KR101413065B1 - 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents

열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전도성 액상 실리콘 점착제에 관한 것으로, 방열체를 발열체에 부착시키는데 사용하기 위한 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물에 관한 것이다.

Description

열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물 및 이의 제조 방법{THERMAL CONDUCTIVITY LIQUID SILICONE RUBBER COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 열전도성 액상 실리콘 점착제에 관한 것으로, 방열체를 발열체에 부착시키는데 사용하기 위한 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물에 관한 것이다.
근래에 들어 LED와 같은 고방열 반도체 소자의 수명향상으로 환경 친화적 부품으로의 수요 증가와 온도 상승에 의한 전자 제품의 기능 장애 대책의 필요성이 요구되고 있다.
이러한 전자 부품의 발열량을 줄이기 위해 전자 부품의 발열체에 히트 싱크(Heat Sink)와 방열 금속판, 등의 방열체를 부착시켜 열을 확산시키는 방법을 사용하고 있다.
상기와 같은 방열체를 발열체에 부착시키기 위해서 발열체 표면에 방열체를 부착하는 점착제가 반드시 필요하다. 이러한 점착제는 점착성과 열전도성이 우수할수록 우수한 점착제라 할 수 있다.
근래에 들어서 점착제의 중요성을 인식하고 이를 개발하기 위해 많은 연구와 개발이 진행되고 있는바 몇 가지를 살펴보면 다음과 같다.
우선, 일본특허공개공보 평06-88061호를 살펴보면, 알킬기 중에 1개 내지 12개의 탄소원자를 가진 메타 아크릴산 에스터 및 그것과 공중합 가능한 모노머를 함유하는 모노머 혼합물로부터 제조되는 폴리머 및 모노머 혼합물 100중량부에 대하여 20 내지 400중량부의 열전도성 필러를 함유하는 열전도성 점착제를 제조하는 방법이 제안되어 있으나 이는 장기간 열적 충격을 줄 경우 내구성이 현저히 저하되는 문제점이 있어서 장기간 사용이 불가능한 문제점을 내포하고 있었다.
또한, 일본특허공개공보 제2000-281997호를 살펴보면, 메타아크릴산 모노머로부터 만들어진 공중합체 100중량부, 열전도성 필라와 질소함유 인화합물의 비율이 8:2 ~3:7 비율로 50~200중량부를 함유하는 열전도성 점착제가 제안되어 있으나, 이 또한 열전도성이 0.3W/m.K 이상이기는 하나 열전도성 필러의 첨가에 따라 점착력이 저하되는 문제와 높은 열을 받을 경우 기재와 층간 내열성이 저하되어 박리되는 문제점을 내포하고 있었다.
일본특허공개공보 평06-088061호 일본특허공개공보 제2000-281997호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 액상 실리콘 폴리머와 페닐비닐실리콘 레진에 열전도성 필라를 혼합 제조하고 부가 반응 경화시스템을 채택함으로써 휘발성유기화합물(VOC)을 사용하지 않을 수 있으며, 전자부품에 쉽게 점착되며, 장기간 사용 시 고온에서 열적 안정성이 우수하고, 점착제의 응집력이 저하되지 않으며, 일반적인 점착제에 사용하는 용매를 사용하지 않아 환경 친화적이며, 방열체와 발열체 사이가 박리되지 않아 장기간 사용이 가능한 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 액상 실리콘 폴리머 70 ~ 90 중량%와 페닐비닐실리콘레진 10 ~ 30 중량%를 혼합한 실리콘 접착제 100 중량부에 대하여,
열전도성 필러 200 ~ 600 중량부, 부가반응 촉매 1 ~ 2000ppm, 1분자 중에 3개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산 1 ~ 10 중량부를 포함하는 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물에 관한 것이다.
상기 액상 실리콘 폴리머는 중량 평균 분자량이 10,000 ~ 50,000g/mol이며, 비닐기 함량이 0.1 ~ 4몰%, 점도는 100 ~ 20,000cP(25℃)인 것일 수 있다.
