CN109155184B - 线圈部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种线圈部件。根据本发明的一实施例的线圈部件包括:磁芯;线筒,容纳上述磁芯;及至少一对线圈,缠绕在上述线筒的外部,其中,上述线筒实现为包括聚合物基质和石墨‑纳米金属复合物的散热构件,上述石墨‑纳米金属复合物被设置为多个且分散于上述聚合物基质上,且通过在石墨的表面上结合纳米金属颗粒而成。据此,可以将由于施加的电流而在线圈部件产生的热量尽可能快速高效地传导和辐射到外部,从而防止共享模块噪声消除功能的恶化,并且使差分信号实际上没有衰减地通过。并且,即使有在线圈部件产生的热量或外部物理和化学刺激,也可以长时间持续散热性能。此外,本发明不仅可以将在线圈部件产生的热量高效地传导和辐射到外部,而且线圈部件的外表面呈现优异的绝缘性,从而能够防止由于短路等引起的电短路。

Description

线圈部件
技术领域
本发明涉及一种线圈部件,更具体而言,涉及可以将由于施加的电流而在线圈部件产生的热量尽可能快速高效地传导和辐射到外部,从而防止线圈部件的功能恶化和由于线圈部件的发热引起的安装有线圈部件的各种装置的误操作的线圈部件。
背景技术
线圈部件是指由磁芯和和绕组组装的部件。上述线圈部件通过调节磁芯的材料和磁性及绕组的线径和材料等来改变所呈现的物理性能,从而用作如电感器、扼流圈、变压器及电抗器等的电路部件。
作为一例,当上述线圈部件用作变压器时,其通过利用电磁感应现象执行改变施加到绕组的电源的电流或电压值的功能,以应用于变压器等。并且,作为一例,当上述线圈部件用作电感器时,其防止由于施加到其上的电流的突然变化引起的电路损坏且执行过滤电噪声的滤波器功能,以应用于各种电子产品的振荡电路和电源电路等。
另一方面,当向线圈供电时,由于线圈的电阻等而产生热量,在施加的电流或电压的强度增加时,产生更高的热量,产生的热量导致线圈的电阻值上升,从而,存在初始设定的线圈部件的物理性能无法完全呈现出来的问题。
并且,通常,在线圈部件中,磁芯与缠绕的线圈被分离,为了保护磁芯,磁芯容纳于外壳中,然后线圈缠绕在外壳上。然而,施加到线圈的电流会导致在磁芯产生由于涡流等引起的发热,此时产生的热量由于外壳而无法排出到外部,使线圈部件的发热问题更加严重,在线圈部件产生的热量可能会影响安装有线圈部件的各种设备的其他部件,以导致设备误操作。
因此,迫切需要研究一种其散热性能得到改善且可以长时间保持散热性能的线圈部件。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述问题而提出的,其目的在于提供可以将由于施加的电源而在线圈部件产生的热量尽可能快速高效地传导和辐射到外部,从而防止线圈部件的功能恶化的线圈部件。
并且,本发明的另一目的在于提供即使有在线圈部件产生的热量或外部物理和化学刺激,也可以长时间持续散热性能的线圈部件。
进而,本发明的再一目的在于提供不仅可以将在线圈部件产生的热量高效地传导和辐射,而且线圈部件的外表面呈现优异的绝缘性,从而能够防止由于短路等引起的电短路的线圈部件和用于线圈部件的线筒。
此外,本发明的再一目的在于提供包括保持优异的散热性能和绝缘/散热可靠性的根据本发明的线圈部件的变压器、PFC电路等的各种电子部件和电子设备。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的,本发明提供一种线圈部件,其特征在于,包括:磁芯(magneticcore);线筒,容纳上述磁芯;及至少一对线圈,缠绕在上述线筒的外部,其中,上述线筒为包括聚合物基质和石墨-纳米金属复合物的散热构件,上述石墨-纳米金属复合物被设置为多个且分散于上述聚合物基质上,并且通过在石墨的表面上结合纳米金属颗粒而成。
根据本发明的一实施例,上述纳米金属颗粒可以为结晶纳米颗粒。
并且,上述石墨-纳米金属复合物还可包括涂覆在纳米金属颗粒上的聚多巴胺层,以便改善上述聚合物基质与石墨-纳米金属复合物之间的界面特性。此时,上述聚多巴胺层的厚度可以为5~1000nm。
并且,上述石墨-纳米金属复合物在上述散热构件中的含量可以为10~95 重量%。
并且,上述纳米金属可以包括选自由Ni、Si、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、 Cu、Sn、In、Pt、Au及Mg组成的组中的至少一种。
并且,上述线圈部件还可包括填充于容纳磁芯的线筒内部的空的空间中的热界面材料(Thermal Interface Materials)。
并且,在上述散热构件的外表面还可包括绝缘膜,上述绝缘膜由选自由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、多羟基聚醚、聚醚、聚缩醛酰胺(polypthalamide)、苯氧基树脂、聚氨酯、丁腈树脂、脲基树脂(UF)、三聚氰胺树脂(MF)、不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂及有机硅树脂组成的组中的一种以上聚合物组分形成。或者,在上述线筒的外表面还可包括绝缘性散热涂层。或者,上述线圈部件还可包括绝缘性散热涂层,上述绝缘性散热涂层以覆盖上述线筒的外表面和缠绕在上述线筒的外部的线圈的方式涂覆在线圈部件的外表面上。
并且,上述绝缘性散热涂层可以通过用绝缘性散热涂料组合物处理线筒的外表面而成,上述绝缘性散热涂料组合物包括:含有主树脂的涂层形成组分;及绝缘性散热填料。
并且,上述主树脂可以是可固化树脂,并且上述涂层形成组分还可包括固化剂,上述固化剂的含量相对于100重量份的上述主树脂为25~100重量份。
并且,上述绝缘性散热填料的含量相对于100重量份的上述主树脂可以为25~70重量份。
并且,上述主树脂可以包括由下述化学式1表示的化合物。
[化学式1]
Figure GDA0001877047970000031
上述R1和R2各自独立地为氢原子、C1~C5直链烷基或C3~C5支链烷基,上述R3和R4各自独立地为氢原子、C1~C5的直链烷基或C3~C5的支链烷基,上述n为使由上述化学式1表示的化合物的重均分子量为400~4000的有理数。
并且,上述固化剂可以以1:0.5~1.5的重量比包括第一固化剂和第二固化剂,上述第一固化剂包括脂肪族多胺类固化剂,上述第二固化剂包括选自由芳香族聚胺类固化剂、酸酐类固化剂及催化剂类固化剂组成的组中的一种以上。
并且,上述脂肪族多胺类固化剂可以包括聚乙烯多胺。
并且,上述绝缘性散热填料可以包括选自由氧化镁、二氧化钛、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化铝、二氧化硅、氧化锌、钛酸钡、钛酸锶、氧化铍、碳化硅及氧化锰组成的组中的一种以上,更优选地,可以为碳化硅。
并且,上述绝缘性散热填料的平均粒径可以为10nm~15μm,更优选地,上述绝缘性散热填料的D50和D97的比率可以为1:4.5或更小。
并且,上述绝缘性散热涂料组合物的基于以下热辐射评价方法的热辐射效率可以为30%或更大。
[热辐射评价方法]
在温度为25℃且湿度为50%的封闭系统中,将表面积为4cm2的88℃的热源以紧贴的方式位于包括在厚度为1.5mm、宽度为35mm、长度为34mm 的铝板的上表面上用绝缘性散热涂料组合物处理来形成的厚度为25μm的绝缘性散热涂层的样品1的下方正中央,在经过90分钟后,测量的样品1正中央的上方5cm处的温度,而且,以相同的方法测量未形成绝缘性散热涂层的作为单独铝板的样品2的温度,根据下述数学式1测量热辐射效率。
[数学式1]
Figure GDA0001877047970000032
并且,本发明提供一种用于线圈部件的线筒,容纳磁芯且外部缠绕有线圈,其特征在于,上述线筒为包括聚合物基质和石墨-纳米金属复合物的散热构件,上述石墨-纳米金属复合物被设置为多个且分散于上述聚合物基质上,并且通过在石墨的表面上结合纳米金属颗粒而成。
根据本发明的实施例,上述用于线圈部件的线筒还可包括涂覆在上述散热构件的外表面的绝缘性散热涂层。
并且,本发明提供一种线圈部件,上述线圈部件包括:磁芯;线筒,容纳上述磁芯;及至少一对线圈,缠绕在上述线筒的外部,其中,上述线圈部件包括绝缘性散热涂层,上述绝缘性散热涂层以覆盖上述线筒的外表面和缠绕在上述线筒的外部的线圈的方式涂覆在线圈部件的外表面上。
