KR100998356B1 - 열전달시트 및 그 열전달시트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전달시트에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 발열하는 반도체 디바이스와, 상기 반도체 디바이스로부터 발생되는 열을 외부로 신속하게 방출시키는 히트싱크의 사이에 배치되어 상기 반도체 디바이스의 열을 상기 히트싱크로 전달하는 열전달시트에 있어서, 다수의 열전도입자가 두께방향으로 배향된 전도부가 두께방향과 수직인 방향으로 서로 이격되어 나란하게 배치되고, 상기 전도부와 전도부 사이에는 탄성물질이 채워진 열전달시트에 대한 것이다.

탄성물질, 열전달시트, 열전도입자

Description

열전달시트 및 그 열전달시트의 제조방법{Heat transfer sheet and manufacturing method thereof}

본 발명은 열전달시트 및 그 열전달시트의 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전달특성이 향상되고 내구성이 우수한 열전달시트 및 그 열전달시트의 제조방법에 대한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정에 의하여 제조된 반도체 디바이스는 제조된 제품의 신뢰성을 확인하기 위하여 각종 테스트를 실시한다. 이러한 테스트는 반도체 디바이스의 입출력 단자를 검사 신호 발생 회로, 즉 테스트 장치와 연결하여 정상적인 동작이 이루어지는 지 여부 및 단선 유무를 검사하는 전기적 신호 특성 테스트를 포함한다. 또한, 반도체 디바이스의 전원입력단자 및 몇몇 입출력 단자들을 테스트 장치에 연결하고, 정상적인 동작 조건보다 높은 온도 및 높은 전압, 그리고 높은 전류 등의 스트레스를 가하여 반도체 디바이스의 수명 및 결함 발생 여부를 체크하는 번인 테스트(Burn_In)를 포함한다.

이러한 신뢰성 테스트 시 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 테스트 장치(130)에 탑재되어 있는 반도체 디바이스(120)는 그 단자(121)가 테스트 장 치(130)의 패드(131)에 접촉되어 있으며, 이에 따라 테스트 장치(130)로부터 인가되는 신호에 의하여 상기 반도체 디바이스(120)에는 열이 발생하게 된다. 이러한 테스트시 발생하는 열이 일정이상 올라가게 되면, 반도체 디바이스(120)가 손상되기 때문에 그 발생되는 열을 히트싱크(110)에 의하여 외부로 방출하게 하는데, 이때 반도체 디바이스(120)와 히트싱크(110) 사이에는 열전달시트(100)를 배치시켜 반도체 디바이스(120)로부터 발생된 열이 히트싱크(110)로 잘 전달되도록 한다.

한편, 이러한 열전달시트(100)는 실리콘 수지와 같은 탄성물질(102)에 알루미늄, 구리 및 은과 같은 열전도입자(101)를 포함하여 사용하게 된다. 이와 같이 탄력성 있는 실리콘 수지와 같은 탄성물질(102)을 기본 모재로 사용함에 따라 반도체 디바이스(120) 및 히트싱크(110)와 잘 접촉되어 밀착성이 좋고, 이에 따라 반도체 디바이스(120)에서 발생된 열이 신속하게 히트싱크로 전달될 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 열전달시트에서는 각각의 열전도입자들이 서로간의 접점을 충분히 잘 유지할 수 있도록 하기 위하여 높은 밀도로 상기 탄성물질 내에 함유되어 있어야 한다. 즉, 열전달시트는 반도체 디바이스와 히트싱크 사이에 두께방향으로 압축되었을때, 개별적인 열전도입자들이 서로 표면접촉을 하여야만 열이 전달되게 되는데, 서로 간의 접점이 열전달시트의 상면으로부터 하면까지 끊어지지 않고 연결되기 위해서 많은 양의 열전도입자를 포함시켜한다. 그러나 이러한 과정에서 탄성물질의 양이 줄고 열전도입자의 양이 많아지게 되어 전체적인 열전달시트의 탄성이 떨어지고 전체적인 무게가 증가하며 비교적 고가인 열전도입자를 다량으로 사용함에 따라 전체적인 열전달시트의 비용이 증가되는 문제점이 있다.

