KR101692774B1 - Method of preparing porous heat sink and porous heat sink prepared by the same - Google Patents
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- F21V29/85—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
Abstract
본 발명은 무게를 감소시키는 동시에 열 전달 면적이 확장되면서 열 발산 효율이 향상되는 방열 다공체의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방열 다공체의 제조방법은, 통기성 다공체의 표면에 열전도성 재료로 이루어진 방열층을 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a heat dissipating porous body in which weight is reduced while heat transfer area is expanded to improve heat dissipation efficiency.
A method of manufacturing a heat-radiating porous body according to the present invention is characterized by forming a heat-radiating layer made of a thermally conductive material on the surface of the breathable porous body.
Description
본 발명은 히트싱크(Heat Sink)에 이용될 수 있는 방열 다공체의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열 다공체에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 무게를 감소시키는 동시에 열 전달 면적이 확장되면서 열 발산 효율이 향상되는 방열 다공체와 그 제조 방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a heat dissipating porous body that can be used for a heat sink and a heat dissipating porous body manufactured by the method. More specifically, And a method of manufacturing the same.
LED 조명이란 LED 칩을 조합하여 광원으로 사용하는 것으로, 기존의 형광등이나 백열전구보다 전력소모가 적고 수명이 길어지므로 차세대 조명으로 부각되고 있으며 신호등, 자동차의 전조등 또는 각종 조명용도로 적용이 확대되고 있다.LED lighting is used as a light source by combining LED chips. It is becoming a next generation lighting because it consumes less electricity and has a longer life than conventional fluorescent lamps and incandescent lamps, and is being applied to traffic lights, automobile headlights or various lighting applications.
그러나 LED는 열 방출량이 많으므로 조명으로 이용하는 경우 실내 외에서 장시간 사용되는데 LED 칩에서 발생한 열이 패키지 전체를 통해 효과적으로 방출되지 못하면, LED 칩의 온도가 높아져 LED 칩이 열화되고 수명이 줄어드는 결과로 나타나게 된다. 따라서, LED 조명에 있어서 대용량의 전류를 흘려주기 위해서는 방열구조가 중요한 요소가 된다.However, LEDs are used for a long period of time when they are used for lighting because they have a large amount of heat emission. If heat generated from the LED chips can not be effectively discharged through the entire package, the temperature of the LED chips may increase, resulting in deterioration of the LED chips and life span . Accordingly, a heat dissipation structure is an important factor for flowing a large amount of current in LED illumination.
종래의 LED 조명의 방열은 일반적으로 날개부를 구비한 알루미늄 재질의 히트싱크를 사용한다. PCB(Printed Circuit Board)에 탑재된 각 LED 칩이 열원이 되고, 이 열원에게 발생한 열은 히트싱크를 통하여 전달되며, 날개부(fin)는 공기와의 접촉면적을 확대하기 위해 형성되는 구성이다.The heat dissipation of the conventional LED lighting uses an aluminum heat sink having a wing portion. Each LED chip mounted on a PCB (Printed Circuit Board) becomes a heat source. Heat generated in the heat source is transmitted through a heat sink, and a fin is formed to enlarge a contact area with air.
그런데, 이렇게 본체와 날개부가 일체형으로 제작된 히트싱크는 두께가 두꺼운 압출이나 다이캐스팅 방식으로 제작되기 때문에 무게가 무겁고 공기와의 접촉 면적에 있어서도 한계를 갖는다. 따라서, LED 조명에 있어서 발열량이 증가하면 히트싱크의 크기도 대형화되고 그에 따라 무게가 증가하게 되므로 시간이 경과함에 따라 신뢰성이 열화되어 파손에 의한 안전사고 등 문제점을 가진다.However, since the heat sink, which is integrally formed with the main body and the wing portion, is manufactured by thick extrusion or die casting method, it is heavy and has a limit on the contact area with air. Accordingly, when the amount of heat generated in the LED illumination increases, the size of the heat sink also becomes larger and the weight of the heat sink increases. As a result, the reliability is deteriorated over time, thereby causing safety problems such as breakage.
