KR101043346B1 - 방열특성이 우수한 유무기 하이브리드 조성물 및 이를 이용한 박막 타입의 열방사 시트 - Google Patents

방열특성이 우수한 유무기 하이브리드 조성물 및 이를 이용한 박막 타입의 열방사 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적 절연성과 방열 특성을 갖는 열방사 시트용 조성물 및 이를 포함한 열방사 시트에 관한 것으로서, 열전도성이 우수한 다공성 수산화마그네슘, 마그네시아, 이산화규소, 지르코늄 및 규산염 화합물, 탄소나노튜브, 및 그래핀 중 선택된 하나 이상을 포함한 무기계 물질과 무기계 안료를 포함한 무기 조성물과; 폴리비닐알콜, 메틸 셀룰로즈, 에칠 셀룰로즈, 메틸 니트로 셀룰로즈, 에틸 니트로 셀룰로즈, 아크릴-우레탄 공중합체, 에폭시-우레탄 공중합체 및 수용성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 유기고분자 물질을; 포함한 열방사시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물 및 이를 포함한 열방사 시트에 관한 것이다.

Description

방열특성이 우수한 유무기 하이브리드 조성물 및 이를 이용한 박막 타입의 열방사 시트{Organo-Inorganic hybrid composition with excellent thermal radiation and thermal radiation sheet of thin layer type which uses this}
일반적으로 첨단 통신 및 디지털 전기전자 제품의 작동시에는 슬림화되고 메인보드에 실장된 각종부품이 경박단소화된 구조의 디지털 통신 및 전기전자제품의 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 전도 및 방출시키지 못하는 경우 발생된 상기의 열에 의해 소자의 기능저하 및 수명단축 등의 문제가 발생한다.
또한 최근의 첨단 디지털 제품은 슬림화 추세와 더불어 고성능 대용량화가 심화되고 있는 경향이어서 반도체 칩셋 및 배터리 장착 부위 및 백라이트 등에서 발생되는 열을 효과적으로 방출하는 것은 디지털 제품의 성능과 신뢰성을 결정하는데 매우 중요한 요소라고 할 수 있다.
본 발명은 이러한 디지털 제품의 성능과 신뢰성을 향상시키기 위하여 디지털 제품에서 발생되는 열을 방출하는 열방사 시트에 관한 발명이다.
일반적으로 상기와 같은 첨단 디지털 제품의 열전도 및 열방사 방법으로써 CPU 또는 반도체 등의 발열 소자에는 히트싱크를 적용하거나 백라이트 및 배터리 등의 발열이 일어나는 부위에는 열전 패드 및 방열시트를 적용하여 상기에서 발생되는 열을 전도 및 방사시키는 기능을 한다.
이때 적용되는 기존의 히트싱크는 방열면적을 극대화하기 위하여 돌출부의 두께를 최대화한 알루미늄과 같은 금속재질의 제품이 사용되거나 최근에는 후막형태의 세라믹 히트싱크가 적용되고 있으며 발열면적이 광범위한 경우에는 그라파이트 시트가 적용되고 있다.
상기와 같은 히트싱크는 방열특성을 좋게 하기 위하여 제품의 두께를 최대로 높여야 하는 단점이 있어서 슬림화되고 경박단소화 되는 디지털 전기전자 기기 내에서 발생되는 열을 효과적으로 전도 및 방사시키기에는 한계점이 있다.
또한 기존의 방열시트 역시 박막화가 어렵고 브리틀한 제품의 단점을 보완하여 제조된 후막타입의 경우 열방사 특성이 현저히 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 전기적 절연성과 방열특성을 갖는 열방사 시트용 조성물 및 열방사용 시트를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 열전도성이 우수한 다공성 수산화마그네슘, 마그네시아, 이산화규소, 지르코늄 및 규산염 화합물, 탄소나노튜브, 및 그래핀 중 선택된 하나 이상의 무기계 물질과 무기계 안료를 포함한 무기 조성물과; 폴리비닐알콜, 메틸 셀룰로즈, 에칠 셀룰로즈, 메틸 니트로 셀룰로즈, 에틸 니트로 셀룰로즈, 아크릴-우레탄 공중합체, 에폭시-우레탄 공중합체 및 수용성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 유기고분자 물질을; 포함한 열방사시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물에 의하여 달성된다.
