KR101213031B1 - 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법 - Google Patents
고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101213031B1 KR101213031B1 KR1020120053165A KR20120053165A KR101213031B1 KR 101213031 B1 KR101213031 B1 KR 101213031B1 KR 1020120053165 A KR1020120053165 A KR 1020120053165A KR 20120053165 A KR20120053165 A KR 20120053165A KR 101213031 B1 KR101213031 B1 KR 101213031B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- expanded graphite
- weight
- slurry
- thermally conductive
- parts
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3731—Ceramic materials or glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전도 특성이 우수한 팽창 그라파이트를 분산매 및 계면활성제와 함께 혼합하여 팽창 그라파이트 분산액을 제조하고, 상기 분산액을 고분자 용액에 단독 혼합 또는 다양한 열전도 파우더와 함께 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 상기 슬러리를 탈포하고 성형하여 열전도 패드를 제조함으로써, 상기 팽창 그라파이트가 균일하게 분산될 뿐만 아니라 재응집을 방지하여 고열전도율을 구현할 수 있도록 하고, 아울러, 상기 팽창 그라파이트 분산매와 슬러리 제조시 사용되는 고분자 용액의 선택에 의하여 열전도패드 제조시 작업성 및 제품의 물성을 다양하게 조절할 수 있도록 하며, 또한, 상기와 같이 열전도 파우더의 혼합사용 및 분산 투입에 의해 열전도패드의 열전도 특성을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 열전도 특성이 우수한 팽창 그라파이트를 고분자 매트릭스 내에 단독 혼합이나 다양한 열전도 파우더와 함께 균일하게 분산시킴으로써, 분산성이 향상되고 재응집을 방지하여 고열전도율을 구현할 수 있도록 하는 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법에 관한 것이다.
최근들어 전자 및 반도체 기술의 발달로 전자 소자의 성능이 발달됨에 따라 전자제품의 소형화, 고성능화가 비약적으로 진행되어 왔다. 이에 따라 전자소자에서 발생되는 열의 외부로의 방출을 통해 전자 소자의 성능 및 수명을 확보하는 것이 중요한 이슈가 되고 있다.
한편, 전자소자에서 발생되는 열은 케이스를 통해 외부로 원활히 방출되는 것이 가장 이상적인 방법이다. 그러나 전자소자와 케이스 사이에는 공간이 존재함으로서 복사를 통한 열전달이 이루어진다. 복사를 통한 열의 전달은 전도를 통한 열전도보다 효율이 떨어지므로 고열전도도를 가지는 매질이 필요하며, 상기 매질로써 열전도 패드가 사용된다.
종래의 열전도패드와 관련된 선행기술로써, 특허문헌 1에는 고분자 매트릭스에 알루미나와 실리카로 이루어진 세라믹 고체를 포함시켜 제조된 열전도 패드를 제안하고 있으며, 특허문헌 2에서는 열전도성의 금속계 분말을 함유하는 연질 수지와, 알루미나로 이루어진 무기계 분말을 포함하는 전자부품용 방열패드를 제안하고 있다.
하지만 상기와 같은 종래의 기술은 저발열 소자에는 적용 가능하나 고발열 소자에 적용하는 데는 한계가 있고 알루미나의 충진율에 따라서 비중이 높아지는 문제점이 있었다.
따라서 알루미나보다 우수한 열전도도를 가지며, 비중이 낮은 새로운 물질의 적용이 필요하게 되었다.
한편, 팽창 그라파이트(Graphite)은 물리적, 화학적, 기계적, 열적 특성이 우수한 재료로서 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 팽창 그라파이트는 탄소 원자들이 무수히 연결돼 6각형의 벌집 모양으로 수없이 쌓여있는 탄소원자 한 층으로 되어 있는 두께 0.35nm의 2차원 평면 형태의 얇은 막구조를 이루며, 현재 알려진 가장 얇은 물질이다. 팽창 그라파이트은 상온에서 단위 면적당 구리보다 약 1,000배 많은 전류를 전달할 수 있을 뿐만아니라 최고의 열전도체인 다이아몬드보다 열전도성이 2배 이상 높고, 기계적 강도는 강철보다 200배 이상 강하다. 게다가 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기 전도성을 잃지 않는다.
즉, 팽창 그라파이트는 차세대 전자소재로 평가받는 탄소나노튜브(CNT)보다 더 우수한 물질로서, 팽창 그라파이트를 말아서 원통형으로 만든 구조가 탄소나노튜브(CNT)이기 때문에 두 물질의 화학적 성질은 매우 비슷하나 감는 방향에 따라 도체와 반도체로 특성이 달라지는 CNT와는 달리 팽창 그라파이트는 금속성을 균일하게 갖기 때문에 산업적으로 응용하기 쉽다.
하지만, 팽창 그라파이트의 경우 직경이 1nm수준에 불과하여 단독으로 존재하지 못하고 반데르발스(Vander Waals) 인력에 의한 응집이 발생하여 수십 내지 수백 nm의 번들 형상으로 존재한다.
