KR20220139934A - Additive Manufacturing Heat Sink - Google Patents

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KR20220139934A
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chamber
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radiator
heat sink
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Inventor
제이슨 에이. 더피
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마그나 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

열 싱크는 열전도성 재료의 기부판 및 라디에이터를 포함하며, 라디에이터는 라디에이터 주위의 분위기로 열을 전달한다. 기부판은 집적 회로 또는 전력 전자 디바이스와 같은 열원과 열적 소통하도록 구성된다. 라디에이터는 기부판 상에 배치되고, 챔버를 둘러싸는, 적층 제조에 의해서 형성되는 용융된 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 액상에서 위크를 통해 다시 운반된다. 라디에이터는 또한 분위기로의 열 전달을 촉진하기 위해 커버로부터 연장하는 복수의 핀을 포함한다.The heat sink includes a radiator and a base plate of thermally conductive material, the radiator transferring heat to an atmosphere surrounding the radiator. The base plate is configured in thermal communication with a heat source, such as an integrated circuit or power electronic device. The radiator is disposed on the base plate and includes a skin of molten material formed by additive manufacturing that surrounds the chamber. An outer wick of porous material is disposed within the chamber, the outer wick coating the inner surface of the epidermis. A refrigerant is disposed within the chamber. The refrigerant changes between the liquid and vapor phases to transport heat from the base plate to the skin, and is carried back through the wick in the liquid phase by capillary action. The radiator also includes a plurality of fins extending from the cover to facilitate heat transfer to the atmosphere.

Figure P1020227030857
Figure P1020227030857

Description

적층 제조된 열 싱크Additive Manufacturing Heat Sink

관련 출원에 대한 교차 참조CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

본 PCT 국제 특허 출원은 발명의 명칭을 "적층 제조된 열 싱크(Additive Manufactured Heat Sink)"로 하여 2020년 2월 12일자로 출원되었으며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된 미국 가특허 출원 제62/975,549호의 이익을 주장한다.This PCT international patent application was filed on February 12, 2020 under the title "Additive Manufactured Heat Sink", and is a US Provisional Patent Application, the entire contents of which are incorporated herein by reference. Claims the interests of No. 62/975,549.

본 개시내용은 일반적으로 기부판으로부터 커버로 열을 운반하기 위한 열 싱크에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 적층 제조에 의해 생산된 열 싱크에 관한 것이다.The present disclosure relates generally to a heat sink for transferring heat from a base plate to a cover. More particularly, the present invention relates to heat sinks produced by additive manufacturing.

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.A heat sink is used to transport heat away from a heat source, such as an electronic device, to prevent the heat source and/or other components from being damaged by excessive temperatures. One type of heat sink known in the prior art is a heat pipe, which transfers heat from a heat source to a condenser using a refrigerant fluid that changes from liquid to gas in an evaporator, where the refrigerant fluid condenses back to a liquid. As the heat escapes Conventional heat pipes employ wicks to convey the condensed refrigerant from the condenser back to the evaporator.

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. 전형적으로, 소스 재료는 소스 재료가 용융되지 않는 영역으로부터 제거된다. 이로 인해, 부품들이 여러 가지 복잡한 형상으로 만들어질 수 있다.Additive manufacturing is used to manufacture a part in a series of steps, by progressively adding material to the part being manufactured. One type of conventional additive manufacturing uses a heat source, such as a laser, to melt a source material, such as a metal powder. Typically, the source material is removed from regions where the source material does not melt. Due to this, the parts can be made into several complex shapes.

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 용융된 재료의 표피부를 포함한다. 다공성 재료의 외부 위크가 챔버 내에 배치되고, 외부 위크는 표피부의 내부 표면을 코팅한다. 외부 위크는 기부판으로부터의 거리에 걸쳐 변화되는 물리적 성질을 갖는다.A heat sink is provided that includes a base plate of thermally conductive material defining a lower surface for conducting heat from a heat source. The heat sink also includes a radiator disposed on the base plate in a direction away from the lower surface. The radiator is formed by additive manufacturing and includes a skin of molten material surrounding a chamber. An outer wick of porous material is disposed within the chamber, the outer wick coating the inner surface of the epidermis. The outer wick has physical properties that change over distance from the base plate.

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. 다공성 재료의 외부 위크는 기부판으로부터의 거리의 함수로서 변화되는 물리적 성질을 규정한다.Also provided is a method of forming a heat sink. A method of forming a heat sink includes: selectively melting a source material to form a skin that defines a chamber of a radiator; forming the source material to form an outer wick of porous material within the chamber to coat the inner surface of the epidermis; and attaching a base plate of thermally conductive material to the radiator to enclose the chamber, wherein the base plate is configured in thermal communication with the heat source. The outer wick of the porous material defines a physical property that changes as a function of distance from the base plate.

본 발명의 설계의 추가적인 상세 내용, 특징 및 장점은 연관된 도면을 참조한 실시예의 하기 설명으로부터 초래된다.Additional details, features and advantages of the design of the present invention result from the following description of embodiments with reference to the associated drawings.

