KR101737935B1 - 열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법 - Google Patents

열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노(Nano meter, ㎚) 크기의 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산시킨 후 분산된 열확산필러를 열확산 플레이트에 코팅하여 제조되는 열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산시켜 제1 열확산제를 제조하는 열확산필러 전처리단계와 상기 열확산필러 전처리단계를 통해 제조된 제1 열확산제에 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 바인더 혼합단계와 상기 바인더 혼합단계를 통해 혼합된 제1 혼합물 중 바인더를 용해시키기 위한 용제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 용제 혼합단계와 상기 용제 혼합단계를 통해 혼합된 제2 혼합물을 열확산 플레이트에 코팅하여 열확산층을 형성하는 열확산층 형성단계와 상기 열확산층 형성단계를 통해 형성된 열확산층을 구성하는 제2 혼합물 중 용제를 휘발시켜 제거하는 용제 제거단계와 상기 용제 제거단계를 통해 용제가 제거된 열확산층의 충진율(밀도)을 높이기 위해 열확산층을 가압하는 열확산제 정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법{thermal diffusion filler dispersed thermal diffusion sheet, and manufacturing method thereof}
본 발명은 열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노(Nano meter, ㎚) 크기의 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산시킨 후 분산된 열확산필러를 열확산 플레이트에 코팅하여 제조되는 열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자기기는 전기에너지를 사용함에 따라 열을 방출하게 된다.
특히 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰과 같은 IT기기에서 발생되는 발열은 성능저하 또는 오류를 일으키는 문제점이 있다.
상기와 같은 발열로 인한 문제점을 해결하기 위해 발열부를 보다 효율적으로 냉각시키기 위한 냉각핀, 냉각팬 등 다양한 장치들을 사용하고 있다.
하지만, 기술이 발전함에 따라 그 크기가 더욱 작아지고 있는 IT기기들에 부피가 큰 냉각핀 또는 냉각팬과 같은 냉각장치를 사용하기에는 어려운 문제점이 있었다.
이에 따라, 한국등록특허 10-0698727호 '흑연시트와 그 제조방법'과 같은 발열부의 열을 보다 넓은 면적으로 확산시켜 냉각할 수 있는 열 확산시트를 개발하게 되었다.
이러한 열 확산시트는 극히 얇은 두께를 가지면서, 보다 넓은 표면적으로 열을 확산시킬 수 있음에 따라 열 확산을 위한 장치의 크기를 축소, 경량화시킬 수 있게 되었으나, 발열량이 많을 경우, 이를 효과적으로 확산시키기에는 열전도율이 부족한 문제점이 있었다.
이에 따라, 보다 높은 열전도율을 가지는 탄소나노튜브를 이용하여 열확산시트를 제조하는 방법이 시도되고 있으나, 탄소나노튜브는 도 1에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 1A와 같이 응집되는 성질을 가지고 있다.
이에 따라, 탄소나노튜브를 이용하여 열확산시트를 제조할 경우, 탄소나노튜브가 고르게 분포되지 않고 응집되어 있는 상태로 열확산시트(6)가 제조되어 1B, 1C, 1D와 같이 응집된 정도에 따라 열전도율이 차이를 보이며, 이로 인해 열확산시트의 품질이 낮은 문제점이 있었다.
