KR20080097379A - 히트 싱크 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 소자의 방열에 사용되는 히트 싱크(heat sink)와 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 히트 싱크는 복수의 관통구멍을 가지는 히트 싱크 베이스(heat sink base)와, 그 히트 싱크 베이스의 관통 구멍에 메워지게 히트 싱크 베이스에 코팅된 열전도 코팅층(coating layer)을 포함한다. 그리고 본 발명의 히트 싱크 제조 방법은 금속 재질의 히트 싱크 모재 상에 감광막을 형성하는 과정과, 그 감광막을 희망하는 히트 싱크 형상에 대응되는 마스크 패턴으로 가공하는 과정과, 감광막으로부터 노출된 히트 싱크 모재를 습식 식각하여 관통구멍을 형성하는 과정과, 그 관통구멍이 형성된 히트 싱크 모재에서 감광막을 제거하는 과정, 및 감광막이 제거된 히트 싱크 모재를 관통구멍이 메워지게 다이아몬드 라이크 카본(Diamond Like Carbon)으로 코팅하는 과정을 포함한다. 본 발명에 따르면, 단위 면적당 열 교환 효율이 향상될 수 있다. 이에 따라 히트 싱크의 소형화가 가능하고 효율적인 열 방출이 가능하여, 전자 소자의 소형화와 고집적화 추세에 대응할 수 있다.

방열판, 히트 싱크, 히트 스프레더, 다이아몬드 라이크 카본, DLC

Description

히트 싱크 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF HEAT SINK}

본 발명은 히트 싱크(heat sink)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기기에서 발열이 일어나는 전자 소자에 설치되어 열을 방출시키는 데에 사용되는 히트 싱크와 그 제조 방법에 관한 것이다.

전자기기에서 발생하는 열은 기기 수명과 동작 오류 및 신뢰도 등과 직접적인 관계가 있다. 따라서 전자기기에서의 열 관리는 기기 성능을 결정하는 중요한 요소의 하나이다. 예를 들어, 중앙 처리 장치(CPU; Central Processing Unit)는 동작 중에 발생되는 열로 인하여 온도가 상승되면 동작 오류가 발생될 수 있고 수명이 단축될 수 있다. 따라서 중앙 처리 장치는 적정 온도 범위 내에서 유지될 수 있도록 관리되어야 한다.

현재 열 관리를 위한 방안으로서 히트 싱크가 주로 사용된다. 잘 알려진 바와 같이, 히트 싱크는 전자 소자에 설치되어 전자 소자로부터 발생되는 열을 흡수하여 외부로 발산시키는 냉각용 방열체이다. 히트 싱크에 의해 전자 소자의 급격한 온도상승이 방지된다.

도 1은 종래 기술에 따른 히트 싱크의 일 예를 보여주는 단면도이다.

도 1에 예시된 히트 싱크(710)는 종래의 히트 싱크의 일 예로서, 평판 형상의 히트 싱크 베이스(711)에 대해 수직방향으로 다수의 돌기(712)가 돌출 형성된 구조이다. 히트 싱크(710)는 일반적으로 늘림성 및 퍼짐성이 풍부하여 성형 가공하기 쉬운 알루미늄 금속을 주고 사용한다. 이 히트 싱크(710)는 일면이 전자 소자의 발열 면에 밀착되게 설치되어 열을 외부로 방출시킨다.

그런데 이와 같은 종래의 히트 싱크로서는 방열 효율의 한계가 있어 최근 전자 장치의 소형화와 고집적화 추세에 대응하기가 어렵다. 방열 효율을 높이기 위한 방안으로서 히트 싱크의 방열 기능을 돕는 다수의 부품이 히트 싱크에 부착되거나 그 주변에 설치되는 방안이 제안되기도 하였다. 그러나 이와 같은 경우 부품의 조립이 번거롭고 작지 않은 설치 공간이 요구된다.

본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 간단한 구조적 변경에 의해 방열 효율을 향상시켜 발열이 일어나는 전자 소자의 소형화와 고집적화에 대응할 수 있는 히트 싱크와 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수의 관통구멍을 가지는 히트 싱크 베이스(heat sink base)와, 그 히트 싱크 베이스의 관통구멍에 메워지게 상기 히트 싱크 베이스에 코팅된 열전도 코팅층(coating layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크를 제공한다.

