KR102283073B1 - 탄성 인터레이어와 cnt 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체 및 그 조립 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED 기판과 방열구조체가 이상적인 평탄면이 아니거나 사용에 따른 연속적인 수축 팽창으로 인한 변형이 발생하더라도 균일하며 높은 열전도도를 유지할 수 있도록 한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열조립체 및 그 조립 방법을 개시한다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 LED가 절연코팅층 위에 고정되고, 미세요철면을 갖는 금속기판과, 제1CNT레이어가 탄성 인터레이어를 사이에 두고 제2CNT레이어, 미세요철면을 갖는 방열판이 조립되도록 한 것이다. 이와 같이 하여 본 발명은 LED에서 발생된 열이 금속기판을 거쳐 비표면적이 넓은 미세요철면과 제1CNT레이어, 제2CNT레이어를 거쳐 방열핀으로 전달, 분산되어 안정적으로 다량의 열 방출이 가능하게 됨에 따라 LED의 효율 제고 및 수명 유지에 기여할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 LED가 절연코팅층 위에 고정되고, 미세요철면을 갖는 금속기판과, 제1CNT레이어가 탄성 인터레이어를 사이에 두고 제2CNT레이어, 미세요철면을 갖는 방열판이 조립되도록 한 것이다. 이와 같이 하여 본 발명은 LED에서 발생된 열이 금속기판을 거쳐 비표면적이 넓은 미세요철면과 제1CNT레이어, 제2CNT레이어를 거쳐 방열핀으로 전달, 분산되어 안정적으로 다량의 열 방출이 가능하게 됨에 따라 LED의 효율 제고 및 수명 유지에 기여할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.
Description
본 발명은 탄성 인터레이어와 CNT(Carbon Nano Tube) 레이어를 이용한 하이브리드 방열구조에 관한 것으로 특히 LED 또는 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor), GTO(Gate Turn-Off thyristor) 등의 전력스위칭소자 등 발열소자의 동작 중 발생하는 열을 외부로 신속히 방출하기 위하여 이질(異質)인 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열조립체 및 그 조립 방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 종래에도 LED 또는 전력스위칭소자의 동작 중 발생하는 열을 외부로 신속하게 방출하기 위한 여러 형태의 방열 구조가 제안된 바 있다. 그 일예로 대한민국 특허 1334316호(발명의 명칭 : 방열 부재를 구비한 발광다이오드 ; 이하 '인용발명1'이라 함)를 살펴보면 도 1로 도시한 바와 같이, 방열 부재(200); 및 상기 방열 부재 상에 실장된 발광칩(100)을 포함하며,
상기 방열 부재(200)는,
금속 재료로 이루어진 바디부(210);
상기 바디부(210)를 둘러싸도록, 상기 바디부의 측부 상에 돌출되어 형성된 지지부(230); 및
상기 지지부(230) 상에 배치된 탄소 나노 튜브층(240)을 포함하여서 된 것이다. 이와 같이 된 인용발명1은 탄소 나노 튜브층(240)을 이용하여 방열부재(200)를 형성하여 발광칩(100)에서 발생된 열이 전달경로를 다각화함으로써 바디부(210)로 집중되는 것을 방지하여 발광다이오드 방열 효과의 개선이 기대된다.
반면에 이러한 인용발명1은 지지부(230)상에 배치된 탄소 나노 튜브층(240)의 비표면적 자체는 대단히 넓게 되는 것이나, 탄소 나노 튜브층(240)과 접하는 공기량은 표면 상방 영역으로 국한되어 방열량은 확장된 비표면적만큼 증가하지 못하게 되고, 따라서 충분한 방열 능력을 확보하지 못하게 되는 문제점이 있는 것이다.
이러한 문제점을 보완하기 위한 형태로 대한민국 특허 2158330(발명의 명칭: 방열구조체 일체형 PCB가 구비된 차량용 램프; 이하 '인용발명2'라 함)를 살펴 볼 수 있다.