并且,本发明提供一种线圈部件,上述线圈部件包括:磁芯;绝缘膜,涂覆在上述磁芯上;及至少一对线圈,缠绕在上述绝缘膜的外部,其中,上述线圈部件包括绝缘性散热涂层,上述绝缘性散热涂层以覆盖上述绝缘膜的外表面和缠绕在上述绝缘膜的外部的线圈的方式涂覆在线圈部件的外表面上。
并且,本发明提供包括根据本发明的线圈部件的变压器、EMI滤波器、 PFC电路、电子设备或汽车。
发明的效果
根据本发明,可以将由于施加的电流而在线圈部件产生的热量尽可能快速高效地传导和辐射到外部,从而防止线圈部件的功能恶化。并且,即使有在线圈部件产生的热量或外部物理和化学刺激,也可以长时间持续散热性能。进而,根据本发明,不仅可以将在线圈部件产生的热量高效地传导和辐射,而且线圈部件的外表面呈现优异的绝缘性,从而能够防止由于短路等引起的电短路。此外,保持优异的散热性能和绝缘/散热可靠性的根据本发明的线圈部件可被广泛应用于变压器、EMI滤波器、PFC电路、电子设备、汽车等整个产业。
附图说明
图1为本发明的一实施例的线圈部件的立体图。
图2a至图2e为关于在本发明的一实施例的线圈部件中除了线圈之外的部分的附图,图2a为除了线圈之外的线圈部件的立体图,图2b为除了线圈之外的线圈部件的分解立体图,图2c为沿图2b的边界线E-E'的线筒的剖视图,图2d和图2e为示出沿图2b的边界线A-A'的线筒的截面的各种实施例的附图。
图3a至图3b为本发明的一实施例的线圈部件的附图,图3a为线圈部件的立体图,图3b为示出沿边界线B-B'的剖视图和其放大图的附图。
图4a至图4b为本发明的一实施例的线圈部件的附图,图4a为线圈部件的立体图,图4b为示出沿边界线C-C'的剖视图和其放大图的附图。
图5a至图5b为本发明的一实施例的线圈部件的附图,图5a为线圈部件的立体图,图5b为示出沿边界线D-D'的剖视图和其放大图的附图。
图6为根据本发明的一实施例制备的用于散热实验的样品的示意图。
图7a至图7b为本发明的一实施例的线圈部件的照片,图7a为由作为散热构件的线筒实现的线圈部件的照片,图7b为在由作为散热构件的线筒实现的线圈部件的线筒和缠绕于上述线筒的线圈上涂覆绝缘性散热涂层的线圈部件的照片。
具体实施方式
以下,参照附图来对本发明的实施例进行详细说明,以使本发明所属技术领域的普通技术人员轻松实现本发明。本发明可通过多种不同的实施方式实现,并不限定于在本说明书中所说明的实施例。为了明确说明本发明,在附图中省略了与说明无关的部分,在说明书全文中,对于相同或相似的结构要素赋予相同的附图标记。
如图1所示,线圈部件1000包括一对线圈201、202,上述一对线圈201、 202以彼此分离的方式缠绕在将容纳磁芯(图中未示出)的线筒100的外表面划分而成的各个区域。
作为一例,如图2a和图2b所示,上述线筒100可以以上线筒100A和下线筒100B结合且在内部容纳磁芯10的结构实现。在上述结合的线筒100中,在上述下线筒100B的一部分容纳于基部构件130中之后,中央分离板120沿着设于上线筒100A和下线筒100B的内侧面的结合引导器110配好,最终与基部构件130的结合突出部131结合,以能够一体地形成线圈部件。
上述上线筒100A和下线筒100B的内部和/或外部的形状可以根据容纳的磁芯10的形状而不同。作为一例,上述磁芯10可以形成为具有中空部的圆筒状或具有中空部的圆环状,或者,如图2b和图2c所示,上述线筒100A、100B 可以具有弯曲的外壁100A1和100B1以及内壁100A2和100B2,以便包围中空形的磁芯10的外侧和内侧。并且,在结合的上线筒100A和下线筒100B的外壁 100A1、100B1和内壁100A2、100B2的至少一部分可以形成有具有预定深度的台阶,使得在上述磁芯10容纳于外壁100A1、100B1和内壁100A2、100B2之间的空间中之后,上线筒100A和下线筒100B过盈配合。
上述线筒100可以为散热构件,参照图2d,线筒包括聚合物基质101和石墨-纳米金属复合物102,上述石墨-纳米金属复合物102被设置为多个且分散于上述聚合物基质101上,并且通过在石墨102a的表面上结合纳米金属颗粒102b 而成。在线筒100的至少外侧面还可包括绝缘膜103。
上述聚合物基质101可以由热固性聚合物组分和热塑性聚合物组分中的一种以上形成。上述热固性聚合物组分可包括选自由环氧类组分、氨基甲酸酯类组分、三聚氰胺类组分及聚酰亚胺类组分组成的组中的至少一种,上述热塑性组分可包括选自聚碳酸酯类组分、聚苯乙烯类组分、聚砜类组分、聚氯乙烯类组分、聚醚类组分、聚丙烯酸酯类组分、聚酯类组分、聚酰胺类组分、纤维素类组分、聚烯烃类组分和聚丙烯类组分组成的组中的至少一种。
并且,上述石墨-纳米金属复合物102是通过在石墨102a的表面上结合至少一个纳米金属颗粒102b而成的复合物,在所包括的多个石墨-纳米金属复合物102整体中,上述纳米金属颗粒的含量相对于100重量份的石墨的总重量可以为20~50重量份。并且,纳米金属可以以高密度结合,以便占据石墨表面积的30~70%的表面积范围。
上述石墨102a为将碳原子的六原子环在平面上无限连接的平面大分子层叠叠加而成的矿物,且由称为石墨烯(graphene)的单层基本元素构成。优选地,上述石墨102a可以呈板状,且包括单层石墨烯或将多个石墨烯堆叠而成的层状结构物。根据内层之间的弱相互作用,上述层状结构物可以根据内层之间的弱相互作用而形成剥离(exfoliate)的石墨纳米片(graphite nanosheets)。由于上述层状结构物形式的石墨内部的间隔层(inter-spaced layers)之间的面方向金属键合(in-plane metallic bonding)和弱范德华相互作用(van der Waals interaction),可以出现电和热各向异性(anisotropy)。作为在本发明中可使用的石墨,只要是通过本领域已知的各种方法获得的石墨,就不受限制地使用。
上述纳米金属颗粒102b可以是能够表现出电磁波屏蔽效果的导电金属。上述纳米金属颗粒可包括选自由Ni、Si、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Sn、In、 Pt、Au及Mg组成的组中的至少一种。
纳米金属和石墨可以通过化学键合等结合。并且,纳米金属可以是结晶化的,晶体的平均粒径可以是10至200nm,优选地,可以为50至200nm。由此,接触性得到改善,使得接触电阻降低,从而可以改善热和/或电特性。
并且,上述石墨-纳米金属复合物还可包括涂覆在纳米金属颗粒上的聚多巴胺层,以便提高上述聚合物基质与石墨-纳米金属复合物之间的界面特性。通过聚合物基质和石墨-纳米金属复合物之间的界面特性的改善,即使包括少量的基质形成组分,也可以形成片状的石墨散热构件,从而,可以提高在散热构件中上述石墨-纳米金属复合物的含量,以能够提高通过石墨-纳米金属复合物的散热特性。由此,在散热构件中,上述石墨-纳米金属复合物102的含量相对于散热构件的总重量可以为10重量%或更大,更优选地,可以为10~95重量%,即使其含量高,散热构件也可具有优异的形状保持性且表现出一定水平或更高的机械强度。
并且,涂覆在上述石墨-纳米金属复合物上的聚多巴胺层可以改善在有机溶剂中的分散性,使得当成型散热构件时,可以更容易将上述石墨-纳米金属复合物均匀地位于聚合物基质中。
上述聚多巴胺层的厚度可以为5~1000nm,若上述厚度小于5nm,则通过聚多巴胺层的界面特性、分散性无法达到所需的水平,若上述厚度大于1000nm,则物理性能改善程度会甚微。
并且,在本发明中,对上述石墨-纳米金属复合物102之间的结合方法没有特别限制,作为一例,首先,通过混合石墨和纳米金属颗粒来制备石墨-纳米金属颗粒混合物,然后对上述石墨-纳米金属颗粒混合物施加等离子体以使上述纳米金属颗粒汽化,向汽化的上述纳米金属颗粒注入淬火(quenching)气体以使汽化的上述纳米金属颗粒冷凝或急速冷冻。由此,抑制汽化的上述纳米金属颗粒的生长,并且上述纳米金属颗粒在上述石墨表面上结晶化,以形成石墨-纳米金属复合物102。然后可以在如此制备的石墨-纳米金属复合物102的纳米金属颗粒上进一步形成聚多巴胺层。上述聚多巴胺层可以通过将上述石墨-纳米金属复合物浸入(dipping)多巴胺水溶液中来形成。此时,当使用碱性多巴胺水溶液作为上述多巴胺水溶液时,多巴胺在氧化条件下自发反应,以上述在石墨- 纳米金属复合物的纳米金属颗粒上聚合,从而形成聚多巴胺层。因此,不需要单独的烧制过程,虽然对氧化剂的添加没有特别限制,但可以将空气中的氧气用作氧化剂而不添加氧化剂。涂层的厚度取决于浸渍时间,在使用通过在pH 为8至14的碱性三羟甲基氨基甲烷缓冲液中以使多巴胺浓度为0.1~5mg/mL的方式溶解多巴胺来制备的多巴胺水溶液时,为了形成厚度为5~100nm的涂层,石墨-纳米金属的浸渍时间优选为0.5~24小时。另一方面,即使将石墨浸渍在多巴胺水溶液中,多巴胺涂层也难以形成在石墨表面上,然而,由于多巴胺涂层容易形成在与石墨表面结合的纳米金属颗粒上,因此上述复合物可进一步包括聚多巴胺层。
