KR20050104712A - 히트 싱크 및 그 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 히트 싱크 및 그 표면처리방법은 알루미늄 합금으로 성형된 히트 싱크의 표면을 구리로 코팅하거나 히트 싱크를 구리로 성형하여 상기 히트 싱크의 표면에 구리 산화물인 미세 와이어를 성장시키기 때문에 상기 히트 싱크의 표면적이 넓어져서 대류 및 복사에 의해 열전달율이 증가되고, 상기 히트 싱크의 표면 거칠기가 커져서 난반사율이 증가된다.

Description

히트 싱크 및 그 표면처리방법{Heat Sink and the Finishing Method for the Same}

본 발명은 히트 싱크 및 그 표면처리방법에 관한 것으로서, 특히 표면에 방열이 가능한 금속재질의 미세 와이어가 성장된 히트 싱크 및 그 표면처리방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 히트 싱크(10)는 인쇄회로기판(2)에 실장된 파워 모듈 내지 씨피유(CPU), 트랜지스터 등의 발열소자(4)에 부착되어 상기 발열소자(4)의 열화를 방지토록 방열을 행하는 장치이다.

이와 같은 히트 싱크(10)는 상기 발열소자(4)에 부착되는 베이스(12)와, 상기 베이스(12)의 위에 서로 일정 간격을 두고 다수개가 설치된 방열핀(14)으로 이루어지며, 일반적으로 저렴하면서도 방열성이 좋은 알루미늄 합금으로 성형된다.

한편, 상기 히트 싱크(10)는 복사에 의한 방열이 원활하게 이뤄질 수 있도록, 알루미늄 합금의 산화피막법 중의 일종인 아르마이트 처리 또는 아노다이징 처리과정을 통해 표면에 산화피막(16)이 형성된다.

즉, 전해액 중 양극에 상기 히트 싱크(10)의 표면에 입힐 금속을 연결하고 음극에 불활성 금속을 연결한 후, 전해액 속에 상기 히트 싱크(10)를 넣고 전해액에 전류가 흐르게 하면 상기 히트 싱크(10)의 표면에 상기 산화피막(16)이 형성된다.

이처럼 표면 처리된 히트 싱크(10)는 산화피막(16)으로 인해 산화가 억제되어 내식성이 좋아지고, 표면이 무광택이므로 표면으로부터 광선형태로 표출되는 복사에너지가 난반사되어 표면처리 전보다 대략 3 내지 10%정도 방열 효과가 향상된다.

그러나, 종래 기술은 방열 효과를 더욱 향상시키기 위해 열교환면적을 넓히려면 상기 히트 싱크(10)의 자체 크기가 커지거나 상기 방열핀(14)들이 촘촘하게 설치되야 하는데, 설치 공간에 의해 제한될 수밖에 없고 산화피막으로 더 이상 난반사율을 높일 수 없기 때문에 성능 향상이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 동일한 체적에서 표면적만을 넓힘과 아울러 표면 거칠기를 높여서 방열 성능을 향상시킬 수 있는 히트 싱크 및 그 표면처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 싱크는 발열소자에 부착되는 베이스와, 상기 베이스에 적어도 하나 이상 설치된 방열판을 포함하여 구성되고, 특히 상기 베이스 또는 방열판의 표면에는 미세 와이어가 다수 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 히트 싱크의 표면처리방법은 히트 싱크의 표면을 금속으로 코팅하는 제1단계와; 상기 금속으로 코팅된 히트 싱크를 산화용액에 담가 미세 와이어를 성장시키는 제2단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 히트 싱크의 표면처리방법은 구리 재질로 성형된 히트 싱크를 산화용액에 담가 미세 와이어를 성장시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 히트 싱크(50)는 발열소자에 부착되는 베이스(52)와, 상기 베이스(52)에 적어도 하나 이상 설치된 방열판(54)으로 이루어지고, 특히 상기 베이스(52) 또는 방열판(54)의 표면에는 표면적 및 거칠기를 크게 하는 미세 와이어(56)가 전 표면에 고르게 분포된다.

상기 미세 와이어(56)는 상기 히트 싱크(50)의 방열 효과를 높일 수 있도록 열전도 효율이 좋은 금속으로 형성된다. 여기서, 열전도성 좋은 금속으로는 다음의 <물질의 열전도성> 표와 같다.

<물질의 열전도성>

물질	열전도성(W/mK)
은	422
구리	402
금	298
알루미늄	226
강철	73.3
납	34.8

상기 <물질의 열전도성>의 표에 따르면, 금속 중에서 은이 가장 열전도성이 좋은데, 은은 고가라서 비용측면에서 경쟁력이 떨어질 수 있다. 그리고, 구리보다 알루미늄이나 납 등이 더 저렴하지만 구리가 알루미늄이나 납보다 훨씬 열전도성이 좋기 때문에 비용과 열전도성을 모두 고려할 경우, 상기 미세 와이어(56)는 구리로 형성되는 것이 가장 적절하다.

상기와 같은 미세 와이어(56)는 상기 히트 싱크(50)의 표면적 및 표면 거칠기의 증대시키되, 별도의 접착제에 의존하지 않고서도 상기 히트 싱크(50)의 표면에 견실하게 붙어 있을 수 있도록 상기 히트 싱크(50)의 표면으로부터 수 ㎛미만의 길이를 갖고 단면적의 폭이 10nm 내지 100nm이면, 바람직하다. 부연하면, 상기 미세 와이어(56)는 상기 히트 싱크(50)의 표면과 접촉되는 면적이 매우 작기 때문에 공기 저항을 거의 받지 않는다고 볼 수 있어 상기 히트 싱크(50)의 표면에 단지 붙어 있기만 해도 된다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트 싱크의 표면처리과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 성형된 히트 싱크(50)의 표면을 열전도성이 좋은 금속으로 코팅시켜 금속막(56')을 형성한다.

