KR20200006513A - Heat radiation thin film and method of fabricating of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high heat radiation thin film having improved thermal conductivity. The high heat radiation thin film comprises: a metal substrate; and a carbon layer disposed on the metal substrate and thicker than 2.5 nm and thinner than 10 nm.

Description

고방열 박막 및 그 제조 방법{Heat radiation thin film and method of fabricating of the same}Heat radiation thin film and method of fabricating of the same

본 발명은 고방열 박막 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 금속 기판 상의 탄소층을 포함하는 고방열 박막 및 그 제조 방법에 관련된 것이다. The present invention relates to a high heat dissipating thin film and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a high heat dissipating thin film including a carbon layer on a metal substrate and a method of manufacturing the same.

최근 자동차, 전기 전자 분야 등에서 사용되고 있는 전자 기기는 경량화, 박형화, 소형화, 다기능화가 추구되고 있다. 이러한 전자 소자가 고집적화 될수록 더욱 많은 열이 발생하는데, 이러한 방출 열은 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오작동, 기판 열화 등의 원인이 되고 있어 방출 열을 제어하는 기술에 대해 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다.Recently, electronic devices used in automobiles, electrical and electronic fields, etc. have been pursued to be lighter, thinner, smaller, and more versatile. As the electronic device becomes more integrated, more heat is generated. This heat of emission not only degrades the function of the device, but also causes malfunction of the peripheral device and substrate degradation. Is being done.

방열 재료의 소재 성분을 살펴보면 탄소재료나 세라믹 소재 같은 고열전도성 필러 소재와 고분자 소재가 혼합된 복합 소재가 대부분이다. 열전도성 고분자는 기존 고분자 재료의 장점인 용이한 가공성, 저비용, 경량화, 제품형태의 다양성 등을 그대로 유지하면서 금속과 세라믹 재료의 특성을 부여할 수 있다. 또한 복합 소재를 사용하는 이유는 고열전도성 무기 필러 소재가 열전도성이 우수하나 접착력이 없고 고분자 소재는 접착력은 우수하나 열전도성은 낮기 때문이다. 그러나 고분자 복합 재료의 높은 열전도도를 달성하기 위해서는 많은 양의 필러가 들어가게 되는데 이러한 경우에는 가공 조건이 난해해지고 제품의 물리적 성질이 저해되는 문제점이 있다.Looking at the material composition of the heat dissipation material, most of the composite material is a mixture of high thermal conductivity filler material such as carbon material or ceramic material and polymer material. Thermally conductive polymers can impart the characteristics of metal and ceramic materials while maintaining the advantages of existing polymer materials such as easy processability, low cost, light weight, and variety of product forms. In addition, the reason for using the composite material is that the high thermal conductivity inorganic filler material has excellent thermal conductivity but no adhesive strength, and the polymer material has excellent adhesive strength but low thermal conductivity. However, in order to achieve high thermal conductivity of the polymer composite material, a large amount of filler enters. In this case, processing conditions become difficult and physical properties of the product are hindered.

대한민국 특허등록공보 10-1534232에는, 고방열 방사 유,무기 복합 코팅박막이 형성된 히트 싱크를 이용하요, 집적화로 인해 공간이 협소해진 전기, 전자제품의 열원의 온도를 효과적으로 감소시키는 발명이 개시되어 있다.Korean Patent Registration Publication No. 10-1534232 discloses an invention for effectively reducing the temperature of a heat source of electric and electronic products, which uses a heat sink in which a high heat dissipation organic / inorganic composite coating thin film is formed, and the space is narrowed due to integration. .

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 열전도도가 향상된 고방열 박막 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a high heat radiation thin film and a method of manufacturing the improved thermal conductivity.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 고방열 박막 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a high heat-dissipating thin film and a method of manufacturing the same manufacturing process is simplified.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 절감된 고방열 박막 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a high heat-dissipating thin film and a method of manufacturing the same that the manufacturing cost is reduced.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 고방열 박막을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a high heat radiation thin film.

일 실시 예에 따르면, 상기 고방열 박막은, 금속 기판, 및 상기 금속 기판 상에 배치되고, 2.5nm보다 두껍고 10nm보다 얇은 탄소층을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the high heat dissipation thin film may be disposed on the metal substrate and the metal substrate, and may include a carbon layer thicker than 2.5 nm and thinner than 10 nm.

일 실시 예에 따르면, 상기 탄소층은 그래핀을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the carbon layer may include graphene.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판은, 알루미늄, 구리, 또는 철 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the metal substrate may include at least one of aluminum, copper, or iron.

일 실시 예에 따르면, 상기 고방열 박막의 제조 방법은, 금속 기판을 준비하는 단계, 상기 금속 기판 상에 탄소 이온을 제공하여, 예비 탄소층을 형성하는 단계, 및 상기 금속 기판 및 상기 예비 탄소층을 열처리하여, 상기 금속 기판 상에 탄소층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 탄소층은 상기 예비 탄소층과 비교하여, 열 전도율이 높은 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of manufacturing a high heat radiation thin film may include preparing a metal substrate, providing carbon ions on the metal substrate to form a preliminary carbon layer, and the metal substrate and the preliminary carbon layer. Heat-treating to form a carbon layer on the metal substrate, wherein the carbon layer may include higher thermal conductivity than the preliminary carbon layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판의 종류에 따라서, 상기 열처리 온도가 제어될 수 있다. According to an embodiment, the heat treatment temperature may be controlled according to the type of the metal substrate.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판이 알루미늄을 포함하는 경우, 350℃ 초과 500℃ 미만에서 상기 열처리가 수행될 수 있다. According to an embodiment, when the metal substrate includes aluminum, the heat treatment may be performed at greater than 350 ° C. and less than 500 ° C.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판이 구리를 포함하는 경우, 500℃ 초과 900℃ 미만에서 상기 열처리가 수행될 수 있다. According to an embodiment, when the metal substrate includes copper, the heat treatment may be performed at more than 500 ° C. and less than 900 ° C.

일 실시 예에 따르면, 상기 열처리는 무산소 및 무수소 분위기에서 수행될 수 있다. According to one embodiment, the heat treatment may be performed in an oxygen-free and anhydrous atmosphere.

