KR102257877B1 - 방열판재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낮은 열팽창계수를 가져 세라믹 재료(특히 알루미나)와의 접합 시 열 변형량의 차이에 의한 휨이나 파손이 발생하지 않고, 판재의 두께 방향으로 높은 열전도도를 가져 수백 와트급 파워 트랜지스터와 같은 고출력 소자의 칩에 적용할 수 있으며, 전자 소자의 실장 과정에서 수행되는 도금 공정에서 마감 불량의 문제점이 생기지 않도록 하는 방열판재를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따른 방열판재는 금속과 비금속 물질을 포함하는 코어층과, 상기 코어층의 상,하면을 커버하는 제1커버층과, 상기 코어층의 측면의 적어도 일부를 커버하는 제2커버층을 포함하고, 상기 제1커버층과 제2커버층은 외부로 노출되는 표면이 도금 가능한 물질로 이루어진다.

Description

방열판재 {HEAT SINK PLATE}
본 발명은 방열판재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화합물 반도체를 이용한 고출력 반도체 소자의 패키징용에 적합하게 사용될 수 있는 방열판재로, 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 소재로 이루어진 소자와 접합시키더라도 양호한 접합이 가능하도록 세라믹 소재와 동일하거나 유사한 수준의 열팽창계수를 가지면서, 동시에 고출력 소자에서 발생하는 다량의 열을 신속하게 외부로 배출할 수 있는 높은 열전도도를 얻을 수 있는 방열판재에 관한 것이다.
최근 정보통신 및 국방분야의 핵심기술로서 GaN계 화합물 반도체를 이용한 고출력 증폭소자가 주목을 받고 있다.
이러한 고출력 전자소자나 광소자에서는 일반 소자에 비해 많은 열이 발생하고 이와 같이 발생한 다량의 열을 효율적으로 배출할 수 있는 패키징 기술이 필요하다.
현재, GaN계 화합물 반도체를 활용한 고출력 반도체 소자에는, 텅스텐(W)/구리(Cu)의 2층 복합소재, 구리(Cu)와 몰리브덴(Mo)의 2상(phase) 복합소재, 구리(Cu)/구리-몰리브덴(Cu-Mo)합금/구리(Cu)의 3층 복합소재, 구리(Cu)/몰리브덴(Mo)/구리(Cu)/몰리브덴(Mo)/구리(Cu)의 다층 복합소재와 같이 비교적 양호한 열전도도와 낮은 열팽창계수를 갖는 금속기 복합판재가 사용되고 있다.
그런데 이들 복합판재의 두께방향으로의 열전도도는 최대 200 ~ 300W/mK 정도이고, 실제로 그 이상의 높은 열전도도를 구현하지 못하므로, 수백 와트급 파워 트랜지스터와 같은 소자에는 적용하기 위한 새로운 방열 소재 혹은 병열 기판이 시장에서 시급히 요구되고 있다.
한편, 반도체 소자를 제조하는 공정에는 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 소재와의 브레이징 접합 공정이 필수적이다.
이와 같은 브레이징 접합 공정은 약 800℃ 이상의 고온에서 이루어지기 때문에, 금속 복합재 기판과 세라믹 소재 간의 열팽창계수의 차이에 의해, 브레이징 접합 과정에서 휨이나 파손이 발생하며, 이와 같은 휨이나 파손은 소자의 신뢰성에 치명적인 영향을 주게 된다.
더욱이, 최근에는 높은 출력 구현과 제조시 생산 효율성을 높이기 위하여, 하나의 방열판재에 여러 개의 칩을 실장하여 패키지의 길이가 길어지고 있다. 이와 같이 패키지의 길이가 길어질 경우 방열판재의 길이도 길어지게 되어 하나의 칩을 실장할 때 크게 문제가 없던 방열판재와 반도체 소자 간의 열팽창계수의 차이라도 실장되는 반도체 소자의 수가 증가할 경우 문제가 된다. 그러므로 여러 개의 칩을 실장하는데 사용되는 방열판재의 경우 세라믹소재의 열팽창계수의 유사성이 더욱 중요하게 된다. 이에 따라, 세라믹 소재의 열팽창계수와 유사성이 종래에 비해 높으면서도 방열특성은 더 우수한 방열판재의 개발이 요구되고 있다.
