KR20180000354U - Metal heat dissipating plate - Google Patents

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Abstract

금속 방열 판이 제공된다. 금속 방열 판은 금속 기판, 금속 클래딩 층들, 및 그래파이트 층들을 포함한다. 금속 클래딩 층들은 금속 기판의 2개의 표면들 위에 배치되고, 그래파이트 층들은 금속 클래딩 층들 안으로 삽입된다. 따라서, 그래파이트 층들은 금속 기판의 표면 구조와 금속 클래딩 층에 견고하게 결합될 수 있다. 탄소 필름은 그래파이트로 이루어지고, 따라서 우수한 열 전도성을 가져 전자 제품들의 방열 효과를 증가시키고, 따라서 그것들의 내구 수명을 증가시킨다.A metal heat sink plate is provided. The metal heat dissipation plate includes a metal substrate, metal cladding layers, and graphite layers. The metal cladding layers are disposed on two surfaces of the metal substrate, and the graphite layers are inserted into the metal cladding layers. Thus, the graphite layers can be firmly bonded to the surface structure of the metal substrate and the metal cladding layer. The carbon film is made of graphite and therefore has excellent thermal conductivity, thereby increasing the heat-radiating effect of the electronic products and thus increasing their service life.

Description

금속 방열 판{METAL HEAT DISSIPATING PLATE}METAL HEAT DISSIPATING PLATE

본 발명은 금속 방열 판에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 우수한 열 전도성을 갖는 금속 방열 판에 관한 것이고, 금속 방열 판은 우수한 방열 효과에 도달하도록 다양한 전자 제품들에 적용될 수 있다.The present invention relates to a metal heat dissipating plate. More specifically, the present invention relates to a metal heat dissipation plate having excellent heat conductivity, and the metal heat dissipation plate can be applied to various electronic products to achieve an excellent heat dissipation effect.

전자분야 산업의 빠른 성장으로, 전자 디바이스들, 예를 들어 PC, 휴대전화, 사무기기, 및 GPS 네비게이션 디바이스는 현대 사회에서 점점 더 대중적이다. 전자 부품들 및 디바이스들의 부피는 갈수록 더 얇고 가볍고 작을 뿐아니라 그것들의 기능도 더 많고 더 강해지고 있다.With the rapid growth of the electronics industry, electronic devices, such as PCs, mobile phones, office equipment, and GPS navigation devices, are becoming more and more popular in modern societies. The volume of electronic components and devices is becoming thinner, lighter and smaller as well as becoming more and more powerful.

전자 제품의 통합이 증가하면서, 단위 영역에서 전자 부품의 수가 기하급수적으로 증가하고, 그래서 방열은 중요한 이슈가 되었다. 만약 열이 적기에 방산될 수 없다면, 전자 부품들의 작동 온도가 증가될 것이다. 전자 부품들은 이 전자 부품들을 사용하는 다양한 고정밀 장비의 내구 수명 및 신뢰성에 직접적으로 영향을 미치는 심각한(serious) 경우에 실패할 것이다. 따라서, 방열 문제는 전자 제품들의 소형화 및 통합의 장애물이 되어 왔다.As the integration of electronic products increases, the number of electronic components in the unit area increases exponentially, and heat dissipation becomes an important issue. If the heat can not be dissipated in a timely manner, the operating temperature of the electronic components will increase. Electronic components will fail in a serious case that directly affects the durability and reliability of various high precision equipment using these electronic components. Therefore, the heat dissipation problem has become a hindrance to miniaturization and integration of electronic products.

종래 방열 기술은 열 전도성 실리콘들을 사용한다. 열 전도성 실리콘들의 이점은 압축성이다. 그러나, 금속들, 예를 들어 Cu와 비교하면, 열 전도성 실리콘들의 열 전도율은 매우 낮고, 따라서 환풍기들이 그와 함께 있는 것이 보통 요구된다. 따라서, 빠른 냉각 온도와 제한된 공간을 요구하는 상황에서, 열 전도성 실리콘은 무력해진다. 그에 따라서, 일부는 방열을 위해 Cu 호일 및 그것의 아래에 결합된 탄소 층을 사용한다. 중국 특허 번호 CN103476227A, "구리-탄소 복합체 방열 판 및 이것의 제조방법"을 참조한다.Conventional heat dissipation techniques use thermally conductive silicon. The advantage of thermally conductive silicones is compressibility. However, compared to metals, for example Cu, the thermal conductivity of the thermally conductive silicon is very low, and therefore it is usually required that the ventilators are with it. Thus, in situations requiring fast cooling temperatures and limited space, the thermally conductive silicon is rendered ineffective. Accordingly, some use a Cu foil and a carbon layer bonded under it for heat dissipation. See Chinese Patent No. CN103476227A, "Copper-carbon composite heat sink and its manufacturing method ".