한국등록특허 제 10-0698727호 '흑연시트와 그 제조방법'
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 탄소나노튜브의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘을 억제하여 탄소나노튜브를 고르게 분포시켜 열확산율 및 품질을 높이기 위한 열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법은 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산시켜 제1 열확산제를 제조하는 열확산필러 전처리단계와 상기 열확산필러 전처리단계를 통해 제조된 제1 열확산제에 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 바인더 혼합단계와 상기 바인더 혼합단계를 통해 혼합된 제1 혼합물 중 바인더를 용해시키기 위한 용제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 용제 혼합단계와 상기 용제 혼합단계를 통해 혼합된 제2 혼합물을 열확산 플레이트에 코팅하여 열확산층을 형성하는 열확산층 형성단계와 상기 열확산층 형성단계를 통해 형성된 열확산층을 구성하는 제2 혼합물 중 용제를 휘발시켜 제거하는 용제 제거단계와 상기 용제 제거단계를 통해 용제가 제거된 열확산층의 충진율(밀도)을 높이기 위해 열확산층을 가압하는 열확산제 정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산제를 혼합하여 열확산필러를 분산시킨 제2 열확산제를 제조하는 열확산필러 전처리단계와 상기 열확산필러 전처리단계를 통해 제조된 제2 열확산제에 바인더를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 바인더 혼합단계와 상기 바인더 혼합단계를 통해 혼합된 제3 혼합물을 열확산 플레이트에 코팅하여 열확산층을 형성하는 열확산층 형성단계와 상기 열확산층 형성단계를 통해 형성된 열확산층을 구성하는 제3 혼합물 중 분산제를 휘발시켜 제거하는 분산제 제거단계와 상기 분산제 제거단계를 통해 분산제가 제거된 열확산층의 충진율(밀도)을 높이기 위해 열확산층을 가압하는 열확산제 정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산필러 전처리단계의 열확산필러는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube) 파우더인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산필러 전처리단계의 열확산필러는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube) 파우더인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더 혼합단계의 바인더는 실리콘, 에폭시, 우레탄, 아크릴, PC, PE, PI, PP, PS, PU, PET, PEN, PAN 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산제 정렬단계 이후에 열확산시트의 일면 또는 양면에 접착층을 형성하는 접착층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더 혼합단계는 제1 열확산제 3~50wt%와 바인더 50~97wt%를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용제 혼합단계를 통해 혼합된 제2 혼합물은 제1 혼합물 34~80wt%, 용제 20~66wt%로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산필러 전처리단계는 열확산필러에 산성 용액을 첨가하여 열확산필러를 분산시킨 후 산성 용액을 제거하여 제1 열확산제를 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산필러 전처리단계는 열확산필러에 20㎑~30,000㎑의 진동을 가하여 열확산필러를 분산시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더 혼합단계는 제2 열확산제 34.7~75wt%와 바인더 25~65.3wt%를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산필러 전처리단계의 분산제는 NMP, DMF, THF, DMAc 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트 및 그 제조방법에 의하면, 탄소나노튜브의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘을 억제하여 탄소나노튜브를 고르게 분포시켜 열확산율 및 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 탄소나노튜브의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 응집된 탄소나노튜브 및 응집된 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 열확산시트를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제1 실시예를 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제1 실시예에 따른 제2 혼합물을 제조하는 방법을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 열확산층 형성단계를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 열확산제 정렬단계를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제2 실시예를 도시한 순서도.
도 7은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제2 실시예에 따른 제3 혼합물을 제조하는 방법을 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제1 실시예를 도시한 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제1 실시예에 따른 제2 혼합물을 제조하는 방법을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 열확산층 형성단계를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 열확산제 정렬단계를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제2 실시예를 도시한 순서도이며, 도 7은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제2 실시예에 따른 제3 혼합물을 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제1 실시예를 도시한 순서도를 도시한 것이며, 열확산필러 전처리단계(S1), 바인더 혼합단계(S2), 용제 혼합단계(S3), 열확산층 형성단계(S4), 용제 제거단계(S5), 열확산제 정렬단계(S6)를 포함하여 구성된다.
