KR100294873B1 - 엘에스아이패케이지냉각용파형히트싱크휜어셈블리 - Google Patents

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하야시지히로
아바꼬데쯔오
미끼게이지
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린조 도쿠에
수미도모 프리시젼 프로덕츠 캄파니 리미티드
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Abstract

본 발명은 LSI 패키지 냉각용 히트 싱크 휜 어셈블리에 관한 것으로 최근 IC 의 집적도의 증가에 따라 발열량의 증가와 전자기기의 소량경량화 추세에 비하여 종래의 채널형 휜장치, 또는 핀형 휜장치는 방열량이 크게 형성할 경우 중량이 무겁다는 문제점이 있었다.
본 발명은 IC 의 발열량 증가와 전기기기의 소량 경량화 및 생산성 향상에 대응한 송풍방향의 선택의 자유도가 큰 히트 싱크 휜 어셈블리를 제공할 목적으로 측벽부와 정상부 및 저부가 반복적으로 요철형상으로 굴곡된 금속박판제의 방열부재와 평판상 기판을 접합하여 일체화 시킨 것이다.
[색인어]
LSI 패키지, 히트 싱크 휜, 프린트 기판, 핀 휜장치, 방열부재, 개방유로, 폐쇠유로, 브리지형상의 돌출부, 랜스공, 기판.

Description

엘 에스 아이(LSI) 패키지 냉각용 파형 히트 싱크 흰 어셈블리
제1도는 종래의 히트 싱크 휜(heat sink fins)이 부착된 LSI 패키지 (Package)의 설명도.
제2(a)도는 종래 채널형 히트 싱크 휜(Channel-type heat sink fins)의 평면도.
제2(b)도는 동 정면도.
제3도는 종래 채널형 히트 싱크 휜용 반제품의 압출가공 설명도.
제4도는 종래 채널형 히트 싱크 휜의 절삭 가공상황의 설명도.
제5(a)도는 핀 휜장치(Pin Fin device)의 평면도
제5(b)도는 동 측면도.
제5(c)도는 동 정면도.
제6(a),(b)도는 종래 핀형 히트 싱크 휜의 단조 가공상황의 설명도.
제7(a),(b)도는 동 핀 휜의 절삭가공 상황 설명도.
제8도는 프린트 기판에 히트 싱크 휜 어셈블리가 부착된 LSI 패키지 장착상황 설명도.
제9도는 핀의 단조 가공시 기판에 수축공 결함의 발생을 보여주는 예시도.
제10(a),(b)도는 각각 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 한 실시예를 보인 사시도 및 부분확대도.
제11(a),(b)도는 각각 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 양태를 보인 사시도 및 부분 평면도.
제12(a)도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 실시예를 보인 평면도.
제12(b)도는 동 측면도.
제12(c)도는 동 정면도.
제13(a),(b),(c)도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 실시양태의 설명도.
제14(a),(b),(c)도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 실시양태의 설명도.
제15(a),(b),(c),(d)도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 실시양태의 설명도.
제16(a),(b),(c)도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 실시양태의 설명도.
제17(a),(b),(c)도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 실시양태의 설명도.
제18도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 열저항의 예를 보인 그래프.
제19도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 열저항의 예를 나타낸 그래프.
제20도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 열저항의 예를 나타낸 그래프.
제21도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 열저항의 예를 나타낸 그래프.
제22도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 열저항의 예를 나타낸 그래프.
제23도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 열저항의 예를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : IC 칩
2 : 세라믹제 LSI 패키지(Ceramic LIS package)
3 : 히트 싱크 휜(heat sink fins) 4 : 프린트 기판
7 : 와이어 9,10 : 세라믹판(ceramic plates)
11 : 핀(pin) 12 : 전열기판(heat conducting plate)
13 : 리드(lid) 14 : 기밀공간(airtight space)
15 : 핀(pin) 휜(fin)장치 16 : 빌렛트(billet)
17 : 플런저(plunger) 18 : 압출 다이(die)
19 : 압출된 채널휜의 반제품 20 : 다이 공(die hole)
21 : 원반형 캇터(milling cutters) 22 : 블록상 소재
23 : 절삭홈 31 : 단조용 소재블록
32 : 단조다이(forgin die) 33 : 노크아우트 핀(Knock-out pin)
34 : 펀치(punch) 36 : 수축공(piping)
40,50,60,70,80,90,100 : 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리
42 : 기판(base plate) 41,51,61,71,91,101 : 파형의 방열부재
43 : 소공
44,54,64,74,84,94,104 : 개방유로(open channel)
45,55,65,75,85,95,105 : 터널상유로(tunnel-like channels) 또는 폐쇠유로 (closed channel)
82 : 브리지형상의 돌출부(bridge-like, projections)
81 : 방열부재
82 : 브리지부 63 : 랜스공(lance holes)
본 발명은 LSI(Large Scale Integrated circuit)패키지 냉각용 히트 싱크 휜 어셈블리에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면 경량이면서 생산성이 높고, 또한 광범위한 방향에서 냉각용 공기를 불어넣어 냉각이 가능한 히트 싱크 휜 어셈블리(heat sink fin assembly)에 관한 것이다.
종래의 기술을 설명하면, LSI 패키지는 IC칩(chip)을 기밀 봉착(封着)한 가장 기본적인 전자기구이다. IC,의 집적도(集積度)가 향상됨에 따라 발열량도 증대되며 이 열에 의하여 IC가 오동작 하거나 패키지의 기밀성이 상실되는 등의 중대한 문제가 발생한다.
이를 방지하기위하여 IC에서 발생된 열을 패키지 외부로 신속하게 방출할 필요가 있으며 이 때문에 히트 싱크 휜 어셈블리가 부착된 패키지가 사용된다.
제1도는 세라믹제의 핀 그리드 어레이 형(pin grid array type)의 LSI 패키지(2)에 히트 싱크 휜(heat sink fins)(3)을 부착한 예를 나타낸 것이다. IC칩(1)은 전열기판(12)위에 접합되고 프레임형상의 세라믹판(frame-like ceramic plate)(9)(10) 및 금속제의 리드(13)로 구성된 기밀공간(14)에 수납되어 있다.
전열기판(12)과 세라믹판(10)과 함께 리드(13)와 세라믹판(9)은 경납땜(brazing)등의 방법으로 접합되며 세라믹판(9)(10)의 접합면은 유리층을 사용하여 봉착된다. 세라믹판(9)에 삽착된 다수의 핀(pin)(11)과 IC칩(chip)(1)은 리드와이어(lead wire)(7) 및 세라믹판(10)의 표면(10a)에 표시된 전기회로(도면에 표시되지 않음)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
전열기판(12)의 재질은 열전도율이 크고, 또한 IC칩(1)과 선 팽창율의 차가 적은 것으로, 예컨대 동(銅)을 함침(含浸)시킨 텅그스텐등이 선정되어 쓰이고 있다. IC칩(1)에서 발생된 열은 전열기판(12)을 통하여, 히트싱크 휜(3)에 전달하여 팬(fan)에 의하여 이 히트 싱크 휜 어셈블리에 불어넣은 공기에 의하여 외부로 발산된다. 히트 싱크 휜(3)은 열전도성이 우수할 것, 경량일 것, 경제적일 것 등의 이유로 순 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 제작된다. 히트 싱크 휜은 여러 종류의 형상의 것이 사용되고 있으나, 여기서는 그 대표적인 예로써 채널형 히트 싱크와 핀형(型)의 히트 싱크에 대하여 설명한다.
제2도는 채널타입 히트 싱크 휜(channel-type heat sink fins)(8) 즉, 채널 휜 장치(chanel fin device)를 나타낸 것이며, 제2(a)도는 평면도, 동(b)는 정면도이다. 채널 휜장치(8)는 평행하게 배열된 다수의 방열판(8a)이 직사각형의 저판부(8b)에 수직으로 세워진 형상이다. 채널 휜장치(8)는 소성 가공의 일종인 열간 압출가공 또는 절삭가공으로 제조된다.
