KR102578321B1 - 복합도금방열시트 및 팁소닉을 이용한 그의 제조방법 - Google Patents

복합도금방열시트 및 팁소닉을 이용한 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

전자파차폐성능 및 방열특성이 우수한 복합도금방열시트 및 팁소닉을 이용한 그의 제조방법이 제안된다. 본 발명에 따른 복합도금방열시트 제조방법은 전자파 반사소재, 전자파 흡수소재 및 전해액을 도금조에 투입하는 단계; 도금조에 방열시트를 장착하는 단계; 및 전자파 반사소재 및 전자파 흡수소재를 방열시트에 전기도금하여 방열시트 상에 전자파차폐층을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

복합도금방열시트 및 팁소닉을 이용한 그의 제조방법{Composite plating heat dissipation sheet and manufacturing method thereof using tip sonic}
본 발명은 복합도금방열시트 및 팁소닉을 이용한 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자파차폐성능 및 방열특성이 우수한 복합도금방열시트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 방열시트는 각종 전자기기 내지 전자소자에서 열을 확산시키기 위한 히트싱크로 활용되는 부품이다. 이러한 방열시트는 두께방향에 비해 면방향의 열전도율이 큰 재료(열이방성 재료)를 사용하여 제조하는 것이 일반적이었으며, 이러한 재료의 대표적인 예로는 팽창흑연이 있다.
예를 들어, 섬유형상의 흑연이 서로 얽혀 이루어진 팽창흑연을 가압 압축함으로써 방열시트를 제조할 수 있으며, 이러한 방열시트의 경우 시트의 두께방향의 열전도율에 비해 면방향의 열전도율이 상대적으로 크기 때문에 열의 확산이동에 적합하다.
흑연을 이용한 방열시트에 전자파차폐가 가능한 금속을 도금하면, 방열성을 높이고, 전자파차폐도 가능한 방열시트를 얻을 수 있다. 최근, 고주파 영역의 전자기기에서 발생하는 전자파는 종래 사용되던 전자파차폐시트에 의해서는 차폐가 어려운 사실이 알려졌다. 이에 따라, 고주파영역에서의 전자파차폐성능도 우수한 방열시트의 개발이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전자파차폐성능 및 방열특성이 우수한 복합도금방열시트 및 팁소닉을 이용한 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복합도금방열시트 제조방법은 전자파 반사소재, 전자파 흡수소재 및 전해액을 도금조에 투입하는 단계; 도금조에 방열시트를 장착하는 단계; 및 전자파 반사소재 및 전자파 흡수소재를 방열시트에 전기도금하여 방열시트 상에 전자파차폐층을 형성하는 단계;를 포함한다.
방열시트는, 천연흑연, 인조흑연, 및 팽창흑연 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
전자파차폐층은 방열성을 나타내는 것일 수 있다.
전자파 반사소재는 금속일 수 있다.
전자파 흡수소재는 그래핀 옥사이드 및 맥신 중 적어도 하나일 수 있다.
도금조에는 초음파가 인가될 수 있다.
도금조에 초음파가 인가되면, 전자파 반사소재가 전자파 흡수소재의 표면에 결합된 전자파차폐복합체 상태로 방열시트 상에 도금될 수 있다.
방열시트는 상하부면을 관통하는 관통홀을 포함하고, 전자파차폐층은 관통홀 안을 채우면서 도금될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전자파 반사소재, 전자파 흡수소재 및 전해액을 도금조에 투입하는 단계, 도금조에 방열시트를 장착하는 단계 및 전자파 반사소재 및 전자파 흡수소재를 방열시트에 전기도금하여 방열시트 상에 전자파차폐층을 형성하는 단계를 포함하는 복합도금방열시트 제조방법에 따라 제조된 복합도금방열시트가 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 전자파 반사소재, 전자파 흡수소재 및 전해액이 투입되는 도금조; 양극 및 방열시트가 장착되는 음극; 및 전자파 반사소재를 전자파 흡수소재와 결합시켜 전자파차폐복합체를 형성하는 초음파인가부;를 포함하는 복합도금방열시트 제조장치가 제공된다. 이 때, 전자파 반사소재는 금속이고, 전자파 흡수소재는 그래핀 옥사이드 및 맥신 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 구리, 맥신 및 전해액을 도금조에 투입하는 단계; 도금조에 흑연시트를 장착하는 단계; 및 구리가 맥신 표면에 결합된 전자파차폐복합체를 흑연시트에 전기도금하여 전자파차폐층을 형성하는 단계;를 포함하는 복합도금방열시트 제조방법이 제공된다.
