KR20070079891A

KR20070079891A - 방열시트

Info

Publication number: KR20070079891A
Application number: KR1020060011431A
Authority: KR
Inventors: 김경일
Original assignee: 김경일
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-08

Abstract

전기/전자기기의 부품으로부터 발생하는 열을 히트싱크에 효율적으로 전달할 수 있는 방열시트에 관한 것으로, 특히 망목상의 3차원적으로 서로 연결된 기공조직 특성과 단위체적당 극대화된 표면적 특성, 다공질금속 고유의 우수한 열전도도 특성으로 발열체로부터의 열을 효율적으로 전달할 수 있는 다공질금속(Porous Metal)이 방열기재로 구비되는 방열시트가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 방열시트는 다공질금속이 갖는 금속 고유의 우수한 열전도도 특성 및 단위체적당 극대화된 표면적 특성에 부과하여 다공질금속의 3차원적으로 서로 연결된 기공조직 특성이 다공질금속 내부에 복합적으로 구비되는 열전도성매체의 코어(Core) 기능을 동시에 가짐으로서 열전도성물질과의 일체화된 강한 결합을 제공할 수 있어, 발 열원과의 균일한 접촉에 의한 균일한 열 분포 및 높은 열전달 효과를 제공할 수 있다.

Description

방열시트{RADIATOR SHEET}

도 1은 본 발명에 따른 방열시트의 표면을 확대한 표면사진이다.

〈도면의주요부분에대한부호의설명〉

100 : 방열시트

본 발명은 고성능화, 고밀도화, 소형화가 빠른 속도로 진행되고 있는 PDP, 휴대전화, 노트북컴퓨터 CPU등의 각종 전기/전자기기의 부품으로부터 발생하는 대량의 열을 효율적으로 히트싱크에 전달할 수 있는 방열시트에 관한 것이다.

고성능, 고기능화에 따른 각종 전기/전자기기 부품들의 대용량화, 고집적화의 진전은 대량의 열 발생 문제를 초래하여 제품의 성능 및 품질 열화에 큰 요인으로 작용하고 있다. 따라서 이들 부품으로부터 발생하는 열을 효율적으로 제거하기 위한 장치는 제품의 성능 및 품질과 밀접한 관계가 있다 하겠다.

이와 관련하여 전기/전자기기의 발열원의 열을 효율적으로 전달하는 기능을 갖는 방열시트는 각종 전기/전자기기의 발열원과 히트싱크사이에서 균일한 접촉 및 완전한 접촉에 의해서만 열전달 효율을 높일 수 있다. 따라서 유동성 있는 열전도 성매체로서 우레탄계방열감압접착재, 실리콘방열시트, 그라파이트(Graphite)방열시트, 아크릴계방열감압시트 등이 독립적 혹은 열전도도가 큰 충전재와 혼용되어 사용되어지고 있다. 또한 열전도도가 큰 충전재에 있어서는 상기 방열시트에 열전도성 미립자 또는 열전도율이 높은 알루미늄, 구리, 산화구리, 산화아연, 수산화알루미늄, 탄화규소, 마그네시아 등과 같은 분말을 열전도성매체에 고밀도로 함침하는 등의 방법으로 열전도성을 개선하고자 하는 노력과 0.1~0.5mm 직경의 동, 스테인레스, 백금, 티타늄, 알루미늄 등의 금속 망체를 함침하여 열 전도율을 개선하고자 하는 방열시트가 알려져 있다. 이것은 바인더(Binder)역할 및 유동성으로 균일한 접촉을 제공하는 수지(Polymer)계의 열전도성매체와 열전도가 우수한 분말 및 금속망체를 결합시켜서 발열원으로부터의 열 전달 효과를 개선시키고자 하는 것이지만, 열전달매체인 수지(Polymer)계 바인더(Binder)와 혼합 함침되어 주된 열전달 역할을 하는 상기 분말 및 금속 망체가 서로 완벽히 연결되어 발열원에서 발생하는 열을 히트싱크에 완전히 전달시키는 역할을 한다고는 볼 수 없는 한계점을 내포하고 있다. 즉, 발열원에서 히트싱크로의 열전달은 두께 방향으로 이루어져야 하는데, 상기 다층 혹은 단일층으로 구비되는 금속 망체 그리고 그라파이트(Graphite)시트와 같은 경우는 카본(Carbon)이 층 구조로 이루어져 각층의 면방향의 분자는 공유결합에 의해 강한 결합 특성을 보이는 반면, 면 방향과 직각방향(두께방향)은 약한 결합을 이루고 있기 때문에 층간 탈리되는 문제점을 내포하고 있다.

