KR101590233B1 - 질화붕소를 포함하는 방열시트 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화붕소를 포함하는 방열시트에 있어서, 상기 방열시트는 이액형 실리콘 고무, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄소 및 전이금속 화합물을 포함하며, 상기 이액형 실리콘 고무는 실리콘 고무 및 경화제를 포함하고, 상기 방열시트의 수직방향의 열전도율은 0.5W/mK내지 3W/mK이며, 비중은 1.0g/㎤ 내지 5.0g/㎤인 것을 특징으로 하는 질화붕소를 포함하는 방열시트 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 절연성, 열전도율 및 내충격성 이 우수한 방열시트를 제공한다.

Description

질화붕소를 포함하는 방열시트 및 그 제조방법{HEAT RADIATING SHEET CONTAING BORON NITRIDE AND NAMUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 방열(放熱)을 목적으로 적용되는 방열시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이액형 실리콘 고무, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄소 및 전이금속 화합물을 포함하는 방열시트 조성물을 구현하여, 절연성, 열전도율 및 내충격성이 뛰어나며, 이액형 실리콘 고무을 이용하여, 경화과정에서 고온이 필요없는 방열시트 제조방법이 제공되어, 제조 공정의 단순화 및 원가 절감의 특성을 가지며, 특유의 색을 띠는 전이금속 화합물 및 세라믹 첨가제를 사용하여 방열시트의 적용 환경에 따라 다양한 색상 및 특성을 지닌 방열시트를 제공할 수 있는 질화붕소를 포함하는 방열시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 컴퓨터, 휴대용 단말기, 통신기 등의 전자제품은 그 시스템 내부에서 발생하는 과도한 열에너지를 외부로 확산시키지 못해 잔상 문제 및 시스템 안정성에 심각한 우려를 내재하고 있다. 이러한 열에너지는 제품의 수명을 단축하거나, 고장, 오작동을 유발하며, 심한 경우에는 폭발 및 화재의 원인을 제공하기도 한다. 특히 최근 그 수요가 급증하고 있는 플라즈마 디스플레이 패널(PPD), LCD 모니터 등에게는 선명도, 색상도 등을 떨어뜨려 제품에 대한 신뢰성과 안정성을 저하시키고 있다. 따라서 시스템 내부에서 발생한 열에너지는 외부로 방출되거나 자체 냉각되어져야 한다.
종래 전자제품의 열 냉각 방법으로는 히트싱크(heat sink) 또는 방열팬을 설치하는 방법이 일반적이었다. 그러나 히트싱크의 경우에는 전자제품의 발열체에서 나오는 열량보다 히트싱트가 방출할 수 있는 열량이 작아 효율이 매우 낮은 문제 점이 있다. 이에 따라 히트싱트와 함께 방열팬을 동시에 설치하여 히트싱크의 열을 강제로 배출시키고 있다. 그러나 방열팬을 소음과 진동을 발생하며 무엇보다 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 노트북 컴퓨터, 휴대용 개인단말기 등과 같이 경량화와 슬림화가 요구되고 있는 제품에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 알루미늄, 마그네슘, 구리를 이용한 방열판은 금형을 이용하여 쉽게 형상을 구현할 수 있다는 장점 때문에 현재까지도 다양한 분야에서 방열소재로 쓰이고 있다. 그러나 금속 소재의 방열판은 갈수록 경량화 및 소형화 되어가고 있는 LED 장비에 적용하기에는 높은 비중과 1mm 이하의 얇은 형태로 구현하기 힘들다는 문제점이 있다.
따라서, 금속 소재의 대안으로 세라믹스 기반의 방열소재에 대한 개발이 최근 활발히 이루어지고 있다. 특히 접착성을 부여하기 쉽게 얇은 시트 형태를 포함한 다양한 형태로 성형이 쉬운 실리콘 고무에 대한 개발이 많이 이루어졌다. 성형이 쉽다는 장점에도 불구하고 실리콘 고무의 상대적으로 낮은 열전도율 때문에 대부분의 실리콘 고무 방열소재의 열전도율은 1W 수준에 불과하다.
