KR101783911B1 - 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법 - Google Patents

세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101783911B1
KR101783911B1 KR1020160109915A KR20160109915A KR101783911B1 KR 101783911 B1 KR101783911 B1 KR 101783911B1 KR 1020160109915 A KR1020160109915 A KR 1020160109915A KR 20160109915 A KR20160109915 A KR 20160109915A KR 101783911 B1 KR101783911 B1 KR 101783911B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ceramic fibers
lower plate
preform
intermediate frame
ceramic
Prior art date
Application number
KR1020160109915A
Other languages
English (en)
Inventor
전종포
Original Assignee
주식회사 티앤머티리얼스
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 주식회사 티앤머티리얼스 filed Critical 주식회사 티앤머티리얼스
Priority to KR1020160109915A priority Critical patent/KR101783911B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101783911B1 publication Critical patent/KR101783911B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • 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
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/08—Impregnating
    • 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
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • 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
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • 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
    • B32B2311/00—Metals, their alloys or their compounds
    • B32B2311/24—Aluminium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법은, 세라믹 섬유를 미리 결정된 수량만큼 적층하는 단계; 상기 세라믹 섬유를 미리 설정된 압력으로 가압하는 단계; 및 압축된 세라믹 섬유에 용융 알루미늄을 함침하는 단계;를 포함한다.

Description

세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION(CTE) TAILORED COMPOSITES USING CERAMIC FIBER}
본 발명은 세라믹 섬유를 적층 및 가압한 후 압축된 세라믹 섬유에 알루미늄을 함침한 복합체 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세라믹 섬유의 적층 수량을 조절함으로써 복합체의 열팽창계수를 조절 가능한, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor), 파워 컨트롤 칩(power control chip), 조명용 고출력 LED 등과 같은 다양한 전자부품에서, 반도체 소자의 고집적화 및 소형화에 기인한 발열 문제를 효율적으로 개선하기 위한 방열 문제가 매우 중요한 과제로 되어 왔다.
일반적으로 방열 기판을 전자 부품에 부착함으로써, 전자 부품에서 발생하는 열을 외부로 방출시킨다. 그런데, 이러한 방열 기판의 제작에 있어서, 뛰어난 방열 성능과 더불어 중요한 고려 사항은 방열 기판의 열 팽창율을 방열 기판이 적용될 전자 부품의 열 팽창율과 동등하게 제작하는 것이다. 방열 기판의 열 팽창율, 즉 열팽창계수가 전자 부품의 열팽창계수와 상이할 경우, 방열 기판과 전자 부품 사이에 이격이 생겨 효과적인 방열 성능을 발휘하기 어렵고, 심지어 전자 부품에 크랙이 발생하는 문제로 이어질 수 있다. 이에 따라, 전자 부품의 열팽창계수와 실질적으로 동등한 열팽창계수를 갖도록 방열 기판을 제작할 필요가 있다.
그러나, 전자 부품에 사용되는 기판의 종류가 매우 다양하고, 각 기판의 열팽창계수가 상이하므로, 방열기판(즉, 전자제품에 실장된 기판에 접하는 베이스 플레이트)의 열팽창계수를 전자 제품에 실장된 기판의 열팽창계수와 동일하게 맞춤 제작하여 방열기판 수요처에 공급하는 일은 기술적 경제적으로 상당한 수고를 요하는 작업이다. 또한, 반도체 혹은 전자 부품에 한정하지 않고, TOXIC GAS 밀봉 등 다양한 산업분야에서 요구하는 부품의 열적 특성에 맞도록 열팽창계수를 다양하게 조절하여 제작하는 기술은 현재까지 존재하지 않는다.
