KR100465745B1 - 이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기냉식 냉각 장치에 사용되는 이종의 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트를 양호하게 접합시키는 방법에 관한 것으로, 열원에 접촉하여 열을 전달하는 금속 베이스 플레이트와 이종의 금속으로 이루어진 방열핀을 서로 브레이징하여 접합하는 방법에 있어서, 상기 방열핀의 하부를 방열핀의 용융점 보다 낮은 용융점을 갖는 용가제로 코팅하는 단계; 상기 베이스 플레이트의 상부를, 상기 방열핀의 용가제의 용융점 보다 높은 용융점을 갖고, 상기 용가제와 공정반응 하지 않는 금속으로 도금하는 단계; 및 상기 상기 방열핀의 하부와 상기 베이스 플레이트의 상부를 접촉시킨 후 상기 용가제의 용융점의 온도로 브레이징하는 단계를 포함하는 기냉식 냉각장치에 사용되는 이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 접합 방법을 제공한다.

Description

이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법{Brazing method of attaching heat sink fin to base plate which is composed of different metal material to the fin}

본 발명은 컴퓨터의 CPU 냉각 등에 사용되는 기냉식 냉각장치에 사용되는 방열핀을 베이스 플레이트에 브레이징(brazing)하여 접합하는 방법에 관한 것으로, 특히, 이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트를 브레이징 하는 경우에 그 브레이징 온도에서 공정반응이 일어나지 않도록 하여, 상기 베이스 플레이트와 방열핀이 변형 없이 브레이징될 수 있는 알루미늄 방열핀과 구리 베이스 플레이트의 접합 방법에 관한 것이다.

일반적으로, CPU 냉각 등에 사용되는 기냉식 냉각장치에서, 도1에 도시된 바와 같이, 열원(1)과 직접 접합되며 열전도도가 높은 금속판으로 이루어진 베이스 플레이트(20)의 상부에 열 전달 면적을 증가시키기 위해 산과 골로 이루어진 사인(sine)함수 형태로 웨이브진 방열핀이 접합된다. 상기 방열핀(10)과 베이스 플레이트(20)는 동종의 금속으로 이루어지며, 노코록 용접법(nocolok brazing)을 이용하여 접합된다. 상기 방열핀(10)과 베이스 플레이트(20)는 상부에 중앙부가 개방된 개방구(41)를 갖는 케이싱(40)에 의해 수용되고, 상기 케이싱(40)의 개방구(41) 상부에 냉각팬(2)이 위치되어 냉각 공기를 공급한다. 상기 방열핀(10)은 주로 알루미늄 재질로 이루어지고, 알루미늄·실리콘(Si)합금으로 이루어져 일반적인 알루미늄 합금의 용융점인 약 660℃보다 낮은 약 600℃의 용융점을 갖는 용가제(11)로 코팅된다. 상기 베이스 플레이트(20) 또한 알루미늄 재질로 이루어진다.

상기 방열핀(10)과 베이스 플레이트(20)을 이종의 금속으로 형성하여 열 전달율을 높일 수 있다. 예를 들어 상기 방열핀(10)이 알루미늄 재질이라면 상기 베이스 플레이트(20)를 상기 알루미늄 보다 열전도율이 높은 구리로 하여 열 전달율을 높일 수 있다.

그러나 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 상기 알루미늄 방열핀(10)과 구리 베이스 플레이트(20)를 브레이징 시키는 경우, 구리의 용융점은 약 1083℃이지만 548℃의 공정온도를 갖는 Al-Cu 2원 공정반응 및 524℃의 공정온도를 갖는 Al-Cu-Si의 3원 공정 반응에 의해 Cu 및 Al이 600℃보다 낮은 온도에서 용융되는 현상이 일어나므로, 600℃의 저온 브레이징을 통해 상기 방열핀(10)과 베이스 플레이트(20)를 접합하더라도, 도2b에 도시된 바와 같이, 방열핀(10)이 자신의 형상을 유지하지 못하고 심하게 휘어지며 구리의 모재침식(11)이 일어나는 문제점이 생긴다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이종의 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트를 양호하게 브레이징 접합시키는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 기냉식 냉각장치의 구성을 도시한 단면도.

도2a 및 도2b는 종래 기술에 따른 알루미늄 방열핀과 구리 베이스 플레이트의 접합상태를 나타낸 공정도.

도3a 및 도3b는 본 발명에 의한 이종금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 접합상태를 나타낸 공정도.

