WO2024080762A1 - 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버 - Google Patents

기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버 Download PDF

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WO2024080762A1
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porous
core layer
porous core
cover plate
vapor chamber
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주학식
주세현
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주학식
주세현
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path. More specifically, a porous core layer and a diffusion space are formed inside a vacuum chamber housing, so that the phase change liquid can rapidly thermally diffuse through the diffusion space.
  • the temperature rise is so large that the maximum temperature of the chip exceeds 80°C when operated in full mode.
  • the most effective method is to use a heat diffusion mechanism to spread the temperature of the hot spot to the entire space to lower the average temperature.
  • it has high thermal conductivity in the horizontal direction and is flexible and adhesive like existing adhesive films.
  • claim 1 includes a pair of containers arranged opposite each other; a pair of wicks disposed inside the pair of containers; and a spacer disposed inside the pair of wicks; It includes, wherein the container, the wick, and the spacer are made of a low dielectric constant polymer material having a dielectric constant in the range of 1 to 3.5, and the working fluid provided in the wick transfers heat supplied to one of the containers to the other one of the containers.
  • a vapor chamber that changes phase for delivery to a container is disclosed.
  • the present invention was created to solve the problems of the prior art as described above.
  • the purpose of the present invention is to provide a porous filler portion that easily induces evaporation even at a relatively low temperature inside a chamber housing forming a vacuum receiving space.
  • the aim is to provide a vapor chamber having a porous filler portion that forms a gas diffusion path that enables economical mass production due to its simple structure and manufacturing to secure a large heat dissipation area.
  • a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path for realizing the above object provides a space where vacuum pressure acts, and a metal material injected with a phase change liquid is provided inside.
  • Chamber housing made of;
  • a porous core layer provided inside the chamber housing and having a porous structure made of metal; It is characterized by a plurality of diffusion spaces formed at intervals within the porous core layer, where the phase change liquid vaporizes and diffuses.
  • the porous core layer is provided in the shape of a square plate, and the diffusion space is formed in a lattice structure at equal intervals inside the porous core layer.
  • the porous core layer is provided in the shape of a square plate; and the diffusion space has a straight tube shape arranged vertically or horizontally at equal intervals inside the porous core layer. there is.
  • the porous core layer is a graphite porous layer made by pressing graphite powder.
  • the porous core layer is made of at least one or more of copper, tin, zinc, aluminum, and stainless-based metal powders or one or more powders with a particle size of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m, and the temperature is lower than the melting temperature.
  • a sintered sheet made by heating and sintering at a 10-30% lower temperature and pressing it is used, or a sintered sheet is used using copper electrolytic casting.
  • the chamber housing is formed of copper, stainless steel, aluminum, nickel, or a magnetic metal material; a top cover plate disposed on the upper surface of the porous core layer; and a top cover plate of the porous core layer. It consists of a bottom cover plate disposed on the lower surface; The edges of these top cover plates and bottom cover plates are joined by welding or adhesive.
  • top cover plate is molded from copper and the bottom cover plate is molded from a magnetic metal material, or the top cover plate and the bottom cover plate are molded from a magnetic metal material.
  • the porosity of the porous core layer is 30% to 90%, and the size of the pores is 10 ⁇ m to 130 ⁇ m,
  • the heat transferred through the chamber housing made of metal allows the phase change liquid to remain at a relatively low temperature due to the porous structure of the porous filler portion therein.
  • the present invention can easily induce a boiling phenomenon that causes the phase change liquid to boil even at a relatively low temperature due to the internal porous filler portion, and thus, the non-directional pore structure provides non-directional properties regardless of the direction in which heat acts. There is an advantage in that cooling performance can be improved through heat dissipation.
  • the porous core layer receives high-temperature heat and generates bubbles as the phase change liquid boils. Cooling occurs as the liquid is pushed in all directions through the pores by the pressure of these bubbles, providing excellent cooling regardless of direction. Performance can be secured.
  • the present invention has a simple structure and can be manufactured in a large area, so not only can it be economically mass produced, but it can also be easily applied to electronic devices with a large heating surface to ensure optimal performance. As a result, it has the effect of increasing the product value of electronic products using it.
  • the present invention can secure excellent heat dissipation characteristics by using sintered metal or graphite with excellent thermal conductivity as the porous core layer, so it is expected to have the effect of ensuring high heat dissipation due to increased performance of electronic devices.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path according to the present invention
  • Figure 2 is a view from above of a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path according to the present invention
  • Figure 3 is a side cross-sectional view for explaining the internal structure of a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path according to the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of Figure 3 cut horizontally;
  • Chamber housing 20 Porous core layer 30: Diffusion space
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically illustrating the configuration of a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path according to the present invention.
