KR20240068524A - Al alloy with good interfacial adhesion to diamond - Google Patents

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김휘준
권도훈
차은지
김성민
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금에 관한 것으로, 상기 Al 합금으로 제조되는 방열 복합재는 열전도도가 높고 열팽창계수가 낮으며 항절강도가 높아 소형 전자기기용 방열 솔루션에 적합한 특징이 있다.The present invention relates to an Al alloy that has excellent interfacial adhesion with diamond. Heat dissipation composites made from the Al alloy have high thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, and high bending strength, making them suitable for heat dissipation solutions for small electronic devices.

Description

다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금 {Al alloy with good interfacial adhesion to diamond} Al alloy with good interfacial adhesion to diamond {Al alloy with good interfacial adhesion to diamond}

본 발명은 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an Al alloy having excellent interfacial adhesion with diamond.

최근 전자기기의 성능 향상을 위한 고밀도화와 여유 공간을 절감하는 경향이 확대되고 있으나, 오히려 고밀도화된 회로에 의해 더욱 많은 열이 발생하고, 여유 공간이 적어 이와 같은 발열을 해소하기 위한 방열 성능이 저하되어 제품성능이 하락하는 딜레마에 직면해 있다.Recently, there has been an increasing trend to increase density and reduce free space to improve the performance of electronic devices. However, more heat is generated due to the high-density circuit, and the heat dissipation performance to eliminate such heat is reduced due to the small free space. We are faced with a dilemma of declining product performance.

종래의 Al, Cu 및 Ag 등으로 대표되는 금속계 방열 합금은 열전도도가 비교적 높으나, 열팽창계수가 높기 때문에 회로의 발열로 인해 팽창되어 소자의 물리적 변형을 유발할 수 있는 문제점이 있다.Conventional metal-based heat dissipation alloys such as Al, Cu, and Ag have relatively high thermal conductivity, but because they have a high thermal expansion coefficient, they expand due to heat generation in the circuit, causing physical deformation of the device.

또한, 이러한 금속계 방열 합금의 열전도도로도 발열의 해소가 충분치 않은 전자기기가 늘어나는 추세에 있어, 더욱 높은 열전도도를 갖는 소재의 개발이 필요한 실정이다.In addition, as the number of electronic devices in which heat generation is not sufficiently eliminated even with the thermal conductivity of these metal-based heat dissipation alloys is increasing, there is a need to develop materials with higher thermal conductivity.

방열 특성이 우수한 소재를 개발하기 위해 열전도도가 우수한 탄소계 소재인 다이아몬드를 Al계 합금에 혼합하여 복합 소재로 개발하기 위한 많은 연구가 수행되고 있다.In order to develop materials with excellent heat dissipation properties, much research is being conducted to develop composite materials by mixing diamond, a carbon-based material with excellent thermal conductivity, with Al-based alloy.

하지만 다이아몬드와 Al계 합금은 계면 접착력이 낮아 다이아몬드의 열전도도를 충분히 활용하지 못하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 다이아몬드 표면에 Ti, Cr 또는 Ni 등을 코팅하여 다이아몬드와 Al계 합금의 계면 접착력을 개선하는 방법이 연구되고 있으나, 공정 비용이 과도하게 높아지는 문제점이 있다.However, diamond and Al-based alloys have a problem in that the thermal conductivity of diamond cannot be fully utilized due to low interfacial adhesion. To solve this problem, a method of improving the interfacial adhesion between diamond and Al-based alloy by coating the surface of the diamond with Ti, Cr, or Ni is being studied, but there is a problem in that the process cost is excessively high.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 탄소와 결합력이 강한 금속을 합금 원소로 사용하여 다이아몬드와의 계면 접착력을 향상한 합금을 제시하고자 한다.In order to solve this problem, the present invention seeks to propose an alloy that improves the interfacial adhesion with diamond by using a metal with a strong bond with carbon as an alloy element.

일본 등록특허 특개6755879호 (2020.08.28.)Japanese Patent Application No. 6755879 (2020.08.28.)