본 발명은 세라믹 섬유를 이용하여 고객의 요구에 부합하는 열팽창계수를 갖는 복합체 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법은, 세라믹 섬유를 미리 결정된 수량만큼 적층하는 단계; 상기 세라믹 섬유를 미리 설정된 압력으로 가압하는 단계; 및 압축된 세라믹 섬유에 용융 알루미늄을 함침하는 단계;를 포함한다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법은, 세라믹 섬유를 미리 결정된 수량만큼 적층한 후, 상기 세라믹 섬유를 미리 설정된 압력으로 가압하여 세라믹 재질로 형성된 예비 성형체를 제작하는 제1 단계; 하부 플레이트, 상기 하부 플레이트에 적층되는 적어도 하나 이상의 중간 프레임, 및 상기 중간 프레임에 적층되는 상부 플레이트를 제작하는 제2 단계; 상기 하부 플레이트 상에 적어도 하나 이상의 상기 중간 프레임을 적층하고, 상기 하부 플레이트의 일면과 상기 중간 프레임의 내측으로 둘러싸여 형성된 수용 공간에 상기 예비 성형체를 수용한 후, 상기 중간 프레임 상에 상기 상부 플레이트를 적층하여, 상기 예비 성형체를 상기 수용 공간에 수용하는 제3 단계; 상기 하부 플레이트, 중간 프레임 및 상부 플레이트가 체결되어 구성되는 프레임 세트에 형성된 적어도 하나 이상의 주입로를 통해, 상기 프레임 세트의 외부로부터 상기 수용 공간으로 용융 알루미늄을 주입하여 상기 예비 성형체에 알루미늄을 함침하는 제4 단계; 및 상기 프레임 세트로부터 상기 상부 플레이트, 중간 프레임 및 하부 플레이트를 탈거하는 제5 단계;를 포함한다.
또한, 상기 세라믹 섬유는 알루미나(Al2O3) 재질로 형성된 알루미나 섬유일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄을 함침하기 이전에 상기 알루미늄을 600℃ 이상 850℃ 이하로 용융하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 단계 및 제4 단계 사이에, 상기 프레임 세트를 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프레임 세트를 550℃ 이상 800℃ 이하로 예열할 수 있다.
또한, 상기 제3 단계 및 제4 단계 사이에, 상기 프레임 세트를 상기 하부 플레이트, 중간 프레임 및 상부 플레이트의 적층 방향으로 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프레임 세트를 0.1톤/㎠ 이상의 압력으로 가압할 수 있다.
또한, 상기 제2 단계는, 상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트는 평판 형상으로 제작하고, 상기 중간 프레임은 상기 하부 플레이트 또는 상기 상부 플레이트의 일면 가장자리를 따르는 틀 형상으로 제작할 수 있다.
또한, 상기 중간 프레임 및 상기 상부 플레이트는 상기 하부 플레이트로부터 수직으로 돌출된 적어도 하나 이상의 가이드 봉에 대응하는 위치에 가이드 홀이 형성되고, 상기 중간 프레임 및 상기 상부 플레이트는 각각의 가이드 홀이 상기 하부 플레이트의 가이드 봉에 관통되도록 상기 하부 플레이트 상에 순차적으로 적층될 수 있다.
또한, 상기 제3 단계에서, 상기 하부 플레이트 상에 상기 중간 프레임을 적층할 때, 중간 프레임의 수량은 상기 예비 성형체의 두께에 기초하여 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법에 의하면, 동일한 스펙을 가진 세라믹 섬유의 적층 수량을 적절히 설정함으로써, 세라믹 섬유 내의 세라믹 함량 또는 세라믹 재질로 형성된 예비 성형체에 함유된 세라믹의 함량을 조절할 수 있고, 압축된 세라믹 섬유 또는 예비 성형체에 함침되는 알루미늄의 함량을 조절할 수 있는바, 복합체 제조 과정에서 예비 성형체의 세라믹 함량과 알루미늄의 함량의 비를 조절함으로써, 복합체의 열팽창계수를 전자 부품에 요구되는 특정 열팽창계수로 맞춤 제작하는 것이 가능한 효과가 있다.
이에 더하여, 세라믹 섬유는 재단이 용이한바, 복합체의 구조를 다양한 평면 형상으로 용이하게 변형하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 세라믹 섬유를 이용하여 예비 성형체를 제작하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 복수의 프레임이 적층되는 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 프레임 세트의 수용 공간에 예비 성형체가 수용된 구조를 나타낸 측면도이다.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 뒤에 설명이 되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 뒤에 설명되는 용어들은 본 발명에서의 구조, 역할 및 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 오로지 특허청구범위에 기재된 청구항의 범주에 의하여 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 이하에서는 첨부한 도면을 참조하며, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
[제1 실시예 ]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법은 먼저, 세라믹 섬유를 미리 결정된 수량만큼 적층하는 단계(S100)를 포함한다. 세라믹 섬유는 고순도의 세라믹계 물질에 유기 바인더, 무기 바인더를 첨가하여 제지 형태로 만든 제품으로서, 소정의 두께를 갖는 다공성의 플렉서블(flexible)한 시트이다. 유연성과 가공성이 좋고, 재단(裁斷)이 용이한 특징이 있다. 세라믹 섬유로는 알루미나(Al2O3) 섬유 혹은 기타 세라믹 재질로 형성된 세라믹 섬유를 사용할 수 있다. 복합체 제조 시, 물리적 또는 화학적 특성이 동일한 세라믹 섬유를 이용하는 것이 바람직하며, 세라믹 섬유는 밀도(kg/m2), Al2O3, SiO2 등의 화학 성분 및 두께 등이 정해져 있고, 복합체는 세라믹 섬유로 구성되므로, 복합체의 스펙은 세라믹 섬유의 적층 수량에 기초하여 일정 부분 결정된다. 즉, 세라믹 섬유의 적층 수량을 조절함으로써 최종적으로 제조되는 복합체의 세라믹 함량에 맞출 수 있다.
