KR20240004111A

KR20240004111A - 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버

Info

Publication number: KR20240004111A
Application number: KR1020230085032A
Authority: KR
Inventors: 주세현; 주학식
Original assignee: 주세현; 주학식
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2023-06-30
Publication date: 2024-01-11
Also published as: WO2024010314A1; KR20240004112A

Abstract

본 발명은 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버를 개시한다.
본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버는, 내부에 진공압이 작용하는 수용공간을 형성하는 것으로 상커버와 하커버를 접합하여 된 금속재로된 챔버 하우징; 상기 챔버 하우징의 내부에 서로 다른 두께를 갖는 복수의 그라파이트 시트를 적층하여 된 것으로, 상기 챔버 하우징 내에 작용하는 진공압에 의해 상,하 서로 밀접하게 부착 상태를 유지하는 그라파이트 유닛;으로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 금속재로 된 챔버 하우징을 통해 전달된 열은 그 내부에 구비되어 진공압에 의해 서로 밀접하게 부착된 상태를 유지하는 복수의 그라파이트 시트로 이루어진 그라파이트 유닛을 통해 우수한 열확산 성능을 보장할 수 있음에 따라 전자기기의 열분산 및 방열에 대한 향상된 성능을 보장할 수 있는 효과가 기대된다.

Description

다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버{Vacuum chamber with vacuum-attached multi-layer graphite laminate}

본 발명은 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전도율이 우수한 복수의 그라파이트 시트를 다층으로 적층하고, 이를 진공의 수용공간을 형성한 챔버 하우징 내부에 구성시킴으로써 진공압에 의해 각 그라파이트 시트가 서로 밀착 상태를 유지하는 것에 의해 발열원으로부터 빠르게 열확산을 도모하여 우수한 냉각 성능을 보장할 수 있는 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에 관한 것이다.

최근 들어 고성능의 휴대용 무선정보 단말기를 비롯하여 유무선 통신망과 연계 운영되는 가전제품 등 각종 첨단 전자기기의 보급이 급속하게 늘어남에 따라 이들 기기들에 사용되는 전자소자의 고집적화 및 주파수의 광대역화 추세로 인하여 전자파의 발생원, 기기의 방열 필요성이 늘어나고 있는 추세에 있다.

일례로, 휴대폰의 MSM(Mobile Solution Module) 칩의 경우 Full 모드로 구동시 칩의 최고온도가 80℃를 넘어설 정도로 온도 상승이 크다 휴대폰과 같이 슬림형 디지털기기에는 Heat Sink를 장착 할 공간적인 여유가 없기 때문에 열 확산기구를 사용하여 열집중점(Hot spot)의 온도를 전체 공간으로 퍼뜨려 평균 온도를 낮추는 방법이 가장 효과적이다 이에 따라 수평 방향으로의 열전도성이 높으면서 기존의 접착 필름과 같이 유연하고 접착성이 우수한 시트형태로 제조하는 기술개발이 필요하다. 이를 통해 확인할 수 있듯이 전가기기의 고 성능화에 따른 효과적인 방열기술의 개발이 시급한 실정이다.

종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-0755014호를 통해 열전도성 점착제가 도포된 그라파이트 방열시트가 제안된 바 있으며, 그라파이트 방열시트의 일측면에 폴리디메틸실록산과 실리콘 레진 및 열전도성 필라를 혼합 제조된 열전도성 점착제를 도포함으로써 디스플레이 제품에 쉽게 점착되면서도 열전도성을 개선하도록 하였으나, 휨변형이나 외력에 의해 그라파이트층이 쉽게 균열되거나 손상이 발생함에 따라 방열성능이 불량해지는 폐단이 있을 뿐만 아니라 비교적 고가의 그라파이트를 대면적용 디스플레이 등과 같은 전자기기용으로 제작하기에는 기술적으로 난해할 뿐만 아니라 전용 설비를 갖춰야 하는 등 양산성이 불량함에 따라 비교적 저사양 전자기기의 열분산 목적으로사용되고 있는 실정이다.

