KR101489225B1 - 감자형 흑연 충전재, 열 계면재 및 emi 차폐 - Google Patents

Abstract

다양한 감자형 흑연 충전재와, 열 계면재와, EMI 차폐재와, 열 계면 및 EMI 차폐재의 제조 방법이 개시된다. 예시적인 열 계면재는 매트릭스 재료와 해당 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재를 포함한다. 흑연 충전재는 감자형 흑연 입자를 포함한다.

Description

감자형 흑연 충전재, 열 계면재 및 EMI 차폐{POTATO SHAPED GRAPHITE FILLER, THERMAL INTERFACE MATERIALS AND EMI SHIELDING}

본 출원은 2010년 10월 4일 출원된 미국특허출원 제12/897,309호의 우선권을 주장한다. 상기 출원의 전체 내용은 본 명세서에 원용된다.

본 개시는 일반적으로는 흑연 충전재, 열 계면재 및 전자기 간섭(EMI) 차폐에 관한 것이다.

본 절은 반드시 종래 기술은 아닌 것으로, 본 개시에 관련된 배경 정보를 제공한다.

반도체, 트랜지스터 등과 같은 전기 구성요소는 통상적으로 소정의 최적 작동 온도를 갖는다. 이상적으로는 소정 온도는 주위 공기의 온도에 가깝다. 그러나 전기 구성요소의 작동은 열을 생성하며, 이 열이 제거되지 않을 경우 전기 구성요소가 정상적이거나 바람직한 작동 온도보다 현저히 높은 온도에서 작동하는 일이 생길 수 있다. 이런 초과 온도는 전기 구성요소의 작동 특성과 임의의 관련 장치의 작동에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 열 생성에 기인하는 불리한 작동 특성을 방지하거나 적어도 저감하기 위해서는 예컨대 작동 중인 전기 구성요소로부터 히트싱크로 열을 전도함으로써 열을 제거하여야 한다. 이때 히트싱크는 종래의 대류 및/또는 복사 기술에 의해 냉각될 수 있다. 전도 중에 열은 전기 구성요소와 히트싱트 간의 직접적인 표면 접촉 및/또는 중간 매체 또는 열 계면재(TIM)를 통한 전기 구성요소와 히트싱크 표면의 접촉에 의해 작동 중인 전기 구성요소로부터 히트싱크로 전달될 수 있다. 열 계면재는 비교적 열등한 열 전도체인 공기로 간극이 충전되는 경우보다 열 전달 효율을 증대시키기 위해 열 전달 표면 사이의 간극을 충전하는 용도로 사용될 수 있다. 몇몇 장치에서는 전기 절연체가 전기 구성요소와 히트싱크 사이에 배치될 수도 있는데, 많은 경우에 이 절연체는 TIM 자체이다.

또한 전자 장비는 흔히 전자 장비의 한 부분에 전자기 신호를 생성하는데, 이는 전자 장비의 다른 부분으로 발산되어 해당 부분을 간섭할 수 있다. 이 전자기 간섭(EMI)은 중요한 신호의 열화나 완전한 상실을 초래할 수 있고, 이로써 전자 장비가 비효율적이 되도록 하거나 작동 불능이 되도록 한다. 때로는 EMI의 불리한 영향을 저감하기 위해 전기 도전재가 EMI 에너지를 흡수하고/하거나 반사할 목적으로 전자 회로의 두 부분 사이에 개재된다. 이 차폐물은 벽이나 완전 밀봉체의 형태를 취할 수 있으며 전자기 신호를 생성하는 전자 회로의 부분 주위에 배치될 수 있고/있거나 전자기 신호에 민감한 전자 회로의 부분 주위에 배치될 수 있다. 예컨대 전자 회로 또는 인쇄 회로 기판(PCB)의 구성요소는 보통 EMI를 그 발생원 내로 국지화하고 EMI 발생원에 가까운 다른 장치를 절연하도록 차폐물로 밀봉된다.

본 명세서에 사용되는 것으로, 용어 전자기 간섭(EMI)은 일반적으로 전자기 간섭(EMI)과 고주파 간섭(RFI) 방출을 둘 다 포함하고 지칭하는 것으로 간주되어야 하며, 용어 "전자기"는 일반적으로 외부 발생원과 내부 발생원으로부터의 전자기 및 고주파를 둘 다 포함하고 지칭하는 것으로 간주되어야 한다. 따라서 일반적으로 (본 명세서에 사용되는) 용어 차폐는 예컨대 전자 장비가 배치되는 하우징 또는 여타의 밀봉체에 대한 EMI와 RFI의 입출(ingress and egress)을 방지(또는 적어도 저감)하는 EMI 차폐와 RFI 차폐를 둘 다 포함하고 지칭한다.

본 절은 개시의 개략적인 요약을 제공하되, 전체 범위나 특징의 전부에 대한 포괄적인 개시는 아니다.

본 개시의 일 양태에 따르면, 열 계면재는 매트릭스 재료와 해당 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재를 포함한다. 흑연 충전재는 감자형 흑연 입자를 포함한다.

다른 양태에 따르면, 전자기 간섭(EMI) 차폐재는 매트릭스 재료와 해당 매트리스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재를 포함한다. 흑연 충전재는 감자형 흑연 입자를 포함한다.

본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 열 전도성 및 전기 비도전성 열 계면재는 매트릭스 재료와 해당 매트릭스 재료 내에 부유하는 감자형 흑연 충전재를 포함한다. 감자형 흑연 충전재는 전기 절연 코팅으로 코팅된다.

본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 열 계면재의 제조 방법이 개시된다. 본 방법은 코팅으로 감자형 흑연 충전재를 코팅하는 단계와 매트릭스 재료 내에 코팅된 감자형 흑연 충전재를 부유시키는 단계를 포함한다.

추가적인 적용 분야는 본 명세서에 제공되는 설명을 통해 분명해질 것이다. 본 요약부의 설명과 특정 예는 예시의 목적만을 위해 제시된 것으로, 본 개시의 범위를 제한하지 않도록 의도되어 있다.