상기 페닐비닐실리콘레진은 R3SiO1/2 단위(M단위)와 SiO4/2 단위(Q단위)의 공중합체이고, M단위와 Q단위의 비(몰비)가 M/Q=0.5 내지 1.5이며, 상기 R은 (C1-C10)알킬기 및 페닐기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 열전도성 필러는 질화알루미늄, 질화붕소, 산화알루미늄, 실버, 구리, 니켈에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
상기 열전도성 필러는 평균입경이 0.1 ~ 50㎛인 것일 수 있다.
상기 부가반응 촉매는 백금계 촉매 또는 팔라듐계 촉매인 것일 수 있다.
상기 오르가노하이드로겐폴리실록산은 1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 1,3,5,7,-테트라 메틸시클로테트라실록산, 메틸히드로젠 실록산 환상 중합체, 메틸히드로젠실록산디메틸실록산 환상 공중합체, 트리스(디메틸히드로젠실록시)메틸실란, 트리스(디메틸히드로젠실록시)페닐실란, 양쪽 말단 트리 메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로젠폴리실록산디페닐실록산공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
상기 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물은 KS T 1028에 따른 점착력이 5000 ~ 7,000gf/inch이고, 전이 테스트 방법에 따라 기질과 점착제의 접착 후 250℃에서 10분 후 점착제의 전이 현상을 확인하여 전이가 전혀 없고, ASTM E 1461의 방법에 따른 열전도도가 2 ~ 3W/mK인 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 가압 성형하여 제조된 필름 또는 시트상의 성형체도 본 발명의 범위에 포함된다.
또한 본 발명의 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물의 제조방법은
a) 액상 실리콘 폴리머 70 ~ 90 중량%와 페닐비닐실리콘레진 10 ~ 30 중량%를 혼합하여 실리콘 점착제를 제조하는 단계;
b) 상기 실리콘 점착제 100중량부에 대하여, 열전도성 필러 200 ~ 600중량부를 혼합하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스를 제조하는 단계;
c) 상기 열전도성 실리콘 점착제 베이스에, 실리콘 점착제 100중량부에 대하여, 부가반응 촉매 1 ~ 2000ppm 및 1분자 중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 제조하는 단계;
를 포함한다.
상기 a) 내지 c)단계에서, 혼합은 30 ~ 80℃에서 혼련하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물은 점착 후 전이가 발생하지 않으므로 탈착 후 자국이 남지 않으며, 전자부품에 쉽게 점착되며, 장기간 사용 시 고온, 고습의 환경 변화에서도 점착력이 우수하며, 고온에서 열적 안정성이 우수하고, 점착제의 응집력이 저하되지 않으며, 일반적인 점착제에 사용하는 용매를 사용하지 않아 환경 친화적이며, 방열체와 발열체 사이가 박리되지 않아 장기간 사용이 가능한 특징이 있는 열전도성 액상 실리콘 점착제를 제공할 수 있다.
이하는 본 발명의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물에 관한 것으로, 액상 실리콘 폴리머와 페닐비닐실리콘 레진을 이용하여 실리콘 점착제를 제조한 후, 열전도성 필러를 교반하여 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 제조함으로 전자부품에 쉽게 점착되며, 장기간 사용시 고온에서 열적 안정성이 우수하고, 점착제의 응집력이 저하되지 않으며, 일반적인 점착제에 사용하는 용매를 사용하지 않아 환경 친화적이며, 방열체와 발열체 사이가 박리되지 않아 장기간 사용이 가능한 특징이 있다.
열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 제공하기 위해서 다음 성분들의 조합 및 함량 범위에 특징이 있다.
본 발명은 액상 실리콘 폴리머와 페닐비닐실리콘 레진을 혼합함으로 실리콘 점착제 성질을 발휘하여 전자부품 발열체에 쉽게 점착되며, 고온에서 열적 안정성을 유지하고, 접착제의 응집력을 유지하는 작용을 한다.
