KR101532243B1 - 열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법 - Google Patents

열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 강도가 좋고 부착성이 좋은 방열 필러에 바인더(binder)를 결합한 도료를 코팅한 방열시트의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 효율 대비 고비용으로 인하여 가격적인 부분으로 어플리케이션에 제한이 있었으며 후 가공시 그라파이트의 분말이 날리는 등 제품이 오염되는 문제점 및 시트가공에 대한 생산 효율성의 문제 등 지속적인 개선 요구에 따라 개발된 저가형 방열시트의 제조 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 하는 열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법은 알루미늄(Al)과 폴리에스테르 필름으로 구성된 강화 폴리에스테르(Mylar), 또는 폴리에스테르 필름의 상부에 방열 도료를 도포하고 도막 건조하여 리와인딩 하는 단계와; 이형필름(Release Film) 또는 이형지(Release Paper)의 상부에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머 첨가제를 도포하고 도막 건조하는 단계와; 상기 강화 폴리에스테르, 또는 상기 폴리에스테르의 하부에 아크릴레이트 코폴리머 첨가제가 도포된 이형필름 또는 이형지를 라이네이팅 공정으로 접합한 후 리와인딩하여 중간품을 생산하는 단계; 및 상기 중간품을 숙성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법{Adhesive thermal conductivity and heat dissipation sheet coated with paint}
본 발명은 기재에 방열 도료와 열전도 또는 전기전도 점착제가 코팅된 방열시트의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 방열시트의 상부면에는 우레탄계 방열 필러 및 바인더가 결합된 도료를 도포하고, 하부면에는 메탈파우더(Metal Powder)가 필러로 첨가된 아크릴레이트 코폴리머(Acrylate Co-polymer) 점착제를 도포하여 제품의 발열면에 쉽게 부착 또는 점착 되면서 열전도성, 방열성 및 가공성이 부가된 방열시트의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 컴퓨터, 휴대용 개인단말기, 통신기 등의 전자제품은 그 시스템 내부에서 발생한 과도한 열을 외부로 확산시키지 못해 잔상문제 및 시스템 안정성에 심각한 우려를 내재하고 있다. 이러한 열은 제품의 수명을 단축하거나 고장, 오동작을 유발하며, 심한 경우에는 폭발 및 화재의 원인을 제공하기도 한다. 특히 LED TV와 같은 디스플레이 제품의 경우에는 선명도, 색상도 등을 떨어뜨려 제품의 신뢰성에 큰 손상을 입히게 된다.
따라서 시스템 내부에서 발생한 열은 외부로 방출되거나 자체 냉각되어져야 한다. 종래, 이러한 열을 효율적으로 제어하기 위한 방법들이 많이 시도되었으며, 히트싱크(heat sink)나 방열팬을 설치하는 방법이 일반적이었다. 그러나 히트싱크의 경우에는 전자제품의 발열체에서 나오는 열량보다 히트싱크가 방출할 수 있는 열량이 작아 효율이 매우 낮다. 이에 따라 히트싱크와 함께 방열팬을 동시에 설치하여 히트싱크의 열을 강제로 배출시키고 있다. 그러나 방열팬은 소음과 진동을 발생하며 무엇보다 LED TV, 노트북 컴퓨터, 휴대용 개인단말기 등과 같이 경량화와 슬림(slim)화가 요구되고 있는 제품에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
이에 따라, 전자제품의 발열체와 방열판 사이에 개재되어 사용되는 방열시트가 널리 이용되고 있다. 방열시트는 열을 효율적으로 방열판 쪽으로 전달시킬 뿐 아니라 기계적 충격 흡수 효과까지 있어 매우 효과적인 방법이라 할 수 있다.