C. Xue, J.K. Yu, Enhanced thermal conductivity in diamond/aluminum composites: Comparison between the methods of adding Ti into Al matrix and coating Ti onto diamond surface, Surface & Coatings Technology, 2013, 217, 46-50.C. Xue, J.K. Yu, Enhanced thermal conductivity in diamond/aluminum composites: Comparison between the methods of adding Ti into Al matrix and coating Ti onto diamond surface, Surface & Coatings Technology, 2013, 217, 46-50. Quang-Phu Tran, Tsung-Shune Chin, Yu-Cheng Kuo, Chong-Xun Jin, tran Trung, Chu Van Tuan, Dong Quang Dang, Diamond powder incorporated oxide layers formed on 6061 Al alloy by plasma electrolytic oxidation, Journal of Alloys and Compounds, 2018, 751, 289-298.Quang-Phu Tran, Tsung-Shune Chin, Yu-Cheng Kuo, Chong-Xun Jin, tran Trung, Chu Van Tuan, Dong Quang Dang, Diamond powder incorporated oxide layers formed on 6061 Al alloy by plasma electrolytic oxidation, Journal of Alloys and Compounds, 2018, 751, 289-298. Chaoyue Chen, YingChun Xie, Xingchen Yan, Mansur Ahmed, Rocco Lupoi, Jiang Wang, Zhongming Ren, Hanlin Liao, Shuo Yin, Tribological properties of Al/Diamond composites produced by cold spray additive manufacturing, Additive Manufacturing, 2020, volume 36, 101434.Chaoyue Chen, YingChun .

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the purpose of the present invention is to provide an Al alloy with excellent interfacial adhesion to diamond.

본 발명은 Al, Ce, La 및 Nd를 포함하는 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금에 관한 것으로, 상기 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금은 Ce 0.5 내지 6.0 중량%, La 0.25 내지 3.00 중량%, Nd 0.15 내지 2.00 중량% 및 잔부의 Al로 구성되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The present invention relates to an Al alloy having excellent interfacial adhesion with diamond containing Al, Ce, La, and Nd. The Al alloy having excellent interfacial adhesion with diamond contains 0.5 to 6.0% by weight of Ce, 0.25 to 3.00% by weight of La, and Nd. It may be characterized as consisting of 0.15 to 2.00% by weight and the balance of Al.

또한, 본 발명은 상기 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금 및 다이아몬드를 포함하는 방열 복합재를 제공한다.In addition, the present invention provides a heat dissipation composite material including Al alloy and diamond, which have excellent interfacial adhesion with the diamond.

상기 방열 복합재 내 다이아몬드의 함량은 20 내지 70중량%일 수 있다.The content of diamond in the heat dissipation composite may be 20 to 70% by weight.

상기 방열 복합재의 열전도도는 250 내지 400 W m-1 K-1일 수 있다.The thermal conductivity of the heat dissipation composite may be 250 to 400 W m -1 K -1 .

상기 방열 복합재의 열팽창계수는 14.0 ppm K-1 이하일 수 있다.The thermal expansion coefficient of the heat dissipation composite may be 14.0 ppm K -1 or less.

상기 방열 복합재의 항절강도는 150 내지 250 MPa일 수 있다.The tensile strength of the heat dissipating composite may be 150 to 250 MPa.

본 발명에 따른 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금은 종래 사용되는 기술에 비해 다이아몬드와 계면 접착력이 향상되어 열전도도가 최대 30% 이상 향상되고 열팽창계수는 약 40%정도 감소하여, 높은 발열 해소 성능이 필요하면서도 열로 인한 소재의 팽창이 적어야 하는 고성능 소형 전자기기의 방열 솔루션으로 적용할 수 있다.The Al alloy according to the present invention, which has excellent interfacial adhesion with diamond, has improved interfacial adhesion with diamond compared to conventional technologies, improving thermal conductivity by up to 30% or more and reducing the coefficient of thermal expansion by about 40%, providing high heat dissipation performance. It can be applied as a heat dissipation solution for high-performance small electronic devices that require minimal expansion of materials due to heat.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1을 광학현미경을 통해 500배율로 확대하여 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 2를 광학현미경을 통해 500배율로 확대하여 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 3을 광학현미경을 통해 500배율로 확대하여 촬영한 사진이다.
Figure 1 is a photograph taken of Example 1 according to the present invention magnified at 500 times through an optical microscope.
Figure 2 is a photograph taken of Example 2 according to the present invention magnified at 500 times through an optical microscope.
Figure 3 is a photograph taken of Example 3 according to the present invention at 500 times magnification through an optical microscope.

