KR101812991B1

KR101812991B1 - 복합재층이 형성된 부재의 제조방법 및 그것을 이용한 히트싱크의 제조방법

Info

Publication number: KR101812991B1
Application number: KR1020160134888A
Authority: KR
Inventors: 최영; 김대업; 박찬곤; 김광석
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2017-12-28

Abstract

본 발명은 흡열면으로 사용되는 복합재층이 형성된 히트싱크의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조방법은, 판체인 제1기재판을 준비하고 제1기재판의 일측단부에 다수의 홈이 소정간격으로 배치되어 제1기재판의 외곽선이 일측단부에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계; 상기 1단계에서 제작된 제1기재판을 다수 준비하고, 일측단부에 홈이 미형성된 다수의 제2기재판을 다수의 제1기재판의 사이사이에 배치하여 적층하되, 제1기재판 및 제2기재판의 각 일측단부의 적층에 의해 형성되는 적층면에 다수의 구멍이 분포하게 되는 2단계; 적층면의 다수의 구멍에 첨가재를 충전시키는 3단계; 3단계 후, 적층면에 대하여 마찰교반공구로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계를 포함한다.

Description

복합재층이 형성된 부재의 제조방법 및 그것을 이용한 히트싱크의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR MEMBER HAVING LAYER OF COMPOSITE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD FOR HEAT SINK USING THE SAME}

본 발명은 복합재층이 형성된 부재의 제조방법 및 그것을 이용한 히트싱크의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기재를 이루는 금속판을 적층하고, 그 적층으로 생성되는 적층면에 다수의 홈이 형성되도록 하며, 그 다수의 홈에 충전재를 충전하여 마찰교반공정으로 적층면에 복합재층을 형성함으로써, 우수한 열전도성을 가진 부재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 그러한 방법을 활용하여 우수한 냉각성능을 가지는 히트싱크를 제조하는 방법에 관한 것이다.

히트싱크는 전자부품 등 열을 발생시키는 열원으로부터 열을 흡수하고 흡수한 열을 외부로 방출하는 냉각수단이다.

최근 전자부품이나 소자가 점차 집적화되고, 전자제품의 크기도 소형화되면서, 단위 크기당 발열량이 증가하고 있는 추세이므로, 냉각성능을 극대화시킨 히트싱크에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

도 1은 한국공개특허공보 특2002-0021902호에 기재된 것으로서, 종래의 히트싱크의 구조를 도시하고 있다.

도 1을 참고하면, 종래 통상의 히트싱크는 얇은 방열플레이트들을 적층하여 결합한 후, 방사상으로 펼쳐진 형태를 가지는 것으로서, 열원에 접하도록 되어 있는 흡열부(2)와, 상기 흡열부(2)로부터 연장되며 방사상으로 펼쳐진 형태를 가지며 흡열부(2)로부터 열을 전달받아 외부로 발산시키는 다수의 방열핀(1)을 포함하여 구성된다.

상기 방열플레이트들의 상부는 방열핀(1)이 되고 하단부는 서로 밀착되어 흡열부(2)가 된다.

그러한 종래의 히트싱크는 흡열부(2)의 양측에서 방열플레이트들을 서로 밀착시키기 위해 장착구(3)가 각각 설치되고, 그 장착구(3)와 방열플레이트의 뿌리부를 동시에 관통하도록 볼트와 같은 조임수단(4)이 설치되어 있다.

이에 따라, 양측의 장착구(3)가 방열플레이트들을 서로 밀착시킨 구조를 형성할 수 있고 하면이 흡열부(2)의 역할을 할 수 있다.

그러나, 그와 같은 종래 히트싱크의 구조에서는 방열플레이트들을 서로 결합시키기 위한 장착구(3)와 조임수단(4)이 설치되어야 하므로, 제작공정 및 소요부품이 증가하고, 방열플레이트의 뿌리부를 관통하는 조임수단(4)이 열전달을 방해하여 방열효율을 저하시키는 문제가 있다.

또한, 방열핀(1)으로 이용되는 방열플레이트는, 판재로부터 형상을 만드는 전단가공, 방열핀을 형성하기 위해 적층상태에서 펼치는 펼침가공 등의 가공방법에 적합하도록 알루미늄판이나 강판으로 제작되고 있어, 열전달성능을 보다 향상시킬 수 있는 탄소재 등의 활용에 제한이 있다.

본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 방열핀을 서로 결합시키는 조임수단 등 별도의 결합수단이 없더라도 방열핀을 서로 양호한 상태로 결합시킬 수 있고, 그 결합수단에 의한 열전달 효율의 저하문제도 해소될 수 있는 히트싱크의 제조방법을 제공하는 것이다.

