KR101740606B1 - 열전도 이방성 자성 시트 복합체 - Google Patents

열전도 이방성 자성 시트 복합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단열 및 방열 기능은 물론, 전자파 차폐, 전자기 유도 현상을 이용하여 비접촉식으로 전력을 송수신하는 무선 충전, 또는 근거리 무선 통신(NFC) 효과를 동시에 나타낼 수 있는 열전도 이방성 자성 시트 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

열전도 이방성 자성 시트 복합체{HEAT CONDUCTING AND ANISOTROPIC MAGNETIC SHEET COMPLEX}
본 발명은 단열 및 방열 기능은 물론, 전자파 차폐, 전자기 유도 현상을 이용하여 비접촉식으로 전력을 송수신하는 무선 충전, 또는 근거리 무선 통신(NFC) 효과를 동시에 나타낼 수 있는 열전도 이방성 자성 시트 복합체에 관한 것이다.
휴대폰 및 소형 가전제품 등에 사용되는 무선 전력 전송 기술은 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간에 전자기 유도를 일으킴으로써 송신측으로부터 수신측으로 전력을 전송하는 것이다.
이러한 무선 전력 전송 기술에서 송신측과 수신측 사이에 발생하는 누설 자속을 최소화하여 전송 효율을 향상시키기 위하여 송신측에는 페라이트 기판을, 수신측에는 자성시트를 사용하고 있다. 송신측 페라이트 기판은 두께나 사이즈에서 큰 제약이 없으나, 주로 모바일 단말기 등과 같은 소형 기기에 사용되는 수신측 자성 시트는 얇고, 작은 사이즈가 요구된다.
한편, 최근 휴대 단말기와 같은 전자 제품은 휴대가 간편하도록 점차적으로 두께가 얇아지는 방향으로 발전하고 있다. 이와 같이 휴대 단말기의 두께가 얇아지고 다양한 기능을 가짐에 따라 단말기 본체에 내장되는 배터리를 포함하는 각종 발열부품에서 발생되는 열이 인체, 즉 사람의 얼굴이나 손으로 전달되어 저온 화상의 문제가 되고 있는 등 단말기 사용에 불편함이 있다. 이에, 기기 내에 있어서의 단열 대책이 보다 더 중요시되고 있다.
또한, 전자 제품에 전자파로 인한 문제가 제기되어, 이러한 대책으로서, 종래 기술에서는 방열 시트를 따로 제조한 후, 차폐 또는 무선충전 또는 NFC 기능이 있는 자성 시트와 접착시키는 방법을 이용하였다.
일본 특허공개 제2010-245407호는 연자성 시트와 열전도 시트가 교대로 적층된 구조를 갖는 전자파 흡수성과 방열 특성을 겸비한 전자파 흡수성 열전도 시트를 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허공개 제2014-0048811호는 페라이트 시트 및 상기 페라이트 시트에 부착되는 방열층을 포함하는 안테나용 전자파 차폐 시트를 개시하고 있다. 그러나, 상기 시트들은 방열층을 포함하여 방열 효과는 나타내지만, 전자제품, 예를 들어 스마트폰 등과 같은 휴대 단말기의 백커버에 설치되어 단말기에서 발생되는 열이 인체와 접촉하는 부분으로 전달되는 것을 억제하는 단열 기능은 없었다.
이에 본 발명자들은, 단열 기능 및 방열 기능은 물론, 차폐 또는 무선 충전 또는 근거리 무선통신 효과를 동시에 나타낼 수 있는 자성시트 복합체를 제조하기 위해 예의 연구하였으며, 그 결과 본 발명을 완성하였다.
일본 특허공개 제2010-245407호 대한민국 특허공개 제2014-0048811호
따라서, 본 발명의 목적은 단열 및 방열 기능은 물론, 차폐, 무선 충전 또는 근거리 통신 효과를 동시에 나타낼 수 있는 열전도 이방성 자성 시트 복합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 자성 시트 복합체를 포함하는 휴대 단말기기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 자성 시트층, 수직 열전도도가 2 W/mk 이하인 다공성 단열층, 및 수평 열전도도가 50 W/mk 이상인 방열 시트층을 포함하는 열전도 이방성 자성 시트 복합체를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 자성 시트 복합체; 및 상기 자성 시트 복합체의 일 표면에 접착된 안테나를 포함하는, 휴대 단말기기를 제공한다.
