KR102168097B1 - Sintering hybrid wick based screen mesh and method for manufacturing thereof - Google Patents

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KR102168097B1
KR102168097B1 KR1020200007831A KR20200007831A KR102168097B1 KR 102168097 B1 KR102168097 B1 KR 102168097B1 KR 1020200007831 A KR1020200007831 A KR 1020200007831A KR 20200007831 A KR20200007831 A KR 20200007831A KR 102168097 B1 KR102168097 B1 KR 102168097B1
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조경진
장석필
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Abstract

The objective of the present invention is to provide a screen mesh based sintered hybrid wick, which uses nanoparticles and microparticles with a reduced melting point to have high capillary force and low flow resistance, and a manufacturing method thereof. To this end, the manufacturing method of the hybrid wick according to the present invention comprises: a first step (S100) of allowing a flux including micro-sized particles and nano-sized particles to be applied to a screen mesh-shaped wick having a flow passage; and a second step (S200) of heating the wick in a heating furnace such that the nano-sized particles are melt and deposited in the wick, and the micro-sized particles in a capillary shape are attached at regular intervals to the melt and deposited nano-sized particles so as to form a hybrid wick.

Description

스크린 메쉬 기반의 소결된 하이브리드 윅 및 그 제조 방법{SINTERING HYBRID WICK BASED SCREEN MESH AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}Screen mesh-based sintered hybrid wick and its manufacturing method {SINTERING HYBRID WICK BASED SCREEN MESH AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 스크린 메쉬 기반의 소결된 하이브리드 윅 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 녹는점이 감소된 나노 입자와, 마이크로 입자를 이용한 스크린 메쉬 기반의 소결된 하이브리드 윅 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a screen mesh-based sintered hybrid wick and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a screen mesh-based sintered hybrid wick using nanoparticles with a reduced melting point and microparticles, and a method of manufacturing the same. .

최근 몇 년간, 시장의 요구에 의해 전자 기기들의 면적 및 발열량은 점차 증가하는 반면, 박판화에 의해 냉각 장치 장착을 위한 여유 공간은 감소하고 있는 추세이다.In recent years, the area and the amount of heat generated by electronic devices have gradually increased due to market demand, while the free space for mounting a cooling device has been decreasing due to thinning.

휴대폰, 타블렛과 같은 모바일 기기는 프로세서의 성능 및 디스플레이 크기 증가로 인해 발열량 및 기기 면적이 점차 증가하고 있지만 휴대성 증대를 위해 기기의 두께는 점차 얇아지고 있으며, TV와 같은 디스플레이 또한 발열량 증가 및 대면적화가 진행되고 있으나 두께는 오히려 감소하는 추세이다.Mobile devices such as mobile phones and tablets gradually increase the amount of heat generated and device area due to the increase in processor performance and display size, but the thickness of the device is gradually becoming thinner to increase portability, and displays such as TVs also increase heat generation and large area. Although the paint is in progress, the thickness is rather decreasing.

도 1은 최근 전자 기기의 발전 동향 및 이슈를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing recent development trends and issues of electronic devices.

도 1을 참조하여 기존의 전자 기기와 최근의 전자 기기를 비교하면, 기존의 전자 기기는 디스플레이부가 작고, 두께가 두꺼우며, 열 전도도가 낮지만, 최근 전자 기기는 디스플레이부가 크고, 두께가 얇으며, 열 전도도가 높다.When comparing the existing electronic device and the recent electronic device with reference to FIG. 1, the display unit of the conventional electronic device is small, the thickness is thick, and the thermal conductivity is low, but the recent electronic device has a large display unit and a thin thickness. , The thermal conductivity is high.

즉, 기존 모바일 기기 및 TV 디스플레이의 냉각 시스템으로 사용되는 금속 방열판 또한 박판화, 대면적화가 진행되고 있으나, 열 전도도가 상대적으로 낮아(100~400 W/mK) 충분한 열을 외부로 전달할 수 없는 문제점이 있다.In other words, the metal heat sink used as a cooling system for existing mobile devices and TV displays is also undergoing thinning and large area, but the thermal conductivity is relatively low (100-400 W/mK), and sufficient heat cannot be transferred to the outside. have.

도 2의 (a) 및 (b)는 베이퍼 챔버의 내부 구조와, 모세관 현상에 따른 윅의 성능 변화를 나타내는 도면이다.2A and 2B are diagrams illustrating an internal structure of a vapor chamber and a performance change of a wick according to a capillary phenomenon.

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 냉각 시스템으로 사용되는 금속 방열판의 열 전도도가 상대적으로 낮아 충분한 열을 외부로 전달할 수 없는 문제점을 해결하기 위해 작동 유체의 상변화를 이용한 고성능 열전달 장치인 베이퍼 챔버(Vapor Chamber)를 전자 기기의 방열 시스템에 적용하기 위한 시도가 이루어지고 있다.2A and 2B, high-performance heat transfer using a phase change of the working fluid to solve the problem that sufficient heat cannot be transferred to the outside due to relatively low thermal conductivity of the metal heat sink used as a cooling system. Attempts are being made to apply a vapor chamber, which is a device, to a heat dissipation system of electronic devices.

베이퍼 챔버는 열전달을 위한 별도의 동력이 필요 없고, 금속의 수백 배(~100,000 W/mK)에 달하는 높은 열 전도도를 가지고 있어, 대면적화 및 박판화가 필요한 전자 기기의 냉각 시스템을 대체하기에 적합하다.Vapor chamber does not require additional power for heat transfer and has high thermal conductivity, which is hundreds of times (~100,000 W/mK) of metal, so it is suitable to replace the cooling system of electronic devices that require large area and thinner. .

이러한 베이퍼 챔버의 내부는 소량의 작동 유체(Working Fluid)가 충진되어 있으며, 증발부(Evaporator)에서 공급된 열에 의해 증발한 작동 유체는 응축부(Condenser)로 이동 후 냉각 및 응축된다.The inside of this vapor chamber is filled with a small amount of working fluid, and the working fluid evaporated by heat supplied from an evaporator is cooled and condensed after moving to a condenser.

응축된 작동 유체는 모세관 구조인 윅(Wick)에 의해 증발부로 회수되지만, 윅의 모세관력이 충분하지 않을 경우, 유체를 멀리 이송할 수 없어 베이퍼 챔버를 대면적화하기 매우 어렵다.The condensed working fluid is recovered to the evaporation part by the capillary structure of the wick, but if the capillary force of the wick is not sufficient, the fluid cannot be transferred far enough, and it is very difficult to enlarge the vapor chamber.

따라서, 모세관력을 향상시키기 위해서는 도 2의 우측에 도시된 바와 같이 미세 구조물의 직경을 감소시켜야 하지만, 윅 내의 미세 구조물의 직경이 감소할 경우 유동 저항이 함께 증가하게 된다.Accordingly, in order to improve the capillary force, the diameter of the microstructure must be reduced as shown on the right side of FIG. 2, but when the diameter of the microstructure in the wick decreases, the flow resistance increases together.

