KR102600194B1 - Heat dissipation device comprising Heat absorption pad - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열흡수 패드와 이를 밀봉하는 캡핑 필름을 구비하여 반도체 칩에서 발생되는 열을 흡수함으로서 전자기기 외부 케이스로의 열전달을 차단하는 방열장치에 관한 것이다. The present invention relates to a heat dissipation device that includes a heat absorption pad and a capping film to seal the same, absorbing heat generated from a semiconductor chip and blocking heat transfer to the external case of an electronic device.
Description
본 발명은 열흡수 패드를 구비하는 방열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열흡수 패드와 이를 밀봉하는 캡핑 필름을 구비하여 반도체 칩에서 발생되는 열을 흡수함으로서 전자기기 외부 케이스로의 열전달을 차단하는 방열장치에 관한 것이다. The present invention relates to a heat dissipation device having a heat absorption pad. More specifically, the present invention relates to a heat dissipation device having a heat absorption pad and a capping film to seal the heat absorption pad to absorb heat generated from a semiconductor chip and block heat transfer to the external case of the electronic device. It is about a heat dissipation device.
일반적으로 SSD(Solid State Drive)는 반도체를 이용한 디스크로서 저장매체로 플래시 매모리나 DRAM을 사용함으로써 종래에 물리적으로 구동되어 사용되는 HDD보다 매우 빠르게 읽고 쓰기를 할 수 있으며, 소음이 전혀 발생되지 않으므로 최근에 사용자가 급속도로 확산되고 있는 추세이다.In general, SSD (Solid State Drive) is a semiconductor disk that uses flash memory or DRAM as a storage medium, so it can read and write much faster than the conventional physically driven HDD, and it does not generate any noise, so it has recently been developed. The number of users is rapidly expanding.
SSD(solid state drive)는 인쇄 회로 기판(PCB), PCB에 연결된 호스트 인터페이스 커넥터, 상기 PCB에 장착된 플래시 메모리, 컨트롤러(DRIVE IC 칩) 등을 포함한다. SSD는 플래시 매모리나 DRAM과 같은 반도체 칩이 PCB에 실장되어 SSD용 하우징(케이스)에 내장된다. A solid state drive (SSD) includes a printed circuit board (PCB), a host interface connector connected to the PCB, flash memory mounted on the PCB, and a controller (DRIVE IC chip). For SSDs, semiconductor chips such as flash memory or DRAM are mounted on a PCB and built into an SSD housing (case).
SDD는 동작 중에 반도체 칩에서 상당한 양의 열이 발생되는데, 칩의 집적도(용량)이 점차 커짐에 따라 칩에서 발생하는 열도 동반 상승되며, 칩의 열이 높아질 경우 데이터 이송속도 저하로 제품 성능이 저하된다. 이를 방지하기 위해 HDD나 SSD는 열전도성 Pad, 히트 싱크 또는 냉각팬을 통해 열을 제거하고 있다. SDD generates a significant amount of heat from the semiconductor chip during operation. As the chip integration (capacity) gradually increases, the heat generated from the chip also increases. When the heat of the chip increases, product performance deteriorates due to a decrease in data transfer speed. do. To prevent this, HDDs or SSDs remove heat through thermally conductive pads, heat sinks, or cooling fans.
한국공개특허 10-2014-0004864호에는 SSD에서 방생되는 열이 방출되도록 열전도성 금속으로 형성된 방열금속판(32)과 열이 방출되는 방출구(33)를 구비하는 방열케이스가 개시되어 있다(도 1 참고). 도 1과 같이, 열전도성 금속을 통해 열을 제거하는 경우 필연적으로 열을 케이스 외부로 방출하여야 하므로 케이스의 온도가 올라가거나, 가열 공기가 방출구로 방출되어 인체에 열이 전달될 수 있다. 이러한 이유로 소비자의 신체에 닿는 전자제품의 경우 접촉되는 부분에 온도제한이 있어(화상방지를 위한 40℃ 온도제한) 칩의 열을 케이스쪽으로 많이 전달할 수 없는 한계가 있었다(결과적으로 방열량에 제한이 있으므로 장치의 효율(데이터 이동속도)을 높이는 데 어려움이 있었다).Korean Patent Publication No. 10-2014-0004864 discloses a heat dissipation case including a heat dissipation metal plate 32 made of a thermally conductive metal to dissipate heat generated from an SSD and an outlet 33 through which heat is dissipated (FIG. 1 reference). As shown in FIG. 1, when heat is removed through a thermally conductive metal, the heat must inevitably be discharged to the outside of the case, so the temperature of the case may rise, or heated air may be discharged through the discharge port, thereby transferring heat to the human body. For this reason, in the case of electronic products that come into contact with the consumer's body, there is a temperature limit on the contact area (temperature limit of 40℃ to prevent burns), so there is a limitation in transferring much of the heat from the chip to the case (as a result, there is a limit to the amount of heat dissipation). There were difficulties in increasing the efficiency (data movement speed) of the device.
