KR100446092B1 - Cooling module having a wick manufactured by a photo etched method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토 에칭 공정으로 제작된 윅을 구비한 냉각 장치에 관한 것으로, 중앙에 요부가 형성된 틀과, 요부에 삽입되며 유체의 흐름을 위한 다수의 미세 채널이 포토 에칭 공정으로 형성된 윅으로 이루어지고, 상기 미세 채널과 상기 요부에 형성되는 공간을 통해 유체의 흐름이 이루어진다. 본 발명은 미세 채널을 포토 에칭 공정으로 형성하므로써 미세 채널의 폭을 최소화시켜 종래보다 큰 모세관력을 얻을 수 있으며, 이에 따라 전열 성능이 향상된 최적의 열 설계를 통해 효율이 우수한 냉각 장치를 제작할 수 있다. 또한, 윅을 별도로 제작하여 삽입하는 과정이 생략됨에 따라 제작 과정이 단순해지므로 생산성이 향상된다.The present invention relates to a cooling apparatus having a wick fabricated by a photo etching process, comprising a frame having a recess formed in the center, and a wick formed by a photo etching process having a plurality of microchannels inserted into the recess to flow the fluid. The fluid flows through the space formed in the microchannel and the recess. According to the present invention, the microchannels are formed by a photo etching process, thereby minimizing the width of the microchannels, thereby obtaining a capillary force larger than that of the related art. Accordingly, a cooling device having high efficiency can be manufactured through an optimal thermal design with improved heat transfer performance. . In addition, the production process is simplified since the process of separately manufacturing and inserting the wick simplifies the productivity.
Description
본 발명은 유체의 잠열을 이용하는 냉각 장치에 관한 것으로, 특히, 포토 에칭(Photo Etching) 공정으로 제작된 윅(Wick)을 구비한 냉각 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling apparatus utilizing latent heat of a fluid, and more particularly to a cooling apparatus having a wick manufactured by a photo etching process.
일반적으로 유체의 상변화 과정에서 발생되는 잠열을 이용하는 냉각 장치로는 히트 파이프, 히트 스프레더 등이 있다. 이러한 냉각 장치에는 기화된 유체의 귀환 통로로 이용되는 윅(Wick)이 구비되며, 윅에는 모세관력을 발생시켜 유체가 활발히 이동할 수 있도록 하기 위한 미세 구조의 통로 즉, 채널이 형성된다.Generally, a cooling device using a latent heat generated during a phase change of a fluid includes a heat pipe and a heat spreader. The cooling device is provided with a wick (Wick) used as a return passage of the vaporized fluid, the wick is formed of a microstructure passageway, that is, a channel for generating a capillary force to actively move the fluid.
히트 파이프는 유체의 잠열을 이용하므로 열 이동량이 크며, 열원(Heat Source)과 히트싱크(Heat Sink) 양단 사이의 온도차가 적어도 많은 양의 열을 이동시킨다. 이러한 히트 파이프는 일반적으로 다공질의 윅에 의해 발생되는 모세관력에 의해 유체의 귀환이 이루어지도록 구성된다. 그러므로 히트 파이프의 경우 모세관력이 잘 발생될 수 있는 구조의 윅을 제작하는 것이 중요하다.Since the heat pipe uses latent heat of the fluid, the heat transfer amount is large, and the temperature difference between the heat source and the heat sink ends at least a large amount of heat. Such heat pipes are generally configured to allow fluid to be returned by capillary forces generated by the porous wick. Therefore, in the case of heat pipe, it is important to fabricate a wick structure that can generate capillary force well.
종래의 냉각 장치에는 기계적 가공에 의해 만들어진 그루브 윅(groove wick), 미세 섬유 윅(fine fiber wick), 스크린 윅(screen wick), 편조 윅(wovenwire wick), 소결 윅(sintered wick) 등이 구비되었다.Conventional cooling devices include grooved wicks, fine fiber wicks, screen wicks, wovenwire wicks, sintered wicks, etc., made by mechanical machining. .
그러나 그루브 윅은 기계적 가공에 의해 미세 채널이 형성되기 때문에 채널의 크기를 미세하게 만드는 데 한계가 있으며, 다른 형태의 윅들은 파이프나 틀 형태의 냉각 장치 몸체에 삽입되어야 하기 때문에 냉각 장치의 제작 과정이 복잡하다.However, groove wicks have limitations in minimizing the size of the channels because the microchannels are formed by mechanical processing, and the production process of the cooling system is difficult because other types of wicks must be inserted into the pipe or frame body of the cooling device. Complex.
그래서 근래에는 제작이 용이하고 모세관력과 침투성(permeability)을 향상시켜 보다 효율적인 유체의 귀환 통로가 제공될 수 있도록 하기 위한 연구가 진행되고 있다.Therefore, in recent years, research is being conducted to improve the capillary force and permeability and to provide a more efficient fluid return path.
따라서 본 발명은 포토 에칭 공정으로 금속판에 미세 채널을 형성하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 포토 에칭 공정으로 제작된 윅을 구비한 냉각 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a cooling device having a wick manufactured by a photo etching process that can solve the above-mentioned disadvantages by forming a fine channel on a metal plate by a photo etching process.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중앙에 요부가 형성된 틀과, 요부에 삽입되며 유체의 흐름을 위해 서로 연결된 다수의 미세 채널이 형성된 윅으로 이루어져 미세 채널을 통해서는 작동유체가 요부에 형성되는 공간을 통해서는 기체의 흐름이 이루어지도록 구성된 냉각 장치에 있어서, 상기 미세 채널이 포토 에칭 공정으로 형성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object consists of a frame having a recess formed in the center, and a wick is inserted into the recess and formed with a plurality of microchannels connected to each other for the flow of fluid through which the working fluid is formed in the recess. A cooling device configured to allow gas to flow through a space, wherein the microchannels are formed by a photo etching process.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 냉각 장치는 금속판의 중앙부에 포토 에칭 공정으로 다수의 미세 채널이 형성되어 미세 채널을 통해 유체의 흐름이 이루어지도록 구성되며, 상기 미세 채널이 내부에 위치되도록 금속판이 다각 형태로 절곡된 것을 특징으로 한다.In addition, another cooling device of the present invention for achieving the above object is configured to form a plurality of microchannels in the center of the metal plate by a photo etching process to allow the flow of fluid through the microchannels, the microchannels therein The metal plate is bent in a polygonal shape so as to be positioned.
도 1은 본 발명에 따른 냉각 장치의 구조도.1 is a structural diagram of a cooling apparatus according to the present invention.
도 2a는 도 1에 도시된 틀을 설명하기 위한 평면도.Figure 2a is a plan view for explaining the frame shown in FIG.
도 2b는 도 2a의 A1-A2 부분을 절취한 단면도.FIG. 2B is a cross-sectional view of the portion A1-A2 of FIG. 2A; FIG.
도 2c는 도 1에 도시된 윅을 설명하기 위한 평면도.FIG. 2C is a plan view for explaining the wick shown in FIG. 1; FIG.
도 2d는 도 2c의 B1-B2 부분을 절취한 단면도.FIG. 2D is a cross-sectional view of the portion B1-B2 of FIG. 2C; FIG.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 윅을 제작하는 과정을 설명하기 위한 단면도.3a to 3b are cross-sectional views for explaining the process of manufacturing the wick of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 윅의 단면도.4 is a cross-sectional view of a wick for explaining another embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 윅으로 구현한 냉각 장치의 실시예를 도시한 단면도.Figures 5a to 5c is a cross-sectional view showing an embodiment of a cooling device implemented by the wick of Figure 4;
도 6a 내지 도 6c는 도 4의 윅으로 구현한 냉각 장치의 다른 실시예를 도시한 단면도.6a to 6c are cross-sectional views showing another embodiment of the cooling device implemented with the wick of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 틀 2: 요부1: frame 2: main part
3 및 23: 윅 4, 14 및 24: 미세 채널3 and 23: Wick 4, 14 and 24: Fine channels
5 및 25: 공간부 13: 금속판5 and 25: space 13: metal plate
15: 감광막 26: 외벽15: photosensitive film 26: outer wall
본 발명은 냉각 장치의 제작을 용이하게 하기 위한 하나의 방안으로 포토 에칭 공정으로 금속판에 미세 채널을 형성하여 윅을 제작한다. 화학적 에칭 공정으로 미세 채널을 형성함에 따라 기계적 가공 방법을 이용하는 경우보다 월등하게 미세한 크기의 채널 형성이 가능해지고, 미세 채널의 모양도 자유롭게 구현할 수 있어 최적의 열효율을 갖는 냉각 시스템의 제작이 가능해진다.The present invention is to produce a wick by forming a fine channel in the metal plate by a photo etching process as one way to facilitate the manufacture of a cooling device. As the fine channel is formed by the chemical etching process, a finer channel size can be formed than in the case of using a mechanical processing method, and the shape of the fine channel can be freely realized, thereby making it possible to manufacture a cooling system having optimal thermal efficiency.
그러면 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 냉각 장치의 구조도로서, 본 발명을 히트 스프레더에 적용한 실시예가 도시되며, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.1 is a structural diagram of a cooling apparatus according to the present invention, an embodiment in which the present invention is applied to a heat spreader is illustrated and described with reference to FIGS. 2A to 2D.
도 2a 및 도 2b와 같이 중앙부에 예를들어, 사각 형태의 요부(2)가 형성된 틀(1)과, 유체의 흐름을 위해 도 2c 및 도 2d와 같이 서로 연결된 다수의 미세 채널(4)이 형성된 윅(3)으로 구성되며, 상기 미세 채널(4)이 대향되도록 상기 요부(2)에 상기 윅(3)이 삽입되어 미세 채널(4) 및 상부의 밀폐된 진공 상태의 공간부(5)를 통해 유체의 흐름이 이루어된다.2A and 2B, for example, a frame 1 having a square recess 2 formed at a central portion thereof, and a plurality of microchannels 4 connected to each other as shown in FIGS. 2C and 2D for the flow of a fluid are provided. It is composed of a wick (3) formed, the wick (3) is inserted into the recess (2) so that the microchannel (4) is opposed to the microchannel (4) and the spaced portion 5 in the closed vacuum state of the upper portion Through the flow of fluid is achieved.
도 2b는 도 2a의 A1-A2 부분을 절취한 단면도로서, 요부(2)의 형태를 도시하며, 도 2d는 도 2c의 B1-B2 부분을 절취한 단면도로서, 상기 미세 채널(4)의 형태를 도시한다.FIG. 2B is a cross-sectional view of the A1-A2 portion of FIG. 2A showing the shape of the recessed portion 2, and FIG. 2D is a cross-sectional view of the B1-B2 portion of FIG. 2C showing the shape of the microchannel 4. Shows.
본 발명에서는 상기 윅(3)의 미세 채널(4)을 포토 에칭 공정으로 형성하는데, 그러면 상기 윅(3)을 제작하는 과정을 도 3a 내지 도 3c를 통해 설명하면 다음과 같다.In the present invention, the fine channel 4 of the wick 3 is formed by a photo etching process, and then the process of manufacturing the wick 3 will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.
윅으로 사용될 금속판(13)의 표면을 세정한 후 도 3a와 같이 상기 금속판(13) 상에 감광막(15)을 형성한다. 소정의 마스크를 사용한 노광 공정을 통해 상기 감광막(15)을 노광시킨다. 이 때, 상기 감광막(15)은 노광된 부분과 노광되지 않은 부분으로 구분된다.After cleaning the surface of the metal plate 13 to be used as a wick, a photosensitive film 15 is formed on the metal plate 13 as shown in FIG. 3A. The photosensitive film 15 is exposed through an exposure process using a predetermined mask. At this time, the photosensitive film 15 is divided into an exposed portion and an unexposed portion.
현상 공정을 실시하여 도 3b와 같이 상기 감광막(15)의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분을 제거한다. 이 후 잔류된 상기 감광막 패턴(15)을 마스크로 이용한 에칭(Etching) 공정으로 상기 금속판(13)을 소정 깊이 식각하여 도 3c와 같이 서로 연결된 다수의 미세 채널(14)을 형성한 후 잔류된 감광막(15)을 제거한다.The development process is performed to remove the exposed or unexposed portions of the photosensitive film 15 as shown in FIG. 3B. Thereafter, the metal plate 13 is etched to a predetermined depth by an etching process using the remaining photoresist pattern 15 as a mask to form a plurality of microchannels 14 connected to each other as shown in FIG. Remove (15).