이를 해결하기 위해 최근 높은 열전도율을 갖는 흑연(graphite) 시트에 대한 연구 또한 활발히 이루어지고 있다. 흑연시트의 경우 입자를 수평으로 배향시켜 수평방향으로 고열전도율을 가지는 방열시크의 개발이 이미 되어 다양한 분야에 사용되고 있으나, 절연성을 부여하기 힘들고 이산화탄소 배출량 등 여러 문제점이 있다.
한국등록특허 제 10-0755014 호 한국등록특허 제 10-0422570 호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 높은 절연성을 가지고 열전도율이 뛰어나며 열충격에 강한 질화붕소 기반으로 질화붕소의 성형을 용이하게 하기 위해 열전도성이 우수한 실리콘 고무을 사용함으로써, 방열시트의 고열전도성을 높이고, 절연성도 동시에 제공함에 있다.
또한, 실리콘 고무 및 경화제를 포함하는 이액형 실리콘 고무을 사용함으로써, 방열시트의 제조 공정을 간소화하고, 원가절감을 통해 경쟁력을 확보를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 비산화물계 세라믹스인 질화붕소에 전이금속 첨가제, 질화알루미늄 및 카본을 첨가함으로써, 다양한 방열 목적 및 다양한 색상을 가지는 차별화된 5가지 이상의 등급의 방열시트를 제조함으로써, 활용도가 우수한 방열시트를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적은, 본 발명의 목적에 따라 질화붕소를 포함하는 방열시트에 있어서, 상기 방열시트는 이액형 실리콘 고무, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄소 및 전이금속 화합물을 포함하며, 상기 이액형 실리콘 고무는 실리콘 고무 및 경화제를 포함하고, 상기 방열시트의 수직방향의 열전도율은 0.3W/mK 내지 3W/mK이며, 비중은 1.0g/㎤ 내지 5.0g/㎤인 것을 특징으로 하는 질화붕소를 포함하는 방열시트에 의해 달성된다.
상기 질화붕소 100 중량부에 대하여 상기 이액형 실리콘 고무가 40 내지 100 중량부이고, 상기 실리콘 고무 100 중량부에 대하여 상기 경화제는 10 내지 90 중량부이고, 상기 질화붕소 100중량부에 대하여 상기 질화알루미늄은 3 내지 40중량부이고, 상기 질화붕소 100중량부에 대하여 상기 탄소는 3 내지 40중량부일 수 있다.
또한, 상기 전이금속 화합물 산화티탄, 산화철(Ⅲ) 또는 산화크로뮴(Ⅲ) 중 적어도 어느 하나이고, 상기 질화붕소 100 중량부에 대하여 상기 전이금속 화합물은 3 내지 40 중량부일 수 있다.
아울러, 상기 방열시트의 두께는 100㎛ 내지 2mm일 수 있다.
실리콘 고무 및 경화제를 혼합한 후 기포를 제거하는 이액형 실리콘 고무 제조단계, 상기 이액형 실리콘 고무, 질화붕소 분말 및 전이금속 화합물을 혼합하여 페이스트를 형성하는 페이스트 형성단계, 상기 페이스트를 가압성형하여 판상형태의 방열시트를 형성하고, 가압 정도에 따라 두께가 조절되는 가압성형단계 및 상기 방열시트를 50℃ 내지 300℃에서 경화하는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화붕소를 포함하는 방열시트 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 질화붕소 분말 입자의 직경은 1㎛ 내지 100㎛ 일 수 있다.
상기 이액형 실리콘 고무 제조단계는 상기 이액형 실리콘 고무를 20℃ 내지 50℃에서 10분 내지 2시간 동안 방치하여 기포를 제거하는 것일 수 있다.
또한, 상기 가압성형단계는 5톤 내지 30톤의 압력으로 10분 내지 1시간 동안 가압하여 두께를 조절하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 질화붕소를 기반으로 방열시트를 제조함으로써, 우수한 절연성, 열전도율 및 내충격성을 가지며, 질화붕소의 성형을 용이하게 하기 위해 열전도성이 우수한 실리콘 고무을 혼합함으로써, 방열시트의 열전도성을 높이면서 절연성도 동시에 제공할 수 있다.
