KR100864569B1 - 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자/전기 부품, 소자 및 장치의 냉각용으로 사용되는 히트싱크에 관한 것으로, 발열체와 직접 접촉되는 흡열영역의 열이 보다 신속하게 방출되도록 하여 방열효과가 높으면서 소형화가 용이하고 제조비용이 저렴하며, 열팽창의 편차로 인한 변형으로 인해 발열체와의 접촉 불량이 발생되지 않도록 하여 항상 방열기능이 양호하게 유지될 수 있는 히트싱크를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 전자/전기 부품 및 소자를 포함하는 발열체에 밀착 설치되어 방열기능을 하는 히트싱크에 있어서, 상기 발열체보다 넓게 형성되어 배면부에 발열체가 접촉되는 흡열영역이 상대적으로 좁게 형성된 본체판과, 상기 본체판의 전면부에 결합되며 각각 다수의 방열핀이 구비된 복수의 핀집합체를 포함하며, 상기 핀집합체는, 상기 흡열영역의 직후방에 위치되도록 본체판의 전면부 내측에 결합된 내부핀집합체와, 상기 내부핀집합체의 주변에 위치되도록 본체판의 전면부 외측에 결합된 외부핀집합체를 포함하며, 상기 내부핀집합체는 외부핀집합체보다 열전도율이 높은 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트싱크가 제공된다.

히트싱크, 핀집합체, 방열핀, 열전도율, 발열체

Description

히트싱크 {HEAT SINK}

도 1은 종래의 히트싱크를 도시한 사시도.

도 2a는 본 발명에 따른 히트싱크의 제1실시예를 도시한 평면도.

도 2b는 도 2a의 A-A'방향 단면도.

도 2c는 도 2a의 B-B'방향 단면도.

도 3a는 본 발명에 따른 히트싱크의 제2실시예를 도시한 평면도.

도 3b는 도 3a의 C-C'방향 단면도.

도 3c는 도 3a의 D-D'방향 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 히트싱크의 제3실시예를 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 발열체 101 : 흡열영역

103 : 소통로 110 : 본체판

111 : 결합홈 120 : 내부핀집합체

121, 131 : 방열핀 123, 133 : 연결리브

130 : 외부핀집합체

본 발명은 전자/전기 부품, 소자 및 장치의 냉각용으로 사용되는 히트싱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열체와 직접 접촉되어 열이 집중되는 흡열영역의 열을 신속하게 방출할 수 있는 구조로 이루어져 소형화 및 경량화가 용이하면서 높은 방열효과를 얻을 수 있고, 열팽창에 따른 변형으로 인해 발열체와 접촉상태가 불량해지는 것을 방지하여 방열기능이 항상 양호하게 유지될 수 있는 히트싱크에 관한 것이다.

일반적으로 작동시 열이 발생되는 전자/전기 부품이나 소자, 장치(이하, '발열체'라 칭함)가 과도한 열로 인해 손상되는 것을 방지하기 위하여 히트싱크가 사용되고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 히트싱크는, 배면부에 발열체(10)의 표면에 밀착되는 흡열영역(20)이 형성되고, 전면부에 소정 높이로 병렬 돌출된 다수의 방열핀(30)이 구비된 형태로 이루어져, 상기 흡열영역(20)을 통해 전달된 열을 방열핀(30)을 통해 외부 공기로 방출할 수 있는 구조를 갖는다.

이러한 히트싱크에서 발열체(10)와 직접 접촉되는 흡열영역(20)은 열이 집중되는 부분이므로, 다른 부분보다 더욱 신속하게 공기중으로 열을 방출하거나 주변부로 열을 전달할 수 있어야 하는데, 종래의 히트싱크는 알루미늄 소재를 압출 등을 통해 일체로 성형한 구조로 제조되고 있다. 이에 따라, 상기한 흡열영역(20)에 서의 방열이 좋지 못하여 히트싱크가 장착된 발열체(10)의 성능과 수명에 악영향을 미치고, 요구되는 방열 효과를 얻기 위해서는 히트싱크의 사이즈를 크게 할 수밖에 없어 소형화가 제한되는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 상기 알루미늄 보다 열전도율이 높은 다른 속재, 예를 들어 금, 은, 구리 등을 사용할 수도 있으나, 이러한 소재는 알루미늄에 비해 상대적으로 강도가 떨어지고, 중량이 많이 나가며, 특히 재료 비용이 비싸서 제품화가 어려운 실정이다.