이러한 인용발명2는 열전도도와 열방사율이 우수한 탄소계 소재로 이루어진 방열구조체에 LED를 구동하기 위한 회로가 형성되어 방열구조체 일체형 PCB를 구성하고 여기에 LED가 실장됨으로써 경량화됨은 물론 방열효과가 우수한 방열구조체 일체형 PCB가 구비된 차량용 램프에 관한 것으로,
PCB의 전기전도층에 연결되는 하나 이상의 LED를 구비한 램프모듈을 포함하는 차량용 램프에 있어서, 상기 PCB는 탄소계 소재로 이루어진 방열구조체(110)에 회로가 형성된 전기전도층(130)이 절연본딩시트(120)에 의해 부착되어 형성되는 방열구조체 일체형 PCB(100)이고, 상기 방열구조체(110)를 형성하는 탄소계 소재는 총 중량을 기준으로 40~60중량%의 탄소계 혼합재료와 40~60중량%의 고분자 수지를 포함하며, 상기 탄소계 혼합재료는 탄소재료 분산물과 흑연재료를 포함하고, 상기 탄소재료 분산물을 탄소나노튜브, 그래핀 및 카본블랙으로 이루어진 군으로 부터 선택되는 1종 이상의 탄소재료와 용매를 포함하며, 상기 흑연재료는 인상흑연과 팽창흑연, 판상흑연, 구상흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이러한 인용발명2는 인용발명1과는 달리 방열을 위한 방열핀(fin)이 복수 형성되어 복수 방열핀 주변의 많은 공기와 접촉가능하므로 열방사율을 높일 수 있게 되어 LED 모듈에서 발생한 열의 신속 방출을 도모할 수 있게 되는 효과가 기대되며, 전체적인 부피가 감소하고 제품이 경량화되는 효과가 기대된다.
반면에 LED 인쇄회로기판 및 방열구조체가 이상적으로는 완전 평탄면상으로 균등 밀착되어야 하나, 실제로는 표면 들뜸 편차가 수십 ~ 수백 ㎛에 달하며, 고정볼트 등으로 접촉면 둘레를 견고하게 밀착시키더라도 작동과정에서 열팽창 및 수축이 반복되면서 미세한 변형을 일으켜 상기한 들뜸 편차가 확대되는 경우가 빈번히 발생한다. 이에 따라 복수의 발열소자 중 열 방출율이 낮은 발열소자의 열집중 현상이 발생하고, 이로 인하여 발열소자인 LED의 성능저하 등이 유발되며, 발열소자의 일부가 열적 파괴되어 작동 불능 상태로 되는 심각한 문제점이 발생하였다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 LED 등 발열소자의 기판과 방열구조체가 이상적인 평탄면을 확보하기 어렵고 사용에 따른 연속적인 수축 팽창으로 인한 변형이 불가피함을 감안하여 발열소자의 기판과 방열구조체간의 접촉면 사이의 들뜸 편차를 보상하면서도 높은 열전도도를 유지할 수 있도록 하기 위하여 탄성 인터레이어에 의하여 들뜸 편차를 보상하면서도 CNT레이어에 의하여 넓은 비표면적을 확보한 이질(異質)인 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열조립체 및 그 조립 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 미세요철면을 갖는 금속기판과, 발열소자가 상기 금속기판의 절연코팅층에 고정되고, 제1CNT레이어가 상기 미세요철면에 배치되며, 상기 제1CNT레이어에 CNT분말과 금속분말이 필러로 투입된 탄성 인터레이어가 밀착 배치되고, 상기 탄성 인터레이어에 제2CNT레이어가 밀착 배치되며, 수의 방열핀이 일정간격으로 돌출되고 미세요철면이 상기 제2CNT레이어와 밀착되도록 하여서 된 방열판이 구비되되,
상기 제1CNT레이어와 제2CNT레이어 그리고 탄성 인터레이어의 둘레에 차단패킹과 왁스가 충전되는 왁스충전실이 배치된 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체를 제공하여서 된 것이다.
