KR102152376B1 - 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질 - Google Patents
방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102152376B1 KR102152376B1 KR1020180108485A KR20180108485A KR102152376B1 KR 102152376 B1 KR102152376 B1 KR 102152376B1 KR 1020180108485 A KR1020180108485 A KR 1020180108485A KR 20180108485 A KR20180108485 A KR 20180108485A KR 102152376 B1 KR102152376 B1 KR 102152376B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- filler
- coating layer
- thermal interface
- interface material
- volume fraction
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
- H01L23/3135—Double encapsulation or coating and encapsulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3736—Metallic materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 폴리머를 포함하는 코어볼; 상기 코어볼을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층; 상기 제 1 피복층을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층;을 구비하는 방열 입자를 제공하거나, 기지; 및 상기 기지 내에 분산되되, 폴리머를 포함하는 코어볼, 상기 코어볼을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층 및 상기 제 1 피복층을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층으로 이루어진, 제 1 필러;를 포함하는 열 계면 물질(TIM)을 제공한다.
Description
본 발명은 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 열전도율이 높은 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질에 관한 것이다.
반도체 칩이 고집적화됨에 따라 반도체 칩의 발열 현상이 문제된다. 이를 해결하기 위하여, 반도체 칩 패키지 상에 열 전도도가 높은 금속 물질 등을 사용한 방열판(heat spreader)을 부착하여 반도체 칩에서 발생하는 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 또한, 열 계면 물질을 반도체 칩 패키지 및 방열판 사이에 부착하여 반도체 칩 패키지로부터 방열판으로의 열전달을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전도율이 높은 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질을 제공하는 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 방열 입자는 폴리머를 포함하는 코어볼; 상기 코어볼을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층; 상기 제 1 피복층을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층;을 구비한다.
상기 방열 입자에서, 상기 제 1 피복층의 표면은 엠보싱 형태를 가지며, 상기 엠보싱 형태가 현출되도록 상기 제 2 피복층의 두께는 상기 제 1 피복층의 두께 보다 얇을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 열 계면 물질은 기지; 및 상기 기지 내에 분산되되, 폴리머를 포함하는 코어볼, 상기 코어볼을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층 및 상기 제 1 피복층을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층으로 이루어진, 제 1 필러;를 포함한다.
상기 열 계면 물질은, 상기 기지 내에 분산되되, 복수의 제 1 필러 사이에 개재되는 은을 포함하는 구형 분말 형태의 제 2 필러; 및 은을 포함하는 플레이크(flake) 형태의 제 3 필러;를 더 포함할 수 있다.
상기 열 계면 물질에서, 상기 제 1 필러의 입자 크기는 상기 제 2 필러의 입자 크기 보다 크며, 상기 제 2 필러의 입자 크기는 상기 제 3 필러의 입자 크기 보다 클 수 있다.
상기 열 계면 물질에서, 상기 기지 내에 분산된 상기 제 1 필러의 부피분율은 35 내지 55 vol%이며, 상기 제 2 필러의 부피분율은 15 내지 25 vol%이며, 상기 제 3 필러의 부피분율은 5 내지 8 vol%일 수 있으며, 상기 기지 내에 분산된 상기 제 1 필러, 상기 제 2 필러 및 상기 제 3 필러의 전체 부피분율은 65 내지 85 vol%일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 열전도율이 높은 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자의 단면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자의 외부 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 2b는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 방열 입자의 외부 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 방열 입자들을 촬영한 사진들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자를 이용한 열 계면 물질(TIM)의 단면을 촬영한 SEM 사진들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예1에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예2에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예3에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예4에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예5에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자의 외부 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 2b는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 방열 입자의 외부 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 방열 입자들을 촬영한 사진들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자를 이용한 열 계면 물질(TIM)의 단면을 촬영한 SEM 사진들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예1에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예2에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예3에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예4에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예5에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자의 단면을 촬영한 SEM 사진이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자의 외부 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자는 열 계면 물질(TIM; Thermal Interface Material)의 일부를 구성하는 입자이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자는 폴리머를 포함하는 코어볼(10); 상기 코어볼(10)을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층(11); 상기 제 1 피복층(11)을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층(12);을 구비한다.
