KR20210104105A - 박형 방열 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박형 방열 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제공되는 박형 방열 장치는 주로 중공 본체 및 작동 유체를 포함하며, 이때 중공 본체의 내부에는 밀폐식 챔버가 제공되고 중공 본체의 밀폐식 챔버는 작동 유체로 충진되도록 구성된다. 밀폐식 챔버는 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함하고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되며 서로 연통하고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면(interface)은 약 0.1mm 이하의 높이를 가지며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 폭 방향으로 나란히 배치되도록 구성된다. 이에 의해 전체 두께를 대폭 경감하고 열전달 효과를 강화하는 한편, 제조 비용 감소, 내구성 및 신뢰성 제고가 가능한 새로운 형태의 모세관 구조가 제공된다.
Description
본 발명은 박형 방열 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 휴대용 전자 기기에 적합한 박형 방열 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
휴대용 전자 기기의 컴퓨터 성능이 계속 증가함에 따라 방열에 대한 필요성도 점점 더 중요해지고 있다. 또한, 휴대용 전자 기기가 가볍고 콤팩트해지면서 방열 장치를 배치할 공간도 점점 제한을 받고 있다.
미국 특허 제 9,565,786호에는 "시트(sheet)형 히트 파이프 및 이를 구비한 전자 장치"와 같은 휴대용 전자 기기용 방열 부품이 개시되어 있다. 그러나 상기 특허 명세서에 이미 설명된 바와 같이, 종래의 히트 파이프에는 응축된 작동 유체를 회수하기 위한 모세관 구조가 여전히 제공되어야 한다. 일반적인 모세관 구조에는 메쉬(mesh), 섬유(fiber), 소결 분말 또는 마이크로 그루브(micro-groove)가 포함된다.
또한, 히트 파이프의 모세관 구조는 제조 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 제조 공정을 복잡하게 만든다. 예컨대, 메쉬, 섬유 또는 소결 분말과 같은 모세관 구조를 부착하려면 접착용 가열 공정이나 소결 공정이 필요하며, 신뢰성 제고를 위해 재료의 특성을 변경하기 위한 가열냉각 공정(annealing process)을 거쳐야 할 수도 있다. 마이크로 그루브를 사용하는 경우에는 식각 공정이 수행되어야 한다.
또한, 히트 파이프의 모세관 구조는 상당한 공간이 확보되어야만 작업 유체가 충분히 순환할 수 있도록 구성된다. 따라서, 히트 파이프의 두께가 제한되며 이러한 두께의 감소도 한계가 있으므로, 이에 따라 전자 기기의 두께도 간접적인 영향을 받게 된다.
한편, 종래의 히트 파이프의 그루브의 개구부는 외벽에 수직이기 때문에, 그루브의 너비 또는 깊이는 파이프 벽의 두께에 의해 제한을 받는다. 그루브의 깊이가 너무 깊어서는 안되므로, 이에 따라 그루브 내 응축된 작동 유체의 양은 제한된다. 그러나 히트 파이프의 열전달 효율은 그루브 내 응축된 작동 유체의 양에 따라 달라지므로, 열전달 효율은 제한을 받으며 큰 향상을 기대하기는 어렵다. 그루브를 구비한 종래의 히트 파이프는 자체적인 구조의 제약으로 인해 더 얇게 만들기가 어렵다.
위와 같은 이유로 히트 파이프는 시중의 휴대용 전자 기기에 널리 적용될 수 없으며, 현재 업계에서 해결해야 할 시급한 문제이기도 하다.
본 발명의 주된 목적은 박형 방열 장치를 제공하는 것으로, 보다 구체적으로는 전체 두께를 대폭 줄이는 한편 열전달 효율을 높이며 비용을 효과적으로 절감할 수 있으면서도 신뢰성과 내구성이 뛰어난 새로운 모세관 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 수율이 높으면서도 제조원가가 낮고 양산에 적합한 박형 방열 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따라 제공되는 박형 방열 장치는 주로 중공 본체 및 작동 유체를 포함하며, 중공 본체의 내부에는 밀폐식 챔버가 제공되고 중공 본체의 밀폐식 챔버는 작동 유체로 충진되도록 구성된다. 밀폐식 챔버는 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함하고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되며 서로 연통하고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면(interface)은 약 0.1mm 이하의 높이를 가지며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 폭 방향으로 나란히 배치되도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박형 방열 장치에는 약 0.1mm 이하의 개구를 갖는 제 1 유체 채널이 제공되어 새로운 모세관 구조를 형성함으로써, 메시, 섬유 또는 소결 분말의 형태로 구성된 종래의 히트 파이프의 모세관 구조를 사용하지 않고도 응축된 작동 유체의 순환이 가능하도록 구성된다. 한편, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 폭 방향으로 나란히 배치됨으로써 장치의 두께를 줄여 장치를 더욱 얇게 박형으로 제조 가능하도록 구성된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 구조는 단순하고 신뢰성이 높으며 저비용으로 제조 가능하면서도 우수한 방열 효율을 갖도록 구성된다.
