KR101657693B1 - Manufacturing method of the heat dissipation material for metal PCB including carbon nano-material - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of manufacturing a heat dissipation material for a metal PCB including a carbon nanomaterial. More specifically, a carbon nanomaterial is mechanically forcibly attached to high heat-resistant metal particles used in manufacturing a metal printed circuit board (PCB). As such, the carbon nanomaterial is able to absorb a thermal impact due to a difference of thermal expansion coefficient between the materials of the metal PCB. At the same time, heat performance is able to be improved by the carbon nanomaterial with excellent thermal conductivity.

Description

탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법 {Manufacturing method of the heat dissipation material for metal PCB including carbon nano-material}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB,

본 발명은 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메탈 PCB(Printed Circuit Board)의 제조에 사용되는 고방열성의 금속입자에 탄소나노소재를 기계적으로 강제 부착시킴으로써 메탈 PCB를 구성하는 소재들 사이의 열팽창률 차이에서 기인하는 열충격을 탄소나노소재가 흡수할 수 있도록 함과 동시에 열전도도가 우수한 탄소나노소재에 의해 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB having a composite of carbon nanomaterials, and more particularly, to a method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB by mechanically forcing a carbon nanomaterial to a high heat dissipation metal particle used for manufacturing a printed circuit board The carbon nanomaterial can absorb the thermal shock caused by the difference in thermal expansion coefficient between the materials constituting the metal PCB and can improve the heat radiation performance by the carbon nanomaterial having excellent thermal conductivity. And a method for manufacturing a heat dissipation member for a composite metal PCB.

최근, 전기/전자제품들은 하루가 다르게 경박단소(經薄短小)화 되고 있고, 이러한 전자제품들의 조명으로 LED를 사용하는 것이 일반화되면서, 전기/전자제품에서 발생되는 열로 인해 제품의 수명이 짧아지는 문제점이 대두되고 있다.In recent years, electric / electronic products have been becoming thinner and thinner every day, and as the use of LEDs as lighting for such electronic products has become common, the life time of products due to heat generated in electric / Problems are emerging.

특히, LED의 경우 고휘도의 발광이 이루어지는 장점이 있으나, 투입에너지의 70% 이상이 열로 발생하므로 LED를 사용하는 전기/전자제품들의 수명을 단축시키는 문제점이 노출되고 있다.Particularly, although LED has an advantage of emitting a high-luminance light, since more than 70% of the input energy is generated as heat, the problem of shortening the lifespan of the electric / electronic products using the LED is being exposed.

최근 들어 이러한 문제점을 개선하기 위해 탄소소재, 금속소재와 같은 열전도도가 높은 물질을 이용한 다양한 방열소재가 개발되고 있는데, 금속소재 중 순동과 알류미늄은 높은 열전도도(각각 400W/mK, 237Wm/K)를 가지고 있고, 주조 또는 분말 성형을 통해 다양한 형상의 기판을 제조할 수 있는 등 기계적 물성이 우수하여 메탈PCB의 방열소재로서 개발되고 있는 실정이다.Recently, various heat-radiating materials using high thermal conductivity materials such as carbon materials and metal materials have been developed to solve these problems. Among the metal materials, pure copper and aluminum have high thermal conductivity (400W / mK, 237Wm / K respectively) And it has been developed as a heat dissipation material for metal PCB because it has excellent mechanical properties such as various substrates can be manufactured through casting or powder molding.

또한, 메탈 PCB의 경우 방열기판과 구리회로층 등의 금속 소재를 사용하기 때문에 에폭시 등을 사용한 기존의 에폭시 PCB에 비해 방열 성능이 우수하다는 장점은 있으나, 열팽창에 따른 치수변형성이 크므로 칩 탑재시 열팽창 차이에 의해 땜납 크랙이 발생하기 쉬운 단점을 가지고 있다.In addition, since the metal PCB uses a metal material such as a radiator plate and a copper circuit layer, it has an advantage that the heat dissipation performance is superior to that of the conventional epoxy PCB using an epoxy. However, since the deformation due to thermal expansion is large, And has a disadvantage that solder cracks easily occur due to the difference in thermal expansion.

한편, 금속분말을 성형한 분말성형 기판의 경우, 금속기판을 사용한 것에 비하여 고온으로 가열하였을 때 선팽창계수가 현저히 낮아지기 때문에 치수안정성을 확보할 수 있고, 주조방식에 비해 제조공정이 단순하여 다양한 형상을 단시간에 제작할 수 있는 장점이 있으나, 기판 내부에 다수의 기공을 함유하고 있어 충진율이 떨어지게 되므로 방열성을 구현하는데 한계가 있다는 단점이 있다.On the other hand, in the case of a powder molded substrate in which a metal powder is molded, since the coefficient of linear expansion remarkably decreases when heated to a temperature higher than that of a metal substrate, the dimensional stability can be ensured. It has a merit that it can be manufactured in a short time, but since it contains a large number of pores in the substrate, the filling rate is lowered, so there is a disadvantage that implementation of heat dissipation is limited.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 열전도도가 높은 금속에 탄소나노소재를 부착시킴으로써 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 기술이 개발되고 있는데, 기존 방식은 고분자수지를 이용하여 코팅에 의해 금속에 탄소나노소재를 부착시키는 방식을 사용하고 있다.In order to solve such a problem, a technique for improving heat dissipation performance by attaching a carbon nanomaterial to a metal having a high thermal conductivity has been developed. In the conventional method, a carbon nanomaterial is coated on a metal by coating using a polymer resin And the like.

