KR20060106508A - 고성능 히트 싱크 및 그 제조방법 - Google Patents

고성능 히트 싱크 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 공조장치용 고성능 히트 싱크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 방열성능이 우수하고, 소형화, 경량화 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 고성능 히트 싱크 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 고성능 히트 싱크는, 일면에 다수의 그루브(Groove, 112)가 소정의 간격으로 나란하게 형성되는 방열판(110)과; 상기 그루브들에 한 쪽의 U-턴(U-Turn) 굴곡부(122)들이 삽입되어 브레이징(Brazing) 접합되는 코루게이트(Corrugate)형 방열핀(120);을 포함하여 이루어진다. 상기 그루브(112)는 U-턴 굴곡부(122)와 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 방열핀(120)에는 다수의 루버(Louver, 124)가 소정의 배열로 형성된다. 상기 방열판(110)과, 코루게이트형 방열핀(120)은, 상기 그루브(112)에 한 쪽의 U-턴 굴곡부(122)들을 끼운 다음, 브레이징함으로써 접합될 수 있다.
히트싱크, 코루게이트, 방열핀, 그루브, 브레이징, 방열성능

Description

고성능 히트 싱크 및 그 제조방법 {HIGH PERFORMANCE HEAT SINK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은, 종래 히트 싱크(Heat Sink)의 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 종래 히트 싱크의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크의 부분 확대도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크의 다른 예를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크를 제조하는 다른 방법을 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 방열판, 112 : 그루브(Groove),
120 : 코루게이트(Corrugate)형 방열핀, 122 : U-턴(U-Turn) 굴곡부,
124 : 루버(Louver).
본 발명은 차량 공조장치용 고성능 히트 싱크(Heat Sink) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 방열성능이 우수하고, 소형화, 경량화 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 고성능 히트 싱크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
예컨대, 전기자동차의 공조시스템에 있어서는, 압축기가 차량을 주행하기 위한 주동력모터 이외에 별도로 구비된 구동모터에 의하여 구동되며, 상기 주동력모터나 구동모터는 그 변속을 위하여 인버터에 의하여 제어된다. 이러한 인버터의 주구성요소는 반도체 소자로 이루어져 있고, 그 스위칭 동작시에 열이 발생하여 반도체 소자에 영향을 주게 되므로, 인버터가 열에 의해 오동작할 우려가 있다. 따라서, 모터의 작동중에는 인버터를 지속적으로 냉각시켜야 하며, 상기 인버터의 냉각을 위하여 히트 싱크와 같은 방열수단이 사용된다.
도 1에는, 종래 히트 싱크의 예가 도시되어 있다. 상기 히트 싱크(10)는, 방열판(12)과, 상기 방열판(12)의 일면에 소정의 배열로 일체로 설치되는 다수의 막대형 방열핀(14)을 포함하여 이루어지며, 상기 방열핀(14)들의 선단쪽에 방열효율을 높이기 위한 냉각팬(20)이 설치된다. 참조부호 16은 상기 냉각팬(20)을 지지하도록 방열판(12)의 사방에 각각 일체로 형성되는 지주를 나타내며, 상기 냉각팬(20)과 각 지주(16)를 스프링(30) 및 체결수단(32)으로 각각 연결함으로써, 냉각팬(20)이 방열핀(14)들의 선단쪽에 지지될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 히트 싱크(10)는, 방열판(12)중 방열핀(14)들이 형성된 면과는 반대쪽 평면이 방열대상물(예컨대, 인버터)에 접촉하도록 배치됨으로써, 방열대상물에서 발생하는 열을 방열하게 된다.
