KR20170104247A

KR20170104247A - 탄소복합소재를 이용한 방열판 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20170104247A
Application number: KR1020160027021A
Authority: KR
Inventors: 이왕섭; 이덕열
Original assignee: 제이윈 주식회사
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-09-15

Abstract

본 발명은, 탄소섬유강화플라스틱 시트를 이용하여 방열판을 제작함으로써, 열전도도가 우수하여 방열 성능의 확보가 가능하면서도, 제작 공정이 간단하고 용이한 이점이 있다. 또한, 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 이용함으로써, 방열판의 무게는 보다 가벼워지면서도 강성은 확보될 수 있으므로, 다양한 장치에 적용가능하다. 또한, 베이스와 방열핀을 탄소섬유강화플라스틱 시트로 각각 제작한 후, 방열핀을 베이스의 홈에 카세트 방식으로 끼워 결합하도록 구성됨으로써, 탄소섬유강화플라스틱 시트를 이용하면서 복수의 방열핀들을 갖는 구조의 구현이 가능하다.

Description

탄소복합소재를 이용한 방열판 및 그의 제조방법{Heat sink plate using carbon composites and method of manufacturing the same}

본 발명은 탄소복합소재를 이용한 방열판 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소섬유를 이용하여 강성 및 방열 성능을 확보할 수 있는 탄소복합소재를 이용한 방열판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자 부품 등은 구동시 많은 양의 열을 발생시킨다. 이러한 전자 부품의 발열은 오작동이나 손상을 발생시키므로, 이를 방지하기 위해 방열이 반드시 필요하다. 주로 방열을 위한 장치로는 복수의 방열핀들이 구비된 방열판 등이 사용된다.

종래에는 방열판의 소재로 구리나 알루미늄 등의 금속 소재를 사용하였으나,최근에는 금속 소재로 이루어진 방열판에 탄소나노튜브 등을 코팅하여 열전도율을 향상시키는 방법 등이 제안되고 있다.

그러나, 탄소소재를 코팅하는 경우, 금속 소재의 방열판을 제작하는 공정과, 제작된 방열판을 탄소소재가 분산된 용액에 딥핑하여 코팅하는 공정이 필요하므로, 공정수가 많고 복잡한 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1233480

본 발명의 목적은, 공정이 간단하면서도 방열 성능을 확보할 수 있는 탄소복합소재를 이용한 방열판 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 탄소복합소재를 이용한 방열판은, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 형성되고, 복수의 홈들이 소정간격 이격되게 형성된 베이스와; 상기 탄소섬유강화플라스틱으로 형성되고, 상기 복수의 홈들에 카셋트(Cassette) 방식으로 끼워져 결합되는 복수의 방열핀들을 포함한다.

본 발명에 따른 탄소복합소재를 이용한 방열판의 제조 방법은, 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 적층하고 고온 경화시켜, 판형의 베이스를 만드는 단계와; 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 적층하고 고온 경화시켜, 판형의 방열핀을 만드는 단계와; 상기 베이스의 상면에 복수의 홈들을 가공하는 단계와; 상기 방열핀을 상기 홈에 카셋트(Cassette) 방식으로 끼워, 상기 베이스와 상기 방열핀을 결합시키는 단계를 포함한다.

본 발명은, 탄소섬유강화플라스틱 시트를 이용하여 방열판을 제작함으로써, 열전도도가 우수하여 방열 성능의 확보가 가능하면서도, 제작 공정이 간단하고 용이한 이점이 있다.

또한, 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 이용함으로써, 방열판의 무게는 보다 가벼워지면서도 강성은 확보될 수 있으므로, 다양한 장치에 적용가능하다.

또한, 베이스와 방열핀을 탄소섬유강화플라스틱 시트로 각각 제작한 후, 방열핀을 베이스의 홈에 끼워 결합하도록 구성됨으로써, 탄소섬유강화플라스틱 시트를 이용하면서 복수의 방열핀들을 갖는 구조의 구현이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소복합소재를 이용한 방열판이 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 방열판의 제조방법이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 방열판의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 수지의 함량에 따른 탄소섬유의 열저항을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소복합소재를 이용한 방열판이 도시된 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방열판(1)은, 베이스(10)와, 복수의 방열핀들(20)을 포함한다.

상기 베이스(10)는, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 형성된다. 상기 베이스(10)는 2개 이상의 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)이 적층된 후, 고온 경화되어 일체의 판으로 형성된다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트(30)는, 탄소섬유에 매트릭스 수지(RESIN)를 함침하여 성형된 프리프레그(Prepreg)를 가열, 가압하여 수지를 경화시켜 제조된다. 상기 베이스(10)는 판형으로 형성되며, 상기 베이스(10)의 형상, 두께 및 크기는 용도에 따라 다르게 설계 가능하다.