이하 본 발명에 따른 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개하는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로써 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 본 발명에서 사용하는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the Al alloy having excellent interfacial adhesion with diamond according to the present invention will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical and scientific terms used in the present invention, they have the meanings commonly understood by those skilled in the art in the technical field to which this invention pertains, and the present invention is described in the following description and accompanying drawings. Descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of are omitted.

본 발명은 다이아몬드, Al, Ce, La 및 Nd를 포함하는 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금에 관한 것으로, 상기 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금은 Ce 0.5 내지 6.0 중량%, La 0.25 내지 3.00 중량%, Nd 0.15 내지 2.00 중량% 및 잔부의 Al로 구성되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The present invention relates to an Al alloy containing diamond, Al, Ce, La and Nd and having excellent interfacial adhesion with diamond. The Al alloy having excellent interfacial adhesion with diamond contains 0.5 to 6.0 wt% of Ce and 0.25 to 3.00 wt% of La. , 0.15 to 2.00% by weight of Nd, and the balance may be composed of Al.

앞서 발명의 배경이 되는 기술에서 설명한 바와 같이, 탄소계 소재인 다이아몬드는 Al 및 Al계 합금과의 계면 접착력이 좋지 않다. 그러나, 본 발명에서는 탄소계 소재에 대한 계면 접착력이 좋은 Ce, La 및 Nd를 적절한 양으로 첨가함으로써 다이아몬드와 합금 간 계면 접착력을 개선하여 종래 사용되는 금속계 합금보다 열전도도가 높으면서도 열팽창계수는 보다 낮은 우수한 합금을 제조할 수 있다.As previously explained in the background technology of the invention, diamond, a carbon-based material, has poor interfacial adhesion with Al and Al-based alloys. However, in the present invention, by adding an appropriate amount of Ce, La, and Nd, which have good interfacial adhesion to carbon-based materials, the interfacial adhesion between diamond and alloy is improved, resulting in higher thermal conductivity and lower thermal expansion coefficient than conventionally used metal-based alloys. Excellent alloys can be manufactured.

상기 Ce, La 또는 Nd의 양이 상기한 범위보다 적은 경우, 다이아몬드와 금속 원소 간 계면 접착력이 좋지 않아 방열 합금를 제조할 때 다이아몬드와 금속 원소의 박리와 같은 현상이 발생할 수 있어 소재의 내구성도 좋지 않으며, 열전도도 및 열팽창계수의 향상 폭도 적기 때문에 좋지 않다. 또한, 상기한 범위보다 많은 경우, 복합 방열 합금의 열전도도가 보다 더 하락할 수 있고, 금속의 함량이 늘어남에 따라 열팽창계수가 매우 높아질 수 있어 좋지 않다.If the amount of Ce, La or Nd is less than the above range, the interfacial adhesion between diamond and metal elements is poor, which may cause phenomena such as delamination of diamond and metal elements when manufacturing a heat-radiating alloy, and the durability of the material is also poor. , it is not good because the improvement in thermal conductivity and thermal expansion coefficient is small. In addition, if it exceeds the above range, the thermal conductivity of the composite heat dissipation alloy may further decrease, and as the metal content increases, the thermal expansion coefficient may become very high, which is not good.

본 발명은 상기 Al 합금 및 다이아몬드가 복합된 방열 복합재를 제공하는 것일 수 있다.The present invention may provide a heat dissipation composite material composed of the Al alloy and diamond.