하지만, 상기와 같은 종래의 방식은 낮은 방열성을 갖는 고분자수지로 인해 오히려 방열 성능이 떨어지게 되는 단점이 있을 뿐만 아니라, 선상 또는 면상의 탄소나노소재가 고분자를 통해 분산되어야 하기 때문에 탄소나노소재의 분산성도 나빠지게 되는 문제점이 있다.However, the above-mentioned conventional method has a disadvantage in that heat dissipation performance is deteriorated due to the polymer resin having low heat radiation property, and since the linear or planar carbon nano material must be dispersed through the polymer, There is a problem that it is deteriorated.

1. 대한민국 등록특허공보 제10-1532026호(2015. 06. 29. 공고)1. Korean Registered Patent No. 10-1532026 (issued on June 29, 2015) 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0086954호(2011. 08. 02. 공개)2. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0086954 (Published on 08.02.2011)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 알루미늄, 구리와 같은 열전도도가 우수한 금속입자 표면에 탄소나노튜브, 그래핀 등의 탄소나노입자를 기계적 밀링에 의해 강제 부착시킴으로써 메탈 PCB를 구성하는 소재들 사이의 열팽창률 차이에서 기인하는 열충격을 탄소나노소재가 흡수할 수 있도록 함과 동시에 금속분말 사이의 열전도성 향상에 의해 방열 성능을 극대화시킬 수 있도록 하는 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for mechanically milling carbon nanoparticles such as carbon nanotubes and graphene on the surface of metal particles having excellent thermal conductivity, Thereby allowing the carbon nanomaterial to absorb the thermal shock caused by the difference in thermal expansion coefficient between the materials constituting the metal PCB and maximizing the heat radiation performance by improving the thermal conductivity between the metal powders And a method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB in which carbon nanomaterials are combined.

또한, 본 발명은 원형, 판형 또는 침상으로 형성된 알루미늄, 구리 등의 열전도도가 우수한 금속입자를 적정비율로 혼합하여 충진율을 높임으로써 방열성을 향상시킬 수 있도록 하는 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.The present invention also relates to a heat dissipating material for a metal PCB, which is a composite material of a carbon nano material, which can improve heat dissipation properties by mixing metal particles having excellent thermal conductivity such as aluminum, copper or the like formed in a circular shape, There is another purpose in providing a method of manufacturing ash.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

메탈 PCB용 방열재에 있어서, 알루미늄 또는 구리를 포함하는 고방열성의 금속분말과, 상기 금속입자의 표면에 기계적 밀링에 의해 강제적으로 부착되는 탄소나노소재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A heat dissipating material for a metal PCB, comprising: a high heat dissipating metal powder including aluminum or copper; and a carbon nanomaterial which is forcibly attached to the surface of the metal particle by mechanical milling.

이때, 상기 방열재는 탄소나노소재가 부착된 금속분말과 혼합되는 구형 금속분말, 판형 금속분말 및 침상 금속분말을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The heat dissipating member may further include a spherical metal powder, a plate-shaped metal powder, and a needle-like metal powder mixed with the metal powder having the carbon nanomaterial attached thereon.

또한, 상기 탄소나노소재는 탄소나노튜브 또는 다수의 층으로 박리된 그래핀인 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon nanomaterial is characterized by being carbon nanotubes or graphenes separated into a plurality of layers.

한편, 본 발명에 따른 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법은 메탈 PCB용 방열재의 제조방법에 있어서, 알루미늄 또는 구리를 포함하는 고방열성의 금속재료를 분말화하는 금속재료 분말화단계와, 분말화된 금속분말과 탄소나노소재를 교반용 볼이 구비된 밀링기에 넣고 교반용 볼을 강제 가속시킴으로써 금속분말과 탄소나노소재 및 교반용 볼 사이의 충돌에 의해 탄소나노소재가 금속분말의 표면에 부착되도록 하는 탄소나노소재 부착단계와, 표면에 탄소나노소재가 부착된 금속분말을 포함하는 구형 금속분말, 판형 금속분말 및 침상 금속분말을 서로 배합하여 분말성형에 의해 혼합시키는 분말성형단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Meanwhile, a method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB having a composite carbon nanomaterial according to the present invention is a method for manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB, comprising the steps of: powdering a metal material having high heat dissipation property including aluminum or copper And the powdered metal powder and the carbon nanomaterial are placed in a milling machine equipped with a stirring ball and the stirring ball is accelerated forcibly, whereby the carbon nanomaterial is dispersed in the metal powder by the collision between the metal powder and the carbon nanomaterial and the agitating ball. A step of adhering a carbon nanomaterial to be adhered to the surface, and a powder molding step of mixing spherical metal powder, plate-like metal powder and needle-shaped metal powder including a metal powder with a carbon nanomaterial on its surface, .