일 실시 예에 따르면, 상기 열처리에 의해, 상기 예비 탄소층 내의 탄소 원자들이 재배열되어, 상기 탄소층은 그래핀을 포함할 수 있다.According to one embodiment, by the heat treatment, the carbon atoms in the preliminary carbon layer is rearranged, the carbon layer may include graphene.

일 실시 예에 따르면, 상기 탄소층의 두께는, 2.5nm보다 두껍고 10nm보다 얇을 수 있다. According to an embodiment, the thickness of the carbon layer may be thicker than 2.5 nm and thinner than 10 nm.

본 발명의 실시 예에 따른 고방열 박막은, 금속 기판 상에 배치된 탄소층을 포함하되, 상기 탄소층은 2.5nm보다 두껍고 10nm보다 얇고, 그래핀을 포함할 수 있다. 이에 따라, 열전도율이 향상된 고방열 박막이 제공될 수 있다. High heat radiation thin film according to an embodiment of the present invention, including a carbon layer disposed on a metal substrate, the carbon layer is thicker than 2.5nm and thinner than 10nm, may include graphene. Accordingly, a high heat dissipation thin film having improved thermal conductivity may be provided.

또한, 상기 고방열 박막은, 상기 금속 기판 상에 탄소 이온을 제공하여 예비 탄소층을 형성하고, 상기 예비 탄소층을 열처리하는 단순한 공정으로 제조될 수 있다. 이에 따라, 제조 비용이 절감되고, 제조 공정이 간소화된 고방열 박막의 제조 방법이 제공될 수 있다. In addition, the high heat radiation thin film may be prepared by a simple process of providing a carbon ion on the metal substrate to form a preliminary carbon layer and heat treating the preliminary carbon layer. Accordingly, a manufacturing method of a high heat dissipation thin film can be provided in which a manufacturing cost is reduced and a manufacturing process is simplified.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고방열 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고방열 박막 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고방열 박막에 포함된 탄소층의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막, 비교 예 1-1, 및 비교 예 1-2에 따른 박막들의 열 전도율을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막의 열처리 온도에 따른 열 전도율을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 고방열 박막의 열 전도율을 측정한 그래프이다.1 is a view for explaining a method for manufacturing a high heat radiation thin film according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are cross-sectional views for explaining a high heat radiation thin film and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the structure of the carbon layer included in the high heat radiation thin film according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph measuring the thermal conductivity of the high heat-dissipating thin film according to Examples 1-1 to 1-3 of the present invention, Comparative Examples 1-1, and Comparative Examples 1-2.
Figure 6 is a graph measuring the thermal conductivity according to the heat treatment temperature of the high heat radiation thin film according to Examples 1-3 of the present invention.
7 is a graph measuring the thermal conductivity of the high heat radiation thin film according to Examples 2-1 to 2-6 of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art can fully convey.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is mentioned as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical contents.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as the first component in one embodiment may be referred to as the second component in other embodiments. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. In the specification, the singular encompasses the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, element, or combination thereof described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, configurations. It should not be understood to exclude the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고방열 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고방열 박막 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고방열 박막에 포함된 탄소층의 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a method of manufacturing a high heat radiation thin film according to an embodiment of the present invention, Figures 2 and 3 are cross-sectional views for explaining a high heat radiation thin film and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention, 4 is a view for explaining the structure of the carbon layer included in the high heat radiation thin film according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 금속 기판(110)이 준비된다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(110)은 알루미늄 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(110)은 구리 기판일 수 있다. 또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(110)은 철을 포함하는 기판일 수 있다. 1 to 4, a metal substrate 110 is prepared (S110). According to an embodiment, the metal substrate 110 may be an aluminum substrate. Alternatively, according to another embodiment, the metal substrate 110 may be a copper substrate. Alternatively, according to another embodiment, the metal substrate 110 may be a substrate containing iron.

상기 금속 기판(110) 상에 탄소 이온을 제공하여, 예비 탄소층(120)이 형성될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(110) 상에 상기 탄소 이온을 제공하는 단계는, 상기 금속 기판(110)을 챔버 내에 배치하는 단계, 및 상기 챔버 내의 탄소 소스에 에너지를 인가하여, 상기 탄소 소스로부터 상기 탄소 이온을 방출시키는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 챔버 내에 탄소 잉곳(carbon ingot)을 배치시키고 상기 탄소 잉곳에 열 또는 전기 에너지를 인가하여 상기 탄소 이온이 방출될 수 있다. 이 경우, 상기 챔버는 불활성 가스(예를 들어, 아르곤 가스) 분위기일 수 있고, 10~15mTorr 압력 조건을 가질 수 있다. By providing carbon ions on the metal substrate 110, the preliminary carbon layer 120 may be formed (S120). According to an embodiment, the providing of the carbon ions on the metal substrate 110 may include disposing the metal substrate 110 in a chamber, and applying energy to a carbon source in the chamber, thereby providing the carbon. Releasing the carbon ions from the source. Specifically, the carbon ions may be released by disposing a carbon ingot in a chamber and applying heat or electric energy to the carbon ingot. In this case, the chamber may be an inert gas (eg, argon gas) atmosphere, and may have a pressure of 10-15 mTorr.

상기 예비 탄소층(120)은 상기 탄소 이온들이 상기 금속 기판(110) 상에 증착되어 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 탄소층(120) 내의 탄소 원자들은 임의적으로(randomly) 배열된 상태일 수 있다. The preliminary carbon layer 120 may be formed by depositing the carbon ions on the metal substrate 110. According to one embodiment, the carbon atoms in the preliminary carbon layer 120 may be in a randomly arranged state.

