KR20140096637A - Improved heat conductivity and emissivity ceramic substrate for heat dissipation and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a ceramic heat dissipation member with improved heat conductivity and emissivity and a method for manufacturing same and, more particularly, to a ceramic heat dissipation member with improved heat conductivity and emissivity and a method for manufacturing same in which ceramics particles with an average particle size of 0.1 to 50 having excellent heat conductivity and heat emissivity are used with an auxiliary material containing at least one of gaoline-based clay, bentonite clay, and frit powder for improving moldability, chargeability, couplability, sinterability, and bindability added by 3 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic particles to maximize the utilization of ceramic emissivity and 10 to 60 parts by weight of an acrylic organic resin for providing flexibility and injectability is mixed with the added and formed mixed body with respect to 100 parts by weight of the ceramic particles so that a thin tape-shaped substrate with a thickness of 10 to 1,000 is formed through an injection process, heat that is generated in highly integrated devices such as lighting equipment using LED and semiconductor devices, mobile devices, and integrated circuits can be effectively discharged in a limited area or space, and mass production is made available at a low cost for improved product unit cost competitiveness and product marketability. The present invention includes the ceramic particles containing at least one of silicon carbide (SiC) with a size of 0.1 to 50, aluminum nitride (AlN), and diamond particles; and the auxiliary material that is mixed with the ceramic particles and contains at least one of the gaolin-based clay, bentonite-based clay, and the frit powder.

Description

열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재 및 그 제조방법{IMPROVED HEAT CONDUCTIVITY AND EMISSIVITY CERAMIC SUBSTRATE FOR HEAT DISSIPATION AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a ceramic heat dissipating member having improved thermal conductivity and emissivity, and a method of manufacturing the ceramic heat dissipating member.

본 발명은 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재 및 그 제조방법에 관한 것으로,The present invention relates to a ceramic heat dissipating member having improved thermal conductivity and emissivity and a manufacturing method thereof,

보다 상세하게는 세라믹의 방사율(emissivity)을 최대한 활용할 수 있도록 열방사율과 열전도율이 큰 평균입자 크기가 0.1~50인 세라믹 입자를 주 구성 성분으로 하고, 성형성, 충진성, 내구성, 점결성을 높여주는 가올린계 점토와 벤토나이트계 점토 및 프리트 분말 중 하나 이상을 포함하는 보조 성분을 상기 세라믹 입자 100 중량부에 대해서 3~50 중량부로 첨가하고, 유기수지를 상기 세라믹 입자 100 중량부에 대해서 10~60 중량부로 혼합하여 사출 공정으로 10~1000㎛ 두께의 얇은 테이프 형상의 기판이 형성되어 한정된 면적 또는 공간 내에서 LED 및 반도체 소자를 이용한 조명기기, 모바일 기기 및 집적회로 등 고도로 집적화된 기기 내에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있고, 동시에 저비용으로 대량생산이 가능하여 제품의 단가경쟁력이 상승하고 이에 제품의 시장경쟁력을 확보한 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재와 그 제조방법에 관한 것이다.
More specifically, ceramic particles having an average particle size of 0.1 to 50 having a large thermal emissivity and a high thermal conductivity are mainly used as the main constituents, and the ceramic powders having a high thermal conductivity and a high thermal conductivity are used to maximize the emissivity of ceramics. An auxiliary component including at least one of a clay, a bentonite-based clay and a frit powder is added in an amount of 3 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic particles, and an organic resin is added in an amount of 10 to 60 parts by weight per 100 parts by weight of the ceramic particles. And a thin tape-like substrate having a thickness of 10 to 1000 mu m is formed by an injection process to form a thin tape-like substrate which is generated in a highly integrated device such as an illumination device, a mobile device and an integrated circuit using LED and semiconductor devices in a limited area or space Heat can be effectively released, and at the same time, mass production can be performed at low cost, It is a thermal conductivity and emissivity secure the market competitiveness of the product relates to an improved ceramic heat radiation member and a method of manufacturing the same.

IT 기술의 발전에 따라 전자 정보기기 및 장치 등의 크기는 더욱더 작아지고 슬림(slim)화 되고 있으며, 이들 장치에 사용되는 다양한 전자 부품들도 고집적화 및 고출력화되고 있다. 이러한 장치들의 슬림화와 고출력화에 따라 필연적으로 소자들에 의한 열 발생이 증대되고 있으며, 열에 의한 온도 상승은 부품 및 소자의 기능 및 신뢰성의 저하, 수명 단축 등의 문제를 발생시키고 있다.With the development of IT technology, the sizes of electronic information devices and devices are becoming smaller and slimmer, and various electronic parts used in these devices are also becoming highly integrated and high output. Due to the slimness and high output of such devices, the heat generation by the elements is inevitably increased, and the temperature rise due to heat causes problems such as deterioration of functions and reliability of parts and devices, shortening of life span, and the like.

특히, 사용 전력 에너지의 저감과 기기 성능향상을 위해서는 이러한 열 발생을 억제하거나 발생하는 열을 효과적으로 방출해 내야하는 문제점에 놓여 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 방열기판 들이 활발히 개발되고 있다.
Particularly, in order to reduce the electric power consumption and improve the performance of the apparatus, it is necessary to suppress such heat generation or to effectively release the generated heat. Therefore, various radiator plates have been actively developed to solve such problems.