본 발명은 케이스 외측으로 열이 전달되는 막아 케이스의 온도상승을 기존 방식에 비해 대폭 낮출 수 있는 방열 시스템을 제공하는 것이다.The present invention provides a heat dissipation system that can significantly reduce the temperature rise of the case by blocking heat transfer to the outside of the case compared to existing methods.
본 발명은 SSD 등 전자기기의 방열 효율과 내구성을 높일 수 있는 방열 장치를 제공하는 것이다.The present invention provides a heat dissipation device that can increase the heat dissipation efficiency and durability of electronic devices such as SSDs.
본 발명은 This invention
인쇄회로기판에 실장되는 반도체 칩의 상면에 접촉하고, 경화된 실리콘 바인더(11)와 상기 실리콘 바인더 내부에 분산된 상변화 마이크로캡슐(12)을 구비하는 열흡수 패드(10) ; 및A heat absorption pad (10) that contacts the upper surface of a semiconductor chip mounted on a printed circuit board and includes a cured silicone binder (11) and phase change microcapsules (12) dispersed within the silicone binder; and
상기 열흡수 패드(10)를 둘러싸 밀봉하는 캡핑 필름(20)을 구비하는 방열 장치로서, A heat dissipation device including a capping film (20) that surrounds and seals the heat absorption pad (10),
상기 방열 장치는 전자기기의 하우징(케이스) 내부에 설치되고, 상기 반도체 칩에서 발생되는 열이 상기 캡핑 필름(20)을 경유하여 상기 열흡수 패드로 전달되면, 상기 열흡수 패드는 상기 상변화 마이크로 캡슐로 열을 흡수하여 상기 하우징(케이스) 외측으로의 열전달을 차단하는 것을 특징으로 하는 방열 장치에 관련된다. The heat dissipation device is installed inside the housing (case) of the electronic device, and when heat generated from the semiconductor chip is transferred to the heat absorption pad via the
본 발명의 방열장치는 내부에 상변화 마이크로캡슐이 분산 고정된 실리콘 패드를 사용함으로서 반도체 칩에서 발생되는 열을 상변화 물질을 통해 충분히 흡수하여 전자기기 하우징(케이스)으로 열이 전달되는 것을 차단할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 방열장치는 기존 열전도성 패드나 금속에 비해 하우징의 온도를 크게 상승시키지 않으면서 전자기기(외장 저장장치 등)의 전송속도나 용량을 높여 제품의 성능 향상에 기여할 수 있다.The heat dissipation device of the present invention uses a silicon pad with phase change microcapsules dispersed and fixed inside, thereby sufficiently absorbing heat generated from the semiconductor chip through the phase change material to block heat transfer to the electronic device housing (case). there is. As a result, the heat dissipation device of the present invention can contribute to improving product performance by increasing the transmission speed or capacity of electronic devices (external storage devices, etc.) without significantly increasing the temperature of the housing compared to existing thermally conductive pads or metals.
또한, 본 발명의 방열장치는 내부에 열전도성 금속이나 필러를 사용하지 않으므로 기존 열전도성 패드 대비 (동일부피 조건에서) 무게가 2.5~3배 가벼워 전자기기의 상품성을 높일 수 있다.In addition, since the heat dissipation device of the present invention does not use thermally conductive metal or filler inside, it is 2.5 to 3 times lighter in weight (under the same volume conditions) compared to existing thermally conductive pads, thereby increasing the marketability of electronic devices.
또한, 기존 열전도성 패드는 고무 재질을 사용하여 늘어나는 경우가 있어 조립시 작업에 어려움이 있었으나, 본 발명의 방열장치는 실리콘 바인더에 비해 연신율이 낮은 캡핑필름으로 열흡수 패드를 감싸, 원하는 크기로 제작 가능하고 사용시 늘어나지 않아 조립성과 내구성을 높일 수 있다. In addition, existing thermally conductive pads were made of rubber and sometimes stretched, making assembly difficult. However, the heat dissipation device of the present invention wraps the heat-absorbing pad with a capping film that has a lower elongation than a silicone binder, and is manufactured to the desired size. It is possible and does not stretch when used, improving assemblyability and durability.
또한, 상변화 마이크로 캡슐이 분산된 열흡수 패드에 반복적인 열충격이 가해지면 마이크로 캡슐이 시간이 지남에 따라 파괴되어 내부의 상변화 물질이 실리콘 바인더 외부로 유출될 수 있으나, 본 발명의 방열장치는 열흡수 패드를 밀봉하는 캡핑 필름을 구비함에 따라 상변화 물질이 유출되는 것을 방지하고 열흡수 패드의 내구성을 높일 수 있다.In addition, if repeated thermal shock is applied to the heat absorption pad where the phase change microcapsules are dispersed, the microcapsules may be destroyed over time and the phase change material inside may leak out of the silicon binder. However, the heat dissipation device of the present invention By providing a capping film that seals the heat absorption pad, leakage of phase change material can be prevented and the durability of the heat absorption pad can be increased.
도 1은 한국공개특허 10-2014-0004864호에서 개시한 방열케이스의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 방열장치가 설치되는 SSD의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 방열장치의 단면도이다.