일 실시 예에 따르면, 상기 탄소 이온들이 상기 금속 기판(110) 상에 용이하게 증착될 수 있도록, 상기 금속 기판(110)이 전처리(pretreatment)될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 금속 기판(110) 상에 페시베이션막(예를 들어, 산화막)이 형성될 수 있고, 상기 페시베이션막에 의해 상기 탄소 이온이 상기 금속 기판(110) 내부로 삽입되는 것이 감소될 수 있다. 이와 달리, 상기 금속 기판(110) 내부로 다수의 상기 탄소 이온들이 삽입되는 경우, 상기 금속 기판(110) 상에 상기 예비 탄소층(120)을 형성하는 것이 용이하지 않고, 이 경우, 후술되는 바와 같이 상기 예비 탄소층(120)의 열처리에 의해 그래핀을 갖는 탄소층(130)을 제조하는 것이 용이하지 않다.According to an embodiment, the metal substrate 110 may be pretreated so that the carbon ions may be easily deposited on the metal substrate 110. Specifically, for example, a passivation film (for example, an oxide film) may be formed on the metal substrate 110, and the carbon ions are inserted into the metal substrate 110 by the passivation film. Can be reduced. On the contrary, when a plurality of carbon ions are inserted into the metal substrate 110, it is not easy to form the preliminary carbon layer 120 on the metal substrate 110. As described above, it is not easy to manufacture the carbon layer 130 having graphene by heat treatment of the preliminary carbon layer 120.

상기 금속 기판(110) 및 상기 예비 탄소층(120)을 열처리하여, 상기 금속 기판(110) 상에 탄소층(130)이 형성될 수 있다(S130). 상기 열처리에 의해, 상기 예비 탄소층(120) 내의 상기 탄소 원자들이 임의적으로 배열된 상태에서 재배열될 수 있다. 이에 따라, 상기 탄소층(130)은 상기 예비 탄소층(120) 내의 상기 탄소 원자들이 재배열되어 형성된 그래핀을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 탄소층(130)은 상기 탄소 원자들이 재배열되어 도 4에 도시된 바와 같이, honeycomb structure를 가질 수 있다. The metal substrate 110 and the preliminary carbon layer 120 may be heat treated to form a carbon layer 130 on the metal substrate 110 (S130). By the heat treatment, the carbon atoms in the preliminary carbon layer 120 may be rearranged in a randomly arranged state. Accordingly, the carbon layer 130 may include graphene formed by rearranging the carbon atoms in the preliminary carbon layer 120. In other words, the carbon layer 130 may have a honeycomb structure as the carbon atoms are rearranged, as shown in FIG. 4.

일 실시 예에 따르면, 상기 탄소층(130) 전체가 그래핀일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 탄소층(130)의 적어도 일부는 그래핀이고, 나머지 일부는 탄소 원자들이 임의적으로 배열된 상태일 수 있다. 즉, 평면적 관점에서, 상기 탄소층(130)의 일부 영역이 그래핀이고, 나머지 일부 영역은 탄소 원자들이 임의적으로 배열된 상태일 수 있다. 또는, 단면적 관점에서, 상기 탄소층(130)의 일부 영역이 그래핀이고, 나머지 일부 영역은 탄소 원자들이 임의적으로 배열된 상태일 수 있다. According to one embodiment, the entire carbon layer 130 may be graphene. Alternatively, according to another embodiment, at least a part of the carbon layer 130 may be graphene, and the other part may be in a state in which carbon atoms are arbitrarily arranged. That is, in a plan view, some regions of the carbon layer 130 may be graphene, and other regions may be in a state in which carbon atoms are arbitrarily arranged. Alternatively, in view of the cross-sectional area, some regions of the carbon layer 130 may be graphene, and other regions may be in a state in which carbon atoms are arbitrarily arranged.

이에 따라, 상기 탄소층(130)은 상기 예비 탄소층(120)과 비교하여, 높은 열 전도율을 가질 수 있다. 구체적으로, 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(110) 및 상기 탄소층(130)을 포함하는 고방열 박막의 열 전도도는 약 380W/mk 이상일 수 있다. Accordingly, the carbon layer 130 may have a high thermal conductivity as compared with the preliminary carbon layer 120. Specifically, according to an embodiment, the thermal conductivity of the high heat radiation thin film including the metal substrate 110 and the carbon layer 130 may be about 380 W / mk or more.

상기 탄소층(130)의 두께가 2.5nm 이하이거나, 또는 10nm 이상인 경우와 비교하여, 상기 탄소층(130)의 두께가 2.5nm보다 두껍고 10nm보다 얇은 경우, 상기 금속 기판(110) 및 상기 탄소층(130)을 포함하는 박막의 열 전도율이 현저하게 높을 수 있다. 이에 따라, 일 실시 예에 따르면, 상기 탄소층(130)의 두께는 2.5nm보다 두껍고 10nm보다 얇을 수 있다. Compared to the case where the thickness of the carbon layer 130 is 2.5 nm or less or 10 nm or more, when the thickness of the carbon layer 130 is thicker than 2.5 nm and thinner than 10 nm, the metal substrate 110 and the carbon layer The thermal conductivity of the thin film including 130 may be significantly high. Accordingly, according to one embodiment, the thickness of the carbon layer 130 may be thicker than 2.5nm and thinner than 10nm.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(110)의 종류에 따라서, 상기 열처리 온도가 제어될 수 있고, 이에 따라 상기 금속 기판(110) 및 상기 탄소층(130)을 포함하는 박막의 열 전도율이 제어될 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 상기 금속 기판(110)이 알루미늄을 포함하는 경우, 상기 열처리가 350℃ 이하 또는 500℃ 이상에 수행되는 경우 열 전도율이 저하될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 기판(110)이 알루미늄을 포함하는 경우, 350℃ 초과 500℃ 미만에서 상기 열처리가 수행될 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 상기 금속 기판(110)이 구리를 포함하는 경우, 상기 열처리가 500℃ 이하 또는 900℃ 이상에 수행되는 경우 열 전도율이 저하될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 기판(110)이 구리를 포함하는 경우, 500℃ 초과 900℃ 미만에서 상기 열처리가 수행될 수 있다. In addition, according to an embodiment, according to the type of the metal substrate 110, the heat treatment temperature can be controlled, accordingly the thermal conductivity of the thin film including the metal substrate 110 and the carbon layer 130 This can be controlled. Specifically, for example, when the metal substrate 110 includes aluminum, thermal conductivity may be lowered when the heat treatment is performed at 350 ° C. or lower or 500 ° C. or higher. Accordingly, when the metal substrate 110 includes aluminum, the heat treatment may be performed at greater than 350 ° C. and less than 500 ° C. Alternatively, for example, when the metal substrate 110 includes copper, thermal conductivity may decrease when the heat treatment is performed at 500 ° C. or lower or 900 ° C. or higher. Accordingly, when the metal substrate 110 includes copper, the heat treatment may be performed at greater than 500 ° C. and less than 900 ° C.