본 명세서에서 설명되는 도면은 선정된 실시예와 가능한 구현예의 일부를 예시하는 것만을 목적으로 하며 본 개시의 범위를 제한하지 않도록 의도되어 있다.
도 1은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 평균 직경이 10 ㎛인 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 2는 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 1보다 고배율로 촬영된 평균 직경 10 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 3은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 1보다 고배율로 촬영된 평균 직경 10 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 4는 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 2 및 도 3보다 고배율로 촬영된 평균 직경 10 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 5는 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 평균 직경이 20 ㎛인 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 6은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 5보다 고배율로 촬영된 평균 직경 20 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 7은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 5 및 도 6보다 고배율로 촬영된 평균 직경 20 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 8은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 평균 직경이 50 ㎛인 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 9는 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 8과 동일한 배율로 촬영된 평균 직경 50 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 10은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 8 및 도 9보다 고배율로 촬영된 평균 직경 50 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 11은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 10보다 고배율로 촬영된 평균 직경 50 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 12는 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 평균 직경이 70 ㎛인 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 13은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 12과 동일한 배율로 촬영된 평균 직경 70 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 14는 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 12 및 도 13보다 고배율로 촬영된 평균 직경 70 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 15는 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 14와 동일한 배율로 촬영된 평균 직경 70 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 16은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로 도 15보다 고배율로 촬영된 평균 직경 70 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 17은 주 합성 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 18은 주 합성 흑연의 다른 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 19는 상이한 여러 충전재 재료를 사용하는 열 계면재의 체적% 기준 장전율의 함수로서 열 전도도를 나타낸 그래프이다.
도 20은 상이한 유형의 흑연 충전재를 사용하는 다양한 열 계면재의 측정된 열 전도도를 체적% 기준 충전재 양의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로, 원자층 증착(ALD)을 사용하여 100 사이클에 걸쳐 산화알루미늄으로 코팅되는 평균 직경 20 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 22는 본 기술의 방법에 따라 제조되고 도 21보다 고배율로 촬영된 것으로, ALD에 의해 100 사이클에 걸쳐 산화알루미늄으로 코팅되는 평균 직경 20 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 23은 본 기술의 방법에 따라 제조되고 도 22보다 고배율로 촬영된 것으로, ALD에 의해 100 사이클에 걸쳐 산화알루미늄으로 코팅되는 평균 직경 20 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 24는 본 기술의 방법에 따라 제조되고 도 23과 동일한 배율로 촬영된 것으로, ALD에 의해 100 사이클에 걸쳐 산화알루미늄으로 코팅되는 평균 직경 20 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 25는 본 기술의 방법에 따라 제조되고 도 24와 동일한 배율로 촬영된 것으로, ALD에 의해 100 사이클에 걸쳐 산화알루미늄으로 코팅되는 평균 직경 20 ㎛의 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.
도 26은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 것으로, 20 ㎛의 비코팅 감자형 흑연과 ALD에 의해 100 사이클에 걸쳐 산화알루미늄으로 코팅되는 감자형 흑연을 대상으로 측정된 전기 저항 및 산출된 저항률을 비교하는 표이다.

폐 용도의 전기 도전성 충전재로서 사용하기에 적절한 구형 내지 감자 형상(예컨대 구형, 반구형, 둥그스름한 형상 등)인 흑연 입자 또는 충전재를 개시하였다. 본 발명자는 열 전도도 및/또는 전기 전도도가 비교적 높고, 높은 수준으로 매트릭스 내에 장전될 수 있고, 비교적 비용이 저렴한 흑연 충전재의 필요성을 인식하였다. 흑연의 윤활성은 다양한 예시적인 실시예에서 (예컨대 유동을 더욱 수월하게 하는) 추가적인 혜택이다. 예로서 본 발명자의 흑연 충전재는 열 간극 패드, 열 그리스, 상 변환재 등에 사용될 수 있다. 몇몇 예에서 흑연은 약 10 ㎛ 내지 70 ㎛ 범위의 중간(median) 입경(D50)을 가질 수 있다.

기존 흑연 충전재는 섬유, 박편, 침상, 알갱이, "덩어리" 등의 형태일 수 있지만, 본 발명자는 예컨대 수지 요구량이 많고, 특정 형상이 높은 수준의 장전을 막고/막거나 완성된 재료의 경도가 매우 높은 경우에는, 이들 흑연 형상은 이들 특수한 흑연 충전재가 몇몇 열 관리 용도의 충전재로서 극히 유용하게 쓰이지 못하도록 하는 결점을 드러낼 수 있다는 것을 알아냈다. 본 발명자가 제시하는 구형 내지 감자 형상 흑연의 사용은 구형 내지 반구형 고유의 이점을 제공할 수 있으며, 그 결과 표면적이 다른 형태보다 일반적으로 작아지고 입자 패킹(packing) 기술이 더 높은 수준의 장전을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 입자 패킹은 상이한 특정 크기 분포를 갖는 여타의 충전재들이 서로 접촉할 때 이들 사이에 형성되는 공극에 특정 크기 분포의 충전재를 "안착시키는" 공정이다. 이의 실행을 위해 충전재는 예측 가능한 크기의 공극이 충전재의 접점 사이에 존재하도록 실질적으로 구형이고 규칙적인 크기를 갖는 것이 유익하다. 이어서 이들 공극은 특정 크기 분포를 갖는 다른 충전재로 충전될 수 있다. 패킹 공정은 여러 차례 계속해서 반복될 수 있다. 또한 이런 입자의 둥근 형상으로 인해 감자형 흑연은 다른 형상의 흑연 입자보다 더 수월하게 유동하고 더 양호하게 패킹될 수 있다. 비교적 높은 수준의 장전에 있어, 구형 내지 반구형 흑연은 완성된 패드가 비교적 유연한 상태로 남아있을 수 있도록 한다.

(때때로 열 전도성 충전재로서 사용되는) 질화붕소와의 비교로서, 본 발명자는 구체 형상 질화붕소 입자가 본 발명자의 구형 내지 감자 형상 흑연에 비해 극히 고가임을 알아냈다.

(때때로 열 전도성 충전재로서 사용되는) 산화알루미늄과 비교하면, 구형 내지 감자형 흑연은 몇몇 산화알루미늄과 중량당 가격이 동등하지만, 구형 내지 감자형 흑연은 밀도가 더 낮아서 균등한 체적 장전을 위해 필요한 중량이 더 작다. 또한 본 발명자는 구형 내지 감자형 흑연이 산화알루미늄보다 마모가 덜하고 열 전도도가 높은 경향이 있다는 것을 알아냈다. 예컨대 감자형 흑연은 평면 결정 구조에 평행한 몇몇 방향으로 500 W/(m·K)(watts per meter Kelvin)보다 높은 열 전도도를 가질 수 있는 반면, 산화알루미늄은 20 내지 33 W/(m·K) 범위의 열 전도도를 가질 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "감자형 흑연"은 흑연의 구형도(spherocity)를 증가시키도록 가공되는 흑연을 지칭하기 위해 사용될 것이다. 본 공정은 천연 흑연(예컨대 인상 흑연(vein graphite)) 또는 인조 흑연(고결정성 합성 흑연)을 대상으로 실시될 수 있다. 처리 전에, 흑연은 대개 비교적 고도의 결정성을 갖는 비늘형(예컨대 판형) 또는 박편 흑연이다. 흑연은 구부림, 접음, 성형, 형성 등을 수행하여 박편을 대략 구체 형상으로 만들기 위해 흑연에 대해 밀링, 압연, 연마, 압축, 변형 등을 가함으로써 가공된다. 이 공정은 보다 이방성인 박편 형태의 흑연에 비해 흑연의 등방성을 증가시킬 수 있다. 도 1 내지 도 16은 이런 공정에서 생성되는 "감자형 흑연"의 몇몇 예를 도시한다.

