KR20050095716A - 열 발산용 다이아몬드 분말 조성물 - Google Patents

Abstract

다이아몬드 분말을 포함하는 반고형 조성물로서, 이 조성물은 전기에 대한 비전도체로서 높은 열전도율 가지며, 고열에서도 안정된 반도체의 열 발산용 서멀 그리스로 제제화 할 수 있다.

Description

열 발산용 다이아몬드 분말 조성물{Diamond-powdered Heat Sink Grease}

본 발명은 열발산용 분말이 포함된 조성물, 반도체의 열을 발산하는 서멀 그리스(Thermal grease)와 같은 반고형 조성물에 관한 것이다.

열발산용 서멀 그리스는 조성물에 포함된 첨가제의 열전도 성능과 전자회로에 안전한 전기절연성에 기초를 하고있다.

최근 반도체 패키지(package)의 대형화, 복합화 및 표면 실장화라는 기술동향에 따라 반도체 소자에 있어서 배선의 미세화, 소자크기의 대형화, 셀(cell)면적 축소, 다핀화 및 박형화가 급속히 진전되고 있다.

이와 같은 대형 반도체 소자를 소형, 박형 패키지로 밀봉한 반도체 장치의 열발생은 시스템의 불안정화, 소비전력의 증가 등 심각한 문제를 일으키고 있다.

이들 반도체 패키지의 열을 발산하기위해 크게 두 가지의 방법이 이용되는데 그중 한 가지는 방열판과 냉각팬으로 이루어진 공랭식(Air-cooling) 냉각방식이 있고, 냉각수가 흐를 수 있도록 특수 제작된 방열판과 순환 펌프, 냉각수, 라지에터등으로 이루어진 수냉식(Water-cooling) 냉각 방식이 있다.

이들 두 가지 방식은 공통적으로 반도체 패키지의 외부 표면에 방열판을 접합시키는 것으로, 두 매체 사이의 접합률을 높혀서 열을 빨리 방열판으로 전달하는 매개체 역할을 하는 것을 통상 서멀 그리스라고 한다.

이를 목적으로 여러 종류의 서멀 그리스가 개발되었는데, 최초의 서멀 그리스는 가격이 저렴하고 접합력은 좋으나 열전도율이 떨어지는 단점이 있다.

비교적 최근에 나온 은 분말(Silver powder)이 충전된 서멀그리스의 경우 열 전도율이 이전의 것보다 좋으나 전기전도성이 강해 전자 기판에 유출될 경우 쇼트로 인한 회로의 심각한 손상이 야기되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 더 높은 열발산 효과와, 보다 완벽한 전기 절연성을 가진 열발산용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 구성은 다이아몬드 분말(Diamond Powder)과 그리스 또는 다이아몬드 분말과 에폭시수지(Epoxy) 등으로 이루어진다.

다이아몬드는 현재 발견된 지구상의 물질 중 가장 높은 열전도율(다이아몬드의 열전도율은 20.00W/Cm℃이며 현재 많이 사용되는 은의 열전도율은 4.18W/Cm℃)을 가지면서 전기에 대한 부도체이다. 섭시 1200℃까지 안전하며, 화학적으로도 가장 안정된 물질이다. 특히 기름과의 친유성이 있어 기름과의 접착력이 매우 강하다.

다이아몬드의 이러한 물리적 특성이 열발산용 서멀 그리스의 성분으로 가장적합하다고 판단되어 반도체 패키지의 열을 발산하는 서멀 그리스의 주성분으로 사용하고자 한다.

제조법은 비교적 간단하데, 다이아몬드를 미세한 분말로 가공하여 그리스나 에폭시 등의 유상(oil phase)의 결합제와 혼합하여 제조한다.

그리스 또는 에폭시 등을 이용한 조성물은 다이아몬드의 친유성을 이용한 것으로 다이아몬드 분말이 냉각팬의 바람, 경사, 충격등의 외부요인으로 인해 다른 부분으로 흩어지지 않도록 고정성을 유지하기 위해서 사용된다. 하지만 다이아몬드 분말 조성물이 최상의 열발산 성능을 발휘하기위해서는 되도록이면 높은 밀도로 다이아몬드 분말이 포함되어져야한다.

후술하는 실시예는 90℃까지 가열되는 동일한 발열체 위에 동일한 모양, 동일한 재질, 동일한 크기의 방열판을 각각 다이아몬드 분말을 함유한 서멀 그리스와 은 분말을 함유한 서멀 그리스로 접착하여 얼마나 많은 양의 열을 방열판에 빨리 전달하는지를 실험한 예이다. 온도계는 각 방열판의 상부 안쪽에 고정 접착하였으며, 실내온도 25℃, 바람이 없는 상태에서 상대적인 온도를 동시에 비교 관찰할 수 있도록 실험이 이루어졌다. 온도 단위는 섭시(℃)이다.

실시예1

열발산 성능 비교표

다이아몬드 분말	은 분말	다이아몬드 분말	은 분말
48.5	46.6	78.6	74
49.7	47.8	80.4	75.4
50.5	48.6	81.1	76.0
51.5	49.5	83.5	78.1
52.9	50.4	83.8	78.3
55.7	52.3	83.9	79.1
56.7	53.5	84.2	80.0
58.7	55.3	84.5	80.4
59.9	55.8	85.1	81.0
60.7	56.9	85.5	81.2
63.6	59.9	86.5	81.5
66.5	61.7	87.4	82.5
66.8	63.2	87.6	83.3
69.5	64.4	88.3	83.6
70.0	65.0	88.7	83.7
71.2	66.5	89.1	83.9
72.5	67.5	89.5	84.0
73.2	69.0	89.7	84.2
74.6	69.8	89.9	84.3
76.0	71.1	90.0	84.5
77.7	73.0

반도체 패키지의 문제가 되는 온도 범위는 컴퓨터의 중앙연산처리장치(C.P.U)를 예로 들면 낮게는 60℃, 높게는 90℃정도를 한계 온도로 본다. 이 정도의 온도 범위에서의 온도차이가 위의 실시예 1에서 나타나듯이 약 4℃에서 5.5℃ 정도를 보였다.

다이아몬드 분말 조성물로 접합한 방열판의 온도가 은 분말을 이용한 것보다 온도가 높다는 것은 발열체(반도체 패키지)로부터 발생되는 열을 상대적으로 더 빨리 흡수한다는 것으로 결론지을 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 다이아몬드 분말을 함유한 열발산용 다이아몬드 분말 조성물로 열이 많이 발생되는 반도체 소자와 방열판 사이를 본 조성물로 접합할 경우 열발산 효과가 좋아 반도체의 성능을 극대화할 수 있고, 전기전도성이 없어 전자회로 등의 쇼트에 의한 문제를 야기 시키지 않는다.

Claims (2)

1. 다이아몬드 분말을 포함하는 열발산용 서멀 그리스 조성물
2. 다이아몬드 분말을 포함하는 열발산용 서멀 에폭시 조성물.