다른 관점에서 본 발명의 목적은 상기 히트싱크의 제조방법과 같이, 적층된 판재를 서로 일체화시킨 구조의 부재를 제조하되, 기재보다 우수한 특성을 가진 표면층을 형성할 수 있는 부재의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 복합재층이 형성된 부재의 제조방법은, 판체인 제1기재판을 준비하고 상기 제1기재판의 일측단부에 다수의 홈이 소정간격으로 배치되어 상기 제1기재판의 외곽선이 상기 일측단부에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계; 상기 1단계에서 제작된 상기 제1기재판을 다수 준비하고, 일측단부에 상기 홈이 미형성된 다수의 제2기재판을 다수의 상기 제1기재판의 사이사이에 배치하여 적층하되, 상기 제1기재판의 일측단부와 상기 제2기재판의 일측단부의 적층에 의해 형성되는 적층면에 다수의 구멍이 분포하게 되는 2단계; 상기 적층면의 상기 다수의 구멍에 첨가재를 충전시키는 3단계; 상기 3단계 후, 상기 적층면에 대하여 마찰교반공구로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계; 및 상기 적층면에 기재와 첨가재의 복합재층이 형성되는 5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 관점에서 본 발명에 따른 복합재층이 형성된 부재의 제조방법은, 판체인 제1기재판을 준비하고 상기 제1기재판의 일측단부에 다수의 홈이 소정간격으로 배치되어 상기 제1기재판의 외곽선이 상기 일측단부에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계; 상기 1단계에서 제작된 상기 제1기재판을 다수 준비하고 다수의 상기 제1기재판의 일측단부가 적층되어 적층면을 형성할 수 있도록 다수의 상기 제1기재판을 적층하되, 상기 다수의 홈이 서로 엇갈리도록 배치함으로써, 상기 적층면에 다수의 구멍이 분포하게 되는 2단계; 상기 적층면의 상기 다수의 구멍에 첨가재를 충전시키는 3단계; 상기 3단계 후, 상기 적층면에 대하여 마찰교반공구로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계; 및 상기 적층면에 기재와 첨가재의 복합재층이 형성되는 5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 복합재층이 형성된 부재의 제조방법은, 상기 제1단계에서 상기 다수의 홈은 전단(剪斷)가공에 의해 형성되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 복합재층이 형성된 부재의 제조방법은, 상기 제1기재판이 금속재이고, 상기 제3단계에서 충전하는 첨가제는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene), 그래파이트(Graphite), 탄소섬유, 실리콘카바이드 중에서 선택된 하나 또는 선택된 복수개인 것을 또 다른 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 펼쳐진 다수의 방열핀과, 그 방열핀들을 서로 일체화시키는 결합부를 포함하는 히트싱크의 제조방법에 있어서, 다수의 제1금속판을 준비하고 상기 제1금속판의 일측단부에 다수의 홈이 소정간격으로 배치되어 상기 제1금속판의 외곽선이 상기 일측단부에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계; 상기 1단계에서 제작된 상기 제1금속판을 다수 준비하고, 일측단부에 상기 홈이 미형성된 다수의 제2금속판을 다수의 상기 제1금속판의 사이사이에 배치하여 적층하되, 상기 제1금속판의 일측단부와 상기 제2금속판의 일측단부의 적층에 의해 형성되는 적층면에 다수의 구멍이 분포하게 되는 2단계; 상기 적층면의 상기 다수의 구멍에 첨가재를 충전시키는 3단계; 상기 3단계 후, 상기 적층면에 대하여 마찰교반공구로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계; 상기 적층면에 금속과 첨가재의 복합재층이 형성되어 상기 결합부를 이루는 5단계; 및 다수의 상기 제1금속판을 펼치거나, 상기 제1금속판 및 상기 제2금속판을 펼침으로써, 상기 방열핀을 형성하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 관점에서 본 발명은 펼쳐진 다수의 방열핀과, 그 방열핀들을 서로 일체화시키는 결합부를 포함하는 히트싱크의 제조방법에 있어서, 상기 방열핀을 이루기 위한 제1금속판을 준비하고 상기 제1금속판의 일측단부에 다수의 홈이 소정간격으로 배치되어 상기 제1금속판의 외곽선이 상기 일측단부에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계; 상기 1단계에서 제작된 상기 제1금속판을 다수 준비하고 다수의 상기 제1금속판의 일측단부가 적층되어 적층면을 형성할 수 있도록 다수의 상기 제1금속판을 적층하되, 상기 다수의 홈이 서로 엇갈리도록 배치함으로써, 상기 적층면에 다수의 구멍이 분포하게 되는 2단계; 상기 적층면의 상기 다수의 구멍에 첨가재를 충전시키는 3단계; 상기 3단계 후, 상기 적층면에 대하여 마찰교반공구로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계; 상기 적층면에 금속과 첨가재의 복합재층이 형성되어 상기 결합부를 이루는 5단계; 및 다수의 상기 제1금속판을 펼침으로써 상기 방열핀을 형성하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 히트싱크의 제조방법은, 상기 제1단계에서 상기 다수의 홈은 전단(剪斷)가공에 의해 형성되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 히트싱크의 제조방법은, 상기 제1금속판이 금속재이고, 상기 제3단계에서 충전하는 첨가제는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 그래파이트, 탄소섬유, 실리콘카바이드 중에서 선택된 하나 또는 선택된 복수개인 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 히트싱크의 제조방법은, 상기 복합재층의 표면을 래핑(lapping)가공하여, 냉각대상물에 접촉시키기 위한 흡열면을 형성하는 7단계를 더 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