이후, 적층된 세라믹 섬유를 미리 설정된 압력으로 가압한다(S200). 압축 가공은 통상의 가압 장치에 의해 수행되며, 가압 하중 및 가압 시간 등의 가공 조건은 세라믹 섬유의 적층 수량에 따라 가변적으로 이루어진다.
이후, 압축된 세라믹 섬유에 용융 알루미늄을 함침한다(S300). 전술한 바와 같이 세라믹 섬유는 다공질 시트로서, 압축된 세라믹 섬유에 고온의 용융 알루미늄이 공급되면 세라믹 섬유의 공극으로 용융 알루미늄이 함침된다. 전술한 바와 같이, 동일한 물리적 화학적 특성을 지닌 세라믹 섬유의 적층 수량을 설정함으로써 복합체에 함유된 세라믹의 함량을 조절할 수 있고, 이에 더하여, 세라믹 섬유의 공극에 함침되는 알루미늄의 양을 조절함으로써, 복합체에 함유된 알루미늄의 함량을 조절할 수 있다. 이때, 알루미늄을 함침하기 이전에 알루미늄을 융점 이상의 온도, 예컨대, 600℃ 이상 850℃ 이하로 용융하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 복합체의 열팽창 계수는 복합체에 함유되는 세라믹의 함유량에 의해 결정될 수 있다. 아래 표 1은 세라믹과 금속의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion; CTE)를 나타낸 것이다.
물질 CTE(10-6/K)
Zirconia(ZrO2) 10.5
Aluminium nitride 5.3
Alumina(Al2O3) 7.1
Silicon carbide 2.77
Copper 17
Silver 18
Steel 13
Tin 23.4
표 1과 같이, 세라믹은 여타의 금속에 비하여 열팽창계수가 낮으므로, 세라믹 섬유의 적층 수량을 증가시킬수록 복합체의 열팽창계수를 낮출 수 있다. 즉, 복수의 세라믹 섬유를 적층, 압축 가공하여 복합체를 제조하는 본원의 복합체 제조 방법에 따르면, 동일한 세라믹 함량을 가진 세라믹 섬유의 적층 수량을 조절하는 것에 의해 복합체에 함유된 세라믹의 함량을 조절할 수 있는바, 복합체의 열팽창계수를 요구 스펙에 맞게 조절 가능하다는 이점이 있다.
예컨대, 아래 표 2는 알루미나 섬유를 적층 및 가압한 후 용융 알루미늄을 함침하여 복합체를 제조한 실험 결과를 나타낸 것이다. 실험에서는 세라믹 섬유로서 알루미나를 사용하였고, 알루미나 섬유의 적층 수량을 10장씩 증가시키면서 복합체의 열팽창계수의 변화를 기록한 것이다.
알루미나 열팽창계수 열전도도 밀도
0 18.52 148.54 2.687
20 15.44 106.53 2.759
30 14.17 99.84 2.797
40 13.23 89.23 2.847
50 12.14 75.50 2.909
60 11.76 71.87 2.932
70 10.86 61.33 2.968
80 10.34 53.66 3.006
90 9.89 49.30 3.022
100 9.66 47.47 3.049
표 2에 나타난 바와 같이, 알루미나 섬유의 장수를 늘려갈수록 복합체의 열팽창계수(CTE)는 거의 선형적으로 감소하는 경향을 보인다는 점을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과는 세라믹 섬유의 적층 수량을 조절함으로써, 복합체의 열팽창계수를 맞춤형으로 제작할 수 있음을 의미한다.
