KR101238013B1 - Ｌｅｄ 조명에 이용되는 플레이크 타입의 필러를 이용한 방열시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

전자기기의 열원으로부터 흡수한 열을 수평방향과 수직방향으로 신속히 배출할 수 있는 플레이크 타입의 필러를 이용한 방열시트 및 이의 제조방법이 개시된다. 이를 위하여 바인더, 분산제 및 상기 바인더의 내부에 수평방향으로 배열되고 플레이크 타입인 전도성 세라믹스의 필러를 포함하는 방열시트를 제공한다. 또한, 바인더와, 용매, 분산제, 플레이크 타입의 필러를 사용하여 슬러리를 생성하고, 슬러리에 포함된 기포를 제거한 후, 시트 생성하고, 수직압력을 인가하여 플레이크 타입의 필러를 수평 배열시키는 필러 배열단계를 포함하는 방열시트의 제조방법을 제공한다. 이에 따르면, 간단한 공정을 통하여 경제성이 우수하고 휨성 및 유연성이 있는 방열시트를 제작할 수 있다. 또한, 각종 전자기기의 열원으로부터 발생하는 고온의 열기를 빠르게 흡수할 수 있어 고온의 열기로 인해 전자기기의 성능이나 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 흡수된 열기는 방열시트의 전체면적으로 빠르게 확산시켜 각종 전자기기의 외부온도가 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 조명에 이용되는 플레이크 타입의 필러를 이용한 방열시트 및 이의 제조방법{HEAT DISSIPATING SHEET FOR LED LIGHTING BULB USING FLAKES TYPE FILLER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 플레이크(flakes, 박편) 타입의 필러(filler)를 이용한 LED 조명에 이용되는 방열시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기기의 열원으로부터 발생되는 고온의 열을 빠르게 흡수하며, 흡수된 열을 고르게 확산시키는 일정한 방향으로 정렬된 플레이크 타입의 필러를 이용한 방열시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

산업이 고도화되고 IC회로의 집적도가 증가함에 따라 하이브리드 패키지 및 다중모듈, LED 등의 밀폐형 집적 회로, 복잡한 전자기기 구조 등이 널리 사용되고 있으며, 이들은 통상 슬림하면서도 소형화된 형태로 발전되는 경향이어서 각종 전자 부품에서 발열량이 증가하고 있는 추세이다.

따라서, 좁은 공간에서 발생된 열을 효과적으로 방출하여 전자 부품의 오동작 및 부품의 손상을 방지하기 위한 기술의 개발이 중요한 과제로 대두되고 있으며, 한편, 방열에 따른 2차적인 문제 즉, 방열에 따라 기기 주변부의 온도가 상승하고 기기 외부에서 많은 열량이 감지되는 문제점이 대두되고 있다. 다시 말하면, 상술한 바와 같이 방열성능이 향상됨에 따라 오히려 외부에서 감지되는 온도가 상승하므로 사용자는 고온의 발열에 의해 사용상의 불편함을 느끼거나 기기의 작동 이상으로 오인하게 되는 경우가 빈번하다.

이와 같은 전자기기의 효과적인 방열을 위해서 전도도가 우수한 그라파이트(graphite) 압축시트 또는 구리 박판이나 알루미늄 히트 씽크(heat sink), 금속시트, 금속파우더를 압축시킨 전도시트, 전도도가 좋은 금속파우더를 수지와 혼합한 수지시트 등을 방열수단으로서 주로 사용한다.

이 중 아크릴계, 우레탄계 등의 수지가 사용된 수지시트는 두께제어가 어렵고 수평방향으로의 열전달이 미흡한 문제점이 있으며, 금속시트는 수평 열전도는 좋으나 작업성이 효율적이지 않고 표면으로의 빠른 열전달로 인한 외부가 과열되는 단점이 있다.