그런데, 상기 히트 싱크(10)를 제조하는 과정을 살펴보면, 알루미늄(이하, "알루미늄합금"을 포함하는 의미로 사용된다.) 소재의 일면을 절삭가공하여 다수의 방열핀(14)과 지주(16)들을 형성하게 되는데, 방열핀(14)들의 개수가 많고, 이 방열핀(14)들의 전후좌우의 간격이 조밀하기 때문에, 가공시간이 길어서 대량생산에 적합하지 않고, 제조비용 또한 과다하게 상승하는 문제점이 있다. 또한, 절삭가공에 의하여 많은 방열핀(14)들을 형성하여야 하는 점을 고려할 때, 방열핀(14)의 단면적을 줄이는데 한계가 있기 때문에, 히트 싱크(10)의 경량화를 도모할 수 없는 문제점도 있다.
한편, 도 2에는, 히트 싱크의 다른 예가 도시되어 있다. 도 2의 히트 싱크(40)는, 방열판(42)과, 상기 방열판(42)의 일면에 소정의 간격으로 나란하게 일체로 형성되는 다수의 플레이트형 방열핀(44)을 포함하여 이루어진다. 도 2의 히트 싱크(40) 역시, 방열판(42)중 방열핀(44)들이 형성된 면과는 반대쪽 평면이 방열대상물에 접촉하도록 배치됨으로써, 방열대상물에서 발생하는 열을 방열하게 된다.
그런데, 도 2의 히트 싱크(40)를 제조하는 과정을 살펴보면, 제조과정에서 방열판(42)과 방열핀(44)들이 동시에 형성되도록 압출성형을 할 수 있기 때문에, 히트 싱크(40)의 생산성을 높일 수 있는 이점이 있다.
그러나, 도 2의 히트 싱크(40)에 있어서는, 압출성형의 특성상 방열핀(44)의 두께를 얇게 하기에는 무리가 있기 때문에, 방열핀(44)의 선단을 다른 부분보다 얇게 형성하는 수 밖에 없다. 따라서, 열전달의 측면에서 방열에 필요한 외부공기의 접촉면이 많고, 방열핀(44)의 두께가 얇을수록 방열성능이 향상된다는 점을 고려한다면, 도 2의 히트 싱크(40)의 경우, 방열성능을 높이는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 히트 싱크(40)의 소형화 및 경량화를 달성할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 방열성능이 우수하고, 소형화, 경량화 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 고성능 히트 싱크 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크는, 일면에 다수의 그루브(Groove)가 소정의 간격으로 나란하게 형성되는 방열판과; 상기 그루브들에 한 쪽의 U-턴(U-Turn) 굴곡부들이 삽입되어 브레이징(Brazing) 접합되는 코루게이트(Corrugate)형 방열핀;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 그루브는 U-턴 굴곡부와 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방열핀에는 다수의 루버(Louver)가 소정의 배열로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크 제조방법은, 알루미늄 소재의 일면 에 다수의 그루브를 소정의 간격으로 나란하게 형성하여 방열판을 형성하는 단계와; 상기 그루브에 한 쪽의 U-턴 굴곡부들을 끼워 코루게이트형 방열핀을 방열판에 결합하는 단계와; 그리고, 상기 방열판 및 코루게이트형 방열핀의 조립체를 브레이징 접합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 브레이징 접합 단계에서, 코루게이트형 방열핀은 알루미늄 클래드(Clad)재로 형성되어 방열판에 브레이징 접합되는 것이 바람직하다.
또한, 방열판과 코루게이트형 방열핀의 결합 단계후, 상기 방열판과 코루게이트형 방열핀과의 접촉부에 알루미늄 클래드재를 도포하여 브레이징 접합할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 3 및 도 4에는, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크(100)는, 방열판(110)과, 상기 방열판(110)에 브레이징 접합되는 코루게이트형 방열핀(120)을 포함하여 이루어진다.
상기 방열판(110)은 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하며, 그 일면에는 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 그루브(112)가 소정의 간격으로 나란하게 형성되 어 있다. 상기 그루브(112)들은, 소정의 간격으로 나란하게 형성된 다수의 돌출리브(114)에 의하여 형성될 수 있고, 여기서 도시되지는 않았으나 그 대안으로서 방열판(110)의 일면에 요입된 형태로 형성될 수도 있다.
