KR101009058B1 - 열전도성 몰드재를 포함한 엘이디용 전기제품 - Google Patents

열전도성 몰드재를 포함한 엘이디용 전기제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열을 전달하는 열전도성 몰드재 및 엘이디(LED)용 전기제품에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열전도성 몰드재는, 페녹시계 수지, 우레탄계 촉매 경화수지, 실리콘계 촉매 경화수지 중 어느 하나로 이루어진 제1조성물과; 저온소성 세라믹 분말(Low Temperature Cofired Ceramic), 알루미늄나이트라이드 분말, 보론나이트라이드 분말, 알루미나 분말 중 적어도 어느 하나로 이루어진 제2조성물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 비표면적을 최대화하여 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

열전도성 몰드재를 포함한 엘이디용 전기제품{AN LED ELECTRIC APPLIANCE USING THE THERMAL-CONDUCTIVE MOLD COMPOSITION}
본 발명은 방열 성능을 향상시키는 열전도성 모듈재를 포함하는 엘이디(LED)용 전기제품에 관한 것이다.
종래의 전자장비 회로에는 발열체와 방열체 사이에 발열체의 방열을 위해 열전도성 시트, 열전도성 그리스, 열전도성 접착제 등이 사용되었다.
일반적으로 LCD TV, PDP, 컴퓨터, 통신기 등의 시스템 내부 열을 외부로 확산시키지 못하면 시스템 안정성에 심각한 우려를 제공하며, 이러한 열은 제품의 수명 단축이나 고장 오동작 등을 유발할 수 있다.
그래서, 시스템 내부의 열을 방출하거나 냉각시켜야 한다. 종래 이러한 열을 효율적으로 제어하기 위한 방법들이 많이 시도되었으며, 히트싱크, 히트파이프, 냉각팬을 사용하는 것이 일반적이었다.
그러나, 전자기기의 성능향상, 경량화, 슬림화 등에 의해 사용에 제약이 따를 뿐만 아니라 성능향상이 요구된다.
이에 따라 방열 시트나 금속물질로 된 열 확산시트 등이 널리 사용진다.
방열 시트에 관한 선행기술로서 한국공개특허 제2003-0032769호에는 구리 흑연 등의 분말을 사용한 기술이 개시되어 있으며, 일본공개특허 제2005-57088호 및 일본공개특허 제2004-43650호는 흑연, 알루미나 등으로 제조된 열전도성 시트가 개시되어 있다.
그러나, 종래의 개시된 방열 시트나 열전도성 시트는 사용성이 한정되고 필러 가루 등이 오염원이 되며, 열 전도도는 1.5∼2W/m·K가 되지만, 두께가 두꺼우면 열전도성이 떨어져 효과적인 개선방안을 찾을 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 비표면적을 최대화하여 방열 성능을 향상시킨 열전도성 모듈재 및 이를 이용한 엘이디(LED)용 전기제품을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 열을 전달하는 열전도성 몰드재에 있어서, 페녹시계 수지, 우레탄계 촉매 경화수지, 실리콘계 촉매 경화수지 중 어느 하나로 이루어진 제1조성물과; 저온소성 세라믹 분말(Low Temperature Cofired Ceramic), 알루미늄나이트라이드 분말, 보론나이트라이드 분말, 알루미나 분말 중 적어도 어느 하나로 이루어진 제2조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 몰드재에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제2조성물은 상기 제1조성물 100중량부에 대해, 평균입도 D50인 10㎛∼38㎛의 저온소성 세라믹 분말 270∼350중량부와, 평균입도 D50인 1㎛∼5㎛의 알루미늄나이트라이드 분말 200∼250중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제2조성물은 상기 제1조성물 100중량부에 대해, 평균입도 D50인 10㎛∼38㎛의 저온소성 세라믹 분말 270∼350중량부와, 평균입도 D50인 1㎛∼5㎛의 보론나이트라이드 분말 200∼250중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제2조성물은 상기 제1조성물 100중량부에 대해, 평균입도 D50인 10㎛∼38㎛의 저온소성 세라믹 분말 270∼350중량부와, 평균입도 D50인 1㎛∼5㎛의 알루미나 구형 분말 200∼250중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 열전도성 몰드재를 포함하는 엘이디(LED)용 전기제품에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 페녹시계 수지, 우레탄계 촉매 경화수지, 실리콘계 촉매 경화수지 중 어느 하나의 수지와, 저온소성 세라믹 분말, 알루미늄나이트라이드 분말, 보론나이트라이드 분말, 알루미나 분말 중 적어도 어느 하나를 혼합하여 시트 형태가 아닌 몰드재를 형성함으로써, 비표면적을 최대화하여 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디(LED)용 전기제품의 단면도,
도 2는 도 1의 평면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디(LED)용 전기제품의 단면도,
도 4는 도 3의 저면도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엘이디(LED)용 전기제품이다.