  • a top cover plate (1) forming the outer body and constituting a chamber housing (not denoted), a bottom cover plate (3) disposed below the top cover plate (1) to form the lower plate, and these top covers. It is placed between the plate (1) and the bottom cover plate (3) to provide a passage through which the vaporized phase change liquid can thermally diffuse, and at the same time, moisture that is liquefied by the cooling action and forms droplets on the surface is quickly absorbed through capillary action.
  • a vapor chamber is shown having a porous core layer (2) and a porous filler portion in which a diffusion space, which is a passage for gas to diffuse, is formed at intervals inside the porous core layer (20), although not shown.
  • Figure 2 is a view from above of a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path according to the present invention.
  • a chamber housing 10 is provided in the shape of a rectangular plate and is made of a metal material that provides a space in a vacuum state inside, and a porous core layer having a porous structure is provided in the inner space of the chamber housing 10 ( 20) and a diffusion space 30 provided at equal intervals inside the porous core layer 20 to provide a space for the phase change liquid to vaporize and diffuse, having a porous filler portion forming a gas diffusion path.
  • a vapor chamber is shown. 2 with this configuration can spread heat in the up, down, left, and right directions based on the drawing.
  • Figure 3 is a side cross-sectional view for explaining the internal structure of a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path according to the present invention, and Figure 3 is a cross-sectional view cut in the horizontal direction of Figure 2.
  • a porous core layer 20 is formed with a plurality of square-shaped diffusion spaces 30 at equal intervals, and the porous core layer 20 is provided in a form that surrounds the outside of the chamber housing made of metal in a vacuum state.
  • a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path consisting of (10) is shown. 3 of this configuration has a structure in which the filler is in contact with the upper and lower surfaces, and a calculation space 30 is formed in the middle part.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of Figure 3 cut in the horizontal direction.
  • a bottom cover plate forming part of the bottom surface and side wall of the chamber housing forming the outer body, a porous core layer 20 disposed on the top of the bottom cover plate, and a plurality of layers formed on the porous core layer 20
  • a diffusion space 30 is shown.
  • Figures 5 and 6 are diagrams showing various embodiments of the present invention.
  • Figure 5 shows a gas diffusion path in the form of a plurality of diffusion spaces 30 arranged in a longitudinal direction with respect to the drawing at intervals in the horizontal direction.
  • a vapor chamber having a porous filler portion is shown
  • FIG. 6 shows a porous gas diffusion path in which a plurality of diffusion spaces 30 are arranged horizontally with respect to the drawing at intervals in the vertical direction.
  • a vapor chamber with a pillar portion is shown.
  • the chamber housing 10 which consists of a top cover plate (not shown) forming the upper plate, and a bottom cover plate (not shown) disposed opposite the top cover plate and forming the lower plate.
  • the edges of the top cover plate and bottom cover plate are integrally joined by welding or adhesive to form a side wall (not shown) to provide a space where vacuum pressure is applied, and a phase change liquid is contained inside the chamber housing. filled.
  • the inside of the chamber housing 10 is provided with a porous core layer 20 whose interior is partitioned by a diffusion space 30 to form a column-shaped filler portion by containing the liquefied liquid. That is, the structure is such that a gas diffusion path, which is a space where gas diffuses, is formed between the porous core layers 20.
  • a vapor chamber having a porous filler portion forming a gas diffusion path according to the present invention will be described as follows.
  • the vapor chamber 1 having a porous core layer forming a gas diffusion path forms an outer body and includes a chamber housing 10 made of a metal material that conducts heat by contacting the heating surface of an electronic device, and this chamber. It consists of a porous core layer 20 provided in the inner space of the housing 10, and a diffusion space 30 provided inside the porous core layer 20.
  • the chamber housing 10 provides a space inside where vacuum pressure acts, and is provided in a sealed cylindrical shape by processing a metal plate such as copper or aluminum to form a space inside where vacuum pressure acts.
  • This chamber housing 10 is sealed with a vacuum pressure applied while being filled with a liquid such as water or alcohol, which is a phase change liquid, and the phase change liquid filled inside is evaporated by the heat generated by the electronic device. Flowing throughout the chamber housing and creating an isothermal heat spreader, these vapors condense on the surfaces of the chamber housing 10 and the heat is removed by forced convection, natural convection or liquid cooling. Since this chamber housing 10 may be constructed using known techniques, detailed description will be omitted.