제1 실시예에 따르면, 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산시켜 제1 열확산제를 제조하는 열확산필러 전처리단계(S1)와 상기 열확산필러 전처리단계(S1)를 통해 제조된 제1 열확산제에 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 바인더 혼합단계(S2)와 상기 바인더 혼합단계(S2)를 통해 혼합된 제1 혼합물 중 바인더를 용해시키기 위한 용제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 용제 혼합단계(S3)와 상기 용제 혼합단계(S3)를 통해 혼합된 제2 혼합물을 열확산 플레이트에 코팅하여 열확산층을 형성하는 열확산층 형성단계(S4)와 상기 열확산층 형성단계(S4)를 통해 형성된 열확산층을 구성하는 제2 혼합물 중 용제를 휘발시켜 제거하는 용제 제거단계(S5)와 상기 용제 제거단계(S5)를 통해 용제가 제거된 열확산층의 충진율(밀도)을 높이기 위해 열확산층을 가압하는 열확산제 정렬단계(S6)를 통해 열확산필러를 분산시킨 열확산시트를 제조하게되며, 상기 열확산제 정렬단계(S6) 이후에 열확산시트의 일면 또는 양면에 접착층을 형성하는 접착층 형성단계를 더 포함할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제1 실시예에 따른 상기 열확산필러 전처리단계(S1), 바인더 혼합단계(S2), 용제 혼합단계(S3)를 통해 제조되는 제2 혼합물의 제조순서를 도시한 것이다.
우선적으로 열확산필러 전처리단계(S1)를 통해 열확산필러(1)의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의한 응집을 억제시켜 제1 열확산제(11)를 제조하게 되며, 상기 열확산필러(1)는 단일벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotube) 또는 다중벽 탄소나노튜브(multi walled carbon nanotube) 중 어느 하나의 탄소나노튜브를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제1 열확산제(11)는 열확산필러(1)에 황산, 질산, 염산 등의 산성 용액 또는 그 혼합액을 첨가하여 열확산필러(1)를 분산시킨 후 산성 용액을 제거하여 제1 열확산제(11)를 제조하게 된다.
보다 상세하게는, 열확산필러(1)에 황산, 질산 등의 산성 용액을 첨가하여 1분~600분 내의 시간동안 섭씨 25도 ~ 섭씨 200도의 온도로 가열하여 열확산필러(1)의 표면을 개질시키게 된다.
또한, 상기 산성 용액은 원심분리를 통해 제거되거나, 가열을 통해 증발시켜 제거하여 제1 열확산제(11)를 제조하게 된다.
상기와 같은 과정에서 열확산필러(1)의 표면이 개질되어 열확산필러(1)의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘이 억제되어 열확산필러(1)가 고르게 분산된 제1 열확산제(11)를 제조할 수 있게 된다.
다른 방법으로 상기 제1 열확산제(11)는 열확산필러(1)에 이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 또는 이들의 혼합물 등의 계면활성제를 첨가하여 열확산필러(1)를 분산시킨 후 계면활성제를 제거하여 제1 열확산제(11)를 제조할 수도 있으며, 상기 계면활성제는 원심분리를 통해 제거되거나, 가열을 통해 증발시켜 제거할 수도 있다.
보다 상세하게는, 열확산필러(1)에 계면활성제를 첨가하여 1분~600분 내의 시간동안 섭씨 25도 ~ 섭씨 200도의 온도로 가열하여 열확산필러(1)의 표면을 개질시켜 열확산필러(1)가 고르게 분산된 제1 열확산제(11)를 제조하게 된다.
즉, 제1 열확산제(11)의 열확산필러(1)는 계면활성제에 의해 표면이 개질되어 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘이 억제됨에 따라, 응집되지 않고 고르게 분산된다.
또한, 상기 위에서 열확산필러(1)를 분산시키기 위해 사용된 산성 용액 또는 계면활성제 등은 열확산필러 전처리단계(S1)를 통해 제거되지 않고 추후 제거될 수도 있다.
예를 들면, 열확산필러 전처리단계(S1) 이후에 혼합되는 바인더(2) 또는 용제(3) 등과 산성 용액 또는 계면활성제 등이 화학반응을 일으키지 않는다는 전제하에 상기 열확산층 형성단계(S4)를 통해 형성된 열확산층을 구성하는 제2 혼합물 중 용제를 휘발시켜 제거하는 용제 제거단계(S5)에서 산성 용액 또는 계면활성제 등이 용제와 함께 제거될 수도 있는 것이다.