본 발명에 따른 히트 싱크에 있어서, 열전도 코팅층은 열전도가 우수한 다이아몬드 라이크 카본층(Diamond Like Carbon Layer; 이하 'DLC층'이라 한다)인 것이 바람직하다. 여기서, 히트 싱크는 히트 싱크 베이스의 관통구멍에서 히트 싱크 베이스와 DLC층 사이에 형성된 도금층을 더 포함할 수 있다. 여기서, 히트 싱크 베이스의 관통구멍들은 히트 싱크 베이스에 대하여 수직으로 관통하게 형성될 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 히트 싱크에 있어서, 히트 싱크 베이스는 그의 일면으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기를 포함할 수 있다. 돌기의 형태는 판 형태나 기둥 형태 등 다양한 형태일 수 있다. 또한 히트 싱크 베이스는 반도체 모듈의 기판에 부착되는 모듈용 방열 캡(cap)일 수 있다.

또한 전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속 재질의 히트 싱크 모재 상에 감광막을 형성하는 과정과, 그 감광막을 희망하는 히트 싱크 형상에 대응되는 마스크 패턴으로 가공하는 과정과, 감광막으로부터 노출된 히트 싱크 모재를 습식 식각하여 관통구멍을 형성하는 과정과, 그 관통구멍이 형성된 히트 싱크 모재에서 감광막을 제거하는 과정, 및 감광막이 제거된 히트 싱크 모재를 관통구멍이 메워지게 DLC로 코팅하여 DLC층을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 히트 싱크 제조 방법에 있어서, 히트 싱크 모재를 코팅하는 과정은 DLC층을 형성하기 전에 관통구멍의 내벽을 포함하여 히트 싱크 모재에 도금층을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의한 히트 싱크와 그 제조 방법에 따르면, 단위 면적당 열 교환 효율이 향상될 수 있다. 이에 따라 히트 싱크의 소형화가 가능하고 효율적인 열 방출이 가능하여, 전자 소자의 소형화와 고집적화 추세에 대응할 수 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 히트 싱크와 그 제조 방법의 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. 단, 도면과 실시예의 설명에서 본 발명의 요지를 흐트러뜨리지 않도록 본 발명의 중심 기술 사상과 관련이 없는 부분에 대한 도시 및 기재를 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들 에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성 요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

제1 실시예

도 2는 본 발명에 따른 히트 싱크의 제1 실시예를 보여주는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 히트 싱크의 제1 실시예가 전자 소자에 장착된 상태를 보여주는 단면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 실시예의 히트 싱크(10)는 평판 형태의 히트 싱크 베이스(11)와 그로부터 돌출된 돌기(12)를 가지며, 전 표면에 DLC층(30)이 코팅된 구조이다. 여기서, 히트 싱크(10)는 열 전도성이 높은 금속 재질, 예를 들어 알루미늄이나 구리 재질로 구성될 수 있다.

히트 싱크 베이스(11)는 전자 소자(90)에 밀착되는 부분이다. 돌기(12)는 복수 개로서 서로 동일한 간격을 유지하며 히트 싱크 베이스(11)의 일면으로부터 수직으로 돌출된다.

히트 싱크 베이스(11)에는 돌기(12)가 형성된 면에 대하여 수직하는 복수의 관통구멍(13)들이 형성되어 있다. 관통구멍(13)들은 이웃하는 돌기(12) 사이에 위치한다. 여기서, 관통구멍(13)은 직경이 1-500㎛인 미세한 크기를 가지며 히트 싱크 베이스(11) 전체에 배치된다. 물론, 관통구멍(13)의 크기는 필요에 따라 조절될 수 있다.

DLC층(30)은 히트 싱크 베이스(11)와 돌기(12)의 겉 표면을 덮는다. 여기서, DLC층(30)은 히트 싱크 베이스(10)의 관통구멍(13)을 메우게 형성된다. DLC층(30)에 의해 전자 소자(90)로부터 발생된 열이 신속하게 히트 싱크 베이스(10)로 전달된다. 또한 DLC층(30)은 히트 싱크(10) 전체로 열을 전달하는 역할을 한다. 여기서, DLC층의 두께는 1-20㎛인 것이 바람직하다. DLC층의 두께가 20㎛ 이상이 되면 크랙(crack)등 불량이 발생될 수 있다.

전술한 제1 실시예에서와 같이, 본 발명에 따른 히트 싱크는 전자 소자와 접촉되는 히트 싱크 베이스에 관통구멍이 형성되어 있고, 그 관통구멍이 열전도율이 높은 DLC로 메워진다. 전자 소자에서 발생된 열은 관통구멍을 메우는 DLC에 의해 히트 싱크 베이스 전체로 빠르게 전달된다. 그리고 히트 싱크 베이스와 함께 DLC층을 통하여 열이 외부로 신속하게 방출될 수 있다. 이와 같은 히트 싱크의 제조 과정은 하기에서 설명된다.

도 4내지 도 8은 본 발명에 따른 히트 싱크 제조 방법의 제1 실시예를 개략적으로 보여주는 제조 공정도이다.