도 1은 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면 절개도이다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면 절개도이다.
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면 절개도이다.
도 4a는 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 측면 절개도이다.
도 4b는 도 4a의 일 부분의 확대도이다.
도 5a는 본 개시내용의 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 개시내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 평면도이다.
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 개시내용의 일부 실시예에 따른 열 싱크의 절개 사시도이다.
도 8은 본 개시내용의 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.1 is a side cutaway view of a heat sink in accordance with some embodiments of the present disclosure;
2 is a side cutaway view of a heat sink in accordance with some embodiments of the present disclosure.
3 is a side cutaway view of a heat sink in accordance with some embodiments of the present disclosure.
4A is a side cutaway view of a heat sink in accordance with some embodiments of the present disclosure.
4B is an enlarged view of a portion of FIG. 4A .
5A is a side view of a heat sink in accordance with some embodiments of the present disclosure.
5B is a cross-sectional view of the heat sink of FIG. 5A through section AA.
FIG. 5C is a cross-sectional view of the heat sink of FIG. 5A through section BB.
6A is a top view of a heat sink in accordance with some embodiments of the present disclosure.
6B is a cross-sectional view of the heat sink of FIG. 6A through section AA.
6C is a cross-sectional view of the heat sink of FIG. 6A through section BB.
7 is a cutaway perspective view of a heat sink in accordance with some embodiments of the present disclosure.
8 is a perspective view of a heat sink in accordance with some embodiments of the present disclosure.
9 is a flow chart listing the steps of a method of forming a heat sink.
10 is a flow chart listing the steps of a method of dissipating heat by a heat sink.

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 분위기, 예를 들어 공기 또는 액체로 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 분위기로 열을 전달할 수 있다. 라디에이터(26)는 적층 제조에 의해 형성된 용융된 재료의 표피부(32)를 포함하고, 표피부(32)는 챔버(36)를 둘러싼다. 예를 들어, 표피부(32)는 레이저와 같은 집중식 열원을 이용하여 성긴 분말(loose powder)과 같은 소스 재료를 선택적으로 용융시킴으로써 형성될 수 있다.Repeated features are denoted by like reference numerals in the figures in which exemplary embodiments of heat sinks 20 , 120 , 220 are disclosed. 1 shows a first exemplary heat sink 20 comprising a base plate 22 of thermally conductive material for conducting heat from a heat source. The base plate 22 is formed as a flat plate extending between the lower surface 24 and the upper surface 25 . The lower surface 24 of the base plate 22 is configured to be in thermal communication with a heat source, such as an integrated circuit or power electronic device. The heat sinks 20 , 120 , 220 are also directed away from the lower surface 24 to transfer heat to the atmosphere surrounding the radiator 26 , eg, air or liquid, on the upper surface of the base plate 22 . and a radiator 26 disposed on (25). Radiator 26 may transfer heat to the atmosphere by any means such as radiation, conduction and/or convection. The radiator 26 includes a skin 32 of molten material formed by additive manufacturing, the skin 32 surrounding the chamber 36 . For example, the skin 32 may be formed by selectively melting a source material, such as loose powder, using a focused heat source, such as a laser.

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 기체가 유동에 대한 제약이 비교적 낮은 상태로 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.The heat sinks 20 , 120 , 220 also include an outer wick 38 of porous material disposed within the chamber 36 and coating the inner surface 34 of the skin 32 . The outer wick 38 is permeable to liquid so that liquid and/or gas can flow through the outer wick with relatively low restrictions on flow. As shown in some embodiments and FIGS. 1-2 , the outer wick 38 comprises a permeable fill comprising coarse granules 40 disposed within the chamber 36 . The permeable fill may completely fill the chamber 36, as shown in FIGS. 1-2. Alternatively, the permeable fill may only partially fill the chamber 36 . Coarse granules 40 form voids 42 therebetween. The permeable filler may be, for example, a loose powder or a porous solid. In some embodiments, the permeable filler comprises a source material in an unmelted state. For example, the outermost region of the source material may melt to form the skin 32 , and the source material positioned therein may remain in an unmelted or semi-molten state to form a permeable fill.

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, 격자 또는 발포체 또는 조밀화된 고체 과립(compacted solid of granules)과 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.In some embodiments, the permeable filler may consist entirely of the source material. In other embodiments, the permeable fill may include a source material having one or more other components, which may be added after the skin 32 has been formed by an additive manufacturing process. In other embodiments, the permeable filler may not include any of the source material. For example, the permeable filler may consist entirely of material added after the skin 32 has been formed by an additive manufacturing process. The permeable packing is permeable to the flow of liquid, so that a liquid or gas can pass through the permeable packing. The permeable filler may include other structural components such as, for example, lattices or foams or compacted solid of granules with voids 42 therebetween. For example, the permeable filler may comprise a combination of coarse granules and other liquid-permeable materials such as lattices or foams or densified solids. The permeable fill preferably functions as a porous wick, facilitating capillary action to transport liquid through the permeable fill. In some embodiments, the permeable filler provides structural rigidity to the heat sinks 20 , 120 , 220 that can counteract air pressure against the base plate 22 , cover 30 , and/or skin 32 . . This may be particularly useful in embodiments where chamber 36 is under vacuum.