도 4는 캡핑 필름으로 열흡수 패드를 밀봉하는 조립도이다.
도 5는 방열 특성 시험 장치에 대한 개요도이다. Figure 1 is a cross-sectional view of a heat dissipation case disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2014-0004864.
Figure 2 is a schematic diagram of an SSD in which the heat dissipation device of the present invention is installed.
Figure 3 is a cross-sectional view of the heat dissipation device of the present invention.
Figure 4 is an assembly diagram of sealing the heat absorption pad with a capping film.
Figure 5 is a schematic diagram of a heat dissipation characteristic testing device.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, implementation examples and examples of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice it.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, or a combination thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, or combinations thereof.
도 2는 본 발명의 방열장치가 설치되는 SSD의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 방열장치의 단면도이고, 도 4는 캡핑 필름으로 열흡수 패드를 밀봉하는 조립도이고, 도 5는 방열 특성 시험 장치에 대한 개요도이다. Figure 2 is a schematic diagram of an SSD on which the heat dissipation device of the present invention is installed, Figure 3 is a cross-sectional view of the heat dissipation device of the present invention, Figure 4 is an assembly diagram of sealing the heat absorption pad with a capping film, and Figure 5 is a heat dissipation characteristic test. This is an overview of the device.
도 2와 도 3을 참고하면, 본 발명의 방열장치는 열흡수 패드(10) 및 캡핑 필름(20)을 포함한다.Referring to Figures 2 and 3, the heat dissipation device of the present invention includes a
상기 열흡수 패드(10)는 인쇄회로기판(1)에 실장되는 반도체 칩(2)의 상면에 접촉하여 설치될 수 있다.The
상기 열흡수 패드(10)는 경화된 실리콘 바인더(11)와 상기 실리콘 바인더 내부에 분산된 상변화 마이크로캡슐(12)을 포함한다.The
상기 상변화 마이크로캡슐(12)은 캡슐 내부에 40~50℃ 범위에서의 융점을 가지는 상변화 물질을 포함할 수 있다. The
상기 상변화 마이크로캡슐은 상기 코어인 상변화 물질과 상기 코어를 둘러싸는 고분자 중합체로 형성된 쉘을 포함한다. The phase change microcapsule includes a shell formed of a phase change material as the core and a high molecular weight polymer surrounding the core.
상기 상변화 마이크로캡슐은 공지된 제품이 사용될 수 있다. 예를 들면, 쉘을 형성하는 고분자 중합체로는 폴리하이드록시알코네이트, 폴리아미드, 폴리아민, 폴리이미드, 폴리아크릴(예를 들어폴리아크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴 및 메타크릴산 및 아크릴산의 에스테르), 폴리카르보네이트(예를 들어 폴리비스페놀 A 카르보네이트 및 폴리프로필렌 카르보네이트), 폴리디엔(예를 들어 폴리부타디엔, 폴리이소프렌및 폴리노보넨), 폴리에폭시드, 폴리에스테르(예를 들어 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리프로필렌 숙시네이트, 테레프탈산 기재 폴리에스테르 및 프탈산 기재 폴리에스테르), 폴리에테르(예를들어 폴리에틸렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 옥시드, 폴리부틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 옥시드, 폴리옥시메틸렌 또는 파라포름알데히드, 폴리테트라메틸렌 에테르 또는 폴리테트라하이드로푸란 및 폴리에피클로로하이드린), 폴리플루오로카본, 포름알데히드 중합체(예를 들어 우레아-포름알데히드, 멜라민-포름알데히드 및 페놀 포름알데히드), 천연 중합체(예를 들어 다당류 예컨대 셀룰로오스, 키틴, 키토산 및 녹말; 리그닌; 단백질; 및 왁스), 폴리올레핀(예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리부텐 및 폴리옥텐), 폴리페닐렌, 규소 함유 중합체(예를 들어 폴리디메틸 실록산 및 폴리카르보메틸 실란), 폴리우레탄, 폴리비닐(예를 들어 폴리비닐부티랄, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 알콜의 에스테르 및 에테르, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리메틸스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리메틸 비닐 에테르, 폴리에틸 비닐 에테르 및 폴리비닐 메틸 케톤), 폴리아세탈, 폴리아릴레이트, 알킬-기재 중합체(예를 들어 글리세리드 오일 기재 중합체), 공중합체(예를 들어 폴리에틸렌-공-비닐 아세테이트 및 폴리에틸렌-공-아크릴산) 및 이의 혼합물 등이 중합되어 형성될 수 있다.The phase change microcapsule may be a known product. For example, polymers forming the shell include polyhydroxyalconates, polyamides, polyamines, polyimides, polyacrylics (e.g. polyacrylamide, polyacrylonitrile and esters of methacrylic acid and acrylic acid), Polycarbonates (e.g. polybisphenol A carbonate and polypropylene carbonate), polydienes (e.g. polybutadiene, polyisoprene and polynorbornene), polyepoxides, polyesters (e.g. poly caprolactone, polyethylene adipate, polybutylene adipate, polypropylene succinate, polyesters based on terephthalic acid and polyesters based on phthalic acid), polyethers (e.g. polyethylene glycol or polyethylene oxide, polybutylene glycol, polypropylene oxide) seeds, polyoxymethylene or paraformaldehyde, polytetramethylene ether or polytetrahydrofuran and polyepichlorohydrin), polyfluorocarbons, formaldehyde polymers (e.g. urea-formaldehyde, melamine-formaldehyde and phenol) formaldehyde), natural polymers (e.g. polysaccharides such as cellulose, chitin, chitosan and starch; lignin; proteins; and waxes), polyolefins (e.g. polyethylene, polypropylene, polybutylene, polybutene and polyoctene), poly Phenylenes, silicon-containing polymers (e.g. polydimethyl siloxane and polycarbomethyl silane), polyurethanes, polyvinyls (e.g. polyvinylbutyral, polyvinyl alcohol, esters and ethers of polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate) , polystyrene, polymethylstyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl pyrrolidone, polymethyl vinyl ether, polyethyl vinyl ether and polyvinyl methyl ketone), polyacetals, polyarylates, alkyl-based polymers (e.g. glyceride oils) Base polymer), copolymers (e.g. polyethylene-co-vinyl acetate and polyethylene-co-acrylic acid), mixtures thereof, etc. may be polymerized to form.