제3도는 열간 압출가공법의 설명도로서 콘테이너(container)(25)에 장입된 가열 빌렛트(heated billet)(14)를 플린저(17)로 가압하고, 제2(b)도에 표시된 형상의 다이(18)구멍(20)을 가진 압출 다이(die)에서 장척의 반제품(19)을 압출하고 이것을 길이(W2)로 전달하여 채널 휜장치(8)을 얻는다.
제4도는 절삭 가공하는 일예로서 밀링(milling)에 의한 가공상황을 나타낸 것으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금제의 공작물인 블록형 소재(22)에 소정수의 밀링 커터(21)로 홈(23)을 절삭하고, 그 깊이를 서서히 증가시키어 제2도에 표시된 채널휜장치(8)을 얻는다.
제5도는 핀형 히트 싱크휜(pin-type heat sink fin)(15), 즉, 핀 휜 장치(pin fin device)의 설명도이다. 제5(a)도는 평면도, 제5(b)도는 측면도, 제5(c)도는 정면도이다. 핀 휜장치(15)는 다수의 봉상(棒狀)방열핀(15a)이 직사각형의 기판부(15b)에 수직으로 입설된 형상으로 되어 있다. 핀 휜장치(15)는 소성가공법 또는 절삭가공법으로 제작되고 있다. 소성가공으로 핀 휜장치(15)을 제조하는 방법으로 예컨대 일본국 특허공개공보 소 51-12370호에 개시되어 있는 냉간단조법에 있다. 이 경우에는 소재의 냉간 가공성이 좋아야 되는 것이 조건이며 일반적으로 순 알루미늄이 사용된다.
제6도는 제5도에 표시된 핀 휜장치(15)을 제조하는 냉간제조법의 일 예를 나타낸 개략 설명도이다. 제6(a)도는 소재 블록(31)을 단조 다이(forging die)(32)의 요입부(32b)에 주위를 둘러쌓아 고정한 상태를 나타낸 것이다. 요입부(32b)의 평면치수는 핀형 휜 기판부(base plate)(15b)이 평면치수(W1×W2)와 동일하다. 단조다이(32)에는 방열핀(15a)의 굵기와 동일한 치수의 내경을 가진 다이구멍(32a)이 소정 피치(pitch)로 설계되어 있다. 다이구멍(32a)의 소정 깊이의 위치에는 녹크아우트 핀(knock out pin)(33)이 고정되어 있다. 위쪽에서 펀치(34)를 하강시키어 제6(b)도에 표시된 바와 같이 소재블록(31)의 두께를 감소시키는 동시에 재료를 모든 다이구멍(32a)으로 압출하여 충만시킨다. 다이 위에 남은 판상부(plate-like portion)(35b)가 핀 휜장치(15)의 기판부(base plate)(15b)로 되어 다이구멍 내의 재료(35a)는 방열핀(15a)이 된다. 이어서 펀치(34)를 상승시킨 다음 녹크아우트핀(33)을 돌출시키어 제품을 꺼낸다.
제7도는 절삭가공의 일 예로서 밀링 가공상황을 나타낸다. 먼저, 제7(a)도에 표시된 바와 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 블록형소재(22)를 소정수의 원판형 밀링커터(21)로 일방향 홈(23)으로 절삭하고, 이어서 동(b)에 표시한 바와 같이 소정수의 원판형 밀링커터(21')로 홈(23)과 직교(直交)하는 방향의 홈(23')을 절삭한다. 이와 같은 2방향의 절삭을 반복하여 서서히 홈(23)(23')의 깊이를 증가시키고 최종적으로 제5(a)도에 표시된 바와 같이 핀 휜장치(15)을 형성한다.
본 발명이 해결하고저 하는 과제를 설명하면 여기서 제8도는 히트 싱크 휜이 부착된 LSI패키지(2)가 다른 전자부품과 함께 프린트기판(4)에 장착되고 이를 다층으로 조립하여 전자기기내에 수납되는 양태를 보인 약식 설명도이다.
전자기기의 소형 경량화의 관점에서 히트 싱크 휜장치는 경량이면서 팬에 의한 공냉(空冷)이 용인한 것이 요구되고 있다. 히트 싱크 휜장치의 경량화는 단지 기기의 중량감소를 말하는 것뿐만 아니라 다음의 중요한 가치가 있다.
첫째는, 이들의 LSI 패키지의 주류(主流)가 되는 볼 그리드(ball grid)어레이(arry)형(型)의 LSI 패키지에 있어서, 연질의 납땜 볼이 사용되므로 그 변형을 방지하기 위하여 경량의 히트 싱크 휜 장치가 필요하게 된다는 것이다.
둘째는, 진동을 받을 때 경량이면 히트 싱크 장치의 관성력이 작게 되므로 LSI 패키지에 히트 싱크 장치의 접합을 보울트로 체결하는 복잡한 방법이 아닌 간단한 접착으로 할 수 있다. 또 공냉(空冷)이 용이함에 대하여는 팬(fan)과 프린트 기판상에서의 LSI 패키지의 위치 관계를 조립후에는 변경할수 없으므로 어느 방향의 공기 흐름에 대해서도 효과적으로 냉각되는 것이 바람직하다.
이상의 관점에서 상기 채널 휜 장치와 핀 휜장치를 포함한 문제점에 대하여 설명한다. 채널휜 장치에 대하여는 두가지 문제점이 있다.
첫째는, 가공기술상의 제약으로 중량이 크게 된다는 점이다. 제3도에 표시된 압출가공에 있어서, 제2도에 표시된 방열판(8a)의 두께(t) 및 기판부(8b)의 두께(T)를 2mm 이하로 압출가공하기는 어렵다. 방열판(8a)의 간격(g)에 대하여는 다이(die)의 강도상의 제약 때문에 높이(h)의 1/5이하로 하기 어렵고 4mm정도가 하한으로 되어있다.
또, 제4도에 표시된 절삭가공법에 있어서는, 커터(cutter)의 절삭력의 영향을 받아도 방열판(8a) 및 기판부(8b)가 변형됨이 없고 또한, 가공능률을 올리면서 방열판(8a)의 두께(t) 및 기판부(8b)의 두께(T)를 1.5mm 이하로 하기가 어렵다. 또, 절삭공구의 강도와 수명의 문제 때문에 간격(g)을 2mm 이하로 생산하기 어렵다.
이러한 제약조건 하에서 방열판(8a)의 수 및 높이를 증가시키어 소정의 방열면적(전 방열판의 표면적)을 확보코저 하면, 채널 휜장치의 중량이 증가되는 것은 피할 수 없다.
채널 휜장치의 둘째 문제점은 냉각용 공기를 흐르게 하는 방향이 한정되는 점이 즉, 제2도에 표시된 채널 휜장치(8)에 있어서, 제2(a)도에 화살표 A로 표시된 방향, 즉 방열판(8a)가 평행방향에서 팬의 공기를 흐르게 할 필요가 있다. 그러나, 팬(fan)과 프린트 기판상에서의 채널 휜장치의 위치관계에 의하여 상기한 화살표 A방향으로 공기류가 형성되지 않고 제2(a)도 화살표 B로 표시된 경사방향에서 공기를 불어 넣을 수밖에 없는 일이 있다. 방열판(8a)의 길이방향과의 각도 (θ)가 증가하는 동시에 단부의 방열판(8a)이 공기의 흐름을 차단하게 되므로 냉각성능이 급속히 저하되고 만다. 본 발명자의 경험에 의하면 θ가 대략 15°이상으로 되면 본래의 냉각성능을 발휘할 수 없게 된다.
즉, 채널 휜장치에는 방향성이 있어서, 프린트 기판상에서 채널 휜장치의 위치와 그 방향에 따라 팬의 위치를 변경하여 설치하지 않으면 아니되며 프린트 기판상에서 레이 아우트 설계가 복잡하게 된다.
다음에 핀 휜 장치에 대하여 설명한다.