또 다른 방열시트인 그라파이트 압축시트의 경우 수평방향으로 300W/mk의 열전도율을 갖고 있어 전자기기의 열원에 대한 빠른 냉각 효과를 얻을 수 있으나, 이는 고강도 압축시트로 유연성이 떨어지는 것은 물론 박막(thin layer)으로의 제작이 불가능하며, 면 방향에 직교하는 방향(두께 방향)은 분자간력에 의한 약한 결합이기 때문에, 층간 박리가 생기기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 면내 방향으로의 열전도성은 우수하지만, 면 방향에 직교하는 방향(두께 방향)의 열전도율이 낮기 때문에 방열 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다.

더욱이, 전술한 종래의 방열시트는 그 두께가 250 내지 400㎛ 정도에 이르기 때문에 경박단소를 추구하는 제품에 적합하지 않을 뿐만 아니라 제조에 공정비용이 높아지는 단점이 있었다.

따라서 가능하면 얇고, 적용 목적에 따른 임의의 두께를 제어 및 간단히 형상제어가 가능하며, 소비전력을 줄일 수 있는 방열시트의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0841939호(2008.06.27 공고) 대한민국 등록특허 제10-1148784호(2012.05.24 공고) 대한민국 등록특허 제10-0969194호(2010.07.09 공고)

따라서, 본 발명의 제 1 목적은 휨성(flexibility)이 있으며 슬림화된 구조를 가지고, 두께 제어가 용이하며, 전자기기의 열원으로부터 흡수한 열을 수평방향과 수직방향으로 신속히 배출할 수 있는 플레이크 타입의 필러와 레진(바인더)을 혼합한 슬러리 제조하고 이 슬러리를 이용한 방열시트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 제 2 목적은 전술한 방열시트의 제조방법을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 바인더, 분산제 및 상기 바인더의 내부에 구비된 필러를 포함하는 방열시트에 있어서, 상기 필러는 수평으로 배열된 복수개의 플레이크 타입의 전도성 세라믹스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열시트를 제공한다.

또한, 본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 바인더와, 용매, 분산제, 복수개의 플레이크 타입의 전도성 세라믹스로 구성된 필러를 혼합하고 교반하여 슬러리를 생성하는 단계와, 상기 슬러리를 감압장치에 통과시켜 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 탈포단계와, 상기 탈포단계를 통과한 슬러리를 절단하여 시트를 생성하는 시트 생성단계, 및 상기 시트에 가압장치로 수직압력을 인가하여 시트 내에 포함된 플레이크 타입의 필러를 규칙적으로 수평 배열시키는 필러 배열단계를 포함하는 방열시트의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 간단한 공정을 통하여 경제성이 우수하고 휨성 및 유연성이 있는 방열시트를 제작할 수 있다.

또한, 본 발명은 방열시트의 방열판과 전자기기의 열원 간에 공극이나 간극이 없이 두 개의 구성요소를 최대한 밀착하게 점착시킴으로써 방열효율을 월등하게 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 발명은 각종 전자기기의 열원으로부터 발생하는 고온의 열기를 빠르게 흡수할 수 있어 고온의 열기로 인해 전자기기의 성능이나 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 흡수된 열기는 방열시트의 전체면적으로 빠르게 확산시켜 각종 전자기기의 외부온도가 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.

특히, 본 발명은 LED 조명에 사용되는 경우, LED 조명의 온도가 70 ℃를 초과하지 않도록 제어할 수 있으며, 기존의 방열시트보다 LED 조명의 온도를 3 내지 4℃ 정도 낮출 수 있다.

나아가, 일반적으로 종래의 방열시트는 슬림화된 구조가 적용되면 전기가 통하게 되는 문제가 발생될 수 있기 때문에 250 내지 400㎛의 두께로 제작될 수밖에 없는 문제가 있으나, 본원발명에 따르면, 약 20 ~ 40㎛의 두께로 제작되어도 전기가 통하지 않게 되므로, 슬림화된 구조를 구현할 수 있다.