또한, 실리콘 고무 및 경화제를 포함하는 이액 형태의 실리콘 고무을 사용함으로써, 종래 경화 공정에서 요구되는 온도보다 낮은 온도에서 경화될 뿐만 아니라, 가압과 동시에 경화될 수 있어, 공정을 간소화하고, 원가절감을 통해 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 적색, 녹색, 회색 또는 흑색을 띄는 유색 전이금속화합물, 질화알루미늄 및 탄소를 혼합함으로써, 다양한 색상을 가지는 방열시트를 제조할 수 있으며, 색상에 따라 열전도도 상이한 다양한 특성의 방열시트를 제조할 수 있어, 여러 응용분야에 적용이 가능하다.
이때, 최적화된 중량비의 질화붕소, 실리콘 고무, 경화제, 질화알루미늄, 탄소 및 전이금속화합물을 혼합함으로써, 절연성 및 열전도율 등의 방열시트의 효율을 극대화 시킬 수 있다.
또한, 방열시트 제조공정에서 압력을 조절하여 두께를 조절함으로써, 수직방향의 열전도도가 상이한 여러 형태의 방열시트를 제조할 수 있으며, 이로 인해 차별화된 5등급 이상의 방열시트를 제조할 수 있다.
도 1은 이방성을 갖는 질화붕소의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 질화붕소를 포함한 방열시트의 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 의해 구현된 질화붕소를 포함한 방열시트 완제품의 사진이다.
이하, 본 발명에 의한 질화붕소를 포함하는 방열시트 및 그 제조방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태를 첨부된 도명을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명은 방열시트에 관한 발명으로, 질화붕소, 이액형 실리콘 고무 및 전이금속 화합물을 포함하여 형성된 방열시트에 관한 것이다.
이때, 질화붕소(BN)는 흑연과 비슷하게 방정계 구조를 가지고 있으나, 흑연을 방열시트로 적용할 경우 절연성을 부여하기 힘들며 이산화탄소의 배출량이 많은데에 반해, 본 발명의 방열시트 구성물질인 질화붕소는 전기적으로 뛰어난 절연체이면서, 신소재 세라믹스 중에서는 유일하게 기계 가공성이 뛰어난 물질에 해당한다.
또한, 질화붕소는 가스 진공 등 불활성 분위기에서는 최대 3000℃까지 안정하고, 이 온도에서는 승화되지 않기 때문에 연화되지 않으며, 이는 스테인리스 스틸 정도의 높은 열전도율을 가지고 있어 방열시트에 적용하는 경우 열충격 저항이 크고, 1500℃ 정도의 급가열 및 급냉각을 반복하여도 균열이나 파손이 되지 않을 정도로 열적 우수성을 가진다.
게다가, 질화붕소는 대부분의 유기용매에 대한 내식성이 뛰어나 금속, 유리 및 실리콘 고무 등과 같은 용융물과 반응하지 않으므로 본 발명의 실리콘 고무와 혼합하여도 화학적 안정성이 우수하고, 마찰계수가 낮아 고온영역에서도 사용이 가능하다.
특히, 질화붕소는 세라믹스 가공에서 유일하게 다이아몬드 공구가 필요없으며, 보통의 금속가공과 같이 공작 기계로 복잡한 형상 가공이 가능하며, 세라믹 소재 중에서 월등히 우수한 열전도성과 방열성을 가지고 있어 기존의 방열 필러의 대체 방열 필러이다.
이액형 실리콘 고무는 질화붕소의 성형을 용이하게 하면서도 전도성이 좋아 방열시트의 열전도성을 높이면서 동시에 절연성도 부여할 수 있다.
이때, 이액형 실리콘 고무는 실리콘 고무 100 중량부에 대하여 경화제는 10 내지 90 중량부이거나, 바람직하게는 11 내지 15 중량부일 수 있으며, 이는 이액형 실리콘 고무 중 실리콘 고무 100 중량비에 대하여 경화제가 90 중량부룰 초과하는 경우 경화된 제품의 유동성이 사라져 단단해 질 수 있으며, 10 중량부 미만인 경우 경화성이 떨어져 제품을 구현할 수 없기 때문이다.
즉, 실리콘 고무에 경화제를 첨가함으로써, 성형단계에서 고온의 열을 가해줄 필요없이 성형이 가능하며, 상온에서 열경화가 가능하므로 제조 공정이 간소화됨을 물론 원가 절감을 통해 경쟁력을 확보할 수 있다.