또 다른 방법으로 상기 제1 열확산제(11)는 열확산필러(1)에 20㎑~30,000㎑의 진동을 가하여 물리적으로 열확산필러(1)가 분산된 제1 열확산제(11)를 제조할 수도 있다.
상기와 같이 열확산필러 전처리단계(S1)를 통해 열확산필러(1)가 분산된 제1 열확산제(11)를 제조한 후 바인더 혼합단계(S2)를 통해 상기 제1 열확산제(11)에 바인더(2)를 혼합하여 제1 혼합물(21)을 제조하게 된다.
상기 바인더 혼합단계(S2)를 통해 혼합되는 바인더(2)는 실리콘, 에폭시, 우레탄, 아크릴, PC(Poly-carbonate), PE(Poly-ethlene), PI(Poly-imide), PP(Poly-propylene), PS(Poly-styrene), PU(Poly-urethane), PET(Poly-ethylene-terephthalate), PEN(Poly-ethylene-naphthalate), PAN(Poly-acryloni-trile) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되며, 상기 바인더(2)는 추후 열확산시트로 제조되었을 때 열확산필러(1)가 이탈되지않도록 붙잡아주는 역할을 수행하게된다.
이에 따라, 상기 바인더(2)는 최소 제1 열확산제(11)와 동일한 비율로 혼합됨이 바람직하며, 상기 제1 열확산제(11)와 바인더(2)가 혼합되어 제조되는 제1 혼합물(21)은 제1 열확산제(11) 3~50wt%와 바인더(2) 50~97wt%를 혼합하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 바인더 혼합단계(S2)에서는 추후 제조되는 열확산시트의 열전도율을 보다 높이거나, 전자파 차단효과를 더 부여하기 위해 바인더(2)뿐만 아니라, Ag, Al, AlN, Al₂O₃, BN, b-BN, c-BN, Cu, Cr, Fe, MgO, Si, SiC, ZnO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 첨가물을 더 포함할 수도 있으며, 상기 첨가물이 Fe 80~90wt%, Si 5~15wt%, Al 5~15wt%로 구성될 때 전자파 차단효과가 가장 크게 나타난다.
또한, 상기 첨가물을 더 포함할 경우 제1 혼합물(21)에 혼합된 열확산필러(1)의 0.1~30wt%를 더 혼합하여 제조하게 된다.
상기와 같이 바인더 혼합단계(S2)를 통해 제1 열확산제(11)와 바인더(2)가 혼합된 제1 혼합물(21)이 제조된 후 용제 혼합단계(S3)를 통해 혼합된 제1 혼합물(21)에 바인더(2)를 용해시키기 위한 용제(3)를 혼합하여 제2 혼합물(22)을 제조하게 된다.
제1 혼합물(21)에 용제(3)가 혼합된 제2 혼합물(22) 내의 바인더(2)는 용제(3)에 의해 용해되어 소정의 점성을 가지는 액체 상태가 된다.
또한, 상기 용제(3)는 MEK(Methyl-ethyl-ketone), 톨루엔, 아농 중 어느 하나를 사용하거나, 사용되는 바인더(2) 또는 휘발속도, 점도 등의 필요 조건에 따라 다른 종류의 용제를 혼합한 것을 사용할 수도 있으며, 상기 위에서 나열한 실리콘, 에폭시, 우레탄, 아크릴, PC, PE, PI, PP, PS, PU, PET, PEN, PAN 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 바인더(2)를 용해시킨 후 휘발되어 제거되었을 때 바인더(2)가 경화(응고)될 수 있는 것이라면 특별한 제약이 없다.
또한, 상기 용제 혼합단계(S3)를 통해 혼합되어 제조되는 제2 혼합물(22)은 제1 혼합물(21) 34~80wt%와 용제(3) 20~66wt%가 혼합되어 제조됨이 바람직하며, 필요로 하는 제2 혼합물(22)의 점성에 따라 혼합되는 용제(3)의 비율이 달라질 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 열확산층 형성단계를 도시한 것이며, 열확산층 형성단계(S4)는 상기 제2 혼합물(22)을 열확산 플레이트(5)에 코팅하여 열확산층(25)을 형성하게 된다.