상기 방열 복합재 내 다이아몬드의 함량은 20 내지 70 중량%일 수 있다. 종래 기술의 경우 상술한 바와 같이 다이아몬드와 금속 간의 계면 접착력이 낮아 다이아몬드의 함량이 10중량% 이하로 매우 낮지만, 본 발명에서는 합금과 다이아몬드의 계면 접착력이 크게 향상되어 복합재 내 다이아몬드의 함량을 높여 열전도도를 크게 향상하면서도 열팽창계수를 낮춰 우수한 방열 복합재를 제조할 수 있다.The content of diamond in the heat dissipation composite may be 20 to 70% by weight. In the case of the prior art, as described above, the interfacial adhesion between diamond and metal is low, so the diamond content is very low, less than 10% by weight. However, in the present invention, the interfacial adhesion between alloy and diamond is greatly improved, increasing the diamond content in the composite to increase heat conduction. It is possible to manufacture excellent heat dissipation composites by greatly improving the temperature and lowering the coefficient of thermal expansion.

이때, 상기 방열 복합재 내 다이아몬드의 함량은 20 내지 60 중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 45 중량%인 것이 좋다. 방열 복합재 내 다이아몬드의 함량이 높을수록 열전도도와 열팽창계수에 긍정적인 영향을 주지만, 합금의 양이 줄어듦에 따라 복합재의 탄성 및 연성과 같은 기계적 물성이 약화될 수 있어, 상기한 범위 내에서 다이아몬드의 함량을 조절하는 것이 바람직하다.At this time, the content of diamond in the heat dissipation composite is preferably 20 to 60% by weight, and more preferably 20 to 45% by weight. The higher the content of diamond in the heat dissipation composite, the more it has a positive effect on thermal conductivity and coefficient of thermal expansion. However, as the amount of alloy decreases, the mechanical properties such as elasticity and ductility of the composite may weaken, so the diamond content within the above range may be weakened. It is desirable to adjust .

종래 당업계에서 사용되는 방열 금속 중 Al은 열전도도가 약 299 W m-1 K-1, Al 합금은 열전도도가 약 100 내지 200 W m-1 K-1로 알려져 있으나, 상기 방열 복합재의 열전도도는 250 내지 400 W m-1 K-1일 수 있다. 이때, 방열 복합재의 열전도도가 바람직하게는 275 내지 400 W m-1 K-1, 더욱 바람직하게는 300 내지 380 W m-1 K-1일 수 있다.Among the heat dissipation metals conventionally used in the art, Al is known to have a thermal conductivity of about 299 W m -1 K -1 and Al alloy is known to have a thermal conductivity of about 100 to 200 W m -1 K -1 . However, the heat conduction of the heat dissipation composite is known to be The degree may be 250 to 400 W m -1 K -1 . At this time, the thermal conductivity of the heat dissipation composite may be preferably 275 to 400 W m -1 K -1 , and more preferably 300 to 380 W m -1 K -1 .

또한, 종래 사용되는 방열 금속 중 Al은 열팽창계수가 약 23.5 ppm K-1, Al 합금은 23.6 내지 24.2 ppm K-1으로 알려져 있으나, 상기 방열 복합재의 열팽창계수는 14.0 ppm K-1 이하일 수 있다. 이때, 상기 방열 복합재의 열팽창계수가 바람직하게는 13.7 ppm K-1 이하, 더욱 바람직하게는 13.5 ppm K-1 이하일 수 있다. 열팽창계수는 온도 변화에 따른 소재가 팽창하는 정도를 나타내는 것으로, 열팽창계수가 높은 소재는 발열량이 높은 소자에 장착되는 경우 부피 팽창으로 인해 다른 부품에 압력을 가하여 고장 또는 발화의 소지가 있어 좋지 않다.In addition, among conventionally used heat dissipation metals, Al has a thermal expansion coefficient of about 23.5 ppm K -1 and Al alloys are known to have a coefficient of thermal expansion of 23.6 to 24.2 ppm K -1 , but the thermal expansion coefficient of the heat dissipation composite may be 14.0 ppm K -1 or less. At this time, the thermal expansion coefficient of the heat dissipation composite may be preferably 13.7 ppm K -1 or less, more preferably 13.5 ppm K -1 or less. The thermal expansion coefficient indicates the degree to which a material expands due to temperature changes. Materials with a high thermal expansion coefficient are not good because when installed in a device with high calorific value, pressure is applied to other components due to volume expansion and there is a risk of failure or ignition.

