KR20080032324A - Heat sink and fabricating method the same using metal foam - Google Patents

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KR20080032324A
KR20080032324A KR1020060097916A KR20060097916A KR20080032324A KR 20080032324 A KR20080032324 A KR 20080032324A KR 1020060097916 A KR1020060097916 A KR 1020060097916A KR 20060097916 A KR20060097916 A KR 20060097916A KR 20080032324 A KR20080032324 A KR 20080032324A
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현용규
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Abstract

A heat sink using metal form and a fabricating method thereof are provided to enhance thermal conductivity and heat radiation efficiency by arranging metal form layers to have larger PPIs(Pore Per Inch) as going away from a base plate. A heat sink(10) includes a metal base plate(20) and at least two metal form layers(30,40). The metal base plate is closely adhered to a surface of a heat source. The at least two metal form layers are sequentially stacked on a surface of the base plate and have PPIs getting larger as going away from the base plate. The heat sink further includes metal coating films(52,62) coated on the whole surfaces of the at least two metal form layers. The metal coating films contain at least one selected among Al, Cu, Ag, Au, and Ni.

Description

발포금속을 이용한 히트싱크 및 이의 제조방법{Heat sink and fabricating method the same using metal foam}Heat sink and fabricating method the same using metal foam}

도 1은 일반적인 개포형 발포금속의 SEM 및 폐포형 발포금속의 X-ray 사진.Figure 1 is a SEM and the alveolar foam metal X-ray photograph of a typical open cell foam metal.

도 2는 본 발명에 따른 히트싱크의 단면 모식도.2 is a schematic cross-sectional view of a heat sink according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 히트싱크를 이루는 제 1 및 제 2 발포금속층의 가지구조에 대한 단면모식도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the branch structure of the first and second foam metal layer constituting the heat sink according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 히트싱크의 제조방법 순서도.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heat sink according to the present invention.

도 5a 내지 도 5f는 각각 본 발명에 따른 히트싱크의 제조공정순서에 따른 단면 모식도.5a to 5f are schematic cross-sectional views according to the manufacturing process sequence of the heat sink according to the present invention, respectively.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 히트싱크 20 : 베이스플레이트10: heat sink 20: base plate

30 : 제 1 발포금속층 40 : 제 2 발포금속층30: first foamed metal layer 40: second foamed metal layer

52 : 제 1 금속코팅막 62 : 제 2 금속코팅막52: first metal coating film 62: second metal coating film

본 발명은 발포금속(metal foam)을 이용한 히트싱크(heat sink) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 열원(熱源)과의 밀착에 의한 전도열을 대기 방출하는 방열부재로서, 접촉성을 비롯한 표면적의 극대화를 통해 방열효율을 크게 향상시킨 발포금속을 이용한 히트싱크 및 이의 제조를 위한 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat sink using a metal foam and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a heat sink that emits conductive heat to the air in close contact with a heat source. The present invention relates to a heat sink using a foamed metal which greatly improves heat dissipation efficiency by maximizing surface area, and a manufacturing method for manufacturing the same.

최근 들어 반도체를 비롯한 신소재분야와 정보통신기술의 비약적인 발전에 힘입어 전통적인 SSI(Small-Scale Integration), MSI(Medium Scale Integration), LSI(large-Scale Integration)로부터 ULSI(Ultra Large Scale Integration), VLSI(Very Large-Scale Integration)급 초고밀도 집적회로가 출현하였고, 아울러 사이즈(size)의 경박단소(輕薄短小)와 저소비전력 제품을 선호하는 소비자 취향에 부응해서 선폭 축소 등을 통한 각종 전기소자의 부피감소 노력이 계속되고 있다.In recent years, thanks to the rapid development of new material fields including semiconductors and information and communication technology, ultra large scale integration (ULSI) and VLSI from traditional small-scale integration (SSI), medium scale integration (MSI) and large-scale integration (LSI) (Very Large-Scale Integration) Ultra-high density integrated circuit has emerged, and the volume of various electric elements by reducing the line width in response to consumer preferences for light size, small size, and low power consumption products Reduction efforts are continuing.

하지만 집적회로의 초 고밀도화와 전기소자의 부피감소에는 필연적으로 온도상승의 문제를 수반하고, 이는 결국 소자의 수명단축 및 신뢰성감소에 직결되는바, 이들 첨단소자의 개발과 동시에 온도상승의 문제를 해소할 수 있는 효율적인 방열방안에 대한 연구 또한 다각도로 시도되고 있다.However, the ultra-high density of integrated circuits and the volume reduction of electric devices inevitably have a problem of temperature rise, which in turn leads to shortening of device life and reliability, which solves the problem of temperature rise at the same time as developing these advanced devices. Efficient heat dissipation can be studied in various ways.

한편, 각종 전기소자에 대한 일반적인 방열방법으로는 패키징(packaging) 소재의 재질개선이나 별도의 공냉/수냉식 강제냉각수단 결부 또는 히트싱크(heat sink)에 의한 대기방출 등을 꼽을 수 있다. 그러나 이중 패키징 소재와 관련해서는 비전도성 및 열경화성과 같은 패키징 자체의 고유기능을 위한 제약으로 인해 재료선택의 폭이 좁은 단점을 보이고, 별도의 공냉/수냉식 강제냉각수단을 동원하는 경우에는 제품 내에 해당요소를 위한 추가공간을 확보해야 하는 문제점을 나타낸다. 따라서 현재로서는 재료선택의 폭이 넓고 별도의 추가공간을 필요로 하지 않으며 비용적 부담이 상대적으로 적은 히트싱크를 이용해서 전기소자의 온도상승 문제를 해소하려는 노력이 주류를 이루고 있다.On the other hand, as a general heat dissipation method for a variety of electrical elements may be the improvement of the material of the packaging (packaging) material, the connection of a separate air-cooled / water-cooled forced cooling means, or the air discharge by a heat sink. However, in the case of dual packaging materials, the material selection is narrow due to limitations inherent in the packaging itself, such as non-conductive and thermosetting properties.In case of using separate air / water-cooled forced cooling means, the corresponding elements in the product This indicates a problem that requires additional space for the system. Therefore, at present, efforts to solve the temperature rise problem of electric devices using a heat sink having a wider choice of materials, requiring no additional space and having a relatively low cost, have been mainstream.

