KR101473708B1 - 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판 - Google Patents

두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판 Download PDF

Info

Publication number
KR101473708B1
KR101473708B1 KR1020130018550A KR20130018550A KR101473708B1 KR 101473708 B1 KR101473708 B1 KR 101473708B1 KR 1020130018550 A KR1020130018550 A KR 1020130018550A KR 20130018550 A KR20130018550 A KR 20130018550A KR 101473708 B1 KR101473708 B1 KR 101473708B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite powder
metal
plate
heat sink
oriented
Prior art date
Application number
KR1020130018550A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140105069A (ko
Inventor
김일호
송진헌
이종관
Original Assignee
엠케이전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엠케이전자 주식회사 filed Critical 엠케이전자 주식회사
Priority to KR1020130018550A priority Critical patent/KR101473708B1/ko
Priority to PCT/KR2013/002361 priority patent/WO2014129696A1/ko
Priority to TW102114913A priority patent/TWI565795B/zh
Publication of KR20140105069A publication Critical patent/KR20140105069A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101473708B1 publication Critical patent/KR101473708B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

본 발명은 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 구비하여, LED칩, 반도체부품, 고출력 전기전자기기들의 열화현상을 방지하기 위한 히트 싱크로 적합하게 사용할 수 있는 특히 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방열판의 제조방법은, (a) 판상의 흑연분말에 금속을 코팅하는 단계; (b) 금속이 코팅된 흑연분말에 진동을 가하여, 상기 판상의 흑연분말이 수평 방향으로 배향되도록 하는 단계; (c) 상기 수평 방향으로 배향된 흑연분말을 가압하여 성형하는 단계; (d) 상기 가압된 흑연분말을 소결하여 벌크재를 만드는 단계; 및 (e) 상기 수평 방향으로 배향된 방향에 수직한 방향으로 상기 벌크재를 소정 두께로 절단하여 판재를 만드는 단계;를 포함한다.