코어볼(10)은 폴리머를 포함하여 이루어질 수 있다. 폴리머로 이루어진 코어볼(10)은 크기의 균일도가 매우 높기 때문에, 열 계면 물질(TIM) 내에 코어볼(10)의 충전율이 높아 결과적으로 열 계면 물질(TIM)의 열전도율이 향상될 수 있다. 한편, 폴리머로 이루어진 코어볼(10)을 사용함으로써 방열 입자의 전체적인 비중을 낮출 수 있으며, 나아가, 비중의 조정이 가능하다. 또한, 금속만으로 이루어진 방열 입자를 제공한다면 단분산 수준의 균일한 금속 입자의 수급이 매우 어렵기 때문에 균일한 크기의 큰 입자를 확보하기가 매우 어렵지만, 본 발명에 의한 방열 입자는 폴리머로 이루어진 코어볼(10)을 포함하므로 균일한 크기의 큰 입자를 확보하기가 상대적으로 용이하다.
제 1 피복층(11)은 상기 코어볼(10)을 둘러싸되 구리를 포함하여 이루어질 수 있다. 열전도도(단위: kcal/m.hr.℃) 관점에서 구리는 300~340의 범위를 가지며, 다른 금속들(알루미늄:175, 금:265, 철:40~45, 마그네슘:135, 니켈:50, 백금:60, 아연:95)에 비하여 열전도도가 높다.
제 2 피복층(12)은 상기 제 1 피복층(11)을 둘러싸되 은을 포함하는 이루어질 수 있다. 은의 열전도도는 360 kcal/m.hr.℃이며, 제 1 피복층(11)을 구성하는 구리의 산화를 방지하는 역할도 담당한다.
제 1 피복층(11) 및/또는 제 2 피복층(12)은 도금 공정에 의하여 형성될 수 있다. 물론, 상기 도금 공정 외에도 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 원자층 증착(ALD) 등의 다양한 다른 방법으로도 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2a와 같이, 상기 제 1 피복층(11)의 표면은 엠보싱 형태를 가질 수 있다. 이러한 엠보싱 형태는 제 1 피복층(11)을 구현하는 도금 공정의 조건(예를 들어, 도금액의 pH, 온도, 농도)을 조절함으로써 구현할 수 있다. 한편, 상기 엠보싱 형태가 최종 방열 입자 구조에서 현출되도록 상기 제 2 피복층(12)의 두께는 상기 제 1 피복층(11)의 두께 보다 얇을 수 있다. 예를 들어, 전체 직경이 약 25㎛인 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자에서, 코어볼(10)을 둘러싸되 구리로 이루어진 제 1 피복층(11)은 두께가 약 2㎛이며, 제 1 피복층(11)을 둘러싸는 은으로 이루어진 제 2 피복층(12)의 두께는 약 0.2㎛일 수 있다. 하지만, 입자를 구성하는 코어볼과 피복층의 두께는 이에 한정되지 않으며, 적용분야에 따라 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 예컨대, 전체 직경이 약 25㎛인 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 입자에서, 코어볼(10)을 둘러싸되 구리로 이루어진 제 1 피복층(11)은 두께가 약 10㎛이며, 제 1 피복층(11)을 둘러싸는 은으로 이루어진 제 2 피복층(12)의 두께는 약 1㎛ 이하일 수 있다. 또는, 전체 직경이 약 10㎛인 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열 입자에서, 코어볼(10)을 둘러싸되 구리로 이루어진 제 1 피복층(11)은 두께가 약 4㎛이며, 제 1 피복층(11)을 둘러싸는 은으로 이루어진 제 2 피복층(12)의 두께는 약 1㎛ 이하일 수 있다.