따라서, 상기와 같은 팽창 그라파이트를 열전도패드의 소재로 응용하기 위해서는 번들 현상 및 엉킴 현상 등의 응집현상을 극복하여야 한다. 응집된 팽창 그라파이트의 경우 수㎛ 의 입자를 사용하는 것과 같은 효과로서 열전도도 구현에 있어서 3차원 네트워크 구조형성을 방해하고 입자 대비 열전도율이 감소되므로 응집현상은 필수적으로 극복하여야 하는 것이다.
즉, 팽창 그라파이트는 우수한 열전도율을 가지며 비중이 낮아 단독 사용 또는 알루미나와의 혼용 사용으로 최종 단계의 열전도패드의 비중을 낮추어 줄 수 있는 좋은 소재이다. 그러나 팽창 그라파이트의 고분자내 분산이 가장 큰 과제이다.
이때, 상기 팽창 그라파이트의 분산 방법은 용매, 계면활성제, 산처리 등을 이용한 화학적 분산 방법과 초음파, 볼밀링, 연마/마찰, 전단력 등을 이용한 기계적 분산방법으로 나눌 수 있다.
그러나, 어떤 방법을 통한 팽창 그라파이트의 분산을 적용하더라도 분산 후의 재응집을 방지할 수 있는 기술 또한 필요하다.
즉, 팽창 그라파이트를 고분자 재료와 직접 혼합하는 경우 이러한 응집을 컨트롤 할 수 없어 팽창 그라파이트가 균일하게 분포되지 않는 문제점이 있었으며, 이는 열전도패드 내부에 균일한 열전도율을 구현하지 못하게 하는 이유가 될 뿐만 아니라 제품으로서의 기능을 발현하지 못하게 되는 문제점이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열전도 특성이 우수한 팽창 그라파이트를 분산매 및 계면활성제와 함께 혼합하여 팽창 그라파이트 분산액을 제조하고, 상기 분산액을 고분자 용액에 단독 혼합 또는 다양한 열전도 파우더와 함께 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 상기 슬러리를 탈포하고 성형하여 열전도 패드를 제조함으로써, 상기 팽창 그라파이트가 균일하게 분산될 뿐만 아니라 재응집을 방지하여 고열전도율을 구현할 수 있도록 하는 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법을 제공함을 과제로 한다.
아울러, 상기 팽창 그라파이트 분산매와 슬러리 제조시 사용되는 고분자 용액의 선택에 의하여 열전도패드 제조시 작업성 및 제품의 물성을 다양하게 조절할 수 있도록 하는 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법을 제공함을 다른 과제로 한다.
또한, 상기와 같이 열전도 파우더의 혼합사용 및 분산 투입에 의해 열전도패드의 열전도 특성을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법을 제공함을 또 다른 과제로 한다.
본 발명은 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법에 있어서,
혼합용기 내에 분산매, 계면활성제 및 팽창 그라파이트를 투입 후 혼합하는 팽창 그라파이트 분산액 제조단계(S1);
별도의 혼합용기 내에 실리콘계 고분자 용액 또는 아크릴계 고분자 용액에 색소(pigment) 및 상기 팽창 그라파이트 분산액을 투입하고, 분산시키는 제 1 슬러리 제조단계(S2);
별도의 혼합용기 내에 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액과, 촉매, 상기 제 1 슬러리 및 열전도 파우더를 혼합하는 제 2 슬러리 제조단계(S3); 및
상기 제 2 슬러리를 탈포하고 패드 형태로 성형하는 열전도 패드 제조단계(S4);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법을 과제의 해결 수단으로 한다.
여기서, 상기 팽창 그라파이트 분산액 제조단계(S1)는, 물, 액상 실리콘 바인더, 액상 아크릴 바인더 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 이루어지는 분산매 100 중량부에 대하여, 팽창 그라파이트(Graphite) 1 ~ 5 중량부 및 계면활성제 3 ~ 6 중량부를 혼합하고 초음파를 사용하여 분산시켜 팽창 그라파이트 분산액을 제조하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제 1 슬러리 제조단계(S2)는, 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액 100 중량부에 대하여, 색소 1 ~ 5 중량부를 첨가하여 교반한 후, 상기 팽창 그라파이트 분산액 10 ~ 50 중량부를 혼합하여 제 1 슬러리를 제조하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 슬러리 제조단계(S3)는, 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액 100 중량부에 대하여, 백금(Pt) 촉매 0.1 ~ 0.5 중량부, 상기 제 1 슬러리 10 ~ 30 중량부 및 열전도 파우더 70 ~ 90 중량부를 혼합하여 제 2 슬러리를 제조하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전도 파우더는, 실리카 분말 또는 세라믹 분말로서, 분말 형상에 따라 구형 파우더와 무정형 파우더를 1 : 0.5 ~ 1 : 1.5 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전도 파우더는, 열전도도가 20 ~ 40W/mK인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 팽창 그라파이트를 직접 분산시킬 수 있으므로 팽창 그라파이트를 고분자 매트릭스에 균일하게 분산시킬 수 있으며, 이를 도입하여 열전도 특성이 향상된 열전도패드를 제조할 수 있고, 또한, 팽창 그라파이트 분산매과 슬러리 제조시 사용되는 고분자 용액의 선택에 의하여 열전도패드 제조시 작업성 및 제품의 물성을 조절할 수 있으며, 아울러, 열전도 파우더의 혼합사용 및 분산 투입으로 열전도패드의 열전도 특성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법을 나타낸 흐름도
도 2는 종래 플래너터리 교반기를 이용했을 때와 본 발명에 따른 3-ROLL MILL을 이용했을 때의 팽창흑연과 실리콘과의 미분산 상태를 나타낸 도면
도 2는 종래 플래너터리 교반기를 이용했을 때와 본 발명에 따른 3-ROLL MILL을 이용했을 때의 팽창흑연과 실리콘과의 미분산 상태를 나타낸 도면
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법에 관한 것으로써, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 팽창 그라파이트 분산액 제조단계(S1), 제 1 슬러리 제조단계(S2), 제 2 슬러리 제조단계(S3); 및 열전도 패드 제조단계(S4)로 이루어진다.