바람직하게는, 제 2 유체 채널은 0.1mm보다 큰 높이를 가지며, 제 1 유체 채널은 제 2 유체 채널 높이의 2배 이상, 바람직하게는 3배 이상, 보다 바람직하게는 5배 이상의 폭을 구비함으로써, 제 1 유체 채널로 하여금 모세관 작용에 의해 적정한 양의 응축된 유체를 회수하기에 충분한 공간을 제공할 수 있도록 구성된다. 즉, 본 발명에 따른 제 1 유체 채널의 폭은 장치의 폭 방향과 평행하기 때문에, 제 1 유체 채널의 폭은 장치의 두께를 증가시키지 않고도 임의로 조정되거나 확장될 수 있다. 즉, 열전달 효율을 높이기 위한 실제의 요구 사항에 따라 작동 유체의 양을 늘리거나 줄일 수 있도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태에서, 박형 방열 장치의 밀폐식 챔버의 단면은 T-자형으로 구성되는 한편, 제 2 유체 채널의 양 대향 측면 각각에는 제 1 유체 채널이 제공되며, 이에 의해 응축된 작동 유체의 반환을 위한 공간을 증가시키는 한편, 제 1 유체 채널 내에 응축된 작동 유체의 양을 증가시킴으로써 방열 효율을 더욱 향상시키도록 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따라 제공되는 박형 방열 장치는 주로 중공 본체 및 작동 유체를 포함하며, 이때 중공 본체의 내부에는 밀폐식 챔버가 제공되고 중공 본체의 밀폐식 챔버는 작동 유체로 충진되도록 구성된다. 밀폐식 챔버는 다수의 열 전도 채널을 포함하고, 각각의 열 전도 채널은 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함한다. 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되는 한편 서로 연통하며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면은 약 0.1mm 이하의 높이를 갖는다. 또한, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 폭 방향으로 나란히 배치되도록 구성된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 박형 방열 장치는 매우 얇은 두께를 유지하면서도 열 전달 및 방열을 위한 넓은 면적을 제공할 수 있는 다수의 열 전도 채널이 제공되는 방열판(heat sink)일 수 있다. 밀폐식 챔버는 제 1 합류부 및 제 2 합류부를 더 포함하고, 다수의 열 전도 채널 각각의 양 단부는 제 1 합류부 및 제 2 합류부와 각각 연통하며, 따라서 증기 작동 유체 또는 액체 작동 유체가 제 1 합류부 또는 제 2 합류부에서 수렴되어 방열 장치의 열 확산 효과를 구현하도록 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 제조 방법은: (A) 중공 본체, 상부 금형 및 하부 금형을 제공하는 단계 - 이때 중공 본체는 일단부에 개구를 구비함 -; (B) 상부 금형과 하부 금형 사이에 중공 본체를 배치하는 단계; (C) 중공 본체를 상부 금형 및 하부 금형에 의해 압축하는 단계; (D) 상부 금형과 하부 금형을 해제하는 단계; 및 (E) 중공 본체를 작동 유체로 충진하고, 중공 본체를 탈기시킨 다음 개구를 밀봉하여 밀폐식 챔버를 형성하는 단계;를 포함하고, 이때 밀폐식 챔버 내에 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널이 형성되고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되는 한편 서로 연통하며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면은 약 0.1mm 이하의 높이를 갖도록 구성된다.
따라서, 본 발명에서 제공하는 전술한 방법은 매우 간단하다. 본 발명의 방법에 따르면 박형 방열 장치는 식각이나 소결 공정을 사용하지 않고 스탬핑(stamping) 공정에 의해 기계적으로 제조될 수 있으며, 본 발명의 방법은 종래의 모세관 구조를 형성하기 위한 추가의 제조 단계들을 갖지 않는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 방법에 따르면, 제 1 및 제 2 유체 채널은 단일의 제조 단계로 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 매우 혁신적이고 독창적이다.
