KR100981480B1

KR100981480B1 - 열전도체

Info

Publication number: KR100981480B1
Application number: KR1020080044794A
Authority: KR
Inventors: 쯔요시 하세가와
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2010-09-10
Also published as: JP2008288337A; EP1993135B1; JP5025328B2; EP1993135A2; EP1993135A3; KR20080101716A; US20080286602A1; TWI474446B; TW200921871A

Abstract

본 발명은, 열전도 성능의 향상을 도모한 열전도체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1 열전도 영역과, 제2 열전도 영역을 갖는 열전도체가 제공된다. 제1 열전도 영역은 제1 금속부와 그래파이트부의 적층에 의해 구성된다. 제2 영역은 제1 금속부와 제2 금속부의 적층에 의해 구성된다.

열전도 영역, 열전도체, 그래파이트부, 적층, 금속부

Description

열전도체 {HEAT CONDUCTOR}

<관련 출원>

본 출원은 2007년 5월 16일 출원된 일본 특허 출원 번호 제2007-130968호에 기초한 것으로 그 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 원용된다.

본 발명은, 예를 들어 각종 전자 부품 등의 발열체의 열 제어를 행하는데 이용되는 열전도체에 관한 것이다.

일반적으로 이러한 종류의 열전도체에 있어서는, 전자 부품 등의 발열체의 대용량화에 따라 발열량이 증대되고 있기 때문에 열전도성이 우수한 열전도체가 요구되고 있다.

일본 특허 공개2001-144237호 공보는, 금속에 비해 열전도 특성이 우수한 그래파이트 시트와 금속 박판을 적층한 구조의 그래파이트 시트 적층 열전도체를 기재하고 있다. 이 그래파이트 시트 적층 열전도체는, 그 그래파이트 시트가 갖는 재질 특성에 의해 질량의 경감을 도모할 수 있는 동시에, 그 시트 면내 방향으로의 열전도율을 높일 수 있어 효율적인 방열을 행하는 것이 가능하게 된다．

그러나, 상기 열전도체에서는 그래파이트 시트의 열전도 특성이 그 시트 면내 방향에 비해 시트 면과 수직인 방향(面直方向)으로는 나빠, 예를 들어 그 수열 부위에서의 면과 수직인 방향으로의 열전도율이 뒤떨어진다. 이 때문에, 최근 강하게 요청되고 있는 전자 부품의 고밀도 실장과 함께, 고출력화의 촉진에 대응하는 것이 곤란하다는 문제를 갖는다.

제1 열전도 영역과, 제2 열전도 영역을 갖는 열전도체가 제공된다. 제1 열전도 영역은 제1 금속부와 그래파이트부의 적층에 의해 구성된다. 제2 영역은 제1 금속부와 제2 금속부의 적층에 의해 구성된다. 상기 제1 열전도 영역 또는 상기 제2 열전도 영역은 복수의 영역으로 분할되어 있다.

본 발명에 따르면, 열전도 성능이 향상된 열전도체를 제공할 수 있다.

열전도체의 실시예에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이 실시예에 의하면, 열전도체는, 제1 금속부와 그래파이트부의 적층에 의해 구성된 제1 열전도 영역과, 제1 금속부와 제2 금속부의 적층에 의해 구성된 제2 열전도 영역을 갖는다.

도1에 도시한 바와 같이 제1 실시예의 열전도체(10)는, 예를 들어 복수의 시트 형상의 제1 금속부(11)와 그래파이트부(12)가, 제1 금속부(11) 사이에 그래파이트부(12)가 끼워지도록 적층되어 있다. 이 제1 금속부(11)는, 예를 들어 동박으로 형성되고, 또한 그래파이트부(12)는, 예를 들어 복수의 그래파이트 시트가 적층되어 형성되어 있다.

또한 그래파이트부(12)는, 도2에 도시한 바와 같이, 예를 들어 중앙부에 직사각 형상의 관통 구멍(121)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(121)에는, 예를 들어 동박으로 형성된 제2 금속부를 이루는 금속 시트(14)가 그래파이트부(12)와 표면이 동일면을 구성하도록 수용되어 있다.

또한, 그래파이트부(12)의 주위에는, 예를 들어 동박으로 형성된 제2 금속부를 이루는 프레임 형상 금속 시트(15)가, 그래파이트부(12)와 표면이 동일면을 구성하도록 장착된다. 제2 금속부를 이루는 금속 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)는 제1 금속부(11) 사이에 끼워지도록 배치되어 있다. 이에 의해, 복수의 제1 금속부(11)는, 상호간이 제2 금속부인 금속 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)를 개재하여 열적으로 결합된다.

제1 금속부(11), 그래파이트부(12), 금속 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)는 포개어 적재되어, 예를 들어 가압 가온되어, 제1 금속부(11), 금속 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)가, 소위 확산 접합되어 열전도체(10)가 제조된다. 여기서, 제1 금속부(11)는, 예를 들어 구리이며, 두께 0.1㎜, 그래파이트부(12)는 두께 0.1㎜, 금속 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)는 구리이며, 각각 두께 0.1㎜로 하였다.

이 열전도체(10)는, 그 제1 금속부(11) 및 그래파이트부(12)가 적층되어 열적으로 결합되는 제1 열전도 영역(20)과, 제1 금속부(11)와, 제2 금속부를 이루는 금속 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)가 적층되어 직접적으로 열적으로 결합되는 제2 열전도 영역(22)을 갖는다. 또한 제1 열전도 영역(20)과 제2 열전도 영역(22)은 인접하여 형성되어 있다.

또한, 금속 시트(14)를 포함하는 제2 열전도 영역은, 발열체(예를 들어, 전자 부품)(13)가 탑재되는 부위가 된다. 열전도체가 사용될 때는, 최상부의 제1 금속부(11) 상에 발열체(13)가 열적으로 결합되어 탑재된다.

상기 구성에 의해, 열전도체(10)에서는 제2 열전도 영역(22)의 제1 금속부(11) 상에 탑재된 발열체(13)로부터의 열이 상기 제1 금속부(11)로 전달되면, 그 열은 그래파이트부(12)에 비해 면과 수직인 방향(面直方向)의 열전도율이 우수한 제1 금속부(11) 및 제2 금속인 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)를 통하여 면과 수직인 방향으로 효율적으로 확산된다.

동시에, 제1 금속부(11)로 전달된 열은, 제1 금속부(11), 제2 금속부를 이루는 금속 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)를 경유하여, 면 방향의 열전도율이 우수한 그래파이트부(12)로 전달되어 면 방향으로 효율적으로 열이 확산되고, 그래파이트부(12)부터 제1 금속부(11), 하층의 그래파이트부(12)에 의해 순서대로 면 방향으로 확산되어, 열전도체(10)의 전체에 균일적으로 열이 전도된다.

이 실시예에 의하면, 제1 금속부(11)에 비하여 면 방향의 열전도 특성이 우수한 그래파이트부(12)에 의해 면 방향의 열확산이 효율적으로 행해지고, 또한 그래파이트부(12)에 비하여 면과 수직인 방향의 열전도 특성이 우수한 제1 금속부(11) 및 금속 시트(14) 및 프레임 형상 금속 시트(15)를 구성하는 제2 금속부에 의해 면과 수직인 방향의 열확산이 효율적으로 행해진다. 이에 의해, 발열체(13)로부터 제1 금속부(11)로 열전달된 열은 열전도 부재(10)의 전체적으로 균일하면서 신속하게 전도된다.

이 결과, 전체를 균일하게 이용한 우수한 열전도 성능을 갖는 열전도체를 형성할 수 있어, 고효율적인 열 제어를 실현하는 것이 가능하게 된다．

상기 실시예에서는, 제1 열전도 영역(20)이 제2 열전도 영역(22)에 둘러싸여 있기 때문에, 즉 프레임 형상 금속 시트(15)에 의해 그래파이트부(12)의 단부가 노출되지 않는 구조로서, 기계적으로 약한 그래파이트부(12)를 보호할 수 있다.