상기 베이스(10)는, 상기 방열핀들(20)을 끼울 수 있는 복수의 홈들(10a)이 가공된다. 상기 복수의 홈들(10a)은, 상기 베이스(10)의 상면에서 소정의 깊이로 형성되며, 복수개가 서로 소정간격 이격되게 형성된다. 상기 홈들(10a)은, 밀링 가공을 통해 형성될 수 있으며, 밀링 가공시 사용되는 공구는 일반 강재(Steel)보다 강한 소재 초경이나 텅스텐 강을 활용한다.

상기 방열핀들(20)도 상기 베이스(10)와 동일한 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 형성된다. 상기 방열핀들(20)은 2개 이상의 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)이 적층된 후, 고온 경화되어 일체의 판으로 형성된다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)은, 탄소섬유에 매트릭스 수지(RESIN)를 함침하여 성형된 프리프레그(Prepreg)를 가열, 가압하여 수지를 경화시켜 제조된다. 상기 방열핀들(20)은 판형으로 형성되며, 상기 방열핀들(20)의 형상, 두께 및 크기는 용도에 따라 다르게 설계 가능하다.

상기 방열핀들(20)은, 상기 베이스(10)의 홈들(10a)에 카세트(Cassette) 방식으로 끼워져 결합된다. 상기 방열핀들(20)과 상기 홈들(10a) 사이에는 접착재(40)가 구비되어, 상기 방열핀들(20)과 상기 홈들(10a)을 결합시킨다.

상기 접착재(40)는, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)에 사용되는 수지와 동일한 수지로 이루어진 접착 필름이 사용된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 접착재(40)는, 상기 방열핀(20)이나 상기 홈(10a)에 바르는 것도 물론 가능하다. 상기 접착재(40)는 열전도성 접착재이다.

상기 베이스(10)와 상기 방열핀(20)은 동일한 탄소섬유강화플라스틱으로 제조가능하며, 형상, 두께 및 크기만 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 동일한 탄소섬유강화플라스틱 시트(30)들을 복수개 제조한 후, 적층 개수를 달리하여 상기 베이스(10)와 상기 방열핀(20)을 각각 제작할 수 있다. 상기 베이스(10)에는 상기 홈(10a)이 형성되므로, 상기 베이스(10)의 두께가 상기 방열핀(20)보다 두껍게 형성된다. 상기 베이스(10)와 상기 방열핀(20)의 각 두께는 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)의 적층 개수에 따라 달라진다.

상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)에 사용되는 수지는 열경화성 수지가 사용된다.

상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)에 사용되는 탄소섬유의 두께는 약 3mm인 것을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 또한, 탄소섬유의 경우 두께가 3mm 이상으로 하는 것이 열 저항을 낮추고 열전도율을 높이는 효과가 있습니다.

도 4를 참조하면, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)에 사용되는 수지의 함량에 따른 열저항이 달라지는 것을 알 수 있다. 열저항이 낮을수록 열전도율이 높기 때문에, 본 실시예에서는, 수지의 함량을 약 35%이내 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 방열판의 제조방법이 개략적으로 도시된 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 방열판의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방열판의 제조방법에 대해 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)을 적층하고 고온 경화시켜, 판형의 상기 베이스(10)를 제작한다.(S1) 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)의 적층 개수는 상기 방열판(1)의 용도 등에 따라 다르게 설정할 수 있다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)은, 약 3K의 탄소섬유를 사용하고, 수지 함량은 약 35% 이하로 설정한다. 상기 수지 함량이 35%를 초과할 경우, 열저항이 증가되어 열전도율이 낮아지므로 방열 성능이 저하될 수 있다.

또한, 도 2e 및 도 f를 참조하면, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)을 적층하고 고온 경화시켜, 판형의 상기 방열핀(20)을 제작한다.(S2) 상기 방열핀(20)과 상기 베이스(10)에 사용되는 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)은 동일한 것이 사용되되, 적층 개수, 크기 및 형상은 다르게 설정될 수 있다. 상기 방열핀(20)의 두께는 상기 베이스(10)의 두께보다 얇으므로, 상기 방열핀(20)의 제작시 사용되는 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)의 개수가 상기 베이스(10)보다 작게 사용된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 방열핀(20)과 상기 베이스(10)의 두께를 동일하게 제조할 경우, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)을 적층하여 일체의 판으로 제작한 후 크기만을 다르게 절단하여 사용하는 것도 가능하다.

이후, 도 2c를 참조하면, 상기 베이스(10)의 상면에 상기 홈들(10a)을 가공한다.(S3) 상기 홈들(10a)의 개수와 간격은 방열 성능 등을 고려하여 설정한다.