  • the chamber housing 10 in the present invention is proposed to be molded from copper, stainless steel, aluminum, nickel, or a magnetic metal material, and largely forms the upper part and is disposed on the upper side of the porous core layer. It consists of a top cover plate and a bottom cover plate that is disposed to face downwardly with the top cover plate and forms a lower plate portion disposed below the porous core layer.
  • edges of the top cover plate and the bottom cover plate are mutually welded or joined with an adhesive, and for this purpose, at least one edge of the top cover plate or the bottom cover plate is bent vertically to form a side wall. It can be.
  • the top cover plate in order to have heat dissipation properties and to shield electromagnetic waves emitted from electronic devices, can be molded from copper, and the bottom cover plate can be molded from a magnetic metal material.
  • the top cover plate and the bottom cover can be molded from a magnetic metal material. All of the plates could be molded from a magnetic metal material.
  • the porous core layer 20 is provided inside the chamber housing 10 and has a porous structure formed by forming a plurality of pores made of a metal material.
  • the phase change liquid is converted into vapor by a vaporization phenomenon, and a diffusion space (to be described later) is formed. When it diffuses from 30) and condenses again in the form of water droplets due to the cooling effect, the water droplets condensed on the surface of the porous core layer 20 are quickly absorbed by capillary action, resulting in smooth repetition of vaporization and liquefaction. It is an element.
  • This porous core layer 20 may be provided in various materials or forms, and in the present invention, it may be provided as a graphite porous layer using a graphite material or a sintered sheet porous layer made of a sintered sheet.
  • the graphite porous layer is a graphite sheet made by pressing graphite into a sheet, a graphite powder coating layer made by uniformly applying graphite powder, or a graphite composition or graphite composed of any one or more of organic, inorganic, and ceramic types on graphite. It can be formed from any one of organic, inorganic, and ceramic resins, or a mixture of one or more heat dissipating resins.
  • the sintered sheet is made of at least one or more metal powders of copper, tin, zinc, aluminum, and stainless steel series, or one or more powders with a particle size of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m, at a temperature 10 to 30% lower than the melting temperature.
  • metal powders of copper, tin, zinc, aluminum, and stainless steel series or one or more powders with a particle size of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m, at a temperature 10 to 30% lower than the melting temperature.
  • One that is heated, sintered, and molded by pressing can be used.
  • the porous core layer 20 according to the present invention is proposed to have a porosity of 30% to 90% and a pore size of 10 ⁇ m to 130 ⁇ m as a preferred embodiment.
  • the porosity of the porous core layer 20 when the porosity of the porous core layer 20 is less than 30%, the amount of absorption of the liquid phase change material that the pores of the porous core layer 20 can accommodate is small, so the amount that can eventually be vaporized Due to this limitation, the diffusion rate of gas is also inevitably low, which causes the problem of low thermal conductivity, so it is preferable that the porosity is 30% or more.
  • the porosity exceeds 80%, the capillary phenomenon for the pores of the porous core layer 20 to absorb the liquid phase change material occurs slowly, and the thermal conductivity eventually decreases, limiting the ability to increase cooling performance. It is preferable that it is less than 80%.
  • the size of the pores of the porous core layer 20 depends on the physical properties of the phase change liquid.
  • alcohol which has excellent vaporization properties, is used as a phase change material, it was confirmed that good cooling performance is achieved when the pore size is 10 ⁇ m or more. , it was confirmed that cooling performance was significantly reduced when the size of the air gap was less than 10 ⁇ m.
  • phase change material when pure water from which foreign substances were removed was used as the phase change material, it was found that good cooling performance could not be guaranteed because capillary action did not occur smoothly when the pore size was less than 50 ⁇ m.
  • the diffusion space 30 serves as a gas diffusion path through which water, a phase change liquid, is vaporized by heating and quickly diffuses into vapor form, and is formed in plurality at intervals inside the porous core layer 20. .
  • the diffusion space 30 is explained with reference to FIG. 3, the upper and lower sides are closed with a porous core layer 20, and the side wall portion is also provided in a closed form with a porous core layer 20, so that each diffusion occurs.
  • the space 30 is surrounded by a porous core layer 20, that is, a diffusion space 30 is provided inside the porous core layer 20, and these diffusion spaces 30 and the diffusion space exist.
  • a column-shaped porous filler portion (not denoted) is disposed between the columns.
  • This diffusion space 30 can be arranged in various shapes to regulate the heat dissipation diffusion direction of the electronic device, and in the present invention, as shown in FIG. 1 in a preferred embodiment, a grid is placed at equal intervals inside the porous core layer. It may be formed as a structure, or may be provided to have a straight tube shape disposed long in the vertical or horizontal direction at equal intervals inside the porous core layer, as shown in FIGS. 5 and 6.
