가 접합될 수 있다. 하우징 내부 공간(1130)은 방열을 위한 냉매(1104a, 1104b, 1104c, 1106a, 1106b, 1106c)가 위치할 수 있다. 외벽(1120-1, 1122-1, 1124-1)은 하우징 장치 상단에 인접하는 외벽일 수 있다. 외벽(1120-2, 1122-2, 1124-2)은 하우징 장치 하단에 인접하는 외벽일 수 있다.

하우징 내부에 위치하는 PBA(1102)에서 발생한 열이 하우징의 내측에 배치된 베이스(1140)으로 전달되고, 내측에 전달된 열은 베이스(1140)과 인접한 고열전도율의 냉매에 의해 핀 커버(1110)으로 전달될 수 있다. 그 후 열은 핀 커버(1110)에 연결된 핀들을 통해 방열될 수 있다. 베이스(1140)는 PBA(1102)에 직접 연결되어 있기 때문에, 핀 커버(1110)에 비하여 고온의 상태일 수 있다.

베이스(1140)은 하우징의 내부에 배치되는 PBA(1102)에 포함되는 부품들에 따라 영역별로 다른 발열량을 가질 수 있다. 상대적으로 많은 열이 발생하는 PBA와 인접한 베이스는 상대적으로 고온일 수 있고, 열이 상대적으로 적게 발생하는 PBA와 인접한 베이스는 상대적으로 저온일 수 있다. 다른 예로, 열이 발생하는 부품이 상대적으로 많이 위치한 부분과 인접한 베이스의 영역은 열이 발생하는 부품이 상대적으로 적게 위치한 부분과 인접한 베이스의 영역보다 상대적으로 고온일 수 있다. 이와 같이, 베이스의 영역 별로 고온인 부분과 저온인 부분이 있을 수 있고, 발열량이 많은 영역에 냉매가 잘 순환될수록 방열 효과가 좋아질 수 있다. 하우징의 핀 커버와 베이스 사이의 공간에 위치하는 냉매의 위치를 좀 더 발열원과 가까운 위치로 위치하게 할 경우, 하우징의 방열 효과가 좋아질 수 있다.

도 11a는 본 발명의 실시 예에 따른 외벽 간의 단차가 존재하지 않는 하우징(1100a)을 도시한다. 도 11a에 따르면, 1141-a는 베이스(1140)에서 발생하는 열이 하우징 내부 공간으로 확산되는 것을 도시한다. 냉매(1104a)는 중력의 영향으로 인하여 외벽(1120-2)에 인접하여 위치한다. 1121-a은 냉매(1104a)가 베이스(1140)로부터 열을 전달받아, 기화하여 하우징 내부 공간으로 확산되는 것을 도시한 것이다. 1111- a은 확산된 냉매(1106a)가 상대적으로 저온인 핀 커버(1110)과 접촉하여 온도가 내려간 후, 중력의 영향으로 인해 하단으로 하강하는 것을 도시한 것이다.

도 11a에 따르면, 하우징(1110a)의 외벽(1120-1, 1120-2)간에 단차가 존재하지 않기 때문에, 내부 공간(1130)에서 냉매(1104a)가 차지하는 부분은 상대적으로 작을 수 있다. 뜨거워진 냉매는 1111-a와 같이 중력에 의하여 제품 하단으로 하강할 수 있다. 이 때, 외벽(1120-1, 1120-2)간의 단차가 존재하지 않아, 핀 커버의 경사도가 상대적으로 낮고, 이로 인하여 핀 커버(1110)의 표면을 타고 하강할 수 있다.

도 11b의 하우징(1100b)은 본 발명의 실시 예에 따른 제품 상단에 인접한 외벽(1122-1)이 제품 하단에 인접한 외벽(1122-2)보다 낮은 높이를 갖는 하우징의 예를 도시한다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 1141-b는 하우징(1110b)의 베이스(1140)에서 발생하는 열이 하우징 내부 공간(1130)으로 확산하는 것을 도시한다. 냉매(1104b)는 중력의 영향으로 인하여 하우징 하단에 인접한 외벽(1122-2)에 인접하여 위치한다. 냉매(1104b)는 도 11a에 도시된 냉매(1104a)과 비교할 때, 베이스(1140)과 접촉하는 면적이 핀 커버(1110)의 경사로 인하여 상대적으로 넓다. 1121-b는 냉매(1104b)가 베이스(1140)로부터 열을 전달받아, 기화하여 하우징 내부 공간(1130)으로 확산되는 것을 도시한다. 1111-b은 확산된 냉매(1106b)가 상대적으로 저온인 핀 커버(1110)과 접촉하여, 차가워진 후, 중력의 영향으로 인해 아래로 이동하는 것을 도시한 것이다.