본 발명에 따른 열전도 이방성 자성 시트 복합체는 단열 및 방열 기능은 물론, 전자파 차폐, 전자기 유도 현상을 이용하여 비접촉식으로 전력을 송수신하는 무선 충전, 디지타이저용, 또는 근거리 무선 통신 효과를 동시에 나타낼 수 있으므로 다양한 휴대용 단말기기에 적용할 수 있다.
이상의 본 발명의 과제와 구성은 후술되는 상세한 설명 및 첨부되는 아래의 도면과 함께 보다 명확해질 것이다.
도 1은 자성 시트층, 다공성 단열층 및 방열 시트층이 아래로부터 순차적으로 적층된 형태의 본 발명의 자성 시트 복합체의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 자성 시트층, 방열 시트층 및 다공성 단열층이 아래로부터 순차적으로 적층된 형태의 본 발명의 자성 시트 복합체의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 자성 시트층, 접착층, 방열 시트층 및 다공성 단열층이 아래로부터 순차적으로 적층된 형태의 본 발명의 자성 시트 복합체의 모식도를 나타낸 것이다.
이하에서 설명되는 구체적인 예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 각 시트, 장치 등이 각 시트, 장치 등의 "상(on)"에 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 별다른 언급이 없을 경우 상기 상/하는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함할 수 있다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.
열전도 이방성 자성 시트 복합체
본 발명은 자성 시트층, 다공성 단열층 및 방열 시트층을 포함하는 열전도 이방성 자성 시트 복합체를 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 자성 시트층, 수직 열전도도가 2 W/mk 이하인 다공성 단열층(이하, "단열층"으로도 지칭함) 및 수평 열전도도가 50 W/mk 이상인 방열 시트층을 포함하는 열전도 이방성 자성 시트 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 자성 시트 복합체는 수평으로는 방열 특성을 나타내고 수직으로는 단열 특성을 나타내는 복합체이다. 바람직하게는, 본 발명의 자성 시트 복합체는 방열 시트층이 50 W/mk 이상, 예를 들어 50 내지 2,000 W/mk의 수평 열전도도를 나타내고, 다공성 단열층이 2 W/mk 이하, 예를 들어 0.1 내지 2 W/mk의 수직 열전도도를 나타내는 열전도 이방성 자성 시트 복합체이다. 또한, 상기 자성 시트층은 차폐용, 무선 충전용, 디지타이저용 또는 근거리 통신용 등에 적합한 물성을 나타낸다.
본 발명의 자성 시트 복합체의 두께는 시트의 조성에 의해 다르지만, 일반적으로 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위일 수 있다. 상기 자성 시트층, 다공성 단열층 및 방열 시트층의 두께는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
본 발명의 자성 시트 복합체는 자성 시트층, 다공성 단열층 및 방열 시트층의 순서로 적층된 형태; 또는 자성 시트층, 방열 시트층 및 다공성 단열층의 순서로 적층된 형태일 수 있다.
도 1에 자성 시트층(100), 다공성 단열층(200) 및 방열 시트층(300)이 아래로부터 순차적으로 적층된 형태의 자성 시트 복합체의 모식도를 나타내었으며, 도 2에 자성 시트층(100), 방열 시트층(300) 및 다공성 단열층(200)이 아래로부터 순차적으로 적층된 형태의 자성 시트 복합체의 모식도를 나타내었다.
자성 시트층(100), 방열 시트층(300) 및 다공성 단열층(200)이 아래로부터 순차적으로 적층된 형태의 자성 시트 복합체는 자성 시트층과 방열 시트층 사이에 접착층(400)을 더 포함할 수 있으며, 상기 접착층을 통해 자성 시트층과 방열 시트층이 접합될 수 있다(도 3).