증가된 유동 저항은 증발부로 공급되는 작동 유체량를 감소시킴으로써, 베이퍼 챔버의 최대 열전달 성능 저하를 유발한다.The increased flow resistance decreases the amount of working fluid supplied to the evaporation unit, causing a decrease in the maximum heat transfer performance of the vapor chamber.

따라서, 유동 저항 증가를 최소화시키면서 모세관력을 증가시킬 수 있는 윅을 통해 베이퍼 챔버를 대면적화 할 수 있다.Accordingly, the vapor chamber can be enlarged through a wick capable of increasing capillary force while minimizing an increase in flow resistance.

도 3은 베이퍼 챔버의 윅 구조에 따른 특성 변화를 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing a change in characteristics according to a wick structure of a vapor chamber.

도 3을 참조하면, 기존 베이퍼 챔버에 사용되는 윅의 특징을 살펴볼 수 있다.Referring to FIG. 3, characteristics of the wick used in the existing vapor chamber can be examined.

그루부드 윅(Grooved Wick)의 경우 유체 이송량이 많아 열전달 성능이 상대적으로 높지만 모세관력이 낮아 대면적 베이퍼 챔버에 사용하기 부적합하다.Grooved wicks have relatively high heat transfer performance due to a large amount of fluid transfer, but their capillary force is low, making them unsuitable for use in large-area vapor chambers.

또한, 신터드 윅(Sintered Wick)의 경우 모세관력이 커 대면적화에 유리하지만 유체 이송량이 상대적으로 적어 열전달 성능이 낮은 문제가 있다.In addition, in the case of the sintered wick, the capillary force is large, which is advantageous for large area, but there is a problem in that the heat transfer performance is low because the amount of fluid transport is relatively small.

따라서, 최근 2종 이상의 서로 다른 윅을 조합하여 높은 모세관력과 낮은 유동저항을 가지는 고성능 하이브리드 윅에 대한 요구가 점차 증가하고 있다.Accordingly, recently, a demand for a high-performance hybrid wick having high capillary force and low flow resistance by combining two or more different wicks is gradually increasing.

도 4는 기존 하이브리드 윅 제작 사례를 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing an example of manufacturing an existing hybrid wick.

도 4를 참조하면, 하이브리드 윅을 제작하기 위한 방법으로는 소결법(Sintering)을 통해 기존 윅 위에 마이크로 크기의 금속 입자를 이용한 추가적인 윅 구조를 형성하거나, 서로 다른 종류의 윅을 물리적으로 접착하는 2종 윅 결합 법을 주로 적용하고 있다.Referring to FIG. 4, as a method for manufacturing a hybrid wick, two types of forming an additional wick structure using micro-sized metal particles on the existing wick through sintering or physically bonding different types of wicks. The wick coupling method is mainly applied.

그러나 소결법을 통한 윅 증착법은 1000℃에 달하는 고온 및 고압 조건에서 제작되어 제작 비용 상승과, 고온에 의한 모세관 구조물의 손상 가능성이 높은 문제점이 있다.However, the wick deposition method through the sintering method is manufactured under a high temperature and high pressure condition of up to 1000°C, so there is a problem in that the manufacturing cost is increased and the possibility of damage to the capillary structure due to the high temperature is high.

또한, 2종 윅 결합법의 경우 서로 다른 모세관 구조를 균일하게 접합하는데 따른 제작 난이도 상승과, 물리적 충격 등에 의해 분리되어 성능이 하락하는 문제점이 있다.In addition, in the case of the type 2 wick coupling method, there is a problem in that the manufacturing difficulty increases due to uniformly bonding different capillary structures, and the performance decreases due to separation due to a physical impact or the like.

이와 같은 문제점들로 인해 하이브리드 윅을 적용한 베이퍼 챔버의 상용화는 미진한 상황이다. Due to these problems, commercialization of a vapor chamber to which a hybrid wick is applied is insufficient.

대한민국 등록특허공보 제10-1083250호 (2011.11.14. 공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1083250 (announced on November 14, 2011)

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 높은 모세관력과 낮은 유동저항을 갖도록 녹는점이 감소된 나노 입자와, 마이크로 입자를 이용한 스크린 메쉬 기반의 소결된 하이브리드 윅 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to provide a screen mesh-based sintered hybrid wick using nanoparticles with a reduced melting point and microparticles to have high capillary force and low flow resistance, and a manufacturing method thereof. To provide.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 하드브리드 윅은, 유동 통로를 갖는 스크린 메쉬(Screen Mesh) 형상의 윅; 및 상기 윅의 표면에 부착되는 마이크로 크기의 입자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the hard-brid wick according to the present invention includes a screen mesh-shaped wick having a flow passage; And micro-sized particles attached to the surface of the wick.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅에서, 상기 마이크로 크기의 입자는 열에 의해 녹는 나노 크기의 입자에 의해 상기 윅의 표면에 부착되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the hybrid wick according to the present invention, the micro-sized particles are attached to the surface of the wick by nano-sized particles that melt by heat.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅에서, 상기 나노 크기의 입자는 Sn58Bi를 포함하는 나노 입자 형성용 소재로 형성되고, 상기 마이크로 크기의 입자는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 포함하는 마이크로 입자 형성용 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the hybrid wick according to the present invention, the nano-sized particles are formed of a material for forming nano-particles containing Sn58Bi, and the micro-sized particles are used for forming micro-particles containing SAC (Sn-Ag-Cu) It is characterized in that it is formed of a material.

한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 하이브리드 윅의 제조 방법은, 마이크로 크기의 입자와, 나노 크기의 입자를 포함하는 플럭스(Flux)가 유동 통로를 갖는 스크린 메쉬 형상의 윅의 표면에 도포되는 제 1 단계(S100); 및 상기 윅의 가열에 의해 녹는 상기 나노 크기의 입자에 의해, 상기 마이크로 크기의 입자가 상기 윅의 표면에 부착되어 하이브리드 윅이 형성되는 제 2 단계(S200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in order to achieve the above object, in the method of manufacturing a hybrid wick according to the present invention, a flux including micro-sized particles and nano-sized particles is applied to the surface of a screen mesh-shaped wick having a flow passage. The first step (S100) is applied; And a second step (S200) of forming a hybrid wick by attaching the micro-sized particles to the surface of the wick by the nano-sized particles melting by heating the wick.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅의 제조 방법은, 완성된 상기 하이브리드 윅의 표면에 잔재하는 잔여물을 제거하는 제 3 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a hybrid wick according to the present invention is characterized in that it includes a third step (S300) of removing residue remaining on the surface of the completed hybrid wick.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅의 제조 방법에서, 상기 나노 크기의 입자는 Sn58Bi를 포함하는 나노 입자 형성용 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a hybrid wick according to the present invention, the nano-sized particles are formed of a material for forming nanoparticles including Sn58Bi.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅에서, 상기 가열로에서 상기 윅을 가열시 120℃ 이하로 가열하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the hybrid wick according to the present invention, when the wick is heated in the heating furnace, the wick is heated to 120° C. or less.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅의 제조 방법에서, 상기 나노 크기의 입자는 120℃ 이하의 녹는점을 갖는 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a hybrid wick according to the present invention, the nano-sized particles are formed in a size having a melting point of 120°C or less.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅의 제조 방법에서, 상기 마이크로 크기의 입자는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 포함하는 마이크로 입자 형성용 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a hybrid wick according to the present invention, the micro-sized particles are formed of a material for forming micro-particles including SAC (Sn-Ag-Cu).

