KR20130018709A - 2개의 부품들 사이의 열전도 구조 및 열전도 구조의 제조 방법 - Google Patents

2개의 부품들 사이의 열전도 구조 및 열전도 구조의 제조 방법 Download PDF

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KR20130018709A
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 2개의 부품들(11, 13), 즉 열을 형성하는 제 1 부품(11)과 제 1 부품(11)의 열을 방출하는 제 2 부품(13) 사이의 열전도 구조(10)에 관한 것으로, 이 경우 2개의 부품들(11, 13)은 열전도 매체(12)에 의해 서로 작용 결합 방식으로 배치된다. 본 발명에 따라, 열전도 매체(12)는 금속 성분, 특히 금속 이온(16)을 포함하고, 상기 금속 이온은 지지 재료(15), 특히 폴리머 매트릭스 내에 배치되고, 열전도 매체(12)는 최종 상태에서 금속 성분으로 이루어지고 2개의 부품들(11, 13)의 콘택면들(17, 18)에 열전도 결합하는 수지상정(22)을 포함하는 것이 제안된다.

Description

2개의 부품들 사이의 열전도 구조 및 열전도 구조의 제조 방법{HEAT-CONDUCTING ARRANGEMENT BETWEEN TWO COMPONENTS AND PROCESS FOR PRODUCING A HEAT-CONDUCTING ARRANGEMENT}
본 발명은 2개의 독립 청구항의 전제부에 따른, 2개의 부품들 사이의 열전도 구조 및 2개의 부품들 사이의 열전도 구조의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 구조 및 상기 구조의 제조 방법은 선행기술에 공지되어 있다. 예를 들어 열을 발생시키는 제 1 부품은 매체에 의해 열을 방출하는 제 2 부품, 즉 히트싱크에 연결된다. 매체는 예를 들어 성분을 경화시키는 소위 "갭 필러(Gap Filler)"로서 경화되지 않는 페이스트로 이루어지거나 또는 열전도 필름 또는 열전도 접착제로 이루어지고, 이 경우 후자의 2개의 매체는 일반적으로 완전히 경화된다. 상기 재료들은 대부분 예를 들어 은, 산화알루미늄, 질화 붕소 또는 탄소와 같은 무기 재료들이 차지한다. 또한, 소위 "상변화 재료(PCM)"가 제공되고, 상기 재료의 응집 상태는 온도에 따라 변하고, 이 경우 부품들의 습윤 개선이 달성된다. 최근 개발된 열전도 재료에는 나노 입자(예를 들어 나노 실버, 탄소 나노 튜브(CNT))가 사용된다. 이러한 모든 재료들은 다음의 요구 조건들의 조합과 관련해서 임계적이거나 또는 최적이지 않다: 융통성이 높을 때 높은 열전도성, 도전성 재료를 사용하지 않은 경우에 높은 열전도성, 각각의 결합 파트너에 대한 양호한 열 접속에 의해 열전달 저항의 감소.
또한 US 5,958,590호에는 도전 결합부들의 결합 또는 제조를 위한 납땜 재료로서 페이스트보다 높은 전도성을 갖는 수지상 분말 재료를 사용하는 것이 공지되어 있다. 폴리머 재료로 이루어진 매트릭스에 지지 재료로서 도전성 금속 입자가 포함되고, 상기 입자는 지지 재료가 아직 경화되지 않은 경우에 도전성 브리지, 소위 "수지사정"을 형성하고, 상기 수지상정은 결합부의 비교적 낮은 전기 저항을 제공한다.
선행기술로부터 본 발명의 과제는, 2개의 부품들 사이의 열 결합이 전술한 요구 조건과 관련해서 최적화되도록 2개의 독립 청구항의 전제부에 따른, 2개의 부품들 사이의 열전도 구조 및 2개의 부품들 사이의 열전도 구조의 제조 방법을 개선하는 것이다.
상기 과제는 2개의 독립 청구항의 특징을 포함하는 열전도 구조 및 열전도 구조의 제조 방법에 의해 해결된다.
본 발명은 수지상정을 형성하는 금속 성분들이 배치된 지지 재료를 사용함으로써 서로 작용 결합하는 2개의 부품들 사이의 최적의 열전도를 가능하게 하는 것에 기초한다.
본 발명에 따른 구조 및 상기 구조의 제조 방법의 바람직한 개선예는 각각의 종속 청구항에 제시된다. 본 발명의 범위에 청구항, 상세한 설명 및/또는 도면에 공개된 적어도 2개의 특징들의 모든 조합이 포함된다.
한편으로는 수지상정의 형성을 가능하게 하고 다른 한편으로는 부품들 사이에 열전도 매체의 구조를 간단하게 하며 상기 구조가 유체 또는 페이스트 열전도 매체로 인해 작동시 어려움 또는 단점을 야기하지 않도록 하기 위해, 바람직한 실시예에서 열전도 매체는 처리 상태에서는 유체 또는 페이스트 형태이고 최종 상태에서는 고체 형태이다.
특히 바람직하게 2개의 부품들의, 적어도 열전도 매체에 대한 콘택면은 도전 재료, 특히 금속으로 이루어진다. 이로 인해 열전도 매체에 전압 및 이에 수반되는 전류 흐름을 인가함으로써 2개의 콘택면들 사이에 수지상정을 의도대로 형성할 수 있는 가능성이 생긴다.
열전도 결합 부품들이 금속으로 이루어지지 않고 본 발명이 적용되어야 하는 경우에, 본 발명의 변형예에서, 2개의 부품들이 콘택면에 금속 코팅 또는 금속 층을 포함하는 것이 가능하거나 또는 고려될 수 있다.
