KR20030057358A - 전자소자를 냉각하는 방법 및 그 방법을 이용하는열전도성 쉬트 - Google Patents
전자소자를 냉각하는 방법 및 그 방법을 이용하는열전도성 쉬트 Download PDFInfo
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Abstract
열전도성 쉬트(15)는 열전도층(18)과 그리고 이 열전도층(18) 상에 적층된 절연층(17)을 포함한다. 이 열전도층(18)은 도전성을 가진 열전도성 충전제를 함유하고 있는 매트릭스를 포함한다. 이 절연층(17)은 절연성을 가진 열전도성 충전제를 함유하고 있다. 이 열전도성 쉬트(15)는 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)를 상기 절연층(17)이 커버하도록 배치되어 있다. 이 때에, 열전도층(18)이 전자소자(12) 및 절연층(17)을 커버하여 이 전자소자와 절연층과 밀접하게 접촉한다. 전자소자(12)에 의해 발생된 열은 열전도층(18)을 통하여 냉각부재(19)에 전달되어 결국 방열된다.
Description
본 발명은 정보기기, 영상기기, 이동통신기기 및 다른 전자기기에 사용되는 전자소자를 냉각하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 방열기 및 금속제 전열판과 같은 냉각부재에 열을 전도함으로써 전자소자를 냉각하는 방법 및 그 방법을 이용하는 열전도성 쉬트에 관한 것이다.
전자기기에 조립되는 중앙처리장치와 같은 전자소자의 성능이 향상됨에 따라, 전력소비 및 열발생량이 두드러지게 증가되고 있다. 결과적으로, 이들 전자소자를 냉각하는 것은 전자소자의 성능을 유지시키는 데 도입되어야 하는 시급한 문제가 되고 있다. 이러한 이유로 해서, 전자소자와 냉각부재와의 사이에 위치되어 전자소자에 의해 발생된 열을 냉각부재에 전달하는 고열전도성을 가진 열전도성 쉬트에 대한 요구들이 현존하고 있다.
이러한 요구를 충족시키기 위해, 일본 공개특허공보 제 2000-001616 호는 열전도성 쉬트를 열전도성 충전제로 조밀하게 충전시키는 방법을 개시하고 있다. 또한, 일본 공개특허공보 제 2000-345040 호는 막대기 형상의 열전도성 충전제가 특정 방향으로 배향되어 그 방향으로 열전도성을 증가시켜서 보다 높은 열전도성을 성취하는 방법을 개시하고 있다.
높은 열전도성에 더하여, 열전도성 쉬트는 높은 전기저항성을 갖고서 양호한 전기 절연물로서 작용하는 것이 요구된다. 예를 들면, 여러 전자소자들이 서로에 인접하여 장착될 때, 각각 그 전자소자와 동일한 크기를 가진, 즉 각각의 전자소자에 대하여 하나씩인, 별개의 열전도성 쉬트들을 사용하기 보다는 모든 전자소자들을 커버하기에 충분히 큰 단일 열전도성 쉬트가 사용된다. 열전도성 쉬트가, 이러한 식으로 사용될 때, 의도된 전자소자 뿐만 아니라 접속단자 및 전자회로와 같은 다른 전기전도소자와도 접촉되게 된다. 이러한 이유로 해서, 열전도성 쉬트는 높은 전기저항성을 가지고 있어야 한다. 상세하게는, 이러한 열전도성 쉬트는 1.0×1010Ω·㎝ 이상의 전기저항성을 가지고 있어야 한다. 이를 위해, 종래의 열전도성 쉬트는 알루미나 및 마그네시아와 같은 높은 전기 저항율을 가진 열전도 필터들을 포함하고 있었다.
하지만, 최근에 개발된 고성능 전자소자들은 상당한 양의 열을 발생시킨다. 알루미나 및 마그네시아와 같은 높은 전기 저항율을 가진 열전도성 충전제들을 함유하고 있는 이 종래의 열전도성 쉬트는 고성능 전자소자에 의해 발생된 열을 냉각부재에 효과적으로 전도시키기에 충분히 높은 열전도율을, 상세하게는 6W/m·K 이상의 열전도율을 제공하지 못한다.
상이한 타입의 종래의 열전도성 쉬트는 각각 높은 열전도재료인 흑연화 탄소 분말 및/또는 금속분말의 열전도성 충전제를 함유하고 있다. 따라서, 이 열전도성 쉬트는 6W/m·K 이상의 열전도율을 가진다. 하지만, 이러한 타입의 열전도성 쉬트는 낮은 전기 저항율을 갖고 있어서 전자소자의 전자회로 및 단자 부근의 원하지 않은 전기전도를 허용할 수 있다.