만약, 상기 열처리가 산소를 포함하는 분위기 또는 수소를 포함하는 분위기에서 수행되는 경우, 상기 예비 탄소층(120)에 포함된 탄소들이 산소 및 수소와 반응하여, CO2 및 CH3 가스가 생성되고, 이에 따라, 상기 예비 탄소층(120)으로부터 상기 탄소층(130)을 제조하는 것이 용이하지 않다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 열처리는 무산소 및 무수소 분위기에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 질소 가스 분위기 또는 불활성 가스(예를 들어, 아르곤) 분위기에서 상기 열처리가 수행될 수 있다. If the heat treatment is performed in an atmosphere containing oxygen or an atmosphere containing hydrogen, carbons included in the preliminary carbon layer 120 react with oxygen and hydrogen to generate CO 2 and CH 3 gases. Accordingly, it is not easy to manufacture the carbon layer 130 from the preliminary carbon layer 120. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed in an oxygen-free and anhydrous atmosphere. Specifically, the heat treatment may be performed in a nitrogen gas atmosphere or an inert gas (eg, argon) atmosphere.

상기 열처리는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 열처리는 furnace를 이용하여 수행될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 열처리는 줄 히팅(joule heating) 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 예비 탄소층(120) 상에 복수의 전극을 접촉시키고, 상기 복수의 전극을 통해 전류를 인가하는 방법으로 상기 열처리가 수행될 수 있다. 이 경우, 복수의 전극들 사이에 전류의 경로(path)가 형성될 수 있고, 상기 전류의 경로에 인접한 상기 예비 탄소층(120)의 일부 영역들 또는 상기 예비 탄소층(120) 전체가 상기 탄소층(120, 그래핀)으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 기판(110)에 열에 의한 손상을 최소화시키면서, 상기 예비 탄소층(120)에 국부적으로 고온의 열을 인가하여, 상기 탄소층(120)을 용이하게 형성할 수 있다. The heat treatment may be performed in various ways. According to one embodiment, the heat treatment may be performed using a furnace. Alternatively, according to another embodiment, the heat treatment may be performed by a joule heating method. Specifically, the heat treatment may be performed by contacting a plurality of electrodes on the preliminary carbon layer 120 and applying a current through the plurality of electrodes. In this case, a path of a current may be formed between the plurality of electrodes, and some regions of the preliminary carbon layer 120 adjacent to the current path or the entire preliminary carbon layer 120 may be formed of the carbon. Layer 120 (graphene). Accordingly, the carbon layer 120 may be easily formed by locally applying high temperature heat to the preliminary carbon layer 120 while minimizing heat damage to the metal substrate 110.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 금속 기판(110) 상에 상기 탄소 이온을 제공하여 상기 예비 탄소층(120)을 형성하고, 상기 예비 탄소층(120)을 열처리하여 그래핀을 포함하는 상기 탄소층(130)이 상기 금속 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 탄소층(130) 내의 그래핀에 의해 열전도율이 향상될 수 있고, 이에 따라, 상기 금속 기판(110) 및 상기 탄소층(130)을 포함하는 고방열 박막이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the carbon ions are provided on the metal substrate 110 to form the preliminary carbon layer 120, and the preliminary carbon layer 120 is thermally treated to include carbon. A layer 130 may be formed on the metal substrate 110. Accordingly, thermal conductivity may be improved by graphene in the carbon layer 130, and thus, a high heat radiation thin film including the metal substrate 110 and the carbon layer 130 may be provided.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 금속 기판(110)에 상기 탄소 이온을 제공하고 열처리를 수행하는 간소한 공정으로 고방열 박막이 제조될 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, as described above, a high heat radiation thin film may be manufactured by a simple process of providing the carbon ions to the metal substrate 110 and performing heat treatment.

이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 고방열 박막 및 그 제조 방법의 구체적인 실험 예 및 그 결과가 설명된다. Hereinafter, specific experimental examples and results of the high heat dissipating thin film and the method of manufacturing the same according to the exemplary embodiments of the present invention described above will be described.

실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막 제조Preparation of high heat radiation thin film according to Examples 1-1 to 1-3

금속 기판으로 30㎛의 알루미늄 기판을 준비했다. 알루미늄 기판 상에 탄소 이온을 제공하여, 예비 탄소층을 형성하고, 400℃에서 열처리 공정을 수행하였다. 구체적으로 15℃/분으로 온도를 상승시키면서, 30분 동안 열처리 공정을 수행하였다. 본 발명의 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따라서, 알루미늄 기판 상에 2.5nm의 탄소층, 5nm의 탄소층, 및 10nm의 탄소층이 형성된 고방열 박막을 제조하였다. A 30-micrometer aluminum substrate was prepared as a metal substrate. Carbon ions were provided on the aluminum substrate to form a preliminary carbon layer, and a heat treatment process was performed at 400 ° C. Specifically, the heat treatment process was performed for 30 minutes while increasing the temperature to 15 ℃ / min. According to Examples 1-1 to 1-3 of the present invention, a high heat-dissipating thin film having a carbon layer of 2.5 nm, a carbon layer of 5 nm, and a carbon layer of 10 nm was formed on an aluminum substrate.

비교 예 1-1에 따른 박막Thin film according to comparative example 1-1

상술된 본 발명의 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막에 대한 비교 예로, 30㎛의 알루미늄 기판을 준비하였다. As a comparative example for the high heat radiation thin film according to Examples 1-1 to 1-3 of the present invention described above, an aluminum substrate having a thickness of 30 μm was prepared.

비교 예 1-2에 따른 박막Thin film according to Comparative Example 1-2

상술된 본 발명의 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막에 대한 비교 예로, 30㎛의 알루미늄 기판을 준비하고, 알루미늄 기판 상에 상술된 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 방법와 동일하게 탄소 이온을 제공하여 5nm 두께의 예비 탄소층을 형성하였다. 이후, 상술된 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 방법과 달리 열처리 공정을 수행하지 않았다.As a comparative example for the high heat dissipation thin film according to Examples 1-1 to 1-3 of the present invention described above, an aluminum substrate having a thickness of 30 μm is prepared, and Examples 1-1 to 1 described above on the aluminum substrate. Carbon ions were provided in the same manner as in the method according to -3 to form a 5 nm thick preliminary carbon layer. Thereafter, unlike the method according to Examples 1-1 to 1-3, the heat treatment process was not performed.