이러한 요구에 대응하기 위하여, 본 발명자들은 하기 특허문헌에 개시된 바와 같이, 구리(Cu)로 이루어진 커버층(제1층, 제5층)과, 구리(Cu)와 몰리브덴(Mo)의 합금으로 이루어진 중간층(제2층, 제4층)과, 방열판재의 상,하면에 평행한 방향을 따라 구리(Cu)층과 몰리브덴(Mo)층이 교호로 반복되는 구조를 가지는 코어층으로 이루어지는 방열판재를 제시하였는데, 이 구조의 방열판재는 세라믹 소재의 열팽창계수와 유사하면서도 우수한 열전도도를 나타내었으나, 고온에서 코어층과 중간층사이의 불안정한 접합면에 의하여 박리 현상이 발생하는 문제점 등이 발생한다.
한편, 금속과 비금속 물질을 이용한 복합재를 적용한 방열판재의 경우, 방열판재에 소자의 실장을 위한 도금공정(예를 들어, Ni-Au 전해도금과 같은 공정)이 필요하게 되며, 이때 도금 공정에 기인하는 블리스터(blister, 부풀림 현상) 현상이 발생하여 외관 불량 및 부품 신뢰성에 치명적인 영향을 주게 된다.
대한민국 공개특허공보 제2018-0097021호
본 발명은 전술한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 각층 간의 결합력이 우수한 다층구조를 가지고, 낮은 열팽창계수를 가져 세라믹 재료(특히 알루미나)와의 접합 시 열 변형량의 차이에 의한 휨이나 파손이 발생하지 않고, 판재의 두께 방향으로 높은 열전도도를 가져 수백 와트급 파워 트랜지스터와 같은 고출력 소자의 칩에 적용할 수 있으며, 전자 소자의 실장 과정에서 수행되는 도금 공정에 기인하는 블리스터 불량의 문제점이 생기지 않도록 하는 방열판재를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 금속과 비금속 물질을 포함하는 코어층과, 상기 코어층의 상,하면을 커버하는 제1커버층과, 상기 코어층의 측면의 적어도 일부를 커버하는 제2커버층을 포함하고, 상기 제1커버층과 제2커버층은 외부로 노출되는 표면이 도금 가능한 물질로 이루어진, 방열판재를 제공한다.
본 발명에 따른 방열판재는 금속과 비금속 물질을 포함하는 코어층이 금속으로 이루어지며 소정 두께를 갖는 커버층으로 커버되어 있어, 전자 소자의 실장 과정에서 수행되는 도금 공정에서 블리스터 생성과 같은 외관 불량이 생기지 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방열판재는 각 층을 구성하는 층간 결합력이 우수하여, 고온에서 장시간 사용되더라도 우수한 접합력을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방열판재는 다이아몬드나 텅스텐(W)과 같은 고가의 재료를 사용하지 않고도, 판재의 두께 방향으로 400W/mK 이상의 높은 열전도도를 구현할 수 있어 고출력 소자용 방열판재를 경제적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방열판재는 제1층과 제2층이 교호로 배치된 면방향으로의 열팽창계수를 8.0×10-6/K ~ 9.0×10-6/K로 유지할 수 있어, 방열판재와 브레이징 접합되는 세라믹 물질로 이루어진 고출력 소자와의 열팽창계수의 차이가 크지 않아, 브레이징 공정을 수행하는 과정에 휨이나 박리 또는 세라믹 물질의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 방열판재의 두께방향과 면방향을 설명하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열판재의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 방향의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열판재에 있어서 코어층을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 방열판재에 있어서 다른 형태의 코어층을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 방열판재의 A-A 방향의 단면을 촬영한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 방열판재의 A-A 방향의 단면 중에서 코어층 부분을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 8은 제2커버층을 형성하지 않거나 소정 두께 이하로 형성한 방열판재의 Ni-Au 전해도금 후의 외관 상태를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제2커버층을 형성한 방열판재의 Ni-Au 전해도금 후의 외관 상태를 나타낸 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명자는, 방열판재를 구성하는 각 층간의 결합력이 우수하고, 도 1에 도시된 면 방향으로 낮은 열팽창계수를 가질 뿐 아니라, 판재의 두께 방향으로 높은 열전도도를 구현할 