KR101243944B1 - 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막 - Google Patents

분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기전자, 에너지, 정보소자의 방열 코팅에 적용될 수 있는 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막에 관한 것으로서, 방열 코팅용 습식복합소재에 있어서, 무기입자 130~170 중량부, 바인더 80~120 중량부, 분산제 3~7 중량부 그리고 용매 40~60 중량부를 포함하여 이루어져 전기전자부품의 방열판 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 분산제의 활용을 통해 습식복합소재의 분산을 용이하게 하고 잘 분산된 습식복합소재의 코팅을 통해 제조된 습식복합코팅막의 표면경도, 접착강도 및 표면조도와 같은 코팅막을 특성을 향상시켜, 전기전자, 에너지, 정보소자의 방열 코팅에 적용하여 안정적이고 효율적인 방열을 도모하는 이점이 있다.

Description

분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막{Heat-radiant solution-processible composites and heat-radiant composite films fabricated using well-dispersed composites}
본 발명은 전기전자, 에너지, 정보소자의 방열 코팅에 적용될 수 있는 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막에 관한 것으로서, 습식복합소재의 분산성을 개선하여 물성이 안정적이고 효율적인 방열을 도모하기 위한 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막에 관한 것이다.
열의 발생에 의하여 그 자신 혹은 주변의 부품에 나쁜 영향을 끼쳐서 성능이 떨어지거나 수명이 줄어드는 현상이 자주 발생하게 된다. 이러한 현상을 개선하기 위하여 일반적으로 물과 같은 용매를 이용한 수냉식에 의하여 표면의 열을 강제로 떨어뜨리거나 표면적을 넓게 하여 공기의 대류현상에 의하여 자연 냉각을 시키고 있다. 수냉식의 경우 냉각효과가 매우 우수하지만 물을 순환시키는 부대 장비와 물을 저장하는 설비 등 많은 장치가 필요하여 비용이 많이 소요되고 장치의 규모가 커지는 단점이 있게 된다. 반면에 공랭식의 경우 냉각효과가 매우 낮아서 급속한 냉각이 되지 않게 된다.
한편, 전기전자부품의 가장 큰 고장원인은 부품에서 생기는 발열현상이다. 많은 수의 부품에서 부품 고유의 기능을 수행하면서 열이 발생하게 되고 그 열이 고장의 원인이 되는 경우가 많이 발생하고 있다. 발생된 열을 빼내기 위하여 사용되고 있는 가장 일반적인 방법은 팬을 설치하거나 열이 전달되는 말단에 표면적이 넓은 방열판을 설치하는 것이다. 방열판으로 가장 많이 사용되고 있는 알루미늄은 열전도율이 높으므로 발열원으로부터 표면으로까지의 열전달은 잘 이루어지지만 알루미늄의 방사율이 30% 이하이므로 표면에서 열이 잘 방출되지 못하는 단점이 있다.
이러한 전기전자부품 중 LED는 최근 수년간의 획기적인 발전으로 저에너지 고효율의 새로운 광원으로 각광을 받고 있으나, LED를 고출력의 조명 기기에 사용하기 위하여 해결해야 할 우선문제는 방열문제이다. 발광 효율은 높아지고 있지만 아직 LED 칩의 발열량은 상당한 수준으로, 방열 대책을 마련하지 않으면 LED 칩의 온도가 너무 높아져 칩 자체 또는 패키징 수지가 열화하게 되어 발광 효율과 칩의 수명이 떨어지게 된다. LED의 가장 큰 특징인 고효율과 장수명을 위해서 칩의 열을 외부로 확산시키기 위한 기술 개발이 필수적이다.
현재 LED에서 발생된 열은 배면의 방열판을 통하여 열이 방출되는 구조로 되어 있다. 종래기술로써, 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0910917호 "조명기구용 엘이디 모듈의 방열장치", 등록번호 10-0670918호 "방열 구조를 구비한 LED 램프", 등록번호 10-0899977호 "엘이디조명등의 방열장치", 등록번호 10-0910054호 "LED 방열장치", 공개특허공보 공개번호 10-2009-0108222호 "다중 방열 구조의 LED 조명장치" 등이 있다.
