KR20210056735A - 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법에 관한 것으로, 저면에 열원이 접촉되는 하판과, 하판과 사이에 내부공간을 형성하도록 상기 하판의 테두리와 밀봉되게 접합되는 상판과, 하판과 상판의 테두리를 밀봉되게 접합하는 저온접합기재와, 내부공간에 진공 봉입되고 상변화에 의한 열전달 특성을 갖는 냉매를 포함할 수 있다. 본 발명은 두께가 얇은 시트 형태의 히트 파이프를 제작하면서 밀봉력이 우수하고 내부공간의 찌그러짐이 방지되며 냉매의 이동을 더 넓고 빠르게 할 수 있는 구조로 제작 가능한 이점이 있다.

Description

시트형 히트 파이프 및 그 제조방법{SHEET TYPE HEAT PIPE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 모바일 기기에 사용되는 시트형 히트 파이프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모바일 기기의 전자부품으로부터 발생하는 열을 흡수하여 전자부품과 대향되는 방향으로 흡수한 열을 방출하는 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법에 관한 것이다.

모바일 기기가 점차 소형화 고성능화되어 감에 따라 발열문제가 심각하게 대두되고 있다. 모바일 기기는 스마트폰이나 태블릿 등이 있다.

스마트폰이나 태블릿에는 애플리케이션 프로세서(AP,Application processor)가 장착된다. 애플리케이션 프로세서는 1~2㎝ 크기의 작은 칩이지만, 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)처럼 그래픽처리장치(GPU), 통신 칩, 센서, 디스플레이, 멀티미디어 등 여러 기능이 하나로 합쳐진 핵심 반도체이다.

이러한 애플리케이션 프로세서는 전력 소모량을 결정하는 핵심 부품이고 시간이 지날수록 고성능화되면서 발열 요인들이 계속 늘어나고 있어 그에 따른 발열문제를 해결하기 위한 기술을 요구하고 있다.

초기의 스마트폰에서 애플리케이션 프로세서는 발열문제를 해결하기 위해 방열시트를 사용했으나, 5G 시대에서 무선충전 등 고속충전을 지원하면서 과도한 열이 발생하는 문제가 있어 종래의 단순 방열시트로는 애플리케이션 프로세서의 열 방출이 어려운 문제가 있다.

따라서 최근에는 방열시트보다 방열성능이 우수한 파이프 형상의 히트 파이프가 거론되고 있으나, 파이프 형상의 히트 파이프를 슬림한 스마트폰에 적용하기에는 공간 확보가 어려우므로, 점점 더 얇으면서 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 요구하고 있다.

더욱이, 최근 상용화되고 있는 5G용 스마트폰에서는 통신이 되지 않는 경우 인포밍을 위해 지속적인 배터리 소모와 배터리 소모에 따른 발열 문제 이슈가 있어 방열 효율을 높일 수 있는 시트형 히트 파이프가 요구된다.

특허문헌 1: 제1992135호(2019.06.18 등록)

본 발명의 목적은 상판과 하판을 접합해서 그 사이에 내부공간을 형성하고, 내부공간에 윅(Wick), 우븐메쉬(Woven Mesh) 및 냉매를 봉입하여 냉매의 이동을 더 넓고 빠르게 하여 방열 효율을 높이도록 한 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 두께가 얇은 시트 형태의 히트 파이프를 제작하면서 대기압과의 압력차이로 인한 내부공간의 찌그러짐이 방지되는 구조의 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상판과 하판의 접합에서 저온 브레이징 접합이 가능하게 하여, 금속이 아닌 멤브레인 윅의 적용이 가능하게 하는 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속을 최대한으로 줄여 5G 전자기기에 적용시 신호 손실을 줄이면서도 열전도율을 높여 방열 효율을 높일 수 있는 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 평평한 평판 형상의 상판과 하판을 사용하여 그 사이에 내부공간을 형성할 수 있는 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 응축된 냉매가 잘 떨어지고 잘 퍼져 냉매의 이동을 보다 원활하게 할 수 있는 시트형 히트 파이프 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 저면에 열원이 접촉되는 하판과, 하판과 사이에 내부공간을 형성하도록 하판의 테두리와 밀봉되게 접합되는 상판과, 하판과 상판의 테두리를 밀봉되게 접합하는 저온접합기재와, 내부공간에 진공 봉입되고 상변화에 의한 열전달 특성을 갖는 냉매를 포함하고, 하판과 상판은 금속 소재로 형성된다.

하판의 내면에 부착되는 우븐메쉬(Woven Mesh)와 상판의 내면에 부착되는 윅(wick)을 포함할 수 있다.

하판, 상판 및 우븐메쉬는 구리 또는 구리합금으로 형성될 수 있다.

윅은 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 형성한 멤브레인 윅으로 형성될 수 있다.

상판은 하판을 향해 돌출되어 하판과 상판의 사이에서 지지체 역할을 하는 복수 개의 도트(Dot)가 형성될 수 있다.

저온접합기재는 하판 또는 상판의 테두리를 따라 형성되는 Ti 스퍼터층과 Ti 스퍼터층의 상부에 형성되는 SnAg 스퍼터층을 포함할 수 있다.

SnAg 스퍼터층은 Sn 95~98wt%, Ag 3~5wt%를 포함할 수 있다.

테두리를 따라 리브가 형성된 하판을 형성하는 단계와, 길이방향을 따라 요입홈이 형성되고 요입홈의 양측으로 복수 개의 도트가 형성된 상판을 형성하는 단계와, 하판의 내면에 우븐메쉬를 배치하는 단계와, 상판의 요입홈에 윅을 배치하는 단계와 하판과 상판의 테두리를 저온 브레이징에 의해 밀봉 접합하는 단계를 포함할 수 있다.

하판을 형성하는 단계에서, 하판은 금속 소재로 형성되고, 리브는 하판을 에칭하여 형성할 수 있다.

상판을 형성하는 단계에서, 상판은 금속 소재로 형성되고, 요입홈 및 도트는 상판을 에칭하여 형성할 수 있다.

저온 브레이징은 200~300℃에서 수행할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예는 하판과 상판의 테두리를 접합하여 그 사이에 내부공간을 형성하고, 내부공간의 하면에 우븐메쉬(Woven Mesh)를 배치하고 상면에 윅(Wick)을 배치한 구조로 되고, 빠른 액체 확산과 더불어 증기를 빠르게 흡수하여 이동시키므로 냉매의 이동을 더 넓고 빠르게 하여 방열 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명의 제1 실시예는 하판, 상판, 우븐메쉬 및 윅이 열전도율이 높은 구리로 형성되므로, 액체 확산과 증기 이동을 더욱 빠르게 하여 방열 효율을 높이는데 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예는 두 가지 크기가 교차 배치된 도트가 내부공간의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 하므로 냉매의 이동을 보다 원활하게 하여 방열 효율을 높이는데 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예는 하판과 상판의 테두리가 고온접합기재를 매개로 한 고온 브레이징에 의해 접합되므로 ㎛ 단위로 두께가 얇은 하판과 상판을 밀봉 접합할 수 있고, 그에 따라 내부공간에 주입한 냉매의 누설이 방지되어 두께가 얇으면서도 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예는 하판과 상판의 테두리가 저온접합기재를 매개로 한 저온 브레이징에 의해 밀봉 접합되므로, 윅을 기공 크기의 조절이 가능하면서 열전도성을 갖는 멤브레인 윅으로 형성 가능하여, 액체 확산과 증기 이동을 더욱 빠르게 하여 방열 효율을 높이는데 기여할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명의 제2 실시예의 저온접합기재는 ㎛ 단위로 두께가 얇은 하판과 상판을 저온 브레이징에 의해 밀봉 접합할 수 있고, 그에 따라 내부공간에 주입한 냉매의 누설이 방지되어 두께가 얇으면서도 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예는 하판과 상판이 열전도성을 높인 저유전율의 폴리머 기반 소재로 형성되고, 하부 윅과 상부 윅이 기공 크기의 조정이 가능하면서 열전도성을 갖는 멤브레인 윅으로 형성되므로, 5G에서 신호 손실을 줄이면서도 열전도율을 높여 액체 확산과 증기 이동을 더욱 빠르게 함으로써 방열 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예는 하판과 상판의 테두리가 저온접합기재를 매개로 한 저온 브레이징에 의해 밀봉 접합되므로, 하판과 상판을 저유전율의 폴리머 기반 소재로 형성 가능하고 윅을 멤브레인 윅으로 형성 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예의 저온접합기재는 ㎛ 단위로 두께가 얇은 하판과 상판을 저온 브레이징에 의해 밀봉 접합할 수 있고, 그에 따라 내부공간에 주입한 냉매의 누설이 방지되어 두께가 얇으면서도 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제4 실시예는 가스켓이 하판과 상판의 사이에 윅이 배치될 공간을 확보하므로, 평평한 평판 형상의 상판과 하판을 사용하여 그 사이에 내부공간을 형성할 수 있고, 단순한 제조공정으로 두께가 얇으면서도 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제5 실시예는 하판과 상판의 내면에 소수성 코팅층을 형성하여 응축된 냉매가 잘 떨어지고 잘 퍼지도록 함으로써 냉매의 이동을 보다 원활하게하여 방열 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 시트형 히트 파이프를 스마트폰의 애플리케이션 프로세서(AP)의 위에 부착한 예를 보인 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 도 1의 A-A' 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 도 1의 B-B' 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예로, 도 1의 B-B'의 단면을 분해한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예로, 도 1을 B-B'의 방향으로 자른 후 펼친 평면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 도 1의 B-B' 단면도의 다른 예.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 도 1의 A-A' 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예로, 도 1의 B-B'의 단면을 분해한 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예로, 도 1을 B-B'의 방향으로 자른 후 펼친 평면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 의한 도 1의 A-A' 단면도.
도 11은 본 발명의 제3 실시예로, 도 1의 B-B'의 단면을 분해한 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시예로, 도 1을 B-B'의 방향으로 자른 후 펼친 평면도.
도 13은 본 발명의 제4 실시예로, 도 1의 B-B'의 단면을 분해한 도면.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 제4 실시예에 의한 가스켓의 형상을 보인 평면도.
도 15는 본 발명의 제5 실시예로, 도 1의 B-B'의 단면을 분해한 도면.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 본 발명에 의한 시트형 히트 파이프(100)는 스마트폰(1)의 애플리케이션 프로세서(AP)(10)의 위에 부착되어 AP(10)의 온도가 상승하면 냉매가 증기로 변해 AP(10)와 먼 곳으로 이동시켜 AP(10)의 온도를 낮추는 기능을 한다.

AP의 속도가 빨라지는 만큼 발생하는 열이 높아진다. 이 때문에 발열을 잡아주는 히트 파이프(100)의 성능이 매우 중요하다. 스마트폰의 발달로 사용자는 한꺼번에 더 많은 애플리케이션을 켜 빠르게 여러가지 기능을 즐길 수 있게 되었지만 원활한 성능을 내기 위해선 AP의 과열을 막는 작업이 필수적이다.

스마트폰이 고성능화될수록 히트 파이프의 중요성은 더욱 높아진다.

따라서, 본 발명에 의한 시트형 히트 파이프(100)는 일자 모양의 관으로 형성된 종래의 히트 파이프에 비해 표면적을 넓힌 시트 형상으로 제작하여 방열 효율을 높이고, 두께를 얇게하여 점점 더 얇아지는 스마트폰에 적용하기 보다 용이하도록 한 것이다. 예컨데, 시트형 히트 파이프(100)는 크기가 약 80×10mm이며, 두께는 약 450㎛일 수 있다.

본 발명에 의한 시트형 히트 파이프(100)는 재질, 내부구조에서 다양한 실시예가 적용되므로 제1 실시예 내지 제5 실시예로 나누어 설명하기로 한다.

[제1 실시예]

도 2에 도시된 바에 의하면, 제1 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100)는 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(Woven Mesh)(130), 윅(wick)(140) 및 냉매(150)를 포함한다.

하판(110)과 상판(120)은 서로 마주보도록 위치하고 테두리가 밀봉 접합되어 마주하는 내면 사이에 내부공간(101)을 형성한다. 내부공간(101)에 빠른 액체 확산과 빠른 증기 이동을 유도하는 우븐메쉬(130)와 윅(140)이 배치되며, 상변화에 의한 열전달 특성을 갖는 냉매(150)가 진공 봉입된다. 예컨데, 냉매(150)는 물로 이루어질 수 있다.

시트형 히트 파이프(100)는 냉매를 주입하는 입구(170)를 포함한다. 입구(170)는 냉매의 주입 후 밀봉된다. 시트형 히트 파이프(100)는 내부공간(101)이 진공으로 밀폐되며, 내부공간(101)의 진공을 빼면서 냉매를 주입하게 된다. 내부공간(101)을 진공으로 하면 냉매(150)의 상변화가 대기압보다 낮은 온도에서 진행되어 방열 효율을 높일 수 있다.