수 있으며, 전자 소자를 실장하는 과정에 수행하는 도금 시에 외관 불량이 발생하지 않는 방열판재를 구현하기 위하여 연구한 결과, 다음과 같은 구조를 갖는 방열판재가 상기한 효과를 달성할 수 있음을 밝혀내고 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명에 따른 방열판재는, 금속과 비금속 물질을 포함하는 코어층과, 상기 코어층의 상,하면을 커버하는 제1커버층과, 상기 코어층의 측면의 적어도 일부를 커버하는 제2커버층을 포함하고, 상기 제1커버층과 제2커버층은 외부로 노출되는 표면이 도금 가능한 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코어층의 상,하면과 상기 제1커버층 사이에 추가로 1층 이상의 중간층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 코어층은 금속으로 이루어진 제1층과 금속과 비금속 물질의 복합재로 이루어진 제2층이, 상기 방열판재의 상,하면에 평행한 방향 또는 상,하면에 수직한 방향으로 교호로 반복되는 배열 구조를 가질 수 있다. 한편 상기 교호 배열 구조의 경우, 방열판재의 면 방향의 열팽창계수를 낮게 유지하고 동시에 두께 방향으로의 열전도도를 높게 하기 위해서는, 상기 방열판재의 상,하면에 평행한 방향(즉, 면방향)을 따라 제1층과 제2층이 교호로 배열되는 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 제1커버층 및 제2커버층은, 바람직하게, 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 구리 합금의 경우에는 다양한 합금원소가 포함될 수 있으며, 방열특성을 고려할 때 구리를 80중량% 이상 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 중간층은 코어층과 제1커버층 간의 결합력 증대, 방열판재에 요구되는 열팽창계수, 방열판재에 요구되는 방열성(즉, 열전도도)를 고려하여, 단일층(1층) 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, 구리와 몰리브덴의 합금으로 이루어진 단일층 구조로 형성될 수 있다. 이때 구리와 몰리브덴 합금은 구리(Cu) 30 ~ 60중량%, 몰리브덴(Mo) 40 ~ 70중량% 포함하는 것이 바람직한데, 이는 구리(Cu) 함량이 30중량% 미만이면 열팽창계수가 7×10-6/K 이하로 너무 작아서 세라믹과 브레이징 접합시 세라믹 방향으로 휘는 현상이 발생하고, 60중량% 초과이면 열팽창계수가 9×10-6/K 이상으로 너무 커서 세라믹과 반대방향으로 휘는 현상이 발생하기 때문이다.
또한, 상기 코어층을 구성하는 제1층은, 바람직하게, 상기 제1커버층 및 제2커버층과 동일하게 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제1층이 구리 합금으로 이루어지는 경우, 제1커버층 및 제2커버층과 동일하게 다양한 합금원소가 포함될 수 있다. 상기 코어층을 구성하는 제2층은, 바람직하게, 구리 또는 구리 합금을 기지(matrix)로 하고, 상기 기지에 탄소로 이루어지는 비금속 물질이 분산된 복합재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2층의 복합재는, 바람직하게, 구리와 흑연(graphite) 입자로 이루어질 수 있다. 상기 흑연 입자는 면적이 상대적으로 넓은 쪽의 면 방향(면에 평행한 방향)이 실질적으로 상기 방열판재의 두께 방향을 따라 평행하게 배향된 조직으로 이루어지는 것이 방열판재의 두께방향의 열전도도를 향상시키는 측면에서 바람직하다.
또한, 상기 제2층의 복합재에 있어서, 구리와 흑연의 비율은 요구되는 특성에 따라 다양하게 조절될 수 있으며, 상기 복합재에서 차지하는 흑연 입자의 부피분율이 10 ~ 90%일 수 있고, 바람직하게는 20 ~ 80%, 보다 바람직하게는 30 ~ 70%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 흑연 입자는 바람직하게, 판(plate)상, 플레이크(flake)상, 비늘상, 침상과 같은 형상으로 이루어질 수 있다. 여기서 '두께 방향을 따라 평행하게 배향된 조직'이란, 방열판재의 두께 방향과 흑연 입자의 면 방향이 이루는 내각이 45°미만인 입자가 전체 흑연 입자에서 차지하는 면적분율이 50%를 초과한 조직을 의미하며, 70% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이러한 제2층의 복합재 조직을 통해, 방열판재의 두께 방향으로의 열전도도를 높임과 동시에 면 방향으로의 열팽창계수를 낮게 유지할 수 있다.
또한, 상기 제1층과 제2층은 상기 제1커버층에 직접적으로 접합되거나, 제1커버층과 코어층 사이에 중간층을 배치할 경우 중간층에 직접적으로 접합되는 것이 접합력 향상의 측면에서 바람직하다.