상기 상변화 물질은 파라핀(N-Paraffin) 계열, 불포화 지방산 계열(Fatty Acids), 폴리글리콜(Polyglycol) 계열, 알코올(Alcohol) 계열, 페놀(Phenol) 계열, 알데하이드(Aldehyde) 계열, 케톤(Keton)계열, 에테르(Ether) 계열 등이 사용될 수 있다. The phase change materials include N-Paraffin series, unsaturated fatty acid series (Fatty Acids), polyglycol series, alcohol series, phenol series, aldehyde series, and ketone. Series, Ether series, etc. may be used.
바람직하게는 상기 상변화 물질은 융점이 40~50℃이고, 잠열량이 180J/g 이상인 파라핀 계열일 수 있다. 상기 상변화 물질은 n-도코산(n-docosane) n-트리코산(n-tricosane), n-헤네이코산(heneicosane)일 수 있다.Preferably, the phase change material may be a paraffin-based material with a melting point of 40 to 50°C and a latent heat amount of 180 J/g or more. The phase change material may be n-docosane, n-tricosane, or heneicosane.
상기 마이크로캡슐(12)은 크기가 5~25㎛일 수 있다. 크기가 크면 열용량이 높아지는 반면 캡슐 분산 시 캡슐이 파괴될 확률이 높아 Pad형태로의 제작이 어렵다는 문제가 있다.The
상기 실리콘 바인더(11)는 액상 실리콘 고무(LSR)가 경화되어 형성될 수 있다. 상기 액상실리콘은 폴리디메틸실록산 등의 폴리오가노실론산 수지일 수 있다. The
상기 액상 실리콘의 점도는 200cps~40,000cps범위일 수 있다.The viscosity of the liquid silicone may be in the range of 200 cps to 40,000 cps.
상기 액상 실리콘은 적어도 하나 이상의 비닐기를 가지는 폴리오가노실록산 수지일 수 있다.The liquid silicone may be a polyorganosiloxane resin having at least one vinyl group.
경화된 상기 실리콘 바인더의 경도가 40~50(Shore 00 type), 연신율이 30~70%, 열전도도가 0.2~0.25일 수 있다.The cured silicone binder may have a hardness of 40 to 50 (Shore 00 type), an elongation of 30 to 70%, and a thermal conductivity of 0.2 to 0.25.
상기 열흡수 패드는 상기 실리콘 바인더 100중량부 대비 50~130중량부, 바람직하게는 100~130중량부의 마이크로캡슐를 포함할 수 있다. 또는 상기 열흡수 패드는 30중량% 내지 60중량%의 마이크로캡슐을 포함할 수 있다. 마이크로캡슐이 130중량부를 초과하면 Slurry(반제품) 배합이 안되는(입자 분산 문제) 문제가 있고, 50중량부 미만이면 열흡수 패드의 열흡수 용량이 떨어진다. The heat absorption pad may include 50 to 130 parts by weight, preferably 100 to 130 parts by weight, of microcapsules relative to 100 parts by weight of the silicone binder. Alternatively, the heat absorption pad may include 30% to 60% by weight of microcapsules. If the microcapsule exceeds 130 parts by weight, there is a problem of slurry (semi-finished product) mixing (particle dispersion problem), and if it is less than 50 parts by weight, the heat absorption capacity of the heat absorption pad decreases.
상기 열흡수 패드는 실리콘 바인더 100중량부 대비 마이크로캡슐 50~130중량부, 경화제 1 - 2 중량부를 넣어 배합하고, 혼합물을 롤투롤(roll to roll) 장치로 성형하여 패드(pad) 형상으로 성형하고, 이를 경화시켜 제조될 수 있다.The heat-absorbing pad is mixed with 50 to 130 parts by weight of microcapsules and 1 to 2 parts by weight of a curing agent relative to 100 parts by weight of a silicone binder, and the mixture is molded into a pad shape by using a roll to roll device. , and can be manufactured by curing it.