냉매(150)는 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함될 수 있다.

하판(110)은 저면에 열원이 접촉되고, 상판(120)은 하판(110)의 상부를 덮어 하판(110)과의 사이에 내부공간(101)을 형성한다. 열원은 스마트폰과 같은 전자기기에 포함되는 AP, 안테나가 해당할 수 있다.

시트형 히트 파이프(100)는 열원을 흡수하는 증발부, 흡수한 열을 열원과 반대방향으로 전달하는 연결부 및 전달된 열을 방출하는 응축부로 구분할 수 있다.

시트형 히트 파이프(100)에서 열원이 접촉되는 부분이 증발부에 대응되고, 증발부의 반대편이 응축부에 대응되고, 증발부와 응축부를 연결하는 부분이 연결부에 대응된다. 증발부, 연결부 및 응축부는 설명의 편의를 위해 도면에서 경계를 구분한 것일 뿐, 그 경계가 명확한 것은 아니다.

우븐메쉬(130)는 하판(110)의 내면에 부착된다. 우븐메쉬(130)는 빠른 액체 확산을 위한 것이다. 우븐메쉬(130)는 하판(110)에서 테두리를 제외한 내면 전체에 부착된다. 시트형 히트 파이프(100)는 하부에 액체가 흘러갈 공간이 있어야 하므로 하판(110)의 내면에 액체가 이동하는 공간을 제공할 수 있는 형태인 우븐메쉬(130)를 부착한다. 하판(110)의 저면 일측이 열원에 접촉되므로 하판(110)의 내면이 액체가 흐르는 통로가 된다. 우븐메쉬(130)는 씨실과 날실의 두 가닥이 교차하여 짜인 형태의 직물 형상을 갖는다.

윅(140)은 상판(120)의 내면에 부착된다. 윅(140)은 빠른 증기 이동을 위한 것이다. 윅(140)은 상판(120)의 내면에 길이방향으로 부착된다. 윅(140)은 모세관 현상을 일어나게 해 신속한 증기흡수와 이동을 유도한다. 윅(140)은 씨실과 날실이 꼬인 형태의 직물 형상을 갖는다. 윅(140)은 편조사 형태의 구리선을 꼬아 만든 것이다. 편조사 형태의 구리선은 액체를 빠르게 흡수하여 머금은 상태로 이동하므로 증기의 이동을 빠르게 한다.

우븐메쉬(130)는 두 가닥의 구리선이 교차하여 짜인 형태이므로 씨실과 날실이 꼬인 형태인 윅(140)에 비해 덜 조밀하고 밀도가 낮다.

우븐메쉬(130)는 액체가 이동할 공간을 확보할 수 있어 빠른 액체 확산을 가능하게 한다. 반면, 윅(140)은 증기를 흡수하여 이동시키므로 공간없이 조밀한 형태인 것이 증기의 이동을 더 넓고 빠르게 해준다.

우븐메쉬(130)는 선경이 약 50㎛, 메쉬 내경이 약 80㎛인 것일 수 있다. 메쉬 내경은 물이 흐를 수 있는 공간을 제공한다. 윅(140)은 선경이 약 20㎛일 수 있다. 윅은 증기를 흡수하여 이동하므로 선경이 우븐메쉬(130)에 비해 작고 물이 흐를 수 있는 공간을 제공하지 않는다.

하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(Woven Mesh)(130) 및 윅(140)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성될 수 있다. 구리합금은 0.3%BeCu, QMET, CuFeP 중 하나로 형성될 수 있다. 0.3%BeCu는 Cu에 Be가 약 0.3wt%, Co가 약 0.4wt% 포함된 합금이고, QMET는 Cu에 Ag가 약 0.1wt%, Cr이 약 0.7wt%, Si가 약 0.08wt% 포함된 합금이며, CuFeP는 Cu에 Fe가 약 0.05~0.15wt%, P가 약 0.025~0.04wt% 포함된 합금이다.

제1 실시예에서 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(Woven Mesh)(130) 및 윅(140)은 구리로 형성하는 것을 예로 들어 설명한다.

구리는 열전도율이 높아 물보다 온도가 더 빠르게 오르고 쉽게 내려가는 특성을 가지고 있다. 1g 물질을 1도 올리는데 필요한 열량을 비열이라고 하는데, 물은 비열이 1cal인 반면 구리는 비열이 0.09cal에 불과하다.

진공 상태로 밀봉된 하판(110)과 상판(120)의 내부공간(101)에 충전된 물은 모세관 현상과 기체-액체 간의 상변화를 일으키며 연속적으로 순환하게 된다.

예컨데, AP가 가열되면 AP와 접촉한 구리 재질의 하판(110)이 가열되면서 재빨리 물에게 온도를 전달한다. 하판(110)로부터 열을 전달받은 물은 가열되고 결국 기화하여 증기가 된다. 증기는 낮은 온도로 이동하는 특성이 있기 때문에 상판(120)에 부착된 윅(140)을 타고 응축부로 이동한다. 증기는 응축부에서 열을 방출하며 물로 상변화하고, 물은 중력에 의해 하판(110)로 떨어진다. 하판(110)로 떨어진 물은 하판(110)에 부착된 우븐메쉬(130)를 따라 다시 온도가 높은 증발부로 이동한다. 이러한 과정이 자동으로 반복되면서 AP의 발열을 방지할 수 있다.

이 과정에서, AP가 가열되어 구리의 온도가 상승하더라도 그 내부공간의 물은 천천히 온도가 상승하기 때문에 내부 과열을 조절할 수 있다. 이후 계속해서 구리가 가열되면 시트형 히트 파이프(100)의 내부공간의 물이 증기로 변하면서 다시 한 번 내부 온도를 낮춰주게 된다. 또한, 물이 상변화를 일으키며 연속적으로 순환하는 과정에서 우븐메쉬(130)와 윅(140)은 넓은 표면적으로 모세관 현상을 일어나게 해 신속한 수분흡수와 이동을 유도한다.

윅(140)과 우븐메쉬(130)의 사이는 이격된다. 윅(140)과 우븐메쉬(130)의 사이가 이격되고 그 사이에 공간이 형성되어, 상변화 한 증기와 물의 이동이 원활할 수 있다. 냉매(150)는 상변화에 따른 증기의 부피 증가를 고려하여 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바에 의하면, 하판(110)과 상판(120) 중 적어도 하나에는 테두리를 따라 돌출된 리브(111,121)가 형성된다. 리브(111,121)는 하판(110)과 상판(120)의 사이에 내부공간(101)을 형성하기 위한 것이다. 리브(111,121)는 하판(110)과 상판(120)의 사이에 내부공간(101)을 형성하는 지지체 역할을 한다. 리브(111,121)는 하판(110)과 상판(120)을 에칭하여 형성할 수 있다.

우븐메쉬(130)는 하판(110)의 내면에 휘발성 접착제로 부착된다.

휘발성 접착제(135)는 후술할 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 고온접합하는 과정에서 용융되어 우븐메쉬(130)를 하판(110)의 내면에 부착시키고 휘발될 수 있다.

상판(120)은 내면에 길이방향으로 요입된 요입홈(123)이 형성되고, 요입홈(123)에 윅(140)이 끼워져 배치된다. 윅(140)은 요입홈(123)에 끼움 결합되어 배치되나, 우븐메쉬(130)와 마찬가지로 요입홈(123)에 휘발성 접착제로 부착될 수 있다. 요입홈(123)은 상판(120)을 에칭하여 형성한다.

상판(120)에는 하판(110)을 향해 돌출되고 우븐메쉬(130)와 접촉되는 복수 개의 도트(Dot)(125)가 형성된다. 도트(125)는 하판(110)과 상판(120)의 사이에 배치되어 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 한다.

도트(125)는 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)를 포함한다.

바람직하게는, 도트(125)는 복수 개의 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 복수 개의 제2 도트(125b)가 교차 배치된 구조를 갖는다. 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)를 교차 배치한 구조는 냉매(150)를 봉입하는데 충분한 내부공간(101)을 제공하고, 강성을 높여 대기압과의 압력차이로 인한 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하며, 냉매(150)가 이동하는 보다 넓은 유로를 제공하여 방열 효율을 높이는 역할을 한다.

도트(125)는 상판(120)과 일체로 형성된다. 도트(125)는 상판(120)을 포토 에칭하여 형성한다. 포토 에칭은 두께가 매우 얇은 상판(120)에 도트(125)를 정밀하게 형성할 수 있다.

도트(125)는 윅(140)의 두께에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 형성하여 윅(140)과 우븐메쉬(130)의 사이가 소정 간격 이격되고 그 사이에 공간이 형성될 수 있도록 한다.

하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(130) 및 윅(140)은 두께를 50~150㎛ 범위로 형성할 수 있다. 예컨데, 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(130) 및 윅(140)은 100㎛ 두께로 형성하고, 도트(125)는 150㎛ 두께로 형성할 수 있다.

도트(125)는 원형의 단면을 가지는 기둥 형상 또는 선단으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 대략 원뿔대 형상일 수 있다. 제1 도트(125a)는 가장 넓은 단면 부분의 반경(R)이 260㎛이고 제2 도트(125b)는 가장 넓은 단면 부분의 반경(R)이 170㎛일 수 있다.

도 4에 도시된 바에 의하면, 하판(110)과 상판(120)은 테두리를 맞댄 상태로 고온접합기재(160)를 이용하여 접합한다.

고온접합기재(160)는 하판(110) 또는 상판(120)의 전면에 형성할 수 있다. 또는 고온접합기재(160)는 하판(110) 또는 상판(120)의 테두리를 따라 형성된 리브(111,121)에 형성할 수 있다.

고온접합기재(160)는 900~1000℃의 온도에서 용융되어 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 접합한다. 바람직하게는 고온접합기재(160)의 브레이징 온도인 950℃에서 용융되어 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 접합한다. 고온접합은 금속과 금속의 접합에서 접합강도를 높여 기밀성을 높이기 위한 것이다.

고온접합기재(160)는 다층 구조의 박막으로 형성한다. 다층 구조의 박막은 부족한 성능을 서로 보완하여 접합력을 높이기 위한 것이다.

예컨데, 고온접합기재(160)는 하판(110)의 전면 또는 테두리를 따라 형성된 리브(111)에 스퍼터링에 의해 형성되는 Ti 스퍼터층(160a)과, Ti 스퍼터층(160a)의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 Cu 스퍼터층(160b)과, Cu 스퍼터층(160b)의 상부에 도금에 의해 형성되는 Ag 도금층(160c)과, Ag 도금층(160c)의 상부에 도금에 의해 형성되는 Cu 도금층(160d)과, Cu 도금층(160d)의 상부에 도금에 의해 형성되는 Ag 도금층(160e)을 포함한다.

Ti 스퍼터층(160a)은 0.2㎛의 두께로 형성하고, Cu 스퍼터층(160b)은 0.5㎛의 두께로 형성하고, Ag 도금층(160c)은 3㎛로 형성하고, Cu 도금층(160d)은 4㎛의 두께로 형성하고, Ag 도금층(160e)은 3㎛의 두께로 형성할 수 있다.

스퍼터링은 박막 형성을 용이하게 하기 위한 것이다. 도금은 균일한 도금층 형성을 위해 전기 방사를 이용할 수 있다.

고온접합기재(160)에서 각 층의 두께는 각 성분의 열팽창계수를 고려하여 설계한 것으로, 각 층의 두께로 설계할 경우 하판(110)과 상판(120)의 접합강도를 높일 수 있다. Cu, Ag는 고융점 금속이다.

브레이징 전 모재가 청정해야 접합이 잘 되므로 세척 후 표면 개질을 위해 하판(110)의 전면 또는 리브(111)에 Ti 스퍼터층(160a)을 형성한다.

Cu 스퍼터층(160b)은 Ti 스퍼터층(160a)과 금속 간 화합물(CuTi)을 형성하고, Ag 도금층(160c)과 밀착력을 높인다. Cu와 Cu의 접합에서 Ag-Cu-Ag가 활성금속 성분인 Ti에 의해 젖음성과 밀착성을 향상시켜 접합성을 높일 수 있다.

도 5에 도시된 바에 의하면, 하판(110)은 테두리를 따라 리브(111)가 형성된 구조를 갖는다. 리브(111)는 하판(110)의 테두리를 제외한 부분을 포토 에칭하여 형성한다.

도 5에서, 상판(120)은 테두리를 따라 리브(121)가 형성되고, 중앙에 길이방향을 따라 소정의 면적으로 요입홈(123)이 형성되며, 요입홈(123)의 기준으로 양측에 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)가 교차 배치되는 구조를 갖는다.

상판(120)에서 리브(121), 요입홈(123), 제1 도트(125a) 및 제2 도트(125b)는 리브(121)와 제1 도트(125a) 및 제2 도트(125b)가 형성될 부분을 제외한 나머지 부분을 포토 에칭하여 형성한다. 요입홈(123)은 상판(120)에서 다른 부분 보다 에칭 깊이를 더 깊게하여 에칭한다.

