KR102095175B1 - 복합재료 형성 방법 및 히트 싱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 탄소 입자들(5)을 포함하는 적어도 하나의 층(5a) 및 금속 입자들(6)을 포함하는 적어도 하나의 층(6a)을 서로의 상부에 적용하는 단계; 및 탄소-금속 복합재료(8)를 형성하기 위해 레이저 복사(7)로 상기 층들(5a, 6a)을 조사함에 의해 상기 층들(5a, 6a)을 용융 결합시키는 단계를 포함하는, 히트 싱크를 위한 탄소-금속 복합재료(8)를 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 각각 금속 기질 내에 탄소 입자들(5)을 함유하는 다수의 층들을 포함하는 성형체를 구비하는 히트 싱크에 관한 것이다.

Description

복합재료 형성 방법 및 히트 싱크{METHOD FOR FORMING A COMPOSITE MATERIAL, AND HEAT SINK}
본 발명은 히트 싱크용 탄소-금속 복합재료를 형성하기 위한 방법 및 적어도 하나의 성형체(shaped body)를 구비하는 히트 싱크에 관한 것이다.
국제공개번호 제WO 2010/057236호는 히트 싱크 및 히트 싱크 제조 방법을 설명한다. 히트 싱크는, 탄소-금속 복합재료로 이루어지며 그리고 냉각될 부품, 예를 들어, 레이저 다이오드를 위치결정하기 위한 위치결정 표면으로부터 떨어져 놓이게 되는 삽입체를 포함하는, 베이스 몸체를 구비한다. 은-다이아몬드, 구리-다이아몬드 및 알루미늄-다이아몬드는 특히, 탄소-금속 복합재료들로서 구체화된다.
삽입체는 탄소상(carbon phase) 및 금속상(metallic phase)으로 용기를 채움으로써 생성될 수 있고, (용융) 액체 상태의 금속상은 탄소상으로 침투시키기 위해 용기로 들어간다. 가압되지 않는 과정들 및, 예를 들어 GPI 과정(가스 압력 침투 과정: Gas Pressure Infiltration Process)과 같은, 압력 지원을 갖는 과정들 모두가 침투의 목적을 위해 사용될 수 있다. 이와 무관하게, 삽입체의 열간 성형(hot pressing)이 추가의 제조 방법으로서 대안적으로 설명된다.
이상에 설명된 방식으로 제조되는 삽입체의 상측 표면의 낮은 품질 및 예를 들어 연마(polishing)에 의한 삽입체의 후처리 가공이 상당한 비용을 들여야만 가능하다는 사실 때문에, 삽입체가 베이스 몸체 내에 수용된 이후에, 삽입체가 부품의 적용을 위한 위치결정 표면으로부터 거리를 두고 적용되며 그리고 예를 들어 땜납 층으로 덮이게 되는 것이, 제안된다.
미국 특허번호 제US 5,273,790호는, 그 중에서도 전자 부품들을 냉각하기 위해 사용될 수 있는, 인조 다이아몬드들 또는 다이아몬드 복합재료들을 강화하는 방법을 개시한다. 이러한 목적을 위해, 다이아몬드 입자들 또는 다른 재료들이 CVD 방법을 사용하여 높은 열전도성을 구비하는 다이아몬드 재료에 침투하게 된다. 다량의 강화된 다이아몬드 재료 또는 다이아몬드 복합재료는 다이아몬드 또는 다른 재료들의 개별적인 층 또는 사전 형성물을 CVD 방법을 사용하여 다이아몬드 재료에 침투시킴에 의한 층들로 구성될 수 있다.
미국 특허공개번호 제 US 2007/0071907호는, 복합재료로 이루어지는 철-함유 기판 및 마모-저항 층을 구비하는, 물품 또는 몸체를 개시한다. 복합재료는 금속 기질(metal matrix) 내의 다이아몬드 입자들을 구비한다. 복합재료를 형성하기 위해, 다이아몬드 입자들과 금속 입자들의 입자 혼합물이 철-함유 기판에 적용되며 그리고 혼합물은, 혼합물이 기판 및 다이아몬드 입자들과 함께 마모-저항 층에 접합되도록, 금속 입자들을 용융시키기 위해 레이저 빔을 사용하여 비-활성 분위기에서 가열된다. 다이아몬드 입자들이 레이저 복사에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 400 내지 900℃ 사이의 녹는점을 구비하는 물질, 특히 은 또는 구리가 금속 기질 재료로서 추천된다.