또한 용어 "감자형 흑연"은 (이런 공정에 의해 생성되든, 다른 공정 또는 공정들에 의해 생성되든, 아니면 자연 발생적이든 상관없이) 상술한 공정에 의해 통상적으로 생성되는 형상을 갖는 흑연을 지칭하기 위해 사용된다. "감자형 흑연"은 감자 형상에서 거의 구체 형상까지 대개 형상이 다양하다. "감자형 흑연"은 통상적으로 세장형, 타원형 등이며, 타원체 형상, 난형 형상, 직사각형 형상, 편구면 형상 등을 갖는 흑연을 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 16은 "감자형 흑연"의 다양한 예를 도시한다. "감자형 흑연" 전체 및 "감자형 흑연"의 개별 입자는 반드시 균일한 형상을 갖는 것은 아니며, 반드시 대칭 형상을 갖는 것도 아니다. 본 명세서에 사용되는 것으로, 용어 "감자형 흑연"은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 상술한 공정에 의해 제조되는 흑연과, 본 단락에서 설명된 바와 같은 형상을 갖는 흑연과, 도 1 내지 도 16에 도시된 바와 같은 흑연을 제한 없이 망라하도록 의도되어 있다.

감자형 흑연의 다양한 예가 도 1 내지 도 16에 도시되어 있다. 도 1 내지 도 16 각각은 본 기술의 방법에 따라 제조되는 감자형 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다. 보다 구체적으로 도 1 내지 도 4의 감자형 흑연은 10 ㎛의 평균 직경을 갖는다. 도 5 내지 도 7의 감자형 흑연은 약 20 ㎛의 평균 직경을 갖는다. 도 8 내지 도 11의 감자형 흑연은 약 50 ㎛의 평균 직경을 갖는다. 도 12 내지 도 16의 감자형 흑연은 약 70 ㎛의 평균 직경을 갖는다. 도 17과 도 18은 비교를 위해 감자형 흑연이 아닌 몇몇 주 합성(primarily synthetic) 흑연의 주사 전자현미경 사진을 도시한다.

본 명세서에 개시된 감자형 흑연은 열 계면재용 충전재로서 사용될 수 있다. 다양한 실시예에 따른 감자형 흑연은 도 1 내지 도 16에 도시된 것과 유사할 수 있고/있거나 도 1 내지 도 16에 도시된 것보다 크거나 작은 평균 직경을 가질 수 있다.

본 개시의 일 양태에 따르면, 열 계면재는 매트릭스 재료와 해당 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재를 포함한다. 흑연 충전재는 감자형 흑연 입자를 포함한다.

열 계면재는 열 전도성 유연재와, 열 계면/상 변환재, 간극 충전재, 열 퍼티, 열 그리스 등을 포함할 수 있다.

열 계면재의 다양한 실시예의 매트릭스 재료는 수지 매트릭스 재료일 수 있다. 수지 매트리스 재료는 실리콘 수지, 유성 겔 수지 등을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서 매트릭스 재료는 왁스 또는 폴리우레탄일 수 있다.

열 계면재의 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 300 ㎛ 사이이다. 다른 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 100 ㎛ 사이이다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 70 ㎛ 사이이다. 위에 열거된 흑연 충전재의 중간 입경(D50) 범위는 배타적인 것은 아니며 흑연 충전재는 본 명세서에 명시된 범위 밖의 중간 입경을 가질 수 있다.

매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재의 양은 원하는 열 계면재의 특성과 다른 충전재의 존재(또는 부재)에 따라 달라질 수 있다. 흑연 충전재의 양은 다른 충전재가 존재하고 이에 대한 의존도가 매우 높을 경우의 낮은 수준(예컨대 1 체적% 내지 2 체적%)에서, 흑연이 고도로 구형이고 세밀히 제어된 크기 분포를 갖는 경우의 높은 수준(예컨대 80 체적% 초과)까지 다양할 수 있다. 예시적인 실시예에서 흑연 충전재는 약 15 체적%와 60 체적% 사이이다.

다양한 예시적인 실시예에서, 열 계면재는 약 1/2 W/(m·K)의 최소 열 전도도를 가질 수 있다.

다양한 실시예에서, 열 계면재는 추가 충전재를 포함할 수 있다. 추가 충전재는 예컨대 알루미늄, 산화알루미늄, 질화붕소, 산화아연 또는 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 추가 충전재는 제1 충전재로서 사용되는 감자형 흑연과 동일한 크기일 수 있고/있거나 다른 크기(또는 크기들)일 수 있다.

열 계면재의 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재는 감자형 흑연이 아닌 한 가지 이상 유형의 흑연 입자를 포함할 수 있다. 감자형 흑연이 아닌 흑연 입자는 섬유, 박편, 바늘, 알갱이, "덩어리" 등을 포함할 수 있다. 비감자형 흑연은 감자형 흑연과 동일한 크기일 수 있고/있거나 다른 크기(크기들)일 수 있다.

마찬가지로 흑연 충전재는 한 가지 크기의 흑연 충전재 또는 두 가지 이상 크기의 흑연 충전재를 포함할 수 있다. 두 가지 이상 크기의 흑연 충전재가 사용되는 경우, 상이한 크기의 흑연은 동일한 유형이거나 상이한 유형일 수 있다. 소정 크기의 흑연에 있어서, 해당 흑연의 모든 입자가 동일한 크기일 필요는 없지만, 대신에 흑연은 공지된 방법에 따른 특정 크기로서 분류될 필요가 있다. 통상적으로 소정 크기의 흑연은 식별/분류된 크기가 서로 다른 흑연 입자를 포함할 것이다.