상판(120)의 요입홈(123)에 윅(140)이 끼움 고정되고, 하판(110)에서 리브(121)를 제외한 면에 우븐메쉬(130)가 고정된다.

하판(110)과 상판(120)은 고온접합기재(160)를 매개로 리브(111,121)를 맞댄 상태에서, 고온 브레이징을 수행하여 접합한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 시트형 히트 파이프(100')는 리브(111)가 하판(110)의 테두리에만 형성될 수도 있다. 이 경우, 리브(111)는 리브(111,121)가 하판(110)과 상판(120)의 테두리에 모두 형성된 경우에 비해 에칭 깊이를 더 깊게 형성할 수 있다.

이하에서는 제1 실시예에 따른 시트형 히트 파이프의 제조방법을 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바에 의하면, 시트형 히트 파이프의 제조방법은 테두리를 따라 리브(111)가 형성된 하판(110)을 형성하는 단계와, 길이방향을 따라 요입홈(123)이 형성되고 요입홈(123)의 양측으로 복수 개의 도트(125)가 형성된 상판(120)을 형성하는 단계와, 하판(110)의 내면에 우븐메쉬(130)를 배치하는 단계와, 상판(120)의 요입홈(123)에 윅을 배치하는 단계와, 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 밀봉 접합하도록 고온 브레이징을 수행하는 단계를 포함한다.

하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(Woven Mesh)(130) 및 윅(140)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성될 수 있다.

하판(110)의 내면에 우븐메쉬(130)를 배치하는 단계에서, 하판(110)의 내면과 우븐메쉬(130)의 사이에 휘발성 접착제(135)를 배치하고, 휘발성 접착제(135)는 고온 브레이징을 수행하는 과정에서 용융되어 우븐메쉬(130)를 하판(110)의 내면에 부착시킬 수 있다. 예컨데, 휘발성 접착제(135)는 약 200℃에서 휘발되는 세라믹 본드일 수 있다.

테두리를 따라 리브(111)가 형성된 하판(110)을 형성하는 단계에서, 리브(111)는 하판(110)을 포토 에칭으로 에칭하여 형성한다.

길이방향을 따라 요입홈(123)이 형성되고 요입홈(123)의 양측으로 도트(125)가 형성된 상판(120)을 형성하는 단계에서, 요입홈(123)과 도트(125)는 상판(120)을 포토 에칭하여 형성한다.

하판(110)과 상판(120)의 테두리를 밀봉 접합하도록 고온 브레이징을 수행하는 단계는, 하판(110) 또는 상판(120)의 테두리에 고온접합기재(160)를 형성하고, 900~1000℃의 온도, 진공 조건에서 가열 접합할 수 있다.

바람직하게는, 고온 브레이징은 950℃의 온도에서 수행한다. 고온 브레이징 온도는 고온접합기재(160)가 용융되고, 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(130) 및 윅(140)은 용융되지 않는 온도이다.

고온접합기재(160)는 950℃의 온도에서 고온 브레이징이 가능한 합금이다.

고온접합기재(160)는, 하판(110) 또는 상판(120)의 테두리를 따라 스퍼터링에 의해 형성되는 Ti 스퍼터층(160a)과 Ti 스퍼터층(160a)의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 Cu 스퍼터층(160b)과 Cu 스퍼터층(160b)의 상부에 도금에 의해 형성되는 Ag 도금층(160c)과 Ag 도금층(160c)의 상부에 도금에 의해 형성되는 Cu 도금층(160d)과 Cu 도금층(160d)의 상부에 도금에 의해 형성되는 Ag 도금층(160e)을 포함한다.

시트형 히트 파이프(100)는 입구(170)를 포함한다. 고온 브레이징하는 단계 후, 입구(170)에 냉매(150)를 주입하고 입구(170)는 밀봉된다. 냉매(150)는 내부공간(101)의 진공을 빼면서 주입하게 된다. 냉매(150)는 구리에 비해 비열이 높은 물을 사용한다. 냉매(150)는 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함되게 주입한다.

이하에서는 제1 실시예의 작용을 설명하기로 한다.

제1 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100)는 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(130) 및 윅(140)의 4가지 부품으로 제조한다.

시트형 히트 파이프(100)는 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 접합하여 그 사이에 내부공간(101)을 형성하고, 내부공간(101)에 우븐메쉬(130), 윅(140) 및 냉매(150)를 진공 봉입한 구조로 된다.

또한, 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(Woven Mesh)(130) 및 윅(140)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성되고, 냉매(150)는 구리에 비해 비열이 낮은 물을 사용한다.

상기한 구조에서, 우븐메쉬(130)는 높은 열전도율과 함께 액체가 흐를 수 있는 공간을 확보할 수 있어 빠른 액체 확산을 가능하게 하고, 윅(140)은 높은 열전도율과 함께 조밀한 구조로 증기를 빠르게 흡수하여 이동시키므로 냉매의 이동을 더 넓고 빠르게 하여 방열 효율을 높일 수 있다.

또한, 상판(120)에는 하판(110)을 향해 돌출되고 우븐메쉬(130)와 접촉되는 복수 개의 도트(125)가 형성된다. 도트(125)는 하판(110)과 상판(120)의 사이에 배치되어 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 하므로 냉매의 이동을 보다 원활하게 하여 방열 효율을 높이는데 기여할 수 있다.

또한, 하판(110)과 상판(120)의 테두리는 고온접합기재(160)를 매개로 고온 브레이징에 의해 접합된다.

고온 브레이징은 ㎛ 단위로 두께가 얇은 하판(110)과 상판(120)을 밀봉 접합할 수 있고, 그에 따라 내부공간(101)에 주입한 냉매(150)의 누설이 방지되어 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 제조할 수 있도록 한다.

[제2 실시예]

도 7에 도시된 바에 의하면, 제2 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100a)는 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(Woven Mesh)(130), 윅(wick)(140a) 및 냉매(150)를 포함한다.

하판(110)과 상판(120)은 서로 마주보도록 위치하고 테두리가 밀봉 접합되어 마주하는 내면 사이에 내부공간(101)을 형성한다. 내부공간(101)에 빠른 액체 확산과 빠른 증기 이동을 유도하는 우븐메쉬(130)와 윅(140a)이 배치되며, 상변화에 의한 열전달 특성을 갖는 냉매(150)가 진공 봉입된다. 냉매(150)는 물로 이루어질 수 있다.

시트형 히트 파이프(100a)는 냉매를 주입하는 입구(170)를 포함한다. 입구(170)는 냉매의 주입 후 밀봉된다. 시트형 히트 파이프(100a)는 내부공간(101)이 진공으로 밀폐되며, 내부공간(101)의 진공을 빼면서 냉매를 주입하게 된다. 내부공간(101)을 진공으로 하면 냉매(150)의 상변화가 대기압보다 낮은 온도에서 진행되어 방열 효율을 높일 수 있다.

냉매(150)는 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함될 수 있다.

하판(110)은 저면에 열원이 접촉되고, 상판(120)은 하판(110)의 상부를 덮어 하판(110)과의 사이에 내부공간(101)을 형성한다. 열원은 AP 또는 안테나칩일 수 있다.

시트형 히트 파이프(100a)는 열원을 흡수하는 증발부, 흡수한 열을 열원과 반대방향으로 전달하는 연결부 및 전달된 열을 방출하는 응축부로 구분할 수 있다.

시트형 히트 파이프(100a)에서 열원이 접촉되는 부분이 증발부에 대응되고, 증발부의 반대편이 응축부에 대응되고, 증발부와 응축부를 연결하는 부분이 연결부에 대응된다. 증발부, 연결부 및 응축부는 설명의 편의를 위해 도면에서 경계를 구분한 것일 뿐, 그 경계가 명확한 것은 아니다.

우븐메쉬(130)는 하판(110)의 내면에 부착된다. 우븐메쉬(130)는 빠르고 넓은 면적에 액체 확산을 위한 것이다. 액체가 넓은 면적에 확산되면 기화가 잘 된다. 우븐메쉬(130)는 하판(110)에서 테두리를 제외한 내면 전체에 부착된다. 시트형 히트 파이프(100a)는 하부에 액체가 흘러갈 공간이 있어야 하므로 하판(110)의 내면에 액체가 이동하는 공간을 제공할 수 있는 형태인 우븐메쉬(130)를 부착한다. 하판(110)의 저면이 열원에 접촉되므로 하판(110)의 내면이 액체가 흐르는 통로가 된다. 우븐메쉬(130)는 씨실과 날실의 두 가닥이 교차하여 짜인 형태의 직물 형상을 갖는다.

윅(140a)은 상판(120)의 내면에 부착된다. 윅(140a)은 모세관 현상을 일으키는 것으로 빠른 증기 이동을 위한 것이다. 윅(140a)은 상판(120)의 내면에 길이방향으로 부착된다. 윅(140a)은 모세관 현상을 일어나게 해 신속한 증기흡수와 이동을 유도한다. 모세관 현상이 일어나면 증기가 빠르게 이동하고 냉각도 빨리된다. 윅(140a)은 씨실과 날실이 꼬인 형태의 직물 형상을 갖는다. 윅(140a)은 편조사 실타래라고도 한다. 편조사가 수분을 머금은 상태로 이동하므로 증기의 이동이 빠르게 한다. 윅(140a)은 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 형성한 멤브레인 윅이다. 멤브레인 윅은 기공 크기를 조절하여 편조사 실타래와 같이 조밀한 구조를 형성할 수 있다.

우븐메쉬(130)는 두 가닥이 교차하여 짜인 형태이므로 씨실과 날실이 꼬인 형태인 윅(140a)에 비해 덜 조밀하고 밀도가 낮다. 따라서 우븐메쉬(130)는 액체가 이동할 공간을 확보할 수 있어 빠른 액체 확산을 가능하게 한다. 반면, 윅(140a)은 증기를 흡수하여 이동시키므로 공간없이 조밀한 형태인 것이 증기를 빠르게 흡수하여 증기의 이동을 더 넓고 빠르게 해준다.

우븐메쉬(130)는 선경이 약 50㎛, 메쉬 내경이 약 80㎛인 것일 수 있다. 메쉬 내경은 물이 흐를 수 있는 공간을 제공한다. 윅(140a)은 선경이 약 20㎛일 수 있다. 윅은 증기를 흡수하여 이동하므로 선경이 우븐메쉬(130)에 비해 작고 물이 흐를 수 있는 공간을 제공하지 않는다.

하판(110)과 상판(120)은 금속 소재로 형성된다. 바람직하게는, 하판(110)과 상판(120)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성된다. 예컨데, 하판(110)과 상판(120)은 무산소 도금한 구리를 사용할 수 있다. 구리합금은 0.3%BeCu, QMET, CuFeP 중 하나로 형성될 수 있다. 0.3%BeCu는 Cu에 Be가 약 0.3wt%, Co가 약 0.4wt% 포함된 합금이고, QMET는 Cu에 Ag가 약 0.1wt%, Cr이 약 0.7wt%, Si가 약 0.08wt% 포함된 합금이며, CuFeP는 Cu에 Fe가 약 0.05~0.15wt%, P가 약 0.025~0.04wt% 포함된 합금이다.

우븐메쉬(Woven Mesh)(130)는 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성할 수 있다.

윅(140a)은 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 형성한 멤브레인 윅을 사용한다. 나노파이버 멤브레인은 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 나노파이버 멤브레인일 수 있다.

무전해도금은 구리, 니켈과 같이 열전도율이 우수한 금속으로 수행할 수 있다. 무전해도금은 이외에도 알루미늄, 은, 티타늄, 크롬, 금, 탄소, 철, 백금, 흑연 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 합금으로 수행될 수 있다.

PVDF 나노파이버 멤브레인은 섬유굵기가 0.2~0.3㎛로 가늘고 균일한 기공 분포를 갖는다. 윅(140a)을 PVDF 나노파이버 멤브레인의 표면에 구리 또는 니켈을 도금하여 형성한 멤브레인 윅으로 형성하면, 금속과 같은 열전도율을 가지면서 기공 크기를 조절할 수 있어 냉매의 이동 속도를 더 빠르게 할 수 있다.

하판(110)과 상판(120)을 형성하는 구리는 열전도율이 높아 물보다 온도가 더 빠르게 오르고 쉽게 내려가는 특성을 가지고 있다. 1g 물질을 1도 올리는데 필요한 열량을 비열이라고 하는데, 물은 비열이 1cal인 반면 구리는 비열이 0.09cal에 불과하다.

진공 상태로 밀봉된 하판(110)과 상판(120)의 내부공간(101)에 충전된 물은 모세관 현상과 기체-액체 간의 상변화를 일으키며 연속적으로 순환하게 된다.