본 발명의 목적은, 개선된 특성들을 구비하는 복합재료가 생성될 수 있고 복합재료를 형성하는 노력이 감소하게 될 수 있는, 히트 싱크용 탄소-금속 복합재료를 형성하는 방법 및 히트 싱크를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 탄소 입자들을 포함하는 적어도 하나의 층 및 금속 입자들을 포함하는 적어도 하나의 층이 서로의 상부에 적용되며, 층들이 탄소-금속 복합재료(의 층)를 형성하기 위해 레이저 복사로 층들을 조사함에 의해 용융 결합되는, 본 발명에 따른 히트 싱크용 탄소-금속 복합재료를 형성하는 방법에 의해 달성된다. 금속 입자들 및 탄소 입자들은 전형적으로 분말 형태로 여기에 적용된다.
레이저 복사를 통해, 금속 입자들을 갖는 층(들)이 용융 결합되는 용융 결합 구역이 형성되어, 용융된 액체 형태 내의 금속 입자들이 탄소 입자들의 층(들)을 관통할 수 있고 층(들)에 침투할 수 있도록 하며 그리고 탄소 입자들이 금속 기질 내에 둘러싸이도록 한다. 층들은 전형적으로 비-활성 환경에서, 예를 들어 불활성 기체 환경에서 또는 진공 하에서 용융 결합된다.
일 변형에서, 탄소-금속 복합재료로 성형체를 형성하기 위해, 층들의 적용 및 용융 결합이 다수 회 반복된다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 성형체는, 탄소-금속 복합재료 층들의 기하학적 형상, 특히 길이 및 폭이, 요구되는 형상의 성형체를 제공하기 위해 또는 요구되는 최종 윤곽으로 성형체의 형상을 조절하기 위해, 변화될 수 있는, 층들로 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 형성되는 복합재료의 성형체는 층상 구조를 구비하며, 이는, 다수의 층을 서로의 상부에 적용함에 따라, 예를 들어 탄소 대 금속 비율과 같은 복합재료의 특성들이 개별적인 층에서 유연하게 조절되도록 하는 것을, 가능하게 한다.
다른 변형에서, 성형체의 마지막 층이 후-처리된다. 마지막 층, 즉 층들로 구성되는 성형체의 최종 층은, 예를 들어 레이저 다이오드, 레이저 디스크 또는 이와 유사한 것과 같은, 부품의 적용을 위해 역할을 할 수 있다. 요구되는 정확성으로 이러한 부품을 위치결정할 수 있도록 하기 위해 그리고 높은 열전도성을 보장하기 위해, 마지막 층의 상측 표면 상에, 낮은 표면 거칠기를 달성하도록 고도의 정밀성을 갖는 후-처리 또는 마감작업을 수행하는 것이 유익하다.
본 발명에 따른 층들의 성형체의 제조는 쉽게 후-처리되거나 연마될 수 있는 한정된 마지막 층을 획득하는 것을 가능하게 한다. 특히, 최종 층(들)을 위해, 단지 금속 입자들만 후-처리를 용이하게 하기 위해 제공될 수 있다. 이러한 변형에서, 성형체를 위한 마지막 층을 형성하기 위해, 금속 입자들을 포함하는 층이 레이저 복사의 조사에 의해 적용되고 용융 결합되어, 그 아래에 놓이는 탄소-금속 복합재료의 층과 접합되는 금속 층이 생성되도록 한다. 금속 입자들의 재료는 통상, 탄소-금속 복합재료를 형성하기 위해 또한 사용될 수 있는, 금속 재료에 상응함에 따라, 탄소-금속 복합재료의 마지막 층 및 층들이 하나의 동일한 제조 공정에서 제조될 수 있도록 한다. 마지막 층은, 이 경우에서, (사실상) 탄소 입자들을 구비하지 않으며, 그에 따라 쉽게 후-처리될 수 있다. 마지막 층은 또한 다수의 개별적인 층으로 형성될 수 있다.