또 다른 종래기술로는 평판형의 디바이스 또는 원형의 히트파이프형 디바이스로 제작되는 베어퍼 챔버가 있으며, 그 종래기술로는 대한민국 공개특허 제10-2021-0122572호의 '베이퍼 챔버'가 제안된 바 있으며, 그 청구항 1에는 상호 대향 배치되는 한 쌍의 컨테이너; 한 쌍의 상기 컨테이너의 내측에 배치되는 한 쌍의 윅; 및 한 쌍의 상기 윅의 내측에 배치되는 스페이서; 를 포함하며, 상기 컨테이너, 상기 윅 및 상기 스페이서는 유전율이 1 내지 3.5 범위에서 형성되는 저유전율 폴리머재질이고, 상기 윅에 구비된 작동 유체는 어느 하나의 상기 컨테이너로 공급되는 열을 다른 하나의 상기 컨테이너로 전달하도록 상변화하는 베이퍼 챔버가 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래기술에 따른 베이퍼 챔버는 대면적화가 곤란할 뿐만 아니라 제조공정이 난해하여 경제적인 양산이 어렵고, 특히 전자기기의 열 분산을 목적으로 방열시트와 복합 사용해야 하는 폐단으로 인해 적용 대상이 제한적인 문제점이 있었다.

공개특허 제10-2022-0020570호. 등록특허 제10-0627114호, 등록특허 제10-0755014호,

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 챔버 하우징의 내부에 열전도율이 우수한 두 장 이상의 그라파이트 시트를 적층하여 된 그라파이트 유닛을 준비하고, 이를 상기 챔버 하우징의 내부에 위치시킨 뒤 진공압을 걸어 밀봉시킨 것으로, 다층의 그라파이트 시트로 이루어진 그라파이트 유닛은 발열원으로부터 전달된 열을 그 배치구조가 갖는 작용에 의해 빠르고 효율적으로 확산시킬 수 있어 결과적으로 우수한 냉각성능을 보장할 수 있는 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공 챔버를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버는, 내부에 진공압이 작용하는 수용공간을 형성하는 것으로 상커버와 하커버를 접합하여 된 금속재로된 챔버 하우징; 상기 챔버 하우징의 내부에 서로 다른 두께를 갖는 복수의 그라파이트 시트를 적층하여 된 것으로, 상기 챔버 하우징 내에 작용하는 진공압에 의해 상,하 서로 밀접하게 부착 상태를 유지하는 그라파이트 유닛;으로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 그라파이트 유닛은 서로 다른 두께를 갖는 2~20개의 그라파이트 시트를 적층 구성하되, 상기 각 그라파이트 시트는 5㎛ ~300㎛ 두께로 구비되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 챔버 하우징은, 상기 그라파이트 유닛이 올려지는 것으로 테두리가 상향 돌출된 하커버; 상기 하커버의 상측에 대응되는 형상으로 구비되어 하커버와 함께 수용공간을 형성하는 상커버; 상기 상커버와 하커버의 테두리를 접합하여 내부의 수용공간을 밀폐시키는 측벽부; 상기 수용공간을 상,하로 구획하여 복수의 그라파이트 유닛을 수용하는 공간을 형성한 것으로 그 테두리가 측벽부의 내벽면에 연결되어 열을 전달하는 금속판재로 된 하나 또는 복수의 수직 열확산판으로 이루어진 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 그라파이트 유닛은 제일 하측에 위치한 그라파이트 시트를 기준으로 그 상측에 두께가 증가 된 그라파이트 시트를 순차 적층하는 형태의 상향 두께 증가형 그라파이트 유닛;. 또는 제일 하측에 위치한 그라파이트 시트를 기준으로 그 상측에 두께가 감소된 그라파이트 시트를 순차 적층하는 형태의 하향 두께 증가형 그라파이트 유닛;, 또는 서로 다른 두께를 그라파이트 시트를 무작위로 적층 배치하는 무작위 그라파이트 유닛 중 어느 하나 인 것에 있다.