일부 실시예에서 그리고 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, 표피부(32)의 전부 또는 일부가 커버(30)를 형성한다. 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 중공일 수 있어서, 그 내부에 챔버(36)를 형성한다. 일부 실시예에서, 기초부(28)는 부분적으로 또는 완전히 재료로 충전될 수 있다.In some embodiments and as shown in FIGS. 1-2 , the radiator 26 includes a base portion 28 extending between a base plate 22 and a cover 30 spaced from the base plate 22 . do. One or both of the base plate 22 and/or the cover 30 may be manufactured by melting the source material by additive manufacturing. Alternatively or additionally, base plate 22 and/or cover 30 may be manufactured independently and/or by other processes such as stamping, casting, machining, and the like. In some embodiments, all or a portion of the epidermis 32 forms the cover 30 . In some embodiments, cover 30 is generally flat, parallel and spaced apart from base plate 22 . However, the cover 30 may have a different shape or orientation depending on packaging requirements and/or heat dissipation requirements. The base 28 may be hollow, forming a chamber 36 therein. In some embodiments, the base 28 may be partially or completely filled with a material.

일부 실시예에서 그리고 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.In some embodiments and as shown in FIGS. 1-2 , a refrigerant 50 is disposed within the chamber 36 . The refrigerant 50 may freely flow through the outer wick 38 . The outer wick 38 can retain the refrigerant 50 near the skin 32, thereby improving the ability of the heat sinks 20, 120, 220 to dissipate heat. Refrigerant 50 may boil or change between liquid phase 52 and vapor phase 54 to transfer heat from base plate 22 to cover 30 . For example, the refrigerant 50 may boil from the first region 56 adjacent the base plate 22 and move in the vapor phase 54 to the second region 58 adjacent the cover 30 . In the second region 58 , the refrigerant 50 may condense back into the liquid phase 52 . The refrigerant 50 in the liquid phase 52 may be transported through the voids 42 within the coarse granules 40 , and may be transported back to the first region 56 adjacent the base plate 22 by capillary action. have.

일부 실시예에서 그리고 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.In some embodiments and as shown in FIGS. 1-2 , the radiator 26 includes a plurality of fins 60 extending away from the base plate 22 . More specifically, the cover 30 may extend in a generally flat plane with a plurality of fins 60 extending generally transverse to the generally flat plane. The cover 30 may define one or more curved surfaces that may or may not include fins 60 extending therefrom. The pins 60 may be formed as posts or posts. Alternatively or additionally, the fins 60 may be formed as ribs that extend a substantial length along the cover 30 . The fins 60 serve to increase the surface area of the skin 32 to facilitate heat transfer to a fluid, such as a gas or liquid, in contact with the outer surface of the skin 32 opposite the chamber 36 . can do.

일부 실시예에서 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 핀(60)은 중실이다. 일부 다른 실시예에서 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 위크(38)는 핀(60)들 내부로 연장한다. 일부 실시예에서 그리고 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.In some embodiments and as shown in FIG. 1 , the pin 60 is solid. In some other embodiments and as shown in FIG. 2 , an outer wick 38 extends into the pins 60 . In some embodiments and as shown in FIG. 2 , the fins 60 are filled with a permeable material that can be in fluid communication with the permeable material in the base 28 , for example. In this way, the refrigerant 50 , the vapor phase 54 , may travel into the fins 60 to reach the second region 58 , which is sufficiently cold to cause the vapor 54 to condense back into the liquid phase 52 .

도 3 내지 4, 도 5a 내지 5c, 도 6a 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.3 to 4 , 5A to 5C , 6A 6C and 7 show a second exemplary heat sink 120 . The second exemplary heat sink 120 is similar to the first exemplary heat sink 20 and has some additional design features. In some embodiments, radiator 26 is formed as a monolithic piece by additive manufacturing. Similar to the first exemplary heat sink 20 , the second exemplary heat sink 120 has an outer wick 38 of a porous material disposed within the chamber and coating the inner surface 34 of the skin 32 . include In some embodiments, outer wick 38 comprises molten or partially molten material by additive manufacturing.

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)로 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.The second exemplary heat sink 120 shown in FIGS. 3-7 includes a plurality of fins 60 extending away from the base plate 22 . In some embodiments, at least one of the pins 60 includes a body 62 shaped as a rod or cone extending to a closed top 64 away from the base plate 22 . For example, the body 62 of one of the pins 60 may be molded into a cylinder extending the entire length between the cover 30 and the closed top 64 . In another example, the body 62 of one of the pins 60 may taper from a first cross-sectional area at the cover 30 to a second, smaller cross-sectional area at the closed top 64 .

