KR102600477B1 - 미세 냉각 소자 및 히터 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
온도 제어 소자의 제조 방법이 제공된다. 상기 온도 제어 소자의 제조 방법은, 금속 기판을 준비하는 단계, 상기 금속 기판의 상부면에 그루브(Groove)를 형성하는 단계, 상기 금속 기판의 상부면 상에, 표면 프로파일을 따라 금속 산화물을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계, 상기 그루브 내의 상기 코팅층 상에 금속 씨드층을 형성하는 단계, 및 상기 금속 씨드층을 성장시켜 상기 그루브 내에 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 미세 냉각 소자 및 히터 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉매의 배치 여부에 따라 냉각 소자 또는 히터로 사용될 수 있는 온도 제어 소자의 제조 방법에 관련된 것이다.
인쇄 전자 산업의 발달에 따라서 전도성 잉크에 대한 기술 개발은 지속적으로 이루어져 왔다. 전도성 잉크에 대한 기술 개발은 대표적으로 두 가지 방향에서 이루어져 왔는데, 하나는 나노 입자 형태의 잉크와 또 다른 하나는 금속 유기 분해(Metal Organic Decomposition; 이하 'MOD'라 함) 잉크이다.
저 가격화가 가능한 금속재료 잉크에 대한 기술 개발 요구가 지속적으로 있어왔으며, 그 대표적인 것이 구리(Cu)이다. 구리(Cu)는 전기전도도(1.72μΩ·㎝)로 우수하며, 낮은 가격대에 잉크 제작이 가능하다. 하지만, 구리 잉크의 제작에 있어서 단점인 재료의 산화안정성 때문에 실질적인 제품 개발에 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결할 수 있는 것이 MOD(Metal Organic Decomposition) 잉크이다. 그 이유는 MOD 잉크 자체는 이미 산화되어진 형태로 존재하므로 공기 중에서의 안정성이 확보되기 때문이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 신뢰성이 향상된 온도 제어 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 공정 효율이 향상된 온도 제어 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 내전압, 내부식성, 및 내부착성이 향상된 절연층을 갖는 온도 제어 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 친환경적 방법으로 제조된 절연층을 갖는 온도 제어 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 복잡한 형상에서도 신뢰성이 높게 제조된 절연층을 갖는 온도 제어 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 온도 제어 소자의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 온도 제어 소자의 제조 방법은 금속 기판을 준비하는 단계, 상기 금속 기판의 상부면에 그루브(Groove)를 형성하는 단계, 상기 금속 기판의 상부면 상에, 표면 프로파일을 따라 금속 산화물을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계, 상기 그루브 내의 상기 코팅층 상에 금속 씨드층을 형성하는 단계, 및 상기 금속 씨드층을 성장시켜 상기 그루브 내에 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 씨드층을 형성하는 단계는, 상기 코팅층 상에, 표면 프로파일을 따라 금속 이온을 포함하는 전도성 MOD(Metal Organic Decomposition) 잉크 조성물을 도포하는 단계, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물이 도포된 상기 코팅층 중 상기 그루브 내의 코팅층에 레이저를 조사하여, 상기 그루브 내의 상기 코팅층 상에 상기 금속 이온이 환원된 상기 금속 씨드층을 형성하는 단계, 및 상기 그루브 외부의 상기 코팅층 상에 잔존된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물을 상기 코팅층으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 씨드층을 이용하여 전해 도금 또는 무전해 도금이 수행됨에 따라 상기 금속 씨드층이 성장되어 상기 금속 패턴이 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패턴이 상기 그루브 내부를 모두 채우도록 형성되고, 상기 금속 패턴과 상기 금속 기판 사이에 전압 차이가 발생되는 경우, 상기 코팅층의 저항에 의해 줄 히팅(joule heating)되어 히팅 소자로 사용되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패턴을 형성하는 단계 이후 상기 금속 패턴 상에 냉매를 배치하는 단계를 더 포함하고, 발열 소자로부터 발생된 열을 방출시키는 냉각 소자로 사용되는 것을 포함하되, 상기 발열 소자로부터 발생된 열은, 상기 금속 기판, 상기 코팅층, 상기 금속 패턴, 및 상기 냉매를 순차적으로 이동하여 방출되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은, 금속 기판을 준비하는 단계, 상기 금속 기판의 상부면에 그루브(Groove)를 형성하는 단계, 상기 금속 기판의 상부면 상에, 표면 프로파일을 따라 금속 산화물을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계, 상기 그루브 내의 상기 코팅층 상에 금속 씨드층을 형성하는 단계, 및 상기 금속 씨드층을 성장시켜 상기 그루브 내에 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 씨드층을 형성하는 단계는 상기 코팅층 상에, 표면 프로파일을 따라 금속 이온을 포함하는 전도성 MOD(Metal Organic Decomposition) 잉크 조성물을 도포하는 단계, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물이 도포된 상기 코팅층 중 상기 그루브 내의 코팅층에 레이저를 조사하여, 상기 그루브 내의 상기 코팅층 상에 상기 금속 이온이 환원된 상기 금속 씨드층을 형성하는 단계, 및 상기 그루브 외부의 상기 코팅층 상에 잔존된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물을 상기 코팅층으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 온도 제어 소자의 제조 공정 효율이 향상될 수 있고, 제조된 온도 제어 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S140 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S110 단계 및 S120 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S130 단계 및 S141 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S142 단계 및 S143 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S150 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자가 히팅 소자로 사용된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자가 냉각 소자로 사용된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 금속 패턴 배치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법에 따라 제조된 온도 제어 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법에 따라 제조된 온도 제어 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S130 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 과정에서 형성되는 제1 절연층 및 제2 절연층을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 사용되는 전해액 내 불화 칼륨의 농도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 