이 고성능 전자소자는 새로이 개발되는 전자기기에 조밀하게 조립되기 때문에, 이들 전자소자들을 효과적으로 냉각시키는 데에 새로운 접근이, 즉 6W/m·K 이상의 높은 열전도율 뿐만 아니라 1.0×1010Ω·㎝ 이상의 높은 전기저항율을 가진 열전도성 쉬트가 요구된다.
본 발명은 당해분야의 상기 결점에 역점을 두어서 개량되었다.
이를 위해, 전자소자의 단자와 이들 주위의 전기회로가 전기적으로 절연되게 유지된 상태에서 발생된 열이 냉각부재에 효과적으로 전도되게 함으로써 전자소자를 냉각시키는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에서의 전자소자를 냉각시키는 필수구성요소를 도시하는 단면도,
도 2a는 본 발명의 열전도성 쉬트를 도시하는 밑면도,
도 2b는 도 2a에서의 선 2b-2b을 따라 취한 열전도성 쉬트에 대한 단면도,
도 3은 전자소자를 냉각시키는 구조를 도시하는 분해사시도,
도 4는 비교예 1의 열전도성 쉬트를 도시하는 밑면도, 및
도 5는 비교예 2에 따른 전자소자를 도시하는 단면도.
본 발명의 일 태양은 기판에 장착된 전자소자를 냉각시키는 열전도성 쉬트를 제공한다. 이 열전도성 쉬트는 열전도층(매트릭스와 이 매트릭스에 함유된 열전도성 충전제를 포함하고 있음)과, 이 열전도성 쉬트가 기판과 전자소자들 상에 배치될 때 기판의 전기회로들 및 전자소자의 단자들을 커버하기 위해, 열전도 층의 일부분 위에 선택적으로 배치된 절연층을 포함하고 있다.
본 발명의 다른 일 태양은 전기회로를 갖춘 기판 상에 장착된, 전자기기에 조립된 전자소자를 냉각시키는 장치를 제공하는 것이다. 이 장치는 매트릭스와 이 매트릭스에 함유된 열전도성 충전제를 가진 열전도층을 포함하고 그리고 이 열전도층의 일부분 위에 선택적으로 배치된 절연층을 포함하는 열전도성 쉬트를 포함한다. 이 열전도성 쉬트는 기판과 전자소자 위에 배치되어, 이 절연층이 기판의 전자회로 및 전자소자의 단자와 밀접하게 접촉하게 하고 그리고 열전도층이 전자소자와 밀접하게 접촉하게 한다. 이 장치는 열전도층 상에 배열된 냉각부재를 더 포함하고 있어 전자소자에 의해 발생된 열이 열전도층을 통하여 냉각부재에 전도되게 한다.
본 발명의 또 다른 일 태양은 전기회로를 갖춘 기판 상에 장착된 전자소자를 냉각시키는 열전도성 쉬트를 생산하는 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 매트릭스와 이 매트릭스에 함유된 열전도성 충전제를 포함하는 열전도층을 형성하는 단계와, 절연층이 기판의 전기회로와 전자소자의 단자 양자와 접촉하게 열전도층의 일부분 위에 절연층을 선택적으로 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 태양은 전자기기에 조립된 전자소자를 냉각시키는 방법을 제공하는 것이다. 이 전자소자는 기판 상에 배치된다. 이 전자소자에 있어서, 절연층은 전기회로 및 단자를 커버하도록 기판 상의 전기회로 및 단자에 선택적으로 배치되어 있고, 열전도층은 절연층과 전자소자 위에 배치되어 이 열전도층이 절연층 및 전자소자 양자와 밀접하게 접촉하게 한다. 이 열전도층은 매트릭스 및 이 매트릭스에 함유된 열전도성 충전제를 포함하고 있다. 냉각소자는 열전도층 상에 배열된다. 상기 방법은 전자소자에 의해 발생된 열을 열전도층을 통하여 냉각부재에 전달하여 전자소자를 냉각시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 태양 및 특징은 첨부된 도면과 연관하여 취해져 본 발명의 원리를 예에 의해서 예시하는 다음의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명은, 첨부된 도면과 함께 바람직한 실시형태의 다음의 설명을 참조함으로써 본 발명의 목적 및 특징과 더불어 잘 이해될 수 있다.
바람직한 실시형태의 상세한 설명
본 발명 방법의 하나의 특정 실시형태에서의 열전도성 쉬트는 첨부된 도면들을 참조하여 이제 상세하게 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, 전자소자(12) 및 전기회로(14)는 기판(전기회로기판)(11) 상에 배열된다. 이 전기회로(14)는 그 복수의 단자(13)를 경유하여 전자소자(12)에 접속된다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 열전도성 쉬트(15)는 쉬트 형상의열전도층(18) 및 이 열전도층(18)에 이음된 절연층(17)으로 이루어져 있다. 이 절연층(17)은 각각이 전자소자(12)에 상응하는 크기와 형상으로 된 복수(본 실시형태에서는 6개)의 창(16)을 포함한다.