일부 실시예에서 그리고 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 그리고 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 그리고 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.In some embodiments and as shown in FIGS. 3-4 , heat sinks 20 , 120 , 220 are disposed within chamber 36 and are made of a porous material coating top surface 25 of base plate 22 . an inner wick 66 . In some embodiments, the inner wick 66 may be integrally formed with the base plate 22 as a monolithic piece, for example. Alternatively, the inner wick 66 may be formed separately from the base plate 22 . In some embodiments and as shown in FIGS. 3-4 , heat sinks 20 , 120 , 220 are disposed between the outer wick 38 and the inner wick 66 to transport liquid between the outer and inner wicks. and an intermediate wick 68 of porous material disposed within the chamber 36 . 3 to 4 , the radiator 26 defines a cavity 70 extending into the fins 60 between the inner wicks 66 adjacent the base plate 22 . The cavity 70 may extend upwardly into the closed top 64 of the pin 60 . Vapor phase 54 of refrigerant 50 may travel from inner wick 66 into fin 60 through cavity 70 , where it condenses into liquid phase 52 . The liquid phase 52 of the refrigerant may condense in the outer wick 38 and return to the inner wick 66 through the intermediate wick 68 by gravity and/or capillary action.

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(melting power) 및/또는 속력이 불투과성인 표피부(32)를 생성하는 데 이용될 수 있고, 더 낮은 제2 용융력 및/또는 더 높은 속력이 액체 유동에 투과성인 위크(38, 66, 68) 중 임의의 하나 또는 모두를 생성하는 데 이용될 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.Any or all of the wicks 38 , 66 , 68 may be formed by additive manufacturing (AM). In some embodiments, each of the wicks 38 , 66 , 68 may be formed with the skin 32 from a shared source material. For example, a first melting power and/or speed may be used to create an impermeable skin 32, and a lower second melting power and/or higher speed may be applied to the liquid flow. It can be used to create any one or both of the wicks 38 , 66 , 68 that are permeable. In some embodiments, the path used for the AM process between adjacent layers may be rotated to form an open grid-like structure within one or more of the wicks 38 , 66 , 68 .

일부 실시예에서 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 기부판(22)은 금속과 같은 재료의 고체 단편을 포함할 수 있다. 대안적으로, 기부판은 Henkel의 ThermalClad와 같은 절연 금속 기판(IMS) 인쇄 회로 보드를 포함할 수도 있다.In some embodiments and as shown in FIG. 3 , the base plate 22 may include a solid piece of material, such as a metal. Alternatively, the base plate may comprise an insulated metal substrate (IMS) printed circuit board, such as ThermalClad from Henkel.

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 있다. 기부판(22)은 챔버(36)를 밀폐식으로 밀봉하기 위해 라디에이터(26)에 용접될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기부판(22)은 접착제의 사용 및/또는 하나 이상의 체결구의 사용과 같은 다른 수단에 의해 라디에이터(26)에 부착될 수 있다.In some embodiments, the base plate 22 may be attached to the radiator 26 after the radiator 26 is formed. In some embodiments, the unmelted source material may be removed from the radiator 26 prior to attaching the base plate 22 to the radiator 26 , thereby forming a cavity 70 within the radiator 26 . . Base plate 22 may be welded to radiator 26 to hermetically seal chamber 36 . Alternatively or additionally, the base plate 22 may be attached to the radiator 26 by other means, such as the use of adhesives and/or the use of one or more fasteners.

도 4a 및 도 4b는 기부판(22)으로부터의 거리에 걸쳐 변경되는 하나 이상의 물리적 성질을 갖는 외부 위크(38)를 갖는 열 싱크(120)의 측면 절개도를 도시한다. 일부 실시예에서, 그리고 도 4a에 도시된 바와 같이, 열 싱크(120)는 부분적으로 용융된 상태 및/또는 용융되지 않은 상태의 소스 재료(33)로 부분적으로 또는 완전히 충전될 수 있다. 이러한 비용융 소스 재료는 "그린" 분말이라 칭할 수도 있다. 비용융 소스 재료(33)는 기부판(22)으로부터 표피부(32)로의 열 전달을 더 향상시킬 수 있다.4A and 4B show side cutaway views of a heat sink 120 having an outer wick 38 having one or more physical properties that change over distance from the base plate 22 . In some embodiments, and as shown in FIG. 4A , heat sink 120 may be partially or completely filled with source material 33 in a partially molten state and/or an unmelted state. This unmelted source material may also be referred to as a “green” powder. The unmelted source material 33 may further enhance heat transfer from the base plate 22 to the skin 32 .