도 19는 상이한 충전재를 사용하는 다양한 열 계면재의 측정된 열 전도도를 체적% 기준 충전재 양의 함수로서 그래프로 도시한다. 각각의 열 계면재는 단일 양태(mono-modal) 분포의 충전재를 포함한다. 직경이 약 20 ㎛인 감자형 흑연의 열 전도도는 선 100에서 확인할 수 있다. 선 102는 질화붕소를 사용하는 열 계면재의 열 전도도를 도시한다. 산화아연을 사용하는 열 계면재의 열 전도도는 선 104로 도시된다. 선 106은 알루미늄을 사용하는 열 계면재의 열 전도도를 도시한다. 알루미나를 사용하는 열 계면재의 열 전도도는 선 108로 도시된다. 도 19에 도시된 열 계면재의 모든 충전재는 약 20 ㎛의 평균 크기를 가지며 형상이 비교적 구형이다. 도 19에 도시된 충전재의 양의 관점에서, 감자형 흑연(선 100)은 충전재의 체적이 동일할 경우 질화붕소(선 102)를 제외한 다른 모든 예시적인 충전재보다 높은 열 전도도를 제공한다(또는 역으로 동일한 열 전도도를 얻기 위해 필요한 충전재의 체적이 보다 작다).

충전재 체적이 일정하게 주어질 때 높은 열 전도도를 제공하는 것 이외에도, 감자형 흑연은 비교적 값이 저렴하다. 도 19에 도시된 최고 열 전도도를 달성하기 위해, 질화붕소, 산화알루미늄 및 알루미늄계 열 계면재 각각에 대한 제형의 리터당 비용은 감자형 흑연계 재료에 대한 제형의 리터당 비용의 4.5 배를 초과했다. 아연을 사용하는 재료를 위한 리터당 비용은 감자형 흑연계 재료에 대한 제형의 리터당 비용의 10 배를 초과했다.

도 20은 상이한 유형의 흑연 충전재를 사용하는 다양한 열 계면재의 측정된 열 전도도를 체적% 기준 충전재 양의 함수로서 그래프로 도시한다. 직경이 약 70 ㎛인 감자형 흑연의 열 전도도는 선 200에서 확인할 수 있다. 선 202는 70 ㎛의 불규칙한 인상 흑연을 사용하는(즉, 구형화 증가 처리를 받지 않은) 열 계면재의 열 전도도를 도시한다. 선 204는 길이가 70 ㎛인 흑연 섬유를 사용하는 열 계면재의 열 전도도를 도시한다. 도 20에 표시된 체적 장전율 범위의 대부분에 걸쳐 감자형 흑연(선 200)은 충전재의 체적이 동일할 경우 불규칙한 인상 흑연(선 202)과 흑연 섬유(선 204) 양측 모두보다 높은 열 전도도를 제공한다(또는 역으로 동일한 열 전도도를 얻기 위해 필요한 충전재의 체적이 보다 작다).

매트릭스와 충전재 혼합물 내의 충전물 체적이 일정하게 주어질 때 높은 열 전도도를 제공하는 것 이외에도, 감자형 흑연은 비교적 값이 저렴하다. 도 20에 도시된 최고 열 전도도를 달성하기 위해, 70 ㎛ 길이의 흑연 섬유계 열 계면재에 대한 제형의 리터당 비용은 최고 열 전도도를 갖는 감자형 흑연계열 재료에 대한 제형의 리터당 비용의 5배를 초과한다. 체적 비용이 저감되었음에도 불구하고, 감자형 흑연 충전재를 포함하는 열 계면재는 흑연 섬유를 포함하는 열 계면재보다 높은 열 전도도를 나타냈다. 불규칙한 인상 흑연을 사용하는 재료의 리터당 비용은 감자형 흑연계 재료에 대한 제형의 리터당 비용보다 약간(약 2% 정도) 저렴했다. 그러나 감자형 흑연 충전재로 제조되는 열 계면재는 동일한 체적 장전율에 대해 불규칙한 인상 흑연 재료보다 높은 열 전도도를 산출했다. 또한 본 명세서에 설명된 예시적인 제형이 단일 충전재 장전 시스템을 채택하고는 있지만, 상업화를 위한 열 계면재 제형의 최적화에는 입자 패킹 기술이 유용할 것으로 예상된다. 이런 입자 패킹 기술은 감자형 흑연과는 함께 사용될 수 있는 반면, 불규칙한 인상 흑연은 통상적으로 (적어도 부분적으로는) 그 불규칙한 형상으로 인해 입자 패킹 기술과 최적으로 동반 사용될 수 없다.

감자형 흑연을 포함하여 흑연은 열 전도성일 뿐 아니라 전기 도전성이기도 하다. 따라서 감자형 흑연은 전자기 간섭(EMI) 차폐재의 충전재로서 사용될 수 있다. 본 개시의 일 양태에 따르면, EMI 차폐재는 매트릭스 재료와 해당 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재를 포함한다. 흑연 충전재는 감자형 흑연 입자를 포함한다.

EMI 차폐재의 다양한 실시예의 매트릭스 재료는 수지 매트릭스 재료일 수 있다. 수지 매트릭스 재료는 실리콘 수지, 유성 겔 수지 등을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 매트릭스 재료는 왁스 또는 폴리우레탄일 수 있다.

EMI 차폐재의 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 300 ㎛ 사이이다. 다른 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 100 ㎛ 사이이다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 70 ㎛ 사이이다. 위에 열거된 흑연 충전재의 중간 입경(D50) 범위는 배타적인 것은 아니며 흑연 충전재는 본 명세서에 명시된 범위 밖의 중간 입경을 가질 수 있다.

매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재의 양은 원하는 EMI 차폐재의 특성과 다른 충전재의 존재(또는 부재)에 따라 달라질 수 있다. 흑연 충전재의 양은 다른 충전재가 존재하고 이에 대한 의존도가 매우 높은 경우의 낮은 수준(예컨대 1 체적% 내지 2 체적%)부터 흑연이 고도로 구형이고 세심히 제어된 분포를 갖는 경우의 높은 수준(예컨대 80 체적% 초과)까지 다양할 수 있다. EMI 차폐재의 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재는 약 15 체적%와 50 체적% 사이이다.

EMI 차폐재의 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재는 임의의 적절한 흑연 충전재일 수 있다. 흑연 충전재는 단일 유형의 흑연(예컨대 감자형 흑연)으로 구성될 수 있거나, 상이한 두 가지 이상 유형의 흑연을 포함할 수 있다. 예컨대 흑연 충전재는 감자형 흑연, 박편 흑연, 흑연 섬유, 흑연 니들, 흑연 알갱이, 흑연 "덩어리" 등에서 선택되는 두 가지 이상 유형의 흑연을 포함할 수 있다.