본 발명의 일 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버는, 열전도율이 우수한 구리 또는 구리를 함유한 합금재 또는 공지의 금속재로 된 챔버 하우징을 통해 외부로부터 전달된 열은 그 내부에 구비되어 진공압에 의해 서로 밀접하게 부착 상태를 갖는 복수의 그라파이트 시트로 이루어진 그라파이트 유닛을 통해 빠르고 효율적으로 열확산이 이루어짐에 따라 전자기기에서 발생하는 열에 대한 열분산 및 방열에 대한 향상된 성능을 보장할 수 있는 효과가 기대된다.

또한 본 발명은 구조가 간소하면서 대면적으로 제조가 가능함에 따라 경제적인 양산이 가능한 것은 물론이고 대면적의 발열면을 갖는 전자기기에도 최적의 성능을 확보할 수 있도록 용이하게 적용할 수 있음에 따라 결과적으로 이를 채용한 전자제품의 상품 가치를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다층 그라파이트층을 열전도성이 우수한 소결금속이나 그라파이트를 사용하여 우수한 방열특성을 확보할 수 있음에 따라 전자기기의 고성능화에 따른 고방열을 보장할 수 있는 효과가 기대된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버의 구성을 설명하기 위한 단면도,
도 2는 도 1에 나타낸 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버의 내부 구성을 설명하기 위한 부분 절개 사시도,
도 3은 본 발명의 다른 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버의 내부 구조를 설명하기 위한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버와 종래 기술간의 열전도 비교도면,
도 5는 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 싱글레이어 그라파이트와 다층 레이어 그라파이트 적층구조에 따른 열화상 비교도면.
도 6은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 기존제품과의 성능 비교를 위한 시험조건을 나타낸 모식도.
도 7은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 도 6의 조건에 의한 시간대별 P0~P2 포인트 GaP 온도변화를 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 도 6의 조건에 의한 시간대별 열원온도 변화를 나타낸 그래프,
도 9 및 도 11은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 그라파이트 유닛의 여러 실시례를 나타낸 모식도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 따른 본 발명의 구성을 간략하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 내부 구성을 설명하기 위한 요부 절개 사시도이다.

도면에는, 내부에 진공압이 작용하는 수용공간을 형성하는 것으로 구리 등의 열전도율이 우수한 금속재로 된 챔버 하우징(10)과, 상기 챔버 하우징(10)의 내부에 복수의 그라파이트 시트를 적층하여 된 것으로 상기 챔버 하우징(10) 내에 작용하는 진공압에 의해 서로 밀접하게 부착 상태를 유지하는 그라파이트 유닛(30)으로 구성된 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버(1)가 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버의 내부 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도면에는, 내부에 진공압이 작용하도록 빈 공간인 수용공간(미도시)을 제공하는 금속재로 된 챔버 하우징(10)과, 이 챔버 하우징(10)의 내부에 복수의 그라파이트 시트(31)를 적어도 2개 이상을 적층하여 된 것으로 상기 챔버 하우징(10) 내부에 작용하는 진공압에 의해 서로 밀접하게 부착된 상태를 유지하는 그라파이트 유닛(30)과, 상기 챔버 하우징(10)의 내부 공간을 상,하로 분할 구획하는 것으로 그 테두리 부분이 상기 챔버 하우징(10)의 일측에 연결되어 열을 전달받아 상,하면으로 전달하는 금속판재로 된 수직 열확산판(20)으로 이루어진 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버(1)가 도시되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버와 종래 기술간의 열전도 비교도면을 나타낸 것이다.

도면에서 좌측은 종래 방식에 의한 바인더(접착제 또는 양면 접착테이프)를 이용하여 여러 장의 그라파이트 시트를 적층 구성한 것이고, 우측은 본 발명에 따른 바인더의 사용없이 진공압을 이용하여 여러 장의 그라파이트 시트를 서로 부착한 것으로 양자 사용되는 그라파이트 시트는 0.025mm의 두께를 갖는 것을 사용하였고, 챔버 하우징을 이루는 구리층의 두께는 종래기술은 0.020mm이고, 본 발명은 0.025mm인 것을 사용하여 열전도와 열확산에 대한 실험 데이터를 얻었다.