현재, 상용화된 방열기판 들은 대부분 금속재료로 열전도율이 우수한 알루미늄(열전도도: 2.4W/cmK), 구리(3.4W/cmK) 등이 있으며, 세라믹 재료[알루미나 (0.32W/cmK), SiC (2.0W/cmK)]들은 이들 금속 재료 들과 비교하여 현저히 낮은 열전도율(thermal conductivity)을 보이고 있어 단독으로는 방열 재료로 사용되지 못하고, 금속과 복합재료를 형성하여 사용하고 있다. 아울러, 가공성이 현저히 낮아 특별한 경우에만 적용되고 있는 실정이다.Currently, commercialized radiator plates are made of ceramic materials (alumina (0.32W / cmK), SiC (2.0W / cmK)) and aluminum (thermal conductivity: 2.4W / cmK) W / cmK)] exhibit significantly lower thermal conductivity than these metal materials and can not be used alone as a heat-radiating material, but are formed by forming a metal and a composite material. In addition, since the workability is remarkably low, it is applied only to special cases.

지금까지 방열기판에 대한 고찰은 열원에서 발생한 열을 외부로 최종 방출해 주는 방열몸체(heat-sink : 열용량이 크고 방열 면적을 크게 하기 위해 핀 형상으로 이루어진 알루미늄 기판)까지 효과적으로 열을 전달하기 위한 것에 집중되어 왔으며, 열전도율(thermal conductivity)이 좋은 재료에 개발이 집중되어 왔다.
Up to now, a consideration of the radiator plate has been to provide a heat-sink for ultimately discharging the heat generated from a heat source to the outside (heat-sink: an aluminum substrate having a large heat capacity and having a fin- And has been concentrated on materials with good thermal conductivity.

그러나 최근에 전자 기기의 슬림화에 의해 방열기판도 별도의 방열몸체 없이 직접적으로 열원으로부터 열의 방출에 대한 필요성이 증대되고 있다. 방열기판이 슬림화(두께가 얇아지는 것)하는 경우 방열 성능에서는 열전도율 보다는 직접적으로 열을 외부에 방출하는 방사율(emissivity)이 중요해 지고 있다.Recently, however, due to the slimming of electronic devices, there is a growing demand for heat dissipation from the heat source directly without a separate heat sink. When the radiating plate is made slimmer (thickness is thinned), emissivity that directly emits heat to the outside becomes more important than heat conductivity in heat radiating performance.

금속과 비교하여 대부분의 세라믹 재료는 높은 방사율을 가지고 있다. 따라서, 본 발명에서는 세라믹 재료가 가지고 있는 우수한 방사율(emissivity)을 박막의 방열기판에 적용함으로써, 전자기기의 슬림화에 따른 방열능력을 향상시키는데 목적이 있다.
Compared to metals, most ceramic materials have a high emissivity. Accordingly, in the present invention, an excellent emissivity of a ceramic material is applied to a radiator plate of a thin film, thereby improving heat dissipation ability due to slimming of electronic equipment.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은In order to solve such a problem,

열방사율과 열전도율이 큰 평균 입자 크기가 0.1~50인 SiC(실리콘 카바이드), AlN(질화알루미늄), 다이아몬드 입자 중 어느 하나 또는 2개 이상을 포함하는 세라믹 입자를 이용하여 방열부재에 형성될 기판을 제조함에 있어서 성형성, 충진성, 내구성, 소결성을 향상시키는 가올린계 점토와 벤토나이트계 점토 및 프리트 분말 중 하나 이상을 3~50 크기의 세라믹 입자와 혼합하여 밀링하면, 층상 구조 물질인 가올린계 점토와 벤토나이트계 점토 원료 분말들이 층과 층 사이에 미세하게 박리 현상이 일어나고, 동시에 가올린계 점토와 벤토나이트계 점토의 구조가 층상이어서 미세하게 분쇄된 세라믹 입자들이 층과 층 사이에 혼입되어, 소재의 전기적 절연성을 유지하면서 동시에 점토의 낮은 열전도율을 극복할 수 있게 되어 전체적으로 열전도율을 효과적으로 높일 수 있는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재를 제공하는데 목적이 있다.
A substrate to be formed on the heat radiation member by using ceramic particles containing any one or two or more of SiC (silicon carbide), AlN (aluminum nitride) and diamond particles having an average particle size of 0.1 to 50 with a large thermal emissivity and a high thermal conductivity When one or more of the calcined clay, bentonite-based clay and frit powder which improves the formability, filling property, durability and sinterability in mixing is mixed with ceramic particles having a size of 3 to 50 and milled, The clay and bentonite-based clay powders are finely peeled off between the layers, and the structure of the clay and bentonite clay at the same time is layered so that the finely ground ceramic particles are mixed between the layers and the layers, It is possible to overcome the low thermal conductivity of the clay while maintaining the electrical insulation of the clay, The thermal conductivity and emissivity to increase aims to provide an improved ceramic radiation member.