본 발명은 방열시트에 전자파차폐층을 구비할 때, 고주파 영역에서의 전자파차폐성능을 높이기 위하여 파우더 전기도금을 수행하여 우수한 성능의 복합도금방열시트를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 고주파영역에서의 전자파차폐성능을 높이기 위한 파우더의 도금시 팁형 초음파장치(Sonic dismembrator)를 이용하여 초음파를 인가하여 그라파이트 시트(Graphite sheet)에 파우더와 구리도금이 원활히 이루어지므로 신뢰성 높은 복합도금방열시트를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합도금방열시트 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 4는 본 다른 실시예에 따른 복합도금방열시트 제조장치의 모식도이다.
도 5는 종래의 전기도금방법에 의해 복합도금된 복합도금방열시트의 표면이미지이고, 도 6은 본 발명에 따른 복합도금방열시트 제조방법에 의해 제조된 복합도금방열시트의 표면이미지이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 복합도금방열시트의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 복합도금방열시트의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합도금방열시트 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다. 본 실시예에 따른 복합도금방열시트 제조방법은 전자파 반사소재(111), 전자파 흡수소재(112) 및 전해액(120)을 도금조(130)에 투입하는 단계; 도금조(130)에 방열시트(140)를 장착하는 단계; 및 전자파 반사소재(111) 및 전자파 흡수소재(112)를 방열시트(140)에 전기도금하여 방열시트(140) 상에 전자파차폐층을 형성하는 단계;를 포함한다.
도 1을 참조하면, 전기도금은 도금조(130) 내에 양극(150) 및 도금될 방열시트(140)인 음극을 배치하고 전해액(120)에는 방열시트(140)에 도금할 전자파 반사소재(111) 및 전자파 흡수소재(112)를 분산시킨다. 전기도금에서 전해액(120) 내부의 불순물과 불균일한 전류밀도는 도금 성질 저하의 원인이 된다. 따라서, 방열시트(140)에 형성될 전자파차폐층(110)의 특성은 불순물 함량이 낮을 수록 우수해진다.
방열시트(140)는, 천연흑연, 인조흑연, 및 팽창흑연 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 복합도금방열시트를 제조하기 위하여 먼저, 탄소계 소재로 형성되는 시트 형태의 방열시트가 제조된다. 방열시트(140)는 방열특성이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 방열특성이 우수한 물질로, 탄소계 소재가 사용될 수 있다. 탄소계 소재 중 흑연은 원자구조상 방열특성이 우수한 물질이다.
방열시트(140)은 흑연, 상세하게는 천연흑연, 인조흑연 및 팽창흑연 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 흑연은 탄소로 구성되는 탄소 동소체의 하나로, 육방 정계에 속하는 판모양의 결정을 이루고 전기전도성이 높고 열전도성이 우수하다. 흑연은 판모양의 결정형상에 따라 수직방향의 열전도성 보다는 수평방향의 열전도성이 우수하다.
특히, 팽창흑연은 섬유형상의 흑연이 서로 얽혀서 솜 형상으로 이루어진 것으로, 이를 가압 압축해서 시트형상으로 성형하는 경우에는 시트의 면방향의 열전도율이 시트의 두께방향의 열전도율에 비해서 더욱 커지게 된다. 이러한 팽창흑연은 천연흑연 또는 인조흑연을 황산이나 초산 등의 액체에 침지시킨 후, 400℃ 이상의 온도에서 열처리함으로써 제조될 수 있다.
팽창흑연의 경우 면방향의 열전도율이 두께방향의 열전도율에 비해서 커지게 되므로, 두께방향의 열전도율을 보완하기 위하여 카본나노튜브(단일벽, 이중벽, 다중벽 포함)가 추가 혼합될 수 있다. 카본나노튜브는 높은 길이/직경 비를 가지고 있어 단위면적당 표면적이 매우 크고, 열전도율 역시 매우 크므로(1500W/Mk 이상), 카본나노튜브를 팽창흑연과 혼합하는 경우에는 두께방향의 열전도율을 어느정도 보완 가능하다. 그러나, 흑연의 결정형상이 판 형태이므로 수직방향의 열전도율은 수평방향의 열전도율에 비해 월등히 낮은 값을 나타낸다.