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅의 제조 방법에서, 상기 하이브리드 윅의 매질의 투자율(Permeability)은, 하기 식 1에 의해 획득되는 값 K로 측정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a hybrid wick according to the present invention, the permeability of the medium of the hybrid wick is measured by a value K obtained by Equation 1 below.

(식 1)

Figure 112020006900742-pat00001
(Equation 1)
Figure 112020006900742-pat00001

여기서,

Figure 112020006900742-pat00002
는 각각 매질의 투자율, 다공성 매질을 지남에 따라 발생하는 압력차, 다공성 매질의 길이, 유체의 점도 및 속도를 나타냄.here,
Figure 112020006900742-pat00002
Represents the magnetic permeability of the medium, the pressure difference that occurs over the porous medium, the length of the porous medium, and the viscosity and velocity of the fluid.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅의 제조 방법에서, 상기 하이브리드 윅의 모세관력(Capillary Force)은, 하기 식 2의 유효 공극 반지름에 반비례하고,In addition, in the method of manufacturing a hybrid wick according to the present invention, the capillary force of the hybrid wick is inversely proportional to the effective void radius of the following equation 2,

상기 유효 공극 반지름은, 하기 식 3에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.The effective void radius is characterized in that it is calculated by Equation 3 below.

(식 2)

Figure 112020006900742-pat00003
(Equation 2)
Figure 112020006900742-pat00003

(식 3)

Figure 112020006900742-pat00004
(Equation 3)
Figure 112020006900742-pat00004

여기서,

Figure 112020006900742-pat00005
은 하이브리드 윅, 스크린 매쉬, 추가 윅 구조물의 유효 공극 반지름을 나타내며,
Figure 112020006900742-pat00006
는 전체 윅 대비 추가 윅 구조물이 차지하는 비율, 실험 계수, 스크린 매쉬 와이어 직경, 기공 지름을 나타냄.here,
Figure 112020006900742-pat00005
Represents the effective void radius of the hybrid wick, screen mesh, and additional wick structures,
Figure 112020006900742-pat00006
Represents the ratio of the additional wick structure to the total wick, experimental coefficient, screen mesh wire diameter, and pore diameter.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅의 제조 방법에서, 상기 하이브리드 윅의 유효 열 전도도(

Figure 112020006900742-pat00007
)는, 준 정상 상태(Quasi-Steady State) 법을 이용한 하기 식 4에 의해 측정되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a hybrid wick according to the present invention, the effective thermal conductivity of the hybrid wick (
Figure 112020006900742-pat00007
) Is characterized in that it is measured by the following equation 4 using the Quasi-Steady State method.

(식 4)

Figure 112020006900742-pat00008
(Equation 4)
Figure 112020006900742-pat00008

여기서, Q, L, A, THot, TCold는 인가 열량과, 윅과 작동 유체의 두께와, 면적과, 히팅 플레이트(Heating Plate)와, 쿨링 플레이트(Cooling Plate)를 나타냄.Here, Q, L, A, T Hot and T Cold represent the amount of heat applied, the thickness of the wick and the working fluid, the area, the heating plate, and the cooling plate.

기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Details of other embodiments are included in "Specific Contents for Carrying out the Invention" and the attached "Drawings".

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to various embodiments described below in detail together with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in various different forms, and each embodiment disclosed in the present specification makes the disclosure of the present invention complete, and the present invention It should be understood that the present invention is provided to completely inform the scope of the present invention to those of ordinary skill in the art to which it belongs, and that the present invention is only defined by the scope of each claim in the claims.

본 발명에 의하면, 높은 모세관력과 낮은 유동저항을 갖도록 녹는점이 감소된 나노 입자와, 마이크로 입자를 이용한 스크린 메쉬 기반의 소결된 하이브리드 윅 및 그 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing a sintered hybrid wick based on a screen mesh using nanoparticles having a reduced melting point and microparticles to have high capillary force and low flow resistance, and a method of manufacturing the same.

도 1은 최근 전자 기기의 발전 동향 및 이슈를 나타내는 도면.
도 2는 베이퍼 챔버의 내부 구조와, 모세관 현상에 따른 윅의 성능 변화를 나타내는 도면.
도 3은 베이퍼 챔버의 윅 구조에 따른 특성 변화를 나타내는 도면.
도 4는 기존 하이브리드 윅 제작 사례를 나타내는 도면.
도 5는 하이브리드 윅의 개념도.
도 6은 나노 입자의 크기에 따른 녹는점 변화를 나타내는 그래프.
도 7은 나노 입자의 녹는점 감소를 이용한 모세관 구조 형성법을 나타내는 도면.
도 8은 SAC 나노 입자를 이용하여 제작된 하이브리드 윅 표면의 입자 분포를 나타내는 도면.
도 9는 하이브리드 윅의 제조 순서를 나타내는 도면.
도 10은 투자율 측정 장비의 개략도.
도 11은 준 정상 상태법을 이용한 열전도도 측정 장치의 측정 원리를 나타내는 도면.
도 12는 베이퍼 챔버의 성능 해석 프로그램의 화면을 나타내는 도면.1 is a diagram showing recent development trends and issues of electronic devices.
2 is a view showing the internal structure of the vapor chamber and the performance change of the wick according to the capillary phenomenon.
3 is a view showing a characteristic change according to a wick structure of a vapor chamber.
4 is a diagram showing an example of manufacturing an existing hybrid wick.
5 is a conceptual diagram of a hybrid wick.
6 is a graph showing the melting point change according to the size of the nanoparticles.
7 is a diagram showing a method of forming a capillary structure using a reduction in melting point of nanoparticles.
8 is a view showing particle distribution on the surface of a hybrid wick fabricated using SAC nanoparticles.
9 is a diagram showing a manufacturing procedure of a hybrid wick.
10 is a schematic diagram of a permeability measuring equipment.
11 is a diagram showing a measurement principle of a thermal conductivity measuring apparatus using a quasi-steady state method.
Fig. 12 is a diagram showing a screen of a vapor chamber performance analysis program.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, terms or words used in the present specification should not be interpreted as being unconditionally limited in a conventional or dictionary meaning, and in order for the inventor of the present invention to describe his invention in the best way It should be understood that the concepts of various terms can be appropriately defined and used, and furthermore, these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used in this specification are only used to describe a preferred embodiment of the present invention, and are not intended to specifically limit the content of the present invention, and these terms represent various possibilities of the present invention. It should be noted that this is a term defined in consideration.