또한, 전술한 종래의 히트싱크는 상기 흡열영역(20)과 주변의 온도 차이로 인해 위치에 따라 열팽창이 다르게 이루어져 히트싱크에 변형이 발생하고, 이로 인해 발열체(10)와 히트싱크 간의 접촉 상태가 불량해져 방열성이 더욱 떨어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 발열체와 직접 접촉되는 흡열영역의 열이 보다 신속하게 방출되도록 하여 방열효과가 높으면서 소형화가 용이하고 제조비용이 저렴한 히트싱크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열팽창의 편차로 인한 변형으로 인해 발열체와의 접촉 불량이 발생되지 않도록 하여 항상 방열기능이 양호하게 유지될 수 있는 히트싱크를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 전자/전기 부품, 소자 및 장치를 포함하는 발열체에 밀착 설치되어 방열기능을 하는 히트싱크에 있어서, 상기 발열체보다 넓게 형성되어 배면부에 발열체가 접촉되는 흡열영역이 상대적으로 좁게 형성된 본체판과, 상기 본체판의 전면부에 결합되며 각각 다수의 방열핀이 구비된 복수의 핀집합체를 포함하며, 상기 핀집합체는, 상기 흡열영역의 직후방에 위치되도록 본체판의 전면부 내측에 결합된 내부핀집합체와, 상기 내부핀집합체의 주변에 위치되도록 본체판의 전면부 외측에 결합된 외부핀집합체를 포함하며, 상기 내부핀집합체는 외부핀집합체보다 열전도율이 높은 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트싱크가 제공된다.

이러한 본 발명의 히트싱크에서, 상기 핀집합체는 각각의 방열핀 형성방향과 직교 또는 교차하는 방향으로 공기 흐름을 위한 소통로가 형성되도록 서로 소정 간격 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.

상기 핀집합체는 금속판재를 요철되도록 절곡가공하여 다수의 방열핀을 형성한 구조로 이루어질 수도 있다.

선택적으로, 상기 핀집합체는 판형으로 형성된 다수의 방열핀이 연결리브에 의해 연결된 일체화 구조로 이루어지고, 상기 본체판에 각 방열핀이 삽입되는 다수의 결합홈이 형성될 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 핀집합체는 판형의 개별부재로 형성된 다수의 방열 핀으로 이루어지고, 상기 본체판에 각 방열핀이 삽입되는 다수의 결합홈이 형성되어 상기 방열핀의 결합위치와 간격을 선택 가능하도록 구성될 수도 있다.

보다 바람직하게는, 상기 외부핀집합체가 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 내부핀집합체가 구리 재질로 이루어질 수 있다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2a는 본 발명에 따른 히트싱크의 제1실시예를 도시한 평면도이고, 도 2b 및 도 2c는 각각 도 2a의 A-A'방향 및 B-B'방향 단면도이다.

도시된 본 발명의 히트싱크는 전자/전기 부품 및 소자 등 발열체(10)에 밀착 설치되어 방열기능을 하는 것으로, 둘레부가 발열체(10) 외측으로 돌출되도록 발열체(10)보다 넓게 형성되어 배면부에 발열체(10)의 표면에 밀착되는 흡열영역(101)이 형성된 본체판(110) 및 이 본체판(110)의 전면부에 결합된 복수의 핀집합체(120, 130)로 이루어진다.

본 발명에서, 상기 핀집합체(120, 130)는 흡열영역(101)과 대응되는 직후방에 위치되도록 본체판(110)의 전면부 내측에 결합되는 내부핀집합체(120)와 그 주변부에 결합되는 외부핀집합체(130)로 구성된다. 상기 외부핀집합체(130)는 통상의 히트싱크에 사용되는 알루미늄 소재로 이루어지며, 내부핀집합체(120)는 외부핀집합체(130)보다 열전도율이 높은 금속 소재, 바람직하게는 가격 대비 유용성이 높은 구리 소재로 이루어진다.