상기 팽창 그라파이트 분산액 제조단계(S1)는, 분산매에 계면활성제와 함께 팽창 그라파이트를 혼합하여 팽창 그라파이트 분산액을 제조하는 단계로써, 상기 분산매로는 물이나, 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 같은 액상 고분자 바인더를 사용할 수 있으며, 계면활성제로는 분산매의 성질에 따라 음이온성 계면활성제와 비이온성 계면활성제를 선택 사용한다.
이때, 상기 팽창 그라파이트는 분산매 100 중량부에 대하여, 1 ~ 5 중량부를 사용하는데, 팽창 그라파이트 함량이 1 중량부 미만일 경우, 열전도 특성이 충분히 발현되지 않을 우려가 있으며, 5 중량부를 초과할 경우, 팽창 그라파이트의 분산이 충분하지 않을 우려가 있다.
또한, 계면활성제는 분산매 100 중량부에 대하여 3 ~ 6 중량부를 사용하는데, 계면활성제의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 팽창 그라파이트의 분산효과가 충분하지 않을 우려가 있다.
한편, 분산매로서 물을 사용하면 일반 수계바인더와의 상용성이 우수하여 지고, 실리콘계 액상 고분자를 사용하면 절연,내한,내열,내구성이 우수해지며, 아크릴계 액상 고분자를 사용하면 점착강도가 우수해진다.
즉, 상기와 같이 분산매를 다양하게 선택할 수 있으므로, 열전도패드의 물성 조절이 더욱 용이해진다.
한편, 분산매로서 물을 사용하면 음이온성 계면활성제를 선택 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 수용성 팽창 그라파이트 분산액이 얻어진다. 분산매로서 액상 고분자 바인더를 사용하면 비이온성 계면활성제를 선택 사용하는 것이 좋고, 페이스트상의 팽창 그라파이트 분산액이 얻어진다.
한정하는 것은 아니지만 구체적으로 예를 들어, 음이온성 계면활성제로는 황산도데실나트륨(SDS, Sodium Dodecyl Sulfate), 아민옥사이드(Amine Oxide), LAS(linear alkyl benzene sulfonic acid) 및 AOS(alpha olefin sulfonate) 등 중에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 비이온성 계면활성제로는 폴리솔베이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리글리세린 모노알킬에테르, 및 라우릴디메틸아민옥사이드 등 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.
상기 분산매와 계면활성제 및 팽창 그라파이트는 초음파 분산 등의 수단을 사용하여 균일하게 분산하여 팽창 그라파이트 분산액을 제조한다. 이들의 분산시 10 내지 40 ∩/sq 정도로 초음파 분산이 이루어지면 더욱 좋다.
상기한 방법에 의하여 팽창 그라파이트의 균일하게 분산된 팽창 그라파이트 분산액을 얻을 수 있으며, 이를 열전도패드 제조시 도입한다.
한편, 상기 분산매, 팽창 그라파이트, 계면활성제의 혼합 시, 3-ROLL MILL을 이용하여 두께 1 ~ 5U으로 설정 후 1시간 동안 반복 교반을 하는데, 이런 방법을 이용해야만 일반 교반기나 플래너터리 믹서를 사용해서 교반할 경우 도 2에 도시된 바와 같이, 팽창 그라파이트의 분산이 되지 않는 현상이 없어진다. 기존의 방식인 일반 교반기나 플래너터리 믹서에서 200rpm으로 2시간동안 분산을 실시하여도 팽창 그라파이트가 실리콘(아크릴)과 분산이 되지않고 덩어리지는 현상이 발생하여 분산성이 떨어져서 이를 이용한 슬러리와의 상용 분산이 되지 않는다.
