(57)【要約】【課題】炭素ナノチューブがコーティングされた放熱板及びその製造方法が提供される。【解決手段】所定の容器または部品などから発生される熱を熱交換を通じて外部に放出する放熱板の表面上に炭素ナノチューブを分散コーティングまたは図案コーティングして炭素ナノチューブ構造物を形成することによって、熱放出特性を向上させて、放熱板の大きさを減らすことができ、これによって、電子素子の小型化が可能になり、高集積化された電子回路チップの熱放出問題を解決することによって、動作回路の寿命と性能とを向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱フィンが形成された放熱板を形成する段階と、
前記放熱板を炭素ナノチューブが分散した溶媒を含む容器にディッピングする段階と、
前記放熱板を一定の速度で取り出して放熱フィンの表面にウェティング層を形成する段階と、
前記ウェティング層の溶媒を乾燥させて放熱フィンの表面に炭素ナノチューブを吸着させる段階とを含むことを特徴とする放熱板の製造方法。
【請求項２】
前記乾燥は約８０〜９５℃で実施して、ディッピングと乾燥に至る過程を１〜４０回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
【請求項３】
前記溶媒はジクロルベンゼン、イソプロピルアルコール、アセトン、及びメタノールのうちから選択された少なくともいずれか一つを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
【請求項４】
前記炭素ナノチューブは直径１０〜１５ｎｍ、長さ０．５〜２０μｍを使用することを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
【請求項５】
第１項乃至第４項のうちのいずれか一項によって形成された放熱フィンの表面に炭素ナノチューブが吸着された放熱板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱板及びその製造方法に係り、さらに詳細には、ディップコーティング工程（ｄｉｐ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって炭素ナノチューブ構造物が形成された放熱板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、周知のように、多量の熱を発生する電子部品には移動通信中継器のＨＰＡ（Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とＬＰＡ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、パーソナルコンピュータのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）、サーバー級ワークステーションのＭＰＵ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）、中継基地局のＰＡＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｕｎｉｔ）などがある。このような電子部品は最大の負荷で動作する際に発生される熱によって、その表面温度が上昇するとともに電子部品の過熱現象によって電子部品の誤動作及び破損の可能性が非常に大きくなる。
【０００３】
上述の誤動作と破損の可能性を防止するために、熱を電子装備から排出するようにする装置において、代表的な構成として、放熱フィンを利用して熱源で発生された熱を排出させるフィンヒートシンク（Ｆｉｎ  Ｈｅａｔ  Ｓｉｎｋ）と、熱源で発生された熱を毛細管構造を通じて移動させて、外部に排出させるヒートパイプ（Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅ）とを利用する方法が主に使用されている。
【０００４】
図１は従来技術によるフィンヒートシンクのＣＰＵクーリングシステムを示す斜視図である。
【０００５】
図１を参照すると、メインボード１０上にＣＰＵ５０が装着されており、ＣＰＵ５０上に放熱板３０が配置されている。放熱板３０の底板３１はＣＰＵ５０に接触して、底板３１の上面に複数の放熱フィン３２が垂直に突き出されている。
【０００６】
前記放熱板３０上には冷却ファン２０が配置されてＣＰＵ５０の上面に接着される放熱板３０に送風することによって、ＣＰＵ５０を冷却させるようになっている。
【０００７】
ＣＰＵ５０から発生する熱エネルギーは互いに面接している放熱板３０に伝導され、放熱板３０に伝導されたＣＰＵ５０の発熱エネルギーは冷却ファン２０が放熱板３０の底板３１と放熱フィン３２との間に送風して放熱板３０を冷却させることによって減少するようになる。
