KR20210099105A - 적층 제조된 열 싱크 - Google Patents

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KR20210099105A
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제이슨 더피
토드 데빌
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마그나 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

열 싱크는 열전도성 재료의 기부판 및 라디에이터를 포함하며, 라디에이터는 라디에이터 주위의 대기로 열을 전달한다. 기부판은 집적 회로 또는 전력 전자 디바이스와 같은 열원과 열적 소통하도록 구성된다. 라디에이터는 기부판 상에 배치되고, 챔버를 둘러싸는, 적층 제조에 의해서 형성되는 용융 재료의 표피부를 포함한다. 다공성 재료의 외부 위크가 챔버 내에 배치되고, 외부 위크는 표피부의 내부 표면을 코팅한다. 냉매가 챔버 내에 배치된다. 냉매는 기부판으로부터 표피부로 열을 운반하기 위해 액상과 증기상 사이에서 변화하고, 모세관 작용에 의해 액상으로 위크를 통해 다시 운반된다. 라디에이터는 또한 대기로의 열 전달을 촉진하기 위해 커버로부터 연장하는 복수의 핀을 포함한다.

Description

적층 제조된 열 싱크
본 PCT 국제 특허 출원은 발명의 명칭을 "적층 제조된 열 싱크(Additive Manufactured Heat Sink)"로 하여 2018년 12월 12일자로 출원되었으며, 그 전체 개시 내용이 본원에 참조로서 포함되는 미국 특허 가출원 번호 62/778,637의 이익과 우선권을 주장한다.
본 개시 내용은 일반적으로 기부판으로부터 커버로 열을 운반하기 위한 열 싱크에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 적층 제조에 의해 생산된 열 싱크에 관한 것이다.
열 싱크는 열원 및/또는 다른 구성요소가 과도한 온도로 인해 손상되는 것을 방지하기 위해, 전자 디바이스와 같은 열원으로부터 멀리 열을 운반하는 데 사용된다. 종래에 공지된 열 싱크의 일 유형은 열 파이프이며, 이 열 파이프는 증발기에서 액체로부터 기체로 변화하는 냉매 유체를 사용하여 열원으로부터 응축기로 열을 전달하고, 응축기에서는 냉매 유체가 액체로 다시 응축됨에 따라 열이 빠져나간다. 종래의 열 파이프는 응축된 냉매를 응축기로부터 증발기로 다시 전달하기 위해 위크(wick)를 채용한다.
적층 제조는 제조되고 있는 부품에 재료를 점진적으로 추가함으로써, 일련의 단계로 부품을 제조하기 위해서 이용된다. 종래의 적층 제조의 일 유형은 금속 분말과 같은 소스 재료를 용융시키기 위해 레이저와 같은 열원을 사용한다. 통상적으로, 소스 재료는 소스 재료가 용융되지 않는 영역으로부터 제거된다. 이로 인해, 부품들이 여러 가지 복잡한 형상으로 만들어질 수 있다.
열원으로부터 열을 전도하기 위한 하부면을 형성하는 열전도성 재료의 기부판을 포함하는 열 싱크가 제공된다. 열 싱크는 또한 하부면으로부터 멀어지는 방향으로 기부판 상에 배치된 라디에이터를 포함한다. 라디에이터는 적층 제조에 의해 형성되고 챔버를 둘러싸는 용융 재료의 표피부를 포함한다. 다공성 재료의 외부 위크가 챔버 내에 배치되고, 외부 위크는 표피부의 내부 표면을 코팅한다.
또한, 열 싱크의 형성 방법이 제공된다. 열 싱크를 형성하는 방법은: 소스 재료를 선택적으로 용융시켜 라디에이터의 챔버를 형성하는 표피부를 형성하는 단계; 다공성 재료의 외부 위크를 챔버 내에 형성하여 표피부의 내부 표면을 코팅하도록 소스 재료를 형성하는 단계; 및 챔버를 둘러싸기 위해서 열전도성 재료의 기부판을 라디에이터에 부착하는 단계로서, 기부판은 열원과 열적 소통하도록 구성되는 단계를 포함한다.