이때, 이액형 실리콘 고무는 질화붕소 100 중량부에 대하여 40 내지 100 중량부이거나, 바람직하게는 60 내지 70 중량부일 수 있으며, 이는 이액형 실리콘 고무는 질화붕소 100 중량부에 대하여 40 중량부 미만인 경우 방열시트의 유용성이 현저히 상실되며, 100 중량부를 초과하는 경우 열전도성이 떨어져 방열효율이 감소하는 문제점이 있기 때문이다.
이때, 경화제는 과산화물이거나 백금 촉매 일 수 있으며, 바람직하게는 과산화물일 수 있다.
질화붕소 및 이액형 실리콘 고무는 백색의 물질로써, 색상을 내기 위해 첨가 안료로 질화알루미늄, 탄소 및 전이금속 화합물을 포함한다.
이때, 전이금속 화합물은 산화철(Ⅲ), 산화크로뮴(Ⅲ) 또는 탄화티탄 중 어느 하나일 수 있다.
산화철(Ⅲ)은 적색, 산화크로뮴(Ⅲ)은 녹색, 탄소는 흑색, 질화알루미늄은 회색을 내는 화합물 안료로써, 우수한 착색력, 양호한 분산력과 은폐력을 가진 무기안료이며 내후성과 내광 특성으로 인해 방열시트에 폭넓게 사용된다.
이때, 전이금속 산화물은 질화붕소 100 중량부에 대하여 3 내지 40 중량부이거나, 바람직하게는 산화철(Ⅲ)은 3 내지 20 중량부, 산화크로뮴(Ⅲ)은 3 내지 18 중량부, 탄소는 5 내지 20 중량부일 수 있으며, 질화알루미늄은 질화붕소 100 중량부에 대하여3 내지 40중량부일 수 있다.
상기 발색을 위한 첨가안료가 질화붕소 100중량부에 대하여 3 중량부 미만인 경우 발색이 되지 않아 다양한 형태의 방열시트를 형성할 수 없으며, 40 중량부를 초과하는 경우 질화붕소의 함량이 감소하여 방열시트의 열전도성 및 안정성이 감소되는 문제가 발생하기 때문이다.
질화붕소는 도 1에 나타난 바와 같이 판상구조를 가지므로 수직 방향과 수평 방향의 열 전도도가 상이한 이방성을 갖는다.
이때, 방열시트의 열 전도율는 0.3 내지 3W/mK 이거나, 바람직하게는 0.58내지 1.95W/mK일 수 있으며, 열 전도율이 0.3W/mK 미만인 경우 열전도율이 낮아 발열 물질의 열을 효율적으로 방열할 수 없으며, 3W/mK를 초과하는 경우 방열시트의 물리, 화학적 안정도가 급격히 하락하는 문제가 있기 때문이다.
또한, 방열시트는 색상별로 차별화된 열전도율을 가지면, 적색 또는 녹색은 0.4W/mK 내지 0.60W/mK의 열전도율, 흑색은 0.90W/mK 내지 1.40W/mK의 열전도율, 백색은 1.20W/mK 내지 1.80의 열전도율, 회색은 1.80W/mK 내지 2.00W/mK의 열전도율을 가진다.
이는 현재 다변화하는 LED 소자의 필요한 다양한 물성의 방열시트를 제공함으로써, 다른 방열시트와 차별화할 수 있다.
또한, 방열시트의 비중은 1.0g/㎤ 내지 5.0g/㎤이고, 바람직하게는 1.30g/㎤ 내지 2.0g/㎤이고, 더 바람직하게는 1.30g/㎤ 내지 1.50g/㎤이다.
이는 비중이 5.0g/㎤를 초과하는 경우 방열시트의 무거운 비중 때문에 작업의 불편성 및 최종 LED 제품의 비중의 상승을 야기할 수 있으며, 비중이 1.0g/㎤ 미만인 경우, 내부 입자들간의 결합력이 감소하여 열전도도를 전하시킬 수 있기 때문이다.