예컨데, AP가 가열되면 AP와 접촉한 구리 재질의 하판(110)이 가열되면서 재빨리 물에게 온도를 전달한다. 하판(110)으로부터 열을 전달받은 물은 가열되고 결국 기화하여 증기가 된다. 증기는 낮은 온도로 이동하는 특성이 있기 때문에 상판(120)에 부착된 윅(140a)을 타고 응축부로 이동한다. 증기는 응축부에서 열을 방출하며 물로 상변화하고, 물은 중력에 의해 하판(110)으로 떨어진다. 하판(110)으로 떨어진 물은 하판(110)에 부착된 우븐메쉬(130)를 따라 다시 온도가 높은 증발부로 이동한다. 이러한 과정이 자동으로 반복되면서 AP의 발열을 방지할 수 있다.

이 과정에서, AP가 가열되어 구리의 온도가 상승하더라도 그 내부공간의 물은 천천히 온도가 상승하기 때문에 내부 과열을 조절할 수 있다. 이후 계속해서 구리가 가열되면 시트형 히트 파이프(100a)의 내부공간의 물이 증기로 변하면서 다시 한 번 내부 온도를 낮춰주게 된다. 또한, 물이 상변화를 일으키며 연속적으로 순환하는 과정에서 우븐메쉬(130)와 윅(140a)은 넓은 표면적으로 모세관 현상을 일어나게 해 신속한 수분흡수와 이동을 유도한다.

더욱이, 윅(140a)은 PVDF 나노파이버 멤브레인의 표면에 구리 또는 니켈을 도금하여 형성한 멤브레인 윅이므로, 기공 크기 조절을 통해 수분 흡수를 빠르게 하는 구조로 제작하여 더욱 신속한 수분흡수와 이동을 유도하여 방열 성능을 높일 수 있다.

윅(140a)과 우븐메쉬(130)의 사이는 이격된다. 윅(140a)과 우븐메쉬(130)의 사이가 이격되고 그 사이에 공간이 형성되어, 상변화 한 증기와 물의 이동이 원활할 수 있다. 냉매(150)는 상변화에 따른 증기의 부피 증가를 고려하여 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함된다.

도 7 및 도 8에 도시된 바에 의하면, 하판(110)과 상판(120) 중 적어도 하나에는 테두리를 따라 돌출된 리브(111,121)가 형성된다. 리브(111,121)는 하판(110)과 상판(120)의 사이에 요입된 내부공간(101)을 형성하기 위한 것이다. 리브(111,121)는 하판(110)과 상판(120)의 사이에 내부공간(101)을 형성하는 지지체 역할을 한다. 리브(111,121)는 하판(110)과 상판(120)을 에칭(식각)하여 형성할 수 있다.

또한, 하판(110)에 형성되는 리브(111)는 그 사이에 우븐메쉬(130)를 잘 안착시킨다.

우븐메쉬(130)는 하판(110)의 내면에 휘발성 접착제로 부착될 수 있다.

휘발성 접착제(135)는 후술할 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 저온접합하는 과정에서 용융되어 우븐메쉬(130)를 하판(110)의 내면에 부착시키고 휘발될 수 있다.

상판(120)은 내면에 길이방향으로 요입된 요입홈(123)이 형성되고, 요입홈(123)에 윅(140a)이 끼워져 배치된다. 윅(140a)은 요입홈(123)에 끼움 결합되어 배치되나, 우븐메쉬(130)와 마찬가지로 요입홈(123)에 휘발성 접착제로 부착될 수 있다. 요입홈(123)은 상판(120)을 에칭하여 형성할 수 있다.

상판(120)에는 하판(110)을 향해 돌출되고 우븐메쉬(130)와 접촉되는 복수 개의 도트(Dot)(125)가 형성된다. 도트(125)는 하판(110)과 상판(120)의 사이에 배치되어 내부공간(101)을 확보하고 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 한다.

도트(125)는 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)를 포함한다. 바람직하게는, 도트(125)는 복수 개의 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 복수 개의 제2 도트(125b)가 교차 배치된 구조를 갖는다. 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)를 교차 배치한 구조는 냉매(150)를 봉입하는데 충분한 내부공간(101)을 제공하고, 강성을 높여 대기압과의 압력차이로 인한 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하며, 냉매(150)가 이동하는 보다 넓은 유로를 제공하여 방열 효율을 높이는 역할을 한다.

도트(125)는 상판(120)과 일체로 형성된다. 도트(125)는 상판(120)을 포토 에칭하여 형성한다. 포토 에칭은 두께가 매우 얇은 상판(120)에 도트(125)를 정밀하게 형성할 수 있다.

도트(125)는 윅(140a)의 두께에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 형성하여 윅(140a)과 우븐메쉬(130)의 사이가 소정 간격 이격되고 그 사이에 공간이 형성될 수 있도록 한다.

하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(130) 및 윅(140a)은 두께를 50~150㎛ 범위로 형성할 수 있다. 예컨데, 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(130) 및 윅(140a)은 100㎛ 두께로 형성하고, 도트(125)는 150㎛ 두께로 형성할 수 있다.

도트(125)는 원형의 단면을 가지는 기둥 형상 또는 선단으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 대략 원뿔대 형상일 수 있다. 제1 도트(125a)는 가장 넓은 단면 부분의 반경(R)이 260㎛이고 제2 도트(125b)는 가장 넓은 단면 부분의 반경(R)이 170㎛일 수 있다.

도 8에 도시된 바에 의하면, 하판(110)과 상판(120)은 테두리를 맞댄 상태로 저온접합기재(180)를 이용하여 저온에서 접합한다.

저온접합기재(180)는 하판(110) 또는 상판(120)의 테두리를 따라 형성된 리브(111,121)에 스퍼터링 하판(110)은으로 형성할 수 있다. 또는 저온접합기재(180)는 하판(110) 또는 상판(120)의 전면에 스퍼터링 방법으로 형성할 수 있다.

저온접합기재(180)는 하판(110) 또는 상판(120)의 전면에 형성하는 경우, 저온접합 공정에서 하판(110)과 상판(120)의 테두리가 접합됨과 동시에 윅(140a)이 상판(120)의 내면에 접합되고, 우븐메쉬(130)가 하판(110)의 내면에 접합되는 기능도 가질 수 있다.

저온접합기재(180)는 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 200~300℃의 온도에서 용융 접합한다. 바람직하게는 하판(110)과 상판(120)을 맞댄 상태로 저온접합기재(180)의 브레이징 온도인 250℃에서 가열하여 테두리를 접합한다.

저온접합은 윅(140a)을 금속이 아닌 멤브레인 윅의 적용이 가능하게 하기 위한 것이다. 윅(140a)을 멤브레인 윅으로 제작하면 기공 크기를 원하는 크기로 조정 가능한 장점이 있으나, 용융 온도가 낮아 고온접합시 윅이 녹아버리므로 윅의 기능을 상실하게 된다. 따라서 저온접합이 가능해야 윅(140a)을 기공 크기 조정이 가능한 멤브레인 윅의 적용이 가능하다.

저온접합기재(180)는 다층 구조의 스퍼터 박막으로 형성한다. 다층 구조의 박막은 부족한 성능을 서로 보완하여 접합력을 높이기 위한 것이다.

저온접합기재(180)는 하판(110)과 상판(120)의 전면 중 하나 또는 하판(110)과 상판(120)의 리브(111,121) 중 하나에 형성한 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 형성한 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함한다. Ti 스퍼터층(180a)과 SnAg 스퍼터층(180b)의 다층 구조는 저온에서 브레이징이 되는 성분이다.

SnAg 스퍼터층은 Sn 95~98wt%, Ag 3~5wt%를 포함한다. 바람직하게는 SnAg 스퍼터층은 Sn 97wt%, Ag 3wt%로 이루어진다.

Ti 스퍼터층(180a)은 0.2㎛의 두께로 형성하고, SnAg 스퍼터층(180b)은 1㎛의 두께로 형성할 수 있다.

저온접합기재(180)에서 각 층의 두께는 각 성분의 열팽창계수를 고려하여 설계한 것으로, 각 층의 두께로 설계할 경우 하판(110)과 상판(120)의 접합강도를 높인다. SnAg는 저융점 금속으로 구리와 젖음성이 좋다.

예컨데, 브레이징 전 모재가 청정해야 접합이 잘 되므로 세척 후 표면 개질을 위해 하판(110)의 리브(111)에 Ti 스퍼터층(180a)을 형성한다.

Ti 스퍼터층(180a)은 Cu와 금속 간 화합물(CuTi)을 형성하고, SnAg 스퍼터층(180b)과 밀착력은 높인다. SnAg 스퍼터층(180b)과 Cu의 접합에서 SnAg는 Sn-Ag-Cu계 금속간 화합물을 형성하여 젖음성과 밀착성을 향상시켜 접합성을 높일 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 하판(110)은 테두리를 따라 리브(111)가 형성된 구조를 갖는다. 리브(111)는 하판(110)의 테두리를 제외한 부분을 포토 에칭하여 형성한다.

상판(120)은 테두리를 따라 리브(121)가 형성되고, 중앙에 길이방향을 따라 소정의 면적으로 요입홈(123)이 형성되며, 요입홈(123)을 기준으로 양측에 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)가 교차 배치되는 구조를 갖는다.

상판(120)에서 리브(121), 요입홈(123), 제1 도트(125a) 및 제2 도트(125b)는 리브(121)와 제1 도트(125a) 및 제2 도트(125b)가 형성될 부분을 제외한 나머지 부분을 포토 에칭으로 에칭하여 형성한다. 요입홈(123)은 상판(120)에서 다른 부분 보다 에칭 깊이를 더 깊게 형성한 것이다.

상판(120)의 요입홈(123)에 윅(140a)이 끼움 고정되고, 하판(110)에서 리브(121)를 제외한 면에 우븐메쉬(130)가 고정된다.

하판(110)과 상판(120)은 저온접합기재(180)를 매개로 리브(111,121)를 맞댄 상태에서, 저온 브레이징에 의해 접합된다.

제2 실시예에서, 시트형 히트 파이프(100a)는 리브(111,121)가 하판과 상판의 테두리에 각각 형성된 것을 예로 들어 설명하였으나, 리브(111)가 하판(110)의 테두리에만 형성될 수도 있다.

이하에서는 제2 실시예에 따른 시트형 히트 파이프의 제조방법을 설명하기로 한다.

도 7 및 도 8에 도시된 바에 의하면, 시트형 히트 파이프의 제조방법은 테두리를 따라 리브(111)가 형성된 하판(110)을 형성하는 단계와, 길이방향을 따라 요입홈(123)이 형성되고 요입홈(123)의 양측으로 복수 개의 도트(125)가 형성된 상판(120)을 형성하는 단계와, 하판(110)의 내면에 우븐메쉬(130)를 배치하는 단계와, 상판(120)의 요입홈(123)에 윅을 배치하는 단계와, 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 밀봉 접합하도록 저온 브레이징을 수행하는 단계를 포함한다.

하판(110)과 상판(120)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성한다. 우븐메쉬(130)는 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성한다.

윅(140a)은 기공 크기를 조정할 수 있도록 PVDF 나노파이버 멤브레인으로 형성하고, 표면을 구리 또는 니켈로 무전해도금하여 전기전도성과 열전도성을 가지도록 한다.

하판(110)의 내면에 우븐메쉬(130)를 배치하는 단계에서, 하판(110)의 내면과 우븐메쉬(130)의 사이에 휘발성 접착제(135)를 배치한다. 휘발성 접착제(135)는 저온 브레이징을 수행하는 과정에서 용융되어 우븐메쉬(130)를 하판(110)의 내면에 부착시킬 수 있다. 예컨데, 휘발성 접착제(135)는 약 200℃에서 휘발되는 세라믹 본드일 수 있다.

테두리를 따라 리브(111)가 형성된 하판(110)을 형성하는 단계에서, 리브(111)는 하판(110)을 포토 에칭하여 형성한다.

길이방향을 따라 요입홈(123)이 형성되고 요입홈(123)의 양측으로 도트(125)가 형성된 상판(120)을 형성하는 단계에서, 요입홈(123)과 도트(125)는 상판(120)을 포토 에칭하여 형성한다.

하판(110)과 상판(120)의 테두리를 밀봉 접합하도록 저온 브레이징을 수행하는 단계는, 하판(110) 또는 상판(120)의 테두리에 저온접합기재(180)를 형성하거나, 하판(110) 또는 상판(120)의 전면에 저온접합기재(180)를 형성하고, 200~300℃의 온도에서 가열 접합한다. 바람직하게는, 저온 브레이징은 250℃의 온도에서 수행한다.

저온접합기재(180)는 하판(110)과 상판(120) 중 하나 이상의 전면 또는 하판(110)과 상판(120) 중 하나 이상의 테두리를 따라 스퍼터링에 의해 형성되는 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함한다.