이때 히트싱크란 소위 방열판이라 불리는 것으로서, 전기소자와 같은 대상물 외면에 긴밀히 밀착되어 이로부터 전도된 열을 대기 방출시키는 역할을 한다. 이를 위해 히트싱크는 주로 열전도성이 높은 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등의 금속재질로 이루어지고, 해당금속을 박판(薄版)이나 핀(pin) 형태로 미세 가공하여 표면적을 극대화시킨 구조를 취하는바, 소정 형태의 다이스(dies)를 사용해서 용융금속을 압출 및 인발(引拔)함으로써 목적하는 형태를 얻는 압출법(extruding)이나 열간(熱間)/냉간(冷間)의 금속에 압력을 가해 목적하는 형태로 변형 및 가공하는 단조법(forging)으로 제조되기도 하고, 그 외 루버핀 또는 스트립핀 방식과 같이 금속 박판의 소정 적층구조에 별도의 히트파이프를 결부시킨 브래이징(brazing) 방법이 사용되기도 한다.In this case, the heat sink is a so-called heat sink, and is in close contact with an outer surface of an object such as an electric device, and serves to release heat conducted therefrom. To this end, the heat sink is mainly composed of metal materials such as aluminum (Al) or copper (Cu), which have high thermal conductivity, and maximized the surface area by finely processing the metal in the form of a thin plate or pin. To extrusion or hot / cold metal, which obtains the desired form by extruding and drawing molten metal using a die of a predetermined form. It is manufactured by a forging method that deforms and processes into a desired shape by applying pressure, and other brazing in which a separate heat pipe is attached to a predetermined lamination structure of a metal sheet such as a louver fin or a strip fin method. The method is also used.

하지만, 이들 일반적인 히트싱크는 여전히 표면적 확대에 한계를 보이고, 그에 따른 방열효율 역시 기대에 못 미치는 경우가 대부분이다.However, these general heatsinks still have a limited surface area expansion, and thus heat dissipation efficiency is often not as expected.

한편, 최근 들어 각광받고 있는 금속소재로서 발포금속(metal foam)이 있다.On the other hand, there is a metal foam (metal foam) as a metal material that has been in the spotlight in recent years.

발포금속은 이미 20세기 중반에 소개된 바 있지만, 개발 초기에는 제조방법의 불안정성 등을 원인으로 제품크기나 원가 면에 있어 많은 문제를 드러내어 그 응용이 활발하지 못했다. 하지만 최근 그 제조방법이 다양화되고 경량성, 흡음성, 방음성, 불연성, 전자파차폐성, 가공성, 단열성, 재생성, 내식성, 내습성 등의 여러 가지 장점으로 인해 활용범위가 급속도로 확산되고 있다.Foam metal has already been introduced in the middle of the 20th century, but in the early stage of development, many problems in product size or cost were revealed due to instability of the manufacturing method, and its application was not active. However, in recent years, the manufacturing method is diversified and its range of application is rapidly expanding due to various advantages such as light weight, sound absorption, sound insulation, non-combustibility, electromagnetic shielding, processability, heat insulation, regeneration, corrosion resistance, and moisture resistance.

일반적으로 발포금속은 그 내부에 수많은 기포를 가진 다공질(porous) 금속으로 정의될 수 있고, 기공의 형태에 따라 개포형(open cell type)과 폐포형(closed cell type)으로 구분된다.In general, the foamed metal may be defined as a porous metal having numerous bubbles therein, and is classified into an open cell type and a closed cell type according to the type of pores.

즉, 첨부된 도 1은 일반적인 발포금속의 기포구조를 나타낸 SEM 및 X-ray 사진으로서, (a)의 개포형 발포금속은 기포가 서로 연결되어 있어 기체나 유체의 통과가 용이하고 표면적이 커서 폐포형과 비교할 수 없을 정도로 다양한 용도에 활용되고, (b)의 폐포형 발포금속은 기포가 연결되지 않은 독립적 형태를 나타내어 인체의 뼈와 유사하게 구조학적으로 완전한 등방성(isotropic)을 보인다.That is, Figure 1 is a SEM and X-ray picture showing the bubble structure of a general foamed metal, the foamed foam metal of (a) is a bubble is connected to each other is easy to pass gas or fluid and the surface area of the alveoli The alveolar foam metal of (b) shows an independent form with no air bubbles connected, and is structurally perfect isotropic similar to bone of human body.

