KR20090001232A - 고방열 방사 세라믹 무기물이 코팅된 히트싱크와 이의 제조방법 및 이를 구비한 메탈 ｐｃｂ - Google Patents

고방열 방사 세라믹 무기물이 코팅된 히트싱크와 이의 제조방법 및 이를 구비한 메탈 ｐｃｂ Download PDF

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Abstract

본 발명은 용도에 따라 0.5∼50 mm의 두께로 가공된 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 무기물 세라믹 코팅제 또는 질화붕소(BN)나 질화알루미늄(AlN) 또는 은나노 파우더 중 하나 이상이 첨가된 무기물 세라믹계 코팅제(Coating Agent)가 0.03∼0.06 mm의 두께로 도포된 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크에 관한 것으로서 기존의 핀형 히트싱크와는 달리 차지하는 공간 및 무게를 50% 이상 획기적으로 줄일 수 있고, 기존의 히트싱크에 적용시 높은 방열효과 및 열 방출효과를 나타내므로 슬림(Slim)화된 노트북이나 PC의 CPU, 칩셋(Chip-Set) 등의 발열부위 및 PDP, LCD TV 등의 발열부위 등에 광범위하게 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 서버용 반도체 DRAM 메모리 모듈(Memory Module) 등과 같이 병렬로 연결된 발열소자의 경우 작업의 편의성 및 공정의 간소화와 높은 방열효과를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명은 향후 시장성이 높은 LED 조명시장에서 고방열의 히트싱크 또는 이를 활용한 메탈 PCB로 적용시 방열효과를 높일 수 있을뿐더러 원가절감의 효과를 기대할 수 있다.
무기물 세라믹 코팅제, 히트싱크, 알루미늄, 구리, 질화붕소.