도 4b는 도 4a의 일부의 확대 단면도이다. 일부 실시예에서, 물리적 성질 중 하나 이상은 별개의 단계로 변할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 물리적 성질 중 하나 이상은 기부판(22)으로부터의 거리에 걸쳐 연속적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 외부 위크(38)의 두께(t)는 별개의 단계에서 선형적으로, 지수적으로, 또는 거리의 어떤 다른 함수로 변화될 수 있다. 일부 실시예에서, 그리고 도 4b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 물리적 성질은 거리에 걸쳐 변경되는 다공도(p)를 포함한다. 구체적으로, 도 4b는 제1 영역 내의 제1 다공도(p1), 제1 영역과 기부판(22) 사이에 위치된 제2 영역 내의 제2 다공도(p2), 및 제2 영역과 기부판(22) 사이에 위치된 제3 영역 내의 제3 다공도(p2)를 갖는 실시예를 도시한다.4B is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 4A . In some embodiments, one or more of the physical properties may change in discrete steps. Alternatively or additionally, one or more of the physical properties may vary continuously over a distance from the base plate 22 . For example, the thickness t of the outer wick 38 may be varied in separate steps linearly, exponentially, or as some other function of distance. In some embodiments, and as shown in FIG. 4B , one or more physical properties include a porosity (p) that changes over distance. Specifically, FIG. 4B shows a first porosity p 1 in the first region, a second porosity p 2 in a second region positioned between the first region and the base plate 22 , and the second region and the base plate 22 . An embodiment with a third porosity p 2 in a third region located between (22) is shown.

일부 실시예에서, 또한 도 4b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 물리적 성질은 거리에 걸쳐 변경되는 두께(t)를 포함한다. 예를 들어, 외부 위크(38)는 기부판(22)으로부터 이격된 제1 위치에서의 제1 두께(t1)와 제1 위치와 기부판(22) 사이에 있는 제2 위치에서의 제2 두께(t2) 사이에서 그리고 제2 위치와 기부판(22) 사이에 있는 제3 위치에서의 제3 두께(t3) 사이에서 변경될 수 있다. 즉, 외부 위크(38)의 두께(t)는 기부판(22)에 더 근접한 더 큰 수치와 열원(10)으로부터 더 멀리 떨어진 더 작은 수치 사이에서 변화될 수 있다.In some embodiments, as also shown in FIG. 4B , the one or more physical properties include a thickness t that changes over distance. For example, the outer wick 38 may have a first thickness t 1 at a first location spaced apart from the base plate 22 and a second at a second location between the first location and the base plate 22 . It can vary between the thickness t 2 and between the third thickness t 3 at the second position and the third position between the base plate 22 and the base plate 22 . That is, the thickness t of the outer wick 38 can be varied between a larger value closer to the base plate 22 and a smaller value further away from the heat source 10 .

외부 위크(38)의 하나 이상의 가변 물리적 성질은 외부 위크(38)를 포함하는 재료의 결정립의 조성, 크기 및/또는 형상, 또는 외부 위크(38)를 포함하는 구조체 내의 셀 같은 구조적 특징부의 크기 및/또는 형상, 또는 외부 위크(38)의 임의의 다른 물리적 성질과 같은 다른 성질을 포함할 수 있다.The one or more variable physical properties of the outer wick 38 may be determined by the composition, size and/or shape of the grains of the material comprising the outer wick 38 , or the size of structural features such as cells within the structure comprising the outer wick 38 and /or other properties such as shape, or any other physical properties of the outer wick 38 .

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 100 mm x 100 mm의 정사각형 풋프린트를 갖는다. 기부판(22)은 적용 요건에 따라 결정될 수 있는 다른 형상을 가질 수 있다. 기부판(22)은 100 mm x 100 mm보다 작거나 클 수도 있다. 일부 실시예에서, 각각의 핀(60)은 15 mm의 직경을 갖는 원형 단면을 가질 수 있다. 그러나, 핀(60)은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있는 다양한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 즉, 하나의 열 싱크(20, 120, 220) 상의 상이한 핀(60)들이 상이한 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 열 싱크(20, 120, 220)는 75 mm의 전체 높이를 가질 수 있지만, 열 싱크(20, 120, 220)는 높이가 75 mm보다 작거나 클 수 있다. 기초부(28)는 기부판(22)의 하부면(24)과 커버(30) 사이에 25 mm의 높이를 가질 수도 있다. 그러나, 기초부(28)는 25 mm보다 작거나 큰 높이를 가질 수도 있다.5A-5C , 6A-6C and 7 show various views of the second exemplary heat sink 120 . In some embodiments, the base plate 22 has a square footprint of 100 mm x 100 mm. The base plate 22 may have other shapes which may be determined according to application requirements. The base plate 22 may be smaller or larger than 100 mm x 100 mm. In some embodiments, each pin 60 may have a circular cross-section with a diameter of 15 mm. However, the pins 60 may have a variety of shapes and/or sizes, which may be regular or irregular. That is, different fins 60 on one heat sink 20 , 120 , 220 may have different shapes or sizes. Heat sinks 20 , 120 , 220 may have an overall height of 75 mm, while heat sinks 20 , 120 , 220 may have a height less than or greater than 75 mm. The base portion 28 may have a height of 25 mm between the lower surface 24 of the base plate 22 and the cover 30 . However, the base 28 may have a height less than or greater than 25 mm.

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.8 shows a third exemplary heat sink 220 similar to the second exemplary heat sink 120 . A third exemplary heat sink 220 includes 64 fins 60 arranged in an 8x8 pattern. Each fin 60 of the third exemplary heat sink 220 has a conical shape, and the body 62 has a second, smaller, second cross-sectional area at the closed top 64 from a first cross-sectional area at the base 28 . The cross-sectional area is tapered.