종래의 방열시트에 관한 기술로는 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0078953호에 금속재 박판을 이용한 방열시트가 제시되어 있고, 이는 세라믹층, 금속재 박판 및 단열재에 의한 열전달 및 열분산 효과를 얻고자 하는 것으로서, 열전도에 효과적인 금속재 박판이 이용되어 발열체와 높은 접촉면적만 갖는다면 방열에 효과적일 수 있다. 그러나 이는 다수의 적층구조를 가짐에 따라 제조방법이 까다롭고, 발열체에 단순 적층 사용되어 발열체와의 접촉면적이 작아 효과적인 열전도 및 분산 기능을 수행하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2003-0032769호에는 구리, 흑연, 알루미늄, 페라이트, 순철 등의 분말을 10~70 중량% 함유시킨 기술이 제시되어 있으며, 일본 특원 JP-2001-073564 및 JP-2001-094620에는 알루미늄 분말을 50~80 체적% 함유시킨 기술이 제시되어 있다. 그러나 위와 같이 열전도성 분말을 이용하는 경우 분말의 함량이 너무 적으면 열전도가 매우 낮고, 너무 많으면 다른 성분의 함유량이 적게 되어 분말 상호간의 결합력이 떨어져 가공상의 많은 제약이 따른다. 특히 열전도도가 가장 높은 순철을 70 중량%까지 첨가한 경우라 할지라도 제품의 열전도도는 1.5 W/mㆍK 미만으로서 매우 낮은 문제점이 있다.
한편, 종래의 방열시트 중 하나는 도 1과 같이 발열부에 접착되어 열원으로부터 들어온 열을 수평방향으로 펼쳐서 배출하는 방식으로 채택되어 적용되고 있다. 또한, 열전도성 점착제를 멀티(Multi) 구조로 코팅하여 그라파이트를 적층 코팅하여 내구성 및 열방사 효율을 증가시키는 제품도 출시되었다.
이와 같은 그라파이트의 경우 열을 수평방향으로 배출하는 방식의 기본 물질로서 그라파이트 시트에 주로 사용되고 있으나 원재료의 내구성(파열 강도) 및 인장 강도가 낮아서 쉽게 부서지거나 시트로 가공될 경우에 측면부의 깨짐현상이 발생하여 외부 물리적인 힘에 의한 훼손이 쉬워 취급상의 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2003-0032769호 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0078953호
본 발명은 외부 강도가 좋고 부착성이 좋은 방열 필러에 바인더(binder)를 결합한 도료를 코팅한 방열시트의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
또한, 효율 대비 고비용으로 인하여 가격적인 부분으로 어플리케이션에 제한이 있었으며 앞에서도 말한 바와 같이 후 가공시 그라파이트의 분말이 날리는 등 제품이 오염되는 문제점 및 시트가공에 대한 생산 효율성의 문제 등 지속적인 개선 요구에 따른 저가형 방열시트의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은,
알루미늄(Al)과 폴리에스테르 필름으로 구성된 강화 폴리에스테르(Mylar), 또는 폴리에스테르 필름의 상부에 방열 도료를 도포하고 도막 건조하여 리와인딩 하는 단계와;
이형필름(Release Film) 또는 이형지(Release Paper)의 상부에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머 첨가제를 도포하고 도막 건조하는 단계와;
상기 강화 폴리에스테르, 또는 상기 폴리에스테르의 하부에 아크릴레이트 코폴리머 첨가제가 도포된 이형필름 또는 이형지를 라이네이팅 공정으로 접합한 후 리와인딩하여 중간품을 생산하는 단계; 및
상기 중간품을 숙성하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법에 의해 달성된다.
또는, 이형필름(Release Film) 또는 이형지(Release Paper)의 일면에 방열 도료를 도포하고 도막 건조하는 단계와;
상기 방열 도료의 일면에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머 첨가제를 도포하고 도막 건조하여 라미네이팅 공정을 수행한 후 리와인딩하여 중간품을 생산하는 단계; 및
상기 중간품을 숙성하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 방열도료를 적용하여 롤 투 롤(Roll to Roll(Wet)) 코팅 방식으로 진행하기 때문에 작업 공정성이 확보되고, 안정적인 생산이 가능하여 생산성이 향상됨으로 인해 저렴한 가격의 방열 시트를 공급할 수 있다.