한편, 도 2a에서는 상기 제 1 피복층(11)의 표면이 엠보싱 형태를 가지는 경우를 개시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 2b를 참조하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 방열 입자를 구성하는 상기 제 1 피복층(11)의 표면은 엠보싱 형태를 가지지 않고 평평한(even) 곡면을 가질 수도 있다. 여기에서, 평평한 곡면이라 함은 거시적으로 울퉁불퉁하지 않고 입자 전체를 바라보는 관점에서 입자의 표면이 상대적으로 매끈한 곡면을 가짐을 의미할 수 있다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 방열 입자들을 촬영한 사진들이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자들이 분포되어 있으며, 각각의 방열 입자는 폴리머를 포함하는 코어볼; 상기 코어볼을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층; 상기 제 1 피복층을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층;으로 이루어지며, 상기 방열 입자의 평균적인 직경은 약 25㎛이다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 방열 입자들이 분포되어 있으며, 각각의 방열 입자는 금속 입자를 코어로 하고 상기 코어를 둘러싸는 구리 코팅층 및 은 코팅층으로 이루어지며, 상기 방열 입자의 평균적인 직경은 약 10㎛이다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 다른 비교예에 따른 방열 입자들이 분포되어 있으며, 각각의 방열 입자는 Ag 잉곳을 녹인 상태에서 시드부터 성장해서 합성법으로 구현된 은 파우더(Ag powder)로 이루어지며, 상기 방열 입자의 평균적인 크기는 약 200nm이다.
도 3b 및 도 3c에 도시된 본 발명의 비교예들에 따른 방열 입자들은 모양 및 크기의 분포가 균일하지 않는 반면, 도 3a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자들은 모양 및 크기의 분포가 매우 균일함을 확인할 수 있다. 이러한 균일도의 차이는 코어의 재질 등에 기인할 수 있다. 예를 들어, 구형의 폴리머는 현재 기술 수준에서 형상 및 크기의 균일도가 매우 높음에 반하여, 금속 입자 자체의 형상 및 크기의 균일도는 상대적으로 낮다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자는 구형의 폴리머를 코어로 이용하기 때문에 최종적인 방열 입자의 형상 및 크기의 균일도가 상대적으로 높다. 방열 입자의 형상 및 크기의 균일도가 높으면 열 계면 물질(TIM)을 구성하는 방열 입자의 충전율이 높아지기 때문에 열 계면 물질의 열전도도가 높아지는 효과를 기대할 수 있다.
이하에서는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자를 이용한 열 계면 물질(TIM)을 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자를 이용한 열 계면 물질(TIM)의 단면을 촬영한 SEM 사진들이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자를 이용한 열 계면 물질(TIM)은 기지; 및 상기 기지 내에 분산된 제 1 필러(F1), 제 2 필러(F2), 제 3 필러(F3)를 포함한다. 나아가, 도 5를 참조하면, 매트릭스 내에 분산된 제 1 필러(F1)들은 육각형 꼭지점과 내부의 중심점을 점유하도록 배치되며, 제 2 필러(F2)와 제 3 필러(F3)들이 제 1 필러(F1) 사이에 조밀하게 개재되어 배치된다.
상기 기지(matrix)는 폴리머 기지를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 레진으로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 필러(F1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 입자로서, 폴리머를 포함하는 코어볼, 상기 코어볼을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층 및 상기 제 1 피복층을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층으로 이루어진다. 상기 제 2 필러(F2)는 복수의 제 1 필러 사이에 개재되는 은을 포함하는 구형 분말 형태의 필러이다. 상기 제 3 필러(F3)는 은을 포함하는 플레이크(flake) 형태의 필러이다. 복수의 제 2 필러(F2)와 제 3 필러(F3)는 제 1 필러(F1)들 사이에 개재될 수 있다. 상기 제 1 필러(F1)의 입자 크기는 상기 제 2 필러(F2)의 입자 크기 보다 크며, 상기 제 2 필러(F2)의 입자 크기는 상기 제 3 필러(F3)의 입자 크기 보다 클 수 있다.
본 발명자는 상기 기지 내에 분산된 제 1 필러(F1), 제 2 필러(F2) 및 제 3 필러(F3)의 전체 부피 분율은 65 내지 85 vol%이 되도록 구현하였다. 한변이 2R인 정육면체 내에 반경 R인 구가 배치되는 경우 정육면체 부피에 대한 구의 부피 비율은 52.36% 정도인 바, 필러들의 충전 비율이 65 내지 85 vol%인 것은 상당히 높은 수준임을 알 수 있다. 이러한 충전 비율은 호스필드(Horsfield)의 이론에 의하면 상당히 높은 수준의 충전 비율로 이해될 수 있다. 이러한 수준의 충전 비율을 확보하기 위하여, 상기 기지 내에 분산된 상기 제 1 필러(F1)의 부피분율은 35 내지 55 vol%이며, 상기 제 2 필러(F2)의 부피분율은 15 내지 25 vol%이며, 상기 제 3 필러(F3)의 부피분율은 5 내지 8 vol%로 설계하였다. 상기 제 1 필러(F1)의 부피분율이 55% 보다 높으면 충진 시 입자 대비 매트릭스(matrix)의 양이 부족하여, 경화 이후, 내부에 공극(void)이 발생하는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 제 1 필러(F1)의 부피분율이 35% 보다 낮으면 충진 시 열전도율이 급격히 감소하는 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 구성을 적용한 상기 열 계면 물질의 열전도율은 상대적으로 상당히 높은 수준을 구현할 수 있다.