【０００８】
図２は従来技術によるヒートパイプを示す断面図である。ヒートパイプは熱輸送量が優れており、ノイズがなくて、外部の動力を要しない特徴を有している。
【０００９】
図２を参照すると、ヒートパイプは密閉されたパイプ１２０内部に相変化によって熱伝逹を担当する液体冷媒１１０が存在する。液体冷媒１１０は吸熱部１００でＣＰＵのような発熱体の熱を吸収すれば、気化して密閉されたパイプ１２０の内部に沿ってパイプの上部の凝縮部１３０に到逹した後、熱を放出して、再び液体に相が戻り、パイプ１２０の内壁面に沿って下部の液体冷媒１１０に戻る循環動作を実行する。液体冷媒１１０の沸点及び凝縮点は液体の固有物性とパイプ内部の圧力によって決められる。
【００１０】
上述のフィンヒートシンクまたはヒートパイプを利用した電子部品の冷却は冷却ファンで熱放出する過程が必要である。
【００１１】
しかし、上述のように作動する従来のコンピュータクーリングシステムに使用される放熱板やヒートパイプが発熱エネルギーを多量吸収しても、発熱エネルギーを減少させるために放熱フィンの個数、すなわち放熱面積（または電熱面積）が制限されるので、放熱効率が低下して、発熱エネルギーを十分に放熱することができないという問題がある。
【００１２】
これを解決するために放熱フィンを大きく製造しなければならない場合には、多くの製造費用がかかり、コンピュータ冷却装置を小型化し難くて、嵩が小さくて高集積化された電子装備には冷却に必要な空間を十分に確保することができないという問題がある。
【００１３】
結局、最近には電子回路チップの高集積化による電子機器の小型化の趨勢によって、小さいサイズの高い熱交換効率を有する放熱器具と材料の開発が急に要求されている。
【特許文献１】大韓民国 公開特許2002-59160号
【特許文献２】大韓民国 公開特許2003-79166号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、熱放出のための熱吸収装置の表面積を極大化して、熱伝導能力を改善させることができるクーリングシステムに使用される放熱板及びその製造方法を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するために、本発明は所定の器機または部品などから発生される熱を熱交換を通じて外部に放出する放熱板の放熱フィン表面上に炭素ナノチューブの構造物が形成されている。
【００１６】
炭素ナノチューブ構造物が形成された放熱板の製造方法では、先に、放熱フィンが形成された放熱板を形成する。放熱板を炭素ナノチューブが分散した溶媒を含む容器（ｂａｔｈ）にディッピング（ｄｉｐｐｉｎｇ）した後に放熱板を一定の速度で取り出して放熱フィンの表面にウェティング層（ｗｅｔｔｉｎｇｌａｙｅｒ）を形成する。ウェティング層の溶媒を乾燥dryingさせて放熱フィンの表面に炭素ナノチューブを吸着させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、放熱板に炭素ナノチューブ構造物を形成して熱交換効率を極大化することができる。
【００１８】
また、熱交換効率の向上を通じて放熱板の大きさを減らすことができ、これによって、電子素子の小型化が可能になり、高集積化された電子回路チップの熱排出の問題を解決することによって、動作回路の寿命と性能の向上の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
上述した目的、特徴及び長所は添付の図と関連した詳細な説明を通じてより明らかになるであろう。以下、添付の図を参照して本発明による望ましい一実施形態を詳細に説明する。図面で、各層及び物質の形状及び厚さは説明の便宜のために誇張または概略化されたものである。明細書の全体にわたって同一の参照符号は同一の部材を示す。
【００２０】
図３は本発明の一実施形態による炭素ナノチューブが吸着された放熱フィン表面を示すフォトである。
【００２１】
図３を参照すると、多数の放熱フィンを有する放熱板を製作した後に、放熱板をディブコーティングした後の放熱フィンの表面フォトである。本発明の一実施形態による放熱フィンの構造は表面に炭素ナノチューブが形成されていて、熱交換のための接触部位を幾何学的に従来の平面構造に対比して数百倍乃至数千倍で増加させることができる。また、熱伝逹の側面が優れている炭素ナノチューブは熱伝導度が１，８００〜６，０００Ｗ／ｍＫとして、これは熱伝導度が優れている金属である銅（Ｃｕ）の４０１Ｗ／ｍＫに比べて非常に高い熱伝導度を有する。
【００２２】
図４乃至図７は本発明の一実施形態による放熱フィンに炭素ナノチューブをコーティングする方法を示す図である。