상기 실시예에서는, 제1 열전도 영역(20)에 의해, 제2 열전도 영역(22)은 금속 시트(14)에 대응하는 영역과 프레임 형상 금속 시트(15)에 대응하는 영역의 복수로 분리되어 있다. 또한 그래파이트부(12)에 형성하는 관통 구멍(121)은 2개에 한하지 않고, 3개 이상을 형성하여, 각각에 금속 시트(14)를 수용할 수도 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한하지 않고, 예를 들어 도3, 도4, 도5, 도6 및 도7, 도8 및 도9에 도시하는 바와 같이 열전도체(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)를 구성하여도 되며, 마찬가지로 유효한 효과가 기대된다. 도3 내지 도9에서는, 상기도1 및 도2와 동일 부분에 대하여 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.

도3은 제2 실시예의 열전도체를 도시한다. 즉, 이 실시예의 열전도체(10a)에서는, 도1 및 도2에서 최상부 및 최하부에 배치한 제1 금속부(11)를 없애고, 주위에 제2 금속부인 프레임 형상 금속 시트(15)를 장착하고, 관통 구멍(121)에 제2 금속부인 금속 시트(14)를 수용한 그래파이트부(12)를 최상부 및 최하부에 배치하고 있다. 이 실시예의 변형예로서, 이 열전도체(10a)는 그 최상부 또는 최하부의 한 쪽에 제1 금속부(11)를 배치하고, 다른 쪽에 그래파이트부(12)를 노출시키는 구성으로 해도 된다.

도4는 제3 실시예의 열전도체를 도시한다. 열전도체(10b)에서는 도1 및 도2에서의 그래파이트부(12)의 주위부에 장착한 프레임 형상 금속 시트(15)를 배치하지 않고, 그래파이트부(12)의 주연부를 노출시키고 있다.

도5는 제4 실시예의 열전도체를 도시한다. 이 열전도체(10c)는, 도4의 열전도체(10b)에서 그 최상부 및 최하부에 배치한 2매의 제1 금속부(11)를 없애어 그래파이트부(12)를 상하부에 직접적으로 노출시키고 있다. 이 실시예의 변형예로서, 예를 들어 열전도체(10c)의 상하부의 한 쪽에 제1 금속부(11)를 배치하고, 다른 쪽에 상기 그래파이트부(12)를 노출시켜도 된다.

도6 및 도7은 제5 실시예의 열전도체를 도시한다. 열전도체(10d)에서는, 2개의 관통 구멍(161)을 분리하여 형성한 제2 금속인 프레임 형상 금속 시트(16)의 각 관통 구멍(161)에, 예를 들어 그래파이트 시트로 구성한 그래파이트부(17)가 수용된다. 그리고, 열전도체(10d)는 2개의 그래파이트부(17)가 분리 배치된 프레임 형상 금속 시트(16)를 상기 제1 금속부(11) 사이에 끼워 복수 포개어 적재 배치하도록 구성했다.

다시 말해서, 이 열전도 부재(10d)에서는 2매의 그래파이트부(17)를 프레임 형상 금속 시트(16)에 형성한 2개의 관통 구멍(161) 내에 수용하여 분리하여 배치하고 있다. 이에 의해, 제1 금속부와 그래파이트부가 적층된 제1 열전도 영역(20)이 제1 금속부와 제2 금속부가 포개어 적재된 제2 열전도 영역(22)에 의해 복수로 분리되어 있다. 또한 프레임 형상 금속 시트(16)에 형성하는 관통 구멍(161)은 2개에 한하지 않고, 3개 이상을 형성하여, 각각에 그래파이트부(17)를 수용할 수도 있다.

이 실시예에서도, 예를 들어 열전도체(10d)의 상하면의 적어도 한 쪽면에 제1 금속부(11)를 배치하지 않고, 상기 그래파이트부(12)를 노출시켜도 된다.

도8 및 도9에 제6 실시예의 열전도체를 도시한다. 열전도체(10e)에서는, 그래파이트부(12)에 형성하는 관통 구멍(121)을, 예를 들어 소정의 방향으로 순서대로 위치를 어긋나게 하여, 제1 금속부(11)를 개재하여 인접하는 그래파이트부(12) 사이에서 관통 구멍(121)에 수용한 제2 금속인 금속 시트(14)의 위치를 어긋나게 하고 있다. 이에 의해, 그래파이트부(12) 내의 제2 금속부인 금속 시트(14)는, 제1 금속부(11)를 개재하여 인접하는 그래파이트부(12)의 제2 금속인 금속 시트(14)와 계단 형상으로 접속 배치된다.

이 실시예에서도, 예를 들어 열전도체(10e)의 최상부 및 최하부의 적어도 한 쪽에 제1 금속부(11)을 배치하지 않고, 상기 그래파이트부(12)를 노출시켜도 된다.

또한, 상술한 실시예에서 제1 금속부와, 그래파이트부와 제2 금속부(금속 시 트 및 프레임 형상 금속 시트)를 겹쳐 배치하는 수로서는 2 이상이면, 그 수는 한정되지 않는다. 또한, 그래파이트부 자체는, 예를 들어 복수의 그래파이트 시트를 층 형상으로 포개어 적재하여 구성하거나, 혹은 그래파이트 분말을 이용하여 구성하여도 된다. 또한 제1 금속부, 제2 금속부는 구리에 한하지 않고, 알루미늄, 동합금, 알루미늄 합금을 사용해도, 상기 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

당 분야의 당업자라면, 추가의 장점 및 변경을 이룰 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 광의의 점에서 상술한 설명 및 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부한 특허청구범위와 그의 등가물에 의해 정의된 정신이나 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이 이루어질 수도 있다.

도1은 열전도체의 제1 실시예의 주요부의 단면을 도시한 단면도.

도2는 도1의 열전도체를 분해하여 도시한 분해 사시도.

도3은 열전도체의 제2 실시예의 주요부를 분해하여 도시한 분해 사시도.

도4는 열전도체의 제3 실시예의 주요부를 분해하여 도시한 분해 사시도.

도5는 열전도체의 제4 실시예의 주요부를 분해하여 도시한 분해 사시도.

도6은 열전도체의 제5 실시예의 주요부를 단면하여 도시한 단면도.

도7은 도6의 열전도체를 분해하여 도시한 분해 사시도.

도8은 열전도체의 제6 실시예의 주요부의 단면을 도시한 단면도.

도9는 도8의 열전도체를 분해하여 도시한 분해 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 내지 10e : 열전도체

11 : 제1 금속부

12, 17 : 그래파이트부

121, 161 : 관통 구멍

Claims

제1 금속부와 그래파이트부의 적층에 의해 구성된 제1 열전도 영역과, 제1 금속부와 제2 금속부의 적층에 의해 구성된 제2 열전도 영역을 갖는 열전도체로서.

상기 제1 열전도 영역 또는 상기 제2 열전도 영역이 복수의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도체.
제1항에 있어서, 제2 열전도 영역은, 제1 열전도 영역에 의해 복수의 영역으로 분할되어 있는 열전도체.
제1항에 있어서, 제1 열전도 영역은, 적어도 한 쪽면에 제1 금속부가 배치되어 있는 열전도체.
제1항에 있어서, 제1 열전도 영역은, 제2 열전도 영역에 의해 복수개 영역으로 분리되어 있는 열전도체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 열전도 영역은 제2 열전도 영역에 둘러싸여 있는 열전도체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 금속부는 구리로 형성되는 열전도체.
제6항에 있어서, 제2 금속부는 구리로 형성되는 열전도체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 열전도 영역의 제1 금속부와 제2 금속부는 확산 접합에 의해 접합되어 있는 열전도체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 열전도 영역은 제2 열전도 영역과 인접하고 있는 열전도체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그래파이트부의 표면과 제2 금속부의 표면이 동일면을 형성하는 열전도체.
제1항에 있어서, 그래파이트부는 관통 구멍을 갖고, 제2 금속부는 그래파이트부의 관통 구멍 내에 배치되어 있는 열전도체.
제11항에 있어서, 제1 금속부 사이에 개재되어 인접하는 복수의 그래파이트부를 갖고, 각각의 관통 구멍의 위치가 상이한 것을 특징으로 하는 열전도체.
제1항에 있어서, 제2 금속부는 관통 구멍을 갖고, 그래파이트부는 제2 금속부의 관통 구멍 내에 배치되어 있는 열전도체.
제13항에 있어서, 제2 금속부는 복수의 관통 구멍을 갖고 있는 열전도체.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 제1 금속부를 갖고, 그래파이트부 및 제2 금속부는 제1 금속부간에 배치되어 있는 열전도체.