구체적으로 본 발명의 일 양태는 액상 실리콘 폴리머 70 ~ 90 중량%와 페닐비닐실리콘레진 10 ~ 30 중량%를 혼합한 실리콘 접착제 100 중량부에 대하여, 열전도성 필러 200 ~ 600 중량부, 부가반응 촉매 1 ~ 2000ppm, 1분자 중에 3개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산 1 ~ 10 중량부를 포함하는 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 액상 실리콘 폴리머는 열전도성 필러를 고정하기 위한 바인더로 사용되는 것으로, 중량 평균 분자량이 10,000 ~ 50,000g/mol이며, 비닐기 함량이 0.1 ~ 4몰%, 점도는 100 ~ 20,000cP(25℃)인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 점도가 우수하여 성형 조건을 만족할 수 있으며, 중량 평균 분자량이 10,000 g/mol 미만이고, 비닐기 함량이 0.1몰% 미만인 경우는 점도가 100cP(25℃) 미만이 될 수 있으며, 이러한 범위에서는 성형에 어려움이 발생할 수 있다. 중량 평균 분자량이 50,000g/mol을 초과하고, 비닐기 함량이 4몰%을 초과하는 경우는 점도가 20,000cP(25℃)를 초과할 수 있으며, 경도가 높아져 쉽게 부서질 수 있고, 피점착제와 충분한 점착 강도를 발휘할 수 없다.
구체적으로 본 발명의 상기 액상 실리콘 폴리머는 양 말단이 비닐기로 이루어진 실리콘수지로써, 하기 화학식 1로 예시될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1]
Figure 112013018591013-pat00001
(상기 식에서, n은 100 ~ 200에서 선택되는 정수이다.)
상기 액상 실리콘 폴리머의 상업화된 예로는 ㈜HRS의 HR-U(100), ㈜HRS의 HR-U(10,000), ㈜HRS의 HR-U(20,000) 등이 있으며, 이들에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 페닐비닐실리콘레진은 점착성을 더욱 향상시키고, 열전도성 필러가 고르게 분산되도록 하기 위하여 하기 위하여 사용되는 것으로, 페닐기를 반드시 포함함으로써, 점착성이 더욱 향상되는 효과가 있으며, 고온, 고습의 환경 변화 조건에서도 점착력이 향상되는 효과가 있고, 장기간 점착력이 우수함을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
상기 페닐비닐실리콘레진은 R3SiO1/2 단위(M단위)와 SiO4/2 단위(Q단위)의 공중합체를 사용할 수 있다. 이때 상기 R은 (C1-C10)알킬기 및 페닐기를 포함하는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 메틸기와 페닐기를 포함하는 것이 점착성을 향상시키므로 바람직하다. 상기 M단위와 Q단위의 비(몰비)가 M/Q=0.5 내지 1.5, 바람직하게 0.6 내지 1.4, 더욱 바람직하게 0.8 내지 1.4인 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는 중량 평균 분자량이 30,000 ~ 100,000g/mol이며, 비닐기 함량이 0.1 ~ 0.35몰%, 페닐기 함량이 5 ~ 25몰%인 것을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 페닐비닐실리콘레진은 하기 화학식 2로 예시될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 2]
Figure 112013018591013-pat00002
(상기 식에서, x는 1 ~ 100에서 선택되는 정수이고, y는 1 ~ 100에서 선택되는 정수이고, z는 1 ~ 100에서 선택되는 정수이다.)