상기 제 1 슬러리 제조단계(S2)는, 실리콘계 고분자 용액 또는 아크릴계 고분자 용액에 상기 팽창 그라파이트 분산액과 색소(pigment)를 투입, 분산시켜 열전도패드의 색상을 조절하는 단계로써, 이는 최종 제품의 색상을 그레이(Gray)로 조정함으로써 먼지 및 기타 오염에 민감하지 않도록 하기 위함이다. 색소로는 한정하는 것은 아니지만 예를 들어 카본계 색소, 무기질계 색소 등을 사용하는 것이 열전도패드에 적합하다.
상기 실리콘계 고분자 용액 또는 아크릴계 고분자 용액과 색소는 1,500rpm ~ 3,000rpm의 속도로 30분 ~ 2시간, 바람직하기로는 1시간 동안 고속교반하여 색소가 고분자 용액에 균일하게 분산되도록 한다. 여기에 상기 제조된 팽창 그라파이트 분산액을 투입하여 2000rpm의 속도로 1시간 ~ 3시간 바람직하기로는 2시간 플래너터리 믹서로 교반하여 팽창 그라파이트가 고분자 용액 내에 균일하게 분산되도록 한다.
한편, 상기 제 1 슬러리 제조단계(S2)에서 상기 팽창 그라파이트 분산액은 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액 100 중량부에 대하여, 10 ~ 50 중량부를 첨가하는데, 상기 팽창 그라파이트 분산액의 함량이 10 중량부 미만일 경우, 팽창 그라파이트에 의한 열전도율의 상승효과가 미비해질 우려가 있으며, 50 중량부를 초과할 경우, 상기 팽창 그라파이트 분산액이 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액에서 제대로 분산되지 못할 우려가 있다.
또한, 상기 제 1 슬러리 제조단계(S2)에서 상기 색소는 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액 100 중량부에 대하여, 1 ~ 5 중량부를 첨가하는데, 상기 색소의 함량이 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 원하는 색상이 발현되지 않을 우려가 있다.
상기 제 2 슬러리 제조단계(S3)는, 고분자 용액에 상기 제 1 슬러리 제조단계(S2)에서 제조된 제 1 슬러리와 열전도 파우더를 혼합하여 제 2 슬러리를 제조하는 단계로써, 실리콘계 고분자 용액 또는 아크릴계 고분자 용액 100 중량부에 대하여 금속(Pt) 촉매 0.1 ~ 0.5 중량부를 투입하고, 상기 제 1 슬러리를 10 ~ 30 중량부 범위로 투입하여 상온에서 교반하여 혼합하고, 열전도 파우더를 70 ~ 90 중량부를 투입하여 제 2 슬러리를 제조한다.
이때, 상기 교반은 믹서, 특히 플레너타리 믹서(Planetary Mixer)를 사용한다.
이때, 상기 금속 촉매의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 각 슬러리와 열전도파우더가 실리콘계 고분자 용액 또는 아크릴계 고분자 용액에 제대로 분산되지 않을 우려가 있다.
아울러, 상기 제 1 슬러리의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 후술되어질 열전도 패드 제조단계(S4)에서 패드형태로 제대로 성형되지 않을 우려가 있다.
또한, 상기 열전도 파우더의 함량이 70 중량부 미만일 경우, 열전도도 특성이 나오지 않을 우려가 있으며, 90 중량부를 초과할 경우, 실리콘계 고분자용액 또는 아크릴계 고분자용액과의 분산이 어려워질 우려가 있다.
한편, 상기 열전도 파우더는 열전도도가 20 ~ 40W/mK 인 것을 사용하는 것이 안정적인 분산성을 나타내는 측면에서 바람직하다. 열전도 파우더로는 실리카 또는 세라믹 분말을 사용하는 것이 좋으며, 구형 또는 무정형의 파우더를 사용할 수 있다. 열전도 파우더의 크기는 4 ~ 40㎛ 인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 구형의 열전도 파우더의 경우 직경이 5 ~ 40㎛ 인 것으로 사용하는 것이 좋고, 무정형의 열전도 파우더의 경우 크기가 4 ~ 20㎛ 인 것을 사용하는 것이 실리콘계 고분자용액 또는 아크릴계 고분자용액과의 분산 상용성이 좋은 측면에서 바람직하다. 열전도 파우더의 크기가 상기 범위보다 크면 실리콘계 고분자용액 또는 아크릴계 고분자용액과의 분산 상용성이 저하될 우려가 있다.
이때, 열전도 파우더 중 구형 열전도 파우더가 많은 경우에는 실리콘계 고분자용액 또는 아크릴계 고분자용액과의 분산이 어려워질 우려가 있고, 무정형 열전도 파우더가 많은 경우에는 실리콘계 고분자용액 또는 아크릴계 고분자용액과의 분산이 어렵고, 가격이 비싸질 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 실리콘계 고분자용액 또는 아크릴계 고분자용액과의 적당한 분산성과 시장에서의 가격 경쟁력을 고려하여 구형 열전도 파우더와 무정형 열전도 파우더를 1 : 0.5 ~ 1 : 1.5 중량비 비율로 조합하여 사용한다.
