KR100898985B1

KR100898985B1 - 탄소나노입자가 함유된 열전도성 그리스

Info

Publication number: KR100898985B1
Application number: KR1020050044712A
Authority: KR
Inventors: 최유진; 이성봉; 신영민
Original assignee: 티티엠주식회사
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2009-05-25
Also published as: KR20060122342A

Abstract

본 발명은 sp2 혼성궤도(C=C)구조를 갖는 탄소동소체인 열전도성 및 오일흡착성이 우수한 탄소나노입자가 함유된 열전도성 그리스에 관한 것이다. 본 발명에 의한 열전도성 그리스는 장기간 사용시 오일의 증발감량이 매우 적어 방열성능을 장기간 동안 유지할 수 있는 신뢰성 높은 열전도성 그리스를 제공할 수 있다.

열전도성 그리스, 탄소나노입자, 오일흡착

Description

탄소나노입자가 함유된 열전도성 그리스{Thermal grease with carbon nano particle}

도1은 열전도성 그리스가 적용되는 일반적 예를 나타내는 도면.

1 : 마이크로프로세서 등 발열원

2 : 히트싱크 등 방열체

10 : 열계면 재료(Thermal interface material)

본 발명은 기유 증발감량이 매우 적은 열전도성 그리스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 sp2 혼성궤도(C=C)구조를 갖는 탄소나노입자를 열전도성 그리스에 함유한 것으로, 탄소나노입자의 우수한 열전도성과 오일흡착성에 의하여 고온에서 장시간 사용하는 경우, 신뢰성 높은 열전도성 그리스를 제공할 수 있다.

최근 마이크로프로세서는 기가(Giga) 대역의 클럭속도 처리를 위해 매우 큰 집적도를 갖으며, 이러한 집적도 향상을 위하여 선폭은 더 작은 나노사이즈 가고 있다. 금속배선의 경우, 굵기가 나노사이즈로 되면 배선 내부의 전류밀도가 급격하게 증가되어 발열량은 급속히 늘어나게 된다. 최근에 출시된 인텔사의 펜 3.2~3.4GHz의 기준 발열량은 110W로 단위면적당 발열량이 핵반응시의 발열량 수준으로 높아지고 있다. 이처럼 높아지는 발열량을 처리하기 위하여 종래의 공냉식 방열기의 부피 및 비표면적이 증가되고 있으며, 열이송능력이 우수한 히트파이프를 적용이 증가하는 추세에 있다. 마이크로프로세서 발열량이 더욱 증가되면 공냉식 이나 히트파이프모듈냉각은 발열 한계에 이를 것이며, 향후 몇년 내에 수냉방식 냉각으로 이동할 가능성이 매우 높을 것으로 판단된다.

마이크로프로세서에서 발생되는 열을 방열하기 위해서 공냉식 히트싱크의 성능도 중요하지만, 마이크로프로세서 모듈 표면과 면접촉 되는 히트싱크와의 계면에서의 접촉저항을 줄이는 것도 매우 중요하게 부각되고 있다. 접촉저항이 발생원인은 가공된 고체표면에서의 표면거칠기가 존재하여 공극이 발생되기 때문이다. 연삭가공 등으로 매우 정밀하게 가공된 고체 두 표면이 접촉되는 경우, 면적대비 실 접촉률은 5%미만이라고 알려지고 있다. 접촉되지 못한 부분은 매우 낮은 열전도계수(0.026W/mK)를 갖는 공기로 채워져 접촉저항이 클수 밖에 없다. 이러한 접촉저항을 줄여주기 위해서 접촉계면에 열계면재료(Thermal Interface Materials)를 사용한다. 현재 시판 중인 열계면재료의 열전도계수는 0.2~20W/mK 정도로 공기에 비하여 10배~100배 정도 높은 값을 갖는다.