도 11b에 도시된 바와 같이, 하우징(1100b)의 외벽(1120-1, 1120-2)간에 단차가 존재하기 때문에, 하우징 내부 공간(1130)에서 냉매가 차지하는 부분(1104b)은 도 11a에 도시된 냉매(1104a)가 하우징(1100a0에서 차지하는 비율보다 상대적으로 크다. 냉매(1104b)는 베이스(1140)으로부터 열을 전달받아 기화하여 상승하고, 하우징의 상단에 위치하게 된다(1106b). 냉매(1106b)는 베이스에 비하여 상대적으로 저온인 상부 핀 커버와 접촉할 수 있다. 상부 핀 커버(1110)와의 접촉을 통하여 온도가 내려가고, 차가워진 냉매(1106b)는 1111-b와 같이 중력에 의하여 하우징 아래쪽으로 하강할 수 있다. 이 때, 하우징(1100b)의 외벽(1120-1, 1120-2)간의 단차로 인하여 핀 커버의 경사도가 상대적으로 크고, 이로 인하여 핀 커버를 타고 내려오는 것이 아닌, 중력 방향으로 수직으로 하강할 수 있다. 차가워진 냉매(1106b)는 도 11a에 도시된 차가워진 냉매(1106a)보다 핀 커버(1110)의 영향을 적게 받고 수직으로 하강하기 때문에, 하강하는 속도가 상대적으로 빠를 수 있다.

도 11b에 도시된 하우징(1100b)이 갖는 경사로 인하여, 내부 냉매(1104b)의 위치를 좀더 효율적으로 발열원과 가까운 위치로 위치하게 할 수 있다. 또한 더불어, 제품 상단의 면적이 적기 때문에, 상대적으로 고온인 영역의 열을 보다 빨리 차가운 부분으로 이동이 가능하게 된다. 핀 커버의 경사가 존재하는 하우징(1100b)은 중력의 영향을 상대적으로 많이 받게 되어, 상승한 냉매(1106b)는 수직으로 하강할 수 있다. 하우징(1100b)에서는 상승한 냉매(1106a)가 핀 커버의 표면을 따라 흘러내리게 되는 하우징(1100a)의 경우보다 더 빠르게 하강할 수 있고, 이에 따라 하우징(110b)은 하우징(1100a)보다 더 좋은 순환 효율을 가질 수 있다.

도 11c은 하우징(1100b)과 단면 단차를 반대로 설계 한 하우징(1100c)의 예를 도시한다. 도 11c의 하우징(1100c)은 제품 상단에 위치하는 외벽(1124-1)의 길이가 제품 하단에 위치하는 외벽(1124-2)보다 길어, 경사가 외벽(1124-2)쪽으로 생기게 된다.

도 11c에 도시된 바와 같이, 1141-a은 하우징(1110c)의 베이스(1140)에서 발생하는 열이 하우징 내부 공간(1130)으로 확산하는 것을 도시한다. 냉매(1104c)는 중력의 영향으로 인하여 제품 하단의 외벽(1124-2)에 인접하여 위치할 수 있다. 하우징(1100c)의 하단에 위치하는 외벽(1124-2)은 상단에 위치하는 외벽(1124-1)보다 작은 길이를 갖도록 설계될 수 있다. 1121-c은 냉매(1104c)이 베이스(1140)로부터 열을 전달받아 기화하여 하우징 내부 공간(1130)으로 확산되는 것을 도시한다. 1111-c는 1121-c에서 확산된 냉매(1106c)가 베이스(1140)에 비하여 상대적으로 저온인 핀 커버(1110)과 접촉하여 온도가 내려간 후, 중력의 영향으로 인해 아래로 이동하는 것을 도시한 것이다.

도 11a 내지 도 11c를 비교하여 볼 때, 하우징 하단의 면적이 외벽 쪽으로 갈수록 좁아지는 구조로 인하여, 동일한 양의 냉매가 내부 공간(1130)에 존재하더라도, 냉매가 하우징의 베이스(1140)과 접촉하는 면적이 하우징(1100a) 및 하우징(1100b)와 비교하여 넓다. 하우징(1100c)와 같은 설계로 인하여, 하우징 하단의 냉매 모이는 공간을 최소화하여 냉매의 높이를 높이고, 하우징의 상단의 공간의 크기를 확장시키는 구조를 가질 수 있다.