Description

세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크와 이의 제조방법 및 이를 구비한 메탈 ＰＣＢ{Heat sink of high radiation manufacturing method therefor and metal PCB therewith}
도1 및 도2는 본 발명에 의한 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크의 구조도이다.
도3은 본 발명에 의한 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크의 다른 예를 보인 사시도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11, 21 : 금속 부재 12, 22 : 무기물 세라믹 코팅제
13 : 열계면 재료
본 발명은 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크와 이의 제조방법 및 이를 이용한 메탈 PCB에 관한 것이다. 특히 본 발명은 열 방사능력이 높은 도금강판이나 알루미늄, 구리 등과 같은 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 열 방사능력이 뛰어난 무기물 세라믹 코팅제를 도포하여 히트싱크를 제작함 으로써 히트싱크의 체적 및 무게를 획기적으로 줄이면서도 기존의 히트싱크 이상의 방열효과를 얻을 수 있도록 하는 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크와 이의 제조방법 및 이를 이용한 메탈 PCB에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 기존의 핀형 히트싱크를 평판형 및 여러 모양의 체적형으로 대체함으로써 히트싱크이 차지하는 공간과 무게를 50% 이상 줄이고 원가 또한 대폭적으로 줄일 수 있는 것이다.
최근 전자기기의 경량화, 슬림(Slim)화, 소형화 및 고속화를 위한 고집적화로 인하여 단위 체적당 발열량이 증가하면서 열 부하로 인해 CPU의 경우에는 오작동이나 작동중지, 속도저하 등의 문제가 있고, PDP의 등과 같은 디플레이(Display) 제품의 경우에는 화면 아지랑이 현상이나 해상도 저하, 명암비 저하 등과 같은 문제가 있으며, 노트북의 경우에는 폭발사고가 일어나는 등의 문제가 있으므로 열 방출에 대한 해결 필요성이 매우 증대되고 있는 실정이다.
일반적인 방열 방식은 열원(발열소자)과 히트싱크와 같은 방열체 사이에 열계면 재료(Thermal Interface Material)인 열전도성 그리스, 열전도성 아크릴폼 테이프, 실리콘 패드, 그라파이트, PCM, 히트파이프(Heat pipe) 등이 내재되는 방식이 있다.
상기한 바와 같은 열계면 재료는 열원과 히트싱크 사이의 열전달 역할만 할 뿐 방열 즉, 열의 방출은 실질적으로 히트싱크가 하기 때문에 우수한 방열 시스템의 구축을 위해서는 히트싱크의 체적을 늘리는 형태인 핀형이 주종을 이루고 있다. 그러나 핀형 히트싱크의 경우 체적 및 무게의 증가로 인하여 원가상승의 경제적인 문제가 있을뿐더러 좁은 공간에는 사용할 수 없는 등의 기술적인 한계가 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 히트싱크가 차지하는 공간을 최소화하는 평판형 또는 여러 모양의 체적형 형상으로 고집적화된 노트북, PDP TV, LCD TV, LED 조명과 같은 전자기기의 발열부위에 대한 높은 열 방출 및 슬림화 추세에 따른 공간대응 및 우수한 절연 및 산화 방지기능을 갖도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 발열 소자가 병렬로 연결되는 PCB 및 반도체 메모리 모듈 등에 적용하여 높은 경제성 및 현장 작업의 단순화를 기할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명은 메탈 PCB를 제조할 때 평판형 히트싱크를 적용함으로써 메탈 PCB를 제조할 때 고가의 미국이나 일본산 열전도성 절연 수지를 사용하지 않고도 방열 우위성 및 원가 절감효과를 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크는, 용도에 따라 0.5∼50 mm의 두께로 가공된 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 무기물 세라믹 코팅제 또는 질화 붕소(BN)나 질화알루미늄(AlN) 또는 은나노 파우더 중 하나 이상이 첨가된 무기물 세라믹계 코팅제(Coating Agent)가 0.03∼0.06 mm의 두께로 도포된 것을 특징으로 한다.
상기 금속 부재는 도금강판이나 알루미늄 또는 구리 등과 같은 금속 하나의 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 부재는 평판이나 체적 형태의 육면체 또는 원기둥 등과 같은 다양한 형태를 갖는다.
상기 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 열전도성 아크릴폼 테이프나 실리콘 패드, 그라파이트, PCM 또는 히트 파이프 중 하나인 열전도성 열계면 재료(Thermal Interface Material) 또는 양면 테이프가 부착될 수 있다.
또한 본 발명에 의한 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크 제조방법은, 도금강판이나 알루미늄 또는 구리 중 하나의 금속 부재를 용도에 따라 0.5∼50 mm의 두께로 가공하는 가공단계; 상기 금속 부재의 이물질 또는 기름을 제거하여 코팅시 밀착성 제고를 위해 샌드 브라스팅(Sand Brasting) 표면 처리하는 전처리단계; 상기 전처리를 마친 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 무기물 세라믹 코팅제 또는 질화 붕소(BN)나 질화알루미늄(AlN) 또는 은나노 파우더 중 하나 이상이 첨가된 무기물 세라믹계 코팅제(Coating Agent)를 0.03∼0.06 mm의 두께로 도포하는 도포단계; 및 상기 도포단계를 마친 금속 부재에 열을 가해 건조하거나 자연 건조하는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크 제조방법은, 상기 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 열전도성 아크릴폼 테이프나 실리콘 패드, 그라파이트, PCM 또는 히트 파이프 중 하나인 열전도성 열계면 재료(Thermal Interface Material) 또는 양면 테이프를 110∼130℃의 열을 가해 라미네이팅하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
