초록 ▼

전기/전자부품 등에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키는 방열재료는 부품의 성능향상에 중요하며, 특히 마이크로 전자용 패키징과 고출력 LED 등에서는 세라믹 기판소재에 상응하는 적절한 열팽창 계수와 높은 열전도가 요구된다. Cu/SiC 복합재료는 Cu의 높은 열전도도, SiC의 상대적으로 높은 열전도도 및 낮은 열팽창계수를 조합하여 요구되는 물성을 제어할 수 있다는 장점이 있어 방열재료로의 응용에 많은 주목을 받고 있다. 그러나 Cu와 SiC 사이의 나쁜 wetting 특성으로 인해 소결과정 중에 상 분리가 발생하는 문제 등으로 완

전기/전자부품 등에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키는 방열재료는 부품의 성능향상에 중요하며, 특히 마이크로 전자용 패키징과 고출력 LED 등에서는 세라믹 기판소재에 상응하는 적절한 열팽창 계수와 높은 열전도가 요구된다. Cu/SiC 복합재료는 Cu의 높은 열전도도, SiC의 상대적으로 높은 열전도도 및 낮은 열팽창계수를 조합하여 요구되는 물성을 제어할 수 있다는 장점이 있어 방열재료로의 응용에 많은 주목을 받고 있다. 그러나 Cu와 SiC 사이의 나쁜 wetting 특성으로 인해 소결과정 중에 상 분리가 발생하는 문제 등으로 완전한 조밀체 제조의 어려움과 함께 열 물성의 저하가 나타난다. 따라서 본 연구에서는 SiC 입자 표면을 제어하여 wetting 특성 향상 및 반응상 형성을 억제하고, 급속 가압소결 등의 새로운 조밀화 공정을 도입하여 미세조직 및 열 물성이 제어된 Cu/SiC 복합재료를 제조하고자 하였다.
본 연구의 주된 연구내용은 코팅을 통한 SiC 표면특성 제어, Cu와 SiC의 균일한 복합분말 제조, 소결체 밀도제어를 위한 다양한 소결공정 개발, 특성평가 및 공정 최적화를 통하여 미세조직 및 열 물성이 제어된 Cu/SiC 방열재료의 개발이다. 연구수행을 통해 도출한 대표적인 연구 성과는 다음과 같다.
SiC 분말의 표면특성 제어를 위해서는 PCS (polycarbosilane)를 이용하여 Si(O)C 등의 코팅 층을 형성시키고, 추가로 화학적 방법을 이용하여 CuO 및 W 입자 등을 코팅하였다. PCS의 thermal curing, 열분해 및 결정화 처리 조건을 확립하였으며 PCS가 코팅된 복합분말을 사용할 경우 미세조직이 균일한 고밀도의 Cu/SiC 복합재료로 제조되었다.
Cu/SiC 균일 복합분말의 제조를 위해 PCS가 코팅된 SiC 분말에 Cu-nitrate를 첨가한 후, 하소 및 수소환원 공정으로 Cu를 코팅하고, 계속해서 Cu분말을 볼 밀링으로 추가하는 공정을 적용하였다. 합성된 복합분말에서 Cu는 SiC 입자표면에 균일하게 분포하였고 다양한 Cu 첨가량를 가지는 복합분말로의 제조가 가능하였다.
초고압 성형/상압소결 및 spark plasma sintering을 이용하여 98% 이상의 상대밀도를 갖는 치밀화된 복합재료를 제조하였으며, PCS 첨가유무 및 Cu 첨가량에 따른 미세조직 특성을 분석하여 PCS 코팅 및 가압소결을 적용할 경우 건전한 계면특성을 갖는 Cu/SiC 복합재료로 제조가 가능함을 확인하였다.
소결한 복합재료의 Cu 첨가량에 따른 열전도도와 열팽창 계수 등 열 물성과 탄성계수 및 경도 등 기계적 특성을 평가하여 제조공정, 미세조직 및 특성간의 상관관계를 해석하여 최적의 공정조건을 제시하였다. 또한 다공체 및 plate 형상 등을 갖는 Cu/SiC 복합재료를 제조하여 다양한 부품형태로의 응용가능성을 조사하였다.
본 연구내용인 SiC 분말표면에 PCS 등을 이용하여 코팅 층을 형성시키고 추가적으로 금속염 등을 이용한 Cu의 첨가는 균일한 Cu/SiC 복합분말의 제조를 가능하게 하는 성과이다. 또한 magnetic pulse 성형을 이용한 고밀도 성형체 제조는 복합분말에서의 낮은 성형성을 제어할 수 있다는 점에서 기술적 파급효과가 우수하며, 코팅 층을 갖는 복합분말의 가압소결로 최종 소결체의 치밀화와 함께 열 물성 및 기계적 특성을 제어할 수 있었으며, 이러한 복합재료를 이용하여 다양한 방열재료로의 산업적 응용이 가능하게하여 기술적 및 산업적으로 높은 파급효과가 기대되는 우수한 성과로 판단한다
(출처: 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4 1. 연구과제의 개요 ... 4 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 5 5. 연구결과의 활용계획 ... 6 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6Ⅲ. 연구성과 ... 7끝페이지 ... 9