上述散热构件101、102在混合上述聚合物基质101的聚合物组分和石墨- 纳米金属复合物102之后,根据选择的聚合物组分进一步包括固化剂、溶剂等,或在熔融的聚合物组分中混合石墨纳米金属复合物,然后成型为所需的形状并固化。此时,散热构件的厚度可以根据所需的机器强度而不同,作为一例,可以为0.01~1000㎜。
另一方面,如图2d所示,在上述散热构件101、102的外表面还可包括绝缘膜103,上述绝缘膜103由选自由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、多羟基聚醚、聚醚、聚缩醛酰胺 (polypthalamide)、苯氧基树脂、聚氨酯、丁腈树脂、脲基树脂(UF)、三聚氰胺树脂(MF)、不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂及有机硅树脂组成的组中的一种以上聚合物组分形成。这是为了防止由于包括在散热构件中的石墨-纳米金属复合物的导电性而缠绕在作为散热构件的线筒的外表面上的分离的一对线圈之间有可能发生的短路。上述绝缘膜103的厚度可以为0.1~10㎜,但本发明不限于此。
或者,如图2e所示,在上述散热构件101'、102'的外表面上还可包括绝缘性散热涂层104。上述绝缘性散热涂层可以以包括分散于涂层104a内部的绝缘性散热填料104b的方式实现。上述绝缘性散热涂层104可以通过用绝缘性散热涂料组合物处理线筒的外表面来形成。
作为一例,上述绝缘性散热涂料组合物可包括包含主树脂的涂层形成组分和绝缘性散热填料,在上述主树脂为可固化树脂时,还可包括固化剂。
作为上述主树脂,只要是可形成涂层的本领域已知的组成,就可不受限制地使用。然而,为了同时实现通过与线筒的粘合性、不由于发热基材的热量而脆化的耐热性、不由于电刺激而脆化的绝缘性、机器强度及与绝缘性散热填料的相容性的改善的散热性能提高,上述主树脂可以包括选自由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯 -丙烯腈(SAN)、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、多羟基聚醚、聚醚、聚缩醛酰胺(polypthalamide)、苯氧基树脂、聚氨酯、丁腈树脂、脲基树脂(UF)、三聚氰胺树脂(MF)、不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂及有机硅树脂组成的组中的一种或其混合物或其共聚合物。作为一例,上述主树脂可以为丙烯酸三聚氰胺树脂。对应于上述各树脂的具体类型可以为本领域已知的树脂,因此在本发明中将省略其详细描述。
作为一例,在上述主树脂为环氧树脂时,其实例可以包括选自由缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、直链脂肪族型环氧树脂、橡胶改性环氧树脂及其衍生物组成的组中的一种以上环氧树脂。
具体而言,上述缩水甘油醚型环氧树脂的实例包括苯酚类缩水甘油醚和醇类缩水甘油醚,上述苯酚类缩水甘油醚的实例包括如双酚A型、双酚B型、双酚AD型、双酚S型、双酚F型和间苯二酚等的双酚型环氧树脂、如苯酚酚醛清漆环氧树脂、芳烷基苯酚酚醛清漆和萜烯苯酚酚醛清漆等的酚醛清漆树脂、如邻甲酚醛(o-cresolnovolac)环氧树脂等的甲酚醛环氧树脂等,这些化合物可以单独使用或并用两种以上。
上述缩水甘油胺型环氧树脂的实例包括二缩水甘油苯胺、四缩水甘油二胺基二苯基甲烷、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-m-苯二甲基二胺、1,3-双(二缩水甘油胺基甲基)环己烷、具有缩水甘油醚和缩水甘油胺两种结构的三缩水甘油基-m-胺基苯酚、三缩水甘油基-p-胺基苯酚等,这些化合物可以单独使用或并用两种以上。
上述缩水甘油酯型环氧树脂的实例包括如对羟基苯甲酸和β-羟基萘甲酸等的羟基羧酸、如邻苯二甲酸和对苯二甲酸等的多元羧酸等的环氧树脂,这些化合物可以单独使用或并用两种以上。
上述直链脂肪族型环氧树脂的实例包括1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、环己烷二甲醇、丙三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、季戊四醇、十二氢双酚A、十二氢双酚F、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等的缩水甘油醚,这些化合物可以单独使用或并用两种以上。
作为上述橡胶改性环氧树脂,只要是在骨架具有橡胶和/或聚醚的环氧树脂,就不受特别限制,作为一例,其实例可以为在分子中与羧基改性丁二烯- 丙烯腈弹性体化学键合的环氧树脂(CTBN改性环氧树脂)、丁腈橡胶橡胶改性环氧树脂(NBR改性环氧树脂)、如氨基甲酸酯改性环氧树脂和硅氧烷改性环氧树脂等的橡胶改性环氧树脂,这些化合物可以单独使用或并用两种以上。
然而,将下面描述的绝缘性散热填料,尤其,其中在因与碳化硅的相容性很良好而散热特性、绝缘性散热涂层的耐久性改善方面、绝缘性散热涂层的表面质量改善方面及散热填料的分散性改善方面,作为一例,上述主树脂可以包括由下述化学式1表示的化合物。
[化学式1]
Figure GDA0001877047970000081
上述R1和R2各自独立地为氢原子、C1-C5直链烷基或C3-C5支链烷基,优选为氢原子、C1-C3直链烷基或C3-C4支链烷基,上述R3和R4各自独立地为氢原子、C1-C5直链烷基或C3-C5支链烷基,优选为氢原子、C1-C3直链烷基或C3-C4支链烷基,上述n为使由上述化学式1表示的化合物的重均分子量为400~4000,优选为450~3900的有理数。
若由上述化学式1表示的化学物的重均分子量小于400,则涂料组合物的流动性可能增加,因此可能难以制备绝缘性散热涂层,并且在形成之后,与被粘表面的粘合力也可能降低。若由上述化学式1表示的化学物的重均分子量大于4000,则难以制备具有均匀厚度的绝缘性散热涂层,并且散热填料在涂料组合物中的分散性降低,因此当形成绝缘性散热涂层时,会难以表现出均匀的绝缘性和散热性能。
并且,与可用作上述主树脂的环氧树脂同时包括在涂层形成组分中的固化剂的类型可以根据可选择的环氧树脂的具体类型而不同,固化剂的具体实例可包括本领域已知的固化剂,优选地,可以包括脂肪族多胺类固化剂、芳香族多胺类固化剂、酸酐类固化剂和催化剂类固化剂中的一种以上组分。
具体而言,作为一例,上述脂肪族多胺类固化剂可以为聚乙烯多胺,优选地,可以包括选自由二亚乙基三胺(DETA)、二乙基氨基丙胺(DEAPA)、三亚乙基四胺(TETA)、四乙烯五胺(TEPA)和孟烷二胺(MDA)组成的组中的一种以上。
并且,作为一例,上述芳香族多胺类固化剂可包括选自由间苯二胺 (MPDA)、二氨基二苯砜(DDS)和二苯基二氨基甲烷(DDM)组成的组中的一种以上。
并且,作为一例,上述酸酐类固化剂可包括选自由邻苯二甲酸酐(PA)、四氢邻苯二甲酸酐(THPA)、甲基四氢邻苯二甲酸酐(MTHPA)、六氢邻苯二甲酸酐(HHPA)及甲基纳迪丁酸酐(MNA)组成的组中的一种以上。
并且,作为一例,上述催化剂类固化剂可以包括包含选自由二氰二胺 (DICY)、三聚氰胺、多硫醇、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、三氟化硼单乙胺(BF3-MEA)、二甲基苄胺(BDMA)及苯基咪唑组成的组中的一种以上的催化剂类固化剂组成的组中的一种以上。