또 상기와 같은 방법으로 혼합된 세라믹 분말에 10~60 중량부의 유기수지를 혼합하여 소결법이 아닌 유기수지 큐링(curing, 고분자 중합)방법에 의해 얇은 방열부재 기판의 형상에 뒤틀림 현상이 나타나지 않도록 방열부재를 제조하여 내구성을 높이고 제품의 완성도까지 높일 수 있는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재를 제공하는데 목적이 있다.
In addition, 10 to 60 parts by weight of the organic resin is mixed with the ceramic powder mixed in the same manner as described above, so that the shape of the thin heat dissipating member substrate is not distorted by the organic resin curing (polymeric polymerization) To improve the durability and the degree of completion of the product, and to provide a ceramic radiating member with improved thermal conductivity and emissivity.

아울러 상기 방열부재는 10~1000의 두께로 사출 성형될 수 있어, 소비자가 원하는 두께로 생산이 가능하고 이러한 두께에도 방사율이 최대화할 수 있도록, 열전도도와 열방사율이 우수한 SiC, 다이아몬드, AlN 원료분말에 층상구조 물질인 가올린계 점토나 벤토나이트계 점토, 프릿트 등을 첨가함으로써 방열부재의 성형성, 내구성, 충진성을 높여줄뿐만 아니라, 밀링에 의해 미세하게 박리되는 층상구조 내에 열전도도가 우수한 SiC, 다이아몬드, AlN 등의 미세한 입자들이 혼입됨으로써 상대적으로 열전도율이 낮은 가올린계 점토나 벤토나이트계 점토의 열전도율을 효과적으로 향상시켜 전체적인 방열부재의 열전도율을 높일 수 있는 세라믹 방열부재를 제공하게 된다.
In addition, the heat dissipating member can be injection-molded to a thickness of 10 to 1000, and can be manufactured to a desired thickness by a consumer. In order to maximize the emissivity to such thickness, SiC, diamond, and AlN raw material powders Durability and fillability of the heat dissipating member by adding a silane-based clay, a bentonite-based clay, a frit, or the like as a layered structure material, but also a layered structure that is finely stripped by milling, Diamond, AlN, and the like, thereby improving the thermal conductivity of the oligo-based clay or bentonite-based clay having a relatively low thermal conductivity, thereby increasing the thermal conductivity of the entire heat radiation member.

또한 상기와 같이 제조된 방열부재는 평균 입자의 직경이 3~50㎛인 세라믹과 입자크기가 미세한 점토 또는 프릿트를 유기수지와 혼합하여 낮은 밀도의 기판을 제공하고 세라믹의 방사율을 최대한 활용할 수 있으며, 별도의 가공 공정이 필요 없어 원료 분말의 가격 및 제조공정이 매우 저렴할 뿐만 아니라, 상기 방열부재는 10~3000의 두께 범위에서 테이프캐스팅 (Tape casting) 방법으로 대량생산이 가능하고, 이러한 대량생산을 이용하여 제품의 가격경쟁력을 획기적으로 높일 수 있는 열전도율과 열방사율이 이 향상된 세라믹 방열부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Also, the heat-dissipating member manufactured as described above can provide a low-density substrate by mixing ceramics having an average particle diameter of 3 to 50 탆 and clay or frit having a fine particle size with an organic resin, maximizing the emissivity of the ceramic The cost of the raw material powder and the manufacturing process are very low, and the heat radiation member can be mass-produced by the tape casting method in a thickness range of 10 to 3000, And which can improve the price competitiveness of a product remarkably by using the ceramic heat dissipating member.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재는According to an aspect of the present invention, there is provided a ceramic heat dissipating member having improved thermal conductivity and emissivity,

열방사율과 열전도율이 큰 평균 입자 크기가 0.1~50인 SiC(실리콘 카바이드), AlN(알루미늄나이트라이드), 다이아몬드 입자 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 입자;
Ceramic particles comprising at least one of SiC (silicon carbide), AlN (aluminum nitride), and diamond particles having an average particle size of 0.1 to 50 with a high thermal emissivity and a high thermal conductivity;

상기 세라믹 입자와 혼합되어 방열부재의 성형성, 충진성, 내구성, 결합성을 향상시키는,The ceramic particles are mixed with the ceramic particles to improve the moldability, filling property, durability, and bonding properties of the heat radiation member,

가올린계 점토, 벤토나이트계 점토, 프리트 분말들 중 하나 이상을 포함하는 보조성분 원료을 포함하는 성형체;로 구성된다.
Based clay, bentonite-based clay, and frit powder.

본 발명의 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재는The ceramic heat dissipating member of the present invention having improved thermal conductivity and emissivity

상기 성형체를 구성하는 구성 성분은 상기 세라믹입자 100 중량부에 대하여 보조 원료성분이 3~50 중량부가 혼합되어 구성되고,The components constituting the molded body are composed of 3 to 50 parts by weight of an auxiliary raw material component mixed with 100 parts by weight of the ceramic particles,

상기 방열부재는 상기 100중량부에 대해서 유연성(flexibility)과 사출성을 부여하기 위해 10~60 중량부의 유기수지를 더 포함하고, 10~1000 두께로 사출 성형되는 것을 특징으로 한다.
The heat dissipating member may further include 10 to 60 parts by weight of an organic resin in order to impart flexibility and extrudability to the 100 parts by weight of the heat dissipating member.