또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, in this specification, it should be understood that the singular expression may include a plurality of expressions unless clearly indicated in a different meaning in the context, and may include the singular meaning even if similarly expressed in the plural. .

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Throughout the present specification, when a component is described as "including" another component, it does not exclude any other component, but further includes any other component unless otherwise indicated. It could mean you can do it.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, when a component is described as "existing inside or connected to and installed" of another component, this component may be directly connected to or installed in contact with other components, It may be installed spaced apart by a distance, and in the case of installation spaced apart by a certain distance, a third component or means may exist for fixing or connecting the component to other components. It should be noted that a description of the elements or means of 3 may be omitted.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when a component is described as being "directly connected" to another component or "directly connected", it should be understood that there is no third component or means.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions describing the relationship between each component, such as "between" and "directly between", or "neighbor to" and "directly neighbor to" have the same effect. Should be interpreted as.

또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, in this specification, terms such as "one side", "the other side", "one side", "the other side", "first", "second", etc., if used, this one component for one component It is used in order to be clearly distinguishable from other components, and it should be noted that the meaning of the component is not limited by such terms.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, terms related to positions such as "upper", "lower", "left", and "right" in the present specification, if used, should be understood as indicating a relative position in the drawing with respect to the corresponding component, These position-related terms should not be understood as referring to absolute positions unless absolute positions are specified for their positions.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in the present specification, in specifying the reference numerals for each component of each drawing, the same reference numerals for the same components, even if the components are indicated in different drawings, that is, the same reference throughout the specification. The symbols indicate the same components.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to the present specification, the size, position, and coupling relationship of each component constituting the present invention are partially exaggerated, reduced, or omitted in order to sufficiently clearly convey the spirit of the present invention or for convenience of description. It may have been described, and therefore its proportion or scale may not be exact.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.Further, in the following description of the present invention, a detailed description of a configuration that is determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, a known technology including the prior art, may be omitted.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the related drawings.

도 5는 하이브리드 윅의 개념도이다.5 is a conceptual diagram of a hybrid wick.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 하드브리드 윅(1000)은, 윅(100)과, 마이크로 크기의 입자(200)와, 나노 크기의 입자(300)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the hard-brid wick 1000 according to the present invention includes a wick 100, a micro-sized particle 200, and a nano-sized particle 300.

윅(100)은 유동 통로(110)를 갖는 스크린 메쉬(Screen Mesh) 형상으로 형성된다.The wick 100 is formed in the shape of a screen mesh having a flow passage 110.

여기서, 윅(100)의 표면은 모세관 형상으로 형성될 수도 있다.Here, the surface of the wick 100 may be formed in a capillary shape.

마이크로 크기의 입자(200)는 윅(100)의 표면에 부착된다.The micro-sized particles 200 are attached to the surface of the wick 100.

이때, 마이크로 크기의 입자(200)는 가열로(Furnace)의 열에 의해 녹는 나노 크기의 입자(300)에 의해 윅(100)의 표면에 부착된다.At this time, the micro-sized particles 200 are attached to the surface of the wick 100 by the nano-sized particles 300 that are melted by the heat of the heating furnace (Furnace).

본 실시예에 따른 하이브리드 윅(1000)에서는, 나노 크기의 입자(200)는 Sn58Bi를 포함하는 나노 입자 형성용 소재로 형성된다.In the hybrid wick 1000 according to the present embodiment, the nano-sized particles 200 are formed of a material for forming nanoparticles including Sn58Bi.

또한, 마이크로 크기의 입자(300)는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 포함하는 마이크로 입자 형성용 소재로 형성된다.In addition, the micro-sized particles 300 are formed of a material for forming micro-particles including SAC (Sn-Ag-Cu).

본 실시예에서는 설명의 용이함을 위해 나노 크기의 입자(200)는 Sn58Bi를 포함하는 나노 입자 형성용 소재로 형성하고, 마이크로 크기의 입자(300)는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 포함하는 마이크로 입자 형성용 소재로 형성하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 나노 크기의 입자(200) 조건과, 마이크로 크기의 입자(300) 조건에 해당되는 소재들은 어느 것을 사용해도 무방함은 자명하다.In this embodiment, for ease of explanation, the nano-sized particles 200 are formed of a material for forming nano-particles including Sn58Bi, and the micro-sized particles 300 are micro-sized particles including SAC (Sn-Ag-Cu). Although it is formed of a material for forming particles, it is not limited thereto, and it is obvious that any material corresponding to the conditions for the nano-sized particles 200 and the micro-sized particles 300 to be described later may be used.

즉, 본 실시예에서는 Sn58Bi 나노 입자와 SAC 마이크로 입자를 이용하여 낮은 온도에서 모세관 구조를 형성 가능한 하이브리드 윅(1000)을 설명한다.That is, in this embodiment, a hybrid wick 1000 capable of forming a capillary structure at a low temperature using Sn58Bi nanoparticles and SAC microparticles will be described.

좀더 상세히 설명하면, 도 5에서, 유동 저항이 낮은 큰 직경의 스크린 매쉬 형상의 윅(100) 위에 마이크로 크기의 입자(300)로 모세관 구조를 형성하므로 유체의 유동 통로(110)는 거의 줄어들지 않아 낮은 유동 저항을 유지하며, 구조 내 형성된 미세 빈 공간(Sub Pore: 120)으로 인하여 모세관력이 크게 향상된 고성능 하이브리드 윅(1000)을 형성할 수 있다.In more detail, in FIG. 5, since a capillary structure is formed with micro-sized particles 300 on the wick 100 of a large diameter screen mesh having a low flow resistance, the flow passage 110 of the fluid is hardly reduced. It is possible to form a high-performance hybrid wick 1000 that maintains flow resistance and has a significantly improved capillary force due to a sub-pore 120 formed in the structure.

도 6은 나노 입자의 크기에 따른 녹는점 변화를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing a change in melting point according to the size of nanoparticles.

도 6을 참조하면, 입자의 크기가 수십 ㎚ 수준으로 작아질 경우, 녹는점이 크게 낮아지는 현상을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, when the size of the particles is reduced to a level of several tens of nm, it can be seen that the melting point is significantly lowered.

좀더 상세하게는 나노 입자의 크기에 따른 녹는점 변화 현상을 이용하여 금속 입자의 녹는점을 20℃ 이상 감소시키는 것을 확인할 수 있다.In more detail, it can be seen that the melting point of the metal particles is reduced by 20°C or more by using the phenomenon of changing the melting point according to the size of the nanoparticles.

즉, 본 실시예에서는 녹는점이 20℃ 이상 감소된 Sn58Bi 나노 입자를 하이브리드 윅 제작에 활용한다.That is, in this embodiment, Sn58Bi nanoparticles having a melting point reduced by 20° C. or more are used for fabricating a hybrid wick.

도 7은 나노 입자의 녹는점 감소를 이용한 모세관 구조 형성법을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a method of forming a capillary structure using a reduction in melting point of nanoparticles.