표 1은 본 발명의 실험예들에 따른 열 계면 물질(TIM)을 구성하는 요소들의 비율과 이에 따른 열전달계수를 측정하여 나타낸 것이다. 표 1에 개시된 열전달계수는 절대값이 아니라 상대적인 크기 비교를 위하여 나타낸 값이다. 또한, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예1에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예2에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예3에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예4에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이고, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실험예 중에서 실시예5에 따른 열 계면 물질(TIM)의 단면을 각각 저배율 및 고배율로 촬영한 SEM 사진이다.
| 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | |
| Epoxy [g] | 5.6 | 4.2 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 |
| Thick Cu/Thin Ag [g] | 25.1 | 0 | 0 | 16.6 | 21.3 | 25 | 28 | 31.5 |
| Ag powder [g] | 0 | 0 | 0 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| Ag flake [g] | 24 | 35.1 | 30.9 | 7.6 | 7.6 | 7.6 | 7.6 | 7.6 |
| Filler 1 [vol%] | 42.3 | 0 | 0 | 36.3 | 42.3 | 46.2 | 49.0 | 52.0 |
| Filler 2 [vol%] | 0 | 0 | 0 | 23.4 | 21.3 | 19.8 | 18.8 | 17.7 |
| Filler 3 [vol%] | 19.1 | 49.1 | 49.1 | 7.1 | 6.5 | 6.0 | 5.7 | 5.4 |
| Filler Total [vol%] | 61.4 | 49.1 | 49.1 | 66.8 | 70.1 | 72.0 | 73.5 | 75.1 |
| 열전도율 [arbitrary unit] | 2.8A | 1.44A | 1.28A | 3.58A | 4.6A | 4.76A | 5.15A | 6.39A |
표 1을 참조하면, 비교예1에 따른 열 계면 물질(TIM)은 매트릭스를 구성하는 에폭시 레진 5.6g, 제 1 필러(F1) 25.1g, 제 3 필러(F3) 24g으로 이루어지되, 부피 분율 관점에서는 열 계면 물질 중에서 제 1 필러(F1)의 부피 분율이 42.3 vol%, 제 3 필러(F3)의 분피 분율은 19.1 vol%을 구성하여 필러의 전체 부피 분율은 61.4 vol%이며 최종적인 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수는 2.8A로 측정되었다. 열전달계수의 값에서 상기 A는 소정의 상수값이다.
비교예2에 따른 열 계면 물질(TIM)은 매트릭스를 구성하는 에폭시 레진 4.2g, 제 3 필러(F3) 35.1g으로 이루어지되, 부피 분율 관점에서는 열 계면 물질 중에서 제 3 필러(F3)의 분피 분율은 49.1 vol%을 구성하여 필러의 전체 부피 분율은 49.1 vol%이며 최종적인 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수는 1.44A(상기 A는 소정의 상수값)로 측정되었다.
비교예3에 따른 열 계면 물질(TIM)은 매트릭스를 구성하는 에폭시 레진 3.7g, 제 3 필러(F3) 30.9g으로 이루어지되, 부피 분율 관점에서는 열 계면 물질 중에서 제 3 필러(F3)의 분피 분율은 49.1 vol%을 구성하여 필러의 전체 부피 분율은 49.1 vol%이며 최종적인 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수는 1.28A(상기 A는 소정의 상수값)로 측정되었다.
실시예1에 따른 열 계면 물질(도 6a 및 도 6b)은 매트릭스를 구성하는 에폭시 레진 3.7g, 제 1 필러(F1) 16.6g, 제 2 필러(F2) 25g, 제 3 필러(F3) 7.6g으로 이루어지되, 부피 분율 관점에서는 열 계면 물질 중에서 제 1 필러(F1)의 부피 분율이 36.3 vol%, 제 2 필러(F2)의 부피 분율은 23.4 vol%, 제 3 필러(F3)의 분피 분율은 7.1 vol%을 구성하여 필러의 전체 부피 분율은 66.8 vol%이며 최종적인 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수는 3.58A(상기 A는 소정의 상수값)로 측정되었다.