  • one surface of the chamber housing 10 made of metal is provided to conduct heat by being in close contact with the heating surface of the electronic device, The heat conducted from the electronic device heats the phase change liquid filled within the chamber housing 10 and vaporizes it in the diffusion space 30, thereby rapidly inducing thermal diffusion.
  • the vaporized vapor forms water droplets on the surface of the porous core layer 20 at the periphery of the diffusion space 30 due to the cooling effect radiated through the other surface of the chamber housing 10.
  • the water droplets formed in this way are As it is quickly absorbed through the pores of the porous core layer 20, the circulation performance of vaporization and liquefaction increases.
  • the vaporized vapor due to the heating action is liquefied by the cooling action and then is quickly absorbed through the capillary phenomenon by the plurality of pores forming the porous core layer 20 to maintain good heat diffusion conditions in the heat diffusion space 30.
  • the circulation efficiency of vaporization and liquefaction can be maximized and excellent heat dissipation characteristics can be guaranteed.
  • the vapor chamber having a porous filler portion forming the gas diffusion path of the present invention uses a porous graphite layer or sintered sheet porous layer with excellent thermal conductivity for the purpose of high heat dissipation, thereby maximizing heat dissipation characteristics through capillary phenomenon caused by pores. This ensures high heat dissipation as electronic devices increase in performance.

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Abstract

본 발명은 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버를 개시한다. 본 발명은 금속재로 된 챔버 하우징을 통해 전달된 열은 그 내부의 다공 필러부를 이루는 다공성 코어층과 확산 공간의 구조를 통해 상변화 액체가 비교적 낮은 온도에서도 빠르게 기화되도록 하고, 이후 냉각 작용에 의해 물방울 형태로 맺힌 수분을 다공 구조가 갖는 모세관 현상에 의해 빠르게 흡수하여 결과적으로 기화와 액화의 순환을 위한 환경을 양호하게 조성함으로써 다양한 전자기기의 열분산 및 방열에 대한 향상된 성능을 보장할 수 있다.

Description

기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버
본 발명은 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공의 챔버 하우징 내부에 다공성 코어층과 확산공간을 형성하여, 상변화 액체가 확산 공간을 통해 빠르게 열확산이 일어나도록 하고, 다공성 코어층의 공극에 의한 모세관 현상을 통해 액화된 물방울을 빠르게 흡수될 수 있도록 함으로써 기화와 액화의 순환 효율을 극대화하고, 열전달 방향에 대한 제약없이 우수한 냉각성능을 보장할 수 있는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버에 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.
한편, 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.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 진공 상태의 수용공간을 형성한 챔버 하우징의 내부에 상대적으로 낮은 온도에서도 쉽게 증발 현상을 유도하는 다공 필러부를 구성하여 구조가 간소하여 경제적인 양산이 가능하면서 대면적의 방열면적 확보를 위한 제작을 가능하게 한 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버는, 내부에 진공압이 작용하는 공간을 제공하는 것으로 내부에는 상변화 액체가 주입된 금속재로 된 챔버 하우징; 상기 챔버 하우징의 내부에 구비되는 것으로 금속재로 된 다공 구조를 갖는 다공성 코어층; 상기 다공성 코어층의 내부에 간격을 두고 복수 형성되어 상변화 액체가 기화되어 확산되는 확산공간으로 구성된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 다공성 코어층은 사각판재 형상으로 구비되고, 상기 확산공간은 상기 다공성 코어층의 내부에 등간격을 두고 격자 구조로 형성된 것에 있다
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 다공성 코어층은 사각판재 형상으로 구비되고;, 상기 확산공간은 상기 다공성 코어층의 내부에 등 간격을 두고 수직 또는 수평 방향으로 길게 배치되는 직선 튜브 형상을 갖는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 다공성 코어층은 흑연분말을 압착하여 된 그라파이트 다공층인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 다공성 코어층은 구리,주석,아연,알루미늄,스텐레스 계열의 금속분말 중 적어도 어느 하나 이상 또는 하나 이상의 분말을 20㎛~200㎛의 입도크기로 하여 용융온도보다 10~30% 낮은 온도에서 가열하여 소결하고 이를 가압하여 된 소결시트가 사용되는 것 또는 구리를 전해주조 방식으로 다공을 갖는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 챔버 하우징은 구리, 스테인레스, 알루미늄, 니켈, 또는 자성을 갖는 금속재로 성형되되;, 상기 다공성 코어층의 상면에 배치되는 탑커버 플레이트와, 상기 다공성 코어층의 하면에 배치되는 보텀커버 플레이트로 구성되고; 이들 탑커버 플레이트와 보텀커버 플레이트의 테두리는 용접으로 접합되거나 또는 접착제로 접합되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 탑커버 플레이트는 구리로 성형되고, 보텀커버 플레이트는 자성을 갖는 금속재로 성형되거나, 또는 탑커버 플레이트와 보텀커버 플레이트는 자성을 갖는 금속재로 성형되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 다공성 코어층의 공극률은 30% ~ 90%이고, 공극의 크기는 10μm ~130μm인 것에 있다,
본 발명의 일 실시례에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버는 금속재로 된 챔버 하우징을 통해 전달된 열은 그 내부의 다공 필러부의 다공성 구조에 의해 상변화 액체가 비교적 낮은 온도에서도 빠르게 기화되고 액화되는 작용을 반복함으로써 전자기기의 열분산 및 방열에 대한 향상된 성능을 보장할 수 있는 효과가 기대된다.
