KR101075265B1 - 탄소섬유를 함유한 열전도성 점착제 조성물 및 이를 이용하여 제조한 점착 시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소섬유를 함유한 열전도성 점착제 조성물 및 이를 이용하여 제조한 점착 시트에 관한 것으로, 아크릴계 점착 수지에 탄소섬유 및 입자형 충전제가 혼합된 하이브리드 충전제를 혼합함으로써, 높은 열전도도와 낮은 비중을 가지는 열전도성 점착제 조성물을 얻을 수 있도록 하고, 이를 이용하여 열전도성 향상 및 접착력 향상을 동시에 얻을 수 있도록 하는 점착 시트를 제조하는 발명에 관한 것이다.

Description

탄소섬유를 함유한 열전도성 점착제 조성물 및 이를 이용하여 제조한 점착 시트{THERMALLY CONDUCTIVE ADHESIVE COMPOSITION CONTAINING CARBON FIBER AND ADHESIVE SHEET FABRICATED USING THEREOF}
본 발명은 탄소섬유를 함유한 열전도성 점착제 조성물 및 이를 이용하여 제조한 점착 시트에 관한 것으로, 점착제 조성물의 열전도도를 향상시키면서도 우수한 점착 특성을 가질 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
최근 전기 및 전자산업이 발전함에 따라 전자기기나 구성품에 대한 기술적 고기능화 요구가 가속화 되어 왔다. 특히, 디스플레이 사업에서는 고휘도 발현을 위해 높은 소비 전력 사용이 불가피 하며, 전자부품들이 고집적화 및 소형화되면서 많은 열을 발생시키게 되었고, 전체 기기 성능 저하 문제나 신뢰성 문제가 야기되었다. 따라서, 상기 문제를 해결하기 위한 일환으로 효율적인 방열 효과를 가지면서 많은 공간을 차지하지 않는 고방열성 점착제 및 점착 시트 사용이 요구 되고 있다.
고방열성 점착 시트는 열 전도성 이외에 점착제 본연의 목적인 점착제 양면에 위치하게 되는 피착물을 유지 고정 할 수 있는 점착물성, 전기의 흐름에 의해 야기될 수 있는 문제점을 막기 위해 전기 절연성, 고열로 발생 할 수 있는 화재 위험을 제거하기 위한 난연성이 요구되고 있다. 여기서, 열에 의한 열팽창에서 오는 열적 불일치를 완화시키지 못할 경우 상하 피착물의 뒤틀림이 야기될 수 있다.
아울러, 열전도성 점착제는 외부로의 방열을 용이하게 하는 히트싱크(heat sink)와 발열체 사이에 필름형태로 위치하게 되어 히트싱크로의 열전달을 용이하게 한다. 이때, 기재로 사용되는 폴리머는 0.1 ∼ 0.5 W/mK의 열전도도를 갖게 되는데, 여기에 높은 열전도도를 갖는 입자를 혼합하여 원하는 열전도도를 얻게 된다.
이와 같은 종래의 열전도성 점착제에는 주로 실리콘계 수지가 기재로 사용되고 있다. 그러나, 실리콘계 수지는 고가이고 느린 경화 속도를 가지고 있어 가공시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 또한, 시트 자체가 딱딱하여 요철이 있는 피착재에 사용되는 경우 충분한 점착강도를 내지 못하는 단점이 있었다.