상기 열확산 플레이트(5)는 Al, Cu 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 박판으로 구성되며, 1 ~ 2000㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하나, 대형 가전기기 또는 장치의 열확산을 위해 사용될 경우와 같이 보다 큰 두께를 가질 필요가 있는 경우 1mm ~ 5mm의 두께를 가질 수도 있다.
이송부(40)에 의해 이송되는 열확산 플레이트(5)에 분사부(30)를 이용하여 제2 혼합물(22)을 분사하여 코팅하는 방법으로 열확산층(25)을 형성하게 된다.
또한, 코팅(형성)되는 열확산층(25)의 두께를 조절하기 위해 코터(31) 또는 가압 롤러를 더 포함할 수도 있으며, 상기 코터(31) 또는 가압 롤러를 통해 코팅(형성)되는 열확산층(25)을 눌러 두께를 조절하게 된다.
또한, 상기와 같은 스프레이 코팅방식 이외에 압출 코팅, 페이스트 코팅, 스프레드 코팅, 롤 코팅, 나이프 코팅, 디프 코팅, 콤마코터, 립코터, 마이크로 그라비아, 슬롯다이, 홀 코팅, 증착 등의 코팅방법을 이용하여 열확산 플레이트(5)에 상기 제2 혼합물(22)을 코팅할 수도 있다.
또한, 상기와 같이 열확산층 형성단계(S4)를 통해 이동되는 열확산 플레이트(5)에 상기 제2 혼합물(22)의 코팅이 완료되면, 용제 제거단계(S5)를 통해 열확산층(25)을 구성하는 제2 혼합물 중 용제를 휘발시켜 제거하게 된다.
보다 상세하게는, 소정의 온도로 가열 건조하는 이송부(50)에 의해 열확산층(25)을 구성하는 제2 혼합물 중 끓는 점이 낮은 용제만 가열 건조되어 휘발되며, 열확산 플레이트(5)에는 용제가 제거된 열확산층(26)만 남게 된다.
다시 말해서, 열확산층(25)을 구성하는 제2 혼합물 중 용제가 제거됨에 따라 제1 혼합물만 남게되며, 용제가 제거되면서 제1 혼합물을 구성하는 바인더가 열확산필러를 붙잡운 상태로 경화(응고)되면서 용제가 제거된 열확산층(26)이 남게 된다.
즉, 용제는 열확산층(25)을 형성하기 위해 첨가되어 열확산층(25)의 형성이 완료된 후 휘발을 통해 제거되는 것이다.
또한, 상기 건조부(50)는 용제를 강제 휘발시키기 위한 것으로 자연 건조방식이 적용될 경우 생략될 수도 있으나, 건조부(50)를 이용하여 강제 건조시키는 것이 열확산필러가 다시 응집되기 전에 바인더를 경화시켜 고정시킬 수 있으며, 높은 생산성을 가짐에 따라 가장 바람직하다.
또한, 상기 건조부(50)의 가열 건조 온도는 열확산층(25)의 형성 두께, 혼합된 용제의 양, 용제의 휘발 속도에 따라 25~200도의 온도 내에서 조절될 수 있으며, 급격한 온도 변화 또는 용제의 팽창으로 인한 열확산층(25)의 파손을 방지하기 위해 점진적으로 온도를 상승시키는 다단 가열방식이 사용될 수도 있다.
또한, 복수 개의 구간을 통해 점진적으로 온도를 상승시키는 다단 가열방식이 사용될 경우, 각각 다른 온도를 가지는 구간의 건조 시간이 상이할 수도 있다.
예를 들면, 건조부(50)의 입구측(제 1구간)의 온도는 20도이며, 중간측(제 2구간)의 온도는 80도, 출구측(제 3구간)의 온도는 140도를 가지며, 제 1구간은 5분, 제 2구간은 10분, 제 3구간은 5분 등과 같이 각 구간에 따라 단계적으로 온도가 상승하면서 가열되며, 각 구간별 상이한 건조 시간을 가질 수도 있다.