금속 입자들을 포함하는 비교적 두꺼운 층이 그의 제조를 위해 사용되는, 마지막 층으로서 역할을 하기 위한, 탄소-금속 복합재료의 층에 대해, 탄소 입자들의 층을 용융 결합시킨 이후에, 마지막 층의 상부 영역에 가능한 한 탄소 입자들이 없거나 단지 매우 적게 있도록 하는 것이, 또한 (대안적으로) 가능하다.
금속 및 탄소 입자들의 층들은 레이저 복사의 적용 이전에 적용될 수 있다. 그러나, 특히 금속 입자들의 적용에 관련하여, 입자들에 대해 레이저 복사의 적용 도중에 예를 들어 레이저 빔과 동축 방향으로 공급되도록 하는 것이 또한 가능하다.
일 변형에서, 적어도 2개의 층은 상이한 알갱이(평균 입자 크기)를 갖는 탄소 입자들을 구비한다. 작은 알갱이는 마지막 층에 가깝게 위치하게 되는 층들에 유익할 수 있을 것이다. 큰 알갱이는, 예를 들어, 마지막 층에 멀리 떨어져 위치하게 되는 층들에 유익할 수 있을 것이다.
일 변형에서, 적어도 2개의 탄소-금속 복합재료 층은, 금속 입자들로 형성되는 금속 기질에 대한 탄소 입자들의 상이한 체적 비율을 구비하도록 제조된다. 탄소 입자들 및 금속 입자들의 분리 적용의 결과로서, 성형체의 재료 구성이 층 별로 변할 수 있을 것이다. 요구되는 비율은, 예를 들어, 탄소 입자들의 층의 두께에 대한 금속 입자들의 층의 두께의 비율을 적절하게 설정함에 의해 달성될 수 있다. 용융 결합 도중에 각각 형성되는 탄소-금속 복합재료 층의 두께가 또한, 입자 층들의 두께를 선택함에 의해 특정 한계들 이내에서 변경될 수 있다는 것이, 스스로 명백하다.
시용되는 입자 크기들 및 입자 체적들을 통한 층 구성의 변경에 부가하여, 성형체의 특성들이 또한 상이한 층들을 포함하는 성형체의 한정된 구조를 통해 영향받을 수 있다. 예를 들어, 기판에 처음 적용되는 성형체의 층들은 금속 입자들의 층들일 수 있고, 탄소-금속 복합재료는 단지 뒤따르는 층들 내에 삽입될 것이다. 달리 표현하면, 개별적인 층들의 구성 및 이러한 층들을 포함하는 성형체의 구조는 자유롭게 선택가능하다.
일 개선에서, 금속 입자들은, 구리, 은, 금, 알루미늄, 주석 및 티타늄을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 특히, 다이아몬드를 갖는 구성에서 은 및 구리는 그들의 매우 높은 열전도성 때문에 복합재료로서 유리하다고 증명된 바 있다. 그러한 복합재료가 갈륨비소(GaAs)를 포함하는 부품(예를 들어, 고성능 레이저 다이오드)을 위한 히트 싱크로서 사용된다면, 히트 싱크의 열팽창 또는 열팽창 계수는 부품의 열팽창에 맞게 조절된다. 그러한 조절에서 부품의 열팽창 계수 및 복합재료의 열팽창 계수 사이의 차이는 전형적으로 2×10-6 1/K 보다 작다.
다른 변형에서, 탄소 입자들은 다이아몬드, 흑연 및 탄화물을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 특히, 다이아몬드는 그의 높은 열전도성 때문에 복합재료의 제조를 위해 특히 유리하다고 증명된 바 있다. 이러한 적용의 의미 이내에서, 탄소 입자들은 또한 탄소를, 특히 탄화물을 함유하는 화합물들을 참조하도록 이해된다.