상기 방열 복합재의 항절강도는 150 내지 250 MPa일 수 있다. 항절강도는 일정한 크기의 시편에 하중을 가할 때 시편이 끊어질 때의 힘을 의미하는 것으로, 본 발명에 따른 방열 복합재는 종래의 Al계 합금보다 향상된 항절강도를 갖는다.The tensile strength of the heat dissipating composite may be 150 to 250 MPa. The transverse strength refers to the force at which the specimen breaks when a load is applied to a specimen of a certain size, and the heat dissipation composite according to the present invention has an improved transverse strength compared to the conventional Al-based alloy.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the Al alloy having excellent interfacial adhesion with diamond according to the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only a reference for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Additionally, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe particular embodiments and is not intended to limit the invention. Additionally, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight percent.

[실시예 1~3][Examples 1 to 3]

하기 표 1과 같이 합금의 조성을 조절하여 진공 분위기에서 플라즈마를 이용하여 모합금을 제조 후, 상기 모합금을 진공 가스 아토마이저에서 분말 형태로 가공하여 계면 접착력이 우수한 Al 합금을 제조하였다. 이후 입도가 25~63㎛인 Al 합금 분말과 입도가 170~200㎛인 다이아몬드를 3차원 혼합기에 장입 후 50 RPM의 속도로 1시간 동안 교반을 진행하였으며, 혼합된 분말은 진공 분위기의 핫 프레스를 사용하여 온도 조건을 650~700℃, 압력 조건을 50MPa로 60분 동안 소결하여 계면접착력이 개선된 방열 복합재를 제조하였다.The master alloy was manufactured using plasma in a vacuum atmosphere by adjusting the composition of the alloy as shown in Table 1 below, and then the master alloy was processed into powder form in a vacuum gas atomizer to prepare an Al alloy with excellent interfacial adhesion. Afterwards, Al alloy powder with a particle size of 25~63㎛ and diamond with a particle size of 170~200㎛ were charged into the three-dimensional mixer and stirred at a speed of 50 RPM for 1 hour, and the mixed powder was hot pressed in a vacuum atmosphere. A heat dissipation composite with improved interfacial adhesion was manufactured by sintering at a temperature of 650 to 700°C and a pressure of 50 MPa for 60 minutes.

[비교예 1~3][Comparative Examples 1 to 3]

비교예로는 종래 시장에 유통되는 Al 합금을 사용하되, 비교예 1로는 A1050 합금, 비교예 2로는 A5082 합금, 비교예 3으로는 A6005(T5) 합금을 사용하였다.As a comparative example, an Al alloy currently available on the market was used, with A1050 alloy being used in Comparative Example 1, A5082 alloy being used in Comparative Example 2, and A6005 (T5) alloy being used in Comparative Example 3.

(중량%)(weight%) AlAl CeCe LaLa Ndnd 다이아몬드Diamond 실시예 1Example 1 잔부balance 1.01.0 0.50.5 0.30.3 3030 실시예 2Example 2 잔부balance 2.52.5 1.251.25 0.750.75 3030 실시예 3Example 3 잔부balance 5.05.0 2.52.5 1.51.5 3030

실시예 1 내지 3의 조성은 표 1을 참조하여 확인할 수 있다. 이때, 상기 실시예 1 내지 3은 0.25 중량% 미만의 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다.The compositions of Examples 1 to 3 can be confirmed by referring to Table 1. At this time, Examples 1 to 3 may contain unavoidable impurities of less than 0.25% by weight.