이 열전층(18)은 열전도성 충전제를 함유하고 있는 매트릭스로 만들어진다. 이 열전도층(18)은 전자소자(12)에서 발산된 열을 방열기나 금속제 전열판과 같은 냉각부재(19)에 전달한다. 이 열전도성 충전제는 높은 열전도율 뿐만 아니라 바람직하지 않은 전기 전도율을 가질 수 있다. 이 매트릭스는 기계적 강도, 내열성 및 내구성과 같은 필요되는 특성에 따라 적절히 선택된다. 매트릭스의 예들은 겔, 탄성중합체, 및 합성수지를 포함하며, 이 예들은 그들의 화학적 조성 및 경화 타입들에 제한되지 않는다. 이들 예들 중에서, 액상 실리콘 고무 및 액상 실리콘 겔은 전자소자에 대한 우수한 접착성 및 추종성으로 인해 특히 바람직하다. 2개 이상의 상이한 타입의 매트릭스 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
이 매트릭스에 함유된 이 열전도성 충전제는 그 충전제의 높은 열 전도성으로 인해 분말 또는 섬유의 형태로 탄소 및/또는 금속 재료를 바람직하게 포함한다. 탄소 재료의 예들은 흑연화탄소, 카본블랙 또는 흑연의 섬유 및 분말을 포함한다. 금속 재료의 예들은 금, 은, 구리, 철, 아연, 니켈, 알루미늄, 강철 또는 그 복합체의 섬유(특히, 단섬유) 및 분말을 포함한다. 이들 높은 열전도성 충전제들은 전기 전도성도 가질 수 있다.
열전도성 충전제는 은, 금 또는 카본이 코팅된 분말 또는 섬유가 될 수 있고, 그리고 상기된 분말 및 섬유에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 한, 어떠한형상, 크기 또는 길이를 가질 수 있다. 필요하다면, 열전도성 충전제는 실란 결합제 또는 티탄산염 결합제로 표면처리될 수도 있다.
상기된 열전도성 충전제에 더하여, 약 1.0×1010Ω·㎝의 높은 전기 저항율을 가진 부가적인 열전도성 충전제가 상기 열전도층에 부가될 수도 있다. 이 부가적인 열전도성 충전제의 예들은 다이아몬드, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄화규소, 알루미나, 산화아연 및 다른 공지된 열전도성 충전제를 포함하지만, 이것에 제한되지 않는다.
바람직하게, 이 매트릭스에 있는 열전도성 충전제의 함량은 20 내지 80 체적%(vol%)이다. 열전도성 충전제의 함량이 20 체적% 미만이면, 이 열전도 필터는 열전도층에 충분한 열전도성을 제공할 수 없다. 역으로, 이 매트릭스에 있는 이 열전도성 충전제의 함량이 80 체적%를 넘는다면, 이 열전도성 충전제를 함유하고 있는 매트릭스를 포함하는 쉬트 재료는 과도하게 고점성이 되어, 이 쉬트의 생산시 작업성을 감소시킨다.
한편, 이 절연층(17)은 전기적으로 절연성인 열전도성 충전제를 함유하고 있고, 그리고 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자를 전기적으로 절연한다. 이 절연층(17)은 약 1.0×1010Ω·㎝의 높은 전기 저항율을 가진 열전도성 충전제를 바람직하게 함유하고 있다. 열전도성 충전제 재료의 예들은 다이아몬드, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄화규소, 알루미나, 또는 산화아연를 포함하고 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이 절연층(17)은 절연 탄성중합체, 절연 코팅제 및 절연 필름과 같은 재료로 형성될 수도 있으며, 이들 타입 및 조성에 제한되지 않는다. 이 절연층(17)은 층의 박리 및 깍임과 같은 어떠한 결함도 방지하기에 충분한 부착성을 바람직하게 가진다. 이 절연층(17)은 1.0×1010Ω·㎝ 이상의 높은 전기 저항율, 보다 바람직하게는 1.0×1012Ω·㎝ 이상의 전기 저항율을 가진다. 이 절연층(17)은 높은 전기 저항율을 가진 열전도성 충전제를 함유하고 있을 수 있다.