상기 언급된 방법 중 단계 (A)에서, 금형 삽입물(mold insert)이 추가로 제공되며; 단계 (B)에서, 금형 삽입물은 개구로부터 중공 본체 내로 삽입되고; 단계 (D)에서, 금형 삽입물이 제거된다. 제 2 유체 채널은 금형 삽입물에 의해 형성된 영역이다. 즉, 본 발명에 따라 제공되는 상기 방법에서, 제 2 유체 채널은 금형 삽입물에 의해 형성될 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 발명의 방법은 금형 삽입물을 사용하지 않고도 본 발명의 목적을 달성하도록 구현될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 제조 방법은: (A) 중공 본체, 상부 금형 및 하부 금형을 제공하는 단계 - 이때 중공 본체의 내부에는 작동 유체로 충진된 밀폐식 챔버가 제공됨 -; (B) 상부 금형과 하부 금형 사이에 중공 본체를 배치하는 단계; (C) 중공 본체를 상부 금형과 하부 금형 사이에서 압축하는 단계; (D) 상부 금형과 하부 금형을 해제하는 단계;를 포함하고, 이때 밀폐식 챔버 내에 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널이 형성되고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되는 한편 서로 연통하며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면은 약 0.1mm 이하의 높이를 갖도록 구성된다.
즉, 본 발명에서 제공하는 전술한 방법이 더욱 간단해지는데, 작동 유체로 충진되고 탈기되어 밀봉된 방열 장치(예: 히트 파이프)를 금형에 배치한 다음 이러한 방열 장치를 스탬핑함으로써 박형 방열 장치를 형성하도록 구성된다. 본 발명에서 제공하는 이러한 방법은 전술한 방법에서 제안된 금형 삽입물의 사용과 더불어 작동 유체의 사용에 의해 구현된다. 작동 유체는 특히, 가열 및 증발을 거쳐 팽창된 후에 큰 지지력을 갖도록 구성된다.
또한, 본 발명에서 제공하는 전술한 방법에서, 상부 금형 및 하부 금형 중 적어도 하나는 적어도 하나의 돌출부 및 적어도 하나의 오목부를 가지며, 적어도 하나의 돌출부는 제 1 유체 채널을 형성하도록 제공되고, 적어도 하나의 오목부는 제 2 유체 채널을 형성하도록 제공된다. 단계 (A)에서, 상부 금형 및 하부 금형을 특정 온도로 예열하면, 방열 장치가 열 전도에 의해 가열되어 작동 유체를 증발시킴으로써 지지력을 가진 증기 작동 유체가 생성되도록 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 제조 방법은: (A) 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계 - 이때 제 1 기판 및 제 2 기판 중 적어도 하나의 표면에 다수의 세장형 돌출부가 제공됨 -; (B) 제 1 기판과 제 2 기판을 결합하여 서로 대향하는 제 1 기판의 표면과 제 2 기판의 표면 사이에 챔버를 형성하는 단계; 및 (c) 챔버를 작동 유체로 충진하고, 챔버를 탈기시킨 다음 챔버를 밀봉하여 밀폐식 챔버를 형성하는 단계;를 포함하고, 이때 서로 대향하는 제 1 기판의 표면과 제 2 기판의 표면 및 다수의 세장형 돌출부에 의해 다수의 열 전도 채널을 형성하며, 각각의 열 전도 채널은 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함하고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 서로 연통하며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면은 약 0.1mm 이하의 높이를 갖도록 구성된다.
이와 같이, 본 발명에서 제공하는 전술한 방법은 플레이트 형태의 박형 방열 장치를 제조하는데 더 적합하다. 상기 방법에서는 2개의 기판을 결합하여 챔버를 형성하고, 이때 다수의 세장형 돌출부는 챔버를 다수의 열 전도 채널로 분할하는 데 사용되며, 제 1 유체 채널 및 제 2 유체 채널은 각각의 열 전도 채널에 동시에 형성된다. 앞서 언급한 0.1mm의 높이는 단순히 대략적인 값으로, 0.1mm보다 약간 높거나 0.1mm보다 약간 낮은 높이는 합리적인 동등한 범위에 속하는 것으로 간주된다.