또한, 열전도도를 갖는 입자형 충전제를 사용하는 경우, 높은 열전도도를 나타내기 위해 많은 함량의 충전제 사용이 불가피하였으며, 이로 인해 접착력이 저하되는 문제가 발생하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 점착제 조성물을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 실리콘계 수지(10) 내에 분산되는 입자형 충전제(20)의 함량이 미달되어 열전도 네트워크(30)가 정상적으로 형성되지 못한 것을 볼 수 있다. 아울러, 점착 시트 제조시 입자형 충전제(20)의 비중이 무거워서 입자형 충전 제(20)들이 일측으로 몰리는 문제가 발생하여, 입자형 충전제(20)들이 몰려있는 부분의 점착력이 감소된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 실리콘계 기재 대신에 아크릴계 점착 수지를 사용하는 점착제를 사용하였으나, 열경화방식을 사용하는 아크릴계 점착 수지 또한 가공 시간이 오래 걸리는 문제가 있고, 또한 염기성 및 산성을 띠는 입자형 충전제와 아크릴계 점착 수지간의 산 염기 반응으로 급격하게 점도가 상승하여 가공성에 문제가 발생하였다.
또한, 사용하는 충전제가 높은 비중을 가짐으로 오랜 가공 시간 동안 충전제가 침강되는 문제가 있어 열전도 네트워크 형성이 어렵고, 점착 시트 양면이 각각 다른 접착력을 가지게 되는 문제가 있다.
본 발명은 높은 열전도도를 가지는 탄소섬유를 입자형 충전제와 혼합하여 사용함으로써, 적은 부피함량으로도 균일한 점착 특성과 고방열 성능을 부여하고, 열전도성 점착시트의 비중을 줄여 적용 제품의 경량화를 구현할 수 있도록 하는 탄소섬유를 함유한 열전도성 점착제 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
아울러, 상기 점착제 조성물을 이용하여 점착 시트를 제조하되, 실란 커플링제가 표면처리된 입자형 충전제를 사용함으로써, 가공성 및 열전도도가 더 향상된 점착 시트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 열전도성 점착제 조성물은 아크릴계 점착 수지를 기재로 하고 탄소섬유 대 입자형 충전제가 1:4 ~ 4:1의 부피비율로 혼합된 하이브리드 충전제를 포함한다.
여기서, 상기 열전도성 점착제 조성물 100 부피부를 기준으로 상기 아크릴계 점착 수지의 함량은 20 내지 95 부피부가 첨가되고, 상기 하이브리드 충전제는 5 내지 80 부피부가 첨가되는 것을 특징으로 하고, 상기 아크릴계 점착 수지는 탄소수 1 ∼ 12의 알킬기를 가지는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 100 중량부에 대하여, 상기 단량체와 공중합이 가능한 극성 단량체 0 초과 40 중량부 이하를 혼합한 것을 특징으로 하고, 상기 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체는 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 및 이소노닐(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 아크릴계 점착 수지는 자외선 경화형인 것을 특징으로 하고, 상기 탄소섬유는 열전도도가 50 W/mK 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 탄소섬유는 피치계(Pitch) 탄소섬유인 것을 특징으로 하고, 상기 탄소섬유 및 상기 입자형 충전제의 겉보기 밀도는 3.0 g/㎤ 이하인 것을 특징으로 하고, 상기 입자형 충전제는 산화알루미늄(Alumina or Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 실리콘탄소(SiC), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 그라파이트(Graphite), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT) 및 그라핀(Graphene) 중 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 열전도성 점착제 조성물 100 부피부에 대하여 0.01 ∼ 5.0 중량부의 실란 커플링제로 상기 입자형 충전제를 표면처리 한 것을 특징으로 하고, 상기 실란 커플링제는 탄소-탄소 이중결합을 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 아크릴계 점착 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 10 중량부로 첨가되는 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 광개시제는 벤젠과 벤젠 이서 화합물, 벤질케탈 화합물, α-하이드록시알킬페논 화합물, α,α-디알콕시아세토페논 