한편, 본 발명의 방열시트 제조방법은 목적에 따라 임의의 두께 및 형상으로 방열시트의 제작이 가능하다. 이에 따라 간단한 방법을 통해 두께를 다양한 범위로 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방열시트의 일사용 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방열시트의 일사용 예를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방열시트의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방열시트의 제조방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의한 플레이크 타입의 필러를 이용한 방열시트(이하, '방열시트'라고 약칭함)를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 방열시트의 일사용 예를 설명하기 위한 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 방열시트의 일사용 예를 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방열시트(100)는 바인더와, 및 플레이크(flakes) 타입의 필러를 포함한다. 구체적으로, 방열시트(100)는 바인더와, 분산제, 플레이크 타입의 필러가 혼합된 슬러리를 통해 제조된다. 여기서 상기 방열시트 제작을 위하여 먼저 용매까지 포함된 슬러리 형태의 혼합물을 제조하는데, 상기 슬러리에 포함된 용매는 방열시트 제작 과정에서 증발된다. 용매가 대부분 증발된 상태에서의 상기 구성요소의 혼합비는 바인더 11.5 내지 20 중량부, 분산제 1.5 내지 15 중량부 및 필러 1.5 내지 17 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 방열시트(100)의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

먼저, 본 발명에 따른 방열시트(100)는 바인더(binder)를 포함한다.

상기 바인더는 방열시트(100)의 출발원료인 슬러리의 제조에 사용되는 것으로서, 방열시트(100)에 포함된 필러(120)가 균일하고 견고하게 상기 방열시트(100)의 내부에 배치되도록 하는 역할을 한다.

이러한 바인더는 휨성을 제공할 수 있도록 합성수지를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 바인더로는 폴리올레핀계, 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 또는 폴리에스테르계 수지(resin)를 사용하거나, 이들을 혼합하여 사용할 수도 있으며, 바람직하게는 폴리올레핀계 수지를 사용하는 것이 좋다.

상기 수지로 구성되는 바인더는 방열시트 제조를 위한 슬러리 혼합물 전체 100 중량%를 기준으로 약 11.5 내지 20 중량% 포함된다.

상기 바인더가 11.5 중량% 미만으로 포함되면 방열시트 자체의 형상을 유지하지 못하여 크랙 또는 박리 현상이 초래된다. 반면 바인더가 20중량%를 초과하도록 포함되면 플레이크 입자와 플레이크 입자 사이의 간격 증가로 인해 충진율이 저하되어 원활한 방열 특성 구현하기 어렵게 된다.

그리고 본 발명에 따른 방열시트(100)는 필러(120)를 포함한다.

상기 필러(120)는 방열시트(100)의 내부에 충진되어 전자기기의 열원으로부터 발생된 열을 방열판(300)으로 전달시키는 것으로서, 복수개의 전도성 세라믹스를 포함한다.

이때, 전도성 세라믹스는 플레이크 타입의 전도성 세라믹스(이하, '플레이크 입자' 또는 '플레이크 타입의 필러'로 약칭함)로 형성되며, 그래핀(graphene), 그라파이트(graphite), 카본 블랙, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

이러한 플레이크 타입의 필러(120)는 방열시트 제조를 위한 슬러리 혼합물 전체 100 중량%를 기준으로 1.5 내지 17 중량%가 포함된다.

여기서, 필러(120)가 방열시트(100)에 1.5 중량% 미만으로 포함되면 바인더의 내부에 구비된 플레이크 입자간의 거리가 멀어져 방열시트(100) 특성 구현이 어려워지며, 상기 필러(120)가 방열시트(100)에 17 중량%를 초과하도록 포함되면 슬러리 제조시 분산의 문제가 발생되며 방열시트(100)의 외형 구조에 문제점이 발생된다.

초기 상태의 플레이크 타입의 필러는 도 3에 도시된 바와 같이 슬러리 상태에서는 불규칙적으로 배열되지만, 특수한 제조공정을 통해 방열시트(100)의 내부에서 규칙적으로 배열된다.

예컨대, 플레이크 입자는 특수한 제조공정을 통해 방열시트(100)의 내부에서 수직으로 배열될 수도 있다. 그러나 만약 플레이크 입자를 수직 배열시키는 경우, 플레이크 입자에 의한 열전달 효율을 증가시킬 수는 있지만, 전자기기의 열원과 방열판(300)이 통전되어 전자기기에 단락, 누전 등의 문제가 발생될 수 있게 된다.

