1-동관 전처리 (구부리기 및 압착)

목표: 직선의 원형 동관을 설계된 유로와 완전히 일치하는 평평한 형상으로 성형하는 것.

a. 재료 선택: 왜 무산소 동관인가?

무산소 동(C1220)은 순도가 99.9% 이상이며, 입계 산화물이 없어 반죽처럼 연성(延性)이 매우 뛰어납니다. 이는 구부리기 및 압착 공정에서 균열이나 미세 크랙 발생 위험을 줄여 후속 신뢰성을 보장합니다.

b. 굽힘 반경: 안전 기준

최소 굽힘 반경 ≥ 동관 외경의 1.5배는 철칙입니다. 이 값보다 작으면 동관 바깥쪽 벽이 과도하게 늘어나 얇아지거나 파열될 수 있습니다. 만델릴 베더 사용은 안쪽 주름 발생을 방지하는 핵심입니다.

c. 압착: 정밀한 "다이어트"

압착은 단순히 납작하게 누르는 것이 아니라, 정밀 금형을 통한 제어된 소성 변형 입니다. 압착 후 유로 높이는 원래 내경의 30% 미만이 되어서는 안 됩니다. 핵심 목표는 압착 후에도 벽 두께가 균일하도록 하여, 국부적인 단차 또는 과도한 얇아짐이 발생하지 않도록 하는 것이며, 그렇지 않을 경우 해당 부위는 미래의 누설점이 됩니다.

그림 1: 히트파이프 구부리기

d. 공정 순서 결정: 구부리기와 압착, 어느 것이 먼저인가?

반드시 "구부리기 후 압착" 순서를 따라야 합니다. 원형 파이프를 구부리는 것은 성숙하고 제어 가능한 공정입니다. 만약 압착을 먼저 하면, 평평해진 파이프는 작은 반경으로 고품질의 굽힘이 거의 불가능하며, 유로 내벽이 심하게 변형되어 유동 저항이 급증합니다.

2-기판 가공 (정밀 밀링 홈 가공)

목표: 알루미늄 기판에 동관을 정확히 장착하기 위해, 치수가 정밀하게 제어된 "트랙"을 가공하는 것.

그림 2: 묻힌 구리관

a.  홈 너비 설계: 과간섭 맞춤

홈 너비는 압착된 동관의 너비보다 약간 좁게(일반적으로 0.05-0.1mm 작게) 설계하여 "과간섭 맞춤" 을 형성해야 합니다. 이는 마찰력을 통해 동관을 단단히 "잡아" 초기 고정과 낮은 접촉 열저항 달성의 기초가 됩니다.

b. 홈 깊이 제어: 플라이커팅 여유

홈 깊이는 동관 삽입 후 기판 표면을 돌출하는 높이를 결정하며, 이 높이는 후속 플라이커팅 공정의 가공 여유량입니다. 홈 깊이의 일관성은 최종 동관 잔여 벽 두께의 균일성에 직접적인 영향을 미칩니다.

c. 공구와 "공진"

좁고 깊은 홈을 가공할 때, 긴 밀링 커터의 경우 종횡비가 커지면 "서징" 이 발생하기 쉽습니다. 이는 홈 벽면을 거칠게 하거나 치수 이탈을 초래합니다. 따라서 유로 간격은 지나치게 좁아서는 안 되며, 반드시 공구의 강성과 강도를 확보할 수 있는 공간을 확보해야 합니다.

d. 청결도: 보이지 않는 품질

홈 가공 후, 알루미늄 버와 오일을 100% 제거해야 합니다. 어떠한 잔여물도 동관과 알루미늄 기판 사이에 단열층을 형성하여 접촉 열저항을 크게 증가시키고, 방열 성능을 현저히 저하시킵니다.

3-네스팅 및 고정

목표: 성형된 동관을 기판 홈에 정밀하게 장착하고, 견고한 결합을 형성하는 것.

a. 과간섭 맞춤: 주 고정력

정밀한 치수 설계를 바탕으로, 프레스의 외력을 이용해 동관을 약간 좁은 홈에 "압입"합니다. 재료 자체의 탄성 회복력이 막대한 수직 응력을 발생시키며, 이것이 가장 주된 고정력 원천입니다.

그림 3: 히트파이프 고정

b. 보조 고정: "시소 현상" 방지

과간섭 맞춤만으로는 열 응력 하에서 동관 끝 부분이 들릴 수 있습니다. 따라서 보조 고정이 필요합니다: 마이크로 스폿 용접(강도 높음, 열 입력 제어 필요) 또는 고열전도성 에폭시 수지(응력 낮음, 노화 위험 존재).

c. 계면 열저항의 적

동관과 알루미늄 홈 사이의 공기는 열의 불량 도체이며, 계면 열저항의 주된 원인입니다. 고열전도성 접착제나 용접은 미세空隙을 채워 공기를 대체하며, 열저항을 현저히 낮춥니다.

d. 전기화학 부식 주의

알루미늄과 동은 전해질 내에서 갈바니 전지를 형성하며, 양극인 알루미늄이 부식됩니다. 냉각 시스템의 기밀성을 반드시 보장하고, 탈이온수 또는 방부식성 냉각수를 사용하여 시스템 차원에서 부식 경로를 차단해야 합니다.

4-표면 성형 (플라이커팅 vs. 딥 채널 매설)

목표: 칩 장착에 사용 가능하며, 높은 평면도와 낮은 열저항을 갖는 최종 방열 표면을 형성하는 것.

a. 플라이커팅 공정: 성능의 최정상

초경 합금 공구로 동과 알루미늄을 동시에 절삭하여 동일 평면의 완벽한 표면을 형성합니다. 이를 통해 열원이 열전도도가 매우 높은 동관과 직접적이고 넓은 면적으로 접촉하여 최소의 열저항을 실현합니다.

b. 딥 채널 매설 공정: 신뢰성의 수호자

원형 동관을 매설 후 고열전도성 에폭시 수지로 충전합니다. 동관이 원형을 유지하여 내압 성능이 더 뛰어나며, 충전재가 추가적인 보호와 응력 완충을 제공하여 신뢰성이更高지만, 열저항은 플라이커팅보다 약간 높습니다.

c. 최종 벽 두께: 생명선

플라이커팅 공정의 핵심 관리 목표는 동관의 최종 잔여 벽 두께입니다. 이는 성능(얇을수록 좋음)과 신뢰성/커팅 관통 방지(두꺼울수록 좋음) 사이에서 균형을 잡아야 하며, 일반적으로 0.15-0.3mm의 골드존으로 제어됩니다.

d. 평면도: 접촉의 보장

어떤 공정을 사용하든, 장착면의 평면도(일반적으로 <0.1mm 요구)는 절대적인 지표입니다. 마이크론 단위의 편차도 서멀 그리즈로 채워야 하며, 평면도가 나쁠 경우 접촉 열저항이 급증하여 방열에 실패하게 됩니다.

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