도 7을 참조하면, 수십 ㎚의 크기를 가지는 Sn58Bi 나노 입자와, SAC 마이크로 입자의 혼합물을 스크린 매쉬 표면에 도포 후, 낮은 온도(120℃ 이하)로 가열하는 경우, 낮은 녹는점을 가지는 Sn58Bi 나노 입자가 녹아 SAC 마이크로 입자를 모세관 구조 표면에 부착시킨다. 이러한 방법은 마이크로 입자를 기존 윅 표면에 증착시키기 위해 1000℃ 이상의 고온이 필요한 기존 소결법 대비 매우 낮은 온도(120℃ 이하) 조건에서 제작이 가능하다.Referring to FIG. 7, when a mixture of Sn58Bi nanoparticles having a size of several tens of nm and SAC microparticles is coated on the surface of a screen mesh and then heated at a low temperature (120°C or less), Sn58Bi nanoparticles having a low melting point Melts and attaches the SAC microparticles to the capillary structure surface. This method can be manufactured under conditions of very low temperature (120°C or less) compared to the conventional sintering method, which requires a high temperature of 1000°C or higher to deposit microparticles on the existing wick surface.

이에 의해, 고온 고압으로부터 윅 표면의 모세관 구조의 손상을 방지함과 아울러 제작 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.Thereby, there is an effect of preventing damage to the capillary structure on the surface of the wick from high temperature and high pressure, and reducing the manufacturing cost.

본 부착 기술은 고온 내구성이 낮아 소결법 적용시 변형이 발생하는 기존 파이버 윅(Fiber Wick)에도 적용할 수 있으며, 이를 이용해 다양한 종류의 하이브리드 윅(1000)을 제작할 수 있다.This attachment technology can be applied to existing fiber wicks, which are deformed when applying the sintering method due to low high temperature durability, and various types of hybrid wicks 1000 can be manufactured using this.

도 8은 SAC 나노 입자를 이용하여 제작된 하이브리드 윅 표면의 입자 분포를 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing particle distribution on the surface of a hybrid wick fabricated using SAC nanoparticles.

마이크로 크기의 SAC 입자와 녹는점이 낮은 나노 크기의 SAC입자를 플럭스(Flux)에 혼합 후 스크린 매쉬 윅(100) 표면에 도포하였으며, 150℃의 열을 가해 SAC 입자를 부착하는 실험을 수행하였다.Micro-sized SAC particles and nano-sized SAC particles with a low melting point were mixed in a flux and then applied to the surface of the screen mesh wick 100, and an experiment was performed in which SAC particles were attached by applying heat at 150°C.

실험 결과 도 8과 같이 SAC 나노 입자가 녹아 마이크로 크기의 SAC 입자를 스크린 매쉬 표면에 부착시킨 것을 확인할 수 있으며, 이에 의해 비교적 낮은 온도에서 모세관 구조를 형성할 수 있어, 대량 생산이 용이할 뿐만 아니라 나노 입자가 마이크로 입자를 균일하게 부착하여 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.As a result of the experiment, as shown in FIG. 8, it can be seen that the SAC nanoparticles melt and attach the micro-sized SAC particles to the surface of the screen mesh, thereby forming a capillary structure at a relatively low temperature, making mass production easy as well as nano There is an advantage in that the reliability is improved by the particles uniformly attaching the microparticles.

한편, 본 실시예에 따른 하이브리드 윅(1000)은 나노 입자에 의해 스크린 매쉬 표면에 나노 구조물이 형성되어 기존 스크린 매쉬 윅 대비 투자율(Permeability), 유효공극 반지름(Effective pore radius,

Figure 112020006900742-pat00009
) 및 열전도도(Thermal Conductivity)와 같은 유동 저항 및 모세관력에 영향을 미치는 인자들이 변화한다.Meanwhile, in the hybrid wick 1000 according to the present embodiment, a nanostructure is formed on the surface of the screen mesh by nanoparticles, so that the permeability and effective pore radius compared to the existing screen mesh wick are formed.
Figure 112020006900742-pat00009
) And the factors that affect flow resistance and capillary force, such as Thermal Conductivity, vary.

따라서, 본 실시예에 의하면, 기존 스크린 매쉬 윅 대비 투자율 감소율이 10% 이내, 모세관력 및 열전도도가 20% 이상 증가하는 고성능 하이브리드 윅을 형성할 수 있다.Accordingly, according to the present embodiment, a high-performance hybrid wick having an increase in permeability reduction ratio of less than 10% and capillary force and thermal conductivity of 20% or more compared to the existing screen mesh wick can be formed.

도 9는 하이브리드 윅의 제조 순서를 나타내는 도면이다.9 is a diagram showing a manufacturing procedure of a hybrid wick.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 윅(1000)의 제조 방법은, 총 3개의 단계를 포함한다.Referring to FIG. 9, the method of manufacturing the hybrid wick 1000 according to the present invention includes a total of three steps.

제 1 단계(S100)에서는, 마이크로 크기의 입자(200)와, 나노 크기의 입자(300)를 포함하는 플럭스(Flux)가 유동 통로(110)를 갖는 스크린 메쉬 형상의 윅(100)의 표면에 도포된다.In the first step (S100), a flux including micro-sized particles 200 and nano-sized particles 300 is applied to the surface of the screen mesh-shaped wick 100 having the flow passage 110 Is applied.

제 2 단계(S200)에서는, 윅(100)의 가열에 의해 녹는 나노 크기의 입자(300)에 의해, 마이크로 크기의 입자(200)가 윅(100)의 표면에 부착되어 하이브리드 윅(1000)이 형성된다.In the second step (S200), by the nano-sized particles 300 that are melted by heating of the wick 100, the micro-sized particles 200 are attached to the surface of the wick 100 so that the hybrid wick 1000 is Is formed.

제 3 단계(S300)에서는, 하이브리드 윅(1000)의 표면에 잔재하는 잔여물을 제거한다.In the third step (S300), the residue remaining on the surface of the hybrid wick 1000 is removed.

이때, 마이크로 크기의 입자(200)는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 포함하는 마이크로 입자 형성용 소재로 형성된다.At this time, the micro-sized particles 200 are formed of a material for forming micro-particles including SAC (Sn-Ag-Cu).

또한, 나노 크기의 입자(300)는 Sn58Bi를 포함하는 나노 입자 형성용 소재로 형성된다.In addition, the nano-sized particles 300 are formed of a material for forming nanoparticles including Sn58Bi.

본 실시예에서는 설명의 용이함을 위해 나노 크기의 입자(200)는 Sn58Bi를 포함하는 나노 입자 형성용 소재로 형성하고, 마이크로 크기의 입자(300)는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 포함하는 마이크로 입자 형성용 소재로 형성하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 나노 크기의 입자(200) 조건과, 마이크로 크기의 입자(300) 조건에 해당되는 소재들은 어느 것을 사용해도 무방함은 자명하다.In this embodiment, for ease of explanation, the nano-sized particles 200 are formed of a material for forming nano-particles including Sn58Bi, and the micro-sized particles 300 are micro-sized particles including SAC (Sn-Ag-Cu). Although it is formed of a material for forming particles, it is not limited thereto, and it is obvious that any material corresponding to the conditions for the nano-sized particles 200 and the micro-sized particles 300 to be described later may be used.