이 절연층(17)은 0.01 내지 1.0㎜, 바람직하게는 0.05 내지 0.5㎜, 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.2㎜의 두께를 가진다. 0.01㎜ 미만의 절연층(17)의 두께는 프린팅, 코팅 및 트랜스퍼 코팅을 포함하는 층성형공정에서의 작업성을 감소시킨다. 그러한 얇은 두께를 갖춘 절연층(17)은 비균일한 두께를 갖게 되어, 충분한 전기 저항율을 보장하는 것을 어렵하게 하는 경향이 있다. 한편, 절연층(17)의 두께가 1.0㎜를 넘는다면, 이 층은 스페이서로서 작용하여 열전도층(18)과 전자소자(12) 사이의 공간을 형성시킬 수도 있다. 결과적으로, 이 열전도층(18)과 전자소자(12) 사이의 접촉영역은 감소되어 이들 사이의 열전도를 감소시킨다. 따라서, 열전도성 쉬트(15)의 열전도 효율은 감소된다. 절연층(17)은 기판(11) 상의 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)가 열전도층(18)과 접촉하게 되는 것을 방지하는 방식으로 배열된다. 이 절연층(17)은 전자소자(12) 및 열전도층(18) 사이에 부분적으로 배치될 수도 있다.
열전도성 쉬트(15)는 열전도층(18) 상에 절연층(17)을 적층시킴으로써 형성된다. 이 열전도성 쉬트(15)의 열전도층(18) 및 절연층(17)은 상기된 열전도성 충전제 이외의 것이 필요된다면 다른 부가물을 함유하고 있을 수도 있다. 이러한 부가물은 가소제, 증점제, 접착제, 보강제, 착색제 및 내열성 향상제를 포함한다.
이 열전도성 쉬트(15)는 0.1 내지 5㎜의 두께를 바람직하게 가진다. 0.1㎜ 미만의 두께를 가진 열전도성 쉬트(15)는 생산하기에 곤란하여 쉬트 생산시 작업성을 감소시킨다. 한편, 5㎜를 넘는 두께를 가진 열전도성 쉬트(15)는 열전도성을 감소시키고, 생산비용을 추가시킨다.
이 열전도성 쉬트(15)의 절연층(17) 및 열전도층(18)은 서로 밀접한 접촉상태로 유지되어 있어, 열전도성 쉬트가 전자소자 위에 위치될 때 상기 층들이 떨어지게 되는 것을 방지한다. 이 열전도층(18) 및 절연층(17)은 열전도성 쉬트(15)가 종종 냉각부재(19) 및 전자소자(12) 사이의 제위치에서 압축되어 유지되기 때문에 반드시 일체화될 필요는 없다. 하지만, 열전도층(18) 및 절연층(17) 사이의 부착성 부족으로 인하여 절연층(17)이 벗겨질 위험이 있다면, 접착층이 이 두개의 층들 사이에 배치되어 이들을 서로 접착시킬 수도 있다. 이 열전도성 쉬트(15)는 쉬트 또는 메시형상 또는 섬유구조를 가질 수도 있고, 열전도성 쉬트(15)의 작업성 향상 및 보강의 목적으로 적층되거나 또는 끼워넣어질 수도 있다.
이 열전도성 쉬트(15)는 다음의 방법에 의해 일체적으로 형성될 수도 있다. 제 1 방법은 열전도층(18)을 형성하는 단계, 전자소자(12)와 접촉하게 되는 열전도층(18)의 영역을 마스킹하는 단계, 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)와 접촉하게 되는 열전도층(18)의 영역 상에 절연층(17)을 선택적으로 놓아두는 단계,그리고 이 마스킹을 제거하는 단계를 수반한다. 이 열전도층(18)을 형성하는 기술의 예들은 바아코터법, 닥터블레이드법, T자형상의 다이를 이용한 압출성형법 및 캘린더 성형법을 포함한다. 이 절연층(17)을 형성하는 방법의 예들은 인쇄법, 도장법, 전사법들을 포함한다.
제 2 방법은 단자(13) 및 전기회로(14)와 접촉하게 되는 부분을 포함하지만 전자소자(12)와 접촉하게 되는 부분을 포함하지 않은 열전도층(18)의 영역 위에 절연필름의 형태로 절연층(17)을 위치시키는 단계를 수반한다. 이 절연층(17)은 이 열전도층(18)과 밀접한 접촉상태로 유지된다.
제 3 방법은 단자(13) 및 전기회로(14)와 접촉하게 되는 부분을 포함하지만 전자소자(12)와 접촉하게 되는 부분을 포함하지 않은 열전도층(18)의 영역에 절연필름의 형태로 절연층(17)을 부착시키는 단계를 수반한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 전자소자(12)는 기판(11)의 표면 상에 장착되고, 이 복수의 전자소자 상에는 절연층(17)이 기판(11)의 표면과 직면하는 상태로 열전도성 쉬트(15)가 배치된다. 냉각부재(19)로서 작용하는 방열기는 열전도성 쉬트(15) 상에 위치된다. 이러한 방식으로, 전자소자(12)는 각각의 창(16)에 수납되고, 그리고 절연층(17)은 열전도층(18)이 각각의 전자소자(12)를 커버하여서 밀접하게 이 전자소자와 접촉하는 상태로 전기회로(14) 뿐만 아니라 각각의 전자소자(12)의 단자를 커버한다. 이 냉각부재(19)는 열전도성 쉬트(15)의 열전도층(18)의 상부에 배열된다.
