KR101021627B1

KR101021627B1 - 방열 세라믹 필름 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101021627B1
Application number: KR1020100060775A
Authority: KR
Inventors: 김상선
Original assignee: 대명에스앤에스(주)
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-03-17

Abstract

본 발명은 방열 세라믹 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 방열 세라믹 필름의 제조 방법은, i) 바인더, 열전도성 필러, 경화제 및 용제를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계, ii) 혼합물을 이형지 위에 도포하는 단계, iii) 혼합물을 가열하여 방열 세라믹 필름을 제조하는 단계, 및 iv) 방열 세라믹 필름을 이형지로부터 박리하는 단계를 포함한다.

Description

방열 세라믹 필름 및 그 제조 방법 {CERAMIC FILM FOR DISSIPATING HEAT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 방열 세라믹 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 방열 효과를 가지는 소재를 사용한 세라믹 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

전자 기기의 소형화 및 태양전지의 범용화 등에 따라 방열 제품에 대한 수요가 증가하고 있다. 방열 제품은 전자 기기의 내부에서 발생하는 열 또는 태양광에 의해 발생하는 열을 외부로 방출시킴으로써 전자 기기 또는 태양전지의 열화를 방지한다.

차세대 전자 소재는 경박단소 및 다기능화면서 고집적화되고 있으므로, 열밀도의 증가로 열방출로 인한 문제점에 대한 대책이 요구된다. 즉, 열방출로 인해 디바이스의 신뢰성 및 수명이 저하되므로, 회로기판용 접착 소재, 고방열 점착 필름, 열가소성 패키지 소재 및 고방열 실리콘 점착 소재 등에 방열 소재를 사용한다. 방열을 위해 사용되는 부품으로는 히트 싱크를 그 예로 들 수 있다. 히트 싱크는 알루미늄을 다이캐스팅하여 제조한다. 이 경우, 알루미늄을 사용하여 히트 싱크를 벌크 소재로 제조하므로, 히트 싱크의 소재 단가가 높다.

효율적으로 열을 잘 방출할 수 있는 방열 세라믹 필름을 제공하고자 한다. 또한, 전술한 방열 세라믹 필름의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열 세라믹 필름의 제조 방법은, i) 바인더, 열전도성 필러, 경화제 및 용제를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계, ii) 혼합물을 이형지 위에 도포하는 단계, iii) 혼합물을 가열하여 방열 세라믹 필름을 제조하는 단계, 및 iv) 방열 세라믹 필름을 이형지로부터 박리하는 단계를 포함한다.

혼합물을 제공하는 단계에서, 바인더는 비페닐기 바인더일 수 있다. 비페닐기 바인더는 폴리우레탄, 에폭시 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물일 수 있다. 폴리우레탄은 1,6 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 2,2,4(2,4,4) 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트 및 4,4 디페닐메탄디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물일 수 있다.

혼합물을 제공하는 단계에서, 혼합물의 점도는 10,000CPS/25℃ 내지 30,000CPS/25℃일 수 있다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 열전도성 필러는 알루미나 분말, 질화알루미나 분말, 흑연 분말 및 질화붕소 분말로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 분말이고, 분말의 평균 입도는 3㎛ 이하일 수 있다. 열전도성 필러의 양은 30wt%의 비휘발분을 포함하는 바인더 100 중량부에 대하여 30 중량부 내지 60 중량부일 수 있다.

혼합물을 이형지 위에 도포하는 단계에서, 혼합물을 0.05mm 내지 0.2mm의 두께로 도포할 수 있다. 방열 세라믹 필름을 제조하는 단계는, i) 혼합물을 70℃ 내지 80℃로 1차 가열하는 단계, 및 ii) 1차 가열된 혼합물을 90℃ 내지 120℃로 2차 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열 세라믹 필름은 i) 열전도부, 및 ii) 열전도부와 접촉하는 기지를 포함한다. 열전도부는, i) 방열 세라믹 필름의 표면에 위치하는 표면층부, 및 ii) 표면층부 위에 위치하고, 기지와 접촉하는 결정부를 포함한다. 결정부의 두께는 표면층부의 두께보다 클 수 있다. 방열 세라믹 필름의 두께는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 열전도부는 알루미나, 질화알루미나, 흑연 및 질화붕소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다. 열전도부는 70℃ 내지 80℃로 1차 가열된 후 90℃ 내지 120℃로 2차 가열되어 제조될 수 있다.

