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최근 자동차, 전자, 전기 분야의 많은 발전이 이루어지면서 전자 기기의 기능이 경박단소화 및 고집적화, 다기능화가 추구되고 있다. 이에 따라 전자소자의 크기가 점점 작아지게 되었고 소자의 발열이 심화되어 제품의 신뢰성에 문제를 주고 있다. 소자의 발열은 기능을 저하시킬 뿐 아니라 제품의 사용수명에도 큰 영향을 주기 때문에 소자의 방출 열 문제를 해결하기 위해 방열소재 연구가 필수불가결하다. 또한 기존 소재의 한계를 극복하기 위해 탄소나노튜브, 그래핀 등 기계적 특성뿐 아니라 열적, 전기적 특성 또한 우수한 꿈의 신소재라 불리는 소재를 기존 소재에 강화제로 첨가하여 복합소재를 제조하고 이를 방열소재로 활용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 복합소재를 제조하는 방법으로 ...

최근 자동차, 전자, 전기 분야의 많은 발전이 이루어지면서 전자 기기의 기능이 경박단소화 및 고집적화, 다기능화가 추구되고 있다. 이에 따라 전자소자의 크기가 점점 작아지게 되었고 소자의 발열이 심화되어 제품의 신뢰성에 문제를 주고 있다. 소자의 발열은 기능을 저하시킬 뿐 아니라 제품의 사용수명에도 큰 영향을 주기 때문에 소자의 방출 열 문제를 해결하기 위해 방열소재 연구가 필수불가결하다. 또한 기존 소재의 한계를 극복하기 위해 탄소나노튜브, 그래핀 등 기계적 특성뿐 아니라 열적, 전기적 특성 또한 우수한 꿈의 신소재라 불리는 소재를 기존 소재에 강화제로 첨가하여 복합소재를 제조하고 이를 방열소재로 활용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 복합소재를 제조하는 방법으로 분말야금법, 주조 등의 방법이 있으나 이는 높은 공정온도와 강화제의 분산도 제어가 어렵다는 단점 때문에 우수한 특성을 온전히 구현하지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 비교적 저온 공정온도와 툴의 진행 횟수에 따라 분산도 제어가 일부 가능한 마찰교반공정(FSP)을 통하여 금속기지복합소재를 제조하였으며 강화제로 사용된 CNT의 경우 금속과의 계면안정성이 떨어지기 때문에 무전해도금공정을 통해 Ag 입자를 합성하였다. Ag입자가 코팅된 CNT를 기존 전자소자의 고 방열기판으로 많이 이용되고 있는 구리판재에 강화제로 첨가하여 FSP 공정을 통해 구리금속기지 복합소재를 제작하였으며 분산도 제어를 위하여 공정횟수를 1회부터 4회까지 진행하여 비교하였다. 본 연구에서 제작된 금속기지복합소재의 열특성을 평가하기 위해 LFA분석을 진행하였다. 또한 복합소재의 이미지 분석을 위해 OM, SEM, TEM 등의 분석장비를 활용하였고 열적 분해 특성을 확인하기 위하여 TG-DTA, Raman, EPMA 분석을 수행하였다. 또한 제조된 복합소재의 방열특성을 분석하기 위해 IR 열화상 카메라 및 열전대를 이용하여 방열특성을 확인하였다. 본 연구에서 제조된 Ag입자가 코팅된 CNT가 첨가된 구리금속기지 복합소재를 방열기판에 적용하기 위해 압하율 50%로 압연을 진행하여 상단부에 직접 구리 회로층을 구현하여 방열판을 제조하였으며 제조된 방열판에 LED를 실장하여 열원으로부터 하단부 방열판의 온도차이를 통해 열저항값을 도출하여 방열특성을 평가하였다. 공정횟수가 4회로 갈수록 구리 매트릭스 내 Ag입자가 코팅된 CNT의 분산도는 향상되었으며 FSP를 이용하여 제조된 구리금속기지 복합소재(2회, 100 oC)의 경우 118 mm2/s 의 열확산도로 기존 순수 구리의 열확산도인 99 mm2/s보다 20%가량 높은 열확산도 값을 얻었다. 기존 방열판에 많이 이용되는 구리, 알루미늄 방열판의 열저항값 비교분석을 진행 한 결과 본 연구에서 제조한 방열판의 열 저항값이 24 oC/W로 구리(26 oC/W)와 알루미늄(28 oC/W) 보다 약 2~4 oC/W 만큼 열 저항값이 낮아 방열소재로의 가능성이 있다고 판단하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The demand for electric vehicles is rapidly increasing and the development of electronic devices such as mobile phones requires them to be lightweight, small, highly integrated, and multifunctional. As a result, the size of electronic devices is continuously decreasing, which has led to the concentr...

The demand for electric vehicles is rapidly increasing and the development of electronic devices such as mobile phones requires them to be lightweight, small, highly integrated, and multifunctional. As a result, the size of electronic devices is continuously decreasing, which has led to the concentration of heat in them. This leads to the problem of product reliability. The heat generated in the devices not only deteriorates their function but also significantly affects their lifetime. Therefore, it is indispensable to study heat dissipation materials to solve the heat problems of electronic devices. Many studies have been conducted on metal matrix composites (MMCs) with the addition of reinforcements such as CNTs and graphene. CNTs exhibit excellent thermal, electrical, and mechanical properties. Several methods have been proposed for manufacturing MMCs, such as powder metallurgy and liquid state method. However, they cannot realize excellent characteristics because of their high process temperature and dispersion of reinforcements. In this study, we fabricated Cu-MMCs reinforced with Ag-decorated CNT (Cu-AgCNT MMCs) using the FSP, which can control the dispersion of reinforcements according to the number of passes and have relatively low process temperature. The number of passes was adjusted from 1 pass to 4 pass for controlling the dispersion of the reinforcements. In addition, we prepared AgCNTs by electroless plating for improving the interfacial stability of CNTs. We analyzed the thermal property of Cu-AgCNT MMCs by laser flash analysis (LFA) and thermal resistance by heat sink analysis. The microstructure analysis was conducted by optical microscopy, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. In the LFA analysis, the value of thermal diffusivity, which was increased up to 2 pass, started to decrease from 3 pass. The thermal diffusivity of 1 pass was 107 mm2/s, 2 pass was 118 mm2/s, 3 pass was 110 mm2/s, and 4 pass was 100 mm2/s, which was similar to that of pure Cu (99 mm2/s). We manufactured an LED mounted on Metal Printed Circuit Board (MPCB) for the application of heat sink, which comprises Cu-AgCNT MMCs (2 pass), pure Cu, and pure Al. The thermal resistance value from the upper heat source to the lower heat sink was deduced through an IR camera. The result indicated that Cu-AgCNT MMCs have the lowest value of 13.7 °C/W, Cu has a value of 23 °C/W, and pure Al has a value of 40.8 °C/W. Therefore, Cu-AgCNT MMCs developed in this study are considered to be a possible source of heat dissipation.

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