이러한 구조에서, 높은 열전도성 충전제를 함유하고 있고 전자소자(12)를 커버하는 열전도층(18)은 전자소자(12)에 의해 발생된 열을 냉각부재(19)에 전달하여 열을 외부로 방출한다. 또한, 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)를 커버하는 절연층(17)은, 이들 구성요소들 사이에서 열전도층(18)의 존재로 인하여 발생될 수도 있는 의도되지 않은 전기적 통신을 방지한다.
상기된 실시형태의 장점들은 이제 설명될 것이다.
이 실시형태에서, 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)를 커버하는 이 절연층(17)은 이 열전도층(18)이 충분한 절연성을 갖고 있는 지의 여부에 관계없이 이들 소자에 대해 전기적 절연을 보장한다. 또한, 각각의 전자소자(12)는 열전도층(18)으로 완전히 커버되어 큰 열전도 영역을 제공하는 상부표면을 가진다. 이러한 방식으로, 전자소자(12)에 의해 발생된 열은 열전도층(18)을 통하여 냉각부재(19)에 효율적으로 전달된다.
높은 전기 저항율을 가진 높은 열전도성의 충전제를 더 함유하고 있는 절연층(17)은 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)의 전기적 절연을 향상시킬 뿐만 아니라, 전체 쉬트의 열전도성을 향상시킨다.
열전도성 쉬트(15)는 절연층(17)이 열전도층(18) 표면의 일부분 위에 선택적으로 형성되는 간단한 구성을 가진다. 이러한 간단한 구성은 전자소자(12)에 의해 발생된 열에 대한 냉각부재(19)로의 효과적인 전도를 허용하면서, 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)의 전기적 절연을 보장한다.
전기 전도성 소자와 접촉하게 되는 영역 위에 형성된 절연층(17)을 포함하는 본 발명의 열전도성 쉬트(15)는, 높은 열전도율을 가지고 있음에도 불구하고 낮은전기 저항율로 인하여 열전도성 충전제로서 이용하기에 적합하지 않는 것으로 간주되는 흑연화탄소 또는 금속 분말을 열전도성 쉬트(15)가 함유하고 있을 때에도, 전기적 문제들을 제거할 수 있다. 더우기, 열전도성 쉬트(15)의 전체 표면 보다는 열전도성 쉬트(15)의 선택된 영역을 커버하도록 배열된 절연층(17)은, 열전도율을 떨어뜨리지 않고 우수한 열전도성 쉬트(15)를 얻게 한다.
결과적으로, 이러한 구조는, 열전도성 쉬트(15)의 열전도성 충전제가 흑연화탄소 또는 금속 분말을 함유하고 있을 때에도, 열전도성 쉬트(15)가 전기적 문제들을 제거할 수 있게 한다. 따라서, 현존하는 열전도성 쉬트보다 두드러지게 높은 열전도율을 가진 열전도성 쉬트(15)가 제공된다.
본 발명의 상기된 실시형태는, 단지 예시이지 어떠한 방식으로도 본 발명의 범주를 제한하지 않는 실시예 및 비교예를 참조하여 보다 상세하게 이제 설명될 것이다.
실시예 1
매트릭스로서 1.0의 비중을 가진 부가형의 액상 실리콘 겔(워커 아사히 가세이 실리콘 가부시키가이샤)의 60 체적%는, 각각 열전도성 충전제로서 작용하는, 15㎛의 평균 섬유길이를 가진 흑연화 탄소 섬유의 20 체적%와, 2㎛의 평균 입자직경을 가진 알루미나 분말의 20 체적%와 혼합되었다. 이 혼합물은, 이 혼합물이 균일화될 때까지 믹서에서 혼합되었고 이 균일화된 혼합물은 진공상태에서 탈기되었다. 그 다음 이 혼합물은 0.5㎜ 간극을 갖는 쉬트형상의 공동을 가지고 있고 불소수지(폴리테트라플루오르에틸렌)로 코팅된 중공의 알루미늄 금형 내로 충전되었고, 그리고 이 다이에서 이 혼합물은 공동의 간극을 가로질러(즉, 형성될 층의 두께를 따라) 방향잡힌 자기장에서 열처리되어 열전도층(18)을 얻었다. 얻어진 열전도층(18)에 함유된 흑연화탄소는 열전도층(18)의 두께를 따라 배향되었다. 이 열전도층(18)은 그 층의 두께를 따라 측정될 때 8Ω·㎝의 전기저항값과 6.8W/m·K의 열전도율을 가졌다.