방열 세라믹 필름을 벌크재 또는 기판 위에 간단히 부착하여 열을 효율적으로 방출시킬 수 있다. 또한, 방열 소재를 사용하여 벌크재 또는 기판을 형성할 필요가 없으므로, 저비용으로 방열 세라믹 필름에 의한 방열 효과를 극대화할 수 있다. 그리고 방열 세라믹 필름은 잘 파괴되지 않으므로, 우수한 내구성을 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 세라믹 필름의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 방열 세라믹 필름의 사용 상태를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1의 방열 세라믹 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조한 방열 세라믹 필름의 단면 주사전자현미경 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.　 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 세라믹 필름(100)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 방열 세라믹 필름(100)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 방열 세라믹 필름(100)의 단면 구조는 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 방열 세라믹 필름(100)은 열전도부(10) 및 기지(20)를 포함한다. 이외에, 방열 세라믹 필름(100)은 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 열전도부(10)는 표면층부(101) 및 결정부(103)를 포함한다. 열전도부(10)는 알루미나, 질화알루미나, 흑연 또는 질화붕소 등의 소재로 제조될 수 있다. 열전도성 필러를 사용하여 열전도부(10)를 제조한다.

방열 세라믹 필름(100)은 혼합물을 2회 이상 가열하여 형성한다. 혼합물을 가열하는 경우, 혼합물의 표면 및 내부에 존재하는 용제가 날라가고, 혼합물의 표면에 존재하는 열전도성 필러가 외부 노출된다. 열전도성 필러는 외부 열원에 의해 균일하게 가열되어 건조되므로, 방열 세라믹 필름(100)에 포함된 표면층부(101)를 형성한다. 즉, 열전도성 필러는 2회 이상 가열에 의해 급속 건조되어 표면층부(101)를 생성시킨다. 반면에, 혼합물의 내부에 존재하는 열전도성 필러는 외부 노출된 열전도성 필러에 비해 상대적으로 많은 열을 받지 않는다. 따라서 혼합물의 내부에 존재하는 열전도성 필러는 서서히 가열되면서 건조되므로, 열전도성 필러 상호간에 응집이 발생한다. 따라서 열전도성 필러는 결정화되어 결정부(103)를 형성한다. 여기서, 결정부(103)는 다각형, 원형 또는 타원형 등 다양한 형태를 가지면서 형성된다. 한편, 결정부(103)의 두께는 표면층부(101)의 두께보다 크다. 즉, 결정부(103)를 구성하는 열전도성 필러의 양은 표면층부(101)를 구성하는 열전도성 필러의 양보다 많으므로, 결정부(103)의 두께는 표면층부(101)의 두께보다 크다.

기지(20)는 폴리우레탄, 에폭시 또는 실리콘 등의 유기 화합물로 제조될 수 있다. 기지(20)가 유기 화합물로 제조되므로, 방열 세라믹 필름(100)의 유연성, 균일성, 가공성 등을 사용 용도에 맞게 조절할 수 있다.