방열시트(140)는 전술한 팽창흑연 등의 탄소계 소재를 가압 압축하여 형성할 수 있는데, 가압 압축 방법으로는 프레스 성형 또는 롤 압연이 있다. 프레스 성형을 예로 들어보면, 팽창흑연 분말을 소정의 프레스 성형틀에 채워 넣은 후에 프레스를 이용하여 적정한 성형압력으로 팽창흑연 분말을 가압 성형하는 1차 가공을 거침으로써 방열시트를 형성할 수 있으며, 필요에 따라 롤링 가공을 통해 적당한 두께(수 마이크로미터 내지 밀리미터)를 갖추도록 2차 가공을 거칠 수 있다.
본 발명에서는 방열시트(140) 상에 형성되는 전자파차폐층이 전자파 반사소재(111) 및 전자파 흡수소재(112)를 포함한다(도 2). 전자파를 차폐하기 위해서는 전자파를 반사시키거나 전자파를 흡수시키는 소재를 사용할 수 있다. 특히 전자파가 고주파인 경우 전자파 반사소재만으로는 효과적인 전자파차폐가 불가능하다.
전자파 반사소재(111)는 금속일 수 있고, 전자파 흡수소재(112)는 그래핀 옥사이드(graphene oxide)나 맥신(MXene) 등이 있다. 전자파 반사소재(111)로 사용될 수 있는 금속으로는 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 팔라듐, 크롬 및 이들의 합금 등이 있으며, 전자파 차폐성능과 열전도율이 모두 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
맥신은 2차원 물질로서 원자들이 2차원 구조의 MAX상(M은 전이금속, A는 13족 또는 14족 원소, X는 탄소 또는 질소)을 이루는 물질을 의미한다. 그래핀 옥사이드나 맥신은 2차원 편상구조로서 전자파를 흡수하게 된다. 또한, 전자파 흡수소재(112)는 2차원 편상구조이므로 전자파 반사소재(111)가 방열시트(140)에 도금될 때의 낮은 접착성으로 인한 박리현상을 방지할 수 있다.
본 발명에서는 방열시트(140) 상에 전자파차폐층을 형성할 때 전자파 반사 및 전자파 흡수가 가능한 소재를 함께 사용하여 우수한 전자파차폐 특성을 나타내는 복합도금방열시트를 얻을 수 있다. 또한, 전자파 반사소재(111) 및 전자파 흡수소재(112)가 방열특성을 나타내면 방열시트(140)의 방열성을 보조할 수 있다. 아울러, 방열시트(140) 상에 형성되는 도금층인 전자파차폐층의 접착성을 향상시켜 복합도금방열시트의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
전자파 반사소재(111)는 2차원 판상소재인 전자파 흡수소재(112)의 표면에 결합될 수 있다(도 3). 다만, 전자파 흡수소재(112)는 2차원 편상구조이므로, 전해액(120)에 잘 분산되지 않아, 표면에 전자파 반사소재(111)가 결합되지 않을 가능성이 있다.
본 발명에서는 도금조(130)에 초음파를 인가시켜 전자파 흡수소재(112)의 분산을 유도하고, 도 3과 같이 전자파 반사소재(111)가 전자파 흡수소재(112)의 표면에 잘 결합될 수 있도록 유도한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합도금방열시트 제조장치의 모식도이다. 본 실시예에 따른 복합도금방열시트 제조장치(200)에는 초음파인가부(160)가 구비된다. 도금조에 초음파가 인가되면, 전자파 반사소재(111)가 전자파 흡수소재(112)의 표면에 잘 결합되어 전자파차폐복합체(113) 상태로 방열시트 상에 도금될 수 있다.
도 5는 종래의 전기도금방법에 의해 복합도금된 복합도금방열시트의 표면이미지이고, 도 6은 본 발명에 따른 복합도금방열시트 제조방법에 의해 제조된 복합도금방열시트의 표면이미지이다. 흑연시트 상에 맥신 파우더가 포함된 구리도금(공정조건 1A, 1V)을 한 후 표면 이미지를 획득하였다.
도 5는 초음파를 인가하지 않고 도금하여 얻은 복합도금방열시트로서, 표면에 물결무늬 등이 나타나 도금품질이 낮은 것을 알 수 있다. 반면, 초음파를 인가하여 도금공정을 수행하여 얻은 복합도금방열시트의 표면이미지인 도 6을 참조하면 물결무늬 등이 나타나지 않아 불균일 도금이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 복합도금방열시트의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 복합도금방열시트의 단면도이다. 본 발명에 따른 복합도금방열시트(100)는 방열시트(140) 상에 전자파 반사소재 및 전자파 흡수소재를 포함하는 전자파차폐층(110)이 형성되어 있어, 복합도금방열시트(100)는 방열특성과 함께 전자파차폐특성을 갖는다.