또한 본 발명은 금속기판에 제1CNT레이어가 밀착 배치되며, 방열판에 제2CNT레이어가 밀착 배치된 하이브리드 방열 조립체의 조립 방법에 있어서, 페이스트 실리콘 수지를 준비하는 단계 1과,
CNT 및 첨가물인 그라파이트, 그래핀, 금속분말인 알루미늄, 철분을 혼합 교반하고 건조시켜 준비하는 단계 2와,
상기 페이스트 실리콘 수지와 CNT 및 첨가물을 믹서에 투입하고 혼합하여 예비성형물을 구성하는 단계 3과,
상기 혼합된 예비성형물을 판상 압착기에 투입하는 단계 4와,
상기 판상 압착기의 둘레에 복수개의 자석을 배치하여 예비성형물에 균등 자계가 형성되도록 하는 단계 5와,
상기 복수개의 자석을 진동시켜 상기 예비성형물 내의 CNT와 첨가물이 재배열되면서 자력선의 방향을 따라 수직으로 배열되도록 하는 단계 6과,
설정한 시간 동안 단계 6을 유지시킨 후 수지가 경화된 시점에서 탈형하여 탄성 인터레이어를 형성하는 단계 7과,
상기 단계 7의 탄성 인터레이어를 상기 제1CNT레이어와 제2CNT레이어 사이에 넣고 조립하는 단계 8과,
체결나사로 기판브라켓과 방열판브라켓을 체결하되, 그 사이에 스페이서를 넣어 제1CNT레이어와 제2CNT레이어 그리고 탄성 인터레이어의 조립 두께가 설정 두께 이하로 되지 않도록 함으로써 최적 높이로 조립하는 단계 9가 구성된 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 조립 방법이 제공되는 것이다.
이와 같이 하여 본 발명은 LED 등 발열소자에서 발생된 열이 두께가 수 ㎛ 내지 수십 ㎛에 불과하여 열전도도가 높은 절연코팅층을 경유하여 금속기판으로 전달되고, 금속기판의 열이 비표면적이 넓은 미세요철면과 제1CNT레이어와 탄성 인터레이어 그리고 제2CNT레이어와 미세요철면을 경유하여 방열핀으로 전달, 분산되고, 상기 방열핀은 많은 부피의 공기와 접촉되면서 효과적인 열교환이 이루어지게 되어 발열소자에서 발생되는 열이 단시간에 다량 방출될 수 있게 되므로 LED의 효율 저하를 방지하고, 수명 유지에 기여할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.
도 1은 종래의 방열 부재를 구비한 발광다이오드를 보인 사시도.
도 2는 종래의 일체형 PCB가 구비된 종래의 방열구조체를 예시한 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 외관을 보인 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 구조를 설명하기 위한 분리사시도.
도 5는 본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 구조를 보인 종단면도.
도 6은 본 발명에 의한 제1CNT레이어와 제2CNT레이어, 탄성 인터레이어가 양측의 발열소자 기판 및 방열판과 접촉된 상태를 보인 도 5의 'A'부분 확대도.
도 7은 본 발명에서 탄성 인터레이어가 제1CNT레이어와 제2CNT레이어 사이에서 외기와 열적 차단을 달성하도록 사용되는 차단패킹의 일부 절개 사시도.
도 8은 본 발명에서 탄성 인터레이어가 차단패킹에 의하여 외기와 차단되는 상태를 보인 도 5의 'B'부분 확대도.
도 9는 본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 조립 방법을 보인 흐름도.
도 10은 본 발명에서 탄성 인터레이어를 제조하기 위하여 경화전 자력선을 통과시키는 상태를 보인 설명도.
도 2는 종래의 일체형 PCB가 구비된 종래의 방열구조체를 예시한 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 외관을 보인 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 구조를 설명하기 위한 분리사시도.
도 5는 본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 구조를 보인 종단면도.
도 6은 본 발명에 의한 제1CNT레이어와 제2CNT레이어, 탄성 인터레이어가 양측의 발열소자 기판 및 방열판과 접촉된 상태를 보인 도 5의 'A'부분 확대도.
도 7은 본 발명에서 탄성 인터레이어가 제1CNT레이어와 제2CNT레이어 사이에서 외기와 열적 차단을 달성하도록 사용되는 차단패킹의 일부 절개 사시도.
