KR200361492Y1 - 평판형 히트파이프가 결합된 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 고안은 평판형 히트파이프가 결합된 히트싱크에 관한 것으로, 다수개의 평판형 히트파이프가 반도체 칩(100) 등의 발열체로부터 1차적 열전달을 받는 전열블럭(10)과 결합하여 일체형 구조를 가지는 히트싱크에 관한 것이다.

본 고안에 의한 히트싱크는 칩(100)등의 발열체로부터 대기로의 열전달에 있어, 열전달 성능이 매우 우수한 히트파이프를 이용하고, 또한 그 히트파이프가 핀역할을 동시에 수행하기 때문에 고성능 히트싱크를 제공할 수 있다.

Description

평판형 히트파이프가 결합된 히트싱크{Heat sink applied plate type Heat Pipe}

본 고안은 반도체 칩 등의 발열체로부터의 열을 흡수하여 대기로 방열하는 히트싱크에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 칩(100) 등의 발열체로부터 1차적 열전달을 받는 전열블럭(10) 상면에 접합성과 전열성을 증가하기 위한 슬릿홈(10-1)을 형성하고, 그 형성된 슬릿홈(10-1)에 평판형 히트파이프(20)를 결합한 히트싱크에 관한 것이다.

최근 기술의 급격한 발전은 기계장치의 고성능화, 소형화를 가속시키고 있다. 이러한 소형ㆍ고성능 장치에서 주요기능을 담당하는 반도체 칩 등이 고집적화 되면서 단위 부피당 발열량이 증가하는 추세에 있다. 이에 대하여 그 발열량을 소화해 내기 위한 다양한 방열체들이 등장하고 있다.

도1은 종래 방열체 중 가장 기본적인 구조를 나타내었다. 열전도성이 우수한 금속을 사용하며, 전열블럭(200)에 방열 효율을 증가시키기 위한 핀(300,300-1)이 일체로 가공 되거나 브레이징 등의 접합방법으로 성형되어진다. 도1의 (a)는 플레이트(plate)-핀(fin) 형태의 히트싱크이고, (b)는 핀(pin)-핀(fin)형태의 히트싱크이다. 두 형태의 열전달 능력은 강제대류의 유발수단인 팬의 부착형태와 풍량조건에 따라서 각각 우열이 있다. 상기에서 설명한 고전적인 방열체는 칩 등으로부터 증가되고 있는 발열량을 처리하기 위하여 부피가 점점커지고 있으나, 전자장비의 공간 한정과 장비의 컴팩트 디자인 요구에 대응하기에는 한계가 있다. 이러한 것을 극복하기 위하여, 상변화를 통한 열전달 매체인 히트파이프가 등장하였다. 한 예로 동일 부피에서, 히트파이프는 순수구리 비하여 몇십배의 열전달 성능을 얻을 수 있다. 이처럼 고 열처리 능력을 가지므로, 고발열량에 대응하기 위하여 방열체로 적용하는 사례가 꾸준히 증가하고 있는 추세이다.

종래는 전열블럭에 히트파이프를 삽입한 방열구조체가 많이 제안되고 있다.도1 (b)의 핀(pin)-핀(fin)형태를 히트파이프로 응용한 것으로 국내 공개특허 2003-87369에 공보되어 있다.

본 고안은 종래 플레이트-핀형 히트싱크의 열전달 성능을 향상시키기 위하여핀(fin)을 일반금속 판재를 사용하는 대신에 판형구조의 히트파이프를 사용하였다.판형 히트파이프를 핀으로 사용하는 히트싱크는 히트파이프 외표면의 핀(fin)역활에 의한 방열증가효과와 히트파이프 자체의 열전달효과라는 두가지 전열효과를 동시에 얻을 수 있어, 고성능 방열체를 제공할 수 있을 것이며, 열처리 능력의 향상으로 방열체의 부피저감과 경량화에도 기여할 수 있다.

도1은 종래의 히트싱크를 나타내는 사시도.

도2는 본 고안의 평판형 히트파이프가 결합된 히트싱크를 나타내는 사시도.

도3은 본 고안의 또 다른 바람직한 실시예를 나타내는 히트싱크의 사시도.

도4는 본 고안의 전열블럭에 결합되는 평판형 히트파이프를 나타내는 사시도.