상업화된 예로는 신에쓰 KR-480 등이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 액상 실리콘 폴리머와 페닐비닐실리콘레진의 혼합비율은 액상 실리콘 폴리머 70 ~ 90 중량%와 페닐비닐실리콘레진 10 ~ 30 중량%를 혼합하는 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 페닐비닐실리콘레진이 10 중량% 미만으로 사용되는 경우는 점착성이 떨어질 수 있고, 30 중량%를 초과할 경우 점착성이 너무 높아 전이 현상이 발생할 수 있다. 상기 함량범위에서 장기 점착성및, 고온 고습조건에서의 점착성을 달성할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명의 일 양태에서, 실리콘 접착제 100 중량부에 대하여, 열전도성 필러 200 ~ 600 중량부를 포함한다. 그 함량이 200 중량부 미만이면 목적으로 하는 열정도성을 발현할 수 없으며, 600 중량부를 초과하여 사용하는 경우는 성형성이 나빠질 수 있다. 상기 열전도성 필러는 질화알루미늄, 질화붕소, 산화알루미늄, 실버, 구리, 니켈에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 평균입경이 0.1 ~ 50㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 평균입경이 0.1㎛ 미만인 경우는 점착력이 낮아질 수 있고, 50㎛를 초과하는 경우는 고밀도로 균일하게 분산이 어려워질 수 있으므로 상기 범위에서 우수한 물성을 발현할 수 있다. 상기 열전도성 필러는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 평균입경이 다른 입자를 2종 이상 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 부가반응 촉매는 백금흑, 염화 제2백금, 염화백금산, 염화 백금산과 1가 알코올의 반응물, 염화 백금산과 올레핀류의 착제, 백금비스아세토아세테이트 등의 백금계 촉매, 팔라듐계 촉매 등을 사용할 수 있다. 구체적인 제품명으로는 UMICORE사의 PLATINUM DIVINYL TETRAMETHYLDISILOXANE 등을 사용할 수 있으며, 이 부가반응 촉매의 배합량은 실리콘 접착제 100 중량부에 대하여, 1 ~ 2,000ppm, 특히 1 ~ 1000ppm 정도가 성형에 대한 최적 조건이므로 바람직하다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 1분자 중에 3개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산은 액상 실리콘 폴리머와 페닐비닐실리콘레진의 혼합물과, 백금 촉매의 부가형 경화를 형성하기 위하여 사용되는 것으로, 단시간의 경화를 진행할 수 있으므로 휘발성 유기화합물을 사용하지 않고도 단시간에 경화를 할 수 있도록 하기 위하여 사용한다. 구체적으로 예를 들면, 1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 1,3,5,7,-테트라 메틸시ㅣ클로테트라실록산, 메틸히드로젠 실록산 환상 중합체, 메틸히드로젠실록산디메틸실록산 환상 공중합체, 트리스(디메틸히드로젠실록시)메틸실란, 트리스(디메틸히드로젠실록시)페닐실란, 양쪽 말단 트리 메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로젠폴리실록산디페닐실록산공중합체 등을 들 수 있다. 구체적인 제품명으로 MPM사의 TSF-484, DOWCORNING사의 DC-1107, BRB사의 AC-3327등이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 오르가노히드젠폴리실록산 배합량은 실리콘 접착제 100 중량부에 대하여, 1 ~ 10중량부가 바람직하다. 배합량이 1중량부 미만일 경우 미경화가 발생하여 휘발성 유기화합물이 다량 발생할 수 있고, 배합량이 10중량부를 초과할 경우 성형 불량이 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 성분 및 함량 범위로 사용하는 경우, 상기 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물은 KS T 1028에 따른 점착력이 5000 ~ 7,000gf/inch, 전이 테스트 방법에 따라 기질과 점착제의 접착후 250℃ × 10분 후 점착제의 전이 현상을 확인하여 전이가 전혀 없고, 열전도도는 ASTM E 1461의 방법에 따라 2W/mK 이상을만족할 수 있다.
위 상기 물성을 모두 만족하는 경우에 열전도성 액상 실리콘 점착제의 기능을 다 발휘하고, 어느 하나의 물성을 만족하지 않을 경우 고온, 고습의 환경 변화에 따라 발열체와 방열체의 박리가 발생할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 이용하여 전자부품에 쉽게 점착되며, 장기간 사용시 고온에서 열적 안정성이 우수하고, 점착제의 응집력이 저하되지 않으며, 일반적인 점착제에 사용하는 용매를 사용하지 않아 환경 친화적이며, 방열체와 발열체 사이가 박리되지 않아 장기간 사용이 가능한 특징이 있는 열전도성 액상 실리콘 점착제를 제조할 수 있다.