상술된 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막, 비교 예 1-1, 및 비교 예 1-2에 따른 박막은 아래의 [표 1]과 같이 정리될 수 있다. The high heat dissipation thin film according to the above-described Examples 1-1 to 1-3, Comparative Example 1-1, and the thin film according to Comparative Example 1-2 may be arranged as shown in Table 1 below.

구분division 금속 기판Metal substrate 탄소층의 두께Thickness of carbon layer 열처리 온도Heat treatment temperature 열전도율Thermal conductivity 실시 예 1-1Example 1-1 AlAl 2.5nm2.5nm 400℃400 ℃ 339 W/mK339 W / mK 실시 예 1-2Example 1-2 5nm5 nm 400℃400 ℃ 384 W/mK384 W / mK 실시 예 1-3Example 1-3 10nm10 nm 400℃400 ℃ 297 W/mK297 W / mK 비교 예 1-1Comparative Example 1-1 -- -- 221 W/mK221 W / mK 비교 예 1-2Comparative Example 1-2 5nm5 nm -- 236 W/mK236 W / mK

실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 According to Examples 1-1 to 1-3 고방열High heat dissipation 박막, 비교 예 1-1 및 비교 예 1-2에 따른 박막의 열전도율 측정 Measurement of thermal conductivity of a thin film, the thin film according to Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2

도 5는 본 발명의 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막, 비교 예 1-1, 및 비교 예 1-2에 따른 박막들의 열 전도율을 측정한 그래프이다.5 is a graph measuring the thermal conductivity of the high heat radiation thin film according to Examples 1-1 to 1-3 of the present invention, Comparative Example 1-1, and Comparative Examples 1-2.

도 5를 참조하면, 상술된 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막, 비교 예 1-1, 및 비교 예 1-2에 따른 박막들의 열 전도율을 측정하였다. 구체적으로 NETZSH사의 LFA 장비를 이용하여, 상술된 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막, 비교 예 1-1, 및 비교 예 1-2에 따른 박막들의 열 전도율을 측정하였다. 측정 결과는 아래의 [표 2] 및 도 5와 같이 정리된다. Referring to FIG. 5, the thermal conductivity of the high heat dissipating thin films according to Examples 1-1 to 1-3, Comparative Examples 1-1, and Comparative Examples 1-2 were measured. Specifically, using the LFA equipment of NETZSH company, the thermal conductivity of the high heat-resistant thin film according to the above-described Examples 1-1 to 1-3, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-2 was measured . The measurement results are summarized as shown in Table 2 below and FIG. 5.

구분division 탄소층의 두께Thickness of carbon layer 열전도율Thermal conductivity 실시 예 1-1Example 1-1 2.5nm2.5nm 339 W/mK339 W / mK 실시 예 1-2Example 1-2 5nm5 nm 384 W/mK384 W / mK 실시 예 1-3Example 1-3 10nm10 nm 297 W/mK297 W / mK 비교 예 1-1Comparative Example 1-1 -- 221 W/mK221 W / mK 비교 예 1-2Comparative Example 1-2 5nm5 nm 236 W/mK236 W / mK

도 5 및 [표 2]에서 알 수 있듯이, 탄소층이 형성되지 않은 비교 예 1-1에 따른 알루미늄 박막과 비교하여, 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막의 열 전도율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Figure 5 and Table 2, the thermal conductivity of the high heat-radiating thin film according to Examples 1-1 to 1-3 compared with the aluminum thin film according to Comparative Example 1-1 in which no carbon layer is formed. It can be seen that this is significantly high.

또한, 예비 탄소층을 알루미늄 기판 상에 형성한 후, 열처리 공정을 수행하지 않은 비교 예 1-2에 따른 박막의 경우, 예비 탄소층 및 탄소층이 형성되지 않은 비교 예 1-1에 따른 알루미늄 박막과 비교하여, 열 전도율이 다소 높은 것으로 측정되었으나, 열처리 공정을 수행하여 탄소층이 형성된 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막과 비교하여, 열 전도율이 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다. In addition, in the case of the thin film according to Comparative Example 1-2 after the preliminary carbon layer was formed on the aluminum substrate and not subjected to the heat treatment process, the aluminum thin film according to Comparative Example 1-1 in which the preliminary carbon layer and the carbon layer were not formed Compared with, the thermal conductivity was measured to be somewhat high, but compared with the high heat radiation thin film according to Examples 1-1 to 1-3 where the carbon layer was formed by performing the heat treatment, it was confirmed that the thermal conductivity was significantly lower. Can be.

결론적으로, 알루미늄 기판 상에 탄소 이온을 제공하여 예비 탄소층을 형성하고, 열처리 공정을 수행하는 것이, 박막의 열전도성을 향상시키는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다. In conclusion, it may be confirmed that forming a preliminary carbon layer by providing carbon ions on the aluminum substrate and performing a heat treatment process is an efficient method of improving the thermal conductivity of the thin film.

또한, 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-3을 비교하면, 탄소층의 두께에 따라서 열 전도율이 제어되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 실시 예 1-1에 따라서 탄소층의 두께가 2.5nm인 경우, 및 실시 예 1-3에 따라서 탄소층의 두께가 10nm인 경우와 비교하여, 실시 예 1-2에 따라서 탄소층의 두께가 5nm인 경우, 열 전도율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 실시 예 1-2에 따른 고방열 박막의 경우, 실시 예 1-1에 따른 고방열 박막과 비교하여 열 전도율이 약 13% 이상 높고, 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막과 비교하여 열 전도율이 약 29% 이상 높은 것을 확인할 수 있다. In addition, when comparing Examples 1-1 to 1-3, it can be seen that the thermal conductivity is controlled according to the thickness of the carbon layer. Specifically, compared to the case where the thickness of the carbon layer is 2.5 nm according to Example 1-1 and the case where the thickness of the carbon layer is 10 nm according to Example 1-3, When the thickness is 5nm, it can be seen that the thermal conductivity is remarkably high. Specifically, in the case of the high heat dissipation thin film according to Example 1-2, the thermal conductivity is about 13% or more higher than that of the high heat dissipation thin film according to Example 1-1, and compared with the high heat dissipation thin film according to Examples 1-3. It can be seen that the thermal conductivity is about 29% or more high.