[제2 실시예]
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법은, 제1 단계(S100)로서, 세라믹 재질로 형성된 예비 성형체(200)를 제작한다. 세라믹 예비 성형체(200)는 다공질의 구조체로서, 본원의 후술하는 용융 알루미늄을 주입하는 공정을 거쳐 공극에 알루미늄이 함침된 복합체(100)로 최종 제작되며, 베이스 플레이트(BASE PLATE) 등으로 사용된다.
이때, 본원발명의 일 실시예에 따른 복합체 제조 방법에서 예비 성형체(200)는 세라믹 섬유를 이용하여 제작된다. 세라믹 섬유는 고순도의 세라믹계 물질에 유기 바인더, 무기 바인더를 첨가하여 제지 형태로 만든 제품으로서, 소정의 두께를 갖는 다공성의 플렉서블(flexible)한 시트이다. 유연성과 가공성이 좋고, 재단(裁斷)이 용이한 특징이 있다. 예비 성형체(200)는 알루미나(Al2O3) 혹은 기타 세라믹 재질로 형성된 세라믹 섬유를 사용하여 제작할 수 있다.
도 3은 세라믹 섬유를 이용하여 예비 성형체(200)를 제작하는 과정을 나타낸 개념도이다. 도면을 참조하면, 본원의 예비 성형체(200)는, (i) 세라믹 섬유를 미리 결정된 수량만큼 적층하는 단계, (ii) 적층된 세라믹 섬유를 적층 방향으로 미리 설정된 압력으로 가압하는 단계를 통해 제작된다.
보다 구체적으로, 먼저, 동일한 스펙을 갖는 세라믹 섬유를 미리 결정된 수량만큼 준비한다. 이때, 세라믹 섬유는 밀도(kg/m2), Al2O3, SiO2 등의 화학 성분, 및 두께 등이 정해져 있으므로, 예비 성형체(200)의 목표 세라믹 함량이 결정되면, 세라믹 섬유의 수량은 예비 성형체(200)의 세라믹 함량에 기초하여 결정될 수 있다. 이후, 적층된 세라믹 섬유를 가압하여 예비 성형체(200)의 두께로 압축 가공한다. 압축 가공은 통상의 가압 장치에 의해 수행되며, 가압 하중 및 가압 시간 등의 가공 조건은 세라믹 섬유의 적층 수량에 따라 가변적으로 이루어진다.
복수의 세라믹 섬유를 적층 및 압축 가공하여 예비 성형체(200)를 제작하는 본원발명의 복합체 제조 방법에 따르면, 동일한 세라믹 함량을 가진 세라믹 섬유의 수량을 조절하는 것에 의해 예비 성형체(200) 자체의 세라믹 함량 조절이 용이하다는 장점이 있다. 앞서 설명한 [표 1]과 같이, 세라믹은 여타의 금속에 비하여 열팽창계수가 낮으므로, 예비 성형체(200)의 적층 수량을 증가시킬수록 예비 성형체(200)의 열팽창계수를 낮출 수 있다.
추가로, 세라믹 섬유는 재단이 용이하므로 다양한 평면 형상으로 준비할 수 있고, 이에 따라, 예비 성형체(200)의 구조를 용이하게 변형하는 것이 가능하다.
다음, 제2 단계(S200)로서, 하부 플레이트(310), 상기 하부 플레이트(310)에 적층되는 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330), 및 상기 중간 프레임(330)에 적층되는 상부 플레이트(350)를 제작한다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 복수의 프레임이 적층되는 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4a 및 도 4b에는 본 발명의 하부 플레이트(310), 상부 플레이트(350) 및 중간 프레임(330)이 적층되는 메커니즘이 나타나 있다. 본 발명에서는 하부 플레이트(310), 상부 플레이트(350) 및 중간 프레임(330)이 결합되어 이루는 구조체를 프레임 세트로 정의한다. 이때, 복수의 프레임으로는 철제 프레임을 채용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 이들 프레임 및 플레이트는 예비 성형체(200)가 수납되는 틀 형태로 구비된다.
각각의 프레임에 대하여 구체적으로 설명하면, 먼저, 하부 플레이트(310)와 상부 플레이트(350)는 프레임 세트의 최하부와 최상부가 되는 구성으로서, 폭과 너비가 두께보다 큰 평판 형상으로 제작될 수 있다. 평면 형상은 다각형, 예컨대 사각 형상으로 될 수 있으며, 특히, 하부 플레이트(310)는 예비 성형체(200)를 하단에서 지지하는 구성이고, 상부 플레이트(350)는 예비 성형체(200)의 상단을 커버하는 구성이므로, 이들 플레이트들의 폭과 너비의 사이즈는 예비 성형체(200)보다 큰 것이 바람직하다. 추가로, 하부 플레이트(310)와 상부 플레이트(350) 각각은 하나의 단일 플레이트로 구성될 수도 있지만, 소정의 두께를 형성하도록 2 이상의 플레이트가 결합하여 구성될 수도 있다.