도 8은 본 발명에서 탄성 인터레이어가 차단패킹에 의하여 외기와 차단되는 상태를 보인 도 5의 'B'부분 확대도.
도 9는 본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 조립 방법을 보인 흐름도.
도 10은 본 발명에서 탄성 인터레이어를 제조하기 위하여 경화전 자력선을 통과시키는 상태를 보인 설명도.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 구체적인 실시예에 의하여 전체적인 외관을 도 3으로 보였고, 구성을 도 4의 분리사시도와 도 5의 종단면도로 보였다.
이에서 확인되는 바와 같이, 본 발명은 미세요철면(103)을 갖는 금속기판(101)과, 상기 금속기판(101)의 절연코팅층(104)에 발열소자로 대표될 수 있는 LED(100)가 고정되고, 제1CNT레이어(500)가 상기 미세요철면(103)에 배치되며, CNT분말과 금속분말이 필러로 투입된 탄성 인터레이어(600)를 사이에 두고 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501)가 배치되고,
다수의 방열핀(201)이 일정간격으로 돌출되며, 그 둘레에 방열판브라켓(202)이 형성된 방열판(200)의 미세요철면(203)이 상기 제2CNT레이어(501)와 접하도록 한다.
이에 더하여 본 발명에서는 상기 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501) 그리고 탄성 인터레이어(600)의 둘레에 차단패킹(400)을 배치한다.
또한, 본 발명은 상기 금속기판(101)의 기판브라켓(102)과 방열판(200)의 방열판브라켓(202) 사이에 스페이서(301)를 배치하고 이들을 체결나사(300)로 체결하여 설정간격이 유지되도록 한 것이다.
이러한 본 발명의 실시예에서는 대표적인 발열소자로서 LED(100)를 언급하였으며, 실제로는 IGBT, MOSFET, GTO 등의 전력스위칭소자 등 동작 과정에서 불가피하게 다량의 열을 발생시키는 발열소자에 적용할 수 있는 것이다.
이러한 발열소자의 일예인 LED(100)에는 피막이나 금속선 등으로 된 도선(105)이 연결되어 전원이 공급되는 것이며, 특히 LED(100)에서 발생되는 열은 신속하게 전부 방열판(200)으로 전달되는 것이 바람직하므로 절연코팅층(104)이 형성된 금속기판(101)에 구성한 것이다. 여기에서 상기 절연코팅층(104)으로는 각종 수지 피막이 적용될 수 있으며, 상기 절연코팅층(104)을 형성하기 위한 방법으로 수지를 도료화하여 Spray한 후 일정온도에서 가열소성하면 비활성의 단단한 절연코팅층(104)을 형성하게 되며, 절연코팅층(104)의 소재로는 절연저항이 높은 불소수지가 적용될 수 있다. 이러한 절연코팅층(104)은 수 ㎛ ~ 수십 ㎛에 불과하여 열 전도도(thermal conductivity)가 높게 되는 것이다.
이와 같이 하여 LED(100)의 열은 금속기판(101)으로 신속하게 이동하고 금속기판(101)의 미세요철면(103)에 도달하게 되는 바, 이러한 미세요철면(103)은 금속가공 방법이나 화학적 식각 방법 등으로 형성될 수 있으며, 열적 균등 분산을 위하여 균등깊이, 균등간격, 균등형상으로 형성됨이 바람직하다.
이러한 상기 미세요철면(103) 위에 제1CNT레이어(500)가 배치되며, 그 두께는 200㎛ ± 15㎛ 정도의 것이 바람직하다. 이러한 제1CNT레이어(500)는 CNT가 함유된 전도성, 고분자 방열 수지를 이용하여 다이스를 통하여 시트상으로 압출하여서 된 것이다.
또한, 본 발명에서는 제1CNT레이어(500)를 경유한 열이 후술되는 탄성 인터레이어(600)를 통과하여 제2CNT레이어(501)로 전달되는 바, 이러한 제2CNT레이어(501)는 제1CNT레이어(500)와 동일한 조성으로 CNT가 함유된 전도성, 고분자 방열 수지를 이용하여 다이스를 통하여 시트상으로 압출하여서 된 것이다.