구체적으로, KS T 1028에 따른 점착력이 5000gf/inch 미만인 경우는 발열체와 방열체의 박리가 발생할 수 있으며, 7,000gf/inch초과인 경우는 기질과 피착제의 전이가 발생할 수 있다. 즉, 점착력이 너무 높아서 기질이 피착제로 옮겨 붙어 기질의 표면이 뜯겨 나가는 현상이 발생할 수 있다.
또한, ASTM E 1461의 방법에 따른 열전도도가 2 W/mK 미만인 경우는 방열 기능이 부족하고 3W/mK을 초과하는 경우는 열전도성 필러의 고충전으로 성형 후 시트의 점착감이 불충분할 수 있다.
다음으로 본 발명의 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 양태는
a) 액상 실리콘 폴리머 70 ~ 90 중량%와 페닐비닐실리콘레진 10 ~ 30 중량%를 혼합하여 실리콘 점착제를 제조하는 단계;
b) 상기 실리콘 점착제 100중량부에 대하여, 열전도성 필러 200 ~ 600중량부를 혼합하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스를 제조하는 단계;
c) 상기 열전도성 실리콘 점착제 베이스에, 실리콘 점착제 100중량부에 대하여, 부가반응 촉매 1 ~ 2000ppm 및 1분자 중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 제조하는 단계;
를 포함한다.
본 발명은 실리콘 점착제를 먼저 혼합하여 제조한 후 열전도성 필러를 교반하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스를 제조한 후에 부가반응 촉매와 1분자 중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산을 투입하여 혼합함으로써, 저장안정성이 향상되고, 장기간 점착력이 유지되며, 고온고습 조건하에서의 접착력이 저하되지 않아 장기간 사용이 가능한 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서 상기 a) 내지 c)단계에서, 혼합은 30 ~ 50℃에서 혼련하는 것일 수 있다. 상기 범위를 초과할 경우 백금 촉매에 의한 성형물의 과가류가 발생할 수 있다. 혼련 시간은 1 ~2시간이 바람직하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 a)단계에서 액상 실리콘 폴리머 70 ~ 90중량%와 페닐비닐실리콘레진 10 ~ 30중량부를 30 ~ 80℃에서 1 ~ 2시간 교반하여 액상 실리콘 점착제를 제조하는 것이 바람직하다. 상기 액상 실리콘 폴리머와 페닐비닐실리콘레진을 먼저 혼합 교반함으로써, 경화물의 점착성을 물성을 달성할 수 있다.
다음으로, 상기 b) 단계는 실리콘 점착제에 열전도성 필러를 첨가하는 단계로 이러한 혼련 과정을 거침으로서 본 발명에 필요한 열전도성을 달성할 수 있다. 이때 혼련은 30 ~ 40℃에서 입자가 작은 것부터 큰 순서로 1 ~ 2시간 동안 교반기에서 혼합함으로써, 열전도성 필러가 균일하게 혼합될 수 있도록 하며, 입자의 응집이 발생하지 않으며, 원하는 열전도성을 달성할 수 있다.
다음으로 상기 c) 단계는 제품을 성형하기 위해 부가반응 촉매 1 ~ 2000ppm 및 1분자 중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산 1 ~ 10 중량부를 투입하여 40℃ 이하에서 30분 동안 혼련한다.
본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 금형에 넣고 100 ~ 150℃에서 1 ~ 30분간 가압 성형하여 성형물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
이하는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여, 일 예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
이하 물성은 하기의 방법으로 측정하였다.
1) 열전도도(W/mK)
열전도도는 ASTM E 1461에 의해 평가하였다. 열전도도는 (W/mK)으로 나타내었다.
열전도도는 2~3(W/mK)를 만족해야 한다.
2) 250℃ 전이 테스트
전이 테스트는 기질과 점착제의 접착 후 250℃에서 10분 후 점착제의 전이 현상을 확인하여 전이가 전혀 없는 것으로 나타나야 한다.
전이 테스트는 전이가 전혀 일어나지 않는 것으로 조건을 만족한다.
3) 점착력 테스트(gf/in)
점착력 테스트는 KS T 1028에 따른다. 단위는 (gf/in)이다.
측정 조건은 70℃, 95% 상대 습도 조건에서 실시한다.
점착력이 5000~7,000(gf/inch)를 만족해야 한다.
4) 장기 안정성 테스트
장기 안정성 테스트는 60℃에서 160시간 동안 점착 후 박리 유무를 관찰한다.
측정 결과는 박리가 발생하지 않을 경우 조건을 만족하는 것으로 한다.
[제조예 1]
실리콘 점착제 (A)의 제조
혼합기(DISSOLVER, Thiele Technologies, Vacuum Planetary mixer 10)에 중량 평균 분자량이 10,000g/mol이며, 비닐기 함량이 4몰%, 점도는 100cP(25℃)인 ㈜HRS의 HR-U(100) 70중량%와 R3SiO1/2 단위(M단위)와 SiO4/2 단위(Q단위)의 공중합체(상기 R은 메틸기와 페닐기이다.)이고, M단위와 Q단위의 비(몰비)가 M/Q=0.5인 신에쓰 KR-480 30중량%를 40℃에서 1시간 교반하여 액상 실리콘 점착제를 제조하였다.
[제조예 2]
실리콘 점착제 (B)의 제조
혼합기(DISSOLVER, Thiele Technologies, Vacuum Planetary mixer 10)에 중량 평균 분자량이 30,000g/mol이며, 비닐기 함량이 3몰%, 점도는 10,000cP(25℃)인 ㈜HRS의 HR-U(10,000) 80중량 %와 R3SiO1/2 단위(M단위)와 SiO4/2 단위(Q단위)의 공중합체(상기 R은 메틸기와 페닐기이다.)이고, M단위와 Q단위의 비(몰비)가 M/Q=0.5인 신에쓰 KR-480 20 중량%을 40℃에서 1시간 교반하여 액상 실리콘 점착제를 제조하였다.
[제조예 3]
실리콘 점착제 (C)의 제조
혼합기(DISSOLVER, Thiele Technologies, Vacuum Planetary mixer 10)에 중량 평균 분자량이 50,000g/mol이며, 비닐기 함량이 2몰%, 점도는 20,000cP(25℃)인 ㈜HRS의 HR-U(20,000) 90중량 %와 R3SiO1/2 단위(M단위)와 SiO4/2 단위(Q단위)의 공중합체(상기 R은 메틸기와 페닐기이다.)이고, M단위와 Q단위의 비(몰비)가 M/Q=0.5인 신에쓰 KR-480 10 중량%을 40℃에서 1시간 교반하여 액상 실리콘 점착제를 제조하였다.
[실시예 1]
혼합기(DISSOLVER, Thiele Technologies, Vacuum Planetary mixer 10)에 제조예 1에서 제조한 실리콘 점착제 (A) 100중량부에 대하여 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 200중량부를 40℃에서 1시간 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물을 제조한다. 제조된 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물 100중량부에 부가반응 촉매(UMICORE사의 PLATINUM DIVINYL TETRAMETHYLDISILOXANE) 1,000ppm 및 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 4중량부 투입하여 40℃ 이하에서 30분 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 조성물을 제조한다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 400중량부를 혼련 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 600중량부를 혼련한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 4]
상기 실시예 1에서 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 7중량부 투입하여 혼련한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 5]
상기 실시예 1에서 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 10중량부 투입하여 혼련한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 6]
혼합기(DISSOLVER, Thiele Technologies, Vacuum Planetary mixer 10)에 제조예 2에서 제조한 실리콘 점착제 (A) 100중량부에 대하여 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 200중량부를 40℃에서 1시간 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물을 제조한다. 제조된 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물 100중량부에 부가반응 촉매(UMICORE사의 PLATINUM DIVINYL TETRAMETHYLDISILOXANE) 1,000ppm 및 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 4중량부 투입하여 40℃ 이하에서 30분 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 조성물을 제조한다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 7]
상기 실시예 6에서 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 400중량부를 혼련 한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 8]
상기 실시예 6에서 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 600중량부를 혼련한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 9]
상기 실시예 6에서 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 7중량부 투입하여 혼련한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 10]
상기 실시예 6에서 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 10중량부 투입하여 혼련한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압 성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 11]