또한, 하기 특허문헌에는, 유기 고분자 매트릭스에 배향된 흑연입자가 분산된 열전도 시트가 개시되어 있는데, 이와 같은 열전도 시트도 어느 정도의 무게를 가질 뿐 아니라, 방열 표면적이 넓지 않아 열 방출 효율에 개선의 여지가 있다.
In addition, the following Patent Document discloses a thermally conductive sheet in which graphite particles oriented in an organic polymer matrix are dispersed. Such a thermally conductive sheet has not only a certain weight but also has a wide heat dissipating surface area, There is room.
전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 열 방출 특성이 우수하면서도 종래의 방열 구조에 비해 경량화가 가능한 방열 구조의 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a heat dissipation structure that is superior in heat dissipation characteristics and light in weight compared with a conventional heat dissipation structure.
본 발명의 다른 과제는, 열 방출 특성이 우수하면서도 종래의 방열 구조에 비해 경량화가 가능하여 방열이 요구되는 다양한 기기에 적합하게 적용될 수 있는 방열 다공체를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a heat dissipating porous body which can be suitably applied to various apparatuses requiring excellent heat dissipation by being light in weight compared with a conventional heat dissipating structure while having excellent heat dissipation characteristics.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 통기성 다공체의 표면에 열전도성 재료로 이루어진 방열층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 다공체의 제조방법을 제공하는 것이다.A first aspect of the present invention to solve the above problems is to provide a method of manufacturing a heat dissipating porous body characterized by forming a heat dissipating layer made of a thermally conductive material on the surface of the breathable porous body.
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 통기성 다공체는 개기공(open pore) 다공체로 이루어질 수 있다.In the first aspect of the present invention, the breathable porous article may be an open pore porous article.
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 방열층을 형성하기 전 또는 후에, 내열재료로 이루어진 내열층을 형성할 수 있다.In the first aspect of the present invention, a heat-resistant layer made of a heat-resistant material can be formed before or after the heat-radiating layer is formed.
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 통기성 다공체는 폴리머, 금속, 세라믹 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.In the first aspect of the present invention, the breathable porous body may be formed of a polymer, a metal, a ceramic, or a mixture thereof.
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 폴리머는 폴리우레탄 폼, 부직포, 유기 직물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In a first aspect of the present invention, the polymer may be a polyurethane foam, a nonwoven fabric, an organic fabric or a mixture thereof.
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 금속은 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.In the first aspect of the present invention, the metal may be iron (Fe), nickel (Ni), or an alloy thereof.
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 세라믹은 Si, SiO2, Al2O3 , Zr2O3 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다.In the first aspect of the present invention, the ceramic may be at least one selected from the group consisting of Si, SiO 2 , Al 2 O 3 and Zr 2 O 3 .
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 열전도성 재료는 Al, Cu, Ag, Au 또는 이들의 합금과 탄소계 재료를 포함할 수 있다.In the first aspect of the present invention, the thermally conductive material may include Al, Cu, Ag, Au, an alloy thereof, and a carbon-based material.
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 내열재료는 산화물, 질화물, 탄화물 또는 이들의 화합물로 이루어질 수 있다.In the first aspect of the present invention, the heat resistant material may be composed of an oxide, a nitride, a carbide, or a compound thereof.
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 내열재료는 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC, Si3N4 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다.In the first aspect of the present invention, the heat resistant material may be at least one selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC, and Si 3 N 4 .
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 방열층은 물리기상증착(PVD) 또는 화학기상증착(CVD) 방법으로 형성될 수 있다.In the first aspect of the present invention, the heat dissipation layer may be formed by physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD).
본 발명의 제1 측면에 있어서, 상기 내열층은 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD) 방법으로 형성될 수 있다.In the first aspect of the present invention, the heat resistant layer may be formed by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), or atomic layer deposition (ALD).