이와 같이 제2CNT레이어(501)에 도달한 열은 방열판(200)에 형성된 미세요철면(203)을 거쳐서 다수의 방열핀(201)으로 전달되고, 다수의 방열핀(201)은 많은 양의 공기와 접촉되는 구조로 된 것이므로 효율적인 열방출이 가능하게 된다. 이러한 방열판(200)은 알루미늄, 구리, 마그네슘 합금 등 다양한 소재로 제작가능하다.
아울러, 본 발명에서는 상기 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501) 사이에 탄성 인터레이어(600)가 조립될 수 있으며, 상기 탄성 인터레이어(600)는 실리콘 폴리머메트릭스를 주재로 제조될 수 있고, 이러한 탄성 인터레이어(600)는 도 9로 보인 바와 같은 공정으로 제조, 조립될 수 있다.
즉, 본 발명은 페이스트 실리콘 수지를 준비하는 단계 1과,
CNT 및 첨가물인 그라파이트, 그래핀, 금속분말인 알루미늄, 철분을 혼합 교반하고 건조시켜 준비하는 단계 2와,
상기 페이스트 실리콘 수지와 CNT 및 첨가물을 믹서에 투입하고 혼합하여 예비성형물을 구성하는 단계 3과,
상기 혼합된 예비성형물을 판상 압착기에 투입하는 단계 4와,
상기 판상 압착기의 둘레에 복수개의 자석을 배치하여 예비성형물에 균등 자계가 형성되도록 하는 단계 5와,
상기 복수개의 자석을 상하좌우로 진동시켜 상기 예비성형물 내의 CNT와 첨가물이 재배열되면서 도 10으로 보인 바와 같이 자력선의 방향을 따라 수직으로 배열되도록 하는 단계 6과,
설정한 시간 동안 단계 6을 유지시킨 후 수지가 경화된 시점에서 탈탈형하여 탄성 인터레이어(600)를 형성하는 단계 7과,
이와 같이 하여 얻은 탄성 인터레이어(600)를 상기 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501) 사이에 넣고 조립, 취부하는 단계 8과,
도 5로 보인 바와 같이, 체결나사(300)로 기판브라켓(102)과 방열판브라켓(202)을 체결하되, 그 사이에 스페이서(301)를 넣어 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501) 그리고 탄성 인터레이어(600)의 조립 두께가 설정 두께 이하로 되지 않도록 함으로써 탄성이 유지되는 최적 높이로 조립하는 단계 9에 의하여 조립되어 구성될 수 있다.
이에 더하여 본 발명에서는 상기 탄성 인터레이어(600)의 둘레에 도 7로 보인 바와 같은 차단패킹(400)이 설치되고, 상기 체결나사(300)로 체결됨에 따라 고정되어 탄성 인터레이어(600)가 대기와 직접 접촉됨을 억제하며, 왁스충전실(401)을 형성하고, 이에 왁스(402)를 충전한다.
이와 같이 된 본 발명은 LED(100)의 점등 상태에서 발생되는 열이 두께가 매우 얇은 절연코팅층(104), 금속기판(101)을 경유하여 도 6의 미세요철면(103)에 도달한다. 이러한 미세요철면(103)의 요철 형상, 요철 높이, 배열 간격, 개수 등은 열 전도도를 높일 수 있도록 설계되며, 이에 비표면적이 넓은 제1CNT레이어(500)가 접촉된다. 따라서, 금속기판(101)과 제1CNT레이어(500)가 열적저항이 최소화된 상태로 밀착되는 것이다.
이러한 상기 탄성 인터레이어(600)는 폴리머 매트릭스로 실리콘을 선택하여서 된 것이므로 경화 후에도 탄성을 유지하고 있는 것이다. 이러한 탄성력으로 제1CNT레이어(500)가 금속기판(101)의 미세요철면(103)에 밀착될 수 있도록 밀어주는 역할을 하게 되며, 이에 더하여 금속기판(101)의 열적 수축, 팽창에 의한 평탄도 변화는 탄성 인터레이어(600)의 탄성으로 상쇄되어 균일한 밀착 상태가 제공된다.