또한, 4종의 방열 필러(Secret)와 바인더(Binder) 결합형의 방열 도료 타입이 적용된 본 발명에 따른 방열시트의 기대 효과는 전자 부품 기기에 체류하는 열을 수직방향으로 방출할 수 있어 열방출 효율이 우수하다.
즉, 본 발명에 따른 방열시트는 ① 작업성 및 생산 효율성 우수하고, ② 기재 부착력이 양호하고 표면건조가 용이하며, ③ 무기재 타입 및 알루미늄(Al) 기재도 적용 가능하고, ④ 후 가공에도 용이함에 따라 공정 로스(Loss)를 줄여 생산 수율을 상승시키고 대량생산이 가능하여 고효율 및 생산 코스트(Cost)를 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 방열시트의 구조 및 방열 과정을 나타낸 도면,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방열시트의 구조 및 방열 과정을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 방열시트의 제조 과정을 나타낸 도면.
본 발명에 따른 열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법은 외부 강도가 좋고 부착성이 좋은 방열 필러에 바인더(Binder)를 결합한 도료를 코팅한 방열시트를 제조하는 기술을 적용하였다.
또한, 효율 대비 고비용으로 인하여 가격적인 부분으로 어플리케이션에 제한이 있었으며 후 가공시 그라파이트의 분말이 날리는 등 제품이 오염되는 문제점 및 시트가공에 대한 생산 효율성의 문제 등 지속적인 개선 요구에 따른 고기능성 방열시트의 필요성으로 개발하게 되었다.
본 발명은 기재에 방열 도료와 열전도 또는 전기전도 점착제가 코팅된 방열시트에 관한 것으로, 방열시트의 상부(Top)면에는 우레탄계 방열 필러 및 바인더(Binder)가 결합된 도료를 도포하고, 하부(Bottom)면에는 메탈파우더(Metal Powder)가 필러로 첨가된 아크릴레이트 코폴리머(Acrylate Co-polymer) 점착제를 도포하여 제품의 발열면에 쉽게 점착되면서 전기전도성, 열전도성, 방열성 및 가공성이 부가된 방열시트를 제작할 수 있는 것이 특징이다.
이를 위한 본 발명은 알루미늄(Al)과 폴리에스테르 필름으로 구성된 강화 폴리에스테르(Mylar), 또는 폴리에스테르 필름의 상부에 방열 도료를 도포하고 도막 건조하여 리와인딩 하는 단계와; 이형필름(Release Film) 또는 이형지(Release Paper)의 상부에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머 첨가제를 도포하고 도막 건조하는 단계와; 상기 강화 폴리에스테르, 또는 상기 폴리에스테르의 하부에 아크릴레이트 코폴리머 첨가제가 도포된 이형필름 또는 이형지를 라이네이팅 공정으로 접합한 후 리와인딩하여 중간품을 생산하는 단계; 및 상기 중간품을 숙성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또는, 이형필름(Release Film) 또는 이형지(Release Paper)의 일면에 방열 도료를 도포하고 도막 건조하는 단계와; 상기 방열 도료의 일면에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머 첨가제를 도포하고 도막 건조하여 라미네이팅 공정으로 접합한 후 리와인딩하여 중간품을 생산하는 단계; 및 상기 중간품을 숙성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방열도료는 우레탄계 방열 필러 및 바인더(Binder)가 결합된 도료인 것이 특징이다.
그리고 상기 메탈파우더는 아크릴레이트 코폴리머 첨가제가 100 중량부일 때 0.5 ~ 1.5의 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 방열시트(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 기재(2)의 상부면에는 방열도료를 코팅하고, 하부면에는 열전도 또는 전기전도 점착제를 코팅한 것을 특징으로 한다. 여기서 기재(2)는 열전도율이 우수한 알루미늄(Al(236W/mk))과 비교적 낮은 ㅍ폴리에스테르 필름(Plyester Film(0.3 W/mk))으로 구성된 강화 폴리에스테르(Mylar)를 적용하거나 폴리에스테르 필름(Polyester Film) 단독으로 적용한다.