본 발명의 설계의 추가적인 상세 내용, 특징 및 장점은 연관된 도면을 참조한 실시예의 하기 설명으로부터 초래된다.
도 1은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면 절개도이다.
도 2는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면 절개도이다.
도 3은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면 절개도이다.
도 4는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면 절개도이다.
도 5a는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면도이다.
도 5b는 단면 A-A를 통한 도 5a의 열 싱크의 단면도이다.
도 5c는 단면 B-B를 통한 도 5a의 열 싱크의 단면도이다.
도 6a는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 상면도이다.
도 6b는 단면 A-A를 통한 도 6a의 열 싱크의 단면도이다.
도 6c는 단면 B-B를 통한 도 6a의 열 싱크의 단면도이다.
도 7은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 절개 사시도이다.
도 8은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 사시도이다.
도 9는 열 싱크를 형성하는 방법의 단계를 열거하는 흐름도이다.
도 10은 열 싱크에 의해 열을 소산시키는 방법의 단계들을 열거하는 흐름도이다.
반복되는 특징부는, 열 싱크(20, 120, 220)의 예시적 실시예가 개시되어 있는 도면에서 동일한 도면 부호로 표시된다. 도 1은 열원으로부터 열을 전도하기 위한 열전도성 재료의 기부판(22)을 포함하는 제1 예시적 열 싱크(20)를 도시한다. 기부판(22)은 하부면(24)과 상부면(25) 사이로 연장하는 평판으로서 성형된다. 기부판(22)의 하부면(24)은 집적 회로 또는 전력 전자 디바이스와 같은 열원과 열적 소통하도록 구성된다. 열 싱크(20, 120, 220)는 또한 라디에이터(26)를 둘러싸는 공기 또는 액체와 같은 대기로 열을 전달하기 위해 하부면(24)으로부터 멀어지는 방향으로, 기부판(22)의 상부면(25) 상에 배치되는 라디에이터(26)를 포함한다. 라디에이터(26)는 복사, 전도 및/또는 대류와 같은 임의의 수단에 의해 대기로 열을 전달할 수 있다. 라디에이터(26)는 적층 제조에 의해 형성된 용융 재료의 표피부(32)를 포함하고, 표피부(32)는 챔버(36)를 둘러싼다. 예를 들어, 표피부(32)는 레이저와 같은 집중된 열원을 이용하여 성긴 분말(loose powder)과 같은 소스 재료를 선택적으로 용융시킴으로써 형성될 수 있다.
열 싱크(20, 120, 220)는 또한, 챔버(36) 내에 배치되고 표피부(32)의 내부 표면(34)을 코팅하는 다공성 재료의 외부 위크(38)를 포함한다. 외부 위크(38)는 액체에 대해 투과성이어서, 액체 및/또는 기체는 유동에 대해 비교적 낮은 제한으로 외부 위크를 통해 유동할 수 있다. 일부 실시예 및 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 외부 위크(38)는 챔버(36) 내에 배치되는 성긴 과립(40)을 포함하는 투과성 충전물을 포함한다. 투과성 충전물은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(36)를 완전히 충전할 수 있다. 대안적으로, 투과성 충전물은 챔버(36)를 단지 부분적으로 충전할 수 있다. 성긴 과립(40)은 그 사이에 빈 공간(42)을 형성한다. 투과성 충전물은 예를 들어 성긴 분말 또는 다공성 고체일 수 있다. 일부 실시예에서, 투과성 충전물은 비용융 상태의 소스 재료를 포함한다. 