구체적으로는, 탄성물질의 양이 줄어듬에 따라 전체적인 열전달시트의 탄성이 줄어들고 이에 따라 히트싱크 및 반도체 디바이스와의 밀착성이 감소하게 된다. 이러한 감소된 탄성을 보강하기 위하여 별도의 전도성 접착제 층을 추가하거나 고온에서 액상으로 변하는 소재를 사용하여 밀착력을 향상시켜야 하는 등 불필요한 별도의 작업을 추가시켜야 하는 문제점이 있다.

이와 함께 탄성이 감소된 열전달시트를 이용하여 기계적으로 반복 사용하면 열전달시트가 손상될 염려가 있으며 전체적인 열전도 특성도 감소하게 될 염려도 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전체적인 탄성을 유지하여 반도체 디바이스 및 히트싱크와의 접촉력 또는 밀착력을 극대화함은 물론, 열전도입자의 양을 줄여 전체적인 열전달시트의 비용을 감소하고 기계적으로 반복사용하여도 손상됨이 적은 열전달시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 열전달시트는, 발열하는 반도체 디바이스와, 상기 반도체 디바이스로부터 발생되는 열을 외부로 신속하게 방출시키는 히트싱크의 사이에 배치되어 상기 반도체 디바이스의 열을 상기 히트싱크로 전달하는 열전달시트에 있어서, 다수의 열전도입자가 두께방향으로 배향된 전도부가 두께방향과 수직인 방향으로 서로 이격되어 나란하게 배치되고, 상기 전도부와 전도부 사이에는 탄성물질이 채워진다.

상기 열전달시트에서, 상기 열전도입자는 금속코어의 표면에 귀금속이 도금되어 있는 것이 바람직하다.

상기 열전달시트에서, 상기 금속코어는 자성금속분말인 것이 바람직하다.

상기 열전달시트에서, 상기 자성금속분말은 니켈, 철, 코발트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 열전달시트에서, 상기 귀금속은 은, 구리 및 금 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 열전달시트에서, 상기 열전도입자에서 상기 귀금속의 중량비는 5중량% ~ 30중량% 인 것이 바람직하다.

상기 열전달시트에서, 금속시트가 두께방향과 수직한 방향으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 열전달시트에서, 상기 금속시트는 금속메쉬 또는 금속판인 것이 바람직하다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전달시트를 제조하는 방법은, 상금형과 하금형에 의해 내부에 캐비티가 마련되는 금형을 준비하는 단계;

굳어졌을 때 탄성물질이 되는 액체상태의 탄성물질 재료 중에 자성을 띠는 열전도입자가 함유된 성형용 재료로 이루어지는 성형재료층을 준비하는 단계;

상기 금형의 캐비티 내에 상기 성형재료층을 충진하는 단계;

상하방향으로 자력선을 갖는 자장을 작용시켜 상기 열전도입자를 두께방향으로 배향시킴과 아울러 성형 재료층을 경화처리하는 단계;로 이루어진다.

상기 제조방법에서, 상기 상부형과 하부형에는 상기 전도부와 대응되는 부위에 강자성체층이 형성되고, 그 전도부와 대응되는 부위이외의 부위에는 비자성체층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전달시트를 제조하는 방법은, 상금형과 하금형에 의해 내부에 캐비티가 마련되는 금형을 준비하는 단계;

굳어졌을 때 탄성물질이 되는 액체상태의 탄성물질 재료 중에 자성을 띠는 열전도입자가 함유된 성형용 재료로 이루어지는 성형재료층을 준비하는 단계;

상기 금형의 캐비티 내에 금속시트를 넣어준 상태에서 상기 성형재료층을 충진하는 단계;

상하방향으로 자력선을 갖는 자장을 작용시키는 동시에 성형 재료층을 경화처리하는 단계;로 이루어진다.