유도체 화합물 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 아크릴계 점착 수지 100 중량부에 대하여 0.05 ~ 30 중량부로 첨가되는 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 경화제는 다관능성 아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 글리세릴 프로폭실레이티드 트리아크릴레이트, 알릴 아크릴레이트 및 알릴 이써(Allyl Ether) 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 열전도성 점착 시트는 상술한 조성물로 이루어지며, 밀도가 5.0 g/㎤ 이하인 것을 특징으로 하고, 상기 점착 시트의 두께는 50 ㎛ 내지 2 mm인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 열전도성 점착 시트 제조 방법은 아크릴레이트 및 극성 모노머 아크릴산을 유리 반응기에서 광중합시켜 제 1 액상 아크릴 시럽을 제조하는 단계와, 상기 액상 아크릴 시럽에 광개시제 및 가교제를 혼합한 후 교반시켜 제 2 액상 아크릴 시럽을 제조하는 단계와, 상기 제 2 아크릴 시럽에 피치(Pitch)계 탄소섬유 대 입자형 충전제가 1:4 ~ 4:1의 부피비율로 혼합된 하이브리드 충전제를 첨가한 후 교반시켜 점착제 조성물을 제조하는 단계와, 상기 점착제 조성물을 진공펌프를 이용하여 감압 탈포 한 후에 실리콘이 코팅된 PET 필름 상에 상기 점착제 조성물층을 제조하는 단계 및 상기 점착제 조성물층을 UV 램프를 이용하여 경화를 시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 아크릴계 점착 수지에 탄소섬유 및 입자형 충전제가 혼합된 하이 브리드 충전제를 혼합하여 열전도성 점착 시트를 제조함으로써, 충전제가 침강 없이 균일하게 분산된 열전도도를 향상시키고, 우수한 점착 특성을 유지하는 점착 수지를 제조할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 탄소-탄소-탄소 이중결합을 가진 실란 커플링제를 충전제의 표면에 처리하여 충전제의 분산 효과를 극대화시키고, 그에 따라서 열전도도 및 점착 특성도 극대화 시킬 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에서는 단시간에 경화가 가능한 자외선 경화형 점착 수지를 이용한다. 이를 위하여, 다관능성 아크릴레이트를 사용하여 세미-상호침투 중합체 네트워크(Interpenetrating polymer network) 구조를 형성하는 물리적 경화 방법을 사용하는 것이다. 이때, 일반 고분자는 0.5 W/mK 이하로 낮은 열전도도를 가지고 있지만, 비결정성 고분자인 아크릴계 점착 수지는 0.2 W/mK 이하로 더욱 낮은 열전도도를 갖는다. 또한, 광중합은 UV 광량, 광개시제의 종류와 양, 온도에 따라 물성의 차이를 보이며, UV 광량과 광개시제로 인한 반응속도 제어로 경화정도가 달라진다. 따라서, 본 발명에서는 자외선 경화 방법을 사용하는 아크릴계 점착 수지를 이용하되, 높은 열전도도를 갖는 입자형 충전제 및 탄소섬유를 혼합하여 원하는 물성을 얻을 수 있도록 한다.
이하에서는 상술한 본 발명의 기술에 근거하여, 높은 열전도도 특성을 가지 면서, 동시에 우수한 점착 특성을 나타내는 열전도성 점착제 조성물 및 이를 이용하여 제조한 점착 시트에 대해 상세히 설명하는 것으로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 2는 본 발명에 따른 점착제 조성물을 나타낸 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 아크릴계 점착 수지(100) 내에 탄소섬유(130) 및 입자형 충전제(120, 125)가 혼합된 하이브리드 충전제가 균일하게 분산되어 열전도 네트워크(140)가 복수개 형성되는 것을 볼 수 있다. 이는, 도 1의 열전도 네트워크(30)와 비교할 때 매우 향상된 결과임을 알 수 있다. 여기서, 입자형 충전제(120, 125)는 서로 다른 입도를 갖는 것이 동시에 사용될 수 있음을 나타내기 위하여 제 1 입자형 충전제(120) 및 제 2 입자형 충전제(125)로 나타낸 것이다. 아울러, 본 도면은 탄소섬유(130) 및 입자형 충전제(120, 125)가 혼합되어 열전도 네트워크(140)를 형성하는 일실시예를 개략적으로 도시한 것이므로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 점착제 조성물에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 점착제 조성물 100 부피부를 기준으로 아크릴계 점착 수지의 함량은 20 내지 95 부피부가 첨가되도록 하고, 하이브리드 충전제는 5 내지 80 부피부가 첨가되도록 하는 것이 바람직하다.