제5(a-c)도에 표시한 바와 같이 핀 휜장치(15)에 있어서, 방열핀(15a)의 간결(gap) "g"에 공기가 흐르므로 저판부(15b)에 평행한 모든 방향에서 공기흐름으로 동등의 냉각성능을 얻게 된다. 즉, 핀 휜장치는 그 냉각성능에 방향성을 갖지 않는 것이 특징이며, 채널 휜의 상술한 둘째 문제를 피할 수 있다. 그러나, 중량의 문제는 해소되지 않는다. 제6도에 표시된 냉간단조법에 있어서는 단조의 어려움 때문에 방열핀의 굵기(d1)(d2)를 2mm이하로, 간격(g1)(g2)을 2mm 이하로 하기는 어렵다.
그러나, 제9도에 표시된 바와 같이 수축공(piping)(36)이 다이구멍 (36a)에 대응한 위치에서 발생되지 않기 위해서는, 기판부(35b)의 두께를 3mm 이상으로 할 필요가 있다. 강성(剛性)의 면에서 기판부(15b)의 두께(T)는 1mm로 충분하므로 단조만으로 제품하는 경우에는 기판부가 불필요하게 두텁게 된다. 두께(T)가 3mm이상의 경우에는 단조후의 절삭가공이 필요하게 되어 코스트가 상승한다.
제7도에 표시된 절삭가공법에서는 방열휜이 되는 부위가 커터의 절삭력에 의하여 굽어지는 것을 방지하기 위하여는 그 굵기(d1)(d2)를 2mm이상으로 할 필요가 있다. 또, 기판부(15b)의 변형의 문제로 그 두께(T)를 1.5mm 이하로 하기 어렵다.
이와 같은 제약 조건에서 방열핀(15a)의 수 및 높이를 증가시키어 방열면적(전방열판의 표면적)을 확보하려면 핀 휜장치의 중량이 증가되는 것을 피할 수 없다.
IC의 발열량이 점차 증가하는 경향에서 열 흡수의 필요성이 점차 높아가고 있으나 전자기기의소량 경량화에 대응하지 않으면 안된다.
따라서, 본 발명의 제일 목적은 그와 같은 요구를 충족할 수 있고 경량이면서 생산 능률이 우수한 히트 싱크 휜 어셈블리(heat sink fin assembly)를 제공하려는데 있다.
본 발명의 제2목적은 냉각을 위한 송풍방향의 선택의 자유도가 큰 히트 싱크 휜 어셈블리를 제공하는데 있다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위하여 상기한 사정을 감안한 것으로 측벽부와 정상부 및 저부를 반복적으로 요철형상으로 된 박판(薄板)제의 방열부재와 평판상 기판(flat base plate)을 접합하여 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 LSI 패키지 냉각용 파형(波型) 히트 싱크 휜 어셈블리에 관한 것이다.
상기 방열부재는, 예컨대 소공과 같은 개구부가 형성되거나 혹은 형성되지 않은 파형 금속박판(corrugated metal sheet)도 좋고, 또 상기 방열 부재는 스트레이트 형상의 스트레이트 파형 금속박판, 지그재그형 파형 금속박판, 또는 크랭크 형상의 크랭크형 파형 금속박판도 좋다.
또한, 상기 방열부재(heat dissipating member)는 측벽부(side wall portions)와 정상부(top portions) 및 저부(bottom portions)로 된 각각 독립한 브리지 형상의 돌출부(bridge-like projections)를 소정의 패턴으로 반복하여 배치된 요철형상의 박판도 좋다.
상기 방열부재가 파형 금속박판으로 구성된 경우, 파형 금속박판에 형성된 측벽부와 저부로 구성되는 개방 유로의 간격(g)과 연접된 측벽부와 정상부 및 평판상 저판으로 구성된 폐쇠 유로(流路)의 간격(g')을 이 파형 금속발판의 두께(t)의 5배 이상, 측벽부의 높이(h)를 이 파형 금속박판의 두께(t)의 50배 이하로 하여도 좋다.
상기 방열부재가 크랭크형 파형 금속박판의 경우 크랭크형 파형 금속 박판의 두께를 t, 개방유로의 측벽부의간격을 g, 크랭크형상의 단차(段差)(오프세트량)를 f로 하였을 때 다음의 조건을 만족하는 구성으로 해도 좋다.
특히, 상기한 크랭크형 파형 금속박판이 측벽부에 랜스공(lance hole)을 가진 경우, 상기 측벽부의 랜스공의 간극피치(랜스폭)를 b, 개방유로(open channel)의 측벽부의 간결 g, 폐쇠유로(closed channel)의 측벽부의 간격을 g'로 하였을 때, b를 g, g'의 어느 작은쪽의 3배 이하로 해도 좋다.
본 발명의 바람직한 양태에 있어서는,
(1) 상기 측벽부 및/또는 정상부에 직경 1.0∼8.0mm의 소공을 복수로 설치하여도 좋다.
(2) 상기 소공에 의한 개구부의 면적 비율이 10∼70%가 되게 구성해도 좋다.
(3) 지그재그형 파형 금속박판의 경우 지그재그의 각도가 15∼45°로 해도 좋다.
(4) 또한 상기 방열부가 각각 독립한 브리지부를 가진 요철형 박판의 경우, 상기 브리지부의 폭 d'가 이 브리지부 길이의 1/2∼1/5의 범위에 있도록 해도 좋다.
본 발명의 작용효과는 다음과 같다.
먼저 종래 채널형 휜, 또는 핀 휜장치에 있어서 경량화의 구성이 되지 않는 근본적인 원인이 방열부(방열판 또는 방열핀)와 기판부를 일체로 제조하는데 있다고 생각하고 본 발명에 있어서는 각각 준비된 방열부재를 평판상 기판부를 접합하여 일체화 하는 수단을 채용하는 것이다.
또, 본 발명에 있어서는 접합하기 위한 조립공정을 간단화 하기 위하여 방열부재를 일체로 제작하는 것이 바람직하다.
또한 히트 싱크 휜 어셈블리를 경량화 하기 위하여 얇은 알루미늄 또는 알루미늄 합금판 또는 동 또는 합금판을 프레스 가공하여 방열부재를 제조하도록 하고 광범위한 풍향에 대하여 냉각성능을 양호하게 하기 위하여 방열부재에 냉각을 위한 공기류가 관통할 수 있는 개구부를 형성한 것이다.
또한 다음에 방열부 소재로서 알루미늄 또는 그의 합금판을 사용하는 예에 대하여서만 기술하나 본 발명이 그에 한정된 것이 아님은 분명하다.
본 발명의 파형(corrugated) 방열휜(fin)장치 [이하 히트 싱크 휜 어셈블리(hit sink fin assembly)라 함]의 상술한 작용을 발휘하는 구체적인 구성에 대하여 첨부도면에 의하여 설명하면 다음과 같다
제10도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 일 실시예도로 동(a)는 사시도, 동(b)는 그 부분확대도이다.
도면에 표시된 바와 같이 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리(heat sink fin assembly)(90)는 파형상의 방열부재(91)와 기판(42)으로 구성된다. 방열부재(91)는 제10(b)도에 표시한 바와 같이 단면에 있어서, 측벽부(91a), 정상부(91c), 저부(91b)가 반복된 요철상의 박판으로 구성되며, 저부(91b)와 기판(42)이 접합되어 있다. 기판(42)에서 열을 효율적으로 방열부재(91)에 전달할 필요가 있으므로 모든 저부(91b)와 기판(42)이 접합하여 일체로 되는 것이 바람직하다.
접합방법으로서는 접착제에 의한 접합도 가능하지만 경납땜(brazing)이나 땜질(soldering)등이 장려된다. 경납땜의 경우에는 저부(91b)와 접하는 측면에 납을 가진 브레이징시트(brazing sheet)를 기판(42)으로 사용하거나 기판(42)과 접하는 측면에 납을 가진 브레이징시트를 방열판부재(heat dissipating member)의 소재로 사용한다.
방열부재(91)는 두께(t)의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 프레스굽힘 가공한 것으로 절삭 가공은 전혀 필요없다. 두께(t)는 임의로 작게 될 수 있으나 방열부재(91)의 강성을 고려하면 0.1mm이상 정도가 실용적이다. 개방유로(open channel)(94)에 있어 인접하는 측벽부(91a), 측벽부(91a)사이의 간격(g), 폐쇠유로(closed channel)(95)에 있어 인접하는 측벽부(91a), 측벽부(91a)사이의 간격(g')은 냉각을 위해 공기가 터널상 유로 즉 폐쇠유로(95) 및 개방유로(94)를 흐를때의 압력손실과 휘임 가공의 용이함을 고려하면, 적어도 두께(t)의 5∼10배 정도로 하는 것이 실용적이다.