도5는 종래의 히트파이프 동작원리를 함께 표현한 히트 파이프 내부 단면도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 대표도를 도2에 나타내었다. 반도체 칩(100) 등의 발열체로에 직접 결합되어 1차적 열전달을 받는 전열블럭(10)의 상면에 평판형 히트파이프(20)가 잘 지지되고 접합을 효과적으로 수행하기 위하여 윗면이 개방되고 적어도 1면 이상을 갖는 슬릿홈(10-1)을 형성시키고 그 슬릿홈으로 다수개의 평판형 히트파이프(20)를 결합시킨 후, 그 결합된 면을 브레이징 등의 방법으로 접합시킨다. 히트파이프 응축부의 열교환을 증가시키고, 강제대류 효과를 유발하기 위한 수단으로 팬(30)이 전열블럭(10)에 접합된 히트파이프(20)군 연직상방에 장착되어진다. 수나사(31)는 팬 모서리 홀을 관통하여 하부로 연장된 후 전열블럭의 네 모서리에 형성되어 있는 암나사(31-1)에 결합한다.히트파이프(20)군의 연직상방에 장착되어지는 팬(30)은 히트싱크 부착 위치나 용도에 따라 상부가 아닌 측면에 장착되어 질 수도 있다.

도3는 본 고안의 또 다른 바람직한 실시예를 나타내는 것으로, 전열블럭(10)의 상면에 슬릿홈이 전열블럭(10)의 길이 방향으로 전체가 관통되는 것이 아니라 일정한 크기를 가지고 단락되어 형성되고, 그 슬릿홈(10a-1)으로 평판형 히트파이프(20a)가 결합되어 진다.

도4은 본 고안에 사용되어지는 평판형 히트파이프를 나타내는 사시도이며, 도5는 히트파이프의 동작원리를 함께 표현하는 히트파이프의 내부 단면도이다.본 고안에 사용되는 평판형 히트파이프는 일정한 두께를 갖는 금속판재 내부에 인발 등의 가공방법으로 다수개의 채널(20-1)을 형성시키고, 그 형성된 채널(20-1)내부에 모세관력을 유발시키기 위한 윅(4)을 형성시키고 채널(20-1)에 증류수 등의 작동유체를 진공 봉입하여 제조한다.

칩(100) 등의 발열체로부터 방출된 열은 전열블럭(10)을 통하여 평판형 히트파이프 증발부(1)로 전달되며, 그 전달된 열에 의하여 채널(20-1)내부의 작동유체가 기체로 상변화 하여 열을 응축부(3)로 이송하고, 이송된 열은 응축부(3)에서 대기로 방출되어 기체상태의 작동유체는 응축된다. 응축된 작동유체는 윅(4)구조에 의한 모세관력에 의하여 다시 증발부로 귀환하게 된다. 이러한 반복적 동작에 의하여 칩(100) 등으로부터 방출되는 열이 대기로 이동하게 된다.

전열블럭(10) 및 평판형 히트파이프는 열전달을 효과적으로 이루어 내기 위하여 열전도성이 우수한 은 또는 은합금, 구리 또는 구리합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하며, 전열블럭(10)과 평판형 히트파이프(20)의 접합은 브레이징 등의 접합 기술이 이용된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 종래 플레이트-핀형 히트싱크의 열전달 성능을 향상시키기 위하여 핀(fin)을 일반금속 판재 대신에 판형구조의 히트파이프를 사용하여, 히트파이프 외표면의 핀(fin)역활에 의한 방열증가효과와 히트파이프 자체의 열전달효과라는 두가지 전열효과를 동시에 얻을 수 있어, 고성능 방열체를 제공할 수 있을 것이며, 열처리 능력의 향상으로 방열체의 부피저감과 경량화에도 기여할 수 있다.

Claims (3)

1. 반도체 칩(100) 등의 발열체 외측에 설치되는 히트싱크에 있어서,

   상기 발열체와 접촉되는 절열블럭(10)과 그 상면에 일정한 두께를 갖고 내부에 적어도 1개 이상의 채널(20-1)이 형성된 평판형 히트파이프가 적어도 하나 이상 결합되어지는 것을 특징으로 하는 평판형 히트파이프가 결합된 히트싱크.
2. 제 1항에 있어서, 전열블럭(10) 상면에 윗면이 개방되고 1 면이상을 갖는 홈(10-1)이 적어도 하나 이상 형성된 것을 특징으로 하는 평판형 히트파이프가 결합된 히트싱크.
3. 제 1항에 있어서, 열전달 촉진 수단인 팬(20)이 히트파이프 연직 상부 또는 측면에 적어도 하나 이상 구비되어지는 것을 특징으로 하는 평판형 히트파이프가 결합된 히트싱크.