바람직하게는, 전술한 본 발명의 방법에서, 다수의 세장형 돌출부는 스탬핑, 화학적 식각, 방전 가공, 또는 3D 프린팅, PVD, CVD 또는 심지어 다른 가공 공정, 예컨대 밀링(milling)과 같은 기타의 동등한 성형 방법에 의해 형성될 수 있다. 각각의 세장형 돌출부는 볼록부 및 볼록부의 상부에 형성된 리브(rib)를 포함할 수 있으며, 이때 리브는 제 2 기판에 결합되고 제 1 유체 채널은 제 2 기판과 볼록부의 사이에 형성되도록 구성된다. 제 2 기판의 표면에는 다수의 스페이서 돌출부가 제공되고, 다수의 스페이서 돌출부는 다수의 세장형 돌출부에 결합되는 한편 챔버를 다수의 열 전도 채널로 분할하도록 구성된다.
본 발명에 따라 종래 기술에 비해 개선된 형태의 박형 방열 장치가 제공되며, 보다 구체적으로는 간단하고 수율이 높으면서도 제조원가가 낮고 양산에 적합한 박형 방열 장치 및 그의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 바람직한 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 제조 방법에 대한 제 1 실시예의 공정을 도시하는 개략도이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 제조 방법에 대한 제 2 실시예의 공정을 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 분해 사시도이다.
도 8a는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 8b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 8c는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 제조 방법에 대한 제 1 실시예의 공정을 도시하는 개략도이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 제조 방법에 대한 제 2 실시예의 공정을 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 분해 사시도이다.
도 8a는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 8b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 8c는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.
본 발명에 따른 박형 방열 장치 및 그 제조 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명함에 있어서, 유사 부재들에는 동일한 참조 번호가 부여된다는 점에 유의한다. 본원에 개시된 도면들은 단지 예시적으로 제공된 것으로 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니며, 모든 세부 사항들이 전부 도면에 표시된 것도 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 바람직한 실시예를 설명하며, 여기서 도 1은 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 바람직한 실시예의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 박형 방열의 바람직한 실시예의 단면도이다. 도면들에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 박형 방열 장치(1)는 주로 중공 본체(2) 및 작동 유체(Fw)를 포함한다. 중공 본체(2)에는 밀폐식 챔버(20)가 제공되며, 밀폐식 챔버(20)는 작동 유체(Fw)로 충진된다.
밀폐식 챔버(20)의 단면은 T-자형으로 구성된다. 밀폐식 챔버(20)는 2개의 제 1 유체 채널(21) 및 1개의 제 2 유체 채널(22)을 포함한다. 제 1 유체 채널(21)과 제 2 유체 채널(22)은 중공 본체(2)의 길이 방향(도면에 도시된 y축 방향)으로 연장되는 한편 서로 연통하며, 제 1 유체 채널(21)과 제 2 유체 채널(22)은 중공 본체(2)의 폭 방향(도면에 도시된 x축 방향)으로 나란히 배치된다. 2개의 제 1 유체 채널(21)은 제 2 유체 채널(22)의 양 대향 측면에 배치된다.
본 실시예에서, 방열 장치는 0.4mm의 전체 높이(두께)를 가지며, 각각의 벽은 0.1mm의 두께를 갖고, 제 1 유체 채널(21)은 0.1mm의 높이(hi)를 가지며, 제 1 유체 채널(21)과 제 2 유체 채널(22) 사이의 계면(210)도 0.1mm의 높이를 갖고, 제 2 유체 채널(22)은 0.2mm의 높이(h2)(도면에 도시된 z축 방향)를 갖는다. 실제 검증 결과에 따르면 채널의 측면 개구(계면, 210)의 높이가 0.1mm 미만이면 모세관 작용이 발생할 수 있다. 즉, 제 1 유체 채널(21)은 응축된 작동 유체를 회수하는 데 사용되는 모세관 구조의 역할을 하며, 메쉬, 섬유 또는 소결 분말과 같은 종래의 모세관 구조는 생략 가능하다. 물론, 제 1 유체 채널(21)의 높이(h1)가 낮아질수록 모세관 현상은 더욱 두드러진다. 제 1 유체 채널(21)이 0.05mm의 높이(hi)를 갖는 본 발명에 따른 다른 실시예의 방열 장치는 매우 우수한 증기-액체 순환 기능을 갖는다.