배합과정은 실리콘 바인더, 상변화 마이크로캡슐 및 경화제를 25±10℃, 교반기 RPM을 7 이하로 4~7시간 동안 혼합할 수 있다. The mixing process involves mixing the silicone binder, phase change microcapsules, and curing agent at 25±10°C and the stirrer RPM below 7 for 4 to 7 hours.
좀 더 구체적으로는, 배합과정은 상변화 마이크로캡슐이 실리콘 바인더 내에서 뭉쳐진 부분이 없도록 충분한 시간 동안 혼합(5~6시간)하고, 이어서 배합된 혼합물에 경화 촉매를 넣어 진공(-700mm/Hg이하)상태에서 고점도용 프레네터리믹서로 1시간 정도 추가로 교반할 수 있다.More specifically, the mixing process involves mixing the phase change microcapsules for a sufficient period of time (5 to 6 hours) to ensure that there are no lumps within the silicone binder, and then adding a curing catalyst to the mixed mixture and vacuuming (below -700 mm/Hg). ) state, it can be stirred for an additional hour using a planetary mixer for high viscosity.
상기 배합 조건 중 RPM을 7 초과하거나 온도가 상기 조건을 초과하는 경우 마이크로캡슐에 충격이 지속적으로 가해져 내구성을 떨어트리는 요인이 될 수 있다. 즉, 배합 혹은 성형 동안 캡슐의 크랙(crack) 내지 파손의 원인이 될수 있으며 나아가 열흡수 패드 사용중에 마이크로캡슐 내 PCM 물질의 리키지(Leakage) 내지 파손의 원인이 될 수 있다. Among the above mixing conditions, if the RPM exceeds 7 or the temperature exceeds the above conditions, shock is continuously applied to the microcapsules, which may reduce durability. In other words, it may cause cracks or damage to the capsule during mixing or molding, and furthermore, it may cause leakage or damage of the PCM material in the microcapsule during use of the heat absorption pad.
배합된 혼합물이 롤투롤(roll to roll) 장치로 투입되어 1~20mm, 바람직하게는 2~10mm 두께의 패드로 성형될 수 있다. 두께가 1mm 이하이면 충분한 양의 마이크로캡슐을 담지할 수 없어 지속적이고 반복적인 열충격이 가해지는 전자기기의 방열장치로 사용되는 것에 한계가 있다. The blended mixture can be put into a roll to roll device and formed into a pad with a thickness of 1 to 20 mm, preferably 2 to 10 mm. If the thickness is less than 1 mm, it cannot contain a sufficient amount of microcapsules, which limits its use as a heat dissipation device for electronic devices subject to continuous and repeated thermal shock.
상기 열흡수 패드는 소정 두께로 형성된 패드를 경화반응시켜 제조될 수 있다. 경화반응은 10~20분 동안 120±5℃의 온도를 상기 패드에 가하는 반응이다. 경화반응이 110℃ 이하에서 이루어지면 실리콘 바인더가 충분히 경화되지 못하고, 130℃ 이상에서 이루어지면 캡슐이 파손되어 캡슐내 물질이 실리콘의 경화를 방해, 부분적으로 경화가 이루어지지 않아 제품 불량이 발생한다. 또한, 높은 경화 온도로 인해 상변화 마이크로 캡슐벽이 손상되어 열충격 신뢰성(85℃ ~ -40℃)이 떨어질 수 있다. The heat absorption pad can be manufactured by curing a pad formed to a predetermined thickness. The curing reaction is a reaction in which a temperature of 120 ± 5° C. is applied to the pad for 10 to 20 minutes. If the curing reaction is performed below 110℃, the silicone binder is not sufficiently cured, and if the curing reaction is performed above 130℃, the capsule is damaged and the material in the capsule interferes with the curing of the silicone, partially preventing curing, resulting in product defects. Additionally, due to high curing temperature, the phase change microcapsule wall may be damaged, reducing thermal shock reliability (85℃ to -40℃).
본 발명의 열흡수 패드는 경도가 낮고 연신율과 열전도율이 높은 실리콘을 바인더로 사용함으로써 경도가 높은 다른 고분자 중합체에 비해 충격으로부터 마이크로캡슐을 보호하는데 효과적이다. The heat-absorbing pad of the present invention is more effective in protecting microcapsules from impact than other high-hardness polymers by using silicone, which has low hardness and high elongation and thermal conductivity, as a binder.