도 2는 도 1의 방열 세라믹 필름(100)의 사용 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 방열 세라믹 필름(100)의 사용 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 방열 세라믹 필름(100)의 사용 상태를 다양하게 변형시킬 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 방열 부재(200)는 방열 세라믹 필름(100), 방열부(120) 및 기판(140)을 포함한다. 화살표로 표시한 바와 같이, 기판(140)에서 발생하는 열은 기판(140)과 접하는 방열부(120)를 통하여 외부로 방출된다. 따라서 기판(140)이 열화되는 현상을 방지할 수 있다. 한편, 방열부(120)는 열방출을 최대화하기 위해 공기와 접촉하는 면적을 넓히도록 설계된다. 따라서 방열부(120)는 히트 싱크 형상으로 형성된다. 이 경우, 방열부(120)의 표면에 방열 세라믹 필름(100)을 부착하여 열방출 효과를 좀더 높일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 세라믹 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 3의 방열 세라믹 필름의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 방열 세라믹 필름의 제조 방법을 다양하게 변형할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 방열 세라믹 필름의 제조 방법은, 바인더, 열전도성 필러, 경화제 및 용제를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계(S10), 혼합물을 이형지 위에 도포하는 단계(S20), 혼합물을 가열하여 방열 세라믹 필름을 제조하는 단계(S30), 그리고 방열 세라믹 필름을 이형지로부터 박리하는 단계(S40)를 포함한다. 이외에, 방열 세라믹 필름의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.

먼저, 단계(120)에서는 바인더, 열전도성 필러, 경화제 및 용제를 포함하는 혼합물을 제공한다. 혼합물에는 전술한 성분들이 혼합되므로 복합적인 특성을 나타낸다. 이외에, 필요에 따라 혼합물은 다른 성분들을 더 포함할 수 있다.

혼합물의 점도는 1,000CPS/25℃ 내지 20,000CPS/25℃일 수 있다. 혼합물의 점도가 너무 낮은 경우, 작업중 열전도성 필러와 바인더가 분리되어 균일한 특성을 가지는 방열 세라믹 필름을 제조하기 어렵다. 반대로, 혼합물의 점도가 너무 높은 경우, 혼합물을 균일하게 만들 수 없고, 세라믹 필름을 코팅시 그 표면을 고르게 할 수 없다. 따라서 용제를 적절하게 혼합하여 혼합물의 점도를 전술한 범위로 조절한다.

바인더는 페닐기를 포함하지 않는 화합물을 사용하거나 둘 이상의 화합물들을 혼합하여 제조할 수 있다. 유기 화합물은 동 또는 알루미늄 등에 비해 매우 낮은 열전도성을 가진다. 그러나 유연성, 균일성 또는 가공성 등을 확보하기 위해 위해 유기 화합물을 바인더로 사용할 수 있다. 좀더 바람직하게는, 바인더 주쇄내의 페닐기 유무에 따라 열전도성, 가공성, 내열성 또는 생산성에 차이점이 있으므로, 이를 고려하여 바인더의 소재를 선택한다.

예를 들면, 바인더로서 폴리우레탄을 사용할 수 있다. 폴리우레탄은 주쇄내에 페닐기가 없도록 1,6 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 2,2,4(2,4,4) 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트 및 4,4디페닐메탄디이소시아네이트 중에서 하나의 원료만 사용하거나 둘 이상의 원료들을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 2 관능기 이상의 폴리올 또는 3 관능기 이상의 쇄연장제를 함께 혼합할 수 있다. 이 경우, 바인더의 경화시 바인더의 경화 밀도를 높이고, 바인더의 내열성을 좀더 향상시킬 수 있다.

열전도성 필러로는 알루미나 분말, 질화알루미나 분말, 흑연 분말 및 질화붕소 분말 중에서 하나의 분말만을 사용하거나 이러한 분말들을 혼합하여 사용할 수 있다. 열전도성 필러로 사용되는 분말들은 높은 열전도율을 가지므로, 방열 세라믹 필름의 방열 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 여기서, 열전도성 필러의 평균 입도는 3㎛ 이하일 수 있다. 열전도성 필러의 입도가 너무 큰 경우, 열전도성 필러가 혼합물 내에서 쉽게 침전된다. 그 결과, 균일한 특성을 가진 방열 세라믹 필름을 제조하기 어렵다. 그리고 열전도성 필러 내부에 기공이 존재하므로, 방열 세라믹 필름의 열전도도가 저하된다. 따라서 열전도성 필러의 입도를 전술한 범위로 조절한다.