이러한 종래의 기술은 대부분이 LED 배면의 방열판 또는 LED와 인접되도록 방열구조물을 형성하여 이들의 형태나 결합형태, 배치 등의 구조에 치중된 방열설계가 이루어지고 있으며, 재료는 대부분 알루미늄을 사용하고 있다. 그러나, 알루미늄은 열전도율이 높으므로 발열원으로부터 표면으로까지의 열전달은 잘 이루어지지만 알루미늄의 방사율이 30% 이하이므로 표면에서의 방열은 공기의 대류에 크게 의존하고 있어, 고출력 조명기기에 LED를 사용할 경우 여전히 방열의 문제가 발생하게 된다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 전기전자부품의 방열판 구조를 그대로 이용하면서, 방열판의 표면에 방사율이 높은 고방사율 재료를 코팅하여 기존의 대류와 함께 복사에 의한 방열판 표면에서의 효율적인 방열을 도모하고자 방열 코팅제(대한민국특허청 특허출원번호 10-2010-0004895호)를 개발하였다.
상기 방열 코팅제는 무기입자와 바인더의 혼합을 통해 제조되는 습식복합소재로 기능성의 저하없이 저가의 대량생산의 가능하다는 장점이 있어, 방열 코팅을 위한 기능성 코팅소재로의 적용을 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
또한, 근래에는 이러한 코팅소재로의 적용을 위해서 무기입자의 미세화가 많이 연구가 되면서 입자의 미세화에 따른 높은 표면에너지로 인해 입자 간의 2차 응집이 큰 문제가 되고 그러한 입자 간 응집은 습식복합소재에서 무기입자의 침강 및 바인더의 상분리와 같은 문제점을 야기시키고 결과적으로 최종적으로 제조된 코팅막의 크랙, 기판과의 탈리, 표면조도의 저하, 표면경도의 저하와 같은 코팅막의 물성에 치명적인 문제를 발생시키게 된다. 특히, 방열 코팅제로 사용되는 습식복합소재의 경우 이러한 문제는 방열 효율을 저하시키고 내구성을 떨어뜨리게 된다.
따라서, 방열용 코팅제로 사용되는 습식복합코팅막의 제조에 있어서 막의 크랙이나 기판과의 탈리가 없고 표면조도, 코팅막 경도의 향상을 위한 습식복합소재의 분산 및 이를 이용한 습식복합코팅막의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분산제의 활용을 통해 습식복합소재의 분산을 용이하게 하고, 효과적으로 분산된 습식복합소재의 방열판 표면에의 코팅을 통해 제조된 습식복합코팅막의 표면경도, 접착강도 및 표면조도와 같은 특성을 향상시켜 효율적인 방열을 도모하기 위한 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 방열 코팅용 습식복합소재에 있어서, 무기입자 130~170 중량부, 바인더 80~120 중량부, 분산제 3~7 중량부 그리고 용매 40~60 중량부를 포함하여 이루어져 전기전자부품의 방열판 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재 및 이를 이용한 방열 코팅용 습식복합코팅막을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 분산제는, 기능성 실란류, 계면활성제, 친수 또는 소수기를 지니는 금속염, 친수 또는 소수기를 지니는 블록 공중합체 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 기능성 실란류는, 아크릴기, 메타크릴기, 알릴기, 알킬기, 케톤기, 방향족기, 에스테르기, 니트로기, 하이드록시기, 사이클로부텐기, 알키드기, 우레탄기, 머캡토기, 니트릴기, 비닐기, 아민기, 카르복실기, 수소 및 에폭시 작용기 중 어느 하나 이상을 지닌 실란인 것이 바람직하다.