예를 들어, 소스 재료의 최외측 영역이 용융되어 표피부(32)를 형성할 수 있고, 그 내부에 위치된 소스 재료는 비용융 상태 또는 반용융 상태로 남아 투과성 충전물을 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 투과성 충전물은 전적으로 소스 재료로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 투과성 충전물은 하나 이상의 다른 구성요소를 갖는 소스 재료를 포함할 수 있으며, 이는 표피부(32)가 적층 제조 공정에 의해 형성된 후에 추가될 수 있다. 다른 실시예에서, 투과성 충전물은 소스 재료 중 어느 것도 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 투과성 충전물은 전적으로 표피부(32)가 적층 제조 공정에 의해서 형성된 후에 추가되는 재료로 이루어질 수 있다. 투과성 충전물은 액체 유동에 투과성이어서, 액체 또는 기체는 투과성 충전물을 통과할 수 있다. 투과성 충전물은 그 사이에 빈 공간(42)을 갖는 예를 들어, 과립의 격자 또는 발포체 또는 조밀화된 고체(compacted solid)와 같은 다른 구조적 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 투과성 충전물은 성긴 과립과, 격자 또는 발포체 또는 조밀화된 고체와 같은 다른 액체 투과성 재료의 조합을 포함할 수 있다. 투과성 충전물은 바람직하게는 다공성 위크로서 기능하여, 모세관 작용을 촉진하여 투과성 충전물을 통해 액체를 운반한다. 일부 실시예에서, 투과성 충전물은 기부판(22), 커버(30) 및/또는 표피부(32)에 대한 공기 압력을 상쇄시킬 수 있는 구조적 강성을 열 싱크(20, 120, 220)에 제공한다. 이는 챔버(36)가 진공 하에 있는 실시예에서 특히 유용할 수 있다.
일부 실시예에서 및 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 라디에이터(26)는 기부판(22)과 기부판(22)으로부터 이격된 커버(30) 사이에서 연장하는 기초부(28)를 포함한다. 기부판(22) 및/또는 커버(30) 중 하나 또는 모두는 적층 제조에 의해 소스 재료를 용융함으로써 제조될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기부판(22) 및/또는 커버(30)가 독립적으로 및/또는 스탬핑, 주조, 기계가공 등과 같은 다른 공정에 의해서 제조될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 커버(30)가 표피부(32)의 일부로서 형성된다. 일부 실시예에서, 커버(30)는 대체로 편평하고, 평행하며 기부판(22)으로부터 이격된다. 그러나, 커버(30)는 패키징 요건 및/또는 열 소산 요건에 따라 상이한 형상 또는 배향을 가질 수 있다. 기초부(28)는 그 내부에 챔버(36)를 형성하는 중공일 수 있다. 일부 실시예에서, 기초부(28)는 부분적으로 또는 완전히 재료로 충전될 수도 있다.
일부 실시예에서 및 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매(50)가 챔버(36) 내에 배치된다. 냉매(50)는 외부 위크(38)를 통해 자유롭게 유동할 수 있다. 외부 위크(38)는 표피부(32) 근처에 냉매(50)를 보유할 수 있고, 이로 인해 열을 소산시키는 열 싱크(20, 120, 220)의 기능을 개선시킨다. 냉매(50)는 기부판(22)으로부터 커버(30)로 열을 운반하기 위해, 비등하거나 액상(52)과 증기상(54) 사이에서 변화될 수 있다. 예를 들어, 냉매(50)는 기부판(22)에 인접한 제1 영역(56)으로부터 비등하여 증기상(54)으로 커버(30)에 인접한 제2 영역(58)으로 이동할 수 있다. 제2 영역(58)에서, 냉매(50)는 액상(52)으로 다시 응축될 수 있다. 액상(52)인 냉매(50)는 성긴 과립(40) 내의 빈 공간(42)을 통해 운반될 수 있고, 모세관 작용에 의해 기부판(22)에 인접한 제1 영역(56)으로 다시 운반될 수 있다.