부연하면, 상기 히트 싱크(50)는 통상적으로 열전도성이 구리나 은, 금 등에 비해 매우 낮지만 저렴한 알루미늄 합금으로 성형되는데, 알루미늄 합금에 비해 고가이지만 열전도성이 좋은 금속 특히, 구리를 수 um에서 수십 um정도의 두께로 균일하게 코팅함으로써 저렴하게 상기 히트 싱크(50)의 표면 열전도성을 높일 수 있게 된다.

상기 히트 싱크(50)의 표면을 구리로 코팅시킬 때에는 상기 히트 싱크(50)를 구리 전해액에 넣은 후 통전시키면, 쉽게 구현될 수 있다.

이후, 구리 코팅된 히트 싱크(50)를 산화용액에 담그면, 도 4b 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 히트 싱크(50)에 코팅된 구리가 산화되면서 구리 산화물인 미세한 털이 부슬부슬 일어나는데, 이 구리 산화물이 상기 미세 와이어(56)가 된다.

여기서, 상기 미세 와이어(56)는 산화조건, 즉 산화용액의 온도 및 조성 등에 따라 크기 및 밀도, 성장속도 등이 영향을 받는데, 산업현장에서 용이하게 구현할 수 있고 생산성도 부합될 수 있도록 산화용액의 온도는 60 내지 110℃ 정도,산화시간은 1분에서 10분 사이 정도가 적합하다. 그리고, 상기 산화용액은 구리 산화물인 상기 미세 와이어(56)가 잘 성장할 수 있도록 NaOH 또는 NaClO₂로 이루어진다.

마지막으로, 상기 히트 싱크(50)의 표면에 상기 미세 와이어(56)가 충분히 성장된 후, 상기 미세 와이어(56)가 성장된 히트 싱크(50)의 표면을 세척하여 불순물을 제거하면, 표면처리과정이 완료된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 히트 싱크의 표면처리방법을 설명하면 다음과 같다. 이 때, 본 발명의 다른 실시 예에는 상기에 기재된 본 발명의 일 실시 예와 기술적 사상 및 기본적인 구조가 유사하므로 상세한 설명 및 도면이 생략될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 히트 싱크의 표면처리방법은 상기 히트 싱크(50)를 구리로 성형하고, 구리로 성형된 히트 싱크(50)를 바로 산화용액에 담가서 상기 구리로 성형된 히트 싱크(50)의 표면을 산화시킴으로써 미세 와이어(56)를 성장시킨다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트 싱크 및 그 표면처리방법은 알루미늄 합금으로 성형된 히트 싱크의 표면을 구리로 코팅하거나 히트 싱크를 구리로 성형하여 상기 히트 싱크의 표면에 구리 산화물인 미세 와이어를 성장시키기 때문에 상기 히트 싱크의 표면적이 넓어져서 대류 및 복사에 의해 열전달율이 증가되고, 상기 히트 싱크의 표면 거칠기가 커져서 난반사율이 증가됨으로써 저렴한 비용으로 일정 크기를 갖는 히트 싱크의 방열 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 히트 싱크가 도시된 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 히트 싱크가 도시된 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 히트 싱크가 도시된 단면도,

도 4a는 본 발명에 따른 히트 싱크의 표면에 구리 도금한 도면,

도 4b는 본 발명에 따른 히트 싱크의 표면에 미세 와이어를 2분 성장시킨 상태의 사진,

도 4c는 본 발명에 따른 히트 싱크의 표면에 미세 와이어를 3분 성장시킨 상태의 사진,

도 4d는 본 발명에 따른 히트 싱크의 표면에 미세 와이어를 5분 성장시킨 상태의 사진이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 히트 싱크 52 : 베이스

54 : 방열판 56 : 미세 와이어

Claims (10)

1. 발열소자에 부착되는 베이스와, 상기 베이스에 적어도 하나 이상 설치된 방열판을 포함하여 구성된 히트 싱크에 있어서,

   상기 베이스 또는 방열판의 표면에는 미세 와이어가 다수 형성된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 미세 와이어는 구리 산화물인 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 미세 와이어는 길이가 상기 베이스 또는 방열판의 표면으로부터 수 ㎛미만인 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 미세 와이어는 단면적의 폭이 10nm 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
5. 히트 싱크의 표면을 금속으로 코팅하는 제1단계와; 상기 금속으로 코팅된 히트 싱크를 산화용액에 담가 미세 와이어를 성장시키는 제2단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트 싱크의 표면처리방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 금속은 구리인 것을 특징으로 하는 히트 싱크의 표면처리방법.
7. 구리 재질로 성형된 히트 싱크를 산화용액에 담가 미세 와이어를 성장시키는 것을 특징으로 하는 히트 싱크의 표면처리방법.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 미세 와이어의 성장온도는 60 내지 110℃인 것을 특징으로 하는 히트 싱크의 표면처리방법.
9. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 미세 와이어의 성장시간은 1분 내지 10분인 것을 특징으로 하는 히트 싱크의 표면처리방법.
10. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 산화용액은 NaOH 또는 NaClO₂ 인 것을 특징으로 하는 히트 싱크의 표면처리방법.