또한, 복수 개의 구간에 대한 경계 없이 선형적인 온도 분포형태로 온도가 상승되거나 하강되는 형태로 가열이 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 건조부(50)가 1500~4000도의 온도로 열확산층(25)을 가열하여 용제를 휘발시키면서 바인더의 성질을 변화시킬 수도 있다.
예를 들면, 바인더가 PI로 구성되어 있을 경우, 질소분위기 하에서 1500~4000℃의 온도로 가열하여 PI를 그래핀화시켜 그래핀이 탄소나노튜브를 붙잡은 형태의 열확산층(26)을 제조할 수도 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 열확산제 정렬단계를 도시한 것이며, 열확산제 정렬단계(S6)를 통해 용제가 제거된 열확산층(26)의 충진율(밀도)을 높여 제조되는 열확산시트의 열전도율을 보다 높이게 된다.
바람직한 실시예로서, 복수 개의 롤러(61, 62, 63)를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하는 것이 가압시 발생하는 변형량으로 인해 열확산층(26)에 크랙이 형성되거나, 찢어지는 것을 방지할 수 있음에 따라 가장 바람직하다.
또한, 열확산 플레이트(5)가 파손되지 않는 한도내에서 가압하여 열확산 플레이트(5)의 두께를 동시에 줄일 수도 있으며, 이때 보다 얇은 형태의 열확산시트를 제조할 수 있게된다.
또한, 가압을 통해 충진율(밀도)을 높여 제조되는 열확산시트의 물리적 특성을 향상시킬 수 있음에 따라 열확산제 정렬단계(S6)를 수행하는 것이 바람직하나, 필요에 따라 생략할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제2 실시예를 도시한 것이며, 도 7은 본 발명에 따른 열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법 중 제2 실시예에 따른 제3 혼합물을 제조하는 방법을 도시한 것으로, 제2 실시예는 열확산필러 전처리단계(S11), 바인더 혼합단계(S12), 열확산층 형성단계(S14), 분산제 제거단계(S15), 열확산제 정렬단계(S16)를 포함하여 구성된다.
제2 실시예에 따르면, 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산제를 혼합하여 열확산필러를 분산시킨 제2 열확산제를 제조하는 열확산필러 전처리단계와 상기 열확산필러 전처리단계를 통해 제조된 제2 열확산제에 바인더를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 바인더 혼합단계와 상기 바인더 혼합단계를 통해 혼합된 제3 혼합물을 열확산 플레이트에 코팅하여 열확산층을 형성하는 열확산층 형성단계와 상기 열확산층 형성단계를 통해 형성된 열확산층을 구성하는 제3 혼합물 중 분산제를 휘발시켜 제거하는 분산제 제거단계와 상기 분산제 제거단계를 통해 분산제가 제거된 열확산층의 충진율(밀도)을 높이기 위해 열확산층을 가압하는 열확산제 정렬단계를 통해 열확산필러를 분산시킨 열확산시트를 제조하게되며, 상기 열확산제 정렬단계(S16) 이후에 열확산시트의 일면 또는 양면에 접착층을 형성하는 접착층 형성단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 제 2실시예의 열확산층 형성단계(S14)는 제2 혼합물 대신 제3 혼합물을 코팅하여 열확산층을 형성한다는 점을 제외하고는 제1 실시예의 열확산층 형성단계(S4)와 동일하며, 분산제 제거단계(S15)는 용제 대신 분산제를 휘발시켜 제거한다는 점을 제외하고는 제1 실시예의 용제 제거단계(S5)와 동일하다.
또한, 제 2실시예의 열확산제 정렬단계(S16)는 용제가 제거된 열확산층 대신 분산제가 제거된 열확산층을 가압하여 충진율(밀도)을 높인다는 점을 제외하고는 제1 실시예의 열확산제 정렬단계(S6)와 동일함에 따라, 제 2실시예의 열확산층 형성단계(S14), 분산제 제거단계(S15), 열확산제 정렬단계(S16)는 생략하고 제2 실시예를 설명하면, 하기와 같다.