한편, 본 발명에 따른 하이브리드 윅(1000)에서, 가열로(Furnace)에서 윅을 가열시 120℃ 이하로 가열한다.Meanwhile, in the hybrid wick 1000 according to the present invention, when the wick is heated in a furnace, it is heated to 120° C. or less.

이때, 나노 크기의 입자(300)는 120℃ 이하의 녹는점을 갖는 크기로 형성한다.At this time, the nano-sized particles 300 are formed to have a melting point of 120°C or less.

도 6에서 설명한 바와 같이, 입자의 크기가 수십 ㎚ 수준으로 작아질 경우, 녹는점이 크게 낮아지는 현상을 확인할 수 있다.As described in FIG. 6, when the size of the particles is reduced to a level of several tens of nm, it can be seen that the melting point is greatly reduced.

좀더 상세하게는 나노 입자의 크기에 따른 녹는점 변화 현상을 이용하여 금속 입자의 녹는점을 20℃ 이상 감소시키는 것을 확인할 수 있다.In more detail, it can be seen that the melting point of the metal particles is reduced by 20°C or more by using the phenomenon of changing the melting point according to the size of the nanoparticles.

즉, 본 실시예에서는 녹는점이 20℃ 이상 감소된 Sn58Bi 나노 입자를 하이브리드 윅 제작에 활용한다.That is, in this embodiment, Sn58Bi nanoparticles having a melting point reduced by 20° C. or more are used for fabricating a hybrid wick.

도 10은 투자율 측정 장비의 개략도이다.10 is a schematic diagram of a permeability measuring equipment.

본 발명에 따른 하이브리드 윅(1000)의 제조 방법에서, 하이브리드 윅(1000)의 매질의 투자율(Permeability)은, 하기 식 1에 의해 획득되는 값 K로 측정한다.In the method of manufacturing the hybrid wick 1000 according to the present invention, the permeability of the medium of the hybrid wick 1000 is measured by a value K obtained by Equation 1 below.

하이브리드 윅(1000)의 생산 조건 결정 및 시제품의 우수성을 검증하기 위해서는 성능 인자인 투자율(Permeability) 및 유효공극 반지름(Effective Pore Radius)을 실험적으로 측정 하여야 한다.In order to determine the production conditions of the hybrid wick 1000 and verify the excellence of the prototype, performance factors such as permeability and effective pore radius should be experimentally measured.

먼저, 투자율(Permeability)은 하이브리드 윅(1000) 내 유체 투과성을 나타내는 인자이며, 하이브리드 윅(1000)과 같은 다공성 매질을 지나는 유체의 압력 강하와 유량과의 관계는 하기 식 1을 통해 나타낼 수 있다.First, permeability is a factor representing fluid permeability in the hybrid wick 1000, and the relationship between the pressure drop and the flow rate of the fluid passing through a porous medium such as the hybrid wick 1000 can be expressed through Equation 1 below.

(식 1)

Figure 112020006900742-pat00010
(Equation 1)
Figure 112020006900742-pat00010

여기서,

Figure 112020006900742-pat00011
는 각각 매질의 투자율, 다공성 매질을 지남에 따라 발생하는 압력차, 다공성 매질의 길이, 유체의 점도 및 속도를 나타낸다.here,
Figure 112020006900742-pat00011
Denotes the permeability of the medium, the pressure difference occurring over the porous medium, the length of the porous medium, and the viscosity and velocity of the fluid, respectively.

투자율이 감소할수록 동일 압력을 가했을 때 유량이 감소하므로 투자율 감소는 최소화 되어야 하며, 투자율 측정을 위해 도 10과 같이 투자율 측정 장비를 구축한다.As the permeability decreases, the flow rate decreases when the same pressure is applied, so the decrease in permeability should be minimized, as shown in FIG. 10 for measuring the permeability. Build permeability measurement equipment.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 윅(1000)의 제조 방법에서, 하이브리드 윅(1000)의 모세관력(Capillary Force)은, 하기 식 2의 유효 공극 반지름에 반비례하고, 유효 공극 반지름은, 하기 식 3에 의해 계산된다.In addition, in the manufacturing method of the hybrid wick 1000 according to the present invention, the capillary force of the hybrid wick 1000 is inversely proportional to the effective pore radius of Equation 2 below, and the effective pore radius is expressed in Equation 3 below. Is calculated by

즉, 윅의 모세관력(

Figure 112020006900742-pat00012
)은 하기 식 2와 같이 유효 공극 반지름에 반비례하며, 유효 공극 반지름(
Figure 112020006900742-pat00013
)은 복잡한 형상을 가진 미세 구조물 내 미세 공극의 크기를 나타낸다.That is, Wick's capillary force (
Figure 112020006900742-pat00012
) Is inversely proportional to the effective void radius as shown in Equation 2 below, and the effective void radius (
Figure 112020006900742-pat00013
) Represents the size of micropores in microstructures with complex shapes.

또한, 하이브리드 윅(1000)의 유효 공극 반지름을 계산하기 위한 결과식은 하기 식 3과 같다.In addition, a result formula for calculating the effective void radius of the hybrid wick 1000 is shown in Equation 3 below.

(식 2)

Figure 112020006900742-pat00014
(Equation 2)
Figure 112020006900742-pat00014

(식 3)

Figure 112020006900742-pat00015
(Equation 3)
Figure 112020006900742-pat00015

여기서,

Figure 112020100473720-pat00047
Figure 112020100473720-pat00016
은 유체의 표면 장력(Surface Tension), 하이브리드 윅, 스크린 매쉬, 추가 윅 구조물의 유효 공극 반지름을 나타내며,
Figure 112020100473720-pat00017
는 전체 윅 대비 추가 윅 구조물이 차지하는 비율, 실험 계수, 스크린 매쉬 와이어 직경, 기공 지름을 나타낸다.here,
Figure 112020100473720-pat00047
Figure 112020100473720-pat00016
Denotes the surface tension of the fluid, the effective void radius of the hybrid wick, screen mesh, and additional wick structures,
Figure 112020100473720-pat00017
Represents the ratio of the additional wick structure to the total wick, the experimental coefficient, the screen mesh wire diameter, and the pore diameter.

식 (2)에 의해 윅의 유효 공극 반지름이 감소할수록 모세관력은 향상되므로, 본 실시예에서는 기존 스크린 매쉬 윅 대비 20% 감소된 유효 공극 반지름을 가지는 하이브리드 윅(1000)을 선정한다.Since the capillary force increases as the effective pore radius of the wick decreases by Equation (2), in this embodiment, a hybrid wick 1000 having an effective pore radius reduced by 20% compared to the existing screen mesh wick is selected.