상술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 열전달시트 및 그 열전달시트의 제조방법에 따르면, 다수의 열전도입자가 두께방향으로 배향된 전도부가 서로 이격되어 나란하게 배치되어 있어 전체적인 탄성이 종래기술에 비하여 증대될 수 있으며 이에 따라 기계적인 반복 사용에 의한 손상 및 열전도 특성의 감소를 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열전달시트 및 그 열전달시트의 제조방법에 따르면, 전체적인 열전도입자의 양이 적어 전체적인 열전달시트의 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열전달시트에서는 다수의 열전도입자가 두께방향으로 배향되어 있음에 따라 확실한 열전도 특성을 가질 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 열전달시트는 도 1 및 도 2에 도시된 종래기술과는 달리 열전도입자가 탄성물질 내에 무질서하게 위치되어 있는 것이 아니라 도 3에 도시한 바와 같이 두께방향으로 배향된 다수의 열전도입자로 이루어진 전도부가 소정간격을 두고 나란하게 배치되어 있는 구조적인 차이점을 가지며, 이하 이에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 열전달시트의 단면도이며, 도 4는 도 3에 따른 열전달시트가 가압되었을 때의 모습을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 열전달시트(10)는 발열하는 반도체 디바이스와, 상기 반도체 디바이스로부터 발생되는 열을 외부로 신속하게 방출시키는 히트싱크의 사이에 배치되어 상기 반도체 디바이스의 열을 상기 히트싱크로 전달하는 것이다. 이러한 열전달시트(10)는, 탄성물질(12) 내에 다수의 전도부(11)가 나란하게 배치된 구조를 갖는다.

구체적으로 상기 탄성물질(12)은 열전달시트(10)의 모재를 이루는 것으로서, 200℃ 이하의 온도에서 내열성을 가진 소재로 이루어지되, 구체적으로는 고분자 수지 계열로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 실리콘 고무가 가장 바람직하다.

상기 전도부(11)는 다수개의 열전도입자(11a)가 두께방향으로 배향되어 있는 것으로서, 구체적으로는 도 3에 도시한 바와 같이 두께방향으로 일렬로 배향될 수 있으며, 2열 또는 그 이상의 열로 배향되는 것도 가능하다.

이러한 전도부(11)는 열전달시트(10)의 두께방향과 수직인 방향으로 서로 이격되어 복수개가 배치된다. 즉, 전도부(11)는 서로 소정간격을 두고 나란하게 배치된 구조를 가진다. 상기 열전도입자(11a)는 열전도도가 높으면서 자성을 가지는 자 성금속분말인 것이 바람직하다. 구체적으로는 니켈, 철, 코발트 중 어느 하나의 소재로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 합금 분말과 페라이트와 같은 세라믹 분말도 사용가능함은 물론이다.

한편, 상기 열전도입자(11a)는 그 열전도도를 더욱 향상시키기 위하여 상기 자성금속분말을 금속코어로 하여, 그 표면에 귀금속이 도금되는 것도 가능하다. 이러한 귀금속은 은, 구리 및 금 중에서 어느 하나가 사용될 수 있으며 도금방식으로는 무전해도금 등이 사용가능하다. 열전도입자(11a)에서 상기 귀금속의 중량비는 5중량% ~ 30중량% 인 것이 바람직하다. 귀금속이 5중량%보다 적으면 전도효과가 떨어져서 바람직하지 못하며, 30중량%보다 많은 경우에는 비용이 증대될 뿐 아니라, 자성이 떨어져서 바람직하지 못하다.

이러한 본 실시예에 열전달시트(10)의 제작방법을 도 5 내지 도 7에 도시된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

먼저, 상금형(20)과 하금형(25)에 의해 내부에 캐비티(24)가 마련되는 금형을 준비한다. 상기 캐비티(24)는 열전달시트(10)와 대응되는 형상을 가지도록 마련된다. 상기 상금형(20)에서 각각 열전달시트(10)의 전도부(11)의 배치패턴에 따라 그 전도부(11)와 대응되는 부위에 강자성체층(22)이 형성되고, 그 전도부(11)와 대응되는 부위 이외의 부위 즉, 강자성체층(22)과 강자성체층(22) 사이 또는 그 이외의 부위에는 비강자성체층(23)이 형성되어 있다. 이러한 강자성체층(22)과 비강자성체층(23)의 윗면에는 강자성체 기판(21)이 배치되며, 그 위에는 전자석 또는 영구자석이 배치된다. 한편, 상기 하금형(25)에도 상기 상금형(20)과 대응되는 형상 을 가지는데, 구체적으로는 강자성체층(27)과 비강자성체층(28)이 배치되고, 그 아래에 강자성체 기판(26)이 배치되며, 그 아래에는 전자석 또는 영구자석이 배치된다.

이후에, 상기 캐비티(24)에 충진할 성형재료층(10A)을 준비한다. 구체적으로 상기 성형재료층은 굳어졌을 때 탄성물질(12)이 되는 액체상태의 탄성물질(12) 재료, 예를 들면 액상의 실리콘 고무, 중에 자성을 띠는 열전도입자(11a)가 함유된 형태를 가진다. 이때, 열전도입자(11a)가 자성을 가져야 되는 이유는 향후 자장을 작용시켰을 때 열전도입자(11a)가 두께방향으로 배향될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 성형재료층을 상기 금형의 캐비티(24) 내에 충진시킨다. 이후에, 상하방향으로 자력선을 갖는 자장을 작용시켜 열전도입자(11a)가 두께방향으로 배향되어 정렬되도록 함과 아울러 상온에서 서서히 굳혀 성형 재료층(10A)을 경화시킨다.

경화가 완료되어 열전달시트(10)의 제작이 완료되면, 결합된 상금형(20)과 하금형(25)을 서로 분리시키고 상기 열전달시트(10)를 금형(20, 25)으로부터 빼내게 된다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전달시트의 작용효과는 다음과 같다.

먼저, 본 실시예에 따른 열전달시트는 다수의 열전도입자들이 두께방향으로 나란하게 배향되어 있어 전기적인 열전달이 확실하게 이루어질 수 있다. 즉, 다수의 열전도입자들이 두께방향으로 배치되게 되면, 그 열전달시트의 상면으로부터 하면까지 끊김 없이 이어지게 되어 확실한 열전달이 가능하게 된다.

또한, 상기 다수의 열전도입자들로 이루어진 도전부가 서로 이격되어 있음에 따라 도 4 에 도시한 바와 같이, 확실한 열전달을 위하여 히트싱크를 반도체 디바이스를 향하여 가압하였을 때, 그 히트싱크에 의하여 눌리는 도전부는 인접한 도전부에 의하여 간섭을 받지 않고 충분하게 구부러질 수 있다. 즉, 도전부가 인접한 도전부와 소정간격 떨어져 있으므로, 인접한 도전부에 영향을 받지 않고 충분히 잘 구부러질 수 있다. 결국, 열전달시트는 충분한 탄성을 가질 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 실시예에서는 개개의 열전도입자가 자격으로 서로 연결되어 있어, 일종의 네트워크를 구성할 수 있기 때문에 종래의 열전달 시트에 비하여 적은 양을 첨가하여도 열전달 특성이 우수하다.

또한, 탄성이 우수한 실리콘 고무 등의 탄성물질이 많은 체적비율을 차지하고 있으므로, 전체적인 열전달시트의 탄성을 유지하는 것이 용이하며, 반복 사용에 대한 내구성이 우수하다. 또한, 종래의 기술과 같이 탄성이 약한 단점을 보완하기 위한 전도성 접착제, 액상 재질을 사용하지 않기 때문에 불필요한 이물질을 남기지 않으면서 열전달시트의 두께방향으로의 열전달 특성이 전체적으로 향상될 수 있다.

또한, 열전도입자는 은을 도금한 금속코어로 이루어지므로, 순은분말을 사용한 제품에 비하여 전체적인 가격이 저렴한 장점이 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 열전달시트는 다음과 같은 변형도 가능하다.