또한 본 발명의 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 제조방법은The method of manufacturing a ceramic heat radiation member of the present invention having improved thermal conductivity and emissivity

(a) 평균 입자 크기가 0.1 ~ 50인 SiC(실리콘 카바이드), AIN(알루미늄나이트라이드), 다이아몬드 입자 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 입자를 준비하는 단계;(a) preparing ceramic particles comprising at least one of SiC (silicon carbide), AIN (aluminum nitride) and diamond particles having an average particle size of 0.1 to 50;

(b) 상기 세라믹 입자 100중량부에 대하여(b) 100 parts by weight of the ceramic particles

가올린계 점토, 벤토나이트계 점토, 프리트 분말 중 하나 이상을 포함하는 3~50 중량부의 보조성분 원료를 준비하고 상기 세라믹 입자와 혼합하여 밀링하는 단계;3 to 50 parts by weight of an auxiliary component raw material containing at least one of a calcined clay, a bentonite clay and a frit powder is prepared and mixed with the ceramic particles and milled;

(c) 상기 (b)단계에서 밀링 후 형성된 혼합체는 세라믹 입자 100중량부에 대하여(c) The mixture formed after the milling in the step (b) is mixed with 100 parts by weight of the ceramic particles

10~60 중량부의 유기수지를 더 혼합하여 10~1000 두께로 사출하는 단계;10 to 60 parts by weight of an organic resin is further mixed and injected at a thickness of 10 to 1000;

(d) 상기 (c)단계에서 사출된 성형체를 큐링(curing)하는 단계;
(d) curing the molded product injected in the step (c);

또한 본 발명의 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 다른 제조방법으로Another manufacturing method of the ceramic heat radiation member of the present invention having improved thermal conductivity and emissivity

(e) 상기 (b) 단계에서 밀링 후 생성된 성형체는 세라믹 입자 100중량부에 대하여(e) The shaped body produced after the milling in the step (b)

10~60 중량부의 유기수지를 더 혼합하여 50~3000 두께로 테이프캐스팅하는 단계;10 to 60 parts by weight of an organic resin is further mixed and tape-casted to a thickness of 50 to 3000;

(f) 상기 (e) 단계 이후 800~1200의 온도로 소결하는 단계;로 이루어진다.
(f) sintering at a temperature of 800 to 1200 after the step (e).

본 발명에 따른 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재와 그 제조방법은 기존의 세라믹스 복합재료의 방열기판 개념에서 탈피하여, 성형성, 충진성, 및 내구성을 향상시키기 위해 첨가하는 가올린계 점토나 벤토나이트 점토와 같이 층상구조를 갖는 보조 성분 원료가 평균 입자 크기가 열방사율과 열전도율이 매우 큰 0.1 ~ 50 크기의 세라믹 입자와 함께 밀링될 때 층상구조를 가지고 있는 점토가 박리가 일어나게 되고 동시에 층과 층 사이에 미세하게 마모된 SiC와 같은 세라믹 입자들이 층사이에 혼입 및 결합되어 가올린계 점토나 벤토나이트 점토의 낮은 열전도율을 향상시켜 최종적으로 성형체와 수지의 혼합으로 형성된 성형체에 열전도율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.The ceramic heat dissipating member and the manufacturing method thereof having improved thermal conductivity and emissivity according to the present invention are manufactured by removing the concept of the heat dissipating plate of a conventional ceramic composite material and forming a clay or bentonite added to improve moldability, When clay-like auxiliary component materials are milled together with ceramic particles of 0.1 to 50 in average particle size, which have a very high thermal emissivity and thermal conductivity, the clay having a layered structure is peeled off and at the same time, Ceramic particles such as SiC finely worn on the surface of the clay are mixed and bonded between the layers to improve the low thermal conductivity of the clay or bentonite clay so as to ultimately improve the thermal conductivity of the formed body formed by mixing the formed body and the resin .

첨가된 유기수지는 방열부재의 유연성(flexibility)과 사출성을 부여한다.
The added organic resin gives flexibility and extrudability of the heat dissipating member.

도 1 은 본 발명에 따른 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재를 제조하기 위한 전단계로 밀링에 의해 혼합된 원료를 전자현미경으로 관찰한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 제조방법의 순서도.
도 3 은 본 발명에 따른 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 제조방법의 변형예.
도 4 는 본 발명의 따른 열전도율과 방사율이 향상된 방열 부재와 기존 방열부재들의 열전도율 데이터 표.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an electron microscope image of a raw material mixed by milling in a pre-stage for manufacturing a ceramic heat radiation member having improved thermal conductivity and emissivity according to the present invention. FIG.
2 is a flow chart of a method of manufacturing a ceramic heat radiation member with improved thermal conductivity and emissivity according to the present invention.
3 is a modification of the method of manufacturing a ceramic heat radiation member in which thermal conductivity and emissivity are improved according to the present invention.
FIG. 4 is a table of thermal conductivity data of heat dissipating members and existing heat dissipating members with improved thermal conductivity and emissivity according to the present invention; FIG.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. While the present invention has been described in connection with certain embodiments, it is obvious that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term " comprising " or " consisting of ", or the like, refers to the presence of a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

본 발명에 따른 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재와 그 제조방법을 설명함에 앞서, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 밀링 후 원료의 모습을 보여주는 전자현미경 사진이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a ceramic heat dissipating member according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a ceramic heat dissipating member according to an embodiment of the present invention. to be.