另一方面,根据本发明的一实施例,当作为上述主树脂包含由上述化学式 1表示的化合物时,上述涂层形成组分可以作为固化剂包括包含脂肪族多胺类基固化剂的第一固化剂和包含选自由芳香族聚胺类、酸酐类固化剂及催化剂类固化剂组成的组中的一种以上的第二固化剂。由此,在下面描述的绝缘性散热填料中与碳化硅的相容性提高方面很有利,且在如绝缘性散热涂层的粘合性、耐久性及表面质量等所有物理性能方面有利,另外,存在如下的优点,即,即使将散热涂料组合物施加的被粘表面为弯曲表面或形成有台阶的部分而不是平坦表面,也会进一步防止所形成的绝缘性散热涂层产生裂缝或剥离。并且,为了呈现更改善的物理性能,优选地,上述固化剂可以以1:0.5~1.5的重量比包含第一固化剂和第二固化剂,优选地,可以以1:0.6~1.4的重量比包含第一固化剂和第二固化剂。若上述第一固化剂和第二固化剂的重量比小于1:0.5,则与被粘物的粘合强度会降低,若上述第一固化剂和第二固化剂的重量比大于1:1.4,则涂膜的弹性会降低,耐久性也有可能较差。
并且,上述涂层形成组分的固化剂含量相对于100重量份的上述主树脂可以为25~100重量份,更优选地,可以为40~80重量份,若固化剂含量小于25 重量份,则树脂会未固化,或者所形成的绝缘性散热涂层的耐久性会降低。并且,若固化剂含量大于100重量份,则在所形成的绝缘性散热涂层中会产生裂缝,或者绝缘性散热涂层会破裂。
其次,将描述绝缘性散热填料。
作为上述绝缘性散热填料的材料,只要是同时具备绝缘性和散热性的材料,就不受限制地选用。并且,上述绝缘性散热填料的形状和大小不受限制,其结构也可以是多孔结构或无孔结构,可以根据目的进行不同的选择,因此,在本发明中对此没有特别限制。例如,上述绝缘性散热填料可以包括选自由碳化硅、氧化镁、二氧化钛、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化铝、二氧化硅、氧化锌、钛酸钡、钛酸锶、氧化铍、氧化锰、氧化锆及氧化硼组成的组中的一种以上。但是,优选地,考虑到优异的绝缘性和散热性能、绝缘性散热涂层的易形成性、在形成绝缘性散热涂层之后促进实现如均匀的绝缘性和散热性能、绝缘性散热涂层的表面质量等所需的物理性能,优选地,上述绝缘性散热填料可以为碳化硅。
并且,作为上述绝缘性散热填料,可以使用对表面使用如硅烷基、氨基、胺基、羟基、羧基等的功能基团进行改性的填料,此时,上述功能基团可以直接键合到填料的表面,或通过具有1-20个碳原子的取代或未取代的脂族烃或具有6-14个碳原子的取代或未取代的芳族烃间接键合到填料。
并且,上述绝缘性散热填料可以是如碳类或金属等已知的导电散热填料用作芯且绝缘组分用作围绕上述芯的核壳型填料。
并且,上述绝缘性散热填料的平均粒径可以为10nm~15μm,优选地,可以为30nm~12μm。若平均粒径小于10nm,则产品单价有可能上升,并且在实现为绝缘性散热涂层之后沾在表面上的绝缘性散热填料的量可能增加,导致散热性能恶化。并且,若平均粒径大于15μm,则表面均匀性可能降低。另一方面,为了提高缘性散热填料的分散性,所设置的绝缘性散热填料的D50和D97的比率可以为1:4.5以下,优选地,可以为1:1.2~3.5。若D50和D97的比率大于1:4.5,则表面的均匀性会降低,散热填料的分散性较差,因此可能无法均匀地呈现散热效果,并且,因包括具有相对大粒径的颗粒而导热率可能相对较高,但无法呈现所需的散热特性。上述D50和D97是指在体积累积粒度分布中累积度分别为50%和97%时的绝缘性散热填料的粒径。具体而言,在绘制从在横轴上的最小粒径侧和在纵轴上的最小粒径侧起的体积累积频率的图表(基于体积的粒径分布)中,对于整个颗粒的体积累积值(100%),从最小粒径起的体积%的累积值分别为50%和97%的颗粒的粒径相当于D50和D97。上述绝缘性散热填料的体积累积粒度分布可使用激光衍射散射粒度分布装置来进行测量。
另一方面,上述绝缘性散热填料的平均粒径可以根据绝缘性散热涂层的涂膜厚度而改变,例如,在形成厚度为25μm的绝缘性散热涂层时,可以使用平均粒径为1~7μm的散热填料,在形成厚度为35μm的绝缘性散热涂层时,可以使用平均粒径为8~12μm的散热填料。但是,为了进一步提高散热填料在组合物中的分散性,优选使用同时满足根据本发明的散热填料的平均粒径范围和上述D50 和D97的比率范围的绝缘性散热填料。
上述绝缘性散热填料的含量相对于100重量份的上述主树脂可以为25~70 重量份,为了呈现进一步提高的物理性能,优选地,可以为35~60重量份。若上述绝缘性散热填料的含量相对于100重量份的主树脂小于25重量份,则无法呈现所需水平的散热性能。并且,若上述绝缘性散热填料的含量大于70重量份,则所实现的绝缘性散热涂层的粘合力降低,导致容易发生剥离,且绝缘性散热涂层的硬度增加,从而很容易因物理冲击而破裂或破碎。并且,随着在绝缘性散热涂层的表面上突出的散热填料增加,表面粗糙度增加,导致绝缘性散热涂层的表面质量劣化。另外,即使进一步包含绝缘性散热填料,也散热性能的提高程度会甚微。并且,在为了实现较薄的绝缘性散热涂层而用散热涂料组合物处理被涂表面的过程中,当使用有些涂覆方法时,例如,当使用喷涂法进行涂覆时,组合物难以均匀涂覆到被涂表面,且由于分散在组合物中的散热填料的分散性降低而即使用组合物处理被涂表面也散热填料不均匀地分散布置,因此,可能难以在绝缘性散热涂层的整个表面上呈现均匀的绝缘性和散热性能。
其次,将描述可以进一步包括在绝缘性散热涂料组合物中的物理性能增强组分。
上述物性增强组分起到在根据本发明的绝缘性散热涂料组合物涂覆在被涂表面上时呈现出进一步改善的绝缘性和耐热性且呈现出优异的粘合性来提高耐久性的作用。
上述物性增强组分可以是硅烷类化合物,并且可以不受限制地使用本领域中使用的已知硅烷类化合物,但当与上述的涂层形成组分的主树脂、绝缘性散热填料中的碳化硅一同使用时,为了通过所需物性的协同作用呈现出显着的耐久性和散热性,可以包括选自由3-[N-苯基-N-(2-氨基乙基)]氨丙基三甲氧基硅烷、3-(N-苯基-N-缩水甘油基)氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(N-苯基-N-甲基丙烯酰基)氨基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧丙基甲基乙氧基硅烷、N, N-双[3-(三甲氧基乙烯基)丙基]甲基丙烯酰胺、γ-缩水甘油氧基三甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基甲氧基硅烷、β(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、十七氟代癸基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、 3-甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、甲基三(二甲基甲硅烷氧基)硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷及N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷组成的组中的一种以上。
并且,优选地,上述物性增强组分的含量相对于100重量份的主树脂可以为0.5~20重量份。若物性增强组分的含量小于0.5重量份,则可能通过物性增强组分无法同时实现如散热性和粘合性改善等所需水平的物理性能。若物性增强组分的含量大于20重量份,则与被涂表面的粘附力会下降。
另一方面,上述绝缘性散热涂料组合物可以包括着色剂和消光剂,上述着色剂可以使因光、空气、湿气或极端温度造成的颜色损失最小化的着色剂,上述消光剂用于消除光,以呈现涂膜表面的稳定性。
上述着色剂可以为已知的颜料、色素等。作为一例,若对颜料进行具体说明,则上述颜料可以为有机颜料和/或无机颜料,无机颜料的实例可以为如黄铅、钼酸盐(molybdate)和铬酸锌(zinc chromate)等的铬酸盐、如二氧化钛、氧化铁、氧化锌和氧化铬等的氧化物、如氧化铁硫和白色铝酸盐(Aluminate white) 等的氢氧化物、如绀青色和炭黑等的其他无机颜料。有机颜料大致分为偶氮颜料和酞菁(Phthalocyanine)颜料,上述偶氮颜料主要包括黄色到红色,上述酞菁颜料主要包括蓝色到绿色,此外,金属络盐颜料、缩合多环体系如蒽醌 (Anthraquinone)、硫靛(Thioindigo)、紫环酮(perinone)、花系(perylene)、喹吖啶酮(Quinacridone)、二恶嗪(Dioxazine)、喹酞酮(Quinophthalone)及异吲哚啉酮(Isoindolinone)颜料等、硝基(Nitro)颜料、亚硝基(Nitroso) 颜料及其他碱性蓝(Alkali blue)、苯胺黑(Aniline Black)等。考虑到根据所需实现的颜色的颜料的具体种类和颜色程度,可以适当调节上述颜料的含量,作为一例,上述着色剂的含量相对于100重量份的主树脂可以为10~60重量份,优选地,可以为35~55重量份,但本发明不限于此。