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 측면은, 통기성 다공체와, 상기 통기성 다공체의 표면에 열전도성 재료로 형성된 방열층을 포함하는 방열 다공체를 제공하는 것이다.A second aspect of the present invention for solving the above-described problems is to provide a heat-radiating porous body including a breathable porous body and a heat-radiating layer formed of a thermally conductive material on the surface of the breathable porous body.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 상기 통기성 다공체와 방열층 사이에 내열층이 형성될 수 있다.In the second aspect of the present invention, a heat-resistant layer may be formed between the breathable porous article and the heat-radiating layer.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 상기 방열층 상에 내열층이 형성될 수 있다.In the second aspect of the present invention, a heat resistant layer may be formed on the heat dissipation layer.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 상기 내열층은 통기성 다공체와 방열층 사이와 상기 방열층 상에 모두 형성될 수 있다.In the second aspect of the present invention, the heat-resistant layer may be formed both between the air-permeable porous body and the heat-radiating layer and on the heat-radiating layer.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 상기 통기성 다공체는 개기공(open poer) 다공체일 수 있다.In the second aspect of the present invention, the breathable porous article may be an open porous porous article.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 상기 통기성 다공체는, 폴리우레탄 폼, 부직포, 유기 직물 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.In the second aspect of the present invention, the breathable porous article may be formed of a polyurethane foam, a nonwoven fabric, an organic fabric, or a mixture thereof.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 상기 열전도성 재료는 Al, Cu, Ag, Au 또는 이들의 합금과 탄소계 재료를 포함할 수 있다.In the second aspect of the present invention, the thermally conductive material may include Al, Cu, Ag, Au or an alloy thereof and a carbon-based material.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 상기 내열층은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC, Si3N4 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다.In the second aspect of the present invention, the heat resistant layer may be formed of at least one selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC, and Si 3 N 4 .
또한, 본 발명의 제3 측면은 본 발명의 제2 측면에 따른 방열 다공체를 포함하는 방열 구조를 제공하는 것이다.A third aspect of the present invention is to provide a heat dissipation structure including a heat dissipating porous body according to the second aspect of the present invention.
또한, 본 발명의 제3 측면에 있어서, 상기 방열 구조는 LED용일 수 있다.
In the third aspect of the present invention, the heat dissipation structure may be an LED.
본 발명에 따라 제조된 방열 다공체는 통기성 다공체 상에 열전도성이 우수한 박막이 방열층으로 형성되어 있어, 종래의 방열 구조에 비해 경량화가 가능할 뿐 아니라 비표면적이 넓어 방열 특성이 우수하다.The heat-radiating porous body manufactured according to the present invention has a thin heat-radiating layer formed on the breathable porous body and has excellent heat-radiating properties because it is lightweight as compared with the conventional heat-radiating structure and has a large specific surface area.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 통기성 다공체와 방열층 사이에 내열층을 구비할 수 있고, 이와 같은 구비된 내열층은 폴리머와 같이 열에 취약한 재료를 보호할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, a heat-resistant layer may be provided between the breathable porous article and the heat-radiating layer, and the heat-resistant layer provided with such a function can protect the thermally vulnerable material have.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 3차원 네트워크 형상의 망목구조를 갖는 개기공(open pore) 폴리머 다공체를 사용할 경우, 보다 향상된 경량화는 물론, 분위기와의 접촉면적이 크게 증대되어 방열 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
In addition, according to one embodiment of the present invention, when using an open pore polymer porous body having a network structure of a three-dimensional network shape, the contact area with the atmosphere is greatly increased, Can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 통기성 다공체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 3차원 망목구조를 갖는 개기공 통기성 다공체상에 방열층을 형성한 후의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 3차원 망목구조를 갖는 개기공 통기성 다공체상에 내열층을 형성한 후의 주사전자현미경 사진이다.1 is a schematic view of a breathable porous article according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a scanning electron micrograph after forming a heat dissipation layer on an open-pervious, breathable porous article having a three-dimensional network structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a scanning electron micrograph of a heat-resistant layer formed on an open-pored breathable porous article having a three-dimensional network structure according to an embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Also, when a component is referred to as "comprising ", it is meant to include other components, rather than excluding other components, unless specifically stated otherwise.