아울러, 탄소섬유는 피치계(Pitch) 탄소섬유을 사용하며, 열전도도가 50 W/mK 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 탄소섬유 및 입자형 충전제의 겉보기 밀도는 3.0 g/㎤ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 열전도도가 50 W/mK 미만인 경우 열전도 효율이 떨어지고, 겉보기 밀도가 3.0 g/㎤를 초과하게 되면 분산성이 떨어져서 균일한 분산이 이루어지지 않는다.
상술한 본 발명의 열전도성 점착제 조성물과 관련하여, 먼저 본 발명에서 사용할 수 있는 상기 아크릴계 점착 수지는 특별히 한정 되지 않으며 본 기술 분야에서 점착제로 사용될 수 있는 것이면 모두 가능하다.
본 발명에서 바람직한 아크릴계 점착 수지의 예로는 탄소수 1 ∼ 12의 알킬기를 가지는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체와, 이 단량체와 공중합이 가능한 극성 단량체가 공중합된 고분자를 들 수 있으며, 자외선에 의해서 부분 중합되는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 100중량부에 대하여, 극성 단량체는 0 초과 40 중량부 이하가 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 아울러, (메타)아크릴산 에스테르계 단량체는 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 및 이소노닐(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명은 탄소섬유와 입자형 충전제를 혼합한 하이브리드 충전체를 상기 아크릴계 점착 수지 중에 균일하게 분산되도록 교반 혼합한다.
그 다음으로, 혼합물을 중합, 바람직하게는 자외선에 의한 광중합 및 경화를 진행하여 본 발명에 따른 열전도성 점착 시트를 제조할 수 있다.
여기서, 광개시제는 아크릴계 점착 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 광개시제가 0.01 중량부 미만이 사용되는 경우 점착제 조성물의 중합도가 현저하게 떨어지며, 10 중량부를 초과하는 경우 중합도가 지나치게 증가되어 점도가 감소될 수 있다. 상기와 같은 본 발명의 광개시제 예로는 벤젠과 벤젠 이서 화합물, 벤질케탈 화합물, α-하이드록시알킬페논 화합물, α,α-디알콕시아세토페논 유도체 화합물이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 경화제는 열전도성 점착제 조성물 100 부피부에 대하여 0.05 ~ 30 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 경화제가 0.05 부피부 미만이거나 30 중량부를 초과하는 경우 점착 강도가 감소될 수 있다. 상기와 같은 본 발명의 경화제 예로는 다관능성 아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 글리세릴 프로폭실레이티드 트리아크릴레이트, 알릴 아크릴레이트 및 알릴 이써(Allyl Ether) 등의 경화형 단량체가 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
그 다음으로, 본 발명에 따른 점착제 조성물은 전기 절연성을 갖으면서 높은 열전도도를 나타내도록 탄소섬유(Carbon Fiber; CF) 및 입자형 충전제를 혼합한 하이브리드 충전제를 포함한다.