전술한 구성에 따른 본 발명의 복합재층이 형성된 부재의 제조방법은, 비교적 간단한 공정에 의해 표면에 복합재층을 형성한 부재를 제작할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 제조방법은 첨가재가 충전되는 구멍이 적층면에 균일하게 분포될 수 있으므로, 형성되는 복합재층이 매우 균질한 구조로 형성될 수 있다. 이는 복합재층에 의해 형성되는 표면이 전체적으로 매우 균일한 특성을 나타내도록 한다.

한편, 본 발명에 따라 제작된 히트싱크는 방열핀을 서로 결합시키기 위한 별도의 결합수단이 없더라도 복합재층에 의해 서로 일체화 될 수 있고, 그 결합수단에 의해 발생하던 열전달 효율저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 히트싱크의 제조방법은 첨가재가 충전되는 구멍이 적층면에 균일하게 분포될 수 있으므로, 형성되는 복합재층이 매우 균질한 구조의 흡열면을 형성함으로써 흡열효율이 보다 향상됨으로써 냉각대상물을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

도 1은 종래 히트싱크의 구성을 도시하는 사시도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 제1기재판 및 제2기재판의 구성을 도시하는 설명도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 제1기재판 및 제2기재판을 적층하는 과정을 설명하는 설명도
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 제1기재판 및 제2기재판을 적층한 구성을 도시하는 설명도
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 제1기재판 및 제2기재판을 적층하여 발생한 적층면에 첨가재를 충진시키는 과정을 설명하는 설명도
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 제1기재판 및 제2기재판을 적층하여 발생한 적층면에 첨가재를 충진시킨 후, 마찰교반공정을 진행하는 과정을 설명하는 설명도
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 마찰교반공정을 실시한 후, 복합재층이 생성된 구성을 도시하는 사시도
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따라 복합재층이 생성되고 펼쳐진 냉각핀이 형성된 히트싱크의 구성을 도시하는 사시도
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따라 제1기재판 및 제2기재판을 적층하되, 제2기재판의 형상을 변경한 구성을 도시하는 설명도
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 제1기재판의 구성을 도시하는 설명도
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따라 다수의 제1기재판이 적층되는 과정을 도시하는 설명도
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따라 다수의 제1기재판을 적층한 구성을 도시하는 설명도
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 다수의 제1기재판의 적층배열을 변경하여 적층하는 과정을 설명하는 설명도
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따라 제1기재판 및 제2기재판을 적층하는 과정을 설명하는 설명도
도 15는 본 발명의 제3실시예에 따라 복합재층이 생성된 부재의 사시도
도 16은 알루미늄 기재에 그래핀(Graphene)을 첨가재로 하여 교반공정을 진행한 복합재에 대하여 열전도 특성을 나타내는 그래프

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합재층이 형성된 부재의 제조방법을 설명한다.

복합재층이 형성된 부재는 기재와 다른 성질을 가진 복합재층이 외면에 필요에 따라 형성된 부재로서, 그 구체적인 예로서 복합재층이 형성된 히트싱크의 제조방법을 설명한다.

본 실시예의 제조방법은, 판체인 제1기재판(10)을 준비하고 상기 제1기재판(10)의 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치되어 제1기재판(10)의 외곽선이 일측단부(11)에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계; 상기 1단계에서 제작된 제1기재판(10)을 다수 준비하고, 일측단부(11)에 홈(13)이 미형성된 다수의 제2기재판(20)을 다수의 제1기재판(10)의 사이사이에 배치하여 적층하되, 제1기재판(10)의 일측단부(11)와 제2기재판(20)의 일측단부(21)의 적층에 의해 형성되는 적층면(40)에 다수의 구멍(45)이 분포하게 되는 2단계; 상기 적층면(40)의 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전시키는 3단계; 상기 3단계 후, 적층면(40)에 대하여 마찰교반공구(60)로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계; 상기 적층면(40)에 기재와 첨가재(50)의 복합재층(70)이 형성되는 5단계를 포함한다.

