KR102614778B1 - 세라믹 방열부재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공질 세라믹체 내부 및 요철 표면에 적절한 수의 기공을 형성시키고 탄화규소를 그 요철 표면에 강제 주입한 세라믹 방열부재에 관한 것이다. 상기 세라믹 방열부재는 모재 성분으로서 알루미나를 포함하고, 기능성 성분으로서 질화알루미늄, 이트리아 및 탄산칼슘 중 하나 이상의 구성 성분을 포함하는 혼합물을 압축, 건조, 소결한 다공질 세라믹체의 요철 표면에 에어 블라스트 법에 의해 탄화규소 미립자를 주입한 것이다.

Description

세라믹 방열부재 및 그 제조방법{Ceramic substrate for heat dissipation and method for manufacturing the same}
본 발명은 세라믹 재질의 방열부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열이 큰 전자기기 등에 부착되어 열을 방출하는 세라믹 방열부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발열이 큰 전자기기에서 방열이 제대로 이루어지지 않으면 부품 및 소자의 기능 및 신뢰성 저하의 문제, 수명단축의 문제 등이 발생한다. 또 전자기기의 고성능화, 경박단소화에 따라 발열은 품질관리의 문제에 그치지 않고 전자기기의 작동여부나 화재발생 등의 치명적인 위험이 되기도 한다.
전자기기가 점점 고성능화, 경박단소화됨에 따라 다음의 과제가 남는다. 발열이 점점 커지고 특정 부품에 발열이 집중되며 부품 간 상호영향으로 발열이 심화된다. 결국 전자기기 시장의 중요한 과업 중의 하나는 우수한 방열부재를 개발하는 것이라고 할 수 있다.
방열성능에 영향을 주는 요인에는 열전도도, 방사율, 방열부재의 두께 및 크기, 설치 조건 등이 있다. 대략적으로 방열부재의 열전도도가 높을수록, 방사율이 클수록, 체적 대비 공기 흐름이 많을수록 방열성능이 우수하다.
먼저 열전도도는 방열특성을 평가함에 있어서 가장 보편적으로 측정하는 성질이다. 종래의 방열부재들은 대부분 열전도도가 우수한 금속 재질로 형성되었다. 구체적으로, 금속 재질 중 열전도도가 특히 높은 알루미늄(열전도도: 240 W/(m · K)), 구리(340 W/(m · K)) 등이 방열부재의 재료로 널리 사용되어 왔다.
방사율은 한 물체가 빛에너지를 흡수한 후 복사하는 에너지의 비율을 말하고, 물체를 이루는 물질, 표면상태, 표면온도, 빛에너지의 파장 등에 영향을 받는다. 이 비율은 0 내지 1의 범위에서 다양하고 물체의 표면적이 넓을수록, 표면온도가 높을수록 증가한다. 방사율이 낮을수록 물체의 에너지 방출이 효율적이지 못하다.
금속 방열부재는 매우 낮은 값의 방사율을 갖기 때문에 금속 방열부재의 열전도도가 높다고 하여 반드시 최적의 방열성능을 갖는다고 예측할 수 없다. 또한 금속 방열부재는 환경변화에 따른 산화 및 열팽창의 문제가 있고, 고온에서의 제조공정이 필요하므로 경제적 이슈가 있다.
금속 방열부재의 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 세라믹이 방열부재의 재료로 사용되기도 한다. 세라믹의 열전도도는 그 종류에 따라 다양한데 알루미늄과 구리와 비슷하게 높은 세라믹부터 단열재료로 사용될 만큼 열전도도가 매우 낮은 세라믹도 있다. 세라믹의 방사율은 통상적으로 0.7 내지 0.95의 높은 값을 나타낸다. 또 환경변화에 대한 산화 및 열팽창 문제가 거의 없고, 따라서 기구적 스트레스를 받지 않는다. 세라믹을 이용한 방열부재의 성형 시 분말 야금 공정을 통하기 때문에 압출 성형 공정보다 비교적 낮은 온도인 용융점 이하의 온도에서 소결과정이 이루어져 경제적이며, 상대적으로 형상의 자유도가 높다.
마지막으로 방열성능은 체적 대비 공기 흐름이 많을수록 우수한데, 이는 곧 방열 표면적이 큰 것을 의미한다. 히트싱크는 대표적인 방열부재로, 제한된 체적에서 방열 표면적을 증가시켜 방열성능을 향상시킨다. 일반적으로 알려진 히트싱크의 형상은 핀형이나, 히트싱크는 압출형 히트싱크, 다공성 히트싱크, 적층형 히트싱크로도 다양하게 만들 수 있다.