이하, 본 발명에 따른 열전도성 몰드재 및 이를 이용한 엘이디(LED)용 전기제품에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 열전도성 몰드재는 페녹시계 수지, 우레탄계 촉매 경화수지, 실리콘계 촉매 경화수지 중 어느 하나로 이루어진 제1조성물과, 저온소성 세라믹 분말(Low Temperature Cofired Ceramic), 알루미늄나이트라이드 분말, 보론나이트라이드 분말, 알루미나 분말 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 제2조성물을 포함한다.
제1조성물 중의 하나인 페녹시계 수지는 폐녹시 수지와 아민계 경화제로 이루어진 2액형, 상온/중온 경화형으로 이루어진 수지를 사용하고, 그 함유량은 주제(페녹시 수지) 100중량부에 대해 경화제 2중량부의 비율로 혼합된다.
우레탄계 촉매 경화수지는 우레탄 폴리올과 이소시안 경화제로 이루어진 촉매 경화형으로, 주제(우레탄 폴리올) 100중량부에 대해 경화제 1중량부의 비율로 혼합된다.
실리콘계 촉매 경화수지는 비닐실리콘과 백금촉매를 혼합하여 사용한다.
이러한 제1조성물을 이루는 각 수지의 점도는 1000CPS에 맞추었다.
또한, 본 발명에 따른 열전도성 몰드재는 제2조성물인 저온소성 세라믹 분말(Low Temperature Cofired Ceramic), 알루미나 분말(Al2O3), 보론나이트라이드 분말(BN), 알루미늄나이트라이드 분말(AlN)을 사용하여 입도 분포를 맞추어 제1조성물과 분산하여 제조한다.
또한, 제2조성물의 입자분포는 45㎛과 14㎛ 대역에서 테스트한 것은 1.5W/m·K 에서 2W/m·K의 열전도도를 가질 수 있으나, 본 발명의 목표는 비표면적을 최대화하여 분산하면 높은 열전도도를 가질 수 있고 알루미늄나이트라이드 분말을 효과적으로 사용하여 최대 10W/m·K의 경제성이 있는 고열전도도 몰드재를 얻을 수 있다.
실시예 1
프로레타리 믹서에 제1조성물인 페녹시계 수지 100중량부를 투입하고, 제2조성물인 알루미나 그레뉼 분말(평균입도 D50인 3㎛∼5㎛) 200∼250중량부와 알루미나 그레뉼 분말(평균입도 D50인 40㎛∼50㎛)을 270∼300중량부를 투입하고, 믹서의 회전수를 서서히 올려 분산한 후, 진공을 걸어 14rpm 까지 올린다.
3시간 정도 믹싱하고 진공을 해제하고 나서, 제1조성물 대비 난연제 및 첨가제 50∼60중량부를 투입한 후, 11rpm 으로 30분간 믹싱한다. 그리고, 믹서의 임펠라를 역방향으로 2∼3rpm 정도로 회전하며, 20분간 탈포한다.
이와 같이 제조된 열전도성 몰드재를 정량토출기로 엘이디용 전기제품에 투입하여 70℃에서 2시간 경화한다.
실시예 2
프로레타리 믹서에 제1조성물인 페녹시계 수지 100중량부를 투입하고, 제2조성물인 알루미나 구형 분말(평균입도 D50인 20㎛) 270∼300중량부와 알루미나 구형 분말(평균입도 D50인 5㎛) 200∼250중량부를 투입하고, 믹서의 회전수를 서서히 올려 분산한 후, 진공을 걸어 14rpm 까지 올린다.
