KR20210037095A

KR20210037095A - 방열 입자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20210037095A
Application number: KR1020190119289A
Authority: KR
Inventors: 조봉현
Original assignee: (주)제이비에이치
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-06
Also published as: WO2021060725A1

Abstract

본 발명은 방열판용 방열 입자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 탄소계 분말의 표면상에 구리 등의 금속층이 형성된 방열 입자가 제조될 수 있도록 구성함으로써, 제조된 방열 입자들을 압축 성형한 후 소결하여 경량화와 열전도도가 향상된 방열판을 제조할 수 있도록 하는 방열 입자 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명인 방열 입자 제조 방법을 이루는 구성수단은, 방열판용 방열 입자 제조 방법에 있어서, 탄소계 분말을 세정하여 표면 조정을 수행하는 세정 단계; 상기 탄소계 분말의 표면상에 촉매제인 복합이온 콜로이드로 촉매 금속 씨드층을 형성하는 씨드층 형성 단계; 상기 촉매 금속 씨드층의 표면상에 무전해도금법으로 금속층을 형성하는 금속층 형성 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

방열 입자 및 그 제조 방법{HEAT RADIATING PARTICLES AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 방열판용 방열 입자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 탄소계 분말의 표면상에 구리 등의 금속층이 형성된 방열 입자가 제조될 수 있도록 구성함으로써, 제조된 방열 입자들을 압축 성형한 후 소결하여 경량화와 열전도도가 향상된 방열판을 제조할 수 있도록 하는 방열 입자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

컴퓨터, 노트북, 태블릿 PC, 휴대 전화기, 디스플레이 패널 등 각종 전자 제품에 포함된 집적회로나 발광소자 구동시 많은 열이 발생한다. 이러한 열은 적절한 방열수단에 의하여 외부로 방출되어야 한다. 그렇지 않을 경우, 과도한 온도 상승에 의해 전자 제품의 신뢰성 저하와 내구성 저하를 가져올 수 있다.

방열소재로는 열 전도성이 우수한 금속이나 흑연이 이용되고 있다. 이들 방열소재 중 흑연의 경우, 경량화, 제조 비용 절감 등의 이유에서 최근 많은 제품의 방열 수단으로 적용되고 있다. 일반적으로 흑연 방열재의 경우, 박리된 천연 흑연이 그대로 압축 성형되어 제조되며, 시트 또는 가스켓의 형태를 갖는다.

한편, 압축 성형된 천연 흑연은 이방성 배열을 갖게 된다. 이에 따라, 방열재의 면 방향에서는 열전도도가 매우 높으나, 방열재의 두께 방향으로는 열전도도가 그다지 높지 못한 문제점이 있다.

또한, 유연성을 가지는 수지에 알루미나 또는 실리카 등의 열전도성 필러(filler)를 배합시켜 얻어진 수지 조성물을 경화시켜 시트 상으로 성형시킨 방열 시트는 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등의 전기 제품에 내장되는 전자부품 등의 발열체 및 히트 싱크(heat sink), 방열 핀, 금속 방열판 등의 방열체 사이에 끼워져, 전자부품 등에 의해 발생하는 열을 방열하는 용도로 사용되고 있다.

최근에는 전자부품의 집적화로 인해 열 집적 현상이 더욱 심해지고 있으며, 이에 따라 상기 열 집적 현상에 의한 전자부품의 기능 장애를 방지하기 위하여 고방열 재료에 대한 관심이 고조되고 있다.

종래에는 알루미나 또는 실리카 등의 열전도성 필러를 포함하는 방열 재료용 수지 조성물을 이용하여 제조된 방열 시트를 통해 전자부품에 의해 발생하는 열 문제를 해결하였으나, 전자부품에 의한 열 집적 현상이 심해짐에 따라 종래의 방열 재료보다 방열성이 더욱 향상된 고방열 재료의 개발이 요구되고 있다. 또한, 종래에 방열 입자로 사용되는 절연성 세라믹 입자는 비용이 높기 때문에, 저렴하면서도 고방열성을 가지는 입자에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.