이에 따라, 본 발명의 방열시트(100)는 복수개의 플레이크 입자가 수평 배열되도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 수평 배열은 방열시트(100)의 상측 및 하측의 표면을 기준으로 하는 수평 배열을 의미한다. 다르게게 표현하면, 상기 복수개의 플레이크 입자는 방열시트의 두께 방향을 기준으로 수직 배열되도록 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 방열시트(100)의 내부에서 수평으로 배열된 복수개의 플레이크 입자는 전기기기의 열원과 방열판(300) 사이를 이동하는 전기를 차단하는 기능을 제공하므로, 방열시트(100)의 두께가 30 내지 400㎛의 범위, 바람직하게는 약 30㎛로 형성되어도 전기기기의 열원과 방열판(300) 사이에 통전이 일어나지 않게 된다. 이때, 전기기기로 LED 조명을 사용하는 경우, 열원으로는 LED(200) 및 PCB(400)가 적용될 수 있다.

또한, 수평으로 배열된 복수개의 플레이크 타입의 필러는 전기기기의 열원으로부터 흡수한 열을 수직방향으로 이동시킬 뿐만 아니라 수평방향으로도 이동시키는 기능을 제공한다. 다시 말해, 본 발명의 플레이크 타입의 필러(120)는 수직방향 및 수평방향으로 흡수한 열을 배출하여 열 배출 효율을 증가시킨다.

이와 같이, 본 발명에 의한 방열시트(100)에서는 상기 필러(120)를 구비함으로써 방열시트(100)의 두께를 조절할 수 있고, 상기 필러(120)의 배열 형태에 따라 LED(200) 등의 전자기기의 열원과 방열판(300)의 통전 여부가 결정되므로, 결과적으로 필러(120)의 배열 방향을 조절함으로서 손쉽게 전자기기의 온도를 제어할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에서는 방열시트(100)의 슬림화 구조를 위해 전자기기의 열원으로부터 방열판(300)으로 이동하는 전기를 차단하는 것이 관건이다. 이를 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 방열시트(100)의 내부에 배치된 복수개의 플레이크 입자가 수평방향으로 배열되어야 한다.

또한, 본 발명에 따른 방열시트(100)를 제조하는데 사용되는 슬러리에는 용매(solvent)가 포함된다. 상기 용매는 방열시트를 제작하기 위하여 슬러리를 건조시키는 과정에서 증발된다.

상기 용매는 슬러리에서 바인더와 플레이크 타입의 필러(120)가 균일하게 혼합되도록 하는 역할을 하는 것으로서, 톨루엔(toluene), 이소프로필 알코올(IsoPropylAlcohol : IPA), 디메틸 포름아미드(DiMethylFormamide : DMF), 또는 디메틸 아세트아미드(DiMethylAcetamide : DMAc)가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 톨루엔을 사용하는 것이 좋다.

상기 용매는 방열시트 제조를 위한 슬러리 혼합물 전체 100 중량%를 기준으로 약 57 내지 84 중량% 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 방열시트(100)를 제조하는데 사용되는 슬러리에는 분산제가 포함된다.

상기 분산제는 바인더와 플레이크 입자가 균일하게 분산될 수 있도록 첨가하는 것으로서, 방열시트 슬러리를 구성하는데 사용되는 것이라면 어떠한 분산제를 사용하여도 무방하지만 특히, 무극성 분산제가 타당하다. 구체적으로 예를 들면, 분산제로는 알킬에테르계, 소르비탄에스테르계, 알킬폴리에테르아민계, 고분자계 등을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 조합하여 사용한다.

특정적으로, 상기 분산제로는 Croda GmbH사의 KD-15, G-265, KD-2, KD-22, Jephrym Series를 사용하거나 BYK-Chem. GmbH사의 D-2150, N-21116을 사용할 수 있다.

