KR101429429B1 - 가압함침형 다층방열기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가압함침형 다층방열기판 제조방법은, 다공성 피함침체(210a)와 세라믹판(220)을 서로 접촉시켜 조립체를 형성하는 조립단계(S10); 및 상기 조립체를 금형(1) 내에 장입하고 금형(2) 내에 용융함침제(230)로서 용융금속을 투입한 후 가압함침공정으로 피함침체(210a)에 용융함침제(230)를 함침시켜 금속기지 복합재료 방열판(210)을 얻음과 동시에 상기 가압함침공정에서 용융함침제(230)에 의하여 세라믹판(220)이 금속기지 복합재료 방열판(210)에 접합되도록 하는 가압함침 접합단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 가압함침 과정에서 방열을 위한 금속기지 복합재료 방열판(210)이 형성됨과 동시에 절연성을 부여하기 위한 세라믹판(220)이 금속기지 복합배료 방열판(210)에 일체형으로 부착되기 때문에 전체 제조공정이 단순할 뿐만 아니라 복잡한 다층구조를 갖지 않게 된다. 따라서 종래에 비하여 제조공정이 단순하고 제조단가가 저렴하며, 공정오차가 적게 발생하여 완성제품의 신뢰도가 증가한다.

Description

가압함침형 다층방열기판 및 그 제조방법{Pressure-impregnation type multi-layered heat dissipation substrate and method for fabricating the same}
본 발명은 가압함침형 다층방열기판에 관한 것으로서, 특히 금속기지 복합재료(metal matrix composites, MMC) 방열판을 가압함침법으로 제조하는 과정에서 상기 가압함침법에 사용되는 용융금속에 의해 상기 금속기지 복합재료 방열판에 세라믹판이 일체로 접합되도록 함으로써, 상기 금속기지 복합재료에 의해 고방열성을 가지면서 동시에 상기 세라믹판에 의해 높은 절연저항성을 가지도록 한 가압함침형 다층방열기판에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 가압함침형 다층방열기판의 제조방법에 관한 것이기도 하다.
LED 소자는 얼마 전까지만 하더라도 주로 표시용(display)으로 사용되었기 때문에 방열(放熱)이 크게 문제가 되지 않아 LED를 탑재하는 회로기판으로 수지계 기판이 사용되어 왔다. 그러나 최근 들어 조명분야에서의 응용이 두드러지면서 고출력 LED가 사용되게 되었고 이 경우 열 발생으로 인해 LED의 광효율 및 수명이 저하되는 문제가 발생하였다. 특히 LED 모듈이 소형화되고 출력은 높아지는 추세에 있기 때문에 그에 따라 더 많은 열이 발생하게 되어 더욱 문제가 되었다.
도 1은 종래의 LED용 기판을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, LED 칩(20)에서 발생하는 열은 LED 패키지(30) 및 기판(10)을 통해서 공기 중으로 방열된다. 앞서 설명한 바와 같이 예전에는 LED가 표시용으로서 출력이 작았기 때문에 기판(10)으로서 글라스 에폭시 기판(FR-4)과 같은 수지계 기판을 사용하여도 방열에 큰 문제가 없었다.
그러나 LED를 조명용으로 사용코자 할 때에는 고출력 LED를 사용해야만 하고, 이러한 고출력 LED의 경우 발광효율이 20~30% 정도로 낮고, 칩 사이즈도 작기 때문에 전체적인 소비전력이 낮음에도 불구하고 단위면적당 발열량이 매우 크다. 그런데 수지계 기판은 열전도율이 최대 10W/mk 정도 밖에 되지 않아 고출력 LED에서 발생하는 열을 효율적으로 배출하지 못하여 문제이다.
이에 고출력 LED의 방열을 위해서 추가적인 방열장치를 부착하거나 또는 수지 대신에 방열성이 더 좋은 금속기지 복합재료를 방열기판으로 사용하게 되었다. 금속기지 복합재료의 예로는 탄소성형체의 공극내로 알루미늄 용융합금이 가압함침된 알루미늄 기지 탄소 복합재료를 들 수 있다.
고출력 LED 뿐만 아니라 전력 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)와 같은 전력반도체의 경우에도 이러한 방열 처리가 마찬가지로 문제시 되고 있다.
도 2는 금속기지 복합재료를 사용하는 종래의 방열기판(100)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 종래의 방열기판(100)은 금속기지 복합재료 방열판(110)에 세라믹판(120)을 접합시켜 얻어진다. 금속기지 복합재료 방열판(110)은 탄소성형체의 공극내로 알루미늄 또는 그 합금을 가압함침시켜 얻어지는 알루미늄 기지 탄소 복합재료를 그 예로 들 수 있는데, 이러한 금속기지 복합재료는 열전도성 및 열팽창계수는 우수하나 금속과 같이 도전체이기 때문에 그 위에 탑재되는 LED나 반도체 칩과의 절연성 확보를 위하여 금속기지 복합재료 방열판(110) 상에 세라믹판(120)을 솔더링(130a) 접합시켜야 한다.
세라믹판(120)을 사용하지 않고, 열전도성과 절연성을 동시에 만족시킬 수 있는 질화알루미늄(AlN) 자체를 방열기판(100)으로 사용할 수도 있지만, 이는 원재료 가격이 구리보다 5배 이상으로 매우 비싸기 때문에 제조단가가 상승하는 문제가 있다. 따라서 위와 같이 금속기지 복합재료 방열판(110) 상에 세라믹판(120)이 접합된 다층구조의 방열기판(100)이 주로 채용되었다.
이 때, 금속기지 복합재료 방열판(110)과 세라믹판(120)의 접합이 용이하게 이루어지도록, 금속기지 복합재료 방열판(110)에 세라믹판(120)을 접합시키기 전에 금속기지 복합재료 방열판(110)의 표면에 금속도금층(115)을 형성하는 과정이 요구된다. 금속도금층(115)은 솔더링 접합(130a)의 원활함을 위한 것이기도 하지만, 솔더링(130a) 접합과정에서 금속기지 복합재료 방열판(110) 내의 금속이 금속기지 복합재료 방열판(110)의 밖으로 녹아 나오는 것을 방지하기 위한 것이기도 하다.
예컨대, 금속기지 복합재료 방열판(110)이 알루미늄 기지 탄소 복합재료인 경우, 금속도금층(115)을 구성함이 없이 세라믹판(120)을 금속기재 복합재료 방열판(110)에 곧바로 솔더링(130a) 접합시키면, 알루미늄 기지 탄소 복합재료 내에 함침되어 있던 알루미늄이 솔더링(130a) 접합과정에서 복합재료의 밖으로 녹아 나올 수 있다.
따라서 알루미늄보다 융점이 높은 니켈(Ni)과 같은 금속으로 알루미늄 기지 탄소 복합재료의 표면을 코팅하여 금속도금층(115)을 형성한 다음에 솔더링(130a) 접합을 진행하는 것이다. 그러면 솔더링(130a) 접합 과정에서 알루미늄 기지 탄소 복합재료 내의 알루미늄이 녹더라도 이것이 외부 용출되지 않게 된다.
세라믹판(120)과 금속기지 복합재료 방열판(110) 사이의 솔더링(130a) 접합과 금속도금층(115)이 서로 다른 이종금속으로 이루어지면, 이들 사이의 열팽창 계수 차이에 따른 열쇼크(thermal shock)가 발생하기 쉬우므로, 이를 방지하기 위하여 도 2b에서와 같이 세라믹판(120)과 금속기지 복합재료 방열판(110) 사이에 접합개재층(140)을 솔더링(130a) 접합시키기도 한다.
상술한 바와 같이 종래의 방열기판(100)은 금속기지 복합재료 방열판(110)의 표면에 금속도금층(115)을 형성하거나 솔더링(130a) 접합 과정이 별도로 필연적으로 요구되고, 또한 세라믹판(120)과 금속기지 복합재료 방열판(110) 사이에 접합개재층(140)이 설치되어야 할 경우가 있으므로 제조공정이 복잡하고, 또한 제조단가가 상승할 뿐만 아니라 공정마다 발생하는 공정오차에 의하여 완성된 제품의 신뢰도가 떨어지는 문제가 발생한다.
또한 세라믹판(120)이 솔더링 접합되기 때문에 세라믹판(120)의 전면적이 금속기지 복합재료 방열판(110)에 접합되는 것이 아니라 테두리 부위만 접합되어 접합력이 떨어지는 문제가 발생하고, 이렇게 접합이 제대로 이루어지지 않기 때문에 열전도 효율도 좋지 않다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 금속기지 복합재료 방열판을 가압함침법으로 제조하고, 동시에 이러한 가압함침 과정에서 가압합침법에 사용되는 용융금속에 의해 금속기지 복합재료 방열판에 세라믹판이 일체로 접합되도록 함으로써, 고출력 LED나 전력반도체 등의 사용 시에 나타나는 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 가압함침형 다층방열기판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 가압함침형 다층방열기판은,
다공성 피함침체에 용융금속으로 이루어지는 용융함침제가 가압함침되어 얻어지는 금속기지 복합재료 방열판; 및
상기 용융함침제가 상기 다공성 피함침체에 합침되는 과정에서 상기 용융함침제에 의하여 상기 금속기지 복합재료 방열판의 적어도 어느 한 면에 접합되어 설치되는 세라믹판;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 다공성 피함침체는 탄소성형체 또는 탄소소성체이고, 상기 용융함침제가 알루미늄이나 구리를 포함하는 용융금속으로 이루어질 수 있다. 이 때 상기 세라믹판이 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 가압함침형 다층방열기판 제조방법은,
다공성 피함침체와 세라믹판을 서로 접촉시켜 조립체를 형성하는 조립단계; 및
상기 조립체를 금형 내에 장입하고 상기 금형 내에 용융함침제로서 용융금속을 투입한 후 가압함침공정으로 상기 피함침체에 용융함침제를 함침시켜 금속기지 복합재료 방열판을 얻음과 동시에 상기 가압함침공정에서 상기 용융함침제에 의하여 상기 세라믹판이 상기 금속기지 복합재료 방열판에 접합되도록 하는 가압함침 접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 조립단계 이전에, 상기 세라믹판의 표면에 금속피막을 형성시키는 단계가 더 포함되는 것이 바람직하다. 이 때 상기 금속피막은 상기 세라믹판의 표면에 금속분말을 분사시켜 물리적으로 박아 넣음으로써 형성될 수 있다.
상기 가압함침 접합단계 이후에, 상기 세라믹판이 접합되어 있는 상기 금속기지 복합재료 방열판을 상기 금형의 외부로 취출시켜 상기 세라믹판의 표면에 있는 금속피막을 화학적 또는 기계적 방법으로 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 가압함침공정은 50Mpa ~ 120Mpa 의 압력범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 가압함침공정은 상기 용융함침제의 융점보다 80℃ ~ 200℃ 만큼 높은 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 세라믹판은 알루미나(Al2O3)로 이루어지고, 상기 용융함침제는 알루미늄이나 구리를 포함하는 용융금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 금속피막 및 용융함침제는 알루미늄이나 구리를 포함하는 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 가압함침 과정에서 방열을 위한 금속기지 복합재료 방열판이 형성됨과 동시에 절연성을 부여하기 위한 세라믹판이 금속기지 복합배료 방열판에 일체형으로 부착되기 때문에 전체 제조공정이 단순할 뿐만 아니라 복잡한 다층구조를 갖지 않게 된다. 따라서 종래에 비하여 제조공정이 단순하고 제조단가가 저렴하며, 공정오차가 적게 발생하여 완성제품의 신뢰도가 증가한다. 그리고 세라믹판의 전면적이 금속기지 복합재료 방열판에 접합되기 때문에 접합력이 뛰어나고 열전도 효율도 매우 좋다.
이와 같이 본 발명에 의하면 고출력 LED나 전력반도체 등의 사용 시에 문제되는 방열과 절연문제를 원샷 공정으로 동시에 해결할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 LED용 기판을 설명하기 위한 도면;
도 2는 금속기지 복합재료를 사용하는 종래의 방열기판(100)을 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가압함침형 다층방열기판(200)의 제조방법을 설명하기 위한 도면;
도 4는 도 3의 공정 흐름도;
도 5는 도 4의 금속피막 형성단계(S5)를 설명하기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 가압함침형 다층방열기판(200)을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
[실시예 1]
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 가압함침형 다층방열기판(200)을 설명하기 위한 도면들로서, 도 3은 본 발명에 따른 가압함침형 다층방열기판(200)의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 공정 흐름도이며, 도 5는 도 4의 금속피막 형성단계(S5)를 설명하기 위한 도면이다.
[조립단계(S10)]
먼저 다공성 피함침체(210a)와 세라믹판(220)을 서로 접촉시켜 조립체를 형성한다(S10). 이때의 조립은 다공성 피함침체(210a)와 세라믹판(220)을 맞대기 면 접촉시켜 나사 또는 클램프 등과 같은 조입수단을 통하여 서로 강제 접촉시킬 수 있는 것이라면 특별한 구애를 받지 않는다.
다공성 피함침체(210a)는 탄소분말 또는 탄소블록 등이 선택될 수 있으며, 여기서 탄소블록이라 함은 소정의 공극률을 가지도록 탄소분말을 이용하여 벌크형태로 제조된 탄소성형체 또는 탄소소성체를 말한다.
세라믹판(220)의 예로는 0.1mm ~ 0.5mm 두께의 알루미나(Al2O3) 판을 들 수 있는데, 세라믹판(220)의 두께가 너무 두꺼우면 방열성이 떨어질 수 있고 두께가 너무 얇으면 절연성이 떨어질 수 있으므로 요구된 스펙에 따라 적절한 선택이 요구된다. 세라믹판(220)의 재질은 절연성 및 방열성 뿐만 아니라 후술하는 바와 같이 접합력과도 관련이 있다.
[가압함침 접합단계(S20)]
다음에, 도 3a 및 도 3b와 같이, 세라믹판(220)과 다공성 피함침체(210a)의 조립체를 금형(1) 내에 장입한 다음에 용융함침제(230)를 금형(1) 내에 주입하고 입구에 끼워지는 가압펀치(2)로 눌러 그 가압력에 의하여 용융함침제(230)가 피함침체(210a)의 공극으로 침투되도록 한다. 그러면 피함침체(210a)의 공극 내에 용융함침제(230)가 가압 함침되어 금속기지 복합재료 방열판(210)이 얻어진다.
이렇게 금속기지 복합재료 방열판(210)이 얻어지는 과정에서 용융함침제(230)가 다공성 피함침체(210a)와 세라믹판(220)의 계면으로 밀려 침투하게 되어 세라믹판(220)이 계면 용융함침제(230a)에 의해 금속기지 복합재료 방열판(210)에 접합되는 현상이 동시에 발생한다(S20).
종래와 같이 솔더링 접합하게 되면 세라믹판(220)의 테두리만 피함침체(210a)에 접합될 것이나, 본 발명의 경우는 용융함침제(230)가 다공성 피함침체(210a)의 공극을 통하여 세라믹판(220)의 가운데 부분 접합에도 기여하기 때문에 접합이 치밀하여 열전도 효율이 뛰어나게 된다.
용융함침제(230)로는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 또는 구리합금 등과 같은 금속이 용융되어 이루어지는 용융금속이 선택될 수 있다.
세라믹판(220)이 계면 용융함침제(230a)에 의하여 금속기지 복합재료 방열판(210)에 견고하게 부착되기 위해서는 세라믹판(220)을 이루는 금속산화물의 금속성분이 계면 용융함침제(230a)와 쉽게 합금화될 수 있는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대 세라믹판(220)이 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 경우 용융함침제(230)는 알루미늄이나 그 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그러면 금속기지 복합재료 방열판(210), 계면 용융함침제(230a), 및 세라믹판(220)에 모두 동일한 금속성분이 포함되어 이들이 접합에 관여하기 때문에 세라믹판(220)과 금속기지 복합재료 방열판(210) 사이에 견고한 접합이 이루어질 수 있다. 용융함침제(230)가 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 경우에도 구리와 알루미늄의 합금화가 잘 이루어지므로 이러한 견고한 접합이 이루어질 수 있다.
가압함침 접합단계(S20)는 50Mpa ~ 120Mpa 의 압력범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. 가압력이 너무 약하면 가압함침이 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 또한 세라믹판(220)과 금속기지 복합재료 방열판(210) 사이의 계면으로 용융함침제(230)가 충분히 침투되지 못하여 세라믹판(220)과 금속기지 복합재료 방열판(210)의 접합이 약하게 이루어지는 문제가 발생할 수 있다. 반면에 가압력이 너무 높으면 다공성 피함침체(210a)가 붕괴되어 버릴 수 있으며, 또한 가압펀치(2)에 의한 세라믹판(220)의 누름이 과도하게 일어나 이 경우에도 오히려 세라믹판(220)과 금속기지 복합재료 방열판(210) 사이의 계면으로 용융함침제(230)가 충분히 침투하지 못할 수 있기 때문이다.
가압함침 접합단계(S20)는 용융함침제(230)의 융점보다 80℃ ~ 200℃ 만큼 높은 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 용융함침제(230)가 충분히 유동성을 가져서 다공성 피함침체(210a)의 공극내로 침투할 수 있도록 하기 위함이며, 또한 이렇게 다공성 피함침체(210a)로 침투한 용융함침제(230)가 세라믹판(220)과 다공성 피함침체(210a) 사이의 계면으로 밀려가 계면 전체에 골고루 퍼져 접합이 제대로 이루어지게 하기 위함이다.
[취출단계(S30)]
도 3b에서와 같이 세라믹판(220)이 계면 용융함침제(230a)에 의하여 금속기지 복합재료 방열판(210)에 접합되는 과정이 마무리되면 금형(1)에서 가압펀치(2)를 제거하고 그 결과물을 금형(1)에서 취출시킨다(S30). 그러면 도 3c에서와 같이 본 발명에 따른 가압함침형 다층방열기판(200)이 얻어진다.
[금속피막 형성단계(S5)]
조립단계(S10) 이전에 도 5에서와 같이 세라믹판(220)의 표면에 금속피막(221)을 형성하는 단계가 선행될 수 있다(metalization). 이 때의 금속피막(221)은 세라믹판(220)의 표면에 금속분말을 분사시켜 물리적으로 박아 넣음으로써 이루어질 수 있다. 금속피막(221)은 세라믹판(220)의 둘레에 완벽한 막 형태로 치밀하게 형성될 필요는 없으며 접착력 증강에 기여할 수 있을 정도면 족하다.
세라믹판(220)은 금속산화물로 이루어지기 때문에 금속과의 접합이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이를 방지하기 위하여 위와 같이 세라믹판(220)의 표면에 금속피막(221)을 형성하는 것이다. 금속피막(221)은 용융함침제(230)의 금속성분과 쉽게 합금화가 이루어지는 재질의 것이 바람직하다. 예컨대 용융함침제(230)가 알루미늄 용융금속인 경우에 금속피막(221)은 알루미늄이나 구리를 포함하는 용융금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
[예열단계(S15)]
조립단계(S10) 이후에 세라믹판(220)과 다공성 피함침체(210a)의 조립체를 예열하는 과정을 더 거치는 것이 바람직하다. 예컨대 피함침체(210a)가 탄소 성형체인 경우 300~950℃의 온도범위에서 예열하는 과정을 거친다. 이 때 예열이 이루어진 피함침체(210a)를 금형(1) 내로 이동시키는 과정에서 피함침체(210a)가 산소에 노출되면 피함침체(210a)가 원하지 않게 산화되어 버리는 문제가 발생하며, 또한 피함침체(210a)를 금형(1) 내로 이동시키는 과정에서 열이 피함침체(210a)에서 빠져 나가버리는 문제가 발생하기 때문에, 이를 방지하기 위하여 조립체를 감싸도록 보호막(미도시)을 설치하는 것이 바람직하다. 상기 보호막은 용융함침제(230)가 통과하여 피함침체(210a)로 가압 함침될 수 있도록 미세 관통공을 가지는 것이 바람직하다.