측벽부의(91a)의 높이(h)에 관해서는 저부(91b)에서 멀어짐에 따라 측벽부(91a)의 온도가 저하되어 방열에 기여하지 못하게 되므로 두께(t)의 50배 이하로 충분하다.
히트 싱크 휜 어셈블리(90)는 정상부(91c)를 제외하면 제2도의 채널 휜장치(8)와 유사한 형상이며, 측벽부(91a)가 채널 휜 장치의 방열판(8a)에 해당된다. 그러나 상술한 바와 같이 측벽부(91a)의 두께(t)는 채널 휜장치(8)의 방열판(8a)의 두께(t)보다 휠씬 얇게 된다. 또 기판(42)의 두께(T)도 가공상의 문제가 없으므로 채널 휜장치(8)의 저판부(8b)의 두께(T)보다 얇게 할 수가 있다. 그 결과 히트 싱크 휜 어셈블리(90)는 채널 휜장치(8)와 비교하여 현저하게 경량화할 수 있다.
제11도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 예시도로서, 제11(a)도는 사시도, 제11(b)도는 제11(a)도 D선의 부분 단면도이다. 히트 싱크 휜 어셈블리(120)는 파형의 방열부재(121)와 기판(42)으로 되며, 방열부재(121)는 측벽부(121a), 정상부(121c), 저부(121b)의 반복으로 구성되고 두께(t)의 알루미늄, 또는 알루미늄 합금을 프레스 굽힘가공함과 동시에 측벽부(121a)에 소정의 피치로 리브(ribs)(125)를 형성하여 제작한다. 제11도에 있어서는, 폐쇠 유로(closed channel)(124)의 내측을 향하여 부풀게 리브(125)가 설치되어 있으나, 이와는 반대로 개방유로(open chammel)(123)의 내측을 향하여 부풀도록 리브(125)를 형성해도 좋다. 또한 리브(125)는 이것이 돌출된 측의 유로(流路)의 단면적을 감소시키어 압력손실을 높이기 때문에 유로의 좌측의 측벽부(121a)의 리브(125)를 비켜서 형성하는 것이 바람직하다.
리브(125)를 설치하는 목적은 두가지가 있다. 제1목적은 측벽부(121a)의 강성이 향상되므로 방열부재(121)의 판두께(t)를 제10도의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)의 방열부재(91)의 판 두께(t)보다 얇게 할 수 있다. 이로 인하여 히트 싱크 휜 어셈블리(120)를 히트 싱크 휜 어셈블리(90)보다도 가볍게 할 수 있다. 제2목적은 폐쇠유로(124)와 개방유로(123)에 흐르는 공기의 난류(亂流)로 온도의 경계층의 형성이 어렵게 되어 냉각기능이 향상되는데 있다.
제11도는 리브(125)는 하나의 예를 나타낸 것에 지나지 않으며 상기 한 바와 같은 효과가 있는 것이라면 다른 형상의 것이라도 상관없다.
제12도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 예를 나타낸 것으로 제12(a)도의 평면도, 제12(b)도는 측면도, 제12(c)도는 정면도이다.
도면에 의하여 알수 있는 바와 같이 히트 싱크 휜 어셈블리(100)는 파형의 방열부재(101)와 기판(42)으로 되며, 방열부재(101)는 측벽부재(101a), 정상부(101c), 저부(101b)의 반복으로 구성되고, 두께(t)의 알루미늄, 또는 알루미늄 합금판을 프레스 굽힘가공함과 동시에 측벽부(101a), 정상부(101c), 저부(101b)를 길이 방향으로 각도(Ф), 피치(ω)로 지그재그상으로 굴곡시킨 것이다. 이점을 제하면 발열부재(101)의 두께(t), 측벽부재 (101a)의 높이(h)와 간격(g,g') 기판(42)의 두께(T), 방열부재(101)와 기판(42)의 접합에 대하여는 제10도의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)와 같다.
이와 같이 측벽부(101a), 정상부(101c), 저부(101b)를 굴곡하는 목적은 두가지이다. 제1목적은 측벽부(101a)의 길이를 크게 할 수 있으므로 방열 면적을 증가할 수 있고, 또 폐쇠유로(closed channel)(105), 개방유로(open channel)(104)도 굴곡할 수 있게 되며, 각 유로내의 공기의 흐름이 난류상태로 되어 온도 경계층이 형성되지 않아 냉각성능이 향상하게 된다. 제2목적은 제12(c)도에 화살표 M으로 표시한 방향으로 굽히는데 변형하기 어렵게 되고 히트 싱크 휜 어셈블리(100)의 강성이 크게 되는 것이다. 그러나 각도(φ)가 크게됨에 따라 터널상 유로(105), 개방유로(104)에 공기가 통과할 때 압력손실이 크게 되는 결점이 있다. 또 각도(φ)가 크게 될수록 가공자체가 어렵게 되므로 각도(φ)의 범위로서 15∼45°가 실용적이다 .
제13도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸 것으로 제 13(a)도는 평면도, 동(b)는 측면도, 동(c)는 정면도이다.
도면에 표시된 바와 같이 히트 싱크 휜 어셈블리(40)는 제10도의 경우와 같이 파형의 방열부재(41)와 기판(42)으로 되며 방열부재(41)는 측벽부(41a), 정상부(41c), 저부(41b)의 반복으로 구성된다.
제10도의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)와 다른 점은 측벽부(41a), 정상부(41c)에 개구부로서의 소공(43)이 형성된 것이다. 소공(43)은 냉각을 위한 공기의 출입구가 되는 것이다. 이와 같은 방열부재(41)를 제조함에는 미리 소공(43)을 뚫고 박판을 프레스 가공하면 된다. 소공(43)의 형상은 임의로 선정되나 구멍뚫기 가공의 용이함을 고려하면 원형(圓形)이 바람직하다. 또 소공(43)의 배치에 대하여는 균일하면서 규칙성을 가지도록 하면 족하다. 소공(43)이 있는 것을 제하면 방열부재(41)의 두께(t), 개방유로(44) 폐쇠유로(45)를 각각의 측벽부(41a)의 높이(h)와 간격(g,g'), 기판(42)의 두께(T), 방열부재(41)와 기판(42)의 접합에 대하여는 제10도의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)의 경우와 같다.
제14도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 실시예를 나타내며, 제14(a)도는 평면도, 제14(b)도는 측면도, 제14(c)도는 정면도이다.
히트 싱크 휜 어셈블리(50)는 파형의 방열부재(51)와 기판(42)으로 되며 방열부재(51)는 측벽부(51a), 정상부(51c), 저부(51b)의 반복으로 구성되고 이들은 개방유로(54) 및 폐쇠유로(55)를 구성하는 동시에 같이 방향으로 각도(φ), 피치(ω)로 지그재그상으로 굴곡되어있다. 제12도에 히트 싱크 휜 어셈블리(100)와의 다른 점은 측벽부(51a), 정상부(51c)에 소공(43)이 뚫려 있는 점이다.
제15도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 실시양태를 나타낸 것으로 제15(a)도는 사시도, 제15(b)도는 평면도, 제15(c)도는 측면도, 제15(d)도는 정면도이다.
히트 싱크 휜 어셈블리(60)은 파형판상 방열부재(61)와 기판(42)으로 되며 방열부재(61)는 측벽부(61a), 정상부(61c), 저부(61b)의 반복으로 되는 요철현상의 박판으로 구성된다.