16은 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 사용되는 전해액 내 규산 나트륨의 농도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 인가되는 전류 밀도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 19는 본 발명의 실험 예에 따른 절연층 상에 구리 무전해 도금이 수행된 상태를 촬영한 사진들이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S140 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S110 단계 및 S120 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S130 단계 및 S141 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S142 단계 및 S143 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S150 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자가 히팅 소자로 사용된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자가 냉각 소자로 사용된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 금속 패턴 배치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법에 따라 제조된 온도 제어 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법에 따라 제조된 온도 제어 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S130 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 과정에서 형성되는 제1 절연층 및 제2 절연층을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 사용되는 전해액 내 불화 칼륨의 농도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 16은 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 사용되는 전해액 내 규산 나트륨의 농도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 인가되는 전류 밀도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 19는 본 발명의 실험 예에 따른 절연층 상에 구리 무전해 도금이 수행된 상태를 촬영한 사진들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S140 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S110 단계 및 S120 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S130 단계 및 S141 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S142 단계 및 S143 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S150 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자가 히팅 소자로 사용된 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자가 냉각 소자로 사용된 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 금속 패턴 배치의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 10은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 금속 기판(100)이 준비될 수 있다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(100)은 열전도도가 높은 금속으로 제조된 기판일 수 있다. 또한, 상기 금속 기판(100)은 1 mm 이상의 두께를 갖도록 제조된 기판일 수 있다.
상기 금속 기판(100)의 상부면에 그루브(GV)가 형성될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 그루브(GV)는 기계적인 방법으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 그루브(GV)는 50 μm 내지 500 μm의 선폭을 갖고, 50 μm 내지 500 μm의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 금속 기판(100)의 상부면 상에, 표면 프로파일을 따라 코팅층(110)이 형성될 수 있다(S130). 일 실시 예에 따르면, 상기 코팅층(110)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 코팅층(110)은 10 μm 내지 20 μm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 코팅층(110) 상에, 표면 프로파일을 따라 전도성 MOD(Metal Organic Decomposition) 잉크 조성물(IK)이 도포될 수 있다(S141). 일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)은 금속 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 이온은 구리(Cu) 이온을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)은 구리 전구체와 포름산이 반응하여 형성된 구리 포메이트, 및 리간드로서 아민기를 포함하는 구리 포메이트-아민 잉크를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 구리 전구체는 산화구리, 수산화구리, 질산구리, 탄산구리, 황산구리, 염화구리 및 아세트산구리 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 아민기를 형성하는 화합물은 부틸아민, 헥실아민, 옥틸아민, 다이부틸 아민, 트리에틸 아민, 디에틸렌트리아민(Diethylenetriamine), 에틸렌 다이아민, 사이클로헥실아민 및 아미노 메틸 프로판올 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 물(H2O), 알코올계 용매, 글리콜계 용매, 아세테이트계 용 매, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 탄화수소계 용매, 방향족계 용매, 할로겐 치환 용매, 아세토니트릴, 디메틸술폭사이드 또는 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 상기 알코올계 용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 1-메톡시프로판올, 부탄올, 에틸헥실 알코올, 테르피네올 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 글리콜계 용매로는 에틸렌글리콜, 글리세린 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 아세테이트계 용매로는 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 메톡시프로필아세테이트, 카비톨아세테이트, 에틸카비톨아세테이트 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 메틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 케톤계 용매로는 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 탄화수소계 용매로는 헥산, 헵탄, 도데칸, 파라핀 오일, 미네랄 스피릿 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 방향족계 용매로는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 할로겐 치환 용매로는 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 용매의 함량에 따라 상기 전도성 MOD 잉크 조성물의 점도가 제어될 수 있다.