[금속피막 제거단계(S35)]
금속피막 형성단계(S5)에서 형성되었던 금속피막(211)은 가압함침형 다층방열기판(200)의 절연성에 악영향을 준다. 따라서 취출단계(S30) 이후에 산이나 알칼리 용액을 이용하는 화학적 방법이나 연마 등을 이용하는 기계적 방법으로 세라믹판(220)의 표면에 부착되어 있는 금속피막(211)을 제거하는 것이 바람직하다. 이후 최종 제품의 규격에 맞추어 가압함침형 다층방열기판(200)의 절단과정이 진행된다.
[실시예 2]
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 가압함침형 다층방열기판(200)을 설명하기 위한 도면으로서, 세라믹판(220)이 계면 용융함침제(230a)에 의하여 금속기지 복합재료 방열판(210)의 일면에 접합되는 것을 특징으로 하는 제1실시예의 경우와 달리, 제2실시예는 세라믹판(220)이 금속기지 복합재료 방열판(210)의 앙면에 접합되는 것을 특징으로 하며, 나머지 기타 구제적인 제조과정은 제1실시예의 경우와 마찬가지로 진행된다.
표 1은 본 발명에 따른 가압함침형 다층방열기판(200)의 특성을 설명하기 위한 비교표이다. 여기서, 'A'는 금속기지 복합재료 방열판(210)을 의미하고, 'A+CA'는 금속기지 복합재료 방열판(210)에 CA 사양의 세라믹판(220)이 접합된 경우를 의미한다. 그리고 'A+CB'는 금속기지 복합재료 방열판(210)에 CB 사양의 세라믹판(220)이 접합된 경우를 의미하며, 'AlN'은 질화알루미늄을 의미한다.
특성항목 단위 재질사양
A A+CA A+CB CA CB AlN
열팽창계수 *10-6/K 7 8 4 8 3.5 4
열전도율 W/mk 410 270 310 29 35 220
전기저항
(유효층)		 m 4.0*10-8 > 1012 > 1010 > 1014 > 1014 > 1012
> 1014 > 1014
열전도율을 살펴보면, 본 발명에 해당하는 'A+CA'와 'A+CB'의 경우 순수하게 'A'만 있는 경우에 비하여 세라믹판 'CA'또는 'CB'의 존재로 인하여 열전도율이 떨어질 것이 당연하나 그 떨어짐 정도가 크지 않으며 'AlN'이 단독으로 사용되는 경우보다 열전도율이 뛰어나 바람직함을 알 수 있다.
그리고 전기저항을 살펴보면 본 발명에 해당하는 'A+CA'와 'A+CB'의 경우 순수하게 'A'만 있는 경우에 비하여 전기저항이 증가할 것이 당연한데 그 증가 정도가 상당히 커 절연성이 충분히 확보되며, 'AlN'이 단독으로 사용되는 경우와 거의 유사하여 바람직함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 가압함침 과정에서 방열을 위한 금속기지 복합재료 방열판(210)이 형성됨과 동시에 절연성을 부여하기 위한 세라믹판(220)이 금속기지 복합배료 방열판(210)에 일체형으로 부착되기 때문에 전체 제조공정이 단순할 뿐만 아니라 복잡한 다층구조를 갖지 않게 된다. 따라서 종래에 비하여 제조공정이 단순하고 제조단가가 저렴하며, 공정오차가 적게 발생하여 완성제품의 신뢰도가 증가한다. 그리고 세라믹판(120)의 전면적이 금속기지 복합재료 방열판(210)에 접합되기 때문에 접합력이 뛰어나고 열전도 효율도 매우 좋다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 고출력 LED나 전력반도체 등의 사용시에 문제되는 방열과 절연문제를 원샷 공정으로 동시에 해결할 수 있게 된다.
1: 금형
2: 가압펀치
10: 기판
20: LED 칩
30: LED 패키지
100: 방열기판
110: 금속기지 복합재료 방열판
115: 금속도금층
120: 세라믹판
130a: 솔더링
140: 접합개재층
200: 가압함침형 다층방열기판
210: 금속기지 복합재료 방열판
210a: 다공성 피함침체
220: 세라믹판
221: 금속피막
230: 용융함침제

Claims (11)

  1. 다공성 피함침체의 어느 한 면에 세라믹판이 접촉되어 이루어지는 조립체와, 용융함침제로서의 용융금속을 금형 내에 장입하여 상기 용융함침제에 상기 다공성 피함침체가 잠기도록 하고, 상기 용융함침제에 외부 압력을 작용시켜 상기 외부 압력에 의하여 상기 용융함침제가 상기 다공성 피함침체의 공극으로 침투되도록 하면서 상기 공극으로 침투된 용융함침제의 일부는 상기 다공성 피함침체와 상기 세라믹판의 계면으로 밀려나오도록 하는 가압함침 과정을 거침으로써,
    상기 다공성 피함침체에 상기 용융함침체가 함침되어 이루어지는 금속기지 복합재료 방열판; 및
    상기 다공성 피함침체와 상기 세라믹판의 계면으로 밀려나온 상기 용융함침제에 의하여 상기 금속기지 복합재료 방열판에 접합되는 세라믹판; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 피함침체가 탄소성형체 또는 탄소소성체이고, 상기 용융함침제가 알루미늄이나 구리를 포함하는 용융금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 세라믹판이 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판.
  4. 다공성 피함침체와 세라믹판을 서로 접촉시켜 조립체를 형성하는 조립단계; 및
    용융함침제로서의 용융금속과, 상기 조립체를 금형 내에 장입하여 상기 용융함침제에 상기 조립체가 잠기도록 하고, 가압함침공정으로서 상기 용융함침제에 외부 압력을 작용시킴으로써 상기 외부 압력에 의하여 상기 용융함침제가 상기 다공성 피함침체의 공극으로 침투되도록 하여 상기 다공성 피함침체에 상기 용융함침제가 함침된 금속기지 복합재료 방열판을 얻음과 동시에, 상기 공극으로 침투된 용융함침제의 일부는 상기 다공성 피함침체와 상기 세라믹판의 계면으로 밀려나와 상기 용융함침제에 의하여 상기 세라믹판이 상기 금속기지 복합재료 방열판에 접합되도록 하는 가압함침 접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조립단계 이전에, 상기 세라믹판의 표면에 금속피막을 형성시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 금속피막이 상기 세라믹판의 표면에 금속분말을 분사시켜 물리적으로 박아 넣음으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가압함침 접합단계 이후에, 상기 세라믹판이 접합되어 있는 상기 금속기지 복합재료 방열판을 상기 금형의 외부로 취출시켜 상기 세라믹판의 표면에 있는 금속피막을 화학적 또는 기계적 방법으로 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 가압함침공정이 50Mpa ~ 120Mpa 의 압력범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 가압함침공정이 상기 용융함침제의 융점보다 80℃ ~ 200℃ 만큼 높은 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판 제조방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 세라믹판이 알루미나(Al2O3)로 이루어지고, 상기 용융함침제가 알루미늄이나 구리를 포함하는 용융금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판 제조방법.
  11. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 금속피막 및 용융함침제가 알루미늄이나 구리를 포함하는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압함침형 다층방열기판 제조방법.
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