한편, 중간 프레임(330)은 하부 플레이트(310)에 적층되어 하부 플레이트(310)와 상부 플레이트(350) 사이에 개재되는 구성으로서, 본 발명의 프레임 세트는 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 포함한다. 중간 프레임(330)은 하부 플레이트(310) 또는 상부 플레이트(350)의 일면 가장자리를 따르는 틀 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 중간 프레임(330) 역시 폭과 너비가 두께보다 큰 플레이트 형상으로 제작하되, 전술한 하부 플레이트(310)나 상부 플레이트(350)와 달리, 각각의 중간 프레임(330)의 내부에는 특정한 형상의 공간(패턴)이 형성될 수도 있다. 뒤에 자세히 설명하는 바와 같이, 복수의 중간 프레임(330)은 본 발명의 제조 공정 진행 중에 예비 성형체(200)를 둘러싸는 구성으로서, 하부 플레이트(310)는 그 일면에서 예비 성형체(200)의 하부를 지지하고, 중간 프레임(330)은 하부 플레이트(310)에 순차적으로 적층되는 과정에서 중간 프레임(330)의 내부에 형성된 공간을 통해 예비 성형체(200)의 외주면(옆면)을 둘러싼다. 그리고, 예비 성형체(200)의 옆면이 중간 프레임(330)에 모두 포위되면, 최종적으로 상부 플레이트(350)가 예비 성형체(200)의 상부를 덮는다. 이렇게 하여, 예비 성형체(200)는 하부 플레이트(310), 복수의 중간 프레임(330) 및 상부 플레이트(350)에 의해 그 전면이 포위되는데, 특히, 복수의 중간 프레임(330)이 적층되면서, 중간 프레임(330) 각각에 형성된 공간이 프레임 세트 내에 3차원의 공간을 이루게 되고, 이 공간은 중간 프레임(330)의 제작시에 예비 성형체(200)의 형상에 대응하도록 설계된 것이다. 이러한 3차원 형상의 공간을 수용 공간(400)으로 정의한다.
다음, 제3 단계(S300)로서, 하부 플레이트(310) 상에 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 적층하고, 하부 플레이트(310)의 일면과 중간 프레임(330)의 내측으로 둘러싸여 형성된 수용 공간(400)에 예비 성형체(200)를 수용한 후, 중간 프레임(330) 상에 상부 플레이트(350)를 적층하여, 예비 성형체(200)를 수용 공간(400)에 수용한다.
도 5는 본 발명에 따른 프레임 세트의 수용 공간(400)에 예비 성형체(200)가 수용된 구조를 나타낸 측면도이다. 도 4a, 도 4b 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면, 먼저, (i) 하부 플레이트(310) 상에 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 적층한다. 하부 플레이트(310)는 도시된 바와 같이 상면이 평평한 다각형의 플레이트로 이루어질 수 있고, 예비 성형체(200)를 하방에서 지지한다. 중간 프레임(330)이 적층됨에 따라, 중간 프레임(330)과 하부 플레이트(310)의 일면 사이에는 예비 성형체(200)가 수용될 수용 공간(400)이 형성되어 간다. 다만, 예비 성형체(200)의 형상에 따라, 하부 플레이트(310) 상에 중간 프레임(330)을 먼저 배치하기 전에, 하부 플레이트(310) 상에 예비 성형체(200)를 먼저 배치한 후, 하부 플레이트(310)에 중간 프레임(330)을 배치하는 것이 예비 성형체(200)의 지지 안정도 측면에서 바람직한 경우도 있으므로, 하부 플레이트(310)에 예비 성형체(200)를 배치한 후 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 적층하는 것도 가능하다. 이때, 중간 프레임(330)의 수량은 예비 성형체(200)의 두께에 기초하여 결정될 수 있다. 이후, 수용 공간(400)에 예비 성형체(200)를 수용한 후, 중간 프레임(330)의 내측에 의하여 예비 성형체(200)의 외주면(옆면)이 모두 포위되면, (iii) 중간 프레임(330) 상에 상부 플레이트(350)를 적층하여 예비 성형체(200)의 상부를 덮는다. 이렇게 하여, 예비 성형체(200)는 하부 플레이트(310), 복수의 중간 프레임(330) 및 상부 플레이트(350)에 의해 그 전면이 포위된다.