실시예2에 따른 열 계면 물질(도 7a 및 도 7b)은 매트릭스를 구성하는 에폭시 레진 3.7g, 제 1 필러(F1) 21.3g, 제 2 필러(F2) 25g, 제 3 필러(F3) 7.6g으로 이루어지되, 부피 분율 관점에서는 열 계면 물질 중에서 제 1 필러(F1)의 부피 분율이 42.3 vol%, 제 2 필러(F2)의 부피 분율은 21.3 vol%, 제 3 필러(F3)의 분피 분율은 6.5 vol%을 구성하여 필러의 전체 부피 분율은 70.1 vol%이며 최종적인 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수는 4.6A(상기 A는 소정의 상수값)로 측정되었다.
실시예3에 따른 열 계면 물질(도 8a 및 도 8b)은 매트릭스를 구성하는 에폭시 레진 3.7g, 제 1 필러(F1) 25g, 제 2 필러(F2) 25g, 제 3 필러(F3) 7.6g으로 이루어지되, 부피 분율 관점에서는 열 계면 물질 중에서 제 1 필러(F1)의 부피 분율이 46.2 vol%, 제 2 필러(F2)의 부피 분율은 19.8 vol%, 제 3 필러(F3)의 분피 분율은 6.0 vol%을 구성하여 필러의 전체 부피 분율은 72.0 vol%이며 최종적인 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수는 4.76A(상기 A는 소정의 상수값)로 측정되었다.
실시예4에 따른 열 계면 물질(도 9a 및 도 9b)은 매트릭스를 구성하는 에폭시 레진 3.7g, 제 1 필러(F1) 28g, 제 2 필러(F2) 25g, 제 3 필러(F3) 7.6g으로 이루어지되, 부피 분율 관점에서는 열 계면 물질 중에서 제 1 필러(F1)의 부피 분율이 49.0 vol%, 제 2 필러(F2)의 부피 분율은 18.8 vol%, 제 3 필러(F3)의 분피 분율은 5.7 vol%을 구성하여 필러의 전체 부피 분율은 73.5 vol%이며 최종적인 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수는 5.15A(상기 A는 소정의 상수값)로 측정되었다.
실시예5에 따른 열 계면 물질(도 10a 및 도 10b)은 매트릭스를 구성하는 에폭시 레진 3.7g, 제 1 필러(F1) 31.5g, 제 2 필러(F2) 25g, 제 3 필러(F3) 7.6g으로 이루어지되, 부피 분율 관점에서는 열 계면 물질 중에서 제 1 필러(F1)의 부피 분율이 52.0 vol%, 제 2 필러(F2)의 부피 분율은 17.7 vol%, 제 3 필러(F3)의 분피 분율은 5.4 vol%을 구성하여 필러의 전체 부피 분율은 75.1 vol%이며 최종적인 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수는 6.39A(상기 A는 소정의 상수값)로 측정되었다.
표 1의 실험결과를 살펴보면, 매트릭스 내에 분산된 필러의 충전율이 높을수록 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수가 높음을 확인할 수 있으며, 이는 열 계면 물질(TIM)의 열전달계수가 필러의 충전율과 직접적인 상관관계가 있음을 이해할 수 있다.
또한, 비교예들을 살펴보면, 기지 내에 제 3 필러(F3) 만으로 분산 배치하여 열 계면 물질(TIM)을 구성하는 비교예2 또는 비교예3 보다는 제 1 필러(F1) 및 제 3 필러(F3)를 함께 분산 배치하여 구성하는 비교예1의 경우에서 전체 필러의 부피분율이 더 높아 열 계면 물질의 열전달계수가 더 높음을 확인할 수 있다.
나아가, 비교예1과 실시예1을 함께 살펴보면, 제 1 필러(F1)의 부피분율이 동일한 경우, 제 2 필러(F2) 없이 제 3 필러(F3) 만으로 제 1 필러(F1) 사이에 개재하는 것보다는 제 1 필러(F1) 사이에 제 2 필러(F2) 및 제 3 필러(F3)를 함께 개재하도록 구성하는 경우에서, 전체 필러의 부피분율이 더 높아 열 계면 물질의 열전달계수가 더 높음을 확인할 수 있다.