그 다음, 1.0×1012Ω·㎝ 이상의 전기 저항율을 가진 0.05㎜ 두께의 불소수지 쉬트가 준비되었고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전자소자(12)에 상응하는 쉬트의 일부분들이 복수의 창(16)을 형성하도록 쉬트로부터 절단 제거되었다. 그 다음, 이 불소수지 쉬트는 절연층(17)을 형성하도록 열전도층(18) 상에 적층되었다. 이로서 열전도성 쉬트(15)를 완성하였다.
실시예 2
0.5㎜ 두께의 열전도층(18)이 실시예 1에서와 같은 방식으로 형성되었다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 전자소자(12)에 상응하는 열전도층(18)의 일부분은 종래의 방식으로 마스킹처리되었다. 스크린 인쇄법을 이용하여, 1.0×1012Ω·㎝ 이상의 전기 저항율을 가진 실리콘 잉크가 절연층(17)을 형성하도록 0.01㎜의 두께로 마스킹처리된 층에 도포되어 완전히 건조되었다. 이로서 열전도성 쉬트(15)를 완성하였다.
실시예 3
0.5㎜ 두께의 열전도층(18)이 실시예 1에서와 같은 방식으로 형성되었다.
그 다음, 1.0×1012Ω·㎝ 이상의 전기 저항율을 가진 실린콘 접착제가 0.2㎜의 두께로 도포된 폴리에스테르 필름이 준비되었고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전자소자(12)에 상응하는 쉬트의 영역이 복수의 창(16)을 형성하도록 필름으로부터 절단 제거되었다. 그 다음, 실리콘 접착제 코팅된 폴리에스테르 필름은 절연층(17)을 형성하도록 열전도층(18) 위에 적층되었다. 이로서, 열전도성 쉬트(15)를 완성하였다.
비교예 1
매트릭스로서 1.0의 비중을 가진 부가형의 액상 실리콘 겔(워커 아사히 가세이 실리콘 가부시키가이샤)은, 각각 열전도성 충전제로서 작용하는, 15㎛의 평균 섬유길이를 가진 흑연화 탄소 섬유의 20 체적%와 2㎛의 평균 입자직경을 가진 알루미나 분말의 20 체적%와 혼합되었다. 이 혼합물은 이 혼합물이 균일화될 때까지 믹서에서 혼합되고 이 균일화된 혼합물은 진공에서 탈기되었다. 그 다음 이 혼합물은 0.5㎜ 간극을 갖는 쉬트형상의 공동을 가지고 있고 불소수지로 코팅된 중공의 알루미늄 금형 내로 충전되었고, 그리고 이 다이에서 이 혼합물은 공동의 간극을 가로질러(즉, 형성될 층의 두께를 따라) 방향잡힌 자기장에서 열처리되어 열전도층(18)을 얻었다. 얻어진 열전도층(18)에 함유된 흑연화 탄소는 열전도층(18)의 두께를 따라 배향되었다. 이 열전도층(18)은 그 층의 두께를 따라 측정될 때 8Ω·㎝의 전기 저항율과 6.8W/m·K의 열전도율을 가졌다.
그 다음, 1.0×1012Ω·㎝ 이상의 전기 저항율을 가진 0.005㎜ 두께의 불소수지 쉬트가 준비되었고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전자소자(12)에 상응하는 쉬트의 일부분들이 복수의 창(16)을 형성하도록 쉬트로부터 절단 제거되었다. 그 다음, 이 불소수지 쉬트는 절연층(17)을 형성하도록 열전도층(18) 상에 적층되었다. 이로서 열전도성 쉬트(15)를 완성하였다.
비교예 2
유사한 열전도층(18)은 비교예 1에서와 같은 방식으로 형성되었다. 절연층(17)은, 열전도성 쉬트(15)를 완성하도록, 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자에 상응하는 열전도층(18)의 부분 상에 놓여졌다. 이 절연층(17)은 스크린 인쇄법을 이용하여, 1.0×1012Ω·㎝ 이상의 전기 저항율을 가진 실리콘 잉크를 1.2㎜의 두께로 도포하여 그 도포된 잉크를 경화시킴으로써 형성되었다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1과 비교예 2의 열전도성 쉬트(15)들 각각은 쉬트의 두께방향을 따라 10% 만큼 압축되었고, 그리고 각각의 쉬트의 열전도율은 동일한 방향으로 측정되었다. 또한, 1N의 하중이 각각의 열전도성 쉬트(15)에 적용되었고 그리고 각각의 열전도성 쉬트(15)의 절연층의 전기 저항율이 이 쉬트의 두께를 따라 측정되었다. 그 결과가 표 1 및 표 2에 나타내어져 있다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | |
| 열전도율(W/m·K) | 6.7 | 6.8 | 6.3 |
| 전기저항율(Ω·㎝) | 1012이상 | 1010 | 1012이상 |
| 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 열전도율(W/m·K) | 6.7 | 4.2 |
| 전기저항율(Ω·㎝) | 1012이상(결함부에서 8) | 1012 |
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 열전도율은 실시예 1 내지 실시예 3의 열전도성 쉬트들 각각에 있어서 충분히 높은 반면, 각각의 절연층(17)의 전기 저항율도 또한 우수하였다.
