KR101322328B1 - 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 열전도성 쉬트의 제조 장치는 용매, 레진 및 절연성과 고열전도성 특성을 지닌 분말을 포함하여 컴포지트를 형성하는 전처리 개질부, 형성된 컴포지트를 캐리어 필름(Carrierfilm)이나 치구를 통하여 쉬트 형태로 성형하는 성형부, 그리고 쉬트 형태로 성형된 컴포지트에 배향성을 부여하기 위해 전기장 혹은 자기장을 인가하는 구조제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치 및 방법{Manufacturing Apparatus And Method Of Thermally Conductive Sheet Having Orientation}
본 발명은 열전도성 쉬트의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열전도성 쉬트가 배향성을 갖도록 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
기능의 고집적화, 크기의 소형화 등에 따라 종래의 전자부품, 특히 파워 디바이스에서 발생하는 열은 큰 문제로 작용하게 된다. 즉, 이러한 열은 전자부품의 수명을 단축시킬 수 있고, 기능을 저하시킬 수도 있다.
이를 해결하기 위해 전자부품 제조에 히트 싱크(Heat Sink), 서멀 비아(Thermal Via) 등의 많은 기술을 적용시키고 있으나, 이를 통해 전자부품에 고방열 특성과 함께 용도에 적합한 절연성까지 구현하는 데 한계가 있으므로, 절연체이면서 고방열 특성을 갖는 고방열 절연 쉬트의 개발이 지금으로서는 시급한 실정이다.
한편, 현재는 알루미나 분말과 에폭시 레진 등을 복합하여 컴포지트(Composite, 복합재료) 형태로 제작한 조성물을 쉬트나 필름 형태의 방열 절연 쉬트로 많이 활용하고 있다.
종래에는 이러한 고방열 쉬트나 필름을 에폭시 레진, 아크릴 수지, cyclo-olefin 수지, PPS, PVC 등에 열전도성 분말(알루미나, boron, alumimum nitride, TiB2, MgO, ZnO, SiC, carbon, grahpite, Carbon nano tube, metal powder)을 혼합하고, 컴포지트 재료를 형성하여 테입 캐스팅, 사출, 압출 등으로 제조하였다. 이렇게 형성된 재료는 단면이 도 1에 도시된 바와 같고, 고방열 특성을 위해 열전도성이 우수한 금속계나 탄소계의 분말을 활용하면 좋으나 충진량이 많아질 경우 절연성이 저하되는 단점이 있다.
즉, 고방열성을 증대하기 위하여 방열 절연 쉬트 제조시 분말 함량을 증가시킬 경우, 쉬트의 성형성 및 접착력이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출한 것으로서, 열방출 특성을 높이면서 쉬트 형태로 성형성 및 금속과의 접착력을 유지할 수 있도록 고방열 절연 쉬트를 제조하는 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 고열전도성 절연 쉬트 제조 장치는 용매, 레진 및 절연성과 고열전도성 특성을 지닌 분말을 포함하여 컴포지트를 형성하는 전처리 개질부; 형성된 상기 컴포지트를 캐리어 필름(Carrierfilm)이나 치구를 통하여 쉬트 형태로 성형하는 성형부; 및 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 배향성을 부여하기 위해 전기장 혹은 자기장을 인가하는 구조제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따른 고열전도성 절연 쉬트 제조 방법은 용매, 레진 및 절연성과 고열전도성 특성을 지닌 분말을 포함하여 컴포지트를 형성하는 단계; 형성된 상기 컴포지트를 캐리어 필름(Carrierfilm)이나 치구를 통하여 쉬트 형태로 성형하는 단계; 및 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 배향성을 부여하기 위해 전기장 혹은 자기장을 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 컴포지트 조성물에 배향적 특성을 부여하여 열전도성이 높은 고방열 절연 쉬트를 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 고방열 절연 쉬트는 우수한 성형성 및 접착성을 지닌다.
도 1은 종래의 컴포지트 단면을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 배향성이 부여된 컴포지트의 단면을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 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 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 배향성이 부여된 컴포지트의 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치(100)는 전처리 개질부(110), 성형부(120), 구조제어부(130) 및 제품부(140)를 포함한다.
전처리 개질부(110)는 용매, 레진 및 절연성과 고열전도성 특성을 지닌 분말을 포함하여 컴포지트를 형성한다. 예컨대, 전처리 개질부(110)는 볼밀링, planteray mixer 등 분쇄와 혼합이 가능한 공정으로 컴포지트를 형성한다.