뿐만 아니라 메탈 PCB는 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크에 10㎛∼100㎛ 두께의 동박을 열 접착제인 본딩 시트(Bonding Sheet)로 부착한 구조를 갖는다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 히트싱크는 도1에 도시한 바와 같이 평판형이나 도3에 도시한 바와 같이 원기둥 형상 등을 가질 수 있다.
상기 히트싱크는 용도에 따라 0.5∼50 mm의 두께로 가공된 금속 부재(11)(21)의 양면(또는 한쪽 면)의 전체(또는 일부)에 무기물 세라믹 코팅제(12)(22) 또는 질화 붕소(BN)나 질화알루미늄(AlN) 또는 은나노 파우더 등 중 하나 이상이 첨가된 무기물 세라믹계 코팅제(Coating Agent)가 0.03∼0.06 mm의 두께로 도포된 구조를 갖는다.
여기서, 금속 부재는 도금강판이나 알루미늄 또는 구리 등과 같은 금속재질로 이루어진 것으로서 도1에 개시된 평판이나 체적 형태의 육면체 또는 도3에 개시된 원기둥 등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명은 도1 및 도3에 도시한 바와 같이 금속 부재(11)(21)와 이에 도포된 무기물 세라믹 코팅제(12)(22)로 이루어질 수도 있을뿐더러 도2에서와 같이 금속 부재(11)의 양면(또는 한쪽 면)의 전체(또는 일부)에 열전도성 아크릴폼 테이프나 실리콘 패드, 그라파이트, PCM 또는 히트 파이프 등과 같은 열전도성 열계면 재료(Thermal Interface Material)(13) 또는 양면 테이프를 부착할 수도 있 다.
더 나아가서 본 발명은 도면에는 도시하지 않았으나, 도1 내지 도3에 의해 설명된 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크에 10㎛∼100㎛의 두께를 가지는 동박을 열 접착제 즉, 본딩 시트(Bonding Sheet)를 부착하여 메탈 PCB를 제작할 수 있다.
도3에 개시된 본 발명에 의한 히트싱크의 제조방법을 설명한다.
먼저, 작업자는 도금강판이나 알루미늄 또는 구리 등과 같은 금속 부재를 용도에 따라 0.5∼50 mm의 두께로 가공한다.
이어서, 금속 부재에 묻어있는 이물질이나 기름 등을 제거하여 코팅시 밀착성 제고를 위해 작업자는 샌드 브라스팅(Sand Brasting)으로 금속 부재의 표면을 처리한다.
그리고 작업자는 전처리를 마친 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 무기물 세라믹 코팅제 또는 질화 붕소(BN)나 질화알루미늄(AlN) 또는 은나노 파우더 등 중 하나 이상이 첨가된 무기물 세라믹계 코팅제(Coating Agent)를 0.03∼0.06 mm의 두께로 도포한다.
여기서, 무기물 세라믹 코팅제의 두께는 위와 같이 한정되지 않고 용도에 따라 균열이 일어나지 않는 범위까지 가감이 가능하고, 경우에 따라서는 착색제가 배합될 수도 있다.
마지막으로 작업자는 무기물 세라믹 코팅제가 도포된 금속 부재에 상온 내지 180℃의 열을 가해 건조하거나 자연 건조한다.
이렇게 제조되는 히트싱크는 금속 부재와 이에 도포된 무기물 세라믹 코팅제로 구성될 수 있을뿐더러 열전도성 아크릴폼 테이프나 실리콘 패드, 그라파이트, PCM 또는 히트 파이프 등과 같은 열전도성 열계면 재료(Thermal Interface Material) 또는 양면 테이프를 110∼130℃의 열을 가해 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 추가로 라미네이팅할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의한 고방열 히트싱크에 대한 방열 및 슬림화의 효과를 위해 현재 서버용 반도체 DRAM 메모리 모듈 히트싱크의 한쪽 면 또는 양면에 고방열 방사 세라믹계 무기물 코팅제를 코팅하여 기존 히트싱크와의 방열 온도 테스트를 실시하였고, 기존의 핀형 히트싱크와 단면 코팅된 평판형 히트싱크를 비교 시험하였다.
본 발명의 히트싱크의 성능실험을 위한 열원(발열소자 30㎜W x 7㎜L x 5㎜T)은 온도가 최대 100℃까지 상승한다.
먼저, 기존의 서버용 반도체 DRAM 메모리모듈 히트싱크(126㎜W x 25㎜L x 1㎜T)에 1W/m-K의 열전도성 실리콘 패드(0.38T)를 부착하여 1시간 경과 후의 열원의 온도를 측정한 결과, 열원의 온도는 51.50℃로 나타났다.
또한 동일한 히트싱크에 단면 및 양면에 고방열 방사 세라믹계 무기물코팅제를 도포한 후 1W/m-K의 열전도성 실리콘 패드를 부착하여 1시간 경과 후의 열원의 온도를 측정한 결과, 열원의 온도는 47.66℃ 및 47.05℃로 나타났다.
위와 같은 실험결과에서 볼 수 있듯이 본 발명에 의한 고방열 방사 세라믹계 무기물 코팅제를 도포한 히트싱크의 경우 기존의 히트싱크에 비해 3.39∼ 4℃의 방 열효과가 있으며, 양면 코팅의 경우 기존의 알루미늄 산화를 방지하기 위한 아노다이징 공정을 대체할 수 있는 높은 절연 및 내식성·내화학성의 효과도 있다.
위의 실험은 1개의 열원에 서버용 반도체 DRAM 메모리 모듈 히트싱크로 테스트한 경우이나 실제 적용시 두 개의 히트싱크(전면, 배면) 사이에 병렬의 메모리 모듈이 삽입되어 완전히 밀착되기 때문에 방열 효과는 크게 상승한다.
기존의 핀형 히트싱크로서 체적이 각각 9.720 ㎣, 13.475 ㎣, 26.775 ㎣의 히트싱크를 상기의 열원에 1W/m-K의 실리콘 패드를 부착하여 1시간 경과 후 열원의 온도를 측정한 결과, 열원의 온도는 59.02℃, 50.12℃, 48.58℃를 나타내고 있다.
본 발명에 의한 고방열 방사 세라믹계 무기물을 단면 코팅한 평판형 히트싱크(체적 3.150 ㎣)로 동일방식으로 테스트하여 열원의 온도를 측정한 결과, 열원온도는 50.59℃를 나타내고 있다.
상기한 바와 같은 실험에서는 유사한 열원의 온도(0.47℃의 차이)를 얻을 수 있으나, 체적을 비교해 보면 본 발명에 의한 고방열 히트싱크가 기존의 핀형 히트싱크에 비해 체적이 77% 정도 줄어 슬림화 효과를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 본 발명은 기존의 핀형 히트싱크와는 달리 차지하는 공간 및 무게를 50% 이상 획기적으로 줄일 수 있고, 기존의 히트싱크에 적용시 높은 방열효과 및 열 방출효과를 나타내므로 슬림(Slim)화된 노트북이나 PC의 CPU, 칩셋(Chip-Set) 등의 발열부위 및 PDP, LCD TV 등의 발열부위 등에 광범위하게 적 용할 수 있다.
또한 본 발명은 서버용 반도체 DRAM 메모리 모듈(Memory Module) 등과 같이 병렬로 연결된 발열소자의 경우 작업의 편의성 및 공정의 간소화와 높은 방열효과를 얻을 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명은 향후 시장성 높은 LED 조명 시장에서 고방열의 히트싱크 또는 이를 활용한 메탈 PCB로 적용시 방열효과를 높일 수 있을뿐더러 원가절감 효과를 기대할 수 있다.