냉매가 들어가는 기구 하우징의 구조에 있어, 하우징의 핀 커버와 베이스의 접합 부분은 밀봉처리가 되어야 한다. 밀봉된 냉매는 베이스에서 발생한 열을 전달받아, 액체에서 기체로 상 변화를 할 수 있다. 상 변화 과정에서, 큰 증기압(vapor pressure)가 발생할 수 있다. 이 증기압에 의해, 하우징의 핀 커버가 베이스와 떨어져, 결과적으로 냉매가 유출될 위험성이 존재할 수 있다. 상기와 같은 위험성과 관련하여, 하우징의 핀 커버와 베이스의 접합면적을 증가시킬 필요가 있다. 이하, 도 12에서는 하우징의 핀 커버와 베이스의 연결을 견고하게 하기 위하여 하우징 내부 공간에 기둥(boss)을 삽입한 하우징의 예가 도시된다.

도 12는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른, boss를 포함하는 하우징의 구조를 도시한다. 도 12는 하우징(1200)의 단면도를 도시한다.

도 12을 참고하면, 바닥면은 핀들(1211-1 내지 1211-N)과 연결된 핀 커버(fin cover)(1210), 내부에 노출되는 하부 베이스(1240), 핀 커버(1210)과 베이스(1240)을 연결하는 외벽(1220)을 포함한다. 도면에는 도시되지 않았으나, 외벽(1220)은 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 핀 커버(1210)은 '상부 커버', '상부 판', '상부 층', '상층부', '핀 층', '핀 커버' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(1240)은 '하부 커버', '하부 판', '하부 층', '하층부', '베이스 층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 외벽(1220)은 '측면부', '측면판', '측면층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(1240)는 하우징(1200)의 내부에 배치되는 PBA에 포함되는 부품들의 높이에 따라 z 축 상에서의 높이가 변화하는 구조를 가질 수 있다. 핀 커버(1210)의 경우, 평탄한 면을 가질 수 있다.

하우징(1200)의 핀 커버(1210), 베이스(1240) 및 외벽(1220) 사이에 내부 공간(1230)이 형성될 수 있다. 내부 공간(1230)은 냉매(refrigerant)로 채워진다. 예를 들어, 내부 공간(1230)은 고열전달 특성을 가지는 작동 유체(working fluid)로 채워질 수 있다. 냉매는 상 변화(phase change)를 겪으며 열을 이동시키는 물질로, 유체 물질 및 윅(wick)을 포함할 수 있다. 핀 커버(1210) 및 베이스(1240) 사이의 공간에 주입하는 냉매에 포함되는 유체는 물과 아세톤과 같은 일반적인 액체 상태의 물질일 수 있다. 제품의 사용 온도 및 요구 조건에 따라, 일반적인 히트 파이프 및 증기 챔버에서 사용되는 다양한 냉매가 사용될 수 있다. 공간(730)의 z 축 상 두께는 주입되는 냉매의 열 성능과 관련된다.

도 12과 같은 구조에 따라, PBA에서 발생한 열이 하우징의 내측에 배치된 베이스(1240)으로 전달된다. 내측에 전달된 열은 하우징의 바닥과 인접한 고열전도율의 냉매에 의해 핀 커버(1210)으로 전달되고, 그 후 열은 핀들(1211-1 내지 1211- N)을 통해 방열될 수 있다.

도 12에서 핀 커버(1210) 및 베이스(1240)의 접합 혹은 조립은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외벽(1220)을 통해 핀 커버(1210)과 베이스(1240)가 결합될 수 있다. 다른 예로, 핀 커버(1210) 및 베이스(1240)은 FSW(friction stir welding) 기법에 따라 필요한 부분에만 마찰을 통해 접합될 수 있다. 또 다른 예로, 확산 접합(diffusion welding) 기법에 따라 핀 커버(1210) 및 베이스(1240)의 위치를 맞추어 놓은 후, 고온 고압의 챔버에 넣음으로써, 핀 커버(1210) 및 베이스(1240)의 접합 면이 부착될 수 있다. 또 다른 예로, 핀 커버(1210) 및 베이스(1240)은 브레이징(brazing) 기법에 의해 접합되거나, 또는, 전통적인 방법인 볼트를 통한 체결 조립도 가능하다.

도 12에 도시된 바와 같이, 하우징(1200)은 상부 핀 커버(1210)와 하부 베이스(1240)를 연결하는 적어도 하나의 기둥(boss)(1251-1 내지 1251-N)를 포함할 수 있다. boss(1251-1 내지 1251-M)의 수는 핀(1211-1 내지 1211-N)의 개수와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

Boss를 포함하지 않는 하우징의 경우, 외벽(1220)이 맞닿는 부분인 1204, 1206 부분만이 상부 핀 커버와 하부 베이스와 접합된다. 본 개시의 실시 예에 따르면, 기둥을 포함하는 하우징(1200)의 경우 상부 핀 커버와 하부 베이스를 연결하는 복수의 기둥들을 상부 핀 커버(1210)와 하부 베이스(1240)에 맞닿도록 형성시킬 수 있다. 복수의 boss들이 각각 상부 핀 커버(1210)과 하부 베이스(1240)과 접합됨으로 인하여, 상부 핀 커버(1210)과 하부 베이스(1240)를 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 이 경우, 기존의 외벽 이 위치한 부분에만 있던 접합 영역(1204, 1206)으로 인하여 부족할 수 있는 접합강도를 보완하는 역할을 할 수 있다.