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.As illustrated in the flowchart of FIG. 9 , a method 100 of forming a heat sink 20 , 120 , 220 is also provided. Method 100 includes selectively melting 102 a source material to form a skin 32 defining a chamber 36 of a radiator 26 . In some embodiments, the source material may be selectively melted using a laser.

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 세기보다 낮은 세기를 갖는 에너지원을 사용하여 수행된다.The method 100 also includes forming 104 the source material to coat the inner surface 34 of the skin 32 by forming an outer wick 38 of the porous material within the chamber. Forming the outer wick 38 may include melting the source material, which may be performed as part of the same additive manufacturing process used to form the skin 32 . In some embodiments, this step 104 of melting the source material to form the outer wick 38 is an energy source having an intensity lower than that used to selectively melt the source material to form the skin 32 . is performed using

일부 실시예에서, 다공성 재료의 외부 위크(38)를 형성하도록 소스 재료를 형성하는 단계(104)는 다공성 재료의 외부 위크(38)의 하나 이상의 물리적 성질을 변화시키는 단계를 포함한다. 이 단계(104)에서 하나 이상의 물리적 성질을 변경하는 것은 예를 들어, 상이한 에너지 레벨 및/또는 상이한 패턴을 사용하여, 외부 위크(38)를 형성하도록 소스 재료를 형성하는 공정을 변경하는 것 등을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 물리적 성질을 변경시키는 것은 소스 재료를 변경시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 조성 및/또는 결정립 크기와 같은 상이한 물리적 성질을 갖는 소스 재료가 상이한 레벨의 외부 위크(38)를 형성하는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 물리적 성질은 기부판(22)을 수용하는 외부 위크(38)의 표면과 같은, 주어진 위치로부터의 거리의 함수로서 변경될 수 있다. 하나 이상의 물리적 성질은 예를 들어 외부 위크(38)의 두께 및/또는 다공도를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 물리적 성질은 다공성 재료의 결정립 크기 및/또는 다공성 재료의 셀 크기 또는 형상과 같은 다른 물리적 성질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 물리적 성질이 2개 이상의 별개의 단계로 변경될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 물리적 성질은 거리의 함수로서 연속적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 두께는 일정한 비율로 또는 거리에 걸쳐 제1 두께와 상이한 제2 두께 사이의 변화 비율로 변경될 수도 있다.In some embodiments, forming 104 the source material to form the outer wick 38 of the porous material includes changing one or more physical properties of the outer wick 38 of the porous material. Altering one or more physical properties in this step 104 may include, for example, changing the process of forming the source material to form the outer wick 38, using different energy levels and/or different patterns, etc. may include Alternatively or additionally, altering one or more physical properties may include altering the source material. For example, source materials having different physical properties, such as different compositions and/or grain sizes, may be used to form different levels of outer wick 38 . One or more physical properties may change as a function of distance from a given location, such as the surface of the outer wick 38 receiving the base plate 22 . The one or more physical properties may include, for example, the thickness and/or porosity of the outer wick 38 . Alternatively or additionally, the one or more physical properties may include other physical properties, such as the grain size of the porous material and/or the cell size or shape of the porous material. In some embodiments, one or more physical properties may be altered in two or more distinct steps. Alternatively or additionally, one or more physical properties may change continuously as a function of distance. For example, the thickness may change at a constant rate or at a rate of change between a first thickness and a different second thickness over a distance.

방법(100)은 또한 챔버(36)를 둘러싸도록 라디에이터(26)에 열전도성 재료의 기부판(22)을 부착하는 단계(106)를 포함하고, 기부판(22)은 열원(10)과 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 접착제의 사용 및/또는 하나 이상의 체결구의 사용과 같은 다른 수단에 의해 라디에이터(26)에 부착될 수 있다.The method 100 also includes a step 106 of attaching a base plate 22 of thermally conductive material to a radiator 26 to surround the chamber 36 , the base plate 22 being thermally coupled to the heat source 10 . designed to communicate. Attaching the base plate 22 may include forming a hermetic seal surrounding the chamber 36 . The base plate 22 may be welded to the radiator 26 . Alternatively or additionally, the base plate 22 may be attached to the radiator 26 by other means, such as the use of adhesives and/or the use of one or more fasteners.