본 발명의 일 구현예는 통기성 다공체의 표면에 열전도성 재료로 이루어진 방열층을 형성하는 것이다.One embodiment of the present invention is to form a heat radiation layer made of a thermally conductive material on the surface of the breathable porous article.
상기 통기성 다공체는 도 1에 도시된 바와 같이, 각 기공들이 다른 기공과 연결되어 있지 않고, 다만 외부 분위기 가스의 흐름이 가능한 형태로 폐쇄되지 구멍 형태의 다공체가 사용될 수도 있다. 또한, 분위기(즉, 공기)와의 접촉면적의 확대 및 경량화의 측면에서는 다공체를 구성하는 각각의 기공들이 상호 연결된 구조를 갖는 이른바 개기공(open pore) 다공체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 개기공 다공체의 기공도는 방열 구조에 요구되는 방열 특성이나 강성 등의 다양한 요구에 맞추어 조절될 수 있다.As shown in FIG. 1, the air-permeable porous body may be a porous body in the form of a hole, in which each pore is not connected to other pores but is closed in such a form that the flow of the external atmosphere gas is possible. Also, in terms of enlargement of the contact area with the atmosphere (that is, air) and weight reduction, it is preferable to use a so-called open pore porous body having a structure in which the respective pores constituting the porous body are interconnected. The porosity of the open pore porous body can be adjusted according to various requirements such as heat dissipation characteristics and rigidity required for the heat dissipation structure.
또한, 상기 통기성 다공체는, 금속 재료, 세라믹 재료, 유기성 재료가 사용될 수 있으며, 이중 유기성 재료로 이루어진 통기성 다공체는 경량화나 개기공 구조 제조의 용이성 측면에서 유리한 점이 있고, 금속 재료로 이루어진 통기성 다공체는 그 자체로 열전도도가 우수하여 타 재료에 비해 방열 특성을 보다 향상시킬 수 있고 방열 구조의 강도를 유지하는데 유리한 측면이 있고, 세라믹 재료는 안정성이 우수하고 경도가 높은 점에 유리한 점이 있다.The breathable porous body may be made of a metal material, a ceramic material, or an organic material. The breathable porous body made of a double organic material is advantageous in terms of weight reduction and ease of manufacturing an open pore structure. It is advantageous in that the heat radiation characteristic can be further improved as compared with other materials and the strength of the heat dissipation structure is advantageously maintained, and the ceramic material is advantageous in that it has excellent stability and high hardness.
상기 유기성 재료로 이루어진 통기성 다공체로는, 각종 폴리머로 이루어진 폴리머 폼(foam), 부직포, 직물 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄(PU) 폼 또는 유기직물이 사용될 수 있다.The air permeable porous body made of the organic material may be a polymer foam made of various polymers, a nonwoven fabric, a fabric, or the like. Preferably, a polyurethane (PU) foam or an organic fabric may be used.
또한, 상기 금속 재료로 이루어진 통기성 다공체로는, 예를 들어 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금으로 이루어진 다공체가 사용될 수 있다.As the porous porous body made of the metal material, for example, a porous body made of iron (Fe), nickel (Ni), or an alloy thereof may be used.
또한, 상기 세라믹 재료로 이루어진 통기성 다공체로는, 예를 들어 Si, SiO2, Al2O3 , Zr2O3과 같은 세라믹 재료로 이루어진 다공체가 사용될 수 있다.As the porous porous body made of the ceramic material, for example, a porous body made of a ceramic material such as Si, SiO 2 , Al 2 O 3 , or Zr 2 O 3 can be used.
상기 열전도성 재료는 열전도성이 우수한 Al, Cu, Ag, Au 또는 이들의 합금과 그라파이트(graphite)와 같은 탄소계 재료를 포함할 수 있다.The thermally conductive material may include carbon-based materials such as Al, Cu, Ag, Au or their alloys and graphite, which are excellent in thermal conductivity.
