KR100381303B1 - 다공성 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다공성 히트싱크에 관한 것으로, 통상 수평방향의 방열판(12)과 수직방향의 방열핀(14)으로 이루어지는 방열체(10) 전체를 구조변경 없이도 열방출 표면적이 높아질 수 있도록 다공성 형태로 제품형성시키거나 수평방향의 방열판(12)을 제외한 수직방향의 방열핀(14) 또는 이들 틈새의 공간홈(16)을 별도의 다공체(22)로 성형결합하여 단위면적당 열교환효율을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하는바, 이를 위해 다공성 히트싱크는 알루미늄금속재로서 수평방향의 방열판(12)과 수직방향의 방열핀(14)들로 제품형성되는 방열체(10)가 포밍 또는 소결을 통한 다공성 형태로 성형가공되거나, 또는 방열체(10)가 압출이나 주조를 통해 단순한 판상형태로 성형가공되면서 상기 방열체(10)의 방열핀(14) 틈새인 공간홈(16)에는 다공성 형태의 알루미늄금속재인 다공체(22)가 포밍 또는 소결을 통해 성형결합되거나, 또는 방열체(10)의 방열판(12)만 단순한 판상형태로 성형가공되면서 상기 방열판(12) 위로 방열핀(14) 없이 알루미늄금속재의 다공체(22)가 포밍 또는 소결을 통해 성형결합되어 단위면적당 열교환율이 높아질 수 있도록 히트싱크(20)가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

다공성 히트싱크{A Porous Heat Sink}

본 발명은 단위면적당 열방출량을 높힌 다공성물질 히트싱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통상 수평방향의 방열판과 수직방향의 방열핀으로 이루어지는 방열체 전체를 구조변경 없이도 열방출 표면적이 높아질 수 있도록 다공성 형태로 제품형성시키거나 수평방향의 방열판을 제외한 수직방향의 방열핀 또는 이들 틈새의 공간홈을 별도의 다공체로 성형결합하여 단위면적당 열교환효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 다공성 히트싱크에 관한 것이다.

일반적으로 히트싱크(Heat Sink)는 전자부품이나 소자에서 열을 흡수하여 외부로 발산시킴으로서 해당 장치의 급격한 온도상승을 방지하기 위한 냉각용 방열체로, 현재 사용되고 있는 히트싱크는 늘림성 및 퍼짐성이 풍부하여 성형가공하기 위한 쉬운 알루미늄금속을 주고 사용하여 수평방향의 방열판에 대해 수직방향으로 다수의 방열핀이 돌출형성된 제품형태로서 그위에 송풍팬이 설치결합된다.

한편, 전자칩의 고집적화에 따른 전자기기의 소형화 추세는 전자부품이나 장치에서 발생되는 열을 제거하는 방열처리가 중요한데, 이는 전자부품의 작동온도가 그 작동수명은 물론 장치의 원할한 작동관계에 절대적인 영향을 좌우하게 되며, 특히 전자칩의 작동온도를 설계온도보다 10℃ 높힐 때마다 전자칩의 수명이 50% 이상씩 감소하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 전자칩의 온도를 낮게 유지하면서 높은 열유속을 제거할 수 있는 여러가지 냉각기술의 개발이 전자기기의 수명과 발전속도를 좌우한다고 하여도 과언은 아니며, 이에따라 소형화되는 전자부품의 열에 의한 잡음 및 수명단축과 출력특성의 불안정화를 방지하기 위한 방열수단으로 히트싱크가 적용되고 있다.

도 6a 내지 도 6c는 방열핀(114)의 형태를 달리하는 종래의 히트싱크들을 각각 예시한 것이고, 도 7은 종래의 히트싱크인 방열체(110) 위로 송풍팬(130)이 설치결합된 사용상태를 예시한 것으로, 도면에서 보는 바와같이 수평방향의 방열판(112)과 수직방향의 방열핀(112)으로 이루어지는 방열체(110) 전체가 압출성형에 의한 밀폐된 단순한 판상형태로 이루어진 관계로, 열교환효율을 높히기 위해서는 히트싱크인 방열체(110)의 크기를 크게하는 방법 이외에는 별다른 대안이 없다는 한게점이 있었다.

이에 본 발명은 단순한 판상형태로만 제품형성되어 전자기기의 방열수단으로 적용되었던 지금까지의 히트싱크가 갖는 한계점을 극복하고자 발명된 것으로, 수평방향의 방열판과 수직방향의 방열핀으로 이루어지는 방열체 전체를 구조변경 없이도 열방출 표면적이 높아질 수 있도록 다공성 형태로 제품형성시키거나 수평방향의 방열판을 제외한 수직방향의 방열핀 또는 이들 틈새의 공간홈을 별도의 다공체로 성형결합하여 단위면적당 열교환효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 다공성 히트싱크를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따라 방열체 전체를 다공성 형태로 제품형성시킨 각각의 히트싱크 사시도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 방열체의 공간홈 틈새로 별도의 다공체를 성형결합시킨 결합상태 및 분리상태 사시도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 방열체의 방열판 위로 방열핀 없이 다공체를 성형결합시킨 결합상태 및 분리상태 사시도.

