KR101648437B1 - 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 - Google Patents

탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법은 탄소계 금속기지 복합체 재질의 기판 본체를 제조하는 단계; 상기 기판 본체의 한쪽면 표면을 탄소계 소재로 가공하는 단계; 복수의 방열핀의 위치에 따라 복수의 홈을 가지는 핀 성형틀에 탄소계 소재의 분말을 장입하는 단계; 상기 기판 본체를 성형틀의 내부에 지지한 상태에서 상기 기판 본체의 한쪽면에 상기 핀 성형틀을 위치하여 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀을 상호 합형하는 단계; 합형된 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에 용융금속을 유입한 상태에서 가압 합침하여 상기 기판 본체에 상기 방열핀을 일체로 성형하는 단계; 및 상기 기판 본체와 상기 방열핀을 일체로 성형한 후에 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에서 취출하는 단계;를 포함한다.

Description

탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 {MANUFACTURING METHODE OF PIN TYPE HEAT-RADIATING SUBSTRATE USING CABON BASED METAL MATRIX COMPOSITE}
본 발명은 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소계 금속기지 복합체 재질로 방열핀과 기판 본체를 일체로 핀 타입의 방열 기판을 제조함으로써, 경량이면서 방열효율이 향상되는 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기판(Substrate)은 다양한 전자부품이 전기적으로 연결되도록 실장되는 베이스 플레이트(Base Plate) 형태로 구비된다. 최근에는 빈번한 On-Off 동작이 일어나는 전력 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 모듈, 통신용 고주파 모듈, 파워 컨트롤 칩(power control chip), 조명용 고출력 LED 등과 같이 고열이 발생하는 회로를 기판 상에 구현함에 따라 방열 문제가 매우 중요한 점으로 대두되고 있다.
또한, 최근에 자동차는 기술의 발전으로 엔진의 작동과 공급되는 연료의 량을 전자적으로 제어하는 회로가 엔진룸의 전장 부품으로 사용되고 있다. 이러한 엔진룸에 사용되는 회로는 자동차의 운행에 따라 엔진에서 발생되는 고열의 환경 속에서 회로에서 발생되는 열을 외부로 방열하하여야 하기 때문에 기판의 방열 성능이 중요하다.
특히, 전기 자동차의 경우에는 엔진에서 고열이 발생하지는 않으나, 전기의 힘으로 엔진을 구동함에 따라 고압의 전원이 인가되는 회로가 사용됨에 따라 전자 부품들이 실장된 기판에서 과도하게 발열되기 때문에 기판의 방열이 더 중요하다.
상술된 바와 같이, 방열 성능이 중요한 기판의 경우에는 방열 면적이 확대시키도록 복수의 핀이 설치된 핀 타입의 방열 기판이 사용된다.
통상적으로, 핀 타입의 방열 기판은 열전도성이 높고, 열팽창계수가 낮은 합금 형태의 기판의 베이스를 구비한 후에 복수의 핀을 접합하여 방열 기판을 제조하고 있다. 즉, 구리-몰리브덴-구리(Cu-Mo-Cu), 구리-텡스텐(Cu-W) 등의 구리계 합금으로 기판의 베이스를 제조한 후에 후가공을 실시한 후 가공 면으로 방열 면적을 확대시키는 동일한 소재의 방열핀을 접합에 의해 제조한다.
그러나, 종래 기술의 핀 타입의 방열 기판은 열팽창 계수과 열전도성이 정해져 있는 금속을 합금하여 원하는 열팽창계수를 구현하는 경우에 열전도도를 높이기 어려웠다. 또한, 합금소재 자체의 비중이 높을 뿐만 아니라, 복수의 금속 소재의 방열핀을 기판 베이스에접합하게 되면 중량이 늘어나 경량화가 어려웠다. 그리고, 금속은 후 가공 시에 버(Burr)가 발생되고, 가공면이 평탄하게 구비되어 있지 않아 방열핀의 접합 가공이 어렵고, 전자 부품의 실장이 어려웠다.