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 "그린" 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 하거나 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.Method 100 also includes removing 108 excess source material from chamber 36 to form cavity 70 . The excess source material may be, for example, a “green” powder that has not been solidified by an additive manufacturing process. In some embodiments, excess source material may be removed from chamber 36 prior to attaching base plate 22 . For example, excess source material may be removed from the bottom surface of the radiator 26 , and the base plate 22 subsequently covers the bottom surface to enclose the chamber 36 . In another embodiment, excess source material may be removed from the aperture through the skin 32 of the radiator 26 . For example, a hole may be drilled through the skin 32 to drain excess source material from the chamber 36 of the radiator 26 . These holes may be capped or filled after excess material has been removed. The source material from the additive manufacturing process may be removed from the chamber 36 , for example, by suction or by shaking the source material from one or more apertures in the base plate 22 and/or skin 32 . Additional material may be added into chamber 36 to contain the permeable fill. The amount and/or composition of the permeable charge in the chamber 36 may be selected to optimize the wicking action of the refrigerant 50 . Alternatively or additionally, the amount and/or composition of the permeable fill in the chamber 36 can be adjusted to provide structural rigidity to the heat sinks 20 , 120 , 220 , particularly when the chamber 36 includes a vacuum. may be selected to offset

일부 실시예에서, 열 싱크(20, 120, 220)를 형성하는 방법(100)은 챔버(36)로부터 공기를 배기하는 단계(110)를 더 포함할 수 있다. 이러한 단계는, 예를 들어 챔버(36)가 진공 내에서 형성되어, 처음부터 공기를 거의 또는 전혀 포함하지 않는 경우에는 불필요할 수 있다.In some embodiments, the method 100 of forming the heat sinks 20 , 120 , 220 may further include evacuating air 110 from the chamber 36 . This step may be unnecessary, for example, if chamber 36 is formed in a vacuum and initially contains little or no air.

일부 실시예에서, 열 싱크(20, 120, 220)를 형성하는 방법(100)은 챔버(36) 내로 냉매(50)를 추가하는 단계(112); 및 챔버(36) 내로 냉매(50)를 추가한 후에 챔버(36)를 밀봉하는 단계(114)를 더 포함할 수 있다. 챔버(36)를 밀봉하는 단계는 기부판(22)을 라디에이터(26)에 부착함으로써 및/또는 챔버(36) 안으로의 통로를 덮기 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.In some embodiments, method 100 of forming heat sinks 20 , 120 , 220 includes adding 112 refrigerant 50 into chamber 36 ; and sealing (114) the chamber (36) after adding the refrigerant (50) into the chamber (36). Sealing the chamber 36 may be performed by attaching the base plate 22 to the radiator 26 and/or securing a cap or plug to cover the passageway into the chamber 36 , wherein the passageway is the chamber 36 . Used in a previous stage to add refrigerant 50 into 36 and/or to evacuate air from chamber 36 . Such passages may be formed as part of an additive manufacturing process. Alternatively, the passageway may be formed after the chamber 36 is formed, for example by drilling or drilling. Alternatively, the passage may be integrally formed in the base plate 22 before the skin 32 is formed.

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 더 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 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the method 100 of forming the heat sink 20 further comprises forming 116 an inner wick 66 of a porous material coating the top surface 25 of the base plate 22 . can do. In some embodiments, the method 100 of forming the heat sink 20 is disposed within the chamber 36 between the outer wick 38 and the inner wick 66 to transport liquid between the outer wick and the inner wick. Forming (118) an intermediate wick (68) of porous material may further be included.

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.Also provided is a method 200 for dissipating heat by a heat sink 20 , 120 , 220 , as illustrated in the flowchart of FIG. 10 . A method 200 of dissipating heat by a heat sink 20 comprises evaporating 202 a refrigerant 50 from a first region 56 adjacent a base plate 22 to a gaseous state, also referred to as vapor phase 54 . ) is included. Method 200 of dissipating heat by heat sinks 20, 120, 220 also transfers refrigerant 50 from vapor phase to liquid phase in a second region 58 adjacent to skin 32 of radiator 26. condensing (204) to a liquid state, also referred to as 52).

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.Method 200 of dissipating heat by heat sinks 20 , 120 , 220 includes transporting 206 a refrigerant 50 in a liquid phase 52 from a second region 58 to a first region 56 . proceeds with In some embodiments, the step 206 of conveying the refrigerant 50 in the liquid phase 52 is performed, at least in part, by capillary action through one or more wicks 38 , 66 , 68 . Alternatively or additionally, the step 206 of conveying the refrigerant 50 in the liquid phase 52 may be performed, at least in part, by gravity. In this case, the heat sinks 20 , 120 , 220 may have a preferred orientation that is most effective in removing heat from the base plate 22 .

실시예들의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 포괄적이거나 본 개시내용을 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 많은 방식으로 변화될 수 있다. 이러한 변화는 본 발명으로부터의 이탈로서 간주되지 않아야 하고, 이러한 모든 변형은 본 개시내용의 범주 내에 포함되도록 의도된다.The above description of embodiments has been presented for purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to limit the disclosure. Individual elements or features of a particular embodiment are generally not limited to that particular embodiment, but where applicable, even not specifically shown or described, are interchangeable and may be used within the selected embodiment. The same thing can also be varied in many ways. Such changes should not be regarded as a departure from the present invention, and all such modifications are intended to be included within the scope of the present disclosure.