열전도성 필러의 양은 30wt%의 비휘발분을 포함하는 바인더 100 중량부에 대하여 30 중량부 내지 60 중량부일 수 있다. 열전도성 필러의 양이 너무 적은 경우, 방열 세라믹 필름의 방열 효울이 저하된다. 또한, 열전도성 필러의 양이 너무 많은 경우, 방열 세라믹 필름을 제조시 그 내부에 열전도성 필러가 매립되지 않고 외부로 빠져 나올 수 있다. 이 경우, 방열 세라믹 필름의 경도가 커지고, 유연성 또는 가공성이 저하되어 쉽게 부서진다. 또한, 방열 세라믹 필름을 부착시킨 제품을 성형하는 경우, 방열 세라믹 필름이 제품으로부터 떨어질 수 있다.

경화제는 바인더 각각에 대응하여 선택할 수 있다. 경화제는 트리메틸올프로판, 네오펜틸글리콜 또는 디에틸렌글리콜 중 하나 이상의 화합물과 1,6 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 또는 2,2,4(2,4,4) 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트 중 하나 이상의 화합물을 혼합시켜 제조한다. 이 경우, 말단에 디이소시아네이트의 관응기를 가지는 화합물을 제조할 수 있으므로, 혼합물의 건조 및 경화를 효율적으로 수행할 수 있다.

용제로는 자일렌(xylene), 톨루엔(toluene), 케로신(kerosene), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 셀룰로오스 에테르(ethyl cellulose), 벤젠메탄올(benzyl alcohol), 메틸에틸케톤(methylethyl ketone), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide) 또는 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 중 하나의 화합물을 사용하거나 이들 화합물들을 혼합하여 사용할 수 있다. 용제를 이용하여 바인더, 열전도성 필러 및 경화제가 균일하게 혼합된 혼합물을 제공할 수 있다.

단계(S20)에서는 혼합물을 이형지 위에 도포한다. 즉, 콤마 코터(comma coater) 등을 사용하여 혼합물을 이형지 위에 필름 형태로 도포한다. 여기서, 혼합물을 0.05mm 내지 0.2mm의 두께로 도포한다. 혼합물의 두께가 너무 작은 경우, 단계(S20)에서 방열 세라믹 필름을 이형지로부터 박리하기 어렵다. 또한, 혼합물의 두께가 너무 큰 경우, 단계(S20)에서 혼합물을 건조 및 경화 시간이 많이 소요된다. 그리고 혼합물 내부에 용제의 휘발에 의한 기공이 형성되어 방열 효과가 저하된다. 따라서 혼합물의 도포 두께를 전술한 범위로 조절한다.

다음으로, 단계(S30)에서는 혼합물을 건조 및 경화하여 방열 세라믹 필름을 제조한다. 먼저, 혼합물을 70℃ 내지 80℃로 1차 가열한 후, 1차 가열된 혼합물을 90℃ 내지 120℃로 2차 가열한다. 1차 가열시의 온도가 너무 낮은 경우, 충분히 휘발되지 않은 잔류 용제에 의해 2차 가열시 혼합물이 기화되면서 기포가 발생한다. 기포는 방열 세라믹 필름의 열전도도를 저하시킨다. 또한, 1차 가열시의 온도가 너무 높은 경우, 혼합물의 급격한 기화로 인하여 표면이 균일하고 두께가 일정한 방열 세라믹 필름을 생산하기 어렵다. 또한, 혼합물에 기포가 발생되어 방열 세라믹 필름의 열전도도를 저하시킨다. 한편, 2차 가열시의 온도가 너무 낮은 경우, 혼합물에 포함된 용제가 완전히 기화되지 않아 잔류 용제가 발생할 수 있다. 또한, 혼합물이 충분히 경화되지 않으므로, 방열 세라믹 필름이 변형되어 균일한 두께를 얻을 수 없다. 그리고 2차 가열시의 온도가 너무 높은 경우, 이형지에 전처리된 코팅제가 녹는다. 따라서 방열 세라믹 필름을 이형지로부터 박리하기 어렵다. 따라서 1차 가열 및 2차 가열을 전술한 온도 범위내로 조절한다.