마찬가지로 흑연 충전재는 한 가지 크기의 흑연 충전재나 두 가지 이상 크기의 흑연 충전재를 포함할 수 있다. 두 가지 이상 크기의 흑연 충전재가 사용되는 경우, 상이한 크기의 흑연은 동일한 유형이거나 상이한 유형일 수 있다. 소정 크기의 흑연에 있어서, 해당 흑연의 모든 입자가 반드시 동일한 크기일 필요는 없지만, 대신에 흑연은 공지된 방법에 따른 특정 크기로 분류될 필요가 있다. 통상적으로 소정 크기의 흑연은 식별된 크기가 서로 다른 흑연 입자를 포함할 것이다.

EMI 차폐재는 매트릭스 재료 내에 부유하는 추가 충전재를 포함할 수 있다. 추가 충전재는 예컨대 은, 니켈, 은 코팅 유리, 구리 코팅 흑연 등을 포함하는 EMI 차폐 목적에 적절한 임의의 충전재 재료일 수 있다. 흑연 충전재에서와 같이, 추가 충전재는 단일 유형의 충전재(예컨대 오직 은, 오직 니켈 등)로 구성되거나 두 가지 이상 유형의 충전재를 포함할 수 있다. 추가 충전재는 단일 크기의 입자나 두 가지 이상의 크기를 갖는 입자를 포함할 수 있다.

(예컨대 흑연, 알루미늄 등을 포함하는) 전기 도전성이기도 한 열 전도성 충전재를 열 계면재에 사용하는 경우, 이런 전기 도전성 충전재를 높은 수준으로 장전하면 일반적으로 재료의 전기 저항률이 감소하며 따라서 열 계면재의 전기 전도도가 증가한다. 이런 전기 전도도의 증가는 통상적으로 EMI 차폐에는 바람직하지만 열 계면재에는 바람직하지 않을 때가 있다.

본 발명자는 전기 절연 코팅으로 전기 및 열 전도성 감자형 흑연을 코팅하는 것이 유익할 수 있음을 알아냈다. 본 발명자는 전기 비도전성 코팅으로 감자형 흑연을 코팅함으로써 비코팅 감자형 흑연 충전재에 의해 달성 가능한 것과 동일한(또는 더 우수한) 전기적 물성을 유지하면서 더 많은 감자형 흑연 충전재가 열 계면재에 사용될 수 있음(더 높은 수준의 장전이 가능함)을 알아냈다. 역으로, 코팅된 감자형 흑연 충전재가 동일한 양(동일한 수준의 장전율)으로 비코팅 감자형 흑연 충전재를 대체하기 위해 열 계면재에 사용된다면 열 계면재의 전기적 물성은 향상될 수 있다(더 낮은 전도성, 더 높은 저항성 등).

예컨대 화학적 기상 증착(CVD), 원자층 증착(ALD), 플라즈마 기상 증착(PVD), 화학적 침전, 액체 침윤(liquid infiltration), 유동화 베드 등을 포함하는 임의의 적절한 흑연 충전재 코팅 방법이 사용될 수 있다. 코팅의 두께는 단일한 일원자(monatomic)층에서 임의의 적절한 두께까지 다양할 수 있다. 코팅은 예컨대 완전 연속 코팅을 포함하여 임의의 적절한 연속도를 가질 수 있다.

전기 절연 코팅은 임의의 적절한 전기 절연재일 수 있다. 예컨대 전기 절연 코팅은 질화붕소, 산화알루미늄 등일 수 있다. 다양한 실시예에서, 전기 절연 코팅은 열 전도성일 수 있다. 예컨대 코팅은 질화붕소, 산화알루미늄 등일 수 있다.

본 개시의 일 양태에 따르면, 열 전도성 및 전기 비도전성 열 계면재가 개시된다. 열 계면재는 매트릭스 재료와 해당 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재를 포함한다. 흑연 충전재는 전기 절연 코팅층으로 코팅된다.

열 계면재는 열 전도성 유연재, 열 계면/상 변환재, 간극 충전재, 열 그리스 등을 포함할 수 있다.

다양한 실시예의 매트릭스 재료는 수지 매트릭스 재료일 수 있다. 수지 매트릭스 재료는 실리콘 수지, 유성 겔 수지 등을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 매트릭스 재료는 왁스 또는 폴리우레탄일 수 있다.

흑연 충전재는 예컨대 감자형 흑연을 포함하는 임의의 적절한 흑연 충전재일 수 있다. 흑연 충전재는 단일 유형의 흑연(예컨대 감자형 흑연)으로 구성될 수 있거나, 상이한 두 가지 이상 유형의 흑연을 포함할 수 있다. 예컨대 흑연 충전재는 감자형 흑연, 박편 흑연, 흑연 섬유, 흑연 니들, 흑연 알갱이, 흑연 "덩어리" 등에서 선택되는 두 가지 이상 유형의 흑연을 포함할 수 있다.

마찬가지로 흑연 충전재는 한 가지 크기의 흑연 충전재 또는 두 가지 이상 크기의 흑연 충전재를 포함할 수 있다. 두 가지 이상 크기의 흑연 충전재가 사용되는 경우, 상이한 크기의 흑연은 동일한 유형일 수 있거나 상이한 유형일 수 있다. 소정 크기의 흑연에 있어, 해당 흑연의 모든 입자가 동일한 크기일 필요는 없지만 대신에 흑연은 공지된 상업적 방법에 따른 특정 크기로 분류될 필요가 있다. 통상적으로 소정 크기의 흑연은 식별된 크기가 서로 다른 흑연 입자를 포함할 것이다.

예시적인 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 300 ㎛ 사이이다. 다른 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 100 ㎛ 사이이다. 또 다른 실시예에서, 흑연 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 70 ㎛ 사이이다. 위에 열거된 흑연 충전재의 중간 입경(D50) 범위는 배타적인 것이 아니며 흑연 충전재는 본 명세서에 명시된 범위 밖의 중간 입경을 가질 수 있다.

매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재의 양은 원하는 열 계면재의 특성과 다른 충전재의 존재(또는 부재)에 따라 달라질 수 있다. 흑연 충전재의 양은 다른 충전재가 존재하고 이에 대한 의존도가 매우 높은 경우의 낮은 수준(예컨대 1 체적% 내지 2 체적%)에서 흑연이 고도로 구형이고 세밀히 제어된 분포를 갖는 경우의 높은 수준(예컨대 80 체적% 초과)까지 다양할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 흑연 충전재는 약 15 체적%와 60 체적% 사이이다.