도 12에 도시된 복수의 boss들은 베이스 하우징을 제작하는 과정과 함께 다이캐스팅으로 형성이 가능할 수 있다. 다른 예로, 하우징(1200)의 boss들은 하우징과 별도로 형성된 이후에 하우징과 접합되는 공정을 통해 하우징(1200)을 구성할 수 있다. boss의 직경은 1.0파이 이상이면 가능하며, 무게 증가에 영향이 없는 범위에서 자유롭게 직경을 키우고, boss 개수를 선택할 수 있다.

도 13a 내지 13b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 boss를 포함하는 하우징의 구조의 예를 도시한다. 도 13a는 도 12에서 상술한 하우징(1200)과 동일한 구조를 갖는 하우징(1300)의 사시도를 도시한다. 하우징(1300)은 상부 핀 커버(1310), 측면부(1320)가 접합된 구조일 수 있다. 상부 핀 커버(1310)에는 복수의 핀들(1311)이 연결될 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 하우징(1300)에는 상부 핀 커버(1310)과 연결되는 하부 베이스를 포함할 수 있다. 상부 핀 커버(1310)와 하부 베이스는 외벽(1320)을 통해 연결될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상부 핀 커버(1310)와 하부 베이스는 boss를 통해 연결될 수 있다. Boss는 하우징 내부 공간에 상부 핀 커버(1310)과 하부 베이스와 맞닿도록 설계될 수 있다.

Boss를 포함하는 하우징의 제조 공정에 있어 마찰 교반 접합(friction stir welding, FSW)을 적용하는 경우, 공구가 회전할 수 있는 공간과 함께 핀 커버와 베이스의 boss가 겹치지 않도록 접합이 되어야 한다. 또한 boss를 포함하는 하우징의 제조 공정에 있어, 하부에 공구 무게를 견딜 수 있는 영역을 설계적으로 반영해야 한다. 하우징의 크기에 따라, 접합부분은 제품 내에 여러 위치를 가질 수 있다. 1350-1은 상부 핀 커버(1310) 및 하부 베이스를 연결하는 boss가 상부 핀 커버(1310)에 접합된 부분을 도시한다. 1350-2는 상부 핀 커버(1310), 하부 베이스 및 외벽(1320)에 맞닿는 boss가 상부 핀 커버(1310)에 접합된 부분을 도시한다. 도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 boss의 위치 및 개수는 도 13에 도시된 것에 한정되지 않는다. Boss의 개수는 도 13에 도시된 것보다 더 많을 수 있고, 더 적을 수도 있다.

도 13b는 하우징(1300)의 하부 베이스와 핀 커버(1310) 및 boss가 접합한 부분(1350-1)의 확대도를 도시한다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 하우징(1300)의 1351은 상부 핀 커버(1310)가 덮이지 않는 부분으로, boss의 윗면을 도시한 것이다.

도 13c는 상부 핀 커버(1310)가 접합되지 않은 상태의 boss를 도시한다. 도 13c는 하부 베이스와 접합된 boss의 형상을 도시한다. 도 13c에 도시된 바와 같이, boss는 본체(1353)와 돌출부(1351), 고정부(1355)를 포함할 수 있다. 본체(1353)의 직경은 돌출부(1351)의 직경보다 작을 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 본체(1353)과 돌출부(1351)의 직경의 차이는 실시 예에 따라 상이할 수 있다. 고정부(1355)는 하부 베이스(1340)와 본체(1353)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 하나의 본체(1353)에 복수개의 고정부(1355)가 접합될 수 있다.

Boss를 포함하는 하우징(1200, 1300)의 경우, boss를 포함하지 않는 하우징의 접합영역과 같이 마찰 교반 접합(friction stir welding, FSW) 및 브레이징(brazing)과 같은 공정이 적용 가능하다. 다만, 마찰 교반 접합(FSW)은 특수한 공구가 핀 커버 부위를 강하게 누르면서 회전하여, 마찰열로 소재를 녹이는 과정을 통해 접합을 수행하므로, 핀 커버 두께가 두꺼운 경우, 접합이 어려울 수 있다. FSW의 경우, 공구가 모든 접합 부분에 대해 작업이 되어야 하기 때문에, 많은 접합부분을 가지도록 많은 boss를 설계하기 어렵다. 이에 반해, 브레이징(brazing)은 고온의 로(furnace)에 제품이 접한 된 상태로 투입하면, 동시에 여러 접합 부분이 접합되는 장점이 있다. 하지만, 핀 커버를 제작하는 압출용 알루미늄 소재나 베이스 부분에 사용되는 다이캐스팅 소재는 브레이징 공정에서 사용하기 어려운 문제가 있다.