상기 열방사 시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물의 코팅 처리 방법은 콤마롤 또는 닥터 브레이드 법으로 코팅된 것을 특징으로 하는 열방사 시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 전기적 절연성과 방열특성을 갖는 열방사 시트에 있어서, 열전도성이 우수한 다공성 수산화마그네슘, 마그네시아, 이산화규소, 지르코늄 및 규산염 화합물, 탄소나노튜브, 및 그래핀 중 선택된 하나 이상의 무기계 물질과 무기계 안료를 포함한 무기 조성물과; 폴리비닐알콜, 메틸 셀룰로즈, 에칠 셀룰로즈, 메틸 니트로 셀룰로즈, 에틸 니트로 셀룰로즈, 아크릴-우레탄 공중합체 및 수용성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 유기고분자 물질을; 포함한 열방사시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물로 이루어지고 열전도층 매트면의 일측면 내지 양면에 코팅 처리하여 형성되며 상기 열전도층으로부터 전달되는 열을 오픈 스페이스 공간으로 효과적으로 방출하는 열방사층(10); 및 발열부에 장착되어 상기 발열부로부터 발생되는 열을 열방사층으로 전도하는 박막금속층으로 이루어진 열전도층(20); 및 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 아크릴-우레탄 공중합체 및 폴리우레탄계중 선택된 하나 이상으로 구성되며 상기 폴리머층과 접촉하는 열전도점착층(40); 및 상기 열전도 점착층과 접촉하는 이형필름층(50)으로 이루어진 열방사 시트에 의하여 달성된다.
상기 열방사 시트의 두께는 30내지 0.8mm인 것을 특징으로 하는 열방사 시트인 것을 특징으로 한다.
상기 열전도층의 박막금속층은 단면 혹은 양면에 비표면적 즉 방열면적을 극대화하기 위하여 매트면이 발달한 전해동박 및 주석 도금된 전해동박 또는 단면 혹은 양면에 케미칼 엣칭 내지 아노다이징 또는 샌딩처리된 알루미늄 플레이트 이거나 표면에 샌딩이나 엠보 처리된 마그네슘 플레이트인 것을 특징으로 하는 열방사 시트인 것을 특징으로 한다.
상기 열방사 시트는 자동실장이 가능한 디바이스 형태의 구조 및 릴 패키징으로 제작되는 것을 특징으로 하는 열방사 시트인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 열전도층의 일측면에는 열방사 특성이 우수한 유무기 하이브리드 조성물로 구성된 열방사층이 접촉하며, 다른 일측면에는 유연성 및 기계적인 강도 향상을 위한 폴리머필름층이 형성되어 있으므로 첨단 디지털 제품의 CPU 또는 반도체 등의 발열 소자 및 백라이트 및 배터리 등의 발열부위에 적용되어 상기 발열부로부터 발생되는 열을 효과적으로 전도하고 전도된 열을 오픈 스페이스상으로 방사시키기에 매우 유용하며 박막이면서도 인장강도가 매우 우수하고 대면적의 대량생산이 가능하여 제조단가 절감을 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 열방사층(10), 열전도층(20), 폴리머필름층(30), 열전도점착층(40) 및 이형필름층(50)으로 이루어진 열방사 시트의 개략적 단면도.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예인 열방사층(10), 열전도층(20), 열방사코팅층(60), 열전도점착층(40), 이형필름층(50)으로 이루어진 열방사 시트의 개략적단면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기적 절연성과 방열특성을 갖는 열방사 시트의 개략적 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 열방사 시트로서 열방사 코팅층이 열전도층의 일측에 부착된 경우의 개략적 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기적 절연성과 방열특성이 우수한 열방사 시트는 열방사층(10), 열전도층(20), 폴리머필름층(30), 열전도점착층(40), 이형필름층(50)을 포함한다.
열방사층은 전기적 절연성과 열전도성이 우수한 다공성 수산화마그네슘, 마그네시아, 이산화규소, 지르코늄 및 규산염 화합물, 탄소나노튜브, 및 그래핀 중 선택된 하나이상의 물질을 포함한 무기계 물질과 무기계 안료를 포함한 무기 조성물과; 폴리비닐알콜, 메틸 셀룰로즈, 에칠 셀룰로즈, 메틸 니트로 셀룰로즈, 에틸 니트로 셀룰로즈, 아크릴-우레탄 공중합체, 에폭시-우레탄 공중합체 및 수용성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 유기고분자 물질을; 포함한 열방사 시트용 유무기 하이브리드 조성물로 이루어진다.
