KR101487480B1 - 함몰홈에 접착부가 구비된 방열시트 - Google Patents

함몰홈에 접착부가 구비된 방열시트 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 함몰홈에 접착부가 구비된 방열시트는, 일면에 하나 이상의 함몰홈이 형성되며, 방열 대상에 접촉되어 방열을 수행하는 열전도부 및 상기 함몰홈에 구비되어, 방열 대상에 상기 열전도부를 고정시키는 접착부를 포함한다.

Description

함몰홈에 접착부가 구비된 방열시트{Heat Sink Sheet Having Adhesion Part in Dent Groove}
본 발명은 방열 대상에 접촉되어 방열을 수행하는 방열시트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열전도부의 일면에 형성된 함몰홈에 접착부가 구비된 방열시트에 관한 것이다.
종래에는 디스플레이 등 전자기기의 방열을 위해 알루미늄 재질의 방열판이 널리 사용되었다. 이와 달리 최근에는 디스플레이 등 전자기기의 소형화 및 슬림화 추세에 따라, 그래파이트(Graphite)로 형성된 방열시트의 적용이 확대되고 있는 상황이다.
하지만, 그래파이트로 형성된 방열시트는 고온 및 고압 조건에서 제작되어야 하므로 대량 생산 측면에 있어 그 한계점이 노출되었으며, 이에 따라 제품의 단가가 매우 높게 형성되어 있는 실정이다.
이를 극복하기 위해 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 등의 높은 열전도도를 가지고 있는 탄소 함유 재료를 단량체들(Monomers), 올리고머(Oligomer) 또는 폴리머(Polymer) 등의 베이스 재료에 분산시켜 코팅하는 방식으로 대량 생산이 가능하도록 하는 기술적 접근이 이루어지고 있지만, 아직 상용화에는 이르지 못하고 있다.
그리고 도 1에는, 종래 일반적으로 디스플레이 등 전자기기에 적용되고 있는 방열시트(1)의 구조를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 방열시트(1)는 그래파이트층(10)을 가지며, 이와 같은 그래파이트층(10)을 보호하기 위한 고분자 필름(30)이 그래파이트층(10)의 전후에 부착된다. 그리고 각 고분자 필름(30) 중 어느 하나의 일면에는 디스플레이 등 전자기기의 발열부에 방열시트(1)를 접착시키기 위한 접착층(20)이 구비된다.
이때 접착층(20) 및 고분자 필름(30)은 일반적으로 0.2W/mK 수준의 열전도도를 가지므로 수천 W/mK 수준의 높은 열전도도를 가지고 있는 그래파이트층(10)이 사용되더라도 전체 방열시트(1)의 열전도 성능은 하락될 수 밖에 없는 문제가 있었다.
즉 높은 열전도도를 가지고 있는 재료를 사용하여 열전도층을 구현한다고 하더라도, 전자기기에 이를 적용하기 위해 필수적으로 구비되어야 하는 접착층(20) 및 고분자 필름(30)으로 인해 전체 방열시트(1)의 수직 열전도 성능은 크게 하락하게 되는 문제가 있었다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법이 요구되고 있는 상황이다.
본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 접착층 및 고분자 필름 등으로 인해 수직 열전도 성능이 크게 하락되던 문제를 해결하기 위한 방열시트를 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과정을 해결하기 위한 함몰홈에 접착부가 구비된 방열시트는, 일면에 하나 이상의 함몰홈이 형성되며, 방열 대상에 접촉되어 방열을 수행하는 열전도부 및 상기 함몰홈에 구비되어, 방열 대상에 상기 열전도부를 고정시키는 접착부를 포함한다.
그리고 상기 열전도부는, 고분자 수지 및 탄소 함유 분체를 포함할 수 있다.
또한 상기 탄소 함유 분체는 그래핀 플레이크, 탄소 나노 튜브 및 그래파이트 플레이크 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
그리고 상기 고분자 수지에는 금속 필러 및 산화물 필러 중 적어도 어느 하나 이상이 더 포함될 수 있다.
또한 상기 접착부의 전후 길이는 상기 함몰홈의 깊이와 동일하게 형성될 수 있다.
그리고 상기 접착부의 전면은 상기 접착부의 후면보다 넓은 면적을 가지며, 상기 함몰홈은 상기 접착부의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다.
또한 상기 함몰홈은 복수 개가 서로 이격되어 배열될 수 있다.
그리고 상기 함몰홈은 상기 열전도부의 둘레를 따라 형성될 수 있다.
또한 상기 함몰홈은 라인 형상으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 열전도부의 일면에는 이형부가 더 구비될 수 있다.
또한 상기 열전도부의 타면에는 금속코팅층이 더 형성될 수 있다.