이를 통해 확인되는 바와 같이 바인더 결합방식의 비교제품은 열전도가 302W/mK 이고, 열확산은 188.9 mm²/s로 확인되었고, 본 발명에 따른 제품의 경우 열전도는 951.3 W/mK이고, 열확산은 594.6 mm²/s 으로 확인되었다. 즉, 바인더를 사용하는 종래의 비교제품은 바인더에서 발생하는 열저항으로 인하여 열전도가 급격하게 떨어지는 것을 알수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 싱글레이어 그라파이트와 다층 레이어 그라파이트 적층구조에 따른 열화상 비교도면이다.

도면에서 좌측은 싱글레이어 그라파이트 시트를 개재한 진공챔버에 대한 열화상을 촬영한 사진이고, 우측은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 시트를 적층하여 된 진공챔버에 대한 열화상을 촬영한 사진으로서, GAP 온도가 낮을수록 열전달(확산)이 더 우수한 것으로, 싱글레이어 그라파이트 시트를 개재한 구성에 대하여 동일한 두께를 갖는 다층 그라파이트 시트를 적층한 적층체가 상대적으로 더 우수한 것으로 확인되었다.

도 6은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 기존제품과의 성능 비교를 위한 모식도로서, 도면에서 좌측 (A)는 본 발명이 적용된 휴대폰(전자기기)에 대한 온도 특성을 측정하기 위한 조건을 도시한 것이고, 좌측은 종래기술이 적용된 휴대폰(전자기기)에 대한 온도 특성을 측정하기 위한 조건을 나타낸 것으로, P0, P1, P2, P3는 전자기기의 발열원(heater; 예컨대 전자칩 등)을 중심으로 온도특성을 측정하기 위한 지점(point)를 나타낸 것이다.

또한, 도면에서 본 발명과 종래기술의 제품규격은 130mm × 70mm × 0.1mm이고, 발열원(Heater)의 소비전력은 11.5W (5.5V, 2A)으로 하였으며, 챔버의 온도는 25도(± 0.5)의 조건에서 시험을 실시하였다.

도 7은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 도 6의 조건에 의한 시간대별 P0~P2 포인트 GaP 온도변화를 나타낸 그래프이다.

도면에서는 상측에 위치한 그래프선은 기존제품에 대하여 P0~P2 포인트의 GaP 온도 변화를 나타낸 것이고, 도면에서 하측에 위치한 그래프선은 본 발명에 따른 제품에 대하여 P0~P2 포인트의 GaP 온도 변화를 나타낸 것으로 기존제품에 비해 본 발명 제품의 온도차가 작은 것을 알 수 있다. 이는 시간변화에 따라 안정적인 방열 성능을 보장하는 것으로 해석될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 도 6의 조건에 의한 시간대별 열원온도 변화를 나타낸 그래프이다.

도면에서는 상측에 위치한 그래프선은 기존제품에 대하여 열원온도를 측정한 것이고, 도면에서 아래측 그래프선은 본 발명 제품에 대한 열원온도를 측정한 것으로, 이를 통해서 확인되는 바와 같이 본 발명의 제품은 시간변화에 상관없이 비교적 안정된 범위내에서 열원에 대한 방열 성능을 보장하는 것임을 알 수 있다.

도 9 및 도 11은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버에서 그라파이트 유닛의 여러 실시례를 나타낸 도면이다.

도 9는 제일 하측에 위치한 그라파이트 시트(31a1)를 기준으로 그 상측에 적층되는 그라파이트 시트의 두께가 점진적으로 증가된 적층 형태를 갖는 상향 두께 증가형 그라파이트 유닛(31a)이 개시되어 있다.

도 10은 제일 하측에 위치한 그라파이트 시트(31b1)를 기준으로 그 상측에 적층되는 그라파이트 시트의 두께가 점진적으로 감소된 적층 형태를 갖는 하향 두께 증가형 그라파이트 유닛(31b)이 개시되어 있다.

도 11은 서로 다른 두께를 갖는 복수의 그라파이트 시트들이 무작위로 적층 배치된 형태를 갖는 무작위 그라파이트 유닛(31c)이 개시되어 있다.