상기 구리 포메이트-아민 잉크는 구리 포메이트(Cu formate)와 리간드로서 다양한 아민기의 적용이 가능할 수 있다. 상기 구리 포메이트는 구리 전구체와 포름산을 반응 용기에 넣고 교반하면서 반응시켜 형성할 수 있다. 예를 들어, 반응 용기에 산화구리(CuO)와 포름산을 1:3의 중량비로 넣고 밀폐한 후, 교반하면 서 반응시켜 상기 구리 포메이트를 형성할 수 있다.
상기 구리 포메이트, 아민 화합물(아민기를 갖는 화합물) 및 용매를 반응 용기에 첨가하고 혼합하고, 상기 반응 용기를 밀폐한 후, 교반하면서 반응시켜 구리 포메이트-아민 잉크를 형성할 수 있다. 상기 구리 포메이트와 상기 아민 화합물은 1:0.05~1:2의 중량비로 혼합될 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)이 도포된 상기 코팅층(110) 중 상기 그루브(GV) 내의 코팅층(110)에 레이저가 조사될 수 있다. 이에 따라, 상기 그루브(GV) 내의 상기 코팅층(110) 상에 상기 금속 이온이 환원된 금속 씨드층(120)이 형성될 수 있다(S143).
즉, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)과 상기 그루브(GV)가 중첩되는 영역(O1)에는 레이저가 조사되는 반면, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)과 상기 그루브(GV)가 중첩되지 않는 영역(O2)에는 레이저가 조사되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 코팅층(110) 상에 배치된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK) 중 상기 그루브(GV)와 중첩되는 영역(O1)은 금속 씨드층(120)으로 변화될 수 있다. 반면, 상기 코팅층(110) 상에 배치된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK) 중 상기 그루브(GV)와 중첩되지 않는 영역(O2)은 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)로 잔존될 수 있다.
예를 들어, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)과 상기 그루브(GV)가 중첩되는 영역(O1)에 조사되는 레이저는 아래의 <표 1>과 같은 조건을 가질 수 있다.
| Power (W) | 3.5 |
| Frequency (Hz) | 25000 |
| Speed (mm/sec) | 1000 |
| Hatching gap (mm) | 0.12 |
| Wobble radius | 0.08 |
상기 금속 씨드층(120)이 형성된 후, 상기 그루브(GV) 외부의 상기 코팅층(110) 상에 잔존된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)이 상기 코팅층(110)으로부터 제거될 수 있다(S143). 즉, 상기 코팅층(110) 상에 배치된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK) 중 상기 그루브(GV)와 중첩되지 않는 영역(O2)이 상기 코팅층(110)으로부터 제거될 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 금속 씨드층(120)을 성장시켜 상기 그루브(GV) 내에 금속 패턴(130)을 형성할 수 있다(S150). 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자(TD)가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패턴(130)은 상기 금속 씨드층(120)을 이용한 전해 도금 방법으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 금속 패턴(130)은 상기 금속 씨드층(120)을 이용한 무전해 도금 방법으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 금속 패턴(130)은 상기 그루브(GV) 내부를 모두 채우도록 형성될 수 있다. 상술된 상태에서 상기 금속 패턴(130)과 상기 금속 기판(110) 사이에 전압 차이가 발생되는 경우, 상기 코팅층(110)은 저항에 의해 줄 히팅(joule heating)될 수 있다. 이에 따라, 상기 온도 제어 소자는 히팅 소자로 사용될 수 있다.
이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 금속 패턴(130)은 상기 그루브(GV) 내부의 일부만 채우도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 그루브(GV) 내에 상기 금속 패턴(130)을 제외한 잔존 영역은 냉매(CM)를 통해 채워질 수 있다. 즉, 상기 그루브(GV) 내의 상기 금속 패턴(130) 상에 냉매(CM)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 금속 기판(100) 상에는, 상기 코팅층(110) 및 상기 냉매(CM)를 덮도록 금속 평판(PT)이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 온도 제어 소자(TD)는 발열 소자(10)로부터 발생된 열을 방출시키는 냉각 소자로 사용될 수 있다. 구체적으로, 발열 소자(10)로부터 발생된 열은 상기 금속 기판(100), 상기 코팅층(110), 상기 금속 패턴(130), 및 상기 냉매(CM)를 순차적으로 이동함으로써 방출될 수 있다.