이때, 하부 플레이트(310)에는 도시된 바와 같이, 예컨대 플레이트 외측의 모서리를 따라 적어도 하나 이상의 가이드 봉(510)이 하부 플레이트(310)에 수직하게 설치될 수 있다. 그리고, 중간 프레임(330) 및 상부 플레이트(350)에는 하부 플레이트(310)의 가이드 봉(510)에 대응하는 위치에 가이드 홀(530)이 형성될 수 있다. 가이드 봉(510)과 가이드 홀(530)은 미리 제작된 복수의 중간 프레임(330)과 상부 플레이트(350)가 그 적층 과정에서 초기 설계 구조대로 정확하게 얼라인될 수 있도록 각각의 프레임 또는 플레이트를 가이드하기 위한 구성이다. 중간 프레임(330)과 상부 플레이트(350)는 직하방의 프레임 상에 적층되는 과정에서, 가이드 홀(530)이 가이드 봉(510)에 관통되면서 적층된다.
한편, 본 발명에 따른 프레임 세트에는 적어도 하나 이상의 주입로(370)를 구비한다. 주입로(370)는 프레임 세트의 외부와 프레임 세트의 내부에 형성된 수용 공간(400)을 연통시키는 통로이고, 주입로(370)를 통해 후술하는 용융 알루미늄이 수용 공간(400)에 공급된다. 도 4a에 도시된 바와 같이 주입로(370)는 중간 프레임(330)의 패턴으로부터 연장될 수 있다.
다음, 제4 단계(S400)로서, 하부 플레이트(310), 중간 프레임(330) 및 상부 플레이트(350)가 체결되어 구성되는 프레임 세트에 형성된 적어도 하나 이상의 주입로(370)를 통해, 프레임 세트의 외부로부터 수용 공간(400)으로 용융 알루미늄을 주입하여 예비 성형체에 알루미늄을 함침한다. 이때, 알루미늄을 융점 이상의 온도, 예컨대, 600℃ 이상 850℃ 이하로 용융하는 것이 좋다. 프레임 세트 내의 수용 공간(400)에 고온의 용융 알루미늄이 공급되면, 수용 공간(400)에 수용된 예비 성형체(200)의 공극 내부로 용융 알루미늄이 함침되어, 복합체(100)가 생성된다. 전술한 바와 같이, 동일한 스펙을 가진 세라믹 섬유의 적층 수량을 설정함으로써 예비 성형체(200)에 함유된 세라믹의 함량을 조절할 수 있고, 이에 더하여, 예비 성형체(200)의 공극에 주입하는 알루미늄의 양을 조절함으로써, 예비 성형체(200)에 함침되는 알루미늄의 함량을 조절할 수 있다. 이와 같이, 예비 성형체(200)의 세라믹 함량과 알루미늄의 함량의 비를 조절하여, 최종적으로 복합체(100)의 열팽창계수를 전자 부품에 요구되는 특정 열팽창계수로 맞추는 것이 가능하다.
한편, 제3 단계(S300)와 제4 단계(S400) 사이에, 프레임 세트를 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 프레임 세트의 예열은 후술하는 용융 알루미늄이 프레임 세트 내의 수납 공간에 용이하게 유입되도록 하기 위함이다. 즉, 제4 단계(S400)에서 주입로(370)를 통해 용융 알루미늄을 수납 공간에 공급 시에, 프레임 세트와 용융 알루미늄의 온도 차이가 크면 용융 알루미늄이 주입로(370)에서 고화되어 버려, 주입이 용이하게 이루어지지 않는다. 이에 따라, 예비 성형체(200)가 프레임 세트 내의 수납 공간에 수납된 후, 용융 알루미늄을 수납 공간에 주입하기 이전에, 예열기로 프레임 세트를 예열함으로써, 용융 알루미늄의 주입을 용이하게 한다. 이때, 예열 온도는 550℃ 이상 800℃ 이하로 하는 것이 좋다.
한편, 제3 단계(S300) 및 제4 단계(S400) 사이에, 프레임 세트를 하부 플레이트(310), 중간 프레임(330) 및 상부 플레이트(350)의 적층 방향으로 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다. 도 5에서는 복수의 프레임이 지면으로부터 상방을 향해 적층되고 있는바, 프레임 세트를 상하 방향으로 가압하며, 0.5톤/㎠의 중량으로 프레임 세트를 가압하는 것이 좋다.