먼저, 도 4에서와 같이, 열전도성 금속으로 이루어진 히트 싱크 모재(1) 상에 감광막(2)을 형성한다. 여기서, 히트 싱크 모재(1)는 열전도성이 우수한 알루미늄이나 구리 재질의 금속판일 수 있다. 그리고 감광막(2)은 감광성 드라이 필름(dry film)을 부착하거나 감광성 포토레지스트(photosensitive photo resist)를 도포하여 형성할 수 있다.

이어서, 도 5에서와 같이, 히트 싱크 모재(1) 상의 감광막(2)을 희망하는 히 트 싱크에 대응되는 감광막 패턴이 되게 패터닝(patterning)을 진행한다. 감광막(2)의 패터닝에는 사진 공정과 현상 공정을 포함하는 포토 리소그래피 기술(photo lithography)이 이용될 수 있다.

이 감광막(2)의 패터닝 과정은 히트 싱크 모재(1)의 상면에 형성된 감광막(2a)과 하면에 형성된 감광막(2b)에 대하여 각각 진행될 수 있다. 히트 싱크 모재(1)의 상면에 형성된 감광막(2a)에는 후술되는 돌기의 형성을 위한 패터닝이 이루어진다. 그리고 히트 싱크 모재(1)의 하면에 형성된 감광막(2b)에는 후술되는 관통구멍의 형성을 위한 패터닝이 이루어진다. 이 과정에서, 감광막(2b)에는 미세 크기를 가지는 관통구멍이 전면에 걸쳐 형성될 수 있다.

이어서, 도 6과 같이 패터닝된 감광막(2)을 마스크로 히트 싱크 모재(1)를 습식 식각하여 히트 싱크 베이스(11)의 상부에 돌기(12)가 형성된 히트 싱크 형상으로 가공한다. 이때 습식 식각 과정은 히트 싱크 베이스(11)를 관통하는 관통구멍(13)이 형성되게 진행된다. 관통구멍(13)은 패터닝된 감광막(2)에 따라 돌기(12) 사이의 히트 싱크 베이스(11) 부분에 1-500㎛ 직경을 가지게 형성될 수 있다. 여기서, 히트 싱크 모재(1)에 대한 식각은 히트 싱크 모재(1)의 상부와 하부에 대하여 각각 진행될 수 있다.

식각이 완료되면, 히트 싱크 모재(1)에서 감광막(2)을 제거한다. 감광막(2)의 제거가 완료된 상태가 도 7에 도시되어 있다.

이어서, 도 8과 같이, 관통구멍(13)이 메워지도록 히트 싱크 모재(10)의 표면에 DLC층(30)을 형성한다. DLC층(30)은 1-20㎛의 두께로 형성한다. DLC를 이용한 피브디(PVD; Physical Vapor Deposition) 공정이나 피이시브디(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정으로 DLC층(30)이 형성될 수 있다. 이와 같은 공정을 거쳐 본 발명의 히트 싱크(10)가 제조될 수 있다.

제2 실시예

도 9는 본 발명에 따른 히트 싱크의 제2 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 히트 싱크(110)는 전술한 제1 실시예와 달리 DLC층(13)의 하부에 형성된 도금층(40)을 더 가진다. 도금층(40)은 관통구멍(13)에서 내벽에도 형성된다. 이 도금층(40)은 관통구멍(13)의 직경을 줄이는 역할과 열전달 효율을 향상시키는 역할을 한다. 다른 부분은 전술한 제1 실시예에서 설명된 바와 같으므로 그 기술을 생략한다.

제2 실시예의 히트 싱크(110)를 제조하기 위하여, 전술한 제1 실시예의 히트 싱크 제조 방법에서 식각 과정이 완료된 후에 도금 공정이 진행된다. 도금에 의해 히트 싱크 베이스(11)와 돌기(12)에 도금층(40)이 형성된다. 도금층(40)은 열전도도가 높은 구리 또는 은(Ag) 재질로 이루어진다. 그리고 도금층(40)의 두께는 관통구멍(13)에 후술되는 피브디 공정이나 피이시브디 공정을 이용하여 DLC층(30)을 형성할 수 있는 두께를 가진다. 도금층(40)은 40-270㎛의 두께로 형성될 수 있다.

이어서, 히트 싱크 베이스(11)와 돌기(12)를 코팅한다. 이때 관통구멍(13)이 메워지게 DLC 코팅이 이루어진다. 관통구멍(13)의 직경이 도금층(40)에 의해 감소되어 DLC가 피브디 공정이나 피이시브디 공정에 의해 관통구멍(13)에 용이하게 메 워질 수 있다. 이에 따라 제2 실시예의 히트 싱크(110)가 제조될 수 있다.