일부 실시예에서 및 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 라디에이터(26)는 기부판(22)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 복수의 핀(60)을 포함한다. 더 구체적으로, 커버(30)는 대체로 편평한 평면 내에서 연장할 수 있고, 복수의 핀(60)이 상기 대체로 편평한 평면에 대해 대체로 횡방향으로 연장한다. 커버(30)는 그로부터 연장하는 핀(60)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 하나 이상의 만곡 표면을 형성할 수 있다. 핀(60)은 기둥 또는 포스트로서 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 핀(60)은 커버(30)를 따라 상당한 길이로 연장하는 리브(rib)로서 형성될 수 있다. 핀(60)은, 챔버(36)에 대향되는 표피부(32)의 외부 표면과 접촉하는 기체 또는 액체와 같은 유체에 대한 열 전달을 촉진하기 위해서 표피부(32)의 표면적을 증가시키는 기능을 할 수 있다.
일부 실시예에서 및 도 1에 도시된 바와 같이, 핀(60)은 중실이다. 일부 다른 실시예에서 및 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 위크(38)는 핀(60)들 내부로 연장한다. 일부 실시예에서 및 도 2에 도시된 바와 같이, 핀(60)은 예를 들어, 기초부(28) 내의 투과성 재료와 유체 소통할 수 있는 투과성 재료로 충전된다. 이러한 방식으로, 증기상(54)인 냉매(50)는 증기(54)가 액상(52)으로 다시 응축되게 하기에 충분히 차가운 제2 영역(58)에 도달하도록 핀(60) 내로 이동할 수 있다.
도 3 내지 4, 도 5a 내지 5c, 도 6a 내지 6c 및 도 7은 제2 예시적 열 싱크(120)를 도시한다. 제2 예시적 열 싱크(120)는 제1 예시적 열 싱크(20)와 유사하며, 일부 추가적인 설계 특징을 갖는다. 일부 실시예에서, 라디에이터(26)는 적층 제조에 의해 모놀리식 단편으로서 형성된다. 제1 예시적 열 싱크(20)와 유사하게, 제2 예시적 열 싱크(120)는 챔버 내에 배치되고 표피부(32)의 내부 표면(34)을 코팅하는 다공성 재료의 외부 위크(38)를 포함한다. 일부 실시예에서, 외부 위크(38)는 적층 제조에 의해 용융된 재료 또는 부분적으로 용융된 재료를 포함한다.
도 3 내지 도 7에 도시된 제2 예시적 열 싱크(120)는 기부판(22)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 복수의 핀(60)을 포함한다. 일부 실시예에서, 핀(60)들 중 적어도 하나는 기부판(22)으로부터 멀어지는 방향으로 폐쇄된 상부(64)까지 연장하는 로드 또는 원추로서 성형된 본체(62)를 포함한다. 예를 들어, 핀(60)들 중 하나의 본체(62)는 커버(30)와 폐쇄된 상부(64) 사이의 전체 길이를 연장하는 원통으로 성형될 수 있다. 다른 예시에서, 핀(60)들 중 하나의 본체(62)는 커버(30)에서의 제1 단면적으로부터 폐쇄된 상부(64)에서의 더 작은 제2 단면적으로 테이퍼 형성될 수 있다.
일부 실시예에서 및 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 열 싱크(20, 120, 220)는 챔버(36) 내에 배치되고 기부판(22)의 상부면(25)을 코팅하는 다공성 재료의 내부 위크(66)를 포함한다. 일부 실시예에서, 내부 위크(66)는 예를 들어 모놀리식 단편으로서 기부판(22)과 일체로 형성될 수 있다. 대안적으로, 내부 위크(66)는 기부판(22)과 별개로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서 및 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 열 싱크(20, 120, 220)는 외부 위크와 내부 위크 사이에서 액체를 운반하기 위해 외부 위크(38)와 내부 위크(66) 사이에서 챔버(36) 내에 배치되는 다공성 재료의 중간 위크(68)를 포함한다. 일부 실시예에서 및 도 3 내지 도 4에서도 도시된 바와 같이, 라디에이터(26)는 기부판(22)에 인접한 내부 위크(66) 사이에서 핀(60) 내로 연장되는 공동(70)을 형성한다. 공동(70)은 핀(60)의 폐쇄된 상부(64) 내로 상향 연장할 수 있다. 냉매(50)의 증기상(54)은 공동(70)을 통해 내부 위크(66)로부터 핀(60) 내로 이동할 수 있으며, 핀에서 액상(52)으로 응축된다. 냉매의 액상(52)은 외부 위크(38) 내에서 응축될 수 있으며 중력에 의해 및/또는 모세관 작용에 의해 중간 위크(68)를 통해 내부 위크(66)로 복귀될 수 있다.