마지막으로, 단계(S40)에서는 방열 세라믹 필름을 이형지로부터 박리한다. 방열 세라믹 필름은 적절한 두께를 가지므로, 이형지로부터 쉽게 박리된다. 이와 같이 박리된 방열 세라믹 필름을 발열이 심한 금속 부품 위에 직접 라미네이팅(laminating)함으로써 전자 기기 또는 태양 전지의 방열 효율을 극대화할 수 있다. 방열 세라믹 필름은 유연성을 가지므로, 형상이 복잡한 다양한 부품에도 라미네이팅하여 사용할 수 있다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명에 대해 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

비페닐기 바인더에 의한 방열 효과 실험

실험예 1

이소포론디이소시아네이트를 사용하여 폴리우레탄 바인더를 합성하였다. 그리고 30wt%의 바인더, 40wt%의 열전도성 필러, 경화제 및 용제를 포함하는 혼합물을 제조하여 이형지에 도포하였다. 혼합물을 건조 및 경화하여 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 방열 세라믹 필름의 두께는 27㎛이었다. 이 방열 세라믹 필름을 접착제를 이용해 두께 40㎛의 동박에 접착하였다. 이 동박을 발열 용기에 부착한 후 시간 경과에 따른 발열 용기의 온도 변화를 측정하였다. 여기서, 발열 용기의 크기는 가로 10cm, 세로 10cm, 높이 8cm이었다. 발열 용기의 4개의 측면에 가로 6.5cm 및 세로 4.5cm의 크기의 방열 세라믹 필름을 부착하였다. 21℃의 실내에서 용기에 90℃ 이상의 물을 넣고 용기를 밀폐하였다. 물의 중량은 650g이었다. 그리고 물을 300rpm의 속도로 교반하여 80℃까지 물의 온도를 낮추어서 용기 전체의 온도를 균일하게 조절하였다. 그리고 3분 간격으로 온도를 측정하여 용기의 방열 정도를 측정하였다. 즉, 0부터 15분까지 3분 간격으로 총 6번 발열 제품의 온도를 측정하였다. 나머지 실험 조건은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

실험예 2

4,4 디페닐메탄디이소시아네이트를 사용하여 폴리우레탄 바인더를 합성하였다. 제조한 방열 세라믹 필름의 두께는 38㎛이었다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 3

에폭시를 바인더로서 사용하였다. 제조한 방열 세라믹 필름의 두께는 30㎛이었다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

열전도성 필러의 입자 크기에 따른 방열 효과 실험

열전도성 필러의 평균 입자 크기를 다르게 하여 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 즉, 실험예 4 내지 실험예 6과 비교예 1에 따라 열전도성 필러의 입자 크기를 다르게 하여 실험을 실시하였다.

실험예 4

평균 입자 크기가 1㎛ 이하인 열전도성 필러를 제조하여 35㎛ 두께의 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 5

평균 입자 크기가 2㎛ 이하인 열전도성 필러를 제조하여 37㎛ 두께의 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 6

평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 열전도성 필러를 제조하여 30㎛ 두께의 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

비교예 1

평균 입자 크기가 4㎛ 이하인 열전도성 필러를 제조하여 39㎛ 두께의 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

열전도성 필러의 함유량에 따른 방열 효과 실험

열전도성 필러의 함유량을 다르게 하여 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 즉, 실험예 7 내지 실험예 10에 따라 열전도성 필러의 혼합물내 함유량을 다르게 하여 실험을 실시하였다.