또한, 상기 통기성 다공체 표면에 열전도성 재료로 이루어진 박막의 형성은, 스퍼터링(sputtering)법, 증발(evaporation)법과 같은 물리기상증착(Physical Vapor Deposition)법 또는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposision)법으로 증착하여 형성할 수 있다.The formation of the thin film made of the thermally conductive material on the surface of the air-permeable porous body may be performed by a physical vapor deposition (CVD) method such as a sputtering method or an evaporation method, or a chemical vapor deposition .
상기 스퍼터링법을 사용할 경우에는, 진공 챔버 안에 형성하고자 하는 금속재료의 타겟(target)을 설치하고 진공상태에서 Ar 등의 불활성 가스를 주입하고 플라즈마를 발생시켜서 Ar 이온이 타겟에 충돌하여 방출되는 금속원자가 통기성 다공체 상에 금속 박막이 형성되도록 할 수 있다.In the case of using the above sputtering method, a target of a metal material to be formed in a vacuum chamber is provided, an inert gas such as Ar is injected in a vacuum state, a plasma is generated, and a metal atom So that the metal thin film can be formed on the air-permeable porous body.
또한, 상기 증발법을 사용할 경우에는, 진공 챔버의 증발원 홀더에 방열층을 형성할 금속재료의 분말을 장입하고 저항가열에 의하여 금속 원자를 증발시킴으로써 통기성 다공체 상에 금속 박막이 형성되도록 한다.When the evaporation method is used, powder of a metal material for forming a heat dissipation layer is charged in an evaporation source holder of a vacuum chamber, and metal atoms are evaporated by resistance heating so that a metal thin film is formed on the air-permeable porous body.
또한, 상기 화학기상증착법을 사용할 경우에는, 전구체로 금속을 포함하는 유기금속 착화합물 가스를 사용하며, 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스와 같은 불활성 가스를 전달 가스로 사용하여, 공지의 화학기상증착 조건을 통해, 통기성 다공체 상에 금속 박막이 형성되도록 할 수 있다. 여기서 알루미늄 금속 박막을 형성하기 위해서는 알킬알루미늄 화합물로서 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum: Al(CH3)3) 트리이소부틸알루미늄(triisobutylaluminum: Al(CH2CH(CH3)2)3), 디메틸알루미늄하이드라이드(Dimethyl Aluminium Hydride: (CH3)2AlH)와 디메틸에틸아민알랜(Dimethylethylaminealane: H3Al:N(CH3)2C2H5) 등을 전구체로서 사용할 수 있다.In addition, when the chemical vapor deposition method is used, an organic metal complex gas including a metal is used as a precursor, and an inert gas such as argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas is used as a transfer gas, Through the chemical vapor deposition conditions, a metal thin film can be formed on the air-permeable porous body. In order to form an aluminum metal thin film, trimethyl aluminum (Al (CH 3 ) 3 ) triisobutylaluminum (Al (CH 2 CH (CH 3 ) 2 ) 3 ), dimethyl aluminum hydride (Dimethyl Aluminum Hydride: (CH 3 ) 2 AlH) and dimethylethylamine alane (H 3 Al: N (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) can be used as a precursor.
또한, 본 발명의 다른 구현예는, 통기성 다공체의 표면에 내열재료로 이루어진 내열층을 형성한 후, 상기 내열층 상에 열전도성 재료로 이루어진 방열층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 한편 상기 내열층은 방열층을 형성한 후에 적용할 수도 있다.Further, another embodiment of the present invention is characterized in that a heat-resistant layer made of a heat-resistant material is formed on the surface of the breathable porous article, and then a heat-radiating layer made of a thermally conductive material is formed on the heat-resistant layer. On the other hand, the heat resistant layer may be applied after forming the heat dissipation layer.
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상기 내열재료는 상기 내열재료의 코팅층은 알루미늄 산화물(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘 질화물(Si3N4), 과 같은 산화물, 질화물, 탄화물 또는 이들의 복합 화합물과 같은 세라믹 물질로 이루어질 수 있다.The heat resistant material may be formed by coating a coating layer of the heat resistant material with an oxide such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ) , A nitride, a carbide, or a composite compound thereof.