시트형 히트 파이프(100a)는 입구(170)를 포함한다. 저온 브레이징하는 단계 후, 입구(170)에 냉매(150)를 주입하고 입구(170)는 밀봉된다. 냉매(150)는 내부공간(101)의 진공을 빼면서 주입하게 된다. 냉매(150)는 구리에 비해 비열이 높은 물을 사용한다. 냉매(150)는 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함되게 주입할 수 있다.

이하에서는 제2 실시예의 작용을 설명하기로 한다.

제2 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100a)는 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(130) 및 윅(140a)의 4가지 부품으로 제조한다.

시트형 히트 파이프(100a)는 하판(110)과 상판(120)의 테두리를 접합하여 그 사이에 내부공간(101)을 형성하고, 내부공간(101)에 우븐메쉬(130), 윅(140a)을 배치하며, 냉매(150)를 진공 봉입한 구조로 된다.

또한, 하판(110), 상판(120), 우븐메쉬(130)는 열전도율이 높은 구리(Cu)로 형성되고, 윅(140a)은 기공 크기의 조정이 가능한 멤브레인 윅을 적용하며, 냉매(150)는 구리에 비해 비열이 낮은 물을 사용한다.

상기한 구조에서, 우븐메쉬(130)는 높은 열전도율과 함께 액체가 흐를 수 있는 공간을 확보할 수 있어 빠른 액체 확산을 가능하게 하고, 윅(140a)은 열전도율과 함께 더 조밀한 구조로 증기를 빠르게 흡수하여 빠르게 이동시키므로 상변화를 통한 냉매의 이동을 더 넓고 빠르게 하여 방열 효율을 높일 수 있다.

또한, 시트형 히트 파이프(100a)는 상판(120)에 하판(110)을 향해 돌출되고 우븐메쉬(130)와 접촉되는 복수 개의 도트(Dot)(125)가 형성된 구조로 된다. 이러한 도트(125)는 하판(110)과 상판(120)의 사이에 배치되어 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 하므로 냉매의 이동을 보다 원활하게 하여 방열 효율을 높이는데 기여할 수 있다.

또한, 하판(110)과 상판(120)은 에칭하여 내부에 우븐메쉬(130)와 윅(140a)이 배치될 공간을 확보하고, 상판(120)에 도트(125)를 형성하므로 공정 단순화가 가능하고 ㎛ 단위로 두께가 얇은 시트형 히트 파이프(100a)의 제조가 가능하다.

또한, 시트형 히트 파이프(100a)는 하판(110)과 상판(120)의 테두리가 저온접합기재(180)를 매개로 저온 브레이징에 의해 접합된다.

저온 브레이징은 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함하는 저온접합기재(180)에 의해 가능하다. 이러한 저온접합기재(180)는 ㎛ 단위로 두께가 얇은 하판(110)과 상판(120)을 저온에서 내부 구성물의 높이차 없이 균일하게 밀봉 접합할 수 있고, 그에 따라 내부공간(101)에 주입한 냉매(150)의 빠른 이동이 가능하고 누설이 방지되어 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 제조할 수 있도록 한다.

[제3 실시예]

도 10에 도시된 바에 의하면, 제3 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100b)는 하판(110b), 상판(120b), 하부 윅(wick)(130b), 상부 윅(wick)(140b) 및 냉매(150)를 포함한다.

하판(110b)과 상판(120b)은 서로 마주보도록 위치하고 테두리가 밀봉 접합되어 마주하는 내면 사이에 내부공간(101)을 형성한다. 내부공간(101)에 빠른 액체 확산과 빠른 증기 이동을 유도하는 하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)이 배치되며, 상변화에 의한 열전달 특성을 갖는 냉매(150)가 진공 봉입된다. 냉매(150)는 물로 이루어질 수 있다.

시트형 히트 파이프(100b)는 냉매를 주입하는 입구(170)를 포함한다. 입구(170)는 냉매의 주입 후 밀봉된다. 시트형 히트 파이프(100b)는 내부공간(101)이 진공으로 밀폐되며, 내부공간(101)의 진공을 빼면서 냉매를 주입하게 된다. 내부공간(101)을 진공으로 하면 냉매(150)의 상변화가 대기압보다 낮은 온도에서 진행되어 방열 효율을 높일 수 있다.

냉매(150)는 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함될 수 있다.

하판(110b)은 저면 일측이 열원이 접촉되고, 상판(120b)은 하판(110b)의 상부를 덮어 하판(110)과의 사이에 내부공간(101)을 형성한다. 열원은 AP, 안테나 칩과 같은 전자부품일 수 있다.

시트형 히트 파이프(100b)는 열원을 흡수하는 증발부, 흡수한 열을 열원과 반대방향으로 전달하는 연결부 및 전달된 열을 방출하는 응축부로 구분할 수 있다.

시트형 히트 파이프(100b)에서 열원이 접촉되는 부분이 증발부에 대응되고, 증발부의 반대편이 응축부에 대응되고, 증발부와 응축부를 연결하는 부분이 연결부에 대응된다. 증발부, 연결부 및 응축부는 설명의 편의를 위해 도면에서 경계를 구분한 것일 뿐, 그 경계가 명확한 것은 아니다.

하부 윅(130b)은 하판(110b)의 내면에 부착된다. 하부 윅(130b)은 빠르고 넓은 면적에 액체 확산을 위한 것이다. 액체가 넓은 면적에 확산되면 기화가 잘 된다. 하부 윅(130b)은 하판(110b)에서 테두리를 제외한 내면 전체에 부착된다. 시트형 히트 파이프(100b)는 하부에 액체가 흘러갈 공간이 있어야 하므로 하판(110b)의 내면에 액체가 이동하는 공간을 제공할 수 있는 형태인 하부 윅(130b)을 부착한다.

하판(110b)의 저면이 열원에 접촉되므로 하판(110b)의 내면이 액체가 흐르는 통로가 된다. 하부 윅(130b)은 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 형성한 멤브레인 윅이며 기공 크기를 조절하여 액체가 흐르는 통로가 형성되도록 할 수 있다.

상부 윅(140b)은 상판(120b)의 내면에 부착된다. 상부 윅(140b)은 모세관 현상을 일으키는 것으로 빠른 증기 이동을 위한 것이다. 상부 윅(140b)은 상판(120b)의 내면에 길이방향으로 부착된다. 상부 윅(140b)은 모세관 현상을 일어나게 해 신속한 증기흡수와 이동을 유도한다. 모세관 현상이 일어나면 증기가 빠르게 이동하고 냉각도 빨리된다. 상부 윅(140b)은 씨실과 날실이 꼬인 형태의 직물 형상을 갖는다. 상부 윅(140b)은 편조사 실타래라고도 한다. 편조사가 수분을 머금은 상태로 이동하므로 증기의 이동이 빠르게 한다. 상부 윅(140b)은 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 형성한 멤브레인 윅이며, 기공 크기를 조절하여 편조사 실타래와 같이 조밀한 구조를 형성할 수 있다.

하부 윅(130b)은 기공 크기가 커 액체가 흐를 수 있도록 제작되고, 상부 윅(140b)은 증기를 흡수하여 이동할 수 있도록 기공 크기가 작아 조밀하고 밀도가 높게 제작된다.

하부 윅(130b)은 큰 기공이 액체가 이동할 공간을 확보할 수 있어 빠른 액체 확산을 가능하게 한다. 반면, 상부 윅(140b)은 증기를 흡수하여 이동시키므로 기공이 작아 공간없이 조밀한 형태인 것이 증기를 빠르게 흡수하여 증기의 이동을 더 넓고 빠르게 해준다.

하부 윅(130b)은 선경이 약 50㎛, 기공이 약 80㎛인 것일 수 있다. 기공은 물이 흐를 수 있는 공간을 제공한다. 상부 윅(140b)은 선경이 약 20㎛일 수 있다. 상부 윅(140b)은 증기를 흡수하여 이동하므로 선경이 하부 윅(130b)에 비해 작고 물이 흐를 수 있는 공간을 제공하지 않는다.

하판(110b)과 상판(120b)은 폴리머 기반 소재로 형성한다.

폴리머 기반 소재는 저유전율 폴리머에 세라믹 필러를 혼합하여 열전도율을 높인 것인 것이다. 세라믹 필러는 보론나이트라이드인 것이 바람직하다. 저유전율 폴리머는 저유전율의 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 중 하나일 수 있다. 폴리이미드(PI)는 유전율이 높아 바람직하지 않다.

실시예에서 상판(120b)과 하판(110b)은 폴리프로필렌(PP)에 세라믹 필러로 보론나이트라이드를 혼합하여 형성한다. 폴리프로필렌은 유전율을 낮추어 5G에서 주파수 손실을 줄여주며, 보론나이트라이드는 열전도율을 높여 방열 효율을 높이는 기능을 한다.

5G에서 안테나 방열을 위해서는 금속을 사용하는 것이 좋으나, 금속은 신호 손실이 크고 안테나 특성을 급격히 저하시킨다. 따라서 5G에서 금속을 최대한 줄이기 위해 열전도율을 높인 저유전율의 폴리머 기반 소재를 사용한다.

폴리머의 열전도율을 높이기 위해 그라파이트나 지르코니아를 혼합할 수도 있으나, 그라파이트와 지르코니아의 경우 유전율이 높아 신호 손실이 크기 때문에 바람직하지 않다.

하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)은 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 형성한 멤브레인 윅을 사용한다. 나노파이버 멤브레인은 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 나노파이버 멤브레인일 수 있다. 무전해도금은 구리, 니켈과 같이 열전도율이 우수한 금속으로 수행할 수 있다.

PVDF 나노파이버 멤브레인은 섬유굵기가 가늘고 균일한 기공 분포를 갖는다. 상부 윅(140b)을 PVDF 나노파이버 멤브레인의 표면에 구리 또는 니켈을 도금하여 형성한 멤브레인 윅으로 형성하면, 금속과 같은 열전도율을 가지면서 기공 크기를 조절할 수 있어 냉매의 이동 속도를 더 빠르게 할 수 있다.

예컨데, 하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)의 기공 크기를 조절하여 액체의 빠른 확산과 증기의 빠른 이동 및 확산이 가능하게 할 수 있다.

하판(110b)과 상판(120b)을 형성하는 폴리머 기반 소재는 보론나이트라이드를 포함하여 높은 열전도율을 가지므로 물보다 온도가 더 빠르게 높아지고 쉽게 내려가는 특성을 가지고 있다.

진공 상태로 밀봉된 하판(110b)과 상판(120b)의 내부공간(101)에 충전된 물은 모세관 현상과 기체-액체 간의 상변화를 일으키며 연속적으로 순환하게 된다.

예컨데, AP가 가열되면 AP와 접촉한 하판(110b)이 가열되면서 재빨리 물에게 온도를 전달한다. 하판(110b)로부터 열을 전달받은 물은 가열되고 결국 기화하여 증기가 된다. 증기는 낮은 온도로 이동하는 특성이 있기 때문에 상판(120b)에 부착된 상부 윅(140b)을 타고 응축부로 이동한다. 증기는 응축부에서 열을 방출하며 물로 상변화하고, 물은 중력에 의해 하판(110b)로 떨어진다. 하판(110b)로 떨어진 물은 하판(110b)에 부착된 하부 윅(130b)을 따라 다시 온도가 높은 증발부로 이동한다. 이러한 과정이 자동으로 반복되면서 AP의 발열을 방지할 수 있다.

이 과정에서, AP가 가열되어 하판(110b)과 상판(120b)의 온도가 상승하더라도 그 내부공간의 물은 천천히 온도가 상승하기 때문에 내부 과열을 조절할 수 있다. 이후 계속해서 하판(110b)과 상판(120b)이 가열되면 시트형 히트 파이프(100b)의 내부공간의 물이 증기로 변하면서 다시 한 번 내부 온도를 낮춰주게 된다. 또한, 물이 상변화를 일으키며 연속적으로 순환하는 과정에서 하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)은 넓은 표면적으로 모세관 현상을 일어나게 해 신속한 수분흡수와 이동을 유도한다.

더욱이, 하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)은 PVDF 나노파이버 멤브레인의 표면에 구리 또는 니켈을 도금하여 형성한 멤브레인 윅이므로, 기공 크기 조절을 통해 수분 흡수를 빠르게 하는 구조로 제작시 더욱 신속한 수분흡수와 이동을 유도하여 방열 성능을 높일 수 있다.

상부 윅(140b)과 하부 윅(130b)의 사이는 이격된다. 상부 윅(140b)과 하부 윅(130b)의 사이가 이격되고 그 사이에 공간이 형성되어, 상변화 한 증기와 물의 이동이 원활할 수 있다. 냉매(150)는 상변화에 따른 증기의 부피 증가를 고려하여 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바에 의하면, 하판(110b)과 상판(120b) 중 적어도 하나에는 테두리를 따라 돌출된 리브(111,121)가 형성된다. 리브(111,121)는 하판(110b)과 상판(120b)의 사이에 요입된 내부공간(101)을 형성하기 위한 것이다. 리브(111,121)는 하판(110b)과 상판(120b)의 사이에 내부공간(101)을 형성하는 지지체 역할을 한다. 리브(111,121)는 하판(110b)과 상판(120b)을 사출성형시 일체로 형성할 수 있다.