폴리머필름층은 열전도층의 일측면에 부착될 수 있으며, 기계적 인장강도 및 신뢰성을 우수하게 유지시키며, 폴리머필름층은 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트 중에서 선택된 하나 이상의 소재로 이루어질 수 있다.
열전도층은 열전도율이 우수하면서 열방사층이 코팅되었을 때 비표면적의 극대화로 인한 우수한 방열효과 및 코팅층의 부착 특성을 극대화 하기 위해서 매트면(Matt Side)이 매우 발달된 전해동박 및 주석도금된 전해동박 또는 단면 혹은 양면에 케미칼 엣칭 내지 아노다이징 또는 샌딩처리된 알루미늄 플레이트 이거나 표면에 샌딩이나 엠보 처리된 마그네슘 금속판을 사용할 수 있다.
열전도 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 아크릴-우레탄 공중합체 및 폴리우레탄계중 선택된 점착형 수지와 우수한 열전도 특성을 위하여 알루미늄계, 규산계 산화물 및 아연계 산화물계 중에서 선택된 하나 이상이 혼합된 조성으로 되어 있는 수지가 하나 이상으로 구성되며 발열소자 및 발열부위에 열방사 시트를 에어갭(Air gap)없이 부착 및 고정시키는 역할과 상기 폴리머층과 접촉하는 열전도층에 수직으로 열을 효과적으로 전달하는 기능을 한다.
이형필름층은 폴리에스테르 필름 타입 또는 아트지에 수지가 코팅된 페이퍼(Paper) 타입을 사용한다.
도 2는 본발명의 제2 실시 예를 도시한 것으로서, 열방사층(10), 열전도층(20), 열방사코팅층(60), 열전도점착층(40), 이형필름층(50)으로 구성되어 있다.
상기 열전도층의 열방사 특성을 향상시키기 위해 매트면 양면에 열방사코팅을 포함할 수 있다.
열전도층은 열전도층의 일측면에 합지된 열전도점착제에 의해 디지털 전기전자 기기의 발열부위에 적용되어 상기 발열부로부터 발생되는 열을 열방사층으로 전달하고 전달된 열은 열방사층에 의해 오픈 스페이스 상으로 방출되게 한다.
본 발명의 제 3실시 예는 전기적 절연성과 방열특성이 우수한 유무기 하이브리드 열방사 조성물에 관한 것으로서, 열전도성이 우수한 다공성 수산화마그네슘, 마그네시아, 이산화규소, 지르코늄 및 규산염 화합물, 탄소나노튜브, 및 그래핀 중 선택된 하나의 무기계 물질과 무기계 안료를 포함한 무기 조성물과; 폴리비닐알콜, 메틸 셀룰로즈, 에칠 셀룰로즈, 메틸 니트로 셀룰로즈, 에틸 니트로 셀룰로즈, 아크릴-우레탄 공중합체, 에폭시-우레탄 공중합체 및 수용성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 유기고분자 물질을; 포함한 열방사시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물로 구성된다.
상기 열방사층 유무기 하이브리드 조성물은 다량의 극미세 기공을 갖는 무기계 물질중 바람직하게는 규산염 화합물이 60-80중량%, 탄소나노튜브 0.5-5.0중량%, 그래핀 0.5-5.0중량%, 무기계 안료 0.01-0.05중량%, 유기계 물질중 에틸셀룰로즈 5.0-10중량%, 에틸니트로 셀룰로오즈 5.0-10중량%, 분산안정화제 0.5-1.0중량%로 구성될 수 있다.
분산안정화제로는 폴리아크릴릭산염, 벤토나이트계, 퓸드실리카계, 제올라이트계중 선택된 하나를 사용한다.
무기계 안료로는 아연계, 망간계, 마그네슘계, 티탄계, 페릭계 산화물중 하나가 선택되어 사용될 수 있다.