또한, 방열시트의 두께를 100㎛ 내지 2mm이거나 ,바람직하게는 500㎛ 내지 1mm 일 수 있으며 이는 100㎛미만인 경우 방열 효율이 떨어지는 것은 물론 생산 비용이 급격히 증가하는 문제가 있으며, 2mm 를 초과하는 경우 최근 소형과 집적화가 필요한 기기에 적용할 수 없는 문제가 있다.
이하, 본 발명의 질화붕소를 포함하는 방열시트의 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2의 순서도에서와 같이 본 발명의 질화붕소를 포함하는 방열시트 제조방법은 이액형 실리콘 고무 제조단계(S10), 페이스트 형성단계(S20), 가압성형단계(S30) 및 경화단계(S40)로 이루어진다.
이액형 실리콘 고무 제조단계(S10)는 실리콘 고무 및 경화제를 혼합한 후 기포를 제거하는 단계이다. 이는 실리콘 고무를 이액형으로 제조하여 경화시간을 단축하기 위한 공정이다.
이때, 이액형 실리콘 고무는 실리콘 고무 100 중량부에 대하여 경화제는 10 내지 90 중량부이거나, 바람직하게는 11 내지 15 중량부일 수 있다.
이렇게 혼합된 이액형 실리콘 고무를 20 내지 50℃이거나 바람직하게는 상온에서 15 분 내지 2 시간 동안 방치하여 혼합액 속의 기포를 제거한다. 이는 혼합과정에서 생기는 기포들은 시트를 제작하고 난 후 제품의 결점이 될 수 있으므로 대기 중에 놓아 두어 내부 기포의 80% 이상을 제거할 수 있으며, 이때 탈포 시간이 길어지게 되면 혼합액의 경화가 시작되어 제품을 구현할 수 없으므로 2 시간을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
페이스트 형성단계(S20)는 이액형 실리콘 고무, 질화붕소 분말, 질화알루미늄 분말, 탄소분말 및 전이금속 화합물을 혼합하여 페이스트를 형성하는 단계로 이는 방열시트를 구성하는 조성물을 혼합하는 공정이다.
이 때, 혼합이 이루어지는 원료탱크 내부는 진공 분위기를 유지하는 것이 바람직하며, 이는 이액형 실리콘 고무 형성단계(S10)를 거쳐 탈포를 완성한 이액형 실리콘 고무에 질화붕소를 혼합하는 과정에서 공기가 유입되어 제품의 결함이 일어나는 것을 막기 위함이다.
또한, 방열시트의 다양한 색상을 구현하기 위해 전이금속 화합물을 포함하여 3 시간 내지 24 시간 동안 볼-밀(ball-mill)에 의해 혼합 처리한 후, 50 내지 180℃사이의 분위기에서 5 내지 24 시간 동안 충분히 건조하여 페이스트를 형성한다.
이 때, 이액형 실리콘 고무는 질화붕소 100 중량부에 대하여 40 내지 100 중량부이거나, 바람직하게는 60 내지 70 중량부일 수 있으며, 전이금속 산화물은 질화붕소 100 중량부에 대하여 3 내지 40 중량부이거나, 바람직하게는 산화철(Ⅲ)은 3 내지 20 중량부, 산화크로뮴(Ⅲ)은 3 내지 18 중량부, 탄화티탄은 5 내지 20 중량부일 수 있다.
또한, 질화붕소 분말은 백색의 분말로써, 입자의 크기가 1 내지 100㎛로 용도에 따라 다양하게 선택하여 적용이 가능하며, 순도는 99% 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 가압성형단계(S30)는 페이스트를 가압성형하여 판상형태의 방열시트를 형성하고, 가압 정도에 따라 두께를 조절하는 단계이로, 방열시트의 형태를 구현하는 단계이다.
따라서, 페이스트를 방열시트의 틀에 넣고 압력을 가하여 판상형태를 만들 수 있으며, 이때 압력은 5내지 30톤이거나, 바람직하게는 10 내지 20톤일 수 있으며, 10분 내지 1시간이거나 바람직하게는 30 내지 45 분 동안 압력을 가하여 방열시트를 판상모양으로 구현할 수 있다.
또한, 압력을 조절함에 따라 다양한 두께의 방열시트를 형성할 수 있으며, 특정 두께로 제조하기 위해서 그 두께의 지그와 핫플레이트를 통하여 특정 두께로 가공함을 물론, 경화를 동시에 도모하여 두께를 조절할 수 있다.