또한, 하판(110b)에 형성되는 리브(111)는 그 사이에 하부 윅(130b)을 잘 안착시킨다.

하부 윅(130b)은 하판(110b)의 내면에 휘발성 접착제로 부착될 수 있다.

휘발성 접착제(135)는 후술할 하판(110b)과 상판(120b)의 테두리를 저온접합하는 과정에서 용융되어 하부 윅(130b)을 하판(110b)의 내면에 부착시키고 휘발될 수 있다.

상판(120b)은 내면에 길이방향으로 요입된 요입홈(123)이 형성되고, 요입홈(123)에 상부 윅(140b)이 끼워져 배치된다. 상부 윅(140b)은 요입홈(123)에 끼움 결합되어 배치되나, 하부 윅(130b)과 마찬가지로 요입홈(123)에 휘발성 접착제로 부착될 수 있다. 요입홈(123)은 상판(120b)의 사출성형시 일체로 형성할 수 있다.

상판(120b)에는 하판(110b)을 향해 돌출되고 하부 윅(130b)과 접촉되는 복수 개의 도트(Dot)(125)가 형성된다. 도트(125)는 하판(110b)과 상판(120b)의 사이에 배치되어 내부공간(101)을 확보하고 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 한다.

도트(125)는 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)를 포함한다. 바람직하게는, 도트(125)는 복수 개의 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 복수 개의 제2 도트(125b)가 교차 배치된 구조를 갖는다. 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)를 교차 배치한 구조는 냉매(150)를 봉입하는데 충분한 내부공간(101)을 제공하고, 강성을 높여 대기압과의 압력차이로 인한 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하며, 냉매(150)가 이동하는 보다 넓은 유로를 제공하여 방열 효율을 높이는 역할을 한다.

도트(125)는 상판(120b)과 일체로 형성된다. 도트(125)는 상판(120b)의 사출성형시 일체로 형성된다. 사출성형은 두께가 매우 얇은 상판(120b)에 도트(125)를 정밀하게 형성할 수 있다.

도트(125)는 상부 윅(140b)의 두께에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 형성하여 상부 윅(140b)과 하부 윅(130b)의 사이가 소정 간격 이격되고 그 사이에 공간이 형성되도록 한다.

하판(110b), 상판(120b), 하부 윅(130b) 및 상부 윅(140b)은 두께를 50~150㎛ 범위로 형성할 수 있다. 예컨데, 하판(110b), 상판(120b), 하부 윅(130b) 및 상부 윅(140b)은 100㎛ 두께로 형성하고, 도트(125)는 150㎛ 두께로 형성할 수 있다.

도트(125)는 원형의 단면을 가지는 기둥 형상 또는 선단으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 대략 원뿔대 형상일 수 있다. 제1 도트(125a)는 가장 넓은 단면 부분의 반경(R)이 260㎛이고 제2 도트(125b)는 가장 넓은 단면 부분의 반경(R)이 170㎛일 수 있다.

도 11에 도시된 바에 의하면, 하판(110b)과 상판(120b)은 테두리를 맞댄 상태로 저온접합기재(180)를 이용하여 저온에서 접합한다.

저온접합기재(180)는 하판(110b) 또는 상판(120b)의 테두리를 따라 형성된 리브(111,121)에 스퍼터링에 의해 형성할 수 있다. 또는 저온접합기재(180)는 하판(110b) 또는 상판(120b)의 전면에 스퍼터링에 의해 형성할 수 있다.

저온접합기재(180)는 하판(110b) 또는 상판(120b)의 전면에 형성하는 경우, 저온접합 공정에서 하판(110b)과 상판(120b)의 테두리가 접합됨과 동시에 상부 윅(140b)이 상판(120b)의 내면에 접합되고, 하부 윅(130b)이 하판(110b)의 내면에 접합되는 기능도 가질 수 있다.

저온접합기재(180)는 하판(110b)과 상판(120b)의 테두리를 200~300℃의 온도에서 용융 접합한다. 바람직하게는 하판(110b)과 상판(120b)을 맞댄 상태로 저온접합기재(180)의 브레이징 온도인 250℃에서 가열하여 테두리를 접합한다.

저온접합은 하판(110b)과 상판(120b)을 폴리머 기반 소재로 형성할 수 있도록 한다. 또한, 저온접합은 하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)을 금속이 아닌 멤브레인 윅의 적용이 가능하게 한다.

하판(110b)과 상판(120b)을 열전도성을 높인 저유전율의 폴리머 기반 소재로 형성하면, 5G에서 신호 손실을 방지하여 안테나 특성에 영향을 주지 않는 시트형 히트 파이프의 제작이 가능하나, 하판(110b)과 상판(120b)의 용융 온도가 낮아 저온접합이 가능해야 한다.

또한, 하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)을 멤브레인 윅으로 제작하면 기공 크기를 원하는 크기로 조정 가능하나, 용융 온도가 낮아 고온접합시 윅이 녹아버리므로 윅의 기능을 상실하게 된다. 따라서 저온접합이 가능해야 상부 윅(140b)을 기공 크기 조정이 가능한 멤브레인 윅으로 제작하여 시트형 히트 파이프(100b)에 적용 가능하다.

저온접합기재(180)는 다층 구조의 스퍼터 박막으로 형성한다. 다층 구조의 박막은 부족한 성능을 서로 보완하여 접합력을 높이기 위한 것이다.

저온접합기재(180)는 하판(110b) 또는 상판(120b)의 전면 또는 리브(111,121) 중 하나에 형성한 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 형성한 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함한다. Ti 스퍼터층(180a)과 SnAg 스퍼터층(180b)의 다층 구조는 저온에서 브레이징이 되는 성분이다.

SnAg 스퍼터층은 Sn 95~98wt%, Ag 3~5wt%를 포함한다. 바람직하게는 SnAg 스퍼터층은 Sn 97wt%, Ag 3wt%로 이루어진다.

Ti 스퍼터층(180a)은 0.2㎛의 두께로 형성하고, SnAg 스퍼터층(180b)은 1㎛의 두께로 형성할 수 있다.

저온접합기재(180)에서 각 층의 두께는 각 성분의 열팽창계수를 고려하여 설계한 것으로, 각 층의 두께로 설계할 경우 하판(110b)과 상판(120b)의 접합강도를 높인다. SnAg는 저융점 금속으로 구리와 젖음성이 좋다.

예컨데, 브레이징 전 모재가 청정해야 접합이 잘 되므로 세척 후 표면 개질을 위해 하판(110b)의 전면 또는 리브(111)에 Ti 스퍼터층(180a)을 형성한다.

Ti 스퍼터층(180a)은 Cu와 금속 간 화합물(CuTi)을 형성하고, SnAg 스퍼터층(180b)과 밀착력을 높인다. SnAg 스퍼터층(180b)과 Cu의 접합에서 SnAg는 Sn-Ag-Cu계 금속간 화합물을 형성하여 젖음성과 밀착성을 향상시켜 접합성을 높일 수 있다.

도 12에 도시된 바에 의하면, 하판(110b)은 테두리를 따라 리브(111)가 형성된 구조를 갖는다. 리브(111)는 하판(110b)의 사출성형시 일체로 형성된다.

상판(120b)은 테두리를 따라 리브(121)가 형성되고, 중앙에 길이방향을 따라 소정의 면적으로 요입홈(123)이 형성되며, 요입홈(123)의 기준으로 양측에 제1 도트(125a)와 제1 도트(125a)에 비해 직경이 작은 제2 도트(125b)가 교차 배치되는 구조를 갖는다.

상판(120b)에서 리브(121), 요입홈(123), 제1 도트(125a) 및 제2 도트(125b)는 상판(120b)의 사출성형시 일체로 형성된다. 요입홈(123)은 상판(120b)에서 다른 부분 보다 더 요입되게 형성한 것이다.

상판(120b)의 요입홈(123)에 상부 윅(140b)이 끼움 고정되고, 하판(110b)에서 리브(121)를 제외한 면에 하부 윅(130b)이 고정된다.

하판(110b)과 상판(120b)은 저온접합기재(180)를 매개로 리브(111,121)를 맞댄 상태에서, 저온 브레이징에 의해 접합된다.

시트형 히트 파이프(100b)는 리브(111)가 하판(110b)의 테두리에만 형성될 수도 있다.

이하에서는 제3 실시예에 따른 시트형 히트 파이프의 제조방법을 설명하기로 한다.

도 10 및 도 11에 도시된 바에 의하면, 시트형 히트 파이프의 제조방법은 테두리를 따라 리브(111)가 형성된 하판(110b)을 형성하는 단계와, 길이방향을 따라 요입홈(123)이 형성되고 요입홈(123)의 양측으로 복수 개의 도트(125)가 형성된 상판(120b)을 형성하는 단계와, 하판(110b)의 내면에 하부 윅(130b)을 배치하는 단계와, 상판(120b)의 요입홈(123)에 상부 윅(140b)을 배치하는 단계와, 하판(110b)과 상판(120b)의 테두리를 밀봉 접합하도록 저온 브레이징을 수행하는 단계를 포함한다.

하판(110b)과 상판(120b)은 열전도성을 높인 저유전율의 폴리머 기반 소재로 형성한다. 바람직하게는, 상판(120b)과 하판(110b)은 폴리프로필렌(PP)에 세라믹 필러로 보론나이트라이드를 혼합하여 형성한다.

하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)은 기공 크기를 조정할 수 있도록 PVDF 나노파이버 멤브레인으로 형성하고, 표면을 구리 또는 니켈로 무전해도금하여 전기전도성과 열전도성을 가지도록 한다.

하판(110b)의 내면에 하부 윅(130b)을 배치하는 단계에서, 하판(110b)의 내면과 하부 윅(130b)의 사이에 휘발성 접착제(135)를 배치하고, 휘발성 접착제(135)는 저온 브레이징을 수행하는 과정에서 용융되어 하부 윅(130b)을 하판(110b)의 내면에 부착시킬 수 있다. 예컨데, 휘발성 접착제(135)는 약 200℃에서 휘발되는 세라믹 본드일 수 있다.

테두리를 따라 리브(111)가 형성된 하판(110b)을 형성하는 단계에서, 리브(111)는 하판(110b)의 사출성형시 일체로 형성한다.

길이방향을 따라 요입홈(123)이 형성되고 요입홈(123)의 양측으로 도트(125)가 형성된 상판(120b)을 형성하는 단계에서, 요입홈(123)과 도트(125)는 상판(120b)의 사출성형시 일체로 형성한다.

하판(110b)과 상판(120b)의 테두리를 밀봉 접합하도록 저온 브레이징을 수행하는 단계는, 하판(110b) 또는 상판(120b)의 테두리에 저온접합기재(180)를 형성하거나, 하판(110b) 또는 상판(120b)의 전면에 저온접합기재(180)를 형성하고, 200~300℃의 온도에서 가열 접합한다. 바람직하게는 저온 브레이징은 250℃의 온도에서 수행한다.

저온접합기재(180)는, 하판(110b) 또는 상판(120b)의 전면 또는 테두리를 따라 스퍼터링에 의해 형성되는 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함한다.

시트형 히트 파이프(100b)는 입구(170)를 포함한다.

저온 브레이징하는 단계 후, 입구(170)에 냉매(150)를 주입하고 입구(170)는 밀봉된다. 냉매(150)는 내부공간(101)의 진공을 빼면서 주입하게 된다. 냉매(150)는 비열이 높은 물을 사용한다. 냉매(150)는 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함되게 주입할 수 있다.

이하에서는 제3 실시예의 작용을 설명하기로 한다.

제3 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100b)는 하판(110b), 상판(120b), 하부 윅(130b) 및 상부 윅(140b)의 4가지 부품으로 제조한다.

시트형 히트 파이프(100b)는 하판(110b)과 상판(120b)의 테두리를 접합하여 그 사이에 내부공간(101)을 형성하고, 내부공간(101)에 하부 윅(130b), 상부 윅(140b)을 배치하며, 냉매(150)를 진공 봉입한 구조로 된다.

또한, 하판(110b), 상판(120b)이 열전도성을 높인 저유전율의 폴리머 기반 소재로 형성되고, 하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)은 기공 크기의 조정이 가능한 멤브레인 윅을 적용하며, 냉매(150)는 비열이 낮은 물을 사용한다.

상기한 구조에서, 하부 윅(130b)은 기공 크기 조절로 높은 열전도율과 함께 액체가 흐를 수 있는 공간을 확보할 수 있어 빠른 액체 확산을 가능하게 하고, 상부 윅(140b)은 기공 크기 조절로 열전도율과 함께 더 조밀한 구조를 형성할 수 있어 증기를 빠르게 흡수하여 빠르게 이동 가능하므로 상변화를 통한 냉매의 이동을 더 넓고 빠르게 하여 방열 효율을 높일 수 있다.