한편, 본 발명에서는 상기 열전도 파우더를 분할방식으로 투입하며, 분할 기준은 열전도 파우더의 크기이다. 열전도 파우더는 입자가 작은 것부터 순차적으로 투입하는 것이 분산이 쉽고, 안정적인 열전도도를 나타내는 측면에서 바람직하다. 분할투입 횟수는 2 ~ 5 회 수준으로 조절하고, 바람직하기로는 3 회 분할 투입하는 것이 좋다. 분할 투입 후 각 교반은 진공상태에서 선교반하고 진공을 끈 상압 상태에서 나머지 교반시간동안 교반하도록 하여 팽창 그라파이트가 열전도 파우더와 균일하게 혼합될 수 있도록 한다.
상기 제 2 슬러리의 교반은 믹서, 특히 플레너타리 믹서(Planetary Mixer)를 사용하는 것이 좋으며, 믹서 내부를 76cmHg의 진공상태로 조절한 후 교반하도록 한다. 믹서 내부를 진공으로 가하면 분산 과정에서 발생되는 고분자내의 기포를 제거할 수 있다. 상기 제 2 슬러리 중 열전도 파우더의 분할투입시 프레너타리 믹서의 교반속도는 10 ~ 20rpm, 교반시간은 각 분할투입시마다 10 ~ 20 분이 되도록 하며, 각 교반 시간 중 5 ~ 10분은 믹서의 내부를 76cmHg의 진공상태로 조절하여 교반하도록 하는 것이 좋다. 상기 교반 중 슬러리의 온도는 20 내지 30 ℃를 유지하도록 하였다. 슬러리의 온도가 상기 범위 미만으로 적으면 교반이 원활하게 이루어지지 않는 경향이 있고, 온도가 상기 범위를 초과하여 높게 되면 백금 촉매와의 반응하는 경향이 있으므로, 가급적이면 상기 범위를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은, 열전도 파우더의 분할투입과 진공교반에 의하여 고분자 매트릭스 내의 팽창 그라파이트와 실리카나 세라믹 등의 열전도 파우더 각 입자가 균일하게 충진되어 균일하고 최적의 열전도도(3 ~ 10 W/mk의 열전도도)를 나타내는 열전도패드의 제조가 가능하게 된다.
상기 열전도 패드 제조단계(S4)는, 상기 제 2 슬러리 제조단계(S3)에서 제조된 제 2 슬러리를 탈포하고 성형하여 열전도 패드를 제조하는 단계로써, 슬러리의 탈포를 위해 플레너타리 믹서의 교반 속도를 10 ~ 20rpm으로 하고 40 ~ 60분간 진공상태에서 고속탈포하고, 플레너타리 믹서의 교반속도 1 ~ 5rpm으로 조절하고 10 ~ 20분간 진공상태에서 저속탈포를 진행한다.
따라서, 고분자 매트릭스 내부에 기포가 존재할 경우 기포에 의하여 열전도도가 감소되는데 상기 탈포에 의하여 이를 방지할 수 있다.
상기와 같은 탈포공정 이후, 열전도패드를 성형하는데, 성형을 위한 방법으로는 압출성형, 프레스성형 및 콤마코팅성형 등의 이미 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 이외의 열전도패드의 성형을 위한 방법은 슬러리 제조를 위하여 사용된 고분자의 물성과 열전도패드의 특성을 저하시키지 않는 범위 내에서 당업자의 선택에 의해 이루어지며 이로써 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
이러한 성형방법으로써, 코터법을 적용할 경우를 예를 들어 구체적으로 설명하면, 플레너터리 믹서에 프레스를 장착하고 슬러리를 토출하여 슬러리를 캐스팅 한 후 경화시켜 열전도패드를 제조할 수 있다. 상기 열전도패드 성형 후 패드 상부의 오염과 패드의 훼손을 방지하기 위하여 엠보싱처리된 이형필름을 추가 합지할 수 있다.