도 2d를 참조하면, 상기 홈들(10a)에는 상기 접착재(40)를 삽입한다. 상기 접착재(40)는 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)에 사용된 수지와 동일한 열경화성 수지로 이루어진 접착 필름인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 접착재(40)는, 상기 방열핀(20)을 상기 베이스(10)에 끼운 후 고온 경화시 함께 녹으며 경화되어, 상기 방열핀(20)과 상기 베이스(10)를 결합시키는 역할을 한다.

도 2g 및 2h를 참조하면, 상기 방열핀(20)을 상기 홈(10a)에 카세트 방식으로 끼워서 결합한다.(S4) 상기 복수의 홈들(10a)에 상기 복수의 방열핀들(20)을 모두 끼우는 것도 가능하고, 상기 복수의 홈들(10a) 중 적어도 일부에만 선택적으로 상기 방열핀들(20)을 끼우는 것도 가능하다. 상기 방열핀들(20)의 개수는 상기 방열판(1)의 용도나 성능에 따라 다르게 설정할 수 있다.

상기 베이스(10)의 홈들(10a)에 상기 방열핀들(20)을 끼운 후, 고온 경화시키면, 상기 베이스(10), 상기 방열핀(20) 및 상기 접착재(40)의 수지들이 녹으면서 경화되어, 상기 베이스(10)와 상기 방열핀(20)이 견고하게 결합될 수 있다.

상기와 같이, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)을 이용하여 상기 방열판(10)을 제작함으로써, 제작 공정이 간단하고 용이한 이점이 있다. 또한, 탄소섬유는 열전도도가 15W/mk 이상 이므로, 열전도도가 약 10.08W/mk인 알루미늄이나 열전도도가 약 2.2W/mk인 스틸에 비해 열전도도가 높으므로, 방열성능도 향상될 수 있다.

또한, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)을 이용함으로써, 금속 소재의 방열판 위에 탄소 소재를 코팅하는 경우보다 제작 공정이 간단할 뿐만 아니라, 탄소섬유들이 고르게 분포될 수 있기 때문에, 방열 성능도 보다 우수하다.

또한, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트들(30)을 이용함으로써, 상기 방열판(1)의 무게는 금속 소재의 방열판보다 가벼우면서도 강성은 확보될 수 있으므로, 다양한 장치에 적용가능하다.

또한, 상기 베이스(10)와 상기 방열핀(20)을 각각 제작한 후, 상기 방열핀(20)을 상기 베이스(10)의 홈(10a)에 끼워 결합함으로써, 복수의 방열핀들(20)을 갖는 구조의 구현이 가능하다.

또한, 상기 방열핀들(20)의 개수를 선택하여 조절 가능한 이점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 방열판 10: 베이스
10a: 홈 20: 방열핀
30: 탄소섬유강화플라스틱 시트 40: 접착재

Claims

탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 형성되고, 복수의 홈들이 소정간격 이격되게 형성된 베이스와;
상기 탄소섬유강화플라스틱으로 형성되고, 상기 복수의 홈들에 카셋트(Cassette) 방식으로 끼워져 결합되는 복수의 방열핀들을 포함하는 탄소복합소재를 이용한 방열판.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스는,
복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들이 적층된 후 경화되어 판형으로 형성된 탄소복합소재를 이용한 방열판.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스는 판형으로 형성되고, 상기 홈들은 상기 베이스의 상면에 가공 형성된 탄소복합소재를 이용한 방열판.
청구항 1에 있어서,
상기 방열핀은,
복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들이 적층된 후 경화되어 판형으로 형성된 탄소복합소재를 이용한 방열판.
청구항 1에 있어서,
상기 홈에 삽입되어 상기 베이스와 상기 방열핀을 결합시키는 접착재를 더 포함하는 탄소복합소재를 이용한 방열판.
청구항 5에 있어서,
상기 접착재는,
상기 탄소섬유강화플라스틱에 포함된 수지와 동일한 열경화성 수지로 이루어진 접착 필름을 포함하는 탄소복합소재를 이용한 방열판.
복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 적층하고 고온 경화시켜, 판형의 베이스를 만드는 단계와;
복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 적층하고 고온 경화시켜, 판형의 방열핀을 만드는 단계와;
상기 베이스의 상면에 복수의 홈들을 가공하는 단계와;
상기 방열핀을 상기 홈에 카셋트(Cassette) 방식으로 끼워, 상기 베이스와 상기 방열핀을 결합시키는 단계를 포함하는 탄소복합소재를 이용한 방열판의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 베이스와 상기 방열핀을 결합시키는 단계는,
상기 홈에 접착재를 삽입하는 과정을 포함하는 탄소복합소재를 이용한 방열판의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 접착재는 열경화성 수지이고,
상기 방열핀을 상기 홈에 삽입한 후, 고온 경화시켜 결합하는 탄소복합소재를 이용한 방열판의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 접착재는,
상기 탄소섬유강화플라스틱에 포함된 수지와 동일한 수지로 이루어진 접착 필름인 탄소복합소재를 이용한 방열판의 제조방법.