이에 최근에는 방열을 위한 기판의 소재로 구리 합금 기판과 비교하여 가볍고, 제조 시에 열전도율, 열팽창계수를 조절할 수 있는 금속기지 복합재료(metal matrix composite, MMC)가 사용되고 있다. 이런, 금속기지 복합재료는 다공성 예비성형체에 용융금속이 함침시키는 것으로, 예비성형체의 공극이 차지하는 비율 등을 통하여 금속기지의 상대적 점유율을 제어함으로써 다양한 제품 특성에 맞게 필요한 열전도율, 열팽창계수 등을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 금속기지복합재료로 핀 타입의 방열 기판을 제조하는 경우에는 다공성 소재에 금속이 함침된 베이스 기판에 금속형태의 방열핀이 접합하도록 제조됨에 따라 베이스 기판과 방열핀의 재질이 달라 접합이 어렵다. 또한, 접합 후에도 방열핀과 베이스 기판의 열팽창계수와 열전도도의 차이에 의해 방열 성능이 저하되는 단점이 있다.
그리고, 금속기지복합체의 베이스 기판은 경도가 높아 홈 가공이 어렵기 때문에 방열핀을 수냉식이나 유냉식과 같이 유체에 의해 냉각하는 구조에 설치하기 위한 유체의 수밀구조를 구비하기 어려웠다.
본 발명은 상기한 필요에 의해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 핀타입의 방열 기판의 기판 본체와 핀을 탄소계 금속기지 복합재료로 가압 함침에 의해 일체로 제작함으로써, 경량화하고, 방열효율이 향상되는 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법은 탄소계 금속기지 복합체 재질의 기판 본체를 제조하는 단계; 상기 기판 본체의 한쪽면 표면을 탄소계 소재로 가공하는 단계; 복수의 방열핀의 위치에 따라 복수의 홈을 가지는 핀 성형틀에 탄소계 소재의 분말을 장입하는 단계; 상기 기판 본체를 성형틀의 내부에 지지한 상태에서 상기 기판 본체의 한쪽면에 상기 핀 성형틀을 위치하여 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀을 상호 합형하는 단계; 합형된 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에 용융금속을 유입한 상태에서 가압 합침하여 상기 기판 본체에 상기 방열핀을 일체로 성형하는 단계; 및 상기 기판 본체와 상기 방열핀을 일체로 성형한 후에 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에서 취출하는 단계;를 포함한다.
상기 탄소계 소재로 가공하는 단계에서 상기 기판 본체의 상기 방열핀이 성형되는 한쪽 면에 가공된 상기 탄소계 소재는 상기 일체로 성형하는 단계에서 상기 핀 성형틀의 장입된 상기 탄소계 분말과 가압 함침에 의해 상호 결합되어 일체로 구비할 수 있다.
상기 탄소계 소재로 가공하는 단계에서 상기 기판 본체의 전자 부품이 실장되는 다른쪽 면을 더 가공할 수 있어 상기 성형하는 단계에서 가압 함침에 의해 상기 기판 본체의 다른쪽 면의 표면에 탄소계 소재가 탄소계 금속기지 복합 소재로 구비할 수 있다.
상기 탄소계 소재로 가공하는 단계는, 그라파이트(Graphite) 가공을 통해서 상기 탄소계 소재인 그라파이트를 표면에 형성할 수 있다.
상기 취출하는 단계에서 일체로 성형된 상기 기판 본체와 상기 방열핀에 성형 후에 남아있는 가공된 상기 탄소계 소재를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탄소계 소재를 제거하는 단계는, 샌드 블러스트(sand blast) 방법을 통해서 성형 후에 남아있는 가공된 상기 탄소계 소재를 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법은 바깥 둘레에 금속 소재의 지지체가 합입된 탄소계 금속기지 복합체 재질의 기판 본체를 제조하는 단계; 상기 기판 본체의 한쪽면 표면을 탄소계 소재로 가공하는 단계; 복수의 방열핀의 위치에 따라 복수의 홈을 가지는 핀 성형틀에 탄소계 소재의 분말을 장입하는 단계; 상기 기판 본체를 성형틀의 내부에 지지한 상태에서 상기 기판 본체의 한쪽면에 상기 핀 성형틀을 위치하여 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀을 상호 합형하는 단계; 합형된 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에 용융금속을 유입한 상태에서 가압 합침하여 상기 기판 본체에 방열핀을 일체로 성형하는 단계; 및 상기 기판 본체와 상기 방열핀을 일체로 성형한 후에 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에서 취출하는 단계;를 포함한다.