상기 코루게이트형 방열핀(120)은, 알루미늄 박판을 산부와 골부가 교대로 형성되도록 주름지게 접어 형성되는 것으로서, 그 한 쪽의 U-턴 굴곡부(즉, 산부)(122)들이 상기 그루브(112)에 삽입되어 브레이징 접합됨으로써, 방열판(110)에 접착될 수 있다.
상기 방열핀(120)에는, 비표면적(比表面積)을 크게 하여 방열효율을 높일 수 있도록 다수의 루버(124)가 소정의 배열로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 루버(124)는, 상기 코루게이트형 방열핀(120)의 제조시 주름을 형성하는 공정에서 동시에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 방열판(110)과 코루게이트형 방열핀(120)의 브레이징 접합이 잘 수행될 수 있도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 그루브(112)는 U-턴 굴곡부(122)와 대응하는 형상, 즉 U형으로 형성되는 것이 바람직하다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 고성능 히트 싱크를 제조하는 방법에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다.
우선, 알루미늄 소재의 일면을 가공하여, 일면에 다수의 그루브(112)가 소정의 간격으로 나란하게 배치된 방열판(110)을 형성한다. 이 방열판(110) 형성단계에서, 상기 그루브(112)는 요입된 형태로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 요입된 상태에 방열판(110)의 일면 가장자리를 절삭가공하여, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 소정의 간격으로 나란하게 배치된 다수의 돌출리브(114)에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 방열판(110)은, 제조의 편의성을 위하여 그루브(112)들이 형성되도록 압출성형에 의해 제조될 수 있는데, 알루미늄 소재를 그루브(112)들이 형성되도록 압출성형하여, 소정의 길이로 절단하고, 그루브(112)들이 형성된 면의 가장자리를 절삭가공함으로써, 손쉽게 제조될 수 있다.
그리고, 상기 방열판(110)의 제조단계에서, 상기 그루브(112)는 코루게이트형 방열핀(120)의 U-턴 굴곡부(122)와 대응하는 형상, 즉 U형으로 형성되는 것이 바람직하다.
다음에, 코루게이트형 방열핀(120)을 준비하고, 상기 코루게이트형 방열핀(120)의 한 쪽에 배치된 U-턴 굴곡부(122)들을 상기 방열판(110)의 그루브(112)에 끼워, 코루게이트형 방열핀(120)을 방열판(110)에 결합한다.
상기 코루게이트형 방열핀(120)은, 알루미늄 박판을 성형롤러에 의하여 가공하여 주름지게 함과 동시에 루버(124)를 형성하고, 상기 방열판(110)에 알맞는 길이로 절단하는 일관공정에 의하여 제조될 수 있다.
다음에, 상기 방열판(110)의 그루브(112)에, 코루게이트형 방열핀(120)중 한 쪽의 U-턴 굴곡부(122)들을 끼워 코루게이트형 방열핀(120)을 방열판(110)에 결합한다.
다음에, 상기 방열판(110) 및 코루게이트형 방열핀(120)의 조립체를 브레이징 노(爐)에 넣고, 코루게이트형 방열핀(120)을 방열판(110)에 브레이징 접합함으 로써, 본 발명의 고성능 히트 싱크(100)의 제조를 완료한다.
상기 브레이징 접합 단계에서, 코루게이트형 방열핀(120)은 알루미늄 클래드재로 형성되어 방열판(110)에 브레이징 접합되는 것이 바람직하다. 즉, 브레이징 노에 의한 가열에 의해 방열판(110)과 코루게이트형 방열핀(120)의 접촉부에서 클래드재가 용융되고, 그 용융부분이 냉각됨으로써, 방열판(110)과 코루게이트형 방열핀(120)이 브레이징 접합될 수 있다.