또한, 상기 중간층의 두께는 상기 방열판재 전체 두께의 5% 미만일 경우, 열팽창계수를 8.0×10-6/K ~ 9.0×10-6/K로 유지하기 어려울 수 있고, 20%를 초과할 경우, 방열판재의 두께방향의 열전도도를 400W/mK 이상으로 유지하기 어려울 수 있으므로, 5 ~ 20%를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1커버층의 두께는 전체 방열판재 두께의 5% 미만일 경우 열팽창계수가 너무 낮아 휨이 발생하거나 방열특성이 떨어질 수 있고, 40% 초과일 경우 열팽창계수가 너무 커서 반대방향으로의 휨이 발생할 수 있으므로, 5 ~ 40%인 것이 바람직하고, 상,하층의 두께는 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상기 코어층을 구성하는 제2층과 접하는 면에 형성된 제2커버층의 두께는 8㎛ 이하일 경우, 방열판재에 전자 소자를 실장하기 위해 수행되는 도금 과정에 블리스터(blister)가 발생하여 외관 불량이 발생할 가능성이 있으므로, 8㎛ 초과가 되도록 하는 것이 바람직하고, 10㎛ 이상이 보다 바람직하다.
또한, 제2커버층의 두께는 과도하게 형성될 경우, 방열판재의 열팽창계수를 증대시킬 수 있으므로, 8㎛ 초과 ~ 3mm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방열판재는, 상기 제1층과 제2층이 교호로 반복되는 방향에서의 열팽창계수를 7.0 ~ 9.0×10-6/K 수준으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방열판재는, 두께 방향으로의 열전도도를 400W/mK 이상을 구현할 수 있다.
[실시예]
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열판재의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A 방향의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열판재에 있어서 코어층을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 ~ 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방열판재(1)는, 금속과 비금속 물질을 포함하는 코어층(10)과, 상기 코어층(10)의 상,하면에 형성된 중간층(20)과, 상기 중간층(20)의 상,하면을 커버하는 제1커버층(31)과 상기 코어층(10)의 측면을 커버하는 제2커버층(32)을 포함하여 이루어진다.
이중에서, 상기 제1커버층(31) 및 제2커버층(32)은 구리(Cu)를 99% 이상 함유하는 구리(Cu)로 이루어지고, 상기 중간층(20)은 구리-몰리브덴(Cu-Mo) 합금(Cu: 45중량%, Mo: 55중량%)으로 이루어진다.
상기 코어층(10)은 평면에서 볼 때, 구리(Cu)로 이루어진 제1층(11)과, 구리(Cu)-흑연(플레이크상 흑연) 복합재로 이루어진 제2층(12)이 방열판재의 길이(x 방향)을 따라 교호로 반복되게 배치되어 있다. 또한, 제1층(11)과 제2층(12)는 두께 방향으로 중간층(20)인 구리-몰리브덴(Cu-Mo) 합금층과 직접적으로 접하도록 형성된다.
이와 같은 구조는 방열판재의 길이(x 방향)으로의 열팽창계수를 낮춤과 동시에 두께 방향으로의 열전도도를 최대한 유지할 수 있도록 하며, 동시에 코어층(10), 중간층(20) 및 제1커버층(31) 간의 결합력을 높여, 고온에서도 이들 층간에 박리가 발생하는 것을 막는다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2층(12)을 구성하는 구리(Cu)-흑연 복합재층은 판상의 흑연 입자의 면에 평행한 방향(즉, 면방향)이 상기 방열판재의 두께 방향을 따라 평행하도록 배향된 상태를 유지하도록 한다. 이와 같이 열전도도가 우수한 흑연 입자가 배향되면 방열판재의 두께 방향으로의 열전도도를 보다 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 4에는 x 방향을 따라서는 플레이크상의 두께로 나타나고, y 방향을 따라서는 플레이크 형상의 면이 나타나도록 도시되어 있으나, 도 4의 우측에 도시된 바와 같이, 제2층(12)의 단면에 나타나는 흑연의 입자의 면에 평행한 방향과 x축이 이루는 내각(θ)은 다양하게 나타날 수 있다. 즉, 흑연 입자의 면 방향이 두께 방향으로 일정 이상 배향되기만 하면 되고, x, y 단면에서 표현되는 형태는 실질적으로 영향을 미치지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제1층(11)과 제2층(12)이 방열판재의 길이(x 방향)을 따라 교호로 반복되게 형성되어 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1층(11')과, 제2층(12')이 길이 방향(x 방향)은 물론 폭 방향(y 방향)을 따라서도 교호로 반복되게 형성하여 바둑판 형태의 배열을 이루도록 할 수도 있다. 이 경우, 폭 방향으로의 열팽창계수도 길이 방향과 유사하게 구현할 수 있다.