(중량%)(weight%) AlAl SiSi MgMg FeFe ZnZn MnMn CrCr CuCu TiTi 비교예 1Comparative Example 1 99.599.5 <0.25<0.25 -- -- -- -- -- -- -- 비교예 2Comparative Example 2 93.5
~
96.0
93.5
~
96.0
<0.2<0.2 4.0
~
5.0
4.0
~
5.0
<0.35<0.35 <0.25<0.25 <0.15<0.15 <0.15<0.15 <0.15<0.15 --
비교예 3Comparative Example 3 97.5
~
99.0
97.5
~
99.0
0.5
~
0.9
0.5
~
0.9
0.4
~
0.7
0.4
~
0.7
<0.35<0.35 <0.2<0.2 <0.5<0.5 <0.3<0.3 <0.3<0.3 <0.1<0.1

비교예 1 내지 3의 조성은 표 2를 참조하여 확인할 수 있다. 이때, 부등호(<)를 사용한 기재는 해당 원소의 최대 함량을 나타내는 것이며, 비교예 1 내지 3은 잔부에 해당하는 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다.The compositions of Comparative Examples 1 to 3 can be confirmed by referring to Table 2. At this time, descriptions using the inequality sign (<) indicate the maximum content of the corresponding element, and Comparative Examples 1 to 3 may contain unavoidable impurities corresponding to the remainder.

[특성 평가 방법][Characteristic evaluation method]

A. 열전도도 및 열팽창계수 측정A. Measurement of thermal conductivity and thermal expansion coefficient

실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에 대하여 열전도도 측정기를 사용하여 열전도도를, 열기계 분석장치(Thermal Mechanical Analyzer)를 사용하여 열팽창계수를 측정하여 표 3에 나타내었다.For Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, thermal conductivity was measured using a thermal conductivity meter and thermal expansion coefficient was measured using a thermal mechanical analyzer, and are shown in Table 3.

열전도도
(W m-1 K-1)
thermal conductivity
(W m -1 K -1 )
열팽창계수
(ppm K-1)
thermal expansion coefficient
(ppm K -1 )
실시예 1Example 1 380380 13.513.5 실시예 2Example 2 342342 13.313.3 실시예 3Example 3 275275 13.213.2 비교예 1Comparative Example 1 299299 23.523.5 비교예 2Comparative Example 2 117117 24.224.2 비교예 3Comparative Example 3 188188 23.623.6

표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 3은 열전도도가 모두 275 W m-1 K-1 이상으로 비교예 2, 3과는 큰 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 1 및 2는 열전도도가 각각 380, 342 W m-1 K-1으로 열전도도가 높은 비교예 1보다도 우수한 성능을 나타내었다.Referring to Table 3, it can be seen that Examples 1 to 3 all had thermal conductivity of 275 W m -1 K -1 or more, showing a significant difference from Comparative Examples 2 and 3. In particular, Examples 1 and 2 showed better performance than Comparative Example 1, which had high thermal conductivity, with thermal conductivities of 380 and 342 W m -1 K -1 , respectively.

또한, 비교예 1 내지 3의 열팽창계수가 모두 20 ppm K-1을 초과하는 데 반하여, 실시예 1 내지 3은 열팽창계수가 13.2~13.5 ppm K-1로 모든 실시예의 열팽창계수가 비교예에 비해 평균적으로 약 40% 가량 하락한 것을 알 수 있다.In addition, while the thermal expansion coefficients of Comparative Examples 1 to 3 all exceed 20 ppm K -1 , Examples 1 to 3 have thermal expansion coefficients of 13.2 to 13.5 ppm K -1 , and the thermal expansion coefficients of all Examples are lower than those of the Comparative Examples. You can see that it has dropped by about 40% on average.

이와 같은 지표들을 통해, 본 발명의 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금이 종래 방열 금속으로 사용되는 Al 합금에 비해 소형 전자기기용 방열 솔루션에 적용하기에 더욱 유리한 것을 알 수 있다.Through these indicators, it can be seen that the Al alloy of the present invention, which has excellent interfacial adhesion with diamond, is more advantageous for application to heat dissipation solutions for small electronic devices than Al alloy used as a conventional heat dissipation metal.

B. 항절강도 측정B. Measurement of transverse strength

실시예 1 내지 3의 항절강도를 측정하여 표 4에 나타내었다.The bending strengths of Examples 1 to 3 were measured and shown in Table 4.