먼저, 입자형 충전제 물질로는 산화알루미늄(Alumina or Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO)과 같은 금속 산화물이나 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 실리콘탄소(SiC)와 같은 세라믹 물질이 있다. 또한, 수산화알루미늄(Al(OH)3)이나 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 같은 열전도성 이외에 내연성을 포함하는 물질도 사용될 수 있으며, 이외에도 그라파이트(Graphite)나, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT) 및 그라핀(Graphene)도 열전도성 물질로서 사용될 수 있다. 이때, 열전도도의 상승 효과를 위하여, 입자형 세라믹 입경을 다양하게 혼합하여 사용한다. 즉, 입자형 세라믹 충전제는 입경이 1 ∼ 100㎛ 인 것 중에서 둘 이상 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명에서는 높은 열전도도를 가지며 비중이 가볍고 섬유 형태로 열전도 네트워크를 쉽게 형성할 수 있도록 하기 위하여, 입자형 충전제의 표면에 탄소-탄소 이중결합을 가지도록 표면 처리하는 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 이때, 실란 커플링제 함량은 상기 열전도성 점착제 조성물 100 부피부에 대하여 0.01 ∼ 5.0 부피부를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실란 커플링제는 유기 관능성기와 가수분해성기로 구성된다. 이와 같이 본 발명의 실란 커플링제는 분자 내에 유기 기능성 기와 결합 할 수 있는 반응기를 함께 갖기 때문에 입자형 충전제의 계면 결합제로서 작용한다. 여기서, 가수분해성기는 비닐기, 에폭시기, 메타크릴록시기, 아미노기와 같은 수많은 기능성 기가 합성되어 있고, 유기 기능성기는 알킬렌기에 의해 실리콘(Si) 원자와 결합하여 있기 때문에 화학적 열적으로 안정하다.
다량의 입자형 세라믹 충전제를 사용하면 산성 또는 염기성을 띠는 충전제와 산성 또는 염기성을 띠는 아크릴계 점착 수지 사이에 발생할 수 있는 산염기 반응을 감소시켜 가공성을 향상시킬 수 있다. 즉, 산염기 반응은 점도를 상승시켜 가공성의 문제를 야기 시킬 수 있는데, 본 발명에 따른 실란 커플링제는 입자형 충전제와 아크릴계 점착 수지 사이의 계면에서 발생하는 포논 산란 현상을 상쇄시켜 열 저항을 줄여준다. 아울러, 탄소-탄소 이중결합이 있는 실란 커플링제를 입자형 충전제에 표면처리에 사용하는 경우, 아크릴계 점착 수지와 중합가능하게 하여 분산성을 향상시키고, 열전도 네트워크를 증가시킬 수 있다.
다음으로, 상술한 본 발명의 열전도성 점착제 조성물은 열전도성 점착 시트로 제조될 수 있다. 이때, 열전도성 점착 시트의 밀도는 5.0 g/㎤ 이하인 것이 바람직하고, 시트의 두께는 한정되지 않지만 50 ㎛ 내지 2 mm인 것이 바람직하다. 50㎛ 미만으로 얇으면 열전달 접촉 면적이 작아져서 발열체와 방열시트와의 충분한 열전달이 이루어지기 어려우며, 2 mm 보다 두껍고, 밀도가 5.0 g/㎤를 초과하게 되 면 시트의 열 저항성이 커지고 방열을 이루는데 많은 시간이 소요될 수 있다.
이하에서는 상술한 본 발명의 열전도성 점착제 조성물을 이용하여 점착 시트를 제조하는 과정을 실시예를 들어 설명하는 것으로 한다.
먼저, 본 발명의 하이브리드 충전제를 구성하는 탄소섬유 및 입자형 충전제는 하기 [표 1]에서 나타나는 특성을 갖는 물질을 사용한다.
[표 1]
Figure 112009024978542-pat00001
상기 [표 1]을 참조하면, 본 발명에서는 겉보기 밀도 0.5 g/㎤, 열전도도 50 W/mK이상, 직경 10 ㎛, 길이 200 ㎛를 갖는 피치계 탄소섬유를 사용하고, 입자형 충전제는 산화알루미늄(Al2O3)을 사용한다.
실시예 1
2-에틸 헥실 아크릴레이트 90 중량부와 극성 모노머 아크릴산 10중량부를 1리터 유리 반응기에서 광중합시켜 점도 1000 cP 제 1 시럽을 제조한다.
다음에는, 제 1 시럽 100중량부에 대해 광개시제로서 이가큐어-819 0.01중량부, 가교제로서 1,6-헥사디올 디아크릴레이트(HDDA) 0.1중량부를 혼합한 후 충분히 교반하여 제 2 시럽을 제조한다.