이때, 상기 탄소나노소재 부착단계 이후에 표면에 탄소나노소재가 부착된 금속분말을 침상화하는 침상화 단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The method may further include the step of forming a metal powder having a carbon nanomaterial adhered on its surface after the step of adhering the carbon nanomaterial.

또한, 상기 탄소나노소재 부착단계에서 포함되는 탄소나노소재의 중량비는 금속분말 중량의 5 ~ 15 중량%인 것을 특징으로 한다.In addition, the weight ratio of the carbon nanomaterial in the step of attaching the carbon nanomaterial is 5 to 15 weight% of the weight of the metal powder.

그리고, 상기 분말성형단계에서 혼합되는 구형 금속분말과 판형 금속분말 및 침상 금속분말의 배합비는 중량%로 7 ~ 9 : 0.5 ~ 2 : 0.5 ~ 1인 것을 특징으로 한다.The blend ratio of the spherical metal powder, the plate-shaped metal powder and the needle-shaped metal powder mixed in the powder forming step is 7 to 9: 0.5 to 2: 0.5 to 1 by weight.

또한, 상기 분말성형단계에서 제조된 방열재에 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 에폭시수지 및 폴리에스터수지를 포함하는 열경화성수지 중 하나를 혼합 및 교반하여 반경화상태로 시트화한 후 이를 핫 프레스 가공을 통해 성형하는 시트성형단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, one of the thermosetting resins including phenol resin, urea resin, melamine resin, epoxy resin and polyester resin is mixed and stirred in the heat-radiating material produced in the powder molding step to form a sheet in a semi-hardened state, And a sheet forming step of forming the sheet through processing.

본 발명에 따르면, 알루미늄, 구리와 같은 열전도도가 우수한 금속입자 표면에 탄소나노튜브, 그래핀 등의 탄소나노입자를 기계적 밀링에 의해 강제 부착시킴으로써 메탈 PCB를 구성하는 소재들 사이의 열팽창률 차이에서 기인하는 열충격을 탄소나노소재가 흡수할 수 있도록 함과 동시에 금속분말 사이의 열전도성 향상에 의해 방열 성능을 극대화시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, carbon nanoparticles such as carbon nanotubes and graphenes are forcedly attached to the surfaces of metal particles having excellent thermal conductivity such as aluminum and copper by mechanical milling, whereby the difference in thermal expansion coefficient between materials constituting the metal PCB Thereby allowing the carbon nanomaterial to absorb the thermal shock attributable thereto, and at the same time, maximizing the heat dissipation performance by improving the thermal conductivity between the metal powders.

또한, 본 발명에 따르면, 원형, 판형 또는 침상으로 형성된 알루미늄, 구리 등의 열전도도가 우수한 금속입자를 적정비율로 혼합하여 공극을 줄이고 충진율을 높임으로써 방열성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.Further, according to the present invention, metal particles having excellent thermal conductivity such as aluminum, copper or the like formed in a circular shape, a plate shape or a needle shape can be mixed at a proper ratio to reduce voids and increase the filling rate, .

도 1의 (a) ~ (c)는 방열재로 사용되는 금속분말의 다양한 형상을 나타낸 주사식 전자현미경 사진.
도 2의 (a) ~ (b)는 본 발명에 의해 금속입자의 표면에 부착된 탄소나노소재의 모습을 나타낸 주사식 전자현미경 사진.
도 3은 기계적 밀링에 의해 탄소나노소재를 금속입자의 표면에 강제 부착시키는 모습을 개념적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재 제조방법을 나타낸 흐름도.1 (a) to 1 (c) are scanning electron microscope photographs showing various shapes of metal powder used as a heat radiation material.
2 (a) and (b) are scanning electron micrographs showing carbon nanomaterials attached to the surface of metal particles according to the present invention.
3 is a conceptual view showing a state in which a carbon nanomaterial is forcedly attached to the surface of metal particles by mechanical milling.
4 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB in which carbon nanomaterials are combined according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재 및 그 제조방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a heat dissipating member for a metal PCB having a carbon nanomaterial composite according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1의 (a) ~ (c)는 방열재로 사용되는 금속입자의 형상을 나타낸 주사식 전자현미경 사진이고, 도 2의 (a) ~ (b)는 본 발명에 의해 금속입자의 표면에 부착된 탄소나노소재의 모습을 나타낸 주사식 전자현미경 사진이며, 도 3은 기계적 밀링에 의해 탄소나노소재를 금속입자의 표면에 강제 부착시키는 모습을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재 제조방법을 나타낸 흐름도이다.1 (a) to 1 (c) are scanning electron micrographs showing the shape of metal particles used as a heat radiating member, and Figs. 2 (a) FIG. 3 is a conceptual view showing a state in which a carbon nanomaterial is forcedly adhered to the surface of metal particles by mechanical milling, and FIG. 4 is a schematic view showing a carbon nanomaterial according to the present invention FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heat-radiating material for a metal PCB,