상기 열확산필러 전처리단계(S11)를 통해 열확산필러(1)와 분산제(4)를 혼합하여 제2 열확산제(12)를 제조하게 되며, 상기 분산제(4)는 열확산필러(1)의 표면을 개질시켜 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러(1)가 응집되지 않도록 방지하게 된다.
보다 상세하게는, 열확산필러(1)와 분산제(4)를 혼합하여 1분~600분 내의 시간동안 섭씨 25도 ~ 섭씨 200도의 온도로 가열하여 열확산필러(1)의 표면을 개질시켜 열확산필러(1)가 고르게 분산된 제2 열확산제(12)를 제조하게 된다.
상기 제2 열확산제(12)의 열확산필러(1)는 분산제에 의해 표면이 개질되어 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘이 억제됨에 따라, 응집되지 않고 고르게 분산된다.
상기 분산제(4)는 NMP(N methyl pyrrolidine), DMF(Dimethyl formamide), THF(Tetrahydro furan), DMAc(Dimethyl acetamide) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되며, 상기 분산제(4)와 열확산필러(1)를 혼합하여 제조되는 제2 열확산제(12)는 열확산필러(1) 1.5~66.7wt%와 분산제(4) 33.3~98.5wt%를 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 제2 열확산제(12)는 바인더 혼합단계(S12)를 통해 바인더(2)와 혼합되어 제3 혼합물(23)로 제조되며, 상기 바인더(2)는 실리콘, 에폭시, 우레탄, 아크릴, PC, PE, PI, PP, PS, PU, PET, PEN, PAN 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되며, 상기 바인더(2)는 추후 열확산시트로 제조되었을 때 열확산필러(1)가 이탈되지않도록 붙잡아주는 역할을 수행하게된다.
또한, 상기 바인더(2)는 제2 열확산제(12)에 포함된 분산제(4)에 의해 용해되며, 상기 바인더(2)와 제2 열확산제(12)가 혼합되어 제조되는 제3 혼합물(23)은 제2 열확산제(12) 34.7~75wt%와 바인더(2) 25~65.3wt%를 혼합하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 바인더 혼합단계(S12)에서는 추후 제조되는 열확산시트의 열전도율을 보다 높이거나, 전자파 차단효과를 더 부여하기 위해 바인더(2)뿐만 아니라, Ag, Al, AlN, Al₂O₃, BN, b-BN, c-BN, Cu, Cr, Fe, MgO, Si, SiC, ZnO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 첨가물을 더 포함할 수도 있으며, 첨가물은 제3 혼합물(23)에 혼합된 열확산필러(1)의 0.1~30wt%를 혼합하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 제3 혼합물(23)을 열확산층 형성단계(S14)를 통해 열확산 플레이트에 코팅하여 열확산층을 형성하고, 분산제 제거단계(S15)를 통해 코팅된 열확산층에 포함된 분산제를 휘발시켜 제거하게 된다.
또한, 열확산층에 포함된 분산제가 제거되면서 열확산층의 바인더는 경화(응고)되어 열확산필러가 이탈되지 않도록 붙잡아주게 되며, 열확산제 정렬단계(S16)는 분산제가 제거된 열확산층을 가압하여 충진율(밀도)을 높여 열확산필러를 분산시킨 열확산시트를 제조하게 된다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.