위크(38, 66, 68) 중 임의의 하나 또는 모두는 적층 제조(AM)에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 위크(38, 66, 68) 각각은 공유되는 소스 재료로부터 표피부(32)와 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 용융력 및/또는 속도가 불투과성인 표피부(32)를 생성하는 데 사용될 수 있고, 더 낮은 제2 용융력 및/또는 더 높은 속도가 액체 유동에 투과성인 위크(38, 66, 68) 중 임의의 하나 또는 모두를 생성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 인접한 층들 사이의 AM 공정에 이용되는 경로가 회전될 수 있어 위크(38, 66, 68) 중 하나 이상 내에 개방 격자형 구조를 형성한다.
일부 실시예에서 및 도 3에 도시된 바와 같이, 기부판(22)은 금속과 같은 재료의 고체 단편을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 기부판은 Henkel의 ThermalClad와 같은, 절연 금속 기판(IMS) 인쇄 회로 보드를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기부판(22)은 라디에이터(26)가 형성된 후에 라디에이터(26)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 기부판(22)을 라디에이터(26)에 부착하기 전에 비용융 소스 재료가 라디에이터(26)로부터 제거될 수 있고, 이로 인해 라디에이터(26) 내에 공동(70)을 형성할 수 있을 것이다. 기부판(22)은 챔버(36)를 밀폐식으로 밀봉하기 위해 라디에이터(26)에 용접될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기부판(22)은 접착제를 사용하는 것 및/또는 하나 이상의 체결구를 사용하는 것과 같은 다른 수단에 의해 라디에이터(26)에 부착될 수 있다.
도 5a 내지 5c, 도 6a 내지 6c 및 도 7은 제2 예시적 열 싱크(120)의 다양한 도면을 도시한다. 일부 실시예에서, 기부판(22)은 100mm x 100mm의 정사각형 풋프린트를 갖는다. 기부판(22)은 적용 요건에 따라 결정될 수 있는 다른 형상을 가질 수 있다. 기부판(22)은 100mm x 100mm보다 작거나 클 수도 있다. 일부 실시예에서, 각각의 핀(60)은 15mm의 직경을 갖는 원형 단면을 가질 수 있다. 그러나, 핀(60)은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있는 상이한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 다시 말해서, 하나의 열 싱크(20, 120, 220) 상의 상이한 핀(60)들은 상이한 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 열 싱크(20, 120, 220)는 75mm의 전체 높이를 가질 수 있지만, 열 싱크(20, 120, 220)는 높이가 75mm보다 작거나 클 수 있다. 기초부(28)는 기부판(22)의 하부면(24)과 커버(30) 사이에 25mm의 높이를 가질 수도 있다. 그러나, 기초부(28)는 25mm보다 작거나 큰 높이를 가질 수도 있다.
도 8은 제2 예시적 열 싱크(120)와 유사한 제3 예시적 열 싱크(220)를 도시한다. 제3 예시적 열 싱크(220)는 8x8 패턴으로 배열된 64개의 핀(60)을 포함한다. 제3 예시적 열 싱크(220)의 각각의 핀(60)은 원추형 형상을 가지며, 본체(62)는 기초부(28)에서의 제1 단면적으로부터 폐쇄된 상부(64)에서의 더 작은 제2 단면적으로 테이퍼 형성된다.