并且,上述消光剂可以包括选自由二氧化钛、二氧化硅气凝胶、二氧化硅水凝胶、PP蜡、PE蜡、PTFE蜡、脲醛树脂及苯胍胺甲醛树脂组成的组中的一种以上,优选地,可以包括二氧化钛。并且,上述消光剂的含量相对于100重量份的上述主树脂可以为30~60重量份,优选地,可以为35~55重量份,但本发明不限于此。
可用作上述着色剂的滑石和可用作消光剂的二氧化钛与上述绝缘性散热填料一同用于填料来能够提高耐电压特性。
另一方面,上述绝缘性散热涂料组合物还可包括用于改善绝缘性散热涂层的阻燃性的阻燃剂。
上述阻燃剂可以使用在本领域中用作阻燃剂的已知组分,例如,可以使用三锌双(正磷酸盐)、磷酸苯酯(Tryphenyl phosphate)、磷酸三甲苯酯(Trixylenyl phosphate)、磷酸三甲苯酯(Tricresyl phosphate)、三苯基磷酸酯(Triisophenyl phosphate)、三氯乙基磷酸酯(Tris-Choloroethylphosphate)、三氯丙基磷酸酯 (Tris-Chloroprophyphosphate)、间苯二酚二磷酸酯(Resorcinol di-phosphate)、芳香族多磷酸盐(Aromatic polyphosphate)、多磷酸铵(Polyphosphoric acid ammonium)及赤磷(RedPhosphorous)组成的组中的一种以上。并且,上述阻燃剂的含量相对于100重量份的上述主树脂可以为10~35重量份,优选地,可以为15~30重量份。
另一方面,上述绝缘性散热涂料组合物还可包括用于提高绝缘性散热填料的分散性且实现均匀的绝缘性散热涂层的分散剂和溶剂。
上述分散剂可以使用在本领域中作为绝缘性散热填料的分散剂使用的已知组分。例如,其实例包括有机硅类分散剂、聚酯类分散剂、聚苯醚类分散剂;聚烯烃类分散剂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物分散剂、聚芳酯类分散剂、聚酰胺类分散剂、聚酰胺酰亚胺类分散剂、聚芳基砜类分散剂、聚醚酰亚胺类分散剂、聚醚砜类分散剂、聚苯硫醚类分散剂、聚酰亚胺类分散剂、聚醚酮类分散剂、聚苯并恶唑类分散剂、聚恶二唑类分散剂、聚苯并噻唑类分散剂、聚苯并咪唑类分散剂、聚吡啶类分散剂、聚三唑类分散剂、聚吡咯烷类分散剂、聚二苯并呋喃类分散剂、聚砜类分散剂、聚脲类分散剂、聚氨酯类分散剂或聚磷腈类分散剂等,这些分散剂既可单独使用,或也可以使用选自这些分散剂中的两种以上的混合物或共聚物。并且,例如,上述分散剂可以为有机硅类分散剂。
并且,优选地,上述分散剂的含量相对于100重量份的绝缘性散热填料可以为0.5~20重量份。若分散剂的含量相对于100重量份的绝缘性散热填料小于 0.5重量份,则有可能无法实现所需效果,若分散剂的含量大于20重量份,则被粘物的粘合强度会降低,或在涂膜表面上可能出现针孔(Pin hole)和橘皮皱 (Orange Peel)。
并且,上述溶剂可以根据所选择的主树脂、固化剂等进行相应的选择,在本发明中对此没有特别限制。作为上述溶剂,可以使用允许每种组分适当溶解的任何溶剂,例如,可以使用选自由如水等水类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、胺类溶剂、酯类溶剂、酰胺类溶剂、卤代烃类溶剂、醚类溶剂及呋喃类溶剂组成的组中的一种以上。
并且,上述绝缘性散热涂料组合物还可包括用于防止由于紫外线引起的泛黄的紫外线稳定剂。
上述紫外线稳定剂可以使用在本领域中作为绝缘性散热涂料组合物的紫外线稳定剂使用的已知组分。例如,其实例可以包括选自由2-(2'-羟基-3,5'-二(1,1- 二甲基苄基-苯基)-苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、 2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯-苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基) -苯并三唑、2-(5-甲基-2-羟基-苯基)-苯并三唑、2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、四[亚甲基-3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]甲烷、十八烷醇-3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯、2,2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二-叔丁基苯基)-亚磷酸酯、双(2,4-二-叔丁基)、季戊四醇-二亚磷酸酯烷基酯亚磷酸酯、二芳基硫代-二-丙酸酯、二硬脂基硫代-二-丙酸酯及二肉豆蔻基硫代-二- 丙酸酯组成的组中的一种以上。并且,例如,上述紫外线稳定剂可以为2-(2'- 羟基-3,5'-二(1,1-二甲基苄基-苯基)-苯并三唑。
并且,优选地,上述紫外线稳定剂的含量相对于100重量份的主树脂可以为0.05~2重量份。若紫外线稳定剂的含量相对于100重量份的主树脂小于0.05 重量份,则无法实现所需效果,若紫外线稳定剂的含量大于2重量份,则绝缘性散热涂层的粘合强度和耐冲击性会降低。
并且,上述绝缘性散热涂料组合物还可包括用于防止涂覆干燥膜的变色和由氧化引起的如脆性、粘合强度等物理性能降低的抗氧化剂。
上述抗氧化剂可以使用在本领域中作为绝缘性散热涂料组合物的抗氧化剂使用的已知组分。例如,上述抗氧化剂可以包括选自由三甲基磷酸酯、三苯基磷酸酯、三(2,4-二-叔丁基苯基)磷酸酯、三甘醇-双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5- 甲基苯基)丙酸酯、1,6-己烷-二醇-3(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、季戊四醇四(3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、2-羟基二苯甲酮、2-羟基苯基苯并噻唑、受阻胺、有机镍化合物、水杨酸盐、肉桂酸衍生物、间苯二酚单苯甲酸酯、草酰替苯胺及对羟基苯甲酸酯组成的组中的一种以上。并且,例如,上述抗氧化剂可以为2-羟基苯基苯并噻唑。
并且,优选地,上述抗氧化剂的含量相对于100重量份的上述主树脂可以为0.1~3重量份。若抗氧化剂的含量相对于100重量份的主树脂小于0.1重量份,则有可能发生变色,若抗氧化剂的含量大于3重量份,则脆性和粘合强度可能会降低。
并且,可以将一种或两种以上的添加剂,诸如流平剂、pH调节剂、离子捕集剂、粘度调节剂、触变剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、脱水剂、抗静电剂、抗真菌剂、防腐剂等添加至上述绝缘性散热涂料组合物。上面列出的各种添加剂可以使用在本领域中已知的添加剂,且在本发明中不受特别的限制。
上述的本发明的一实施例的绝缘性散热涂料组合物的粘度在25℃下可以为5~600cps。若绝缘性散热涂料组合物的粘度小于5cps,则有可能因组合物的流下等而难以产生绝缘性散热涂层,在产生绝缘性散热涂层之后也与线筒的外表面的粘合力可能劣化。若绝缘性散热涂料组合物的粘度大于600cps,则难以制备具有较薄的绝缘性散热涂层,即使制备绝缘性散热涂层也其表面会不均匀,且涂覆工艺会不容易,尤其,当通过喷涂方式进行涂覆时,会难以进行涂覆工艺。并且,在绝缘性散热涂层中的绝缘性散热填料的分散性会降低。
另一方面,本发明的一实施例的绝缘性散热涂料组合物的基于以下热辐射评价方法的热辐射效率可以为10%或更大。
具体而言,热辐射评价方法如下,即,在温度为25℃且湿度为50%的封闭系统中,将表面积为4cm2的88℃的热源以紧贴的方式位于包括在厚度为1.5mm、宽度为35mm、长度为34mm的铝板的上表面上用绝缘性散热涂料组合物处理来形成的厚度为25μm的绝缘性散热涂层的样品的下方正中央,测量的样品正中央的上方5cm处的温度,而且,以相同的方法测量未形成绝缘性散热涂层的单独铝板的温度,根据下述数学式1测量热辐射效率。此时,上述封闭系统可以为具有32㎝的宽度、30㎝的长度、30㎝的高度的丙烯酸室,上述的样品可以被放置在上述封闭系统的中心部分。并且,作为上述热源,只要是温度可被调节到预定温度且可保持在上述预定温度的热源,就可以不受限制地使用。作为一例,上述热源可以是具有预定功耗的LED。