상기 분산제는 방열시트 제조를 위한 슬러리 혼합물 전체 100 중량%를 기준으로 약 1.5 내지 15 중량% 사용하는 것이 바람직하다.

필요에 따라, 방열시트(100)를 제조하는데 사용되는 슬러리에는 기타 첨가제가 더 포함될 수 있다. 이때, 기타 첨가제는 슬러리 100 중량%를 기준으로 0.5 내지 2.0 중량%가 포함될 수 있다.

이러한 기타 첨가제로는 가교제, 개시제 등을 사용할 수 있다.

상기 가교제로는 각종 내성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로서, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, iso-프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, tert.-부틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록실에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록실프로필(메타)아크릴레이트류를 사용할 수 있다. 또한, 가교제로는 아세트산비닐 등의 비닐알코올의 에스테르류나 (메타)아크릴로니트릴, 스티렌 또는 중합 가능한 스티렌 유도체 등을 사용할 수 있다. 특정적으로, 본 발명에 따른 가교제로는 Sartomer사의 SR-525를 사용할 수 있다.

한편, 상기 개시제로는 Sigma사의 Perbutyl-P 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 발열시트는 슬러리를 건조한 후 시트 형태로 제작하여 LED조명 등에 적용할 수도 있지만, 건조되기 전의 유동성 있는 슬러리를 LED 조명에 도포하거나, 또는 함침(dipping)한 후 건조하여 방열시트를 형성할 수도 있다.

이 경우 상기 슬러리에는 용매가 포함되며, 상기 바인더 11.5 내지 20 중량%; 상기 용매 57 내지 84 중량%; 상기 분산제 1.5 내지 15 중량%; 및 상기 필러 1.5 내지 17 중량%를 포함하게 된다. 또한, 원활하고 균일한 도포 또는 함침을 위하여 상기 슬러리의 점도가 1000 내지 3000cp인 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 플레이크 타입의 필러(120)를 이용한 방열시트(100)의 제조방법을 제공한다. 도 4는 본 발명에 따른 방열시트(100)의 제조방법의 일실시 예를 설명하기 위한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 방열시트(100)의 제조방법은 플레이크 타입의 필러(120)가 포함된 슬러리를 준비하는 단계(S100), 상기 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 탈포단계(S200), 상기 탈포단계를 통과한 슬러리를 절단하여 시트를 생성하는 시트 생성단계(S300), 상기 시트 내에 포함된 박편타입의 필러(120)를 수평으로 배열시키는 필러 배열단계(S400)를 포함한다.

먼저 본 실시 예에 의한 방열시트(100)의 제조방법은 슬러리를 준비하는 단계(S100)를 포함한다.

본 단계(S100)를 통해 준비된 슬러리는 바인더, 용매, 분산제, 필러(120)로 구성되며, 상기 슬러리의 구성 요소의 성분비는 바인더 11.5 내지 20 중량%, 용매 57 내지 84 중량%, 분산제 1.5 내지 15 중량%, 및 필러(120) 1.5 내지 17 중량%이다.

상기 방열시트(100)의 원료 중의 하나인 바인더는 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 또는 폴리올레핀계의 수지를 사용하고, 이에 필러(120)와 상기 용매 및 분산제를 혼합하여 분산시킨 후 슬러리를 균일하게 교반하여 2,000 내지 7,000 cP의 점도를 가지는 슬러리를 제조한다.

보다 구체적으로, 본 단계에서는 바인더 11.5 내지 20 중량%와, 용매 57 내지 84 중량%, 및 분산제 1.5 내지 15 중량%를 혼합하여 1차 슬러리(110)를 제조하는 과정, 및 상기 1차 슬러리(110)에 필러(120) 1.5 내지 17 중량%를 혼합하고 분산시켜 2차 슬러리를 제조하는 과정으로 구성될 수 있다.