방열부재의 방열성능은 절대적인 값으로 나타내기 어려우며 대류조건 또는 설치조건 등에 따라 달라진다. 어떤 대류조건과 설치조건에서 공기 흐름이 우수하여 최적의 방열성능을 나타내는 히트싱크가 다른 조건에서는 방열성능이 나쁠 수 있다. 이처럼 조건에 따라 방열부재의 성능이 달라지므로, 최적의 방열부재를 설계하기 위해서는 실제 사용하는 환경에 직접 부착하고 시험하는 방법을 사용해야 한다. 따라서 방열부재를 설계할 때는 다중설계의 가능성이 있을 수밖에 없으나 비용절감을 위해서는 그 가능성을 최소한으로 줄일 필요가 있다. 그리고 방열부재의 열전도도와 방사율을 높일수록 다중설계의 가능성을 줄일 수 있다.
전자기기의 경박단소화에 따라 발생하는 또 다른 과제로는 방열부재의 경박단소화이다. 특히 최근에는 큰 무게와 부피를 차지하는 방열팬을 없앤 팬리스 타입의 전자기기들이 개발되고 있어 방열부재의 열전도도와 방사율을 높일 필요가 증가하고 있다.
방열성능을 향상시키기 위하여 방열부재의 표면을 가공할 수 있다. 그 예로 방사율과 열전도도가 높은 물질을 방열부재의 표면에 붙이는 공정을 들 수 있다. 이때 금속이나 세라믹 등은 방열부재의 표면에 코팅되거나 파우더의 형태로 방열부재의 표면에 부착될 수 있다. 탄화규소(SiC, Silicon carbide)의 경우 열전도도가 구리만큼 높으면서 방사율 또한 높아 방열부재의 제조 시 방열 코팅층이나 파우더의 재료로 사용된다.
방열부재의 표면에 코팅층이나 파우더를 부착하는 과정에서 바인더가 사용된다. 표면을 가공하는 목적 상 이때 사용되는 바인더 자체도 방열기능을 해야하겠지만, 고가이며 현재의 기술수준으로는 위 코팅층이나 파우더에 비해 열전도도가 낮다는 문제가 있다. 또한 방사율을 낮추거나 공기 흐름을 제한하는 문제가 있고, 바인더와 방열체 및 코팅층 등 간의 열팽창계수를 유사하게 조절해야 하는 기술적인 어려움도 있다.
대한민국 등록특허 제10-1430677호(2014.08.08 등록) 대한민국 공개특허 제10-2019-0128935호(2019.11.19 공개)
본 발명은 세라믹 방열체의 표면 기공에 열전도도가 매우 높은 탄화규소 파우더(SiC Powder)를 고압분사를 통해 주입함으로써, 바인더를 사용하지 않고 방열체의 표면 열전도도 및 방사율을 높여 방열성능을 향상시키는 데 목적이 있다.
또 세라믹 방열체의 표면 기공에 탄화규소를 주입함으로써 그 표면적을 증가시킴으로써 방열성능을 향상시키는 데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세라믹 방열부재는, 모재 성분으로서 알루미나를 포함하고, 기능성 성분으로서 질화알루미늄, 이트리아 및 탄산칼슘 중 하나 이상의 구성 성분을 포함하는 다공질 세라믹체, 및 다공질 세라믹체의 요철 표면에 에어 블라스트 방법에 의해 강제 주입되는 탄화규소 미립자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기능성 성분인 질화알루미늄, 이트리아 및 탄산칼슘 중 하나 이상을 포함하고, 이때 상기 질화알루미늄은 2 내지 5 중량%, 상기 이트리아는 1 내지 3 중량%, 상기 탄산칼슘은 0.5 내지 2 중량%를 함유하며, 나머지는 모재 성분인 알루미나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공질 세라믹체는 상기 기능성 성분으로서 질화알루미늄, 이트리아 및 탄산칼슘을 모두 포함하고, 상기 알루미나는 90 내지 96 중량%, 상기 질화알루미늄은 2 내지 5 중량%, 상기 이트리아는 1 내지 3 중량% 및 상기 탄산칼슘은 0.5 내지 2 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 알루미나는 순도 80 내지 85%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 미립자는 평균 입도가 1 내지 100㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 미립자가 상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 주입되어 세라믹체 전체 표면적의 50 내지 90%를 차지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세라믹 방열부재 제조방법은, 세라믹 방열부재 제조방법에 있어서, 알루미나 파우더를 모재 성분으로 하고, 기능성 성분으로서 질화알루미늄 파우더, 이트리아 파우더 및 탄산칼슘 파우더 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 세라믹 파우더를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 혼합물을 압축성형을 통해 다공질 세라믹체를 만드는 단계, 상기 다공질 세라믹체를 건조하는 단계, 상기 다공질 세라믹체를 미리 정해진 온도에서 소결하는 단계 및 상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 탄화규소 미립자를 주입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 혼합물은 상기 기능성 성분인 질화알루미늄 파우더, 이트리아 파우더 및 탄산칼슘 파우더 중 하나 이상의 구성 성분을 포함하고, 이때 상기 질화알루미늄은 2 내지 5 중량%, 상기 이트리아는 1 내지 3 중량%, 상기 탄산칼슘은 0.5 내지 2 중량%를 함유하며, 나머지는 모재 성분인 알루미나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 혼합물은 상기 기능성 성분인 질화알루미늄 파우더, 이트리아 파우더 및 탄산칼슘 파우더를 모두 포함하고, 상기 알루미나는 90 내지 96 중량%, 상기 질화알루미늄은 2 내지 5 중량%, 상기 이트리아는 1 내지 3 중량% 및 상기 탄산칼슘은 0.5 내지 2 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소결하는 단계는 3 내지 7일 동안 소요되고 상기 미리 정해진 온도는 1550 내지 1650 °C 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 미립자는 평균 입도가 1 내지 100㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 탄화규소 미립자를 주입하는 단계는 에어 블라스트 공정에 의할 수 있다.