도 9의 흐름도에 설명된 바와 같이, 열 싱크(20, 120, 220)를 형성하는 방법(100)이 또한 제공된다. 방법(100)은 라디에이터(26)의 챔버(36)를 형성하는 표피부(32)를 형성하기 위해 소스 재료를 선택적으로 용융시키는 단계(102)를 포함한다. 일부 실시예에서, 소스 재료는 레이저를 이용하여 선택적으로 용융될 수 있다.
방법(100)은 또한 챔버 내에 다공성 재료의 외부 위크(38)를 형성하여 표피부(32)의 내부 표면(34)을 코팅하도록 소스 재료를 형성하는 단계(104)를 포함한다. 외부 위크(38)를 형성하는 단계는 표피부(32)를 형성하는 데 사용되는 동일한 적층 제조 공정의 일부로서 수행될 수 있는, 소스 재료를 용융시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 위크(38)를 형성하도록 소스 재료를 용융시키는 이러한 단계(104)는 표피부(32)를 형성하도록 소스 재료를 선택적으로 용융시키는 데 사용되는 강도보다 낮은 강도를 갖는 에너지원을 사용하여 수행된다.
방법(100)은 또한 챔버(36)를 둘러싸도록 라디에이터(26)에 열전도성 재료의 기부판(22)을 부착하는 단계(106)를 포함하고, 기부판(22)은 열원과 열적 소통하도록 구성된다. 기부판(22)을 부착하는 단계는 챔버(36)를 둘러싸는 밀폐 밀봉부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 기부판(22)은 라디에이터(26)에 용접될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기부판(22)은 접착제를 사용하는 것 및/또는 하나 이상의 체결구를 사용하는 것과 같은 다른 수단에 의해 라디에이터(26)에 부착될 수 있다.
방법(100)은 또한 공동(70)을 형성하도록 챔버(36)로부터 과잉의 소스 재료를 제거하는 단계(108)를 포함한다. 과잉의 소스 재료는, 예를 들어, 적층 제조 공정에 의해서 응고되지 않은 "녹색" 분말일 수 있다. 일부 실시예에서, 과잉의 소스 재료는 기부판(22)을 부착하기 전에 챔버(36)로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 과잉의 소스 재료는 라디에이터(26)의 저부면으로부터 제거될 수 있고, 기부판(22)은 후속하여 챔버(36)를 둘러싸도록 해당 저부면을 덮는다. 다른 실시예에서, 과잉의 소스 재료는 라디에이터(26)의 표피부(32)를 통해 구멍으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 과잉의 소스 재료를 라디에이터(26)의 챔버(36)로부터 배출하기 위해서, 구멍이 표피부(32)를 관통하여 드릴 가공될 수 있을 것이다. 이러한 구멍은 과잉의 재료가 제거된 후에 마개를 형성하거나 충전될 수도 있다. 적층 제조 공정으로부터의 소스 재료는, 예를 들어 흡입에 의해 또는 기부판(22) 및/또는 표피부(32)의 하나 이상의 구멍으로부터 소스 재료를 흔들어서 챔버(36)로부터 제거될 수 있다. 추가의 재료가 투과성 충전물을 포함하도록 챔버(36) 내로 추가될 수 있다. 챔버(36) 내의 투과성 충전물의 양 및/또는 조성은 냉매(50)의 심지작용을 최적화하도록 선택될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 챔버(36) 내의 투과성 충전물의 양 및/또는 조성은 열 싱크(20, 120, 220)에 구조적 강성을 제공하도록, 특히 챔버(36)가 진공을 포함하는 경우에 공기 압력을 상쇄하도록 선택될 수도 있다.
일부 실시예에서, 열 싱크(20, 120, 220)를 형성하는 방법(100)은 챔버(36)로부터 공기를 배기하는 단계(110)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 단계는, 예를 들어 챔버(36)가 진공 내에서 형성되어, 처음부터 공기를 거의 또는 전혀 포함하지 않는 경우에는 불필요할 수 있다.