Claims (7)

  1. 용도에 따라 0.5∼50 mm의 두께로 가공된 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 무기물 세라믹 코팅제 또는 질화 붕소(BN)나 질화알루미늄(AlN) 또는 은나노 파우더 중 하나 이상이 첨가된 무기물 세라믹계 코팅제(Coating Agent)가 0.03∼0.06 mm의 두께로 도포된 것을 특징으로 하는 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 부재는 도금강판이나 알루미늄 또는 구리 중 하나의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 부재는 평판이나 체적 형태의 육면체 또는 원기둥으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 열전도성 아크릴폼 테이프나 실리콘 패드, 그라파이트, PCM 또는 히트 파이프 중 하나인 열전도성 열계면 재료(Thermal Interface Material) 또는 양면 테이프가 부착된 것을 특징으로 하는 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크.
  5. 도금강판이나 알루미늄 또는 구리 중 하나의 금속 부재를 용도에 따라 0.5∼50 mm의 두께로 가공하는 가공단계;
    상기 금속 부재의 이물질 또는 기름을 제거하여 코팅시 밀착성 제고를 위해 샌드 브라스팅(Sand Brasting) 표면 처리하는 전처리단계;
    상기 전처리를 마친 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 무기물 세라믹 코팅제 또는 질화 붕소(BN)나 질화알루미늄(AlN) 또는 은나노 파우더 중 하나 이상이 첨가된 무기물 세라믹계 코팅제(Coating Agent)를 0.03∼0.06 mm의 두께로 도포하는 도포단계; 및
    상기 도포단계를 마친 금속 부재에 열을 가해 건조하거나 자연 건조하는 건조단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 부재의 한쪽 면 또는 양면의 일부 또는 전체에 열전도성 아크릴폼 테이프나 실리콘 패드, 그라파이트, PCM 또는 히트 파이프 중 하나인 열전도성 열계면 재료(Thermal Interface Material) 또는 양면 테이프를 110∼130℃의 열을 가해 라미네이팅하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 무기물이 코팅 된 고방열 방사의 히트싱크 제조방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 세라믹 무기물이 코팅된 고방열 방사의 히트싱크에 10㎛∼100㎛ 두께의 동박을 열 접착제인 본딩 시트(Bonding Sheet)로 부착한 메탈 PCB.
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