이상과 같은 구조를 갖는 방열판재는 다음과 공정을 통해 제조하였다.
먼저, 두께 약 200㎛, 길이 100mm, 폭 100mm의 구리(Cu) 판재를 제1커버층으로 준비하고, 두께 약 50㎛, 길이 100mm, 폭 100mm의 구리-몰리브덴(Cu-Mo) 합금판재(Cu 60중량% - Mo 40중량%)을 중간층으로 준비하였다.
다음으로, 코어층은, 두께 약 50㎛의 구리 판재와, 플레이크 형상 흑연에 구리가 얇게 피복된 구리-흑연 분말을 소결하여 제조한 두께 약 600㎛의 구리(Cu)-흑연 복합판재를 적층한 후, 가압소결 방식으로 접합하고, 접합된 벌크재를 다양한 절단 방식을 이용하여 소재의 적층방향과 수직인 방향으로 절단함으로써, 두께 약 700㎛의 구리(Cu)층(제1층)과 구리(Cu)-흑연층(제2층)이 교호로 배치된 판재가 되도록 준비하였다.
이후, 준비된 코어층의 상,하면에 중간층을 배치하고, 상기 중간층의 표면에 제1커버층을 배치한 후, 가압소결 방식으로 접합하였다.
그리고, 코어층의 측면에도 두께 약 300㎛의 구리(Cu) 판재를 적층한 후, 가압소결 방식으로 접합함으로써 제2커버층을 형성하여 코어층의 표면이 구리(Cu)로 커버되도록 하였다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 소정의 열팽창계수 수준을 확보하기 위하여 제2커버층을 코어층에서 흑연이 노출되는 면을 커버하도록 형성하였으나, 요구되는 열팽창계수의 수준에 따라서는 상기 제2커버층이 코어층은 물론 중간층까지 커버하거나, 흑연의 노출과 관계없이 코어층의 측면 전체를 커버하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에서는 각각의 판재를 준비한 후 가압소결 방식을 사용하여 접합하였으나, 도금, 증착법과 같은 다양한 방법으로 본 발명에 따른 적층 구조를 구현할 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 방열판재의 단면을 촬영한 이미지이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 방열판재의 단면 중에서 코어층 부분을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 6 및 도 7에서 확인되는 바와 같이, 상기한 공정을 통해 제조한 방열판재는, 외부 표면은 구리(Cu)로 이루어진 제1커버층 및 제2커버층으로 이루어지고, 내부는 구리(Cu)로 이루어진 제1층과 구리(Cu)-흑연 복합재로 이루어진 제2층이 길이방향으로 교호로 반복되어 배열된 구조를 가지는 코어층이 중심에 있고, 코어층의 상,하면에는 구리-몰리브덴(Cu-Mo)층이 형성되며, 구리-몰리브덴(Cu-Mo)층의 표면에는 구리(Cu)로 이루어진 제1커버층이 형성되어 있다. 또한, 도 7에서 확인되는 바와 같이, 구리(Cu)-흑연 복합재로 이루어진 제2층의 경우, 흑연 입자가 방열판재의 두께 방향으로 배향된 구조를 가지고 있다.
아래 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열판재의 면방향(x 방향)의 열팽창계수와, 두께방향의 열전도도(방열판재에서 임의의 10군데를 선정하여 측정한 결과를 평균한 값)를 측정한 결과를 나타낸 것이고, 비교예 2는 동일한 조건에서의 구리 판재의 열전도도와 열팽창계수를 측정한 결과이다.
구분 두께방향
열전도도(W/mK)		 길이(x) 방향
800℃ 열팽창계수
(×10-6/K)		 블리스트
실시예
 430 8.26 없음
비교예 1
(구리 판재)		 380 17 없음
상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방열판재의 열팽창계수는 면 방향에 있어서, 8.26×10-6/K의 열팽창계수를 나타내는데, 이러한 값은 고출력 반도체 소자를 구성하는 세라믹 물질의 열팽창계수와 차이가 거의 없어, 고출력 반도체 소자를 실장할 때 휨이나 박리의 문제를 일으키지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방열판재의 두께 방향의 열전도도는 400W/mK를 초과하는 수준인데, 이는 구리로만 이루어진 판재(비교예 1)에 비해서도 우수할 뿐 아니라, 면방향으로 9×10-6/K 이하의 열팽창계수를 구현할 수 있는 어떠한 방열판재에 비해서도 높은 수준의 방열특성을 나타낸 것이다.