또한, 브레이징 접합의 다른 방법으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 방열판(110)과 코루게이트형 방열핀(120)의 결합 단계후, 상기 방열판(110)과 코루게이트형 방열핀(120)과의 접촉부에 알루미늄 클래드재를 도포하여 브레이징 접합할 수 있다. 즉, 브레이징 노에 의한 가열에 의해 방열판(110)과 코루게이트형 방열핀(120)의 접촉부에 도포된 클래드재가 용융되고, 그 용융부분이 냉각됨으로써, 방열판(110)과 코루게이트형 방열핀(120)이 브레이징 접합될 수 있다.
상기한 바와 같이 제조된 본 발명의 고성능 히트 싱크는, 코루게이트형 방열핀(120)을 일관 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 가공공정 및 브레이징 접합도 일관공정으로 수행할 수 있기 때문에, 그 대량생산이 가능하다. 또한, 가벼운 알루미늄 박판으로 코루게이트형 방열핀(120)을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 주름진 피치(Pitch) 간격을 조밀하게 할 수 있기 때문에, 방열을 위한 비표면적을 높일 수 있고, 그 크기를 작게 하여 가벼운 히트 싱크의 제조가 가능하다. 또한, 코루게이트형 방열핀(120)의 비표면적을 루버(124)에 의하여 더 증가시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 고성능 히트 싱크 및 그 제조방법에 의하면, 제조공정의 각 단계를 일관공정으로 수행하여 히트 싱크를 대량생산 할 수 있기 때문에, 히트 싱크의 제조원가 절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 알루미늄 박판으로 코루게이트형 방열핀(120)을 제조할 수 있으므로, 히트 싱크의 중량을 감소시킬 수 있다.
또한, 코루게이트형 방열핀(120)의 주름진 피치 간격을 조밀하게 할 수 있기 때문에, 비표면적의 증가에 의해 히트 싱크의 방열성능을 높일 수 있고, 이에 따라 히트 싱크를 작게 만들어도 충분한 방열효과를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 효과는 루버(124)에 의한 비표면적 증가에 의해 더 향상될 수 있다.

Claims (6)

  1. 일면에 다수의 그루브(Groove, 112)가 소정의 간격으로 나란하게 형성되는 방열판(110)과;
    상기 그루브들에 한 쪽의 U-턴(U-Turn) 굴곡부(122)들이 삽입되어 브레이징(Brazing) 접합되는 코루게이트(Corrugate)형 방열핀(120);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고성능 히트 싱크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브(112)는, U-턴 굴곡부(122)와 대응하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고성능 히트 싱크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방열핀(120)에는 다수의 루버(Louver, 124)가 소정의 배열로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고성능 히트 싱크.
  4. 알루미늄 소재의 일면에 다수의 그루브(112)를 소정의 간격으로 나란하게 형성하여 방열판(110)을 형성하는 단계와;
    상기 그루브에 한 쪽의 U-턴 굴곡부(122)들을 끼워 코루게이트형 방열핀(120)을 방열판에 결합하는 단계와; 그리고,
    상기 방열판 및 코루게이트형 방열핀의 조립체를 브레이징 접합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고성능 히트 싱크 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 브레이징 접합 단계에서, 코루게이트형 방열핀(120)은 알루미늄 클래드(Clad)재로 형성되어 방열판(110)에 브레이징 접합되는 것을 특징으로 하는 고성능 히트 싱크 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 방열판(110)과 코루게이트형 방열핀(120)의 결합 단계후, 상기 방열판과 코루게이트형 방열핀과의 접촉부에 알루미늄 클래드재를 도포하여 방열판과 코루게이트형 방열핀을 브레이징 접합하는 것을 특징으로 하는 고성능 히트 싱크 제조방법.
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KR101515584B1 (ko) * 2014-10-10 2015-05-04 (주)아프로테크 반도체 측정용 소켓에 설치되는 방열판과 그 제작방법

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