본 발명은 메탈 PCB(Printed Circuit Board)의 제조에 사용되는 고방열성의 금속입자에 탄소나노소재를 기계적으로 강제 부착시킴으로써 메탈 PCB를 구성하는 소재들 사이의 열팽창률 차이에서 기인하는 열충격을 탄소나노소재가 흡수할 수 있도록 함과 동시에 열전도도가 우수한 탄소나노소재에 의해 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재(이하, '방열재'라 한다)는 금속분말(10)과 탄소나노소재(20)를 포함하여 구성되는데, 상기 금속분말(10)로는 알루미늄, 구리와 같은 높은 열전도도를 갖는 고방열성의 금속소재가 사용된다.The present invention relates to a method for manufacturing a printed circuit board (PCB) by mechanically forcing a carbon nanomaterial on a metal particle having high heat dissipation property, thereby forming a thermal shock caused by a difference in thermal expansion coefficient between the materials constituting the metal PCB, The present invention relates to a heat-radiating material for a metal PCB, which is combined with a carbon nano material and which is capable of improving heat radiation performance by a carbon nano material having excellent thermal conductivity, The heat dissipating material for a metal PCB (hereinafter referred to as " heat dissipating material ") having a nano material composite includes a metal powder 10 and a carbon nanomaterial 20. The metal powder 10 includes aluminum, A high heat dissipating metal material having the same high thermal conductivity is used.

다음, 상기 탄소나노소재(20)는 후술할 기계적 밀링 방법에 의해 금속분말(10)의 표면에 부착되는 것으로, 방열을 위한 접촉면적을 확대시킬 수 있는 탄소나노튜브 또는 다수의 층으로 박리된 그래핀 등이 사용될 수 있다.Next, the carbon nanomaterial 20 is attached to the surface of the metal powder 10 by a mechanical milling method to be described later. The carbon nanomaterial 20 is a carbon nanotube capable of enlarging a contact area for heat radiation, Pin and the like can be used.

메탈 PCB용 방열재는 주로 열전도 방식에 의해 방열이 이루어지므로 방열을 위한 접촉점을 늘리기 위하여 열전도성이 상당히 뛰어난 탄소나노소재(20)를 이용하여 금속분말(10) 사이의 접점을 늘림으로써 방열성을 극대화시킬 수 있도록 구성된 것이다.Since the heat dissipation material for metal PCB is mainly heat-dissipated by heat conduction method, it is possible to maximize the heat dissipation by increasing the contact point between the metal powders 10 by using the carbon nano material (20) having a very high thermal conductivity in order to increase the contact point for heat dissipation .

즉, 상기 탄소나노소재(20)는 알루미늄, 구리 등의 금속분말(10) 표면에 부착되어 분말성형시 발생하는 공극을 일정부분 채워 금속분말(10) 사이의 열전도 채널을 형성함으로써 방열재의 열전도성 즉, 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.That is, the carbon nanomaterial 20 is adhered to the surface of the metal powder 10 such as aluminum or copper to form a thermal conduction channel between the metal powders 10 by filling a certain amount of voids generated during powder molding, That is, it plays a role of improving the heat radiation performance.

한편, 일반적으로 동일한 직경을 갖는 금속은 충진율이 약 66% 정도로서 공극이 너무 많으므로 방열성능이 떨어질 우려가 있을 뿐만 아니라, 성형공정에서도 고압의 성형이 필요하기 때문에 공정상 불리한 점이 많다.On the other hand, in general, metal having the same diameter has a filling rate of about 66%, so there is a fear that the heat dissipation performance is lowered because too much pores are formed, and high-pressure molding is also required in the molding process.

본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 다양한 직경을 갖는 금속분말(10)들을 혼합함으로써 공극을 메울 수 있도록 하였는데, 이를 위해 도 1의 (a) ~ (c)에 나타낸 구형 금속분말(10a), 판형 금속분말(10b), 침상의 금속분말(10c)을 탄소나노소재가 표면에 부착된 금속분말(40)(이하, '탄소나노복합분말(40)'이라 함)과 함께 사용하게 된다.In order to solve these problems, the present invention has been made so that voids can be filled by mixing metal powders 10 having various diameters. For this purpose, spherical metal powders 10a, The metal powder 10b and the needle-like metal powder 10c are used together with the metal powder 40 (hereinafter referred to as the carbon nanocomposite powder 40) attached to the surface of the carbon nanomaterial.

보다 상세히 설명하면, 열전도가 발생될 수 있는 접촉점을 늘일 수 있도록 하기 위하여 구형 금속분말(10a)들 사이에 형성되는 공극에 면적이 넓은 판형 금속분말(10b) 및/또는 이를 이어주기 위한 침상의 금속분말(10c)이 채워지도록 하여 방열재의 충진율을 높임으로써 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 구성된 것이다.In order to extend the contact points at which heat conduction can occur, the plate-like metal powder 10b having a large area in the space formed between the spherical metal powders 10a and / or the needle- The powder 10c is filled so that the filling ratio of the heat radiating material is increased to improve the heat radiation performance.

이때, 상기 구형 금속분말(10a), 판형 금속분말(10b) 및 침상 금속분말(10c)로는 알루미늄, 구리 및 표면에 탄소나노소재(20)가 부착된 알루미늄 또는 구리 등의 탄소나노복합분말(40)이 선택적으로 사용될 수 있음은 물론이다.The spherical metal powder 10a, the plate-like metal powder 10b and the needle-shaped metal powder 10c may be aluminum, copper, or carbon nanocomposite powder 40 (e.g., aluminum or copper) ) Can be used selectively.