Description

두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판 {METHOD OF MANUFACTURING HEAT SINK PLATE HAVING EXCELLENT THERMAL CONDUCTIVITY IN THICKNESS DIRECTION AND HEAT SINK PLATE MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 구비하여, LED칩, 반도체부품, 고출력 전기전자기기들의 열화현상을 방지하기 위한 히트 싱크로 적합하게 사용할 수 있는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속을 코팅한 판상의 흑연분말을 일방향으로 배향되게 배열한 후 소결함으로써 흑연분말이 특정 방향으로 배향된 벌크 타입의 금속기지 복합재료로 만든 후, 벌크 타입 복합재료를 판상의 흑연분말이 두께 방향으로 평행하게 배치되도록 절단하여 판으로 제작함으로써, 두께 방향으로 우수한 열전도도를 구현할 수 있는 방열판을 제조하는 방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판에 관한 것이다.
기술 진보의 속도가 갈수록 빨라질 뿐 아니라 소비자의 수요가 점점 모바일화와 소형화를 지향함에 따라, 오늘날 전기기기의 주요 구성부품인 PCB 기판, 메모리, LED 모듈, 전기전자기기 등도 집적화와 고출력화가 급속하게 진행되고 있다.
상기 전기전자기기 등은 전자의 이동을 수반하므로, 집적화와 고출력화가 진행될수록, 전기전자기기로부터 발생하는 열량도 증가하기 때문에, 발생하는 열을 신속하게 전기전자기기 외부로 방출시키지 못할 경우, 열에 의한 부품의 열화가 심해져 제품의 성능과 내구 수명이 급격히 저하되어 제품의 신뢰성을 떨어뜨리게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 종래에는 열전도성이 우수한 구리(Cu), 알루미늄(Al)과 같은 금속재료로 만들어진 방열소재를 사용하여 열을 전기전자기기의 외부로 방출하였다.
그런데, 금속만을 방열재료로 사용할 경우, 금속 특유의 특성인 큰 질량과 과도하게 큰 열팽창계수로 인해, 방열소재를 부품에 접합하게 되면, 방열소재와 접합모재와의 열팽창계수의 차이에 의한 열피로 현상에 의해 쉽게 탈락되거나 제품의 특성이 현저하게 저하되는 문제점이 발생하기도 한다.
이에 따라, 최근 들어 무게가 가볍고 부품의 열을 흡수한 후 외부로 용이하게 방출하는 방법으로서, 비금속류 무기재료인 AlN, SiC와 같은 재료를 이용하는 단일체 또는 두 가지 이상의 재료를 혼용한 복합체를 사용하는 예가 늘고 있다.
그러나 이들 재료는 알루미늄(Al)이나 구리(Cu)에 비해 무게가 가볍고, 열팽창계수가 낮아 기판재료로 사용하기에는 적합한 특성을 나타내지만, 열전도도가 200W/mk이하로 낮은 단점이 있다.
질화물 탄화물과 같은 재료의 상기한 문제점을 개선하기 위한 방안으로, 탄소기반(Carbon Fiber, Carbon Nanotube, Graphite 등) 복합재료들이 제안되고 있다.
하기 특허문헌 1(공개특허 2010-0135798)에는 탄소섬유를 이용한 성형체를 제작하여 X, Y 방향, 즉 면 방향으로 우수한 열전도율을 나타내는 탄소섬유 복합재료의 제조방법이 개시되어 있다. 이 복합재료는 탄소섬유가 가진 저중량과 우수한 열전달 특성(700W/mK)을 가져 가벼울 뿐 아니라 열팽창 특성의 측면에서도 매우 유리하다. 그런데, 상기 특허문헌 1에 개시된 방법의 경우, 3000℃와 같은 높은 온도에서의 열처리가 필요할 뿐 아니라, 실제 제작을 한 후 복합재료의 X, Y방향으로의 열전도 특성은 450~650W/mK 정도로 구리(Cu)나 알루미늄(Al)과 같은 금속재료보다 우수하나, 실제 전자기기에서 많이 필요한 두께 방향(즉, Z 방향)의 열전도 특성은 100~140W/mK 정도에 불과해, 고가의 가공공정에 비해 두께 방향의 열전도 특성은 떨어지는 단점이 있다.
또한, 탄소나노튜브(CNT)를 이용한 방열소재를 제작한 사례도 보고되고 있으나, 탄소나노튜브는 균일하게 분산시키기 어려워 균일한 방열특성을 얻기가 쉽지 않다는 점과 대량 생산이 어렵다는 문제점이 있고, 탄소나노튜브가 갖는 소수 특성으로 인해 금속물질과 쉽게 결합되지 않는 문제점이 있어서, 실 적용에는 한계가 있다.
대한민국공개특허 제2010-0135798호
