KR20190097475A - 열 전달이 향상된 히트 파이프 - Google Patents

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Abstract

방열 대상물에 열 전달을 효과적으로 잘 할 수 있는 히트 파이프가 개시된다. 상기 히트 파이프는, 내부가 진공을 유지하도록 밀봉되어 관체를 형성하는 금속 재질의 본체; 및 상기 본체를 감싸며 점착되는 탄성을 갖는 열 전도층을 포함한다.

Description

열 전달이 향상된 히트 파이프{Heat pipe having improved thermal transfer}
본 발명은 히트 파이프에 관한 것으로, 특히 방열 대상물에 열 전달을 잘할 수 있는 히트 파이프에 관련한다.
최근, 발열을 하는 전자 부품 또는 모듈의 고집적화와 고성능화에 의한 발열량이 증가하고 있다. 또한, 제품의 소형화가 진행됨으로써 발열 밀도가 증가하므로, 방열 대책이 중요하게 되어 왔다.
이 상황은 스마트폰이나 태블릿 등의 모바일 단말에서 보다 현저하며, 발생한 열을 직접 냉각하거나 다른 곳으로 전달하여 냉각하여야 한다.
열 대책 부재로서는 수평방향으로 열 전달이 좋은 열전 시트나 그래파이트 시트 등을 들 수 있지만, 열 수송량이 충분하지 않은 경우에 히트 파이프(또는 베이퍼 챔버)가 사용되는데, 히트 파이프는 전체로서의 외관상의 열전도율이 구리나 알루미늄 등의 단순 금속에 대해서 수배에서 수 십배 정도로 우수하다.
히트 파이프는, 잘 알려진 것처럼, 내부가 비어있는 진공 관의 구조를 구비하며, 한쪽 끝, 가령 열이 발생하는 전자부품인 프로세서가 접촉하는 부분에서 열이 나면 히트 파이프 안에 있는 소량의 휘발성 냉매, 물이나 에틸렌글리콜이 그 열에 의해 기화되고, 기화된 냉매는 기체와 액체의 압력차로 반대쪽으로 밀려나가 열을 빼내고 다시 식어서 액체가 되며, 이런 과정이 반복되면서 프로세서에서 발생한 열을 다른 곳으로 보내 냉각을 하여 결과적으로 프로세서가 과열되지 않도록 냉각을 해준다.
히트 파이프는 일반 개인용 컴퓨터에서 이미 널리 사용되고 있으며, 최근에는 스마트폰 프로세서의 발열을 제거하기 위해 활용되고 있다.
그런데 스마트폰에 히트 파이프를 사용하기 위해서, 금속 케이스에 수용 홈을 형성하고 수용 홈의 바닥에 열 전도성 양면 점착테이프를 부착한 다음 이 위에 히트 파이프의 한 면을 점착시켜 금속 케이스에 고정한다.
따라서, 히트 파이프의 형상이 구부러지는 등 복잡하고 길이가 긴 경우, 이에 대응하여 양면 점착테이프의 형상을 제작해야 하는데, 점착테이프의 두께가 얇거나 길이가 긴 경우 수용 홈에 잘 맞도록 제작하고 장착하는데 어려움이 있다.
또한, 히트 파이프를 고정하기 위해 별도의 양면 점착테이프를 사용해야 하므로 고밀도 실장에 불편하고 별도로 설치하는 비용이 든다는 단점이 있다.
또한, 히트 파이프는 금속 재질로 구성되기 때문에 발열 소스나 냉각을 우한 금속 케이스에 탄성을 가지고 열 접촉을 할 수 없어 열을 신속하고 신뢰성 있게 전달하기 어렵다.
따라서, 통상, 히트 파이프와 발열 소스 사이에 또는 냉각 케이스 사이에 열전 패드(Thermal Pad), 열전 그리스(Thermal Grease) 또는 열전 공간 충진재(Thermal Gap Filler) 등의 탄성을 갖는 열 전도성 부재를 별도로 개재해야 한다는 단점이 있다.