비교에 있어서, 비교예 1의 열전도성 쉬트(15)의 얇은 불소수지 쉬트는 절연층(17)에 충분한 강도를 주지 못한다. 결과적으로, 이 절연층(17)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 비틀어져서 전기회로(14)가 절연층(17)이 개재됨 없이 열전도층(18)과 직접적으로 접촉하게 되는 결함영역(20)을 초래한다. 이 결함영역(20)에서의 전기 저항은 8 Ω·㎝ 이었다. 따라서, 너무 얇은 절연층(17)은 열전도층(18)이 절연층(17)의 비균일 및 비틀림으로 인하여 노출되는 결함영역을 초래할 수 있다. 높은 열전도성에도 불구하고, 그와 같은 결함영역은 낮은 전기 저항율을 가지고 있어서 전기 전도성 소자와 접촉될 때 문제들을 야기할 수 있다.
비교에 있어서, 비교예 2의 열전도성 쉬트(15)의 두꺼운 절연층(17)은 열전도층(18)을 변형시켜, 이 열전도층이 절연층(17)의 표면에 적합되게 하는 것을 어렵게 한다. 결과적으로, 갭(21)은 절연층(17) 주위의 열전도성 쉬트(15)와 전자소자(12) 사이에 형성된다. 이것은 열전도성 쉬트(15)가 전자소자(12)와 불충분하게 접촉하게 하여, 4.2 W/m·K의 전체 열전도성 쉬트(15)의 감소된 열전도성을 야기한다. 따라서, 과도하게 두꺼운 절연층(17)은 열전도층(18)과 전자소자(12) 사이의 감소된 접촉영역을 초래하여, 전체 열전도성 쉬트(15)의 감소된 열전도성을 야기한다.
본 발명이 본 발명의 개념 및 범주로부터 벗어남 없이 여러 다른 특정 형태들로 구체화될 수 있다는 것은 당해분야 종사자에게는 명백한 것이다. 특히, 본 발명이 다음의 형태들로 구체화될 수 있는 것은 물론이다.
복수의 전자소자(12)들이 존재할 때, 복수의 열전도성 쉬트(15)는 각각의 전자소자(12) 또는 다른 인자에 의해 발산된 열의 양에 따라 준비되어 전자소자(12)가 상이한 열전도성 쉬트(15)에 의해 각각 커버되는 상이한 부분들로 나누어 질 수 있다.
열전도성 쉬트(15)의 절연층(17) 및 열전도층(18)은 개별적으로 준비될 수 있다. 이 절연층(17)은 예를 들면, 접착제를 사용함으로써 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(12) 각각에 먼저 접착되고, 이어서 접착된 절연층(17) 및 전자소자(12) 위에 열전도층(18)이 피복된다.
제 1 열전도성 쉬트는 오로지 열전도층(18)으로부터 형성되어 각각의 전자소자(12)의 형상에 적합화되고, 그리고 제 2 열전도성 쉬트는 절연층(17) 및 열전도층(18)으로부터 형성되어 전기회로(14) 및 단자(13)의 형상에 적합화된다. 제 1 열전도성 쉬트 및 제 2 열전도성 쉬트는 각각의 소자에 별개로 피복된다.
따라서, 본 실시형태 및 실시예는 제한이 아닌 예시로서 간주되어야 하며 그리고 본 발명은 여기에서 설명된 상세에 제한받지 않고 첨부된 청구범위의 범주 및등가물 내에서 수정될 수 있다.
이 실시형태에서, 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)를 커버하는 이 절연층(17)은 이 열전도층(18)이 충분한 절연성을 갖고 있는 지의 여부에 관계없이 이들 소자에 대해 전기적 절연을 보장한다. 또한, 각각의 전자소자(12)는 열전도층(18)으로 완전히 커버되어 큰 열전도 영역을 제공하는 상부표면을 가진다. 이러한 방식으로, 전자소자(12)에 의해 발생된 열은 열전도층(18)을 통하여 냉각부재(19)에 효율적으로 전달된다.
높은 전기 저항율을 가진 높은 열전도성의 충전제를 더 함유하고 있는 절연층(17)은 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)의 전기적 절연을 향상시킬 뿐만 아니라, 전체 쉬트의 열전도성을 향상시킨다.
열전도성 쉬트(15)는 절연층(17)이 열전도층(18) 표면의 일부분 위에 선택적으로 형성되는 간단한 구성을 가진다. 이러한 간단한 구성은 전자소자(12)에 의해 발생된 열에 대한 냉각부재(19)로의 효과적인 전도를 허용하면서, 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)의 전기적 절연을 보장한다.