도 1의 세라믹 입자와 혼합체는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시한 것이고, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 통상의 기술자가 사용하여 다양한 형태로 변형될 수 있다.
The ceramic particles and the mixture in Fig. 1 are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited thereto. And can be modified into various forms by a person skilled in the art.

먼저, 도 1을 참고하면First, referring to FIG. 1

본 발명의 세라믹 방열부재 원료는 주구성 성분원료인 실리콘카바이드 (SiC) 입자와 SiC 입자의 성형성, 충진성, 내구성, 소결성을 향상시키기 위하여 첨가되는 보조성분 원료를 포함하는 혼합체로 구성된다.The ceramic heat-radiating member raw material of the present invention is composed of a mixture containing silicon carbide (SiC) as a main component material and an auxiliary component raw material added to improve the formability, filling property, durability and sintering property of the SiC particles.

상기 주성분 원료인 SiC 입자는 입자의 평균크기가 0.1~50 크기의 SiC(실리콘 카바이드)로서, AlN(알루미늄나이트라이드) 또는 다이아몬드 입자 중 하나 이상을 포함하여 대체할 수 있다. 또한 c-BN(입장정 보론나이트라이드)로 대체할 수있다.
The SiC particles as the main component material may be SiC (silicon carbide) having an average size of 0.1 to 50 in size, and may include at least one of AlN (aluminum nitride) or diamond particles. It can also be replaced by c-BN (entry qualification nitrides).

상기의 보조성분 원료는 가올린계 점토 및 벤토나이트계 점토 및 프리트 분말 중 하나 이상을 포함하는 것으로 구성된다. 상기 보조 성분 원료는 상기 주성분 원료 세라믹 입자 100중량부에 대하여 3~50중량부로 혼합되어 구성된다.The auxiliary component raw material is composed of at least one of calcined clay and bentonite clay and frit powder. The auxiliary component raw material is composed of 3 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the main ingredient ceramic particles.

상기 가올린계 점토 및 벤토나이트계 점토는 성형성, 충진성, 내구성, 소결성은 향상시키나 열전도율이 좋지 않아 전체 열전도율을 향상시키기 위하여 상기 세라믹 입자와 함께 밀링하고, 상기 밀링 과정 중 발생하는 박리 현상을 으로 인해 미세하게 마모된 세라믹 입자가 보조성분 원료의 박리된 층과 층 사이 내로 혼입 및 결합한다.The raised clay and bentonite-based clay are milled together with the ceramic particles to improve the formability, filling property, durability and sinterability but have poor thermal conductivity, so as to improve the overall thermal conductivity, The finely worn ceramic particles mix and bond into and into the delaminated layer of the auxiliary component material.

상기 미세하게 마모된 세라믹 입자는 층상구조를 갖는 점토의 층과 층 사이에 결합 및 첨가, 혼합이 되어 상기 보조성분 원료의 낮은 열전도율을 높여줄 수 있다.The finely worn ceramic particles may be bonded, added and mixed between the layer and the layer of the clay having the layered structure to increase the low thermal conductivity of the auxiliary component raw material.

상기 세라믹 입자 100 중량부에 대하여 유기수지(바인더) 10~60 중량부를 더 혼합하여 사출성(extrusion), 유연성(flexibility)을 부여하여 방열부재의 모양과 두께를 임의로 제어하여 제조할 수 있게 된다. 10 to 60 parts by weight of an organic resin (binder) may be further mixed with 100 parts by weight of the ceramic particles to provide extrusion and flexibility to arbitrarily control the shape and thickness of the heat dissipating member.

상기 유기수지로 아크릴계를 사용하면 소결공정 없이도 큐링(curing) 공정에 의해 최종 방열부재를 생산할 수 있다.If acrylic resin is used as the organic resin, a final heat radiation member can be produced by a curing process without a sintering process.

상기 큐링(curing)공정에 의하면 밀도가 서로 다른 세라믹과 수지를 이용하여 방열부재를 사출로 생산할 때 방열부재가 휘거나 손상되지 않도록 제조가 가능하다.According to the curing process, it is possible to manufacture the heat dissipating member without bending or damaging the heat dissipating member when the heat dissipating member is produced by injection using ceramics and resins having different densities.

상기 큐링(curing)공정은 상기 성형체가 유기수지와 함께 혼합되어 온도나 충격 등 외부 환경에 의하여 영향을 받지 않도록 충분히 양생하도록 하는 것이 바람직하다.
In the curing process, it is preferable that the molded body is mixed with the organic resin and sufficiently cured so as not to be affected by the external environment such as temperature or impact.