도 14는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 하부 베이스와 boss의 형상의 예를 도시한다.

도 14는 하우징 장치에 있어서 상부 핀 커버가 접합되기 전, 하부 베이스(1440)와 복수의 boss들(1451-1 내지 1451-N)이 접합된 구조를 도시한다. 1440은 하우징의 하부 베이스를 도시한다. 1420은 하부 베이스(1440) 및 도면에는 도시되지 않은 상부 핀 커버와 결합하는 외벽을 도시한다. 1451은 상부 핀 커버 및 하부 베이스를 연결하는 boss를 도시한다. 도 14에 도시된 구조는 본 개시의 한 실시 예에 해당하고, boss들의 위치 및 수는 하우징 장치에 따라 상이할 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 도 13a의 1350-2에 도시된 boss와 같이 하부 베이스(1440), 상부 핀 커버 및 외벽(1420)과도 접합할 수 있다.

도 14b는 도 14a에 도시된 boss(1451)의 확대도의 예를 도시한다. 도 14b에 따르면 boss는 몸체(1455) 및 boss의 끝단에 일정 너비와 깊이를 가지는 홈(1453)을 포함하는 구조일 수 있다. Boss의 홈(1453)으로 브레이징을 위한 별도의 용가재 소재 혹은 양면 클래드(clad) 소재가 삽입될 수 있다. 용가재 소재는 boss의 소재보다 낮은 용융점을 갖는 소재일 수 있다. 용가재 소재 혹은 양면 클래드(clad) 소재는 홈에 삽입되는 돌출부(1463)과 상부 핀 커버층에 드러나는 몸체(1461)을 포함하는 구조일 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, boss의 홈(1453)의 깊이나 단면의 모양은 실시 예에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어 홈의 모양은 원의 형상일 수 있다. Boss는 다이캐스팅 공정으로 형상을 구현할 수 있다. boss는 끝단에 일정 너비와 깊이를 가지는 홈을 포함할 수 있다. 이러한 용가재 혹은 양면 클래드 소재는 boss뿐 아니라, 제품의 테두리와 같이 냉매 밀봉을 위한 접합 필요 부분에 동시에 적용이 가능하다.

도 15a 및 15b는 하부 베이스에 접합되는 boss가 선형적으로 구현된 예를 도시한다. 도 15a는 boss가 접합되지 않은 하부 베이스의 열의 흐름을 도시한다. 1501로 도시된 부분은 제품의 상단을 의미하고, 1503으로 도시된 부분은 하우징 제품의 하단을 의미한다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 제품 하단(1501)에서 발생한 열이 확산되어 제품 상단(1503)에 영향을 미치게 된다.

도 15b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 선형적인 구조를 갖는 boss가 하부 베이스에 접합된 구조의 예를 도시한 것이다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 하부 베이스는 복수의 선형적인 구조를 갖는 boss(1511-1 내지 1511-N)와 접합되어 있을 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, boss의 위치, 개수 및 방향은 하우징 장치에 따라 상이할 수 있다. 도 15b에 도시된 바와 같이 선형적인 구조의 boss(1511-1 내지 1511-N)를 통하여, 상부 핀 커버와 하부 베이스의 접합 면적을 키울 수 있다. 접합 면적이 넓어짐에 따라, 더 강한 접합 강도를 확보할 수 있다. 또한, 선형 boss의 위치 및 형상에 따라 내부에서 발생하는 열의 흐름을 조절할 수 있다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 선형의 boss를 따라 열이 확산되는 구조를 가지게 되어, 국부적으로 열이 집중되거나 열의 확산이 정체되지 않을 수 있다. 또한, 선형 boss의 위치를 조절하여 하부 베이스에 접합된 PBA의 서로 다른 영역으로부터 전달되는 열원 간의 열 간섭을 막고, 하단부에 위치한 열원이 상단부에 영향을 미치는 것을 방지해주는 효과를 가질 수 있다. 열의 흐름에 따라 선형 boss의 위치나 폭, 두께, 각도는 상이할 수 있다.

도 16a 및 도 16b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 boss를 포함하는 하우징의 구조의 예를 도시한다.