그리고, 실시예1 내지 실시예5를 살펴보면, 열 계면 물질의 열전도율이 3.5A 내지 6.5A인 범위를 만족하는 조건 하에서, 기지 내 제 1 필러(F1)의 부피분율이 제 2 필러(F2)의 부피분율 보다 더 크며, 제 2 필러(F2)의 부피분율이 제 3 필러(F3)의 부피분율 보다 더 크도록 구성하는 것이 바람직함을 확인할 수 있다.
상술한 열 계면 물질(TIM)은, 예를 들어, 반도체 칩과 방열판 사이에 개재되거나, 반도체 칩과 회로 기판 사이에 개재되어 반도체 패키지를 구성할 수 있다. 상기 열 계면 물질은 반도체 칩에서 발생하는 열이 방열판 또는 회로 기판으로 효과적으로 전달되도록 한다. 상기 반도체 패키지는 다양한 전자 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 장치는 노트북, 데스크탑, 핸드폰, 스마트폰, PDA, 디지털 카메라, 캠코더, 디스플레이 장치, 오디어, TV, LED 장치 등일 수 있다. 그러나, 상기 전자 장치의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 코어볼
11: 제 1 피복층
12: 제 2 피복층
F1: 제 1 필러
F2: 제 2 필러
F3: 제 3 필러
11: 제 1 피복층
12: 제 2 피복층
F1: 제 1 필러
F2: 제 2 필러
F3: 제 3 필러
Claims (7)
- 폴리머를 포함하는 코어볼;
상기 코어볼을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층; 및
상기 제 1 피복층을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층;
을 구비하며,
상기 제 1 피복층의 표면은 엠보싱 형태를 가지며, 상기 엠보싱 형태가 현출되도록 상기 제 2 피복층의 두께는 상기 제 1 피복층의 두께 보다 얇은 것을 특징으로 하는,
방열 입자. - 삭제
- 삭제
- 기지; 및
상기 기지 내에 분산되되, 폴리머를 포함하는 코어볼, 상기 코어볼을 둘러싸되 구리를 포함하는 제 1 피복층 및 상기 제 1 피복층을 둘러싸되 은을 포함하는 제 2 피복층으로 이루어진, 제 1 필러;
를 포함하고,
상기 제 1 피복층의 표면은 엠보싱 형태를 가지며, 상기 엠보싱 형태가 현출되도록 상기 제 2 피복층의 두께는 상기 제 1 피복층의 두께 보다 얇은 것을 특징으로 하고,
상기 기지 내에 분산되되, 복수의 제 1 필러 사이에 개재되는 은을 포함하는 구형 분말 형태의 제 2 필러; 및 은을 포함하는 플레이크(flake) 형태의 제 3 필러;를 더 포함하며,
상기 제 1 필러의 입자 크기는 상기 제 2 필러의 입자 크기 보다 크며, 상기 제 2 필러의 입자 크기는 상기 제 3 필러의 입자 크기 보다 큰,
열 계면 물질(TIM). - 삭제
- 삭제
- 제 4 항에 있어서,
상기 기지 내에 분산된 상기 제 1 필러의 부피분율은 35 내지 55 vol%이며, 상기 제 2 필러의 부피분율은 15 내지 25 vol%이며, 상기 제 3 필러의 부피분율은 5 내지 8 vol%이되, 상기 기지 내에 분산된 상기 제 1 필러, 상기 제 2 필러 및 상기 제 3 필러의 전체 부피분율은 65 내지 85 vol%인 것을 특징으로 하는,
열 계면 물질(TIM).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180108485A KR102152376B1 (ko) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180108485A KR102152376B1 (ko) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200029896A KR20200029896A (ko) | 2020-03-19 |
| KR102152376B1 true KR102152376B1 (ko) | 2020-09-04 |
Family
ID=69956977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180108485A KR102152376B1 (ko) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102152376B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101465616B1 (ko) | 2012-10-26 | 2014-11-27 | 엔트리움 주식회사 | 열 계면 물질(접착제) 및 이를 포함하는 반도체 칩 패키지 |
| KR101898647B1 (ko) | 2017-05-11 | 2018-09-14 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 은코팅 구리 호일을 이용한 접합 소재 및 이를 이용한 접합 방법 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4609970B2 (ja) | 2001-01-17 | 2011-01-12 | カシオ計算機株式会社 | 液晶表示装置 |
| US8138239B2 (en) * | 2008-12-23 | 2012-03-20 | Intel Corporation | Polymer thermal interface materials |
| KR101219139B1 (ko) * | 2009-12-24 | 2013-01-07 | 제일모직주식회사 | 이방 도전성 페이스트, 필름 및 이를 포함하는 회로접속구조체 |
| GB201222620D0 (en) * | 2012-12-14 | 2013-01-30 | Conpart As | Method of applying a conductive adhesive |