이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 발열특성을 갖는 전자기기의 발열면에 접촉하여 방열작용을 수행하는 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버를 제공하기 위한 것으로, 크게 외체를 형성하는 챔버 하우징(10)과, 이 챔버 하우징(10)의 내부에 구비되는 그라파이트 유닛(30)으로 구성된다.

챔버 하우징(10)은 구리 또는 구리가 함유된 구리합금 또는 열전도성이 우수한 공지의 금속재로 성형되는 것으로, 크게 상커버(11)와 하커버(13) 그리고 측벽부(15)로 구성된다.

상기 상커버(11)는 구리 또는 금속재로 된 판재형상으로 제공되는 것으로 그 하면에 상기 그라파이트 유닛(30)의 상부면이 접촉되게 구비된다. 이러한 상커버(11)는 테두리부분이 하향 돌출되어 후술할 측벽부(15)를 형성할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.

상기 하커버(13)는 상기 상커버(11)의 하측으로 간격을 두고 이격 배치되는 것에 의해 그 내부에 수용공간(10s)을 형성하는 것으로, 상기 상커버(11)와 마찬가지로 구리 또는 열전도성이 우수한 금속재로 성형되되, 상면에 그라파이트 유닛(30)의 하부면이 밀착되게 올려지는 구성이다.

이러한 하커버(13)는 상기 상커버(11)와 대응되는 형상으로 구비되되, 테두리 부분을 상향 돌출시켜 상기 상커버(11)의 돌출된 테두리 부분과 접하는 것에 의해 후술할 측벽부(15)를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 측벽부(15)는 상기 상커버(11)와 하커버(13)의 테두리를 각각 돌출시켜 용접 또는 접착제로 접합하여 형성된 것으로, 상기 상커버(11)와 하커버(13)의 내부에 진공압이 작용하는 그라파이트 유닛(30)이 배치되는 수용공간(10s)을 형성하게 된다.

이러한 측벽부(15)는 구리나 금속재로 된 길이재의 띠 형상의 부재를 상기 상커버(11)와 하커버(13) 사이에 배치시킨 뒤 용접으로 일체로 접합시키거나 또는 상기 상커버(11)나 하커버(13)의 테두리 부분을 수직하는 방향으로 굽힘 가공하고, 수직하게 굽힘된 끝단부를 상대물인 하커버(13)나 상커버(11)에 용접으로 접합하여 일체로 구비시키는 것도 가능할 것이다.

한편, 본 발명의 챔버 하우징(10)은 상기 측벽부(15)를 상기 상커버(11)와 하커버(13)에 일체화시키기 전에 그 내부에 그라파이트 유닛(30)을 배치시키는 공정이 선행되어야 한다.

그라파이트 유닛(30)은 복수의 그라파이트 시트(31)를 적층 구성하여 된 것으로, 본 발명에서는 바람직한 실시례로서 2~10개의 그라파이트 시트(31)를 적층한 것을 제안하며, 각 그라파이트 시트(31)는 5㎛ ~300 ㎛ 두께를 갖는 것이 바람직하다.

상기 그라파이트 유닛(30)을 구성하는 각 그라파이트 시트(31)는 5㎛ ~300 ㎛ 두께를 갖는 것을 제안한다.

이는 그라파이트 시트(31)의 두께가 5㎛ 미만인 경우에는 상기 챔버 하우징(10)의 내부에 진공압을 작용하였을 때 그라파이트 시트(31)에 균열에 의한 손상이 발생하고, 이러한 균열은 결과적으로 방열특성을 불량하게 만드는 문제점을 야기한다. 만약, 그라파이트 시트(31)의 각 두께가 300 ㎛을 초과하는 경우에는 방열 특성의 상승 효과가 없고, 오히려 열전달 특성이 불량해지는 문제점을 초래하는 것으로 확인되었다.

본 발명에서는 그라파이트 유닛(30)을 구성하는 그라파이트 시트(31)를 2~10개로 적층하는 것을 제안한다.