또한, 시트형 히트 파이프(100b)는 상판(120b)에 하판(110b)을 향해 돌출되고 하부 윅(130b)과 접촉되는 복수 개의 도트(Dot)(125)가 형성된 구조로 된다. 이러한 도트(125)는 하판(110b)과 상판(120b)의 사이에 배치되어 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 하므로 냉매의 이동을 보다 원활하게 하여 방열 효율을 높이는데 기여할 수 있다.

또한, 하판(110b)과 상판(120b)은 테두리에 리브(111,121)를 형성하여 내부에 하부 윅(130b)과 상부 윅(140b)이 배치될 공간을 확보하고, 상판(120b)에 도트(125)를 형성하여 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지할 뿐 아니라, 리브(111,121)와 도트(125)가 하판(110b)과 상판(120b)의 사출성형시 일체로 형성되므로 공정 단순화가 가능하고 ㎛ 단위로 두께가 얇은 시트형 히트 파이프(100b)의 제조가 가능하다.

또한, 하판(110b)과 상판(120b)의 테두리가 저온접합기재(180)를 매개로 저온 브레이징에 의해 접합된다.

저온 브레이징은 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함하는 저온접합기재(180)에 의해 가능하다. 이러한 저온접합기재(180)는 ㎛ 단위로 두께가 얇고 폴리머 기반 소재인 하판(110b)과 상판(120b)을 저온에서 내부 구성물의 높이차 없이 균일하게 밀봉 접합할 수 있고, 그에 따라 내부공간(101)에 주입한 냉매(150)의 빠른 이동이 가능하고 누설이 방지되어 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 제조할 수 있도록 한다.

[제4 실시예]

도 13에 도시된 바에 의하면, 제4 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100c)는 하판(110c), 상판(120c), 가스켓(190), 윅(wick)(140c) 및 냉매(150)를 포함한다.

하판(110c)과 상판(120c)은 서로 마주보도록 위치하고 테두리가 가스켓(190)을 매개로 밀봉 접합되어 마주하는 내면 사이에 내부공간(101)을 형성한다. 내부공간(101)에 빠른 액체 확산과 빠른 증기 이동을 유도하는 윅(140c)이 배치되며, 상변화에 의한 열전달 특성을 갖는 냉매(150)가 진공 봉입된다. 냉매(150)는 물로 이루어질 수 있다.

시트형 히트 파이프(100c)는 냉매를 주입하는 입구(170)를 포함한다. 입구(170)는 냉매의 주입 후 밀봉된다. 시트형 히트 파이프(100c)는 내부공간(101)이 진공으로 밀폐되며, 내부공간(101)의 진공을 빼면서 냉매를 주입하게 된다. 내부공간(101)을 진공으로 하면 냉매(150)의 상변화가 대기압보다 낮은 온도에서 진행되어 방열 효율을 높일 수 있다.

냉매(150)는 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함될 수 있다.

하판(110c)은 저면 일측이 열원이 접촉되고, 상판(120c)은 하판(110c)의 상부에 서로 겹쳐지도록 배치된다. 가스켓(190)은 하판(110c)과 상판(120c)의 사이에 내부공간(101)을 형성하도록 일면이 하판(110c)의 테두리와 밀봉되게 접합되고 반대되는 타면이 상판(120c)의 테두리와 밀봉되게 접합된다. 열원은 AP 또는 안테나칩일 수 있다.

하판(110c)과 상판(120c)은 평평한 평판 형상으로 형성된다.

하판(110c)과 상판(120c)은 금속 소재로 형성될 수 있다. 예컨데, 하판(110c)과 상판(120c)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성될 수 있다. 하판(110c)과 상판(120c)을 금속 소재로 형성하면 강도 확보와 열전도율 확보에 장점이 있다.

또는, 하판(110c)과 상판(120c)은 폴리머 기반 소재로 형성될 수 있다.

폴리머 기반 소재는 저유전율 폴리머에 세라믹 필러를 혼합하여 열전도율을 높인 것인 것이다. 세라믹 필러는 보론나이트라이드일 수 있다. 저유전율 폴리머는 저유전율의 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 중 하나일 수 있다. 하판(110c)과 상판(120c)을 폴리머 기반 소재로 형성하면 비용 절감과 제작 공정의 용이성이 있다.

가스켓(190)은 평평한 평판 형상의 상판(120c)과 하판(110c)을 사용하여 그 사이에 내부공간을 형성하기 위한 것이다. 제4 실시예는 가스켓(190)을 이용하여 하판(110c)과 상판(120c)의 사이에 내부공간(101)을 형성한다.

가스켓(190)은 상판(120c)과 하판(110c)의 테두리를 접합하므로 상판(120c)과 하판(110c)의 테두리에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예컨데, 도 14a에 도시된 바와 같이, 가스켓(190)은 중앙이 빈 사각 형상으로 형성될 수 있다.

또는, 도 14b 및 도 14c와 같이, 가스켓(190)은 사각 형상의 내부 빈 공간에 일정 간격을 두고 보강부(191)가 형성된 형상으로 형성될 수 있다. 보강부(191)는 제1 실시예 내지 제 4 실시예에 기재된 도트 대신 하판(110c)과 상판(120c)의 사이에 내부공간(101)을 확보하고 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 한다.

보강부(191)를 구비한 가스켓(190) 구조는 냉매(150)를 봉입하는데 충분한 내부공간(101)을 제공하고, 강성을 높여 대기압과의 압력차이로 인한 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하며, 냉매(150)가 이동하는 보다 넓은 유로를 제공하여 방열 효율을 높일 수 있다.

가스켓(190)은 금속 소재로 형성될 수 있다. 또는 가스켓(190)은 폴리머 기반 소재로 형성될 수 있다. 예컨데, 가스켓(190)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성될 수 있고, 저유전율 폴리머에 세라믹 필러를 혼합하여 열전도율을 높인 폴리머 기반 소재로 형성될 수도 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 가스켓(190)의 내부에 윅(140c)이 배치된다. 이를 위해 가스켓(190)은 윅(140c)을 지지할 수 있는 단차가 형성될 수 있다.

윅(140c)은 부직포(141)와 부직포(141)의 상부와 하부에 배치한 멤브레인 윅(142,143)을 포함할 수 있다. 부직포(141)는 나노파이버로 형성할 수 있다. 부직포(141)는 열전도성을 높이기 위해 나노파이버에 무전해도금하여 형성할 수 있다.

부직포(141)의 상부와 하부에 배치한 멤브레인 윅(142,143)은 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 형성한 멤브레인 윅을 사용할 수 있다. 무전해도금은 구리, 니켈과 같이 열전도율이 우수한 금속으로 수행할 수 있다. 무전해도금은 이외에도 알루미늄, 은, 티타늄, 크롬, 금, 탄소, 철, 백금, 흑연 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 합금으로 수행될 수 있다.

PVDF 나노파이버 멤브레인은 섬유굵기가 0.2~0.3㎛로 가늘고 균일한 기공 분포를 갖는다. 멤브레인 윅(142,143)을 PVDF 나노파이버 멤브레인의 표면에 구리 또는 니켈을 도금하여 형성한 멤브레인 윅으로 형성하면, 금속과 같은 열전도율을 가지면서 기공 크기를 조절할 수 있어 냉매의 이동 속도를 더 빠르게 할 수 있다.

부직포(141)의 하부에 배치한 멤브레인 윅(142)과 부직포(141)의 상부에 배치한 멤브레인 윅(143)은 기공 크기를 조절하여 액체의 빠른 확산과 증기의 빠른 이동 및 확산이 가능하게 할 수 있다.

예컨데, 부직포(141)의 하부에 배치한 멤브레인 윅(142)의 기공이 부직포(141)의 상부에 배치한 멤브레인 윅(143)의 기공에 비해 기공의 크기를 크게 제작할 수 있다.

부직포(141)의 하부에 배치한 멤브레인 윅(142)은 액체가 이동하는 공간을 제공할 수 있도록 기공 크기를 크게 조절하고, 부직포(141)의 상부에 배치한 멤브레인 윅(143)은 기공을 최소화한 조밀한 구조로 형성하여 증기의 빠른 흡수를 통해 증기의 빠른 이동이 가능하게 제작할 수 있다.

멤브레인 윅(142,143)은 모세관 현상을 일으켜 증기가 빠르게 이동하고 넓게 퍼지게 함으써 냉각도 빨리 일어나게 한다.

제4 실시예는 가스켓(190)과 윅(140c)이 하판(110c)과 상판(120c)의 사이에 내부공간(101)을 형성하고 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 한다.

더욱이, 멤브레인 윅(142,143)은 PVDF 나노파이버 멤브레인의 표면에 구리 또는 니켈을 도금하여 형성하므로, 기공 크기 조절을 통해 수분 흡수를 빠르게 하는 구조로 제작하여 더욱 신속한 수분흡수와 이동을 유도하여 방열 성능을 높일 수 있다.

도 14a에 도시된 바와 같이, 가스켓(190)은 중앙이 빈 사각 형상으로 형성될 수 있다.

또는, 도 14b와 도 14c에 도시된 바와 같이, 가스켓(190',190")은 사각 형상의 내부 빈 공간에 일정 간격을 두고 보강부(191)가 형성된 형상으로 형성될 수 있다.

도 14b에 도시된 바와 같이, 보강부(191)는 일측 단부가 입구(170)의 반대편에 위치한 사각 형상 테두리에 고정되고, 반대측 단부는 입구(170)와 이격되게 위치되는 둘 이상의 일자형 보강살로 구성될 수 있다.

또는, 도 14c에 도시된 바와 같이, 보강부(191)는 일측 단부가 입구(170)의 반대편에 위치한 사각 형상 테두리에 고정되고 반대측 단부는 입구(170)와 이격되게 위치되는 하나의 하나 이상의 보강살(191a)과, 일측 단부가 입구(170)와 인접한 사각 형상 테두리에 고정되고 반대측 단부는 입구(170)의 반대편에 위치한 사각 형상 테두리와 이격되게 위치되는 하나 이상의 보강살(191b)을 포함할 수 있다. 두 종류의 보강살(191a,191b)은 폭 방향으로 지그재그 형태의 유로를 형성하여 냉매의 길이방향 이동에는 영향을 주지 않고 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체의 역할을 할 수 있다.

가스켓(190)에 보강부(191)를 형성하는 경우, 윅(140c)은 보강살(191a)과 보강살(191b)의 사이의 공간에 배치될 수 있다.

냉매(150)는 상변화에 따른 증기의 부피 증가를 고려하여 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함될 수 있다.

하판(110c)과 상판(120c)은 가스켓(190)을 사이에 두고 테두리를 맞댄 상태로 저온접합기재(180)를 이용하여 저온에서 접합한다.

저온접합기재(180)는 가스켓(190)의 일면을 하판(110c)에 밀봉되게 접합하고 반대되는 타면을 상판(120c)에 밀봉되게 접합한다.

저온접합기재(180)는 하판(110c)과 상판(120c)의 전면에 형성하거나 가스켓(190)의 일면과 반대되는 타면에 형성할 수 있다.

저온접합기재(180)는 하판(110c)과 상판(120c)의 전면에 형성하는 경우, 저온접합 공정에서 하판(110c)과 상판(120c)의 테두리가 가스켓(190)의 일면과 타면게 각각 접합됨과 동시에 부직포(141)의 상부의 멤브레인 윅(143)이 상판(120c)의 내면에 접합되고, 부직포(141)의 하부의 멤브레인 윅(142)이 하판(110c)의 내면에 접합되는 기능도 가질 수 있다.

실시예에서, 저온접합기재(180)는 가스켓(190)의 일면과 반대되는 타면에 스퍼터링에 의해 형성한다. 그 이유는 가스켓(190)이 윅(140c)을 지지하므로 저온접합기재(180)를 하판(110c)과 상판(120c)의 전면에 형성하지 않아도 무방하기 때문이다.

저온접합기재(180)는 200~300℃의 온도에서 용융되어 하판(110c)과 상판(120c)의 테두리를 가스켓(190)의 일면 및 타면에 접합한다. 바람직하게는 하판(110c)과 상판(120c)을 가스켓(190)을 사이에 두고 맞댄 상태로 저온접합기재(180)의 브레이징 온도인 250℃에서 가열하여 테두리를 가스켓(190)과 접합한다.

저온접합은 윅(140c)을 금속이 아닌 부직포(141)와 멤브레인 윅(142,143)의 구조의 적용이 가능하게 하기 위한 것이다. 윅(140c)을 부직포(141)와 멤브레인 윅(142,143)의 구조로 제작하면 지지체 역할과 기공 크기를 원하는 크기로 조정 가능한 장점이 있으나, 용융 온도가 낮아 고온접합시 윅이 녹아버리므로 윅의 기능을 상실하게 된다. 따라서 저온접합이 가능해야 윅(140c)을 지지체 기능과 기공 크기 조정이 가능한 부직포(141)와 멤브레인 윅(142,143)의 구조로 적용 가능하다.