본 발명의 세라믹 방열체의 주성분인 알루미나를 모재 성분으로, 기능성 성분을 혼합, 성형, 소결을 거친 방열체의 표면에 에어 블라스트 공정으로 탄화규소를 고압분사하여 상기 표면 요철에 주입함으로써, 종래 바인더를 사용할 때 표면 열전도도, 방사율이 감소되는 문제를 초래하지 않으면서도 방열성능을 향상시키는 효과가 있다.
기능성 성분 가운데 질화알루미늄(AlN, Aluminium nitride)은 열전도도가 매우 우수하며, 이트리아(Y2O3, Yttrium oxide, 산화이트륨)는 그 축광성이 발휘되면서 상승효과를 일으키고, 탄산칼슘(CaCO3, Calcium carbonate)이 소결과정에서 반응하여 방열 표면적 및 탄화규소 주입가능면적을 최대화한다. 따라서 전자기기에서 열이 발생하면 방열체가 그 표면으로 열을 효과적으로 전달하고 그 표면에 주입된 탄화규소가 열을 외부로 전달함으로써, 얇은 두께로도 우수한 방열성능을 가지게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방열부재의 제조방법에 대한 개략적인 공정도이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방열부재를 서로 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 설명되는 각 단계들은 특별한 인과관계에 의해 나열된 순서에 따라 수행되어야 하는 경우를 제외하고, 나열된 순서와 상관없이 수행될 수 있다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방열부재에 대해 설명한다.
먼저, 본 발명의 세라믹 방열부재는 다공질 세라믹체와 그 다공질 세라믹체의 표면에 밀착시킨 복수의 탄화규소 미립자들로 이루어진다.
본 발명의 세라믹 방열부재를 이루는 다공질 세라믹체는 모 성분으로서 알루미나를 포함하고, 기능성 성분으로서 질화알루미늄, 이트리아 및 탄산칼슘 중 하나 이상의 구성 성분을 포함할 수 있다. 질화알루미늄은 열전도도가 높아서 세라믹 방열부재의 재료로 사용되는데 이는 알루미나를 모재 성분으로 하는 다공질 세라믹체의 열전도도를 높일 수 있다.
본 발명의 세라믹 방열부재는 다공질 세라믹체의 열전도도와 방사율을 높이기 위해 에어 블라스트 방법을 사용하여 다공질 세라믹체의 표면을 가공한다. 세라믹 방열부재에는 다공질 세라믹체의 표면에 에어 블라스트 방법을 통해 강제로 주입된 탄화규소가 존재한다. 탄화규소는 바인더 없이 다공질 세라믹체와 접촉하고 있다. 탄화규소는 열전도도 및 방사율이 높고 다공질 세라믹체의 표면적을 증가시키는 역할을 하게 되므로 상기 세라믹 방열부재의 열전도도 및 방사율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 세라믹 방열부재 제조방법을 실시할 때 바인더가 사용되지 않으므로 종래의 세라믹 방열부재의 표면 가공법이 갖는 문제를 해결할 수 있다. 종래의 표면 가공법으로, 방사율과 열전도도가 높은 물질의 코팅하거나 파우더를 표면에 접착시키는 방법이 있다. 이 방법을 수행하는 과정에서 세라믹체 표면에 방사율과 열전도도가 높은 물질을 접착시키기 위해 바인더가 사용된다. 폴리 비닐 알코올, 열경화성 실리콘 고무 화합물, 일액형 열경화성 실리콘 바인더, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 또는 이들의 혼합물 등이 바인더의 재료가 될 수 있다.
이들 고분자 화합물은 일반적으로 열전도도가 낮아서 단열재로 사용된다. 20 °C에서 에폭시 수지의 열전도도는 0.3 W/(m · K)이다. 같은 조건에서, 아크릴계 수지의 열전도도는 0.17 내지 0.25 W/(m · K)이다. 즉 바인더의 열전도도는 방열부재의 표면 가공에 사용되는 물질의 열전도도보다 훨씬 낮다. 따라서 바인더를 사용하면 위 물질의 열전도 특성 및 방사 특성을 저하시키고 따라서 전체 방열성능도 저하시킬 수밖에 없다.
한편 방열부재 안에 고립된 공기층이 생성되는 경우 열 발산을 차단할 위험이 있어 방열부재 안에 공기층이 형성되지 않도록 바인더로 공간을 메워야 한다. 이와 같은 이유로 위에서 언급한 열전도 특성, 방사 특성의 저하에도 불구하고 바인더가 반드시 필요했다.
