KR101573179B1 - 폴리머를 이용한 히트싱크의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크는 발열원에 장착되는 기저판부; 및 상기 기저판부의 상부면에 구비되고, 3차원으로 서로 관통 연결된 다수의 공극으로 이루어진 다공성 패턴을 포함한 방열부;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크는 기저판부가 폴리머를 포함하여 형성되므로 무게를 절감할 수 있고, 최소의 체적을 갖는 다공성 패턴에서 다수의 공극을 최조밀 분포 상태로 형성하며, 다수의 공극이 서로 3차원으로 연결되어 공극률을 극대화한 방열부를 이용하여 단위면적당 열방출량을 증가시킬 수 있어 방열 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

폴리머를 이용한 히트싱크의 제조 방법{Method of manufacturing Heat sink with polymer}
본 발명은 폴리머를 이용한 히트싱크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 3차원으로 연결된 공극들로 이루어진 다공성 패턴을 통해 공냉식으로 방열을 수행하고 열전도성 폴리머 혼합물을 함유한 폴리머를 이용한 히트싱크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 소비전류가 0.3W 미만의 고휘도 발광다이오드를 이용한 조명 장치는 발광다이오드에서 발열되는 열이 적어, 다수개의 발광다이오드를 배열함으로써 작은 에너지의 소모로 높은 휘도를 얻을 수 있고, 램프 소자의 수명이 길기 때문에 신호등 및 전광판과 같은 사인물 조명에 널리 사용되고 있다.
그러나 가로등, 터널등, 자동차 전도등과 같이 높은 조도를 요구하는 곳에 사용되는 파워급 고휘도 발광다이오드 소자는 일반 고휘도 발광다이오드 소자에 비해 소비전류가 10배 이상인 3W급의 고 출력 발광다이오드 소자를 사용한다.
이때, 파워급 고휘도 발광다이오드 소자를 사용한 가로등은 종래 메탈 할라이드 램프나 수은 램프를 사용한 가로등에 비하여 광량이 매우 적으므로, 파워급 고휘도 발광다이오드를 다수 개 밀집하여, 사용하게 되는데, 단위 면적당 열이 급격히 상승하여, 발광다이오드 소자의 열화 현상을 급속히 진행시킴으로써 발광다이오드의 조도와 수명이 급격히 저하되는 현상을 야기하게 된다.
따라서, 파워 급의 고 출력 발광다이오드 소자를 이용한 조명등기구를 개발할 시에는 발광소자의 광원에서 나오는 열을 효과적으로 방열할 수 있는 구조로 설계되어야 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 다수개의 발광다이오드가 안착되는 알루미늄 방열판을 적층시켜 만든 인쇄회로기판과 다수개의 열 방출 돌기가 형성된 알루미늄 방열판을 밀착시켜 발광다이오드에서 발산되는 열을 외부의 공기로 신속하게 방열하는 방식을 이용하고 있다.
이러한 방열을 위해 종래에는 히트싱크를 이용하고 있으며, 이러한 히트싱크는 특허문헌에 기재된 바와 같이, 수직방향의 방열핀이 각각 판상인 RSF(Rectangular Straight Fin) 타입을 기본으로, SRSF(Splitted Rectangilar Straight Fin) 타입 및 PF(Pin Fin) 타입 등도 폭넓게 사용되고 있다.
이러한 종래의 히트싱크는 발열원에서 히트싱크의 밑면인 방열판으로 열전도되어 히트싱크 밑면에서 방열핀으로 열전도되고, 다시 방열핀을 통해 공기와 접촉하여 냉각되는 방식을 수행한다.
그러나 종래에 사용되고 있는 대부분의 히트싱크는 압출형으로 사용되고 있으나 방출열량의 문제점으로 사용상의 한계를 나타내고 있고, 이를 해결하기 위해 히트싱크를 크게 제작하는 방법 이외에 특별한 대안이 없는 실정이다.