저온접합기재(180)는 다층 구조의 스퍼터 박막으로 형성한다. 다층 구조의 박막은 부족한 성능을 서로 보완하여 접합력을 높이기 위한 것이다.

저온접합기재(180)는 하판(110c)과 상판(120c)의 전면 또는 가스켓(190)의 일면과 타면에 형성한 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 형성한 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함한다. Ti 스퍼터층(180a)과 SnAg 스퍼터층(180b)의 다층 구조는 저온에서 브레이징이 되는 성분이다.

SnAg 스퍼터층은 Sn 95~98wt%, Ag 3~5wt%를 포함한다. 바람직하게는 SnAg 스퍼터층은 Sn 97wt%, Ag 3wt%로 이루어진다.

Ti 스퍼터층(180a)은 0.2㎛의 두께로 형성하고, SnAg 스퍼터층(180b)은 1㎛의 두께로 형성할 수 있다.

저온접합기재(180)에서 각 층의 두께는 각 성분의 열팽창계수를 고려하여 설계한 것으로, 각 층의 두께로 설계할 경우 하판(110c)과 상판(120c)의 접합강도를 높인다. SnAg는 저융점 금속으로 구리와 젖음성이 좋다.

예컨데, 브레이징 전 모재가 청정해야 접합이 잘 되므로 세척 후 표면 개질을 위해 하판(110c)의 리브(111)에 Ti 스퍼터층(180a)을 형성한다.

Ti 스퍼터층(180a)은 Cu와 금속 간 화합물(CuTi)을 형성하고, SnAg 스퍼터층(180b)과 밀착력은 높인다. SnAg 스퍼터층(180b)과 Cu의 접합에서 SnAg는 Sn-Ag-Cu계 금속간 화합물을 형성하여 젖음성과 밀착성을 향상시켜 접합성을 높일 수 있다.

이하에서는 제4 실시예에 따른 시트형 히트 파이프의 제조방법을 설명하기로 한다.

시트형 히트 파이프의 제조방법은 동일한 크기이고 평평한 평판 형상으로 형성된 하판(110c)과 상판(120c)을 준비하는 단계와, 하판(110c)과 상판(120c)의 사이에 내부공간을 형성하도록 하판(110c)과 상판(120c)의 사이의 테두리에 가스켓(190)을 배치하는 단계와, 하판과 상판(120c)이 가스켓(190)을 매개로 밀봉 접합되도록 저온 브레이징을 수행하는 단계를 포함한다.

하판(110c)과 상판(120c)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성할 수 있다. 또는 하판(110c)과 상판(120c)은 폴리머 기반 소재로 형성할 수 있다. 가스켓(190)은 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성할 수 있다. 또는 가스켓(190)은 폴리머 기반 소재로 형성할 수 있다.

폴리머 기반 소재는 저유전율 폴리머에 보론나이트라이드를 혼합하여 열전도율을 높인 것일 수 있다. 저유전율 폴리머는 저유전율의 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 중 하나일 수 있다.

저온 브레이징은 200~300℃에서 수행할 수 있다.

저온 브레이징을 위해 하판(110c)과 상판(120c)의 전면에 형성하거나 가스켓(190)의 일면과 반대되는 타면에 형성한 저온접합기재(180)를 포함한다.

실시예에서는, 하판(110c)과 상판(120c)의 전면에 저온접합기재(180)를 형성하고, 200~300℃의 온도에서 가열 접합한다. 바람직하게는, 저온 브레이징은 250℃의 온도에서 수행한다.

저온접합기재(180)는 하판(110c)과 상판(120c)의 전면에 스퍼터링에 의해 형성되는 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함한다.

저온 브레이징을 수행하는 단계 후, 입구(170)에 냉매(150)를 주입하고 입구(170)는 밀봉된다. 냉매(150)는 내부공간(101)의 진공을 빼면서 주입한다. 냉매(150)는 물을 사용할 수 있다. 냉매(150)는 내부공간(101)에 부피비로 10~20% 정도 포함되게 주입할 수 있다.

이하에서는 제4 실시예의 작용을 설명하기로 한다.

제4 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100c)는 하판(110c), 상판(120c), 가스켓(190) 및 윅(140c)의 4가지 부품으로 제조한다.

시트형 히트 파이프(100c)는 하판(110c)과 상판(120c)의 테두리를 가스켓(190)을 매개로 접합하여 그 사이에 내부공간(101)을 형성하고, 가스켓(190)에 윅(140c)을 배치하며, 냉매(150)를 진공 봉입한 구조로 된다.

윅(140c)은 부직포(141)의 상부와 하부에 기공 크기의 조정이 가능한 멤브레인 윅(142,143)을 적용하며, 냉매(150)는 물을 사용한다.

상기한 구조에서, 가스켓(190)과 윅(140c)은 하판(110c)과 상판(120c)의 사이에 냉매가 이동할 수 있는 내부공간(101)을 확보하고 내부공간(101)의 찌그러짐을 방지하는 지지체 역할을 한다.

또한, 부직포(141)의 하부에 배치된 멤브레인 윅(142)은 높은 열전도율과 함께 액체가 흐를 수 있는 공간을 확보할 수 있어 빠른 액체 확산을 가능하게 하고, 부직포의 상부에 배치된 멤브레인 윅(143)은 열전도율과 함께 더 조밀한 구조로 증기를 빠르게 흡수하여 빠르게 이동시키므로 상변화를 통한 냉매의 이동을 더 넓고 빠르게 하여 방열 효율을 높일 수 있다.

또한, 가스켓(190)이 하판(110c)과 상판(120c)의 사이에 윅(140c)이 배치될 공간을 확보하므로, 하판(110c)과 상판(120c)에 홈이 있는 구조를 형성할 필요가 없고, 평평한 평판 형상으로 사용 가능하다. 이로 인해 공정 단순화가 가능하고 ㎛ 단위로 두께가 얇은 시트형 히트 파이프(100c)의 제조가 가능하다.

또한, 시트형 히트 파이프(100c)는 하판(110c)과 상판(120c)의 테두리가 가스켓(190)에 저온접합기재(180)를 매개로 저온 브레이징에 의해 접합된다.

저온 브레이징은 Ti 스퍼터층(180a)과 Ti 스퍼터층(180a)의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 SnAg 스퍼터층(180b)을 포함하는 저온접합기재(180)에 의해 가능하다. 이러한 저온접합기재(180)는 ㎛ 단위로 두께가 얇은 하판(110c)과 상판(120c)을 저온에서 내부 구성물의 높이차 없이 균일하게 밀봉 접합할 수 있고, 그에 따라 내부공간(101)에 주입한 냉매(150)의 빠른 이동이 가능하고 누설이 방지되어 방열성능이 우수한 시트형 히트 파이프를 제조할 수 있도록 한다.

[제5 실시예]

도 15에 도시된 바에 의하면, 제5 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100d)는 하판(110c), 상판(120c), 가스켓(190), 윅(wick)(140c) 및 냉매(150)를 포함한다.

제5 실시예에 따른 시트형 히트 파이프(100d)는 제4 실시예와 비교하여 하판(110c)과 상판(120c)의 내면에 소수성 코팅층(127)이 형성된 차이가 있다.

소수성 코팅층(127)은 응축된 냉매가 잘 떨어지고 잘 퍼져 냉매의 이동을 보다 원활하게 할 수 있도록 한다. 또한 하판(110c)의 내면에 코팅된 소수성 코팅층(127)은 냉매가 잘 흐르도록 윤활 기능을 한다. 냉매가 응축될 때 상판(120c)에서 냉매가 잘 떨어져야 냉매의 상변화를 통한 순환이 원활해진다.

소수성 코팅층(127)은 크롬나이트라이드(CrN)로 이루어질 수 있다. 크롬나이트라이드는 고온에 강하고 우수한 소수성 특성을 갖는다.

소수성 코팅층(127)의 두께는 1~5㎛ 범위일 수 있다. 소수성 코팅층(127)은 스퍼터링 방법으로 하판(110c)과 상판(120c)의 내면에 형성할 수 있다.

제5 실시예의 소수성 코팅층(127)은 제4 실시예의 구조를 이용하여 설명하였으나, 제1 실시예 내지 제3 실시예의 하판(110c)과 상판(120c)에도 적용 가능하다.

상술한 실시예들은 시트형 히트 파이프를 스마트폰의 애플리케이션 프로세서(AP)의 위에 부착하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 방열이 필요한 다양한 전자기기에 적용 가능하다. 특히, 시트형 히트 파이프는 5G 상용화에 따라 발열의 우려가 있는 안테나에도 적용 가능하다.

또한, 상술한 제1 실시예 내지 제5 실시예는 적용 가능한 조건에서 각 실시예의 구성을을 조합하여 시트형 히트 파이프를 제작할 수 있다.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 스마트폰 10: 애플리케이션 프로세서(AP)
100: 시트형 히트 파이프 101: 내부공간
110,110a,110b,110c: 하판 111: 리브
120,120a,120b,120c: 상판 123: 요입홈
125: 도트 125a: 제1 도트
125b: 제2 도트 127: 소수성 코팅층
130: 우븐메쉬 135: 휘발성 접착제
140, 140a: 윅 150: 냉매
160: 고온접합기재 170: 입구
180: 저온접합기재 190: 가스켓
191: 보강부

Claims (13)

1. 저면에 열원이 접촉되는 하판;
   상기 하판과 사이에 내부공간을 형성하도록 상기 하판의 테두리와 밀봉되게 접합되는 상판;
   상기 하판과 상기 상판의 테두리를 밀봉되게 접합하는 저온접합기재; 및
   상기 내부공간에 진공 봉입되고 상변화에 의한 열전달 특성을 갖는 냉매;
   를 포함하고,
   상기 하판과 상기 상판은 금속 소재로 형성되는 시트형 히트 파이프.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 하판의 내면에 부착되는 우븐메쉬(Woven Mesh); 및
   상기 상판의 내면에 부착되는 윅(wick);
   을 포함하는 시트형 히트 파이프.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 하판, 상기 상판 및 상기 우븐메쉬는 구리 또는 구리합금으로 형성되는 시트형 히트 파이프.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 윅은 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 형성한 멤브레인 윅으로 형성되는 시트형 히트 파이프.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 상판은 상기 하판을 향해 돌출되어 상기 하판과 상기 상판의 사이에서 지지체 역할을 하는 복수 개의 도트(Dot)가 형성된 시트형 히트 파이프.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 저온접합기재는
   상기 하판 또는 상판의 테두리를 따라 형성되는 Ti 스퍼터층; 및
   상기 Ti 스퍼터층의 상부에 형성되는 SnAg 스퍼터층;
   을 포함하는 시트형 히트 파이프.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 SnAg 스퍼터층은 Sn 95~98wt%, Ag 3~5wt%를 포함하는 시트형 히트 파이프.
8. 테두리를 따라 리브가 형성된 하판을 형성하는 단계;
   길이방향을 따라 요입홈이 형성되고 상기 요입홈의 양측으로 복수 개의 도트가 형성된 상판을 형성하는 단계;
   상기 하판의 내면에 우븐메쉬를 배치하는 단계;
   상기 상판의 상기 요입홈에 윅을 배치하는 단계; 및
   상기 하판과 상기 상판의 테두리를 저온 브레이징에 의해 밀봉 접합하는 단계;
   를 포함하는 시트형 히트 파이프 제조방법.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 하판을 형성하는 단계에서,
   상기 하판은 금속 소재로 형성되고,
   상기 리브는 상기 하판을 에칭하여 형성하는 시트형 히트 파이프 제조방법.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 상판을 형성하는 단계에서,
    상기 상판은 금속 소재로 형성되고,
    상기 요입홈 및 상기 도트는 상기 상판을 에칭하여 형성하는 시트형 히트 파이프 제조방법.
11. 제8 항에 있어서,
    상기 저온 브레이징은 200~300℃에서 수행하는 시트형 히트 파이프 제조방법.
12. 제8 항에 있어서,
    상기 저온 브레이징을 위한 저온접합기재를 포함하고,
    상기 저온접합기재는,
    상기 하판 또는 상판의 테두리를 따라 스퍼터링에 의해 형성되는 Ti 스퍼터층; 및
    상기 Ti 스퍼터층의 상부에 스퍼터링에 의해 형성되는 SnAg 스퍼터층;
    을 포함하는 시트형 히트 파이프 제조방법.
13. 제8 항에 있어서,
    상기 윅은 나노파이버 멤브레인에 무전해도금하여 멤브레인 윅으로 형성한 것인 시트형 히트 파이프 제조방법.

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