제3 실시예

도 10은 본 발명에 따른 히트 싱크의 제3 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 히트 싱크(210)는 전술한 실시예들과 달리 히트 싱크 베이스(11)와 돌기(12)의 표면에 알루미나층(50)이 형성되어 있다. 알루미나층(50)은 히트 싱크 베이스(11)의 관통구멍(13)을 메우게 형성된다. 이 실시예는 DLC 대신에 열전도성 금속으로서 알루미나로 코팅될 수 있음을 보여주는 예이다. 이와 같은 제2 실시예의 히트 싱크(210)는 전술한 제1 실시예의 제조 방법에서 식각 공정이 완료된 후에 알루미나 코팅에 의해 형성할 수 있다. 다른 부분은 전술한 제1 실시예에서 설명된 바 있으므로 그 기술을 생략한다.

제4 실시예

도 11은 본 발명에 따른 히트 싱크의 제4 실시예가 장착된 반도체 모듈을 보여주는 사시도이고, 도 12는 도 11의 "A" 부분에 대한 확대 단면도이다.

도 11과 도 12를 참조하면, 본 실시예의 히트 싱크(310)는 전술한 실시예들과 달리 반도체 모듈(500)에 적용되는 덮개형 히트 싱크이다. 본 실시예의 히트 싱크(310)는 전술한 실시예들과 같이 히트 싱크 베이스(311)에 전체적으로 복수의 관통구멍(13)이 형성되어 있다. 그리고 그 관통구멍(13)이 메워지게 도금층(40)과 DLC층(30)이 순차적으로 코팅되어 있다.

히트 싱크(310)는 기판(510)의 한쪽 면에 실장된 반도체 소자(520)에 밀착되게 부착된다. 히트 싱크(310)가 기판(510)에 장착되어 반도체 모듈의 동작 중에 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출한다. DLC층(30)으로 인하여 열 방출이 더욱 신속하게 이루어질 수 있다.

한편 본 발명에 따른 히트 싱크와 그 제조 방법은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 히트 싱크의 일 예를 보여주는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 히트 싱크의 제1 실시예를 보여주는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 히트 싱크의 제1 실시예가 전자 소자에 장착된 상태를 보여주는 단면도,

도 4내지 도 8은 본 발명에 따른 히트 싱크 제조 방법의 제1 실시예를 개략적으로 보여주는 제조 공정도,

도 9는 본 발명에 따른 히트 싱크의 제2 실시예를 보여주는 단면도,

도 10은 본 발명에 따른 히트 싱크의 제3 실시예를 보여주는 단면도,

도 11은 본 발명에 따른 히트 싱크의 제4 실시예가 장착된 반도체 모듈을 보여주는 사시도, 그리고

도 12는 도 11의 "A" 부분에 대한 확대 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10; 히트 싱크 11; 히트 싱크 베이스

12; 돌기 13; 관통구멍

30; DLC층(Diamond Like Carbon Layer)

40; 도금층

Claims (6)

1. 히트 싱크 제조 방법에 있어서,

   금속 재질의 히트 싱크 모재 상에 감광막을 형성하는 과정과,

   상기 감광막을 희망하는 히트 싱크 형상에 대응되는 마스크 패턴으로 가공하는 과정과,

   상기 감광막으로부터 노출된 히트 싱크 모재를 습식 식각하여 관통구멍을 형성하는 과정과,

   상기 관통구멍이 형성된 히트 싱크 모재에서 감광막을 제거하는 과정과,

   상기 관통구멍의 내벽을 포함하여 히트 싱크 모재의 전 표면에 도금층을 형성하는 과정, 및

   상기 관통구멍이 메워지게 히트 싱크 모재의 전 표면을 다이아몬드 라이크 카본(Diamond Like Carbon Layer)으로 코팅하여 상기 도금층 위에 다이아몬드 라이크 카본층을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도금층은 구리와 은 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 히트 싱크 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이아몬드 라이크 카본층을 형성하는 과정은 피브디(PVD; Physical Vapor Deposition) 공정과 피이시브디(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정 중에 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는 히트 싱크 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 관통구멍을 형성하는 과정은 직경 1-500㎛의 관통구멍을 형성함을 특징으로 하는 히트 싱크 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이아몬드 라이크 카본층을 형성하는 과정은 상기 관통구멍의 내벽과 상기 히트싱크 모재의 표면에 1-20㎛의 두께로 형성함을 특징으로 하는 히트 싱크 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 도금층을 형성하는 과정은 상기 관통구멍의 내벽과 상기 히트싱크 모재의 표면에 40-270㎛의 두께로 형성함을 특징으로 하는 히트 싱크 제조 방법.

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