또한, 상기의 박막 열방사 시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물은 콤마롤 코팅 및 닥터브레이드 법에 의한 처리 방식으로 열전도층의 일측 혹은 양측 매트면에 코팅함으로써 대면적의 균일한 열방사층이 형성된 열전도 및 열방사 박막 시트를 대량 제작 가능하다.
표 1은 본 실시 예 1과 2에 의한 박막 열방사 시트와 세라믹 히트싱크와의 특성을 비교한 것이다. 비교예인 세라믹 히트싱크는 Al2O3, SiO2, TiO2, SiC 및 유기바인더를 배합한 후 프레스 가공한 후 전기로에서 1,800℃에서 소결하여 제작한다.
항목 열전도도
(W/mK)		 냉각온도
(℃/70℃)		 강도
(Mpa)		 두께
(mm)
실시 예1 59 61 115 0.35
실시 예2 65 59 65 0.45
비교예 16 63 50 2.8
비교예에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시 예 1내지 2의 두께 대비한 열전도 및 열방사 특성이 우수한 것으로 나타났다.
이와 같이, 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식으로 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 열방사층 20 열전도층
30 폴리머필름층 40 열전도점착층
50 이형필름형 60 열방사코팅층

Claims (8)

  1. 전기적 절연성과 방열특성을 갖는 열방사 시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물에 있어서,
    다공성 수산화마그네슘, 마그네시아, 이산화규소, 지르코늄 및 규산염 화합물, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 선택된 하나 이상의 무기계 물질과 무기계 안료를 포함한 무기 조성물과;
    폴리비닐알콜, 메틸 셀룰로즈, 에칠 셀룰로즈, 메틸 니트로 셀룰로즈, 에틸 니트로 셀룰로즈, 아크릴-우레탄 공중합체, 에폭시-우레탄 공중합체 및 수용성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 유기고분자 물질;을 포함하여 이루어지며,
    콤마롤 또는 닥터 브레이드 법으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 열방사 시트용 열방사층 유무기 하이브리드 조성물.
  2. 삭제
  3. 전기적 절연성과 방열특성을 갖는 열방사 시트에 있어서,
    열방사층 유무기 하이브리드 조성물로 이루어지고 열전도층 매트면의 일측면 내지 양면에 코팅 처리하여 형성되며 상기 열전도층으로부터 전달되는 열을 오픈 스페이스 공간으로 방출하는 열방사층(10);
    발열부에 장착되어 상기 발열부로부터 발생되는 열을 상기 열방사층으로 전도하는 박막금속층으로 이루어진 상기 열전도층(20);
    상기 열전도층의 일측면에 부착되며, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트 중에서 선택된 하나 이상의 소재로 이루어진 폴리머 필름층(30);
    상기 폴리머 필름층(30)과 접촉하며, 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 아크릴-우레탄 공중합체 또는 폴리우레탄계 중 선택된 하나 이상으로 구성되는 열전도 점착층(40);
    상기 열전도 점착층과 접촉하는 이형필름층(50)으로 이루어지고,
    상기 열방사층 유무기 하이브리드 조성물은, 다공성 수산화마그네슘, 마그네시아, 이산화규소, 지르코늄 및 규산염 화합물, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 선택된 하나 이상의 무기계 물질과 무기계 안료를 포함한 무기 조성물과; 폴리비닐알콜, 메틸 셀룰로즈, 에칠 셀룰로즈, 메틸 니트로 셀룰로즈, 에틸 니트로 셀룰로즈, 아크릴-우레탄 공중합체, 에폭시-우레탄 공중합체 및 수용성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 유기고분자 물질;을 포함하여 이루어지며, 콤마롤 또는 닥터 브레이드 법으로 코팅되고,
    30 내지 0.8mm의 두께를 가지며,
    상기 열전도층의 박막금속층은 매트면이 발달한 전해동박 및 주석 도금된 전해 동박 또는 표면 케미칼 엣칭 및 아노다이징 또는 샌딩처리된 알루미늄 플레이트 이거나 상기 박막 금속층의 표면에 샌딩이나 엠보 처리된 마그네슘 플레이트인 것을 특징으로 하는 열방사 시트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 열방사 시트는 자동실장이 가능한 디바이스 형태의 구조 및 릴 패키징으로 제작되는 것을 특징으로 하는 열방사 시트.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 열전도층의 일측에 열방사 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방사 시트.
  8. 삭제
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