본 발명의 세라믹 방열부재는 그 제조 시에 바인더가 사용되지 않으므로 바인더에 의한 열전도 특성, 방사 특성의 저하가 발생할 염려가 현저히 적다.
본 발명의 세라믹 방열부재는 발열에 의한 기구적 스트레스가 적다는 장점이 있다. 전자기기의 사용으로 열이 발산되면 방열부재를 이루는 바인더, 세라믹체 및 코팅 조성물 등이 고온 환경에 놓이게 된다. 열팽창계수가 서로 다른 물체들이 결합한 경우에 열팽창이 진행되면 결합이 약하게 되거나, 작은 틈이 생성된다. 이 경우 결합면에 고립된 공기층이 형성될 수 있다. 세라믹체와 열전도 코팅층 사이 결합면에 고립된 공기층이 발생하면 방열성능이 저하된다. 또는 세라믹체나 코팅층에 스트레스가 가해져 세라믹체나 코팅층이 깨질 위험이 있다. 본 발명의 세라믹 방열부재는 바인더가 사용되지 않으므로 위와 같은 문제가 거의 발생하지 않는다.
본 발명의 세라믹 방열부재 제조방법에 따른 공정은 알루미늄 방열부재의 제조공정에 비하여 경제적이다. 세라믹 방열부재 제조 시 압축 소결 공정을 사용한다. 소결 시 온도는 용융점 이하이므로 공정이 경제적이다. 알루미늄 방열부재를 제조할 때는 재료를 용융점까지 가열하는 압출 성형 공정을 사용한다.
본 실시예의 다공질 세라믹체는 모재 성분으로서 알루미나를 포함하고, 기능성 성분으로서 질화알루미늄, 이트리아 및 탄산칼슘 중 하나 이상의 구성 성분을 포함할 수 있다.
좀 더 구체적으로 알루미나 (산화알루미늄, Al2O3)는 열전도도가 크고, 내열성이 좋고, 고온 고습 환경에서 안정적인 성능과 높은 신뢰성을 보인다. 따라서 세라믹 방열재의 모재 성분으로 널리 활용된다. 알루미나는 무색 또는 백색의 불용성 물질이다. 알루미나는 매우 많은 결정형이 확인되며, 가장 안정한 알파형은 녹는점이 1,999 내지 2,032 °C이다. 알루미나의 열전도도는 30 W/(m · K)이고, 방사율은 0.65μm의 파장에서 0.22 내지 0.4이다.
알루미나 정제기술의 발달로 고순도 치밀질의 알루미나를 얻을 수 있는데 알루미나의 순도가 높을수록 내열성, 경도, 강도, 열전도도, 내식성 등의 특성이 우수해진다. 일반적으로 공업용 알루미나란 순도 80% 이상의 알루미나를 의미한다. 공업용 알루미나는 절연성, 열전도도가 우수하여 IC용 페케이지에 응용되며, 이는 오늘날에도 수 백 수 천억 원대의 시장을 형성하고 있다.
공업용 알루미나 중 순도 85%를 초과하는 고순도 알루미나는 비싸기 때문에, 경제성을 고려하여 알루미나는 순도 80 내지 85%의 저순도 알루미나를 사용함이 바람직하다. 공업용 알루미나는 경도, 강도, 화학적인 안정성이 우수하다. 게다가 전기 절연성, 열전도도도 비교적 크고, 현재의 기술 수준으로 얇은 테이프 형태의 것에서부터 큰 형태의 것까지 비교적 쉽게 제조가 가능하여 범용성(汎用性)이 매우 큰 재료이다.
본 실시예에서 다공질 세라믹체의 모재 성분으로 알루미나가 90 중량% 미만 사용되면 나머지 기능성 성분과 고르지 않게 섞이는 문제가 있다. 알루미나를 95 중량% 초과하게 되면 나머지 기능성 성분의 방열특성 발현이 극히 미미하게 되는 문제가 있다. 따라서 알루미나는 90 내지 95 중량% 포함하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 다공질 세라믹체의 기능성 성분의 하나로 사용되는 질화알루미늄은 세라믹체의 열전도도를 높이는 역할을 수행한다. 질화알루미늄은 최대 321 W/(m · K)의 높은 열전도도를 가지며 전기 절연체이다. 질화알루미늄은 높은 열전도도 때문에 방열소재 제조 시 유무기 복합필러의 재료로 사용된다. 공업용 질화알루미늄 파우더의 평균입도는 2 내지 80μm로 다양하다.