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 금속과 흑연 입자의 복합재료로 이루어져 있어 가볍고 열팽창계수가 크지 않으며, 조직상 금속 기지에 열전도도가 우수한 흑연 입자가 판재의 두께방향으로 배향되어 있어 특히 두께 방향의 열전도 특성이 우수한, 방열판의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 과제는, 상기한 방법으로 제조되어 두께 방향으로 흑연 입자가 배향된 금속기지 복합재료로 이루어진 방열판을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 금속기지에 흑연분말이 복합화된 판재의 제조방법으로, (a) 판상의 흑연분말에 금속을 코팅하는 단계; (b) 금속이 코팅된 흑연분말에 진동을 가하여, 상기 판상의 흑연분말이 수평 방향으로 배향되도록 하는 단계; (c) 상기 수평 방향으로 배향된 흑연분말을 가압하여 성형하는 단계; (d) 상기 가압된 흑연분말을 소결하여 벌크재를 만드는 단계; 및 (e) 상기 수평 방향으로 배향된 방향에 수직한 방향으로 상기 벌크재를 소정 두께로 절단하여 판재를 만드는 단계;를 포함하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 판상의 흑연분말은, 판상, 플레이크상(flake) 또는 비늘상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 금속은 Cu, Au, Ni, Pd 또는 이들의 합금 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (a) 단계의 금속의 코팅은, 전해도금 또는 무전해도금을 통해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 진동은, 초음파 진동수단을 통해 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (c) 단계의 가압은 1축 가압, 압연 또는 압출을 통해 수행되며, 가압력은 흑연 표면에 코팅된 금속의 압축파괴강도의 80~110%로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (d) 단계의 소결은, 통전 소결법(spark plasma sintering) 또는 고온소결법을 통해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (e) 단계의 절단은 0.3~5mm의 두께로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 흑연분말의 평균 입도는 1~500㎛일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (e) 단계의 절단은 다이아몬드 와이어 절단, 레이저 절단, 정밀 타발 금형 절단을 통해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 방열판에서 상기 흑연분말의 부피비는 60% 이하일 수 있고, 바람직하게는 30~60%, 보다 바람직하게는 50~55%일 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 수단으로 본 발명은 전술한 방법들에 의해 제조되어 판재의 두께 방향으로 흑연분말이 배향된 방열판을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 전도성이 우수한 금속과 전도성이 우수하고 저중량인 흑연분말을 적절한 비율로 복합화하여, 우수한 열전도성, 경량화 및 저열팽창계수를 구현된 방열판을 구현할 수 있다.
또한, 금속이 코팅된 흑연분말을 간소한 방법으로 배향하고 가압 소결하는 방법을 사용하기 때문에, 연속적인 생산이 가능하여, 대량 생산에 적합하다.
또한, 열전도 특성이 우수한 흑연분말이 판재의 두께 방향으로 수직 배향되어 있어 판재의 두께 방향으로의 방열 특성이 우수하기 때문에, 가볍고 열팽창계수가 낮으며 특히 두께 방향에서 우수한 열전도 특성이 요구되는 반도체, 고출력 전기전자제품 세트와 같은 제품의 방열판으로 적합하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열판의 제조과정을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용한 비늘상의 흑연분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 초음파 진동자가 설치된 금형의 내부에 금속이 코팅된 판상의 흑연분말을 장입한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 초음파 진동자가 설치된 금형의 내부에 금속이 코팅된 판상의 흑연분말을 장입한 후, 진동을 가하여 판상의 흑연분말이 수평으로 배향되도록 한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 수평으로 배향된 금속이 코팅된 판상의 흑연분말을 일축 가압하여 성형하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에서 제조한 성형체를 소결한 소결체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 소결체를 판상의 흑연분말이 배향된 방향의 수직방향으로 절단하여 판재를 만드는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 절단 과정을 통해 수득한 판재의 조직의 주사전자현미경 사진이다.
도 9는 초음파 진동 과정을 수행하지 않고 제작한 판재 조직의 주사전자현미경 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열판의 제조과정을 도시한 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방열판의 제조방법은, 판상의 흑연분말에 금속을 코팅하는 코팅단계(S10), 금속이 코팅된 흑연분말에 진동을 가하여 상기 판상의 흑연분말이 수평 방향으로 배향되도록 하는 배향단계(S20), 상기 수평 방향으로 배향된 흑연분말을 가압하는 성형단계(S30), 성형된 흑연분말을 소결하여 벌크재를 만드는 소결단계(S40), 및 상기 수평 방향으로 배향된 방향에 수직한 방향으로 상기 벌크재를 소정 두께로 절단하여 판재를 만드는 절단단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
상기 흑연분말의 코팅단계(S10)는 흑연분말의 표면에 금속층을 형성하는 단계이다.
상기 흑연분말은 '판상'으로 이루어지는 것이 바람직한데, 본 발명에 있어서 '판상의 흑연분말'이란 완전한 판상 형상으로 이루어진 분말은 물론, 판상과 유사한 형상인, 플레이크(flake)상, 비늘상 등의 분말을 포함할 수 있다.
또한, 흑연분말의 평균입도는 1㎛ 미만일 경우 분말이 미세하여 도금시 교반과정에서 부유되거나 불균일한 도금이 진행될 수 있고, 500㎛를 초과할 경우 흑연 분말의 거대 조직이 판상에 그대로 남아 최종 판재의 박판화와 강도에 나쁜 영향을 미치므로, 평균입도가 1 ~ 500㎛인 것이 바람직하고, 50 ~ 300㎛인 것이 보다 바람직하다.
상기 흑연분말의 표면에 형성할 금속층은 전도성이 우수한 금속재료로서, Cu, Au, Ni, Pd 또는 이들의 합금과 같이 전도성이 우수한 금속(순금속 또는 합금)으로 이루어질 수 있다.
상기 금속층을 형성하여 복합분말을 제조함에 있어서, 연속적이고 균질한 금속층을 얻고 또한 금속의 코팅 효율을 높이기 위해서는, 코어입자(즉, 흑연분말)의 표면 전체가 활성화한 상태로 있을 필요가 있으므로, 이를 위해 금속의 코팅에 앞서 흑연분말에 대한 활성화처리를 수행하는 것이 바람직하다.
코어 입자에 대한 활성화처리 방법으로는, 코어 입자 표면에 존재하는 휘발성 물질과 흡착 가스 등을 제거할 목적으로 적당한 온도로 가열하는 방법, PdCl2 용액을 이용하는 방법, 유기첨가제를 첨가하는 방법 등 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있다.
상기 금속을 코팅하는 방법으로는, 흑연분말에 금속층을 형성하는 방법으로는 액상의 반응용액을 이용하는 습식법과, 기상 증착이나 고상 증착과 같은 건식법이 사용될 수 있다. 습식법으로는 무전해도금법, 전해도금법, 수소가스를 이용하여 염기성 용액으로부터 금속이온을 환원시키는 수소환원법, 화학침전법 등이 사용될 수 있고, 건식법으로는 금속을 함유한 증기에 흑연분말을 접촉시켜 금속이 코팅되도록 하는 치환법, 금속화합물 증기를 열을 통해 분해시켜 코팅층을 형성하는 열분해법, 금속염화물 증기를 수소가스로 환원하는 수소환원법과 같은 방법과 같이 다양한 방법이 사용될 수 있다.
금속의 코팅량은, 최종적인 복합체의 특성이 가볍고 열전도도가 우수할 뿐 아니라 타 기판과의 접합력에 문제가 없도록 실시하는 것이 바람직한데, 금속이 코팅된 복합분말에 있어서 흑연분말의 부피비는 60% 이하가 되도록 하며, 바람직하게는 50~60%가 되도록 하며, 보다 바람직하게는 50~55%가 되도록 한다.
상기 흑연분말의 배향단계(S20)는, 금속이 코팅된 흑연분말이 장입된 용기에 진동을 가하여 상기 판상의 흑연분말이 특정한 방향으로 배향이 되도록 하는 단계이다.
상기 용기는 금속층이 코팅된 흑연분말을 가압 소결하는 금형일 수도 있고, 별개의 용기를 사용하여 배향 및 가압을 한 후, 소결을 하는 방식을 사용할 수도 있다.
상기 배향 방법은 금속이 코팅된 흑연분말에 초음파 진동자와 같은 진동수단을 사용하여 진동을 가하여, 판상의 흑연분말이 소정 방향(대개는 수평 방향)으로 배향이 되도록 한다. 본 발명의 실시예에서는 초음파 진동자를 사용하고 있으나, 금형 또는 용기의 용량에 맞추어 다양한 진동발생수단이 사용될 수 있다.
상기 성형단계(S30)는, 소정 방향으로 배향된 금속이 코팅된 흑연분말을 소정 압력으로 가압하여 성형함으로써, 후속하는 소결용 전구체를 만드는 단계이다.
성형을 위한 가압방법은 배향 조직을 그대로 유지할 수 있는 측면에서 1축 가압이 바람직하나, 배향된 흑연분말의 상태에 큰 손상을 가하지 않는다면 다축 가압을 사용할 수도 있다. 또한, 가압 압력이 80% 미만일 경우 압출 및 소결 후 상호 접합되는 Cu도금층 표면의 접촉비율이 낮아지고, 110%를 초과할 경우 과도한 압력으로 인해 흑연이 파손되거나 흑연으로부터 Cu 도금층의 박리현상이 나타날 수 있기 때문에, 가압 압력은 흑연분말의 표면에 코팅된 금속소재의 압축 파괴강도의 80~110% 범위 압력으로 가압하는 것이 바람직하다. 또한, 금속이 코팅된 흑연분말의 성형은 압연 또는 압출과 같은 방법을 통해서도 이루어질 수 있다.
상기 소결단계(S40)는, 흑연분말의 표면에 코팅된 금속 간을 소결하여 벌크재를 만드는 단계이며, 소결은 통전소결법이나 고온소결법과 같은 공지의 방법을 통해 이루어질 수 있다.
소결온도는 코팅된 금속 용융온도의 80% 미만일 경우 소결 열량이 부족하여 부분적으로 소결이 되지 않는 부분이 나타나고 95%를 초과할 경우 가압력의 영향 에 의해 부분적인 용융이 발생할 수 있으므로, 코팅된 금속 용융온도의 80~95% 범위로 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 소결압력은 최종 소결체의 상대밀도가 95% 이상이 될 수 있도록 10MPa/㎟ ~ 80MPa/㎟의 범위에서 진행하는 것이 바람직하다.
이와 같은 소결 공정을 수행하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 기지 조직에 대략 수평 방향으로 배향된 흑연분말이 포함된 복합체가 형성된다.
상기 절단단계(S50)는, 소정 방향으로 배향된 판상의 흑연분말이 판재의 두께 방향으로 평행하게 배열된 상태가 되도록 절단하여 판재로 만드는 단계이다. 절단은 다이아몬드 와이어 절단, 레이저 절단, 정밀 타발금형 절단과 같은 다양한 절단 방법에 사용될 수 있다. 도 7에 도시된 벌크재를 흑연분말이 배향된 방향의 수직방향으로 소정 두께로 절단하게 되면, 절단된 판재의 두께 방향으로 흑연분말이 평행하게 배향된 도 7에 도시된 조직을 갖게 된다.
[실시예]
평균 입도 130㎛인 흑연분말 500g을 전기로를 사용하여, 300~400℃에서 30~90분 정도 가열하여, 흑연분말의 활성화 처리를 수행한다. 도 2는 본 발명의 실시예에서 사용한 흑연분말의 주사전자현미경이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 사용한 흑연분말의 형상은 비늘상 형상으로 이루어진 것이다.
이어서, 활성화된 흑연분말을 무전해 구리도금액을 사용하여 구리를 코팅한다. 구체적으로, 먼저 380℃에서 1시간 동안 열처리를 통해 표면활성화 처리를 진행한다. 그리고 열처리한 흑연분말 표면에 구리 코팅층이 잘 형성될 수 있게 3wt% 빙초산을 첨가하여 처리하였으며, 상기 흑연분말과 빙초산의 중량비가 20wt%가 되고, CuSO4 70wt%, 물 10wt%를 포함하는 슬러리를 제조한다. 이와 같이 제조한 제조된 슬러리에 치환 용제로서 구리염 수용액의 금속보다 전기 음성도가 큰 0.7mm 크기의 Zn, Fe, Al 과립물을 상기 슬러리에 대해 약 20wt% 정도가 되도록 첨가한 후, 상온에서 25rpm 정도의 속도로 교반을 진행하여 도금공정을 진행한다.
그리고 무전해 도금이 완료된 구리 코팅 흑연분말이 대기 중에서 부식되는 것을 방지하기 위해 부동태화를 실시하였는데, 이를 위해 구리 코팅 흑연분말을 증류수, H2SO4, H3PO4, 타르타르산이 무게비로 각각 75:10:10:5로 혼합된 용액에서 20분간 침지한다. 마지막으로, 흑연분말 표면에 잔존하는 산을 제거하기 위해 수세한 후 대기 중에서 50~60℃로 가열 건조하여 도금된 분말제조를 완료한다.
이러한 과정을 통해, 구리가 약 50부피% 정도 코팅된 흑연분말을 제조한다.
이와 같이 구리가 코팅된 흑연분말을 도 3에 도시된 바와 같이, 금형에 장입한다.
그리고, 초음파 진동자를 사용하여 금형에 10 분간 진동을 가한다. 이 경우 구리가 코팅된 흑연분말은 비늘상으로 이루어져 있어, 진동을 가함에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 대략 수평 방향으로 배향이 이루어진다.
배향이 어느 정도 이루어진 후에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 펀치를 사용하여 상부로부터 일축 가압력을 가하여 소결용 성형 전구체를 제작한다.
이와 같이 제작한 성형 전구체를 930℃, 80MPa 소결조건으로 20분간 통전소결장치를 이용하여 소결하게 되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 구리 기지에 흑연분말이 대략 수평하게 배향된 조직을 갖는 벌크재를 얻는다.
이와 같이 얻은 벌크재를 다이아몬드 와이어 절단기를 사용하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 수평 방향으로 배향된 흑연분말의 배향 방향에 수직한 방향으로 두께 약 0.3 ~ 5mm 간격으로 절단하여 판재를 만든다.
도 8은 상기한 공정을 통해 제조한 구리와 흑연분말의 복합체 판재의 단면 조직을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다. 도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조한 방열판에서 흑연분말은 두께 방향으로 정렬된 상태로 제작되었다. 이와 같이 두께 방향으로 흑연분말이 정렬될 경우, 열원에 접한 방열판으로부터 반대편으로 신속하게 열을 배출할 수 있어, 특히 두께 방향으로 신속한 방열이 요구되는 방열판에 적합하게 사용될 수 있다.
[비교예]
비교예에 따른 복합판재는, 진동을 가하여 금속이 코팅된 흑연분말의 배향하는 공정만을 수행하지 않고, 나머지는 상기 실시예와 동일한 조건으로 제조하였다.
도 9는 이와 같이 제조한 판재의 조직을 주사전자현미경으로 조사한 것으로, 도면에 나타난 바와 같이, 비교예에 따른 복합판재의 경우, 흑연분말이 불균일하게 분포되어 있는 것이 확인된다.

Claims (12)

  1. 금속기지에 흑연분말이 복합화된 판재의 제조방법으로,
    (a) 판상의 흑연분말에 금속을 코팅하는 단계;
    (b) 금속이 코팅된 흑연분말에 진동을 가하여, 상기 판상의 흑연분말이 수평 방향으로 배향되도록 하는 단계;
    (c) 상기 수평 방향으로 배향된 흑연분말을 가압하여 성형하는 단계;
    (d) 상기 가압된 흑연분말을 소결하여 벌크재를 만드는 단계; 및
    (e) 상기 수평 방향으로 배향된 방향에 수직한 방향으로 상기 벌크재를 소정 두께로 절단하여, 상기 판상의 흑연분말이, 형성되는 판재의 두께 방향으로 평행하게 배향되도록 판재를 만드는 단계;를 포함하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판상의 흑연분말은, 판상, 플레이크상 또는 비늘상을 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은 Cu, Au, Ni, Pd 또는 이들의 합금 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 금속의 코팅은, 전해도금 또는 무전해도금을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동은, 초음파 진동수단을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 가압은 1축 가압, 압연 또는 압출을 통해 수행되며, 가압력은 흑연 표면에 코팅된 금속의 압축파괴강도의 80 ~ 110%로 수행되는 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 소결은, 통전 소결법(spark plasma sintering) 또는 고온소결법을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계의 절단은 0.3 ~ 5mm의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 흑연분말의 평균 입도는 1~ 500㎛인 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계의 절단은 다이아몬드 와이어 절단, 레이저 절단, 정밀 타발 금형 절단을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판에서 상기 흑연분말의 부피비는 60% 이하인 것을 특징으로 하는 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법.
  12. 삭제
KR1020130018550A 2013-02-21 2013-02-21 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판 KR101473708B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130018550A KR101473708B1 (ko) 2013-02-21 2013-02-21 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판
PCT/KR2013/002361 WO2014129696A1 (ko) 2013-02-21 2013-03-21 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판
TW102114913A TWI565795B (zh) 2013-02-21 2013-04-25 沿厚度方向具有優越導熱性的散熱片的製造方法及所製造的散熱片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130018550A KR101473708B1 (ko) 2013-02-21 2013-02-21 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140105069A KR20140105069A (ko) 2014-09-01
KR101473708B1 true KR101473708B1 (ko) 2014-12-19