상기 온도 제어 소자(TD)의 상기 금속 패턴(130)은 다양한 배치를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 금속 패턴(130)은 'U'자 형상의 패턴 및 '역 U'자 형상이 반복되는 배치를 가질 수 있다.
상기 온도 제어 소자(TD)는 다양한 반도체 분야에 활용될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, PCB 기판(20) 상에 복수의 반도체칩들이 TSV(through silicon via) 방법으로 적층된 구조체(ST)의 최상단 상에 배치되어, 적층 구조체(ST)로부터 방출되는 열을 냉각하기 위한 냉각 소자로 활용될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 변형 예들에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법이 설명된다.
제1 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법
도 11은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법에 따라 제조된 온도 제어 소자를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법과 같을 수 있다. 다만, 상기 제1 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은, S120 단계에서 상기 금속 기판의 상부면에 그루브를 형성하되, 그루브가 서로 다른 깊이를 갖도록 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판의 일 방향을 따라 'U'자 형상 및 '역 U'자 형상이 반복되는 형상의 그루브가 형성되되, 제1 그루브 영역(GA1)에 형성되는 그루브는 상대적으로 얕은 깊이를 갖는 반면, 제2 그루브 영역(GA2)에 형성되는 그루브는 상대적으로 깊은 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 버퍼 영역(BA)에 형성되는 그루브는 상기 제1 그루브 영역(GA1)에 형성되는 그루브의 깊이보다는 깊은 반면 상기 제2 그루브 영역(GA2)에 형성되는 그루브의 깊이보다는 얕게 형성될 수 있다.
상기 제1 그루브 영역(GA1)은 상기 기판의 일측과 인접한 영역으로 정의될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 그루브 영역(GA2)은 상기 기판의 일측과 반대되는 타측과 인접한 영역으로 정의될 수 있다. 이와 달리, 상기 버퍼 영역(BA)은 상기 제1 그루브 영역(GA1)과 상기 제2 그루브 영역(GA2)의 사이 영역으로 정의될 수 있다.
상술된 바와 같이 그루브의 깊이가 다르게 형성됨에 따라, 상기 제1 그루브 영역(GA1)에 형성되는 그루브 내에는 상대적으로 많은 양의 냉매가 배치될 수 있고, 상기 제2 그루브 영역(GA2)에 형성되는 그루브 내에는 상대적으로 적은 양의 냉매가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 그루브 영역(GA1)으로부터 상기 제2 그루브 영역(GA2) 방향(D1)으로 냉매가 이동하는 과정에서 냉매의 유속 차이가 발생되는 문제점이 발생할 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 상기 제1 그루브 영역(GA1)과 상기 제2 그루브 영역(GA2) 사이에 상기 버퍼 영역(BA)이 배치됨으로써, 상기 제1 그루브 영역(GA1)으로부터 상기 제2 그루브 영역(GA2)으로 이동하는 냉매의 유속 차이가 감쇠될 수 있다.
즉, 상기 제1 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은, 금속 기판의 상부면에 형성되는 그루브의 깊이가 일정하지 않은 경우, 상대적으로 얕은 깊이의 그루브와 상대적으로 깊은 깊이의 그루브 사이에 버퍼 영역을 배치함으로써 냉매의 유속 차이를 감쇠시킬 수 있다.
제2 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법
도 12는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법에 따라 제조된 온도 제어 소자를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제2 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법과 같을 수 있다. 다만, 상기 제2 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은, 'U'자 형상 및 '역 U'자 형상이 반복되는 형상의 그루브가 형성되되, 'U'자 형상 및 '역 U'자 형상의 굴곡 영역(CA)에는 금속 패턴 없이 냉매만 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 그루브를 따라 흐르는 냉매의 흐름성이 향상될 수 있다.
구체적으로, 'U'자 형상 및 '역 U'자 형상의 굴곡 영역(CA)에 금속 패턴과 냉매가 함께 배치되는 경우, 냉매의 유로로 작용하는 그루브의 폭이 좁아지는 현상이 발생됨으로 굴곡 영역(CA)에서 냉매의 흐름성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 굴곡 영역(CA)에 금속 패턴 없이 냉매만 배치되는 경우, 냉매의 유로로 작용하는 그루브의 폭이 넓어질 수 있으므로 굴곡 영역(CA)으로 인한 냉매의 흐름성이 저하되는 문제점이 해소될 수 있다.