Claims (15)

열 싱크이며,
열원으로부터 열을 전도하기 위한 하부면을 형성하는 열전도성 재료의 기부판;
하부면으로부터 멀어지는 방향으로 기부판 상에 배치되는 라디에이터로서, 라디에이터는 적층 제조에 의해서 형성되고 챔버를 둘러싸는 용융된 재료의 표피부를 포함하는 라디에이터; 및
챔버 내에 배치되고 표피부의 내부 표면을 코팅하는 다공성 재료의 외부 위크로서, 외부 위크는 기부판으로부터의 거리에 걸쳐 변경되는 물리적 성질을 갖는, 외부 위크를 포함하는, 열 싱크.is a heat sink,
a base plate of thermally conductive material defining a lower surface for conducting heat from the heat source;
A radiator disposed on the base plate in a direction away from the lower surface, the radiator comprising: a radiator formed by additive manufacturing and comprising a skin of molten material surrounding a chamber; and
A heat sink comprising: an outer wick of a porous material disposed within the chamber and coating an inner surface of the epidermis, the outer wick having a physical property that changes over a distance from the base plate. 제1항에 있어서,
외부 위크는 적층 제조에 의해 용융된 또는 부분적으로 용융된 재료를 포함하는, 열 싱크.The method of claim 1,
wherein the outer wick comprises molten or partially molten material by additive manufacturing. 제1항에 있어서,
챔버 내에 배치되고 외부 위크를 통해 유동 가능한 냉매를 더 포함하는, 열 싱크.According to claim 1,
A heat sink disposed within the chamber and further comprising a refrigerant flowable through the external wick. 제3항에 있어서,
냉매는 기부판으로부터 라디에이터의 표피부로 열을 운반하기 위해 액상과 증기상 사이에서 변화 가능한, 열 싱크.4. The method of claim 3,
The refrigerant is a heat sink, changeable between liquid and vapor phases to transport heat from the base plate to the surface of the radiator. 제1항에 있어서,
라디에이터는 기부판으로부터 멀어지는 방향으로 연장하는 복수의 핀들을 포함하는, 열 싱크.According to claim 1,
wherein the radiator includes a plurality of fins extending in a direction away from the base plate. 제1항에 있어서,
복수의 핀 중 적어도 하나는 기부판으로부터 멀어지는 방향으로 폐쇄 상부까지 연장되는 로드 또는 원추로서 성형된 본체를 포함하는, 열 싱크.According to claim 1,
wherein at least one of the plurality of fins comprises a body shaped as a rod or cone extending to a closed top in a direction away from the base plate. 제1항에 있어서,
챔버 내에 배치되고 기부판의 상부면을 코팅하는 다공성 재료의 내부 위크를 더 포함하는, 열 싱크.According to claim 1,
and an inner wick of porous material disposed within the chamber and coating an upper surface of the base plate. 제7항에 있어서,
외부 위크와 내부 위크 사이에서 액체를 운반하기 위해 외부 위크와 내부 위크 사이에서 챔버 내에 배치되는 다공성 재료의 중간 위크를 더 포함하는, 열 싱크.8. The method of claim 7,
and an intermediate wick of porous material disposed within the chamber between the outer wick and the inner wick for carrying liquid between the outer wick and the inner wick. 제1항에 있어서,
외부 위크의 물리적 성질은 두께인, 열 싱크.According to claim 1,
The physical property of the outer wick is its thickness, the heat sink. 제1항에 있어서,
외부 위크의 물리적 성질은 다공도인, 열 싱크.According to claim 1,
The physical property of the outer wick is porosity, heat sink. 제1항에 있어서,
물리적 성질은 기부판으로부터의 거리에 걸쳐 연속적으로 변경되는, 열 싱크.According to claim 1,
A heat sink whose physical properties change continuously over distance from the base plate. 제1항에 있어서,
물리적 성질은 기부판으로부터의 거리에 걸쳐 복수의 별개의 단계로 변경되는, 열 싱크.According to claim 1,
and the physical properties change in a plurality of discrete steps over a distance from the base plate. 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 둘러싸도록 라디에이터에 열-전도성 재료의 기부판을 부착하는 단계를 포함하고, 기부판은 열원과 열적 소통하도록 구성되고,
다공성 재료의 외부 위크는 기부판으로부터의 거리의 함수로서 변경되는 물리적 성질을 형성하는, 방법.A method of forming a heat sink,
selectively melting the source material to form a skin forming a chamber of the radiator;
forming the source material to form an outer wick of porous material within the chamber to coat the inner surface of the epidermis; and
attaching a base plate of thermally-conductive material to the radiator to surround the chamber, wherein the base plate is configured in thermal communication with the heat source;
wherein the outer wick of the porous material forms a physical property that changes as a function of distance from the base plate. 제13항에 있어서,
공동을 형성하기 위해 챔버로부터 과잉의 소스 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.14. The method of claim 13,
and removing excess source material from the chamber to form the cavity. 제13항에 있어서,
챔버 내에 냉매를 추가하는 단계; 및
챔버 내로 냉매를 추가한 후에 챔버를 밀봉하는 단계를 더 포함하는, 방법.14. The method of claim 13,
adding refrigerant into the chamber; and
and sealing the chamber after adding refrigerant into the chamber.
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