상기 지지체는, 상기 기판 본체의 바깥 둘레에 금속 재질로 구비되어 상기 기판 본체의 상기 방열핀이 성형되는 위치와 떨어진 바깥 둘레에 밀폐홈을 형성할 수 있다.
상기 탄소계 소재로 가공하는 단계에서 상기 기판 본체의 상기 방열핀이 성형되는 한쪽 면에 가공된 상기 탄소계 소재는 상기 일체로 성형하는 단계에서 상기 핀 성형틀의 장입된 상기 탄소계 분말과 가압 함침에 의해 상호 결합되어 일체로 구비할 수 있다.
상기 탄소계 소재로 가공하는 단계에서 상기 기판 본체의 전자 부품이 실장되는 다른쪽 면을 더 가공할 수 있어 상기 성형하는 단계에서 가압 함침에 의해 상기 기판 본체의 다른쪽 면의 표면에 탄소계 소재가 탄소계 금속기지 복합 소재로 구비할 수 있다.
상기 탄소계 소재로 가공하는 단계는, 그라파이트(Graphite) 가공을 통해서 상기 탄소계 소재인 그라파이트를 표면에 형성할 수 있다.
상기 성형을 마치는 단계에서 일체로 성형된 상기 기판 본체와 상기 방열핀에 성형 후에 남아있는 가공된 상기 탄소계 소재를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탄소계 소재를 제거하는 단계는, 샌드 블러스트(sand blast) 방법을 통해서 성형 후에 남아있는 가공된 상기 탄소계 소재를 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법에 따르면, 핀타입의 방열 기판의 기판 본체와 핀을 탄소계 금속기지 복합재료로 가압 함침에 의해 일체로 제작함으로써, 경량화하고, 방열효율이 향상시킬 수 있다.
또한, 핀 타입의 방열 기판의 방열핀과 기판 본체를 경량으로 경도가 높고, 열팽창계수와 열전도도의 조절이 가능한 탄소계 금속기지 복합체 재질로 일체로 제조함으로써, 기판 본체와 방열핀이 동일한 열팽창계수와 열전도도를 가짐에 따라 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 핀 타입의 방열 기판에 방열핀 부분을 냉각하기 위해서 냉각수나 냉각유가 유통되는 수밀구조를 구비하기 위해서 기판 본체의 바깥 둘레에 금속 재질의 지지체를 기판 본체 제작 시에 함입한 상태로 제조하여 수밀되는 링이 삽입되는 홈을 금속부분에 구비함으로써, 경도가 높아 가공이 힘든 탄소계 금속기지 복합체를 가공하지 않고 금속 재질의 지지체를 가공함에 따라 가공성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 본체 제조 단계에서 제조된 기판 본체를 나타내는 구성도이다.
도 3는 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 표면 가공 단계에서 표면을 가공한 상태를 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 분말 장입 단계에서 핀 성형틀에 분말이 장입된 상태를 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 합형 단계에서 기판 본체가 수납된 성형틀과 분말이 장입된 핀 성형틀을 합형하는 단계를 나타내는 구성도이다.
도 6은 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 취출 단계에서 성형 후에 취출된 방열 기판을 나타내는 구성도이다.
도 7은 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 표면 제거 단계에서 가공층이 제거된 방열 기판을 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법으로 제조된 지지체가 구비된 방열 기판을 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법을 나타내는 공정도이고, 도 2는 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 본체 제조 단계에서 제조된 기판 본체를 나타내는 구성도이며, 도 3는 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 표면 가공 단계에서 표면을 가공한 상태를 나타내는 구성도이고, 도 4는 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 분말 장입 단계에서 핀 성형틀에 분말이 장입된 상태를 나타내는 구성도이며, 도 5는 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 합형 단계에서 기판 본체가 수납된 성형틀과 분말이 장입된 핀 성형틀을 합형하는 단계를 나타내는 구성도이고, 도 6은 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 취출 단계에서 성형 후에 취출된 방열 기판을 나타내는 구성도이며, 도 7은 도 1의 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 중 표면 제거 단계에서 가공층이 제거된 방열 기판을 나타내는 구성도이다.