이와 같은 우수한 증기-액체 순환 기능을 구현하기 위해, 제 1 유체 채널(21) 및 제 2 유체 채널(22)의 폭(x축 방향)은 임의로 조정될 수 있다. 본 실시예에서, 제 2 유체 채널(22)의 폭(W2)은 3mm로 설정되며, 각각의 제 1 유체 채널(21)의 폭(W1)은 0.5mm로 설정되고, 각각의 제 1 유체 채널(21)의 전체 길이는 100mm로 설정된다. 이러한 디자인에 따라, 본 실시예의 방열 장치는 3W 내지 4W의 발열체에 대해 우수한 열전달 효과 및 방열 효과를 갖는다. 물론, 다른 요구 사항들에 따라, 전술한 사양을 변경하거나, 또는 다수의 박형 방열 장치(1)를 나란히 배치할 수 있도록 구성된다.
이하의 설명에서 본 발명에 따른 박형 방열 장치(1)의 제조 방법을 설명한다. 6가지의 상이한 제조 방법에 대해 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 설명한다. 도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치(1)의 제조 방법에 대한 제 1 실시예의 공정을 도시하는 개략도이다. 먼저, 일단부에 개구를 구비한 중공 본체(2), 금형 삽입물(3), 상부 금형(41) 및 하부 금형(42)이 제공된다. 이 단계에서의 중공 본체(2)는 개방 단부와 폐쇄 단부를 갖는 블라인드 튜브(blind tube)이다. 중공 본체(2)는 상부 금형(41)과 하부 금형(42) 사이에 배치되며, 금형 삽입물(3)은 도 3a에 도시된 바와 같이 개구를 통해 중공 본체(2)에 삽입된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 중공 본체(2)는 상부 금형(41) 및 하부 금형(42)에 의해 압축되는데, 즉, 중공 본체(2)는 상부 금형(41) 및 하부 금형(42)을 사용하여 스탬핑됨으로써 제 1 유체 채널(21) 및 제 2 유체 채널(22)을 형성하도록 구성되며, 제 2 유체 채널(22)은 금형 삽입물(3)에 의해 형성된 영역이다. 그런 다음, 상부 금형(41)과 하부 금형(42)을 분리(해제)하고, 금형 삽입물(3)을 제거한다. 마지막으로, 중공 본체(2)를 작동 유체(Fw)로 충진하는 한편, 중공 본체(2)를 예컨대, 가열 또는 진공 흡입 또는 이들의 조합에 의해 탈기시킨다. 그런 다음, 리벳팅 또는 용접에 의해 개구를 밀봉함으로써 밀폐식 챔버(20)를 형성하도록 구성된다.
본 실시예에서 금형 삽입물(3)은 반드시 필요한 부재가 아닐 수 있으며, 금형 삽입물은 생략될 수도 있음을 이해할 필요가 있다. 또한, 상부 금형(41) 및 하부 금형(42)을 사용하여 제 1 유체 채널(21) 및 제 2 유체 채널(22)을 형성하는 것도 가능하다.
도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치(1)의 제조 방법에 대한 제 2 실시예의 공정을 도시하는 개략도이다. 본 실시예에서, 증발(진공) 처리되고 작동 유체(Fw)로 충진된 다음 밀봉된 중공 본체(2)는 스탬핑되며, 금형 삽입물은 생략된다. 상부 금형(41) 및 하부 금형(42)은 일정 온도로 예열됨으로써, 상부 금형(41)과 하부 금형(42)이 중공 본체(2)와 접촉시, 작동 유체(Fw)가 중공 본체(2)를 거쳐 상부 금형(41)과 하부 금형(42)에 의해 가열 및 증발 처리되도록 구성된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 중공 본체(2)가 상부 금형(41) 및 하부 금형(42)에 의해 압축되면, 작동 유체(Fw)의 증기는 내부로부터 중공 본체(2)를 지지하는 양호한 지지체로서 작용함으로써 중공 본체(2)가 금형들에 의해 성형될 수 있도록 구성된다. 본 실시예에서, 하부 금형(42)은 2개의 돌출부(43) 및 1개의 오목부(44)를 가지며, 2개의 돌출부(43)는 각각 오목부(44)의 양 대향 측면에 배치된다. 돌출부(43)는 제 1 유체 채널(21)을 형성하는 데 사용되고, 오목부(44)는 제 2 유체 채널(22)을 형성하는 데 사용된다.