특히, 금속으로 된 히트 파이프가 냉각을 위한 다수의 금속 핀과 결합하여 접촉하는 경우에 금속과 금속이 직접 접촉하게 되어 결과적으로 열 전달 효과가 좋지 못하다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 별도의 열 전도성 점착테이프 또는 열 전도성 접착제가 필요 없어 독립적 고정이 가능하고 구성이 간단한 히트 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대향하는 경도가 높은 대상물과 접촉 시 열 전달이 효과적으로 잘 되는 히트 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고밀도 실장이 용이한 히트 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 구성 부품의 개수를 줄여 설치가 용이하고 경제성이 있는 히트 파이프를 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 내부가 진공을 유지되도록 밀봉되어 관체를 형성하는 금속 재질의 본체; 및 상기 본체를 감싸며 점착되는 탄성과 유연성을 갖는 열 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 열 전도층은 열전시트이고, 상기 열전시트의 양단은 서로 맞닿거나 이격되어 상기 본체의 길이방향을 따라 이어질 수 있다.
바람직하게, 상기 열 전도층은, 열 전도성 입자가 혼합되어 분산된 액상의 열 전도성 고무나 수지에 상기 본체의 외면을 디핑한 후 경화하여 점착 또는 접착되어 형성되거나 또는 상기 액상의 열 전도성 고무나 수지를 상기 본체의 외면에 분사한 후 경화하여 점착 또는 접착되어 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 열 전도층은 상기 본체의 폭 방향으로 폐 루프(closed loop)를 이루도록 하여 상기 본체의 길이방향으로 이어질 수 있다.
바람직하게, 상기 열 전도층의 외면은 자기 점착력을 구비하고, 상기 열 전도층의 두께는 상기 본체의 두께보다 얇을 수 있다.
바람직하게, 상기 열 전도층 위에 열 전도성 파우더나 열 전도성 파이버가 고르게 부착될 수 있는데, 고온 고압, 진공 또는 플라즈마의 코팅에 의해 부착되고, 상기 열 전도성 파우더는 열 전도율이 좋은 금속 파우더, 카본 파우더, 세라믹 파우더, 그라파이트 파이버 또는 카본 파이버일 수 있다.
또한, 상기의 목적은, 내부가 진공이 유지되록 밀봉되어 관체를 형성하는 금속 재질의 본체; 및 상기 본체 위에 형성된 탄성과 유연성을 갖는 열 전도층을 포함하며, 상기 본체의 하면에 대응하는 열 전도층이 금속 케이스의 수용 홈의 바닥에 접촉하도록 상기 수용 홈에 삽입되고, 상면은 외부에 노출되어 발열 소스와 직접 또는 간접으로 열 접촉하는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 열 전도층의 외면은 자기 점착력을 구비하여 상기 열 전도층은 상기 수용 홈의 바닥에 점착되고, 상기 본체의 측면에 대응하는 열 전도층은 상기 수용 홈의 양 측벽에 탄성적으로 밀착될 수 있다.
바람직하게, 상기 열 전도층은 열 전도성 실리콘고무 또는 열 전도성 아크릴수지일 수 있다.
상기의 목적은, 내부가 진공이 유지되도록 밀봉되어 관체를 형성하는 금속 재질의 본체; 외면에 자기 점착력을 구비하여 상기 본체의 한 면에 점착되는 탄성을 갖는 제1열 전도층; 및 외면에 자기 점착력을 구비하여 상기 본체의 반대 면에 점착되는 탄성을 갖는 제2열 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 제1열 전도층의 자기 점착력은 상기 제2열 전도층의 자기 점착력보다 크고, 상기 제1열 전도층의 열 전도율은 상기 제2열 전도층의 열 전도율보다 낮으며, 상기 제1열 전도층은 냉각 케이스에 접촉하고 상기 제2열 전도층은 발열 소스에 접촉할 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 히트 파이프를 금속 케이스의 수용 홈에 고정하기 위해 별도의 열 전도성 양면 점착테이프나 열 전도성 접착제를 사용할 필요가 없기 때문에 고정이 용이하고, 작은 공간에서 고밀도 실장이 용이하며 경제성이 있다.
또한, 히트 파이프와 금속 케이스의 수용 홈 사이에 열 접촉 면적을 넓혀서 열 전달이 빠르고 신뢰성 있게 이루어지도록 한다.