상기 질화알루미늄을 2 중량% 미만으로 포함하는 경우 질화알루미늄이 전체 세라믹의 방열성능을 향상시키는데 미치는 영향이 작다는 문제점이 있다. 상기 질화알루미늄을 5 중량% 초과하여 포함하는 경우 최종 생성된 세라믹 방열부재의 강도가 약하게 되는 문제점이 있다. 따라서 상기 질화알루미늄은 2 내지 5 중량% 포함하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 다공질 세라믹체의 기능성 성분의 하나로서 사용되는 이트리아는 빛을 저장했다가 방출하는 축광성이 있어 세라믹체 뿐만 아니라 함께 포함된 다른 기능성 성분들의 방열성능을 향상시킨다. 이트리아의 열전도도는 최대 27 W/(m · K)이고 방사율은 0.65μm의 파장에서 0.60이다. 상기 이트리아를 1 중량% 미만으로 포함하는 경우 방열성능 향상에 대한 기여도가 작게 된다. 상기 이트리아를 3 중량%를 초과해 포함하는 경우 비교적 저온에서 소결되므로 상온강도 및 경도 등의 기계적 특성이 나빠지는 문제점이 있다. 따라서 상기 이트리아는 1 내지 3 중량% 로 포함하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 다공질 세라믹체의 기능성 성분의 하나로서 사용되는 탄산칼슘은 세라믹 혼합물을 소결해 다공질 세라믹체를 제조할 때 세라믹 체 내부에 균일한 기공을 만드는 역할을 수행한다. 탄산칼슘을 공기가 없는 상태에서 900 °C 이상의 고온으로 가열하면 이산화탄소(CO2) 기체가 빠져나가면서 산화칼슘(CaO)이 생성된다. 따라서 세라믹 파우더에 탄산칼슘 파우더를 혼합하여 성형압축한 후 900 °C 이상의 고온에서 소결하면 이산화탄소가 생성된다. 그 결과 세라믹 성형체 내부 및 표면에 추가적인 기공이 형성된다.
상기 탄산칼슘을 0.5 중량% 미만으로 포함하는 경우 상기 다공질 세라믹체에 원하는 양의 기공을 형성하지 못하는 문제가 있다. 상기 탄산칼슘을 2 중량% 초과하여 포함하는 경우 탄산칼슘의 열분해에 따라 다공질 세라믹체 내부에 불순물이 만들어질 위험이 있다. 탄산칼슘의 열분해 시 생성되는 활성 CaO가 알루미나와 반응하여 고상반응이 진행될 수 있기 때문이다. 따라서 상기 탄산칼슘은 0.5 내지 2 중량%로 포함하는 것이 바람직하다. 참고로 탄산칼슘의 열전도도는 최대 1.4 W/(m · K)이다.
본 실시예의 세라믹 방열부재 표면에 주입되는 탄화규소는 그 열전도도가 매우 높고 열에 의한 변형이 작으므로 방열성능을 크게 향상시켜준다. 탄화규소의 주요 다형은 각각 3C형이 360 W/(m · K), 4H형이 370 W/(m · K), 6H형이 490 W/(m · K)의 열전도도를 갖는다. 탄화규소는 0.9μm의 파장에서 0.80 내지 0.83의 방사율을 갖는다. 탄화규소의 열팽창계수는 4.0 Х 10-6/K로 매우 낮다. 이들 특성 때문에 탄화규소는 방열부재의 코팅층 또는 필러의 재료로 사용된다.
종래 방열부재에 탄화규소를 사용하는 기술의 경우 코팅층이나 필러에 바인더가 포함되기 때문에 탄화규소의 높은 방사율과 열전도도를 그대로 이용할 수 없는 한계가 있다. 본 발명은 세라믹 방열체에 탄화규소를 주입시키는 과정에서 바인더를 사용하지 않으므로 탄화규소의 방사율과 열전도도를 그대로 이용할 수 있다. 또한 탄화규소가 세라믹 방열체의 표면에 주입되면 방열부재의 표면적을 증가시키므로 방사율 및 방열성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방열부재의 제조방법에 대한 개략적인 공정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방열부재 제조방법은, 혼합단계(S10), 압축성형 단계(S20), 건조단계(S30), 소결단계(S40) 및 탄화규소 미립자 주입단계(S50)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혼합단계(S10)는, 알루미나 파우더를 모재 성분으로 하여, 질화 알루미늄 파우더, 산화 이트륨 파우더 및 탄산 칼슘 파우더 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 세라믹 파우더를 혼합하여 혼합물을 형성한다. 모재 성분인 알루미나와 기능성 성분들을 이물질이 혼입될 수 없는 환경을 유지하며 고르게 혼합한다. 분말 야금 공정의 경우 혼합물을 생성하는 혼합 단계에서 불순물 혼입 등의 오염이 없도록 주의해야 한다. 균일한 다공질 세라믹체를 제조하기 위해 상기 혼합단계(S10)에서 분말의 입도를 적절하게 조절할 필요가 있다. 또한 제조공정의 조절인자를 조절하여 다공질 세라믹체의 다공도와 기공의 크기 등을 제어할 수 있다. 또한 낮은 온도에서 휘발하거나 분해되는 유기질을 세라믹 분말과 혼합한 후 휘발성 유기물질을 적절한 방법으로 제거시킴으로써 균일한 다공질 세라믹체를 제조할 수도 있다. 상기 조절할 수 있는 제조공정의 조절인자의 한 예로 탄산칼슘의 중량%를 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축성형단계(S20)는, 혼합물을 압축성형을 통해 다공질 세라믹체를 형성한다. 일반적으로, 세라믹 재료의 압축성형 시 가압력은 40 내지 100 MPa이다. 본 발명의 경우 다공질 세라믹체의 표면 기공에 탄화규소를 주입하여 다공질 세라믹체의 표면적의 50 내지 90%를 탄화규소로 덮게 되는데, 상기 압축성형단계(S20)에서의 가압력은 세라믹 재료의 일반적인 압축성형 가압력보다 낮아야 한다. 균일한 다공질 세라믹체를 제조하기 위해 상기 압축성형 시 가압력을 적절하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건조단계(S30)는, 압축성형을 통해 형성된 다공질 세라믹체를 건조한다.