또한, 상기 계면활성제는, 카르본산염, 황산에스테르염, 설폰산염, 인산에스테르염, 제1급 아민염, 제2급 아민염, 제3급 아민염, 제4급 아민염, 폴리에틸렌글리콜형, 다가 알코올형, 아미노산형, 베타인형 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기입자는, 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본, 산화구리, 산화코발트, 산화니켈, 오산화안티몬, 산화주석, 산화크롬, 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 티타니아, 지르코니아, 산화아연, 바륨타이타네이트, 지르코늄타이타네이트, 스트론튬타이타네이트 중 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합한 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더는, 실란 바인더, 유기 바인더, 실리콘 화합물 바인더, 무기바인더, 유무기하이브리드 바인더, 글래스 프릿(glass frit) 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 실란 바인더는, 4개의 알콕시기를 가지는 실란을 포함하되, 상기 4개의 알콕시기를 가지는 실란은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라-n-프로폭시실란, 테트라-i-프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란으로 이루어진 군 중 하나 이상을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실란 바인더는, 기능성 유기 알콕시 실란으로써 아크릴기, 메타크릴기, 알릴기, 알킬기, 비닐기, 아민기 및 에폭시 작용기 중 하나 이상을 지니는 실란을 포함하되, 기능성 알콕시 실란이 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, i-프로필트리메톡시실란, i-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-펜틸트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헵틸트리메톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 시클로헥실트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-히드록시에틸트리메톡시실란, 2-히드록시에틸트리에톡시실란, 2-히드록시프로필트리메톡시실란, 2-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-히드록시프로필트리메톡시실란, 3-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란, 3-우레이도프로필트리에톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 트리알콕시실란류와 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디-n-프로필디메톡시실란, 디-n-프로필디에톡시실란, 디-i-프로필디메톡시실란, 디-i-프로필디에톡시실란, 디-n-부틸디메톡시실란, 디-n-부틸디에톡시실란, 디-n-펜틸디메톡시실란, 디-n-펜틸디에톡시실란, 디-n-헥실디메톡시실란, 디-n-헵틸디메톡시실란, 디-n-헵틸디에톡시실란, 디-n-옥틸디메톡시실란, 디-n-옥틸디에톡시실란, 디-n-시클로헥실디메톡시실란, 디-n-시클로헥실디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 디알콕시실란류;로 이루어진 군 및 이의 혼합물 군에서 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기 바인더는, 탄소사슬의 양 말단 또는 사슬의 측쇄에 열중합이 가능한 비닐기, 아크릴기, 에스테르기, 우레탄기, 에폭시기, 아미노기, 이미드기 및 열경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상을 함유하는 유기고분자, 그리고 광중합이 가능한 비닐기, 알릴기, 아크릴기, 메타아크릴레이트기 및 광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상을 함유하는 유기고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 유기고분자는 탄화수소기의 일부 수소가 불소로 치환된 것을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리콘 화합물 바인더는 유기-무기 혼성물질로서, 실록산(-Si-O-)을 기본으로 하면서, 실리콘 원자의 4개 결합부위 중 어느 하나에 직쇄, 측쇄 또는 고리형의 탄화수소기를 가지는 물질이며, 상기 탄화수소기는 알킬기, 케톤기, 아크릴기, 메타크릴기, 알릴기, 알콕시기, 방향족기, 아미노기, 에테르기, 에스테르기, 니트로기, 하이드록시기, 사이클로부텐기, 카르복실기, 알키드기, 우레탄기, 비닐기, 니트릴기, 수소 또는 에폭시 작용기를 단독 또는 2종 이상을 가지거나, 상기 탄화수소기의 일부 수소가 불소로 치환된 것을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기바인더는, 수 분산된 콜로이드 실리카에 Li+, Na+, K+, Mg2+, Pb2+, Ca2+ 중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질을 첨가하여 사용하는 것이 바람직하며, 여기에서, 상기 Li+, Na+, K+, Mg2+, Pb2+, Ca2+ 중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질은 수산화물인 LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Pb(OH)2, Ca(OH)2인 것이 바람직하다.
또한, 상기 유무기하이브리드 바인더는, 콜로이드 무기입자 100중량부에 대해 실란 0.1~150중량부 또는 유기수지 0.1~150중량부를 혼합하여 형성되는 것이 바람직하며, 상기 콜로이드 무기입자는, 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 티타니아, 지르코니아, 산화주석, 산화아연, 바륨타이타네이트, 지르코늄타이타네이트 및 스트론튬타이타네이트 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용매는, 물, 알콜, 글리콜 계열, 셀루솔브 계열, 벤젠, 톨루엔, 케톤류 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 습식복합소재는 전기전자부품의 방열판 표면에 코팅되어 습식복합코팅막을 형성하여 방열 코팅제로 사용될 수 있으며, 상기 습식복합코팅막 표면에는 보호층이 더 형성되는 것이 바람직하다.
상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 분산제의 활용을 통해 습식복합소재의 분산을 용이하게 하고 잘 분산된 습식복합소재의 코팅을 통해 제조된 습식복합코팅막의 표면경도, 접착강도 및 표면조도와 같은 코팅막을 특성을 향상시켜, 전기전자, 에너지, 정보소자의 방열 코팅에 적용하여 안정적이고 효율적인 방열을 도모하는 효과가 있다.