또한 이들 발포금속을 제조하는 방법으로는 크게 주조법과 분말법이 소개되었으며, 전자는 TiH2 또는 ZrH2 등의 금속 수소화물이나 Ar가스 등을 직접 금속 용탕에 주입 및 교반하는 GEM(Gas Expansion Methods)법, 수용성 또는 가연성의 예비성형물(preform)을 이용하는 용탕침투법을 비롯해서 정밀주조법 및 금속/가스 공정응고법 등으로 세분화 될 수 있고, 후자는 수산화금속 및 금속산화물의 슬러 리(slurry)를 이용하는 hollow sphere법, TiH2 또는 ZrH2 등의 금속 수소화물을 금속분말과 혼합하여 가열하는 소결법 등으로 세분화될 수 있다. 그 외에도 폴리우레탄폼(polyurethane foam)과 같은 발포합성수지에 팔라듐(Pd)을 촉매 처리하거나 스퍼터링(sputtering)으로 씨드(seed)층을 구현하여 금속 도금을 실시한 후 도금층 내부의 발포합성수지를 연소 및 제거해서 발포금속을 얻기도 하며, 대한민국 특허출원 제10-2000-0060178호에 개시된 것처럼, 발포합성수지의 개포형발포체를 세라믹 슬러리에 침지 및 건조시킨 후 고온 가열함으로써 개포형발포체를 태워 틀을 완성하고, 이를 금속 용탕에 넣어 그 내부 형상과 동일한 개포형 발포금속을 얻는 방법과, 대한민국 특허출원 제 10-2003-00661338호와 같이 폴리우레탄을 묽은 콜로이드 상태의 흑연액에 딥핑(dipping) 한 후 건조 및 가열하여 흑연입자를 고착시키고, 그 표면을 따라 은 도금층을 형성한 후 내부의 플로우레탄 폼을 연소시켜 제거하는 방법 등이 소개된바 있다.In addition, casting and powder methods have been mainly introduced as a method of manufacturing these expanded metals, and the former is a gas expansion method (GEM) in which metal hydrides such as TiH 2 or ZrH 2 or Ar gas are directly injected and stirred into the molten metal. Method, molten metal penetration method using water-soluble or flammable preforms, fine casting method and metal / gas process solidification method, etc., the latter hollow sphere using a slurry of metal hydroxide and metal oxide The metal hydride, such as TiH 2 or ZrH 2 , may be subdivided by a sintering method in which the metal hydride is mixed with the metal powder and heated. In addition, palladium (Pd) is catalyzed in a foamed synthetic resin such as polyurethane foam or a seed layer is formed by sputtering to perform metal plating to burn and remove the foamed synthetic resin inside the plating layer. The foamed metal may be obtained, and as disclosed in Korean Patent Application No. 10-2000-0060178, the foamed foamed resin may be immersed and dried in a ceramic slurry, and then heated at a high temperature to burn the foamed foam to complete the mold. Method of obtaining a foamed foamed metal having the same shape as its inner shape in a molten metal, and dipping polyurethane into a dilute colloidal graphite liquid as described in Korean Patent Application No. 10-2003-00661338, followed by drying and heating The method of fixing graphite particles, forming a silver plating layer along the surface thereof, and then burning the polyurethane foam inside to remove them There doenba.

그리고 이상의 방법을 통해 제조된 개포형 발포금속은 기공율이 89~97%에 이르러 표면적이 매우 큰 형태를 나타낸다.In addition, the open-foam foam metal produced by the above method reaches a porosity of 89 ~ 97% shows a very large surface area.

이에 본 발명은 상술한 발포금속으로서, 특히 기공율과 표면적이 큰 개포형 발포금속을 이용한 히트싱크 및 이의 제조방법을 소개하고자 한다.Therefore, the present invention is to introduce a heat sink and a method for producing the same as the above-mentioned foam metal, in particular, the foaming metal having a large porosity and surface area.

그러나 기존의 발포금속는 접착력을 비롯한 방열효과 등에 있어서 아직 히트 싱크에 적용되기 어려운 한계를 보이는바, 본 발명은 열원(熱源)과의 밀착에 의한 전도열을 대기 방출하는 방열부재로서 접촉성을 비롯한 표면적의 극대화를 통해 방열효율을 크게 향상시킬 수 있는 개포형 발포금속을 포함한 히트싱크 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.However, the existing foam metal shows a limit that is difficult to be applied to the heat sink yet in the heat dissipation effect, such as adhesive strength, the present invention is a heat dissipation member that emits conductive heat by close contact with the heat source (air source) to the surface area including contactability The purpose of the present invention is to provide a heat sink and a manufacturing method thereof including an open-cell foamed metal which can greatly improve heat dissipation efficiency through maximization.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 열원(熱源)의 표면에 밀착되는 금속 베이스플레이트와; 상기 베이스플레이트 표면에 차례로 적층되고, 상기 베이스플레이트로부터 멀어질수록 점차로 기공크기(pore per inch : PPI)가 커지는 둘 이상의 발포금속층을 포함하는 히트싱크를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a metal base plate in close contact with the surface of the heat source (熱源); The heat sink includes two or more layers of foamed metal that are sequentially stacked on the surface of the base plate and gradually increase in pore per inch (PPI) as it moves away from the base plate.

이때 상기 둘 이상의 발포금속층 표면 전체에 걸쳐 도금된 금속코팅막을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 금속코팅막은 Al, Cu, Ag, Au, Ni 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 금속코팅막은 상기 둘 이상의 발포금속층 표면에 차례로 코팅된 이종(異種) 또는 동종(同種)의 둘 이상인 것을 특징으로 한다. 그리고 특히 상기 금속코팅막은, 상기 발포금속층 표면에 코팅된 10 내지 15Å 두께의 제 1 금속코팅막과; 상기 제 1 금속코팅막 표면에 코팅된 20 내지 30㎛ 두께의 제 2 금속코팅막을 포함하는 것을 특징으로 한다. 아울러 상기 둘 이상의 발포금속층은 기공율이 90% 이상이고, 상기 베이스플레이트 표면에 밀착된 발포금속층은 기공크기가 25~80 PPI 이며, 상기 베이스플레이트로부터 가장 먼 발포금속층은 기공크기가 5~20 PPI 인 것을 특징으로 한다.In this case, further comprising a metal coating film plated over the entire surface of the at least two foam metal layer, the metal coating film is characterized in that it comprises at least one selected from Al, Cu, Ag, Au, Ni, the metal The coating film is characterized in that two or more of the same or different kinds of coating on the surface of the two or more foam metal layer. In particular, the metal coating film, the first metal coating film of 10 to 15 10 thickness coated on the foam metal layer surface; It characterized in that it comprises a second metal coating film of 20 to 30㎛ thickness coated on the surface of the first metal coating film. In addition, the two or more foam metal layers have a porosity of 90% or more, the foam metal layer in close contact with the surface of the base plate has a pore size of 25 ~ 80 PPI, the foam metal layer furthest from the base plate has a pore size of 5 ~ 20 PPI It is characterized by.