또한 면방향의 열전도성은 우수한 반면 층 구조에 기인한 두께 방향으로의 열전도성 효과는 두께 방향으로 서로 일체화되어 연결되어 있다고 볼 수 없기 때문 에 두께 방향으로의 열전도도는 문제점을 내포하고 있다 하겠다. 또한 그라파이트(Graphite)시트는 상기의 문제점이외에도 모서리 부분 등이 쉽게 파손되는 등, 취급이 어려운 재질 특성으로 작업 시, 미세 흑연 분말에 의한 제품 오염의 문제점이 지적되어, 이를 개선할 목적의 한국특허공개 제2005-0093193호에는 열전도성이 우수한 그라파이트(Graphite)시트에 UV, 우레탄, 실리콘과 같은 얇은 도료층을 피막처리한 방열시트를 개시하고 있다. 그러나 피막처리하는 도료층의 코팅 두께가 얇게 형성되므로 그라파이트(Graphite)시트의 취성문제는 실제 제품 조립라인에서의 발열체와 히트싱크와의 체결 작업 시, 발생 압력에 따른 고정의 난이성에 기인한 작업성과 불량에 기인한 품질 문제, 경제적인 손실 문제 등을 여전히 내포하고 있다.

본 발명은 발열원으로부터의 열을 효율적으로 히트싱크에 전달하기 위한 다공질금속과 열전달매체가 복합적으로 구비되는 방열시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 고유의 우수한 열전도도 특성 및 단위체적당 극대화된 표면적 특성에 부과하여 다공질금속의 3차원적으로 서로 연결된 기공조직 특성이 다공질금속 내부에 복합적으로 구비되는 열전도성매체의 코어(Core) 기능을 동시에 가짐으로서 열전도성물질과의 강한 결합을 제공하고, 발 열원과의 균일한 접촉에 의한 균일한 열 분포 및 높은 열전달 효과를 제공할 수 있는 방열시트를 제공하는데 있다.

특히, 본 발명의 다공질금속과 열전도성매체가 복합적으로 구비되는 방열시트는 상기 특성이외에 다공질금속이 갖는 망목상의 3차원적으로 서로 연결된 기공 조직 특성이 높은 전자파 차폐효과를 제공할 수 있는 것이 또 하나의 큰 특징이다.

방열시트는 발열원과 히트싱크가 완전히 밀착되어야만 균일한 열분포 특성을 얻을 수 있고, 이에 따른 높은 열전달 효과를 얻을 수 있는 특성이 가장 기본적으로 요구된다. 따라서 본 발명에서는 다공질금속의 특성 이외에 이러한 방열시트의 기본적인 요건을 충족하기 위한 부수적인 열전달매체로서 흑연(Graphite),방열실리콘, PCM(Phase Change Material), 우레탄계감압접착제, 아크릴계방열감압시트 등의 폴리머(Polymer)계 수지가 다공질금속과 혼용되어 다양한 방법으로 제공될 수 있다.

그러나 본 발명의 다공질금속과 열전달매체가 복합적으로 구비되는 방열시트의 제공과정에 있어서, 본 발명에서 제공하고자하는 1mm이하의 기공크기를 갖는 다공질금속 내부에 열전달매체를 충진 함에 있어서, 자연적인 흠름성에 의한 충진 시, 그 작업성 및 열전달매체 내부의 공기에 의해 형성되는 기포 및 기공 형성은 방열시트로서의 기본 기능에 큰 문제점으로 지적되었다.