[数学式1]
Figure GDA0001877047970000141
根据上述数学式1计算的热辐射效率高就意味着热辐射特性良好,以能够快速向空气中辐射热量。根据本发明的一实施例的绝缘性散热涂料组合物的根据上述数学式1计算的热辐射效率为30%或更大,更优选地,80%或更大,因此可以确认热辐射特性非常良好。
在上述绝缘性散热涂层中,绝缘性散热填料104b的含量相对于总重量可以为10重量%或更大,但本发明不限于此,可以根据所需的散热特性、绝缘特性等的程度而改变。
另一方面,上述散热构件呈现非常优异的导热性能和辐射性能,以能够容易地应用在用于线圈部件的线筒,由此,可以通过将线圈部件中产生的热量快速传导并向外辐射,从而防止线圈部件的物理性能降低。并且,上述散热构件在外表面上进一步包括绝缘膜,从而可以防止由于施加到缠绕的一对线圈上的电流而导致的短路。或者,在散热构件的外表面上进一步包括绝缘性散热涂层,使得其与上述散热构件一起表现出进一步改善的散热性能且可以呈现绝缘性。上述用于线圈部件的线筒的形状、尺寸等可以采用已知的形状和尺寸,因此在本发明中对此没有特别限制。
其次,容纳在上述上线筒100A和下线筒100B中的磁芯10可以由选自由非晶软磁合金、含有晶粒的软磁合金、铁氧体、硅钢板、砂土及坡莫合金组成的组中的一种以上的磁性材料形成。上述非晶软磁合金可以为在如Fe、Ni、Co 等的过渡金属中添加具有非晶形成能力的Si、B、C和P等的元素而成的合金,只要是已知的非晶软磁合金,就可不受限制地使用。其实例可以包括Fe-Si-B 类、Fe-Si-B-Cr类、Co-Si-B类、Co-Zr类、Co-Nb类及Co-Ta类等。并且,上述含有晶粒的软磁合金可以为已知的结晶软磁合金,其实例可以包括Fe类、 Co类、Ni类、Fe-Ni类、Fe-Co类、Fe-Al类、Fe-Si类、Fe-Si-Al类及Fe-Ni-Si-Al 类。另一方面,上述非晶合金可以在由非晶母合金制成之后,通过另外的热处理部分或全部含有晶粒。因此,即使上述非晶合金具有非晶组成,也可以包括晶粒。并且,上述铁氧体可以为已知的铁氧体,作为一例,可以包括选自由 Mn-Zn类铁氧体、Ni-Zn类铁氧体、Ni-Co类铁氧体、Mg-Zn类铁氧体、Cu-Zn 类铁氧体及以钴取代的Y形或Z形六方晶系铁氧体组成的组中的至少一种。此时,上述铁氧体可以为包括氧化铁和选自由镍、锌、铜、镁和钴组成的组中的至少三种金属的氧化物的铁氧体,例如Ni-Cu-Zn类铁氧体和Ni-Cu-Co-Zn类铁氧体等,但本发明不限于此。此时,铁氧体中的镍、锌、铜、镁和钴的含量可以根据目的而改变,因此在本发明中对此没有特别限制。
并且,上述硅钢板、坡莫合金和砂土可具有常规已知的组成,并且每个组成的具体组成比可根据目的而改变,在本发明中对此没有特别限制。
上述磁芯10可以为使将由粉末形成的母合金或制成带状的母合金球磨来得到的粉末与粘合剂混合以成型为所需形状的压粉磁芯、通过缠绕制成薄带或板状的合金而制备的带绕磁芯或通过堆叠制成薄带或板状的合金而制备的层叠磁芯。此时,上述压粉磁芯、带绕磁芯及层叠磁芯的具体制造方法可以采用已知方法,因此在本发明中对此没有特别限制。上述磁芯10的形状可以根据目的而不同,但如图2b所示可在磁芯的中心部分包括贯通口。
并且,上述磁芯10的尺寸可以根据使用线圈部件的应用物而不同,因此在本发明中对此没有特别限制。
另一方面,当磁芯10被容纳于上述线筒100的内部空间中时,难以形成因线筒100的内部空间和磁芯10彼此完全整合而在线筒100的内表面和磁芯10 的外表面之间没有空气层的物理紧贴的界面,在此情况下,即使线筒100为散热构件,也无法向外快速辐射并除去在磁芯产生的热量。因此,在容纳有上述磁芯10的线筒100的内部空间还可包括热界面材料(TIM)。上述热界面材料可以为已知的材料,作为一例,可以为包括导热油脂、导热相变材料(Thermally Conductive Phase Change Material)、散热填料的散热填充剂,但本发明不限于此。
其次,上述线圈200通过将导电线材缠绕在线筒100的外表面上而形成,此时,至少两个线材201、202可以以彼此隔开的方式缠绕。具体而言,如图2a 所示,当将线筒100被分成两半,线材可以缠绕在分割的各个区域,以形成所隔开的一对线圈200。
作为上述线圈200,只要是常规用于线圈部件的材料,就不受限制地使用,作为一例,可以使用具有优异导电性的金属,例如,Ag、Pd、Cu、Al或其合金等。上述线圈200的直径可以取决于根据用途的公共享模块线圈部件的尺寸而不同地选择,因此在本发明中对此没有特别限制。并且,缠绕在线筒的外部上的线圈200的匝数也可以根据所需的物理性能程度而不同地设计,因此,在本发明中对此没有特别限制,作为一例,一个线圈可缠绕2~500圈。
另一方面,如图3a和图3b所示,本发明的一实施例的线圈部件1000’可以进一步包括绝缘性散热涂层300,上述绝缘性散热涂层300涂覆在包括作为上述散热构件的线筒100A、100B的外表面和缠绕在上述线筒100A、100B的外部的线圈200的线圈部件的外表面上。在进一步包括上述绝缘性散热涂层300 时,可以与作为散热构件的线筒100A、100B一同呈现更加提高的散热性能,且能够防止由于过热引起的线圈部件的功能劣化。关于上述绝缘性散热涂层 300的说明与上述内容相同,因此,下面将省略其具体说明。
并且,如图4a和图4b所示,本发明的另一实施例的线圈部件2000包括绝缘性散热涂层2400,上述绝缘性散热涂层2400以覆盖上述线筒2200的外表面和缠绕在上述线筒2200的外部的线圈2300的方式涂覆在线圈部件2000的外表面上,上述线筒2200通过使上线筒2200A和下线筒2200b容纳磁芯2100并结合一体而成。
关于上述磁芯和线圈的说明与上述内容相同,因此将以与上述线圈部件 1000、1000'之间的区别为中心进行说明。
上述线筒2200可以由常规用于线圈部件的材料制成,只要是具有绝缘性能的材料,就不受限制地使用。然而,由于由一般材料制成的线筒2200具有低导热和散热性能,因此上述线筒220可以包括涂覆在其外表面上的绝缘性散热涂层(图中未示出)。
并且,线圈部件2000包括绝缘性散热涂层2400且通过上述绝缘性散热涂层2400呈现改善的散热性能,上述绝缘性散热涂层2400涂覆在上述线筒2200 和缠绕于上述线筒2200的外部的线圈2300上。上述绝缘性散热涂层2400可以包括涂层2410和分散于上述涂层2410内部的绝缘性散热填料2420,关于其材料、含量、形成方法等的说明与上述内容相同,因此将省略其具体说明。
并且,在上述线筒2200的内部面和容纳于线筒2200的磁芯2100之间的空的空间还可包括热界面材料(TIM)。
并且,如图5a和图5b所示,本发明的又一实施例的线圈部件3000包括:磁芯3100;绝缘膜3200,涂覆在上述磁芯3100上;一对线圈3300,缠绕在上述绝缘膜的外部;及绝缘性散热涂层3400,以覆盖上述绝缘膜3200的外表面和缠绕在上述绝缘膜3200的外部的线圈3300的方式涂覆在线圈部件的外表面上。
在以与上述线圈部件1000、1000'、2000之间的区别为中心说明的情况下,根据图5a和图5b的线圈部件3000包括直接涂覆在磁芯3100的外表面上的绝缘膜3200而不包括线筒。上述绝缘膜3200可以包括选自由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯 -丙烯腈(SAN)、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、多羟基聚醚、聚醚、聚缩醛酰胺(polypthalamide)、苯氧基树脂、聚氨酯、丁腈树脂、脲基树脂(UF)、三聚氰胺树脂(MF)、不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂及有机硅树脂组成的组中的一种以上聚合物组分,在熔融后通过冷却或固化反应固化以形成绝缘膜3200,其具体形成方法可以为根据所选择的聚合物组分的种类的已知的涂覆方法,作为一例,浸涂、逗号涂布、喷涂等。
上述绝缘膜3200的厚度可以为0.1~100㎜,但本发明不限于此。并且,上述绝缘膜3200还可包括上述绝缘性散热填料,以更有效地排出从磁芯产生的热量,此时,具有上述绝缘性散热填料的绝缘膜可以与上述的绝缘性散热涂层相同。