예시도에서도 제12도와 같이 1종의 지그재그상으로 굴곡되어 있다. 특히, 제15도의 양태에서는 정확하게 크랭크상의 측벽부(61a)에서도 길이 방향의 돌출부(61a-1), 요입부(61a-2)가 교호로 형성되어 있고, 돌출부(60a-1)와 요입구(60a-2)의 경계목의 측벽부(61a) 개구부로서 랜스공 (lance holes)(63)이 형성되어있다. 랜스공(63)은 냉각을 위한 공기의 출입구로 된다. 방열부재(61)는 두께(t)의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 프레스가공하여 얻을 수 있으며 이때 랜스공(63)도 동시에 형성하면 좋다. 방열부재(61)의 두께(t), 측벽부(61a)이 높이(h), 개압유로(64), 폐쇄유로(65)의 간격(g,g'), 기판(42)의 두께(T), 방열부재(61)와 기판(42)의 접합에 대하여는 제10도의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)의 경우와 같다. 랜스공(63)의 오프세트량(offset)(f)에 대하여는 다음에 기술한다.
제16도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 실시 양태를 표시 한 것으로 제16(a)도는 평면도, 동(b)는 측면도, 동(c)는 정면도이다. 부호 63은 랜스공을, 74는 개방유로를, 75는 폐쇠 유로를 각각 나타낸다. 제16도의 양태가 제15도와 다른 점은 히트 싱크 휜 어셈블리(70)의 방열부재(71)의 측벽부(71a) 및 정상부(71c)에 소공(43)을 형성하는 점이다.
제17도는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 다른 실시양태를 나타낸 것으로 제17(a)도는 평면도, 제17(b)도는 측면도, 제17(c)도는 정면도이다.
히트 싱크 휜 어셈블리(80)는 방열부재(81)와 기판(42)으로 된다. 방열부재(81)는 다수의 측벽부(82a), 정상부(82c) 및 저부(82b)의 반복으로 되는 요철형상의 박판으로 구성되며 두께(t)의 알루미늄 또는 알루미늄 합판금을 프레스 가공으로 제조된다. 측벽부(82a)와 정상부(82c)와 저부(82b)로된 각각 독립한 브리지부(bridge)(82)는 소정의 패턴(pattern)으로 배치되어 있고, 이 히트 싱크 휜 어셈블리(80)로 파형(corrugated type)히트 싱크 휜 어셈블리의 1종이다. 브리지부(82)에는 폐쇠채널이 있으며, 즉, 공기의 통로로 되는 뚫려진 구멍인 폐쇠유로 즉, 터널상유로(85)가 형성되어 있어 각 인접 열(row)의 브리지부(82)사이에는 개방유로(84)가 형성되어 있다. 브리지부(82)의 폭(d')에 대하여는 터널상유로(85)를 통과하는 공기류의 압력손실을 고려하면 작은 것이 바람직하다.
그러나, 폭(d')이 너무 작으면 브리지부(82)의 가공이 어렵게 되므로 폭(d')은 브리지부(82)의 길이(1)의 1/2∼1/5 정도로 하는 것이 실용적이다.
제17도에서 화살표 A방향에서의 공기류는 폐쇠유로 즉, 터널상 유로(tunnel-like channel)(85)를 차례 차례 통과하여 간다. 제17도의 브리지부(82)가 열지어 배치되어 있어 하나의 브리지부(82)의 터널상유로(85)를 통과한 공기가 다음의 브리지부(82)의 단부(82')에 충돌하여 소위 전연(前緣)효과에 의하여 냉각효과가 향상된다. 또 브리지부(82)의 양측에는 제17(a)도에서 화살표 C로 표시된 방향에서의 공기를 통과하기위한 개방유로(84)가 형성되어 있다. 개방유로(84)의 폭(d)은 브리지부(82)의 폭(d')과 같은 정도면 된다. 방열부재(81)의 두께(t), 기판(42)의 두께(T), 방열부재(81)과 기판(42)의 접합에 대하여는 제10도의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)의 경우와 같다.
또한 제10도∼17도는 본 발명의 실시양태의 몇 가지 예를 표시한 것에 지나지 않으며 박판제의 방열부재를 입체형상으로 하여 기판의 접합에 의하여 조립되며, 냉각을 위한 공기 유통을 용이하게 할 수 있게 연구된 것이면 다른 형상의 것이라도 상관없다. 예컨대, 이 입체형상으로는 도면에 표시된 직사각형 뿐 아니라 정사각형, 삼각형, 마른모꼴도 놓으며 또 이들이 상술한 바와 같이 브리지부와 같이 각각 독립하여 다수로 배치하여도 좋다.
제10도∼제17도의 실시양태에 알 수 있는 바와 같이, 방열부재의 두께(t)를 극히 얇게 할 수 있으므로 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 중량은 채널 휜(channel fins)이나 핀 휜(pin fins)에 비하여 비약적으로 가볍게 할수 있다. 또 박판의 프레스 가공으로 제작한 방열부재와 기판을 접합하는 것만으로 히트 싱크 휜 어셈블리를 만들 수 있게 되어 극히 능률적으로 대량생산이 가능하다.
다음에 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 냉각성능에 대하여 설명한다.
제10도의 히트 싱크 휜 어셈블리(90), 제11도의 히트 싱크 휜 어셈블리(120), 제12도의 히트 싱크 휜 어셈블리(100)에 있어, 냉각을 위한 공기가 화살표 A로 표시한 방향으로 흐르지 않을 수 없으므로 제2(a)도와 제2(b)도의 채널 휜장치(8)과 같이 방향성을 갖게 된다. 이에 대하여 제13도∼제17도의 히트 싱크 휜 어셈블리(40)(50)(60)(70)(80)는 냉각을 위한 공기흐름의 방향을 광범위하게 선정할 수 있다.
제13도의 히트 싱크 휜 어셈블리(40)는 터널상의 유로 즉, 폐쇠유로(45)의 단부(46), 개방유로(44)의 단부(47) 및 소공(43)이 냉각을 위한 공기 흐름의 입구로 된다. 화살표 A 방향에서의 공기흐름은 폐쇠 유로(45)의 단부(46), 개방유로(44)의 단부(edge portion)(47)에서 유입된다. 화살표 B로 표시된 경사방향에서의 공기의 흐름의 경우에는 각도(θ)가 크게 됨에 따라 터널상유로인 폐쇠 유로(45)의 단부(46), 개방유로(44)의 단부(edge)(47)에서는 유입하기 어렵게 된다. 한편 각도(θ)가 크게 됨에 따라 측벽부(41a)의 소공(43)에서 공기의 유입이 용이하게 된다.
측벽부(41a)이 소공(43)은 공기류의 입구가 될뿐만 아니라 개방유로(44)의 출구도 된다. 즉 각도(θ)가 증가 되어도 측벽부(41a)를 통과하는 공기의 량은 감소하기 어렵고 냉각성능의 열화(劣化)가 억제된다. 또한 정상부(41c)의 소공(43)에는 터널상유로인 폐쇠유로(45)내에서 온도가 상승된 공기가 빠지는 보조적인 효과가 있다.
그러나 소공(43)이 점하는 면적이 많으면 많을수록 측벽부(41a)에 공기가 통과하기 쉽게 되나, 반대로 측벽부(41a)의 방열면적이 감소한다. 따라서, 측벽구(41a) 및 정상부(41c)와 합계 면적[측벽부(41a)에만 소공(43)이 형성된 때는 측벽구(41a)만의 합계면적]으로 차지한 전 소공(43)의 점유면적의 비율에는 최적치가 있다.
본 발명자의 실험에 의하면 이 최적치는 10∼70%의 범위에 있다. 소공(43)의 형상에 대하여 특별한 제약이 없고 반복하여 기술하거나 구멍뚫기의 용이함을 고려하면 원형(圓形)이 바람직하다. 또 그 직경은 공기의 유입하기 쉬운점을 고려하여 상기한 점유면적비율에 반비례로 선정해도 좋다. 즉, 점유면적의 비율이 적은 경우에는 소공(小孔)을 크게 하고 역으로 점유면적이 큰 경우에는 소공을 작게 할 수 있다. 단 구멍뚫기 가공의 용이함을 고려하면 직경 1mm정도가 하한이다. 보통은 직경 1.0∼8.0mm이면 충분하다.
제14도의 히트 싱크 휜 어셈블리(50)에 있어서는 터널상유로 즉, 폐쇠유로(55)의 단부(53), 개방유로(54)의 단부(56) 및 구멍(43)이 냉각하기 위한 공기흐름의 입구가 된다. 냉각성능의 점에서 제12도의 히트 싱크 휜 어셈블리(100)와 다른점 두가지는 다음과 같다.