도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법은 전자 회로에 따른 전자 부품이 실장되는 방열 기판(100)에 방열성능을 향상시키키기 위해서 방열 면적을 확대시키는 복수의 방열핀(120)을 구비하는 핀 타입의 방열 기판(100) 제조방법이다. 핀 타입의 방열 기판(100)은 방열 기판(100)에서 발생된 열을 방열핀(120)으로 분산하도록 구비된 것으로, 공기 중에서 냉각하는 공냉식으로 사용될 수 있으나, 냉각장치(미도시됨)가 함께 사용될 수도 있다. 냉각 장치는 방열핀(120) 부분으로 냉각수가 유통되면서 냉각하는 수냉식과 냉각유가 방열핀(120) 부분으로 유통되면서 냉각하는 유냉식이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법은 공기에 의해 냉각되는 공냉식의 방열 기판(100)에 관한 것으로, 본체 제조 단계(S110), 표면 가공 단계(S120), 분말 장입 단계(S130), 합형 단계(S140), 성형 단계(S150), 취출 단계(S160), 및 표면 제거 단계(170)를 포함한다.
본체 제조 단계(S110)는 탄소계 금속기지 복합체 재질로 기판 본체(110)를 제조하는 단계이다.
핀 타입의 방열 기판(100)의 기판 본체(110)는 미리 설정된 두께로 방열핀(120)이 구비되는 한쪽 면과 전자 부품이 실장되는 다른쪽 면을 가지는 양면으로 탄소계 금속기지 복합체 재질로 구비된다.
즉, 기판 본체(110)는 핀 타입의 방열 기판(100)의 크기에 따라 판 형태로 다공성의 탄소계 재료에 용융금속을 가압 함침하여 탄소계 금속기지 복합체로 제조한다.
예를 들어, 다공성 탄소 재료인 탄화규소(SiC)로 기판 본체(110) 형태에 따라 예비 성형체를 성형한 후에 알루미늄(Al)을 가열 용융하여 함침시킨다. 예비 성형체를 알루미늄 용융 금속에 함침한 상태에서 가압하여 탄소계 금속기지 복합체 재료의 기판 본체(110)를 제조한다.
표면 가공 단계(S120)는 기판 본체(110)의 양면의 표면을 탄소계 소재로 가공하는 단계이다. 기판 본체(110)의 방열핀(120)이 설치되는 한쪽 면과 전자 부품이 설치되는 다른쪽 면에 각각 탄소계 소재로 표면을 가공한다.
즉, 기판 본체(110)는 방열핀(120)이 구비되는 한쪽 면으로 탄소계 금속기지 복합체 재료 구비되는 방열핀(120)의 일체화되는 접합력을 향상시키기 위해서 탄소계 소재를 표면 가공하여 가공층(111)을 형성한다. 또한, 기판 본체(110)의 전자 부품의 실장되는 면에 전자부품의 실장 공간을 확보하면서 방열핀(120) 구비 시에 강도를 향상시키기 위해서 탄소계 소재로 표면을 가공하여 가공층(111)을 형성한다.
다시 말해서, 기판 본체(110)의 양면을 탄소계 소재로 표면 가공하여 가공층(111)을 형성함으로써, 방열핀(120)이 구비되는 한쪽면은 접합 효율이 향상되고, 전자 부품이 실장되는 다른쪽 면은 전자 부품이 실장되는 공간을 확보하면서 강도를 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 기판 본체(110)의 양면으로 탄소계 소재인 그라파이트(graphite) 가공을 실시하여 가공층(111)을 형성함으로써, 탄소계 금속기지 복합체로 성형되는 방열핀(120)의 접합 효율을 향상시키면서 전자 부품의 실장되는 공간을 확보하고, 강도를 강화시킬 수 있다.
분말 장입 단계(S130)는 복수의 방열핀(120) 위치에 따라 복수의 핀홈(21)을 가지는 핀 성형틀(20)에 탄소계 소재의 분말을 장입하는 단계이다.
기판 본체(110)의 한쪽면에 구비되는 방열핀(120)의 수량과 위치에 따라서 복수의 핀홈(21)을 가지는 핀 성형틀(20)을 형성한다. 핀 성형틀(20)에는 방열핀(120)을 성형하는 틀 형태로 구비되어 방열핀(120)이 구비되는 위치와 수량에 따라 복수의 핀홈(21)을 방열핀(120)의 길이와 크기를 고려하여 형성된다. 복수의 핀홈(21)에는 기판 본체(110)의 탄소계 소재와 동일한 탄소계 소재의 분말(121)을 장입한다. 탄소계 소재 분말(121)은 용융 금속의 가압 함침에 의해 탄소계 금속기지 복합재료의 방열핀(120)이 구비되어 기판 본체(110)와 동일한 소재로 방열핀(120)이 구비된다.