특히, 그라파이트 시트(31)를 2개 이상 적층하는 경우에는 단일의 그라파이트 시트(31)에 비해 도 5에 나타내 보인 바와 같이 열의 확산률이 양호하여 우수한 방열특성을 갖는 것으로 확인되었다.

즉, 도 5를 참조하면, 도면에서 좌측은 싱글레이어 그라파이트 시트를 개재한 진공챔버에 대한 열화상을 촬영한 사진이고, 우측은 본 발명에 따른 다층 그라파이트 시트를 적층하여 된 진공챔버에 대한 열화상을 촬영한 사진으로서, GAP 온도가 낮을수록 열전달(확산)이 더 우수한 것으로, 싱글레이어 그라파이트 시트를 개재한 구성에 대하여 동일한 두께를 갖는 다층 그라파이트 시트를 적층한 적층체가 상대적으로 더 우수한 것으로 확인되었다.

또한, 다층의 그라파이트 시트에 대하여 바인더(접착제 또는 양면 테이프)를 사용하여 적층구성한 것과, 본 발명에서와 같이 바인더의 사용없이 진공압으로 여러 장의 그라파이트 시트를 부착 적층한 구조에 대한 열전도를 비교하면 바인더를 사용하였을 경우 열저항에 의한 손실이 발생하는 것을 확인하였다.

이를 도 4를 참조하여 설명하면, 도면에서 좌측은 종래 방식에 의한 바인더(접착제 또는 양면 접착테이프)를 이용하여 여러 장의 그라파이트 시트를 적층 구성한 것이고, 우측은 본 발명에 따른 바인더의 사용없이 진공압을 이용하여 여러 장의 그라파이트 시트를 서로 부착한 것이다.

이들 바인더 방식의 기존제품과 진공압 부착 방식의 본 발명 제품에 사용되는 그라파이트 시트는 공히 0.025mm의 두께를 갖는 것을 사용하였고, 챔버 하우징을 이루는 구리층의 두께는 종래기술은 0.020mm이고, 본 발명은 0.025mm인 것을 사용하여 열전도와 열확산에 대한 실험 데이터를 얻었다.

이와 같이 구성되는 본 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버는 금속으로 된 챔버 하우징(10)이 전자기기의 발열면에 밀착 접촉되어 열을 전도 받으면 상기 챔버 하우징(10)의 내부에 진공압에 의해 상호 밀접하게 부착 상태를 유지하는 복수의 그라파이트 시트(31)로 이루어진 그라파이트 유닛(30)에 의해 역확산에 의한 냉각 작용이 일어난다.

특히, 그라파이트 유닛(30)은 복수의 그라파이트 시트(31)를 적층하고, 이들 그라파이트 시트(31)를 수용한 챔버 하우징(10)의 내부에 진공압을 작용시킴에 따라 각 그라파이트 시트(31) 사이의 간극을 제거할 수 있음에 따라 열전달 효율성을 극대화시킬 수 있다. 즉, 여러 장의 그라파이트 시트(31)를 적층시키되 각 그라파이트 시트(31) 사이에 접착제를 사용하는 경우에는 접착제에 의한 열전달성이 저하됨에 따라 결과적으로 방열성능이 저하되지만, 본 발명은 복수의 그라파이트 시트(31) 사이에 아무런 개재물 없이 진공압을 이용하여 서로 밀착시키는 방식이어서 그라파이트 시트(31)가 갖는 방열특성을 온전하게 보장할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 열전달 효율을 고려하여 그라파이트 유닛(30)을 구성함에 있어 도 9 내지 도 11에 나타내 보인 바와 같은 실시례를 제안한다.

먼저, 도 9의 실시례에 나타낸 그라파이트 유닛(30)은 제일 하단에 위치한 그라파이트 시트(31a1)를 기준으로 상측으로 진행하면서 점진적으로 두께가 증가된 그라파이트 시트를 적층 배치하는 형태의 상향 두께 증가형 그라파이트 유닛으로 구비되는 것을 제안한다.

즉, 도면을 참조하면, 제일 하단에 배치되는 첫 번째 그라파이트 시트(31a1)은 가장 두께가 얇은 것으로, 그 상측에 올려지는 두 번째 그라파이트 시트(31a2)는 첫 번째 그라파이트 시트에 대하여 상대적으로 두께가 증가된 것이고, 그리고 상기 두 번째 그라파이트 시트(31a2)의 상측에 올려지는 세 번째 그라파이트 시트(31a3) 역시 두 번째 그라파이트 시트에 대해 상대적으로 두께가 증가된 것이며, 상기 세 번째 그라파이트 시트의 상측에 올려지는 네 번째 그라파이트 시트(31a4) 역시 세 번째 그라파이트 시트에 대하여 상대적으로 두께가 증가된 것이 적층 배치되는 구성이다.

이러한 상향 두께 증가형 그라파이트 유닛의 경우 발열원으로부터 가장 가까운 쪽에 배치된 그라파이트 시트는 그 두께가 얇기 때문에 발열원으로부 전달된 열을 빠르게 전달받아 열확산 작용을 수행한다.

도 10의 실시례에 나타낸 그라파이트 유닛은 상측에서 하측으로 진행하면서 그라파이트 시트의 두께가 점진적으로 증가된 형태의 하향 두께 증가형 그라파이트 유닛(31b)을 나타낸 것으로, 도면을 참조하여 설명하면,제일 하단에 배치되는 첫 번째 그라파이트 시트(31b1)은 가장 두께가 두꺼운 것으로, 그 상측에 올려지는 두 번째 그라파이트 시트(31b2)는 첫 번째 그라파이트 시트에 대하여 상대적으로 두께가 감소된 것이 적층되고, 그리고 상기 두 번째 그라파이트 시트(31b2)의 상측에 올려지는 세 번째 그라파이트 시트(31b3) 역시 두 번째 그라파이트 시트에 대해 상대적으로 두께가 감소된 것이 적층되며, 상기 세 번째 그라파이트 시트의 상측에 올려지는 네 번째 그라파이트 시트(31b4) 역시 상기 세 번째 그라파이트 시트에 대하여 상대적으로 두께가 감소된 것이 적층 배치되는 구성이다.

이러한 하향 두께 증가형 그라파이트 유닛은 챔버 하우징의 상면에 구비되는 히트싱크(미도시)를 통해 빠르게 열을 전달하여 방열작용을 수행한다.

도 11의 실시례에 따른 그라파이트 유닛은 다양한 두께를 갖는 복수의 그라파이트 시트(31)를 무작위로 적층 배치한 것으로, 그 작용 효과는 상기 도 9 및 도 10의 실시례에 비해 열확산이나 전도성 면에서 성능이 떨어질 수 있으나 주문자의 요구에 의해 적용되어 제조될 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

본 실시례에 따른 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버는 앞서 설명한 일 실시례의 구성과 대동소이하다. 다만 본 실시례에서는 상기 챔버 하우징(10)의 내부 공간을 상,하로 분리 구획하여 복수의 수용공간(10s)을 형성시키는 수직 열확산판(20)을 부가 구성한 특징을 갖는다.

이를 상세하게 설명하면, 본 발명은 크게 챔버 하우징(10)과 그라파이트 유닛(30) 그리고 수직 열확산판(20)으로 구성된다.

챔버 하우징(10)은 내부에 진공압이 작용하는 밀폐된 공간인 수용공간을 제공하는 것으로 열전도율이 우수한 구리 또는 구리를 함유한 합금재 또는 기타 금속재 등으로 성형된다.

이러한 챔버 하우징(10)은 상커버(11)와 하커버(13) 그리고 측벽부(15)로 구성되며, 이들 상커버(11)와 하커버(13) 및 측벽부(15)를 각각 성형하여 용접을 통해 일체로 접합 구성하거나 또는 상기 상커버(11)나 하커버(13) 중 어느 하나의 테두리를 수직하게 굽힙 가공하여 측벽을 형성한 뒤, 이 측벽의 끝단부분에 상대하는 하커버(13)나 상커버(11)를 용접으로 접합하는 것에 의해 성형될 수 있다. 이러한 구성의 챔버 하우징(10)은 앞서 설명한 일 실시례의 구성과 대동소하다.