제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법
도 13은 본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S130 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이고, 도 14는 본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 과정에서 형성되는 제1 절연층 및 제2 절연층을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은, 금속 기판을 준비하는 단계(S110), 상기 금속 기판의 상부면에 그루브를 형성하는 단계(S120), 상기 금속 기판의 상부면 상에 표면 프로파일을 따라 금속 산화물을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(S130), 상기 그루브 내의 상기 코팅층 상에 금속 씨드층을 형성하는 단계(S140), 및 상기 금속 씨드층을 성장시켜 상기 그루브 내에 금속 패턴을 형성하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
상기 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법이 포함하는 S110 내지 S150 단계는, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법이 포함하는 S110 내지 S150 단계와 같을 수 있다. 다만, 상기 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은 S130 단계가 제1 절연층을 형성하는 단계(S131), 및 제2 절연층을 형성하는 단계(S132)를 포함할 수 있다. 이하, 상기 S131 단계 및 상기 S132 단계에 대해 설명된다.
상기 S131 단계에서는, 상기 금속 기판(100) 상에 제1 절연층(111)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 절연층(111)은 상기 금속 기판을 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO) 처리함으로써 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 수산화 칼륨(KOH), 불화 칼륨(KF), 및 규산 나트륨(Na2SiO3)를 포함하는 전해액에 상기 금속 기판(100)을 침지시킨 후, 300 Hz 주파수(Frequency), 50 % Duty, 및 30~100 mA/cm2 전류밀도 조건에서 플라즈마 전해 산화(PEO) 처리가 수행될 수 있다.
상기 전해질 내 조성물의 농도가 제어됨에 따라, 상기 제1 절연층(111)의 코팅 신뢰성이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질 내 상기 불화 칼륨(KF)의 농도는 6 g/L 미만으로 제어될 수 있다. 이와 달리, 상기 전해질 내 상기 불화 칼륨(KF)의 농도가 6 g/L 이상으로 제어되는 경우, 상기 제1 절연층(111)의 코팅이 균일하게 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 상기 전해질 내 상기 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도도 6 g/L 미만으로 제어될 수 있다. 이와 달리, 상기 전해질 내 상기 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 6 g/L 이상으로 제어되는 경우, 상기 제1 절연층(111)의 코팅이 균일하게 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(100) 상에 상기 제1 절연층(111)이 형성되기 전, 상기 금속 기판(100)의 전처리 단계가 수행될 수 있다. 상기 금속 기판(100)의 전처리 단계는, 산화막 제거 단계, 제1 수세 단계, 중화 단계, 및 제2 수세 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 산화막 제거 단계는 40 g/L 농도의 수산화 나트륨(NaOH)을 통해 2분 동안 초음파 처리(sonication)하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 제1 수세 단계는, DI water를 통해 20초 동안 수세하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 중화 단계는, 500 ml/L 농도의 질산(HNO3, 60%)을 20초 동안 처리하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 제2 수세 단계는, DI water를 통해 20초 동안 수세하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 S132 단계에서는 상기 제1 절연층(111) 상에 제2 절연층(112)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 절연층(112)은 전착 도장(Electro deposition coating) 방법으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 절연층(112) 형성 단계는, 탕세 공정, 알칼리 탈지 공정, 수세 I 공정, 전처리 공정, 피막형성 공정, 수세 II 공정, 전착 도장 공정, UF 수세 공정, 건조 공정, 검사 공정, 및 포장 공정으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 알칼리 탈지 공정은, 상온~50℃ 온도, 12~13 pH의 조건에서 수산화 나트륨(NaOH)과 알칼리 탈지제를 3~5분 동안 처리하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 알칼리 탈지 공정을 통해, 상기 제1 절연층(111) 표면의 유분이 제거될 수 있다. 상기 전처리 공정은, 20~30℃ 온도 조건에서 표면 조정제(산화 티타늄)를 3~5분 동안 처리하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 전처리 공정을 통해, 상기 제1 절연층(111)의 표면이 활성화될 수 있다. 상기 피막(화성피막)형성 공정은, 50~60℃ 온도 조건에서 인산아연 피막제와 촉진제를 3~5분 동안 처리하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 피막(화성피막)형성 공정을 통해, 상기 제1 절연층(111)의 표면에 불용성의 피막이 형성되어 내식력이 향상될 수 있다. 상기 전착 도장 공정은, 화성피막이 형성된 상기 제1 절연층(111)을 전착 도장액에 침지시킨 후 전압을 인가하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 전착 도장액으로서 양이온 에폭시 또는 양이온 아크릴이 사용될 수 있다. 또한, 28~32℃ 온도, 250V 음극 전위차, 7.5~8.5 pH 조건에서 2~3분 동안 처리될 수 있다. 상기 건조 공정은 150℃ 온도에서 50분 동안 수행될 수 있다.