특히, 제 1 부품은 전기 소자이고 제 2 부품은 냉각 소자이다. 본 발명에 따른 열전도 구조에 의해 전기 부품과 냉각 소자 사이의 최적의 열 흐름이 가능해진다.
또한 특히 바람직하게, 적어도 열전도 매체는 수지상정의 형성 후에 경화를 위해 열처리된다. 이로 인해 열전도 매체의 바람직한 고체 최종 상태가 달성되고, 상기 최종 상태는 2개의 부품들의 콘택면에 대한 열전도 매체의 견고한 결합을 가능하게 하거나 또는 보장한다.
열전도 구조의 경제적으로 바람직한 제조 방법에서, 열전도 매체가 2개의 부품들 중 하나의 콘택면 위에 제공되고, 후속해서 다른 부품의 콘택면이 열전도 매체와 접촉하는 것이 제안된다.
특히 하나의 부품의 콘택면 위에 열전도 매체를 제공하는 것은 스템핑, 디스펜싱 또는 실크스크린 프린팅에 의해 이루어질 수 있다. 사용된 방법은 특히 제 1 부품의 콘택면의 기존의 표면 상태 또는 토포그라피 및 크기에 따른다.
본 발명의 다른 장점, 특징 및 세부사항은 도면을 참고로 하기 바람직한 실시예 설명에 제시된다.
도 1은 출발 상태의 열전도 매체를 사용한 열전도 결합될 2개의 부품들의 구조를 도시한 종단면도.
도 2는 최종 상태의 구조 또는 열전도 매체가 수지상정을 포함하는 도 1에 따른 구조의 종단면도.
도 1에는 제 1 부품(11), 열전도 매체(12) 및 제 2 부품(13)으로 이루어진 구조(10)가 도시된다. 이 경우 제 1 부품(11)은 예컨대 파워 트랜지스터, IC 또는 이와 유사한 열 발생 전기 또는 전자 부품일 수 있지만, 이것에 제한되지는 않는다. 제 2 부품(13)은 예컨대 방열 부품인 히트싱크로서 형성되지만, 이것에 제한되지는 않고, 상기 제 2 부품은 제 1 부품(11)에 의해 발생된 열을 주변으로 방출한다.
열전도 매체는 도 1에 도시된 바와 같이 출발 상태에서 금속 이온(16) 형태의 금속염과 혼합된 특히 폴리머 매트릭스 형태의 지지 재료(15)로 이루어지고, 상기 금속 이온은 다소 균일하게 지지 재료(15) 내에 분포 배치된다. 금속 이온(16)으로서 구리 이온 및/또는 철 이온 및/또는 알루미늄 이온 및/또는 은 이온이 사용된다. 이 경우 개별 금속 이온들(16) 사이에 일반적으로 접촉이 이루어지지 않는다. 열전도 매체(12)는 출발 상태에서 유체 또는 페이스트인 것이 중요하고, 이로써 금속 이온(16)의 이동이 가능하다.
구조(10)를 제조하기 위해 열전도 매체(12)는 먼저 예를 들어 제 1 부품(11) 위에 제공된다. 이는 특히 열전도 매체(12)를 소정의 방식으로 제 1 부품(11)의 콘택면(17) 위에 제공하는 것을 가능하게 하는 경제적인 또는 그 밖의 요구에 따라, 스템핑, 디스펜싱 또는 실크 스크린 프린팅에 의해 이루어질 수 있다. 후속해서 제 2 부품(12)의 콘택면(18)이 열전도 매체(12) 위로 가압됨으로써, 열전도 매체(12)를 향한 제 2 부품(12)의 콘택면(18)이 열전도 매체(12)와 작용 결합한다.
도 1에 따른 구조(10)가 형성된 후에, 제 2 단계에서 전압이 2개의 부품들(11, 13)에 인가된다. 이는 도 2에 도시된다. 2개의 부품들(11, 13)이 도전 재료, 특히 금속, 예컨대 구리로 이루어지는 경우에, 이는 부품들(11, 13)이 전압원(20)에 직접 연결됨으로써 이루어질 수 있다. 2개의 부품들(11, 13)이 양호하지 않은 도전 재료 또는 비도전 재료로 이루어지는 경우에, 2개의 부품들(11, 13)의 콘택면(17, 18)에 예컨대 구리로 이루어지고 전압원(20)에 연결된 금속 코팅 또는 금속 층이 제공되는 것이 바람직하거나 또는 제공되어야 한다.
2개의 부품들(11, 13)에 (또는 2개의 부품들(11, 13)의 도전 콘택면(17, 18)에) 전압을 인가함으로써, 열전도 매체(12) 내에서 금속 이온들(16)은 수지상정(22)을 형성하고, 상기 수지상정은 금속 이온들(16)에 의한 2개의 콘택면들(17, 18) 사이 및 2개의 부품들(11, 13) 사이의 직접 결합을 가능하게 한다. 수지상정(22)에 의해 2개의 콘택면들(17, 18)은 직접 열전도 결합되므로, 제 1 부품(11)에 의해 발생된 열은 직접 열전도 매체(12) 또는 수지상정(22)을 통해 제 2 부품(13)으로 방출된다.
수지상정(22)의 형성시 또는 전압의 인가시 열전도 매체(12)는 경화되거나 또는 경화되기 시작한다. 경화 과정의 가속을 위해 바람직하게, 구조(10)는 후속해서 오븐에서 열처리 된다. 열전도 매체(12)는 완전히 경화되므로, 최적의 열전도성이 달성된다.
도시된 또는 설명된 구조(10)는 다양하게 변형될 수 있다. 따라서 예컨대 부품들(11, 13)이 도시된 바와 같이 평평하거나 또는 매끄러운 콘택면들(17, 18)을 갖는 것이 아니라, 다른 형태로 형성될 수 있다. 이러한 경우에 열전도 매체(12)는 출발 상태에서 페이스트 또는 유체 형태에 의해 문제없이 부품들(11, 13)의 각각의 표면에 달라붙거나 또는 예를 들어 부품 틈을 채울 수 있다.
11, 13 부품
12 열전도 매체
15 지지 재료
17, 18 콘택면
22 수지상정