그리고 상기 열전도부의 타면에 상기 함몰홈이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 함몰홈에 접착부가 구비된 방열시트는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 열전도부가 방열 대상에 직접 접촉되므로, 방열시트의 수직 열전도도 성능을 하락시키지 않고 효과적으로 방열을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 접착부의 형상 및 접착 면적을 다양화하여 방열 대상과의 적절한 접착력을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
셋째, 방열시트 자체의 구조가 종래에 비해 단순해져 경량화 및 슬림화를 꾀할 수 있다는 장점이 있다.
넷째, 방열 대상으로부터 효과적으로 열을 방출시킬 수 있게 되어 방열 대상의 기기적 신뢰성을 향상시키고 수명을 연장시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 방열시트의 구조를 나타낸 단면도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트에 있어서, 열전도부의 모습을 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트에 있어서, 탄소 함유 분체가 분산된 고분자 수지로 형성된 열전도부를 도시한 사시도 및 단면도;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트에 있어서, 열전도부의 일면에 함몰홈을 형성한 모습을 나타낸 단면도;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트에 있어서, 열전도부의 일면에 형성된 함몰홈에 접착부를 구비한 모습을 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트의 일면을 나타낸 배면도;
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 방열시트의 일면을 나타낸 배면도;
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 방열시트의 일면을 나타낸 배면도;
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 방열시트의 일면을 나타낸 배면도; 및
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 방열시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트(100)에 있어서, 열전도부(110)의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트(100)의 제작을 위해 열전도부(110)가 준비된다. 도 2는 방열시트(100)의 단면을 나타낸 것으로서, 이하 설명의 편의를 위해 도 2의 상측 방향을 전방, 하측 방향을 후방, 좌우 방향을 측방이라 정의하도록 한다. 또한 방열시트(100)의 상면 또는 하면과 수직을 이루는 방향을 수직 방향으로 정의하도록 한다.
열전도부(110)는 방열 시트(100)와 접촉하는 방열 대상의 내부에서 발생하는 열을 상기 방열 대상의 외부로 전달시킬 수 있다. 열전도부(110)는 고분자 수지 및 탄소 함유 분체를 포함한다.
상기 고분자 수지의 구체적인 예로서는, 에폭시계 수지, 에틸렌계 수지, 프로필렌계 수지, 염화비닐계 수지, 스티렌계 수지, 카보네이트계 수지, 에스테르계 수지, 나일론계 수지, 실리콘계 수지 또는 이미드계 수지 등을 들 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 이용될 수 있다.
탄소 함유 분체는 그래핀 플레이크, 탄소 나노 튜브 또는 그래파이트 플레이크를 포함할 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 탄소 함유 분체로 이용될 수 있다. 탄소 함유 분체는 수천 W/mK 수준의 열전도도를 가지고 있기 때문에, 탄소 함유 분체를 포함하는 열전도부(110)의 열전도도는 금속 방열 시트에 비해 현저하게 높다.
그래핀 플레이크는 탄소 원자 6개가 벌집 모양의 6각형으로 연결된 2차원 평면 구조를 갖는 판상 구조체로서, 수 내지 수십 나노미터의 두께를 갖는 조각형의 분체이다. 예를 들어, 그래핀 플레이크는 1층 내지 50층으로 적층된 그래핀들을 포함할 수 있다. 그래핀의 열전도도는 약 5,300 W/mK이다.
탄소 나노 튜브는 일 방향으로 연장된 튜브형 분체로서, 탄소 나노 튜브의 연장 방향으로의 열전도도는 약 3,000 W/mK 내지 약 3,500 W/mK일 수 있다.
그래파이트 플레이크는 다수의 그래핀들이 적층된 구조를 갖되, 상기 그래핀 플레이크보다 그래핀의 적층 수가 많은 분체로서, 그래핀 플레이크와 구분되는 분체로 정의한다.
도 3은 탄소 함유 분체가 분산된 고분자 수지로 형성된 열전도부를 도시한 것이다. 그리고 도 3의 (a)는 열전도부(110)의 입체 도면이며, (b)는 열전도부(110)의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고분자 수지 내에 분산된 그래핀 플레이크(g)는 서로 접촉이 되어 열전달 경로를 형성한다. 즉, 수천 W/mK 수준의 높은 열전도도를 갖는 그래핀 플레이크(g)가 서로 접촉을 하여 열전달 경로를 형성하므로 방열 시트(100)의 수직 방향으로의 열전도도가 크게 향상된다.
열전도부(110)는 열전도성 필러(미도시)를 더 포함할 수 있다. 열전도성 필러는 금속 필러 및 산화물 필러 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 열전도성 필러는 탄소 함유 분체와 함께 열전도부(110)의 열전도성을 향상시킬 수 있다.