4시간 정도 믹싱하고 진공을 해제하고 나서, 제1조성물 대비 난연제 및 첨가제 50∼60중량부를 투입한 후, 11rpm 으로 30분간 믹싱한다. 그리고, 믹서의 임펠라를 역방향으로 2∼3rpm 정도로 회전하며, 20분간 탈포한다.
이와 같이 제조된 열전도성 몰드재를 정량토출기로 엘이디용 전기제품에 투입하여 70℃에서 2시간 경화한다.
실시예 3
프로레타리 믹서에 제1조성물인 페녹시계 수지 100중량부를 투입하고, 제2조성물인 저온소성 세라믹 분말(평균입도 D50인 10㎛∼38㎛) 270∼350중량부와 알루미늄나이트라이드 분말(평균입도 D50인 1㎛∼5㎛)를 200∼250중량부를 투입하고, 믹서의 회전수를 서서히 올려 분산한 후, 진공을 걸어 14rpm 까지 올린다.
4시간 정도 믹싱하고 진공을 해제하고 나서, 제1조성물 대비 난연제 및 첨가제 50∼60중량부를 투입한 후, 11rpm 으로 30분간 믹싱한다. 그리고, 믹서의 임펠라를 역방향으로 2∼3rpm 정도로 회전하며, 20분간 탈포한다.
이와 같이 제조된 열전도성 몰드재를 정량토출기로 엘이디용 전기제품에 투입하여 70℃에서 2시간 경화한다.
실시예 4
프로레타리 믹서에 제1조성물인 우레탄계 촉매 경화수지 100중량부를 투입하고, 제2조성물인 알루미나 분말(평균입도 D50인 3㎛∼5㎛) 200∼250중량부와 알루미나 분말(평균입도 D50인 40㎛∼50㎛)을 270∼300중량부를 투입하고, 믹서의 회전수를 서서히 올려 분산한 후, 진공을 걸어 14rpm 까지 올린다.
3시간 정도 믹싱하고 진공을 해제하고 나서, 제1조성물 대비 난연제 및 촉매제 50∼60중량부를 투입한 후, 11rpm 으로 30분간 믹싱한다. 그리고, 믹서의 임펠라를 역방향으로 2∼3rpm 정도로 회전하며, 20분간 탈포한다.
이와 같이 제조된 열전도성 몰드재를 정량토출기로 엘이디용 전기제품에 투입하여 70℃에서 1시간 경화한다.
실시예 5
프로레타리 믹서에 제1조성물인 우레탄계 촉매 경화수지 100중량부를 투입하고, 제2조성물인 저온소성 세라믹 분말(평균입도 D50인 10㎛∼38㎛) 270∼350중량부와 알루미나 구형 분말(평균입도 D50인 5㎛) 200∼250중량부를 투입하고, 믹서의 회전수를 서서히 올려 분산한 후, 진공을 걸어 14rpm 까지 올린다.
4시간 정도 믹싱하고 진공해제하고 나서, 제1조성물 대비 난연제 및 촉매제 50∼60중량부를 투입한 후, 11rpm 으로 30분간 믹싱한다. 그리고, 믹서의 임펠라를 역방향으로 2∼3rpm 정도로 회전하며, 20분간 탈포한다.
이와 같이 제조된 열전도성 몰드재를 정량토출기로 엘이디용 전기제품에 투입하여 70℃에서 1시간 경화한다.
실시예 6
프로레타리 믹서에 제1조성물인 우레탄계 촉매 경화수지 100중량부를 투입하고, 제2조성물인 저온소성 세라믹 분말(평균입도 D50인 10㎛∼38㎛) 270∼350중량부와 보론나이트라이드 분말(평균입도 D50인 1㎛∼5㎛)을 200∼250중량부를 투입하고, 믹서의 회전수를 서서히 올려 분산한 후, 진공을 걸어 14rpm 까지 올린다.
4시간 정도 믹싱하고 진공을 해제한 후, 제1조성물 대비 난연제 및 촉매제 50∼60중량부를 투입한 후, 11rpm 으로 30분간 믹싱한다. 믹서의 임펠라를 역방향으로 2∼3rpm 정도로 회전하며, 20분간 탈포한다.