도 4는 본 발명의 다공성 히트싱크를 금형을 통해 제품형성하는 제작상태 예시도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따라 방열체 전체가 다공성 형태로 제품형성되거나 방열판 위의 수직방향 방열핀공간에 별도의 다공체가 성형결합된 히트싱크 위로 송풍팬이 설치결합된 예시도.

도 6a 내지 도 6c는 종래의 히트싱크들에 대한 사시도.

도 7은 종래의 히트싱크 위로 송풍팬이 설치결합된 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 방열체 12 : 방열판

14 : 방열핀 16 : 공간홈

20 : 히트싱크 22 : 다공체

30 : 송풍팬 40 : 금형

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다공성 히트싱크는, 알루미늄금속재로서 수평방향의 방열판과 수직방향의 방열핀들로 제품형성되는 방열체가 포밍 또는 소결을 통한 다공성 형태로 성형가공되거나, 또는 방열체가 압출이나 주조를 통해 단순한 판상형태로 성형가공되면서 상기 방열체의 방열핀 틈새인 공간홈에는 알루미늄금속재인 다공체가 포밍 또는 소결을 통해 다공성 형태로 성형결합되거나, 또는 방열체의 방열판만 단순한 판상형태로 성형가공되면서 상기 방열판 위로 방열핀 없이 알루미늄금속재의 다공체가 포밍 또는 소결을 통해 다공성 형태로 성형결합되어 단위면적당 열교환율이 높아질 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 방열체는 방열판과 방열핀 모두가 단순한 판상형태로 성형가공되면서 다수의 방열핀들 틈새인 공간홈으로 별도의 다공체가 성형결합되는 경우에 수평방향의 상기 방열판에 대한 수직방향의 상기 방열핀과 다공체와의 단면적비가 0.05-0.55의 비율범위로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열체는 방열판만 단순한 판상형태로 성형가공되면서 상기 방열 판 위로 방열핀 없이 별도의 다공체가 성형결합되는 경우에 수평방향의 상기 방열판에 대한 상기 다공체와의 단면적비가 0.001-0.05의 비율범위로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 다공체는 방열체와 별도로 압출이나 주조와 같은 성형가공을 통해 다공성 형태로 제품형성되어 상기 방열체와 압착결합되거나 융착결합되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 다공성 히트싱크의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명하며, 설명이해상 다수의 실시예에서 동일 구성명칭은 동일부호로 기재처리하고 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따라 방열체(10) 전체를 다공성 형태로 제품형성시킨 각각의 히트싱크(20)를 도시한 것이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 방열체(10)의 공간홈(16) 틈새로 별도의 다공체(22)를 성형결합시킨 결합상태 및 분리상태를 각각 도시한 것이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 방열체(10)의 방열판(12) 위로 방열핀(14) 없이 다공체(22)를 성형결합시킨 결합상태 및 분리상태를 도시한 것이고, 아울러 도 4는 본 발명의 다공성 히트싱크(20)를 금형(40)을 통해 제품형성하는 제작상태를 도시한 것이다.

우선, 도 1a 내지 도 1c에서 보는 바와같이 본 발명의 다공성 히트싱크는 기본적으로 통상 수평방향의 방열판(12)과 수직방향의 방열핀(14)으로 이루어지는 방열체(10) 전체를 구조변경 없이 포밍(Foaming) 또는 소결(Sintering)을 통해 다공성 형태로 제품형성시켜 구조적으로 열방출 표면적을 확대시킬 수 있다.

또한, 도 2a와 도 2b 에서 보는 바와같이 다공성 형태가 아닌 기존의 히트싱크와 같이 방열체(10)를 구성하는 방열판(12)과 방열핀(14) 모두를 압출(Extrusion) 또는 주조(Casting)를 통해 기공(Air Space)이 없는 단순한 판상형태로 성형가공시키는 한편, 상기 방열체(10)의 방열핀(14)들 사이에 열교환공간으로 형성된 공간홈(16)에는 알루미늄금속재인 다공체(22)가 포밍 또는 소결을 통해 소결알루미나(Sintered Alumina)와 같은 다공성 형태로 성형결합시켜히트싱크(20)를 구성할 수 있다.

그리고, 이와같이 다수의 방열핀(14)들 틈새인 공간홈(16)으로 별도의 다공체(22)가 성형결합되는 경우에는, 수평방향의 상기 방열판(12)에 대한 수직방향의 상기 방열핀(14)과 다공체(22)와의 단면적비가 0.05-0.55의 비율범위로 이루어짐이 여러차례의 실험결과상 히트싱크(20)의 열교환효율을 최적화시킬 수 있는 것으로 판단되고 있다.