상기 내열재료로 이루어진 내열층은 물리기상증착(PVD)법, 화학기상증착(CVD)법 또는 원자층증착(ALD)법으로 형성될 수 있다.The heat resistant layer made of the heat resistant material may be formed by a physical vapor deposition (PVD) method, a chemical vapor deposition (CVD) method, or an atomic layer deposition (ALD) method.
상기 내열층은 얇은 두께로 형성할 수 있으면서 박막이 치밀하게 형성되고 단차 피복성(stepcoverage)이 우수한 방법으로 형성하는 것이 바람직한데, 이를 위해에서는 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition)법을 이용하여 내열층을 형성하는 것이 바람직하다.The heat resistant layer may be formed to have a thin thickness while a thin film is densely formed and a stepcoverage is excellent. For this purpose, an atomic layer deposition (ALD) It is preferable to form the heat resistant layer.
상기 원자층 증착법을 사용하여 내열층을 형성할 경우, 내열층을 형성할 원료 전구체를 유입하여 흡착시키는 단계, 퍼지 가스를 이용하여 부산물을 탈착시키고 잔류 가스를 제거하는 단계, 반응 가스를 공급하여 원료 전구체와 반응시키는 단계, 퍼지 가스를 이용하여 부산물을 탈착시키고 잔류 가스를 제거하는 단계를 포함하는 사이클을 반복하여 원하는 두께의 코팅층을 형성할 수도 있다.A step of introducing and adsorbing a precursor of a raw material for forming a heat resistant layer when the heat resistant layer is formed using the atomic layer deposition method, a step of desorbing by-products and removing residual gas by using a purge gas, Reacting the precursor with a precursor, desorbing the by-product using a purge gas, and removing the residual gas, to form a coating layer having a desired thickness.
상기 내열층은 10nm ~ 100nm 범위로 형성하는 것이 바람직한데, 이는 10nm 미만일 경우 내열층의 피복 두께가 감소하여 내열 효과가 감소하고, 100nm 초과일 경우에는 내열 효과는 증가하지만 열전도율이 감소하는 효과가 증가하기 때문이다.
The heat resistant layer is preferably formed in the range of 10 nm to 100 nm. If the thickness is less than 10 nm, the coating thickness of the heat resistant layer is decreased and the heat resistance effect is decreased. When the thickness is more than 100 nm, the heat resistance effect is increased, .
[실시예 1][Example 1]
본 발명의 실시예 1에 따른 방열 다공체는 다음과 같은 공정을 통해 제조하였다.The heat-radiating porous body according to Example 1 of the present invention was produced through the following process.
구체적으로, 통기성 다공체로는 도 2에 도시된 바와 같이, 3차원 개기공 망목구조를 갖는 폴리우레탄 폼을 사용하였다. 그리고, 이 폴리우레탄 폼의 표면에는 두께 약 5㎛ 정도의 알루미늄(Al) 박막으로 이루어진 방열층을 형성하였다.Specifically, as shown in Fig. 2, a polyurethane foam having a three-dimensional open pore network structure was used as the breathable porous body. A heat dissipation layer made of an aluminum (Al) thin film having a thickness of about 5 탆 was formed on the surface of the polyurethane foam.
상기 알루미늄 박막은, 상온에서 압력이 10-3 토르(torr) 이하의 진공 분위기에서 600W의 Ar 플라즈마 방전을 이용하여 Al 타겟에서 Al 이온을 방출시켜 상기 폼에 박막을 형성하였다.The aluminum thin film was formed with a thin film on the foam by discharging Al ions from an Al target by using an Ar plasma discharge of 600 W in a vacuum atmosphere at a pressure of 10 -3 torr or less at room temperature.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 폴리머로 이루어진 통기성 다공체의 표면에 금속층을 형성한 방열 다공체의 주사전자현미경 사진이다.FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of a heat-radiating porous article having a metal layer formed on the surface of a breathable porous article made of a polymer according to Example 1 of the present invention.