예를 들어, 기판 본체(110)에 형성되는 방열핀(120)의 수량과 위치에 따라 방열핀(120)의 길이와 크기를 결정하고, 결정된 크기와 위치에 따라 복수의 핀홈(21)을 가지는 핀 성형틀(20)을 제조한다. 제조된 핀 성형틀(20)의 핀홈(21)에는 기판 본체(110)의 가압 함침전 원재료인 탄화규소(SiC) 분말(121)을 장입한다.
합형 단계(S140)는 기판 본체(110)를 성형틀(10)의 내부에 지지한 상태에서 기판 본체(110)의 핀 성형 위치로 핀 성형틀(20)을 위치하여 성형틀(10)과 핀 성형틀(20)을 상호 합형하는 단계이다.
핀 성형틀(20)에 탄소계 소재 분말(121)의 장입을 마친 후 탄소계 소재로 표면 가공된 기판 본체(110)를 성형틀(10)에 지지하도록 설치한다. 성형틀(10)에 기판 본체(110)가 설치된 후에 핀 성형틀(20)을 기판 본체(110)의 방열핀(120)이 구비되는 한쪽 면에 위치하도록 설치한다. 성형틀(10)에 핀 성형틀(20)을 설치한 후에 상호 고정되도록 합형을 실시한다.
성형 단계(S150)는 합형된 성형틀(10)과 핀 성형틀(20)에 용융금속을 유입한 상태에서 가압 합침하여 기판 본체(110)에 방열핀(120)을 일체로 성형하는 단계이다.
성형틀(10)과 핀 성형틀(20)을 합형한 후에 기판 본체(110)에 제조 시 사용한 용융 금속을 성형틀(10)과 핀 성형틀(20)에 각각 유입한다. 용융 금속이 유입되어 핀 성형틀(20)에 장입된 탄소계 소재 분말(121)과 기판 본체(110)의 표면에 가공 처리된 탄소계 소재의 가공층(111)에 함침된다. 용융금속이 함침한 상태에서 가압되면 핀 성형틀(20) 내부의 탄소계 소재 분말(121)은 기판 본체(110)와 동일한 재질의 탄소계 금속기지 복합 재질이 되도록 용융금속이 가압 함침된다.
가압 함침 시에 기판 본체(110)의 방열핀(120)이 성형되는 한쪽 면에 가공된 탄소계 소재는 핀 성형틀(20)에 장입된 탄소계 소재 분말(121)과 상호 결합되어 일체로 구비할 수 있다. 또한, 가압 함침 시에 표면 가공 단계(S120)에서 기판 본체(110)의 전자 부품이 실장되는 다른쪽 면에 가공된 탄소계 소재인 가공층(111)은 탄소계 금속기지 복합체화 되면서 전자 부품이 실장되는 공간을 확보하고, 강도를 강화시킬 수 있다.
취출 단계(S160)는 기판 본체(110)와 방열핀(120)을 일체로 성형한 후에 성형틀(10)과 핀 성형틀(20)에서 취출하는 단계이다.
성형틀(10)과 핀 성형틀(20)을 가압하여 가압 함침을 마친 후에 성형틀(10)과 핀 성형틀(20)에서 성형된 방열핀(120)이 구비된 기판 본체(110)를 취출하여 성형을 마친다.
표면 제거 단계(170)는 일체로 성형된 기판 본체(110)와 방열핀(120)에 성형 후에 남아있는 가공된 탄소계 소재를 제거하는 단계이다.
성형을 마친 후에 취출된 방열핀(120)이 구비된 기판 본체(110)에서 성형전에 탄소계 소재가 가공된 가공층(111)이 성형 시 용융금속으로 가압 함침하여 한쪽 면은 방열핀(120)과 결합되고, 다른쪽 면에서는 면을 강화한 후에 일부가 남게된다. 남아있는 가공층(111)은 방열 성능을 저하시키고, 냉각에 방해 요소가 됨에 따라 제거한다.