도 16a에 도시된 바와 같이, 하우징(1600)은 핀들(1611-1 내지 1611-N)과 연결된 핀 커버(fin cover)(1610), 내부에 노출되는 하부 베이스(1640), 핀 커버(1610)과 베이스(1640)을 연결하는 외벽(1620)을 포함한다. 도면에는 도시되지 않았으나, 외벽(1620)은 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 핀 커버(1610)은 '상부 커버', '상부 판', '상부 층', '상층부', '핀 층', '핀 커버' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(1640)은 '하부 커버', '하부 판', '하부 층', '하층부', '베이스 층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 외벽(1620)은 '측면부', '측면판', '측면층' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 베이스(1640)는 하우징(1600)의 내부에 배치되는 PBA에 포함되는 부품들의 높이에 따라 z 축 상에서의 높이가 변화하는 구조를 가질 수 있다. 핀 커버(1610)의 경우, 평탄한 면을 가질 수 있다.

하우징(1600)의 핀 커버(1610), 베이스(1640) 및 외벽(1620) 사이에 내부 공간(1630)이 형성될 수 있다. 내부 공간(1630)은 냉매(refrigerant)로 채워진다. 예를 들어, 내부 공간(1630)은 고열전달 특성을 가지는 작동 유체(working fluid)로 채워질 수 있다. 냉매는 상 변화(phase change)를 겪으며 열을 이동시키는 물질로, 유체 물질 및 윅(wick)을 포함할 수 있다. 핀 커버(1610) 및 베이스(1640) 사이의 공간에 주입하는 냉매에 포함되는 유체는 물과 아세톤과 같은 일반적인 액체 상태의 물질일 수 있다. 제품의 사용 온도 및 요구 조건에 따라, 일반적인 히트 파이프 및 증기 챔버에서 사용되는 다양한 냉매가 사용될 수 있다. 공간(730)의 z 축 상 두께는 주입되는 냉매의 열 성능과 관련된다.

도 16에 도시된 바와 같이, PBA에서 발생한 열이 하우징의 내측에 배치된 베이스(1640)으로 전달이 되고, 내측에 전달된 열은 하우징의 바닥과 인접한 고열전도율의 냉매에 의해 핀 커버(1610)으로 전달되고, 그 후 열은 핀들(1611-1 내지 1611- N)을 통해 방열될 수 있다.

도 16에서 핀 커버(1610) 및 베이스(1640)의 접합 혹은 조립은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외벽(1620)을 통해 핀 커버(1610)과 베이스(1640)가 결합될 수 있다. 다른 예로, 핀 커버(1610) 및 베이스(1640)은 FSW(friction stir welding) 기법에 따라 필요한 부분에만 마찰을 통해 접합될 수 있다. 또 다른 예로, 확산 접합(diffusion welding) 기법에 따라 핀 커버(1610) 및 베이스(1640)의 위치를 맞추어 놓은 후, 고온 고압의 챔버에 넣음으로써, 핀 커버(1610) 및 베이스(1640)의 접합 면이 부착될 수 있다. 또 다른 예로, 핀 커버(1610) 및 베이스(1640)은 브레이징(brazing) 기법에 의해 접합되거나, 또는, 전통적인 방법인 볼트를 통한 체결 조립도 가능하다. 도 16에 도시된 바와 같이, 하우징(1600)은 상부 핀 커버(1610)와 하부 베이스(1640)를 연결하는 boss(1650)를 포함할 수 있다.

boss를 포함하지 않는 하우징의 경우, 외벽(1620)이 맞닿는 부분인 1604, 1606 부분만이 상부 핀 커버와 하부 베이스와 접합된다. 본 개시의 실시 예에 따르면, 기둥을 포함하는 하우징(1600)의 경우 상부 핀 커버와 하부 베이스를 연결하는 복수의 기둥들을 상부 핀 커버(1610)와 하부 베이스(1640)에 맞닿도록 형성시킬 수 있다. 복수의 boss들이 각각 상부 핀 커버(1610)과 하부 베이스(1640)과 접합됨으로 인하여, 상부 핀 커버(1610)과 하부 베이스(1640)를 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 이 경우, 기존의 외벽 이 위치한 부분에만 있던 접합 영역(1604, 1606)으로 인하여 부족할 수 있는 접합강도를 보완하는 역할을 할 수 있다.

도 16에 도시된 복수의 boss들은 베이스 하우징을 제작하는 과정과 함께 다이캐스팅으로 형성이 가능할 수 있다. 다른 예로, 하우징(1600)의 boss들은 하우징과 별도로 형성된 이후에 하우징과 접합되는 공정을 통해 하우징(1600)을 구성할 수 있다. boss의 직경은 1.0파이 이상이면 가능하며, 무게 증가에 영향이 없는 범위에서 자유롭게 직경을 키우고, boss 개수를 선택할 수 있다.