| JP5719483B1 (ja) * | 2013-09-12 | 2015-05-20 | 積水化学工業株式会社 | 導電性粒子、導電材料及び接続構造体 |
| TWM529706U (zh) * | 2016-02-25 | 2016-10-01 | 旭立科技股份有限公司 | 固化型導熱介面片及其散熱裝置 |
| KR101814998B1 (ko) * | 2016-06-01 | 2018-01-04 | 주식회사 애니원 | 점착 테이프 및 표시 장치 |
| JP6804919B2 (ja) * | 2016-09-29 | 2020-12-23 | 日東電工株式会社 | フィラー含有粘着テープ及びフィラー含有粘着テープの製造方法 |
| KR101929750B1 (ko) * | 2016-12-22 | 2018-12-18 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 고온용 접합 페이스트 및 인 시츄 미세 은 범프 형성을 이용한 접합 방법 |
-
2018
- 2018-09-11 KR KR1020180108485A patent/KR102152376B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101465616B1 (ko) | 2012-10-26 | 2014-11-27 | 엔트리움 주식회사 | 열 계면 물질(접착제) 및 이를 포함하는 반도체 칩 패키지 |
| KR101898647B1 (ko) | 2017-05-11 | 2018-09-14 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 은코팅 구리 호일을 이용한 접합 소재 및 이를 이용한 접합 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20200029896A (ko) | 2020-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9330998B2 (en) | Thermal interface material assemblies and related methods | |
| TWI601257B (zh) | 具有虛設晶粒之扇出堆疊系統級封裝（ｓｉｐ）及其製造方法 | |
| US20180269126A1 (en) | Semiconductor packages and methods of fabricating the same | |
| JP6440715B2 (ja) | 放熱性に優れた金属封止材、その製造方法、及び上記金属封止材で封止された柔軟電子素子 | |
| US7027304B2 (en) | Low cost thermal management device or heat sink manufactured from conductive loaded resin-based materials | |
| US20150187679A1 (en) | Lid Design for Heat Dissipation Enhancement of Die Package | |
| US20190206839A1 (en) | Electronic device package | |
| TW200411038A (en) | Thermal interface material | |
| KR102167531B1 (ko) | 반도체 장치 | |
| CN106129025B (zh) | 电子装置及其制法 | |
| JPH0846070A (ja) | ダイヤモンド放熱子を備えた集積回路パッケージ | |
| KR20130060356A (ko) | 감자형 흑연 충전재, 열 계면재 및 emi 차폐 | |
| US6255139B1 (en) | Method for providing a thermal path through particles embedded in a thermal cap | |
| CN104303292B (zh) | 热绝缘组合物及使用该热绝缘组合物组装的电子装置 | |
| KR20190097082A (ko) | 전자 모듈, 방법 | |
| US20070017815A1 (en) | Circuit board structure and method for fabricating the same | |
| KR102152376B1 (ko) | 방열 입자 및 이를 이용한 열 계면 물질 | |
| KR102432180B1 (ko) | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 | |
| US7491421B2 (en) | Graphite base for heat sink, method of making graphite base and heat sink | |
| TW517368B (en) | Manufacturing method of the passivation metal on the surface of integrated circuit | |
| US20060199878A1 (en) | Thermal interface material and filler used therein | |
| KR101361105B1 (ko) | 열전도성이 우수한 방열테이프 | |
| US20230032968A1 (en) | Graphite composite and electronic component | |
| US8288655B2 (en) | Circuit board structure and manufacturing method thereof | |
| TW201442609A (zh) | 散熱片結構及其製作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |