KR100736814B1 - 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법에 관한 것으로, 다공판(30)과 작동유체(32)가 수용되는 히트스프레더(20)를 하부구조로 하고 접합에 의해 챔버공간이 생기는 방열핀(10)을 상부구조로서 형성하여 이들을 서로 용접결합으로 일체구조화시킴으로서 압출형에서의 방출열량 한계를 구조적으로 개선시킬 수 있도록 한다. 방열핀(10)을 형성하게 되는 방열핀판(10a)(10b)에 대해 일정 깊이로 가압하여 챔버공간을 형성하는 단계와, 양쪽의 방열핀판(10a)(10b)을 서로 챔버공간이 마주보게 접합하고 접합부(12)에 대해 용접 결합시켜 이들 내부의 챔버공간이 유체작동챔버(14)로 형성되면서 하측이 개방된 방열핀(10)을 형성하는 단계와, 작동유체(32)가 수용되는 스프레더함체(20a)의 개방된 상측에 대해 일정간격으로 핀조립부(22b)가 관통된 스프레더덮개(20b)를 용접 결합시켜 히트스프레더(20)를 형성하는 단계와, 수평방향 히트스프레더(20)의 각 핀조립부(22b)에 대해 수직방향으로 방열핀(10)의 하측을 용접 결합시키는 단계를 포함하여 제품 구성된다.

히트싱크, 써멀싸이폰, 방열핀판, 용접 결합, 유체수용챔버, 핀조립부

Description

써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법 {A manufacturing methof of thermal siphon type heat sink}

도 1은 본 발명의 기본 실시예에 따라 방열핀을 형성하기 위한 방열핀판의 사시도.

도 2와 도 3은 본 발명의 기본 실시예에 따라 형성된 방열핀을 작동유체와 다공판이 수용된 히트스트레더에 용접 결합시키는 사시도와 단면도.

도 4는 본 발명 기본 실시예의 제조방법에 따른 히트싱크 사시도.

도 5는 본 발명의 응용 실시예에 따라 형성된 방열핀을 작동유체와 다공판이 수용된 히트스트레더에 용접 결합시키는 사시도와 단면도.

도 6는 본 발명 응용 실시예의 제조방법에 따른 히트싱크 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 방열핀 10a,10b : 방열핀판

12 : 접합부 14 : 유체작동챔버

20 : 히트스프레더 20a : 스프레더함체

20b : 스프레더덮개 22a : 유체수용챔버

22b : 핀조립부 24b : 접합부체결홈

30 : 다공판 32 : 작동유체

본 발명은 용접을 이용한 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공판와 작동유체가 수용되는 히트스프레더를 하부구조로 하고 접합에 의해 챔버공간이 생기는 방열핀을 상부구조로서 형성하여 이들을 서로 용접결합으로 일체구조화시킴으로서 압출형의 히트싱크가 갖는 방출열량 한계를 구조적으로 개선시킬 수 있도록 한 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법에 관한 것이다.

잘 알려져 있는 바와 같이 광통신부품 및 전기,전자부품은 거의 반도체 소자화 되어 있어 소형화의 추세이며, 소형화의 문제점으로는 열에 의한 잡음 및 수명 단축과 출력특성의 불안정하므로 냉각 및 항온화가 절대적으로 필요하다. 예컨대 PC의 경우, 고성능화 및 고속화에 따른 높은 집적도로 발전되어 왔으나, 고집적화에 따른 발열 밀도의 증대로 발생되는 열을 효율적으로 분산시키고 냉각시키기 위한 기술의 발전이 동반되어 있지 않은 실정이다.

한편, 전자칩의 고집적화에 따른 전자기기의 소형화 추세는 전자부품이나 시스템에서의 복잡한 열적인 문제의 해결을 필요로 하고 있다. 전자칩의 고집적화에 따라 발생한 열을 제거하는 문제는 점점 중요해지고 있으나 칩의 크기와 형상, 발 열량, 내부 열저항에 따라 이 문제는 매우 다양하고 복잡하다. 결국 전자칩의 수명이나 신뢰도는 칩의 작동온도에 의해서 크게 좌우된다.

특히 전자칩의 작동온도를 설계온도보다 10℃ 높일 때마다 칩의 수명이 50% 이상씩 감소하는 것으로 알려져 있다. 따라서 전자칩의 온도를 낮게 유지하면서 높은 열유속을 제거할 수 있는 여러 가지 냉각기술의 개발이 전자기기의 수명과 발전속도를 좌우한다고 하여도 과언이 아니다.

통상 히트싱크는 수직방향의 방열핀이 각각 판상인 RSF(Rectangular Straight Fin) 타입을 기본으로, SRSF(Splitted Rectangilar Straight Fin) 타입 및 PF(Pin Fin) 타입 등도 폭넓게 사용되고 있으며, 단위면적당 열방출량을 증가시키기 위한 구조로서 다공성 형태도 소개되고 있는 실정이다. 이러한 기존의 히트싱크는 발열원에서 히트싱크의 밑면인 수평방향의 방열판으로 열전도되고, 히트싱크 밑면인 방열판에서 수직방향인 방열핀으로 열전도되고 다시 방열핀이 공기와 접촉하여 냉각되는 방식을 이루었다.

현재 사용되고 있는 대부분의 히트싱크는 압출형으로 사용되고 있으나 방출열량의 문제점으로 사용상의 한계를 나타내고 있으며, 결국 히트싱크를 크게 하는 방법 이외에 특별한 대안이 없는 실정이다. 즉, 기존의 히트싱크를 구성하는 히트싱크의 수평방향의 방열판과 수직방향의 방열핀 간에 서로 끝단의 온도차가 커서 상대적으로 열 전달량이 감소할 수밖에 없어 그만큼 열 방출량에 한계가 있었다.

따라서 본 발명은 이러한 사정을 감안하여 개발된 것으로, 하부의 수평구조인 방열판을 다공판와 작동유체가 수용되는 히트스프레더 구조로 형성하고 이의 상방으로 수직구조로서 일체화되는 방열핀을 히트스프레더로부터의 작동유체가 증발 작동될 수 있도록 챔버공간을 형성시켜 이들을 상호 용접결합에 의해 일체구조화 되도록 함으로서, 기존의 일체 압출형 히트싱크에 비해 열교환 효율이 높은 히트스프레더 기능을 갖는 히트싱크를 제작이 용이하면서 가격도 저렴하게 제작할 수 있는 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법을 제공함에 목적에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로 본 발명의 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법은, 알루미늄판 또는 동판 재질로서 방열핀을 형성하게 되는 방열핀판에 대해 일정 깊이로 가압하여 챔버공간을 형성하는 단계와, 양쪽의 방열핀판을 서로 챔버공간이 마주보게 접합하고 접합부에 대해 용접 결합시켜 이들 내부의 챔버공간이 유체작동챔버로 형성되면서 하측이 개방된 방열핀을 형성하는 단계와, 작동유체가 수용되는 스프레더함체의 개방된 상측에 대해 일정간격으로 핀조립부가 관통된 스프레더덮개를 용접 결합시켜 히트스프레더를 형성하는 단계와, 수평방향 히트스프레더의 각 핀조립부에 대해 수직방향으로 방열핀의 하측을 용접 결합시키는 단계를 포함하여 제품 구성된다.

또한 히트스프레더는 방열핀과 함께 알루미늄 또는 동판 재질중 어느 하나로서 형성되되, 작동유체가 수용된 스프레더함체의 유체수용챔버에 다공성물질인 다 공판이 구비된다. 나아가 방열핀은 공기와의 열교환 접촉면적이 높아질 수 있도록 표면 전체가 엠보싱 또는 굴곡 처리된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 써멀싸이폰 일체형 히트싱크가 제조되는 방법 및 그에 의한 구성관계를 첨부한 바람직한 실시예의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 기본 실시예에 따른 제조방법으로 하부쪽에 수평방향의 히트스프레더(20)가 형성되고 서로 용접 결합으로 내부에 챔버공간이 형성된 상부쪽의 방열핀(10)들이 상기 히트스프레더(20)의 상측에 일정간격으로 용접 결합되어 일체구조화되는 제조과정을 도시한 것이다.

도면에서 보는 바와 같이, 내부가 충진된 단순 밀폐구조인 기존의 히트싱크와 다르게 본 발명의 제조방법에 따른 히트싱크는 수평방향으로 밑면을 이루는 방열판인 히트스프레더(20)와, 상기 히트스프레더(20)에 대해 수평방향을 이루면서 전자기기 발열체의 열원에 의해 상기 히트스프레더(20)의 유체수용챔버(22a)에 충진된 작동유체(32)가 기화(증발)되어 순환 작동되면서 주변의 공기와 열교환될 수 있도록 내부공간이 서로 접합에 의해 유체작동챔버(14)가 형성된 방열핀(10)과의 상호 용접결합으로 이루어진다.

즉, 본 발명의 써멀싸이폰 일체형 히트싱크는 아래쪽 수평방향으로 형성되는 방열판으로 내부에 작용유체(32)가 수용되는 히트스프레더(Heat spreader)를 두고, 또한 방열핀(10) 내부에 공간을 두어 아래쪽의 히트스프레더(20)에서 발생된 작동유체(증기)가 방열핀(10)의 공간으로 들어가며, 상기 방열핀(10)이 공기와 접촉하여 작동유체(32)가 응축하고 응축된 액체가 다시 히트스프레더(20)로 귀환하는 써 멀싸이폰 기능의 히트싱크를 이루게 된다.

우선 방열판 기능을 하면서 발열체의 열원에 대해 신속히 반응되어 증발될 수 있는 작동유체가 충진되는 아래쪽의 히트스프레더(20)는 내부가 유체수용챔버(22a)로 공간 형성된 스프레더함체(20a)의 개방된 상측에 대해 일정간격으로 핀조립부(22b)가 관통된 스프레더덮개(20b)가 용접 결합을 통해 일체 구조화된다.

또한 수평방향의 히트스프레더(20)는 그 내부의 유체수용챔버(22a)에 작동유체(32)와 함께 다공성물질인 다공판(30)이 설치되며, 이는 상기 히트스프레더(20)로부터의 작동유체(32) 증기에 대한 외부 공기와의 열교환 효율이 높아질 수 있도록 한다.

특히 히트스프레더(20)를 구성하는 이들 스프레더함체(20a)와 스프레더덮개(20b)는 브레이징 용접 또는 전기저항 용접으로 용접 결합됨이 바람직하며, 상기 스프레더덮개(20b)에 일정간격으로 관통 형성되어 냉각핀(10)들이 각각 용접 결합되는 핀조립부(22b)는, 기본 실시예에 의한 방열핀(10)의 경우에는 결합단부인 접합부(12)가 일정길이로 돌출된 형태이므로 각 핀조립부(22b) 마다 양측으로 상기 방열핀(10)의 접합부(12)가 체결되어 용접될 수 있도록 접합부체결홈(24b)이 요홈된 형태를 이룬다.

물론 도 4 내지 도 6의 응용 실시에에 의해 제작되는 방열핀(10)의 경우에는 결합단부인 접합부가 돌출되지 않는 형태이므로 핀조립부(22b)의 양측으로 접합부체결홈(24b)이 요홈된 필요는 없다.

이와 같은 히트스프레더(20)는 기본 실시예 또는 응용 실시예에 의한 제조방 법으로 구성되는 방열핀(10)들이 상측의 스프레더덮개(20b)에 형성된 각 핀조립부(22b)에 용접 결합되는데, 먼저 기본 실시예에 의한 방열핀(10)은 도 1 내지 도 3에서 보는 것처럼 상기 히트스프레더(20)와 같은 알루미늄판 또는 동판 재질로서 가압에 의해 각각 일정깊이의 챔버공간을 형성하는 양쪽의 방열핀판(10a)(10b)이 서로 챔버공간을 중심으로 마주보게 접합하여 용접 결합으로 일체 구조화된다.

물론 히트스프레더(20)의 작동유체(32)가 증발 순환될 수 있도록 이들 양쪽의 방열핀판(10a)(10b)이 서로 접합에 의해 일체 구조화되는 방열핀(10)은 그 내부가 작동유체(32)의 작동공간이 유체작동챔버(14)를 형성하면서 하측은 상기 히트스프레더의 각 핀조립부(22b)에 조립되어 공간이 연통될 수 있도록 개방된 형태를 이룸은 물론이다.

즉, 판상의 방열핀판(10a)(10b)에 대해 각각 조립시 유체수용챔버(22a)를 형성하게 되는 챔버공간이 일정깊이로 형성되도록 가압성형한 다음, 이들 방열핀판(10a)(10b)들을 서로 챔버공간이 마주보도록 접합시킨 상태에서 접합부(12)에 대해 용접 결합시킴으로서 일체 구조화시킬 수 있다.