금속 고유의 우수한 열전도도 특성 및 단위체적당 극대화된 표면적 특성에 부과하여 다공질금속의 3차원적으로 서로 연결된 기공조직 특성이 다공질금속 내부에 복합적으로 구비되는 열전도성매체의 코어(Core) 기능을 동시에 가지게 함으로서 열전도성물질과의 일체화된 강한 결합을 제공하여 발열원과의 균일한 접촉에 의한 균일한 열 분포 및 히트싱크로의 높은 열전달 효과를 제공할 수 있는 방열시트를 제공하고자 한다.

본 발명이 제공하고자 하는 다공질금속 내부에 열전도성매체가 복합적으로 구비되는 방열시트에 있어서, 그 구체적인 예로서, 카본(Carbon)복합 구리 다공질 금속(Porous Metal)방열시트의 일 실시예의 경우는, 40ppi-100ppi 기공크기(Pore Size)의 3차원적으로 서로 연결된 기공조직을 갖는 2.5mm 두께의 다공질금속(Porous Metal) 내부에 열전달매체로 팽창흑연분말을 충진 시킨 후, 30％-50％ 범위의 두께 감소율로 압연 및 가압 프레스하여 1.75mm-1.25mm 두께의 다공질금속 내부에 팽창흑연이 구비된 방열시트를 얻은 후, 구리 다공질금속 원자와 카본(Carbon)원자와의 열화학반응을 통한 확산결합을 시켜, 일체화된 강한 결합력 및 두께 방향으로의 열전도성 개선 효과를 크게 개선시킬 목적으로 불활성분위기하의 구리 융점(1083℃)미만의 500℃-1000℃ 온도범위에서 30분-60분간 열처리를 통하여 제공된다. 1mm 미만의 두께에서는 취급 시, 방열시트에 충분한 강도를 얻을 수 없었고, 2mm두께 이상에서는 두께 방향으로의 열전도성이 저하되는 문제점이 고려되었다. 또한 열전달 효과의 개선 및 강한 결합을 제공할 목적으로 상기의 열전달매체에 산화 동 분말 등과 같은 우수한 열전도성을 갖는 분말을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 발열원 혹은 히트싱크와 접하는 방열시트의 일 측면은 0.1mm-0.5mm두께범위를 갖는 동 및 알루미늄 재질의 박판이 열처리방법에 의해 일체화되어 사용될 수 있다. 또한 열처리 공정을 통해 일체화된 방열시트의 일측 면에는 발열체 및 히트싱크와의 유동성에 의한 균일한 접착효과와 이에 기인한 균일한 열분포 특성과 절연 특성을 얻기 위해 우레탄계방열감압접착재, 아크릴계방열점착제, 실리콘계점착제로 피막 처리할 수 있다. 피막 처리는 디핑(Dipping) 등의 방법으로 할 수 있 으며, 그 피막 두께는 외부 부품과의 전기적 접촉에 의한 누전 및 아크발생을 방지할 수 있는 정도의 0.1mm~1mm 미만 사이의 피막두께를 갖는다. 따라서 본 발명의 다공질금속 방열시트 내부에 구비된 카본(Carbon)의 경우는, 3차원 망목상의 서로 연결된 기공조직 내부에 충진되기 때문에 3차원적으로 복잡한 기공조직의 다공질금속(Porous Metal) 망목상구조가 코어(Core)역할을 함으로써 카본(Carbon)분말과 일체화된 강한 결합력을 얻을 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예의 하나로, 폴리머(Polymer)계 수지가 다공질금속 내부에 구비되는 방열시트를 제공한다. 더욱 상세하게는 40ppi-100ppi 기공크기(Pore Size)의 3차원적으로 서로 연결된 기공조직을 갖는 1.2mm-2mm 이하 두께의 다공질금속(Porous Metal) 내부에 열전달매체로 우레탄계방열감압접착재, 아크릴계방열점착제, 실리콘계점착제 등이 충진되는 방열시트에 관한 것이다. 상기 열전달매체는 유동성이 우수한 방열재로서 발열원과의 균일한 접촉에 의한 균일한 열분포 효과와 열전달 효과를 얻을 수 있는 반면, 열전달매체가 다공질금속 내부에 충진되는 과정에 있어서, 공기를 포함하는 기포 및 기공이 형성되어 방열시트로서의 기본적인 요건을 충족하기 어려운 문제점이 있다. 이에 본 발명에서는 상기 문제점을 해결하고자, 진공작업에 의한 탈포공정으로 생산성 및 높은 품질의 방열시트를 제공하고자 한다.