이는, 필러를 1차 슬러리 성분과 한꺼번에 혼합하여 교반시키면 응집현상이 발생되고 균일하게 분산되지 않는 문제점이 발생될 수도 있기 때문이다. 즉, 구성성분이 균일하게 분산되는 슬러리를 제조하기 위해 2단계 슬러리 제조 공정을 적용하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 바인더는 그 사용량이 11.5 중량% 미만이면 시트 자체의 형상을 유지하지 못하여 시트의 크랙 또는 박리 현상을 초래한다. 반면 사용량이 20 중량%를 초과하면 플레이크 입자와 플레이크 입자 사이의 간격 증가로 인해 충진율이 저하되어 원활한 방열 특성 구현하기 어렵게 된다.

그리고 필러(120)를 1.5 중량% 미만으로 사용하면 플레이크 입자간의 거리가 멀어져 방열시트(100) 특성 구현이 어려워지며, 상기 필러(120)를 17 중량%를 초과하여 사용하면, 분산의 문제가 발생되며 방열시트(100)의 외형 구조에 문제점이 발생된다.

또한, 용매를 57 중량% 미만으로 사용하면 바인더와 플레이크 타입의 필러(120)의 원활한 분산과 합성이 이루어지지 않고, 방열시트(100) 제조 시에 표면의 평탄도가 저하되며, 방열시트(100) 구조 형성에 문제점 발생된다. 그리고 상기 용매를 84 중량%를 초과하여 사용하면, 방열시트(100) 제조 시에 건조가 어려워져 건조시간이 증가되는 문제점이 발생한다.

아울러, 분산제를 1.5 중량% 미만으로 사용하면 슬러리에 포함된 각 구성성분의 균일한 분산이 어려워지며, 분산제를 15 중량%를 초과하여 사용하면 분산제 본연의 목적 달성에 추가 효과가 없다.

이어서, 본 실시예에 의한 투명 발열기판의 제조방법은 탈포단계(S200)를 포함한다.

본 단계(S200)에서는 상기 준비된 슬러리를 감압장치에 통과시켜 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 과정을 수행한다. 이러한 탈포과정은 고점도의 슬러리 내에 잔존하는 기포 및 가스를 제거하는 공정으로, 남아있는 용매도 줄여 점도를 정밀하게 제어하는 효과도 제공한다.

계속하여, 본 실시예에 의한 방열시트(100)의 제조방법은 시트 생성단계(S300)를 포함한다.

본 단계(S300)에서는 기포가 제거된 슬러리를 테이프 캐스팅(tape casting) 방법을 통해 건조시트를 생성하는 과정을 수행한다. 여기서, 테이프 캐스팅 방법이란 움직이는 칼날 또는 움직이는 운반 필름위에 일정한 두께로 목적하는 바에 따라서 시트를 성형하는 방법이다.

이때, 테이프 캐스팅 과정을 통과한 슬러리는 각 건조존(zone) 별 특정 건조온도를 설정하여 시트에 균열이 발생되지 않도록 하면서 시트에 존재하는 용매가 휘발되도록 설정할 수 있다. 이러한 건조존을 통과한 시트는 건조된 건조시트가 된다.

그 다음, 본 실시예에 의한 방열시트(100)의 제조방법은 필러 배열단계(S400)를 포함한다.

상기 필러 배열단계는 시트 생성단계를 통해 제조된 시트 내부에 불규칙적으로 배열된 필러(120)를 규칙적으로 배열시키는 단계로서, 상기 시트에 가압장치로 수직응력을 인가하여 시트 내에 포함된 플레이크 타입의 필러(120)를 규칙적으로 수평 배열시킨다.

제 1 실시 양태로서, 본 발명에 따른 시트 생성단계를 통해 생성된 시트가 건조된 시트인 경우, 본 단계에서는 상기 시트에 휨성을 부여할 수 있을 정도의 온도, 예를 들면 120 내지 140℃의 온도를 제공하는 한편, 상기 시트에 10 내지 15 kgf/㎝의 수직응력을 제공한다.