Claims (10)

  1. 열을 발생하는 제 1 부품(11) 및 상기 제 1 부품(11)의 열을 방출하는 제 2 부품(13)을 포함하는, 2개의 부품들(11, 13) 사이의 열전도 구조(10)로서, 상기 2개의 부품들(11, 13)은 상기 열전도 매체(12)에 의해 서로 작용 결합 방식으로 배치되는 열전도 구조에 있어서,
    상기 열전도 매체(12)는 금속 성분, 특히 금속 이온(16)을 포함하고, 상기 금속 이온은 지지 재료(15), 특히 폴리머 매트릭스 내에 배치되고, 상기 열전도 매체(12)는 최종 상태에서 금속 성분으로 이루어진 수지상정(22)을 포함하고, 상기 수지상정은 상기 2개의 부품들(11, 13)의 콘택면(17, 18)에 열전도 결합되는 것을 특징으로 하는 열전도 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도 매체(12)는 처리 또는 경화 상태에서 유체 또는 페이스트로 형태이고 최종 상태에서는 고체 형태인 것을 특징으로 하는 열전도 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 2개의 부품들(11, 13)은 적어도 상기 열전도 매체(12)에 대한 상기 콘택면(17, 18)에서 도전 재료, 특히 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도 구조.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 2개의 부품들(11, 13)은 상기 콘택면(17, 18)에 금속 코팅 또는 금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 부품(11)은 전기 또는 전자 소자이고, 상기 제 2 부품(13)은 냉각 소자인 것을 특징으로 하는 열전도 구조.
  6. 부품들(11, 13)의 콘택면들(17, 18) 사이에 열전도 매체(12)가 배치되고, 상기 열전도 매체(12)는 먼저 유체 또는 페이스트 형태이고 경화 과정 후에 고체 형태가 되는, 상기 2개의 부품들(11, 13) 사이에 열전도 구조(10)의 제조 방법에 있어서,
    상기 부품들(11, 13)을 향한, 상기 열전도 매체(12)의 상기 콘택면들(17, 18)에 적어도 간접적으로 전압이 인가되고, 이어서 상기 열전도 매체(12) 내에 금속 성분, 특히 금속 이온(16)에 의해 수지상정(22)이 형성되고, 상기 수지상정은 상기 2개의 부품들(11, 13)의 상기 콘택면들(17, 18)을 서로 열전도 결합하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 부품들(11, 13)은 적어도 상기 열전도 매체(12)와의 상기 콘택면들(17, 18)에서 도전적으로 형성되고, 상기 부품들(11, 13)에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 적어도 상기 열전도 매체(12)는 상기 수지상정(22)의 형성 후에 경화를 위해 열처리 되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도 매체(12)는 상기 2개의 부품들(11, 13) 중 하나의 부품의 콘택면(17, 18) 위에 제공되고, 후속해서 다른 부품(11, 13)의 콘택면(17, 18)이 상기 열전도 매체(12)와 접촉하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열전도 매체(12)를 하나의 부품(11, 13)의 콘택면(17, 18) 위에 제공하는 것은 스템핑, 디스펜싱 또는 실크 스크린 프린팅에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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