다양한 실시예에서, 열 계면재는 추가 충전재를 포함할 수 있다. 추가 충전재는 예컨대 알루미늄, 알루미나, 질화붕소, 산화아연, 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 추가 충전재는 비도전성 코팅으로 코팅될 수 있거나 코팅되지 않을 수 있다. 추가 충전재는 제1 충전재로서 사용되는 감자형 흑연과 동일한 크기일 수 있고/있거나 상이한 크기(크기들)일 수 있다.

전기 절연 코팅은 임의의 적절한 전기 절연재일 수 있다. 예컨대 전기 절연 코팅은 질화붕소, 알루미나, 실리카, 탄산칼슘, 알루미늄 3수화물, 세라믹 등일 수 있다. 다양한 실시예에서, 전기 절연 코팅은 열 전도성일 수 있다. 예컨대 코팅은 질화붕소, 질화알루미늄 등일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 열 계면재는 약 0.5 W/(m·K)와 20 W/(m·K) 사이의 열 전도도를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 열 계면재는 약 0.5 W/(m·K)와 10 W/(m·K) 사이의 열 전도도를 가질 수 있다.

위에서 검토된 양태에 따른 열 계면재는 원치 않는 전기 전도도를 갖지 않으면서 높은 수준으로 장전된 전기 도전성 충전재를 포함할 수 있다. 따라서 전기 전도도와 가격을 여전히 원하는 낮은 수준으로 유지하면서 열 전도도가 비코팅 전기 도전성 충전재를 사용하여 달성할 수 있는 수준을 넘어서 증가할 수 있다. 코팅은 충전재의 표면 특성에도 영향을 미친다. 코팅은 충전재의 표면적을 저감하여 더 많은 충전재가 열 계면재에 사용될 수 있도록 한다. 또한 코팅된 충전재는 수지의 요구량을 저감할 수 있어서 필요한 수지의 양을 줄이고 더 많은 충전재가 사용될 수 있도록 한다.

산화알루미늄으로 코팅되는 감자형 흑연의 다양한 예가 도 21 내지 도 25에 도시되어 있다. 도 21 내지 도 25 각각은 본 기술의 방법에 따라 코팅된 감자형 흑연의 주사전자현미경 사진을 도시한다. 도 21 내지 도 25의 감자형 흑연은 20 ㎛의 평균 직경을 가지며, 원자층 증착(ALD) 공정에 의해 100 사이클의 산화알루미늄 코팅으로 코팅되었다.

앞에서 언급한 바와 같이, 흑연은 전기 도전성이면서 열 전도성이다. 그러나 산화알루미늄은 전기 비도전성이면서 열 전도성이다. 20 ㎛의 감자형 흑연 샘플이 ALD에 의해 100 사이클의 산화알루미늄 코팅으로 코팅되었다(예컨대 도 21 내지 도 26의 감자형 흑연). 코팅된 감자형 흑연의 전기 저항률을 검사하여 20 ㎛의 비코팅 감자형 흑연과 비교하였다. 이 검사의 결과는 도 26에 도시된 표에 표시되어 있다. 표에서 알 수 있는 바와 같이 코팅된 감자형 흑연은 비코팅 감자형 흑연보다 현저히 높은 전기 저항률을 나타냈다.

몇몇 충전재는 해당 충전재가 부유하는 매트릭스 재료에 해로울 수 있는 표면 특성을 가진다. 예컨대 감자형 흑연, 섬유 흑연 및 미세 알루미나는 몇몇 매트릭스 재료에 해로운 불순물을 그 표면에 포함할 수 있다. 표면 불순물은 예컨대 실리콘 수지 매트릭스 재료를 포함하는 몇몇 매트릭스 재료의 경화를 억제하고/하거나 방해한다. 표면 불순물을 갖는 충전재를 취급하는 한 방법은 표면 불순물을 제거하기 위한 고온 노출을 수반한다. 본 발명자는 전기 절연 코팅으로 충전재를 코팅함으로써 여하한 불순물이 실링될 수 있고, 매트릭스 재료에 대한 불순물의 해로운 영향이 없는 상태로(또는 저감된 상태로) 이런 충전재가 열 계면재에 사용될 수 있다는 것을 알아냈다.

예컨대 흔히 사용되는 몇몇 매트릭스 재료(예컨대 열 계면재)는 백금 촉매화된 실리콘, 즉 부가 경화 시스템을 포함한다. 이들 시스템은 충전재 상의 오염물질(예컨대 아민, 주석, 황 화합물 등)에 의해 쉽게 오염될 수 있다(경화 억제될 수 있다). 한 검사에서, 20 ㎛ 직경의 감자형 흑연을 대략 40%의 체적 장전율로 이런 실리콘 수지 내에 장전하였다. 정상적인 가황(경화) 단계 후에, 시스템은 점성의 뚜렷한 증가 없이 여전히 실질적으로 액체 상태였다. 만약 부가 경화 공정이 정상적으로 진행되었다면 통상적으로는 이 시점에 점성의 증가를 관찰할 수 있었을 것이다. 이와 대조적으로 다른 실험에서는 ALD 공정에 의해 100 사이클의 산화알루미늄으로 코팅된 20 ㎛의 감자형 흑연(예컨대 도 21 내지 도 25의 감자형 흑연)을 대략 40%의 체적 장전율로 이런 실리콘 수지에 사용하였다. 경화 단계 후에 재료는 두드러진 인장 강도를 나타냈고 고형 패드를 형성하였다.

본 개시의 일 양태에 따르면, 열 계면재의 매트릭스 재료에 해로운 표면 불순물을 포함하는 충전재를 사용하는 열 계면재의 제조 방법이 개시된다. 본 방법은 코팅으로 충전재를 코팅하는 단계와 매트릭스 재료 내에 코팅된 충전재를 부유시키는 단계를 포함한다.

본 방법의 예시적인 실시예에서, 코팅은 예컨대 질화붕소, 산화알루미늄, 산화아연, 실리카, 탄산칼슘, 알루미늄 3수화물, 세라믹 등을 포함하는 임의의 적절한 재료일 수 있다. 다양한 실시예에서, 코팅은 열 전도성일 수 있다. 그리고 열 계면재는 열 전도성 유연재, 열 계면/상 변환재, 간극 충전재, 열 그리스 등을 포함할 수 있다. 또한 매트릭스 재료는 수지 매트릭스 재료일 수 있다. 수지 매트릭스 재료는 실리콘 수지, 유성 겔 수지 등을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 매트릭스 재료는 왁스 또는 폴리우레탄일 수 있다.