并且,本发明可广泛应用于如具有上述线圈部件1000、1000'、2000、3000 的变压器、EMI滤波器、PFC电路和电流传感器等的各种电子部件、电子设备、汽车等。这些电子部件、电子设备、汽车等可以进一步包括除了上述线圈部件之外的已知配置。
以下,通过实施例更加详细说明本发明。这些实施例只用于例示本发明,不解释为本发明的发明要求保护范围局限于这些实施例,这对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。
<实施例1>
通过使用混合器以3:2的重量比混合镍(Ni)粉末与石墨10分钟来制备原料粉末,向高频热等离子体装置注入分别作为中心气体和鞘气体的30lpm氩气和50lpm氩气。之后,作为等离子炬电源施加17kW以产生高温热等离子体,在注入原料粉末之前将设备的真空度保持在500torr,并通过等离子体产生电极部的喷嘴向高频等离子体反应部内部注入与石墨混合的原料粉末,仅镍(Ni) 粉末通过选择性的气化过程来结晶化为纳米粉末,与石墨表面结合,从而制备石墨-纳米金属复合物。
之后,在三羟甲基氨基甲烷缓冲液(TBS,Tris buffer solution,100mM) 中溶解0.5mM浓度的多巴胺单体,在1L的上述溶液中混合5g的上述石墨-纳米金属复合物,在常温和大气状态下搅拌了两个小时。为了提高多巴胺与石墨- 纳米金属复合物上的镍的反应速度,相对于100重量份的多巴胺单体添加10 重量份10%的氧化剂作为催化剂来进行了搅拌。
在搅拌2小时之后通过过滤器过滤未反应物质,利用去离子水清洗2次,然后在常温条件下进行干燥来制备了形成有多巴胺层的石墨-纳米金属复合物。
之后,相对于100重量份聚酰胺6混合46重量份的所制备的石墨-纳米金属复合物和7.7重量份的作为强度增强剂的玻璃纤维,然后向同向双螺杆挤出机的主料斗和侧进料器投入上述混合物,然后在280℃的桶温条件下熔融并挤出后形成粒料。将得到的粒料在热风干燥器中干燥并注塑成型为图2a的线筒 100形状,以制造线筒。
为了提高所制造的线筒的散热特性,在线筒的整个外表面上固化在下述准备例1中制备的散热涂料组合物,进行喷涂使得最终厚度为25μm,然后在150℃的温度下热处理10分钟,以形成绝缘性散热涂层。
之后,将由Mn-Zn类铁氧体实现的环形压粉磁芯如图2b所示组装,将两根铜线以彼此不接触的方式分别缠绕在线筒的外表面上,以制造如图1所示的线圈部件。
准备例1
混合并搅拌如下化合物,即,相对于100重量份的作为主树脂的由下述化学式1表示的化合物包括60重量份的固化剂的涂层形成组分,上述固化剂以 1:1的重量比包括作为第一固化剂的聚乙烯多胺和作为第二固化剂的2,4,6-三 [N,N-二甲基氨基]甲基]苯酚,47重量份的平均粒径为5μm且D50和D97的比率为1:1.6的碳化硅、3重量份的作为环氧硅烷化合物的物性增强组分(Shanghai Tech Polymer Technology,Tech-7130)、44重量份的作为着色剂的滑石、44重量份的作为消光剂的二氧化钛、22重量份的作为阻燃剂的三锌双(正磷酸盐)、 0.5重量份的作为紫外线稳定剂的2-(2'-羟基-3,5'-二(1,1-二甲基苄基-苯基)-苯并三唑、1重量份的作为抗氧化剂的2-羟基苯基苯并噻唑、5重量份的作为分散剂的异丁醛和尿素的缩合物、作为溶剂的13重量份的1-丁醇、13重量份的乙酸正丁酯、13重量份的2-甲氧基-1-甲基乙酸乙酯、9重量份的甲乙酮、37 重量份的乙酸乙酯、9重量份的甲苯、43重量份的4-甲基-2-戊酮及103重量份的二甲苯。在搅拌后,除去混合物中含有的气泡,在25℃下将最终粘度调节至 100~130cps,以制备如下表1所示的绝缘性散热涂料组合物,然后在5℃下保存。
[化学式1]
Figure GDA0001877047970000181
上述R1至R4各自为甲基、并且上述n为使由上述化学式1表示的化合物的重均分子量为2000的有理数。
<实施例2~24>
除了代替准备例1的绝缘性散热涂料组合物而使用如下表1、表2、表3 或表4所示的准备例的绝缘性散热涂料组合物之外,其余以与实施例1相同的方式制备如下表1、表2、表3或表4所示的线圈部件。
<实验例1>
将实施例的制备过程中制备的散热涂料组合物(制备例1~23及比较准备例1)喷涂在由铝材料(Al 1050)形成的厚度为1.5mm、宽度为35mm、长度为34mm的基材的整个表面上以进行处理,使得最终厚度为25μm,然后在150℃的温度下热处理10分钟,制备形成有绝缘性散热涂层的样品,然后评价下述的物理性能,以表示于表1至表4中。
1.导热性评价
在将样品位于宽度、长度及高度分别为32cm×30cm×30cm的丙烯酸室的中心之后,将室内温度和样品的温度调节为25±0.2℃。之后,通过TIM(导热带: 1W/mk)将宽度和长度分别为20mm×20mm的LED粘附到样品以用作热源。将2.1W(DC 3.9V,0.53A)的输入功率施加到热源以产生热量,在保持90分钟之后,测量样品的温度以评价导热率。具体而言,基于在相同条件下针对未设置散热涂层的由铝制成的基材测量的温度,根据下述数学式2计算导热率。
[数学式2]
Figure GDA0001877047970000191
2.热辐射性评价
在将样品放位于宽度、长度及高度分别为32cm×30cm×30cm的丙烯酸室的中心之后,将室内温度和样品的温度调节为25±0.2℃。之后,通过TIM(导热带:1W/mk)将宽度和长度分别为20mm×20mm的LED粘附到样品(样品1) 以用作热源。之后,将2.1W(DC 3.9V,0.53A)的输入功率施加到热源,在保持90分钟之后,测量从样品的正中央的上部5cm处的温度,在相同条件下在 90分钟之后针对未设置散热涂层的由铝制成的基材(样品2)的温度进行测量,根据下述数学式1计算。
[数学式1]
Figure GDA0001877047970000192
3.散热性能的均匀性评价
在将样品位于宽度、长度及高度分别为32cm×30cm×30cm的丙烯酸室的中心之后,将室内温度和样品的温度调节为25±0.2℃,将室内的湿度调节为50%。之后,通过TIM(导热带:1W/mk)将宽度和长度分别为20mm×20mm的LED 粘附到样品以用作热源。将2.1W(DC 3.9V,0.53A)的输入功率施加到热源以产生热量,在保持90分钟之后,测量以样品的上部面的正中央为中心点的半径为15mm的圆中的任意10个点的温度来根据下述数学式3计算发热温度的误差。误差越小,可以解释为散热性能越均匀,并且绝缘性散热涂层的散热填料的分散性越高。在发热温度的误差中最大值示于表中。
[数学式3]
Figure GDA0001877047970000201
4.耐久性评价
将样品放置在温度为60℃且相对湿度为90%的腔室中,在经过480小时后,用肉眼评价样品的表面状态。评价结果,通过确认绝缘性散热涂层是否发生裂缝或剥离(翘起)来将没有异常的情况表示为○,将发生异常的情况表示为×。
5.粘合性评价
针对经过耐久性评价的样品用刀以1mm的间隔进行横切。然后,将透明胶带粘附在切割表面上并以60°的角度拉伸,之后确认绝缘性散热涂层的剥离状态。基于ISO 2409进行评价(5B:0%、4B:5%以下、3B:5~15%、2B:15~35%、 1B:35~65%、0B:65%以上)。
6.表面质量评价
为了确认样品的表面质量,用手触摸表面来确认是否感觉凹凸不平或粗糙。当有一种平滑的感觉时,以5表示,当在样品外表面的整个面积中有粗糙感的部分的面积为2%以下时,以4表示,当在样品外表面的整个面积中有粗糙感的部分的面积大于2%且5%以下时,以3表示,当在样品外表面的整个面积中有粗糙感的部分的面积大于5%且10%以下时,以2表示,当在样品外表面的整个面积中有粗糙感的部分的面积大于10%且20%以下时,以1表示,当在样品外表面的整个面积中有粗糙感的部分的面积大于20%时,以0表示。
表1
Figure GDA0001877047970000202
Figure GDA0001877047970000211
表2
Figure GDA0001877047970000212
表3
Figure GDA0001877047970000221
表4
Figure GDA0001877047970000222
Figure GDA0001877047970000231