이때, 가압 과정에서 넓게 펼쳐진 질화붕소의 입자의 배열을 불규칙하게 배향함으로써 방향성과 관계없이 균열하게 좋은 열전도율을 구현하며, 목적에 따라 압력을 조절하면서 배향을 달리하여 용도에 따른 입자 배향으로 열 전도율을 조절할 수 있다.
경화단계(S40)은 가압 성형된 방열시트를 경화하여 제품으로 구현하는 단계이다.
이때, 경화 온도가 50℃ 미만인 경우 경화시간이 많이 소요되는 문제가 발생하며 300℃를 초과하는 경우 고온 공정이 추가적으로 필요하므로 과다한 제조비용이 필요하다. 따라서 가압 성형된 방열시트는 50 내지 300℃이거나, 바람직하게는 80 내지 100℃일 수 있으며, 경화시간은 경화 온도에 따라 변하며 10분 내지 3시간이거나, 바람직하게는 30분 내지 2시간 일 수 있다.
다만, 경화단계(S40)는 가압성형단계(S30) 이후에 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 가압성형단계(S30)의 두께 조절단계에서 지그와 핫플레이트를 동시에 사용하여 경화를 동시에 진행하는 것이 바람직하며 이는 공정 과정을 단축하여 경제적으로 유리하기 때문이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 이는 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[ 비교예 1]
실리콘고무용액(SYSYG-3900A, 상온경화형, 시영테크사)와 경화제(SYSYG-3900B, 시영테크사)를 각각 9:1로 혼합한 용액을 대기 중에서 30 분간 탈포를 실시한다. 육안으로 80% 이상의 탈포가 이루어지면 질화붕소(NW04, 유창FCNational Nitride Technologies사, 입자크기 1㎛, 순도 99%)를 질화붕소:이액형 실리콘 고무를 6:4의 비율로 플라네타리 믹서를 이용하여 진공 분위기에서 1시간 동안 충분히 혼합을 실시하여 페이스트를 형성한 후 폴리 에틸렌 필름 사이에 넣고 프레스를 이용하여 20.3 톤의 압력을 30 분 동안 가한다. 이때 플레스 양단은 1mm 의 지그를 설치하여 1 mm 두께의 방열 시트를 생산할 수 있도록 조절한다. 이 과정에서 나온 시트를 건조열풍기를 통해서 85 ℃에서 1 시간 동안 경화를 실시하여 시트의 형태를 고정한다. 이후 가압 전 설치한 폴리 에틸렌 필름을 제거하여 백색 방열시트를 제조한다.
[실시예 1]
실리콘고무용액(SYSYG-3900A, 상온경화형, 시영테크사)와 경화제(SYSYG-3900B, 시영테크사)를 각각 9:1로 혼합한 용액을 대기 중에서 30 분간 탈포를 실시한다. 육안으로 80% 이상의 탈포가 이루어지면 질화붕소(NW04, 유창FCNational Nitride Technologies사, 입자크기 1㎛, 순도 99%)를 질화붕소:이액형 실리콘 고무를 6:4의 비율로 혼합하고, 산화철(Ⅲ)을 질화붕소 100 중량부에 대하여 20 중량부로 첨가하여 플라네타리 믹서를 이용하여 진공 분위기에서 1시간 동안 충분히 혼합을 실시하여 페이스트를 형성한 후 폴리 에틸렌 필름 사이에 넣고 프레스를 이용하여 20.3 톤의 압력을 30 분 동안 가한다. 이때 플레스 양단은 1 mm 의 지그를 설치하여 1 mm 두께의 방열 시트를 생산할 수 있도록 조절한다. 이 과정에서 나온 시트를 건조열풍기를 통해서 85 ℃에서 1 시간 동안 경화를 실시하여 시트의 형태를 고정한다. 이후 가압 전 설치한 폴리 에틸렌 필름을 제거하여 적색 방열시트를 제조한다.
[ 실시예 2]
상기 실시예 1에서 전이금속 화합물을 산화철(Ⅲ) 대신, 산화크로뮴(Ⅲ)을 질화붕소 100 중량부에 대하여 18 중량부로 첨가하여 녹색 방열시트를 제조한다.