상기 캡핑필름(20)은 상기 열흡수 패드(10)를 둘러싸 밀봉한다. The capping
상기 캡핑필름(20)은 밀도가 1.2g/㎤ 이상, 바람직하게는 1.3g/㎤ 이상일 수 있다. 상기 캡핑필름(20)은 밀도가 1.2g/㎤ 이상으로 높아 상변화 마이크로캡슐의 쉘이 파손되는 경우에도 내부의 상변화 물질이 캡핑필름을 투과하여 전자기기측으로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 캡핑필름(20)의 밀도가 1.2g/㎤ 미만이면 유출된 상변화 물질이 필름을 서서히 통과하여 유출될 수 있다. The capping
상기 캡핑필름(20)은 내열성(융점, 유리전이 온도)이 우수한 PET(polyethylene terephthalate) 또는 폴리이미드일 수 있다. The capping
도 3은 열흡수 패드(10)에 캡핑 필름(20)을 결합하는 분해 조립도이다. 도 3을 참고하면, 열흡수 패드(10)의 상부와 하부측에 캡핑필름 20a, 20b가 각각 위치하고, 캡핑필름 20a와 20b는 접착필름(3, 열경화성 hot melt 필름)으로 열융착될 수 있다.Figure 3 is an exploded and assembled view of coupling the
상기 캡핑 필름의 두께는 10~350㎛, 바람직하게는 50~100㎛일 수 있다. 상기 캡핑 필름의 두께가 50㎛ 미만인 경우 열압착 시 필름의 변형이 심하며 열충격 신뢰성이 떨어질 수 있다.The thickness of the capping film may be 10 to 350 μm, preferably 50 to 100 μm. If the thickness of the capping film is less than 50㎛, the film may be severely deformed during heat compression and thermal shock reliability may be reduced.
위와 같이, 상기 캡핑 필름은 상변화 물질이 유출되는 것을 방지하고 열흡수 패드의 조립성과 내구성을 높일 수 있다. As above, the capping film can prevent the phase change material from leaking and increase the assemblyability and durability of the heat absorption pad.
다른 양상에서, 본 발명은 열흡수 방열장치의 제조방법에 관련되고, 본 발명의 제조방법은 액상 실리콘 고무, 상변화 마이크로캡슐 및 경화제를 넣어 혼합하는 배합단계, 배합된 혼합물을 롤투롤(roll to roll) 장치로 성형하여 열흡수 패드(pad)를 제조하는 단계, 열을 가해 상기 열흡수 패드(pad)를 경화반응시키는 단계, 경화된 상기 열흡수 패드를 캡핑필름으로 둘러싸 밀봉하는 단계를 포함한다.In another aspect, the present invention relates to a method of manufacturing a heat absorption and heat dissipation device, and the manufacturing method of the present invention includes a mixing step of mixing liquid silicone rubber, phase change microcapsules, and a curing agent, and a roll to roll of the blended mixture. It includes the steps of manufacturing a heat-absorbing pad by molding it with a roll device, curing the heat-absorbing pad by applying heat, and sealing the cured heat-absorbing pad by surrounding it with a capping film. .
본 발명의 제조방법은 도 2 내지 도 5를 참고하여 상술된 방열장치를 참고할 수 있다. The manufacturing method of the present invention can refer to the heat dissipation device described above with reference to FIGS. 2 to 5.
상기 배합단계는 상기 액상 실리콘 고무 100중량부 대비 마이크로캡슐 50~130중량부, 경화제 1 - 2 중량부를 넣어 혼합하는 단계일 수 있다.The mixing step may be a step of mixing 50 to 130 parts by weight of microcapsules and 1 to 2 parts by weight of a curing agent relative to 100 parts by weight of the liquid silicone rubber.
상기 상변화 마이크로 캡슐(12)은 40~50℃ 범위에서의 융점을 가지는 상변화 물질을 내부에 포함하고, 상기 상변화 마이크로 캡슐(12)의 열용량이 180J/g 이상이고, 크기가 5~25㎛일 수 있다.The
상기 배합단계는 25±10℃를 유지하는 상태에서 교반기의 RPM을 7 이하에서 4~7시간 동안 혼합하는 단계일 수 있다.The mixing step may be a step of mixing for 4 to 7 hours at a stirrer RPM of 7 or less while maintaining 25 ± 10°C.
상기 배합단계는 교반기의 RPM을 7 이하에서 4~7시간 동안 혼합하는 단계일 수 있다.The mixing step may be mixing for 4 to 7 hours at an RPM of the stirrer of 7 or less.
상기 열흡수 패드 제조단계는 두께를 2~20mm로 성형하는 단계일 수 있다.The heat absorption pad manufacturing step may be a step of molding the pad to a thickness of 2 to 20 mm.
상기 경화반응 단계는 온도가 120±5℃, 경화시간은 10~20분일 수 있다.In the curing reaction step, the temperature may be 120 ± 5°C and the curing time may be 10 to 20 minutes.
상기 캡핑 필름(20)은 밀도가 1.2g/㎤ 이상이고, 두께가 50~350㎛일 수 있다.The capping
상기 캡핑 필름(20)은 PET(polyethylene terephthalate) 또는 폴리이미드일 수 있다.The capping
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it is obvious to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention.