또한, 도시하지는 않았지만 기재(2) 없이 상부측에는 방열도료, 하부측에는 열전도 또는 전기전도 점착제가 구비된 것을 특징으로 한다.
기재(2)가 있는 타입인 경우는 강화 폴리에스테르(Mylar), 또는 폴리에스테르 필름을 사용한다. 구체적으로 방열시트(10)의 제조방법은 도 4에 도시한 바와 같이 (S10) 내지 (S40)단계를 거치는데, (S10)단계는 1차 코팅으로서 알루미늄(Al)과 폴리에스테르 필름으로 구성된 강화 폴리에스테르(Mylar), 또는 폴리에스테르 필름의 상부에 방열 도료를 도포하고 도막 건조하여 리와인딩 하는 단계이다.
이와 같은 1차 코팅은 방열시트(10)의 탑(Top)면에 방열 도료(우레탄계 방열 필러 및 바인더(Binder)가 결합된 도료)를 솔벤트에 희석하여 혼합한 후 코마 나이프(Comma Knife) 코팅 방식, 슬롯 다이(Slot Die)방식, 그라비아(Gravure) 방식 등을 채택하여 30㎛ 도포 후 드라이 존(Dry Zone)에서 도막 건조 하여 리와인딩(Rewiding) 한다.
(S20)단계는 2차 코팅으로서 이형필름(Release Film) 또는 이형지(Release Paper)의 상부에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머 첨가제를 도포하고 도막 건조하는 단계이다. 상기 메탈파우더는 아크릴레이트 코폴리머 첨가제가 100 중량부일 때 0.5 ~ 1.5의 중량부로 첨가된다.
이와 같은 2차 코팅은 1급지에서 이형필름(Release Film)이나 이형지(Release Paper)의 Si-면에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머(Acrylate Co-polymer) 점착제를 코마 나이프(Comma Knife) 코팅 방식, 슬롯 다이(Slot Die) 코팅 방식을 선정하여 20㎛ 도포 한다. 이때에 메탈파우더(Metal Powder)는 열전도성이 우수한 니켈파우더(Ni-Powder) 등을 적용하며 분산 효율을 높이기 위하여 사전에 300Mesh망을 활용하여 필터링(Filtering) 진행 후 점착제에 소분하여 첨가 한다.
(S30)단계는 상기 강화 폴리에스테르, 또는 상기 폴리에스테르의 하부에 아크릴레이트 코폴리머 첨가제가 도포된 이형필름 또는 이형지를 라이네이팅 공정으로 접합한 후 리와인딩하여 중간품을 생산하는 단계이다.
이와 같은 중간품 생산 단계는 상기 (S20)단계에서 아크릴레이트 코폴리머 점착제를 코팅 후 드라이 존(Dry Zone)에서 도막 건조한 것을 2급지의 1차 방열도료 코팅 하부(Bottom)면과 라미네이팅(Laminating) 공정을 통해 중간 제품을 생산하고 리와인딩(Rewinding) 한다.
(S40)단계는 상기 중간품을 숙성하는 단계이다. 상기 1차, 2차 코팅은 모두 롤투롤(Roll-to-Roll) 방식이며 습식(wet) 코팅이다. 방열 도료의 경우 상온 경화 타입으로 별도의 숙성(Aging) 공정은 필요 하지 않으나 아크릴레이트 코폴리머(Acrylate Co-polymer) 점착제는 45 ~ 60℃의 온도로 24 ~ 48시간 강제 숙성(Aging) 공정이 추가적으로 필요하며 경화가 진행되면서 방열시트에 대한 기재 밀착성, 내구성을 안정화 시키는 공정이다.
숙성(Aging) 공정 완료 후에는 반제품 가공 공정을 통해 방열 도료층의 방열 성능 점검, 열전도 점착층의 물리/화학적인 특성을 시험항목에 따라 평가 한다.