또한, 히트 파이프와 금속 케이스 또는 히트 파이프와 발열 소스 사이에 탄성을 갖고 밀착하도록 하여 열 전달이 효과적으로 잘 이루어지도록 한다.
또한, 자기 점착력을 구비한 열전시트를 적용하는 경우, 이형지 또는 이형 필름 위에 배열되어 사용하기 편리하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 히트 파이프가 스마트폰에 적용되는 상태를 보여준다.
도 2는 히트 파이프를 일부 절단한 사시도이다.
도 3은 히트 파이프를 수용 홈에 장착하는 것을 보여준다.
도 4는 히트 파이프의 다른 실시 예를 보여주는 단면도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 히트 파이프가 스마트폰에 적용되는 상태를 보여준다.
스마트폰의 백 커버(Back Cover)(10)에는 배터리(14)가 장착되고 배터리(14)를 둘러싼 영역에 다수의 전자부품이 실장된 회로기판(16)이 장착될 수 있다.
도 1에서는 열을 방출하는 대상물로 금속으로 된 백 커버(10)를 예로 들었지만, 이에 한정되지 않으며, 통상 방열 유닛을 위한 또 다른 금속 케이스가 이에 해당할 수 있다.
회로기판(16) 위에는 실장된 많은 전자부품 중에서 애플리케이션 프로세서(AP)와 같이 많은 열을 발생하는 발열 소스는 금속 히트 파이프(100)와 접촉되도록 하여 짧은 시간에 백 커버(10)를 통하여 발생한 열을 방출하도록 한다.
이를 위해, 백 커버(10)에 형성된 수용 홈(12)에는 히트 파이프(100)가 끼워져 고정되는데, 후술하는 것처럼, 열 전도층의 자기 점착력에 의해 점착되어 고정될 수 있다.
도 2는 히트 파이프를 일부 절단한 사시도이다.
히트 파이프(100)는 내부가 진공아 유지되도록 밀봉되어 관체를 형성하는 금속 재질의 본체(110)와, 본체(110)를 감싸며 점착되는 탄성을 갖는 열 전도층(120)으로 구성된다.
본체(110)는 금속 재질로 구성되는데, 가령 구리나 알루미늄으로 구성될 수 있다.
열 전도층(120)은, 열 전도성 실리콘고무 또는 열 전도성 아크릴수지로 구성된 열전시트일 수 있으며, 이 경우 열전시트는 본체(110)를 감싸고 양단이 서로 맞닿거나 본체(110)의 길이방향을 따라 이격될 수 있다.
또한, 열 전도층(120)은, 열 전도성 입자가 혼합되어 분산된 액상의 열 전도성 고무나 수지에 본체(110)를 디핑한 후 경화하여 점착 또는 접착되어 형성하거나 또는 액상의 열 전도성 고무나 수지를 본체(110)의 외면에 분사한 후 열이나 UV로 경화하여 점착 또는 접착되어 형성할 수 있다.
열 전도층(120)은 본체(110)의 폭 방향으로 폐 루프(closed loop)를 이루도록 하여 길이방향으로 이어지도록 할 수 있다.
열 전도층(120)은 세라믹 파우더와 같이 열 전도성 및 전기 절연성 입자를 이용함으로써 전기 절연성을 구비할 수 있으며, 열 전도성만을 고려하면, 금속 파우더, 카본 파우더 또는 그라파이트 파우더나 그라파이트 파이버를 사용할 수 있는데 이 경우 전기전도성을 가지지만 열 전도성이 좋다.
열 전도층(120)은 실리콘고무나 아크릴 수지 베이스의 구성을 구비하기 때문에 탄성과 유연성을 갖는데, 히트 파이프(100)를 수용 홈(12)에 강제 압입하여 수용 홈(12)의 내측벽에 열 전도층(120)이 탄성적으로 밀착함으로써, 히트 파이프(100)와 수용 홈(12)의 내측벽 사이의 간극을 채워 보다 넓은 부위에서 열 접촉이 신뢰성 있게 이루어져 열 전달이 잘 된다.