전기 전도성 소자와 접촉하게 되는 영역 위에 형성된 절연층(17)을 포함하는 본 발명의 열전도성 쉬트(15)는, 높은 열전도율을 가지고 있음에도 불구하고 낮은 전기 저항율로 인하여 열전도성 충전제로서 이용하기에 적합하지 않는 것으로 간주되는 흑연화탄소 또는 금속 분말을 열전도성 쉬트(15)가 함유하고 있을 때에도, 전기적 문제들을 제거할 수 있다. 더우기, 열전도성 쉬트(15)의 전체 표면 보다는 열전도성 쉬트(15)의 선택된 영역을 커버하도록 배열된 절연층(17)은, 열전도율을 떨어뜨리지 않고 우수한 열전도성 쉬트(15)를 얻게 한다.
결과적으로, 이러한 구조는, 열전도성 쉬트(15)의 열전도성 충전제가 흑연화탄소 또는 금속 분말을 함유하고 있을 때에도, 열전도성 쉬트(15)가 전기적 문제들을 제거할 수 있게 한다. 따라서, 현존하는 열전도성 쉬트보다 두드러지게 높은 열전도율을 가진 열전도성 쉬트(15)가 제공된다.
Claims (8)
- 기판(11)에 장착된 전자소자(12)를 냉각시키는 열전도성 쉬트(15)에 있어서,매트릭스 및 이 매트릭스에 함유되어 있는 열전도성 충전제를 포함하는 열전도층(18); 그리고열전도성 쉬트(15)가 기판(11) 및 각각의 전자소자(12) 상에 위치될 때 기판(11)의 전기회로(14) 및 각각의 전자소자(12)의 단자(13)를 커버하는 열전도층(18)의 일부분 위에 선택적으로 배치되는 절연층(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 쉬트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연층(17)은 절연성을 가진 열전도성 충전제를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 쉬트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스는 액상 실리콘 고무 및 액상 실리콘 겔 중 적어도 하나로부터 만들어진 것을 특징으로 하는 열전도성 쉬트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 열전도층(18)에 함유되어 있는 상기 열전도성 충전제는, 탄소, 금속 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하고 있고, 분말, 섬유 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 열전도성 쉬트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연층(17)은 0.01 내지 1.0㎜의 범위에서의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 열전도성 쉬트.
- 전자기기에 조립된 전자소자(12)로서 기판(11) 상에 장착된 전자소자(12)를 냉각시키는 장치에 있어서,열전도성 쉬트(15)로서,매트릭스 및 이 매트릭스에 함유되어 있는 열전도성 충전제를 포함하는 열전도층(18) 및상기 열전도층(18)의 부분 위에 선택적으로 절연층(17)이 배치되되, 이 열전도층(15)이 각각의 전자소자(12) 및 기판(11) 위에 배치되어 절연층(17)이 기판(11)의 전기회로(14) 및 각각의 전자소자(12)의 단자(13)와 밀접하게 접촉하게 하고 그리고 열전도층(18)이 각각의 전자소자(12)와 밀접하게 접촉하게 되어 있는 상기 절연층(17)을 포함하고 있는 상기 열전도성 쉬트(15); 그리고열전도층(18) 상에 배열되어 상기 전자소자(12)에 의해 발생된 열을 열전도층(18)을 통하여 전달받는 냉각부재(19)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 기판(11)에 장착된 전자소자(12)를 냉각시키는 열전도성 쉬트(15)를 생산하는 방법에 있어서,매트릭스 및 이 매트릭스에 함유되어 있는 열전도성 충전제를 포함하는 열전도층(18)을 형성하는 단계; 그리고상기 열전도층(18)의 부분 위에 절연층(17)을 선택적으로 배치시켜 절연층(17)이 기판(11)의 전기회로(14) 및 전자소자(12)의 단자(13)와 접촉하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전자기기에 조립되는 전자소자(12)로서 기판(11) 상에 배치되는 전자소자(12)를 냉각시키는 방법으로서,절연층(17)이 기판(11) 상의 전기회로(14) 및 각각의 전자소자(12)의 단자(13) 상에 선택적으로 배치되어 단자(13) 및 전기회로(14)를 커버하고,열전도층(18)이 각각의 전자소자(12) 및 절연층(17) 위에 배치되어 열전도층(18)이 각각의 전자소자(12) 및 절연층(17)과 밀접하게 접촉되게 하고,열전도층(18)이 매트릭스와 그 매트릭스에 함유되어 있는 열전도성 충전제를 포함하고, 그리고냉각부재(19)가 열전도층(18) 상에 배열되게 한 상태에서 상기 전자소자를 냉각시키는 방법에 있어서,상기 전자소자(12)에 의해 발생된 열을 열전도층(18)을 통하여 냉각부재(19)에 전달하여 전자소자(12)를 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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