항절강도 (MPa)Breaking strength (MPa) 실시예 1Example 1 185185 실시예 2Example 2 210210 실시예 3Example 3 220220

표 4를 참조하면, 실시예 1 내지 3의 항절강도는 모두 185 MPa 이상인 것을 확인할 수 있다. 항절강도는 일정한 크기의 시편에 하중을 가할 때 시편이 끊어질 때의 힘을 의미하는 것으로, 공간제약이 심한 소형 전자기기에서도 하중 또는 압력에 의한 방열 부품의 파손이 우려되지 않을 정도로 충분히 강한 항절강도를 갖는 것을 알 수 있다.Referring to Table 4, it can be seen that the bending strengths of Examples 1 to 3 were all 185 MPa or more. The bending strength refers to the force at which a specimen breaks when a load is applied to a specimen of a certain size. It is strong enough to prevent damage to heat dissipation components due to load or pressure even in small electronic devices with severe space constraints. You can see that it has Zhejiang Province.

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific details and limited examples as described above, these are provided only to facilitate an overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and the field to which the present invention pertains is not limited to the above-described examples. Those skilled in the art can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described later as well as all things that are equivalent or equivalent to the scope of this patent claim shall fall within the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (6)

Al, Ce, La 및 Nd를 포함하는 합금으로,
Ce 0.5 내지 6.0 중량%, La 0.25 내지 3.00 중량%, Nd 0.15 내지 2.00 중량% 및 잔부의 Al로 구성되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금.
An alloy containing Al, Ce, La and Nd,
An Al alloy with excellent interfacial adhesion to diamond, characterized in that it consists of 0.5 to 6.0% by weight of Ce, 0.25 to 3.00% by weight of La, 0.15 to 2.00% by weight of Nd, and the balance of Al.
제1항에 따른 다이아몬드와 계면 접착력이 우수한 Al 합금 및 다이아몬드를 포함하는 방열 복합재.A heat dissipating composite comprising diamond and an Al alloy having excellent interfacial adhesion with the diamond according to claim 1. 제2항에 있어서,
상기 방열 복합재 내 다이아몬드의 함량은 20 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는 방열 복합재.
According to paragraph 2,
A heat dissipating composite material, characterized in that the content of diamond in the heat dissipating composite is 20 to 70% by weight.
제2항에 있어서,
상기 방열 복합재의 열전도도는 250 내지 400 W m-1 K-1인 것을 특징으로 하는 방열 복합재.
According to paragraph 2,
A heat dissipation composite material, characterized in that the thermal conductivity of the heat dissipation composite is 250 to 400 W m -1 K -1 .
제2항에 있어서,
상기 방열 복합재의 열팽창계수는 14.0 ppm K-1 이하인 것을 특징으로 하는 방열 복합재.
According to paragraph 2,
A heat dissipation composite material, characterized in that the thermal expansion coefficient of the heat dissipation composite is 14.0 ppm K -1 or less.
제2항에 있어서,
상기 방열 복합재의 항절강도는 150 내지 250 MPa인 것을 특징으로 하는 방열 복합재.
According to paragraph 2,
A heat dissipating composite material, characterized in that the tensile strength of the heat dissipating composite material is 150 to 250 MPa.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6755879B2 (en) 2015-10-13 2020-09-16 デンカ株式会社 Aluminum-diamond composite and its manufacturing method

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. Xue, J.K. Yu, Enhanced thermal conductivity in diamond/aluminum composites: Comparison between the methods of adding Ti into Al matrix and coating Ti onto diamond surface, Surface & Coatings Technology, 2013, 217, 46-50.
Chaoyue Chen, YingChun Xie, Xingchen Yan, Mansur Ahmed, Rocco Lupoi, Jiang Wang, Zhongming Ren, Hanlin Liao, Shuo Yin, Tribological properties of Al/Diamond composites produced by cold spray additive manufacturing, Additive Manufacturing, 2020, volume 36, 101434.
Quang-Phu Tran, Tsung-Shune Chin, Yu-Cheng Kuo, Chong-Xun Jin, tran Trung, Chu Van Tuan, Dong Quang Dang, Diamond powder incorporated oxide layers formed on 6061 Al alloy by plasma electrolytic oxidation, Journal of Alloys and Compounds, 2018, 751, 289-298.

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