또한, 전기자동차용 전력 반도체의 경우, 전기 자동차의 장거리 주행 가능 여부가 이슈화됨에 따라 고출력 IGBT(절연게이트 양극성 트랜지스터)의 적용이 증가하고 있으며 이에 따라 반도체로부터 발생되는 발열의 온도도 높아지고 있다. 차세대 전력반도체는 고출력화와 고주파수화의 방향으로 진행되기 때문에 고효율의 방열 특성을 나타내는 방열판(방열기판)의 적용이 절대적으로 필요한 상황이다.

이러한 상황에서, 향후 경량이면서 방열 효율이 높은 방열판(기판)을 제조하기 위한 방열 입자가 필요한 상황이다. 탄소계 분말은 경량이면서 열전도도가 매우 우수하다는 장점이 있으나 방열판(기판)을 제조하기 위하여 소결하는 과정에서 깨짐 및 분리 현상이 발생한다. 결국은 방열판의 기능을 수행할 수 없고 방열 효율 역시 달성할 수 없는 문제점이 발생한다.

또한, 탄소계 분말 이외의 금속 분말을 소결하여 방열판을 제조할 수도 있지만, 이 경우 탄소계 분말에 비하여 상대적으로 방열판이 무거워지고 열전도도가 떨어지는 단점을 가진다.

문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-1343568호(공고일자 : 2013년 12월 20일, 발명의 명칭 : 고밀도 압축가공 팽창흑연 입자를 포함하는 복합흑연 방열재 및 그 제조 방법) 문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-1223485호(공고일자 : 2013년 01월 17일, 발명의 명칭 : 복합 기능성 방열 입자와 이를 포함하는 구조체 및 필름 및 그 제조방법) 문헌 3 : 대한민국 등록특허공보 제10-1303229호(공고일자 : 2013년 09월 04일, 발명의 명칭 : 방열 입자, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 전자부품 패키지용 접착제 조성물) 문헌 4 : 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0097991호(공개일자 : 2018년 09월 03일, 발명의 명칭 : 전자파 흡수기능 및 방열기능을 갖는 탄소핵의 경량입자)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 탄소계 분말의 표면상에 구리 등의 금속층이 형성된 방열 입자가 제조될 수 있도록 구성함으로써, 제조된 방열 입자들을 압축 성형한 후 소결하여 경량화와 열전도도가 향상된 방열판을 제조할 수 있도록 하는 방열 입자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 방열 입자 제조 방법을 이루는 구성수단은, 방열판용 방열 입자 제조 방법에 있어서, 탄소계 분말을 세정하여 표면 조정을 수행하는 세정 단계; 상기 탄소계 분말의 표면상에 촉매제인 복합이온 콜로이드로 촉매 금속 씨드층을 형성하는 씨드층 형성 단계; 상기 촉매 금속 씨드층의 표면상에 무전해도금법으로 금속층을 형성하는 금속층 형성 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 세정 단계와 상기 씨드층 형성 단계 사이에, 상기 탄소계 분말을 산성 수용액에 침지하는 사전 디핑 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 한다.

또한, 상기 복합이온 콜로이드는 팔라듐과 주석을 염소 이온으로 결합한 콜로이드인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명인 방열 입자를 이루는 구성수단은 상기 방열 입자 제조 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 방열 입자 및 그 제조 방법에 의하면, 탄소계 분말의 표면상에 구리 등의 금속층이 형성된 방열 입자가 제조될 수 있도록 구성하기 때문에, 제조된 방열 입자들을 압축 성형한 후 소결하여 경량화와 열전도도가 향상된 방열판을 제조할 수 있도록 하는 장점이 발생된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법에 의해 제조된 방열 입자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법을 간략히 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법에 적용되는 촉매제로서 복합이온 콜로이드의 개략적인 단면도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법에 적용되는 촉매제의 코팅과 활성화 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법에 관한 실제 공정의 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법에 의해 제조된 방열 입자의 실물 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 방열 입자 및 그 제조 방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법에 의해 제조된 방열 입자의 개략적인 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법을 간략히 나타낸 순서도이다.