이하 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 팽창그라파이트 분산액, 제 1슬러리 및 제 2슬러리의 제조
(제조예 1)
팽창 그라파이트 분산액을 제조하기 위해, 액상 실리콘(아크릴) 바인더 100중량부에 대하여, 팽창 그라파이트 1 중량부, 계면활성제(Tween-80) 3중량부의 비율로 혼합하여 3-ROLL MILL을 이용하여 두께 1~5U으로 설정 후 1시간 동안 반복 교반하였다. 그리고 제 1 슬러리를 제조하기 위해, 실리콘계 고분자 용액(TS-5100A, 동양실리콘) 100 중량부에 대하여, 색소(pigment)를 1중량부와 상기 팽창 그라파이트 분산액 10 중량부를 투입하여 고속 교반기를 이용하여 3,000rpm의 속도로 60분간 색소를 분산시켜 열전도패드의 색상을 그레이로 조절하였다[제 1 슬러리]그리고, 제 2 슬러리를 제조하기 위해, 실리콘계 고분자 용액(TS-5100B) 100 중량부에 대하여, 백금촉매를 0.1 중량부를 투입하고, 상기 제 1 슬러리를 10 중량부를 투입한 다음 플레너타리 믹서(Planetary Mixer)를 사용하여 상온에서 10 분간 교반하였다. 그리고, 열전도 파우더 70중량부를 준비하고, 상기 열전도 파우더로는 평균직경 10㎛의 구형 실리카와, 평균직경 20㎛의 무정형 실리카를 1 : 1 중량비로 사용하였다. 상기 플레너타리 믹서에 상기 열전도 파우더 중 직경이 10 ~ 20㎛ 인 열전도 파우더를 전체 열전도 파우더 중량 기준으로 1/3 을 투입하고 30 분간 76cmHg 진공분위기로 선교반하고 진공을 끈 상태에서 10분간 교반하였다. 상기 열전도 파우더 중 직경이 20 ~ 30㎛인 열전도 파우더를 전체 열전도 파우더 중량 기준으로 다음 1/3 을 투입하고 30분간 76cmHg 진공분위기로 선교반하고 진공을 끈 상태에서 10분간 교반하였으며, 남은 열전도 파우더 1/3을 투입하고 다시 30 분간 76cmHg 진공분위기로 선교반하고 진공을 끈 상태에서 10분간 교반하여 제 2 슬러리를 제조하였다[제 2 슬러리].
(제조예 2)
팽창 그라파이트 분산액을 제조하기 위해, 액상 실리콘(아크릴) 바인더 100중량부에 대하여, 팽창 그라파이트 5 중량부, 계면활성제(Tween-80) 6 중량부의 비율로 혼합하여 3-ROLL MILL을 이용하여 두께 1~5U으로 설정 후 1시간 동안 반복 교반하였다. 그리고 제 1 슬러리를 제조하기 위해, 아크릴계 고분자(JK-320, 진광화학) 100 중량부에 대하여, 색소(pigment)를 5중량부와 상기 팽창 그라파이트 분산액 50 중량부를 투입하여 고속 교반기를 이용하여 3,000rpm의 속도로 60분간 색소를 분산시켜 열전도패드의 색상을 그레이로 조절하였다[제 1 슬러리]그리고, 제 2 슬러리를 제조하기 위해, 실리콘계 고분자 용액(TS-5100B) 100 중량부에 대하여, 백금촉매를 0.5 중량부를 투입하고, 상기 제 1 슬러리를 30 중량부를 투입한 다음 플레너타리 믹서(Planetary Mixer)를 사용하여 상온에서 10 분간 교반하였다. 그리고, 열전도 파우더 90 중량부를 준비하고, 상기 열전도 파우더로는 평균직경 10㎛의 구형 실리카와, 평균직경 20㎛의 무정형 실리카를 1 : 1 중량비로 사용하였다. 상기 플레너타리 믹서에 상기 열전도 파우더 중 직경이 10 ~ 20㎛ 인 열전도 파우더를 전체 열전도 파우더 중량 기준으로 1/3 을 투입하고 30 분간 76cmHg 진공분위기로 선교반하고 진공을 끈 상태에서 10분간 교반하였다. 상기 열전도 파우더 중 직경이 20 ~ 30㎛ 인 열전도 파우더를 전체 열전도 파우더 중량 기준으로 다음 1/3 을 투입하고 30분간 76cmHg 진공분위기로 선교반하고 진공을 끈 상태에서 10분간 교반하였으며, 남은 열전도 파우더 1/3을 투입하고 다시 30 분간 76cmHg 진공분위기로 선교반하고 진공을 끈 상태에서 10분간 교반하여 제 2 슬러리를 제조하였다[제 2 슬러리].
2. 열전도 패드의 제조
(실시예 1)
상기 제조예 1에 의하여 제조된 슬러리를 플레너타리 믹서의 교반 속도를 20rpm으로 하고, 50분간 진공상태에서 고속 탈포하고, 교반속도 5rpm으로 15 분간 진공상태에서 저속탈포하였다. 그리고, 열전도 패드로의 성형을 위해 플레너타리 믹서의 반응기를 램 프레스(Lam press)에 장착하여 평균 20 psi의 유압으로 믹서 내부에 제조된 슬러리를 토출하여 콤마코터(comma coater)헤드에 로딩하였다. 콤마코터의 갭(Gap)조절 장치를 통하여 성형체의 두께를 조정하며, 콤마코터에 불소 처리된 PET 이형필름에 상기 슬러리를 캐스팅(Casting)하였다. 상기 PET이형 필름상에 캐스팅된 슬러리를 에어 드라이 챔버(Air Dry Chamber)에 통과시켜 열경화시키는데, 이때 드라이 챔버는 5개의 건조(Drying) 구간, 4개의 가열(Heating, 130 내지 175℃)구간 및 1개의 냉각(cooling)구간으로 이루어지고, 상기 캐스팅된 슬러리는 이 챔버를 거치면서 가열과 건조 공정이 반복되다가 최종 냉각되어 열전도 패드가 성형되었다. 한편, 최종 구간에서 성형된 열전도패드는 패드상부에 오염 및 패드의 훼손을 방지하기 위하여 엠보싱 처리된 이형필름을 추가 합지시켰다.