결론적으로, 금속 기판 상에 형성되는 탄소층의 두께를 2.5nm 초과 10nm 미만으로 제어하는 것이, 박막의 열 전도성을 향상시키는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다. In conclusion, it can be seen that controlling the thickness of the carbon layer formed on the metal substrate to more than 2.5 nm and less than 10 nm is an efficient method of improving the thermal conductivity of the thin film.

열처리 온도에 따른 열 전도율 측정Thermal conductivity measurement according to heat treatment temperature

도 6은 본 발명의 실시 예 1-3에 따른 고방열 박막의 열처리 온도에 따른 열 전도율을 측정한 그래프이다. Figure 6 is a graph measuring the thermal conductivity according to the heat treatment temperature of the high heat radiation thin film according to Examples 1-3 of the present invention.

도 6을 참조하면, 상술된 실시 예 1-3에 따라서 알루미늄 기판 상에 10nm두께의 탄소층을 형성하되, 열처리 온도를 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 및 600℃로 제어하였다. 열처리 온도가 다른 고방열 박막의 열 전도율을 NETZSH사의 LFA 장비를 이용하여, 측정하였다. 측정 결과는 아래의 [표 3] 및 도 6과 같이 정리된다. Referring to FIG. 6, a 10 nm thick carbon layer is formed on an aluminum substrate according to Examples 1-3 described above, and the heat treatment temperature is 300 ° C., 350 ° C., 400 ° C., 450 ° C., 500 ° C., and 600 ° C. Controlled. The thermal conductivity of the high heat dissipation thin film having different heat treatment temperatures was measured by using NETZSH's LFA equipment. The measurement results are summarized as shown in Table 3 below and FIG. 6.

구분division 금속 기판Metal substrate 탄소층의 두께Thickness of carbon layer 열처리 온도Heat treatment temperature 열전도율Thermal conductivity 실시 예 1-3Example 1-3 AlAl 10nm10 nm 300℃300 ℃ 245 W/mK245 W / mK 350℃350 ℃ 256 W/mK256 W / mK 400℃400 ℃ 297 W/mK297 W / mK 450℃450 ℃ 290 W/mK290 W / mK 500℃500 ℃ 241 W/mK241 W / mK 600℃600 ℃ 203 W/mK203 W / mK

도 6 및 [표 3]에서 알 수 있듯이, 열처리 온도에 따라서, 열 전도율이 제어되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 열처리 온도가 300~350℃인 경우, 및 열처리 온도가 500~600℃인 경우와 비교하여, 열처리 온도가 350℃ 초과 500℃ 미만인 경우, 열 전도율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 열처리 온도가 400℃인 경우 열 전도율이 297W/mK로 가장 높은 것으로 측정되었으며, 열처리 온도가 300℃인 경우와 비교하여 약 21%, 열처리 온도가 350℃인 경우와 비교하여 약 16%, 열처리 온도가 500℃인 경우와 비교하여 약 23%, 열처리 온도가 600℃인 경우와 비교하여 약 46% 높은 것으로 측정되었다. As can be seen in Figure 6 and Table 3, it can be seen that the thermal conductivity is controlled according to the heat treatment temperature. Specifically, compared with the case where the heat treatment temperature is 300 ~ 350 ℃, and when the heat treatment temperature is 500 ~ 600 ℃, it can be confirmed that the thermal conductivity is significantly high when the heat treatment temperature is more than 350 ℃ less than 500 ℃. Specifically, the heat conductivity was measured as the highest thermal conductivity of 297W / mK when the heat treatment temperature is 400 ℃, about 21% compared to the case when the heat treatment temperature is 300 ℃, about 16% compared to the case of 350 ℃ heat treatment temperature The heat treatment temperature was measured to be about 23% higher than the case where the heat treatment temperature was 500 ° C and about 46% higher than the case where the heat treatment temperature was 600 ° C.

결론적으로, 알루미늄 기판 상에 예비 탄소층을 형성한 후, 탄소층을 제조하기 위한 열처리 공정의 온도를 350℃ 초과 500℃ 미만으로 조절하는 것이, 박막의 열 전도성을 향상시키는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다. In conclusion, after forming the preliminary carbon layer on the aluminum substrate, it can be seen that adjusting the temperature of the heat treatment process for producing the carbon layer to more than 350 ℃ to less than 500 ℃, an efficient way to improve the thermal conductivity of the thin film. have.

실시 예 2-1 내지 실시 예 1-6에 따른 According to Examples 2-1 to 1-6 고방열High heat dissipation 박막 제조 Thin film manufacturing

금속 기판으로 35㎛의 구리 기판을 준비했다. 구리 기판 상에 탄소 이온을 제공하여, 예비 탄소층을 형성하고, 온도를 달리하면서, 열처리 공정을 수행하였다. 구체적으로, 15℃/분으로 온도를 상승시키면서, 30분 동안, 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 800℃, 및 900℃ 에서, 열처리 공정을 수행하여, 본 발명의 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따라서, 구리 기판 상에 5nm의 탄소층이 형성된 고방열 박막을 제조하였다. A 35 micrometers copper substrate was prepared as a metal substrate. By providing carbon ions on the copper substrate, a preliminary carbon layer was formed, and a heat treatment process was performed while varying the temperature. Specifically, while raising the temperature to 15 ℃ / min, for 30 minutes at 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 800 ℃, and 900 ℃, by performing a heat treatment process, Example 2- of the present invention According to Examples 1 to 6, a high heat radiation thin film having a 5 nm carbon layer formed on a copper substrate was prepared.

비교 예 2-1에 따른 박막Thin film according to Comparative Example 2-1

상술된 본 발명의 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 고방열 박막에 대한 비교 예로, 35㎛의 구리 기판을 준비하였다. As a comparative example for the high heat dissipation thin film according to Examples 2-1 to 2-6 of the present invention described above, a copper substrate having a thickness of 35 μm was prepared.