자성 시트층
본 발명에서 자성 시트층은 우수한 차폐 효능과 높은 투자율을 갖는 물질을 포함함으로써 자기장을 금속 부품으로부터 이격되도록 하여 전자기기에 침입 또는 방사되는 전자파를 흡수하고 자기장을 집중시키는 역할을 할 수 있다.
상기 자성 시트층은 소결형(sintered type) 또는 무소결 건조식의 고분자형(polymeric type)의 자성 시트일 수 있으며, 페라이트계, 퍼말로이계, 샌더스트계 또는 이들의 혼합 성분으로 이루어진 자성 시트일 수 있다. 예를 들어, Fe, Ni, Mn, Zn, Co, Mo, Cr, Si, Al 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속계 자성 분말, 바람직하게는, Fe계, Co계, Ni계, Fe-Ni계, Fe-Co계, Fe-Al계, Fe-Si계, Fe-Si-Al계, Mn-Zn계, Ni-Zn계 등을 포함할 수 있다.
상기 자성 시트층은 비정질 금속 자성 시트 또는 비정질 금속 자성 시트를 열처리한 나노 크리스탈 자성 시트일 수 있다.
상기 자성 시트층은 차폐 시트, 무선 충전 시트, 디지타이저용 자기장 차폐 시트 또는 근거리 무선 통신(NFC) 시트 등일 수 있으며, 이들은 고분자형(polymeric type)의 자성 시트일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 자성 시트층이 차폐 시트인 경우에는 전자파 30 dB 이상의 차폐 효과를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비정질 합금 분말, 퍼말로이(permalloy)계 분말, 샌더스트(sendust)계 분말, 페라이트(ferrite)계 분말, 또는 이들의 혼합 분말을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 차폐 시트는 자성을 갖는 고투자율의 자성 분말인 비정질 합금 분말과 고분자 수지로 이루어진 폴리머 시트일 수 있다. 상기 비정질 합금 분말은, Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb, Fe-Zr-B 및 Co-Fe-Si-B로 이루어진 군에서 선택되는 비정질인 합금을 1종 이상 포함하는 비정질 합금 분말일 수 있다.
상기 차폐 시트의 두께는 1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100㎛일 수 있다.
상기 자성 시트층이 무선 충전 시트인 경우에는 투자율 200 내지 9,000, 예를 들어, 200 내지 5,000, 500 내지 1,000, 1,000 내지 5,000, 또는 500 내지 2,000을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 상기 물질은 자성을 갖는 금속계 분말 또는 세라믹계 분말이거나 이들의 혼합 분말과 같은 자성 분말일 수 있다. 바람직하게는, Fe, Ni, Co, Mo, Cr, Si, Al 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 성분을 포함하는 금속계 자성 분말과 고분자의 복합재료로 이루어지거나, Fe, Ni, Mn, Zn, Co, Cu, Ca 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 성분을 포함하는 페라이트계 분말과 고분자의 복합재료로 이루어질 수 있다. 또한 Fe, Ni, Mn, Zn, Co, Cu, Ca 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 성분을 포함하는 페라이트계 소결체일 수도 있다.
상기 무선 충전용 자성 시트의 두께는 1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 자성 시트층이 근거리 통신용 자성 시트인 경우에는, 투자율 100 내지 300을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 또한, 투자 손실 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 상기 물질은 자성을 갖는 금속계 분말 또는 세라믹계 분말이거나 이들의 혼합 분말과 같은 자성 분말일 수 있다. 바람직하게는, Fe, Ni, Mn, Zn, Co, Cu, Ca 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분을 포함하는 페라이트계 분말과 고분자의 복합재료이거나 페라이트계 소결체일 수 있다.
상기 근거리 통신용 자성 시트의 두께는 1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 자성 시트는 통상적인 세라믹 소결 공정 또는 무소결 공정에 의해 제조될 수 있다.
상기 소결 공정을 통해서는 소결형 자성 시트를 제조할 수 있으며, 예를 들어 페라이트 등의 세라믹 분말과 바인더 성분을 혼합하여 분산시키고 테이프 캐스팅 등에 의해 캐스팅하여 그린 시트(green sheet)를 만든 뒤 이를 고온에서 소결하여 제조할 수 있다.