열계면재료의 종류에는 신축성 있는 패드형태, 반유동성인 그리스형태, 경화되는 본드형태가 있다. 이러한 열계면재료는 열전도성이 높을수록 열을 빠르게 전달하여 열저항을 줄여줄 수 있다. 열계면재료 중 그리스는 고점도를 갖는 유동성 재료로 기유인 실리콘 오일 등에 열전도성을 부가하기 위한 금속입자 등을 충진시 켜고, 부가 특성을 위한 첨가제를 투입하여 제조된다. 금속입자 등 열전도성 충진제 사이에 실리콘 오일 등 기유가 모세관력에 의하여 접착을 유지하고 있지만, 온도가 상승되는 분위기에서 장시간 사용하면 오일의 일부가 증발 또는 분리되는 경우가 발생하게 되어 그리스의 열전도 능력을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 상기의 문제점을 해결하기 위하여 열전도성 그리스 제조에 SP2 혼성궤도(C=C)를 갖는 탄소나노입자(탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 폴러렌)를 첨가 시켜 기유의 증발감량이 매우 적은 열전도성 그리스를 제공할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 탄소나노입자가 함유된 열전도성그리스 제조의 바람직한 실시예는 다음과 같다. 디메틸실리콘오일 또는 메틸페닐 실리콘오일을 기유(점도1,000~30,000CS)로 중량비 100wt%에 SiC 10μm 이하의 평균입경을 갖는 열전도성 입자를 중량비 100wt%~500wt%로 기유에 혼합 후 5~10분간 스터링하여 1차혼합 공정에, 직경이 100nm 이하인 탄소나노튜브를 오일대비 중량비5 wt% 이하로 아세톤 등에 용해시켜 분산된 유체형태로 제조된 것을 1차혼합된 공정에 투입하여, 1000rpm 이상의 원심믹서에 10~20분간 2차 혼합 후 10~30분간 200rpm이하의 저회전수에서 진공하에 아세톤을 증발과 미세 기포를 탈포시킨 후 열전도성 그리스를 제조한다.

본 발명에 의한 탄소나노입자가 함유된 열전도성 그리스의 증발량 측정은 KS M 2037-1900 시험방법에 의하여 측정되었다. 증발량 측정 시료는 총 4가지로 서 탄소나노튜브를 함유한 3가지(A-1 : 오일대비 중량비0.5wt%, A-2:기유대비 중량비 2wt%, A-3:오일대비 중량비 5wt%)와 탄소나노튜브 첨가를 제외하고 제조된 B-1이다. 측정된 증발량은 하기 표1에 요약하였다. 탄소나노입자가 첨가된 시료 A-1에서 A-3는 첨가되지 않은 B-1과 비교하면 기유증발량이 10배정도의 차이를 나타내었다.

표1

시료명	A-1	A-2	A-3	B-1
증발감량(99OC,22h,wt%)	0.01	0.01	0.01	0.1

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 오일흡착성이 매우 우수한 SP2혼성궤도(C=C)를 갖는 탄소동소체인 탄소나노입자를 열전도성 그리스 제조에 첨가시켜 제조된 열전도성 그리스로서, 고온에서의 기유 증발감량이 매우 낮아 장시간 사용할 수 있는 신뢰성 높은 열전도성 그리스를 제공할 수 있다.

Claims

전자부품 등 발열원이 모듈 상부면과 그 발열원을 방열하기 위한 수단인 히트싱크,수냉자켓 하면이 접촉되는 계면에 삽입되는 열전도성 그리스에 있어서,

디메틸실리콘오일 또는 메틸페닐 실리콘오일을 기유로 SiC 입자를 충진하고, 첨가제로 SP2 혼성궤도를 갖는 탄소동소체인 탄소나노입자가 기유(실리콘오일 등) 대비 중량비 5wt%이하로 함유된 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 함유된 열전도성 그리스.
제 1항에 있어서, 탄소나노입자는 직경이 100nm 이하인 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 폴러렌 중 선택된 입자가 적어도 1종류이상 함유된 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 함유된 열전도성 그리스.