특히, 전기전자부품 중 고출력 LED 광원의 방열판 표면에 코팅되어 고방사에 의한 열의 방출이 안정적이고 효율적으로 이루어지도록 하여, 고출력 LED 광원의 실용화에 기여할 것으로 기대된다.
본 발명은 전기전자부품의 방열판의 표면에 방사율이 높은 고방사율의 방열 코팅제를 습식으로 코팅하기 위한 습식복합소재에 관한 것으로서, 특히 분산제를 투입하여 습식복합소재의 분산을 용이하게 하여 이를 방열판의 표면에 코팅한 습식복합코팅막의 표면경도, 접착강도 및 표면조도와 같은 물성을 향상시켜, 습식복합코팅막의 내구성을 향상시키고, 전기전자부품에서 발생하는 열의 안정적이면서도 효율적인 방출이 이루어지도록 하는 것이다. 여기서, 상기 전기전자부품의 방열판이란 전기전자부품에 따로이 방열구조를 가지는 방열판 자체를 부착하여 형성시키는 것에만 한정하는 것이 아니라, 전기전자부품에서 열을 방출할 수 있는 전기전자부품의 표면 자체가 되는 구조를 포함하는 개념이며, 이는 당업자에게는 자명한 정도일 것이다.
상기 방열 코팅용 습식복합소재는 무기입자 130~170 중량부, 바인더 80~120 중량부, 분산제 3~7 중량부 그리고 용매 40~60 중량부를 포함하여 이루어져 전기전자부품의 방열판 표면에 코팅되는 것이다.
상기 분산제는 습식복합소재의 방열판 등에의 코팅시 습식복합코팅막의 물성 및 기능성(발열 효율)을 향상시키기 위한 목적으로 사용되는 것으로, 습식복합코팅 용액에 용해되어 복합체의 계면에 흡착하여 그 표면장력을 감소시켜 상기 무기입자, 바인더, 용매를 잘 혼합시키는 역할을 하게 된다. 그 종류로는 기능성 실란류, 계면활성제, 친수 또는 소수기를 지니는 금속염, 친수 또는 소수기를 지니는 고분자의 블록 공중합체 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 기능성 실란류로는, 바인더 및 용매의 선택에 따라 친수성 유기기를 가지는 실란이나 소수성 유기기를 가지는 실란을 사용하는 것을 원칙으로 하며, 구체적으로는, 아크릴기, 메타크릴기, 알릴기, 알킬기, 케톤기, 방향족기, 에스테르기, 니트로기, 하이드록시기, 사이클로부텐기, 알키드기, 우레탄기, 머캡토기, 니트릴기, 비닐기, 아민기, 카르복실기, 수소 및 에폭시 작용기 중 어느 하나 이상을 지닌 실란인 것이 바람직하다. 또한, 상기 분산용 기능성 실란류의 흡착방법은 상온 교반 반응, 밀링 반응, 초음파 반응, 초임계 반응, 수열 반응 중 어느 하나에 의해 이루어지도록 한다.
또한, 상기 계면활성제로는 바인더 및 용매의 선택에 따라 친수기 및 소수기의 종류를 따라 음이온, 양이온, 비이온 및 양성이온을 지니는 계면활성제 중 어느 하나를 사용하며, 음이온 계면활성제로는 카르본산염, 황산에스테르염, 설폰산염, 인산에스테르염 중 어느 하나를 사용하고, 양이온 계면활성제로는 제1급 아민염, 제2급 아민염, 제3급 아민염, 제4급 아민염 중 어느 하나를 사용하고, 비이온 계면활성제로는 폴리에틸렌글리콜형 또는 다가 알코올형을 사용하며, 양성이온 계면활성제는 아미노산형, 베타인형 중 어느 하나를 사용한다.
또한, 상기 무기입자는, 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본, 산화구리, 산화코발트, 산화니켈, 오산화안티몬, 산화주석, 산화크롬, 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 티타니아, 지르코니아, 산화아연, 바륨타이타네이트, 지르코늄타이타네이트, 스트론튬타이타네이트 중 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합한 혼합물을 사용하며, 상기 무기입자의 형상은 입자상, 섬유상 및 판 상 중에 어느 하나 또는 이들 형상이 혼합된 것을 사용한다.