본 발명의 실시예에 따른 방열 입자(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 탄소계 분말(11), 상기 탄소계 분말(11)의 표면상에 촉매제인 복합이온 콜로이드로 형성되는 촉매 금속 씨드층(13) 및 상기 촉매 금속 씨드층(13) 상에 무전해도금법으로 형성되는 금속층(17)을 포함하여 구성된다.

상기 탄소계 분말(11)은 흑연, 카본블랙, 그라파이트 중 어느 하나일 수 있고, 더 나아가 그래핀, 탄소 섬유가 적용될 수도 있으며, 경우에 따라서는 이들의 혼합물일 수도 있다.

또한, 상기 촉매 금속 씨드층(13)은 촉매제인 복합이온 콜로이드 용액 내에서 상기 탄소계 분말의 표면상에 코팅되어 형성되는데, 상기 촉매제인 복합이온 콜로이드는 팔라듐(Pd)과 주석(Sn)을 염소(Cl) 이온으로 결합한 콜로이드인 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속층(17)은 상기 탄소계 분말(11)에 비하여 상대적으로 열전도도가 낮을지라도, 분말 야금법과 소결 과정을 거쳐 방열판으로 활용되는 방열 입자를 구성하기 때문에 역시 열전도도가 우수한 금속으로 형성된다. 본 발명에서의 상기 금속층(17)은 구리(Cu)를 무전해도금법으로 형성한다. 즉, 본 발명에 따른 금속층(17)은 구리 금속층인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자(10)를 구성하는 상기 탄소계 분말(11)과 상기 구리층에 해당하는 금속층(17)은 다양한 중량 대비로 구성될 수 있지만, 기본적으로 경량화와 열전도도를 우선시할 필요가 있기 때문에, 상기 탄소계 분말(11)이 상기 구리층에 해당하는 금속층(17)에 비해 더 많은 중량으로 채택 적용된다.

구체적으로, 본 발명에 따른 방열 입자(10)에 적용되는 상기 탄소계 분말(11)과 상기 구리층에 해당하는 금속층(17)의 중량 비율은 7.5 : 2.8 ~ 8.5 : 1.5인 것이 바람직하다. 상기 탄소계 분말(11)이 상기 범위 미만인 경우에는 경량화와 열전도도가 약화되고, 반대로 상기 탄소계 분말(11)이 상기 범위 초과한 경우에는 방열판 제조를 위한 압축 성형과 소결 과정에서 깨짐과 분리 형상에 의해 오히려 열전도도가 매우 약화되고 더 나아가 방열판 구조를 유지할 수 없는 단점이 있다. 따라서, 상기 탄소계 분말(11)과 상기 구리층에 해당하는 금속층(17)의 중량 비율은 상기 범위 이내인 것이 요청된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자는 도 2에 도시된 절차에 의하여 제조되고, 이하에서는 설명되는 제조 방법에 의하여 제조된다.

본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 탄소계 분말(11)을 세정하여 표면 조정을 수행하는 세정 단계(s10), 상기 탄소계 분말(11)의 표면상에 촉매제인 복합이온 콜로이드로 촉매 금속 씨드층(13)을 형성하는 씨드층 형성 단계(s30) 및 상기 촉매 금속 씨드층(13)의 표면상에 무전해도금법으로 금속층(17)을 형성하는 금속층 형성 단계(s40)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법은 반드시 상기 탄소계 분말(11)을 준비하는 단계를 포함한다. 즉, 본 발명에서는 탄소계 분말(11)을 적용하되, 일반 금속 분말이 아닌 경량이면서 열전도도가 매우 우수한 탄소계 분말(11)을 준비하고, 그 표면상에 씨드층(13)을 형성한다.