충전재는 임의의 유형의 충전재일 수 있다. 열 계면재 제조 방법의 다양한 실시예에서, 충전재는 열 전도성 충전재이다. 열 전도성 충전재는 예컨대 흑연 충전재일 수 있다. 흑연 충전재는 단일 유형의 흑연(예컨대 감자형 흑연)으로 구성될 수 있거나 상이한 두 가지 이상 유형의 흑연을 포함할 수 있다. 예컨대 흑연 충전재는 감자형 흑연, 박편 흑연, 흑연 섬유, 흑연 니들, 흑연 알갱이, 흑연 "덩어리" 등에서 선택되는 두 가지 이상 유형의 흑연을 포함할 수 있다. 마찬가지로 흑연 충전재는 한 가지 크기의 흑연 충전재 또는 두 가지 이상 크기의 흑연 충전재를 포함할 수 있다. 두 가지 이상 크기의 흑연 충전재가 사용되는 경우, 상이한 크기의 흑연은 동일한 유형이거나 상이한 유형일 수 있다. 소정 크기의 흑연에 있어서, 해당 흑연의 모든 입자는 동일한 크기일 필요는 없지만 대신에 흑연은 공지된 상업적 방법에 따른 특정 크기로 분류될 필요가 있다. 통상적으로 소정 크기의 흑연은 식별된 크기가 서로 다른 흑연 입자를 포함할 것이다.

예시적인 실시예에서, 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 300 ㎛ 사이이다. 다른 실시예에서, 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 100 ㎛ 사이이다. 또 다른 실시예에서, 충전재의 중간 입경(D50)은 약 5 ㎛와 70 ㎛ 사이이다. 상술한 충전재의 중간 입경(D50) 범위는 배타적인 것은 아니며 충전재는 본 명세서에 명시된 범위 밖의 중간 입경을 가질 수 있다.

다양한 실시예에서, 열 계면재는 추가 충전재를 포함할 수 있으며, 본 방법은 매트릭스 재료 내에 추가 충전재를 부유시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 추가 충전재는 예컨대 알루미늄, 산화알루미늄, 질화붕소, 산화아연, 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 추가 충전재는 코팅될 수 있거나 코팅되지 않을 수 있다. 추가 충전재는 충전재와 동일한 크기일 수 있고/있거나 상이한 크기(크기들)일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 열 계면재는 약 0.5 W/(m·K)와 20 W/(m·K) 사이의 열 전도도를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 열 계면재는 약 0.5 W/(m·K)와 10 W/(m·K) 사이의 열 전도도를 가질 수 있다.

수치 치수와 수치 값은 오직 예시 목적으로만 제공된다. 제공된 특정 치수와 값은 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않았다.

본 명세서에서 "내측", "외측", "밑", "아래", "하부" "위", "상부" 등과 같은 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 바와 같이 한 요소 또는 형상부의 다른 요소(들) 또는 형상부(들)과의 관계를 용이하게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 배향 이외에도 사용 또는 작동시의 장치의 상이한 배향을 망라하도록 의도될 수 있다. 예컨대 도면의 장치가 뒤집힌다면 다른 요소 또는 형상부 "아래"나 "밑"에 있는 것으로 설명된 요소는 다른 요소 또는 형상부의 "위"에 배향될 것이다. 따라서 예시적인 용어 "아래"는 위와 아래 배향을 둘 다 망라할 수 있다. 장치는 다른 방식으로 배향될 수 있고(90도나 다른 배향으로 회전될 수 있고), 본 명세서에 사용되는 공간적 상대 기술어는 이에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 전문 용어는 특정한 예시적 실시예를 설명하는 것만을 목적으로 하며 제한적인 의도를 갖지 않는다. 본 명세서에 사용되는 것으로, 단수 형태 "a", "an", "the"는 문맥상 명확히 다른 의미가 아닌 한 복수 형태도 포함하도록 의도될 수 있다. 용어 "포함하다", "포함", "내포", "구비"는 포괄적인 의미이며 따라서 언급된 특징, 정수, 단계, 작동, 요소 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재를 배제하지 않는다. 본 명세서에 설명된 방법의 단계, 절차 및 운용은 수행 순서로서 구체적으로 명시되지 않는 한, 논의되거나 도시된 특정 순서대로 수행되어야 하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한 추가적 또는 대안적 단계들이 채택될 수 있음은 물론이다.

한 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층과 "접촉", "맞물림", "연결" 또는 "결합"되는 것으로 언급되는 경우, 해당 요소 또는 층은 다른 요소 또는 층에 직접 접촉, 맞물림, 연결 또는 결합될 수 있거나, 개재 요소 또는 층이 존재할 수도 있다. 이와 대조적으로 한 요소가 다른 요소 또는 층과 "직접 접촉", "직접 맞물림", "직접 연결" 또는 "직접 결합"되는 것으로 언급되는 경우에는 개재 요소 또는 층은 존재할 수 없다. 요소 간의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 용어도 유사한 방식으로 해석되어야 한다(예컨대 "그 사이에" 대 "바로 그 사이에", "인접하는" 대 "바로 인접하는" 등). 본 명세서에 사용되는 것으로, 용어 "및/또는"은 하나 이상의 관련된 나열 항목의 모든 조합을 포함한다.

용어 제1, 제2, 제3 등이 다양한 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 부분을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있긴 하지만, 이들 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 부분은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 이들 용어는 한 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. "제1", "제2" 및 여타의 숫자 용어와 같은 용어는 본 명세서에 사용되는 경우 문맥상 명확히 드러나지 않는 한 순서 또는 차례를 함축하지 않는다. 따라서 이하 검토되는 제1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 부분은 예시적인 실시예의 교시를 벗어나지 않고 제2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 부분으로 지칭될 수 있다.

예시적인 실시예는 본 개시를 완전하게 하고 기술분야의 당업자에게 본 개시의 범위를 완전히 전달하도록 제공된다. 본 개시의 실시예를 철저히 이해할 수 있도록 특정 구성요소, 장치 및 방법과 같은 다수의 특정 세부사항이 개진된다. 기술분야의 당업자라면 특정한 세부사항은 사용될 필요가 없으며, 예시적인 실시예는 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 세부사항 및 실시예는 개시의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 분명히 알 것이다. 몇몇 예시적인 실시예에서, 널리 공지된 공정, 널리 공지된 장치 구조 및 널리 공지된 기술은 상세히 설명되지 않는다.