일 변형은 적어도 하나의 금속 입자들의 층을 기판에 적용하는 것 및 이 층을 레이저 복사를 통해 기판에 용융 결합시키는 것을 포함한다. 이러한 변형에서, 하나 이상의 금속 층들이 기판에 적용되고, 금속 입자들을 포함하고 탄소 입자들을 포함하는 층들이 서로 번갈아가며 용융되기 이전에, 기판에 용융 결합된다. 이러한 방식으로, 기판으로의 복합재료의 부착력이 증가하게 될 수 있고, 부드러운 표면이 복합 재료의 적용에 대해 달성될 수 있다.
다른 변형에서, 탄소 입자들을 포함하는 적어도 하나의 층이 두께 방향에서 변하는 밀도를 갖도록 적용될 수 있다. 층들은 전형적으로, 가능한 한 입자들이 두께 방향에서 일정한 두께를 구비하도록, 적용된다. 그러나, 구배 층(gradient layer)을 제조하기 위해, 두께 방향에서 탄소 입자들의 밀도 또는 수가 변한다면 유리할 수 있을 것이고, 탄소 입자들의 밀도 또는 수는 전형적으로 층의 증가하는 두께와 더불어 증가하거나 감소하게 된다.
본 발명의 추가적인 양태가, 각각의 층이 탄소 입자들을 둘러싸도록 금속 기질 내에 탄소 입자들을 함유하는 다수의 층을 포함하는 탄소-금속 복합 재료의 성형체를 포함하는, 부품을 위한 히트 싱크에서 실현된다. 탄소-금속 복합재료는 여기서, 특히 이상에 설명되는 방식으로 제조될 수 있다. 적용가능하다면, 히트 싱크는, 적용가능하다면 요구되는 최종 윤곽(들)을 제조하기 위해 후-처리되는, (기판에 적용되는) 성형체 만으로 구성될 수 있을 것이다. 대안적으로, 또한 히트 싱크의 베이스 몸체의 용기 내부에 성형체를 형성하는 것 또는 히트 싱크의 베이스 몸체에, 예를 들어 납땜을 통해, 성형체를 접합시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 히트 싱크는, 성형체 상에 형성되는 위치결정 표면 상에 배열되는, 예를 들어, (고성능) 레이저 다이오드 또는 레이저 디스크와 같은, 냉각될 부품을 구비한다. 특히, 구리 및 다이아몬드의 또는 은 및 다이아몬드의 탄소-금속 복합재료들은, 그 자체로 레이저 다이오드들 또는 레이저 디스크들을 냉각하기에 특히 유리하다는 것을 보여 주었다. 레이저 디스크는, 레이저-활성 재료를 함유하는 또는 레이저-활성 재료로 구성되는, 플레이트형 고체 상태 매개체이다. 레이저-활성 매개체는 전형적으로, 활성 재료(Yb3, Nd3+, Ho, Tm3, 등)와 함께 제공된, 입자결정(host crystal)(YAG, YVO4, 등)을 구비한다. 레이저-활성 매개체는, 예를 들어, Yb:YAG, Nd:YAG 또는 Nd: YVO4 일 수 있을 것이다. 플레이트형 레이저 디스크는 통상, 원형의 기하학적 형태를 구비하지만, 이것이 절대적으로 필요한 것은 아니며, 즉 레이저 디스크는 또한, 예를 들어 정사각형 또는 직사각형 기하학적 형태를 구비할 수도 있을 것이다.