이와 같이 제조된 열전도성 몰드재를 정량토출기로 엘이디용 전기제품에 투입하여 70℃에서 1시간 경화한다.
이와 같이 제조된 각 실시예의 열전도성 몰드재의 물성을 평가하여 그 결과는 하기 〔표 1〕과 같다. 단, 실리콘 촉매수지타입의 몰드재 또한 비슷한 결과이어서 실험실시에서 에폭시와 우레탄만 했다.
단, 제1조성물인 실리콘계 촉매 경화수지 타입의 몰드재 또한 비슷한 결과이어서, 본 실험 실시에서는 제1조성물로서 페녹시계 수지와 우레탄계 촉매 경화수지에 대해서만 수행했다.
〔표 1〕
Figure 112010014955896-pat00001
상기 실험 결과에 따른 〔표 1〕에 도시된 바와 같이, 열전달물질의 배합 사이즈는 밀도를 높여 최대한 열전달이 잘 되게 하지만, 제2조성물인 분말의 비표면적이 너무 크면 수지의 성능저하가 되고, 비표면적이 작으면 열전달성이 떨어진다.
이에, 제1조성물인 수지 내의 분말의 밀도를 최대한 높일 수 있는 혼합비를 찾아냈다.
제2조성물인 분말 사이즈와 분말의 종류의 조합에 의해 밀도를 높여 열전달율을 최적화할 수 있게 된다.
상기 〔표 1〕에 도시된 바와 같이, 제3실시예로서, 제1조성물인 페녹시계 수지 100중량부에 저온소성 세라믹 분말(평균입도 D50인 10㎛∼38㎛) 270∼350중량부와 알루미늄나이트라이드 분말(평균입도 D50인 1㎛∼5㎛)를 200∼250중량부를 혼합하여 열전도성 몰드재를 제조하는 경우, 열전도도가 가장 높았다.
또한, 제6실시예로서, 우레탄계 촉매 경화수지 100중량부에 저온소성 세라믹 분말(평균입도 D50인 10㎛∼38㎛) 270∼350중량부와 보론나이트라이드 분말(평균입도 D50인 1㎛∼5㎛)을 200∼250중량부를 혼합하여 열전도성 몰드재를 제조하는 경우, 열전도도가 제3실시예의 열전도성 몰드재 다음으로 높았다.
그리고, 제5실시예로서, 제1조성물인 우레탄계 촉매 경화수지 100중량부에 제2조성물인 저온소성 세라믹 분말(평균입도 D50인 10㎛∼38㎛) 270∼350중량부와 알루미나 구형 분말(평균입도 D50인 5㎛) 200∼250중량부를 혼합하여 열전도성 몰드재를 제조하는 경우, 열전도도가 제6실시예의 열전도성 몰드재 다음으로 높았다.
특히, 페녹시계 수지의 경우, 분자량의 조절 및 치환기의 조절에 따라 열팽창 계수를 최소화 시켜 경도 및 열전도를 개선 할 수 있는 여지를 줄 수 있게 되었다.
따라서, 분말의 밀도를 최대한 높일 수 있는 수지의 개발에 의해, 열전도도가 8W 이상 되는 몰드재를 개발할 수 있었고, 엘이디(LED)의 수명과 부속 부품의 수명도 획기적으로 늘릴 수 있었다. 즉, 본 발명의 열전도성 몰드재가 엘이디의 수명연장 및 오염방지에 대해 성능을 입증하였으며 열전달 물질의 중요성을 매우 유용하게 쓰일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 열전도성 몰드재가 페녹시계 수지, 우레탄계 촉매 경화수지, 실리콘계 촉매 경화수지 중 어느 하나로 이루어진 제1조성물과, 저온소성 세라믹 분말(Low Temperature Cofired Ceramic), 알루미늄나이트라이드 분말, 보론나이트라이드 분말, 알루미나 분말 중 적어도 어느 하나로 이루어짐으로써, 비표면적을 최대화하여 방열 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 1 내지 도 5에는 본 발명에 따른 열전도성 몰드재를 적용한 다양한 엘이디(LED)용 전기제품이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에는 엘이디(LED)용 전기제품으로서 엘이디 조명기구가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 엘이디(LED)용 전기제품은 사각형의 조명기구 외관을 형성하는 금속 재질의 본체(10) 내에 인쇄회로기판(20, PCB)이 배치되고, 인쇄회로기판(20)의 전면에는 전원의 공급에 의해 점등되는 복수의 엘이디(30, LED)가 설치되고, 인쇄회로기판(20)의 배면에는 엘이디(30)에서 발생되는 신속하게 방출하기 위한 본 발명에 따른 열전도성 몰드재(40)가 장착되어 있다. 이에, 엘이디(30)에서 발생된 열을 금속 재질의 본체(10) 및 외부로 신속하게 방출하여 엘이디(30)의 수명을 연장할 수 있게 된다.