도 8은 제2커버층을 형성하지 않거나 소정 두께 이하로 형성한 방열판재의 Ni-Au 전해도금 후의 외관 상태를 나타낸 것이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제2커버층을 형성한 방열판재의 Ni-Au 전해도금 후의 외관 상태를 나타낸 것이다.
도 8에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예와 동일한 구조를 가지고 제2커버층만을 형성하지 않거나 소정 두께 이하로 형성한 방열판재의 경우, Ni-Au 전해도금 시에 코어층의 측면을 따라 다수의 블리스트가 생성되어, 외관 품질을 크게 저하시키는 것으로 나타났다. 이에 비해, 도 9에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방열판재의 경우 니켈-금(Ni-Au) 전해도금 후에도 블리스트가 생성되지 않았다.
아래 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열판재에 있어서, 제2커버층의 두께에 따른 니켈-금(Ni-Au) 전해도금시 블리스터 발생 여부를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
제2커버층의 두께
(㎛)		 측면 블리스터 생성 여부
1 O
3 O
5 O
8 O
10 X
30 X
100 X
300 X
500 X
1000 X
2500 X
3000 X
O: 블리스터가 관찰되는 경우
X: 블리스터가 관찰되지 않는 경우
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 코어층의 측면에서 흑연과 접하는 면에 형성된 Cu로 이루어진 제2커버층의 두께가 9㎛ 미만일 때는, 방열판재에 니켈-금(Ni-Au) 전해도금을 수행하게 되면 블리스터가 생성되나, 커버층의 두께가 9㎛ 이상(바람직하게는 10㎛ 이상)일 때는, 블리스터가 실질적으로 생성되지 않았다.
상기 표 2의 결과는 Cu로 이루어진 제2커버층과, 니켈-금(Ni-Au) 도금을 수행할 경우에 대한 것이므로, 제2커버층의 종류, 도금 공정의 차이에 따라 블리스터가 발생하지 않도록 하는 제2커버층의 두께도 달라질 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방열판재는 고온에서 각 층간의 박리 현상이 발생하지 않았다.
1: 방열판재
10: 코어층
11: 제1층
12: 제2층
20: 중간층
31: 제1커버층
32: 제2커버층

Claims (13)

  1. 금속과 비금속 물질을 포함하는 코어층과,
    상기 코어층의 상,하면을 커버하는 제1커버층과,
    상기 코어층의 측면의 적어도 일부를 커버하는 제2커버층을 포함하고,
    상기 제1커버층과 제2커버층은 외부로 노출되는 표면이 도금 가능한 물질로 이루어지고,
    상기 코어층은 금속으로 이루어진 제1층과 금속과 비금속 물질의 복합재로 이루어진 제2층이 방열판재의 상,하면에 평행한 방향을 따라 교호로 반복되는 구조를 가지고, 상기 제1층은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지고, 상기 제2층은 구리 또는 구리 합금을 기지로 하고 상기 기지에 탄소로 이루어지는 비금속 물질이 분산된 복합재로 이루어지고,
    상기 제2커버층은 상기 코어층의 측면의 제2층을 형성하는 탄소로 이루어지는 비금속 물질이 노출되지 않도록 커버하는, 방열판재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어층의 상,하면과 상기 제1커버층 사이에 추가로 1층 이상의 중간층을 포함하는, 방열판재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1커버층 및 제2커버층은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는, 방열판재.
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서,
    상기 중간층은 1층으로 이루어지고, 구리와 몰리브덴을 포함하는 합금으로 이루어진, 방열판재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄소로 이루어지는 비금속 물질은 흑연(graphite)인, 방열판재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코어층의 상,하면과 상기 제1커버층 사이에, 구리와 몰리브덴을 포함하는 합금으로 이루어진 중간층을 포함하는, 방열판재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1층과 제2층은 상기 제1커버층에 직접적으로 접합되는, 방열판재.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1층과 제2층은 상기 중간층에 직접적으로 접합되는, 방열판재.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제2층과 접하는 면에 형성된 제2커버층의 두께는 8㎛ 초과 3mm 이하인, 방열판재.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 비금속 물질은 흑연(graphite) 입자이고, 상기 흑연(graphite) 입자에서 상대적으로 넓은 면을 갖는 면에 평행한 방향(면 방향)이 상기 방열판재의 두께 방향을 따라 평행하도록 배향된 구조를 가지는, 방열판재.
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