예를 들어, 성형을 마치고, 취출된 방열핀(120)을 구비한 기판 본체(110)를 샌드 블러스트(sand blast) 방법을 통해서 표면에 남아있는 가공층(111)인 가공된 그라파이트를 제거하도록 제거 작업을 실시한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법은 도면을 참고하여 살펴본다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법으로 제조된 지지체가 구비된 방열 기판을 나타내는 구성도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법은 수냉식, 유냉식 등의 유체에 의해 냉각하는 냉각 장치가 설치되는 방열 기판(100)에 관한 것으로, 본체 제조 단계(S110), 표면 가공 단계(S120), 분말 장입 단계(S130), 합형 단계(S140), 성형 단계(S150), 취출 단계(S160), 및 표면 제거 단계(170)를 포함한다.
여기서, 표면 가공 단계(S120), 분말 장입 단계(S130), 합형 단계(S140), 성형 단계(S150), 취출 단계(S160), 및 표면 제거 단계(170)는 도 1 내지 도 7에서 도시된 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판(100) 제조방법과 유사함에 따라 설명을 생략하도록 한다.
본체 제조 단계(S110)는 바깥 둘레에 금속 소재의 지지체(130)가 함입된 탄소계 금속기지 복합체 재질의 기판 본체(110)를 제조하는 단계이다.
핀 타입의 방열 기판(100)의 기판 본체(110)는 미리 설정된 두께로 방열핀(120)이 구비되는 한쪽 면과 전자 부품이 실장되는 다른쪽 면을 가지는 양면으로 탄소계 금속기지 복합체 재질로 구비된다. 기판 본체(110)의 바깥 둘레에는 기판 본체(110) 제조 시에 함입된 상태로 금속 소재의 지지체(130)가 구비된다.
기판 본체(110)는 경도가 높은 탄소계 금속기지 복합체 재질로 구비되어 홈과 같은 형상을 가공하기 어려움에 따라 바깥 둘레에 기판 본체(110)에 함입되어 고정력이 향상된 금속 재질의 지지체(130)를 구비하여 가공 효율이 향상될 수 있다.
지지체(130)에는 기판 본체(110)의 방열핀(120)이 구비되는 한쪽 면으로 방열핀(120)이 성형되는 위치와 떨어진 바깥 둘레에 밀폐홈(131)이 형성된다. 즉, 경도가 높은 탄소계 금속기지 복합체 재질의 기판 본체(110)를 가공하지 않고, 바깥 둘레에 탄소계 금속기지 복합체보다 가공이 쉬운 금속 재질의 지지체(130)를 가공하여 밀폐홈(131)을 구비함으로써, 가공 효율이 향상될 수 있다. 밀폐홈(131)은 유체형 냉각 장치 설치 시에 냉각수 또는 냉각유가 누출되는 것이 방지되는 링이나 씰 형태의 밀폐체가 삽입 설치되도록 형성된다.
예를 들어, 다공성 탄소 재료인 탄화규소(SiC)로 기판 본체(110) 형태에 따라 예비 성형체를 성형한 후에 예비 성형체의 바깥 둘레에 금속 소재의 지지체(130)가 삽입 설치한다. 지지체(130)가 바깥 둘레에 삽입된 기판 본체(110)에 알루미늄(Al)을 가열 용융하여 예비 성형에 함침시킨다. 예비 성형체를 알루미늄 용융 금속에 함침한 상태에서 가압하여 기판 본체(110)를 탄소계 금속기지 복합체 재질로 구비하면서 지지체(130)를 함입되어 기판 본체(110)에 고정되도록 구비한다. 기판 본체(110)에 지지체(130)가 함입된 상태에서 지지체(130)를 가공하여 홈 형태의 밀폐홈(131)을 형성한다. 밀폐홈(131)은 냉각수나 냉각유가 외부로 누출되는 것이 방지되는 오링이 삽입되는 홈 형태로 구비된다.