특허문헌 1: 국내공개특허공보 제 10-2002-0048844호
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 3차원으로 연결된 공극들로 이루어진 다공성 패턴을 통해 공냉식으로 방열을 수행하고 열전도성 폴리머 혼합물을 함유한 히트싱크를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 3차원으로 연결된 공극들로 이루어진 다공성 패턴을 통해 공냉식으로 방열을 수행하고 열전도성 폴리머 혼합물을 함유한 히트싱크의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크는 발열원에 장착되는 기저판부; 및 상기 기저판부의 상부면에 구비되고, 3차원으로 서로 관통 연결된 다수의 공극으로 이루어진 다공성 패턴을 포함한 방열부;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크에서 상기 기저판부는 폴리머 성분 및 열전도성 충진제를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크에서 상기 열전도성 충진제는 세라믹 성분 또는 금속 성분이고, 상기 세라믹 성분은 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 실리콘카바이드 및 실리콘나이트라이드 중 적어도 어느 하나 또는 복합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크에서 상기 다공성 패턴은 비금속 재질, 금속 재질, 금속 산화물 및 금속 질화물 중 어느 하나 또는 복합물로 형성되고, 상기 공극은 수십 마이크로 크기부터 수 밀리미터 크기의 직경으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크에서 상기 비금속 재질은 카본(carbon) 및 실리콘을 포함하고, 상기 금속 재질은 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄을 포함하며, 상기 금속 산화물은 산화마그네슘, 알루미나 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크에서 상기 공극은 인접한 공극과 사이에 아래 방향으로 4개, 측면 방향으로 4개 및 윗 방향으로 4개로 구비되는 연결통로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법은 (A) 방열부의 다공성 패턴을 형성하기 위한 다수의 희생 비드를 제조하는 단계; (B) 상기 다수의 희생 비드를 몰드에 침전시켜 적층하는 단계; (C) 상기 희생 비드의 적층 구조에 대해 가압 및 가열하는 단계; (D) 상기 희생 비드의 적층 구조에 패턴 전구물질을 투입하고 가열하여 다공성 패턴을 형성하는 단계; 및 (E) 상기 다공성 패턴이 구비된 상기 몰드의 상부에 열전도성 폴리머 혼합물을 채우고 경화하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법에서 상기 희생 비드는 폴리머 또는 산화물을 이용하여 구형으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법에서 상기 (B) 단계는 상기 다수의 희생 비드를 에탄올 용액과 함께 상기 몰드에 담가 서냉 건조 또는 냉동 건조하여 침전 적층하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법은 상기 (D) 단계에서 상기 패턴 전구물질을 상기 다공성 패턴의 재질에 따라 마련되고, 상기 다공성 패턴의 재질은 비금속 재질, 금속 재질, 금속 산화물 및 금속 질화물 중 어느 하나 또는 복합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법에서 상기 비금속 재질은 카본(carbon) 및 실리콘을 포함하고, 상기 금속 재질은 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄을 포함하며, 상기 금속 산화물은 산화마그네슘, 알루미나 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법은 상기 (E) 단계에서 상기 열전도성 폴리머 혼합물이 폴리머 성분 및 열전도성 충진제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법에서 상기 열전도성 충진제는 세라믹 성분 또는 금속 성분이고, 상기 세라믹 성분은 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 실리콘카바이드 및 실리콘나이트라이드 중 적어도 어느 하나 또는 복합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법에서 상기 열전도성 충진제는 경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크(100)는 기저판부(110)가 폴리머를 포함하여 형성되므로 무게를 절감할 수 있고, 최소의 체적을 갖는 다공성 패턴(125)에서 다수의 공극(A)을 최조밀 분포 상태로 형성하며, 다수의 공극(A)이 서로 3차원으로 연결되어 공극률을 극대화한 방열부(120)를 이용하여 단위면적당 열방출량을 증가시킬 수 있어 방열 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크의 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크에 의해 열경계층 현상을 해소하는 원리를 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크를 적용한 가로등의 예시도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크에 의해 열경계층 현상을 해소하는 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크(100)는 발열원에 장착된 기저판부(110) 및 기저판부(110)의 상부면에 3차원으로 서로 관통 연결된 다수의 공극(A)으로 이루어진 다공성 패턴(125)을 포함한 방열부(120)로 구성되고, 기저판부(110)를 통해 열을 전달받고 방열부(120)를 통해 공기와 접촉하여 냉각 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 기저판부(110)는 (ⅰ)폴리머 성분 및 (ⅱ)열전도성 충진제를 포함하여 형성된 판형 부재로서, 발열원의 표면 형태에 따라 다양하게 구부러진 변형된 형태로 맞물려 구비될 수 있다.
여기서, (ⅰ)폴리머 성분은 절연성을 갖는 폴리머로서 예컨대 폴리프로필렌(Polypropylene), 아크릴로니트릴 부타디엔 스틸렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 나일론(Nylon), 폴리페닐렌 술파이드(Polyphenylene Sulfide), 폴리티오펜(polythiophene) 및 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone) 등을 포함할 수 있다. 물론, 폴리머 성분은 상술한 재질들에 한정되지 않고 절연성을 갖는 폴리머라면 상관없이 사용할 수 있다.
(ⅱ)열전도성 충진제는 폴리머 입자 사이의 입계면에 열전도 경로를 형성하기 위해 선택적으로 첨가될 수 있는 세라믹 성분 또는 금속 성분이고, 세라믹 성분으로 예를 들어 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 실리콘카바이드 및 실리콘나이트라이드 중 적어도 어느 하나 또는 복합물을 포함하며, 금속 성분은 구리, 알루미늄, 금, 은 중 적어도 어느 하나 또는 복합물을 포함할 수 있다.
이렇게 구성된 기저판부(110)는 (ⅰ)폴리머 성분에 의해 전기적 절연을 이루면서 (ⅱ)열전도성 충진제에 의해 발열원으로부터 전달되는 열을 방열부(120)로 전도하는 기능을 수행한다.
방열부(120)는 3차원으로 서로 관통 연결된 다수의 공극(A)으로 이루어진 다공성 패턴(125)으로 구성되고, 다공성 패턴(125)은 예를 들어 카본(carbon), 실리콘 등의 비금속 재질, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄 등의 금속 재질, 산화마그네슘, 알루미나, 이산화티타늄(TiO2)의 금속 산화물 또는 금속 질화물 등으로 형성될 수 있다.
이때, 공극(A)은 수십 마이크로 크기부터 수 밀리미터 크기의 직경으로 구비될 수 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 다른 공극(A)과 다수의 연결통로를 형성하여 3차원으로 서로 연결된다. 이때, 공극(A) 사이의 연결통로는 후술할 다수의 희생 비드(bead: 101) 사이의 면접합에 의해 형성되는 것으로, 다수의 희생 비드(101)가 이루는 최조밀 적층구조(Closest packing structure)에서 형성된 희생 비드(101) 사이의 면접합 부분이 다수의 연결통로로 형성된다. 이러한 다수의 연결통로는 예를 들어 공극(A)의 중심을 기준으로 아래 방향으로 4개, 측면 방향으로 4개 및 윗 방향으로 4개로 구비되는 대칭구조로 형성될 수도 있다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크(100)는 기저판부(110)가 폴리머를 포함하여 무게를 절감할 수 있고, 방열부(120)가 최소의 체적을 갖는 다공성 패턴(125)에서 다수의 공극(A)을 최조밀 분포 상태로 형성하며, 형성된 다수의 연결통로에 의해 다수의 공극(A)이 서로 3차원으로 연결되므로 공극률을 극대화하여 단위면적당 열방출량을 증가시킬 수 있어 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크(100)의 방열부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 열 경계층(thermal boundary layer) 현상을 감소시켜 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 열경계층이란 도 3에서 "A"로 표시된 바와 같이 낮은 온도의 유체가 고온의 평판(10)을 지나면서 생성되는 층으로, 유체가 고온의 평판(10)과 만나는 부분에서는 유체의 온도 변화율이 높지만 평판(10)에서 멀어지면서는 유체의 온도 변화율이 점점 감소하는 영역의 경계를 형성하게 된다.
이러한 열경계층(A)의 영역이 평판(10)의 길이 방향을 따라 두꺼워질수록, 유체에 대한 열전달이 이루어지지 않아 방열 효율이 떨어질 수밖에 없다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 히트싱크(100)는 다수의 공극(A)이 서로 3차원으로 연결된 다공성 패턴(125)으로 구성된 방열부(120)를 이용하여, 열경계층(A)의 생성을 억제하고 교란시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 히트싱크(100)는 방열부(120)를 통해 열경계층(A)의 생성을 억제시키고 교란시켜 에어 또는 냉각수의 유체로 열전달을 최대화할 수 있고, 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크(100)의 제조방법에 대해 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 설명한다. 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크(100)의 제조방법은 먼저 방열부(120)의 다공성 패턴(125)을 형성하기 위한 다수의 희생 비드(101)를 제조한다.
희생 비드(101)는 도 2a에 도시된 바와 같이 중합반응을 이용하여 예를 들어 폴리스티렌(PS), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리머 또는 이산화규소(SiO2), 이산화티타늄(TiO2) 등의 산화물을 예컨대 구형으로 다수 제조될 수 있다.
이후, 다수의 희생 비드(101)를 몰드(200)의 홈부에 에탄올 용액과 함께 담가 15℃ 이하의 온도에서 서냉 건조 또는 냉동 건조함에 따라, 다수의 희생 비드(101)는 도 2a에서처럼 적층 구조를 이루며 침전될 수 있다.
이때, 형성되는 희생 비드(101)의 적층 구조는 예컨대 육방 최조밀 적층 구조(hexagonal closest packed structure) 또는 입방 최조밀 적층 구조(cubic closest packed structure)와 같은 최조밀 적층 구조를 포함할 수 있다.
에탄올을 완전히 증발시킨 후, 도 2b에 도시된 바와 같이 희생 비드(101)의 적층 구조에서 희생 비드(101) 사이의 접촉면적을 증대시키기 위해, 희생 비드(101)의 적층 구조에 대해 가압 및 가열 공정을 수행한다.
이때, 희생 비드(101) 사이의 접촉면적은 공극(A) 사이의 3차원 연결통로로서 구현되므로, 희생 비드(101)의 구성 재료 및 접촉면적의 크기에 따라 가압 조건과 가열 온도를 설정할 수 있다. 여기서, 가열 온도는 희생 비드(101)의 구성 재료에 대한 유리 전이 온도(glass transition temperature)를 최고점 온도로 하여 설정할 수 있다.
예를 들어, 희생 비드(101)가 수백 마이크로 직경의 크기를 갖고 폴리머 재질로 이루어진 경우에, 가압 및 가열 공정은 100 ~ 300 ㎪의 가압 조건과 110 ~ 150℃의 가열 온도에서 수행될 수 있다.
이러한 가압 및 가열 공정에 의해 희생 비드(101) 사이의 접촉면적은 증대되고, 도 2b에 도시된 바와 같이 희생 비드(101)의 적층 구조에서 다수의 희생 비드(101)는 더욱 조밀하게 밀착된다.
이렇게 더욱 조밀해진 희생 비드(101)의 적층 구조에 대해 도 2c에 도시된 바와 같이 패턴 전구물질(pattern precursor: 121)을 투입하고 가열시켜 형성한다.
여기서, 패턴 전구물질(121)은 전술한 다공성 패턴(125)의 재질에 따라 선택할 수 있어서, 예를 들어 카본(carbon), 실리콘 등의 비금속 재질, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄 등의 금속 재질, 산화마그네슘, 알루미나, 이산화티타늄(TiO2)의 금속 산화물 또는 금속 질화물 중에서 선택된 재질에 따라 다양하게 마련할 수 있다.
예를 들어 다공성 패턴(125)을 카본 재질로 형성하는 경우에 패턴 전구물질(121)은 레조르시놀(Resorcinol), 포름 알데히드(Formaldehyde), 탄산나트륨(Sodium carbonate) 및 순수물(DI water)을 교반하여 마련할 수도 있다.
이렇게 마련된 카본용 패턴 전구물질(121)을 도 2c에 도시된 바와 같이 희생 비드(101)의 최조밀 적층 구조에 투입한 후 50 ~ 80℃, 48 ~ 72시간 동안 가열시켜 겔화(gelation) 과정을 수행할 수도 있다. 여기서, 카본용 패턴 전구물질(121)의 투입을 원활하게 수행하기 위해, 카본용 패턴 전구물질(121)의 투입은 압착 지그(220)를 이용하여 0.1 atm의 기압 분위기에서 수행될 수 있다.
이후, 패턴 전구물질(121)을 포함한 희생 비드(101)의 적층 구조에 대해 질소 분위기에서 예컨대 800℃의 온도로 2 ~ 3시간 동안 가열하는 탄화(carbonization) 과정을 수행한다.
이러한 탄화 과정에 의해, 도 1에 도시된 바와 같이 희생 비드(101)가 소멸되고 패턴 전구물질(121)이 탄화되어, 다수의 연결통로를 통해 3차원으로 연결된 다수의 공극(A)을 갖는 다공성 패턴(125)이 형성될 수 있다.
이렇게 다공성 패턴(125)을 형성한 후, 도 2d에 도시된 바와 같이 다공성 패턴(125)의 상부면을 덮도록 몰드(200)에 (ⅰ)폴리머 성분 및 (ⅱ)열전도성 충진제를 포함한 혼합물을 채우고 경화한다. 물론, (ⅰ)폴리머 성분 및 (ⅱ)열전도성 충진제를 포함한 혼합물은 다른 성분, 예를 들어 경화제가 혼입되어 경화과정을 용이하게 수행할 수 있다.