그 다음에는, 전체 점착제 조성물 100부피부에 대해 열전도도 50 W/mK 이상인 피치(Pitch)계 탄소섬유 DKD (BP/Amoco Co., USA) 10 부피부를 넣고 충분히 교반 한 후에 입자형 충전제인 Al2O3(40 ㎛) 40 부피부를 혼합하여 충분히 균일해질 때까지 교반하여 점착제 조성물을 제조한다. 여기서, '충분히'는 입자들의 균일도가 1:1에 가깝게 되는 정도를 뜻하므로, 그에 따른 시간이나 교반 속도는 상황에 따라서 달라질 수 있다.
그 다음에는, 점착제 조성물을 진공펌프를 이용하여 감압 탈포한 후에 실리콘 코팅된 PET 필름 100 ㎛에 닥터 블레이드를 사용하여 0.3 mm 초과 1.5 mm 미만의 두께를 갖는 열전도성 점착 시트로 제조하였다. 이때, 점착 시트는 UV 램프를 이용하여 10분간 광조사하여 경화를 시킨다.
실시예 2
피치계 탄소섬유 30부피부와 입자형 충전제 Al2O3(40㎛) 20부피부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도성 점착시트를 얻 었다.
실시예 3
피치계 탄소섬유 40부피부와 입자형 충전제 Al2O3(40㎛) 10부피부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도성 점착시트를 얻었다.
실시예 4
피치계 탄소섬유 10부피부와 메타크릴록시계 실란 커플링제 KBM-503((Shinetsu, Japan) 0.5부피부를 표면처리한 충전제 Al2O3(40㎛) 40부피부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도성 점착시트를 얻었다.
실시예 5
피치계 탄소섬유 30부피부와 메타크릴록시계 실란 커플링제 KBM-503((Shinetsu, Japan) 0.5부피부를 표면처리한 입자형 충전제 Al2O3(40㎛) 20부피부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도성 점착시트를 얻었다.
비교예 1
피치계 탄소섬유 50부피부만의 단일 충전제를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도성 점착시트를 얻었다.
비교예 2
입자형 충전제 Al2O3(40㎛) 50부피부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도성 점착시트를 얻었다.
비교예 3
피치계 탄소섬유 30 부피부와 입자형 충전제 AlN(3.5 ㎛) 20부피부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도성 점착시트를 얻었다.
비교예 4
열전도도 15 W/mK 인 PAN계 탄소섬유 K223(Mitsubishi Chemical Co., Japan) 30부피부와 입자형 충전제 Al2O3(40㎛) 20부피부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도성 점착시트를 얻었다.
상기 실시예 및 비교예에서 사용한 탄소섬유 또는 입자형 충전제 입경에 따른 부피부와 표면처리 유무를 하기 [표 2]에서 나타내었다.
[표 2]
Figure 112009024978542-pat00002
다음에는, 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 열전도성 점착시트의 물성을 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 하기 [표 3]에 나타내었다.
1. 열전도율 시험
1) 열확산도: 레이져 섬광법을 이용하였으며, ULVAC사의 TC-7000을 사용하여 측정하였다.
2) 밀도: Alfa Mirage 사의 Electronic Densimeter MD-300S를 사용하여 측정 하였다.
3) 비열: TA사의 DSC로 사파이어를 표준샘플로 사용하여 비열을 측정하였다.
각각 구하여진 값을 하기 [수학식 1]을 통해 열전도도를 얻었다.
[수학식 1]
k=α·ρ·Cp
(k=열전도도, α=열확산도, ρ=밀도, Cp=비열)
2. 점착력 실험
피착제로 알루미늄을 사용하여 JIS Z1541에 근거하여 Texture analyzer를 사용하여 측정하였다.