형성된 컴포지트는 고열전도성 절연 쉬트를 제조하기 위한 원료로서 분말, 레진 및 용매로 구성되고, 분말은 보론 나이트라이드(boron nitride), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride), 알루미나 등으로 절연성이면서 고열전도성 특성을 지니며, 레진은 쉬트 성형이 가능한 것으로서, 에폭시 레진, 아크릴 레진 등이 있고, 용매는 유기 용매로서 필요에 따라 선정되며 주로 건조가 잘되는 톨루엔, 에탄올, 메틸 에틸 케톤 등이 활용될 수 있다.
성형부(120)는 제조된 컴포지트를 캐리어 필름(Carrierfilm)이나 치구를 통하여 쉬트 형태로 성형한다. 예컨대, 테입 캐스팅일 경우, 성형부(120)는 제조된 컴포지트를 일정한 크기의 댐에 부어 닥터 블레이드를 통하여 일정한 폭과 두께를 가진 형태로 성형한다.
구조제어부(130)는 쉬트 형태로 성형된 컴포지트에 배향성을 부여하기 위해 전기장 또는 자기장을 인가한다. 즉, 구조제어부(130)는 분말의 형태가 이방성 형태일 경우, 쉬트 형태로 성형된 컴포지트에 전기장을 인가하여 배향성을 부여하고, 분말이 절연 분말에 자기장의 영향을 받는 물질이 코팅되어 형성되거나 자기장의 영향을 받는 물질에 절연 분말이 코팅되어 형성된 경우, 쉬트 형태로 성형된 컴포지트에 자기장을 인가하여 배향성을 부여한다.
예컨대, 구조제어부(130)는 분말 형태가 구형보다는 이방성 형태(판상, platelet, rod, whisker, tube, fiber 등)이고 종횡비(aspect ratio)가 클수록 인가되는 field에서 배향에 유리하므로, 즉 전기장을 활용하여 더 낮은 인가 field에서 큰 배향 효과를 얻을 수 있으므로, 전기장을 활용하여 컴포지트에 배향성을 부여한다.
또한, 구조제어부(130)는 절연 분말에 자기장의 영향을 받는 물질을 코팅 또는 그러한 물질(Fe2o3, 강자성재료)에 절연 분말을 코팅하여 형성한 분말을 활용할 경우, 자기장을 인가하여 컴포지트 내에서 배향성(이방성)을 부여한다.
구조제어부(130)는 배향성이 부여된 컴포지트에 형성된 이방성 구조를 유지하기 위하여 공정 처리를 연속으로 행한다.
예컨대, 구조제어부(130)는 사용한 레진이 열경화성(thermoset) 타입이면, 열풍, 열전달 등으로 경화반응을 유도하여 컴포지트를 반경화 또는 완전경화하여 이방성 구조를 유지할 수 있도록 한다.
또한, 구조제어부(130)는 레진에 자외선 경화형 재료를 활용할 경우, 전기장 혹은 자기장 인가 후에 컴포지트에 자외선을 조사하여 경화함으로서 이방성 구조를 유지할 수 있도록 한다.
한편, 합성하는 컴포지트에서 원료 중 레진의 점도가 낮을수록 배향성을 크게 하는 데 유리하며, 점도 특성은 10000cps 이상이면 전압은 수십 볼트 이상, 자기장은 수 테슬라 이상이 필요하여 기구 제작이 용이하지 못하므로, 통상 5000cps 이하이면 충분하다.
제품부(140)는 컴포지트를 제품으로 만들기 위해 컴포지트가 반경화 상태인 경우 와인딩(winding)하고, 컴포지트가 완전경화 상태인 경우, 이미 brittle 해진 상태이므로 와인딩이 어려우므로 일정한 크기로 재단한다.
이처럼, 본 발명에서 제안하는 배향성(이방성) 고열전도성 절연 쉬트(필름) 제조는 기존에 사용되는 열전도성 분말 중 특히 절연성을 내포한 분말을 활용하여 컴포지트를 형성하고, 형성된 컴포지트에 전기장 또는 자기장을 인가하여 도 3에 도시된 바와 같이, 한쪽으로 분말이 배향된 형태를 지니도록 함으로써, 즉 컴포지트 조성물에 배향적 특성을 부여하여 고방열 절연 쉬트를 제조할 수 있어서, 열전도성을 높이고, 우수한 성형성 및 접착성을 지닌다.
이상, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 장치를 설명하였고, 이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배향성을 갖는 열전도성 쉬트의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 용매, 레진 및 절연성과 고열전도성 특성을 지닌 분말을 포함하여 컴포지트를 형성한다(S400). 예컨대, 고열전도성 절연 쉬트를 제조하기 위한 원료인 컴포지트를 분말, 레진 및 용매를 포함하여 형성한다.
형성된 컴포지트를 캐리어 필름(Carrierfilm)이나 치구를 통하여 쉬트 형태로 성형한다(S401). 예컨대, 테입 캐스팅의 경우, 형성된 컴포지트를 일정한 크기의 댐에 부어 닥터 블레이드를 통하여 일정한 폭과 두께를 가진 형태로 성형한다.