열 전도층(120)의 두께는 본체(110)의 두께보다 얇게 형성될 수 있고, 특히 한정되지는 않지만, 가령 0.02㎜ ~ 0.3㎜ 정도의 두께를 가질 수 있다.
열 전도층(120)은 본체(110)의 길이방향을 따라 이격 형성될 수 있는데, 열 전달이 잘 되게 전체 길이의 1/2 이상 형성할 수 있다.
열 전도층(120)의 외면은 자기 점착력을 구비할 수 있는데, 이 경우 본체(110)의 하면에 형성된 열 전도층(120)은 백 커버(10)의 수용 홈(12)의 바닥에 점착된다. 따라서, 별도의 열 전도성 양면 점착테이프나 열 전도성 접착제를 사용하지 않고 히트 파이프(100)를 수용 홈(12)에 고정할 수 있다.
또한, 열 전도층(120)의 외면의 자기 점착력을 이용하여 이형지 또는 이형 필름 위에 히트 파이프(100)를 배열하여 제공할 수 있다.
도 3은 히트 파이프를 수용 홈에 장착하는 것을 보여준다.
히트 파이프(100)는 백 커버(10)의 수용 홈(12)에 강제로 끼워져 장착될 수 있으며, 열 전도층(120)의 탄성에 의해 수용 홈(12)의 바닥과 양 측벽에 탄성적으로 밀착되어 열 접촉이 좋고 열 접촉 신뢰성이 향상된다.
특히, 열 전도층(120)의 외면이 자기 점착력을 갖는 경우, 수용 홈(12)의 바닥 및/또는 양 측벽에 자기 점착력에 의해 점착될 수 있다.
따라서, 종래와 비교할 때, 히트 파이프(100)를 수용 홈(12)에 고정하기 위해 별도의 열 전도성 양면 점착테이프나 열 전도성 접착제를 사용하거나 양면 점착테이프를 히트 파이프(100)의 형상과 같이 제작할 필요가 없기 때문에 제조가 간단하고 제조원가도 줄어들며, 고밀도 실장에 적합하다.
또한, 히트 파이프(100)의 본체(110)를 감싸는 탄성의 열 전도층(120)만 개재되어 수용 홈(12)에 끼워져 고정되기 때문에 장착이 쉽고 열 전도율이 우수하여 열 전도 효율이 향상된다.
마찬가지로, 수용 홈(12)에 끼워져 고정된 히트 파이프(100) 위에 회로기판(16)이나 다른 발열 소스가 직접 장착되거나 간단한 열전시트를 개재하여 장착되도록 함으로써 열 전달 효율이 향상되고 생산수율이 좋아진다.
상기 일 실시 예에서는, 열 전도층(120)이 본체(110)의 전면을 감싸는 것을 예로 들었지만, 이에 한정되지 않고 열 전도층(120)은, 가령 본체(110)의 상면과 하면에만 점착될 수 있다.
이 경우, 상면과 하면에 각각 점착되는 열 전도층의 열 전도율과 자기 점착력을 각각 다르도록 할 수 있다.
가령, 상면 열 전도층의 열 전도율이 하면 열 전도층의 열 전도율보다 낮도록 하여 상면 열 전도층은 냉각 케이스에 접촉하고 하면 열 전도층은 발열 소스에 접촉하도록 할 수 있다.
또한, 상면 열 전도층의 자기 점착력이 하면 열 전도층의 자기 점착력보다 크도록 하고 상면 열 전도층이 냉각 케이스에 접촉하고 하면 열 전도층은 발열 소스에 접촉한 상태에서 냉각 케이스를 들어올릴 때 히트 파이프가 상면 열 전도층에 의해 냉각 케이스에 부착된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
도 4는 히트 파이프의 다른 실시 예를 보여주는 단면도이다.
이 실시 예에 의하면, 원안에 확대하여 나타낸 것처럼, 열 전도층(220)의 외면에 열 전도성 입자(230)를 고온 고압, 진공 또는 플라즈마 코팅에 의해 부착하여 히트 파이프(200)의 표면적을 실질적으로 증가시킨다.
열 전도성 입자(230)는 열 전도율이 좋은 금속 파우더, 카본 파우더, 그라파이트, 세라믹 파우더 또는 그라파이트 파이버일 수 있다.