특히, 본 발명은 내부의 다공 필러부에 의해 비교적 낮은 온도에서도 쉽게 상변화 액체가 끓도록 하는 비등 현상을 유도할 수 있음에 따라 방향성이 없는 공극 구조를 통해 열이 작용하는 방향에 관계없이 무방향성 열분산 작용을 통해 냉각성능의 향상을 도모할 수 있는 이점이 있다.
즉, 다공성 코어층은 고온의 열을 전달받아 상변화 액체가 끓는 것에 의해 기포를 발생시키고, 이 기포의 압력에 의해 액체가 공극을 통해 사방으로 밀려나면서 냉각이 이루어지기 때문에 방향에 관계없이 우수한 냉각성능을 확보할 수 있는 것이다.
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 다공성 코어층을 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 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버의 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 2는 본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버를 위에서 바라본 도면,
도 3은 본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버의 내부 구조를 설명하기 위한 측단면도
도 4는 도 3을 수평 방향으로 절단한 단면도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 여러 실시례를 나타낸 도면,
[부호의 설명]
1 : 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버
10 : 챔버 하우징 20 : 다공성 코어층 30 : 확산 공간
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 먼저, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 모식도이다.
도면에는 외체를 형성하는 것으로 챔버 하우징(미부호)을 구성하는 탑커버 플레이트(①)와, 이 탑커버 플레이트(①)에 하측에 대향 배치되어 하판을 이루는 보텀커버 플레이트(③) 그리고 이들 탑커버 플레이트(①)와 보텀커버 플레이트(③) 사이에 배치되어 기화된 상변화 액체가 열확산될 수 있는 통로를 제공함과 아울러 냉각 작용에 의해 액화되어 표면에 물방울 형태로 맺힌 수분을 모세관 현상에 의해 빠르게 흡수시키는 다공성 코어층(②) 그리고 도시하지는 않았으나 다공성 코어층(20)의 내부에 간격을 두고 기체가 확산될 수 있는 통로인 확산 공간이 형성된 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버가 도시되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버를 위에서 바라본 도면이다.
도면에는 직사각형상의 판재 형상으로 제공되는 것으로 내부에는 진공 상태의 공간을 제공하는 금속재로 된 챔버 하우징(10)과, 이 챔버 하우징(10)의 내부 공간에 구비되는 것으로 다공 구조를 갖는 다공성 코어층(20)과, 이 다공성 코어층(20)의 내부에 등간격을 두고 구비되는 것으로 상변화 액체가 기화되어 확산되는 공간을 제공하는 확산 공간(30)으로 구성된 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버가 도시되어 있다. 이러한 구성의 도 2는 도면을 기준으로 상,하 및 좌,우 방향으로 열을 확산할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버의 내부 구조를 설명하기 위한 측단면도이고, 도 3은 도 2를 수평방향으로 절단한 단면도이다.
도면에는 등 간격을 두고 복수의 사각 형상의 확산 공간(30)이 형성된 다공성 코어층(20)과, 이 다공성 코어층(20)을 외곽을 감싸는 형태로 제공되는 것으로 진공 상태의 금속재로 된 챔버 하우징(10)으로 이루어진 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버가 도시되어 있다. 이러한 구성의 도 3은 상면과 하면에 필러가 접촉되는 구조로 중간 부분에 학산 공간(30)이 형성된다.