이 코팅 방식은 생산의 연속성이 있으며 생산중 문제점 발생시 최소한의 로스(Loss)로 리셋팅(Re-Setting)이 가능하며 균일하게 동일 제품을 대량으로 생산 할 수 있는 제조 방식이다.
한편, 본 발명은 이형필름(Release Film) 또는 이형지(Release Paper)의 일면에 방열 도료를 도포하고 도막 건조하고, 상기 방열 도료의 일면에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머 첨가제를 도포하고 도막 건조하여 라미네이팅 공정을 수행한 후 리와인딩하여 중간품을 생산한 다음 상기 중간품을 숙성하는 단계로 이루어질 수 있다.
이와 같이 이루어진 방열시트는 기재(2)가 없는 타입으로서 방열도료가 건조되면 이 방열도료가 기재(2)를 대신함으로써 가능하다.
품명 미도장품(Al판) 기재타입1 기재타입2 무기재타입 그라파이트시트

비고
 기재 - PET(50㎛) Mylar(50㎛) 무기재 시판제품
(Reference)
점착 - PSA(열전도) PSA(열전도) PSA(열전도) -
Remarks - PET기재 Al기재 무기재 -
열원온도(℃) 100.0 89.1 89.8 89.3 93.8
ΔT1(℃) - -10.9 -10.2 -10.7 -6.2
방사율(%) - 10.9 10.2 10.7 6.2
표 1 및 표 2는 데모 박스(Demo Box)에 표준 온도를 가하여 방열 시트를 부착하여 측정 시편을 만든 뒤 100℃ 표준온도의 열원을 공급하고 1시간 경과 후 Panel에서 지시하는 온도를 비교하여 측정한 것이다.
<점착력 시험>
KS A 1107에 준하여 점착력 측정하였다.
<열 내구성 시험>
방열시트 시편을 200mm X 200mm 규격으로 잘라 150℃ Box OVEN에 넣고 1시간 방치 후 꺼낸 뒤 방열 성능 및 밀착성을 시험하였다.
<항온/항습 시험>
방열 시트 시편을 200mm X 200mm 규격으로 잘라 85℃/ 85%RH, 항온항습기에 넣고 1000시간 방치 후 꺼낸 뒤 방열 성능 및 밀착성을 시험하였다.
품명 측정시편01 측정시편02 측정시편03 측정시편04 측정시편05
점착력(gf/25mm) 1100 1080 1150 1098 1104
열방사율(%) 9.8 10.1 10.3 9.9 10.2
온도 내구성 밀착성 양호 밀착성 양호 밀착성 양호 밀착성 양호 밀착성 양호
이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 방열도료 2: 기재
3: 아크릴레이트 코폴리머 4: 이형필름
5: 히팅판넬 10: 방열시트

Claims (4)

  1. 알루미늄(Al)과 폴리에스테르 필름으로 구성된 강화 폴리에스테르(Mylar), 또는 폴리에스테르 필름의 상부에 방열 도료를 도포하고 도막 건조하여 리와인딩 하는 단계(S10)와;
    이형필름(Release Film) 또는 이형지(Release Paper)의 상부에 메탈파우더(Metal Powder)가 첨가된 아크릴레이트 코폴리머 첨가제를 도포하고 도막 건조하는 단계(S20)와;
    상기 강화 폴리에스테르, 또는 상기 폴리에스테르의 하부에 아크릴레이트 코폴리머 첨가제가 도포된 이형필름 또는 이형지를 라이네이팅 공정으로 접합한 후 리와인딩하여 중간품을 생산하는 단계(S30); 및
    상기 중간품을 숙성하는 단계(S40);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방열도료는 우레탄계 방열 필러 및 바인더(Binder)가 결합된 도료인 것을 특징으로 하는 열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 메탈파우더는 아크릴레이트 코폴리머 첨가제가 100 중량부일 때 0.5 ~ 1.5의 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 열전도 또는 전기전도 점착제 및 방열 도료가 도포된 방열시트의 제조 방법.
  4. 삭제
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