그라파이트 유닛(30)은 복수의 그라파이트 시트(31)를 2~10개의 적층한 것으로, 각 그라파이트 시트(31)는 5㎛ ~300 ㎛ 두께를 갖는 것을 제안한다. 이러한 그라파이트 유닛(30)은 앞서 설명한 일 실시례의 구성과 대동소이하므로 상세한 설명은 생략한다.

수직 열확산판(20)은 상기 챔버 하우징(10)의 내부 공간을 상하로 구획 분리하기 위한 일종의 격막으로서, 본 발명에서는 구리 또는 구리를 함유한 합금 또는 열전도율이 양호한 기타 금속재로 성형된다. 이러한 수직 열확산판(20)은 그 테두리 부분이 챔버 하우징(10)의 내면에 용접으로 접합 연결되는 구성이며, 상기 챔버 하우징(10)을 구성하는 상커버(11)나 하커버(13) 및 측벽부(15)에서 전달된 열을 전달받아 그 상면과 하면에 배치되는 각 그라파이트 유닛(30)에 전달하여 역확산 작용이 일어나도록 하는 역할을 한다.

이와 같이 구성되는 본 실시례에 따른 수직 열확산판(20)을 구비한 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버는 금속으로 된 챔버 하우징(10)이 전자기기의 발열면에 밀착 접촉되어 열을 전도 받으면 상기 챔버 하우징(10)의 내부에 진공압에 의해 상호 밀접하게 부착 상태를 유지하는 복수의 그라파이트 시트(31)로 이루어진 두 개 이상의 그라파이트 유닛(30)에 의한 역확산 작용을 통해 방열을 하게 된다.

한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

1 : 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버
10 : 챔버 하우징 11 : 상커버
13 : 하커버 15 : 측벽부
30 : 그라파이트 유닛
31 : 그라파이트 시트

Claims

내부에 진공압이 작용하는 수용공간을 형성하는 것으로 상커버와 하커버를 접합하여 된 금속재로된 챔버 하우징;
상기 챔버 하우징의 내부에 서로 다른 두께를 갖는 복수의 그라파이트 시트를 적층하여 된 것으로, 상기 챔버 하우징 내에 작용하는 진공압에 의해 상,하 서로 밀접하게 부착 상태를 유지하는 그라파이트 유닛;으로 구성된 것을 특징으로 하는 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버.
제 1항에 있어서, 상기 그라파이트 유닛은,
서로 다른 두께를 갖는 2~20개의 그라파이트 시트를 적층 구성하되, 상기 각 그라파이트 시트는 5㎛ ~300㎛ 두께로 구비되는 것을 특징으로 하는 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버.
제 1항에 있어서, 상기 챔버 하우징은,
상기 그라파이트 유닛이 올려지는 것으로 테두리가 상향 돌출된 하커버;
상기 하커버의 상측에 대응되는 형상으로 구비되어 하커버와 함께 수용공간을 형성하는 상커버;
상기 상커버와 하커버의 테두리를 접합하여 내부의 수용공간을 밀폐시키는 측벽부;
상기 수용공간을 상,하로 구획하여 복수의 그라파이트 유닛을 수용하는 공간을 형성한 것으로 그 테두리가 측벽부의 내벽면에 연결되어 열을 전달하는 금속판재로 된 하나 또는 복수의 수직 열확산판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 그라이파이트 적층체를 갖는 진공챔버.
제 1항에 있어서, 상기 그라파이트 유닛은 제일 하측에 위치한 그라파이트 시트를 기준으로 그 상측에 두께가 증가 된 그라파이트 시트를 순차 적층하는 형태의 상향 두께 증가형 그라파이트 유닛;. 또는 제일 하측에 위치한 그라파이트 시트를 기준으로 그 상측에 두께가 감소된 그라파이트 시트를 순차 적층하는 형태의 하향 두께 증가형 그라파이트 유닛;, 또는 서로 다른 두께를 그라파이트 시트를 무작위로 적층 배치하는 무작위 그라파이트 유닛 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 다층 그라파이트 적층체를 갖는 진공챔버.