본 실시예에서, 상기 외부핀집합체(130) 및 내부핀집합체(120)는 각각 얇은 금속판재를 펄스 형태로 요철되도록 절곡가공하여 다수의 방열핀(121, 131)을 형성한 것으로, 도시된 볼트(105)를 비롯하여 리벳, 핀 등의 기계적 체결부재나 접착제, 양면테이프 등의 접합재와 같은 일반적으로 금속재를 결합하는데 사용되는 통상의 결합수단에 의해 본체판(110)에 결합된다.

또한, 각 핀집합체(120, 130)는 각각의 방열핀(121, 131) 형성방향과 직교, 또는 경우에 따라 교차하는 방향으로 소통로(103)가 형성되도록 서로 소정 간격 이격되어 설치된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 히트싱크는 발열체(10)에서 발생된 열을 열전도율이 높은 재질로 이루어진 내부핀집합체(120)를 통해 보다 효과적으로 방열시킬 수 있다.

즉, 예를 들어 상기 내부핀집합체(120)가 구리로 이루어진 경우, 평균적인 특성을 갖는 구리와 알루미늄의 열전도율은 각각 320㎉/℃ 및 196㎉/℃ 정도이므로, 상기 내부핀집합체(120)를 통한 열전도속도는 통상적인 알루미늄 재질 히트싱크에 비해 대략 1.6배 이상이 된다. 따라서, 발열체(10)와 접하는 흡열영역(101)으로 전달된 열이 상기 내부핀집합체(120)를 통해 종래의 히트싱크에 비해 현저하게 빠른 속도로 방출될 수 있게 된다. 이는 보다 경량화 및 소형화되면서도 방열 효율이 높은 히트싱크를 제공하는데 매우 유용하며, 히트싱크 전체를 금이나 은, 구리 등과 같은 전도성이 높은 금속재료로 제조할 경우 발생될 수 있는 비용증가와 중량 증가, 강도저하 등의 문제도 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 히트싱크는 상기와 같이 서로 분할된 복수의 핀집합체(120, 130)가 본체판(110)에 결합되어 하나의 히트싱크를 이루는 구조를 갖으므로, 발열체(10)의 거리에 따른 각 부분의 열팽창에 편차가 생겨도 각 핀집합체(120, 130) 사이의 간극을 통해 전체적인 변형이 상쇄되고, 이에 따라 변형에 의해 발열체와의 접촉 상태가 불량하게 되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

더욱이, 상기 핀집합체(120, 130) 사이에 소통로(103)가 형성되므로, 방열핀(121, 131)의 형성방향과 교차되는 방향으로도 공기 소통이 원활하게 이루어질 수 있으며, 특히 절곡된 판재로 이루어진 핀집합체(120, 130) 내부공간이 상기 소통로(103)로 연통되어 내부에 정체된 공기로 인한 열저항을 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 3a 내지 도 3c에 본 발명의 다른 실시예로서, 통상적인 압출 방식으로 성형된 구조가 도시되어 있다.

즉, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 실시예의 히트싱크는 본체판(110)의 배면부에 흡열영역(101)이 형성되고, 이 본체판(110)의 전면부에 복수의 핀집합체(120, 130)가 결합된 구조로 이루어지되, 상기 핀집합체(120, 130)는 소정 두께의 판형으로 이루어진 다수의 방열핀(121, 131)이 연결리브(123, 133)에 의해 일체화된 구조로 이루어지고, 본체판(110)에 각 핀집합체(120, 130)를 이루는 방열핀(121, 131)이 삽입되는 다수의 결합홈(111)이 구비된다. 전술한 실시예와 동일하게 상기 핀집합체(120, 130)는 흡열영역(101) 반대측 전면부에 결합되는 알루미늄보다 열전도율이 높은 재질, 바람직하게는 구리로 이루어진 내부핀집합체(120)와 그 주변부에 결합되는 알루미늄 재질의 외부핀집합체(130)로 이루어진다.