이와 같이 기본 실시예 또는 응용 실시예에 의한 다양한 성형방법으로 양쪽의 방열핀판(10a)(10b)이 일정깊이의 유체작동챔버(14)를 형성할 수 있도록 서로 접합되어 용접 결합으로 일체 구조화되는 방열핀(10)은 그 하측이 개방된 형태로서 히트스프레더(20)의 각 핀조립부(22b)에 안착되어 역시 용접 결합으로 일체 구조화됨으로서, 기존의 일체 압출형 히트싱크에 비해 열교환 효율이 높은 히트스프레더 기능을 갖는 히트싱크를 제작이 용이하면서 가격도 저렴하게 제작할 수 있다.

아울러 본 발명의 제조방법에 의해 제품 형성되는 써멀싸이폰 일체형 히트싱크는 히트스프레더(20)의 유체수용챔버(22a)에 작동유체(32)가 기본적으로 충진되며, 경우에 따라서는 상기 작동유체(32)와 함께 다공성 물질인 다공판(30) 설치됨으로서 작동유체(32) 증기에 대한 외부 공기와의 열교환 효율이 높아질 수 있도록 하며, 특히 방열핀(10)은 공기와의 열교환 접촉면적이 높아질 수 있도록 표면 전체를 엠보싱 또는 굴곡 처리하여 히트스프레더(20)와 용접 결합시킴이 바람직하다.

이와 같이 제조방법으로 제품 구성되는 본 발명의 써멀싸이폰 일체형 히트싱크는, 통상 발열체에 직접적으로 접촉 고정된 히트스프레더(20)가 발열체로부터의 열원에 대해 반응되어 그 내부에 충진되어 있는 작동유체(22)가 증발되어 다수의 일체 공간인 위쪽의 방열핀(10)으로 그 증기가 전달되면서 외부 공기와의 열교환이 보다 신속하고 원활하게 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 제조방법에 의해 제품 형성되는 써멀싸이폰 일체형 히트싱크는 작동유체(32)가 충진되는 히트스프레더(20)의 유체수용챔버(22a)에 다공판(30)을 구비시킴을 기본으로 하고 있으나, 경우에 따라서는 상기 히트스프레더(20)로부터의 작동유체(32)가 증발되면서 외부 공기와의 열교환 효율이 증가될 수 있도록 방열핀(10)의 유체작동챔버(14)에도 다공판 또는 기타 다공성물질을 구비시킬 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명의 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법에 의하면, 다 공판와 작동유체가 수용되는 히트스프레더를 하부구조로 하고 접합에 의해 챔버공간이 생기는 방열핀을 상부구조로서 형성하여 이들을 서로 용접결합으로 일체구조화시킴으로서 압출형의 히트싱크가 갖는 방출열량 한계를 구조적으로 개선시킬 수 있으며, 이는 기존의 일체 압출형 히트싱크에 비해 열교환 효율이 높은 히트스프레더 기능을 갖는 히트싱크를 제작이 용이하면서 가격도 저렴하게 제작할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 알루미늄판 또는 동판 재질로서 방열핀(10)을 형성하게 되는 방열핀판(10a)(10b)에 대해 일정 깊이로 가압하여 챔버공간을 형성하는 단계와,

   양쪽의 방열핀판(10a)(10b)을 서로 챔버공간이 마주보게 접합하고 접합부(12)에 대해 용접 결합시켜 이들 내부의 챔버공간이 유체작동챔버(14)로 형성되면서 하측이 개방된 방열핀(10)을 형성하는 단계와,

   작동유체(32)가 수용되는 스프레더함체(20a)의 개방된 상측에 대해 일정간격으로 핀조립부(22b)가 관통된 스프레더덮개(20b)를 용접 결합시켜 히트스프레더(20)를 형성하는 단계와,

   수평방향 히트스프레더(20)의 각 핀조립부(22b)에 대해 수직방향으로 방열핀(10)의 하측을 용접 결합시키는 단계를 포함하여 제품 구성되는 것을 특징으로 하는 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 히트스프레더(20)는 방열핀(10)과 함께 알루미늄 또는 동판 재질중 어느 하나로서 형성되되, 작동유체(32)가 수용된 스프레더함체(20a)의 유체수용챔버(22a)에 다공성물질인 다공판(30)이 구비된 것을 특징으로 하는 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 방열핀(10)은 공기와의 열교환 접촉면적이 높아질 수 있도록 표면 전체가 엠보싱 또는 굴곡 처리된 것을 특징으로 하는 써멀싸이폰 일체형 히트싱크 제조방법.

Images