본 실시예의 다공질 세라믹체는 분말 야금 공정을 통해 제조되므로 형상의 자유도가 높다는 장점이 있다. 형상이 복잡하여 많은 기계가공이 필요한 부품을 제조하는 경우 분말 야금 공정을 사용하면 후가공 비용을 크게 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결단계(S40)는, 상기 다공질 세라믹체를 소결온도에서 소결한다. 상기 소결온도는 상기 혼합물의 재료 가운데 알루미나, 질화알루미늄 및 이트리아 각각의 용융점보다 낮고 탄산칼슘의 용융점(1,339 °C )보다는 높다. 상기 소결온도가 1,550 °C 미만이면 기공의 생성이 어렵고, 소결온도가 1,650 °C 초과하면, 재료들 간 열팽창계수 차이로 인한 팽창정도의 불균형이 심해진다. 또한 파우더 간 확산속도 증가로 인한 세라믹 방열체 내 기공 크기 및 기공 수의 감소를 초래하는 문제가 있다. 따라서 상기 소결온도는 1,550 내지 1,650 °C로 유지하는 것이 바람직하다. 균일한 다공질 세라믹체를 제조하기 위해 상기 소결온도 또는 소결시간을 적절하게 조절할 수 있다. 분말 야금 공정에서는 압출 성형 방법과는 달리 혼합물을 용융시키지 않고 압축 소결하므로 혼합단계 이후에는 불순물 혼입 등의 오염을 피할 수 있다. 본 실시예의 다공질 세라믹체는, 상기 소결온도보다 훨씬 낮은 900 °C 이하에서 탄산칼슘이 CaO와 이산화탄소로 분해되면서 세라믹체 내부에 균일한 기공을 가질 수 있다.
상기 소결시간과 관련하여, 낮은 성형압력에서 성형체의 초기 밀도가 낮기 때문에 입자들 간 치밀화속도가 낮아진다. 또한 탄산칼슘 파우더를 혼합하여 소결하는 과정에서 CaO이 석출되므로 또한 치밀화속도가 낮아진다. 따라서 일반적인 소결공정에 비해 비교적 긴 소결시간이 필요하다. 소결시간이 3일 미만인 경우 균일한 조직의 치밀화를 기대하기 어렵다. 또한 소결시간이 7일을 초과하는 경우 기공 감소 우려 및 비경제적인 문제점이 있다. 따라서 소결시간은 3 내지 7일로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 미립자 주입단계(S50)는, 상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 탄화규소 미립자를 주입한다. 본 실시예의 세라믹 방열부재는 상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 에어 블라스트 방법에 의해 탄화규소 미립자를 강제 주입하는 방법을 통해 제조될 수 있다.
통상 에어 블라스트란 모래 등의 연마재를 피가공면에 강하게 분사시켜, 그 충돌에 의하여 금속표면을 연삭하거나 청정화하는 기술을 말한다. 이런 의미에서 에어 블라스트 기술은 블라스트 크리닝 기술로도 불린다. 블라스트 크리닝은 연마재의 종류에 따라 샌드블라스트, 쇼트블라스트, 그리트블라스트 등으로 분류되고, 분사방식에 따라 파워블라스트, 웨트블라스트, 센트리푸갈블라스트, 버큠블라스트 등으로 분류된다. 블라스트 크리닝 시 블라스트 장치의 분사거리는 제거할 녹의 정도 및 강재의 종류에 따라 다르지만 통상 강판에서는 30cm 정도로 유지한다. 50cm를 초과하면 효과가 약해지게 된다. 블라스트 크리닝 시 연마재의 분사각도는 피도물에 대하여 50 내지 60도 정도로 유지한다. 블라스트 크리닝 시 노즐의 구경과 분사압력은 일반적으로 5 내지 8 mm, 입경은 쇼트에서는 1.0 내지 1.2 mm, 모래에서는 0.9 내지 2.5mm 정도를 사용한다. 또한 에어 블라스트 기술은 강철재료의 표면에 압축응력을 인공적으로 생성시켜 제품의 강도를 높이기 위해 사용되기도 한다.