[ 실시예 3]
상기 실시예 1에서 전이금속 화합물을 산화철(Ⅲ) 대신, 탄소를 질화붕소 100 중량부에 대하여 11 중량부로 첨가하여 흑색 방열시트를 제조한다.
시편 색상 열전도율(W/mK) 열확산율(㎡/s) 비열(J/g℃)
비교예 1 백색 1.08 0.55 1.11
실시예 1 적색 0.59 0.35 1.11
실시예 2 녹색 0.59 0.37 1.05
실시예 3 흑색 1.23 0.34 1.03
표 1은 상기 비교예 1 및 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 질화붕소를 포함하는 다양한 색상의 방열시트이며, 색상에 따라 각각 상이한 열전도율을 나타낸다. 따라서, 전이금속 화합물의 성분 및 함량을 조절하여 적용분야에 최적화된 방열시트의 제조가 가능하다.
[ 비교예 2]
실리콘고무용액(SYG-3900A, 상온경화형, 시영테크사)와 경화제(SYG-3900B, 시영테크사)를 각각 9:1로 혼합한 용액을 대기 중에서 30 분간 탈포를 실시한다. 육안으로 80% 이상의 탈포가 이루어지면 질화붕소(NW04, National Nitride Technologies사, 입자크기 1㎛, 순도 99%)를 질화붕소:이액형 실리콘 고무를 6:4의 비율로 혼합하고 플라네타리 믹서를 이용하여 진공 분위기에서 1시간 동안 충분히 혼합을 실시하여 페이스트를 형성한 후 폴리 에틸렌 필름 사이에 넣고 프레스를 이용하여 20.3 톤의 압력을 30 분 동안 가한다. 이때 플레스 양단은 1 mm 의 지그를 설치하여 1 mm 두께의 방열 시트를 생산할 수 있도록 조절한다. 이 과정에서 나온 시트를 건조열풍기를 통해서 85 ℃에서 1 시간 동안 경화를 실시하여 시트의 형태를 고정한다. 이후 가압 전 설치한 폴리 에틸렌 필름을 제거하여 방열시트를 제조한다.
[ 실시예 4]
상기 비교예 2에서, 질화붕소(NW04, National Nitride Technologies사, 입자크기 1㎛, 순도 99%) 대신, 질화붕소(N001, National Nitride Technologies사, 50㎛, 순도 99%)를 사용하여 방열시트를 제작한다.
[ 실시예 5]
상기 비교예 2에서, 질화붕소(NW04, National Nitride Technologies사, 입자크기 1㎛, 순도 99%) 대신, 질화붕소(KBN40, 창성사, 40㎛, 순도 97%)를 사용하여 방열시트를 제작한다.
[ 실시예 6]
상기 비교예 2에서, 질화붕소(NW04, National Nitride Technologies사, 입자크기 1㎛, 순도 99%) 대신, 질화붕소(KBN20, 창성사, 20㎛, 순도 97%)를 사용하여 방열시트를 제작한다.
시편 질화붕소
입자크기(㎛)		 질화붕소
순도(%)		 열전도율(W/mK) 열확산율(㎡/s 비열(J/g℃)
비교예 2 1 99 1.08 0.55 1.11
실시예 4 5 99 1.18 0.75 1.17
실시예 5 40 97 0.92 0.54 1.20
실시예 6 20 97 0.84 0.52 1.15
표 2는 상기 비교예 2 및 실시예 4 내지 6에 따라 제조된 질화붕소의 입자크기 및 순도별 방열시트이며, 입자크기와 순도에 따라 각각 다른 열 전도율을 가진다. 따라서, 질화붕소의 순도와 입자크기를 조절하여 적용분야에 최적화된 방열시트의 제조가 가능하다.