비교 예 2-2에 따른 박막Thin film according to Comparative Example 2-2

상술된 본 발명의 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 고방열 박막에 대한 비교 예로, 35㎛의 구리 기판을 준비하고, 구리 기판 상에 상술된 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 방법와 동일하게 탄소 이온을 제공하여 5nm 두께의 예비 탄소층을 형성하였다. 이후, 상술된 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 방법과 달리 열처리 공정을 수행하지 않았다.As a comparative example for the high heat dissipation thin film according to Examples 2-1 to 2-6 of the present invention described above, a copper substrate having a thickness of 35 μm is prepared, and Examples 2-1 to 2 described above on the copper substrate As in the method according to -6, carbon ions were provided to form a 5 nm thick preliminary carbon layer. Thereafter, unlike the method according to Examples 2-1 to 2-6, the heat treatment was not performed.

상술된 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 고방열 박막, 비교 예 2-1, 및 비교 예 2-2에 따른 박막은 아래의 [표 4]과 같이 정리될 수 있다. The high heat dissipation thin film according to the above-described Examples 2-1 to 2-6, the Comparative Example 2-1, and the thin film according to Comparative Example 2-2 may be arranged as shown in Table 4 below.

구분division 금속 기판Metal substrate 탄소층의 두께Thickness of carbon layer 열처리 온도Heat treatment temperature 실시 예 2-1Example 2-1 CuCu 5nm5 nm 400℃400 ℃ 실시 예 2-2Example 2-2 500℃500 ℃ 실시 예 2-3Example 2-3 600℃600 ℃ 실시 예 2-4Example 2-4 700℃700 ℃ 실시 예 2-5Example 2-5 800℃800 ℃ 실시 예 2-6Example 2-6 900℃900 ℃ 비교 예 2-1Comparative Example 2-1 -- -- 비교 예 2-2Comparative Example 2-2 5nm5 nm --

실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 According to Examples 2-1 to 2-6 고방열High heat dissipation 박막, 비교 예 2-1 및 비교 예 2-2에 따른 박막의 열전도율 측정 Measurement of thermal conductivity of a thin film, the thin film according to Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2

도 7은 본 발명의 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 고방열 박막의 열 전도율을 측정한 그래프이다.7 is a graph measuring the thermal conductivity of the high heat radiation thin film according to Examples 2-1 to 2-6 of the present invention.

도 7을 참조하면, 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 고방열 박막의 열 전도율, 및 비교 예 2-1 및 비교 예 2-2에 따른 박막들의 열 전도율을 NETZSH사의 LFA 장비를 이용하여 측정하였다. 측정 결과는 아래의 [표 5] 및 도 7와 같이 정리된다.Referring to FIG. 7, the thermal conductivity of the high heat dissipation thin film according to Examples 2-1 to 2-6, and the thermal conductivity of the thin films according to Comparative Examples 2-1 and 2-2 were measured using NETFASH's LFA equipment. It measured using. The measurement results are summarized as shown in Table 5 below and FIG. 7.

구분division 열처리 온도Heat treatment temperature 열전도율Thermal conductivity 실시 예 2-1Example 2-1 400℃400 ℃ 327 W/mK327 W / mK 실시 예 2-2Example 2-2 500℃500 ℃ 339 W/mK339 W / mK 실시 예 2-3Example 2-3 600℃600 ℃ 409 W/mK409 W / mK 실시 예 2-4Example 2-4 700℃700 ℃ 435 W/mK435 W / mK 실시 예 2-5Example 2-5 800℃800 ℃ 460 W/mK460 W / mK 실시 예 2-6Example 2-6 900℃900 ℃ 384 W/mK384 W / mK 비교 예 2-1Comparative Example 2-1 -- 298 W/mK298 W / mK 비교 예 2-2Comparative Example 2-2 -- 313 W/mK313 W / mK

도 7 및 [표 5]에서 알 수 있듯이, 탄소층이 형성되지 않은 비교 예 2-1에 따른 구리 박막과 비교하여, 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 고방열 박막의 열 전도율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Figure 7 and Table 5, compared with the copper thin film according to Comparative Example 2-1 in which no carbon layer is formed, the thermal conductivity of the high heat radiation thin film according to Examples 2-1 to 2-6 It is confirmed that this is remarkably high.

또한, 예비 탄소층을 구리 기판 상에 형성한 후, 열처리 공정을 수행하지 않은 비교 예 2-2에 따른 박막의 경우, 예비 탄소층 및 탄소층이 형성되지 않은 비교 예 2-1에 따른 구리 박막과 비교하여, 열 전도율이 다소 높은 것으로 측정되었으나, 열처리 공정을 수행하여 탄소층이 형성된 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6에 따른 고방열 박막과 비교하여, 열 전도율이 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다. In addition, in the case of the thin film according to Comparative Example 2-2 in which the preliminary carbon layer was formed on the copper substrate and not subjected to the heat treatment process, the copper thin film according to Comparative Example 2-1 in which the preliminary carbon layer and the carbon layer were not formed Compared with, the thermal conductivity was measured to be somewhat high, but compared with the high heat radiation thin film according to Examples 2-1 to 2-6 where the carbon layer was formed by performing a heat treatment process, it was confirmed that the thermal conductivity was significantly lower. Can be.

결론적으로, 구리 기판 상에 탄소 이온을 제공하여 예비 탄소층을 형성하고, 열처리 공정을 수행하는 것이, 박막의 열전도성을 향상시키는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다. In conclusion, it may be confirmed that forming a preliminary carbon layer by providing carbon ions on the copper substrate and performing a heat treatment process is an efficient method of improving the thermal conductivity of the thin film.

또한, 열처리 온도에 따라서, 열 전도율이 제어되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 열처리 온도가 400~500℃인 경우, 및 열처리 온도가 900℃인 경우와 비교하여, 열처리 온도가 500℃ 초과 900℃ 미만인 경우, 열 전도율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 열처리 온도가 800℃인 경우 열 전도율이 460W/mK로 가장 높은 것으로 측정되었으며, 열처리 온도가 400℃인 경우와 비교하여 약 41%, 열처리 온도가 500℃인 경우와 비교하여 약 36%, 열처리 온도가 900℃인 경우와 비교하여 약 20% 높은 것으로 측정되었다. In addition, it can be confirmed that the thermal conductivity is controlled according to the heat treatment temperature. Specifically, when the heat treatment temperature is 400 ~ 500 ℃, and compared with the case where the heat treatment temperature is 900 ℃, it can be confirmed that the thermal conductivity is significantly high when the heat treatment temperature is more than 500 ℃ less than 900 ℃. Specifically, the heat conductivity was measured as the highest thermal conductivity of 460W / mK at 800 ℃, about 41% compared with the 400 ℃ heat treatment, about 36% compared to the 500 ℃ heat treatment temperature The heat treatment temperature was about 20% higher than that at 900 ° C.