스크린 매쉬 윅(100)의 유효 공극 반지름(

Figure 112020006900742-pat00018
)은 광학 현미경을 통해 측정하며, 추가 윅 구조물의 유효 공극 반지름(
Figure 112020006900742-pat00019
)은 도 11에 도시된 바와 같이, 셈(SEM)을 통하여 측정한다.The effective pore radius of the screen mesh wick (100) (
Figure 112020006900742-pat00018
) Is measured with an optical microscope, and the effective pore radius of the additional wick structure (
Figure 112020006900742-pat00019
) Is measured through SEM, as shown in FIG. 11.

도 11은 준 정상 상태법을 이용한 열전도도 측정 장치의 측정 원리를 나타내는 도면이다.11 is a diagram showing a measurement principle of a thermal conductivity measuring apparatus using a quasi-steady state method.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 윅(1000)의 제조 방법에서, 하이브리드 윅(1000)의 유효 열 전도도(

Figure 112020006900742-pat00020
)는, 준 정상 상태(Quasi-Steady State) 법을 이용한 하기 식 4에 의해 측정되는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 11, in the method of manufacturing the hybrid wick 1000 according to the present invention, the effective thermal conductivity of the hybrid wick 1000 (
Figure 112020006900742-pat00020
) Is characterized in that it is measured by the following equation 4 using the Quasi-Steady State method.

(식 4)

Figure 112020006900742-pat00021
(Equation 4)
Figure 112020006900742-pat00021

여기서, Q, L, A, THot, TCold는 인가 열량과, 윅과 작동 유체의 두께와, 면적과, 히팅 플레이트(Heating Plate)의 온도와, 쿨링 플레이트(Cooling Plate)의 온도를 나타낸다.Here, Q, L, A, T Hot , and T Cold represent the applied heat, the thickness and area of the wick and the working fluid, the temperature of the heating plate, and the temperature of the cooling plate.

베이퍼 챔버 내에서 하이브리드 윅(1000)은 작동 유체가 충진되어 있으며, 유체가 충진된 하이브리드 윅(1000)의 유효 열 전도도를 준 정상 상태(Quasi-Steady State)법을 통해 측정할 수 있다.In the vapor chamber, the hybrid wick 1000 is filled with a working fluid, and can be measured through a Quasi-Steady State method in which the effective thermal conductivity of the hybrid wick 1000 filled with the fluid is given.

준 정상 상태법은 도 11에 도시된 바와 같이 두 평행한 판 사이에 측정할 대상을 결합 후 상면에 열을 가해 시편에 온도차를 발생시키며, 시편 사이에 발생하는 온도차 및 인가 열량을 통해 열 전도도를 측정하는 열 전도도 측정 기법이다.As shown in FIG. 11, the quasi-steady state method generates a temperature difference in the specimen by bonding the object to be measured between two parallel plates and then applying heat to the upper surface, and thermal conductivity is measured through the temperature difference and applied heat amount between the specimens. It is a measurement technique for measuring thermal conductivity.

이러한 기법을 사용하여 작동 유체 및 하이브리드 윅(1000) 시제품의 유효 열 전도도를 측정하고 측정된 수치를 이론적 해석 및 제작조건 최적화에 활용한다.Using this technique, the effective thermal conductivity of the working fluid and the hybrid wick 1000 prototype is measured, and the measured values are utilized for theoretical analysis and optimization of manufacturing conditions.

도 12는 베이퍼 챔버의 성능 해석 프로그램의 화면을 나타내는 도면이다.12 is a diagram showing a screen of a performance analysis program of a vapor chamber.

도 12를 참조하면, 하이브리드 윅(1000)의 성능 인자(투자율, 유효 공극 반지름, 열 전도도)는 베이퍼 챔버 성능에 복합적인 영향을 미치므로 정량적인 성능 평가에 어려움이 있다.Referring to FIG. 12, since the performance factors (permeability, effective pore radius, and thermal conductivity) of the hybrid wick 1000 have a complex effect on the vapor chamber performance, quantitative performance evaluation is difficult.

따라서 성능 해석 프로그램을 이용하여 베이퍼 챔버에 적용시 성능 변화를 이론적으로 해석한다.Therefore, the performance change when applied to the vapor chamber is theoretically analyzed using a performance analysis program.

이러한 베이퍼 챔버 성능 해석 프로그램은 다양한 베이퍼 챔버에 대한 실험 및 이론을 바탕으로 개발된 프로그램이며, 베이퍼 챔버의 성능을 1분 이내로 빠르게 해석할 수 있어 성능 최적화 작업에 적합하다.This vapor chamber performance analysis program is a program developed based on experiments and theories for various vapor chambers, and is suitable for performance optimization work because it can quickly analyze the performance of vapor chambers within 1 minute.

본 실시예에서 측정한 성능 인자들을 해석 프로그램에 적용 후 하이브리드 윅(1000) 제작 조건 개선 및 제시에 활용하고 기존 스크린 매쉬 윅 대비 시제품의 우수성을 검증할 수 있다.After applying the performance factors measured in this embodiment to an analysis program, the hybrid wick 1000 can be used for improvement and presentation of manufacturing conditions, and the superiority of the prototype compared to the existing screen mesh wick can be verified.

이와 같이 본 발명에 의하면, 높은 모세관력과 낮은 유동저항을 갖도록 녹는점이 감소된 나노 입자(300)와, 마이크로 입자(200)를 이용한 스크린 메쉬 기반의 소결된 하이브리드 윅(1000) 및 그 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a sintered hybrid wick 1000 based on a screen mesh using the nanoparticles 300 having a reduced melting point to have high capillary force and low flow resistance, and the microparticles 200, and a manufacturing method thereof Has the effect it provides.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.In the above, several preferred embodiments of the present invention have been described with some examples, but the description of the various various embodiments described in the "Specific Contents for Carrying out the Invention" section is merely exemplary, and the present invention is Those of ordinary skill in the art to which it belongs will be well understood from the above description that the present invention can be variously modified and implemented or equivalent to the present invention.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in a variety of other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is intended to complete the disclosure of the present invention, and is generally used in the technical field to which the present invention pertains. It should be understood that it is provided only to completely inform the scope of the present invention to those skilled in the art, and that the present invention is only defined by each claim of the claims.