[ 비교예 3]
실리콘고무용액(SYG-3900A, 상온경화형, 시영테크사)와 경화제(SYG-3900B, 시영테크사)를 각각 9:1로 혼합한 용액을 대기 중에서 30 분간 탈포를 실시한다. 육안으로 80% 이상의 탈포가 이루어지면 질화붕소(NW04, National Nitride Technologies사, 입자크기 1㎛, 순도 99%)를 질화붕소:이액형 실리콘 고무를 6:4의 비율로 혼합하고 플라네타리 믹서를 이용하여 진공 분위기에서 1시간 동안 충분히 혼합을 실시하여 페이스트를 형성한 후 폴리 에틸렌 필름 사이에 넣고 프레스를 이용하여 20.3 톤의 압력을 30 분 동안 가한다. 이때 플레스 양단은 1 mm 의 지그를 설치하여 1 mm 두께의 방열 시트를 생산할 수 있도록 조절한다. 이 과정에서 나온 시트를 건조열풍기를 통해서 85 ℃에서 1 시간 동안 경화를 실시하여 시트의 형태를 고정한다. 이후 가압 전 설치한 폴리 에틸렌 필름을 제거하여 방열시트를 제조한다.
[ 실시예 7]
상기 비교예 3에서, 실리콘고무용액(SYG-3900A, 상온경화형, 시영테크사) 대신, 실리콘고무용액(SYG-3902A,고온경화형, 시영테크사)를 사용하여 방열시트를 제작한다.
[ 실시예 8]
상기 비교예 3에서, 실리콘고무용액(SYG-3900A, 고온경화형, 시영테크사) 대신, 실리콘고무용액(8760G, 고온경화형, 다우코닝사)를 사용하여 방열시트를 제작한다.
[실시예 9]
상기 비교예 3에서, 실리콘고무용액(SYG-3900A, 상온경화형, 시영테크사) 대신, 실리콘고무용액(1223, 고온경화형, 신에츠사)를 사용하여 방열시트를 제작한다
시편 품명 제조사 경화온도 점도 열전도율(W/mK)
비교예 3 SYG3900 시영테크 상온 1100-1500 1.08
실시예 7 SYG3902 시영테크 고온 1100-1500 0.88
실시예 8 8760G 다우코닝 고온 3200 1.71
실시예 9 1223 신에츠 고온 8000 1.05
표 3은 상기 비교예 3 및 실시예 7 내지 9에 따라 제조된 실리콘 고무의 종류별 방열시트이며, 경화조건 및 점도에 따라 각각 다른 열 전도율을 가진다. 따라서, 실리콘 고무의 경화조건을 설정하고 점도를 조절하여 적용분야에 최적화된 방열시트의 제조가 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (12)

  1. 질화붕소를 포함하는 방열시트에 있어서,
    상기 방열시트는 질화붕소 100 중량부에 대하여, 이액형 실리콘 고무 40 내지 100 중량부 및 안료 3 내지 40 중량부를 포함하며,
    상기 방열시트의 수직방향의 열전도율은 0.3W/mK 내지 3W/mK이며,
    상기 방열시트의 색상별 열전도율은 적색 또는 녹색은 0.4W/mK 내지 0.60W/mK, 흑색은 0.90W/mK 내지 1.40W/mK, 백색은 1.20W/mK 내지 1.80W/mK, 회색은 1.80W/mK 내지 2.00W/mK인 것을 특징으로 하는 질화붕소를 포함하는 방열시트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 안료는 질화알루미늄, 탄소 또는 전이금속 화합물 중 어느 하나를 포함하며, 상기 전이금속 화합물은 탄화티탄, 산화철(Ⅲ) 또는 산화크로뮴(Ⅲ) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 질화붕소를 포함하는 방열시트.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이액형 실리콘 고무는 실리콘 고무 및 경화제를 포함하고, 상기 실리콘 고무 100 중량부에 대하여 상기 경화제는 10 내지 90 중량부인 것을 특징으로 하는 질화붕소를 포함하는 방열시트.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 방열시트의 두께는 500㎛ 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 질화붕소를 포함하는 방열시트.
  9. 질화붕소 분말 100 중량부에 대하여, 이액형 실리콘 고무 40 내지 100 중량부 및 안료 3 내지 40 중량부를 혼합하여 페이스트를 형성하는 페이스트 형성단계;
    상기 페이스트를 가압성형하여 판상형태의 방열시트를 형성하는 방열시트 형성단계; 및
    상기 방열시트를 50℃ 내지 300℃에서 경화하는 경화단계를 포함하며,
    상기 페이스트 형성단계의 혼합은 볼-밀(ball-mill)에 의해 혼합하는 것을 특징으로 하는 질화붕소를 포함하는 방열시트 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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