냉각될 부품은, 예를 들어 연결 물질(joining agent)을 사용하여, 예를 들어 (적어도 하나의 땜납 층을 사용하는) 땜납 연결을 통하거나 (적어도 하나의 접착제 층을 사용하는) 접착제 연결을 통해, 다양한 방식으로 위치결정 표면에 적용되거나 성형체에 접합될 수 있다. 부품과 성형체 사이의 양호한 열적 결합이 선택되는 연결 방법과 무관하게 보장되어야 한다는 것이 스스로 명백하다. 이러한 목적으로 사용되는 접착제 층은, 예를 들어, 본 출원에 참조로 포함되는 EP 1 178 579 A2 에서와 같이, 형성될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 냉각될 부품은 위치결정 표면 상에 직접적으로, 즉 예를 들어 땜납 층들 또는 접착제 층들 형태의 부가적인 중간 층의 사용 없이, 배열된다. 이 경우에, 성형체는 전형적으로 낮은 상측 표면 거칠기를 갖는 위치결정 표면을 구비한다. 이러한 낮은 상측 표면 거칠기는, 예를 들어, 위치결정 표면의 후-처리에 의해 달성될 수 있다. 위치결정 표면은 여기서, 탄소-금속 복합재료로 이루어지는, 성형체의 마지막 층 상에 형성되어, 히트 싱크에 의해 냉각될 부품이 직접적으로 탄소-금속 복합재료의 위치결정 표면 상으로 적용될 수 있도록 한다. 대안적으로, 금속 입자들로 형성되는 층이 마지막 층으로서 탄소-금속 복합재료의 층에 적용될 수 있으며, 여기서 마지막 층의 금속 입자들의 재료는 전형적으로 복합재료의 금속 입자들의 재료에 상응한다. 낮은 표면 거칠기를 구비하는 위치결정 표면은 또한, 예를 들어 접착제 층 또는 땜납 층과 같은 중간 층을 사용할 때, 그 자체로 유리하다는 것을 보여준 바 있다.
다른 실시예에서, 히트 싱크는 성형체의 적용을 위한 베이스 몸체를 포함한다. 성형체는, 예를 들어 납땜을 통해, 베이스 몸체에 접합될 수 있으며, 또는 용기가 성형체를 수용하기 위해 제공될 수 있다. 용기가 제공되는 경우에, 층들은 용기 내에 직접적으로 적용될 수 있고 그곳에서 레이저 복사의 영향 하에서 함께 용융 결합될 수 있다. 성형체의 마지막 층 또는 커버 층은 여기서 본질적으로 베이스 몸체의 상측 가장자리와 동일한 높이로 끝나게 될 것이고, 상응하는 후-처리 이후에 냉각될 부품을 위한 위치결정 표면으로서 역할을 할 것이다.
본 발명의 추가적인 장점들이 상세한 설명 및 도면들에 개시된다. 이상에서 구체화되는 특징들 및 이제 이하에서 설명될 특징들은 각각 그자체로 또는 다수의 바람직한 조합으로 사용될 수 있다. 도시되고 설명된 실시예들은 완전목록으로서 이해될 것이 아니라, 대신에 본 발명을 설명하기 위한 예로서 이해되어야 한다.
도 1a 내지 도 1d는 다이아몬드-금속 복합재료의 층을 형성하기 위한 방법을 개략적으로 도시한 도면,
도 2a 및 도 2b는, 냉각될 부품이 없는 그리고 냉각될 부품이 있는, 다이아몬드-금속 복합재료로 이루어지는 성형체를 구비하는 히트 싱크의 세부 사항을 도시한 단면도, 및
도 3은 도 2b의 히트 싱크를 개략적으로 도시한 사시도.
도 1a 내지 도 1d는, 다이아몬드-구리 복합재료 형태의 주어진 예에서, 탄소-금속 복합재료의 층을 형성하기 위한 챔버(1)를 도시한다. 챔버(1) 내에 비-활성 환경을 생성하기 위해, 챔버(10)는, 예를 들어 질소와 같은, 불활성 기체를 공급하기 위한 연결부(2)를 구비한다. 그러나, 챔버(1)는 또한, 챔버(1) 내부에 불-활성 환경을 생성하기 위해 진공 펌프에 연결될 수도 있을 것이다.
예를 들어 구리의 기판(3)이 챔버(1) 내에 배열된다. 입자들을 분배하기 위한 디바이스(4)가 기판(3) 상부에 배열되고, 중앙 공급 라인을 경유하여 2개의 입자 저장탱크들(미도시)에 연결된다. 디바이스(4)는 다수의 고르게 떨어져 있는, 입자들이 그로부터 화살표에 의해 지시되는 바와 같이 빠져 나올 수 있는, 개구부들(도식적으로 나타나지 않음)을 구비한다.