또한, 상기 바인더는, 실란 바인더, 유기 바인더, 실리콘 화합물 바인더, 무기바인더, 유무기하이브리드 바인더, 글래스 프릿(glass frit) 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 실란 바인더는, 4개의 알콕시기를 가지는 실란을 포함하되, 상기 4개의 알콕시기를 가지는 실란은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라-n-프로폭시실란, 테트라-i-프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란으로 이루어진 군 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하며, 또한, 상기 실란 바인더는, 기능성 유기 알콕시 실란으로써 아크릴기, 메타크릴기, 알릴기, 알킬기, 비닐기, 아민기 및 에폭시 작용기 중 하나 이상을 지니는 실란을 포함하되, 기능성 알콕시 실란이 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, i-프로필트리메톡시실란, i-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-펜틸트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헵틸트리메톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 시클로헥실트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-히드록시에틸트리메톡시실란, 2-히드록시에틸트리에톡시실란, 2-히드록시프로필트리메톡시실란, 2-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-히드록시프로필트리메톡시실란, 3-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란, 3-우레이도프로필트리에톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 트리알콕시실란류와 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디-n-프로필디메톡시실란, 디-n-프로필디에톡시실란, 디-i-프로필디메톡시실란, 디-i-프로필디에톡시실란, 디-n-부틸디메톡시실란, 디-n-부틸디에톡시실란, 디-n-펜틸디메톡시실란, 디-n-펜틸디에톡시실란, 디-n-헥실디메톡시실란, 디-n-헵틸디메톡시실란, 디-n-헵틸디에톡시실란, 디-n-옥틸디메톡시실란, 디-n-옥틸디에톡시실란, 디-n-시클로헥실디메톡시실란, 디-n-시클로헥실디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 디알콕시실란류;로 이루어진 군 및 이의 혼합물 군에서 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기 바인더는, 탄소사슬의 양 말단 또는 사슬의 측쇄에 열중합이 가능한 비닐기, 아크릴기, 에스테르기, 우레탄기, 에폭시기, 아미노기, 이미드기 및 열경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상을 함유하는 유기고분자, 그리고 광중합이 가능한 비닐기, 알릴기, 아크릴기, 메타아크릴레이트기 및 광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상을 함유하는 유기고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용하며, 상기 유기고분자는 탄화수소기의 일부 수소가 불소로 치환된 것을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리콘 화합물 바인더는 유기-무기 혼성물질로서, 실록산(-Si-O-)을 기본으로 하면서, 실리콘 원자의 4개 결합부위 중 어느 하나에 직쇄, 측쇄 또는 고리형의 탄화수소기를 가지는 물질이며, 상기 탄화수소기는 알킬기, 케톤기, 아크릴기, 메타크릴기, 알릴기, 알콕시기, 방향족기, 아미노기, 에테르기, 에스테르기, 니트로기, 하이드록시기, 사이클로부텐기, 카르복실기, 알키드기, 우레탄기, 비닐기, 니트릴기, 수소 또는 에폭시 작용기를 단독 또는 2종 이상을 가지거나, 상기 탄화수소기의 일부 수소가 불소로 치환된 것을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기바인더는, 수 분산된 콜로이드 실리카에 Li+, Na+, K+, Mg2+, Pb2+, Ca2+ 중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질을 첨가하여 사용하는 것이 바람직하며, 여기에서, 상기 Li+, Na+, K+, Mg2+, Pb2+, Ca2+ 중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질은 수산화물인 LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Pb(OH)2, Ca(OH)2인 것이 바람직하다.
또한, 상기 유무기하이브리드 바인더는, 콜로이드 무기입자 100중량부에 대해 실란 0.1~150중량부 또는 유기수지 0.1~150중량부를 혼합하여 형성되는 것이 바람직하며, 상기 콜로이드 무기입자는, 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 티타니아, 지르코니아, 산화주석, 산화아연, 바륨타이타네이트, 지르코늄타이타네이트 및 스트론튬타이타네이트 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용한다.
또한, 상기 글래스 프릿(glass frit) 바인더는 유리조성을 고온에서 녹인 뒤 냉각시켜서 분말 혹은 조각의 형태로 만든 것으로서, 보호코팅이나 씰링 등의 용도로 광범위하게 사용되고 있으며, 용융 온도도 조성에 따라서 다르게 나타난다. 상기 글래스 프릿은 상온에서 고상의 형태로 존재하지만 온도를 올리면 액상으로 되어 바인더로서 사용이 가능하게 되므로, 액상에서 접착을 시킨 뒤 다시 냉각을 시키게 되면 고상의 형태로 접착이 되게 된다.