또한 본 발명의 탄성 인터레이어(600)는 상기한 도 9의 단계6에서 자석에 의하여 형성된 자력선의 방향을 따라 CNT와 금속분말이 수직배열되어 있으므로 제1CNT레이어(500)를 통과한 LED(100)의 열이 탄성 인터레이어(600)의 CNT와 금속분말을 경유하여 손실됨이 거의 없이 제2CNT레이어(501)에 도달하게 되는 것이다. 이러한 제2CNT레이어(501)는 제1CNT레이어(500)와 동일하게 비표면적이 크며 방열판(200)의 미세요철면(203)과 밀착되어 전달된 열을 방열핀(201)으로 이동시킬 수 있게 되어 방열핀(201) 주변의 공기로 방열되는 것이다. 아울러, 본 발명에서는 상기 금속기판(101)이나 방열판(200)이 열응력이나 기온변화 등에 의하여 평탄도가 저하되는 경우에도 탄성 인터레이어(600)가 갖는 탄성력에 의하여 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501)가 각각 미세요철면들(103, 203)에 밀착됨으로써 안정적인 열전도도를 유지할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 탄성 인터레이어(600)는 상기한 도 9의 단계6에서 자석에 의하여 형성된 자력선의 방향을 따라 CNT와 금속분말이 수직배열되어 있으므로 제1CNT레이어(500)를 통과한 LED(100)의 열이 탄성 인터레이어(600)의 CNT와 금속분말을 경유하여 손실됨이 거의 없이 제2CNT레이어(501)에 도달하게 되는 것이다. 이러한 제2CNT레이어(501)는 제1CNT레이어(500)와 동일하게 비표면적이 크며 방열판(200)의 미세요철면(203)과 밀착되어 전달된 열을 방열핀(201)으로 이동시킬 수 있게 되어 방열핀(201) 주변의 공기로 방열되는 것이다. 아울러, 본 발명에서는 상기 금속기판(101)이나 방열판(200)이 열응력이나 기온변화 등에 의하여 평탄도가 저하되는 경우에도 탄성 인터레이어(600)가 갖는 탄성력에 의하여 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501)가 각각 미세요철면들(103, 203)에 밀착됨으로써 안정적인 열전도도를 유지할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에서는 기판브라켓(102)과 방열판브라켓(202) 사이에 스페이서(301)를 넣은 상태에서 체결나사(300)에 의하여 금속기판(101)과 방열판(200)이 체결되도록 하였다. 이에서 따라 탄성 인터레이어(600)가 최적 두께 이하로는 눌려지지 않아 최적화된 탄성 인터레이어(600)에 의한 탄성력이 유지되므로 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501)가 각각 미세요철면들(103, 203)에 밀착되도록 하면서도 수직배열된 탄성 인터레이어(600) 내부의 CNT와 금속분말이 제1CNT레이어(500)와 제2CNT레이어(501) 사이를 열적으로 연결하는 브릿지 역할을 하게 됨에 따라서 높은 열전도도를 유지하게 되는 것이다.
이에 더하여 본 발명에서는 상기 탄성 인터레이어(600)가 LED(100)의 열과 계절에 따라 급변하는 큰 폭의 기온차에 의하여 팽창과 수축을 반복하게 되면 폴리머 이중 결합의 산화작용이 증진되어 표면 갈라짐이 유발될 우려가 있다. 또한, 가로등이나 산업현장 등에서는 오존을 비롯한 유해 가스의 침투 시 상기 탄성 인터레이어(600)에 침투하는 경우에도 표면의 갈라짐이나 경화(硬化)가 유발될 수 있다.