상기 탄소계 분말(11)을 포함하는 방열 입자(10)는 탄소계 분말(11) 없이 금속층(17)에 포함된 물질로만 이루어진 방열 입자와는 명확하게 구분된다. 즉, 상기 금속층(17)에 포함된 물질로만 이루어진 방열 입자는 소결 과정을 거쳐 방열판으로 제조되면 무게가 많이 나가는 단점을 가지고 탄소계 분말에 비해 열전도도가 떨어지는 단점을 가진다.

본 발명의 실시예에 따른 탄소계 분말(11)을 포함한 방열 입자(10)는 탄소계 분말(11)에 의해 경량의 방열판을 제조할 수 있도록 함과 동시에 열전도도가 우수해지는 장점을 가진다. 이와 같이, 본 발명에 따른 방열 입자 제조 방법은 탄소계 분말(11)을 코어로 적용하고 있기 때문에, 본 발명에 따라 제조되는 상기 방열 입자(10)의 무게는 상대적으로 작아질 수 있고, 결과적으로 방열 입자들을 분말 야금법으로 압축 성형하고 소결하면 경량화된 방열판을 제조할 수 있다.

상기 탄소계 분말(11)은 외표면이 매끄러운 구형 형상을 가질 수도 있고, 형상에 제한되지 않는 다양하고 자유로운 형상, 즉 판형 또는 침형의 분말일 수 있다. 상기 탄소계 분말(11)은 흑연, 카본블랙, 그라파이트 중 어느 하나일 수 있고, 더 나아가 그래핀, 탄소 섬유가 적용될 수도 있으며, 경우에 따라서는 이들의 혼합물일 수도 있다.

상기와 같은 탄소계 분말(11)이 준비되면, 상기 탄소계 분말을 세정하여 표면 조정을 수행하는 세정 단계를 수행한다(s10). 상기 세정 단계(s10)는 상기 탄소계 분말의 표면에 묻어 있는 유지 성분, 이물질 등을 제거하여 표면 조정을 수행하기 위하여 진행된다. 즉, 상기 세정 단계는 탈지와 표면 조정을 위하여 수행되고, 이러한 세정 단계를 수행하는 이유는 탄소계 분말의 표면상에 금속 코팅력을 향상시키기 위함이다.

상기 세정 단계는 알칼리 타입 세정액을 통해 수행된다. 상기 세정 단계는 탈지제와 수산화나트륨(NaOH)을 1:1의 비율로 혼합하여 세정 혼합물을 형성하는 과정, 상기 세정 혼합물과 순수(DI water)를 0.5 : 9.5 ~ 1.5 : 8.5 중량 비율로 혼합하여 세정액을 형성하는 과정, 상기 세정액에 상기 탄소계 분말을 투입하여 1 ~ 10분간 반응시키는 과정 및 상기 탄소계 분말을 꺼내서 중성이 되도록 순수로 세척하는 과정을 포함하여 구성된다.

상기 세정 단계가 완료되면, 상기 탄소계 분말의 표면상에 촉매제인 복합이온 콜로이드로 촉매 금속 씨드층(13)을 코팅하여 형성하는 씨드층 형성 단계를 수행한다(s30).

상기 씨드층 형성 단계(s30)는 촉매제로서 복합 이온용액으로 팔라듐(Pd)과 주석(Sn)을 함유하고 있는 콜로이드 입자(Colloid particle)를 사용한다. 상기 씨드층 형성 단계의 주목적은 탄소계 분말 표면에 촉매제(Catalyst)를 흡착시키는 것이고, 상기 탄소계 분말에 팔라듐(Pd)과 주석(Sn)이 흡착된다. 상기 촉매제로서 복합이온 콜로이드 용액의 안정성을 높이기 위해 염소(Chloride)와 주석(Sn)의 농도를 제어하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 상기 촉매 금속 씨드층을 형성하는 단계에서 적용되는 상기 촉매제인 복합이온 콜로이드는 도 3에 도시된 바와 같이, 팔라듐과 주석을 염소 이온으로 결합한 콜로이드인 것이 바람직하다.