예를 들면, 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이, 구형 금속분말(10a)로 알루미늄 분말을 사용하고, 판형 금속분말(10b)로 탄소나노소재가 표면에 부착된 알루미늄 탄소나노복합분말(40)을 사용하며, 침상 금속분말(10c)로 구리 분말을 사용하는 등, 알루미늄, 구리, 또는 알루미늄/구리 탄소나노복합분말(40)을 선택적으로 사용할 수 있는 것이다.For example, as shown in the following Table 1, aluminum powder is used as the spherical metal powder 10a, and the aluminum carbon nanocomposite powder 40 having the carbon nanomaterial on its surface is coated with the plate-like metal powder 10b Copper, or an aluminum / copper carbon nanocomposite powder 40 such as copper powder as the needle-shaped metal powder 10c can be selectively used.

순번
turn
배합비(중량%)Compounding ratio (% by weight) 열전도도
(W/mK)Thermal conductivity
(W / mK) 알루미늄 분말
(구형)Aluminum powder
(rectangle) 알루미늄 탄소나노복합분말
(판형)Aluminum carbon nanocomposite powder
(Plate type) 구리 분말
(침상)Copper powder
(couch) 1One 9090 55 55 5.4925.492 22 8585 55 1010 5.1365.136 33 8585 1010 55 7.0677.067 44 8080 1010 1010 5.2735.273 55 7070 2020 1010 5.2975.297

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법은 크게 세 단계로 구분될 수 있는데, 먼저 제1단계는 알루미늄 또는 구리와 같은 열전도성이 우수한 고방열성 금속재료를 분말화하는 금속재료 분말화단계(S10)에 관한 것으로, 일반적으로 알려진 분사법, 전해법 등이 사용될 수 있다.A method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB in which the carbon nanomaterial is combined according to the present invention can be divided into three stages. First, in the first step, a high heat dissipation metal material, such as aluminum or copper, (S10) of pulverizing the metal material to be pulverized, and generally known pulverizing method, electrolytic method, or the like can be used.

다음, 제2단계는 분말화된 금속재료, 즉 금속분말(10)의 표면에 열전도도 및 방열성 향상을 위한 탄소나노소재(20)를 부착시키는 탄소나노소재 부착단계(S20)에 관한 것으로 교반용 볼(30)을 이용한 기계적 밀링 방법을 사용한다.The second step relates to a carbon nanomaterial adhering step S20 for attaching the carbon nanomaterial 20 to the surface of the powdered metal material, that is, the metal powder 10 for improving thermal conductivity and heat dissipation. A mechanical milling method using a ball 30 is used.

보다 상세히 설명하면, 금속분말(10)과 탄소나노소재(20)를 교반용 볼(30)이 구비된 밀링기에 넣고, 교반용 볼(30)을 강제 가속시키면 도 3에 나타낸 바와 같이, 교반용 볼(30)과 금속분말(10) 및 탄소나노소재(20)의 사이에 서로 간의 충돌에 의해 탄소나노소재(20)가 금속분말(10)의 표면에 부착되는 것이다.More specifically, the metal powder 10 and the carbon nanomaterial 20 are placed in a milling machine equipped with a stirring ball 30 and the stirring ball 30 is forcibly accelerated. As shown in FIG. 3, The carbon nanomaterial 20 is attached to the surface of the metal powder 10 by collision between the ball 30 and the metal powder 10 and between the carbon nanomaterial 20.

이때, 금속분말(10)의 표면에 탄소나노소재(20)가 부착되는 정도는 밀링기에 투입되는 탄소나노소재(20)의 첨가량, 교반용 볼(30) 및 금속분말(10)을 가속시키기 위해 밀링기에 투입되는 에너지, 가속시간 등에 의해 결정되는데, 이 중 탄소나노소재(20)의 첨가량은 기계적 밀링이 가능한 범위 내로 투입되어 질 수 있지만 후술할 제3단계에서의 가압에 의한 분말성형의 성형성을 감안하여 금속분말 중량의 5 ~ 15 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.The degree to which the carbon nanomaterial 20 adheres to the surface of the metal powder 10 can be controlled by adjusting the amount of the carbon nanomaterial 20 added to the milling machine 20, the stirring ball 30 and the metal powder 10 The amount of the carbon nanomaterial 20 to be added can be set within a range in which mechanical milling can be performed. However, the amount of the carbon nanomaterial 20 to be added can be set within a range in which mechanical milling can be performed. However, It is preferable to limit it to 5 to 15% by weight of the weight of the metal powder.