도 4는 도 3을 수평 방향으로 절단한 단면도이다. 도면에는 외체를 형성하는 챔버 하우징의 바닥면과 측벽의 일부를 이루는 보텀커버 플레이트와, 이 보텀커버 플레이트의 상부에 배치된 다공성 코어층(20) 그리고, 이 다공성 코어층(20)에 복수 형성되는 확산 공간(30)이 도시되어 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 여러 실시례를 나타낸 도면으로서, 도 5는 도면을 기준으로 세로 방향으로 길게 배치 형성된 확산 공간(30)이 수평 방향으로 간격을 두고 복수 형성된 형태의 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버가 도시되어 있고, 도 6은 도면을 기준으로 가로 방향으로 길게 배치 형성된 확산 공간(30)이 수직하는 방향으로 간격을 두고 복수 형성된 형태의 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버가 도시되어 있다.
이러한 구성의 도 5는 챔버 하우징(10)을 구성하는 것으로 상판을 이루는 탑커버 플레이트(미도시)와, 이 탑커버 플레이트에 대향 배치되어 하판을 이루는 보텀커버 플레이트(미도시)로 이루어지며, 이들 탑커버 플레이트와 보텀커버 플레이트의 테두리는 용접 또는 접착제에 의해 일체로 접합되어 그 내부에 진공압이 작용하는 공간을 제공하도록 측벽부(미도시)가 형성되며, 챔버 하우징의 내부에는 상변화 액체가 채워진다.
한편, 상기 챔버 하우징(10)의 내부에는 액화된 액체를 머금는 것으로 기둥 형태의 필러부를 형성하도록 확산 공간(30)에 의해 그 내부가 구획되는 다공성 코어층(20)이 구비된다. 즉, 상기 다공성 코어층(20) 사이에는 기체가 확산되는 공간인 기체 확산로가 형성되는 구조이다.
이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공성 코어층을 갖는 베이퍼 챔버(1)는 외체를 형성하는 것으로 전자기기의 발열면에 접촉하여 열을 전도받는 금속재로 된 챔버 하우징(10)과, 이 챔버 하우징(10)의 내부 공간에 구비되는 다공성 코어층(20)과, 이 다공성 코어층(20)의 내부에 마련되는 확산 공간(30)으로 구성된다.
챔버 하우징(10)은 내부에 진공압이 작용하는 공간을 제공하는 것으로 구리나 알루미늄 등의 금속판을 가공하여 내부에 진공압이 작용하는 공간을 형성하도록 밀폐된 통체 형상으로 제공된다.
이러한 챔버 하우징(10)은 내부에 상변화 액체인 물이나 알코올 등의 액체가 채워진 상태에서 진공압이 작용한 상태로 밀봉되어 진 것으로, 내부에 채워진 상변화 액체는 전자기기의 발열에 의해 증발되어 챔버 하우징 전체로 흐르고 등온 열 확산기를 만들게 되고, 이러한 증기는 챔버 하우징(10)의 표면에서 응축되어 열이 강제 대류, 자연 대류 또는 액체 냉각에 의해 제거된다. 이러한 챔버 하우징(10)은 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에서의 참버 하우징(10)은 바람직한 실시례로, 구리, 스테인레스, 알루미늄, 니켈, 또는 자성을 갖는 금속재로 성형되는 것을 제안하며, 크게 상판부를 이루는 것으로 다공성 코어층의 상측에 배치되는 탑커버 플레이트와, 이 탑커버 플레이트와 하측으로 마주보게 배치되는 것으로 상기 다공성 코어층의 하측에 배치되는 하판부를 이루는 보텀커버 플레이트로 구성된다.
그리고, 상기 탑커버 플레이트와 보텀커버 플레이트의 테두리는 상호 용접으로 접합되거나 또는 접착제로 접합되는 구성이며, 이를 위해 탑커버 플레이트 또는 보텀커버 플레이트 중 적어도 어느 하나의 테두리는 측벽을 형성하도록 수직하게 굽힘 가공될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 방열 특성과 전자기기에서 방출하는 전자파를 차폐하기 위하여 상기 탑커버 플레이트는 구리로 성형되고, 보텀커버 플레이트는 자성을 갖는 금속재로 성형할 수 있으며, 이외에도 상기 탑커버 플레이트와 보텀커버 플레이트 모두를 자성을 갖는 금속재로 성형할 수 있을 것이다.