상기 탈포공정에는 구리다공질금속보다 0.1mm-1mm 이하의 범위에서 더 큰 크기를 갖는 상부가 없는 탈포용사각케이스와 진공을 가하기 위한 진공펌프가 연결된 상부 뚜껑이 사용된다. 상기의 탈포용사각케이스 내부에 구리다공질금속을 배치한 다음 상기 열전달매체를 탈포용사각케이스와 동일한 높이와 넓이로 균일하게 충진하고, 진공펌프와 연결된 상부뚜껑으로 탈포용사각케이스를 덮은 후, 진공을 가하여 탈포공정을 거침으로서 다공질금속 내부에 열전달매체의 균일한 충진 및 공기에 의해 생성된 기포, 기공을 제거할 수 있어서, 균일한 열분포 및 높은 열전달 효과를 얻을 수 있는 열전도성매체가 구비된 다공질금속 방열시트를 제공할 수 있다. 또한 상기 열전달매체에는 열전도성이 우수한 알루미늄, 동과 같은 분말재를 충분히 교반 혼합하여 사용할 수 있다.

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Claims

발열원으로부터 히트싱크에 열을 효율적으로 전달하는 각종 전기/전자기기의 방열시트에 있어서, 방열기재와 열전도성매체가 강한 결합력으로 구비되는 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 1 항에 있어서, 방열기재가 금속 고유의 우수한 열전도도 특성과 3차원 망목상의 서로 연결된 기공 조직 특성을 갖는 다공질금속 인 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 2 항에 있어서, 다공질금속 방열기재는 열전도성이 우수한 은, 구리, 구리합금, 알루미늄 재질 특성을 가지며, 40ppi-100ppi(Pore Per inch)의 기공크기를(Pore Size)를 가지며, 1.2mm~3.0mm 두께 특징을 갖는 다공질금속 방열기재.인 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 1 항에 있어서, 방열기재와 강한 결합력으로 구비되는 열전도성매체가 흑연(Graphite),방열실리콘, PCM(Phase Change Material), 우레탄계감압접착제, 아크릴계방열감압시트, 실리콘계점착제 및 방열그리스 인 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 4 항에 있어서, 상기 열전도성매체에는 알루미늄, 구리, 산화구리, 산화아연, 수산화알루미늄, 탄화규소, 마그네시아 등과 같은 분말을 상기 열전도성매체에 고밀도로 함침되는 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 4 항에 있어서, 진공 탈포작업으로, 방열기재에 함침된 열전도성매체 내부의 공기를 포함하는 기포 및 기공을 제거하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 1 항에 있어서, 방열기재 내부에 열전도성매체로 카본(Carbon)이 충진되고, 30％-50％ 범위의 두께 감소율로 압연 및 가압 프레스하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 7 항에 있어서, 방열기재 원자와 카본(Carbon)원자와의 열화학반응을 통한 확산결합을 제공할 목적으로, 불활성분위기하의 구리 융점(1083℃)미만의 500℃-1000℃ 온도범위에서 30분-60분간 열처리를 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 1 항에 있어서, 0.1mm-0.5두께의 알루미늄, 동, 동합금 의 박판이 일 측면에 일체화되는 것을 특징으로 하는 방열시트.
제 1 항에 있어서, 각종 전기/전자기기의 발열원으로부터 히트싱크에 열전달 효과를 갖는 동시에 전자파차폐효과를 가지는 방열시트.