【００２３】
図４を参照すると、放熱フィン３０１が形成された放熱板３００を組み立てる。放熱フィン３０１は銅（Ｃｕ）で形成することができる。
【００２４】
図５を参照すると、容器（ｂａｔｈ）３１０内の溶媒３１５に炭素ナノチューブ３２０を均一に分散させる。本発明で使用可能な炭素ナノチューブは特別な限定を要することではないが、縦横比が大きくて（１０〜１０,０００）、また９５％以上の高純度炭素ナノチューブが望ましい。本発明の実施形態で使用された炭素ナノチューブ３２０は直径１０〜１５ｎｍ、長さ１０〜２０μｍを使用した。分散溶媒３１５は炭素ナノチューブの束を分離させるためのものであり、炭素ナノチューブを官能基化（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）させることができるものなら、特別な限定を要しないが、気化点が低くて乾燥が容易な溶媒が望ましい。分散溶媒の例ではジクロルベンゼン（１，２−ｄｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）イソプロピルアルコール（ＩＰＡ；ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｌｃｏｈｏｌ）、アセトン、エチルアルコールなどであり、実施形態では、分散溶媒としてジクロルベンゼン（ｄｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）を使用した。溶媒に対して炭素ナノチューブを適切に混合した後、超音波処理を通じて溶媒の中炭素ナノチューブを分散させる。適用可能な超音波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の条件は炭素ナノチューブに損傷を与えない条件で、一般的に４０〜６０ＫＨｚ程度の強さで１時間程度であれば十分である。
【００２５】
精製されない炭素ナノチューブ３２０には非晶質触媒、触媒金属、炭素成分のナノ粒子などがミックスされているので、炭素ナノチューブ３２０を溶媒に分散する前に不純物を除去して、アニーリングする事前処理手続きを実行する。事前処理手続きではまず、炭素ナノチューブ粉末の中に含まれた非晶質炭素及び炭素成分のナノ粒子を除去するために乾式酸化（ｇａｓ−ｐｈａｓｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ）または湿式酸化（ｌｉｑｕｉｄ−ｐｈａｓｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を実行する。代表的な乾式酸化方法ではファーネス（ｆｕｒｎａｃｅ）を使用し、酸素または大気雰囲気で１時間の間４７０〜７５０℃の温度で炭素ナノチューブ粉末を酸化させる。湿式酸化方法では炭素ナノチューブを過酸化水素に入れて１２時間の間１００℃で加熱する方法によって、０．５〜１．０μｍ大きさの気孔フィルタを通じて過酸化水素と精製された炭素ナノチューブを分離することができる。炭素ナノチューブ合成時に使用された金属触媒を除去するために窒酸（ＨＮＯ３）溶液（１０ｇ／ｌｉｔｅｒ程度）に入れて１時間の間５０℃で加熱する。続いて、精製された炭素ナノチューブを所望する大きさで切断するために硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と窒酸（ＨＮＯ３）を約３:１の割合で混合した溶液に入れて７０℃で加熱する。この際、加熱時間に応じて炭素ナノチューブの長さが決められ、１０時間加熱した場合、約２〜５μｍ、２０時間加熱した場合、約０．５〜１．０μｍ長さの炭素ナノチューブを得ることができた。最後に、酸処里を行って炭素ナノチューブに結合した官能基を除去及び炭素ナノチューブの再結晶化を通じる結合を除去するために、炭素ナノチューブをファーネスで真空または大気条件で温度８００℃で、３０分間熱処理する。
【００２６】
溶媒３１５に精製された炭素ナノチューブ３２０を入れた後に、約１時間の間超音波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）震動をして炭素ナノチューブ３２０を溶媒に分散させる。必要によっては、炭素ナノチューブのより良い分散のために少量の分散剤を使用することができる。
【００２７】
炭素ナノチューブ３２０が分散した溶媒３１５に組み立てられた放熱板３００を徐々につける。初期には炭素ナノチューブ３２０が放熱板３００に転移されない。
【００２８】
図６を参照すると、容器３１０から放熱板３００を徐々に一定の速度（約１〜１０ｃｍ／ｍｉｎ）と一定の角度（水面と放熱板がなす角度:約１０〜９０°）で溶媒３１５から取り出せば、放熱板３００には炭素ナノチューブが含まれたウェティング層（ｗｅｔｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）が形成される。