상기 제1 절연층(111) 및 상기 제2 절연층(112)은, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법 중 S130 단계에서 설명된 코팅층(110)과 같을 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 절연층(112) 형성 이후, 상기 제2 절연층(112) 상에 금속 패턴이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 절연층 형성 단계(S132) 이후 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK) 도포 단계(S141) 단계 이전, 상기 제2 절연층(112)을 UV ozone 처리하는 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 UV ozone 처리는 UV ozone cleaner를 통해 15분 동안 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 절연층(112) 상에 잔존된 유기물이 제거되고 상기 제2 절연층(112)의 표면에 친수성이 확보될 수 있으므로 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)의 코팅 효율성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.
이와 달리, 상기 제2 절연층 형성 단계(S132) 이후 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK) 도포 단계(S141) 단계 이전, 상기 제2 절연층(112)을 UV ozone 처리하는 단계가 수행되지 않는 경우, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)의 코팅 효율 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)을 도포하는 단계(S141) 이후 상기 씨드층(200)을 형성하는 단계(S142) 이전, 상기 제2 절연층(112) 상에 도포된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)을 열처리하는 단계가 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)은 90°의 온도에서 20분 동안 열처리될 수 있다. 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)이 열처리됨에 따라, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK) 내 용매가 제거될 수 있다. 이로 인해, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)의 금속 이온이 환원되어 형성되는 상기 씨드층(200)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이와 달리, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)을 도포하는 단계(S141) 이후 상기 씨드층(200)을 형성하는 단계(S142) 이전, 상기 제2 절연층(112) 상에 도포된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)을 열처리하는 단계가 수행되지 않는 경우, 상기 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)의 금속 이온이 환원되어 형성되는 상기 씨드층(200)의 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법은, 상기 제1 절연층(111) 및 상기 제2 절연층(112)을 형성한 이후, 상기 제2 절연층(112) 상에 금속 패턴(130)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 기판(100) 상에 형성되는 상기 금속 패턴(130)의 신뢰성이 향상될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 절연층(112)을 형성하는 단계가 생략되어, 상기 제1 절연층(111) 상에 바로 상기 금속 패턴(130)이 형성되는 경우, 상기 제1 절연층(111) 내로 전도성 MOD 잉크 조성물(IK)이 침두퇴는 문제점이 발생될 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 절연층(111) 상에 형성되는 금속 패턴(130)의 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 상술된 바와 같이, 상기 제1 절연층(111)이 플라즈마 전해 산화법(PEO)을 통해 형성됨으로써, 기존의 아노다이징 또는 경질 아노다이징과 비교하여 내전압, 내부식성, 및 내부착성이 향상되고, 친환경적 특성을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 제2 절연층(112)이 전착 도장법을 통해 형성됨으로써, 복잡한 형상에서도 신뢰성이 높은 도막이 형성될 수 있다.
이상, 본 발명의 변형 예들에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 제3 변형 예에 따른 온도 제어 소자의 제조 방법에 사용되는 절연층에 대한 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실험 예에 따른 절연층 제조
알루미늄 히트 싱크를 플라즈마 전해 산화 처리하여, 알루미늄 히트 싱크 상에 절연층을 제조하였다. 보다 구체적으로, 수산화 칼륨(KOH), 불화 칼륨(KF), 및 규산 나트륨(Na2SiO3)를 포함하는 전해액에 알루미늄 히트 싱크를 침지시킨 후, 300 Hz 주파수(Frequency), 50 % Duty, 및 30~100 mA/cm2 전류밀도 조건에서 플라즈마 전해 산화(PEO) 처리를 수행하였다.