제 2 실시 양태로서, 본 발명에 따른 시트 생성단계를 통해 생성된 시트가 건조되지 않아 휨성이 있는 시트인 경우, 본 단계에서는 상기 시트에 별도의 가열과정 없이 10 내지 15 kgf/㎝의 수직응력을 제공하여 시트 내에 포함된 플레이크 타입의 필러(120)를 수평으로 배열시키고 플레이크가 조밀하게 시트 내에 배열되도록 한다.

일반적인 방열시트가 슬림화된 구조로 형성되면 전기가 통전되는 문제가 발생되므로, 본 발명의 방열시트(100)가 슬림화된 구조로 형성되기 위해서는 전기의 통전을 차단하는 것이 필수적이다.

이를 위해, 본 단계에서는 복수개의 플레이크 입자를 수평으로 배열시키고, 각 플레이크 입자가 시트 내에서 조밀하게(치밀하게) 층을 이루면서 배열된다. 이와 같이 각 플레이크 입자가 평행하게 배열되고 조밀하게 배열되면, 열전도 채널이 원활하게 형성되어 시트 내의 열유동이 활발히 진행될 수 있다.

한편, 본 단계에서는 완제품의 두께를 고려하여 수직응력을 제공하기 전에 시트를 약 1 장 내지 10 장 정도 적층할 수도 있다. 이는, 방열시트(100)의 두께를 용도에 맞추어 임의 제어하기 위함이다.

또한, 필러(120) 배열단계 이후에는 수직응력의 인가가 완료된 방열시트(100)를 용도에 맞게 임의의 형상대로 절단 및 펀칭하는 제품화 단계가 더 포함될 수도 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예 및 실험예를 통하여 보다 구체적으로 기술한다. 다만 본 실시예 및 실험예는 상술한 발명의 특정예의 이해를 돕기 위한 것으로 이에 의하여 권리범위 등이 제한적으로 해석되어서는 아니된다.

실시예

[실시예 1]

1. 바인더로 폴리올레핀 수지 1500g, 용매로 톨루엔 6000g, 분산제[KD-15, Croda GmbH, 독일] 600g을 혼합한 후 교반기에서 20분간 교반하여 혼합물을 준비하였다.

이어서, 상기 슬러리 타입의 혼합물에 플레이크 타입의 필러로 그라파이트를 상기 폴리올레핀의 40 중량%에 해당하는 600g을 투입하고 교반하여 슬러리를 제조하였다.

2. 상기 준비된 슬러리를 감압 탈포장치에 통과시켜 슬러리에 포함된 기포를 제거하였다.

3. 상기 감압 탈포장치를 통과한 슬러리를 테이프 캐스터(tape caster)를 통과시켜 건조하여 건조시트를 제조하였다.

4. 상기 건조시트에 130℃의 온도를 제공하는 한편, 12kgf/㎝의 수직압력을 인가하여 40㎛ 두께의 방열시트를 제조하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 동일하게 제조하되, 상기 그라파이트 대신 그래핀을 사용하였다.

[실험례]

상기 실시예 1과 2에 의하여 제작된 방열시트를 12W의 LED가 구비된 PCB와 알루미늄 방열판의 사이에 시트를 절단하여 부착시킨 후, 220V의 전원을 인가하였다. 이때, LED 소자의 전원인가 위치(Vcc), PCB, 및 LED 벌브(BASE)의 온도를 측정하여 아래 [표 1]로 정리하였고, 광학적 성능을 측정하여 아래 [표 2]로 정리하였다.

또한, 비교실험예로서, 방열시트를 부착하지 않은 12W의 LED(200)에 220V의 전원을 인가하한 후, 온도 변화를 측정하여 아래 [표 1]로 정리하고, 광학적 성능을 측정하여 아래 [표 2]로 정리하였다.

아울러, 또 다른 비교 실험례로서 시중에 유통 중인 방열시트[AP4023, 한국]를 12W의 LED가 구비된 PCB와 알루미늄 방열판의 사이에 시트를 적절한 크기로 절단하여 부착시킨 후, 220V의 전원을 인가하여 온도 변화를 [표 1]로, 광학적 성능을 [표 2]로 정리하였다.