실제로, 본 발명은 상기 실시예에서 언급한 바와 같이 세장식 박형 방열 장치뿐만 아니라 플레이트형 방열 장치에도 적용될 수 있다. 다음의 세가지 실시예들은 플레이트형 방열 장치를 제조하는데 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 개략적인 단면도이다. 먼저, 제 1 기판(51) 및 제 2 기판(52)이 제공된다. 제 1 기판(51)에는 스탬핑 공정에 의해 다수의 세장형 돌출부(511)가 형성된다. 각각의 세장형 돌출부(511)는 볼록부(512) 및 볼록부(512)의 상부에 리브(513)를 포함함으로써 계단 형상을 구현하도록 구성된다.
그런 다음, 제 1 기판(51)과 제 2 기판(52)을 함께 결합한다. 리브(513)는 제 2 기판(52)에 결합되도록 제공된다. 리브(513)가 제 2 기판(52)에 결합된 후, 상호 대향하는 제 1 기판(51)의 표면과 제 2 기판(52)의 표면 사이에 챔버(50)가 형성된다. 그런 다음, 챔버(50)를 작동 유체로 충진하고, 탈기시킨 다음 밀봉함으로써 밀폐식 캐비티(20)를 형성하며, 이에 따라 제조 공정이 완료된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 기판(52)에 결합된 리브(513)는 또한, 이격 배치된 다수의 열 전도 채널(53)을 형성하는 기능을 한다. 더욱 중요하게는, 리브(513)의 측면, 볼록부(512)의 외부 표면 및 제 2 기판(52)의 표면의 일부에 의해 제 1 유체 채널(21)을 형상하도록 구성된다.
본 발명에 따른 실시예는 플레이트형 방열 장치를 다음과 같은 공정, 즉 기판을 스탬핑하여 다수의 세장형 돌출부(511)를 형성하는 단계, 스탬핑된 기판을 평면 기판에 결합하여 챔버를 형성하는 단계, 챔버를 작동 유체로 충진하는 단계, 챔버를 탈기시키고 챔버를 밀봉하는 단계에 의해 제작할 수 있으므로 바람직하다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 개략적인 단면도이다. 제 4 실시예와 제 3 실시예의 차이점은 제 4 실시예의 경우, 스탬핑에 의해 제 1 기판(51)의 표면에 다수의 세장형 돌출부(511)가 형성되고, 제 2 기판(52)의 표면에는 스탬핑에 의해 다수의 스페이서 돌출부(521)가 형성된다는 점이다. 제 1 기판(51)과 제 2 기판(52)이 서로 결합되면, 다수의 스페이서 돌출부(521)는 각각 다수의 세장형 돌출부(511)에 결합된다. 즉, 제 4 실시예의 세장형 돌출부(511)는 제 3 실시예의 볼록부(512)와 동일하고, 제 4 실시예의 스페이서 돌출부(521)는 제 3 실시예의 리브(513)와 동일한 기능을 한다. 즉, 제 4 실시예의 경우, 제 3 실시예의 세장형 돌출부(511)가 2개의 분리된 영역으로 형성된다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따라 제조된 박형 방열 장치의 부분 단면 사시도이다. 제 5 실시예의 구조적 특징의 대부분은 제 5 실시예의 경우 식각 공정(etching)이 사용된다는 점을 제외하고는 제 3 실시예의 구조적 특징과 동일하다. 제 1 기판(51)에는 식각 공정에 의해 다수의 세장형 돌출부(511)가 형성된다. 본 발명의 제조 방법에서는 상기 실시예들에서 언급한 스탬핑 또는 에칭 방법뿐만 아니라 다른 가공 방법(예: 공작 기계를 사용한 밀링 및 방전 가공) 또는 기타 증착 방법(예: 3D 프린팅, PVD 또는 CVD)도 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 5 실시예의 박판형 방열 장치(1)에서, 밀폐식 챔버(20)는 4개의 열 전도 채널(53)을 포함하며, 각 열 전도 채널(53)은 도 2에 도시된 것과 유사한 형상의 단면을 갖는다. 밀폐식 챔버(20)는 양 단부에 제 1 합류부(24) 및 제 2 합류부(25)를 더 포함한다. 4개의 열전도 채널(53) 각각의 양단은 제 1 합류부(24) 및 제 2 합류부(25)와 각각 연통한다. 이에 의해, 4개의 열 전도 채널(53)을 흐르는 증기 또는 액체 작동 유체가 제 1 합류부(24) 또는 제 2 합류부(25)에서 수렴할 수 있어, 박형 방열 장치(1)에 의한 열 확산 효과를 구현할 수 있도록 구성된다.