다음, 제5 단계(S500)로서, 프레임 세트로부터 상부 플레이트(350), 중간 프레임(330) 및 하부 플레이트(310)를 탈거한다. 외부로부터 프레임 세트에 물리력을 가하여, 프레임 세트를 복수의 중간 프레임(330) 및 플레이트로 분리함으로써, 프레임 세트 내에 수용된 복합체(100)를 얻는다. 예컨대, 상부 프레임을 프레임 세트로부터 탈거하고, 이후 중간 프레임(330)을 순차적으로 탈거할 수 있으며, 망치 등의 타격 도구와 쐐기를 이용하여 프레임과 프레임 사이에 형성된 틈을 벌려 프레임을 탈거하는 방법을 채용할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100: 복합체 200: 예비 성형체
110: 세라믹 섬유 310: 하부 플레이트
330: 중간 프레임 350: 상부 플레이트
370: 주입로 400: 수용 공간
510: 가이드 봉 530: 가이드 홀

Claims (11)

  1. 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법으로서,
    물리적 또는 화학적 성질이 동일한 미리 제작된 제지 형태의 세라믹 섬유 복수 장을 미리 결정된 수량만큼 동일한 방향으로 적층하는 단계;
    상기 세라믹 섬유를 적층 방향으로 가압하는 단계; 및
    압축된 세라믹 섬유에 용융 알루미늄을 함침하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 세라믹 섬유의 적층 수량을 조절하고, 적층한 세라믹 섬유가 미리 설정된 두께로 압축되도록 세라믹 섬유에 대한 가압 압력을 조절하는 것에 의해 복합체의 열팽창 계수를 조절하는 것을 특징으로 하는, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  2. 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법으로서,
    물리적 또는 화학적 성질이 동일한 미리 제작된 제지 형태의 세라믹 섬유 복수 장을 미리 결정된 수량만큼 동일한 방향으로 적층한 후, 상기 세라믹 섬유를 적층 방향으로 가압하여 세라믹 재질로 형성된 예비 성형체를 제작하는 제1 단계;
    하부 플레이트, 상기 하부 플레이트에 적층되는 적어도 하나 이상의 중간 프레임, 및 상기 중간 프레임에 적층되는 상부 플레이트를 제작하는 제2 단계;
    상기 하부 플레이트 상에 적어도 하나 이상의 상기 중간 프레임을 적층하고, 상기 하부 플레이트의 일면과 상기 중간 프레임의 내측으로 둘러싸여 형성된 수용 공간에 상기 예비 성형체를 수용한 후, 상기 중간 프레임 상에 상기 상부 플레이트를 적층하여, 상기 예비 성형체를 상기 수용 공간에 수용하는 제3 단계;
    상기 하부 플레이트, 중간 프레임 및 상부 플레이트가 체결되어 구성되는 프레임 세트에 형성된 적어도 하나 이상의 주입로를 통해, 상기 프레임 세트의 외부로부터 상기 수용 공간으로 용융 알루미늄을 주입하여 상기 예비 성형체에 알루미늄을 함침하는 제4 단계; 및
    상기 프레임 세트로부터 상기 상부 플레이트, 중간 프레임 및 하부 플레이트를 탈거하는 제5 단계;
    를 포함하고,
    상기 세라믹 섬유의 적층 수량을 조절하고, 적층한 세라믹 섬유가 미리 설정된 두께로 압축되도록 세라믹 섬유에 대한 가압 압력을 조절하는 것에 의해 복합체의 열팽창 계수를 조절하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 섬유는 알루미나(Al2O3) 재질로 형성된 알루미나 섬유인, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄을 함침하기 이전에 상기 알루미늄을 600℃ 이상 850℃ 이하로 용융하는 단계를 더 포함하는 것인, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제3 단계 및 제4 단계 사이에, 상기 프레임 세트를 예열하는 단계를 더 포함하는, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프레임 세트를 550℃ 이상 800℃ 이하로 예열하는 것인, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제3 단계 및 제4 단계 사이에, 상기 프레임 세트를 상기 하부 플레이트, 중간 프레임 및 상부 플레이트의 적층 방향으로 가압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프레임 세트를 0.1톤/㎠ 이상의 압력으로 가압하는 것인, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트는 평판 형상으로 제작하고,
    상기 중간 프레임은 상기 하부 플레이트 또는 상기 상부 플레이트의 일면 가장자리를 따르는 틀 형상으로 제작하는 것인, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 중간 프레임 및 상기 상부 플레이트는 상기 하부 플레이트로부터 수직으로 돌출된 적어도 하나 이상의 가이드 봉에 대응하는 위치에 가이드 홀이 형성되고, 상기 중간 프레임 및 상기 상부 플레이트는 각각의 가이드 홀이 상기 하부 플레이트의 가이드 봉에 관통되도록 상기 하부 플레이트 상에 순차적으로 적층되는 것인, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제3 단계에서, 상기 하부 플레이트 상에 상기 중간 프레임을 적층할 때, 중간 프레임의 수량은 상기 예비 성형체의 두께에 기초하여 결정하는 것인, 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법.