도 3 및 도 4에는 엘이디(LED)용 전기제품의 다른 실시예로서 엘이디 램프가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 엘이디 램프는 원형의 램프 외관을 형성하는 금속 재질의 본체(10') 내에 인쇄회로기판(20)이 배치되고, 인쇄회로기판(20)의 전면에는 전원의 공급에 의해 점등되는 복수의 엘이디(30)가 설치되고, 인쇄회로기판(20)의 배면에는 본 발명에 따른 열전도성 몰드재(40)가 장착되어 있다. 이에, 엘이디(30)에서 발생된 열을 금속 재질의 본체(10') 및 외부로 신속하게 방출하여 엘이디(30)의 수명을 연장할 수 있게 된다.
도 5에는 엘이디(LED)용 전기제품의 또 다른 실시예로서 엘이디용 컨버터가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 엘이디용 컨버터는 컨버터의 외관을 형성하는 금속 재질의 본체(10") 일측에 인쇄회로기판(20)이 배치되고, 인쇄회로기판(20)에는 본 발명에 따른 열전도성 몰드재(40)가 장착되어 있다. 이에, 인쇄회로기판(20)에서 발생된 열을 금속 재질의 본체(10") 및 외부로 신속하게 방출하여 엘이디용 컨버터의 수명을 연장할 수 있게 된다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10,10',10" : 본체 20 : 인쇄회로기판
30 : 엘이디 40 : 열전도성 몰드재

Claims (5)

  1. 페녹시계 수지, 우레탄계 촉매 경화수지, 실리콘계 촉매 경화수지 중 어느 하나로 이루어진 제1조성물 및 저온소성 세라믹 분말(Low Temperature Cofired Ceramic), 알루미늄나이트라이드 분말, 보론나이트라이드 분말, 알루미나 분말 중 적어도 어느 하나로 이루어진 제2조성물을 포함하는 열전도성 몰드재를 포함하는 엘이디용 전기제품에 있어서,
    다수 개의 엘이디 소자를 매트릭스 형태로 구비하는 기판; 및 상기 기판 하부에 존재하고 상기 기판과 함께 공간을 만드는 지지판을 포함하며, 상기 기판과 상기 지지판 사이의 공간에 상기 열전도성 몰드재를 경화되기 전의 상태로 주입한 후 열을 가하여 경화하므로서, 상기 기판과 지지판에 상기 몰드재가 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 열전도성 몰드재를 포함한 엘이디용 전기제품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2조성물은 상기 제1조성물 100중량부에 대해, 평균입도 D50인 10㎛ ~ 38㎛의 저온소성 세라믹 분말 270~350중량부와, 평균입도 D50인 1㎛ ~ 5㎛의 알루미늄나이트라이드 분말 200~250중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전도성 몰드재를 포함한 엘이디용 전기제품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2조성물은 상기 제1조성물 100중량부에 대해, 평균입도 D50인 10㎛ ~ 38㎛의 저온소성 세라믹 분말 270~350중량부와, 평균입도 D50인 1㎛ ~ 5㎛의 보론나이트라이드 분말 200~250중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전도성 몰드재를 포함한 엘이디용 전기제품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2조성물은 상기 제1조성물 100중량부에 대해, 평균입도 D50인 10㎛ ~ 38㎛의 저온소성 세라믹 분말 270~350중량부와, 평균입도 D50인 1㎛ ~ 5㎛의 알루미나 구형 분말 200~250중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전도성 몰드재를 포함한 엘이디용 전기제품.
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