도 1a에 도시된 예에서, (분말) 다이아몬드 입자들(5)이 디바이스(4)로부터 빠져 나오고, 중력의 영향 하에서 기판(3) 상으로 내려앉으며, 그리고 도 1b에 도시된 바와 같이 다이아몬드 입자들(5)의 층(5a)을 형성한다. 층(5a)에서 다이아몬드 입자들(5)의 가능한 한 가장 균질한 분배를 얻기 위해, 디바이스(4)는, 예를 들어 진동 체(vibrating sieve) 방식으로, 예를 들어 적용 도중에 기판(3)에 (즉, XY 평면에) 평행하게 배치될 것이다.
도 1b에 도시된 후속 단계에서, 구리 입자들(6)이 다이아몬드 입자들(5)을 포함하는 층(5a)에 적용된다. 이러한 목적을 위해, 디바이스(4)의 중앙 공급 라인과 다이아몬드 입자들의 저장탱크 사이의 연결이 불가능하게 되고, 공급 라인이 구리 입자들(6)의 저장탱크에 연결되어, 구리 입자들(6)의 층(6a)이 도 1c에 나타난 바와 같이 다이아몬드 층(5a) 상에 형성되도록 한다.
후속 단계에서, 예를 들어 레이저(미도시)에 의해 생성되는 레이저 빔(7)이, 하나가 다른 하나의 상부에 배열되는, 층들(5a, 6a) 상에 조사되며, 용융 결합 구역이 레이저 빔(7)이 충돌하는 영역에 형성된다. 레이저 빔(7)은 여기서 층들(5a, 6a)의 표면 위에서 스캐닝 방식으로 이동하게 되며, 그 결과 층들이 도 1d에 나타난 바와 같이 기판(3)에 또한 접합되는 다이아몬드-구리 복합재료(8)를 형성하기 위해 함께 용융 결합된다. 다이아몬드-구리 복합재료(8)는 여기서, 다이아몬드 입자들(5)이 그 내부에 박혀 있게 되는, 구리 기질(9)을 구비한다. 레이저 빔(7)이 스캔하는 것을 가능하게 하기 위해, 처리 헤드(미도시)가 XY 평면 내의 개구부들 아래에서 이동하게 된다. 레이저 빔의 파장은 여기서 선택된 재료에 맞게 조절될 수 있으며, 대략 0.3 ㎛ 내지 2 ㎛ 사이의 파장이 일반적으로 사용된다. 구리 또는 알루미늄의 금속 입자들에 대해, 예를 들어, 가시 파장 범위(대략 380 nm 내지 780 nm 사이) 내의, 특히 녹색 파장 범위(대략 490 nm 내지 575 nm 사이) 내의 파장이 선택되며, 이에 반해, 은에 대해, 자외선 범위(380 nm 미만)의 파장이 선택될 수 있을 것이다. 레이저 출력(laser power)은, 레이저 소결 또는 선택적 레이저 용융 결합을 허용하도록 하기 위해, 대략 1 와트 내지 1000와트의 범위 내에 있을 것이다.
다이아몬드-구리 복합재료(8)의 구리 기질(9)에 대한 다이아몬드 입자들(5)의 체적 비율은 층들(5a, 6a)의 두께들(d1, d2)의 비율(d1/d2)을 적절히 선택함에 의해 조절될 수 있을 것이다. 다이아몬드-구리 복합재료(8) 층을 제조하기 위한 가능한 한 가장 부드러운 표면을 갖도록 시작하기 위해, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 표현들에 대조적으로, 우선 기판(3)에 하나 이상의 금속 입자들(6)의 층(6a)을 적용하도록 하고, 이러한 층들을 레이저 복사(7)를 사용하여 기판(3)과 용융 결합하도록 하는 것이 가능하다.