다공성 코어층(20)은 상기 챔버 하우징(10)의 내부에 구비되어 금속재로 된 복수의 공극을 형성하여 된 다공 구조를 갖는 것으로, 상변화 액체가 기화 현상에 의해 증기로 바뀌면서 후술할 확산공간(30)에서 확산된 후 다시 냉각 작용에 의해 물방울 형태로 맺히게 되면, 다공성 코어층(20)의 표면에 맺힌 물방울을 모세관 현상에 의해 빠르게 흡수하여 결과적으로 기화와 액화 작용이 원활하게 반복될 수 있도록 하는 요소이다.
이러한 다공성 코어층(20)은 다양한 소재나 형태로 제공될 수 있으며, 본 발명에서는 그라파이트재를 이용한 그라파이트 다공층 또는 소결시트로 된 소결시트 다공층으로 제공될 수 있다.
상기 그라파이트 다공층은 흑연을 압착하여 시트로 한 흑연시트 또는 흑연 분말을 균일하게 도포하여 된 흑연분말도포층 또는 흑연에 유기계열, 무기계열, 세라믹계열 중 어느 하나 또는 하나 이상을 조성한 흑연조성물 또는 그라파이트에 유기계열, 무기계열, 세라믹계열의 중 어느 하나 또는 하나 이상을 조성한 방열수지를 혼합하여 된 혼합물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
또한, 상기 소결시트는 구리,주석,아연,알루미늄,스텐레스 계열의 금속분말 중 적어도 어느 하나 이상 또는 하나 이상의 분말을 20㎛~200㎛의 입도크기로 하여 용융온도보다 낮은 10~30% 낮은 온도에서 가열하여 소결하고 이를 가압하여 성형된 것이 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 다공성 코어층(20)은 바람직한 실시례로 공극률은 30% ~ 90%이고, 공극의 크기는 10μm ~130μm인 것을 제안한다.
이를 상세하게 설명하면, 다공성 코어층(20)의 공극률이 30% 미만인 경우에는 다공성 코어층(20)의 공극들이 수용할 수 있는 액체 상태의 상변화 물질의 흡수량이 적기 때문에 결국 기화시킬 수 있는 양이 한정됨에 따라 기체의 확산율 또한 낮을 수 밖에 없으므로 열전도율이 낮은 문제점을 초래함에 따라 공극률은 30% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 공극률이 80%를 초과하는 경우 다공성 코어층(20)의 공극들이 액체 상태의 상변화 물질을 흡수하기 위한 모세관 현상이 더디게 일어남에 따라 결국 열전도율이 떨어져 냉각성능을 높이는데 한계가 있으므로 공극률은 80% 미만인 것이 바람직하다.
한편, 다공성 코어층(20)의 공극 크기는 상변화 액체의 물성에 따라 좌우되는데, 기화성이 우수한 알콜 등을 상변화 물질로 사용하였을 때 공극의 크기가 10μm 이상에서는 양호한 냉각성능을 나타내는 것으로 확인되었으나, 공극의 크기가 10μm 미만인 경우에는 냉각성능이 크게 저하되는 것으로 확인되었다.
일레로, 상변화 물질을 이물질이 제거된 순수한 물을 사용하였을 경우 공극의 크기가 50μm 미만에서는 모세관 현상이 원활하게 일어나지 않음에 따라 결국 양호한 냉각성능을 보장할 수 없는 것으로 나타났다.
확산 공간(30)은 상변화 액체인 물이 가열작용에 의해 기화되어 증기 형태로 빠르게 확산되는 기체확산로 역할을 하는 것으로, 상기 다공성 코어층(20)의 내부에 간격을 두고 복수 형성되는 구성이다.
즉, 상기 확산 공간(30)은 도 3을 참조하여 설명하면, 상,하측에 다공성 코어층(20)으로 막혀 있고, 측벽 부분 역시 다공성 코어층(20)으로 막힌 형태로 구비됨에 따라 결국 각 확산 공간(30) 주위는 다공성 코어층(20)으로 감싸진 형태, 즉 상기 다공성 코어층(20)의 내부에 확산공간(30)이 구비되는 형태로 존재하며, 이들 확산 공간(30)과 확산 공간(30) 사이에는 기둥 형태의 다공 필러부(미부호)가 배치되는 구성이다.
이러한 확산 공간(30)은 전자기기의 방열 확산 방향을 규제하도록 다양한 형태로 배치될 수 있으며, 본 발명에서는 바람직한 실시례로 도 1에 나타내 보인 바와 같이 상기 다공성 코어층의 내부에 등간격을 두고 격자 구조로 형성되거나, 또는 도 5 및 도 6에 나타내 보인 바와 같이 상기 다공성 코어층의 내부에 등 간격을 두고 수직 또는 수평 방향으로 길게 배치되는 직선 튜브 형상을 갖도록 제공될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버는, 금속으로 된 챔버 하우징(10)의 일면이 전자기기의 발열면에 밀착 접촉되어 열을 전도 받도록 구비되며, 상기 전자기기로부터 전도된 열은 상기 챔버 하우징(10)을 통해 그 내부에 채워져 있던 상변화 액체를 가열하여 상기 확산 공간(30)에서 기화시켜 빠르게 열확산을 유도한다.