상기 탄화규소 미립자 주입단계(S50)에서는 에어 블라스트 기술이 표면 연마나 녹 제거를 위해서가 아니라 탄화규소를 소결공정을 마친 다공질 세라믹체의 표면 기공에 강제로 주입하기 위하여 사용된다. 에어 블라스트 장치의 고압 분사 결과 탄화규소가 다공질 세라믹체의 요철 표면에 강제로 주입된다.
상기 탄화규소(40)는 그 평균 입도가 1 ㎛보다 작을 경우 경제적인 이슈가 있다. 상기 탄화규소(40)의 평균 입도가 100 ㎛보다 클 경우 다공질 세라믹체(30)의 표면을 연마하므로 부적절하다. 따라서 상기 탄화규소(40)의 평균 입도는 1 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다.
상기 탄화규소(40)가 상기 다공질 세라믹체의 표면(30)에 주입되어 상기 다공질 세라믹체 표면(30)의 전체 면적의 50% 미만을 차지하는 경우 탄화규소 미립자 주입단계(S50)에 따른 방열성능의 상승효과를 기대할 수 없다. 상기 탄화규소(40)가 상기 다공질 세라믹체 표면(30) 면적을 차지할 수 있는 최대 유효 면적은 상기 다공질 세라믹체 표면(30)의 전체 면적의 90%이다. 따라서 상기 탄화규소(40)가 상기 다공질 세라믹체 표면(30)을 차지하는 면적은 상기 다공질 세라믹체 표면(30)의 전체 면적의 50 내지 90%인 것이 바람직하다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방열부재를 일 방향에서 바라본사시도 및 세라믹 방열부재 일부의 평면도이다.
도 2의 세라믹 방열부재는 LED 가로등에 사용되기 위해 성형된 방열판으로, 베이스(10)와 베이스(10)의 일면에 복수의 방열핀(20)을 구비한다. 베이스(10)의 다른 일면은 발열체와 밀착하여 발열체의 동작으로 발생하는 열을 흡수한다. 베이스(10)를 통해 흡수된 열은 베이스(10) 및 방열핀(20)의 표면을 통해 외부로 방출된다. 방열핀(20)의 입체적 형상, 개수 및 분포 중 적어도 하나는 한정되지 않으며, 필요에 따라 변경될 수 있다. 세라믹 방열판은 형상의 자유도가 높은 분말 야금 공정을 통하여 만들어지므로 체적 대비 최대의 표면적을 가질 수 있다.
상기 세라믹 방열판에 구비된 베이스(10)와 방열핀(20)은 다공질 세라믹체와 다공질 세라믹체의 표면(30)에 주입된 탄화규소(40)로 이루어진다. 탄화규소(40)는 에어 블라스트 방법을 통해 다공질 세라믹체의 표면(30)에 강제로 주입되어 바인더 없이 다공질 세라믹체의 표면(30)과 밀착하고 있다. 상기 탄화규소(40)는 다공질 세라믹체의 표면(30)에 밀착하여 세라믹 방열판의 열전도도 및 방사율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방열부재를 타 방향에서 바라본 사시도이다.
도 3의 세라믹 방열부재의 베이스(10)의 일면에 구비된 발열체 장착 영역(11)에 임의의 발열체가 장착된다. 발열체의 동작으로 발생하는 열은 베이스(10) 및 베이스(10)의 일면에 구비된 방열핀(20)의 표면을 통해 외부로 방출된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방열부재는 알루미늄 방열부재에 비하여 열팽창이 없어 기구적 스트레스가 적다. 알루미늄의 열팽창계수는 22.2 Х 10-6/K이다. 즉, 온도가 10K 상승할 경우 알루미늄 성형체의 길이는 0.222 mm 팽창하며, 체적은 더 크게 팽창한다. 이와 달리 소결된 세라믹은 열팽창이 거의 없어 기구적 스트레스가 적다.
본 발명의 세라믹 방열부재는 함께 사용되는 LED 가로등의 기능이 다했을 때 방열부재를 수거하여 재사용이 가능하다.
본 발명의 세라믹 방열부재를 LED 가로등의 세라믹 방열판으로 만들어 다음과 같은 실험을 수행했다. 이 실험에서는 LED 가로등의 LED에 상기 세라믹 방열판을 부착한 상태로 LED를 작동시키고, 10분, 30분, 60분, 240분의 시간이 경과할 때 상기 세라믹 방열판의 베이스의 표면온도를 직접적으로 측정하였다. 상기 실험에서 LED는 50W LED 모듈로 진행하였다. 마찬가지로 LED에 일반 알루미늄 방열판을 부착한 상태로 LED를 작동시키고, 10분, 30분, 60분, 240분의 시간이 경과할 때 상기 알루미늄 방열판의 온도를 측정하였다. 상기 세라믹 방열판과 상기 알루미늄 방열판은 그 형상 및 크기가 동일하다. 측정한 알루미늄 방열판 대비 측정한 세라믹 방열판의 온도를 온도 저감율로 나타내었다. 상기 온도저감율은 다음과 같이 계산한다.