혼합기(DISSOLVER, Thiele Technologies, Vacuum Planetary mixer 10)에 제조예 3에서 제조한 실리콘 점착제 (A) 100중량부에 대하여 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 200중량부를 40℃에서 1시간 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물을 제조한다. 제조된 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물 100중량부에 부가반응 촉매(UMICORE사의 PLATINUM DIVINYL TETRAMETHYLDISILOXANE) 1,000ppm 및 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 4중량부 투입하여 40℃ 이하에서 30분 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 조성물을 제조한다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 12]
상기 실시예 11에서 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 400중량부를 혼련 한 것을 제외하고 실시예 11과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 13]
상기 실시예 11에서 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 600중량부를 혼련한 것을 제외하고 실시예 11과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 14]
상기실시예 11에서 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 7중량부 투입하여 혼련한 것을 제외하고 실시예 11과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[실시예 15]
상기 실시예 11에서 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 10중량부 투입하여 혼련한 것을 제외하고 실시예 11과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압 성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[비교예 1]
혼합기(DISSOLVER, Thiele Technologies, Vacuum Planetary mixer 10)에 제조예 1에서 제조한 실리콘 점착제 (A) 100중량부에 대하여 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 800중량부를 40℃에서 1시간 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물을 제조한다. 제조된 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물 100중량부에 부가반응 촉매(UMICORE사의 PLATINUM DIVINYL TETRAMETHYLDISILOXANE) 1,000ppm 및 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 4중량부 투입하여 40℃ 이하에서 30분 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 조성물을 제조한다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 100 중량부를 혼련 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 20중량부 투입하여 혼련한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[비교예 4]
상기 실시예 1에서 1분자 중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 0.5 중량부 투입하여 혼련한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[비교예 5]
상기 실시예 1에서 알루미나 (SUMITOMO ALM-43)를 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[비교예 6]
상기 실시예 1에서 1분자 중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484)을 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
제조된 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 130℃에서 10분 동안 가압성형하여 200×200mm 크기의 시험용 시편을 제작하였다. 제조된 시트는 상기 방법으로 물성을 측정한 결과를 표2에 나타내었다.
[비교예 7]
상기 실시예 1에서 페닐비닐실리콘레진을 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
혼합기(DISSOLVER, Thiele Technologies, Vacuum Planetary mixer 10)에 중량 평균 분자량이 10,000g/mol이며, 비닐기 함량이 4몰%, 점도는 100cP(25℃)인 ㈜HRS의 HR-U(100) 100 중량부에 대하여, 알루미나 (SUMITOMO ALM-43) 200중량부를 40℃에서 1시간 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물을 제조한다. 제조된 열전도성 실리콘 점착제 베이스 조성물 100중량부에 부가반응 촉매(UMICORE사의 PLATINUM DIVINYL TETRAMETHYLDISILOXANE) 1,000ppm 및 1분자중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산(MPM사의 TSF-484) 4중량부 투입하여 40℃ 이하에서 30분 동안 혼련하여 열전도성 실리콘 점착제 조성물을 제조한다.
[표 1]
Figure 112013018591013-pat00003
[표 2]
Figure 112013018591013-pat00004
상기 표 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 ~ 15는 KS T 1028에 따른 점착력이 5000 ~ 7,000gf/inch, 전이 테스트 방법에 따라 기질과 점착제의 접착 후 250℃에서 10분후 점착제의 전이 현상을 확인하여 전이가 전혀 없는 것을 보이고, 열전도도는 ASTM E 1461의 방법에 따라 2~3W/mK을 만족하고, 60℃, 160시간 후 박리가 발생하지 않는 조건을 만족함을 알 수 있었다.