실시예 1Example 1
Silicone Binder (WACKER sil-gel 650) 48g, 상변화 캡슐 파우더(Insilico P-Thermoball 45BN, 하기 표 1 참고) 52g, 경화제(HANS CHEMICAL CL200) 0.1g을 투입 후 고점도용 프레네터리믹서를 사용하여 배합을 진행하였다. 배합 시 온도는 냉각기를 사용하여 25℃를 유지하고 RPM은 최대 7이 넘지 않도록(rpm 6으로 교반) 진행하였다.Add 48g of Silicone Binder (WACKER sil-gel 650), 52g of phase change capsule powder (Insilico P-Thermoball 45BN, see Table 1 below), and 0.1g of hardener (HANS CHEMICAL CL200) and mix using a planetary mixer for high viscosity. proceeded. During mixing, the temperature was maintained at 25°C using a cooler, and the RPM was maintained at a maximum of 7 (stirring at rpm 6).
상변화 캡슐 파우더(PCM Capsule powder)가 뭉쳐진 부분이 없도록 충분한 시간 동안 배합(약 5~6시간)후 경화촉매(DY SILICONE PTC310) 0.2g을 투입 후 1hr 동안 진공(-700mm/Hg이하)상태에서 고점도용 프레네터리믹서를 사용하여 추가로 교반하였다. After mixing the phase change capsule powder (PCM Capsule powder) for a sufficient period of time (approximately 5 to 6 hours) to prevent any lumps, add 0.2 g of curing catalyst (DY SILICONE PTC310) and place under vacuum (-700 mm/Hg or less) for 1 hour. It was further stirred using a planetary mixer for high viscosity.
상기 배합 완료된 혼합물을 Roll to Roll 성형장비에 투입하여 두께 2mm로 성형하면서 120℃로 10분 정도 경화반응시켰다. 이후 상온에서 건조시켜 열흡수 패드를 수득하였다. The completed mixture was put into a roll to roll molding equipment, molded to a thickness of 2 mm, and cured at 120°C for about 10 minutes. Afterwards, it was dried at room temperature to obtain a heat absorption pad.
제조된 열흡수 패드를 가로 50mm, 세로 30mm로 절단하고, 두께 0.1mm PET 필름(XP35, Toray)으로 감싼 후 핫멜트 필름(INH-5050PH, 인스텍)으로 접착하였다(도 4 참고). The manufactured heat-absorbing pad was cut into 50 mm horizontally and 30 mm vertically, wrapped with a 0.1 mm thick PET film (XP35, Toray), and then adhered with a hot melt film (INH-5050PH, Instek) (see Figure 4).
비교예 1Comparative Example 1
상변화 캡슐 파우더를 Microtek 43D(하기 표 2 참고) 로 바꾸어 진행하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 열흡수 패드를 제조하였다.A heat absorption pad was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the phase change capsule powder was changed to Microtek 43D (see Table 2 below).
비교예 2Comparative Example 2
상기 상변화 캡슐 파우더 함량을 65g으로 투입하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 열흡수 패드를 제조하였다.A heat absorption pad was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 65 g of the phase change capsule powder was added.
비교예 3Comparative Example 3
배합조건 중 믹서 RPM을 15, 2시간 정도로 교반하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 열흡수 패드를 제조하였다.A heat absorption pad was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the mixing conditions were stirred at a mixer RPM of 15 for about 2 hours.
비교예 4Comparative Example 4
온도 150℃로 5분 정도로 (성형된 패드를) 경화하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 열흡수 패드를 제조하였다.A heat absorption pad was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the molded pad was cured at a temperature of 150°C for about 5 minutes.
비교예 5Comparative Example 5
실시예 1에서 제조된 열흡수 패드를 PET 필름으로 밀봉하지 않은 채로 사용하였다.The heat absorption pad prepared in Example 1 was used without being sealed with a PET film.
비교예 6Comparative Example 6
실시예 1에서 제조된 열흡수 패드를 PE필름으로 밀봉하였다.The heat absorption pad prepared in Example 1 was sealed with PE film.
비교예 7Comparative Example 7
실리콘 바인더를 사용하는 대신 아크릴 바인더를 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 열흡수 패드를 제조하였다.A heat absorption pad was manufactured in the same manner as Example 1, except that an acrylic binder was used instead of a silicone binder.
비교예 8Comparative Example 8
열흡수 캡슐파우더 대신 열전도성 세라믹(알루미나)파우더를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 열전도성 실리콘패드를 제조하였다.A thermally conductive silicone pad was manufactured in the same manner as Example 1, except that thermally conductive ceramic (alumina) powder was used instead of heat-absorbing capsule powder.
[시험][test]
실시예 1, 비교예 1 내지 8에 대해 배합성, 성형성, 열충격 신뢰성, 고온 신뢰성 및 방열 특성을 시험하여 하기 표 3에 나타내었다. Example 1 and Comparative Examples 1 to 8 were tested for compoundability, moldability, thermal shock reliability, high temperature reliability, and heat dissipation characteristics, and are shown in Table 3 below.