한편, 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 제조방법으로,On the other hand, as a manufacturing method of a ceramic heat radiation member having improved thermal conductivity and emissivity,

도 2의 [A]에 도시된 바와 같이, As shown in [A] of Fig. 2,

평균 입자 크기가 0.1 ~ 50인 SiC(실리콘 카바이드), AlN(알루미늄나이트라이드), 다이아몬드 입자 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 입자를 준비하는 (a)단계와,(A) preparing ceramic particles comprising at least one of SiC (silicon carbide), AlN (aluminum nitride) and diamond particles having an average particle size of 0.1 to 50,

세라믹 입자 100중량부에 대하여 가올린계 점토, 벤토나이트계 점토, 프리트 분말 중 하나 이상을 포함하는 3~50 중량부의 혼합체를 준비하고 상기 세라믹 입자와 혼합하여 밀링하는 (b)단계,
(B) preparing a mixture of 3 to 50 parts by weight of at least one of calcined clay, bentonite clay and frit powder with respect to 100 parts by weight of the ceramic particles, mixing and milling the mixture with the ceramic particles,

또 상기 (b)단계에서 밀링으로 형성된 성형체는 세라믹 100중량부에 대하여Further, in the step (b), the formed body formed by milling is preferably a mixture of 100 parts by weight of ceramic

10~60 중량부의 유기수지를 더 혼합하여 10~1000 두께로 사출하는 (c)단계와,10 to 60 parts by weight of an organic resin is further mixed and injected at a thickness of 10 to 1000, (c)

(c)에서 사출된 성형체를 큐링(curing)하는 (d)단계를 포함한다.and (d) curing the molded article injected in step (c).

또 다른 제조방법으로 도 2의 [B]에 도시한 바와 같이,In another manufacturing method, as shown in [B] of Fig. 2,

상기 (b) 단계에서 밀링으로 형성된 혼합체는 세라믹 입자 100 중량부에 대하여 10~60 중량부의 유기수지를 더 혼합하여 50~3000 두께로 테이프캐스팅하는 (e)단계와(E) mixing 10 to 60 parts by weight of the organic resin with 100 parts by weight of the ceramic particles and casting the mixture to a thickness of 50 to 3000 in the step (b)

(e)단계 이후 800~1200의 온도로 소결하는 (f)단계를 더 포함한다.
and (f) sintering at a temperature of 800 to 1200 after step (e).

본 발명은 다양한 제조공정을 통해 제조될 수 있으나, 특정 실시 예를 들어 설명하고자 한다.
The present invention can be manufactured through various manufacturing processes, but will be described with reference to specific examples.

실시예1Example 1

평균 입자 크기가 20인 SiC(실리콘 카바이드) 세라믹 입자를 준비한다. 상기 세라믹 입자 100중량부에 대하여 10% 중량비 가올린계 점토, 5% 벤토나이트계 점토, 10% 프리트를 준비하고 상기 세라믹 입자와 혼합하여 15시간 밀링하여 혼합체를 생성한다.SiC (silicon carbide) ceramic particles having an average particle size of 20 are prepared. A clay, 5% bentonite clay, and 10% frit in which a weight ratio of 10% is increased with respect to 100 parts by weight of the ceramic particles are prepared, mixed with the ceramic particles, and milled for 15 hours to form a mixture.

상기 생성된 혼합체는 상기 세라믹 입자 100중량부에 대하여 15 중량비의 아크릴계 유기수지를 더 혼합하여 1000 두께로 사출 공정을 통하여 가(假)제조한다. 상기 가(假)제조된 성형체를 큐링(curing)하여 최종 완성된 방열부재를 생산할 수 있다.The resultant mixture is further mixed with a 15 weight ratio acrylic organic resin to 100 parts by weight of the ceramic particles, and the resultant mixture is prepared through an injection process with a thickness of 1000. The finally formed molded article may be cured to produce a finished heat radiation member.

도 4를 참고하면, 4,

표는 이렇게 얻은 방열부재를 기존의 방열부재 [그라핀, CNT(탄소나노튜브) 등을 첨가한 수지복합재료]들과 비교하여 레이저 플레쉬 법으로 열전도율을 측정한 결과이다. 열이 전달되는 축방향(X-Y 축 또는 Z 축)에 따라 차이를 보이고 있으나, 본 발명에 의해 제공된 방열부재(시료번호 4)가 기존 대비 전체적으로 20~30% 이상 우수한 특성을 보이고 있다.
The table shows the result of measuring the thermal conductivity by the laser flash method in comparison with the heat dissipating member thus obtained in comparison with the existing heat dissipating member (resin composite material to which graphene, CNT (carbon nanotube), etc.) is added]. (XY axis or Z axis) in which the heat is transferred, the heat dissipating member (Sample No. 4) provided by the present invention exhibits excellent characteristics over 20 to 30% or more as compared with the conventional heat dissipating member.

먼저 상기와 같은 열전도율과 방사율을 향상시킨 방열부재를 이용하여 어느 한 면 또는 일부의 구조가 치밀화된 방열부재를 형성하여 우수한 방열기능을 효과적으로 발휘할 수 있는 세라믹 방열부재의 예를 볼 수 있다. An example of a ceramic heat dissipating member capable of effectively exerting an excellent heat dissipating function by forming a heat dissipating member having a densified structure on one side or a part of a surface using the heat dissipating member having improved thermal conductivity and emissivity as described above can be seen.

본 발명의 방열부재에 어느 하나의 면 또는 일부에 치밀화된 구조를 갖는 실시예를 들면, For example, in the heat dissipating member of the present invention, a structure having a densified structure on one surface or a part thereof,

실시예2Example 2

도 3의 [A] 내지 [D]에 도시한 바와 같이,As shown in [A] to [D] in Fig. 3,

1단계(100)로서 소결 후에 치밀한 소결밀도를 갖는 세라믹 성형체를 아래와 같은 제조공정을 거쳐 만든다.
As a first step (100), a ceramic formed body having a dense sintered density after sintering is manufactured through the following manufacturing process.