상기 1단계는 도 2의 (a)와 같이, 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 형성된 제1기재판(10)을 준비하는 단계이다.

상기 제1기재판(10)은 히트싱크 제작을 위한 제1금속판이며, 알루미늄판, 마그네슘합금판, 구리판, 강판 등이 될 수 있다.

제1기재판(10)은 히트싱크의 방열핀을 형성하기 위한 것이므로, 금속판체로 형성되고, 설계된 방열핀의 형상에 따라 다양항 형상으로 전단, 타발 등의 가공으로 제작될 수 있다.

준비된 제1기재판(10)은 그 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치되어 제1기재판(10)의 외곽선이 그 일측단부(11)에서 요철형상을 가지도록 제작된다.

제1기재판(10)의 일측단부(11)는 후술할 마찰교반공정에 의해 복합재층(70)이 형성되는 부분으로서, 히트싱크에서는 다수의 방열핀들과 서로 결합되기 위한 부분이면서 냉각대상물에 접촉하여 흡열이 이루어질 부분이 된다.

제1기재판(10)의 일측단부(11)는 후술할 마찰교반공정이 이루어지는 부분이므로, 판체의 외곽선이 다수의 홈(13)의 형성전에 일직선의 형상을 가지는 부분인 것이 가장 바람직하며, 경우에 따라 곡선의 형상을 가질 수도 있으나 곡선인 경우 마찰교반공정을 진행시키기 위한 마찰교반공구(60)의 운동궤적이 복합해질 수 있다.

상기 다수의 홈(13)은 서로 동일한 간격을 가지도록 배치됨으로써, 형성될 복합재층(70)의 재료간의 결합비율이 전체적으로 균일해질 수 있다. 제1단계에서 상기 다수의 홈(13)은 전단(剪斷)가공에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

이와 아울러, 2단계에서 필요한 일측단부(11)에 상기 홈(13)이 미형성된 다수의 제2기재판(20)도 도 2의 (b)와 같이, 미리 준비된다.

제2기재판(20)은 제1기재판(10)과 재질 및 판체의 형상이 동일한 금속판이고, 상기 일측단부(11)에서 다수의 홈(13)이 형성되지 않는 점에서만 차이가 있다.

상기 제2단계는, 1단계에서 제작된 제1기재판(10)을 다수 준비하고, 일측단부(11)에 홈(13)이 미형성된 다수의 제2기재판(20)을 다수의 제1기재판(10)의 사이사이에 배치하여 적층하는 단계이다.

도 3과 같이, 제1기재판(10)과 제2기재판(20)이 홈(13)의 형성여부에 차이가 있을 뿐 동일한 형상을 가지고 서로 동일한 자세로 적층이 이루어진다.

그 적층시에는 제1기재판(10)과 제2기재판(20)이 교번하여 배치되는 것이 가장 바람직하다.

이에 따라, 제1기재판(10)에 형성된 하나의 홈(13)은 양측에 배치되는 제2기재판(20)에 의해 측방이 막히고 각각의 홈(13)은, 상기 적층에 의해 도 4와 같이, 웅덩이와 같은 형상의 구멍(45)을 이루게 된다.

또한, 제1기재판(10)과 제2기재판(20)의 다수 적층됨으로써, 제1기재판(10)의 일측단부(11)와 제2기재판(20)의 일측단부(21)가 서로 모이게 됨으로써, 적층된 구조체에서 그들이 적층면(40)을 형성하게 되며, 그 적층면(40)에 각 홈(13)이 웅덩이와 같은 구멍(45)으로 형성되어 고르게 분포할 수 있다.

도 5는 적층면(40)에 형성된 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전시키는 3단계를 도시하는 것으로서, 첨가재(50)는 기재와 결합되어 복합재를 형성하기 위한 것이다.

히트싱크에서 복합재는 냉각대상물에 접촉하는 흡열면을 담당하게 되므로, 첨가재(50)는 열전도성이 우수한 물질들로 선택되어야 한다. 본 실시예에서 첨가재(50)는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 그래파이트, 탄소섬유, 실리콘카바이드 중에서 선택된 하나 또는 선택된 복수개인 것이 바람직하다.

이에 따라, 제1기재판(10) 및 제2기재판(20)의 재료인 알루미늄재, 강재와 같은 금속재와, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 그래파이트, 탄소섬유, 실리콘카바이드 중에서 선택된 첨가재(50)가 서로 결합되어 복합재가 형성됨으로써, 제1기재판(10)보다 열전도성이 우수한 복합재가 형성될 수 있고, 금속재로만 흡열면이 형성된 경우보다 열흡입성능을 향상시킬 수 있다.