일부 실시예에서, 열 싱크(20, 120, 220)를 형성하는 방법(100)은 챔버(36) 내로 냉매(50)를 추가하는 단계(112)와, 챔버(36) 내로 냉매(50)를 추가한 후에 챔버(36)를 밀봉하는 단계(114)를 추가로 포함할 수 있다. 챔버(36)를 밀봉하는 단계는 기부판(22)을 라디에이터(26)에 부착함으로써 및/또는 챔버(36) 안으로의 통로를 커버하기 위해 캡 또는 플러그를 고정함으로써 수행될 수 있으며, 여기서 통로는 챔버(36) 안으로 냉매(50)를 추가하기 위해 및/또는 챔버(36)로부터 공기를 배기하기 위해 이전 스테이지에서 사용된다. 이러한 통로는 적층 제조 공정의 일부로서 형성될 수 있다. 대안적으로, 통로는 챔버(36)가 형성된 후에, 예를 들어 드릴 가공 또는 천공에 의해 형성될 수도 있다. 대안적으로, 통로는 표피부(32)가 형성되기 전에 기부판(22) 내에 일체로 형성될 수도 있다.
일부 실시예에서, 열 싱크(20)를 형성하는 방법(100)은 기부판(22)의 상부면(25)을 코팅하는 다공성 재료의 내부 위크(66)를 형성하는 단계(116)를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 싱크(20)를 형성하는 방법(100)은 외부 위크와 내부 위크 사이에서 액체를 운반하기 위해 외부 위크(38)와 내부 위크(66) 사이에서 챔버(36) 내에 배치되는 다공성 재료의 중간 위크(68)를 형성하는 단계(118)를 추가로 포함할 수 있다.
도 10의 흐름도에 설명된 바와 같이, 열 싱크(20, 120, 220)에 의해 열을 소산시키는 방법(200)이 또한 제공된다. 열 싱크(20)에 의해 열을 소산시키는 방법(200)은 기부판(22)에 인접한 제1 영역(56)으로부터 증기상(54)이라고도 불리는 기체 상태로 냉매(50)를 증발시키는 단계(202)를 포함한다. 열 싱크(20, 120, 220)에 의해 열을 소산시키는 방법(200)은 또한 라디에이터(26)의 표피부(32)에 인접한 제2 영역(58)에서 냉매(50)를 증기상으로부터 액상(52)이라고도 불리는 액체 상태로 응축시키는 단계(204)를 포함한다.
열 싱크(20, 120, 220)에 의해 열을 소산시키는 방법(200)은 액상(52)의 냉매(50)를 제2 영역(58)으로부터 제1 영역(56)으로 운반하는 단계(206)로 진행된다. 일부 실시예에서, 액상(52)의 냉매(50)를 운반하는 단계(206)는 적어도 부분적으로 하나 이상의 위크(38, 66, 68)를 통한 모세관 작용에 의해 수행된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 액상(52)의 냉매(50)를 운반하는 단계(206)는 적어도 부분적으로 중력에 의해 수행될 수 있다. 이 경우에, 열 싱크(20, 120, 220)는 기부판(22)으로부터 열을 제거하는 것이 가장 효과적인 바람직한 배향을 가질 수도 있다.
실시예들의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 포괄적이거나 본 개시 내용을 제한하도록 의도되지 않는다. 특정 실시예의 개별 요소들 또는 특징들은 대체로 그러한 특정 실시예로 제한되지 않지만, 적용 가능한 경우에, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않더라도, 상호 교환 가능하며 선택된 실시예 내에서 사용될 수 있다. 동일한 상항이 또한 수많은 방식으로 변화될 수 있다. 이러한 변화는 본 발명으로부터의 이탈로서 간주되지 않아야 하고, 이러한 모든 변형은 본 개시 내용의 범주 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 열 싱크이며,
    열원으로부터 열을 전도하기 위한 하부면을 형성하는 열전도성 재료의 기부판;
    하부면으로부터 멀어지는 방향으로 기부판 상에 배치되고, 적층 제조에 의해서 형성되고 챔버를 둘러싸는 용융 재료의 표피부를 포함하는 라디에이터; 및
    챔버 내에 배치되고 표피부의 내부 표면을 코팅하는 다공성 재료의 외부 위크를 포함하는, 열 싱크.