[표 3]
Figure 112009024978542-pat00003
상기 [표 3]에 나타난 바와 같이 피치계 탄소섬유와 입자형 충전제를 혼합하여 사용한 실시예 1 내지 5의 경우는 탄소섬유와 입자형 충전제를 혼합하지 않고 사용한 비교예 1 내지 2에 비해 높은 열전도도를 나타내었다.
다음으로, 표면처리한 입자형 충전제를 사용한 실시예 5와 비교예 3을 비교하였을 때 실시예 5가 높은 열전도도를 나타내었다.
또한, 피치계 탄소섬유를 사용한 실시예 2와 PAN계 탄소섬유를 사용한 비교예 4를 비교하였을 때 본 발명에 따른 실시예 2의 경우가 높은 열전도도를 나타내었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열전도성 점착제 조성물은 아크릴계 점착 수지에 탄소섬유 및 입자형 충전제가 혼합된 하이브리드 충전제를 혼합하여 열전도성 점착 시트를 제조함으로써, 충전제가 침강 없이 균일하게 분산된 열전도도를 향상시키고, 우수한 점착 특성을 유지하는 점착 수지를 제조할 수 있도록 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 점착제 조성물을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 점착제 조성물을 나타낸 개략도.

Claims (13)

  1. 아크릴계 점착 수지; 및
    탄소섬유 대 입자형 충전제가 1:4 ~ 4:1의 부피비율로 혼합된 하이브리드 충전제;를 포함하는 점착제 조성물로서,
    상기 점착제 조성물 100 부피부에 대하여 0.01 ∼ 5.0 부피부의 실란 커플링제로 상기 입자형 충전제를 표면처리 한 것이고,
    상기 실란 커플링제는 탄소-탄소 이중결합을 가지는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도성 점착제 조성물 100 부피부를 기준으로 상기 아크릴계 점착 수지의 함량은 20 내지 95 부피부가 첨가되고, 상기 하이브리드 충전제는 5 내지 80 부피부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크릴계 점착 수지는 탄소수 1 ∼ 12의 알킬기를 가지는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 100 중량부에 대하여, 상기 단량체와 공중합이 가능한 극성 단량체 0 초과 40 중량부 이하를 혼합한 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체는 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 및 이소노닐(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크릴계 점착 수지는 자외선 경화형인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소섬유는 열전도도가 50 W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소섬유는 피치계(Pitch)계 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소섬유 및 상기 입자형 충전제의 겉보기 밀도는 3.0 g/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자형 충전제는 산화알루미늄(Alumina or Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 실리콘탄소(SiC), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 그라파이트(Graphite), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT) 및 그라핀(Graphene) 중 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항의 조성물로 이루어지며, 밀도가 5.0 g/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착 시트.
  13. 아크릴레이트 및 극성 모노머 아크릴산을 유리 반응기에서 광중합시켜 제 1 액상 아크릴 시럽을 제조하는 단계;
    상기 액상 아크릴 시럽에 광개시제 및 가교제를 혼합한 후 교반시켜 제 2 액상 아크릴 시럽을 제조하는 단계;
    상기 제 2 아크릴 시럽에 탄소섬유 대 입자형 충전제가 1:4 ~ 4:1의 부피비율로 혼합된 하이브리드 충전제를 첨가한 후 교반시켜 점착제 조성물을 제조하는 단계;
    상기 점착제 조성물을 진공펌프를 이용하여 감압 탈포 한 후에 실리콘이 코팅된 PET 필름 상에 상기 점착제 조성물층을 제조하는 단계; 및
    상기 점착제 조성물층을 UV 램프를 이용하여 경화를 시키는 단계;를 포함하며,
    상기 점착제 조성물 제조 단계에서, 상기 입자형 충전제는 상기 점착제 조성물 100 부피부에 대하여 0.01 ∼ 5.0 부피부의 실란 커플링제로 표면처리 한 것이고,
    상기 실란 커플링제는 탄소-탄소 이중결합을 가지는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착 시트 제조방법.
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