본 발명의 실시예 1에 따른 방열 다공체에 대하여 Hot Disk Sensor를 이용하여 열전도도를 측정한 결과, 폴리머 폼이 0.08 ~ 0.31 W/mK인데 비교하여 금속층을 형성한 경우에 0.5 ~ 2.6 W/mK로 열 전도도가 증가하는 것을 확인하였다.
The thermal conductivity of the heat-radiating porous body according to Example 1 of the present invention was measured using a hot disk sensor. As a result, the polymer foam was 0.08-0.31 W / mK, which was 0.5-2.6 W / mK It was confirmed that the thermal conductivity increased.
[실시예 2][Example 2]
본 발명의 실시예 2에 따른 방열 다공체는 다음과 같은 공정을 통해 제조하였다. The heat dissipating porous body according to Example 2 of the present invention was produced through the following process.
통기성 다공체로는 실시예 1과 동일하게, 3차원 개기공 망목구조를 갖는 폴리우레탄 폼을 사용하였다. 그리고 이 폴리우레탄 폼의 표면에 ALD법을 이용하여 Al2O3 박막을 약 50nm의 두께로 형성하였다. ALD 공정을 적용함에 있어서, Al 화합물 전구체로서는 알루미늄 하이드라이드(aluminum hydride: AlH3), 트리메틸 알루미늄(trimethylaluminum: (CH3)3Al), 디메틸 알루미늄 하이드라이드(dimethyl aluminum hydride: (CH3)2AlH), 디메틸에틸아민 알란(dimethylethylamine alane: [(CH3)2C2H5N]AlH3) 등을 이용하는 것을 포함한다.As in the case of Example 1, a polyurethane foam having a three-dimensional open pore network structure was used as the breathable porous body. Then, an Al 2 O 3 thin film was formed on the surface of the polyurethane foam to a thickness of about 50 nm by the ALD method. In the ALD process, aluminum precursors such as aluminum hydride (AlH 3 ), trimethylaluminum (CH 3 ) 3 Al, dimethyl aluminum hydride (CH 3 ) 2 AlH ), Dimethylethylamine alane ([(CH 3 ) 2 C 2 H 5 N] AlH 3 ), and the like.
원자층 증착 단계는 시간대별로 4개 구간으로 구분하여 진행한다. 먼저, Ar을 희석가스로 하여 Al-전구체를 흡착시키는 단계(제1단계)와 Ar 가스로 부산물과잔류가스를 제거하는 단계(제2단계), 이어서 산소 플라즈마를 발생시켜서 산화반응을 일으키는 단계(제3단계)와 Ar 가스로 부산물과 잔류가스를 제거하는 단계(제4단계)를 포함하여 Al2O3 박막을 형성한다.The atomic layer deposition step is divided into four sections according to time. First, a step of adsorbing an Al-precursor using Ar as a diluent gas (first step), a step of removing by-products and residual gas by an Ar gas (second step), a step of generating an oxygen plasma (Step 3) and removing the by-product and the residual gas by Ar gas (Step 4) to form an Al 2 O 3 thin film.