상기 무소결 공정을 통해서는 고분자형 자성 시트를 제조할 수 있으며, 예를 들어 페라이트 등의 세라믹 분말과 바인더 성분을 혼합하여 분산시키고 테이프 캐스팅, 증착(aero-deposit), 잉크젯 프린팅 등에 의해 코팅하여 그린 시트를 만든 뒤 이를 고온 건조하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 자성 시트 복합체에서 사용되는 자성 시트는 전자 기기에 부착되어 전자파의 발생 및/또는 침입을 억제할 수 있으며, 전자기기에 부착되어 통신거리 및 신뢰성을 확보할 수 있고, 박형화하더라도 투자율의 손실이 매우 적다.
다공성 단열층
본 발명에서 다공성 단열층은 다수의 미세 기공을 포함하는 단열층을 의미한다.
상기 단열층은 2 W/mk 이하, 예를 들어, 0.1 내지 2 W/mk, 0.1 내지 1.8 W/mk, 또는 0.1 내지 1.5 W/mk의 수직 열전도도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 다공성 단열층은 다공성 고분자 필름을 열처리함으로써 얻어진 다공성 흑연층일 수 있다. 구체적으로, 고분자 물질을 함유하는 수지 용액에 열처리(경화)하여 다수의 기공을 갖는 필름 또는 경화된 필름을 형성하고, 이를 다시 열처리(소성)함으로써 얻어진 다공성 흑연층일 수 있다.
본 발명에서 다공성 단열층은 흑연 구조를 포함함으로써 단열층 내부 공간이 형성되어 쿠션성을 제공할 수 있으며, 이로 인해 열 차단 성능이 향상되므로, 향상된 단열 효과를 나타낼 수 있다.
상기 다공성 단열층은 열 처리에 의해 안정한 흑연 구조로 변화 가능한 고분자 물질(이하, "제1 고분자 물질"로 지칭함)을 포함할 수 있다.
상기 제1 고분자 물질은, 폴리아믹산, 폴리아믹산 에스테르와 같은 이미드화 가능한 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드 등의 폴리이미드 계열 고분자; 폴리벤조사이클로부텐 계열 고분자; 폴리페닐렌, 폴리아릴렌 에테르 등의 폴리아릴렌 계열 고분자; 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 예컨대 폴리이미드 계열 고분자가 바람직하다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 제1 고분자 물질이 폴리이미드일 경우, 이의 전구체는 폴리아믹산일 수 있다. 상기 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산은 통상의 방법으로 산 이수물 성분과 디아민 성분을 유기 용매의 존재 하에서 중합 반응시켜 제조할 수 있다. 제조된 폴리아믹산은 필름 형태로 제조한 후 열처리함으로써 다공성 폴리이미드 필름으로 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다공성 단열층은 다공성 폴리이미드 필름일 수 있다.
상기 폴리아믹산 제조에 사용되는 산 이수물 성분은 폴리아믹산 제조에 통상적으로 사용될 수 있는 것이라면 제한 없이 사용 가능하며, 테트라카복실산 성분, 비페닐테트라카복실산 성분, 이의 이무수물, 염, 또는 에스테르 유도체 등일 수 있다. 보다 구체적으로, 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물, 2,3,3',4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물, 이들의 염 및 이의 에스테르화 유도체와 같은 비페닐테트라카복실산 성분; 피로메리트산, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판, 비스(3,4-디카르복시페닐)설폰, 비스(3,4-디카르복시페닐)에테르, 비스(3,4-디카르복시페닐) 티오에테르, 부탄테트라카르복실산 등 일 수 있다.