실험예 7

혼합물내 열전도성 필러의 양은 30wt%의 비휘발분을 포함하는 바인더의 40wt%가 되도록 조절하여 35㎛ 두께의 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 8

혼합물내 열전도성 필러의 양은 30wt%의 비휘발분을 포함하는 바인더의 50wt%가 되도록 조절하여 37㎛ 두께의 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 9

혼합물내 열전도성 필러의 양은 30wt%의 비휘발분을 포함하는 바인더의 60wt%가 되도록 조절하여 35㎛ 두께의 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 10

혼합물내 열전도성 필러의 양은 30wt%의 비휘발분을 포함하는 바인더의 80wt%가 되도록 조절하여 40㎛ 두께의 방열 세라믹 필름을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

금속 소재로 된 방열 필름과의 비교 실험

비교예 2

동으로 된 40㎛ 두께의 방열 필름을 준비하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

비교예 3

알루미늄으로 된 20㎛ 두께의 방열 필름을 준비하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험 결과

비페닐기 바인더의 사용에 따른 방열 측정 결과

방열 세라믹 필름을 부착한 부분을 제외하고는 나머지 부분의 온도는 일정하였다. 따라서 방열 필름의 방열 효과에 따라 온도저하속도가 상이하게 나타났다. 전술한 실험예 1 내지 실험예 3에 따른 방열 세라믹 필름의 온도 측정 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.

표 1에 기재한 바와 같이, 실험예 1 내지 실험예 3의 경우, 방열 세라믹 필름으로 인해 발열 온기의 온도가 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 비페닐기 바인더의 사용에 따라 온도를 크게 저하시킬 수 있었다. 비페닐기의 바인더로 만든 방열 세라믹 필름을 사용하여 발열 제품의 온도를 크게 낮출 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

열전도성 필러의 입자 크기에 따른 방열 실험 결과

전술한 실험예 4 내지 실험예 6 및 비교예 1에 따른 방열 세라믹 필름의 온도 측정 결과를 하기의 표 2에 나타낸다.

표 2의 실험예 4 내지 실험예 6과 비교예 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실험예 4 내지 실험예 6의 경우, 발열 용기의 온도가 크게 낮아지는 것을 알 수 있었다. 반면에, 비교예 1의 경우, 실험예 4 내지 실험예 6에 비해 상대적으로 발열 용기의 온도 저감 효과가 작았다. 따라서 실험예 4 내지 실험예 6에서와 같이, 열전도성 필러의 평균 입자 크기를 3㎛ 이하로 조절해야 방열 특성이 우수한 세라믹 필름을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.

방열 세라믹 필름의 주사전자현미경 사진

도 4는 실험예 4에 따른 방열 세라믹 필름의 주사전자현미경 사진이다. 도 4의 방열 세라믹 필름은 유기 용제와 이형지를 제거한 후 촬영한 방열 세라믹 필름 내의 열전도부를 나타낸다.

도 4에 도시한 바와 같이, 열전도부는 결정부 및 그 위의 표면층부를 포함하였다. 즉, 전술한 도 3의 단계(S30)에서의 혼합물 가열에 따라 결정부 및 표면층부를 포함하는 열전도부가 형성된 것을 알 수 있었다. 또한, 평균 입자 크기가 1㎛ 이하인 열전도성 필러를 사용하여 조밀한 결정부를 제조할 수 있었다.

도 5는 실험예 5에 따른 방열 세라믹 필름의 주사전자현미경 사진이다. 도 5의 방열 세라믹 필름은 유기 용제와 이형지를 제거한 후 촬영한 방열 세라믹 필름 내의 열전도부를 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 열전도부는 결정부 및 그 위의 표면층부를 포함하였다. 평균 입자 크기가 2㎛ 이하인 열전도성 필러를 사용하여 조밀한 결정부를 제조할 수 있었다.

도 6은 실험예 6에 따른 방열 세라믹 필름의 주사전자현미경 사진이다. 도 6의 방열 세라믹 필름은 유기 용제와 이형지를 제거한 후 촬영한 방열 세라믹 필름 내의 열전도부를 나타낸다.

도 6에 도시한 바와 같이, 전도부는 결정부 및 그 위의 표면층부를 포함하였다. 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 열전도성 필러를 사용하여 조밀한 결정부를 제조할 수 있었다.