첫째는, 화살표 A 방향에서의 공기의 흐름이 측벽부(51a)에 부딪치기 위하여, 폐쇠유로(55)와 개방유로(54)의 사이에서 구멍(43)을 통하여 상호 공기흐름이 출입되어 냉각이 효율적으로 진행된다.
둘째는, 제14도의 화살표로 표시한 빗방향에서의 공기흐름을 측벽부(51a)의 요입부(52)가 잡는 역할을 하여 공기흐름이 구멍(43)에서 유입하기 쉽게 되는 것이다. 또한 각도(φ)에 대하여는 제12도의 히트 싱크 휜 어셈블리(100)와 동일모양이며, 구멍(43)의 점유면적이나 크기에 관해서는 제13도의 히트 싱크 휜 어셈블리(40)의 경우와 같다.
제15도의 히트 싱크 휜 어셈블리(60)에 있어서는 폐쇠유로(65)의 단부(67), 개방유로(64)의 단부(66) 및 랜스공(63)이 냉각을 위한 공기류의 유입구가 된다. 측벽구(61a)의 돌출부(60a-1)와 요입부(60a-2)의 단차, 즉 랜스공(63)의 오프세트량(offset of lance holes) f 는 개방유로(64) 및 터널상유로인 폐쇠유로(65)사이의 공기의 출입을 균등히 하기 위하여 개방유로(64)에 돌출된 측벽부(61a)가 개방유로(63)의 폭 중앙부근에 위치되게 설정하는 것이 좋다.
본 발명자의 실험에 의하면 α[=(f-t)/(g-t)]가 0.3∼0.7이 되도록 오프세트량(f)을 선정하는 것이 바람직하다. 랜스공(63) 사이의 피치(b,b')에 대하여는 측벽부(61a)의 간격(g,g')과의 비를 고려할 필요가 있다. 즉, 간격(g,g')가 작은 경우에는 랜스공(63)에서 공기가 유입하기 어려우므로 피치(b,b')를 작게하여 랜스공(63)의 수를 증대시키지 않으면 안된다. 본 발명자의 실험에 의하면 피치(b,b'')는 간격(g,g')의 어느 작은쪽의 3배 이하로 선정하는 것이 좋다.
또한 상기 히트 싱크 휜 어셈블리(40)(50)에 있어서 구멍(43)은 측벽부(41a), (51a)의 방열면적을 감소시키지만 히트 싱크 휜 어셈블리(60)에 있어서 랜스공(63)은 측벽부(61a)의 방열면적에 관계가 없는 점이 특징이다.
랜스공(63)에는 3가지 냉각효과가 있다.
첫째는, 예컨대 제15(b)도에 표시한 화살표 A 방향에서 유입한 공기는 차례 차례로 랜스공(63)의 연부(edge portion)에 부딪치면서 개방유로(64) 또는 폐쇠유로(65)를 통과하므로 소위 전연효과에 의하여 냉각이 효율적으로 진행된다.
둘째는, 상기 히트 싱크 휜 어셈블리(40)(50)에 있어서의 구멍(43)의 경우와 같이 제15(b)도에 화살표 B로 표시한 빗방향에서의 공기흐름이 랜스공(63)을 통과하므로 냉각능력의 저하가 억제되는 것이다.
셋째는, 폐쇠유로 즉 터널상 유로(65)와 개방유로(64)가 랜스공(63)에 의하여 연결되어 있으므로 쌍방의 공기가 혼입되어 냉각이 효율적으로 진행되는 것이다.
제16도의 히트 싱크 휜 어셈블리(70)에 있어서는 랜스공(63)에 부가하여 구멍(43)이 측벽부(71a)의 양방향에 설치되어 있어, 제15도의 히트 싱크 휜 어셈블리(60)보다 공기의 유통성이 우수하다.
제17도의 히트 싱크 휜 어셈블리(80)에 있어서는 브리지형상의 돌출부(82)가 독립하여 있는 점은 제5도에 표시된 핀 휜장치(15)과 유사하다. 그 결과 제17도에 표시된 화살표 A,C는 물론 화살표 B로 표시된 빗방향에서의 공기흐름에 의해서도 우수한 냉각 효과가 발휘된다.
실시예에 의하여 본 발명의 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
판두께 0.2mm의 JIS(일본공업표준규격) H 4000의 규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 프레스 굽힘가공 하였다. 제10(b)도에 표시된 높이(h)=9mm, 폭(g,g')-1.8mm로 합계 20개의 측벽부(91a)를 가진 박판상의 방열부재(91)를 얻었다. 판두께(T)=1.5mm로 편면에 막의 두께 90㎛의 JIS Z 3263의 규정의 합금번호 BA4004의 알루미늄 합금납을 가진 JIS H 4000규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 상기 방열부재(91)에 경납땜(brazing)하여 W1=40mm, W2=40mm, H=10.5mm, 중량 11.2g의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)를 얻었다. 이 히트 싱크 휜 어셈블리(90)를 사용하여 풍속을 변화시키어 풍동실험을 한 결과 발열량 20W, 제10(a)도에 화살표 A로 표시된 방향에서 풍속 1.0∼2.0m/초의 조건에서 열저항치는 5.5∼3.5℃/W이었다.
한편, 판 두께 10.5mm의 JIS H 4000규정의 합금번호 5052호의 알루미늄 합금판으로 절삭 가공에 의하여 제2도에 표시한 W1=40mm, W2=40mm, 저부의 두께(T)=1.5mm로, 높이(h)-9mm, 두께(t)=1.5mm의 방열판을, 간격(g)= 2mm로 12매를 가진 중량 24.g의 채널 휜장치(8)을 제작하여 동일 발열량 20Wm 제2도에 표시된 화살표 A방향에서 풍속 1.0∼2.0m/초의 조건에서의 열저항치는 7.5∼5.5℃/W 이었다.
즉, 제10도에 표시된 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)는 종래 채널 휜장치(8)의 방열판(8a)보다도 많은 측벽부(91a)를 구비한 것에 의하여 방열 면적을 증대시킬 수 있어 냉각성능이 향상된다. 또 방열부재(91)의 판두께(t)를 채널 휜의 방열판(8a)의 두께(t)보다도 매우 얇게 할 수 있어서 중량을 채널 휜장치(8)의 약 47%까지 가볍게 하루 수 있게 되었다.
[실시예 2]
판 두께 0.2mm의 JIS H 4000규정의 합금번호 1050의 알루미늄 합금판을 프레스 휘임(bending)가공하였다. 제12(a)도에 표시한 m1=2mm, n=6mm, m2=4mm, m3=4mm, φ=30°로, 제12도(c)에 표시한 높이(h)= 9mm, 간격(g,g')=1.8mm로, 합계 18개의 측벽부(101a)를 가진 박판상의 방열부재(101)를 얻었다. 판 두께(T)는 1.0mm로 양면에 막 두께 90㎛의 JIS Z 3263 규정의 합금번호 BA4004의 알루미늄 합금납을 가진 JIS H 4000 규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 가진 JIS H 4000규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 상기 방열부재(101)에 경납땜하여, W1=40mm, W2=40mm, H=10.0mm, 중량 9.0g의 히트 싱크 휜 어셈블리(100)를 얻었다.
이 히트 싱크 휜 어셈블리(100)를 사용하여 풍속을 변화하여 풍동실험을 한 결과 발열량 20W, 제12(a)도 화살표 A방향으로 표시한 방향에서 풍속 1.0∼2.0mm/초의 조건에서의 열저항치는 5.0∼3.0℃/W 이었다.
즉, 제12도에 표시된 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리(100)는 화살표 M로 표시한 휘임에 대하여 강성이 있기 때문에 기판(42)의 두께(T)를 얇게 하는 것이 가능하며 실시예 1에 표시된 종래의 예인 채널 휜장치(8)과 비교하여 중량이 약 38%로 경감되는 동시에 우수한 냉각 성능을 분명하게 나타내었다.