평평한 상부 핀 커버 및 boss를 포함하는 하우징은 영역에 따라 두께가 일정하지 않을 수 있다. 또한 boss의 길이에 따라 냉매가 순환하는 밀폐된 공간의 두께가 두꺼워져, 발열부의 열이 쉽게 핀 커버 쪽으로 상대적으로 이동하기 가기 어려워질 수 있다. 이를 보완하기 위하여, boss의 직경과 1:1로 동일한 직경을 가지도록, boss를 둘러싸는 고열전도율의 금속으로 이루어진 구조물(1660)을 boss에 접합시킬 수 있다. 고열전도율 금속(1660)은 구리, 은, 금과 같은 금속 소재뿐 아니라, 카본 시트(carbon sheet)로도 이루어질 수 있다. Boss는 알루미늄 소재로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조를 통하여, 두께 방향(z축 방향)으로의 방열 효과가 향상될 수 있다.

도 16b는 도 16a에 도시된 하우징의 사시도를 도시한다. 도 16b에 도시된 바와 같이 boss와 이를 둘러싸고 있는 고 열전도율의 금속으로 이루어진 구조물이 하우징에 접합될 수 있으며, 제품에 따라 boss와 boss를 둘러싸는 고열전도율의 금속으로 이루어진 구조물(1660)의 개수 및 위치는 상이할 수 있다.

도 17은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 하우징 상단에 별도의 공간을 갖는 하우징을 도시한다.

기구 하우징의 바닥면에 냉매가 주입되는 경우, 바닥면 전체영역에 대해 열 확산이 이루어지게 된다. 열의 의해 뜨거워진 냉매 기화체는 중력의 역방향으로 올라가게 되고, 결과적으로 아래 이미지와 같이 열은 상부쪽으로 집중되게 된다. 실선으로 도시된 1701은 하우징 내부 발열 원의 위치를 의미한다. 점선으로 도시된 1703의 경우, 발열 부품이 실장된 PBA의 위치를 도시한다.

도 17에 도시된 바와 같이, 발열원에서 주변으로 열이 퍼져나갈 수 있다. 이 경우, 열 확산에 의해 열이 집중되는 상부쪽에 근접한 PBA에 실장된 부품에 열적인 데미지(damage)를 받을 우려가 있다.

도 17의 하우징은 PBA에 영향을 주지 않는 범위에서 제품의 상단부에 열이 집중될 수 있도록 별도의 공간(1705)을 가질 수 있다. 하우징 내부의 전체 부품의 온도가 낮아질 수 있어, 핀(fin)의 높이가 낮아져서, 경량화 구현이 가능하다.

도 18a 및 도 18b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 하우징의 방열 성능을 도시한다. 도 18a는 온수에 하우징의 끝부분을 담근 후, 열이 전달되는 정도를 열화상 카메라로 촬영한 결과이다. 좌측의 기존 알루미늄 하우징의 경우, 온수에 담근 부분의 온도가 높고, 제품의 상부로 갈수록 열의 전달이 잘 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 우측의 일 실시 예에 따른 제품의 경우, 보다 넓게 열 전달이 이루어진 것이 확인된다.

도 18b는 하우징 내부에 열원을 배치시킨 후, 열이 전달되는 정도를 열화상 카메라로 촬영한 결과이다. 좌측의 기존 다이캐스팅 제품의 경우, 열원 부위를 중심으로 핫 스팟(hot spot)이 존재한. 반면, 우측의 일 실시 예에 따른 제품의 경우, 열원의 열이 전달되어, 제품의 외곽(edge) 부분에 열의 집중되는 것이 확인된다.

본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.

이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.