온도 저감율 = (알루미늄 방열판에서 측정된 온도-세라믹 방열판에서 측정 온도)/(알루미늄 방열판에서 측정된 온도).
상기 실험에 따른 온도 저감율은 아래 [표1]과 같이 나타났다. 온도 저감율 계산 시 계산의 간편화를 위해 소수점은 세자리까지 반올림하여 표현했다.

LED 작동시간(분)		 온도(℃)
온도 저감율(%)
알루미늄 방열판 세라믹 방열판
10 46.5 42.0 9.677
30 53.3 46.3 13.133
60 62.4 52.5 15.865
240 68.1 58.5 14.097
상기 [표1]에 따르면 LED 작동시간이 10분 경과한 경우 일반 알루미늄 방열판 대비 적어도 10% 이상의 우수한 온도 저감율을 나타낸다. LED 작동시간이 30분 경과한 경우 일반 알루미늄 방열판 대비 적어도 15% 이상의 우수한 온도 저감율을 나타낸다.상기 세라믹 방열판은 LED 작동시간에 따라 알루미늄 방열부재 대비 최대 15% 이상의 온도 저감율을 나타내므로, 위 실험예는 본 발명의 세라믹 방열부재는 같은 형상, 크기의 알루미늄 방열부재 대비 방열성능이 우수하다는 것을 나타낸다.
본 발명의 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시예에 병합되어 적용될 수 있다.
따라서, 각 실시예에서는 각각의 기술적 특징을 위주로 설명하지만, 각 기술적 특징이 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 서로 병합되어 적용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위 뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
S10: 혼합단계
S20: 압축성형단계
S30: 건조단계
S40: 소결단계
S50: 탄화규소 미립자 주입단계
10: 베이스
11: 발열체 장착 영역
20: 방열핀
30: 다공질 세라믹체
40: 탄화규소 미립자

Claims (12)

  1. 모재 성분으로서 알루미나를 포함하고, 기능성 성분으로서 질화알루미늄, 이트리아 및 탄산칼슘을 모두 포함하는 다공질 세라믹체; 및
    상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 에어 블라스트 방법에 의해 강제 주입되는 탄화규소 미립자
    를 포함하고,
    상기 알루미나는 90 내지 96 중량%, 상기 질화알루미늄은 2 내지 5 중량%, 상기 이트리아는 1 내지 3 중량% 및 상기 탄산칼슘은 0.5 내지 2 중량%인 것을 특징으로 하는 세라믹 방열부재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알루미나는 순도 80 내지 85%인 것을 특징으로 하는 세라믹 방열부재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄화규소 미립자는 평균 입도가 1 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 세라믹 방열부재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄화규소 미립자가 상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 주입되어 세라믹체 전체 표면적의 50 내지 90%를 차지하는 것을 특징으로 하는 세라믹 방열부재.
  7. 알루미나 파우더를 모재 성분으로 하고, 기능성 성분으로서 질화알루미늄 파우더, 이트리아 파우더 및 탄산칼슘 파우더를 모두 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합물을 압축성형을 통해 다공질 세라믹체를 만드는 단계;
    상기 다공질 세라믹체를 건조하는 단계;
    상기 다공질 세라믹체를 미리 정해진 온도에서 소결하는 단계; 및
    상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 탄화규소 미립자를 주입하는 단계
    를 포함하고,
    알루미나는 90 내지 96 중량%, 질화알루미늄은 2 내지 5 중량%, 이트리아는 1 내지 3 중량% 및 탄산칼슘은 0.5 내지 2 중량%인 것을 특징으로 하는 세라믹 방열부재 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 소결하는 단계는 3 내지 7일 동안 소요되고 상기 미리 정해진 온도는 1550 내지 1650 °C인 것을 특징으로 하는 세라믹 방열부재 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 탄화규소 미립자는 평균 입도가 1 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 세라믹 방열부재 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 다공질 세라믹체의 요철 표면에 탄화규소 미립자를 주입하는 단계는 에어 블라스트 공정에 의하는 것을 특징으로 하는 세라믹 방열부재 제조방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005239471A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Narita Seitoushiyo:Kk セラミックス多孔体の製造方法およびセラミックス多孔体
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120062088A (ko) * 2010-12-06 2012-06-14 (주)미래신소재개발 고밀도 고기공성을 가지는 다공성 질화규소 세라믹 조성물 및 그를 이용한 질화규소 세라믹의 제조방법
KR101416840B1 (ko) * 2012-05-04 2014-07-08 한국기계연구원 계면결합력이 우수한 복합재 방열 기판 및 이의 제조방법
KR101457181B1 (ko) * 2013-01-28 2014-11-03 김정석 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재 및 그 제조방법
KR101430677B1 (ko) 2013-02-18 2014-08-18 주식회사 코센테크 히트싱크용 복합재료
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005239471A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Narita Seitoushiyo:Kk セラミックス多孔体の製造方法およびセラミックス多孔体
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