1 : 열확산필러
2 : 바인더
3 : 용제
4 : 분산제
5 : 열확산 플레이트
11 : 제1 열확산제
12 : 제2 열확산제
21 : 제1 혼합물
22 : 제2 혼합물
23 : 제3 혼합물
25 : 열확산층
26 : 용제가 제거된 열확산층
30 : 분사부
31 : 높이조절부재
40 : 이송부
50 : 건조부

Claims (13)

  1. 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산시켜 제1 열확산필러를 제조하는 열확산필러 전처리단계와;
    상기 열확산필러 전처리단계를 통해 제조된 제1 열확산제에 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 바인더 혼합단계와;
    상기 바인더 혼합단계를 통해 혼합된 제1 혼합물 중 바인더를 용해시키기 위한 용제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 용제 혼합단계와;
    상기 용제 혼합단계를 통해 혼합된 제2 혼합물을 열확산 플레이트에 코팅하여 열확산층을 형성하는 열확산층 형성단계와;
    상기 열확산층 형성단계를 통해 형성된 열확산층을 구성하는 제2 혼합물 중 용제를 휘발시켜 제거하는 용제 제거단계와;
    상기 용제 제거단계를 통해 용제가 제거된 열확산층의 충진율(밀도)을 높이기 위해 열확산층을 가압하는 열확산제 정렬단계를 포함하며
    상기 열확산필러 전처리단계는
    상기 열확산필러에 산성 용액 또는 계면 활성제를 첨가하여 1분~600분 내의 시간동안 섭씨 25도 ~ 섭씨 200도의 온도로 가열하여 상기 열확산필러가 응집되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  2. 열확산필러의 분자 사이에서 발생하는 반데르발스힘에 의해 열확산필러가 응집되지 않도록 분산제를 혼합하여 열확산필러를 분산시킨 제2 열확산필러를 제조하는 열확산필러 전처리단계와;
    상기 열확산필러 전처리단계를 통해 제조된 제2 열확산제에 바인더를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 바인더 혼합단계와;
    상기 바인더 혼합단계를 통해 혼합된 제3 혼합물을 열확산 플레이트에 코팅하여 열확산층을 형성하는 열확산층 형성단계와;
    상기 열확산층 형성단계를 통해 형성된 열확산층을 구성하는 제3 혼합물 중 분산제를 휘발시켜 제거하는 분산제 제거단계와;
    상기 분산제 제거단계를 통해 분산제가 제거된 열확산층의 충진율(밀도)을 높이기 위해 열확산층을 가압하는 열확산제 정렬단계를 포함하며
    상기 열확산필러 전처리단계는
    상기 열확산필러에 분산제를 혼합하고 1분~600분 내의 시간동안 섭씨 25도 ~ 섭씨 200도의 온도로 가열하여 상기 열확산필러가 응집되지 않도록 하며
    상기 분산제는 NMP(N methyl pyrrolidine), DMF(Dimethyl formamide), THF(Tetrahydro furan), DMAc(Dimethyl acetamide) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열확산필러 전처리단계의 열확산필러는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube) 파우더 또는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube) 파우더인 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 열확산필러 전처리단계의 열확산필러는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube) 파우더 또는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube) 파우더인 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 혼합단계의 바인더는 실리콘, 에폭시, 우레탄, 아크릴, PC(Poly-carbonate), PE(Poly-ethlene), PI(Poly-imide), PP(Poly-propylene), PS(Poly-styrene), PU(Poly-urethane), PET(Poly-ethylene-terephthalate), PEN(Poly-ethylene-naphthalate), PAN(Poly-acryloni-trile) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 바인더 혼합단계의 바인더는 실리콘, 에폭시, 우레탄, 아크릴, PC(Poly-carbonate), PE(Poly-ethlene), PI(Poly-imide), PP(Poly-propylene), PS(Poly-styrene), PU(Poly-urethane), PET(Poly-ethylene-terephthalate), PEN(Poly-ethylene-naphthalate), PAN(Poly-acryloni-trile) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 혼합단계는
    제1 열확산제 3~50wt%와 바인더 50~97wt%를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 용제 혼합단계를 통해 혼합된 제2 혼합물은 제1 혼합물 34~80wt%, 용제 20~66wt%로 구성된 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 바인더 혼합단계는
    제2 열확산제 34.7~75wt%와 바인더 25~65.3wt%를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제 1항 내지 제 8항, 제11항 중 어느 하나의 제조방법을 통해 제조된 것을 특징으로 하는
    열확산필러를 분산시킨 열확산시트.

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