이어서, 기화된 증기는 상기 챔버 하우징(10)의 타면을 통해 방열되는 냉각 작용에 의해 상기 확산 공간(30)의 주변부인 다공성 코어층(20)의 표면에 물방울 형태로 맺히게 되는데, 이렇게 맺힌 물방울은 다공성 코어층(20)의 공극을 통해 빠르게 흡수됨에 따라 결과적으로 기화 및 액화의 순환성능이 높아지게 된다.
따라서, 가열 작용에 의한 기화된 증기는 냉각 작용에 의해 액화된 후 다공성 코어층(20)을 이루는 복수의 공극에 의한 모세관 현상을 통해 빠르게 흡수되어 열확산 공간(30)에서의 열확산 조건을 양호하게 유지시킴과 아울러 공극을 통해 모세관 현상을 통해 빠르게 흡수됨에 따라 결과적으로 기화와 액화의 순환 효율을 극대화시킬 수 있어 우수한 방열 특성을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명의 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버는 고방열을 목적으로 열전도율이 우수한 그라파이트 다공층 또는 소결시트 다공층을 사용함에 따라 공극들에 의한 모세관 현상을 통해 방열특성을 극대화시킬 수 있어 전자기기의 고성능화에 따른 고방열을 보장할 수 있다.
따라서, 이를 적용한 제품이 최적의 성능을 확보하도록 하여 결과적으로 제품의 상품 가치를 높일 수 있는 효과가 있다.
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

Claims (8)

  1. 전자기기의 발열면에 접촉하여 열을 전도 받는 것으로 내부에 진공압이 작용하는 공간을 제공하되 가열에 의해 기화되고 냉각작용에 의해 액화되는 상변화 액체가 주입된 금속재의 챔버 하우징;
    상기 챔버 하우징의 내부에 구비되어 기화된 증기가 냉각 작용에 의해 물방울 형태로 맺히게 되면 이를 모세관 현상에 의해 빠르게 흡수하여 기화와 액화의 순환효율을 높이도록 한 복수의 공극을 형성하여 된 금속재의 다공성 코어층;
    상기 다공성 코어층의 내부에 간격을 두고 복수 형성되어 상변화 액체가 기화되어 확산되는 확산공간;으로 구성된 것을 특징으로 하는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 코어층은 사각판재 형상으로 구비되고, 상기 확산공간은 상기 다공성 코어층의 내부에 등간격을 두고 격자 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 코어층은 사각판재 형상으로 구비되고;,
    상기 확산공간은 상기 다공성 코어층의 내부에 등 간격을 두고 수직 또는 수평 방향으로 길게 배치되는 직선 튜브 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 코어층은 흑연분말을 압착하여 된 그라파이트 다공층인 것을 특징으로 하는 하는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 코어층은 구리,주석,아연,알루미늄,스텐레스 계열의 금속분말 중 적어도 어느 하나 이상 또는 하나 이상의 분말을 20㎛~200㎛의 입도크기로 하여 용융온도보다 10~30% 낮은 온도에서 가열하여 소결하고 이를 가압하여 된 소결시트가 사용되는 것 또는 구리를 전해주조 방식으로 다공을 갖는 것을 특징으로 하는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 챔버 하우징은 구리, 스테인레스, 알루미늄, 니켈, 또는 자성을 갖는 금속재로 성형되되;, 상기 다공성 코어층의 상면에 배치되는 탑커버 플레이트와, 상기 다공성 코어층의 하면에 배치되는 보텀커버 플레이트로 구성되고; 이들 탑커버 플레이트와 보텀커버 플레이트의 테두리는 용접으로 접합되거나 또는 접착제로 접합되는 것을 특징으로 하는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 탑커버 플레이트는 구리로 성형되고, 보텀커버 플레이트는 자성을 갖는 금속재로 성형되거나, 또는 탑커버 플레이트와 보텀커버 플레이트는 자성을 갖는 금속재로 성형되는 것을 특징으로 하는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 코어층의 공극률은 30% ~ 80%이고, 공극의 크기는 10μm ~130μm인 것을 특징으로 하는 기체 확산로를 형성하는 다공 필러부를 갖는 베이퍼 챔버.
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