따라서 본 발명에 따른 열전도성 액상실리콘 점착제 조성물을 이용하여 전자부품에 쉽게 점착되며, 장기간 사용시 고온에서 열적 안정성이 우수하고, 점착제의 응집력이 저하되지 않으며, 일반적인 점착제에 사용하는 용매를 사용하지 않아 환경 친화적이며, 방열체와 발열체 사이가 박리되지 않아 장기간 사용이 가능한 특징이 있음을 알 수 있었다.
그러나 비교예에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 조성 성분을 벗어나는 경우는 열전도도, 점착력테스트 및 박리유무에서 물성이 열세하거나 불량인 것을 확인할 수 있었다.

Claims (12)

  1. 액상 실리콘 폴리머 70 ~ 90 중량%와 페닐비닐실리콘레진 10 ~ 30 중량%를 혼합한 실리콘 접착제 100 중량부에 대하여,
    열전도성 필러 200 ~ 600 중량부, 부가반응 촉매 1 ~ 2000ppm, 1분자 중에 3개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산 1 ~ 10 중량부를 포함하는 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액상 실리콘 폴리머는 중량 평균 분자량이 10,000 ~ 50,000g/mol이며, 비닐기 함량이 0.1 ~ 4몰%, 점도는 100 ~ 20,000cP(25℃)인 것인 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 페닐비닐실리콘레진은 R3SiO1/2 단위(M단위)와 SiO4/2 단위(Q단위)의 공중합체이고, M단위와 Q단위의 비(몰비)가 M/Q=0.5 내지 1.5이며, 상기 R은 (C1-C10)알킬기 및 페닐기를 포함하는 것인 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 질화알루미늄, 질화붕소, 산화알루미늄, 실버, 구리, 니켈에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 평균입경이 0.1 ~ 50㎛인 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 부가반응 촉매는 백금계 촉매 또는 팔라듐계 촉매인 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 오르가노하이드로겐폴리실록산은 1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 1,3,5,7,-테트라 메틸시ㅣ클로테트라실록산, 메틸히드로젠 실록산 환상 중합체, 메틸히드로젠실록산디메틸실록산 환상 공중합체, 트리스(디메틸히드로젠실록시)메틸실란, 트리스(디메틸히드로젠실록시)페닐실란, 양쪽 말단 트리 메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로젠폴리실록산디페닐실록산공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물은 KS T 1028에 따른 점착력이 5000 ~ 7,000gf/inch이고, 전이 테스트 방법에 따라 기질과 점착제의 접착 후 250℃에서 10분 후 점착제의 전이 현상을 확인하여 전이가 전혀 없고, ASTM E 1461의 방법에 따른 열전도도가 2 ~ 3W/mK인 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물.
  9. a) 액상 실리콘 폴리머 70 ~ 90 중량%와 페닐비닐실리콘레진 10 ~ 30 중량%를 혼합하여 실리콘 점착제를 제조하는 단계;
    b) 상기 실리콘 점착제 100중량부에 대하여, 열전도성 필러 200 ~ 600중량부를 혼합하여 열전도성 실리콘 점착제 베이스를 제조하는 단계;
    c) 상기 열전도성 실리콘 점착제 베이스에, 실리콘 점착제 100중량부에 대하여, 부가반응 촉매 1 ~ 2000ppm 및 1분자 중에 2개 이상의 Si-H를 함유하는 오르가노하이드로겐폴리실록산 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 제조하는 단계;
    를 포함하는 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 a) 내지 c)단계에서, 혼합은 30 ~ 80℃에서 혼련하는 것인 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 c)단계 후, d) 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 금형에 넣고 100 ~ 150℃에서 1 ~ 30분간 가압 성형하여 성형물을 제조하는 단계;를 더 포함하는 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물의 제조방법.
  12. 제 1항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 한 항의 열전도성 액상 실리콘 점착제 조성물을 가압 성형하여 제조된 필름 또는 시트상의 성형체.
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