다이아몬드-구리 복합재료(8)의 성형체를 얻기 위해, 도 1a 내지 도 1d와 관련하여 설명되는 과정은, 후속 단계에서 추가적인 다이아몬드 입자들(5)이 다이아몬드-구리 복합재료(8)에 적용되는, 도 1d에 지시된 바와 같이, 성형체의 요구되는 체적이 달성될 때까지, 다수 회 반복될 수 있다. 적용가능하다면, 요구되는 기하학적 형태에 대한 XY 방향에서의 층들의 확장 또는 기하학적 형태의 구축(structuring) 또는 맞춤(adaptation)이, 입자들(5, 6)을 분배하기 위한 디바이스(4) 내의 개구부들의 목표가 된 제어된 폐쇄에 의해, 수행될 수 있다.
본질적으로 직육면체 형태를 구비하는 다이아몬드-구리 복합재료(8)를 포함하는 성형체(10)가 도 2a에 도시된다. 성형체(10)는 히트 싱크(13)의 부분인 구리로 된 베이스 몸체(12)의 용기(11) 내에 삽입된다. 성형체(10)는 (기판과 함께 적용가능하다면), 사전제작된 몸체로서, 용기(11) 내부로 삽입될 수 있다. 대안적으로, 성형체(10)가, 층들(5, 6)이 그 내부에서 서로의 상부에 적용되는 주형(mould)으로 역할을 하는, 용기(11) 내의 본래의 위치에 형성되도록 하는 것 또한 가능하다.
마찬가지로 도 2a에서 볼 수 있는 바와 같이, 직육면체형 성형체(10)는 다수의 다이아몬드-구리 복합재료(8)의 층들(8a, 8b)을 구비한다. 후-처리 영역에서 성형체(10)의 상측면(14) 상의 마지막 층(8b)은 여기서, 즉 다이아몬드 입자들에 대한 금속 입자들의 체적 비율의 적절한 선택을 통해, 다이아몬드 입자들(5)을 구비하지 않으며, 용융 결합은, 침투 이후에, 실제로 더 이상 다이아몬드 입자들이 존재하지 않는, 다이아몬드 입자들 상부에 충분히 큰 층 두께를 형성한다. 그로 인해, 위치결정 표면으로서 역할을 하는 성형체(10)의 상측 표면(14) 상에 직접적으로 적용되는 고성능 레이저 다이오드(15)(도 2b 참조) 형태의 부품과의 접촉이 효과적인 열전달을 보증하기 위해 전체 표면에 걸쳐 생성될 수 있도록 하는 것이, 보장될 수 있다. 성형체(10)에의 부품의 직접적인 연결은 예를 들어 접합에 의해 이루어질 수 있다. 대안으로서, 연결 물질을 사용하는, 예를 들어 납땜 또는 접착에 의한 연결 방법에 의해, 부품이 성형체(10)에 고정되도록 하는 것 또한 가능하다.
도 2b에 도시된 예에서, 성형체(10)는 직육면체형 베이스 몸체(12)의 상측 표면(12a) 상에 납땜된다. 금속 입자들의 층이 여기서, 탄소-금속 복합재료의 층(8a) 상에 마지막 층(8b)으로서 적용된다. 마지막 층(8b)은, 금속 입자들을 용융 결합시키기 위해 그리고 마지막 층을 그 아래에 놓이는 탄소-금속 복합재료의 층(8a)에 연결하기 위해, 제조 도중에 레이저로 조사되었다. 마지막 층(8b)은 그러므로, 이러한 예에서, 탄소 입자들에 대해 실제로 자유롭고, 가능한 한 가장 낮은 표면 거칠기를 달성하기 위한 후-처리에 특히 적합하다.