도 8의 복합도금방열시트(100)는 상하부면을 관통하는 관통홀(141)을 포함하고, 전자파차폐층(110)은 관통홀(141) 안을 채우면서 도금된 상태이다. 방열시트(140)의 표면에 간격을 두어 수직 방향으로 상하부면을 관통하는 복수 개의 관통홀(141)이 형성된다. 관통홀(141)의 형성은 펀치 등을 이용한 통상적인 공정에 의해 형성될 수 있으며, 그 이외의 방법으로 형성되는 것도 가능하다.
탄소계 소재 중 흑연을 이용한 흑연방열시트의 경우, 수평방향의 열전도도 특성은 우수하나 수직 열전도도 특성은 3W/mK이하로 이방성이 높다. 따라서, 본 발명에서는 방열시트(140)에 관통홀(141)을 내고, 관통홀(141) 내부를 방열시트(140)의 수직방향 열전도도를 높일 수 있는 물질로 채워 방열시트(140)의 전체적인 열전도도를 향상시킬 수 있다.
관통홀(141)은 방열시트(140)에 복수개가 서로 이격되어 형성된다. 관통홀(141)의 직경이나 깊이는 전자파 반사소재나 전자파 흡수소재의 열전도특성이나 방열시트(140)의 두께 및 관통홀(141)의 개수에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 관통홀(141)의 직경은 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터일 수 있다. 관통홀(141)의 평면형상은 원형, 사각형, 삼각형 또는 다각형일 수 있고 이는 한정되지 않는다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 구리, 맥신 및 전해액을 도금조에 투입하는 단계; 도금조에 흑연시트를 장착하는 단계; 및 구리가 맥신 표면에 결합된 전자파차폐복합체를 흑연시트에 전기도금하여 전자파차폐층을 형성하는 단계;를 포함하는 복합도금방열시트 제조방법이 제공된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 복합도금방열시트
110: 전자파차폐층
111: 전자파 반사소재
112: 전자파 흡수소재
113: 전자파차폐복합체
120: 전해액
130: 도금조
140: 방열시트
141: 관통홀
150: 양극
160: 초음파인가부
200: 복합도금방열시트 제조장치

Claims (12)

  1. 전자파 반사소재, 전자파 흡수소재 및 전해액을 도금조에 투입하는 단계;
    도금조에 방열시트를 장착하는 단계; 및
    전자파 반사소재 및 전자파 흡수소재를 방열시트에 전기도금하여 방열시트 상에 전자파차폐층을 형성하는 단계;를 포함하는 복합도금방열시트 제조방법에 있어서,
    도금조에는 초음파가 인가되고,
    도금조에 초음파가 인가되면, 전자파 반사소재가 전자파 흡수소재의 표면에 결합된 전자파차폐복합체 상태로 방열시트 상에 도금되는 것을 특징으로 하는 복합도금방열시트 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    방열시트는, 천연흑연, 인조흑연, 및 팽창흑연 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합도금방열시트 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전자파차폐층은 방열성을 나타내는 것을 특징으로 하는 복합도금방열시트 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    전자파 반사소재는 금속인 것을 특징으로 하는 복합도금방열시트 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    전자파 흡수소재는 그래핀 옥사이드 및 맥신 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 복합도금방열시트 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    방열시트는 상하부면을 관통하는 관통홀을 포함하고,
    전자파차폐층은 관통홀 안을 채우면서 도금되는 것을 특징으로 하는 복합도금방열시트 제조방법.
  9. 청구항 1의 복합도금방열시트 제조방법에 따라 제조된 복합도금방열시트.
  10. 전자파 반사소재, 전자파 흡수소재 및 전해액이 투입되는 도금조;
    양극 및 방열시트가 장착되는 음극; 및
    전자파 반사소재를 전자파 흡수소재와 결합시켜 전자파차폐복합체를 형성하는 초음파인가부;를 포함하는 복합도금방열시트 제조장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    전자파 반사소재는 금속이고,
    전자파 흡수소재는 그래핀 옥사이드 및 맥신 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 복합도금방열시트 제조장치.
  12. 구리, 맥신 및 전해액을 도금조에 투입하는 단계;
    도금조에 흑연시트를 장착하는 단계; 및
    초음파 인가로 구리가 맥신 표면에 결합된 전자파차폐복합체를 흑연시트에 전기도금하여 전자파차폐층을 형성하는 단계;를 포함하는 복합도금방열시트 제조방법.
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