결과적으로, 열 전도층(220)의 표면적을 확장함으로써 발열 소스로부터 열을 짧은 시간에 받아들여 짧은 시간이 백 커버(10)와 같은 대상물에 열을 잘 전달할 수 있다는 이점이 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 청구범위에 의해 해석되어야 한다.
10: 백 커버(back cover)
12: 수용 홈
14: 배터리
16: 회로기판
100, 200: 히트 파이프
110, 210: 본체
120, 220: 열 전도층

Claims (15)

  1. 내부가 진공을 유지되도록 밀봉되어 관체를 형성하는 금속 재질의 본체; 및
    상기 본체를 감싸며 점착되는 탄성과 유연성을 갖는 열 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  2. 청구항 1에서,
    상기 열 전도층은 열전시트이고, 상기 열전시트의 양단은 서로 맞닿거나 이격되어 상기 본체의 길이방향을 따라 이어지는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  3. 청구항 1에서,
    상기 열 전도층은, 열 전도성 입자가 혼합되어 분산된 액상의 열 전도성 고무나 수지에 상기 본체의 외면을 디핑한 후 경화하여 점착 또는 접착되어 형성되거나 또는 상기 액상의 열 전도성 고무나 수지를 상기 본체의 외면에 분사한 후 경화하여 점착 또는 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  4. 청구항 3에서,
    상기 열 전도층은 상기 본체의 폭 방향으로 폐 루프(closed loop)를 이루도록 하여 상기 본체의 길이방향으로 이어지는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  5. 청구항 1에서,
    상기 열 전도층의 외면은 자기 점착력을 구비한 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  6. 청구항 1에서,
    상기 열 전도층의 두께는 상기 본체의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 열 전달 신뢰성이 향상된 히트 파이프.
  7. 청구항 1에서,
    상기 열 전도층 위에 열 전도성 파우더나 열 전도성 파이버가 고르게 부착된 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  8. 청구항 7에서,
    상기 열 전도성 파우더는 고온 고압, 진공 또는 플라즈마의 코팅에 의해 부착된 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  9. 청구항 7에서,
    상기 열 전도성 파우더는 열 전도율이 좋은 금속 파우더, 카본 파우더, 세라믹 파우더, 그라파이트 파이버 또는 카본 파이버인 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  10. 내부가 진공이 유지되록 밀봉되어 관체를 형성하는 금속 재질의 본체; 및
    상기 본체 위에 형성된 탄성과 유연성을 갖는 열 전도층을 포함하며,
    상기 본체의 하면에 대응하는 열 전도층이 금속 케이스의 수용 홈의 바닥에 접촉하도록 상기 수용 홈에 삽입되고, 상면은 외부에 노출되어 발열 소스와 직접 또는 간접으로 열 접촉하는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  11. 청구항 10에서,
    상기 열 전도층의 외면은 자기 점착력을 구비하여 상기 열 전도층은 상기 수용 홈의 바닥에 점착되는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  12. 청구항 10에서,
    상기 본체의 측면에 대응하는 열 전도층은 상기 수용 홈의 양 측벽에 탄성적으로 밀착되는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  13. 청구항 1 또는 10에서,
    상기 열 전도층은 열 전도성 실리콘고무 또는 열 전도성 아크릴수지인 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  14. 내부가 진공이 유지되도록 밀봉되어 관체를 형성하는 금속 재질의 본체;
    외면에 자기 점착력을 구비하여 상기 본체의 한 면에 점착되는 탄성을 갖는 제1열 전도층; 및
    외면에 자기 점착력을 구비하여 상기 본체의 반대 면에 점착되는 탄성을 갖는 제2열 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
  15. 청구항 14에서,
    상기 제1열 전도층의 자기 점착력은 상기 제2열 전도층의 자기 점착력보다 크고, 상기 제1열 전도층의 열 전도율은 상기 제2열 전도층의 열 전도율보다 낮으며,
    상기 제1열 전도층은 냉각 케이스에 접촉하고 상기 제2열 전도층은 발열 소스에 접촉하는 것을 특징으로 하는 열 전달이 향상된 히트 파이프.
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