【００２９】
図７を参照すると、ウェティング層を乾燥させれば、放熱フィンの表面に炭素ナノチューブが吸着される。乾燥は溶媒が早く蒸発するように約８０℃〜９５℃で実施する。乾燥時、空気中の汚染物質が吸着することができるので、真空雰囲気が望ましい。
【００３０】
このように、ディッピング（ｄｉｐｐｉｎｇ）から乾燥までの一連の過程を約１〜４０回繰り返して放熱フィンに炭素ナノチューブを吸着させる。
【００３１】
放熱フィンに炭素ナノチューブがコーティングされる駆動力（ｄｒｉｖｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）は吸着として説明されることができ、具体的に放熱フィンと炭素ナノチューブとの間のファンデルワールス力、定電力、水素結合などとして、吸着された炭素ナノチューブは非常に強く放熱フィンと結合している。コーティングされる炭素ナノチューブの形状は自己整列された形状ではなく、無定形の形状を有する。
【００３２】
放熱板に適量でコーティングされた炭素ナノチューブは顕著な放熱効果の上昇をもたらすことができるが、コーティングされた炭素ナノチューブが均一にコーティングされず、固めて存在することができるので、それの程度によって、むしろ放熱しないことによって、放熱効果の低下をもたらすことができる。したがって、適量が放熱板にコーティングされることが重要である。
【００３３】
このように、放熱フィンに炭素ナノチューブがコーティングされることによって、熱放出のための表面積が顕著に増加して熱放出の特性が改善される。特に、電子部品素子が小くなる場合に、効果的にクーリングシステムの熱放出特性を改善させることができる。
【００３４】
上述の方法で構成された本発明による放熱板構造は既存の放熱板に比較して表面積が数百倍から数千倍程度増加する。したがって、電子素子など熱を発生する装置から発生される熱は放熱板で吸収され、大部分の熱交換が行われる空気の界面に形成された炭素ナノチューブ構造物を通じて空気中に迅速に排出する原理により動作され、炭素ナノチューブ構造物は熱伝導度と表面積が非常に大きくて、発生された熱が迅速に空気中に放出される。
【００３５】
本発明による炭素ナノチューブを利用した放熱板構造はノートブックを含むコンピュータクーリングシステム（ＣＰＵクーリングシステム、グラフィックカードクーリングシステム、放熱フィン、ヒートパイプ自体冷却）だけではなく、圧縮及び凝縮を通じて熱を放出する、例えばエアコンディショナー、機械装置にも同一に適用されることができる。
【００３６】
本発明は、上述の実施形態及び添付の図によって限定されるのではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置き換え、変形及び変更が可能であることは本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者において明白である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来技術によるフィンヒートシンクのＣＰＵクーリングシステムを示す斜視図である。
【図２】従来技術によるヒートパイプを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による炭素ナノチューブが吸着された放熱フィンを示すフォトである。
【図４】本発明の一実施形態による放熱フィンに炭素ナノチューブをコーティングする方法を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による放熱フィンに炭素ナノチューブをコーティングする方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による放熱フィンに炭素ナノチューブをコーティングする方法を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による放熱フィンに炭素ナノチューブをコーティングする方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
３００  放熱板
３０１  放熱フィン
３１０  容器
３１５  溶媒
３２０  炭素ナノチューブ
【図１】
2007019453.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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