상술된 바와 같이, 지지체(130)가 함입된 기판 본체(110)를 구비한 본체 제조 단계(S110)를 완료한 후에 표면 가공 단계(S120), 분말 장입 단계(S130), 합형 단계(S140), 성형 단계(S150), 취출 단계(S160), 및 표면 제거 단계(170)를 거쳐서 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판을 제조한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 성형틀 20 : 핀 성형틀
21 : 핀홈 21 : 핀홈
100 : 핀 타입 방열 기판 110 : 기판 본체
111 : 가공층 120 : 방열핀
121 : 분말 130 : 지지체
131 : 밀폐홈

Claims (13)

  1. 탄소계 금속기지 복합체 재질의 기판 본체를 제조하는 단계;
    상기 기판 본체의 한쪽면 표면을 탄소계 소재로 가공하는 단계;
    복수의 방열핀의 위치에 따라 복수의 홈을 가지는 핀 성형틀에 탄소계 소재의 분말을 장입하는 단계;
    상기 기판 본체를 성형틀의 내부에 지지한 상태에서 상기 탄소계 소재로 가공된 면에 상기 핀 성형틀을 위치하여 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀을 상호 합형하는 단계;
    합형된 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에 용융금속을 유입한 상태에서 가압 합침하여 상기 기판 본체에 상기 방열핀을 일체로 성형하는 단계; 및
    상기 기판 본체와 상기 방열핀을 일체로 성형한 후에 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에서 취출하는 단계;를 포함하고,
    상기 일체로 형성하는 단계에서 상기 탄소계 소재는 상기 핀 성형틀의 장입된 상기 탄소계 소재의 분말과 가압 함침에 의해 상호 결합하는,
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소계 소재로 가공하는 단계에서 상기 기판 본체의 전자 부품이 실장되는 다른쪽 면을 더 가공하여 상기 성형하는 단계에서 가압 함침에 의해 상기 기판 본체의 다른쪽 면의 표면에 탄소계 소재가 탄소계 금속기지 복합 소재로 구비하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소계 소재로 가공하는 단계는,
    그라파이트(Graphite) 가공을 통해서 상기 탄소계 소재인 그라파이트를 표면에 형성하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 취출하는 단계에서 일체로 성형된 상기 기판 본체와 상기 방열핀에 성형 후에 남아있는 가공된 상기 탄소계 소재를 제거하는 단계를 더 포함하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄소계 소재를 제거하는 단계는,
    샌드 블러스트(sand blast) 방법을 통해서 성형 후에 남아있는 가공된 상기 탄소계 소재를 제거하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  7. 바깥 둘레에 금속 소재의 지지체가 합입된 탄소계 금속기지 복합체 재질의 기판 본체를 제조하는 단계;
    상기 기판 본체의 한쪽면 표면을 탄소계 소재로 가공하는 단계;
    복수의 방열핀의 위치에 따라 복수의 홈을 가지는 핀 성형틀에 탄소계 소재의 분말을 장입하는 단계;
    상기 기판 본체를 성형틀의 내부에 지지한 상태에서 상기 탄소계 소재로 가공된 면에 상기 핀 성형틀을 위치하여 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀을 상호 합형하는 단계;
    합형된 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에 용융금속을 유입한 상태에서 가압 합침하여 상기 기판 본체에 상기 방열핀을 일체로 성형하는 단계; 및
    상기 기판 본체와 상기 방열핀을 일체로 성형한 후에 상기 성형틀과 상기 핀 성형틀에서 취출하는 단계;를 포함하고,
    상기 일체로 형성하는 단계에서 상기 탄소계 소재는 상기 핀 성형틀의 장입된 상기 탄소계 소재의 분말과 가압 함침에 의해 상호 결합하는,
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지체는,
    상기 기판 본체의 바깥 둘레에 금속 재질로 구비되어 상기 기판 본체의 상기 방열핀이 성형되는 위치와 떨어진 바깥 둘레에 밀폐홈을 형성하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄소계 소재로 가공하는 단계에서 상기 기판 본체의 전자 부품이 실장되는 다른쪽 면을 더 가공하여 상기 성형하는 단계에서 가압 함침에 의해 상기 기판 본체의 다른쪽 면의 표면에 탄소계 소재가 탄소계 금속기지 복합 소재로 구비하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄소계 소재로 가공하는 단계는,
    그라파이트(Graphite) 가공을 통해서 상기 탄소계 소재인 그라파이트를 표면에 형성하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 성형을 마치는 단계에서 일체로 성형된 상기 기판 본체와 상기 방열핀에 성형 후에 남아있는 가공된 상기 탄소계 소재를 제거하는 단계를 더 포함하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탄소계 소재를 제거하는 단계는,
    샌드 블러스트(sand blast) 방법을 통해서 성형 후에 남아있는 가공된 상기 탄소계 소재를 제거하는
    탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법.

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