상기 폴리아믹산 제조에 사용되는 디아민 성분은 폴리아믹산 제조에 통상적으로 사용될 수 있는 것이라면 제한 없이 사용 가능하며, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐에테르, 3,3'-디에톡시-4,4'-디아미노디페닐에테르, p-페닐렌디아민(pPDA), 아미노페닐아미노벤족사졸(APAB) 등 일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 산 이무수물 성분과 디아민 성분은 통상적으로 1:0.9 내지 0.9:1 몰비로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리아믹산 제조에 사용되는 유기 용매는 폴리아믹산을 용해하는 용매라면 제한 없이 사용 가능하며, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), m-크레졸, 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 디에틸아세테이트 등 일 수 있다. 상기 폴리아믹산 용액의 유기 용매의 함량은 특별히 한정되지는 않으나, 폴리아믹산 용액의 적절한 분자량 및 적절한 점도를 얻기 위하여, 전체 폴리아믹산 용액 100 중량부에 대하여 75 내지 99 중량부의 유기 용매를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 80 내지 90 중량부의 유기 용매를 포함할 수 있다.
또한, 폴리아믹산을 이미드화하기 위해 이미드화 변환액을 사용할 수 있으며, 상기 이미드화 변환액은 화학적 경화를 일으키기 위해 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있다. 상기 이미드화 변환액은, 아세트산 이무수물과 같은 탈수제; 피리딘, 베타피콜린 및 이소퀴놀린과 같은 3급 아민류 이미드화 촉매; 및 N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드와 같은 극성 유기용제 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 사용할 수 있다.
상기 폴리아믹산 제조에는 이외에도 발포제, 무기입자(예컨대, 실리카 등) 등의 기공 형성 물질을 더 포함할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 다공성 단열층은 폴리이미드 고분자 용액을 경화하여 얻어진 다공성 폴리이미드 필름일 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 다공성 단열층은 상기 얻어진 다공성 폴리이미드 필름을 흑연화함으로써 얻어진 다공성 흑연 필름일 수 있다.
한편, 상기 다공성 단열층은 제1 고분자 물질 이외에도 상기 제1 고분자 물질과 혼합하여 사용할 수 있는 제2 고분자 물질을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 혼합물은 제1 고분자 물질과 제2 고분자 물질을 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합한 것일 수 있다.
따라서, 상기 다공성 단열층은 제1 고분자 물질과 제2 고분자 물질의 혼합 고분자 용액을 경화하여 얻어진 다공성 폴리이미드 필름일 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 다공성 단열층은 상기 얻어진 다공성 폴리이미드 필름을 흑연화함으로써 얻어진 다공성 흑연 필름일 수 있다.
상기 제2 고분자 물질로는 저중합체 폴리우레탄(polyurethane), 고중합체 폴리우레탄, 폴리스티렌(polystylene, PS), 폴리비닐알콜(polyvinylalchol, PVA), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리락트산(polylacticacid, PLA), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide, PEO), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate, PVA), 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA), 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐 피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 나일론(nylon), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVdF), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES) 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 사용할 수 있다.
상기 다공성 단열층은 1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 1 내지 50 ㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 좋다.
상기 다공성 단열층에 형성된 기공은 평균 직경 0.1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 1 내지 50 ㎛, 1 내지 10㎛, 1 내지 5 ㎛의 평균 직경을 가질 수 있다.
상기 기공은 고리, 삼각, 사각, 타원 등의 형태일 수 있으며, 반드시 규칙 배열하고 있을 필요는 없지만, 단열층 내에 균일하게 배열되어 있는 것이 복합 시트가 균등하게 단열시키는 효과를 나타낼 수 있어 바람직하다.
방열 시트층
본 발명에서 방열 시트층은 수평 열전도도 50 W/mk 이상의 방열 재료를 포함하는 시트일 수 있다.
상기 방열 재료로는 50 W/mk 이상, 바람직하게는 50 W/mk 내지 2,000 W/mk, 200 내지 1,800 W/mk, 또는 400 내지 1,500 W/mk의 수평 열전도도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 방열 시트층은 예를 들어 Cu, Ni, Ag, Al, Au, Sn, Zn, Mn, Mg, Cr, Tw 및 Ti 등의 금속; 그라파이트(Graphite) 등의 탄소 물질; 질화보론(BN), 질화알루미늄 등의 세라믹 물질; 실리콘 카바이드 등의 실리콘 물질 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 방열 재료를 필름화한 것일 수 있다. 바람직하게는 그라파이트, 알루미나, 질화알루미늄, 질화보론, 실리콘 카바이드 및 이의 조합을 이용할 수 있으며, 이들 성분은 수평 방향의 열전도율이 매우 높아 열원으로부터 열을 분산시키는 효과가 크다.