상기 씨드층 형성 단계(s30)는 세부적으로 촉매 코팅 단계와 활성화 단계로 구성되고, 촉매 코팅 단계를 진행한 후 활성화 단계를 진행한다. 상기 촉매 코팅 단계는 상기 탄소계 분말의 표면상에 복합이온 콜로이드인 촉매제가 단순히 코팅되도록 하는 단계에 해당하고, 상기 활성화 단계는 상기 코팅된 촉매제를 활성화시키기 위하여 진행되는 단계이다.

상기 씨드층 형성 단계(s30)를 구성하는 촉매 코팅 단계는 촉매제인 복합이온 콜로이드, 염화수소(HCl) 및 순수(DI water)를 각각 0.003 : 0.1 : 0.897 ~ 0.005 : 0.2 : 0.795 중량 비율로 혼합하여 코팅액을 형성하는 과정, 상기 코팅액에 상기 탄소계 분말을 투입하여 3 ~ 5분간 반응시키는 과정 및 상기 탄소계 분말을 꺼내서 중성이 되도록 순수로 세척하는 과정을 포함하여 구성된다.

이와 같은 과정으로 진행되는 상기 촉매 코팅 단계는 상술한 바와 같이, 촉매제인 복합이온 콜로이드를 도 3에 도시된 바와 같은 팔라듐과 주석을 염소 이온으로 결합한 콜로이드를 적용한다. 이 촉매 코팅 단계를 수행하면, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 탄소계 분말 표면에 상기 복합이온 콜로이드가 흡착되어 코팅된다.

상기 촉매 코팅 단계가 완료되면, 상기 활성화 단계를 수행한다. 상기 활성화 단계는 팔라듐과 주석을 포함하는 복합이온 콜로이드 입자 내의 4가 주석(Sn)을 제거하여 팔라듐의 도금 활성도를 높이기 위하여 수행된다. 상기 주석(Sn)은 팔라듐(Pd) 상에 무전해도금을 방해하기 때문에, 상기 탄소계 분말 표면상에 흡착 부착된 과도한 주석을 제거하여, 팔라듐의 활성도를 증가할 필요가 있다. 상기 주석(Sn) 제거량이 많으면 많을수록 후속의 무전해도금의 효율을 향상시키지만, 상기 주석을 많이 제거하기 위하여 활성화 단계를 너무 오랫동안 진행하거나 활성화 용액에 포함되는 산성 활성제를 과도하게 넣으면 팔라듐까지 제거되는 문제점이 발생하기 때문에, 활성화 공정을 위한 활성제 함량 및 활성화 공정 조건이 적절하게 조절되어야 한다. 상기 활성화 단계에서 적용되는 활성제는 황산(H₂SO₄) 혹은 염산(HCl)을 사용하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 활성화 단계는 황산(H₂SO₄)과 순수(DI water)를 0.5 : 9.5 ~ 1.5 : 8.5 중량 비율로 혼합하여 활성화 용액을 형성하는 과정, 상기 활성화 용액에 상기 탄소계 분말을 투입하여 1 ~ 3분간 반응시키는 과정 및 상기 탄소계 분말을 꺼내서 중성이 되도록 순수로 세척하는 과정을 포함하여 구성된다.

이와 같은 과정으로 진행되는 활성화 단계를 수행하면, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 탄소계 분말 표면에서 주석이 제거되어 팔라듐의 도금 활성도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 촉매 금속 씨드층(13)은 상기 탄소계 분말(11)과 상기 금속층(17)간의 접합력을 향상시킨다. 따라서, 방열판을 제조하기 위하여 적용되는 압축 성형 및 소결 공정시 상기 금속층(17)이 상기 탄소계 분말(11)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.

상기 촉매 코팅 단계와 활성화 단계로 구성되는 상기 씨드층 형성 단계가 수행 완료되면, 상기 촉매 금속 씨드층의 표면상에 무전해도금법으로 금속층을 형성하는 금속층 형성 단계(s40)를 수행한다.

상기 금속층(17)은 상기 탄소계 분말(11)에 비하여 상대적으로 열전도도가 낮을지라도, 분말 야금법과 소결 과정을 거쳐 방열판으로 활용되는 방열 입자를 구성하기 때문에 역시 열전도도가 우수한 금속으로 형성된다. 본 발명에서의 상기 금속층(17)은 구리(Cu)를 무전해도금법으로 형성한다. 즉, 본 발명에 따른 금속층(17)은 구리 금속층인 것이 바람직하다.

상기 금속층(17)을 구리 금속층으로 형성함에 따라, 본 발명에 따라 제조된 방열 입자들을 방열판(기판)의 형상으로 성형한 지그나 몰드에 넣고 압축 성형한 후 구리의 용융 온도 이하에서 소결하여 방열판을 제조하면, 탄소계 분말이 깨지더라도 방열판 형상을 그대로 유지할 수 있도록 하고, 이를 통해 경량의 방열판이 제조될 수 있도록 하고, 방열판의 길이 방향뿐만 아니라 두께 방향으로도 매우 우수한 열전도도를 가지는 방열판을 제조할 수 있도록 한다.

상기 금속층 형성 단계는 무전해도금법 중 환원 도금법을 적용하며, 알칼리 영역에서 환원제에 의하여 구리 이온이 금속으로 활성화된 팔라듐(Pd)이 흡착되어 있는 상기 탄소계 분말 표면상에 석출됨으로서 상기 금속층(17), 구체적으로 구리층을 형성하는 단계이다.

구체적으로, 상기 금속층 형성 단계는 황산구리, 환원제, 도금 안정제 및 순수(DI water)를 각각 0.08 : 0.05 : 0.01 : 0.86 ~ 0.12 : 0.07 : 0.02 : 0.79 중량 비율로 혼합하여 도금용액을 형성하는 과정, 상기 도금 용액에 상기 촉매제가 코팅된 탄소계 분말을 투입하여 공정 조건이 유지된 상태에서 도금 공정을 수행하는 도금 공정을 포함하여 구성된다.

상기 공정 조건은 상기 도금 용액의 온도를 일정 범위로 유지하는 것이고, 상기 도금 용액의 온도는 40℃ ~ 45℃인 것이 바람직하다. 이 온도 조건에서 환원 반응에 의한 무전해도금이 효율적으로 진행됨을 확인하였다. 이와 같은 공정 조건에서 무전해도금에 의해 상기 촉매 금속 씨드층(13)의 표면상에 상기 구리층인 금속층(17)을 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법은 상기 세정 단계(s10)와 상기 씨드층 형성 단계(s30) 사이에, 상기 탄소계 분말(11)을 산성 수용액에 침지하는 사전 디핑 단계(s20)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 사전 디핑(dipping) 단계(s20)는 다음 공정인 씨드층 형성 단계(s30)가 효율적으로 진행될 수 있도록 사전에 산성 분위기에 침지하는 단계에 해당되고, 씨드층 형성 단계가 염화수소 분위기의 산성 수용액에서 진행되기 때문에, 역시 상기 탄소계 분말을 산성 수용액에 침지하는 단계에 해당한다.

구체적으로, 상기 사전 디핑 단계(s20)는 염화수소(HCl)과 순수(DI water)를 0.8 : 9.2 ~ 1.2 : 8.8 중량 비율로 혼합하여 디핑 용액을 형성하는 과정, 상기 디핑 용액에 상기 탄소계 분말을 투입하여 1 ~ 3분간 반응시키는 과정 및 상기 탄소계 분말을 꺼내서 약산성이 되도록 순수로 1 ~ 2회 세척하는 과정을 포함하여 구성된다.

상기 사전 디핑 단계는 그라파이트 등의 탄소계 분말 표면상에 콜로이드(Chloride) 산성 분위기를 형성하고, 다음 단계에 적용되는 코팅 용액의 산도를 유지시키기 위한 목적으로 진행된다. 따라서, 염소계 화합물이 사용되며, 이전 단계에서 적용된 세정액에 의해 잔존하는 알칼리를 중화시키는 효과도 제공한다.