도 6을 참고하면, 적층면(40)에 형성된 다수의 구멍(45)에 모두 첨가재(50)를 충전시킨 후, 적층면(40)에 대하여 마찰교반공구(60)로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행한다.

마찰교반공구(60)는 돌기(Probe)(61)를 가진 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 재료에 삽입하면, 공구와 재료의 상호마찰에 의해 열이 발생하고 마찰열에 의해 공구주변의 재료가 연화되면서 공구의 교반에 의한 재료의 소성유동이 발생한다. 마찰교반공구(60)가 교반을 실시하는 깊이는 구멍(45)의 깊이와 일치시키는 것이 바람직하다.

이러한 소성유동에 의해 첨가재(50)와 제1기재판(10) 및 제2기재판(20)의 금속재가 서로 결합되면서 금속과 첨가재의 복합재를 형성한다.

이때, 적층면(40)을 마찰교반공구(60)가 전체적으로 이동하면서 마찰교반공정을 시행하면, 첨가재(50)는 적층면(40)에 균일하게 분포하는 구멍(45)에 충전되어 있으므로, 첨가재(50)가 금속재와 균일하게 결합될 수 있고, 생성되는 복합재는 전체적으로 첨가재(50)와 금속재가 균일하게 결합된 균질한 구조를 가지게 된다.

마찰교반공정이 완료되면, 도 7과 같이, 복합재층(70)이 적층면(40)에 형성되게 된다.

히트싱크에서 복합재층(70)은 흡열면으로 사용됨과 아울러, 제1기재판(10)과 제2기재판(20)이 이루는 방열핀을 일측단부(11)에서 서로 일체화시켜 결합시키는 역할을 하게 된다.

이에 따라, 본 실시예에 의해 제작되는 히트싱크(80)는 제1기재판(10)과 제2기재판(20)을 서로 일체화시키기 위한 볼트 등 조임수단의 결합(도 1의 도면부호 4)이 불필요하다.

이는 복합재층(70)이 조임수단의 결합을 대신하게 되어 공정을 간소화시킬 수 있음과 함께, 볼트결합으로 인해 발생하는 열전도효율의 저하문제를 해소하고, 복합재층(70) 자체가 열전도율이 높은 재질이므로 히트싱크의 흡열면을 통한 열흡입 및 방열핀(81)으로의 열전달이 보다 효과적으로 발생하도록 한다.

복합재층(70)이 형성된 후에는 복합재층(70)의 표면은 흡열면으로 사용되므로, 복합재층(70)의 표면을 래핑(lapping)가공하여, 거울면을 형성하게 된다. 이에 따라, 냉각대상물에 기밀하게 접촉할 수 있고, 열흡입효율도 향상시킬 수 있다.

이후, 도 8과 같이, 제1기재판(10) 및 제2기재판(20)을 펼쳐 방열핀을 형성한다.

이에 따라, 펼쳐진 다수의 방열핀(81)과, 그 방열핀(81)들을 서로 일체화시키는 결합부를 포함하는 히트싱크가 제작될 수 있고, 결합부는 상기 복합재층(70)이 된다.

만일, 도 9와 같이, 제2기재판(20)이 제1기재판(10)에 형성된 홈(13)의 양측에 배치되어 측방을 막아 홈(13)을 형성하고 적층면(40)을 형성하기 위한 짧은 판체인 경우라면, 제2기재판(20)은 히트싱크의 뿌리부에만 위치하게 되므로, 방열핀(81)을 형성하기 위해 펼치는 작업은 제1기재판(10)에 대하여만 이루어진다.

다음은 본 발명의 제2실시예에 따른 히트싱크의 제조방법을 설명한다.

본 실시예에서는 전술한 제1실시예와 비교할 때, 1단계와 2단계에서 차이가 있고 나머지 단계에서는 동일한 과정이 진행된다.

본 실시예에서 1단계는, 도 10과 같이, 판체인 제1기재판(10)을 준비하고 상기 제1기재판(10)의 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치되어 상기 제1기재판(10)의 외곽선이 상기 일측단부(11)에서 요철형상을 가지도록 제작하는 단계이고, 2단계는 도 11과 같이, 상기 1단계에서 제작된 상기 제1기재판(10)을 다수 준비하고 다수의 상기 제1기재판(10)의 일측단부(11)가 적층되어 적층면(40)을 형성할 수 있도록 다수의 상기 제1기재판(10)을 적층하되, 상기 다수의 홈(13)이 서로 엇갈리도록 배치함으로써, 상기 적층면(40)에 다수의 구멍(45)이 분포하도록 한다.

즉, 본 실시예에서는 요철이 형성되지 않은 제2기재판(20)을 이용하지 않고, 요철이 형성된 제1기재판(10)만을 이용하여 적층이 이루어지고 있다.