상기 방열 시트층은 방열 재료 이외에도 고분자 수지를 기재로 포함할 수 있다.
상기 방열 시트층은 5 내지 100 ㎛, 바람직하게는 10 내지 50 ㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 좋다. 방열 시트층의 두께가 상기 범위일 경우 고탄성 및 고내열 효과를 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 자성 시트 복합체가 자성 시트층, 방열 시트층 및 다공성 단열층의 순서로 적층된 형태인 경우에는, 상기 자성시트층 및 방열 시트층의 사이에 접착층을 개재할 수 있다.
상기 접착층은 방열 시트층의 일면과 자성 시트층의 일면을 부착시키는 역할을 하며, 구체적으로, 자성 시트층의 상면에 접착층 재료를 도포한 후, 방열 시트층을 적층한 후 열처리하는 과정을 거침으로써 형성시킬 수 있다.
상기 접착층은 1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 1 내지 20 ㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 좋다.
상기 접착층은 당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 양면 점착 테이프 또는 양면 점착 필름일 수 있다.
상기 접착층의 재료로는 접착력이 있으며 방열 기능이 있는 전도성 금속을 접착제와 혼합하여 제조된 금속 페이스트일 수 있으며, 이를 통해 열전도 기능을 부여하여 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 금속 페이스트는 총 중량을 기준으로 50 내지 90 중량%의 전도성 금속, 및 10 내지 50 중량%의 접착제를 포함할 수 있다. 본 발명의 접착층은 전도성 금속을 50 내지 90중량%로 포함함으로써 우수한 열전도 기능 및 접착성능을 동시에 나타낼 수 있다.
상기 전도성 금속은 구리, 은, 금, 알루미늄, 니켈 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 은, 니켈, 또는 이의 조합을 사용할 수 있다.
상기 접착제는 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 에폭시계 접착제, 또는 이들의 혼합 성분을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 상온 경화 가능하고 열전도 기능을 갖는 아크릴계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
이외에도 접착층은 부착력을 높이기 위한 바인더, 희석제, 분산제, 경화제 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
자성 시트 복합체의 제조방법
본 발명에 따른 자성 시트 복합체는 (1) 다공성 단열층 시트, 방열 시트, 및 자성 시트를 각각 준비하는 단계; (2) 상기 다공성 단열층 시트를 열처리하여 흑연화하는 단계; 및 (3) 상기 흑연화된 다공성 단열층 시트, 방열 시트 및 자성 시트를 원하는 순서로 배치하여 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
(1) 단계
단계 (1)에서는 다공성 단열층 시트, 방열 시트 및 자성 시트를 각각 준비할 수 있다.
상기 다공성 다연층 시트, 방열 시트 및 자성 시트는 통상적인 방법에 따라 각각 제조되거나, 시판되는 것을 사용할 수 있다.
상기 자성 시트는 비정질 합금 분말, 바인더(고분자 수지) 및 용매를 혼합한 후 압연 공정을 통해 제조할 수 있다. 상기 비정질 합금 분말, 바인더 및 용매의 혼합비는 비정질 합금 분말 40 ~ 70 중량%, 바인더 5 ~ 10 중량% 및 용매 15 ~ 40 중량% 또는 비정질 합금 분말 45 ~ 55 중량%, 바인더 8 ~ 10 중량% 및 용매 25 ~ 35 중량%로 혼합할 수 있다.
상기 다공성 단열층 시트는, 폴리아믹산(폴리이미드 전구체) 또는 폴리이미드 겔을 포함하는 시트일 수 있으며, 폴리아믹산 용액을 열처리를 통해 폴리이미드로 경화시킨 다공성 폴리이미드 고분자 시트일 수 있다.