구리-탄소 복합체 방열 판은 구리 호일과 구리 호일의 양 표면들에 코팅된 탄소 열 전도성 층들로 이루어진다. 구리 호일의 두께는 0.02 내지 0.25 mm이고, 열 전도성 탄소 층의 두께는 0.015 내지 0.03 mm이다. 구리-탄소 복합체 방열 판의 두께는 0.08 내지 0.3 mm이다. 탄소 열 전도성 층들은 그래핀 또는 단일벽 나노튜브(SWCN) 100 중량부, 및 접착제 1 내지 50 중량부를 포함한다. 그래핀의 비표면적은 500 내지 1000 m2/g이다. SWCN의 입자 직경은 5 nm이다. 접착제는 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 또는 이들의 조합물이다.The copper-carbon composite heat dissipation plate consists of carbon thermally conductive layers coated on both surfaces of copper foil and copper foil. The thickness of the copper foil is 0.02 to 0.25 mm, and the thickness of the thermally conductive carbon layer is 0.015 to 0.03 mm. The thickness of the copper-carbon composite heat sink is 0.08 to 0.3 mm. The carbon thermally conductive layers include 100 parts by weight of graphene or single wall nanotubes (SWCN), and 1 to 50 parts by weight of an adhesive. The specific surface area of graphene is 500 to 1000 m 2 / g. The particle diameter of SWCN is 5 nm. The adhesive is polyvinylidene fluoride, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, or a combination thereof.

구리-탄소 복합체 방열 판의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다. (1) 접착제를 유기 용매에 용해시켜 접착제의 유기 용액을 얻는다. (2) 그래핀 또는 SWCN을 유기 용액과 혼합하여 혼합물을 얻는다. (3) 혼합물을 0.5 내지 1시간 동안 초음파 처리(sonication)로 분산시키고, 이어서 1 내지 5시간 동안 1500 내지 3000 rpm의 교반율로 교반하여 균일한 혼합물을 얻는다. (4) 균일한 혼합물을 구리 호일 상에 코팅하고 그 다음에 불활성 가스 하에서 경화시켜 구리-탄소 복합체 방열 판을 얻는다. 경화 온도는 50 내지 200℃이고, 경화 시간은 10 내지 100 분이다.A method for manufacturing a copper-carbon composite heat sink includes the following steps. (1) The adhesive is dissolved in an organic solvent to obtain an organic solution of the adhesive. (2) A mixture is obtained by mixing graphene or SWCN with an organic solution. (3) The mixture is dispersed by sonication for 0.5 to 1 hour and then stirred at a stirring rate of 1500 to 3000 rpm for 1 to 5 hours to obtain a homogeneous mixture. (4) A uniform mixture is coated on a copper foil and then cured under an inert gas to obtain a copper-carbon composite heat radiation plate. The curing temperature is 50 to 200 占 폚, and the curing time is 10 to 100 minutes.

중국 특허 번호 CN 103476227A "구리-탄소 복합체 방열 판 및 이것의 제조방법"에서, 탄소 재료가 구리 호일의 바닥 부분에 부착될 수 있지만, 부착하는 방법은 탄소 재료, 접착제 및 용매의 탄소 유기 용액을 제조하고 코팅하고 이어서 불활성 기체 하에서 탄소 유기 용액을 경화시켜 구리-탄소 복합체 방열 판을 형성하는 것이다. 따라서, 탄소 재료는 접착제 또는 용매만을 사용하는 접착법으로 인해 쉽게 벗겨진다. Cu 호일과 탄소 재료 사이의 이종 결합은 불안정하고, 탄소 층은 Cu 호일의 표면으로부터 쉽게 벗겨진다. 또한, 접착제 또는 용매로 탄소 재료를 결합하는 방법은 탄소 입자들 간의 전도성을 감소시킬 수 있어 열 전도 효과를 크게 감소시킨다.In Chinese patent number CN 103476227A "Copper-carbon composite heat sink and its manufacturing method ", the carbon material can be attached to the bottom part of the copper foil, but the method of adhering is to manufacture carbon organic solution of carbon material, adhesive and solvent And then curing the carbon-organic solution under an inert gas to form a copper-carbon composite heat sink. Therefore, the carbon material is easily peeled off by an adhesive method using only an adhesive or a solvent. The heterogeneous bond between the Cu foil and the carbon material is unstable, and the carbon layer is easily peeled off the surface of the Cu foil. In addition, the method of bonding the carbon material to the adhesive or solvent can reduce the conductivity between the carbon particles, thereby greatly reducing the heat conduction effect.