또한 본 발명은 (a) 기공크기가 다른 둘 이상의 발포금속을 준비하는 단계와; (b) 아래에서 위로 갈수록 상기 기공크기가 점차 커지도록 상기 둘 이상의 발포금속을 맞댄 후, 무전해 도금에 의한 제 1 금속도금막을 적층하여 서로를 접착시키는 단계와; (c) 상기 접착된 둘 이상의 발포금속 표면 전체에 전기도금에 의한 제 2 금속코팅막을 적층하는 단계와; (d) 금속의 베이스플레이트를 준비하여, 상기 접착된 둘 이상의 발포금속 배면에 밀착 고정시키는 단계를 포함하는 히트싱크 제조방법을 제공하는바, 상기 (b) 단계의 상기 제 1 금속코팅막은 10 내지 15Å인 것을 특징으로 하고, 상기 (c) 단계의 상기 제 2 금속코팅막은 20 내지 30㎛인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention comprises the steps of (a) preparing two or more foam metals having different pore sizes; (b) adhering the two or more foamed metals so that the pore size gradually increases from the bottom up, and then laminating a first metal plated film by electroless plating; (c) laminating a second metal coating film by electroplating on the entire surface of the two or more bonded metal foams; (d) preparing a base plate of a metal, and providing a heat sink manufacturing method comprising the step of closely fixing the two or more foamed metal backings, wherein the first metal coating film of the step (b) is 10 to 10; 15 Å, and the second metal coating film of step (c) is characterized in that 20 to 30㎛.

또한 상기 (c) 단계 후 상기 (d) 단계 전, 상기 접착된 둘 이상의 발포금속 표면을 고온 수소분위기에서 환원하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 (d) 단계는, 상기 베이스플레트와 상기 발포금속 배면을 브레이징 또는 솔더링 하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 및 2 금속코팅막은 Al, Cu, Ag, Au, Ni 중에 선택된 적어도 하나를 포함하는 동종(同種) 또는 이종(異種)이고, 상기 둘 이상의 발포금속은 각각 기공율이 90% 이상이며, 상기 최하층의 발포금속은 기공크기가 25~80 PPI, 상기 최상층의 발포금속은 기공크기가 5~20 PPI 인 것을 특징으로 한다.In addition, after the step (c) and before the step (d), further comprising the step of reducing the bonded two or more foam metal surface in a high temperature hydrogen atmosphere, the step (d), the base plate And brazing or soldering the foam metal back surface, wherein the first and second metal coating layers are homogeneous or heterogeneous including at least one selected from Al, Cu, Ag, Au, and Ni. (Iii), wherein the two or more foamed metals each have a porosity of 90% or more, the lowermost foamed metal has a pore size of 25 to 80 PPI, and the uppermost foamed metal has a pore size of 5 to 20 PPI. do.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본격적인 설명에 앞서 본 명세서에서 사용될 몇 가지 용어의 정의를 살펴보 면, 층(layer)이란 경계에 의해 명확하게 구분 가능하도록 포개어진 구조물 각각을 일컫고, 막(film)이란 이보다 얇은 두께의 필름 또는 도금층과 같은 소정물질 박막을 지칭하는 의미로 사용되었다. 아울러 PPI(Pore Per Inch : PPI)는 발포체의 기공 크기를 나타내는 단위로서 단위 인치(inch)의 직선 내에 존재하는 기공 갯수를 의미하는바, 그 값이 클수록 기공크기는 작고 값이 작으면 기공크기가 크다.Looking at the definition of some terms used in the present specification before the full description, the layer refers to each of the structures superimposed so as to be clearly distinguishable by the boundary, the film is a film or plating layer of a thinner thickness than this It was used to mean a certain material thin film, such as. In addition, PPI (Pore Per Inch: PPI) is a unit indicating the pore size of the foam means the number of pores existing in a straight line of inches (inch) bar, the larger the value the smaller the pore size, the smaller the pore size Big.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 발포금속을 포함하는 히트싱크(10)(이하, 간략하게 히트싱크(10)라 한다.)에 대한 단면 개요도로서, 최하단의 베이스플레이트(baseplate)(20) 및 이의 상단에 차례로 적층된 둘 이상의 발포금속층(30,40)으로 이루어진다. 이때 설명의 편의상 둘 이상의 발포금속층(30,40)은 도면에서와 같이 두 층의 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)으로 가정하지만, 목적에 따라 그 이상의 여러층을 이룰수 있음은 이하의 설명을 통해 당업자라면 쉽게 이해할 수 있다.2 is a cross-sectional schematic diagram of a heat sink 10 (hereinafter, simply referred to as a heat sink 10) including a foamed metal according to the present invention. The bottom baseplate 20 and It consists of two or more layers of foamed metal (30, 40) in turn stacked on top of it. At this time, for convenience of description, at least two foamed metal layers 30 and 40 are assumed to be two layers of the first and second foamed metal layers 30 and 40, as shown in the drawings, but may be formed in several more layers depending on the purpose. The description can be easily understood by those skilled in the art.

먼저, 베이스플레이트(20)는 열원(熱源)인 전기소자 표면에 밀착되어 이로부터 발생된 열이 직접 전도되는 부분으로, 바람직하게는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni)과 같은 전도율 높은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어지고, 두께와 면적 등은 전기소자의 개별적인 발열특성에 따라 자유로이 조절될 수 있다.First, the base plate 20 is a part that is in close contact with the surface of the electric element that is a heat source and heat generated therefrom is directly conducted. Preferably, aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), and gold are used. (Au), or a metal having high conductivity such as nickel (Ni) or an alloy thereof, and the thickness and area can be freely adjusted according to the individual heating characteristics of the electric element.