  2. 제1항에 있어서, 외부 위크는 적층 제조에 의해 용융된 재료 또는 부분적으로 용융된 재료를 포함하는, 열 싱크.
  3. 제1항에 있어서, 챔버 내에 배치되고 외부 위크를 통해 유동 가능한 냉매를 추가로 포함하는, 열 싱크.
  4. 제3항에 있어서, 냉매는 기부판으로부터 라디에이터의 표피부로 열을 운반하기 위해 액상과 증기상 사이에서 변화 가능한, 열 싱크.
  5. 제1항에 있어서, 라디에이터는 기부판으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 복수의 핀을 포함하는, 열 싱크.
  6. 제1항에 있어서, 복수의 핀 중 적어도 하나는 기부판으로부터 멀어지는 방향으로 폐쇄 상부까지 연장되는 로드 또는 원추로서 성형된 본체를 포함하는, 열 싱크.
  7. 제1항에 있어서, 챔버 내에 배치되고 기부판의 상부면을 코팅하는 다공성 재료의 내부 위크를 추가로 포함하는, 열 싱크.
  8. 제7항에 있어서, 외부 위크와 내부 위크 사이에서 액체를 운반하기 위해 외부 위크와 내부 위크 사이에서 챔버 내에 배치되는 다공성 재료의 중간 위크를 추가로 포함하는, 열 싱크.
  9. 열 싱크이며,
    열원으로부터 열을 전도하기 위한 하부면을 형성하는 열전도성 재료의 기부판;
    대기로 열을 전달하기 위해 하부면으로부터 멀어지는 방향으로 기부판 상에 배치되고, 기부판과 커버 사이에서 연장되는 기초부를 포함하고, 커버로부터 기부판으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 복수의 핀을 갖는 라디에이터를 포함하고;
    상기 라디에이터는 챔버를 둘러싸는, 적층 제조에 의해 형성된 용융 재료의 표피부를 포함하고;
    기부판으로부터 표피부로 열을 운반하기 위해서 챔버 내에 배치되는 냉매를 포함하는, 열 싱크.
  10. 제9항에 있어서, 챔버는 기초부를 통해, 복수의 핀 내로 연장되는, 열 싱크.
  11. 열 싱크 형성 방법이며,
    소스 재료를 선택적으로 용융시켜 라디에이터의 챔버를 형성하는 표피부를 형성하는 단계;
    다공성 재료의 외부 위크를 챔버 내에 형성하여 표피부의 내부 표면을 코팅하도록 소스 재료를 형성하는 단계; 및
    챔버를 둘러싸기 위해서 열전도성 재료의 기부판을 라디에이터에 부착하는 단계로서, 기부판은 열원과 열적 소통하도록 구성되는 단계를 포함하는, 열 싱크 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서, 공동을 형성하기 위해 챔버로부터 과잉의 소스 재료를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    챔버 내에 냉매를 추가하는 단계; 및
    챔버 내로 냉매를 추가한 후에 챔버를 밀봉하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제11항에 있어서, 기부판의 상부면을 코팅하는 다공성 재료의 내부 위크를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제11항에 있어서, 다공성 재료의 외부 위크를 형성하도록 소스 재료를 형성하는 단계는 소스 재료를 용융시키는 단계를 포함하고;
    외부 위크를 형성하도록 소스 재료를 용융시키는 단계는 표피부를 형성하도록 소스 재료를 선택적으로 용융시키는 데 사용되는 강도보다 낮은 강도를 갖는 에너지원을 사용하여 수행되는, 방법.
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