금속 필러는 알루미늄(Al), 베릴륨(Be), 크롬(Cr), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 아연(Zn), 로듐(Rh), 지르코늄(Zr), 은(Ag) 또는 텅스텐(W)을 포함할 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
산화물 필러는 산화 실리콘(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 산화 아연(ZnO) 등을 포함할 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다. 산화물 필러는 금속 필러에 비해 열전도성은 낮은 편이나 상기 베이스 재료에 대한 분산성이 좋다.
열전도부(110)는 상기 고분자 수지를 형성하는 베이스 재료와 탄소 함유 분체가 혼합된 ‘수지 제조용 조성물’을 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 이때, 상기 수지 제조용 조성물은 탄소 함유 분체와 함께 열전도성 필러를 더 포함할 수 있다. 상기 베이스 재료는 상기 고분자 수지의 단위체를 결정하는 단량체들(monomers), 올리고머(oligomer) 또는 폴리머(polymer)를 포함할 수 있다.
상기 베이스 재료는 열에 의해서 또는 그 자체로서 유동성을 가질 수 있고, 탄소 함유 분체나 열전도성 필러는 상기 베이스 재료에 분산될 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스 재료는 용매에 용해될 수 있고, 탄소 함유 분체나 열전도성 필러가 상기 용매에 용해된 베이스 재료에 분산될 수 있다. 상기 베이스 재료가 폴리머를 포함하는 경우, 상기 베이스 재료의 용매에 대한 용해성을 고려하여 폴리머의 중량 평균 분자량은 약 100,000 내지 약 1,000,000일 수 있다. 상기 수지 제조용 조성물을 냉각 또는 건조시켜 열전도부(110)를 형성할 수 있다.
상기 수지 제조용 조성물은 가교제를 더 포함할 수 있다. 열전도부(110)를 형성하는 공정에서, 상기 베이스 재료는 가교제에 의해 기계적 강도가 높고 화학적으로 안정한 구조의 고분자 수지가 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트에 있어서, 열전도부의 일면에 함몰홈을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트(100)의 제작 과정에서는 열전도부(110)의 일면에 하나 이상의 함몰홈(112)을 형성하는 단계가 수행된다. 함몰홈(112)은 하나 또는 복수 개가 형성될 수 있으며, 각 함몰홈(112)은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 즉 도 4에서는 함몰홈(112)의 단면의 형상이 'ㄷ'자인 경우가 도시되어 있으나 이에 국한되지 않으며 다양한 형태의 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 함몰홈(112)의 단면 형상은 반원 또는 반타원과 같이 곡선을 포함할 수 있으며, 굴곡을 포함할 수도 있다.
본 실시예에서는 복수 개의 함몰홈(112)이 균일한 형태, 즉 동일한 크기 및 깊이를 가지는 경우를 예시하였으나, 각 함몰홈(112)의 크기 및 형상과 함몰홈(112)간의 간격은 방열 대상의 표면 형상, 요구되는 접착력 등을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트(100)에 있어서, 열전도부(110)의 일면에 형성된 함몰홈(112)에 접착부(120)를 구비한 모습을 나타낸 단면도이다.
접착부(120)는 접착성 재질을 포함하며, 이후 방열시트(100)를 방열 대상에 고정시키는 역할을 수행한다.
본 실시예의 경우, 접착부(120)는 함몰홈(112)에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 특히 접착부(120)의 전후 길이를 함몰홈(112)의 깊이와 동일하게 형성할 경우 열전도부(110)의 후면은 굴곡 없이 평탄하게 형성되며, 열전도부(100)와 접착부(120)가 모두 외부에 노출된 형상을 가진다.
이와 같이 열전도부(100) 일면의 일부 영역에만 접착부(120)가 형성되므로, 방열시트(100)는 접착부(120)에 의해 방열 대상에 안정적으로 고정된다. 동시에 열전도부(110)가 방열 대상에 직접 접촉되므로, 방열시트(100)의 수직 방향으로의 열전도도 성능을 하락시키지 않고 효과적으로 방열을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
즉 도 1에 도시된 종래 방열시트(1)에서 접착층(20) 또는 고분자 필름(30)에 의해 그래파이트층이 방열 대상에 직접 접촉되지 않아 열전도도가 하락될 수밖에 없었던 문제를 해결할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 방열시트(100) 자체의 구조가 종래에 비해 단순해져 경량화 및 슬림화를 꾀할 수 있다는 장점이 있다.
한편 방열시트(100)는 열전도부(110)의 일면에 구비된 이형부(130)를 더 포함할 수 있다. 이형부(130)는 방열시트(100)를 방열 대상에 설치하기 전까지 접착부(120)가 외부에 노출됨으로 인해 발생될 수 있는 접착력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한 도시되지는 않았으나, 열전도부(110)의 타면에 금속코팅층을 더 형성할 수도 있다. 열전도부(100)의 타면에 형성된 금속코팅층은 방열시트(100)의 열전도도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 방열시트(100)의 일면을 나타낸 배면도이다.