그리고 이러한 베이스플레이트(20) 상면에 차례로 밀착된 둘 이상의 발포금속층(30,40)은 서로 다른 기공크기를 나타내는데, 특히 본 발명에 따른 히트싱 크(10)에 사용된 둘 이상의 발포금속층(30,40)은 베이스플레이트(20)로부터 멀어질수록 점차로 기공크기가 커지는 것을 특징으로 하는바, 도면을 기준으로 베이스플레이트(20)에 직접 밀착된 제 1 발포금속층(30)은 베이스플레이트(20)로부터 가장 멀리 있는 제 2 발포금속층(40)에 비해 기공크기가 작다.The two or more foam metal layers 30 and 40 closely adhered to the upper surface of the base plate 20 exhibit different pore sizes, in particular, the two or more foam metal layers 30, which are used in the heat sink 10 according to the present invention. 40 is characterized in that the pore size gradually increases as the distance away from the base plate 20, the first foam metal layer 30 is in close contact with the base plate 20 on the basis of the drawing from the base plate 20 The pore size is smaller than that of the farthest second foamed metal layer 40.

이때 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)은 모두 기공율이 90% 이상인 개포형 발포금속인 것이 바람직하며, 특히 베이스플레이트(20) 표면에 밀착된 발포금속층(30), 즉 제 1 발포금속층(30)의 기공크기는 25~80 PPI 정도이고, 베이스플레이트(20)로부터 가장 먼 발포금속층(40), 즉 제 2 발포금속층(40)의 기공크기는 5~20 PPI를 나타내는 것이 바람직하다.In this case, the first and second foamed metal layers 30 and 40 are preferably all foamed foamed metals having a porosity of 90% or more, and in particular, the foamed metal layer 30 adhered to the surface of the base plate 20, that is, the first foamed metal layer. The pore size of 30 is about 25 to 80 PPI, and the pore size of the foamed metal layer 40 furthest from the base plate 20, that is, the second foamed metal layer 40 preferably represents 5 to 20 PPI.

아울러 동일도면의 원내확대도에 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 히트싱크(10)는 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40) 외면 전체에 걸쳐 적어도 하나의 금속코팅막(52,62)이 차례로 적층되며, 이들은 바람직하게는 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40) 외면에 직접 적층된 제 1 금속코팅막(52) 그리고 상기 제 1 금속코팅막(52) 외면에 적층된 제 1 금속코팅막(62)이 될 수 있다.In addition, as shown in the circle enlarged view of the same drawing, in the heat sink 10 according to the present invention, at least one metal coating film 52, 62 is sequentially stacked on the entire outer surface of the first and second foamed metal layers 30, 40. They are preferably a first metal coating film 52 directly laminated on the outer surface of the first and second foamed metal layers 30 and 40 and a first metal coating film 62 laminated on the outer surface of the first metal coating film 52. This can be

그리고 이 경우 제 1 금속코팅막(52)은 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)의 상하 적층구조를 유지시키는 실링(sealing)의 역할과 함께 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40) 사이의 열전도율을 향상시키는 역할을 하며, 제 2 금속코팅막(62)은 베이스플레이트(20)와 제 1 발포금속층(30) 사이의 접착을 위한 접착면으로 작용함과 동시에 히트싱크(10) 전체의 열전도율과 방열효율을 향상시키는 역할을 한다. 이를 위해 제 1 및 제 2 금속코팅막(52,62)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni)과 같은 전도율 높은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 이종(異種) 또는 동종(同種) 재질일 수 있으며, 제 1 코팅금속막(52)은 10 내지 15Å, 제 2 금속코팅막(62)은 20 내지 30㎛ 두께를 나타내는 것이 바람직하다.In this case, the first metal coating layer 52 serves as a sealing for maintaining the upper and lower stacking structures of the first and second foamed metal layers 30 and 40, and the first and second foamed metal layers 30 and 40. It serves to improve the thermal conductivity therebetween, the second metal coating film 62 acts as an adhesive surface for adhesion between the base plate 20 and the first foamed metal layer 30 and at the same time the entire heat sink 10 It improves thermal conductivity and heat dissipation efficiency. To this end, the first and second metal coating films 52 and 62 are made of a high conductivity metal such as aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), or an alloy thereof. It may be different or the same material, the first coating metal film 52 is 10 to 15Å, the second metal coating film 62 is preferably 20 to 30㎛ thickness.

그 결과 본 발명에 따른 히트싱크(10)는 베이스플레이트(20)로부터 멀어질수록 점차 기공크기가 커지는 둘 이상의 개포형 발포금속층(30,40)을 통해 열전도율과 표면적 향상을 통한 방열효율의 개선을 꾀하며, 이들 발포금속층(30,40)의 외면 전체를 덮는 제 1 및 제 2 금속코팅막(52,62)을 통해서 방열효율의 향상은 물론 발포금속층(30,40) 상호 간을 비롯한 베이스플레이트(20)와의 접착력을 개선시켜 보다 안정적인 구조를 갖도록 한다.As a result, the heat sink 10 according to the present invention improves the heat dissipation efficiency through improving the thermal conductivity and the surface area through the two or more open-type foam metal layers 30 and 40 whose pore size gradually increases away from the base plate 20. The first and second metal coating films 52 and 62 covering the entire outer surfaces of the foamed metal layers 30 and 40 may not only improve heat dissipation efficiency but also base plates 20 including the foamed metal layers 30 and 40. Improve adhesion to) to have a more stable structure.