이때, (ⅰ)폴리머 성분 및 (ⅱ)열전도성 충진제를 포함한 혼합물은 기저판부(110)를 구성하는 재질로서 기저판부(110)와 다공성 패턴(125)의 결합을 용이하게 이루기 위해 지그(230)를 통해 압착되면서 경화될 수 있다.
이어서 몰드(200)를 분리하면, 도 2e에 도시된 바와 같이 경화 형성된 기저판부(110) 및 다공성 패턴(125)으로 이루어진 방열부(120)로 구성된 공냉식 히트싱크(100)를 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 히트싱크(100)는 발열이 문제가 되는 제품, 예를 들어 도 4에 도시된 가로등의 조명부 몸체(300)에 장착되어 조명과정에서 발생하는 열을 전달받아 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크(100)의 제조방법은 폴리머를 포함하여 무게를 절감한 기저판부(110)와 서로 3차원으로 연결된 다수의 공극(A)으로 이루어진 다공성 패턴(125)의 방열부(120)를 일체로 용이하게 형성하여 방열 효율을 향상시킨 히트싱크(100)를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 히트싱크 101: 희생 비드
110: 기저판부 120: 방열부
121: 패턴 전구물질 125: 다공성 패턴
200: 몰드 220: 압착 지그
230: 지그

Claims (14)

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  7. (A) 방열부의 다공성 패턴을 형성하기 위한 다수의 희생 비드를 제조하는 단계;
    (B) 상기 다수의 희생 비드를 몰드에 침전시켜 적층하는 단계;
    (C) 상기 희생 비드의 적층 구조에 대해 가압 및 가열하는 단계;
    (D) 상기 희생 비드의 적층 구조에 패턴 전구물질을 투입하고 가열하여 다공성 패턴을 형성하는 단계; 및
    (E) 상기 다공성 패턴이 구비된 상기 몰드의 상부에 열전도성 폴리머 혼합물을 채우고 경화하는 단계;
    를 포함하는 히트싱크의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 희생 비드는 폴리머 또는 산화물을 이용하여 구형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 (B) 단계는 상기 다수의 희생 비드를 에탄올 용액과 함께 상기 몰드에 담가 서냉 건조 또는 냉동 건조하여 침전 적층하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 (D) 단계에서 상기 패턴 전구물질은 상기 다공성 패턴의 재질에 따라 마련되고, 상기 다공성 패턴의 재질은 비금속 재질, 금속 재질, 금속 산화물 및 금속 질화물 중 어느 하나 또는 복합물인 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 비금속 재질은 카본(carbon) 및 실리콘을 포함하고, 상기 금속 재질은 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄을 포함하며, 상기 금속 산화물은 산화마그네슘, 알루미나 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 (E) 단계에서 상기 열전도성 폴리머 혼합물은 폴리머 성분 및 열전도성 충진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열전도성 충진제는 세라믹 성분 또는 금속 성분이고, 상기 세라믹 성분은 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 실리콘카바이드 및 실리콘나이트라이드 중 적어도 어느 하나 또는 복합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 열전도성 충진제는 경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200100383A (ko) 2019-02-18 2020-08-26 국방과학연구소 히트싱크용 모듈형 열메타물질 및 이를 포함하는 히트싱크

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002110874A (ja) * 2000-09-29 2002-04-12 Edl:Kk ヒートシンクとその製造方法
KR20020048844A (ko) 2000-12-18 2002-06-24 이형도 전자칩 냉각용 히트싱크
KR101253306B1 (ko) * 2010-12-29 2013-04-12 경상대학교산학협력단 방열 장치 및 이의 제조 방법
JP5227640B2 (ja) * 2008-04-07 2013-07-03 セイコーエプソン株式会社 ヒートシンクの製造方法
KR20130096045A (ko) * 2012-02-21 2013-08-29 엘지전자 주식회사 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002110874A (ja) * 2000-09-29 2002-04-12 Edl:Kk ヒートシンクとその製造方法
KR20020048844A (ko) 2000-12-18 2002-06-24 이형도 전자칩 냉각용 히트싱크
JP5227640B2 (ja) * 2008-04-07 2013-07-03 セイコーエプソン株式会社 ヒートシンクの製造方法
KR101253306B1 (ko) * 2010-12-29 2013-04-12 경상대학교산학협력단 방열 장치 및 이의 제조 방법
KR20130096045A (ko) * 2012-02-21 2013-08-29 엘지전자 주식회사 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200100383A (ko) 2019-02-18 2020-08-26 국방과학연구소 히트싱크용 모듈형 열메타물질 및 이를 포함하는 히트싱크

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