한편, 알루미늄과 같은 비철금속의 경우, 연성이 높기 때문에 약 1시간 동안의 밀링 작업을 진행하면 도 2의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 판 형상으로 변형되면서 탄소나노소재가 표면에 부착되고, 금속분말의 표면에 부착된 탄소나노소재는 이후 성형공정에서도 분리되지 않으므로 별도의 균일분산공정 즉, 탄소나노소재의 편석을 방지하기 위한 공정을 도입할 필요가 없게 된다.On the other hand, in the case of a non-ferrous metal such as aluminum, since the ductility is high, when the milling operation is performed for about one hour, as shown in FIGS. 2A and 2B, Since the carbon nanomaterial attached to the surface of the metal powder is not separated in the molding process, it is not necessary to introduce a separate uniform dispersion process, that is, a process for preventing segregation of the carbon nanomaterial.

또한, 상기한 바와 같이, 판형 금속분말(10b)은 구형 금속분말(10a)의 기계적 밀링에 의해 제조될 수 있으므로, 판형 금속분말(10b) 또는 탄소나노소재가 부착된 판형 금속분말을 제조하기 위한 별도의 과정이 필요없게 된다.As described above, since the plate-like metal powder 10b can be produced by mechanical milling of the spherical metal powder 10a, the plate-like metal powder 10b can be manufactured by mechanical milling of the spherical metal powder 10a, No separate process is required.

그리고, 상기 탄소나노소재가 부착된 금속분말을 침상으로 형성시키기 위해 제2단계에서는 탄소나노소재가 부착된 금속분말을 침상화하는 단계(S30)가 더 포함될 수 있다.In addition, in order to form the metal powder with the carbon nanomaterial attached thereon, the metal nanoparticles attached to the carbon nanomaterial may be formed in the step (S30).

즉, 상기 표 1에서는 구형 금속분말(10a)로 알루미늄 분말, 판형 금속분말(10b)로 표면에 탄소나노소재가 부착된 알루미늄 탄소나노복합분말(40), 침상 금속분말(10c)로 구리 분말을 사용한 실시예를 예로 들었으나, 구형, 판형 및 침상 금속분말(10a, 10b, 10c) 각각을 알루미늄, 구리 또는 알루미늄/구리 탄소나노복합 소재 중 어느 하나로 선택하여 사용할 수도 있음은 물론이다.That is, in Table 1, aluminum powder is used as the spherical metal powder 10a, the aluminum carbon nanocomposite powder 40 having the carbon nanomaterial adhered to the surface thereof as the plate-like metal powder 10b, and the copper powder as the needle metal powder 10c It is needless to say that each of the spherical, plate-like and needle-shaped metal powders 10a, 10b and 10c may be selected from aluminum, copper or aluminum / copper carbon nanocomposite materials.

다음, 제3단계는 표면에 탄소나노소재가 부착된 금속분말(40)을 구형, 판형 및 침상 금속분말(10a, 10b, 10c) 중의 어느 하나 이상과 혼합시키는 분말성형단계(S40)에 관한 것으로, 분말성형의 방법이 사용된다.Next, the third step relates to a powder forming step (S40) in which the metal powder 40 having the carbon nanomaterial adhered on its surface is mixed with at least one of the spherical, plate-like and needle-shaped metal powders 10a, 10b and 10c , A method of powder molding is used.

보다 상세히 설명하면, 분말성형 과정에서 발생하는 공극을 줄이고 금속분말(10) 사이의 접촉점을 증가시켜 열전도 및 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여 구형 금속분말(10a)과 면적이 넓은 판형 금속분말(10b) 및 표면에 탄소나노소재가 부착된 금속분말(40)들을 서로 연결시키기 위한 침상 금속분말(10c)을 적정 비율로 배합하여 분말성형함으로써 방열재를 제조하게 되는데, 소재의 비용과 방열성능 사이의 상관관계를 고려할 경우 부피를 가장 많이 차지하게 되는 구형 금속분말(10a)로 알루미늄 분말을 사용하고, 판형 금속분말(10b)은 제2단계에서의 기계적 밀링에 의해 제조가 가능한 알루미늄 탄소나노복합분말(40) 또는 구리 탄소나노복합분말(40)을 사용하며, 침상 금속분말(10c)로는 구리 금속분말을 사용하는 것이 바람직하다.More specifically, in order to reduce the pores generated in the powder molding process and increase the contact points between the metal powders 10, the spherical metal powders 10a and the plate-like metal powders 10b and a metal powder 10c for connecting the carbon nanomaterial-attached metal powder 40 to each other at a proper ratio and powder-molding the mixture to form a heat-radiating material. The aluminum powder is used as the spherical metal powder 10a which occupies the largest volume when considering the correlation between the metal powder 10a and the aluminum metal nanocomposite powder 10b, (40) or the copper carbon nanocomposite powder (40) is used, and the needle-like metal powder (10c) is preferably a copper metal powder.

이때, 구형 금속분말(10a)과 판형 금속분말(10b) 및 침상 금속분말(10c)의 배합비는 중량%로 7 ~ 9 : 0.5 ~ 2 : 0.5 ~ 1, 보다 상세하게는 중량%로 8.5 : 1 : 0.5가 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 배합비에 해당될 경우 분말성형과정에서 발생되는 공극이 최소가 되어 열전도도가 최고로 나타나기 때문이다.The mixing ratio of the spherical metal powder 10a to the plate-shaped metal powder 10b and the needle-like metal powder 10c is 7 to 9: 0.5 to 2: 0.5 to 1, more specifically 8.5: 1 : 0.5. This is because when the blending ratio is met, the void generated in the powder molding process is minimized and the thermal conductivity is the highest.