신뢰성High temperature
reliability
특성radiation
characteristic
T2:32℃T1:45℃
T2:32℃
T2:33℃T1:46℃
T2:33℃
O
T2:40℃T1:43℃
T2:40℃
성형성 조건 : 경화반응 및 건조한 후에 혼합물이 Pad로의 성형 여부Formability conditions: After curing and drying, whether the mixture is molded into a pad.
열충격 신뢰성 조건 : 제조된 열흡수 패드를 20℃ 10분 유지 → 60℃까지 10분 승온 → 60℃ 10 분 유지 → 20℃까지 10분 냉각 → 0℃ 10분 유지(1cycle)를 1,000cycle 반복하였음. Thermal shock reliability conditions: The manufactured heat absorption pad was kept at 20℃ for 10 minutes → temperature raised to 60℃ for 10 minutes → maintained at 60℃ for 10 minutes → cooled to 20℃ for 10 minutes → maintained at 0℃ for 10 minutes (1 cycle), repeated for 1,000 cycles.
고온 신뢰성 조건: 제조된 열흡수 패드를 150℃에서 1,000hr 노출시킴High-temperature reliability conditions: The manufactured heat-absorbing pad was exposed to 150°C for 1,000 hours.
또한, 방열 특성은 하기와 같이 측정하였다. Additionally, heat dissipation characteristics were measured as follows.
측정 조건(25℃ 조건 온도) - 도 5에 방열 특성 시험 장치 참고 Measurement conditions (condition temperature of 25℃) - Refer to the heat dissipation characteristic test device in Figure 5.
(1) Test sample(제조된 열흡수 패드)이 없는 상태에서 T1의 온도가 15분 동안 약 90℃가 되도록 발열체를 셋팅하였다.(1) In the absence of a test sample (manufactured heat absorption pad), the heating element was set so that the temperature of T1 was approximately 90°C for 15 minutes.
(2) 발열체가 완전히 식은 후 Sample 투입 및 PC plate가 Sample 상부에 완전히 닿도록 셋팅하였다.(2) After the heating element was completely cooled, the sample was introduced and the PC plate was set so that it completely touches the top of the sample.
(3) 발열체 전원 ON 후 15분 뒤 T1과 T2 온도를 측정하였다.(3) T1 and T2 temperatures were measured 15 minutes after turning on the heating element.
* T1은 55℃ 미만, T2는 40℃ 미만 조건임.* T1 is under 55℃, T2 is under 40℃.
지금까지 본 발명의 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. So far, we have looked at specific embodiments of the present invention. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from its essential characteristics. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.
Claims (7)
상기 열흡수 패드(10)를 둘러싸 밀봉하는 캡핑 필름(20)을 구비하는 방열 장치로서,
상기 방열 장치는 전자기기의 하우징(30, 케이싱) 내부에 설치되고, 상기 반도체 칩에서 발생되는 열이 상기 캡핑 필름(20)을 경유하여 상기 열흡수 패드로 전달되면, 상기 열흡수 패드는 상기 상변화 마이크로 캡슐로 열을 흡수하여 상기 하우징(30, 케이싱) 외측으로의 열전달을 차단하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.A heat absorption pad (10) that contacts the upper surface of the semiconductor chip (2) mounted on the printed circuit board (1) and includes a cured silicone binder (11) and phase change microcapsules (12) dispersed within the silicone binder. ) ; and
A heat dissipation device including a capping film (20) that surrounds and seals the heat absorption pad (10),
The heat dissipation device is installed inside the housing (30, casing) of the electronic device, and when heat generated from the semiconductor chip is transferred to the heat absorption pad via the capping film 20, the heat absorption pad is installed on the upper surface. A heat dissipation device characterized in that it absorbs heat with change microcapsules and blocks heat transfer to the outside of the housing (30, casing).
상기 캡핑 필름은 두께(S)가 10~350㎛m인 필름으로 상기 열흡수 패드를 감싼 후 필름이 접착되고, 또는 상부 필름과 하부 필름 사이에 상기 열흡수 패드를 위치시킨 후 상부 필름과 하부 필름의 가장자리가 접착되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.The method of claim 1, wherein the heat absorption pad (10) is a plate-shaped pad with a thickness (L) of 1 to 20 mm,
The capping film is a film with a thickness (S) of 10 to 350㎛, wrapped around the heat-absorbing pad, and then the film is adhered, or the heat-absorbing pad is placed between the upper film and the lower film and then attached to the upper film and the lower film. A heat dissipation device characterized in that the edges of the are bonded.
상기 상변화 물질의 열용량이 180J/g 이상이고, 상기 마이크로 캡슐(12)의 크기가 5~25㎛인 것을 특징으로 하는 방열 장치.The method of claim 1, wherein the microcapsule (12) contains a phase change material having a melting point in the range of 40 to 50° C.,
A heat dissipation device characterized in that the heat capacity of the phase change material is 180 J/g or more, and the size of the microcapsule (12) is 5 to 25 ㎛.
The heat dissipation device according to claim 1, wherein the silicone binder has a hardness of 40 to 50 (Shore 00 type) and an elongation of 30 to 70%.
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