KR1020160109915A 2016-08-29 2016-08-29 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법 KR101783911B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160109915A KR101783911B1 (ko) 2016-08-29 2016-08-29 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160109915A KR101783911B1 (ko) 2016-08-29 2016-08-29 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101783911B1 true KR101783911B1 (ko) 2017-10-10

Family

ID=60190102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160109915A KR101783911B1 (ko) 2016-08-29 2016-08-29 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101783911B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001058254A (ja) * 1999-08-24 2001-03-06 Denki Kagaku Kogyo Kk 金属−セラミックス複合体の製造方法
JP2001335899A (ja) * 2000-05-23 2001-12-04 Taiheiyo Cement Corp 熱膨張係数を連続的に変化させた金属−セラミックス複合材料及びその製造方法
JP2003071544A (ja) * 2001-09-03 2003-03-11 Toyota Industries Corp 鋳造用金型、鋳造方法および複合材料の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001058254A (ja) * 1999-08-24 2001-03-06 Denki Kagaku Kogyo Kk 金属−セラミックス複合体の製造方法
JP2001335899A (ja) * 2000-05-23 2001-12-04 Taiheiyo Cement Corp 熱膨張係数を連続的に変化させた金属−セラミックス複合材料及びその製造方法
JP2003071544A (ja) * 2001-09-03 2003-03-11 Toyota Industries Corp 鋳造用金型、鋳造方法および複合材料の製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4761157B2 (ja) アルミニウム−炭化珪素質複合体
US9283693B2 (en) Hot press sintering apparatus and press element
CN103600053B (zh) 一种铝碳化硅复合材料igbt基板精密成型工装
CN1472805A (zh) 电路元件，电路元件组件，电路元件内置模块及其制造方法
CN107891636B (zh) 铜-钼铜-铜复合板的制备方法
US8958209B2 (en) Electronic power module, and method for manufacturing said module
US6926861B2 (en) Semiconductor package and method for producing heat-radiating substrate for it
US10615096B2 (en) Heat dissipation structure for electric circuit device
KR101783911B1 (ko) 세라믹 섬유를 이용한 열팽창계수 맞춤형 복합체 제조 방법
KR102145545B1 (ko) 열간 가압 소결 방법 및 장치
US7196417B2 (en) Method of manufacturing a low expansion material and semiconductor device using the low expansion material
ITUD950053A1 (it) Combinazione di componenti per piastre elettriche di riscaldamento, dispositivi di accensione, sensori di temperatura o simili
US20190292059A1 (en) Artificial graphite flake manufacturing method
KR101231353B1 (ko) 열간 가압 소결 장치 및 이에 사용되는 가압 부재
KR102128301B1 (ko) 가압 장치 및 그것을 구비한 개편화 장치, 수지 성형 장치, 디바이스 제조 장치, 및 가압 방법 및 그것을 포함하는 개편화 방법, 수지 성형 방법, 디바이스 제조 방법
CN102336017A (zh) 加压机构及接合装置
KR101681532B1 (ko) 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법
ITUD960050A1 (it) Dispositivo per la produzione di alloggiamenti
ITMI961260A1 (it) Corpo stampato in mmc con struttura modulare
KR20170104329A (ko) 세라믹 기판 제조용 적층 시스템 및 이를 이용한 세라믹 기판의 제조 방법
JP2004022964A (ja) Ａｌ−ＳｉＣ系複合体およびそれを用いた放熱部品、半導体モジュール装置
KR102666593B1 (ko) 압축 방열 시트의 폴딩장치 및 방법
JP5481109B2 (ja) メタルコア集合体及びメタルコア基板の製造方法
RU2261780C1 (ru) Способ получения металлического композиционного материала и изделия из него
JP2006245575A (ja) プリント回路基板構造とその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant