WO2019078446A1 - 방열 표면적을 증대시킨 방열체 및 그 제조방법 - Google Patents

방열 표면적을 증대시킨 방열체 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2019078446A1
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heat dissipation
heat
substrate
layer
dissipation layer
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이호영
김대중
정민교
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주식회사 인스텍
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    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process

Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipating body having an increased heat dissipating surface area and a manufacturing method thereof, and more particularly to a heat dissipating body having a heat dissipating surface area including a heat dissipating base material, And a method of manufacturing the same.
  • the heat transfer or exchange ability of the heat dissipation parts such as the heat pipe is proportional to the heat dissipation surface area.
  • Patent No. 10-1392880 discloses a heat-radiating coating composition, a heat-radiating plate coated therewith and a method of manufacturing the same. Specifically, a thermal spray coating composition containing graphite powder is coated on a substrate, and then a magnetic field is applied in an up-down direction of the substrate to vertically arrange the graphite powder to improve heat dissipation capability.
  • a thermal spray coating composition containing graphite powder is coated on a substrate, and then a magnetic field is applied in an up-down direction of the substrate to vertically arrange the graphite powder to improve heat dissipation capability.
  • a method is a technique requiring electromagnetic treatment such as application of a coating composition containing a specific component and a magnetic field, which is somewhat distant from the improvement of heat radiation performance by increasing the heat radiation surface area, and is not preferable from the viewpoint of production efficiency.
  • Patent Document 1 Patent Document 10-1392880 " Heat radiation coating composition, heat radiation plate coated therewith and method for manufacturing the same ", 2014. 05. 12
  • An object of the present invention is to provide a heat dissipator including a heat dissipation layer formed on a surface of a heat dissipation substrate to increase the heat dissipation surface area, thereby increasing the heat dissipation surface area without increasing the size of the heat dissipation member.
  • the present invention also provides a method of manufacturing a heat dissipation body that increases the heat dissipation surface area capable of effectively generating a heat dissipation layer through metal powder even with a low output laser.
  • the present invention provides a method of manufacturing a heat dissipator which increases a heat dissipation surface area that effectively forms a heat dissipation layer including a laminated portion in which a space is formed.
  • a heat dissipation substrate including a heat dissipation substrate, and a heat dissipation layer formed on a surface of the heat dissipation substrate to increase a heat dissipation area.
  • the heat dissipation member having an increased heat dissipation surface area of the present invention is characterized in that the heat dissipation layer is made of amorphous type.
  • the heat dissipation member having the increased heat dissipation surface area of the present invention is characterized in that the heat dissipation layer includes protrusions formed on the surface of the heat dissipation substrate.
  • the heat dissipator having an increased heat dissipation surface area of the present invention is characterized in that the protrusion includes a bend formed in a curved shape.
  • the heat dissipating member having the increased heat dissipating surface area of the present invention is characterized in that the heat dissipating layer is formed on the surface of the heat dissipating substrate in a nonuniform manner.
  • the protrusions are formed at irregular intervals.
  • the heat dissipating layer is formed by bonding metal powder, which is melted by heat, to the surface of the heat dissipating substrate.
  • the heat dissipating body having the increased heat dissipation surface area of the present invention is characterized in that the heat dissipating substrate is made of copper (Cu) or aluminum (Al).
  • the heat dissipation member having the increased heat dissipation surface area of the present invention is characterized in that the heat dissipation layer includes a laminate having a multilayer structure.
  • the heat dissipation member having the increased heat dissipation surface area of the present invention further comprises a plurality of heat dissipation spaces each having a void space between the stacks.
  • the heat dissipating member having the increased heat dissipation surface area of the present invention further comprises a three-dimensional channel formed by communicating the heat dissipating space with the heat dissipating layer.
  • the heat dissipating layer is formed by combining metal powders in a state where the surface of the heat dissipating substrate is melted.
  • the heat dissipating body having the increased heat radiation surface area of the present invention is characterized in that the heat dissipation layer is formed by laser cladding and has a laser irradiation path in which 'forward-right- And the ratio of the heat radiation spaces communicating with each other is increased.
  • the heat dissipator having the increased heat dissipation surface area of the present invention is characterized in that the metal powder is made of copper (Cu) or aluminum (Al).
  • a method of manufacturing a heat dissipator having an increased heat dissipation surface area comprising the steps of preparing a heat dissipation substrate to prepare a heat dissipation substrate, and forming a heat dissipation layer on the surface of the heat dissipation substrate .
  • a method of manufacturing a heat dissipator having an increased heat dissipation surface area comprising irradiating a laser with a metal powder while the metal powder is melted by heat supplied by the laser And reaches the surface of the heat dissipating substrate to be bonded to form a heat dissipating layer.
  • the laser irradiation is performed along a straight irradiation path in the heat dissipation layer forming step, and the heat dissipation layer is irregularly formed .
  • the heat dissipation substrate is made of copper (Cu) or aluminum (Al).
  • the step of forming the heat dissipation layer includes irradiating a surface of the heat dissipation substrate with a laser to dissolve the heat dissipation substrate, So that the heat dissipation layer is formed.
  • the irradiation of the laser in the heat dissipation layer forming step may include a step of continuously repeating 'forward-right- As shown in FIG.
  • thermoforming step is a step of forming a heat dissipation layer on the base wall, Layered structure comprising an additional wall joined to form an additional layer.
  • the present invention provides the following effects through the above-described configuration.
  • the present invention provides a heat dissipator including a heat dissipation layer formed on a surface of a heat dissipation substrate to increase a heat dissipation surface area, thereby increasing the heat dissipation surface area without increasing the size of the heat dissipation member.
  • the present invention provides a heat dissipator having an increased heat dissipation surface area, wherein the heat dissipation effect is improved through a heat dissipation layer made of amorphous.
  • the present invention provides a heat dissipating body having a heat dissipating surface area enhanced by a heat dissipation effect through a protrusion formed on a surface of a heat dissipating substrate with a bend formed in a curved shape.
  • the present invention provides a heat dissipator with increased heat dissipation surface area, wherein the heat dissipation effect is improved through a heat dissipation layer including irregular and non-uniform protrusions formed on the surface of the heat dissipation substrate.
  • the present invention provides a heat dissipation body having a heat dissipation surface layer formed by joining a metal powder melted by heat to a surface of a heat dissipation substrate and including a heat dissipation layer formed therein so that a heat dissipation layer can be easily and efficiently formed with a low output laser.
  • the present invention provides a heat dissipating body having increased heat dissipating surface area, wherein a heat dissipating space is formed on a surface of a heat dissipating substrate, and a heat dissipating effect is improved through a heat dissipating layer including a lamination formed layer.
  • the present invention provides a heat dissipator with increased heat dissipation surface area, wherein the heat dissipation effect is improved by forming a three-dimensional channel by communicating the heat dissipation spaces included in the lamination portion.
  • the present invention provides a heat dissipator having a heat dissipation layer formed by bonding metal powders in a state where a surface of a heat dissipation substrate is melted, wherein the layer portion including a heat dissipation space has a strong bonding force and a heat dissipation surface area is increased.
  • the present invention is characterized in that the heat dissipation layer is formed by a laser cladding and is formed along a tool path in which 'forward-right-forward-left' is continuously repeated so that the ratio of the heat dissipation spaces to each other is increased, Is provided.
  • the present invention provides a heat dissipation body having increased heat dissipation surface area, wherein a heat dissipation layer in which a metal powder is bonded on a heat dissipation substrate made of copper (Cu) or aluminum (Al) is efficiently produced.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a heat dissipation substrate, which comprises preparing a heat dissipation substrate to form a heat dissipation substrate, and forming a heat dissipation layer on the heat dissipation substrate, wherein the heat dissipation surface area is increased
  • a method for preparing a sieve is provided.
  • the present invention is characterized in that the heat dissipation layer forming step irradiates a laser to the upper surface of the heat dissipation substrate and supplies the metal powder so that the heat dissipation layer is formed by bonding the metal powder to the surface of the heat dissipation substrate in a state where the metal powder is melted by the heat supplied by the laser
  • the present invention also provides a method of manufacturing a heat dissipator which increases a heat dissipation surface area by which a heat dissipation layer through metal powder can be efficiently formed even with a low output laser.
  • the present invention is characterized in that the irradiation of the laser is performed along a straight irradiation path and the heat dissipation layer is irregularly formed in the heat dissipation layer formation step, so that the heat dissipation surface area is increased to increase the heat dissipation surface area ≪ / RTI >
  • the present invention provides a method of manufacturing a heat dissipator by increasing the surface area of heat dissipation which efficiently forms a heat dissipation layer using a metal powder on a heat dissipation substrate made of copper (Cu) or aluminum (Al).
  • the present invention is characterized in that the heat dissipation layer forming step irradiates the surface of the heat dissipation substrate with a laser to dissolve the heat dissipation substrate and supplies the metal powder onto the dissipated heat dissipation substrate to form a heat dissipation layer, And a heat dissipation surface area for effectively forming a heat dissipation layer including the heat dissipation layer.
  • a three-dimensional channel is formed in which a laser irradiation is performed along a path in which the 'forward-right-forward-left' repeatedly continues in the heat-radiating layer forming step so that the heat radiation spaces are communicated with each other,
  • a method of manufacturing a heat dissipator which increases smooth heat dissipation surface area.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a heat dissipator having an increased heat dissipation surface area according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a heat dissipation state in a heat dissipation substrate in which a heat dissipation layer is not formed
  • FIG. 3 is a view illustrating a heat dissipation state in a heat dissipating body having an increased heat dissipating surface area according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a heat dissipator having an increased heat dissipation surface area according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view showing a heat dissipation state at a portion A in Fig. 4
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing a heat dissipator with an increased heat dissipation surface area according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 8 is a view showing the progress path of the tool of the laminating shaping apparatus in Fig.
  • 9 and 10 are electron micrographs of a heat dissipating body having increased heat dissipation surface area obtained through the heat dissipating layer forming step shown in FIG.
  • FIG. 11 is a conceptual view of another embodiment of the heat dissipation layer forming step
  • Fig. 12 is a view showing the progress path
  • FIG. 13 and 14 are electron micrographs of a heat dissipating body having increased heat radiation surface area obtained through the heat dissipation layer forming step of FIG.
  • a heat dissipator having an increased heat dissipation surface area includes a heat dissipation substrate 10 and a heat dissipation layer 20.
  • the heat dissipation substrate 10 is a substrate on which heat dissipation is performed.
  • the heat dissipation base 10 may be a heat dissipation part of a heat dissipation part such as a heat dissipation plate of a heat sink, a housing of a heat pipe, or the like.
  • it may be a heat source such as a processor, a battery, or the like, as well as a heat source, that is, a heat source housing.
  • the heat dissipation substrate 10 may include all of heat dissipation, heat generation, and endothermic heat exchange.
  • the heat dissipation layer 20 is formed on the surface of the heat dissipation substrate 10 to increase the heat dissipation area.
  • the heat dissipation layer 20 may be formed by using a laser or the like on the surface of the heat dissipation substrate 10 to increase the heat dissipation area of the heat dissipation material without increasing the size of the heat dissipation material.
  • the heat dissipation layer 20 may be formed in a pseudomorphic form.
  • An irregular shape means that the shape, size, and height are not constant but are formed irregularly.
  • the heat dissipation layer 20 serves to increase the surface of the heat dissipation substrate 10, that is, the heat dissipation surface area. Therefore, it is effective to increase the surface area of heat dissipation by forming the irregular shape of the surface of the heat dissipation substrate 10 rather than a uniform shape.
  • the heat dissipation layer 20 may include protrusions 21 formed on the surface of the heat dissipation substrate 10.
  • the protrusions 21 protrude from the surface of the heat dissipating substrate 10 and discharge heat transmitted from the contact portion 211 with the heat dissipating substrate 10 through the surface.
  • the protrusions 21 have a non-standardized shape and are formed in an irregular shape.
  • the protrusions 21 include a bent portion 212 formed in a curved shape as shown in FIG.
  • the bent portion 212 increases the surface area of the protrusion 21 to increase the heat dissipating surface area of the heat dissipating layer 20 and improves the heat dissipating ability of the heat dissipating layer 20.
  • a bridge 22 connecting the spaced projections 21 may be formed. It is preferable that the surface of the bridge 22 is also irregularly curved so as to increase the surface area of heat dissipation.
  • the heat dissipation layer 20 may be non-uniformly formed on the surface of the heat dissipation substrate 10. That is, the heat dissipation layer 20 covers only a part of the surface of the heat dissipation substrate 10 at irregular intervals, and the protrusions 21 included in the heat dissipation layer 20 may be formed at irregular intervals.
  • the heat dissipation layer 20 is formed in this manner, the heat dissipation surface area can be efficiently increased, and the efficiency of production can be further increased.
  • the heat dissipation layer 20 may be formed by bonding metal powder, which is melted by heat, to the surface of the heat dissipation substrate 10.
  • the metal powder is supplied to the surface of the heat dissipating substrate 10 while the laser is irradiated using the laser irradiating device, and the laser power and the supply of the metal powder are controlled, It can be melted before reaching.
  • the metal powder reached in the melted state is bonded to the surface of the heat dissipation substrate 10, and the heat dissipation layer 20 including the protrusions 21 can be formed.
  • the heat dissipation substrate 10 is often made of copper or aluminum having a high thermal conductivity. Copper (Cu) or aluminum (Al) materials have high reflectance, A high-power laser is required in order to form on the surface.
  • Cu Copper
  • Al aluminum
  • a high-power laser is required in order to form on the surface.
  • the heat dissipation layer 20 is formed in the above-described manner, it is not necessary to melt the surface of the heat dissipation substrate 10 to form a molten pool. Also, even if the same material is in a powder state, its reflectance is low and a relatively small output laser can be used for melting.
  • the heat dissipating layer 20 is efficiently formed on the heat dissipating substrate 10 made of copper (Cu) or aluminum (Al) .
  • the metal powder for forming the heat dissipation layer 20 may also be made of copper (Cu) or aluminum (Al) material having high thermal conductivity, and other metal materials such as titanium (Ti) and titanium alloy may be used .
  • FIG. 2 the heat released from the heat dissipation substrate 10 without the heat dissipation layer 20 is indicated by an arrow, and the heat dissipated from the heat dissipation body with the increased heat dissipation surface area according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. It is indicated by an arrow.
  • FIGS. 2 and 3 it can be seen that the heat dissipation surface area is increased through the protrusions 21 of the heat dissipation layer 20 according to the present invention, thereby increasing the heat dissipation capacity.
  • FIG. 4 shows a heat dissipator having an increased heat dissipation surface area according to another embodiment of the present invention.
  • the heat dissipating body according to another embodiment of the present invention has the same heat dissipating surface area as the heat dissipating body according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, 20) are different in structure and shape. Therefore, only the heat dissipation layer 20 of the heat dissipation body having the increased heat dissipation surface area according to another embodiment of the present invention will be described below.
  • the heat dissipation layer 20 is formed on the surface of the heat dissipation substrate 10 to increase the heat dissipation area.
  • the heat dissipation space 24 includes a stack body 23 and a heat dissipation space 24.
  • the laminate 23 is a portion formed by laminating a surface of the heat dissipating substrate 10 using a laser or the like.
  • the laminate 23 includes a base wall 231 and an additional wall 232.
  • the base wall 231 is a wall joined to the surface of the heat dissipating base 10 to form a base layer
  • 232 are walls that are joined onto the foundation wall 231 to form additional layers.
  • the additional wall 232 may be additionally formed on the preformed additional wall 232 to increase the height of the laminate 23. That is, the layered body 23 has a multilayer structure.
  • the base wall 231 may include a contact portion 2311 forming a coupling surface with the heat dissipating base 10, a protruding protrusion 2312 and a recessed recess 2313.
  • the additional wall 232 is stacked in a state in which the base wall 231 has a curvature formed by the protrusion 2312 and the recess 2313 so that the heat radiation space 24 can be smoothly formed.
  • the additional wall body 232 also has a structure similar to that of the foundation wall 231, that is, a curved structure including a protruding portion 2322 and a depressed portion 2323.
  • the additional wall body 232 is not limited to the base wall 231 Thereby forming a contact portion 2321.
  • the heat dissipation space (24) is a space formed between the stacked bodies (23), and is a space where heat is released.
  • the foundation wall 231 and the additional wall body 232 are laminated with the curved shape to form the laminate body 23 so that a large number of empty spaces, that is, the heat radiation space 24, are formed in the laminate body 23.
  • the heat dissipation space 24 effectively increases the heat dissipation surface area of the layered body 23 and allows efficient heat dissipation.
  • the heat dissipation layer 20 includes a three-dimensional channel 25 formed by mutually communicating the heat dissipation space 24 to allow air to flow.
  • the three-dimensional channel (25) communicating with the heat dissipation space (24) communicates the heat dissipation space (24) to form a flow path through which a heat transfer fluid such as air flows, thereby enhancing heat dissipation efficiency. That is, by allowing the heat transfer fluid such as air to smoothly flow through the three-dimensional channel 25, the heat radiation effect can be maximized.
  • the arrows denote the rows of heat discharged to the outside through the three-dimensional channel 25.
  • the three-dimensional channel 25 can be formed in any direction of the front, back, left, right, up and down directions. The flow of the heat transfer fluid and the heat discharge of the heat dissipation layer 20 can be performed in all directions.
  • the heat dissipation layer 20 may be formed by combining metal powders in a state where the surface of the heat dissipation substrate 10 is melted. Specifically, the heat dissipation layer 20 is formed by laser cladding, and is formed along a tool path in which 'forward-right-forward-left' is continuously repeated, so that the ratio of the heat dissipation spaces communicating with each other is increased . Details thereof will be described later.
  • various metal materials can be used for the metal powder, but copper (Cu) or aluminum (Al) materials having high thermal conductivity are preferably used.
  • the heat dissipation layer 20 is more strongly bonded to the heat dissipation substrate 10 when the surface of the heat dissipation substrate 10 is melted and the metal powder is bonded to the heat dissipation substrate 10, ) Is secured.
  • a method of manufacturing a heat dissipator having an increased heat dissipation surface area includes a heat dissipation substrate preparation step (S10) and a heat dissipation layer formation step (S20).
  • the step of preparing the heat dissipation substrate (S10) is a step of preparing the heat dissipation substrate 10 serving as a base material for forming the heat dissipation layer 20.
  • the heat dissipation substrate 10 may be a heat dissipation substrate, a heat dissipation plate of a heat sink, a heat pipe housing, or a heat dissipation unit of a heat dissipation component. Further, it may be a heat generating element such as a processor, a battery, or the like, as well as a heat source, that is, a housing of a heat source. That is, the heat dissipation substrate 10 includes all of heat dissipation, heat generation, and endothermic heat exchange.
  • the step of forming the heat dissipation layer (S20) is a step of forming the heat dissipation layer (20) on the surface of the heat dissipation substrate (10).
  • the heat dissipation layer 20 formed in the heat dissipation layer formation step S20 increases the heat dissipation surface area of the heat dissipation substrate 10 to improve the heat dissipation capacity and efficiency of the heat dissipation material.
  • FIG. 7 is a conceptual view of an embodiment of the heat dissipation layer forming step (S20).
  • the tool 100 of the laminating and shaping apparatus irradiates the laser 101 on the upper side of the heat dissipating substrate 10 and simultaneously forms a cladding material
  • the supply of the metal powder 102 is carried out.
  • the heat dissipation layer forming step S20 shown in FIG. 7 is performed by irradiating the laser 101 with the metal powder 102 so that the metal powder 102 is melted by the heat supplied by the laser 101, And the heat dissipation layer 20 is formed by bonding with the heat dissipation substrate 10.
  • the metal powder 102 may be made of copper (Cu) or aluminum (Al).
  • the heat dissipation substrate 10 is often made of copper or aluminum having a high thermal conductivity. Copper (Cu) or aluminum (Al) materials have high reflectance, A high-power laser is required.
  • the heat generating layer forming step S20 is performed in the same manner as the embodiment shown in FIG. 7, it is not necessary to melt the surface of the heat dissipating substrate 10 to form a molten pool.
  • the powdered metal has low reflectance and can be melted with a relatively small energy. Accordingly, when the metal powder 102 is melted and reaches the surface of the heat dissipating substrate 10, the heat dissipation layer 20 can be efficiently formed even with a low output laser.
  • the traveling path of the tool 100 of the laminate molding apparatus that is, the irradiation of the laser 101
  • the traveling path of the tool 100 of the laminate molding apparatus can be performed along a straight irradiation path as shown in Fig.
  • Such a method is suitable for the production of a heat dissipation member having an increased heat dissipation surface area as shown in Fig.
  • Irregularly shaped protrusions 21 can be irregularly formed on the surface of the heat dissipation base 10 along the progress path of the tool 100 and a bridge 22 connecting the protrusions 21 can also be formed.
  • the heat dissipation surface area of the heat dissipation layer 20 can be effectively increased.
  • FIGS. 9 and 10 show electron micrographs of a heat dissipating body having increased heat dissipation surface area obtained through the heat dissipating layer forming step shown in FIG.
  • the laser cladding device was set up with a laser power of 500 W, a powder feeding of 2 g / min, a coaxial gas of 10 L / min, and a carrier gas of 7 L / min, And a heat dissipation layer 20 of the same quality is formed on the heat dissipation substrate 10.
  • the height of the heat dissipation layer 20 was 1.13 mm, and the diameter and width of the protrusions 21 included in the heat dissipation layer 20 were measured as 0.66 mm, 0.78 mm, and 0.88 mm.
  • a laser cladding device was used in which a laser power of 500 W, a powder feed of 2 g / min, a coaxial gas of 6 L / min, and a carrier gas of 5 L / min were set on a heat dissipation substrate 10 made of copper And a heat dissipation layer 20 of the same quality is formed.
  • the height of the heat dissipation layer 20 was 0.45 mm
  • the diameter of the protrusion 21 included in the heat dissipation layer 20 was 0.43 mm.
  • the heat dissipation layer 20 is formed by melting the metal powder 102 and bonding the metal powder 102 to the heat dissipation substrate 10 through FIGS. 9 and 10, the heat dissipation layer 20 can be effectively formed with a relatively low laser power Can be confirmed.
  • the tool 100 of the laminating and shaping apparatus has a structure in which a laser 101 is irradiated on the upper surface of the heat dissipating substrate 10 to form a heat dissipation layer 20,
  • the molten pool 103 is formed by melting the base material 10, and at the same time, the metal powder 102 as a cladding material is supplied.
  • the heat dissipation layer forming step S20 shown in FIG. 11 is a step of forming a heat dissipation substrate 10 by melting a surface of the heat dissipation substrate 10 to form a molten pool 103, And the heat dissipation layer 20 is formed.
  • the metal powder 102 may be made of copper (Cu) or aluminum (Al).
  • the metal powder 102 is supplied to the molten pool formed by melting the surface of the heat dissipating substrate 10, 10 and the heat-radiating layer 20 can be made strong. Therefore, it is possible to obtain a heat radiator with excellent durability with little possibility of peeling of the heat radiating layer (20).
  • the progress path of the tool 100 of the laminating and shaping apparatus can be performed along a path in which 'forward-right-forward-left' have.
  • Such a method is suitable for the production of a heat discharging body having increased heat radiation surface area as shown in Fig. That is, a multi-layered structure including a base wall 231 joined to the surface of the heat dissipating substrate 10 in this manner to form a base layer and an additional wall 232 joined on the base wall 231 to form an additional layer Layered structure 23 can be formed.
  • the turning point c of the base wall 231 or the additional wall 232 to be formed is formed so as to be adjacent to the adjacent base wall 231 or the additional wall 232
  • the interconnecting space d can be formed because it is not in contact with the turning point c. That is, the turning point (c) is a part where the application path of the metal powder and the irradiation path of the laser beam 101 rapidly change on the respective unit paths when forming the layered body 23 to form an edge, ) Between adjacent turning points (c).
  • the heat generating spaces 24 in the stacked body 23 communicate with each other in at least one of the front, rear, left, right, upper and lower directions to efficiently form the three-dimensional channel 25,
  • the air can flow and the heat dissipation effect of the heat dissipation layer 20 is maximized.
  • FIG. 13 and 14 show electron micrographs of a heat dissipating body having increased heat dissipation surface area obtained through the heat dissipating layer forming step shown in FIG.
  • the heat dissipator shown in Fig. 13 was manufactured by forming the laser cladding device on the heat dissipation base material 10 made of copper (Cu) by setting the laser cladding device to 1 KW of laser power, 2 g / min of powder feed, 10 L / min of coaxial gas, The heat dissipation layer 20 is formed.
  • the heat dissipation layer 20 was formed by stacking three layers of the layered product 23 and having a height of 2.17 mm and a width of the layered product 23 of 0.46 mm and 0.56 mm.
  • the laser cladding device was set on the heat dissipating substrate 10 made of copper (Cu) by setting the laser cladding device to 1 KW of laser power, 2 g / min of powder feeding, 6 L / min of coaxial gas and 5 L / And a heat dissipation layer 20 of the same quality is formed.
  • the heat dissipation layer 20 was formed by stacking two layers of the layered body 23, the height of which was 1.19 mm, and the width of the layered body 23 was 0.43 mm, 0.53 mm, and 0.78 mm, respectively.

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Abstract

본 발명은 방열 표면적을 증대시킨 방열체 및 그 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 방열이 이루어지는 방열 기재와, 상기 방열 기재의 표면에 형성되어 방열 면적을 증가시키는 방열층을 포함하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

방열 표면적을 증대시킨 방열체 및 그 제조방법
본 발명은 방열 표면적을 증대시킨 방열체 및 그 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 방열이 이루어지는 방열 기재와, 상기 방열 기재의 표면에 형성되어 방열 면적을 증가시키는 방열층을 포함하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 장치 등에서 온도 상승을 방지하고자 부착하는 히트 싱크(heat sink), 감압한 파이프 내부에 물 또는 알코올 등의 액체가 내장된 파이프로서 일단이 가열되면 액체가 증기로 되어 타단으로 흘러 방열이 이루어지도록 하는 히트 파이프(heat pipe) 등과 같은 방열 부품들의 열 전달 내지 교환 능력은 방열 표면적에 비례한다.
근래 스마트폰 등과 같은 전자기기는 지속적인 기술 발전에 따라 고성능화 및 소형화가 이루어지고 있다. 이에 따라 고성능 프로세서, 배터리 등으로부터 많은 열이 발생하는 반면 냉각을 위한 방열 부품의 크기나 설치공간은 제한되어 방열 부품과 열원과의 접촉 면적이나 방열 면적이 작아지면서 발열 내지 방열과 관련된 문제가 발생하고 있다. 그러나 방열 부품의 크기나 설치공간이 제한된 상황에서 그 방열 표면적을 늘리는 것이 쉽지 않은 실정이다.
관련된 선행기술을 살펴보면, 등록특허 10-1392880가 방열 코팅 조성물, 이를 코팅시킨 방열판 및 그 제조방법에 관해 개시하고 있다. 구체적으로 인상흑연 분말을 포함하는 방열 코팅 조성물을 기판에 코팅한 후, 기판의 상-하 방향으로 자기장을 걸어 상기 인상흑연 분말을 수직으로 배열시킴으로써 열방출 능력을 향상시키는 것에 관해 제시하고 있다. 그러나 이와 같은 방식은 특수한 성분을 포함하는 코팅 조성물과 자기장의 인가 등이 전자기적 처리가 필요한 기술로서 방열 표면적의 증가를 통한 방열 성능의 향상과는 다소 거리가 있으며 생산 효율성 측면에서도 바람직하지 못하다.
(특허문헌 1) 등록특허 10-1392880 "방열 코팅 조성물, 이를 코팅시킨 방열판 및 그 제조방법", 2014. 05. 12
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명의 목적은, 방열 기재의 표면에 형성되어 방열 표면적을 증가시키는 방열층을 포함하여 방열체의 크기 증가 없이도 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 부정형으로 이루어진 방열층을 통해 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 굴곡지게 형성된 굴곡부를 가지고 방열 기재의 표면에 형성된 돌기를 통해 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열 기재의 표면에 형성된 불규칙하고 불균일한 돌기를 포함하는 방열층을 통해 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 열에 의해 녹은 금속 분말이 방열 기재의 표면에 결합되어 생성된 방열층을 포함하여 저출력의 레이저로도 용이하고 효율적으로 방열층이 형성될 수 있는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열 기재의 표면에 방열 공간을 형성하며 적층 형성된 적층부를 포함하는 방열층을 통해 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 적층부에 포함된 방열 공간이 상호 연통되어 3차원 채널을 형성함으로써 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열 기재의 표면이 녹은 상태에서 금속 분말이 결합되어 생성된 방열층을 포함하여 방열 공간을 포함하는 적층부가 강한 결합력을 가지고 형성된 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열층이 레이저 클래딩에 의해 형성되되 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 공구경로를 따라 형성되어 방열 공간이 상호 연통되는 비율이 증대된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질의 방열 기재 상에 금속 분말이 결합된 방열층이 효율적으로 생성된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열 기재를 준비하는 방열 기재 준비단계와, 상기 방열 기재 상부에 방열층을 형성하는 방열층 형성단계를 포함하여 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제조할 수 있게 해주는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열층 형성단계가 상기 방열 기재 상부에 레이저를 조사하며 금속 분말을 공급하되 레이저가 공급하는 열에 의해 금속 분말이 녹은 상태에서 상기 방열 기재의 표면에 결합됨으로써 방열층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하여 저출력의 레이저로도 금속 분말을 통한 방열층을 효율적으로 생성할 수 있는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열층 형성단계에서 레이저의 조사는 일직선의 조사경로를 따라 이루어지고, 방열층은 불규칙하게 형성되는 것을 특징으로 하여 방열 효과가 우수한 방열층이 형성되도록 해주는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질의 방열 기재 상에 금속 분말을 이용하여 효율적으로 방열층을 형성하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열층 형성단계가 상기 방열 기재의 표면에 레이저를 조사하여 상기 방열 기재를 녹이고, 녹은 방열 기재 상에 금속 분말을 공급하여 방열층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하여 방열 공간이 형성된 적층부를 포함하는 방열층을 효과적으로 형성하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 방열층 형성단계에서 레이저의 조사가 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 경로를 따라 이루어져 방열 공간이 상호 연통되어 형성되는 3차원 채널이 만들어져 공기의 유동 및 열의 배출이 원활하게 이루어지는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열이 이루어지는 방열 기재와, 상기 방열 기재의 표면에 형성되어 방열 면적을 증가시키는 방열층을 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 부정형으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 상기 방열 기재의 표면에 형성된 돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 돌기는 굴곡지게 형성된 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 상기 방열 기재의 표면에 불균일하게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 돌기는 불규칙한 간격으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 열에 의해 녹은 금속 분말이 상기 방열 기재의 표면에 결합되어 생성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열 기재는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 다층 구조를 가진 적층체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 상기 적층체 사이의 빈공간으로 이루어진 다수의 방열 공간을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 방열 공간이 상호 연통되어 형성된 3차원 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 상기 방열 기재의 표면이 녹은 상태에서 금속 분말이 결합되어 생성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 방열층은 레이저 클래딩에 의해 형성되되 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 레이저 조사경로를 따라 형성되어 방열 공간이 상호 연통되는 비율이 증대된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체는, 상기 금속 분말은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법은, 방열 기재를 준비하는 방열 기재 준비단계와, 상기 방열 기재의 표면에 방열층을 형성하는 방열층 형성단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법은, 상기 방열층 형성단계는 레이저를 조사하며 금속 분말을 공급하되 금속 분말이 레이저가 공급하는 열에 의해 녹은 상태로 상기 방열 기재의 표면에 도달하여 결합함으로써 방열층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법은, 상기 방열층 형성단계에서 레이저의 조사는 일직선의 조사경로를 따라 이루어지고, 방열층은 불규칙하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법은, 상기 방열 기재는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법은, 상기 방열층 형성단계는 상기 방열 기재의 표면에 레이저를 조사하여 상기 방열 기재를 녹이고, 녹은 방열 기재 상에 금속 분말을 공급하여 방열층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법은, 상기 방열층 형성단계에서 레이저의 조사는 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 경로를 따라 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법은, 상기 방열층 형성단계는 방열 기재의 표면에 결합되어 기초층을 형성하는 기초 벽체 및 기초 벽체 상에 결합되어 추가층을 형성하는 추가 벽체를 포함하는 다층 구조의 적층체를 형성시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전술한 구성을 통해 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명은 방열 기재의 표면에 형성되어 방열 표면적을 증가시키는 방열층을 포함하여 방열체의 크기 증가 없이도 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 부정형으로 이루어진 방열층을 통해 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 굴곡지게 형성된 굴곡부를 가지고 방열 기재의 표면에 형성된 돌기를 통해 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 방열 기재의 표면에 형성된 불규칙하고 불균일한 돌기를 포함하는 방열층을 통해 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 열에 의해 녹은 금속 분말이 방열 기재의 표면에 결합되어 생성된 방열층을 포함하여 저출력의 레이저로도 용이하고 효율적으로 방열층이 형성될 수 있는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 방열 기재의 표면에 방열 공간을 형성하며 적층 형성된 적층부를 포함하는 방열층을 통해 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 적층부에 포함된 방열 공간이 상호 연통되어 3차원 채널을 형성함으로써 방열 효과가 향상된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 방열 기재의 표면이 녹은 상태에서 금속 분말이 결합되어 생성된 방열층을 포함하여 방열 공간을 포함하는 적층부가 강한 결합력을 가지고 형성된 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 방열층이 레이저 클래딩에 의해 형성되되 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 공구경로를 따라 형성되어 방열 공간이 상호 연통되는 비율이 증대된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질의 방열 기재 상에 금속 분말이 결합된 방열층이 효율적으로 생성된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제공한다.
본 발명은 방열 기재를 준비하는 방열 기재 준비단계와, 상기 방열 기재 상부에 방열층을 형성하는 방열층 형성단계를 포함하여 방열 표면적을 증대시킨 방열체를 제조할 수 있게 해주는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공한다.
본 발명은 방열층 형성단계가 상기 방열 기재 상부에 레이저를 조사하며 금속 분말을 공급하되 레이저가 공급하는 열에 의해 금속 분말이 녹은 상태에서 상기 방열 기재의 표면에 결합됨으로써 방열층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하여 저출력의 레이저로도 금속 분말을 통한 방열층을 효율적으로 생성할 수 있는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공한다.
본 발명은 방열층 형성단계에서 레이저의 조사는 일직선의 조사경로를 따라 이루어지고, 방열층은 불규칙하게 형성되는 것을 특징으로 하여 방열 효과가 우수한 방열층이 형성되도록 해주는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공한다.
본 발명은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질의 방열 기재 상에 금속 분말을 이용하여 효율적으로 방열층을 형성하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공한다.
본 발명은 방열층 형성단계가 상기 방열 기재의 표면에 레이저를 조사하여 상기 방열 기재를 녹이고, 녹은 방열 기재 상에 금속 분말을 공급하여 방열층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하여 방열 공간이 형성된 적층부를 포함하는 방열층을 효과적으로 형성하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공한다.
본 발명은 방열층 형성단계에서 레이저의 조사가 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 경로를 따라 이루어져 방열 공간이 상호 연통되어 형성되는 3차원 채널이 만들어져 공기의 유동 및 열의 배출이 원활하게 이루어지는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 단면도
도 2는 방열층이 형성되지 않은 방열 기재에서의 방열 모습을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체에서의 방열 모습을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 단면도
도 5는 도 4의 A 부분에서의 방열 모습을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법의 순서도
도 7은 방열층 형성단계의 일 실시예의 개념도
도 8은 도 7에서 적층조형 장치 툴(tool)의 진행경로
도 9 및 10은 도 7과 같은 방열층 형성단계를 통해 얻어진 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 전자현미경 사진
도 11은 방열층 형성단계의 다른 일 실시예의 개념도
도 12는 도 11에서 적층조형 장치 툴의 진행경로
도 13 및 14는 도 11의 방열층 형성단계를 통해 얻어진 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 전자현미경사진
이하에서는 본 발명에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체는 방열 기재(10), 방열층(20)을 포함한다.
상기 방열 기재(10)는 방열이 이루어지는 기재이다. 상기 방열 기재(10)는 히트 싱크의 방열 플레이트, 히트 파이프의 하우징 등 방열 부품의 방열부가 될 수 있다. 또한, 방열 부품뿐만 아니라 프로세서나 배터리 등과 같이 발열이 일어나는 발열체 즉, 히트 소스(heat source)의 하우징이 될 수도 있다. 다시 말하면, 상기 방열 기재(10)는 방열, 발열, 흡열 등 열교환이 일어나는 기재를 모두 포함할 수 있다.
상기 방열층(20)은 상기 방열 기재(10)의 표면에 형성되어 방열 면적을 증가시키는 부분이다. 상기 방열층(20)은 상기 방열 기재(10)의 표면에 레이저 등을 이용하여 적층하여 형성될 수 있는데, 이를 통해 방열체의 크기 증가 없이도 방열체의 방열 면적을 증대시킬 수 있게 해준다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 방열층(20)은 부정형으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다. 부정형이란 형태, 크기, 높이 등이 일정한 것이 아니라 불규칙하게 형성된 것을 의미한다. 상기 방열층(20)은 상기 방열 기재(10)의 표면 즉, 방열 표면적을 증대시키는 역할을 수행한다. 따라서 상기 방열 기재(10)의 표면에 일정한 형태로 형성되는 것보다 그 형태가 불규칙하게 형성되는 것이 방열 표면적을 증대시키는 데 효과적이다.
상기 방열층(20)은 상기 방열 기재(10)의 표면에 형성된 돌기(21)를 포함할 수 있다. 상기 돌기(21)는 상기 방열 기재(10)의 표면에 돌출된 형태로 형성된 부분으로 방열 기재(10)와의 접촉부(211)에서 전달되는 열을 표면을 통해 방출한다. 상기 돌기(21)는 규격화된 형태를 갖지 아니하며 부정형으로 형성되는데, 도 1에 도시된 것처럼 굴곡지게 형성된 굴곡부(212)를 포함하고 있다. 굴곡부(212)는 돌기(21)의 표면적을 증가시켜 방열층(20)의 방열 표면적을 증대시켜 주며, 방열층(20)의 열방출 능력을 향상시켜준다. 또한, 이격된 돌기(21) 사이에는 이들을 연결하는 브리지(22)가 형성될 수 있는데, 브리지(22)의 표면 역시 불규칙하게 굴곡지어 형성되는 것이 방열 표면적의 증대를 위하여 바람직하다.
한편, 상기 방열층(20)은 상기 방열 기재(10)의 표면에 불균일하게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 상기 방열층(20)이 상기 방열 기재(10)의 표면의 일부만을 불규칙한 간격으로 커버하며, 상기 방열층(20)에 포함된 돌기(21)가 불규칙한 간격으로 형성될 수도 있다. 이와 같은 방식으로 방열층(20)이 형성될 경우 방열 표면적이 효율적으로 증대될 수 있으며, 생산의 효율성은 더욱 높일 수 있다.
도 1에 나타난 본 발명의 일 실시예에서, 상기 방열층(20)은 열에 의해 녹은 금속 분말이 상기 방열 기재(10)의 표면에 결합되어 생성될 수 있다. 구체적으로, 레이저 조사 장치를 이용하여 레이저를 조사하면서, 금속 분말을 상기 방열 기재(10)의 표면에 공급하여 주되, 레이저 조사 및 금속 분말의 공급을 조절하여 금속 분말이 방열 기재(10)의 표면 도달 전에 녹은 상태가 되도록 할 수 있다. 그 결과 녹은 상태로 도달한 금속 분말이 방열 기재(10) 표면에 결합되며 돌기(21)를 포함하는 방열층(20)을 형성할 수 있게 된다.
상기 방열 기재(10)는 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 이루어지는 경우가 많은데, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질은 반사율이 높아 레이저 클래딩 공정에서 용융풀(molten pool)을 표면에 형성시키기 위해서 고출력의 레이저가 필요하다. 그러나 위와 같은 방식으로 방열층(20)을 형성할 경우 방열 기재(10)의 표면을 녹여 용융풀(molten pool)을 형성시킬 필요가 없어진다. 또한, 동일한 재질이라도 분말 상태인 경우 그 반사율이 낮아 그 용융을 위하여 상대적으로 작은 출력의 레이저를 사용할 수 있다.
그러므로 금속 분말이 방열 기재(10)에 도달하기 전에 녹도록 해줄 경우 저출력의 레이저를 통해서도 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질의 방열 기재(10) 상에 방열층(20)을 효율적으로 형성할 수 있게 된다. 이때, 방열층(20)의 형성을 위한 금속 분말 역시 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질이 사용될 수 있으며, 그 밖에 티타늄(Ti), 티타늄 합금 등 다른 금속 재질의 사용도 가능하다.
도 2에는 방열층(20)이 형성되지 않은 방열 기재(10)에서 방열되는 열이 화살표로 나타나 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체에서 방열되는 열이 화살표로 나타나 있다. 도 2 및 3을 참조하면, 본 발명에 의할 경우 상기 방열층(20)의 돌기(21)를 통해 방열 표면적이 증대되어 방열 용량이 늘어남을 확인할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체가 나타나 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체는 도 1에 나타난 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체와 비교하여 방열 기재(10)는 동일하지만 방열층(20)의 구조와 형상 등에서 차이가 있다. 따라서 이하에서는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 방열층(20)에 관해서만 살펴본다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 방열층(20)은 방열 기재(10)의 표면에 형성되어 방열 면적을 증가시키는 부분으로, 적층체(23) 및 방열 공간(24)을 포함한다.
상기 적층체(23)는 방열 기재(10)의 표면에 레이저 등을 이용하여 적층형성된 부분이다. 적층체(23)는 기초 벽체(231) 및 추가 벽체(232)를 포함하는데, 상기 기초 벽체(231)는 방열 기재(10)의 표면에 결합되어 기초층을 형성하는 벽체이고, 상기 추가 벽체(232)는 기초 벽체(231) 상에 결합되어 추가층을 형성하는 벽체이다. 상기 추가 벽체(232)는 기형성된 추가 벽체(232) 상에 결합되어 적층체(23)의 높이를 증가시키며 추가적으로 형성될 수도 있다. 즉, 적층체(23)는 다층 구조를 가진다.
한편, 상기 기초 벽체(231)는 방열 기재(10)와 결합면을 형성하는 접촉부(2311), 돌출 형성된 돌출부(2312) 및 함입 형성된 함입부(2313) 등을 포함할 수 있다. 상기 기초 벽체(231)가 돌출부(2312)와 함입부(2313)가 형성하는 굴곡을 가진 상태에서 추가 벽체(232)의 적층이 이루어지므로 방열 공간(24)의 형성이 원활히 이루어질 수 있다. 상기 추가 벽체(232) 역시 기초 벽체(231)와 마찬가지의 구조 즉, 돌출부(2322)와 함입부(2323)를 포함하는 굴곡 구조를 가지며, 다만 방열 기재(10)가 아닌 기초 벽체(231)와 접촉부(2321)를 형성한다.
상기 방열 공간(24)은 상기 적층체(23) 사이에 형성된 빈공간으로서 열의 방출이 이루어지는 공간이다. 기초 벽체(231) 및 추가 벽체(232)는 굴곡진 형상을 가지고 적층되어 적층체(23)를 형성하므로 적층체(23) 내부에는 다수의 빈공간 즉, 방열 공간(24)이 형성된다. 방열 공간(24)은 적층체(23)의 방열 표면적을 효율적으로 늘려주며 방열이 효율적으로 이루어질 수 있게 해준다.
도 4를 참조하면, 상기 방열층(20)은 공기 유동이 가능하도록 방열 공간(24)이 상호 연통되어 형성된 3차원 채널(25)을 포함하고 있다. 상기 방열 공간(24)이 상호 연통되도록 한 3차원 채널(25)은 방열 공간(24)을 연통시켜 공기 등과 같은 열전달 유체가 유동하는 유로를 형성함으로써 방열 효율성을 높여준다. 즉, 3차원 채널(25)을 통하여 공기 등 열전달 유체가 원활하게 유동하도록 함으로써 방열 효과를 극대화할 수 있다.
도 5에는 상기 3차원 채널(25)을 통해 외부로 배출되는 열의 모습이 화살표로 나타나 있다. 이를 통하여 3차원 채널(25)을 통한 열전달 유체 유동 및 열의 배출 모습을 확인할 수 있다. 한편, 도 5에서는 상기 3차원 채널(25)이 단면으로 나타난 관계로 좌우방향으로 연통된 모습만 확인할 수 있으나, 3차원 채널(25)은 전후 좌우 상하 중 어느 방향으로도 형성될 수 있으며, 이를 통하여 방열층(20)의 열전달 유체의 흐름 및 열의 배출이 전방향에 걸쳐 이루어질 수 있다.
도 4에 나타난 본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 방열층(20)은 상기 방열 기재(10)의 표면이 녹은 상태에서 금속 분말이 결합되어 생성될 수 있다. 구체적으로, 상기 방열층(20)은 레이저 클래딩에 의해 형성되되 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 공구경로를 따라 형성되어 방열 공간이 상호 연통되는 비율이 증대된 것을 특징으로 할 수 있다. 이에 관해 상세한 내용은 후술한다.
한편, 이 경우 금속 분말은 다양한 금속 재질이 사용될 수 있으나 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 방열층(20)이 상기 방열 기재(10)의 표면이 녹은 상태에서 금속 분말이 결합되어 생성될 경우 상기 방열 기재(10)와 더욱 강력하게 결합하게 되므로 방열기재(10)와 방열층(20) 사이의 우수한 결합력이 확보된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법은 방열 기재 준비단계(S10) 및 방열층 형성단계(S20)를 포함한다.
상기 방열 기재 준비단계(S10)는 방열층(20)을 형성시킬 모재가 되는 방열 기재(10)를 준비하는 단계이다. 앞서 살펴본 바와 같이, 상기 방열 기재(10)는 방열이 이루어지는 기재로서, 히트 싱크의 방열 플레이트, 히트 파이프의 하우징 등 방열 부품의 방열부 등이 될 수 있다. 또한, 방열 부품뿐만 아니라 프로세서나 배터리 등과 같이 발열이 일어나는 발열체 즉, 히트 소스의 하우징이 될 수도 있다. 즉, 상기 방열 기재(10)는 방열, 발열, 흡열 등 열교환이 일어나는 기재를 모두 포함한다.
상기 방열층 형성단계(S20)는 상기 방열 기재(10) 표면에 방열층(20)을 형성하는 단계이다. 상기 방열층 형성단계(S20)에서 형성된 방열층(20)은 방열 기재(10)의 방열 표면적을 증대시켜 방열체의 방열 용량 및 효율을 향상시켜 준다.
도 7에는 상기 방열층 형성단계(S20)의 일 실시예의 개념도가 도시되어 있다. 이를 참조하면, 적층조형 장치를 이용하여 방열층(20)을 형성시키는 모습이 나타나 있는데, 적층조형 장치의 툴(100)은 방열 기재(10)의 상부에서 레이저(101)를 조사하며 동시에 클래딩 소재인 금속 분말(102)의 공급이 이루어진다.
도 7에 나타난 방열층 형성단계(S20)는 레이저(101)를 조사하며 금속 분말(102)을 공급하되 금속 분말(102)이 레이저(101)가 공급하는 열에 의해 녹은 상태로 상기 방열 기재(10)의 표면에 도달하여 방열 기재(10)와 결합함으로써 방열층(20)을 형성하는 방식으로 이루어진다. 상기 금속 분말(102)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질 등이 될 수 있다.
상기 방열 기재(10)는 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 이루어지는 경우가 많은데, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질은 반사율이 높아 레이저 클래딩 공정에서 용융풀(molten pool)을 표면에 형성시키기 위해서는 고출력의 레이저가 필요하다. 그러나 도 7에 나타난 실시예와 같은 방식으로 방열층 형성단계(S20)가 수행될 경우 방열 기재(10)의 표면을 녹여 용융풀(molten pool)을 형성시킬 필요가 없어진다. 또한, 분말 상태의 금속은 반사율이 낮아 상대적으로 작은 에너지로도 녹일 수 있다. 따라서 이와 같이 금속 분말(102)이 녹은 상태에서 방열 기재(10)의 표면에 도달 및 결합하게 하는 방식을 사용하면 저출력의 레이저를 통해서도 효율적으로 방열층(20)을 형성할 수 있게 된다.
한편, 적층조형 장치의 툴(100)의 진행경로 즉, 레이저(101)의 조사는 도 8에 나타난 바와 같이 일직선의 조사경로를 따라 이루어질 수 있다. 이러한 방식은 도 1에 나타난 바와 같은 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 제조에 적합하다. 툴(100)의 진행경로를 따라 방열 기재(10)의 표면에 불규칙하게 부정형의 돌기(21)를 형성시킬 수 있으며, 돌기(21)를 연결하는 브리지(22)도 형성시킬 수 있다. 이를 통해 방열층(20)의 방열 표면적이 효과적으로 증대될 수 있다.
도 9 및 10에는 도 7과 같은 방열층 형성단계를 통해 얻어진 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 전자현미경사진들이 나타나 있다.
도 9의 방열체는 레이저 클래딩 장치를 레이저 파워 500W, 파우더 피딩(feeding) 2g/min, 코엑시얼(coaxial) 가스 10L/min, 캐리어(carrier) 가스 7L/min로 설정하고, 구리(Cu) 재질의 방열 기재(10) 상에 동질의 방열층(20)을 형성시킨 실시예이다. 그 결과 방열층(20)의 높이는 1.13mm로 형성되었으며, 방열층(20)에 포함된 돌기(21)의 직경 내지 폭은 0.66mm, 0.78mm, 0.88mm 등으로 측정되었다.
또한, 도 10의 방열체는 레이저 클래딩 장치를 레이저 파워 500W, 파우더 피딩 2g/min, coaxial 가스 6L/min, carrier 가스 5L/min으로 설정하고, 구리(Cu) 재질의 방열 기재(10) 상에 동질의 방열층(20)을 형성시킨 실시예이다. 그 결과 방열층(20)의 높이는 0.45mm로 형성되었으며, 방열층(20)에 포함된 돌기(21)의 직경 내지 폭은 0.43mm 등으로 측정되었다.
도 9 및 10을 통해 금속 분말(102)을 녹여 상기 방열 기재(10)에 결합시키는 방식을 통해 방열층(20)을 형성할 경우 상대적으로 낮은 레이저 출력으로도 방열층(20)을 효과적으로 형성할 수 있다는 사실을 확인할 수 있다.
도 11에는 상기 방열층 형성단계(S20)의 다른 일 실시예의 개념도가 도시되어 있다. 이를 참조하면, 적층조형 장치를 이용하여 방열층(20)을 형성시키는 모습이 나타나 있는데, 적층조형 장치의 툴(100)은 방열 기재(10)의 상부에 표면에 레이저(101)를 조사하여 방열 기재(10)를 녹여 용융풀(103)을 형성하고, 동시에 클래딩 소재인 금속 분말(102)의 공급이 이루어진다.
도 11에 나타난 방열층 형성단계(S20)는 상기 방열 기재(10)의 표면에 레이저를 조사하여 상기 방열 기재(10)를 녹여 용융풀(103)을 형성시키고, 용융풀(103) 에 금속 분말(102)을 공급하여 방열층(20)을 형성하는 방식으로 이루어진다. 상기 금속 분말(102)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질 등이 될 수 있다.
도 11에 나타난 실시예와 같은 방식으로 방열층 형성단계(S20)가 수행될 경우 방열 기재(10)의 표면이 녹아 형성된 용융풀 상에 금속 분말(102)이 공급되어 결합이 일어나므로 방열 기재(10)와 방열층(20) 사이에 강력한 결합이 이루어질 수 있다. 따라서 방열층(20)의 박리 등의 가능성이 거의 없는 내구성이 우수한 방열체를 얻을 수 있게 된다.
도 11에서, 적층조형 장치의 툴(100)의 진행경로 즉, 레이저(101)의 조사는 는 도 12에 나타난 바와 같이 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 경로를 따라 이루어질 수 있다. 이러한 방식은 도 4에 나타난 바와 같은 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 제조에 적합하다. 즉, 이와 같은 방식으로 방열 기재(10)의 표면에 결합되어 기초층을 형성하는 기초 벽체(231) 및 기초 벽체(231) 상에 결합되어 추가층을 형성하는 추가 벽체(232)를 포함하는 다층 구조의 적층체(23)를 형성시킬 수 있다.
이러한 방식을 통해 방열층(20)의 형성이 진행되면, 형성되는 기초 벽체(231) 또는 추가 벽체(232)의 터닝포인트(c)가 인접한 기초 벽체(231) 또는 추가 벽체(232)의 인접하는 터닝포인트(c)와 맞닿아 있지 않아 상호 연결공간(d)이 형성될 수 있다. 즉, 터닝포인트(c)는 적층체(23)를 성형할 때 각각의 단위경로 상에서 금속 분말의 도포 경로와 레이저빔(101)의 조사 경로가 급변하여 모서리를 형성하는 부분인데, 연결공간(d)을 통해 인접하는 터닝포인트(c) 사이에 골이 연통될 수 있다. 그 결과 3차원적으로 볼 때에는 적층체(23) 내의 발열 공간(24)들이 전후 좌우 상하 중 하나 이상의 방향으로 연통되며 3차원 채널(25)을 효율적으로 형성하게 되며, 방열 면적의 확보와 더불어 원활한 공기 유동이 가능해져 방열층(20)의 방열 효과가 극대화된다.
도 13 및 14에는 도 11과 같은 방열층 형성단계를 통해 얻어진 방열 표면적을 증대시킨 방열체의 전자현미경사진들이 나타나 있다.
도 13의 방열체는 레이저 클래딩 장치를 레이저 파워 1KW, 파우더 피딩 2g/min, coaxial 가스 10L/min, carrier 가스 9L/min으로 설정하고, 구리(Cu) 재질의 방열 기재(10) 상에 동질의 방열층(20)을 형성시킨 실시예이다. 방열층(20)은 적층체(23)가 3층으로 적층되어 그 높이가 2.17mm로 형성되었으며, 적층체(23)의 폭은 0.46mm, 0.56mm 등으로 측정되었다.
또한, 도 14의 방열체는 레이저 클래딩 장치를 레이저 파워 1KW, 파우더 피딩 2g/min, coaxial 가스 6L/min, carrier 가스 5L/min으로 설정하고, 구리(Cu) 재질의 방열 기재(10) 상에 동질의 방열층(20)을 형성시킨 실시예이다. 그 결과 방열층(20)은 적층체(23)가 2층으로 적층되어 그 높이가 1.19mm로 형성되었으며, 적층체(23)의 폭은 0.43mm, 0.53mm, 0.78mm 등으로 측정되었다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (21)

  1. 방열이 이루어지는 방열 기재와,
    상기 방열 기재의 표면에 형성되어 방열 면적을 증가시키는 방열층을 포함하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열층은 부정형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열층은 상기 방열 기재의 표면에 형성된 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌기는 굴곡지게 형성된 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 방열층은 상기 방열 기재의 표면에 불균일하게 형성된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌기는 불규칙한 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열층은 열에 의해 녹은 금속 분말이 상기 방열 기재의 표면에 결합되어 생성된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방열 기재는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질인 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방열층은 다층 구조를 가진 적층체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방열층은 상기 적층체 사이의 빈공간으로 이루어진 다수의 방열 공간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방열층은 방열 공간이 상호 연통되어 형성된 3차원 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열층은 상기 방열 기재의 표면이 녹은 상태에서 금속 분말이 결합되어 생성된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 방열층은 레이저 클래딩에 의해 형성되되 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 레이저 조사경로를 따라 형성되어 방열 공간이 상호 연통되는 비율이 증대된 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 금속 분말은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질인 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체.
  15. 방열 기재를 준비하는 방열 기재 준비단계와,
    상기 방열 기재의 표면에 방열층을 형성하는 방열층 형성단계를 포함하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 방열층 형성단계는 레이저를 조사하며 금속 분말을 공급하되 금속 분말이 레이저가 공급하는 열에 의해 녹은 상태로 상기 방열 기재의 표면에 도달하여 결합함으로써 방열층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방열층 형성단계에서 레이저의 조사는 일직선의 조사경로를 따라 이루어지고, 방열층은 불규칙하게 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 방열 기재는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질인 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 방열층 형성단계는 상기 방열 기재의 표면에 레이저를 조사하여 상기 방열 기재를 녹이고, 녹은 방열 기재 상에 금속 분말을 공급하여 방열층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 방열층 형성단계에서 레이저의 조사는 '전진-우측-전진-좌측'이 지속적으로 반복되는 경로를 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 방열층 형성단계는 방열 기재의 표면에 결합되어 기초층을 형성하는 기초 벽체 및 기초 벽체 상에 결합되어 추가층을 형성하는 추가 벽체를 포함하는 다층 구조의 적층체를 형성시키는 것을 특징으로 하는 방열 표면적을 증대시킨 방열체 제조방법.
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