Family

ID=51391465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130018550A KR101473708B1 (ko) 2013-02-21 2013-02-21 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101473708B1 (ko)
TW (1) TWI565795B (ko)
WO (1) WO2014129696A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200076173A (ko) * 2018-12-19 2020-06-29 재단법인 한국탄소융합기술원 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재
KR20230122445A (ko) 2022-02-14 2023-08-22 재단법인대구경북과학기술원 두께방향의 열전도도가 향상된 열전도성 시트 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6962803B2 (ja) * 2017-12-11 2021-11-05 Ｄｏｗａホールディングス株式会社 クラッド材およびその製造方法
KR102257877B1 (ko) * 2019-01-15 2021-05-28 주식회사 더굿시스템 방열판재

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012069670A (ja) 2010-09-22 2012-04-05 Sanken Electric Co Ltd 半導体モジュール及びその製造方法
JP2012109311A (ja) 2010-11-15 2012-06-07 Hitachi Chem Co Ltd 伝熱シート、伝熱シートの作製方法、及び放熱装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2179976A1 (en) * 2003-05-16 2010-04-28 Hitachi Metals, Ltd. Composite material having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient
JP5082845B2 (ja) * 2005-03-29 2012-11-28 日立金属株式会社 高熱伝導性黒鉛粒子分散型複合体及びその製造方法
CH698017B1 (de) * 2005-04-29 2009-04-30 Hort Coating Ct Sa Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf einem Küchengerät und Küchengerät.
JP5140302B2 (ja) * 2007-03-29 2013-02-06 ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
US8501048B2 (en) * 2007-10-18 2013-08-06 Shimane Prefectural Government Metal-graphite composite material having high thermal conductivity and production method therefor
JP2012015273A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Hitachi Chem Co Ltd 熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法、及び熱伝導シートを用いた放熱装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012069670A (ja) 2010-09-22 2012-04-05 Sanken Electric Co Ltd 半導体モジュール及びその製造方法
JP2012109311A (ja) 2010-11-15 2012-06-07 Hitachi Chem Co Ltd 伝熱シート、伝熱シートの作製方法、及び放熱装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200076173A (ko) * 2018-12-19 2020-06-29 재단법인 한국탄소융합기술원 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재
KR102229179B1 (ko) * 2018-12-19 2021-03-18 더원씨엔티 주식회사 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재
KR20230122445A (ko) 2022-02-14 2023-08-22 재단법인대구경북과학기술원 두께방향의 열전도도가 향상된 열전도성 시트 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
TWI565795B (zh) 2017-01-11
KR20140105069A (ko) 2014-09-01
TW201433630A (zh) 2014-09-01
WO2014129696A1 (ko) 2014-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9831157B2 (en) Method of attaching an electronic part to a copper plate having a surface roughness
JP5061018B2 (ja) アルミニウム−黒鉛−炭化珪素質複合体及びその製造方法
US9984951B2 (en) Sintered multilayer heat sinks for microelectronic packages and methods for the production thereof
JP6262522B2 (ja) 樹脂含浸窒化ホウ素焼結体およびその用途
WO2018074493A1 (ja) 黒鉛／グラフェン複合材、集熱体、伝熱体、放熱体および放熱システム
CN1944698A (zh) 一种超高导热、低热膨胀系数的复合材料及其制备方法
TW201105439A (en) Composite material substrate for LED luminescent element, method for manufacturing the same and LED luminescent element
KR101473708B1 (ko) 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판
JP2006001232A (ja) 高熱伝導・低熱膨脹複合体およびその製造方法
WO2007004579A1 (ja) セラミックシートの製造方法、それを用いたセラミック基板及びその用途
JP2019502251A (ja) 高出力素子用放熱板材
CN112839799A (zh) 带金属层的碳质构件及导热板
JP6285155B2 (ja) 放熱部材およびその用途
US11876030B2 (en) Clad material and method for producing same
KR101691724B1 (ko) 고출력 소자용 방열판재
JP4490506B1 (ja) 積層シート及びその製造方法、加工方法
JP4404602B2 (ja) セラミックス−金属複合体およびこれを用いた高熱伝導放熱用基板
JPWO2013115285A1 (ja) ヒートシンクおよびこのヒートシンクを備えた電子部品装置
JP2020012194A (ja) 金属−炭化珪素質複合体及びその製造方法
KR101498130B1 (ko) 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 기판을 구비한 발광소자의 제조방법
JP3913130B2 (ja) アルミニウム−炭化珪素質板状複合体
KR101891405B1 (ko) 금속 발포체 및 이의 제조 방법
JP2013182983A (ja) 窒化けい素回路基板およびそれを用いたモジュール
KR20110007815A (ko) 다이아몬드 복합 방열기판 및 그 제조방법
CN117123783A (zh) 一种铝基碳化硅基体真空压力烧结多孔铝粉的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171024

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190925

Year of fee payment: 6