또한, 상기 용매는, 물, 알콜과 같은 극성 용매, 글리콜 계열, 셀루솔브 계열과 같은 중극성 용매, 벤젠, 톨루엔, 케톤류와 같은 무극성 용매군 중에서 어느 하나의 군에서 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 무기입자, 바인더, 분산제 그리고 용매를 포함하여 이루어진 습식복합소재는 전기전자부품의 방열판 표면에 코팅되어 습식복합코팅막을 형성하며, 상기 습식복합코팅막 표면에는 실란, 유기수지, 실리콘 화화물, 무기바인더, 유무기하이브리드 바인더 글래스 프릿(glass frit)과 같은 재료로 이루어진 보호층을 더 형성하는 것이 바람직하다.
상기 습식복합코팅막은 전기전자부품의 방열판 표면에 스핀, 바, 스크린 프린팅, 스프레이, 그라비아, 닥터블레이드, 딥, 플로우 및 롤토롤 공정과 같은 습식공정에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
습식복합소재에서의 분산제의 분산효과에 따른 습식복합코팅막의 표면 특성을 조사하기 위하여 분산제를 사용한 것과 사용하지 않은 것에 대한 대한 접착강도, 표면경도를 측정 비교하였다.
상기 습식복합소재의 조성은 분산제가 포함된 경우 에폭시 유기 바인더 100 중량부(주재:100%, 경화제:30%)에 무기입자 분말(옥:25%, SiC:65%, 세르사이트:3%, 카본:2%, 이산화망간:5%) 150 중량부 그리고 습식복합소재의 점도를 떨어뜨리기 위한 용매로 톨루엔 50 중량부, 분산제 5 중량부를 섞어서 2시간 동안 볼밀로써 혼합하여 만들었다. 여기에서 사용 분산제는 알킬올 암모늄염을 사용하였다.
또한 분산제를 포함하지 않은 습식복합소재도 분산제를 뺀 나머지 조성들은 동일하게 하여 제조하였다. 제조된 분산제를 포함하는 습식복합소재와 포함하지 않은 습식복합소재를 스프레이방법으로 40W LED의 알루미늄 방열판 표면을 코팅하였다.
아래 표 1은 분산제 유무에 따른 코팅막의 접착강도 및 표면경도에 대한 결과를 나타내었다.(분산제 유무에 상관없이 동일 막두께에서 비교 측정하였다.)
분산제(유무) 접착강도(Tape test) 표면경도(Pencil test) 두께
분산제 유 5B 7~8H 30~40㎛
분산제 무 0~1B 1H 30~40㎛
분산제를 사용하였을 경우 무기입자의 응집이 없이 잘 분산되고 결과적으로 습식코팅성이 용이하여 코팅된 막의 표면물성이 표면경도 및 접착강도가 향상됨을 확인할 수 있었고 이는 무기입자의 분산효과와 연관이 있는 것으로 판단된다.
상기 분산제 유무에 따른 습식복합소재의 방열 효과를 측정하기 위해, LED의 PCB 상단의 온도를 측정하였더니, 다음과 같이 나타났다.
- 시료 1(알루미늄 방열판에 어떠한 표면처리도 하지 않은 것) : 77℃
- 시료 2(분산제 유) : 69.6℃
- 시료 3(분산제 무) : 71.1℃
알루미늄 방열판에 본 발명에 따른 분산제를 첨가한 습식복합소재를 이용하여 습식복합코팅막을 형성하였을 경우 LED 내부의 PCB 기판의 온도를 떨어뜨리는 효과가 가장 크게 나타났다. 이는 알루미늄 방열판에 코팅된 습식복합코팅막의 표면 상태 및 방열판과의 접착강도와 같은 물성을 향상시켜, 공기의 대류에 의한 방열과 함께 상기 방열 코팅제에 의한 복사에 의하여 표면에서 열이 더욱 안정적으로 방출되도록 하기 때문이다.