이에 따라, 제1기재판(10)에 형성된 다수의 홈(13)이 적층면(40)에서 웅덩이와 같은 구멍(45)으로 형성되어야 하므로, 적층시 이웃하는 제1기재판(10)의 홈(13)들은 서로 위치가 어긋날 필요가 있다.

이를 용이하게 하기 위해, 도 10과 같이 제1기재판(10)의 일측단부(11)에 형성되는 다수의 홈(13)을 중간지점을 기준으로 좌우 비대칭이 되도록 일정간격으로 형성한다.

이러한 제1기재판(10)을 적층시, 교번하여 제1기재판(10)을 뒤집어 적층하면, 도 11과 같이, 다수의 홈(13)이 자연스럽게 이웃하는 제1기재판(10)과 어긋나게 배치될 수 있다.

도 11에서 적층되는 양 외측에는 다수의 홈(13)이 일측단부(11)에 형성되지 않은 판체(P)가 덮도록 도시하고 있으나, 이는 최외측의 홈(13)들도 모두 첨가재(50)가 충전될 구멍(45)을 만들기 위해 부가된 구성으로서, 그 판체(P)들이 없더라도 복합재층(70)이 큰 차이없이 형성될 수 있으므로 필수적인 것은 아니다.

도 12는 제1기재판(10)의 적층에 의해 적층면(40)에 형성된 다수의 구멍(45)의 분포를 도시하고 있다.

이후, 상기 발생되는 적층면(40)의 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전하고 마찰교반공정을 진행하는 것은 전술한 실시예와 동일하다.

도 13은, 상기 제2실시예에서 제1기재판(10)을 적층시, 교번하여 제1기재판(10)을 뒤집어 적층하지 않고, 동일위치에 홈(13)을 가지고 동일 형상을 가진 다수의 제1기재판(10)을 적층시, 교번하여 제1기재판(10)의 위치를 측방향으로 소정간격(d)으로 이격시킨 구성을 도시하고 있다.

이 경우, 제1기재판(10)의 이격으로 이웃하던 홈(13)과 동일위치에 있던 다수의 홈(13)의 위치가 이동되어 이웃하던 홈(13)과 이격된 위치를 가지게 된다.

이후 제1기재판(10)을 적층하게 되면, 각 홈(13)은 측방이 막히고 첨가재(50)가 충전될 수 있는 웅덩이와 같은 구멍(45)을 이룰 수 있다.

앞의 설명에서 하나의 각 홈(13)은 이웃하는 기재판에 의해 막혀 하나의 웅덩이와 같은 구멍(45)를 각각 형성하는 것으로 설명하였다. 그러나, 이웃하는 홈(13)이 서로 접함으로써 다수의 홈(13)이 겹쳐 연결된 형상의 구멍이 형성되더라도, 그 구멍에 첨가재를 충전할 수 있고, 그 구멍이 적층면(40)의 여러 위치에 분포하는 구조라면 본 발명의 실시예로서 포함될 수 있다.

다음은 본 발명의 제3실시예에 따라 복합재층(70)이 형성된 부재의 제조방법을 도시하고 있다.

본 실시예는 표면에 복합재층(70)이 형성된 판상부재(90)의 제조방법에 관한 것이다.

본 실시예에서 제1기재판(10)과 제2기재판(20)은 그것들을 적층시 소정두께의 판상부재(90)가 형성될 수 있도록 바(bar)형상의 판체로 준비된다.

전술한 제1실시예에서 제1기재판(10)과 제2기재판(20)이 방열핀(81)으로 형성되기 위해 방열핀(81)에 적합한 형상을 가진 판체로 준비되었으나, 본 실시예서는 최종적으로 제작되는 판상부재에 적합하도록 제1기재판(10)과 제2기재판(20)이 선택되었다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 판상부재(90)의 제조방법도, 제1기재판(10)의 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치되어 제1기재판(10)의 외곽선이 일측단부(11)에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계와, 상기 1단계에서 제작된 제1기재판(10)을 다수 준비하고, 일측단부(11)에 홈(13)이 미형성된 다수의 제2기재판(20)을 다수의 제1기재판(10)의 사이사이에 배치하여 적층하되, 제1기재판(10)의 일측단부(11)와 제2기재판(20)의 일측단부(21)의 적층에 의해 형성되는 적층면(40)에 다수의 구멍(45)이 분포하게 되는 2단계와, 상기 적층면(40)의 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전시키는 3단계와, 상기 3단계 후, 적층면(40)에 대하여 마찰교반공구(60)로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계와, 상기 적층면(40)에 기재와 첨가재(50)의 복합재층(70)이 형성되는 5단계를 포함하고 있다.