이에 따라서, Cu 호일과 탄소 재료를 결합하는 구조 및 방법이 열 전도를 낮추는 효과와 높은 비용을 초래한다는 결점을 고려하여, 발명자들은 수년간의 제조 및 설계 경험과 관련된 기술분야의 지식과 독창성(ingenuity)에 의해 종래 방열 판을 개선하였다.Accordingly, in view of the drawbacks that the structure and method of bonding the Cu foil to the carbon material lead to lower heat conduction and higher cost, the inventors have found that the ingenuity of the technical field related to years of manufacturing and design experience, Thereby improving the conventional heat radiating plate.

본 발명은 우수한 열 전도성을 갖는 금속 방열 판에 관한 것이다. 금속 방열 판은 우수한 방열 효과를 얻도록 다양한 전자 제품들에 사용될 수 있다.The present invention relates to a metal heat sink having excellent thermal conductivity. Metal heat sinks can be used in a variety of electronic products to achieve good heat dissipation.

금속 방열 판은 금속 기판, 금속 클래딩 층들, 및 그래파이트 층들을 포함한다. 금속 클래딩 층들은 금속 기판의 양 표면들 상에 배치되고, 그래파이트 층들은 금속 클래딩 층들 안으로 삽입된다(intercacalated into). 따라서, 석유로 정제된 탄소 함량 99.9%의 고 순도를 갖는 그래파이트 층들은 금속 기판의 표면 및 금속 클래딩 층에 견고하게 결합될 수 있다. 탄소 필름은 그래파이트로 이루어지고, 따라서 우수한 열 전도성을 가져서 전자 제품들의 방열 효과를 증가시키고, 따라서 전자 제품들의 내구 수명을 증가시킨다.The metal heat dissipation plate includes a metal substrate, metal cladding layers, and graphite layers. The metal cladding layers are disposed on both surfaces of the metal substrate, and the graphite layers are intercaced into the metal cladding layers. Thus, the petroleum-refined graphite layers having a high purity of 99.9% carbon content can be firmly bonded to the surface of the metal substrate and the metal cladding layer. The carbon film is made of graphite, and therefore has excellent thermal conductivity, thereby increasing the heat radiation effect of the electronic products, thereby increasing the durability life of the electronic products.

상기 금속 방열 판에서, 금속 기판은 Cu, Al, 스테인리스 강, 또는 냉간 압연 강으로 이루어진다.In the metal heat dissipation plate, the metal substrate is made of Cu, Al, stainless steel, or cold rolled steel.

상기 금속 방열 판에서, 금속 기판의 표면들은 고르거나(smooth) 거칠다(rough).In the metal radiating plate, the surfaces of the metal substrate are smooth or rough.

상기 금속 방열 판에서, 금속 기판은 10 ㎛ 내지 1.6 mm의 두께를 갖는다.In the metal heat dissipation plate, the metal substrate has a thickness of 10 to 1.6 mm.

상기 금속 방열 판에서, 금속 클래딩 층은 Ni, Cr, Ni-Cr 합금, Ag 또는 Ti의 금속으로 이루어진다.In the metal heat dissipation plate, the metal cladding layer is made of a metal such as Ni, Cr, Ni-Cr alloy, Ag, or Ti.

상기 금속 방열 판에서, 금속 클래딩 층들 및 그래파이트 층들은 진공 마그네트론 스퍼터링으로 형성된다.In the metal heat dissipation plate, the metal cladding layers and the graphite layers are formed by vacuum magnetron sputtering.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 방열 판의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a metal heat sink according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 기술적 의미 및 효과를 보다 완전하고 명확하게 설명하기 위하여, 이하에서 상세한 설명이 기술된다. 개시된 도면들 및 참조 번호들을 참고한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order that the technical meaning and effect of the present invention become more fully and clearly understood, the following detailed description is set forth. Reference is made to the drawings and reference numerals.