[실시예 3]
판 두께 0.2mm의 JIS H 4000규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판에 직경 2mm의 구멍을 면적비 40%로 균일하게 타공하고 이 알루미늄 합금판을 프레스 휘임가공하였다. 제13(c)도에 표시된 높이(h)=9mm, 간격)g,g')= 1.8mm, 합계 20개의 측벽부(41a)를 가진 방열부재(41)를 얻었다. 판두께(T)=1.5mm로 한 면에 막의 두께 90㎛의 JIS Z 3263 규정의 합금번호 BA4004의 알루미늄 합금납을 가지는 JIS H 4000규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 상기 방열부재(41)에 경납땜하여, W1=40mm, W2=40mm, H=10.5mm, 중량 9.3g의 히트 싱크 휜 어셈블리(40)를 얻었다. 이 히트 싱크 휜 어셈블리(40)를 사용하여 풍속을 변화시키어 풍동실험을 한 결과, 발열량 20W, 풍속 1.0∼2.0m/초의 조건에서 제18도에 표시한 결과를 얻었다.
또한 비교를 위해서 실시예 1의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)에 의한 실험결과를 파선(破線)으로 나타내고 있는바, 이에 알 수 있는 바와 같이 히트 싱크 휜 어셈블리(90)에서는 θ 거의 15℃ 이상이 되면 θ의 증가와 함께 열 저항이 현저하게 증가한다. 이에 대하여 본 예의 히트 싱크 휜 어셈블리(40)는 θ의 증가에 따른 열 저항의 증가가 완만하여 θ가 45°이하에서는 거의 일정한 열 저항을 나타낸다. θ가 45°를 넘는 영역에서도 저항의 증가가 완만하다.
또, θ=0°에서 90°까지의 전 범위에서 히트 싱크 휜 어셈블리(90)보다 우수한 냉각성능을 나타내며 구멍을 형성한 효과가 나타나고 있다.
다음에, 직경2mm의 구멍의 면적비를 변화시키어 히트 싱크 휜 어셈블리(40)를 제작하여 풍향 θ= 45°의 조건으로 동일한 풍동실험을 하여 제19도의 결과를 얻었다. 면적비가 0에서 증가함에 따라 구멍에서 유입되는 공기량이 증가하고 열저항은 감소한다. 면적비가 지나치게 크게되면 방열면적의 감소의 영향으로 재차 열저항이 증대된다. 최적의 면적비는 30∼50%부근이며 실용적으로는 10∼70%의범위로 면적비를 선정할 수 있다.
[실시예 4]
판두께 0.2mm의 JIS H 4000규정의 합금번호 1050의 알루미늄 합금판에 직경 2mm의 구멍을 면적비 40%로 균일하게 타공하여, 이 알루미늄 합금판을 프레스 휘임가공하였다. 얻어진 제14(a)도에 표시된 m1=2mm, n=6mm, m2=4mm, m3=6mm, φ=30°로, 제14(c)도에 표시한 높이(h)= 9mm, 간격(g, g')= 1.8mm로 합계 18개의 측벽부(51a)를 가진 방열부재(51), 판두께(T)=1.0mm로 한면에 막의 두께 90㎛의 JIS Z 3263 규정의 합금번호 BA4004의 알루미늄 합금 납을 가지는 JIS H 4000 규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 경납땜하여 W1=40mm, W2=40mm, H=10mm, 중량 7.1g의 히트 싱크 휜 어셈블리(50)로 하고 풍속 및 풍향(θ)을 변화시키어 풍동실험을 한 결과 발열량 20W, 풍속 1.0∼2.0m/초의 조건에서 제20도에 표시한 결과를 얻었다.
또한, 비교를 위하여 실시예 2의 히트 싱크 휜 어셈블리(100)의 실험 결과를 파선으로 나타내며 이에서 알 수 있는 바와 같이 히트 싱크 휜 어셈블리(100)에서는 각도(θ)의 증가와 함께 열저항이 현저하게 증가한다. 이에 대하여 본 예의 히트 싱크 휜 어셈블리(50)에서는 각도(θ)의 증가에 따른 열저항의 증가가 완만하며, 무방향성을 구비하고 있음이 분명하다. 각도(θ)= 0°에서 90°까지의 전범위에서 히트 싱크 휜 어셈블리(100)보다도 우수한 냉각 성능을 나타내며 구멍을 형성한 효과가 나타났다.
[실시예 5]
판두께 0.2mm의 JIS H 4000규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 프레스 가공하여 얻어진 제15(b)도에 표시한 b=4mm(b'=4mm), 오프세트량 f=1.0mm으로 돌출부(60a-1)와 요입부(60a-2)가 형성되고, 제15(d)도에 표시한 높이(h)=9mm, 측벽부 간격(g,g')=1.8mm로 W1방향으로 합계 20개의 측벽부(61a)를 가진 파형판상의 방열부재(61)와 판두께(T)=1.5mm로 편면에 막의 두께 90㎛의 JIS Z 3263 규정의 합금번호 BA4004의 알루미늄 합금납을 가지는 JIS H 4000규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 경납땜하여 W1=40mm, W2=40mm, H=10.5mm, 중량 11.2g의 히트 싱크 휜 어셈블리(60)로 하여 풍속 및 풍향(θ)을 변화시키어 풍동실험을 한 결과 방열량 20W, 풍속 1.0∼2.0m/초의 조건에서 제21도의 결과를 얻게 되었다.
또한, 비교를 위해서 실시예 1의 히트 싱크 휜 어셈블리(90)의 실험 결과를 파선으로 나타낸다. 히트 싱크 휜 어셈블리(90)에서는 θ의 증가와 함께 열저항이 현저하게 증대하는 것에 대하여 히트 싱크 휜 어셈블리(60) 에서는 θ의 증가에 수반하는 열저항의 증가가 완만하다. θ=0°에서 90° 까지의 전범위에서 히트 싱크 휜 어셈블리(90)보다도 우수한 냉각성능을 나타내며 랜스공(63)을 형성한 효과가 나타났다.
또한, 상기 히트 싱크 휜 어셈블리(60)의 오프세트량(f)을 변화시키어 풍향θ=45°로 동일한 충동실험을 한 결과 발열량 20W, 풍속 1.0∼2.0m/초의 조건에서 제22도에 표시한 결과를 얻었다. 오프세트량(f)을 "α" [=(f-t)/(g-t)]가 0.3∼0.7의 범위로 선정하면 열저항은 거의 일정한 값이 얻어진다. "α"가 이 범위를 벗어나면 냉각성능이 둔화되는 것은 랜스공(63)에서의 공기의 출입이 장해에 의한다.
다음에 오프세트 량(f)=1.0mm의 조건으로 상기 히트 싱크 휜 어셈블리(60)의 랜스폭b=(b')과 측벽부 간격g(=g')의 비를 변화시키어 풍향 θ=45°로 같은 풍동실험을 한 결과 발열량 20W, 풍속 1.0∼2.0m/초의 조건에서 제23도의 결과를 얻었다.
b/g 비가 감소함에 따라 열저항이 감소되는 것이 명료하다. 이는 측벽부(61a)의 단위길이당 랜스공(63)의 수가 증가하며 랜스공(63)에서 출입하는 공기의 증가에 의한다. 또, b/g 비가 어느 정도 이하로 되면 열저항을 포화하는 경향이 있고 b/g 비는 3이하의 조건으로 선정하면 충분하다.
[실시예 6]
판두께 0.2mm의 JIS H 4000 규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판에 직경 1mm의 구멍을 측벽부 및 정상부에 대한 면적비 30%로 균일하게 타공가 공에 의하여 형성하고 이를 프레스 가공하여 얻어진 제16(a)도에 표시한 b=4mm(b'=4mm), 오프세트량(f)=1.0mm로, 요철부(70a-1)와 요입부(70a-2)가 형성되며, 제16(c)도에 표시한 높이(h)=9mm, 측벽부 간격(g,g')=1.8mm로 W1방향으로 합계 20개의 측벽부(71a)를 가진 파형금속박판상의 방열부재(71)와 판두께(T)=1.5mm로 편면에 막의 두께 90㎛의 JIS Z 3263 규정의 합금번호 BA4004의 알루미늄 납을 가진 JIS H 4000 규정의 합금번호 3003의 알루미늄 합금판을 경납땜하여 W1=40mm, W2=40mm, H=10.5mm, 중량 9.3g의 히트 싱크 휜 어셈블리(70)로 하였다.