예를 들어, 상기 제1단계는 0.3 ~ 5초, 제2단계는 10 ~ 20초, 제3단계는 3 ~ 5초, 제4단계는 10 ~ 20초 동안 진행하며, 반응온도는 100 ~ 300℃에서 상기 4개의 단계를 1개의 사이클로 하여 성막 두께와 성막 속도(약 0.1nm/sec)에 따라 100 ~ 500 사이클을 반복하여 50nm의 두께까지 버퍼층을 형성하는 방법을 포함한다. 바람직하게는 300에서 제1단계는 2초, 제2단계는 15초, 제3단계는 4초, 제4단계는 15초로 구성된 원자층 증착 사이클을 500회 적용하여 약 50nm의 Al2O3 물질로 된 내열층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한 제1단계에서는 Al 화합물 전구체와 함께 수소(H2) 기체를 동시에 적용하는 방법도 포함한다.For example, the first step is performed for 0.3 to 5 seconds, the second step is performed for 10 to 20 seconds, the third step is performed for 3 to 5 seconds, the fourth step is performed for 10 to 20 seconds, The above four steps are performed in one cycle, and the buffer layer is formed to a thickness of 50 nm by repeating 100 to 500 cycles according to the film forming thickness and the film forming speed (about 0.1 nm / sec). Preferably, the atomic layer deposition cycle consisting of 300 seconds, the first step is 2 seconds, the second step is 15 seconds, the third step is 4 seconds, and the fourth step is 15 seconds to form an Al 2 O 3 material Resistant layer is formed. The first step also includes a method of simultaneously applying hydrogen (H 2 ) gas together with an Al compound precursor.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 폴리머로 이루어진 통기성 다공체의 표면에 내열층을 형성한 방열 다공체의 주사전자현미경 사진이다.3 is a scanning electron microscope (SEM) image of a heat-radiating porous article having a heat-resistant layer formed on the surface of a breathable porous article made of a polymer according to Example 2 of the present invention.
또한, 상기 내열층 상에 추가로 실시예 1과 동일한 공정조건으로 알루미늄 박막을 형성하였다.Further, an aluminum thin film was formed on the heat resistant layer under the same process conditions as in Example 1. [
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Claims (21)
내열재료로 이루어진 내열층을 형성하고,
상기 내열층 상에 열전도성 재료로 이루어진 방열층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 다공체의 제조방법.On the surface of an open pore porous body made of a polymer,
A heat resistant layer made of a heat resistant material is formed,
And a heat radiation layer made of a thermally conductive material is formed on the heat resistant layer.
상기 폴리머는 폴리우레탄 폼, 부직포, 유기 직물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방열 다공체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the polymer is a polyurethane foam, a nonwoven fabric, an organic fabric or a mixture thereof.
상기 열전도성 재료는 Al, Cu, Ag, Au 또는 이들의 합금과, 탄소계 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 다공체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the thermally conductive material comprises Al, Cu, Ag, Au or an alloy thereof, and a carbon-based material.
상기 내열재료는 산화물, 질화물, 탄화물 또는 이들의 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 다공체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat-resistant material is an oxide, a nitride, a carbide, or a compound thereof.
상기 내열층은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC, Si3N4 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 다공체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat resistant layer is made of at least one selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC, and Si 3 N 4 .
상기 방열층은, 물리기상증착(PVD) 또는 화학기상증착(CVD) 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 다공체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat dissipation layer is formed by a physical vapor deposition (PVD) method or a chemical vapor deposition (CVD) method.
상기 내열층은, 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD) 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 다공체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat resistant layer is formed by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), or atomic layer deposition (ALD).
상기 다공체의 표면에 내열재료로 이루어지는 내열층과,
상기 내열층 상에 열전도성 재료로 이루어지는 방열층을 포함하는 방열 다공체.An open pore porous body made of a polymer,
A heat resistant layer made of a heat resistant material on the surface of the porous article,
And a heat radiation layer made of a thermally conductive material on the heat-resistant layer.
상기 다공체는, 폴리우레탄 폼, 부직포, 유기 직물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 다공체.15. The method of claim 14,
Wherein the porous article is made of a polyurethane foam, a nonwoven fabric, an organic fabric, or a mixture thereof.
상기 열전도성 재료는 Al, Cu, Ag, Au 또는 이들의 합금과 탄소계 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 다공체.18. The method according to claim 14 or 17,
Wherein the thermally conductive material comprises Al, Cu, Ag, Au or an alloy thereof and a carbon-based material.
상기 내열층은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC, Si3N4 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 다공체.18. The method according to claim 14 or 17,
Wherein the heat resistant layer is made of at least one selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC, and Si 3 N 4 .
상기 방열 구조는 LED용인 것을 특징으로 하는 방열 구조.
21. The method of claim 20,
Wherein the heat dissipation structure is for an LED.
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