먼저, 도 1을 참고한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 방열 판의 단면도이다. 도 1에서, 금속 방열 판은 2개의 반대면들(11)을 갖는 금속 기판(1), 상기 2개의 반대면들(11) 상에 배치된 2개의 금속 클래딩 층들(2), 및 2개의 금속 클래딩 층들(2) 안에 각각 삽입되는(respectively intercalated into) 2개의 그래파이트 층들(3)을 포함한다. 그래파이트 층들(3)은 석유로 정제된 탄소 함량 99.9%의 고 순도를 갖는 그래파이트로 이루어 진다.First, refer to FIG. 1 is a cross-sectional view of a metal heat sink according to an embodiment of the present invention. 1, the metal heat sink comprises a metal substrate 1 having two opposing surfaces 11, two metal cladding layers 2 disposed on the two opposing surfaces 11, And two graphite layers 3 respectively intercalated into the cladding layers 2, respectively. The graphite layers 3 consist of graphite with a high purity of 99.9% carbon-refined petroleum.

금속 방열 판을 제조하는 방법은 다음과 같이 기술된다.A method of manufacturing a metal heat sink plate is described as follows.

먼저, 금속 기판(1)이 제공되고, 금속 기판(1)은 Cu, Al, 스테인리스 강, 또는 냉간 압연 강으로 이루어질 수 있다. 금속 기판(1)의 두께는 10 ㎛ 내지 1.6 mm이다. 금속 기판(1)의 2개의 반대 표면들(11)은 선택된 금속 재료에 따라 고르거나 거칠 수 있다. 예를 들어, 금속 기판(1)이 미가공된 Cu로 이루어진 경우, 금속 기판(1)은 고른 표면들(11)을 가질 수 있다. 금속 기판(1)이 미가공된 스테인리스 강 또는 냉간 압연 강으로 이루어진 경우, 거친 표면들(11)을 가질 수 있다. 다음으로, 금속 기판(1)을 진공 챔버에 위치시킨다. 진공 챔버는 진공 마그네트론 스퍼터링의 조건을 제공하기 위하여 사용되고, 이러한 이유로 금속 클래딩 층(2)이 진공 챔버에서 진공 마그네트론 스퍼터링에 의해 침착될 수 있다.First, a metal substrate 1 is provided, and the metal substrate 1 can be made of Cu, Al, stainless steel, or cold rolled steel. The thickness of the metal substrate 1 is 10 탆 to 1.6 mm. The two opposing surfaces 11 of the metal substrate 1 may be even or rough depending on the selected metal material. For example, if the metal substrate 1 is made of untreated Cu, the metal substrate 1 may have even surfaces 11. If the metal substrate 1 is made of untreated stainless steel or cold-rolled steel, it may have rough surfaces 11. Next, the metal substrate 1 is placed in the vacuum chamber. The vacuum chamber is used to provide the conditions of vacuum magnetron sputtering, and for this reason the metal cladding layer 2 can be deposited by vacuum magnetron sputtering in a vacuum chamber.

금속 클래딩 층(2)을 스퍼터링하는 단계에서, 선택된 금속은 Ni, Cr, Ni-Cr 합금, Ag 또는 Ti일 수 있다. 다음으로, 금속 클래딩 층들(2)은 금속 기판(1)의 반대 층들(11)에 침착된다. 이 후에, 고순도 그래파이트 층들(3)이 동일한 진공 마그네트론 스퍼터링 조건 하에서 금속 클래딩 층들(2) 안으로 삽입되어 금속 방열 판의 제조가 완료된다.In the step of sputtering the metal cladding layer 2, the selected metal may be Ni, Cr, a Ni-Cr alloy, Ag or Ti. Next, the metal cladding layers 2 are deposited on the opposite layers 11 of the metal substrate 1. Thereafter, the high purity graphite layers 3 are inserted into the metal cladding layers 2 under the same vacuum magnetron sputtering conditions to complete the production of the metal heat dissipation plate.

이에 따라서, 상기 제조된 금속 방열 판은 그래파이트 층들(3)과 금속 기판(1) 사이에 강한 결합력을 가질 수 있다. 또한, 그래파이트 층들이 결합 탄소 원자들로 이루어지기 때문에, 그래파이트 층들은 그 자체로 우수한 접착성을 가지며, 따라서 쉽게 벗겨지지 않는다. 그래파이트 층들(3)은 고순도 그래파이트로 이루어지고, 따라서 그래파이트 층들(3)은 우수한 열 전도성과 전기 전도성을 갖는다. 본 발명의 금속 방열 판은 방열 판의 기계적 강도를 크게 증가시킬 수 있다. 금속 방열 판이 우수한 열 전도성을 갖기 때문에, 금속 방열 판은 전자 제품들과 전자 부품들의 방열 효과를 증가시켜 그것들의 내구 수명을 증가시킬 수 있다.Accordingly, the produced metal heat dissipation plate can have a strong binding force between the graphite layers 3 and the metal substrate 1. [ Also, since the graphite layers are composed of bonded carbon atoms, the graphite layers themselves have excellent adhesion and are therefore not readily peeled off. The graphite layers 3 are made of high purity graphite, and thus the graphite layers 3 have excellent thermal conductivity and electrical conductivity. The metal heat dissipation plate of the present invention can greatly increase the mechanical strength of the heat dissipation plate. Since metal heat sinks have good thermal conductivity, metal heat sinks can increase the heat dissipation effect of electronic products and electronic components, thereby increasing their service life.