한편, 앞서의 도 2는 본 발명에 따른 히트싱크(10)의 전반적인 단면구조를 보인 관계로 편의상 제 1 및 제 2 금속코팅막(52,62)이 각각 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)의 외면 전체를 따라서만 적층된 것처럼 나타나 있지만, 실제 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40) 각각은 여러 방향을 향하는 금속가지가 서로 연결되어 기공을 정의하는 발포금속 구조를 나타내는바(도 1의 (a) 참조), 제 1 및 제 2 금속코팅막(52,62)은 이들 각각의 금속가지 외면을 따라 차례로 적층된다.Meanwhile, FIG. 2 illustrates the overall cross-sectional structure of the heat sink 10 according to the present invention. For convenience, the first and second metal coating films 52 and 62 are respectively the first and second foam metal layers 30 and 40. Although it appears to be stacked only along the entire outer surface, the actual first and second foamed metal layers 30 and 40 each show a foamed metal structure in which metal branches in various directions are connected to each other to define pores (FIG. 1 (a)), the first and second metal coating films 52 and 62 are sequentially stacked along the outer surface of each of these metal branches.

즉, 첨부된 도 3은 본 발명에 따른 히트싱크(10)를 이루는 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40) 각각의 금속가지에 대한 단면모식도로서, 제 1 및 제 2 금속코팅막(52,62)은 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)을 이루는 제 1 및 제 2 금속가지(30a,40a) 각각의 외면에 차례로 적층됨을 알 수 있고, 이때 제 1 및 제 2 금속코팅막 각각은 앞서 살펴본 것처럼 10 내지 15Å, 20 내지 30㎛의 두께를 보이는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni)과 같은 전도율 높은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 이종 또는 동종재질로 이루어지는 것이다.3 is a cross-sectional schematic diagram of metal branches of each of the first and second foamed metal layers 30 and 40 constituting the heat sink 10 according to the present invention, wherein the first and second metal coating films 52, 62 may be sequentially stacked on the outer surfaces of each of the first and second metal branches 30a and 40a constituting the first and second foamed metal layers 30 and 40, wherein each of the first and second metal coating layers As described above, a metal having a high conductivity such as aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), or an alloy thereof having a thickness of 10 to 15 Å and 20 to 30 μm It is made of different or homogeneous materials.

이하, 본 발명에 따른 히트싱크(20) 제조방법을 살펴본다.Hereinafter, a method of manufacturing the heat sink 20 according to the present invention will be described.

첨부된 도 4는 본 발명에 따른 히트싱크(20)의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 5a 내지 도 5f는 각각 공정순서에 따른 단면을 보인 공정 모식도이다.4 is a flowchart illustrating a manufacturing method of the heat sink 20 according to the present invention, and FIGS. 5A to 5F are process schematic diagrams showing cross sections according to the process sequences, respectively.

먼저, 도 5a 및 도 5b와 같이 각각 별도의 공정을 완성된 제 1 및 제 2 발포금속(32,42)을 준비한다.(st1,st2)First, as shown in FIGS. 5A and 5B, first and second foamed metals 32 and 42 having separate processes are prepared, respectively. (St1, st2)

이때 제 1 및 제 2 발포금속(32,42) 각각은 일반적인 발포금속 제조방법에 의해 얻어진 것일 수 있으며, 구체적으로는 앞서 살펴본 것처럼 GEM법, 용탕침투법, 정밀주조법, 금속/가스 공정응고법 등의 주조법은 물론 hollow sphere법, 소결법 등의 분말법으로 제조된 것일 수 있다. 또한 폴리우레탄폼과 같은 발포합성수지에 팔라듐(Pd)을 촉매 처리하거나 스퍼터링으로 씨드층을 구현한 다음 금속도금을 실시한 후 발포합성수지를 연소 및 제거함으로써 얻어진 발포금속이 사용될 수도 있으며, 그밖에 발포합성수지의 개포형발포체를 세라믹 슬러리에 침지 및 건조시킨 후 고온 가열함으로써 개포형발포체를 태워 틀을 완성하고, 이를 금속 용탕에 넣어 그 내부 형상과 동일한 개포형 발포금속을 얻는 방법 또는 발포합성수지를 묽은 콜로이드 상태의 흑연액에 딥핑(dipping) 한 후 건조 및 가열하여 흑연입자를 고착시키고, 그 표면을 따라 도금층을 형성한 후 내부의 폴리우레탄폼을 연소시켜 제거하는 방법 등이 사용 가능하다.In this case, each of the first and second foamed metals 32 and 42 may be obtained by a general foamed metal manufacturing method. Specifically, as described above, the GEM method, the molten metal penetration method, the precision casting method, the metal / gas process solidification method, and the like may be obtained. As well as the casting method may be prepared by a powder method, such as hollow sphere method, sintering method. In addition, a foamed metal obtained by catalytically treating palladium (Pd) on a foamed synthetic resin such as polyurethane foam or by implementing a seed layer by sputtering, followed by metal plating, and then burning and removing the foamed synthetic resin may be used. The foam is immersed and dried in a ceramic slurry, and then heated to a high temperature to burn the foam-foamed foam to complete the mold, and then put it in a molten metal to obtain a foam-foamed metal having the same shape as that of the inner shape, or the expanded synthetic resin in the form of colloidal graphite. After dipping into the liquid, the graphite particles are fixed by drying and heating, and after forming a plating layer along the surface thereof, a method of burning and removing the polyurethane foam therein may be used.

이상에서 살펴본 발포금속 제조공정 중에서 발포합성수지의 연소공정을 수반하는 경우에는 특히 적절한 환원단계를 진행하여 발포금속 내의 결함을 치유하는 과정이 이어질 수 있으며, 각각을 통해 얻어진 제 1 및 제 2 발포금속(32,42)을 적절한 두께의 판(plate) 형태로 절단하는 과정이 추가될 수 있다.In the case of the foamed metal manufacturing process described above, in the case of the combustion process of the foamed synthetic resin, a process of healing defects in the foamed metal may be continued by performing an appropriate reduction step, and the first and second foamed metals obtained through the 32, 42 may be added to the process of cutting the plate (plate) of the appropriate thickness.