본 명세서에 개시된 특정한 값과 주어진 파라미터에 대한 특정한 값의 범위는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 예에 유용할 수 있는 다른 값과 값의 범위를 배제하지 않는다. 또한 본 명세서에 기재된 특정 파라미터에 대한 어떤 두 개의 특수한 값은 주어진 파라미터에 적절할 수 있는 값의 범위의 종점을 규정할 수 있도록 되어있다. 주어진 파라미터에 대한 제1 값과 제2 값의 개시는 제1 값과 제2 값 사이에 있는 임의의 값이 주어진 파라미터에 대해 사용될 수도 있음을 개시하는 것으로 해석될 수 있다. 마찬가지로 파라미터에 대한 두 가지 이상의 값 범위의 개시는 (이런 범위가 내포되든, 중첩되든, 아니면 구분되든 상관없이) 개시된 범위의 종점을 사용하여 주장될 수 있는 값 범위의 모든 가능한 조합을 포섭하도록 되어있다.

앞서 기술한 실시예에 대한 설명은 예시와 설명을 위해 제공되었다. 설명은 배타적이거나 본 발명을 제한하도록 의도되지 않았다. 특정 실시예의 개별 요소나 특징은 일반적으로 해당 특정 실시예에 한정되지 않지만, 해당되는 경우라면 구체적으로 도시되거나 설명되어있지 않더라도 상호교환이 가능하고 선정된 실시예에 사용될 수 있다. 이런 변형은 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 간주되어서는 안 되며, 이런 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함되도록 의도되어 있다.

Claims (13)

1. 매트릭스 재료와,
   상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재로서, 전기 도전성이고 적어도 5㎛의 중간 입경(D50)을 가지는 감자형 흑연 입자를 포함하는 흑연 충전재를 포함하는 전기 도전성 열 계면재.
2. 제1항에 있어서, 상기 감자형 흑연 입자는 5 ㎛와 70 ㎛ 사이의 중간 입경(D50)을 가지고,
   상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재의 양은 15 체적%와 60 체적% 사이이고,
   상기 열 계면재는 0.5 W/(m·K)의 최소 열 전도도를 갖는 전기 도전성 열 계면재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감자형 흑연 입자는 가공 전에 비해 보다 구형인 인상 흑연을 제조하기 위해 가공을 거친 인상 흑연을 포함하고,
   상기 흑연 충전재는 감자형 흑연 입자가 아닌 흑연 입자를 추가로 포함하고,
   상기 열 계면재는 열 전도성 유연재, 열 계면/상 변환재, 간극 충전재, 열 퍼티 및 열 그리스 중 하나이고,
   상기 매트릭스 재료는 수지 매트릭스 재료를 포함하고,
   상기 열 계면재는 상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 추가 충전재를 추가로 포함하는 전기 도전성 열 계면재.
4. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 재료는 실리콘 수지 또는 유성 겔 수지를 포함하고,
   상기 열 계면재는 상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 것으로 질화붕소, 알루미나, 산화아연, 금속 알루미늄 또는 질화알루미늄을 포함하는 추가 충전재를 추가로 포함하는 전기 도전성 열 계면재.
5. 매트릭스 재료와,
   상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재로서, 전기 도전성이고 적어도 5㎛의 중간 입경(D50)을 가지는 감자형 흑연 입자를 포함하는 흑연 충전재를 포함하는 전자기 간섭(EMI) 차폐재.
6. 제5항에 있어서, 상기 감자형 흑연 입자는 5 ㎛와 70 ㎛ 사이의 중간 입경(D50)을 가지고/가지거나,
   상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 흑연 충전재의 양은 15 체적%와 50 체적% 사이인 EMI 차폐재.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 매트릭스 재료는 수지 매트릭스 재료를 포함하고,
   상기 흑연 충전재는 감자형 흑연 입자가 아닌 흑연 입자를 더 포함하고,
   상기 EMI 차폐재는 상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 추가 충전재를 추가로 포함하는 EMI 차폐재.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 매트릭스 재료는 실리콘 수지 또는 유성 겔 수지를 포함하고,
   상기 EMI 차폐재는 상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 것으로 은, 니켈, 은 코팅 유리 또는 구리 코팅 흑연을 포함하는 추가 충전재를 추가로 포함하는 EMI 차폐재.
9. 매트릭스 재료와,
   상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 것으로 전기 절연 코팅으로 코팅되며 적어도 5㎛의 중간 입경(D50)을 가지는 감자형 흑연 충전재를 포함하는 열 전도성 및 전기 비도전성 열 계면재.
10. 제9항에 있어서, 상기 매트릭스 재료는 수지 매트릭스 재료를 포함하고,
    상기 열 계면재는 상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 추가 충전재를 추가로 포함하고,
    상기 열 계면재는 열 전도성 유연재, 열 계면/상 변환재, 간극 충전재, 열 퍼티 및 열 그리스 중 하나이고,
    상기 전기 절연 코팅은 질화붕소 또는 산화알루미늄이고,
    상기 전기 절연 코팅은 열 전도성이고,
    상기 열 계면재는 0.5 W/(m·K)의 최소 열 전도도를 갖는 열 계면재.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 매트릭스 재료는 실리콘 수지 또는 유성 겔 수지를 포함하고,
    상기 열 계면재는 상기 매트릭스 재료 내에 부유하는 것으로 질화붕소, 알루미나, 산화아연, 금속 알루미늄 또는 질화알루미늄을 포함하는 추가 충전재를 추가로 포함하는 열 계면재.
12. 열 계면재를 제조하는 방법으로서, 적어도 5㎛의 중간 입경(D50)을 가지는 감자형 흑연 충전재를 코팅하는 단계와, 상기 코팅된 감자형 흑연 충전재를 매트릭스 재료 내에 부유시키는 단계를 포함하는 열 계면재 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 감자형 흑연 충전재의 코팅 단계는 상기 흑연 충전재의 표면 불순물과 상기 매트릭스 재료 간의 해로운 상호작용을 억제하기 위해 코팅으로 상기 감자형 흑연 충전재를 밀봉하는 단계를 포함하고,
    상기 열 계면재는 코팅되지 않은 추가 충전재를 포함하고,
    상기 추가 충전재는 질화붕소, 알루미나, 산화아연, 금속 알루미늄 또는 질화 알루미늄을 포함하고,
    상기 감자형 흑연 충전재의 코팅 단계는 질화붕소, 산화알루미늄, 산화아연, 실리카, 탄산칼슘, 알루미늄 3수화물 또는 세라믹으로 상기 감자형 흑연 충전재를 코팅하는 단계를 포함하는 열 계면재 제조 방법.

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