한편, 상기 금속층 형성 단계(s40)가 완료되면, 상기 구리층에 해당하는 금속층의 산화 방지를 위하여 산화 방지 표면처리 단계를 추가적으로 진행하는 것이 바람직하다. 상기 금속층 형성 단계(s40) 또는 산화 방지 표면처리 단계가 완료되면, 건조 단계(s50)를 진행한다. 상기 건조 단계는 N2 분위기의 진공 건조 도는 열풍 건조를 통해 진행된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 방열 입자 제조 방법에 따라 방열 입자를 도 5에 도시된 절차대로 실제 제조하였다. 여기서 도 5의 (a)는 탄소계 분말의 계량 및 세정 단계를 보여주고, 도 5의 (b)는 사전 디핑 단계를 보여주고, 도 5의 (c)는 씨드층 형성 단계에서 촉매 코팅 단계를 보여주고, 도 5의 (d)는 씨드층 형성 단계에서 활성화 단계를 보여주고, 도 5의 (e)는 무전해도금법에 의한 금속층 형성 단계를 보여주며, 도 5의 (f)는 무전해도금법 적용 후 여과하고 건조 단계를 수행하기 전을 보여준다.

구체적으로, 머저 상기 세정 단계는 탈지제 및 NaOH를 1:1의 비율로 세정 혼합물을 만들고, 이 세정 혼합물과 순수(DI water)를 1 : 9의 중량 비율로 혼합하여 세정액을 만든 후, 이 세정액에 그라파이트인 탄소계 분말을 투입하여 5분간 반응시켰다. 이후 순수로 pH 중성이 되도록 세척하였다.

이후, 염화수소와 순수를 1 : 9 중량 비율로 혼합하여 디핑 용액을 만든 후, 탄소계 분말을 장입하여 2분간 침지시킨 후 꺼내서 순수로 약산성이 유지될 정도로만 세척하였다.

이후, 촉매제인 복합이온 콜로이드, 염화수소 및 순수를 0.004 : 0.15 : 0.846 비율로 혼합하여 촉매 용액을 만든 후, 탄소계 분말을 투입하여 4분간 반응시켰다. 이후 꺼낸 후 pH 중성이 되도록 세척하였다.

다음, 황산과 순수를 1 : 9 중량 비율로 혼합하여 활성화 용액을 만든 후, 탄소계 분말을 투입하여 2분간 반응시켰다. 그런 후 꺼내어서 pH 중성이 되도록 세척하였다.

다음, 황산구리, 환원제(포르말린), 도금 안정제 및 순수를 각각 0.1 : 0.06 : 0.015 : 0.825의 중량 비율로 혼합하여 도금 용액을 만든 후, 탄소계 분말을 투입하여 도금 용액의 온도를 43도로 유지한 상태로 무전해도금을 수행하였다.

이후, 산화 방지 표면 처리 단계를 수행한 후 건조 단계를 진행하였다.

이와 같은 절차로 진행한 결과 최종 제조된 방열 입자가 도 6에 도시된 바와 같이 제조되었다. 도 6에 도시된 바와 같이, 탄소계 분말인 그라파이트 표면에 금속층인 구리층이 균일하게 잘 형성된 것을 볼 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 방열 입자 11 : 탄소계 분말
13 : 촉매 금속 씨드층 17 : 금속층

Claims

방열판용 방열 입자 제조 방법에 있어서,
탄소계 분말을 세정하여 표면 조정을 수행하는 세정 단계;
상기 탄소계 분말의 표면상에 촉매제인 복합이온 콜로이드로 촉매 금속 씨드층을 형성하는 씨드층 형성 단계;
상기 촉매 금속 씨드층의 표면상에 무전해도금법으로 금속층을 형성하는 금속층 형성 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 입자 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 세정 단계와 상기 씨드층 형성 단계 사이에, 상기 탄소계 분말을 산성 수용액에 침지하는 사전 디핑 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방열 입자 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 복합이온 콜로이드는 팔라듐과 주석을 염소 이온으로 결합한 콜로이드인 것을 특징으로 하는 방열 입자 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 방열 입자 제조 방법에 의하여 제조된 방열 입자.