由上表1至表4所示,可以确认主树脂的重均分子量在本发明的优选范围内的准备例1、5、6与不满足上述优选范围的准备例4、7相比,同时达到粘合性、耐久性及散热性能的均匀性。
并且,可以确认固化剂的含量在本发明的优选范围内的准备例1、9、10 与不满足上述优选范围的准备例8、11相比,同时达到导热率、耐久性及粘合性。
并且,可以确认第一固化剂和第二固化剂的重量比在本发明的优选范围内的准备例1、13、14与不满足上述优选范围的准备例12、15相比,同时达到粘合性和耐久性。
并且,可以确认绝缘性散热填料的平均粒径在本发明的优选范围内的准备例1、17、18与不满足上述优选范围的准备例16、19相比,同时达到热辐射效率、导热率及表面质量。
并且,可以确认D50和D97的比率在本发明的优选范围内的准备例1、20 与不满足上述优选范围的准备例21相比,同时达到分散性、表面质量、热辐射效率及粘合性。
并且,至于散热填料的含量,可以确认准备例1、2、3与准备例22、23 相比,散热性能和表面质量都显著优异。
并且,可以确认不包含散热填料的比较制备例1的热辐射性显著低于准备例1的热辐射性。
<实验例2>
在实验例1中制备的样品中,对根据实施例1的准备例1的样品(准备例 1)和比较例1的比较准备例1的样品的导热率通过稳态热流法(Steady State Heat Flow Method)进行测量,根据下述数学式4评价导热率的相对增益。结果显示于下表5中。
[数学式4]
Figure GDA0001877047970000232
表5
Figure GDA0001877047970000241
如上述表5所示,包括根据本发明的绝缘性散热填料的准备例1的导热率显著高于不包括上述绝缘性散热填料的比较准备例1的导热率,由此可知呈现出优异的散热性能。
<实验例3>
对根据实施例1、实施例2、实施例3及实施例23制备的线圈部件中除去铜线圈的形成有绝缘性散热涂层的线筒进行电阻值测量。具体而言,通过4端子法测量电阻值,其结果显示在下表6中。
表6
Figure GDA0001877047970000242
如上表6所示,根据本发明的实施例1~3与包括相对大量的绝缘性散热填料的实施例23相比呈现显著高的电阻值,由此可知,可以呈现优异的绝缘性能。
如上对本发明的一实施例进行说明,但本发明的主旨并不限于本发明中的实施例,本领域的技术人员在相同主旨范围内,可通过对构成要件的附加、修改、删除、增加等容易地提出其它实施例,而这些也属于本发明的主旨范围。

Claims (15)

1.一种线圈部件,其特征在于,包括:
磁芯;
线筒,容纳上述磁芯;及
至少一对线圈,缠绕在上述线筒的外部,
其中,上述线筒为包括聚合物基质和石墨-纳米金属复合物的散热构件,上述石墨-纳米金属复合物被设置为分散于上述聚合物基质上,且通过在石墨的表面上结合纳米金属颗粒而成,
在上述线筒的外表面包括绝缘性散热涂层,上述绝缘性散热涂层通过用绝缘性散热涂料组合物处理线筒的外表面而成,上述绝缘性散热涂料组合物包括:含有主树脂的涂层形成组分;及绝缘性散热填料,
上述绝缘性散热涂料组合物的基于以下热辐射评价方法的热辐射效率为30%或更大,
[热辐射评价方法]
在温度为25℃且湿度为50%的封闭系统中,将表面积为4cm2的88℃的热源以紧贴的方式位于包括在厚度为1.5mm、宽度为35mm、长度为34mm的铝板的上表面上用绝缘性散热涂料组合物处理来形成的厚度为25μm的绝缘性散热涂层的样品1的下方正中央,在经过90分钟后,测量样品1正中央的上方5cm处的温度,而且,以相同的方法测量未形成绝缘性散热涂层的作为单独铝板的样品2的温度,根据下述数学式1测量热辐射效率:
[数学式1]
Figure FDA0002732751060000011
2.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,
上述纳米金属颗粒为结晶纳米颗粒,
上述石墨-纳米金属复合物还包括涂覆在上述纳米金属颗粒上的聚多巴胺层,以便改善上述聚合物基质与石墨-纳米金属复合物之间的界面特性。
3.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,
上述石墨-纳米金属复合物在上述散热构件中的含量为10~95重量%。
4.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,在上述散热构件的外表面还包括绝缘膜,上述绝缘膜由选自由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、多羟基聚醚、聚醚、聚缩醛酰胺、苯氧基树脂、聚氨酯、丁腈树脂、脲基树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂及有机硅树脂组成的组中的一种以上聚合物组分形成。
5.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,还包括绝缘性散热涂层,上述绝缘性散热涂层以覆盖上述线筒的外表面和缠绕在上述线筒的外部的线圈的方式涂覆在线圈部件的外表面上。
6.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,还包括填充于容纳磁芯的线筒内部的空间中的热界面材料。
7.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,上述主树脂是可固化树脂,并且上述涂层形成组分还包括固化剂,上述固化剂的含量相对于100重量份的上述主树脂为25~100重量份。
8.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,
上述绝缘性散热填料的含量相对于100重量份的上述主树脂为25~70重量份。
9.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,
上述主树脂包括由下述化学式1表示的化合物:
[化学式1]
Figure FDA0002732751060000021
上述R1和R2各自独立地为氢原子、C1~C5直链烷基或C3~C5支链烷基,上述R3和R4各自独立地为氢原子、C1~C5的直链烷基或C3~C5的支链烷基,上述n为使由上述化学式1表示的化合物的重均分子量为400~4000的有理数。
10.根据权利要求7所述的线圈部件,其特征在于,
上述固化剂以1:0.5~1.5的重量比包括第一固化剂和第二固化剂,上述第一固化剂包括脂肪族多胺类固化剂,上述第二固化剂包括选自由芳香族聚胺类固化剂、酸酐类固化剂及催化剂类固化剂组成的组中的一种以上。
11.根据权利要求10所述的线圈部件,其特征在于,上述脂肪族多胺类固化剂包括聚乙烯多胺。
12.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,上述绝缘性散热填料包括碳化硅。
13.根据权利要求1所述的线圈部件,其特征在于,上述绝缘性散热填料的平均粒径为10nm~15μm。
14.根据权利要求13所述的线圈部件,其特征在于,上述绝缘性散热填料的D50和D97的比率为1:4.5或更小,上述D50和D97是指体积累积粒度分布中累积度分别为50%和97%时的绝缘性散热填料的粒径。
15.一种用于线圈部件的线筒,容纳磁芯且外部缠绕有线圈,其特征在于,上述线筒为包括聚合物基质和石墨-纳米金属复合物的散热构件,上述石墨-纳米金属复合物被设置为分散于上述聚合物基质上,且通过在石墨的表面上结合纳米金属颗粒而成,
在上述线筒的外表面包括绝缘性散热涂层,上述绝缘性散热涂层通过用绝缘性散热涂料组合物处理线筒的外表面而成,上述绝缘性散热涂料组合物包括:含有主树脂的涂层形成组分;及绝缘性散热填料,
上述绝缘性散热涂料组合物的基于以下热辐射评价方法的热辐射效率为30%或更大,
[热辐射评价方法]
在温度为25℃且湿度为50%的封闭系统中,将表面积为4cm2的88℃的热源以紧贴的方式位于包括在厚度为1.5mm、宽度为35mm、长度为34mm的铝板的上表面上用绝缘性散热涂料组合物处理来形成的厚度为25μm的绝缘性散热涂层的样品1的下方正中央,在经过90分钟后,测量样品1正中央的上方5cm处的温度,而且,以相同的方法测量未形成绝缘性散热涂层的作为单独铝板的样品2的温度,根据下述数学式1测量热辐射效率:
[数学式1]
Figure FDA0002732751060000031
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