한편, 판두께 10.5mm의 JIS H 4000규정의 합금번호 5052의 알루미늄 합금판을 절삭가공하여 제5도에 표시한 굵기(d1)(d2)=2mm, 높이(h)=9mm의 방열핀(15a)이 간격 (g1)(g2)=2.2mm로 합계 100본이 입설된 전높이(H)=10.5mm, 기판부(15b)의 두께(T)=1.5mm, 중량 16.2g의 핀 휜장치(15)로 하였다.
양자를 풍향 θ=45°에서의 풍속을 변화시키어 풍동시험을 한 결과 발열량 20W, 풍속 1.0∼2.0m/초의 조건에서 열저항치는 모두 3.5°∼1.5℃/W의 범위였다.
즉, 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리(70)는 무방향성 히트 싱크 휜 어셈블리인 핀 휜장치(15)와 동등한 냉각성능을 나타내는 한편 중량은 핀휜장치(15)의 약 57%였다.
본 발명의 효과는 본 발명의 히트 싱크 휜 어셈블리의 제1특징은 종래의 채널휜장치, 또는 핀 휜장치와 비교하여 극히, 경량이므로 관성력이 작고 LSI 패키지와의 접합을 간단하면서 저렴하게 접착등의 방법으로 할 수 있는 점이다. 제2의 특징은 방열부재와 기판을 경납땜등의 방법으로 접합하여 일체화 하므로 절삭가공은 필요치 않고, 또, 방열부재는 알루미늄 또는 여 일체화하므로 절삭가공은 필요치 않고 또, 발열부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금박판의 프레스가공으로 극히 능률적으로 제조할 수 있는 점이다.
또, 제3의 특징은 방열부재의 방열면적을 종래의 채널 휜장치, 핀 휜장치보다 크게 할 수 있어서 냉각성능이 우수하고, 또, 측벽부에 통풍을 위한 랜스공 또는 구멍을 형성하는 것에 의하여 그 냉각성능이 풍향에 영향되지 않게 할 수 있다. LSI의 집적도의 향상과 전자기기의 소형경량화 진행중에서 본 발명에 의한 히트 싱크 휜 어셈블리는 매우 큰 효과를 가진다.

Claims (14)

  1. 평평한 기판(42)과 일련의 반복되는 측벽부(61a, 71a)와 정상부(61c, 71c)와 저부(61b, 71b)로 형성된 요철부를 가진 얇은 금속박판으로 된 방열부재(61,71)로 형성되어 있고, 상기 기판(42)과 상기 방열부재(61,71)는 접합(bonding)에 의해서 서로 일체로 되며, 상기 방열부재(61,71)는 상기 측벽부(61a, 71a)에 따라 일련의 오프세트량 f로 돌출부(60a-1, 70a-1)를 형성한 불규칙적인 형태인 파형의 금속박판을 형성하며, 상기 오프세트량 f의 돌출부(60a-1) 단부(edges)와 측벽부(61a)사이에 랜스공(63)이 뚫려 있는 것을 특징으로 하는 LSI 패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 인접한 측벽부(61a, 71a)와 저부(61b, 71b)로 구성되는 개방유로(64,74)의 간격(g)과, 상기 인접한 측벽부(61a, 71a)와 정상부(61c,71c)로 구성되는 폐쇠유로(65,75)의 간격(g')이 파형 금속박판의 두께(t)의 5배 이상이며, 측벽부(61a,71a)의 높이(h)는 파형 금속박판의 두께의 50배 이하로 형성한 LSI패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 방열부재(71)는 측벽부(71a)와 정상부(71c)에 구멍(43)이 형성되어 있는 파형 금속판을 형성한 LSI 패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  4. 제1항 있어서, 지그재그형태로 굴곡된 파형의 얇은 금속박판의 지그재그각도는 15°∼ 45°로 형성한 LSI패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 크랭크 형으로 굴곡된 파형 금속박판의 두께 t, 개방유로(64, 74)의 인접 측벽부(61a, 71a)사이의 간격 g, 크랭크 형상의 단차(오프세트량)를 f로 할때, 0.3(f -t) / (g - t)0.7 의 조건이 충족되게 형성한 LSI패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 크랭크형으로 굴곡된 파형 금속발판에 의하여 구성된 인접랜스공 사이의 피치를 "b", 개방유로의 측벽부 간격 "g," 폐쇠유로의 측벽부 간격을 "g'"로 한때, "b"를 "g", "g'"의 어느 작은쪽의 3배 이하로 형성한 LSI패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  7. 제3항에 있어서, 구멍(43)의 전면적은 상기 측벽부(71a)와 정상부(71c)의 전체면적의 10% 내지 70%로 형성한 LSI패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  8. 제5항에 있어서, 상기 방열부재(71)는 상기 측벽부(71a)와 정상부(71c)에 구멍(43)이 형성되어 있는 파형 금속박판을 형성한 LSI 패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 인접한 측벽부(61a,71a)와 저부(61b, 71b)에 의하여 정의된 개방유로(64,74)의 간격(g)과, 상기 인접한 측벽부(61a,71a)의 정상부(61c,71c)에 의하여 정의된 폐쇠유로(65, 75)의 간격(g')은 파형 금속박판의 두께의 5배 이상이며, 측벽부(61a,71a)의 높이(h)는 파형 금속박판의 두께의 50배 이하로 형성하고, 상기 파형 금속박판은 파형 금속박판의 두께 t, 개방유로(64, 74)의 인접 측벽부(61a, 71a)사이의 간격 g, 크랭크형상의 단차(오프세트 량)를 f로 할 때, 0.3(f -t) / (g - t)0.7 의 조건이 충족되게 형성한 LSI패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 인접한 측벽부(61a), 71a)와 저부 (61b, 71b)에 의하여 정의된 개방유로(64, 74)의 간격(g)과, 상기 인접한 측벽부(61a,71a)와 정상부(61c,71c)에 의하여 정의된 폐쇠유로(65,75)의 간격(g')은 파형 금속박판의 두께의 5배 이상이며, 측벽부(61a,71a)의 높이(h)는 파형 금속박판의 두께의 50배 이하로 형성하고, 방열부재(71)의 측벽(71a)와 정상부(71c)에 구멍(43)을 형성한 LSI패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서, 인접한 측벽부(61a), 71a)와 저부(61b, 71b)에 의하여 정의된 개방유로(64, 74)의 간격(g)과, 상기 인접한 측벽부(61a, 71a)와 정상부(61c, 71c)에 의하여 정의된 폐쇠유로(65, 75)의 간격(g')은 파형 금속박판의 두께의 5배 이상이며, 측벽부(61a, 71a)의 높이(h)는 파형 금속박판의 두께의 50배 이하로 형성하고, 구멍(43)의 전면적은 상기 측벽부(71a)와 정상부(71c)의 전체면적의 10% 내지 70%로 형성한 LSI 패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  12. 평평한 기판(42)과 일련의 반복되는 측벽부(82a)와 정상부(82c)와 저부(82b)로 형성된 요철부를 가진 얇은 금속박판으로 된 방열부재지 (81)로 형성되어 있으며, 상기 기판(42)과 상기 방열부재(81)는 지그재그 패턴(staggered pattern)으로 배열된 일련의 독립된 브리지형상의 돌출부(82)를 형성하고, 각 브리지 형상의 돌출부(82)의 폭(d')은 브리지 형상의 돌출부의 길이 (1)의 1/2 ∼1/5의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 LSI 패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 방열부재(81)는 상기 측벽부(82a)와 정상부(82c)에 공기통로인 뚫린 구멍을 가진 파형 금속박판을 형성한 LSI 패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서, 상기 구멍의 전체면적은 상기 측벽부(82a)와 정상부(82c)의 전체면적의 10% 내지 70%로 형성한 LSI 패키지 냉각용 파형 히트 싱크 휜 어셈블리.
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