다이아몬드-구리 복합재료(8)의 층들(8a, 8b)의 두께들은, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 대조적으로, 두께 방향(Z)에서 상이하게 선택될 수 있다는 것이, 그 자체로 명백하다. 적용가능하다면, 사용되는 금속 입자들 및/또는 탄소 입자들이 또한 층에서 층으로 변경될 수 있다. 예를 들어 다이아몬드-은 복합재료의 층이 다이아몬드-구리 복합재료의 층을 뒤따를 수 있고, 또는 그 반대도 가능하다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 성형체(10) 및 레이저 다이오드(15)는, 도 2b의 히트 싱크(13)의 베이스 몸체(12)의 가장자리 상에 형성되며, 히트 싱크(13)로부터 멀어지게 향하고 있는 방향으로 레이저 복사를 방출하도록 역할을 한다. 다이아몬드-구리 복합재료의 성형체(10) 상으로의 본질적으로 GaAs로 이루어지는 레이저 다이오드(15)의 적용은 또한, 그 중에서도, 둘 모두 비슷한 열팽창 계수들을 구비하기 때문에 특히 유리하다. 레이저 다이오드들 대신에, 예를 들어 고체 상태 레이저에서 사용되는 예를 들어 레이저 디스크들과 같은, 다른 부품들이 또한 히트 싱크(13)의 도움으로 냉각될 수 있다는 것이, 그 자체로 명백하다. 이러한 경우에, 레이저 복사가 전형적으로 플레이트형 레이저 디스크의 평평한 측면에 수직인 방향으로 방출되기 때문에, 레이저 디스크는 일반적으로 히트 싱크의 가장자리 상에 배열되지 않는 대신 히트 싱크의 중앙에 배열된다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 방법은, 특히 층들(5a, 6a)의 용융 결합은, 적용가능하다면, 대기압 보다 높은 압력(P)에 의해 또는 실온 보다 높은 온도(T)에 의해 지원될 수도 있을 것이라는 것이, 마찬가지로 그 자체로 명백하다. 여기서 설명되는 방법은, 성형체의 적층된 구조로 인해, 기하학적 형태, 표면 품질, 재료 성질 등에 관련한 그의 특성들의 유연한 조절을 허용한다. 탄소-금속 복합재료를 제조하는데 사용되는 장비는 복잡하지 않고, 그러므로 구매하는데 비싸지 않다.

Claims (12)

  1. 히트 싱크(13)를 위한 탄소-금속 복합재료(8)를 형성하는 방법으로서,
    탄소 입자들(5)을 포함하는 적어도 하나의 층(5a) 및 금속 입자들(6)을 포함하는 적어도 하나의 층(6a) 가운데 어느 하나의 상부에 다른 하나를 적용하는 단계; 및
    탄소-금속 복합재료(8)를 형성하기 위해 레이저 복사(7)로 상기 층들(5a, 6a)을 조사함으로써 상기 층들(5a, 6a)을 용융 결합시키는 단계를 포함하고,
    탄소-금속 복합재료(8)로 성형체(10)를 형성하기 위해, 상기 층들(5a, 6a)에 대한 상기 적용 및 용융 결합이 다수 회 반복되며,
    상기 성형체(10)를 위한 마지막 층(8b)을 형성하기 위해, 오로지 금속 입자들만을 포함하는 층(6a)이 적용되고 레이저 복사(7)로 조사함으로써 용융 결합되는 것인 탄소-금속 복합재료 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    적어도 2개의 상기 층(5a)이 상이한 알갱이를 갖는 탄소 입자들을 구비하는 것인 탄소-금속 복합재료 형성 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소-금속 복합재료의 적어도 2개의 층(8a)이, 금속 입자들(6)로 형성되는 금속 기질(9)에 대한 탄소 입자들(5)의 상이한 체적 비율을 구비하도록 제조되는 것인 탄소-금속 복합재료 형성 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 입자들(6)은, 구리, 은, 금, 알루미늄, 주석 및 티타늄을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인 탄소-금속 복합재료 형성 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소 입자들(5)은, 다이아몬드, 흑연 및 탄화물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인 탄소-금속 복합재료 형성 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    금속 입자들(6)의 적어도 하나의 층(6a)을 기판(3)에 적용하는 단계; 및
    레이저 복사를 통해 상기 층(6a)을 기판(3)에 용융 결합하는 단계를 더 포함하는 것인 탄소-금속 복합재료 형성 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    탄소 입자들(5)을 포함하는 적어도 하나의 층(5a)이 두께 방향(Z)에서 변화하는 탄소 입자들(5)의 밀도를 갖도록 적용되는 것인 탄소-금속 복합재료 형성 방법.
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