(실시예 2)
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열전도 패드를 제조하되, 상기 제조예 2에 의하여 제조된 슬러리를 사용하였다.
(비교예 1)
특허문헌 1인 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0084795호에 따른 열전도 패드로써, 실리콘계 제1고분자용액 100 중량부에 대하여 5중량부의 안료(pigment)를 교반 후 상기 1단계에서 분산된 탄소나노튜브 분산액을 투입하여 제1슬러리를 제조하고, 실리콘계 제2고분자용액에 0.5 중량부의 Pt촉매와, 상기 제1슬러리를 투입 교반한 후 98중량%의 알루미나 및 2 중량%의 실리카로 이루어지는 세라믹 고체 90중량부를 투입하여 제2슬러리를 제조하고, 상기 제2슬러리를 믹서(mixer)기에 투입 후 진공을 가하여 교반하고, 상기 4단계에서 교반된 제2슬러리를 램 프레스(lam press)를 통해 유압을 가하여 콤마코터(comma coater) 헤드에 로딩한 후 콤마코터를 통해 불소 처리된 PET이형 필름에 캐스팅(casting)한 후, 상기 피이티(PET: polyethylene terephthalate)이형 필름에 캐스팅된 제2슬러리를 에어 드라이 챔버(air dry chamber)에 통과시켜 열경화시키고, 상기 열경화 처리 후 형성된 고분자 매트릭스 상부에 오염 또는 훼손을 방지하는 엠보싱 처리된 이형 필름을 추가로 합지하여 열전도 패드를 제조하였다.
3. 열전도 패드의 평가
1) 열전도도 확인
열전도도 측정기(Thermal conductivity apparatus)(제조사 : Netzsch, 모델명 : Netzsch COM-88)를 이용하여 ASTM D5470의 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 아래 [표 1]에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 |
| 열전도도(W/mk) | 3.3W/mk | 3.2W/mk | 1.5W/mk |
즉, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 팽창 그라파이트가 균일하게 분산될 뿐만 아니라 재응집을 방지하여 상기 [표 1]에서와 같이, 고열전도율을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 열전도 패드를 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술분야의 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
S1 : 팽창 그라파이트 분산액 제조단계
S2 : 제 1 슬러리 제조단계
S3 : 제 2 슬러리 제조단계
S4 : 열전도 패드 제조단계
S2 : 제 1 슬러리 제조단계
S3 : 제 2 슬러리 제조단계
S4 : 열전도 패드 제조단계
Claims (7)
- 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법에 있어서,
혼합용기 내에 분산매, 계면활성제 및 팽창 그라파이트를 투입 후 혼합하는 단계로써, 물, 액상 실리콘 바인더, 액상 아크릴 바인더 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 이루어지는 분산매 100 중량부에 대하여, 팽창 그라파이트(Graphite) 1 ~ 5 중량부 및 계면활성제 3 ~ 6 중량부를 혼합하고 초음파를 사용하여 분산시켜 팽창 그라파이트 분산액을 제조하는 팽창 그라파이트 분산액 제조단계(S1);
별도의 혼합용기 내에 실리콘계 고분자 용액 또는 아크릴계 고분자 용액에 색소(pigment) 및 상기 팽창 그라파이트 분산액을 투입하고, 분산시키는 단계로써, 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액 100 중량부에 대하여, 색소 1 ~ 5 중량부를 첨가하여 교반한 후, 상기 팽창 그라파이트 분산액 10 ~ 50 중량부를 혼합하여 제 1 슬러리를 제조하는 제 1 슬러리 제조단계(S2);
별도의 혼합용기 내에 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액과, 촉매, 상기 제 1 슬러리 및 열전도 파우더를 혼합하는 단계로써, 실리콘계 또는 아크릴계 고분자 용액 100 중량부에 대하여, 백금(Pt) 촉매 0.1 ~ 0.5 중량부, 상기 제 1 슬러리 10 ~ 30 중량부 및 열전도 파우더 70 ~ 90 중량부를 혼합하여 제 2 슬러리를 제조하는 제 2 슬러리 제조단계(S3); 및
상기 제 2 슬러리를 탈포하고 패드 형태로 성형하는 열전도 패드 제조단계(S4);를 포함하여 이루어지되,
상기 열전도 파우더는, 열전도도가 20 ~ 40W/mK이고, 실리카 분말 또는 세라믹 분말로서, 분말 형상에 따라 구형 파우더와 무정형 파우더를 1 : 0.5 ~ 1 : 1.5 중량비로 혼합하여 사용하며,
상기 계면활성제는, 분산매로써 물을 사용할 경우, 음이온성 계면활성제를 사용하고, 분산매로써 액상 실리콘 바인더 또는 액상 아크릴 바인더를 사용할 경우, 비이온성 계면활성제를 사용하는데, 상기 음이온성 계면활성제는 황산도데실나트륨(SDS, Sodium Dodecyl Sulfate), 아민옥사이드(Amine Oxide), LAS(linear alkyl benzene sulfonic acid) 또는 AOS(alpha olefin sulfonate) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하고, 비이온성 계면활성제는 폴리솔베이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리글리세린 모노알킬에테르 또는 라우릴디메틸아민옥사이드 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트을 분산시킨 열전도 패드의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120053165A KR101213031B1 (ko) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120053165A KR101213031B1 (ko) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101213031B1 true KR101213031B1 (ko) | 2012-12-20 |