또한, 도 3a와 도 3b에서 보는 바와같이 기존의 히트싱크와는 달리 방열체(10)를 구성하는 수평방향의 방열판(12)만 압출 또는 주조를 통해 기공이 없는 단순한 판상형태로 성형가공시키는 한편, 상기 방열판(12)에 대해 수직방향으로 다수 돌출형성되는 방열핀(14) 없이 그 위의 공간홈(16)을 포함한 방열핀공간을 알루미늄금속재인 다공체(22)가 포밍 또는 소결을 통해 다공성 형태로 성형결합시켜 히트싱크(20)를 구성할 수 있다.

한편, 다공성 형태가 아닌 단순한 판상형태의 방열체(10)와는 별도로 다공성 형태의 다공체(22)를 상기 방열체(10)와 함께 포밍이나 소결을 통해 성형온도를 달리하여 함께 제품형성시키지 않고, 압출이나 주조와 같은 성형가공을 통해 상기 방열체(10)와는 별로도 상기 다공체(22)를 제품형성한 후에 상기 방열체(10)와 압착결합이나 융착결합 등을 통해 일체구조화시킬 수도 있다.

아울러, 이와같이 방열판(12)만 단순한 판상형태로 성형가공되면서 상기 방열판(12) 위로 방열핀(14) 없이 별도의 다공체(22)가 성형결합되는 경우에는, 수평방향의 상기 방열판(12)에 대한 수직방향의 상기 방열핀(14)과 다공체(22)와의 단면적비가 0.001-0.05의 비율범위로 이루어짐이 여러차례의 실험결과상 히트싱크(20)의 열교환효율을 최적화시킬 수 있는 것으로 확인되고 있다.

한편, 이와같이 방열체(10) 전체가 다공성 형태로 성형가공되거나 또는 방열판(12)이나 방열핀(14)을 제외한 방열핀공간을 별도의 다공체(22)로 성형결합시켜 제품형성되는 본 발명의 히트싱크(20)는 도 4에서 보는 바와같이, 우선 압출이나 다이 주조(Die Casting) 등을 통해 방열체(10)를 성형가공한 다음, 해당 금형(40)을 통해 상기 방열체(10)의 공간홈(16) 또는 방열핀공간에 분말 또는 압분입자를 충진시켜 소결이나 포밍을 통해 가열하여 상기 방열체(10)의 일체구조로 성형결합시킴으로서 다공성 형태를 갖는 히트싱크(20)로 제품형성될 수 있다.

그리고, 도 5a 내지 도 5c에서 보는 바와같이 방열체(10) 전체가 다공성 형태이거나 수평방향의 방열판(12)을 제외한 방열핀(14) 또는 방열핀공간이 소결 또는 포밍을 통해 별도의 다공체(22)가 성형결합된 다공성 형태인 본 발명의 히트싱크(20) 위로 송풍팬(30)을 설치결합시켜, 이를 전자기기(도면도시 생략)에 부착고정시킴으로서 해당 전자부품의 열에 의한 잡음 및 수명단축과 출력특성의 불안정화를 보다 획기적으로 줄일 수 있으며, 이는 본 발명의 히트싱크(20)가 다공성 형태로서 전자부품으로부터의 열에 대한 단위면적당 열교환효율이 본 발명의 히트싱크(20)에 다공성 형태로 성형되는 공상(Space State)들에 의해 높아질 수 있기 때문이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 다공성 히트싱크에 의하면, 방열체 전체를구조변경 없이도 열방출 표면적이 높아질 수 있도록 다공성 형태로 제품형성시키거나 수평방향의 방열판을 제외한 수직방향의 방열핀 또는 이들 틈새의 공간홈을 별도의 다공체로 성형결합하여 단위면적당 열교환효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

특히, 다공성 형태를 적용한 본 발명의 히트싱크는 기존의 히트싱크에 비해 전자기기의 냉각에 필요한 전열면적이 구조적으로 확대될 수 있어 단위면적당 열방출량이 증가됨으로서 히트싱크의 소형화가 가능할 수 있으며, 이는 결과적으로 해당 전자기기의 경량 소형화를 가져올 수 있는 물론 전자기기 중에서 열발생의 문제가 있는 모든 곳에 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (4)

1. 단위면적당 열교환율이 높아질 수 있도록 알루미늄금속재인 방열체(10)가 압출이나 주조를 통해 기공이 없는 단순한 판상형태로 성형가공되고, 상기 방열체(10)의 방열핀(14) 틈새인 공간홈(16)에는 알루미늄금속재인 다공체(22)가 포밍 또는 소결을 통해 다공성 형태로 성형결합된 것을 특징으로 하는 다공성 히트싱크.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방열체(10)는 방열판(12)과 방열핀(14) 모두가 단순한 판상형태로 성형가공되면서 수평방향의 상기 방열판(12)에 대한 수직방향의 상기 방열핀(14)과 다공체(22)와의 단면적비가 0.05-0.55의 비율범위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 히트싱크.
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