결론적으로, 구리 기판 상에 예비 탄소층을 형성한 후, 탄소층을 제조하기 위한 열처리 공정의 온도를 500℃ 초과 900℃ 미만으로 조절하는 것이, 박막의 열 전도성을 향상시키는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다. In conclusion, after forming the preliminary carbon layer on the copper substrate, it can be seen that controlling the temperature of the heat treatment process for producing the carbon layer to more than 500 ℃ to less than 900 ℃ is an efficient way to improve the thermal conductivity of the thin film. have.

또한, 도 6, [표 3], 도 7, [표 5]를 참조하면, 사용되는 금속 기판의 종류에 따라서, 열 전도율이 최대값을 갖는 열처리 온도 범위가 상이한 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 금속 기판의 종류에 따라서, 열처리 온도를 제어하는 것이, 열 전도율을 향상시키는 효과적인 방법인 것을 확인할 수 있다. 6, Table 3, 7, and Table 5, it can be seen that the heat treatment temperature range in which the thermal conductivity has a maximum value differs depending on the type of metal substrate used. In other words, it can be confirmed that controlling the heat treatment temperature according to the type of metal substrate is an effective method of improving the thermal conductivity.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, Comprising: It should be interpreted by the attached Claim. In addition, those of ordinary skill in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

110: 금속 기판
120: 예비 탄소층
130: 탄소층110: metal substrate
120: preliminary carbon layer
130: carbon layer

Claims (10)

금속 기판; 및
상기 금속 기판 상에 배치되고, 2.5nm보다 두껍고 10nm보다 얇은 탄소층을 포함하는 고방열 박막.
Metal substrates; And
A high heat dissipation thin film disposed on the metal substrate and comprising a carbon layer thicker than 2.5 nm and thinner than 10 nm.
제1 항에 있어서,
상기 탄소층은 그래핀을 포함하는 고방열 박막.
According to claim 1,
The carbon layer is a high heat radiation thin film containing graphene.
제1 항에 있어서,
상기 금속 기판은, 알루미늄, 구리, 또는 철 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 고방열 박막.
According to claim 1,
The metal substrate is a high heat radiation thin film containing at least any one of aluminum, copper, or iron.
금속 기판을 준비하는 단계;
상기 금속 기판 상에 탄소 이온을 제공하여, 예비 탄소층을 형성하는 단계; 및
상기 금속 기판 및 상기 예비 탄소층을 열처리하여, 상기 금속 기판 상에 탄소층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 탄소층은 상기 예비 탄소층과 비교하여, 열 전도율이 높은 것을 포함하는 고방열 박막의 제조 방법.
Preparing a metal substrate;
Providing carbon ions on the metal substrate to form a preliminary carbon layer; And
Heat treating the metal substrate and the preliminary carbon layer to form a carbon layer on the metal substrate,
The carbon layer has a higher thermal conductivity than the preliminary carbon layer.
제4 항에 있어서,
상기 금속 기판의 종류에 따라서, 상기 열처리 온도가 제어되는 것을 포함하는 고방열 박막의 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
The method of manufacturing a high heat dissipation thin film comprising controlling the heat treatment temperature according to a type of the metal substrate.
제5 항에 있어서,
상기 금속 기판이 알루미늄을 포함하는 경우, 350℃ 초과 500℃ 미만에서 상기 열처리가 수행되는 것을 포함하는 고방열 박막의 제조 방법.
The method of claim 5,
If the metal substrate comprises aluminum, the method of producing a high heat radiation thin film comprising the heat treatment is carried out at more than 350 ℃ less than 500 ℃.
제5 항에 있어서,
상기 금속 기판이 구리를 포함하는 경우, 500℃ 초과 900℃ 미만에서 상기 열처리가 수행되는 것을 포함하는 고방열 박막의 제조 방법.
The method of claim 5,
If the metal substrate comprises copper, the method of producing a high heat radiation thin film comprising the heat treatment is carried out at more than 500 ℃ less than 900 ℃.
제4 항에 있어서,
상기 열처리는 무산소 및 무수소 분위기에서 수행되는 것을 포함하는 고방열 박막의 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
The heat treatment is a method of manufacturing a high heat radiation thin film comprising the one carried out in an oxygen-free and anhydrous atmosphere.
제4 항에 있어서,
상기 열처리에 의해, 상기 예비 탄소층 내의 탄소 원자들이 재배열되어, 상기 탄소층은 그래핀을 포함하는 고방열 박막의 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
By the heat treatment, carbon atoms in the preliminary carbon layer are rearranged, and the carbon layer includes graphene.
제4 항에 있어서,
상기 탄소층의 두께는, 2.5nm보다 두껍고 10nm보다 얇은 것을 포함하는 고방열 박막의 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
The thickness of the carbon layer is a method of producing a high heat-dissipating thin film comprising a thicker than 2.5nm and thinner than 10nm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110016287A (en) * 2009-08-11 2011-02-17 고양미 Coating method with colloidal graphine oxides
KR20110089501A (en) * 2010-02-01 2011-08-09 한국과학기술원 Method for growing graphene layer
KR20160125560A (en) * 2015-04-21 2016-11-01 한국교통대학교산학협력단 Heat-spreading adhesive tape and method of the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110016287A (en) * 2009-08-11 2011-02-17 고양미 Coating method with colloidal graphine oxides
KR20110089501A (en) * 2010-02-01 2011-08-09 한국과학기술원 Method for growing graphene layer
KR20160125560A (en) * 2015-04-21 2016-11-01 한국교통대학교산학협력단 Heat-spreading adhesive tape and method of the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230007083A (en) * 2021-07-05 2023-01-12 주식회사 솔루에타 PCB film having a graphitic layer and method for manufacturing the same

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