상기 1단계 내지 5단계의 구성은 전술한 히트싱크의 제조방법과 동일하게 진행된다.

즉, 도 14를 참고하면, 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치된 제1기재판(10)을 다수 준비하고, 일측단부(11)에 홈(13)이 미형성된 다수의 제2기재판(20)을 다수의 제1기재판(10)의 사이사이에 배치하여 적층함으로서 적층면(40)에 다수의 구멍(45)을 균일하게 분포시키고 있다.

도 15를 참고하면, 적층면(40)에 형성된 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전한 후 마찰교반공정을 진행하여, 복합재층(70)이 형성된 판상부재(90)가 제작된다.

이러한 제조방법은 표면의 경도, 강도를 향상시킬 필요가 있는 방탄판재, 내마모성 판재 등의 제작에 활용될 수 있다. 이 경우, 제1기재판(10) 및 제2기재판(20)은 알루미늄재, 강재 등이 사용될 수 있고, 첨가재(50)는 제1기재판(10) 및 제2기재판(20)의 기재보다 경도, 강도가 높은 이종금속재, 세라믹 등이 사용될 수 있다.

물론, 제작되는 판상부재(90)의 표면이 열전도성을 향상시킬 필요가 있을 때는 첨가재로서 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 그래파이트, 탄소섬유, 실리콘카바이드 등이 선택될 것이다.

본 실시예에서도 제2실시예와 같이, 제2기재판(20)을 사용하지 않고 다수의 홈(13)이 형성된 제1기재판(10)만을 적층하여 판상부재(90)가 제작될 수 있음은 물론이다.

전술한 실시예에 따라 제작된 히트싱크는 방열핀(81)을 서로 결합시키기 위한 별도의 결합수단이 없더라도 복합재층(70)에 의해 서로 일체화 될 수 있다. 또한, 그 복합재층(70)이 매우 균질한 구조의 흡열면을 형성함으로써 흡열효율이 보다 향상됨으로써 냉각대상물을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

또한, 전술한 실시예에 따라 제작된 판상부재(90)의 경우, 별도의 결합수단이 없더라도 복합재층(70)에 의해 서로 일체화 될 수 있고, 보다 개선된 성능의 표면을 형성할 수 있다. 또한, 그 형성되는 복합재층(70)이 매우 균질한 구조로 형성될 수 있으므로 복합재층(70)에 의해 형성되는 표면이 전체적으로 매우 균일한 특성을 나타낼 수 있다.

참고로, 도 16은 알루미늄 기재에 그래핀(Graphene)을 첨가재로 하여 교반공정을 진행한 복합재에 대하여 열전도도 특성을 나타내는 그래프이다.

시험은 아래의 조건으로 진행되었다.

a. 교반공구의 회전속도(Tool rotation speed ) : 700rpm

b. 교반공구의 이동속도(Tool transverse speed) : 100mm/min

c. 첨가재(Dispersion materials) : 그래핀(Graphene) 파우더

d. 기재(Matrix) : 알루미늄(Al)

도 16의 그래프에서 도시하는 바와 같이, 순수한 알루미늄부재의 경우보다 알루미늄 기재에 그래핀이 첨가재로써 결합된 복합재의 경우가, 열전도도가 보다 향상되었음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

10 ; 제1기재판 11 ; 일측단부
13 ; 홈 20 ; 제2기재판
21 ; 일측단부 40 ; 적층면
45 ; 구멍 50 ; 첨가재
60 ; 마찰교반공구 61 ; 돌기
70 ; 복합재층 80 ; 히트싱크
81 ; 방열핀 90 ; 판상부재