[표 1] 온도 측정

[표 2] 광학적 성능 비교 측정

상기 실험결과에 의하면, 본 발명의 방열시트는 비교예 2에 따른 기존의 방열테이프보다 두께가 약 1/5 정도 얇음에도 불구하고 각 측정위치(포인트)의 온도차이가 작아 방열특성이 매우 양호함을 확인할 수 있었다.

여기서, 각 포인트별 온도차이가 작은 것은 열이 빨리 방출되는 것을 의미하므로, 온도차이가 작은 것이 방열시트의 열 관련 특성이 아주 양호하다는 것을 나타낸다. 그리고 필러로 그라파이트를 사용하는 경우, PCB-VCC의 온도편차가 15.5℃로 가장 적음을 알 수 있다. 이는 발열원의 열이 급격하게 외부로 방출됨을 의미하므로, 결과적으로 방열특성이 우수함을 확인할 수 있었다.

더불어 광학적 성능에서도 필러로 그라파이트를 사용하는 경우, 광속상승이 71.5 lm(이하 lm= 루멘) 으로 가장 높음을 확인할 수 있었다. 그리고 그래핀의 경우도 PCB-VCC 편차가 약 20.7℃ 정도임을 확인할 수 있으며 광속 상승이 47.8 lm으로 양호함을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 방열시트를 LED에 적용하는 경우 방열특성이 향상되어 광속이 상승되고 광효율이 개선됨을 파악할 수 있다.

100 : 방열시트 110 : 1차 슬러리
120 : 필러 200 : LED
300 : 방열판 400 : PCB 기판

Claims (11)

1. 바인더, 분산제 및 상기 바인더의 내부에 구비된 필러를 포함하는 방열시트에 있어서,
   바인더 11.5 내지 20 중량부;
   분산제 1.5 내지 15 중량부; 및
   수평으로 배열된 복수개의 플레이크 타입의 전도성 세라믹스를 포함하는 필러 1.5 내지 17 중량부를 포함하며,
   전체 두께가 20 내지 40㎛로 구성된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 방열시트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더가 폴리올레핀계, 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 및 폴리에스테르계 수지로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 수지인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 방열시트.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 세라믹스는 그래핀, 그라파이트, 카본 블랙, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 방열시트.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 플레이크 타입의 전도성 세라믹스는 5 내지 30㎛의 직경과, 0.1 내지 3㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 방열시트.
6. 제 1 항에 있어서,
   용매 57 내지 84 중량%를 더 포함하여 구성된 슬러리가 건조되어 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 방열시트.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 슬러리의 점도가 1000 내지 3000cp인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 방열시트.
8. 바인더 11.5 내지 22 중량%와, 용매 57 내지 84 중량%와, 분산제 1.5 내지 15 중량%, 및 복수개의 플레이크 타입의 전도성 세라믹스로 구성된 필러 1.5 내지 17 중량%를 혼합하고 교반하여 슬러리를 생성하는 단계;
   상기 슬러리를 감압장치에 통과시켜 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 탈포단계;
   상기 탈포단계를 통과한 슬러리를 절단하여 시트를 생성하는 시트 생성단계; 및
   상기 시트에 가압장치로 120 내지 140℃의 온도 범위에서 시트에 10 내지 15 kgf/㎠의 수직압력을 인가하여 시트 내에 포함된 플레이크 타입의 필러를 규칙적으로 수평 배열시키고 시트를 20 내지 40㎛ 두께로 형성하는 필러 배열단계를 포함하는 LED 조명용 방열시트의 제조방법.
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서, 상기 슬러리를 생성하는 단계는
    상기 바인더 11.5 내지 22 중량%, 상기 용매 57 내지 84 중량%, 상기 분산제 1.5 내지 15 중량%를 혼합하여 1차 슬러리를 제조하는 단계; 및
    상기 1차 슬러리에 플레이크 타입의 전도성 세라믹스로 구성된 필러 1.5 내지 17 중량%를 혼합하고 분산시켜 2차 슬러리를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명용 방열시트의 제조방법.
11. 삭제

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