이후 도 5c에 나타낸 것처럼, 제 1 및 제 2 발포금속(32,42)이 상하 적층구조를 이루도록 맞댄 상태로 무전해 도금을 실시한다.(st3)Thereafter, as shown in FIG. 5C, the electroless plating is performed in a state where the first and second foamed metals 32 and 42 face each other to form a vertically stacked structure. (St3)

이로써 제 1 및 제 2 발포금속(32,42)은 제 1 금속코팅막(52)에 의해 접착되어 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)을 이루게 된다. 이때 무전해 도금이란 화학도금 또는 자기촉매도금이라 불리는 그것으로서, 외부의 전기에너지를 공급받지 않고 금속염 수용액 중의 금속이온을 환원제의 힘에 의해 자기 촉매적으로 환원시켜 피처리물 표면에 금속을 석출시키는 방법을 지칭한다. 이 경우 도금제를 적절히 선택하면 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni)과 같은 전도율 높은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 제 1 금속코팅막(52)을 얻을 수 있으며, 상기 제 1 금속코팅막(52)은 10 내지 15Å의 두께를 나타내어 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)을 긴밀하게 고정시키게 된다.As a result, the first and second foamed metals 32 and 42 are bonded by the first metal coating film 52 to form the first and second foamed metal layers 30 and 40. In this case, electroless plating is called chemical plating or self-catalyst plating, and the metal ions in the aqueous metal salt solution are self-catalytically reduced by the force of the reducing agent without being supplied with external electric energy to deposit metal on the surface of the workpiece. Refers to the method. In this case, if the plating agent is appropriately selected, the first metal coating film 52 made of a high conductivity metal such as aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), or an alloy thereof. It can be obtained, the first metal coating film 52 has a thickness of 10 to 15Å to tightly fix the first and second foamed metal layer (30, 40).

다음으로 도 5d와 같이, 제 1 금속코팅막(52)에 의해 접착된 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)을 대상으로 전기도금을 실시한다.(st4)Next, as shown in FIG. 5D, the first and second foamed metal layers 30 and 40 adhered by the first metal coating film 52 are subjected to electroplating. (St4)

이때 전기도금이란 상술한 무전해 도금과 달리 외부의 전기에너지를 이용한 도금방법을 일컬으며, 소정의 도금액 내에 침지시킨 후 전기에너지를 가하는 딥핑(dipping) 방식으로 진행될 수 있다. 그리고 이 경우 도금제를 적절히 선택해 서 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni)과 같은 전도율 높은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 제 2 금속코팅막(62)을 얻을 수 있고, 상기 제 2 금속코팅막(62)은 20 내지 30㎛ 두께를 나타내어 후술하는 베이스플레이트(20)와의 접착면을 제공한다.In this case, the electroplating refers to a plating method using external electrical energy, unlike the electroless plating described above, and may be performed by a dipping method in which electrical energy is applied after being immersed in a predetermined plating solution. In this case, the second metal coating layer 62 made of a highly conductive metal such as aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), or an alloy thereof may be appropriately selected. ), And the second metal coating layer 62 has a thickness of 20 to 30 µm to provide an adhesive surface with the base plate 20 to be described later.

다음으로 필요하다면 도 5e에 나타난 것처럼 제 1 및 제 2 금속코팅막(52,62) 내의 결함을 치유하는 환원처리 과정이 이어질 수 있다.(st5)Next, if necessary, a reduction process for healing defects in the first and second metal coating layers 52 and 62 may be performed, as shown in FIG. 5E. (St5)

상기의 환원처리 과정은 H2 또는 NH3 등의 수소화합물이 충진된 가열로 내에 대상물을 넣고 제 1 및 제 2 발포금속층(30,40)을 비롯한 제 1 및 제 2 금속코팅막(52,62)의 녹는점 이하의 고온을 수분간 가함으로써 진행할 수 있다.In the reduction process, the object is placed in a heating furnace filled with a hydrogen compound such as H 2 or NH 3 , and the first and second metal coating films 52 and 62 including the first and second foamed metal layers 30 and 40. It can proceed by adding high temperature below melting | fusing point of for several minutes.

마지막으로 도 5f와 같이 제 1 발포금속층(30) 배면에 베이스플레이트(20)를 접착하는 과정이 후속된다.(st6)Finally, the process of adhering the base plate 20 to the rear surface of the first foamed metal layer 30 as shown in FIG. 5F is followed.

이 경우 제 1 발포금속층(30) 배면에 베이스플레이트(20)를 접착하는 방법은 일례로 브래이징 또는 솔더링 등의 용접으로 진행하는 것이 열전도율을 해치지 않아 바람직하며, 이로써 도 2에 보인 히트싱크(10)가 완성된다.In this case, the method of adhering the base plate 20 to the back surface of the first foamed metal layer 30 is preferably performed by welding such as brazing or soldering, so as not to impair the thermal conductivity. Thus, the heat sink 10 shown in FIG. ) Is completed.

이상에서 살펴본 것처럼, 본 발명에 따른 히트싱크는 기공율이 90% 이상인 개포형 발포금속을 사용함에 따라 표면적의 극대화를 통해 방열효율이 개선된 효과를 나타낸다.As described above, the heat sink according to the present invention exhibits an effect of improving heat dissipation efficiency by maximizing the surface area by using an open cell foam metal having a porosity of 90% or more.