Claims

판체인 제1기재판(10)을 준비하고 상기 제1기재판(10)의 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치되어 상기 제1기재판(10)의 외곽선이 상기 일측단부(11)에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계;
상기 1단계에서 제작된 상기 제1기재판(10)을 다수 준비하고, 일측단부(11)에 상기 홈(13)이 미형성된 다수의 제2기재판(20)을 다수의 상기 제1기재판(10)의 사이사이에 배치하여 적층하되, 상기 제1기재판(10)의 일측단부(11)와 상기 제2기재판(20)의 일측단부(21)의 적층에 의해 형성되는 적층면(40)에 다수의 구멍(45)이 분포하게 되는 2단계;
상기 적층면(40)의 상기 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전시키는 3단계;
상기 3단계 후, 상기 적층면(40)에 대하여 마찰교반공구(60)로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계;
상기 적층면(40)에 기재와 첨가재(50)의 복합재층(70)이 형성되는 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재층(70)이 형성된 부재의 제조방법
판체인 제1기재판(10)을 준비하고 상기 제1기재판(10)의 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치되어 상기 제1기재판(10)의 외곽선이 상기 일측단부(11)에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계;
상기 1단계에서 제작된 상기 제1기재판(10)을 다수 준비하고, 다수의 상기 제1기재판(10)의 일측단부(11)가 적층되어 적층면(40)을 형성할 수 있도록 다수의 상기 제1기재판(10)을 적층함으로써, 상기 적층면(40)에 다수의 구멍(45)이 분포하게 되는 2단계;
상기 적층면(40)의 상기 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전시키는 3단계;
상기 3단계 후, 상기 적층면(40)에 대하여 마찰교반공구(60)로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계;
상기 적층면(40)에 기재와 첨가재(50)의 복합재층(70)이 형성되는 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재층(70)이 형성된 부재의 제조방법
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1단계에서 상기 다수의 홈(13)은 전단(剪斷)가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재층(70)이 형성된 부재의 제조방법
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1기재판(10)은 금속재이고,
상기 제3단계에서 충전하는 첨가제는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 그래파이트, 탄소섬유, 실리콘카바이드 중에서 선택된 하나 또는 선택된 복수개인 것을 특징으로 하는 복합재층(70)이 형성된 부재의 제조방법
제2항에 있어서,
상기 2단계에서,
다수의 상기 제1기재판(10)을 적층하되, 상기 다수의 홈(13)이 서로 엇갈리도록 배치하여 적층하는 것을 특징으로 하는 복합재층(70)이 형성된 부재의 제조방법
펼쳐진 다수의 방열핀(81)과, 그 방열핀(81)들을 서로 일체화시키는 결합부를 포함하는 히트싱크의 제조방법에 있어서,
다수의 제1금속판을 준비하고 상기 제1금속판의 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치되어 상기 제1금속판의 외곽선이 상기 일측단부(11)에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계;
상기 1단계에서 제작된 상기 제1금속판을 다수 준비하고, 일측단부(11)에 상기 홈(13)이 미형성된 다수의 제2금속판을 다수의 상기 제1금속판의 사이사이에 배치하여 적층하되, 상기 제1금속판의 일측단부(11)와 상기 제2금속판의 일측단부(21)의 적층에 의해 형성되는 적층면(40)에 다수의 구멍(45)이 분포하게 되는 2단계;
상기 적층면(40)의 상기 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전시키는 3단계;
상기 3단계 후, 상기 적층면(40)에 대하여 마찰교반공구(60)로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계;
상기 적층면(40)에 금속과 첨가재의 복합재층(70)이 형성되어 상기 결합부를 이루는 5단계; 및
다수의 상기 제1금속판을 펼치거나, 상기 제1금속판 및 상기 제2금속판을 펼침으로써, 상기 방열핀(81)을 형성하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조방법
펼쳐진 다수의 방열핀(81)과, 그 방열핀(81)들을 서로 일체화시키는 결합부를 포함하는 히트싱크의 제조방법에 있어서,
상기 방열핀(81)을 이루기 위한 제1금속판을 준비하고 상기 제1금속판의 일측단부(11)에 다수의 홈(13)이 소정간격으로 배치되어 상기 제1금속판의 외곽선이 상기 일측단부(11)에서 요철형상을 가지도록 제작하는 1단계;
상기 1단계에서 제작된 상기 제1금속판을 다수 준비하고 다수의 상기 제1금속판의 일측단부(11)가 적층되어 적층면(40)을 형성할 수 있도록 다수의 상기 제1금속판을 적층함으로써, 상기 적층면(40)에 다수의 구멍(45)이 분포하게 되는 2단계;
상기 적층면(40)의 상기 다수의 구멍(45)에 첨가재(50)를 충전시키는 3단계;
상기 3단계 후, 상기 적층면(40)에 대하여 마찰교반공구(60)로써 소정깊이로 마찰교반공정을 진행하는 4단계;
상기 적층면(40)에 금속과 첨가재의 복합재층(70)이 형성되어 상기 결합부를 이루는 5단계; 및
다수의 상기 제1금속판을 펼침으로써 상기 방열핀(81)을 형성하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조방법
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1단계에서 상기 다수의 홈(13)은 전단(剪斷)가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조방법
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1금속판은 금속재이고,
상기 제3단계에서 충전하는 첨가제는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 그래파이트, 탄소섬유, 실리콘카바이드 중에서 선택된 하나 또는 선택된 복수개인 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조방법
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 복합재층(70)의 표면을 래핑(lapping)가공하여, 냉각대상물에 접촉시키기 위한 흡열면을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조방법
제7항에 있어서,
상기 2단계에서,
다수의 상기 제1금속판을 적층하되, 상기 다수의 홈(13)이 서로 엇갈리도록 배치하여 적층하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조방법