먼저, 상술한 열전달시트(10)는 실리콘 고무등의 탄성물질(12)과, 열전도입자로 구성된 전도부(11)로만 이루어져 있으나, 내부에 금속시트를 더 구비하는 것이 가능하다. 상기 금속시트는 도 8과 같은 금속메쉬(13)이거나, 또는 도 10에 도 시한 바와 같이 금속판(14)인 것이 가능하다. 이러한 금속시트가 더 구비된 열전달시트를 제작하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 상금형(20)과 하금형(25)에 의해 내부에 캐비티가 마련되는 금형을 준비한다. 이후에, 굳어졌을 때 탄성물질이 되는 액체상태의 탄성물질 재료 중에 자성을 띠는 열전도입자가 함유된 성형용 재료로 이루어지는 성형재료층(10A)을 준비한다. 이후에, 상기 금형의 캐비티 내에 금속시트를 넣어준 상태에서 상기 성형재료층(10A)을 충진한다. 이후에, 상하방향으로 자력선을 갖는 자장을 작용시키는 동시에 성형재료층(10A)을 경화처리하고, 경화가 완료된 후에는 상금형(20)과 하금형(25)을 분리시켜 상기 열전달시트를 빼내게 된다.

이러한 도 9 및 도 10에 따른 열전달시트(10)는 내부에 금속메쉬(13) 또는 금속판(14)등의 금속시트가 더 구비되어 있으므로 전체적인 내구성을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 금속메쉬는 전체적으로 금속으로 이루어진 금속와이어를 사용하는 것도 가능하나, 고분자 섬유의 표면만이 금속도금된 형태인 금속도금 와이어를 사용하는 것도 가능하다. 한편, 상기 금속도금 와이어를 은으로 도금하는 경우에는 열전도도를 더욱 향상시킬 수 있어 바람직하다.

이상에서 실시예 및 변형예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예 및 변형예에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 열전달시트를 나타내는 도면.

도 2는 도 1에 따른 열전달시트의 작동모습을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전달시트를 나타내는 도면.

도 4는 도 3의 열전달시트의 작동모습을 나타내는 도면.

도 5 내지 도 7은 도 3의 열전달시트를 제조하는 모습을 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전달시트를 나타내는 도면.

도 9는 도 8의 열전달시트를 제조하는 모습을 나타내는 도면.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전달시트를 나타내는 도면.

<도면부호의 상세한 설명>

10... 열전달시트 10A...성형재료층

11...전도부 11a...열전도입자

12...탄성물질 20...상금형

21...강자성체 기판 22...강자성체층

23...비강자성체층 24...캐비티

25...하금형 26...강자성체 기판

27...강자성체층 28...비강자성체층

Claims (11)

1. 발열하는 반도체 디바이스와, 상기 반도체 디바이스로부터 발생되는 열을 외부로 신속하게 방출시키는 히트싱크의 사이에 배치되어 상기 반도체 디바이스의 열을 상기 히트싱크로 전달하는 열전달시트에 있어서,

   다수의 열전도입자가 두께방향으로 배향된 전도부가 두께방향과 수직인 방향으로 서로 이격되어 나란하게 배치되고, 상기 전도부와 전도부 사이에는 탄성물질이 채워지고,

   상기 두께방향과 수직한 방향으로 상기 전도부를 가로지르는 금속시트가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전달시트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열전도입자는 금속코어의 표면에 귀금속이 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 열전달시트.
3. 제2항에 있어서,

   상기 금속코어는 자성금속분말인 것을 특징으로 하는 열전달시트.
4. 제3항에 있어서,

   상기 자성금속분말은 니켈, 철, 코발트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전달시트.
5. 제2항에 있어서,

   상기 귀금속은 은, 구리 및 금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전달시트.
6. 제2항에 있어서,

   상기 열전도입자에서 상기 귀금속의 중량비는 5중량% ~ 30중량% 인 것을 특징으로 하는 열전달시트.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 금속시트는 금속메쉬 또는 금속판인 것을 특징으로 하는 열전달시트.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항의 열전달시트를 제조하는 방법에 있어서,

    상금형과 하금형에 의해 내부에 캐비티가 마련되는 금형을 준비하는 단계;

    굳어졌을 때 탄성물질이 되는 액체상태의 탄성물질 재료 중에 자성을 띠는 열전도입자가 함유된 성형용 재료로 이루어지는 성형재료층을 준비하는 단계;

    상기 금형의 캐비티 내에 금속시트를 넣어준 상태에서 상기 성형재료층을 충진하는 단계; 및

    상하방향으로 자력선을 갖는 자장을 작용시키는 동시에 성형 재료층을 경화처리하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전달시트의 제조방법.

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