한편, 본 발명에 따른 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법은 상기 제3단계 즉, 분말성형단계(S40) 이후에 시트성형단계(S50)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 시트성형단계(S50)는 분말성형단계(S40)에서 제조된 방열재에 열경화성수지를 혼합 및 교반하여 반경화상태로 시트화한 후 이를 핫 프레스 가공을 통해 성형하는 단계에 관한 것이다.Meanwhile, the method for manufacturing the heat dissipation member for a metal PCB having the carbon nanomaterial composite according to the present invention may further include the step of forming the sheet (S50) after the third step, that is, the powder forming step (S40) The sheet forming step (S50) relates to a step of mixing and stirring a thermosetting resin into a heat radiation material produced in the powder forming step (S40), forming the sheet into a semi-hardened state, and then molding the thermosetting resin through hot pressing.

즉, 분말성형에 의해 형성된 표면에 탄소나노소재가 부착된 금속분말(40)과구형, 판형 및 침상 금속분말(10a, 10b, 10c) 중의 어느 하나 이상의 혼합물을 절연재로 사용되는 열경화성수지와 혼합 및 교반하여 반경화상태의 시트형상으로 제조하고, 이를 다시 프레스 설비를 이용하여 열과 압력을 가해 핫 프레스 방식에 의해 성형함으로써 방열재를 완성하는 것이다.That is, the metal powder 40 having the carbon nanomaterial adhered on the surface formed by the powder molding is mixed with the thermosetting resin used as the insulating material, and the mixture of the metal powder and the metal powder 10a, 10b, And the mixture is stirred to form a semi-cured sheet, and then heat and pressure are applied thereto using a press facility to form the heat radiation material by a hot press method.

이때, 상기 열경화성수지로는 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 에폭시수지, 폴리에스터수지 등이 사용될 수 있다.As the thermosetting resin, a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, an epoxy resin, a polyester resin, or the like may be used.

보다 상세히 설명하면, 상기 분말성형단계(S40)에서 제조된 방열재에 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 에폭시수지 및 폴리에스터수지를 포함하는 열경화성 수지 중 하나를 혼합 및 교반하여 콤마코터(Comma Coater) 장비나 슬롯 다이(Slot Die)와 같은 코팅기를 이용하여 1차 반경화상태로 시트화하고, 1차 반경화상태로 시트화된 제품을 다시 프레스 설비를 이용한 핫 프레스 가공을 통해 2차로 성형함으로써 방열재를 완성하게 되는 것이다.More specifically, one of thermosetting resins including phenol resin, urea resin, melamine resin, epoxy resin, and polyester resin is mixed and stirred in the heat dissipation material produced in the powder forming step (S40) ) Equipment or a slot die to form a sheet in a primary semi-cured state, and the sheeted product in a primary semi-cured state is again subjected to a secondary molding through hot pressing using a pressing facility Thereby completing the heat radiating material.

이때, 콤마코터(Comma Coater) 장비나 슬롯 다이(Slot Die)와 같은 코팅기를 이용하여 1차 반경화상태로 시트화된 제품은 그 두께가 0.05 ~ 3mm가 되도록 하는데, 이는 상기 코팅기들에 의해 제조될 수 있는 최소 두께(콤마코터의 경우 0.05mm, 슬롯 다이의 경우 약 3mm)로 시트화시킴으로써 전체적인 방열재 및 PCB의 두께를 최소화시킬 수 있도록 하기 위함이다. At this time, the thickness of the sheet product made into a primary semi-hardened state using a coater such as a comma coater equipment or a slot die is made 0.05 to 3 mm, (0.05 mm in the case of a comma coater and about 3 mm in the case of a slot die), thereby minimizing the thickness of the overall heat dissipation member and the PCB.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재 및 그 제조방법에 의하면, 알루미늄, 구리와 같은 열전도도가 우수한 금속입자 표면에 탄소나노튜브, 그래핀 등의 탄소나노입자를 기계적 밀링에 의해 강제 부착시킴으로써 메탈 PCB를 구성하는 소재들 사이의 열팽창률 차이에서 기인하는 열충격을 탄소나노소재가 흡수할 수 있도록 함과 동시에 금속분말 사이의 열전도성 향상에 의해 방열 성능을 극대화시킬 수 있고, 원형, 판형 또는 침상으로 형성된 알루미늄, 구리 등의 열전도도가 우수한 금속입자를 적정비율로 혼합하여 공극을 줄이고 충진율을 높임으로써 방열성을 향상시킬 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.Therefore, according to the heat dissipating member for a metal PCB having the carbon nanomaterial complex according to the present invention and the method for manufacturing the same, carbon nanotubes such as carbon nanotubes and graphene, carbon such as graphene, By attaching the nanoparticles by mechanical milling, the carbon nanomaterial can absorb the thermal shock caused by the difference in thermal expansion coefficient between the materials constituting the metal PCB, and at the same time, the thermal conductivity between the metal powders is improved. It is possible to maximize the heat conductivity and to improve the heat dissipation property by reducing the voids and increasing the filling rate by mixing the metal particles having excellent thermal conductivity such as aluminum, copper or the like formed in a circular shape, plate shape or needle shape at proper ratios.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described for illustrative purposes, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible in the exemplary embodiments without materially departing from the novel teachings and advantages of this invention.