이에 따라 본 발명은 상기 탄성 인터레이어(600) 둘레에 차단패킹(400)을 설치하여 확보된 왁스충전실(401)에 겔상의 왁스(402)를 충전하여 주위 환경에서 가하여지는 큰폭의 온도차와 오존 등 유해물질에 대항하는 물리적 방어막을 형성하는 것이어서 탄성 인터레이어(600)의 탄성력이 장기간 일정하게 유지되도록 할 수 있는 것이다.
이상에서, 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.
100 : LED 101 : 금속기판 102 : 기판브라켓
104 : 절연코팅층 103 : 미세요철면 105 : 도선
200 : 방열판 201 : 방열핀 202 : 방열판브라켓
203 : 미세요철면 300 : 체결나사 301 : 스페이서
400 : 차단패킹 401 : 왁스충전실 402 : 왁스
500 : 제1CNT 레이어 501 : 제2CNT레이어 600 : 탄성 인터레이어
104 : 절연코팅층 103 : 미세요철면 105 : 도선
200 : 방열판 201 : 방열핀 202 : 방열판브라켓
203 : 미세요철면 300 : 체결나사 301 : 스페이서
400 : 차단패킹 401 : 왁스충전실 402 : 왁스
500 : 제1CNT 레이어 501 : 제2CNT레이어 600 : 탄성 인터레이어
Claims (4)
- 미세요철면을 갖는 금속기판과, 발열소자가 상기 금속기판의 절연코팅층에 고정되고, 제1CNT레이어가 상기 미세요철면에 배치되며, 상기 제1CNT레이어에 CNT분말과 금속분말이 필러로 투입된 탄성 인터레이어가 밀착 배치되고, 상기 탄성 인터레이어에 제2CNT레이어가 밀착 배치되며,
다수의 방열핀이 일정간격으로 돌출되고 미세요철면이 상기 제2CNT레이어와 밀착되도록 하여서 된 방열판이 구비되되,
상기 제1CNT레이어와 제2CNT레이어 그리고 탄성 인터레이어의 둘레에 차단패킹과 왁스가 충전되는 왁스충전실이 배치됨을 특징으로 하는 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체. - 발열소자가 금속기판의 절연코팅층에 고정되고, 기판브라켓을 구비한 상기 금속기판에 제1CNT레이어가 밀착 배치되며, 방열판브라켓을 구비한 방열판에 제2CNT레이어가 밀착 배치된 하이브리드 방열 조립체의 조립 방법에 있어서,
페이스트 실리콘 수지를 준비하는 단계 1과,
CNT 및 첨가물인 그라파이트, 그래핀, 금속분말인 알루미늄, 철분을 혼합 교반하고 건조시켜 준비하는 단계 2와,
상기 페이스트 실리콘 수지와 CNT 및 첨가물을 믹서에 투입하고 혼합하여 예비성형물을 구성하는 단계 3과,
상기 혼합된 예비성형물을 판상 압착기에 투입하는 단계 4와,
상기 판상 압착기의 둘레에 복수개의 자석을 배치하여 예비성형물에 균등 자계가 형성되도록 하는 단계 5와,
상기 복수개의 자석을 진동시켜 상기 예비성형물 내의 CNT와 첨가물이 재배열되면서 자력선의 방향을 따라 수직으로 배열되도록 하는 단계 6과,
설정한 시간 동안 단계 6을 유지시킨 후 수지가 경화된 시점에서 탈형하여 탄성 인터레이어를 형성하는 단계 7과,
상기 단계 7의 탄성 인터레이어를 상기 제1CNT레이어와 제2CNT레이어 사이에 넣고 조립하는 단계 8과,
체결나사로 기판브라켓과 방열판브라켓을 체결하되, 그 사이에 스페이서를 넣어 제1CNT레이어와 제2CNT레이어 그리고 탄성 인터레이어의 조립 두께가 설정 두께 이하로 되지 않도록 조립하는 단계 9로 됨을 특징으로 하는 탄성 인터레이어와 CNT 레이어를 이용한 하이브리드 방열 조립체의 조립 방법. - 삭제
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| KR102419199B1 (ko) | 2022-05-13 | 2022-07-11 | (주) 은평조명 | 초경량 그라파이트 방열구조. |
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