*도면의 주요부분에 대한 설명

1 : 열원 2 : 냉각팬

10, 100 : 방열핀 20 : 베이스 플레이트

21 : 니켈 도금 층 110 : 방열핀 심재

120 : 방열핀 용가재 121 : 접합부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기냉식 냉각장치에서 열원에 접촉하여 열을 전달하는 금속 베이스 플레이트와 상기 베이스 플레이트와 이종의 금속으로 이루어진 방열핀을 서로 브레이징하여 접합하는 방법에 있어서, 상기 방열핀의 하부를 방열핀의 용융점 보다 낮은 용융점을 갖는 용가제로 코팅하는 단계; 상기 베이스 플레이트의 상부를, 상기 방열핀의 용가제의 용융점 보다 높은 용융점을 갖고, 상기 용가제와 공정반응 하지 않는 금속으로 도금하는 단계; 및 상기 상기 방열핀의 하부와 상기 베이스 플레이트의 상부를 접촉시킨 후 상기 용가제의 용융점의 온도로 브레이징하는 단계를 포함하는 기냉식 냉각장치에 사용되는 이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법을 제공한다.

이하 도3a 및 도3b를 참조하여 본 발명에 의한 이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트를 접합하는 방법에 대하여 설명한다.

본 실시예에서 상기 방열핀은 알루미늄 재질로 이루어지며, 상기 베이스 플레이트는 열전도율이 높은 구리 재질로 이루어진다.

도3a에 도시된 바와 같이, 방열핀(100)은 용융점이 660℃ 내외인 알루미늄 심재(10)의 하부에 그보다 낮은 용융점을 갖는 용가제(11)를 코팅하여 이루어지며, 상기 용가제(11)는 용융점이 600℃인 Al-Si 합금으로 이루어진다.

베이스 플레이트(20)는 용융점이 1083℃ 내외인 구리로 이루어지며, 그 상부의 상기 방열핀(100)과 접합되는 부분은 니켈 도금(21)으로 코팅된다.

상기와 같이 구성된 방열핀과 베이스 플레이트를 접촉시켜 상기 용가제의 용융점인 600℃ 정도에서 저온 브레이징하면, 상기 용가제가 녹아 형성되는 용융상(121)에 의해 상기 방열핀(100)과 베이스플레이트(200)가 접합되게 된다.

이때, 상기 니켈의 용융점은 1800℃ 내외이고, 브레이징 온도인 600℃ 이하에서 Al-Ni 2원 공정반응 또는 Al-Si-Ni의 3원 공정반응이 일어나지 않기 때문에, 상기 방열핀(100)과 베이스플레이트(200)를 브레이징 하는 동안 구리나 니켈이 공정반응에 의해 용융되지 않으므로, 모재침식이 일어나지 않음과 동시에 알루미늄 심재(10)가 녹아 휘어지지도 않아서 양호한 접합이 이루어진다.

본 실시예에서는 상기 방열핀(100)의 코팅제로 Al-Si로 이루어진 예를 제시하고 있지만, 이에 국한하는 것은 아니고, 통상 용융점이 방열핀의 심재(10)의 용융온도보다 낮은 온도에서 브래이징 될 수 있는 합금 또는 단일 금속 재질도 가능하다.

또한, 상기 베이스플레이트의 상면 코팅재는 니켈이외에 용가제와 공정반응이 일어나지 않고 용융점이 브레이징 온도보다 높은 재질이라면 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 친환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기냉식 냉각장치에 사용되는 이종의 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트를 변형 없이 양호하게 브레이징 접합할 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 방열핀의 외면을 방열핀의 용융점 보다 낮은 용융점을 갖는 용가제로 코팅하는 단계;

   상기 방열핀과 다른 금속으로 이루어진 베이스 플레이트의 상부를, 상기 방열핀의 용가제의 용융점 보다 용융점이 높고, 상기 용가제와 공정반응 하지 않는 금속으로 코팅하는 단계; 및

   상기 방열핀의 하부와 상기 베이스 플레이트의 상부를 접촉시킨 후 상기 용가제의 용융점의 온도로 브레이징하는 단계

   를 포함하는 이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열핀은 Al로 이루어지고;

   상기 베이스 플레이트는 Cu로 이루어지는

   이종금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 용가제가 600℃이하에서 용융되는 금속으로 이루어진

   이종금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 용가재는 Al-Si 합금으로 이루어지는

   이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 베이스 플레이트의 상부 코팅금속은 용융점이 600℃ 이상인 금속으로 이루어지는

   이종금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 베이스 플레이트의 상부는 니켈로 도금되는

   이종 금속으로 이루어진 방열핀과 베이스 플레이트의 브레이징 접합 방법.