도 6에 도시된 본 발명의 제1실시예와 같이 열전도부(110) 후방에는 함몰홈이 복수 개의 함몰홈(112)이 이격 배열되어, 접착부(120) 역시 복수 개가 이격 배열될 수 있다.
각 접착부(120)의 크기 및 형상과 접착부(120)간의 간격은 방열 대상의 표면 형상, 요구되는 접착력 등을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다. 다만, 도 6에서와 같이 각 접착부(120)는 서로 동일한 간격을 갖도록 배열될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 방열시트(200)의 일면을 나타낸 배면도이다.
도 7에 도시된 본 발명의 제2실시예와 같이 접착부(220)는 열전도부(210)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 이에 따라 제2실시예의 방열시트(200)는 방열을 수행하는 열전도부(210)의 노출 면적을 분산시키지 않고 중앙부에 집중시킬 수 있어 방열 대상의 형상에 따라 보다 효과적인 방열을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 방열시트(300)의 일면을 나타낸 배면도이다.
도 8에 도시된 본 발명의 제3실시예와 같이, 접착부(320)는 라인 형태로 형성될 수도 있다. 접착부(320)의 개수, 길이, 폭 및 접착부(320) 간의 간격은 요구되는 접착력 또는 방열 대상의 형상에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 도 8에서는 라인 형태를 갖는 접착부(320)의 연장 방향이 방열시트(300)의 상면과 평행한 경우가 도시되어 있으나, 접착부(320)의 연장 방향 또한 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 방열시트(400)의 일면을 나타낸 배면도이다.
도 9에 도시된 본 발명의 제4실시예와 같이, 접착부(420)는 교차된 라인 형상으로 형성될 수도 있다. 도 9에는 상하 및 좌우 방향으로 평행한 라인들이 서로 교차되는 형상이 도시되어 있으나, 각 라인의 연장 방향은 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다. 접착부(420)는 서로 교차되는 곡선 형상으로 형성될 수도 있다.
이 경우, 방열시트(400)의 접착력이 크게 증대되며, 이는 열전도부(410)의 전후 길이가 길게 형성되어 부피 및 중량이 증가할 경우 등에 효과적일 수 있다.
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 방열시트(500)의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 10에 도시된 본 발명의 제5실시예와 같이, 접착부(520)의 상면과 하면의 면적은 서로 상이할 수 있다. 구체적으로 접착부(520)의 전면은 접착부(520)의 후면보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 함몰홈(522)의 측면은 비탈지게 형성될 수 있으며, 이에 따라 접착부(520)가 열전도부(510)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나 본 발명의 또 다른 실시예로서, 열전도부의 타면에 함몰홈이 더 형성될 수도 있다. 이와 같은 경우에는 함몰홈이 열전도부의 일면 및 타면에 모두 형성되므로, 열전도부의 양면 모두에 방열 대상이 배치될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 방열시트 110: 열전도부
112: 함몰홈 120: 접착부
130: 이형부

Claims (12)

  1. 일면에 하나 이상의 함몰홈이 형성되며, 고분자 수지 및 탄소 함유 분체를 포함하고, 방열 대상에 접촉되어 방열을 수행하는 열전도부; 및
    상기 함몰홈에 구비되어 상기 열전도부 일면의 일부 영역에 노출되며, 방열 대상에 상기 열전도부를 고정시키는 접착부;
    를 포함하며,
    상기 탄소 함유 분체는,
    상기 고분자 수지에 분산되고, 판상 형태로 형성되며, 서로 접촉되어 열전달 경로를 형성함에 따라 수직 방향으로의 열전도도를 향상시키는 복수의 그래핀 플레이크를 포함하는 방열시트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 함유 분체는 탄소 나노 튜브 및 그래파이트 플레이크 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하는 방열시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지에는 금속 필러 및 산화물 필러 중 적어도 어느 하나 이상이 더 포함된 방열시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접착부의 전후 길이는 상기 함몰홈의 깊이와 동일하게 형성된 방열시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착부의 전면은 상기 접착부의 후면보다 넓은 면적을 가지며, 상기 함몰홈은 상기 접착부의 형상에 대응되도록 형성된 방열시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 함몰홈은 복수 개가 서로 이격되어 배열된 방열시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 함몰홈은 상기 열전도부의 둘레를 따라 형성된 방열시트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 함몰홈은 라인 형상으로 형성된 방열시트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열전도부의 일면에는 이형부가 더 구비된 방열시트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 열전도부의 타면에는 금속코팅층이 더 형성된 방열시트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열전도부의 타면에 상기 함몰홈이 더 형성된 방열시트.
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