100 : 윅
110 : 유동 통로
120 : 미세 빈 공간
200 : 마이크로 크기의 입자
300 : 나노 크기의 입자
1000 : 하이브리드 윅100: wick
110: flow passage
120: fine empty space
200: micro-sized particles
300: nano-sized particles
1000: hybrid wick

Claims (12)

유동 통로를 갖는 스크린 메쉬(Screen Mesh) 형상의 윅; 및
상기 윅의 표면에 부착되는 마이크로 크기의 입자;를 포함하며,
상기 마이크로 크기의 입자는 열에 의해 녹는 나노 크기의 입자에 의해 상기 윅의 표면에 부착되고,
상기 윅과, 상기 마이크로 크기의 입자 사이에는 모세관 구조를 형성하며,
상기 모세관 구조의 모세관력(Capillary Force)은,
하기 식 2의 유효 공극 반지름에 반비례하는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅.
(식 2)
Figure 112020100473720-pat00042

여기서,
Figure 112020100473720-pat00043
는 하이브리드 윅의 유효 공극 반지름을 나타내고,
Figure 112020100473720-pat00048
은 유체의 표면 장력을 나타냄.
A screen mesh-shaped wick having a flow passage; And
Including; micro-sized particles attached to the surface of the wick,
The micro-sized particles are attached to the surface of the wick by nano-sized particles that melt by heat,
A capillary structure is formed between the wick and the micro-sized particles,
The capillary force of the capillary structure is,
Characterized in that it is inversely proportional to the effective void radius of Equation 2 below,
Hybrid Wick.
(Equation 2)
Figure 112020100473720-pat00042

here,
Figure 112020100473720-pat00043
Denotes the effective void radius of the hybrid wick,
Figure 112020100473720-pat00048
Represents the surface tension of the fluid.
 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 나노 크기의 입자는 Sn58Bi를 포함하는 나노 입자 형성용 소재로 형성되고,
상기 마이크로 크기의 입자는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 포함하는 마이크로 입자 형성용 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅.
The method of claim 1,
The nano-sized particles are formed of a material for forming nanoparticles including Sn58Bi,
The micro-sized particles are characterized in that formed of a material for forming micro-particles including SAC (Sn-Ag-Cu),
Hybrid Wick.
 마이크로 크기의 입자와, 나노 크기의 입자를 포함하는 플럭스(Flux)가 유동 통로를 갖는 스크린 메쉬 형상의 윅의 표면에 도포되는 제 1 단계(S100); 및
상기 윅의 가열에 의해 녹는 상기 나노 크기의 입자에 의해, 상기 마이크로 크기의 입자가 상기 윅의 표면에 부착되어 하이브리드 윅이 형성되는 제 2 단계(S200);를 포함하며,
상기 윅과, 상기 마이크로 크기의 입자 사이에는 모세관 구조를 형성하며,
상기 모세관 구조의 모세관력(Capillary Force)은,
하기 식 2의 유효 공극 반지름에 반비례하는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
(식 2)
Figure 112020047683565-pat00044

여기서,
Figure 112020047683565-pat00045
는 하이브리드 윅의 유효 공극 반지름을 나타냄.
A first step (S100) in which a flux including micro-sized particles and nano-sized particles is applied to the surface of a screen mesh-shaped wick having a flow passage; And
A second step (S200) of forming a hybrid wick by attaching the micro-sized particles to the surface of the wick by the nano-sized particles melted by heating the wick; and,
A capillary structure is formed between the wick and the micro-sized particles,
The capillary force of the capillary structure is,
Characterized in that it is inversely proportional to the effective void radius of Equation 2 below,
Method of making a hybrid wick.
(Equation 2)
Figure 112020047683565-pat00044

here,
Figure 112020047683565-pat00045
Represents the effective pore radius of the hybrid wick.
 제 4 항에 있어서,
완성된 상기 하이브리드 윅의 표면에 잔재하는 잔여물을 제거하는 제 3 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
The method of claim 4,
It characterized in that it comprises a third step (S300) of removing the residue remaining on the surface of the completed hybrid wick,
Method of making a hybrid wick.
 제 4 항에 있어서,
상기 나노 크기의 입자는 Sn58Bi를 포함하는 나노 입자 형성용 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
The method of claim 4,
The nano-sized particles are characterized in that it is formed of a material for forming nanoparticles including Sn58Bi,
Method of making a hybrid wick.
 제 6 항에 있어서,
상기 가열로에서 상기 윅을 가열시 120℃ 이하로 가열하는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
The method of claim 6,
When heating the wick in the heating furnace, characterized in that heating to 120 ℃ or less,
Method of making a hybrid wick.
 제 7 항에 있어서,
상기 나노 크기의 입자는 120℃ 이하의 녹는점을 갖는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
The method of claim 7,
The nano-sized particles are characterized in that formed in a size having a melting point of 120 ℃ or less,
Method of making a hybrid wick.
 제 4 항에 있어서,
상기 마이크로 크기의 입자는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 포함하는 마이크로 입자 형성용 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
The method of claim 4,
The micro-sized particles are characterized in that formed of a material for forming micro-particles including SAC (Sn-Ag-Cu),
Method of making a hybrid wick.
 제 4 항에 있어서,
상기 하이브리드 윅의 매질의 투자율(Permeability)은,
하기 식 1에 의해 획득되는 값 K로 측정하는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
(식 1)
Figure 112020006900742-pat00022

여기서,
Figure 112020006900742-pat00023
는 각각 매질의 투자율, 다공성 매질을 지남에 따라 발생하는 압력차, 다공성 매질의 길이, 유체의 점도 및 속도를 나타냄.
The method of claim 4,
The permeability of the medium of the hybrid wick is,
Characterized in that it is measured by the value K obtained by the following equation 1,
Method of making a hybrid wick.
(Equation 1)
Figure 112020006900742-pat00022

here,
Figure 112020006900742-pat00023
Represents the magnetic permeability of the medium, the pressure difference that occurs over the porous medium, the length of the porous medium, and the viscosity and velocity of the fluid.
 제 4 항에 있어서,
상기 유효 공극 반지름은,
하기 식 3에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
(식 3)
Figure 112020047683565-pat00025

여기서,
Figure 112020047683565-pat00046
은 스크린 매쉬, 추가 윅 구조물의 유효 공극 반지름을 나타내며,
Figure 112020047683565-pat00027
는 전체 윅 대비 추가 윅 구조물이 차지하는 비율, 실험 계수, 스크린 매쉬 와이어 직경, 기공 지름을 나타냄.
The method of claim 4,
The effective void radius is,
It characterized in that it is calculated by the following formula 3,
Method of making a hybrid wick.
(Equation 3)
Figure 112020047683565-pat00025

here,
Figure 112020047683565-pat00046
Represents the effective void radius of the screen mesh, additional wick structure,
Figure 112020047683565-pat00027
Represents the ratio of the additional wick structure to the total wick, experimental coefficient, screen mesh wire diameter, and pore diameter.
 제 4 항에 있어서,
상기 하이브리드 윅의 유효 열 전도도(
Figure 112020100473720-pat00028
)는,
준 정상 상태(Quasi-Steady State) 법을 이용한 하기 식 4에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 윅의 제조 방법.
(식 4)
Figure 112020100473720-pat00029

여기서, Q, L, A, THot, TCold는 인가 열량과, 윅과 작동 유체의 두께와, 면적과, 히팅 플레이트(Heating Plate)의 온도와, 쿨링 플레이트(Cooling Plate)의 온도를 나타냄.
The method of claim 4,
Effective thermal conductivity of the hybrid wick (
Figure 112020100473720-pat00028
) Is,
Characterized in that it is measured by the following equation 4 using the quasi-steady state method,
Method of making a hybrid wick.
(Equation 4)
Figure 112020100473720-pat00029

Here, Q, L, A, T Hot and T Cold represent the amount of heat applied, the thickness and area of the wick and the working fluid, the temperature of the heating plate, and the temperature of the cooling plate.
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