도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 사용되는 전해액 내 불화 칼륨의 농도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 15의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 실험 예에 따른 절연층을 제조하되, 전해액 내 불화 칼륨(KF)의 농도가 서로 다른 경우에 대해 코팅 균일도를 비교하였다. 보다 구체적으로, 도 15의 (a)는 불화 칼륨(KF)의 농도가 0 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 15의 (b)는 불화 칼륨(KF)의 농도가 3 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 15의 (c)는 불화 칼륨(KF)의 농도가 6 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 15의 (d)는 불화 칼륨(KF)의 농도가 9 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이다.
도 15의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 불화 칼륨(KF)의 농도가 0 g/L 및 3 g/L인 경우 절연층의 코팅이 매끄럽게 이루어진 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 도 15의 (c) 및 (d)에서 확인할 수 있듯이, 불화 칼륨(KF)의 농도가 6 g/L 및 9 g/L인 경우 부분적으로 거친 하얀막이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 플라즈마 전해 산화(PEO) 처리를 통해 절연막을 제조하는 경우, 전해액 내 불화 칼륨(KF)의 농도를 6 g/L 미만으로 제어함으로써, 절연막의 균일성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 사용되는 전해액 내 규산 나트륨의 농도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 16의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 상기 실험 예에 따른 절연층을 제조하되, 전해액 내 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 서로 다른 경우에 대해 코팅 균일도를 비교하였다. 보다 구체적으로, 도 16의 (a)는 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 3 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 16의 (b)는 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 6 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 16의 (c)는 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 9 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 16의 (d)는 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 12 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 16의 (e)는 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 15 g/L인 경우 형성된 절연층을 촬영한 사진이다.
도 16의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 3 g/L인 경우 절연층의 코팅이 매끄럽게 이루어진 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 도 16의 (b) 내지 (e)에서 확인할 수 있듯이, 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도가 6 g/L, 9 g/L, 12 g/L, 및 15 g/L인 경우 부분적으로 거친 하얀막이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 플라즈마 전해 산화(PEO) 처리를 통해 절연막을 제조하는 경우, 전해액 내 규산 나트륨(Na2SiO3)의 농도를 6 g/L 미만으로 제어함으로써, 절연막의 균일성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실험 예에 따른 절연층의 제조 과정에서 인가되는 전류 밀도에 따른 코팅 균일성을 비교하는 사진들이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 실험 예에 따른 절연층을 제조하되, 인가되는 전류 밀도의 크기 및 시간이 서로 다른 경우에 대해 코팅 균일도를 비교하였다. 보다 구체적으로 도 17의 (a)는 33 mA/cm2의 전류 밀도에서 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 17의 (b)는 66 mA/cm2의 전류 밀도에서 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 17의 (c)는 100 mA/cm2의 전류 밀도에서 형성된 절연층을 촬영한 사진이다. 또한, 도 18의 (a)는 33 mA/cm2의 전류 밀도로 10분 동안 처리되어 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 18의 (b)는 33 mA/cm2의 전류 밀도로 30분 동안 처리되어 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 18의 (c)는 83 mA/cm2의 전류 밀도로 5분 동안 처리되어 형성된 절연층을 촬영한 사진이고, 도 18의 (d)는 83 mA/cm2의 전류 밀도로 10분 동안 처리되어 형성된 절연층을 촬영한 사진이다. 도 17 및 도 18에서 확인할 수 있듯이, 전류 밀도의 크기 및 처리 시간과 무관하게 절연층의 코팅이 매끄럽게 이루어진 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전류 밀도 증가에 의해 피막 형성 속도가 증가됨을 알 수 있었다.
도 19는 본 발명의 실험 예에 따른 절연층 상에 구리 무전해 도금이 수행된 상태를 촬영한 사진들이다.
도 19의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 실험 예에 따른 절연층 상에 구리 무전해 도금이 수행된 상태를 촬영하였다. 구체적으로 도 19의 (a)는 33 mA/cm2의 전류 밀도로 10분 동안 처리되어 형성된 절연층 상에 구리(Cu) 무전해 도금을 5분 수행한 상태를 촬영한 사진이고, 도 19의 (b)는 33 mA/cm2의 전류 밀도로 30분 동안 처리되어 형성된 절연층 상에 구리(Cu) 무전해 도금을 5분 수행한 상태를 촬영한 사진이고, 도 19의 (c)는 83 mA/cm2의 전류 밀도로 5분 동안 처리되어 형성된 절연층 상에 구리(Cu) 무전해 도금을 5분 수행한 상태를 촬영한 사진이고, 도 19의 (d)는 33 mA/cm2의 전류 밀도로 10분 동안 처리되어 형성된 절연층 상에 구리(Cu) 무전해 도금을 5분 수행한 상태를 촬영한 사진이다.