이때 특히 본 발명에 적용된 발포금속층은 베이스플레이트로부터 멀어질수록 점차 기공크기가 커지도록 배열함으로써 열전도성을 비롯한 방열효율의 향상을 꾀하며, 무전해 도금과 전기도금에 의한 제 1 및 제 2 금속코팅막을 통해 발포금속층 상호간을 비롯한 베이스플레이트와의 접착력을 향상시켜 안정적인 제품을 이룰 수 있는 장점이 있다.In particular, the foamed metal layer applied to the present invention is arranged to increase the pore size gradually away from the base plate to improve the heat dissipation efficiency, including thermal conductivity, and the first and second metal coating film by electroless plating and electroplating. It has the advantage of achieving a stable product by improving the adhesive force with the base plate, including the foam metal layer to each other through.

Claims (12)

열원(熱源)의 표면에 밀착되는 금속 베이스플레이트와;A metal base plate in close contact with the surface of the heat source; 상기 베이스플레이트 표면에 차례로 적층되고, 상기 베이스플레이트로부터 멀어질수록 점차로 기공크기(pore per inch : PPI)가 커지는 둘 이상의 발포금속층Two or more layers of foamed metal which are sequentially stacked on the baseplate surface and whose pore per inch (PPI) gradually increases with distance from the baseplate; 을 포함하는 히트싱크.Heat sink comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 둘 이상의 발포금속층 표면 전체에 걸쳐 도금된 금속코팅막을 더욱 포함하는 히트싱크.The heat sink further comprises a metal coating film plated over the entire surface of the at least two foamed metal layer. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 금속코팅막은 Al, Cu, Ag, Au, Ni 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 히트싱크.The metal coating film is a heat sink comprising at least one selected from Al, Cu, Ag, Au, Ni. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 금속코팅막은 상기 둘 이상의 발포금속층 표면에 차례로 코팅된 이종 (異種) 또는 동종(同種)의 둘 이상인 히트싱크.The metal coating film is a heat sink of two or more kinds or the same kind of coating on the surface of the two or more foam metal layer. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 금속코팅막은,The metal coating film, 상기 발포금속층 표면에 코팅된 10 내지 15Å 두께의 제 1 금속코팅막과;A first metal coating film having a thickness of 10 to 15 Å coated on the surface of the foam metal layer; 상기 제 1 금속코팅막 표면에 코팅된 20 내지 30㎛ 두께의 제 2 금속코팅막A second metal coating film having a thickness of 20 to 30 μm coated on the surface of the first metal coating film 을 포함하는 히트싱크.Heat sink comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 둘 이상의 발포금속층은 기공율이 90% 이상이고, 상기 베이스플레이트 표면에 밀착된 발포금속층은 기공크기가 25~80 PPI 이며, 상기 베이스플레이트로부터 가장 먼 발포금속층은 기공크기가 5~20 PPI 인 히트싱크.The two or more foam metal layers have a porosity of 90% or more, and the foam metal layer adhered to the surface of the base plate has a pore size of 25 to 80 PPI, and the foam metal layer furthest from the base plate has a pore size of 5 to 20 PPI. Sink. (a) 기공크기가 다른 둘 이상의 발포금속을 준비하는 단계와;(a) preparing at least two foamed metals having different pore sizes; (b) 아래에서 위로 갈수록 상기 기공크기가 점차 커지도록 상기 둘 이상의 발포금속을 맞댄 후, 무전해 도금에 의한 제 1 금속도금막을 적층하여 서로를 접착시키는 단계와;(b) adhering the two or more foamed metals so that the pore size gradually increases from the bottom up, and then laminating a first metal plated film by electroless plating; (c) 상기 접착된 둘 이상의 발포금속 표면 전체에 전기도금에 의한 제 2 금속코팅막을 적층하는 단계와;(c) laminating a second metal coating film by electroplating on the entire surface of the two or more bonded metal foams; (d) 금속의 베이스플레이트를 준비하여, 상기 접착된 둘 이상의 발포금속 배면에 밀착 고정시키는 단계(d) preparing a base plate of metal, and fixing the metal plate to the back of the two or more foamed metals adhered to each other. 를 포함하는 히트싱크 제조방법.Heat sink manufacturing method comprising a. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (b) 단계의 상기 제 1 금속코팅막은 10 내지 15Å인 히트싱크 제조방법.The first metal coating film of the step (b) is 10 to 15Å heat sink manufacturing method. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (c) 단계의 상기 제 2 금속코팅막은 20 내지 30㎛인 히트싱크 제조방법.The second metal coating film of the step (c) is 20 to 30㎛ heat sink manufacturing method. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (c) 단계 후 상기 (d) 단계 전,After step (c) and before step (d), 상기 접착된 둘 이상의 발포금속 표면을 고온 수소분위기에서 환원하는 단계Reducing the bonded two or more foam metal surfaces in a high temperature hydrogen atmosphere 를 더욱 포함하는 히트싱크 제조방법Heat sink manufacturing method further comprising 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (d) 단계는, 상기 베이스플레트와 상기 발포금속 배면을 브레이징 또는 솔더링 하는 단계를 더욱 포함하는 히트싱크 제조방법.The step (d) further comprises the step of brazing or soldering the base plate and the foamed metal back surface. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1 및 2 금속코팅막은 Al, Cu, Ag, Au, Ni 중에 선택된 적어도 하나를 포함하는 동종(同種) 또는 이종(異種)이고, The first and the second metal coating film is the same or different, including at least one selected from Al, Cu, Ag, Au, Ni, 상기 둘 이상의 발포금속은 각각 기공율이 90% 이상이며,The two or more foamed metals each have a porosity of 90% or more, 상기 최하층의 발포금속은 기공크기가 25~80 PPI, 상기 최상층의 발포금속은 기공크기가 5~20 PPI 인 히트싱크 제조방법.The lowermost foam metal has a pore size of 25 ~ 80 PPI, the uppermost foam metal has a pore size of 5 ~ 20 PPI heat sink manufacturing method.
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