도 8a, 8b 및 8c를 참조한다. 도 8a는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다. 도 8b는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다. 도 8c는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 단면도이다. 도면들에서 볼 수 있듯이, 도 8a, 8b 및 8c는 본 발명에 따른 박형 방열 장치의 세가지 실시예를 제공한다. 도 8a에 도시된 실시 예는 사다리꼴 단면을 갖고, 도 8b에 도시된 실시예는 좌측 및 우측 측면에 테이퍼진 팁을 구비한 단면을 가지며, 2개의 실시예의 제 1 유체 채널(21)은 2개의 측면 팁에 위치한다.
도 8c에 도시된 실시 예에서, 중공 본체(2)는 중공 본체의 2개의 측면 부근에 2개의 내측 오목부(24)를 갖는다. 각각의 내측 오목부(24)는 중공 본체의 내부쪽으로 리세스되며 제 1 유체 채널(21)을 형성하는데 사용된다. 보다 구체적으로, 내측 오목부(24)의 측면 에지(241)는 약 0.1mm의 폭(Wi)만큼 중공 본체(2)의 내측 에지(201)로부터 이격되고, 내측 오목부(24)의 상부 에지(242)는 약 0.1mm의 높이(hi)만큼 중공 본체 (2)의 내측 상부 에지(202)로부터 이격된다. 따라서, 제 1 유체 채널(21)은 L-자형으로 구성된다. 상기 실시예에서는 폭(Wx)이 0.1mm로 설정되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 폭(W1)의 경우 실제 요구 사항에 따라 수정 가능하다. 예컨대, 폭(W1)은 0.1mm보다 크거나 작을 수 있다. 도 8a, 8b 및 8c에 도시된 실시예들은 스탬핑 공정에 의해 용이하게 성형 및 제조할 수 있으므로 유리하다.
상기 개시된 실시예들은 예시적인 목적으로 설명되었으며 이에 의해 본 발명의 내용을 제한하도록 의도되지 않는다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되지 않으며, 다음에 기술되는 청구 범위에 의해 허용되는 모든 범위를 갖는 것으로 의도된다.
Claims (21)
- 박형 방열 장치에 있어서,
상기 장치는 중공 본체 및 작동 유체를 포함하며, 중공 본체의 내부에는 밀폐식 챔버가 제공되고 중공 본체의 밀폐식 챔버는 작동 유체로 충진되며,
밀폐식 챔버는 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함하고,
제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되며 서로 연통하고,
제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면(interface)은 약 0.1mm 이하의 높이를 가지며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 폭 방향으로 나란히 배치되도록 구성되는 박형 방열 장치. - 제1항에 있어서,
제 2 유체 채널은 0.1mm보다 큰 높이를 가지며, 제 1 유체 채널은 제 2 유체 채널 높이의 적어도 2배의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치. - 제1항에 있어서,
밀폐식 챔버의 단면은 T-자형이고, 제 2 유체 채널의 양 대향 측면 각각에 제 1 유체 채널이 제공되는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치. - 박형 방열 장치에 있어서,
상기 장치는 중공 본체 및 작동 유체를 포함하며, 중공 본체의 내부에는 밀폐식 챔버가 제공되고 중공 본체의 밀폐식 챔버는 작동 유체로 충진되며,
밀폐식 챔버는 다수의 열 전도 채널을 포함하고,
각각의 열 전도 채널은 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함하며,
제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되는 한편 서로 연통하고,
제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면은 약 0.1mm 이하의 높이를 가지며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 폭 방향으로 나란히 배치되도록 구성되는 박형 방열 장치. - 제4항에 있어서,
밀폐식 챔버는 제 1 합류부 및 제 2 합류부를 더 포함하고, 다수의 열 전도 채널 각각의 양 단부는 제 1 합류부 및 제 2 합류부와 각각 연통하는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치. - 제4항에 있어서,
제 2 유체 채널은 0.1mm보다 큰 높이를 가지며, 제 1 유체 채널은 제 2 유체 채널 높이의 적어도 2배의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치. - 제4항에 있어서,
밀폐식 챔버의 단면은 T-자형이고, 제 2 유체 채널의 양 대향 측면 각각에 제 1 유체 채널이 제공되는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치. - 박형 방열 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은:
(A) 중공 본체, 상부 금형 및 하부 금형을 제공하는 단계 - 이때 중공 본체는 일단부에 개구를 구비함 -;
(B) 상부 금형과 하부 금형 사이에 중공 본체를 배치하는 단계;
(C) 중공 본체를 상부 금형 및 하부 금형에 의해 압축하는 단계;
(D) 상부 금형과 하부 금형을 해제하는 단계; 및
(E) 중공 본체를 작동 유체로 충진하고, 중공 본체를 탈기시킨 다음 개구를 밀봉하여 밀폐식 챔버를 형성하는 단계;를 포함하고,