본 발명은 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메탈 PCB(Printed Circuit Board)의 제조에 사용되는 고방열성의 금속입자에 탄소나노소재를 기계적으로 강제 부착시킴으로써 메탈 PCB를 구성하는 소재들 사이의 열팽창률 차이에서 기인하는 열충격을 탄소나노소재가 흡수할 수 있도록 함과 동시에 열전도도가 우수한 탄소나노소재에 의해 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB having a composite of carbon nanomaterials, and more particularly, to a method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB by mechanically forcing a carbon nanomaterial to a high heat dissipation metal particle used for manufacturing a printed circuit board The carbon nanomaterial can absorb the thermal shock caused by the difference in thermal expansion coefficient between the materials constituting the metal PCB and can improve the heat radiation performance by the carbon nanomaterial having excellent thermal conductivity. And a method for manufacturing a heat dissipation member for a composite metal PCB.

10 : 금속분말 10a : 구형 금속분말
10b : 판형 금속분말 10c : 침상 금속분말
20 : 탄소나노소재 30 : 교반용 볼
40 : 알루미늄(구리) 탄소나노복합분말
S10 : 금속재료 분말화단계 S20 : 탄소나노소재 부착단계
S30 : 판형 또는 침상화단계 S40 : 분말성형단계
S50 : 시트성형단계 10: metal powder 10a: spherical metal powder
10b: plate-shaped metal powder 10c: needle-shaped metal powder
20: carbon nano material 30: stirring ball
40: aluminum (copper) carbon nanocomposite powder
S10: Powdering of metal material Step S20: Step of attaching carbon nanomaterial
S30: Plate or needle-making step S40: Powder forming step
S50: Sheet forming step

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 메탈 PCB용 방열재의 제조방법에 있어서,
알루미늄 또는 구리를 포함하는 고방열성의 금속재료를 분말화하는 금속재료 분말화단계와,
분말화된 금속분말과 탄소나노소재를 교반용 볼이 구비된 밀링기에 넣고 교반용 볼을 강제 가속시킴으로써 금속분말과 탄소나노소재 및 교반용 볼 사이의 충돌에 의해 탄소나노소재가 금속분말의 표면에 부착되도록 하는 탄소나노소재 부착단계와,
표면에 탄소나노소재가 부착된 금속분말을 침상화하는 침상화 단계 및
표면에 탄소나노소재가 부착된 금속분말을 포함하는 구형 금속분말, 판형 금속분말 및 침상 금속분말을 서로 배합하여 분말성형에 의해 혼합시킴으로써 공극을 줄이는 분말성형단계 및
상기 분말성형단계에서 제조된 방열재에 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 에폭시수지 및 폴리에스터수지를 포함하는 열경화성수지 중 하나를 혼합 및 교반하여 반경화상태로 시트화한 후 이를 핫 프레스 가공을 통해 성형하는 시트성형단계를 포함하여 구성되되,
상기 탄소나노소재 부착단계에서 포함되는 탄소나노소재의 중량비는 금속분말 중량의 5 ~ 15 중량%이고,
상기 분말성형단계에서 혼합되는 구형 금속분말과 판형 금속분말 및 침상 금속분말의 배합비는 중량%로 7 ~ 9 : 0.5 ~ 2 : 0.5 ~ 1인 것을 특징으로 하는 탄소나노소재가 복합된 메탈 PCB용 방열재의 제조방법.

A method of manufacturing a heat dissipation member for a metal PCB,
A metallic material powdering step of powdering a high heat dissipating metallic material including aluminum or copper;
The powdered metal powder and the carbon nanomaterial are placed in a milling machine equipped with a stirring ball and the stirring ball is forcedly accelerated so that the carbon nanomaterial is sprayed on the surface of the metal powder by the collision between the metal powder and the carbon nanomaterial and the stirring ball A carbon nanomaterial adhering step for adhering the carbon nanomaterial,
An isomerization step of soaking a metal powder having a carbon nanomaterial on the surface thereof, and
A powder molding step of mixing the spherical metal powder, the plate-shaped metal powder and the needle-shaped metal powder including the metal powder with the carbon nanomaterial on the surface thereof, and mixing them by powder molding to thereby reduce the pores;
One of the thermosetting resins including phenol resin, urea resin, melamine resin, epoxy resin and polyester resin is mixed and stirred in the heat-radiating material produced in the above-mentioned powder molding step to form a sheet in a semi-hardened state, and hot- And a sheet-shaping step of forming the sheet-
The weight ratio of the carbon nanomaterial included in the step of attaching the carbon nanomaterial is 5 to 15 weight% of the weight of the metal powder,
Wherein a mixing ratio of the spherical metal powder mixed with the plate-like metal powder and the needle-like metal powder mixed in the powder forming step is 7 to 9: 0.5 to 2: 0.5 to 1 in weight% Method of manufacturing ash.

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