아노다이징막 및 플라즈마 전해 산화(PEO)막은 무전해 도금액(pH 12~13) 강염기에 대한 안정성이 부족할 수 있다. 안정성 테스트 결과, 도 19에 도시된 바와 같이 막이 손상되어 절연막 밑층이 알루미늄(Al)을 통해 구리(Cu) 도금되는 형상이 관측되었다. 이에 따라, 제2 절연층을 통한 강염기에 대한 안정성 확보가 반드시 요구되는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 금속 기판
110: 코팅층
111: 제1 절연층
112: 제2 절연층
120: 금속 씨드층
130: 금속 패턴
GV: 그루브
IK: 전도성 MOD 잉크 조성물
110: 코팅층
111: 제1 절연층
112: 제2 절연층
120: 금속 씨드층
130: 금속 패턴
GV: 그루브
IK: 전도성 MOD 잉크 조성물
Claims (5)
- 금속 기판을 준비하는 단계;
상기 금속 기판의 상부면에 그루브(Groove)를 형성하는 단계;
상기 금속 기판의 상부면 상에, 표면 프로파일을 따라 금속 산화물을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계;
상기 그루브 내의 상기 코팅층 상에 금속 씨드층을 형성하는 단계; 및
상기 금속 씨드층을 성장시켜 상기 그루브 내에 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 금속 기판 상에 제1 절연층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 절연층 상에 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제1 절연층을 형성하는 단계는,
상기 금속 기판을 수산화 칼륨(KOH), 불화 칼륨(KF), 및 규산 나트륨(Na2SiO3)를 포함하는 전해액에 상기 금속 기판을 침지시키는 단계; 및
상기 금속 기판에 전류를 인가하여 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO) 처리하는 단계를 포함하고,
상기 제2 절연층을 형성하는 단계는,
상기 제1 절연층에 수산화 나트륨(NaOH)과 알칼리 탈지제를 처리하여 상기 제1 절연층 표면의 유분을 제거하는 단계;
표면의 유분이 제거된 상기 제1 절연층에 산화 티타늄을 포함하는 표면 조정제를 처리하여 상기 제1 절연층 표면을 활성화시키는 단계;
표면이 활성화된 상기 제1 절연층에 인산아연 피막제와 촉진제를 처리하여 상기 제1 절연층 상에 피막을 형성하는 단계; 및
피막이 형성된 상기 제1 절연층을 전착 도장액에 침지시킨 후 전압을 인가하는 전착 도장(Electro deposition coating) 방법으로 상기 제1 절연층 상에 상기 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 온도 제어 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 금속 씨드층을 형성하는 단계는,
상기 코팅층 상에, 표면 프로파일을 따라 금속 이온을 포함하는 전도성 MOD(Metal Organic Decomposition) 잉크 조성물을 도포하는 단계;
상기 전도성 MOD 잉크 조성물이 도포된 상기 코팅층 중 상기 그루브 내의 코팅층에 레이저를 조사하여, 상기 그루브 내의 상기 코팅층 상에 상기 금속 이온이 환원된 상기 금속 씨드층을 형성하는 단계; 및
상기 그루브 외부의 상기 코팅층 상에 잔존된 상기 전도성 MOD 잉크 조성물을 상기 코팅층으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 온도 제어 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 금속 씨드층을 이용하여 전해 도금 또는 무전해 도금이 수행됨에 따라 상기 금속 씨드층이 성장되어 상기 금속 패턴이 형성되는 것을 포함하는, 온도 제어 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 금속 패턴이 상기 그루브 내부를 모두 채우도록 형성되고,
상기 금속 패턴과 상기 금속 기판 사이에 전압 차이가 발생되는 경우,
상기 코팅층의 저항에 의해 줄 히팅(joule heating)되어 히팅 소자로 사용되는 것을 포함하는, 온도 제어 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 금속 패턴을 형성하는 단계 이후 상기 금속 패턴 상에 냉매를 배치하는 단계를 더 포함하고,
발열 소자로부터 발생된 열을 방출시키는 냉각 소자로 사용되는 것을 포함하되,
상기 발열 소자로부터 발생된 열은, 상기 금속 기판, 상기 코팅층, 상기 금속 패턴, 및 상기 냉매를 순차적으로 이동하여 방출되는 것을 포함하는, 온도 제어 소자의 제조 방법.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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-
2022
- 2022-12-01 KR KR1020220166104A patent/KR102600477B1/ko active IP Right Grant
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