이러한 본 발명의 히트싱크는 전술한 실시예에서와 동일하게, 내부핀집합체(120)를 통해 신속한 열방출이 이루어지므로, 소형화 및 경량화가 용이하고 제조비용이 저렴하면서도 향상된 방열 효과를 얻을 수 있으며, 분할된 핀집합체 구조를 통해 각 부분의 열팽창 편차에 따른 변형 및 그에 따른 열전도 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 다수의 방열핀(121, 131)이 일체화되어 고정된 형태를 유지하므로, 조립작업이 매우 간편하게 되는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 히트싱크는 전술한 제2실시예와 유사하되, 각 핀집합체(120, 130)를 이루는 방열핀(121, 131)이 연결리브(123, 133)에 의해 연결되지 않고 도 4에 도시된 바와 같이 서로 분리된 개별부재로 이루어질 수도 있다. 이러한 경우, 각 핀집합체(120, 130)를 이루는 방열핀(121, 131)을 사용자의 필요에 따라 원하는 위치에 결합하여 사용할 수 있고, 특히, 흡열영역(101)과 같이 열이 집중되는 부분에 다른 부분보다 좁은 간격으로 보다 많은 개수의 방열핀(121, 131)을 결합하여 방열효과를 더욱 높일 수 있다. 이러한 구조는 필요한 부분에 방열핀(121, 131)을 집중적으로 설치할 수 있으므로, 히트싱크 전체의 무게를 줄이는데 유용하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(가) 발열체와 접촉되어 열이 집중되는 흡열영역에 상대적으로 높은 열전도율을 갖는 재질의 방열핀들이 결합되도록 함으로써, 히트싱크의 방열효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 저렴한 비용으로 보다 소형화 및 경량화된 히트싱크를 제공할 수 있다.

(나) 분할된 핀집합체에 의해 히트싱크의 방열핀 구조가 형성되도록 함으로써, 열팽창 편차에 따라 발생되었던 변형으로 인해 발열체의 열전도가 불량하게 될 우려 없이 보다 얇고 가볍게 히트싱크를 제작할 수 있다.

(다) 분할된 각 핀집합체 사이에 소통로를 형성하여 방열핀의 형성방향과 직교 내지는 교차되는 방향에 대한 공기흐름을 원활하게 함으로써, 히트싱크의 방열효과를 향상시킬 수 있으며, 특히 절곡된 판재 구조로 핀집합체를 제작하는 경우, 핀집합체 내부의 공기가 외부로 순환/소통되도록 하여 더욱 효과적인 방열이 이루어지게 할 수 있다.

(라) 본체판에 다수의 결합홈을 형성하고, 핀집합체를 이루는 방열핀을 결합홈에 선택적으로 삽입 결합되는 개별부재로 이루어지게 함으로써, 발열 집중도에 따라 다른 밀도로 방열핀을 장착하여 보다 경량화되면서도 방열효과가 높은 히트싱크를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 전자/전기 부품, 소자 및 장치를 포함하는 발열체(10)에 밀착 설치되어 방열기능을 하는 히트싱크에 있어서,

   상기 발열체(10)보다 넓게 형성되어 배면부에 발열체(10)가 접촉되는 흡열영역(101)이 상대적으로 좁게 형성된 본체판(110)과, 상기 본체판(110)의 전면부에 결합되는 복수의 핀집합체(120, 130)를 포함하며,

   상기 핀집합체(120, 130)는, 상기 흡열영역(101)의 직후방에 위치되도록 본체판(110)의 전면부 내측에 결합된 내부핀집합체(120)와, 상기 내부핀집합체(120)의 주변에 위치되도록 본체판(110)의 전면부 외측에 결합된 외부핀집합체(130)를 포함하고, 상기 외부핀집합체(130)는 상대적으로 가벼운 알루미늄 소재로 이루어지고 내부핀집합체(120)는 상대적으로 열전도율이 높은 구리 소재로 이루어지며, 상기 내부핀집합체(120)와 외부핀집합체(130)는 각각 판형의 개별부재로 형성된 다수의 방열핀(121, 131)으로 이루어지고, 상기 본체판(110)에 각 방열핀(121, 131)이 삽입되는 다수의 결합홈(111)이 형성되어 상기 방열핀(121, 131)의 결합위치와 간격을 선택 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 히트싱크.
2. 제1항에 있어서,

   상기 핀집합체(120, 130)는 각각의 방열핀(121, 131) 형성방향과 직교 또는 교차하는 방향으로 공기 흐름을 위한 소통로(103)가 형성되도록 서로 소정 간격 이격되어 설치된 것을 특징으로 하는 히트싱크.
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