또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

하우징(housing)을 포함하는 장치에 있어서,
적어도 하나의 면, 외벽들 및 복수의 핀(fin)들을 포함하는 상기 하우징과,
상기 하우징에 고정된 동작부를 포함하고,
상기 하우징의 적어도 하나의 면은,
상기 핀들과 연결되는 핀 커버(fin cover)와,
상기 동작부가 배치되는 내부 공간에 노출되는 베이스(base)와,
상기 핀 커버 및 상기 베이스 사이의 공간에 채워진 냉매를 포함하고,
상기 핀 커버와 상기 베이스는 상기 외벽들을 통해 연결되고,
상기 핀 커버는 평탄한 면을 갖는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 외벽들은 서로 다른 높이를 갖는 외벽으로 구성되는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 핀 커버와 상기 베이스에 연결되는 복수의 boss들을 포함하는 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 복수의 boss는 일정한 너비와 깊이를 가지는 홈을 포함하는 몸체로 구성되는 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 복수의 boss들은 브레이징(brazing)을 통해 상기 핀 커버와 접합되는 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 복수의 boss들은 선형적인 구조를 갖는 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 복수의 boss들을 둘러싸는 별도의 금속을 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서, 하우징의 상단부에 별도의 공간을 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스는, 상기 동작부에 포함되는 부품들의 높이에 대응하는 형상을 가지는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스는, 상기 동작부를 상기 하우징에 고정시키기 위한 체결구의 설치를 위해 상기 공간을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 핀 커버는, 상기 동작부를 상기 하우징에 고정시키기 위한 체결구의 설치를 위해 상기 공간을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고,
상기 베이스는, 상기 적어도 하나의 돌출부가 삽입되는 적어도 하나의 홀을 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징은, 상기 공간을 복수의 영역들로 분리하기 위한 격벽을 더 포함하는 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 격벽은, 상기 동작부를 상기 하우징에 고정시키기 위한 체결구의 설치를 위해 상기 핀 커버 상기 베이스로부터 상기 공간을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 연장함으로써 형성되는 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 격벽에 의해, 제1 영역 및 제2 영역이 형성되며,
상기 제1 영역은, FPGA(field programmable gate array), CPU(cetral processing unit), SOC(system on chip) 중 적어도 하나에 대응하는 위치에 형성되고,
상기 제2 영역은, 메모리에 대응하는 위치에 형성되는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 핀은, 내부가 냉매로 채워진 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 핀은, 상기 핀 커버에 고정되기 위한 고정부를 포함하며,
상기 고정부는, 상기 핀의 다른 부분보다 큰 너비를 가지는 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 핀은, 상기 고정부가 상기 공간 내에서 상기 핀 커버에 접합되는 방식으로 상기 핀 커버에 고정되는 장치.
장치에서 하우징(housing)에 있어서,
적어도 하나의 면과,
상기 적어도 하나의 면에 연결된 외벽들,
상기 적어도 하나의 면에 연결된 복수의 핀(fin)들을 포함하며,
상기 하우징의 적어도 하나의 면은,
상기 핀들과 연결되는 핀 커버(fin cover)와,
동작부가 배치되는 내부 공간에 노출되는 베이스(base)와,
상기 핀 커버 및 상기 베이스 사이의 공간에 채워진 냉매를 포함하고,
상기 핀 커버와 상기 베이스는 상기 외벽들을 통해 연결되고,
상기 핀 커버는 평탄한 면을 갖는 하우징.
청구항 1에 있어서,
상기 외벽들은 서로 다른 높이를 갖는 외벽으로 구성되는 하우징.
청구항 1에 있어서,
상기 핀 커버와 상기 베이스에 연결되는 복수의 boss들을 포함하는 하우징.
청구항 20에 있어서,
상기 복수의 boss는 일정한 너비와 깊이를 가지는 홈을 포함하는 몸체로 구성되는 하우징.
청구항 21에 있어서, 상기 복수의 boss들은 브레이징(brazing)을 통해 상기 핀 커버와 접합되는 하우징.
청구항 20에 있어서,
상기 복수의 boss들은 선형적인 구조를 갖는 하우징.
청구항 20에 있어서,
상기 복수의 boss들을 둘러싸는 별도의 금속을 포함하는 하우징.
청구항 18에 있어서, 하우징의 상단부에 별도의 공간을 포함하는 하우징.
청구항 18에 있어서,
상기 베이스는, 상기 동작부에 포함되는 부품들의 높이에 대응하는 형상을 가지는 하우징.
청구항 18에 있어서,
상기 베이스는, 상기 동작부를 상기 하우징에 고정시키기 위한 체결구의 설치를 위해 상기 공간을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 하우징.
청구항 18에 있어서,
상기 핀 커버는, 상기 동작부를 상기 하우징에 고정시키기 위한 체결구의 설치를 위해 상기 공간을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고,
상기 베이스은, 상기 적어도 하나의 돌출부가 삽입되는 적어도 하나의 홀을 포함하는 하우징.
청구항 18에 있어서,
상기 하우징은, 상기 공간을 복수의 영역들로 분리하기 위한 격벽을 더 포함하는 하우징.
청구항 29에 있어서,
상기 격벽은, 상기 동작부를 상기 하우징에 고정시키기 위한 체결구의 설치를 위해 상기 핀 커버 상기 베이스로부터 상기 공간을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 연장함으로써 형성되는 하우징.
청구항 29에 있어서,
상기 격벽에 의해, 제1 영역 및 제2 영역이 형성되며,
상기 제1 영역은, FPGA(field programmable gate array), CPU(cetral processing unit), SOC(system on chip) 중 적어도 하나에 대응하는 위치에 형성되고,
상기 제2 영역은, 메모리에 대응하는 위치에 형성되는 하우징.
청구항 18에 있어서,
상기 핀은, 내부가 냉매로 채워진 하우징.
청구항 32에 있어서,
상기 핀은, 상기 핀 커버에 고정되기 위한 고정부를 포함하며,
상기 고정부는, 상기 핀의 다른 부분보다 큰 너비를 가지는 하우징.