Claims (18)

  1. 방열 코팅용 습식복합소재에 있어서,
    무기입자 130~170 중량부, 바인더 80~120 중량부, 분산제 3~7 중량부 그리고 용매 40~60 중량부를 포함하여 이루어져 전기전자부품의 방열판 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 분산제는, 알킬올 암모늄염인 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 무기입자는, 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본, 산화구리, 산화코발트, 산화니켈, 오산화안티몬, 산화주석, 산화크롬, 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 티타니아, 지르코니아, 산화아연, 바륨타이타네이트, 지르코늄타이타네이트, 스트론튬타이타네이트 중 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합한 혼합물인 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 바인더는, 실란 바인더, 유기 바인더, 실리콘 화합물 바인더, 무기바인더, 유무기하이브리드 바인더, 글래스 프릿(glass frit) 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 실란 바인더는, 4개의 알콕시기를 가지는 실란을 포함하되, 상기 4개의 알콕시기를 가지는 실란은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라-n-프로폭시실란, 테트라-i-프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란으로 이루어진 군 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 실란 바인더는, 기능성 유기 알콕시 실란으로써 아크릴기, 메타크릴기, 알릴기, 알킬기, 비닐기, 아민기 및 에폭시 작용기 중 하나 이상을 지니는 실란을 포함하되, 기능성 알콕시 실란이 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, i-프로필트리메톡시실란, i-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-펜틸트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헵틸트리메톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 시클로헥실트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-히드록시에틸트리메톡시실란, 2-히드록시에틸트리에톡시실란, 2-히드록시프로필트리메톡시실란, 2-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-히드록시프로필트리메톡시실란, 3-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란, 3-우레이도프로필트리에톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 트리알콕시실란류와 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디-n-프로필디메톡시실란, 디-n-프로필디에톡시실란, 디-i-프로필디메톡시실란, 디-i-프로필디에톡시실란, 디-n-부틸디메톡시실란, 디-n-부틸디에톡시실란, 디-n-펜틸디메톡시실란, 디-n-펜틸디에톡시실란, 디-n-헥실디메톡시실란, 디-n-헵틸디메톡시실란, 디-n-헵틸디에톡시실란, 디-n-옥틸디메톡시실란, 디-n-옥틸디에톡시실란, 디-n-시클로헥실디메톡시실란, 디-n-시클로헥실디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 디알콕시실란류;로 이루어진 군 및 이의 혼합물 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 유기 바인더는, 탄소사슬의 양 말단 또는 사슬의 측쇄에 열중합이 가능한 비닐기, 아크릴기, 에스테르기, 우레탄기, 에폭시기, 아미노기, 이미드기 및 열경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상을 함유하는 유기고분자, 그리고 광중합이 가능한 비닐기, 알릴기, 아크릴기, 메타아크릴레이트기 및 광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상을 함유하는 유기고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 유기고분자는 탄화수소기의 일부 수소가 불소로 치환된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  11. 제 6항에 있어서, 상기 실리콘 화합물 바인더는 유기-무기 혼성물질로서, 실록산(-Si-O-)을 기본으로 하면서, 실리콘 원자의 4개 결합부위 중 어느 하나에 직쇄, 측쇄 또는 고리형의 탄화수소기를 가지는 물질이며, 상기 탄화수소기는 알킬기, 케톤기, 아크릴기, 메타크릴기, 알릴기, 알콕시기, 방향족기, 아미노기, 에테르기, 에스테르기, 니트로기, 하이드록시기, 사이클로부텐기, 카르복실기, 알키드기, 우레탄기, 비닐기, 니트릴기, 수소 또는 에폭시 작용기를 단독 또는 2종 이상을 가지거나, 상기 탄화수소기의 일부 수소가 불소로 치환된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  12. 제 6항에 있어서, 상기 무기바인더는, 수 분산된 콜로이드 실리카에 Li+, Na+, K+, Mg2 +, Pb2 +, Ca2 + 중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질을 첨가하여 형성된 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 Li+, Na+, K+, Mg2 +, Pb2 +, Ca2 + 중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질은 수산화물인 LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Pb(OH)2, Ca(OH)2인 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  14. 제 6항에 있어서, 상기 유무기하이브리드 바인더는, 콜로이드 무기입자 100중량부에 대해 실란 0.1~150중량부 또는 유기수지 0.1~150중량부를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 콜로이드 무기입자는, 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 티타니아, 지르코니아, 산화주석, 산화아연, 바륨타이타네이트, 지르코늄타이타네이트 및 스트론튬타이타네이트 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 용매는, 물, 알콜, 글리콜 계열, 셀루솔브 계열, 벤젠, 톨루엔, 케톤류 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 분산성이 개선된 방열 코팅용 습식복합소재.
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