Family
ID=47907791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120053165A KR101213031B1 (ko) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101213031B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102454428B1 (ko) * | 2022-03-31 | 2022-10-17 | (주)대륭 | 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드와 그 제조 방법 |
| CN117004232A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-07 | 常州宏巨电子科技有限公司 | 一种低挥发高回弹的双组分导热垫片及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006137860A (ja) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Hitachi Chem Co Ltd | 熱伝導シート |
-
2012
- 2012-05-18 KR KR1020120053165A patent/KR101213031B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006137860A (ja) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Hitachi Chem Co Ltd | 熱伝導シート |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102454428B1 (ko) * | 2022-03-31 | 2022-10-17 | (주)대륭 | 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드와 그 제조 방법 |
| CN117004232A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-07 | 常州宏巨电子科技有限公司 | 一种低挥发高回弹的双组分导热垫片及其制备方法 |
| CN117004232B (zh) * | 2023-08-24 | 2024-04-05 | 常州宏巨电子科技有限公司 | 一种低挥发高回弹的双组分导热垫片及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6493226B2 (ja) | 窒化ホウ素凝集粒子、窒化ホウ素凝集粒子の製造方法、該窒化ホウ素凝集粒子含有樹脂組成物、成形体、及びシート | |
| JP5565312B2 (ja) | 酸化亜鉛粒子の製造方法 | |
| JP2003060134A (ja) | 熱伝導性シート | |
| JP6364883B2 (ja) | 窒化ホウ素粒子および窒化ホウ素粒子の製造方法、該窒化ホウ素粒子を含む放熱シート用塗布液、該窒化ホウ素粒子を含む放熱シート、並びにパワーデバイス装置 | |
| JP6500339B2 (ja) | 放熱シートおよび放熱シート用塗布液、並びにパワーデバイス装置 | |
| JP7210665B2 (ja) | 気泡多孔体及びその製造方法 | |
| KR101202415B1 (ko) | 고분자 매트릭스에 그라핀을 분산시킨 열전도패드와 그의 제조방법 | |
| JP6256158B2 (ja) | 放熱シートおよび放熱シート製造方法、放熱シート用スラリー、並びにパワーデバイス装置 | |
| JP2014105297A (ja) | シート状成形体 | |
| KR101213031B1 (ko) | 고분자 매트릭스에 팽창 그라파이트를 분산시킨 열전도 패드의 제조방법 | |
| Chang et al. | A reduced percolation threshold of hybrid fillers of ball-milled exfoliated graphite nanoplatelets and AgNWs for enhanced thermal interface materials in high power electronics | |
| CN111393856B (zh) | 基于石墨烯的高导热低热阻导热膏及其制备方法 | |
| EP2690068B1 (en) | Alumina composite, method for manufacturing alumina composite, and polymer composition containing alumina composite | |
| KR20180001609A (ko) | 질화보론/폴리머 복합체의 제조방법 | |
| Choi et al. | Enhanced thermal and electrical properties of hybrid polymer composites containing Al2O3 microspheres and nanowires | |
| JP2013095761A (ja) | 硬化性組成物及び硬化物 | |
| JP2016124908A (ja) | 樹脂成形体 | |
| JP2015167181A (ja) | 放熱シートの製造方法 | |
| CN116868333A (zh) | 导热性片和电子设备 | |
| JP2022041651A (ja) | 無機充填剤、窒化ホウ素組成物、無機充填剤の製造方法、および窒化ホウ素組成物の製造方法 | |
| TW201017692A (en) | A material with high electrical insulation and thermal conductivity and a method to make the material | |
| JP7438442B1 (ja) | 窒化ホウ素凝集粒子、シート部材および窒化ホウ素凝集粒子の製造方法 | |
| JP7438443B1 (ja) | 窒化ホウ素凝集粒子、シート部材および窒化ホウ素凝集粒子の製造方法 | |
| CN111410939B (zh) | 导热相变储能片及其制备方法 | |
| KR20110084795A (ko) | 열전도패드 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151111 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161213 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171121 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191030 Year of fee payment: 8 |