이 때, 상기 미세 채널(14)의 폭은 모세관력이 효과적으로 발생될 수 있는 크기로 형성하며, 높이는 도 3c와 같이 상기 금속판(13)의 두께보다 낮게 형성하여 미세 채널(14) 및 상부의 공간부(도 1의 5)를 통해 유체의 흐름이 원활히 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 상기 감광막(15)을 노광할 때 사용하는 마스크를 다양하게 제작할 경우 상기 미세 채널(14)을 바둑판형 또는 다각 형태로 배열하여 유체의 이동이 더욱 활발히 이루어지게 할 수 있으며, 원형 또는 방사 형태로 배열하여 유체의 이동 시 방해가 될 수 있는 요인이 최소화되도록 한다. 또한, 마름모 구조나 육각형태 등 최적의 설계를 위해 자유로운 변경이 가능하다.At this time, the width of the microchannel 14 is formed to a size that can effectively generate a capillary force, the height is formed lower than the thickness of the metal plate 13 as shown in Figure 3c to the space of the microchannel 14 and the upper portion Through the portion (5 of FIG. 1) to ensure a smooth flow of the fluid. In addition, when the mask used for exposing the photosensitive film 15 is produced in various ways, the microchannels 14 may be arranged in a checkerboard or polygonal shape so that the fluid may be moved more actively. Arrange them to minimize the potential obstacles to fluid movement. In addition, it is possible to change freely for optimal design such as rhombus structure or hexagonal shape.
이와 같이 형성된 윅(3)을 상기 틀(1)의 요부(2)에 삽입시킨 후 상기 미세 패턴(4)과 공간부(5)가 진공 상태가 되도록 한 상태에서 상기 틀(1)과 윅(13)을 접착시킨다.The wick 3 formed as described above is inserted into the recess 2 of the mold 1, and the mold 1 and the wick (with the micro pattern 4 and the space 5 being in a vacuum state). 13).
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 윅의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a wick for explaining another embodiment of the present invention.
상기 도 3a 내지 도 3c의 과정을 통해 다수의 미세 채널(24)을 갖는 윅(23)을 제작한 다음 도 5a 내지 도 5c와 같이 상기 미세 채널(24)이 내부에 위치되도록 상기 윅(23)을 다각 형태로 절곡하여 내부에 형성되는 공간부(25) 및 미세 채널(24)을 통해 유체의 흐름이 이루어지도록 히트 파이프를 제작한다.A wick 23 having a plurality of microchannels 24 is manufactured through the process of FIGS. 3A to 3C, and the wick 23 is positioned inside the microchannel 24 as illustrated in FIGS. 5A to 5C. The heat pipe is manufactured so that the fluid flows through the space portion 25 and the microchannel 24 formed therein by bending in a polygonal shape.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 윅으로 구현한 냉각 장치의 실시예를 도시한 단면도이고, 도 6a 내지 도 6c는 도 4의 윅으로 구현한 냉각 장치의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 도 5a는 삼각 형태, 도 5b는 사각 형태, 도 5c는 원 형태로 이루어진 히트 파이프의 예가 도시된다.5A to 5C are cross-sectional views illustrating an embodiment of a cooling device implemented with a wick of FIG. 4, and FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating another embodiment of a cooling device implemented with a wick of FIG. 4. 5A shows a triangular shape, FIG. 5B shows a square shape, and FIG. 5C shows a heat pipe formed in a circular shape.
또한, 도 5a 내지 도 5c와 같이 절곡된 윅(23)의 외부에 윅(23)과 동일한 형태의 외벽(26)이 설치된 구조의 히트 파이프도 제작이 가능하다(도 6a 내지 도 6c 참조).In addition, a heat pipe having a structure in which an outer wall 26 having the same shape as the wick 23 is installed outside the wick 23 bent as shown in FIGS. 5A to 5C may be manufactured (see FIGS. 6A to 6C).
상술한 바와 같이 본 발명은 비교적 간단한 포토 에칭 공정을 이용하여 미세 채널을 갖는 윅을 제작하고, 미세 채널이 형성된 윅을 다각 형태로 절곡하여 다양한 형태 및 크기의 히트 스프레더 또는 히트 파이프를 구현한다.As described above, the present invention manufactures a wick having a microchannel by using a relatively simple photo etching process, and the wick on which the microchannel is formed is bent into a polygonal shape to implement a heat spreader or a heat pipe of various shapes and sizes.
본 발명은 포토 에칭 공정으로 미세 채널의 폭을 최소화시키므로써 종래보다 큰 모세관력을 얻을 수 있으며, 이에 따라 전열 성능이 향상된 최적의 열 설계를통해 효율이 우수한 냉각 장치를 제작할 수 있다. 또한, 윅을 삽입하는 과정을 생략할 수 있어 제작 과정이 단순해지므로 생산성이 향상된다.The present invention can obtain a larger capillary force than the conventional by minimizing the width of the microchannel in the photo etching process, thereby making it possible to manufacture a cooling device with excellent efficiency through the optimal thermal design with improved heat transfer performance. In addition, the process of inserting the wick can be omitted, thereby simplifying the manufacturing process, thereby improving productivity.
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