쉬트 형태로 성형된 컴포지트에 배향성을 부여하기 위해 전기장 또는 자기장을 인가한다(S402). 예컨대, 분말 형태가 구형보다는 이방성 형태(판상, platelet, rod, whisker, tube, fiber 등)이고 종횡비(aspect ratio)가 클수록 인가되는 field에서 배향에 유리하므로, 즉 전기장을 활용하여 더 낮은 인가 field에서 큰 배향 효과를 얻을 수 있으므로, 전기장을 활용하여 컴포지트에 배향성을 부여하며, 절연 분말에 자기장의 영향을 받는 물질을 코팅 또는 그러한 물질(Fe2o3, 강자성재료)에 절연 분말을 코팅하여 형성한 분말을 활용할 경우, 자기장을 인가하여 컴포지트 내에서 배향성(이방성)을 부여한다.
배향성이 부여된 컴포지트에 형성된 이방성 구조를 유지한다(S403). 예컨대, 사용한 레진이 열경화성(thermoset) 타입이면, 열풍, 열전달 등으로 경화반응을 유도하여 컴포지트를 반경화 또는 완전경화하여 이방성 구조를 유지할 수 있도록 하고, 레진에 자외선 경화형 재료를 활용할 경우, 전기장 혹은 자기장 인가 후에 컴포지트에 자외선을 조사하여 경화함으로서 이방성 구조를 유지할 수 있도록 한다.
이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 전처리 개질부 120 : 성형부
130 : 구조제어부 140 : 제품부

Claims (8)

  1. 용매, 레진 및 절연성과 고열전도성 특성을 지닌 분말을 포함하여 컴포지트를 형성하는 전처리 개질부와, 형성된 상기 컴포지트를 캐리어 필름(Carrierfilm)이나 치구를 통하여 쉬트 형태로 성형하는 성형부와, 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 배향성을 부여하기 위해 전기장 혹은 자기장을 인가하는 구조제어부를 포함하되,
    상기 구조제어부는 상기 분말의 형태 및 종류에 기초하여 전기장 혹은 자기장을 선택적으로 인가하되,
    상기 분말의 형태가 이방성 형태일 경우, 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 전기장을 인가하여 배향성을 부여하고,
    상기 분말이 절연 분말에 자기장의 영향을 받는 물질이 코팅되어 형성되거나 자기장의 영향을 받는 물질에 상기 절연 분말이 코팅되어 형성된 경우, 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 자기장을 인가하여 배향성을 부여하는 것
    인 고열전도성 절연 쉬트 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구조제어부는 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 상기 배향성을 부여한 후, 상기 레진이 열경화성(thermoset) 타입이면 열풍, 열전달로 경화 반응을 유도하여 상기 컴포지트를 반경화 또는 완전경화하거나, 상기 레진에 자외선 경화형 재료를 사용한 경우, 자외선을 조사하여 상기 컴포지트를 경화하여 상기 컴포지트에 형성된 이방성 구조를 유지하는 것
    인 고열전도성 절연 쉬트 제조 장치.
  5. 용매, 레진 및 절연성과 고열전도성 특성을 지닌 분말을 포함하여 컴포지트를 형성하는 단계와, 형성된 상기 컴포지트를 캐리어 필름(Carrierfilm)이나 치구를 통하여 쉬트 형태로 성형하는 단계와, 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 배향성을 부여하기 위해 전기장 혹은 자기장을 인가하는 단계를 포함하는 고열전도성 절연 쉬트 제조 방법에 있어서,
    상기 인가하는 단계는,
    상기 분말의 형태 및 종류에 기초하여 전기장 혹은 자기장을 선택적으로 인가하되,
    상기 분말의 형태가 이방성 형태일 경우, 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 전기장을 인가하여 배향성을 부여하고,
    상기 분말이 절연 분말에 자기장의 영향을 받는 물질이 코팅되어 형성되거나 자기장의 영향을 받는 물질에 상기 절연 분말이 코팅되어 형성된 경우, 쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 자기장을 인가하여 배향성을 부여하는 단계를 포함하는 것
    인 고열전도성 절연 쉬트 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    쉬트 형태로 성형된 상기 컴포지트에 상기 배향성을 부여한 후 이방성 구조를 유지하기 위해,
    상기 레진이 열경화성(thermoset) 타입이면 열풍, 열전달로 경화 반응을 유도하여 상기 컴포지트를 반경화 또는 완전경화하는 단계; 및
    상기 레진에 UV 경화형 재료를 사용한 경우, 자외선을 조사하여 상기 컴포지트를 경화하는 단계
    를 더 포함하는 고열전도성 절연 쉬트 제조 방법.

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