전술한 것에 비추어 볼 때, 본 발명은 다음과 같은 이점이 있다.In view of the foregoing, the present invention has the following advantages.

1. 본 발명에서, 금속 방열 판은 고른 표면들 또는 거친 표면들을 가질 수 있는 금속 기판이다. 그래파이트는 금속 클래딩 층을 통해 금속 기판의 표면들과 결합할 수 있고, 그래파이트는 금속 기판의 표면들과 금속 클래딩 층 안으로 삽입되어 금속 기판과 견고한 결합을 형성할 수 있다. 따라서, 그래파이트는 쉽게 벗겨지지 않아 금속 방열 판의 기계적 강도를 증가시킬 것이다.1. In the present invention, the metal heat sink plate is a metal substrate which can have even surfaces or rough surfaces. The graphite can bond with the surfaces of the metal substrate through the metal cladding layer, and the graphite can be inserted into the surfaces of the metal substrate and the metal cladding layer to form a firm bond with the metal substrate. Therefore, the graphite will not easily peel off and increase the mechanical strength of the metal heat sink.

2. 본 발명에서, 금속 방열 판은 우수한 접착성과 전기 전도성을 갖는 고순도 그래파이트를 사용한다. 따라서, 금속 기판의 기계적 강도가 크게 증가할 수 있고, 우수한 열 전도성은 전자 제품들과 전자 부품들의 방열 효과를 도와 내구 수명을 증가시킬 수 있다.2. In the present invention, the metal heat dissipating plate uses high purity graphite having excellent adhesion and electric conductivity. Therefore, the mechanical strength of the metal substrate can be greatly increased, and the excellent thermal conductivity can contribute to the heat radiation effect of the electronic products and the electronic parts, and the lifetime can be increased.

3. 본 발명에서, 금속 방열 판은 금속 기판이 금속 기판의 2개의 표면들에 효과적으로 부착된 금속 클래딩 층들과 그래파이트 층들을 가지는 층상 구조를 채택하여, 금속 방열 판의 수율과 산업 경쟁력이 증가되도록 금속 방열 판의 이용 효율성이 배가될 수 있다.3. In the present invention, the metal heat dissipation plate adopts the layered structure in which the metal substrate has the metal cladding layers and the graphite layers effectively attached to the two surfaces of the metal substrate, so that the metal heat dissipation plate The use efficiency of the heat radiating plate can be doubled.

4. 본 발명의 금속 방열 판은 광범위한 적용 효과와 강한 구조 부착성을 달성하기 위해 고른 표면들 또는 거친 표면들을 갖는 금속 재료를 선택할 수 있다.4. The metal heat sink of the present invention can select metal materials having even surfaces or rough surfaces to achieve a wide range of application effects and strong structural adherence.

Claims (3)

2개의 반대 표면들을 갖는 금속 기판;
상기 금속 기판의 2개의 반대 표면들 위에 각각 배치된 2개의 금속 클래딩 층들; 및
상기 2개의 금속 클래딩 층들 안으로 각각 삽입되는 2개의 그래파이트 층들을 포함하는 금속 방열 판.A metal substrate having two opposing surfaces;
Two metal cladding layers disposed on two opposing surfaces of the metal substrate, respectively; And
And two graphite layers respectively inserted into the two metal cladding layers. 제1항에 있어서,
상기 금속 기판은 Cu, Al, 스테인리스 강, 또는 냉간 압연 강으로 이루어지고, 상기 금속 기판은 10 ㎛ 내지 1.6 mm의 두께를 갖는, 금속 방열 판.The method according to claim 1,
Wherein the metal substrate is made of Cu, Al, stainless steel or cold-rolled steel, and the metal substrate has a thickness of 10 to 1.6 mm. 제2항에 있어서,
상기 금속 클래딩 층은 Ni, Cr, Ni-Cr 합금, Ag 또는 Ti의 금속으로 이루어진, 금속 방열 판.3. The method of claim 2,
Wherein the metal cladding layer is made of a metal of Ni, Cr, a Ni-Cr alloy, Ag, or Ti.
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