세라믹 평균 입자 크기가 0.1~1인 SiC, AlN(알루미늄나이트라이드), 다이아몬드 입자 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 분말을 준비한다. 큰 입자의 SiC분말을 저온 소결조건에서 결합력을 부여해주기 위해 첨가하는 유리 프리트(firt) 분말(조성; CaO : Na2O : B2O3 : SiO2 = 20 : 10 : 25 : 45)과 프레스 성형시 성형성을 부여하기 위해 첨가하는 유기 고분자 바인더(PVA)를 준비한다. 유기 고분자 바인더(PVA)는 물에 녹여 PVA 10% 수용액으로 만든다.
A ceramic powder containing at least one of SiC, AlN (aluminum nitride) and diamond particles having a ceramic average particle size of 0.1 to 1 is prepared. A glass frit powder (composition: CaO: Na 2 O: B 2 O 3: SiO 2 = 20: 10: 25: 45) and a press which is added to give a large grain SiC powder to give a bonding force under low- An organic polymer binder (PVA) to be added for imparting moldability during molding is prepared. Organic polymer binders (PVA) are dissolved in water to make a 10% PVA solution.

SiC : Al2O3 : 프리트(frit) : PVA = 80 : 5 : 14 : 1 (무게%)로 하여 물을 분산매로 하고 알루미나 볼을 이용한 밀링 공정으로 10시간동안 행하여 원료분말의 혼합을 진행한다. 이후 수분 성분을 건조시키고 분말을 만든다. The mixture is subjected to a milling process using alumina balls with water as a dispersion medium in a ratio of SiC: Al 2 O 3 : frit: PVA = 80: 5: 14: 1 (weight% . The water content is then dried and powdered.

2단계(200)로서 1단계에서 사용한 방법과 동일하게 구성하되, 평균 입자 크기가 3 ~ 50인 SiC(실리콘 카바이드), AIN(알루미늄나이트라이드), 다이아몬드 입자 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 분말을 준비한다. 이후에는 1단계와 동일한 과정과 방법에 의해 PVA 가 첨가된 혼합체 분말(30)을 만든다.A ceramic powder containing at least one of SiC (silicon carbide), AIN (aluminum nitride), and diamond particles having an average particle size of 3 to 50 is prepared in the same manner as the method used in Step 1 as the second step 200 do. Thereafter, a mixture powder 30 to which PVA is added is made by the same process and method as those of the first step.

3단계(300)로서 1단계에서 만든 분말을 금속 금형을 이용하여 낮은 압력에서 성형하여 제1성형체(10)를 형성한다. 성형된 성형체의 최종 형태는 20 X 20 X 2.5mm 였다.In step 3 (300), the powder formed in step 1 is molded at a low pressure using a metal mold to form the first formed body 10. The final shape of the molded body was 20 X 20 X 2.5 mm.

4단계(400)로서 최종 형태를 구성한 방열부재의 크기와 같은 큰 정사각형 금속몰드(40x40mm)(40)에 제3단계에서 성형한 성형체(10)(20x20mm)를 중앙 부에 놓고, 그 위에 2단계에서 만든 분말(30)을 충진한 후 최종 40x40x2mm 두께의 제2성형체(20)를 만든다.The molded body 10 (20 x 20 mm) formed in the third step is placed in the center part in a large square metal mold (40 x 40 mm) 40 having the same size as the heat dissipating member constituting the final shape as the fourth step 400, And then the final formed body 20 having a thickness of 40x40x2 mm is made.

5단계(500)로서 제2성형체(20)를 800~1200에서 소결하여 중앙부에 치밀한 소결조직을 갖고, 그 주변에는 기공도가 높은 이중구조를 갖는 최종 세라믹 방열부재(50)를 생산할 수 있다.As a fifth step 500, the final molded body 20 can be sintered at 800 to 1200 to produce a final ceramic heat dissipating member 50 having a dense sintered structure at the center and a dual structure having a high porosity around the sintered structure.

상기와 같은 방법으로 제작하면 치밀화된 영역에는 전기회로 구성이 가능하고 치밀화된 영역을 가지는 상기 제1성형체(10)는 개기공이 다소 존재하는 치밀화가 낮아 수축이 발생하지 않게 되어 최종적으로 완성되는 방열부재의 구조에서 뒤틀림 현상이 발생하지 않아 제품의 완성도를 높이고 신뢰성 있는 제품을 생산할 수 있다.The first molded body 10 having a densified region can be formed into a densified region by the above-described method. Since the densification with a small amount of open pores is low, shrinkage does not occur, It is possible to produce a reliable product by improving the completeness of the product because no distortion occurs in the structure of the member.

상기와 같이 제조된 방열 부재(50)는 밀도가 치밀한 부분에는 금속 전극과 같은 회로 패턴을 형성할 수 있고, LED 칩을 바로 올려 우수한 열전도특성과 방열특성을 모두 활용할 수 있는 LED 팩키징 방열부재로 사용할 수 있다.
The heat dissipation member 50 manufactured as described above can form a circuit pattern like a metal electrode in a dense portion and can be used as an LED package heat dissipation member that can lift up the LED chip and utilize both excellent heat conduction characteristics and heat dissipation characteristics .