이때 밀폐식 챔버 내에 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널이 형성되고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되는 한편 서로 연통하며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면은 약 0.1mm 이하의 높이를 갖도록 구성되는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
단계 (A)에서, 금형 삽입물(mold insert)이 추가로 제공되며;
단계 (B)에서, 금형 삽입물이 개구로부터 중공 본체 내로 삽입되고;
단계 (D)에서, 금형 삽입물이 제거되며,
제 2 유체 채널은 금형 삽입물에 의해 형성된 영역인 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 폭 방향으로 나란히 배치되도록 구성되는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
제 2 유체 채널은 0.1mm보다 큰 높이를 가지며, 제 1 유체 채널은 제 2 유체 채널 높이의 적어도 2배의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 박형 방열 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은:
(A) 중공 본체, 상부 금형 및 하부 금형을 제공하는 단계 - 이때 중공 본체의 내부에는 작동 유체로 충진된 밀폐식 챔버가 제공됨 -;
(B) 상부 금형과 하부 금형 사이에 중공 본체를 배치하는 단계;
(C) 중공 본체를 상부 금형과 하부 금형에 의해 압축하는 단계;
(D) 상부 금형과 하부 금형을 해제하는 단계;를 포함하고,
이때 밀폐식 챔버 내에 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널이 형성되고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 길이 방향으로 연장되는 한편 서로 연통하며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면은 약 0.1mm 이하의 높이를 갖도록 구성되는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상부 금형 및 하부 금형 중 적어도 하나는 적어도 하나의 돌출부 및 적어도 하나의 오목부를 가지며, 적어도 하나의 돌출부는 제 1 유체 채널을 형성하도록 제공되고, 적어도 하나의 오목부는 제 2 유체 채널을 형성하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
단계 (A)에서, 상부 금형 및 하부 금형이 특정 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 중공 본체의 폭 방향으로 나란히 배치되도록 구성되는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
제 2 유체 채널은 0.1mm보다 큰 높이를 가지며, 제 1 유체 채널은 제 2 유체 채널 높이의 적어도 2배의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 박형 방열 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은:
(A) 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계 - 이때 제 1 기판 및 제 2 기판 중 적어도 하나의 표면에 다수의 세장형 돌출부가 제공됨 -;
(B) 제 1 기판과 제 2 기판을 결합하여 서로 대향하는 제 1 기판의 표면과 제 2 기판의 표면 사이에 챔버를 형성하는 단계; 및
(c) 챔버를 작동 유체로 충진하고, 챔버를 탈기시킨 다음 챔버를 밀봉하여 밀폐식 챔버를 형성하는 단계;를 포함하고,
이때 서로 대향하는 제 1 기판의 표면과 제 2 기판의 표면 및 다수의 세장형 돌출부에 의해 다수의 열 전도 채널을 형성하며, 각각의 열 전도 채널은 적어도 하나의 제 1 유체 채널 및 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함하고, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널은 서로 연통하며, 제 1 유체 채널과 제 2 유체 채널 사이의 계면은 약 0.1mm 이하의 높이를 갖도록 구성되는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
제 2 유체 채널은 0.1mm보다 큰 높이를 가지며, 제 1 유체 채널은 제 2 유체 채널 높이의 적어도 2배의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
다수의 세장형 돌출부는 스탬핑(stamping), 화학적 식각 또는 방전 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
각각의 세장형 돌출부는 볼록부 및 볼록부의 상부에 형성된 리브(rib)를 포함하며, 이때 리브는 제 2 기판에 결합되고 제 1 유체 채널은 제 2 기판과 볼록부의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
제 2 기판의 표면에는 다수의 스페이서 돌출부가 제공되고, 다수의 스페이서 돌출부는 다수의 세장형 돌출부에 결합되는 한편 챔버를 다수의 열 전도 채널로 분할하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 박형 방열 장치의 제조 방법.
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