열전도성 필러의 함유량에 따른 방열 실험 결과

전술한 실험예 7 내지 실험예 10에 따른 방열 세라믹 필름의 온도 측정 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.

표 3에 기재한 바와 같이, 실험예 7 내지 실험예 10의 경우, 방열 세라믹 필름의 열전도성 필러의 함유량에 따라 발열 용기의 온도가 시간에 따라 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 열전도성 필러의 함유량이 많아질수록 발열 용기의 온도를 낮출 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

금속 소재로 된 방열 필름과의 비교 실험 결과

실험예 5에 따라 제조한 방열 세라믹 필름과 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조한 방열 필름을 사용시 용기의 온도 변화를 측정하였다. 그 결과를 하기의 표 4에 나타낸다.

표 4에 기재한 바와 같이, 실험예 5의 경우, 비교예 2 및 비교예 3에 비해 용기의 온도가 비교적 크게 더 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 방열 세라믹 필름을 사용하는 경우 금속으로만 제조된 방열 소재에 비해 그 효과가 더 우수하는 것이 입증되었다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

100. 방열 세라믹 필름 10. 열전도부
20. 기지 101. 표면층부
103. 결정부 120. 방열부
1340. 기판 200. 방열 부재

Claims

바인더, 열전도성 필러, 경화제 및 용제를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계,
상기 혼합물을 이형지 위에 도포하는 단계,
상기 혼합물을 70℃ 내지 80℃로 1차 가열한 후, 상기 1차 가열된 혼합물을 90℃ 내지 120℃로 2차 가열하여 방열 세라믹 필름을 제조하는 단계, 및
상기 방열 세라믹 필름을 상기 이형지로부터 박리하는 단계
를 포함하고,
상기 바인더는 폴리 우레탄이고,
상기 열전도성 필러의 평균 입도는 3㎛ 이하이고,
상기 열전도성 필러의 양은 30wt%의 비휘발분을 포함하는 바인더의 100 중량부에 대하여 30 중량부 내지 60 중량부인 방열 세라믹 필름의 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 폴리우레탄은 1,6 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 2,2,4(2,4,4) 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트 및 4,4 디페닐메탄디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물인 방열 세라믹 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 혼합물의 점도는 25℃에서 10,000cP 내지 30,000cP인 방열 세라믹 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 열전도성 필러는 알루미나 분말, 질화알루미나 분말, 흑연 분말 및 질화붕소 분말로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 분말인 방열 세라믹 필름의 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 혼합물을 이형지 위에 도포하는 단계에서, 상기 혼합물을 0.05mm 내지 0.2mm의 두께로 도포하는 방열 세라믹 필름의 제조 방법.
삭제
열전도부, 및
상기 열전도부와 접촉하는 기지
를 포함하는 방열 세라믹 필름으로서,
상기 열전도부는,
상기 방열 세라믹 필름의 표면에 위치하는 표면층부, 및
상기 표면층부 위에 위치하고, 상기 기지와 접촉하는 결정부
를 포함하고,
상기 열전도부는 폴리우레탄 바인더, 평균 입도가 3㎛ 이하인 열전도성 필러, 경화제 및 용제를 포함하는 혼합물을 70℃ 내지 80℃로 1차 가열된 후 90℃ 내지 120℃로 2차 가열하여 제조되고,
상기 혼합물에서 상기 열전도성 필러의 양은, 30wt%의 비휘발분을 포함하는 바인더의 100 중량부에 대하여 30 중량부 내지 60 중량부인 방열 세라믹 필름.
제9항에 있어서,
상기 결정부의 두께는 상기 표면층부의 두께보다 큰 방열 세라믹 필름.
제9항에 있어서,
상기 방열 세라믹 필름의 두께는 10㎛ 내지 100㎛인 방열 세라믹 필름.
제9항에 있어서,
상기 열전도부는 알루미나, 질화알루미나, 흑연 및 질화붕소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재를 포함하는 방열 세라믹 필름.
삭제