이상의 설명에서 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재 및 그 제조방법과 관련된 통상의 공지된 기술은 생략되어 있으나, 관련 기술의 종사자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.In the above description, the ceramic heat dissipating member having improved thermal conductivity and emissivity and a conventionally known technique relating to the manufacturing method thereof are omitted, but it is possible to easily guess, deduce, and reproduce the ceramic heat dissipating member.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 세라믹 방열부재와 그 제조방법에 관하여 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention. Changes and substitutions are to be construed as falling within the scope of protection of the present invention.

10: 제1성형체 20: 제2성형체
30: 제2성형체 혼합 분말 40: 몰드
50: 세라믹 방열부재
100: 1단계 200: 2단계
300: 3단계 400: 4단계
500: 5단계10: first formed article 20: second formed article
30: second molded body mixed powder 40: mold
50: Ceramic heat radiation member
100: Step 1 200: Step 2
300: Step 3 400: Step 4
500: Step 5

Claims (7)

평균 입자 크기가 0.1~50인 SiC(실리콘 카바이드), AlN(알루미늄나이트라이드), 다이아몬드 입자 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 입자;

상기 세라믹 입자와 혼합되고,
가올린계 점토, 벤토나이트계 점토, 프리트 분말 중 하나 이상을 보조성분 원료로 포함하는 성형체;를 포함하는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재.
Ceramic particles comprising at least one of SiC (silicon carbide), AlN (aluminum nitride), and diamond particles having an average particle size of 0.1 to 50;

Mixed with the ceramic particles,
And a molded body including at least one of a clay-based clay, a bentonite-based clay, and a frit powder as an auxiliary component raw material, wherein the thermal conductivity and the emissivity are improved.
제 1 항에 있어서,
상기 성형체를 위한 각각은
상기 세라믹입자 100중량부에 대하여 보조성분 원료 3~50 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재.
The method according to claim 1,
Each of the
Characterized in that 3 to 50 parts by weight of an auxiliary ingredient material is mixed with 100 parts by weight of the ceramic particles, and the thermal conductivity and the emissivity are improved.
제 2 항에 있어서,
상기 성형체는 세라믹 입자 100중량부에 대하여
10~60 중량부의 유기수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재.
3. The method of claim 2,
The molded article was found to have a composition of 100 parts by weight
10. The ceramic heat dissipating member according to claim 1, further comprising 10 to 60 parts by weight of an organic resin.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형체는 10~3000 두께로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the molded body is injection molded to have a thickness of 10 to 3000. The ceramic heat dissipating member according to claim 1,
청구항 1에 기재된 세라믹 방열부재를 제조하는 방법으로,
(a) 평균 입자 크기가 0.1 ~ 50인 SiC(실리콘 카바이드), AlN(알루미늄나이트라이드), 다이아몬드 입자 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 입자를 준비하는 단계;
(b) 상기 세라믹 입자 100중량부에 대하여
가올린계 점토, 벤토나이트계 점토, 프리트 분말의 중 하나 이상을 포함하는 3~50 중량부의 보조성분 원료를 준비하고 상기 세라믹 입자와 혼합하여 밀링하는 단계;
를 포함하는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 제조방법.
A method of manufacturing a ceramic heat radiation member according to claim 1,
(a) preparing ceramic particles comprising at least one of SiC (silicon carbide), AlN (aluminum nitride) and diamond particles having an average particle size of 0.1 to 50;
(b) 100 parts by weight of the ceramic particles
Preparing 3 to 50 parts by weight of an auxiliary component raw material containing at least one of a calcined clay, a bentonite clay and a frit powder, mixing and milling the ceramic powder with the ceramic particles;
Wherein the thermal conductivity and the emissivity of the ceramic heat radiation member are improved.
제 5 항에 있어서,
(c) 상기 (b) 단계에서 밀링으로 형성된 성형체는 세라믹 100중량부에 대하여
10~60 중량부의 유기수지를 더 혼합하여 10~1000 두께로 사출하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계에서 사출된 성형체를 큐링(curing)하는 단계;
를 포함하는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 제조방법.
6. The method of claim 5,
(c) The molded body formed by the milling in the step (b)
10 to 60 parts by weight of an organic resin is further mixed and injected at a thickness of 10 to 1000;
(d) curing the molded product injected in the step (c);
Wherein the thermal conductivity and the emissivity of the ceramic heat radiation member are improved.
제 5 항에 있어서,
(e) 상기 (b) 단계에서 밀링으로 형성된 성형체는 세라믹 입자 100중량부에 대하여
10~60 중량부의 유기수지를 더 혼합하여 50~3000 두께로 테이프캐스팅하는 단계;
(f) 상기 (e) 단계 이후 800~1200의 온도로 소결하는 단계;
를 포함하는 열전도율과 방사율이 향상된 세라믹 방열부재의 제조방법.6. The method of claim 5,
(e) The shaped body formed by the milling in the step (b)
10 to 60 parts by weight of an organic resin is further mixed and tape-casted to a thickness of 50 to 3000;
(f) sintering at a temperature of 800 to 1200 after the step (e);
Wherein the thermal conductivity and the emissivity of the ceramic heat radiation member are improved.
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