구체적으로, 다공성 단열층 시트가 폴리아믹산 또는 폴리이미드 겔을 포함하는 시트인 경우, 다음과 같은 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 산 이수물 성분과 디아민 성분을 1:0.9 내지 0.9:1의 몰비로 혼합하여 유기 용매의 존재 하에서 공중합시켜 폴리아믹산 용액을 제조할 수 있다. 이때 폴리아믹산을 폴리이미드로 변환시키기 위해 이미드화 변환액(예컨대, 탈수제, 촉매 및 극성 유기용제), 발포제, 무기입자 등을 첨가할 수 있다. 이렇게 제조된 이미드화 혼합액은 지지체(예컨대, 스테인레스판, 유리판, 알루미늄박, 순환 스테인레스 벨트 또는 스테인레스 드럼 등)에 도포한 후 열처리(경화) 및 건조를 통해 이미드화하여 다공성 폴리이미드 고분자 시트로 제조할 수 있다.
상기 경화 과정을 거침으로써, 폴리이미드 고분자로 경화됨과 동시에, 고분자 시트 내부는 다수의 기공을 형성할 수 있다.
상기 경화를 위한 열처리는 200℃ 내지 1,200℃ 또는 300℃ 내지 500℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다. 상기 경화를 위한 열처리는 50 내지 760 torr의 압력 또는 100 내지 760 torr의 압력 조건에서 수행될 수 있다. 상기 경화를 위한 열처리 시간은 1 내지 60분 또는 1 내지 10분 동안 수행될 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 경화를 위한 열처리는 300 내지 1,200℃의 온도 및 50 내지 760 torr의 압력 조건에서 1 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 보다 구체적인 일례로서, 상기 경화를 위한 열처리는 300 내지 500℃의 온도 및 100 내지 760 torr의 압력 조건에서 1 내지 10분 동안 수행될 수 있다.
(2) 단계: 다공성 단열층 시트의 열처리
단계(2)에서는 다공성 단열층 시트를 열처리하여 흑연화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 흑연화를 위한 열처리는 다공성 단열층 시트 내의 고분자를 흑연화할 수 있는 온도라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 1,000 내지 3,000℃ 또는 2,000 내지 3,000℃에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 흑연화를 위한 열처리는 50 내지 760 torr의 압력, 또는 100 내지 760 torr의 압력 조건에서 수행될 수 있다. 상기 흑연화를 위한 열처리 시간은 1 내지 20시간, 또는 1 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 흑연화를 위한 열처리는 1,000 내지 3,000℃의 온도 및 50 내지 760 torr의 압력 조건에서 1 내지 20시간 동안 수행될 수 있다. 보다 구체적인 일례로서, 상기 흑연화를 위한 열처리는 2,000 내지 3,000℃의 온도 및 100 내지 760 torr의 압력 조건에서 1 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.
(3) 단계: 적층
단계 (3)에서는 상기 열처리된 다공성 단열층 시트, 방열 시트 및 자성 시트를 원하는 순서로 배치하여 적층할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 자성 시트, 다공성 단열층 시트 및 방열 시트의 순서로 적층할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 자성 시트, 방열 시트 및 다공성 단열층 시트의 순서로 적층할 수 있다. 이 경우, 자성 시트와 방열 시트의 사이에는 접착층을 더 형성될 수 있다.
상기 접착층은 금속 분말과 접착제를 포함하는 혼합물을 자성 시트의 상면에 도포함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 상기 적층 시트를 열압착하여 자성 시트 복합체를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 적층 시트의 열압착은 통상적으로 복합 시트를 제조할 때 사용하는 열 압착법 등을 통해 복합체의 형태로 제조할 수 있다.
자성 시트 복합체의 응용
본 발명에 따른 자성 시트 복합체는 휴대폰, 태블릿 PC, 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 디지털방송용 단말기, 개인 디지털 장비(personal digital assistants, PDA), 휴대용 멀티 플레이어(PMP), 네비게이션 등 휴대 가능한 모든 전자기기에 적용할 수 있으며, 특히 발열 문제가 대두되고 있는 휴대 단말기기에 본 발명의 자성 시트 복합체가 매우 유용하게 적용될 수 있다.
이에, 본 발명은 자성 시트 복합체를 포함하는 휴대 단말기기를 제공할 수 있다.
상기 휴대 단말기기는 상기 자성 시트 복합체의 일 표면에 접착된 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 안테나는 무선 충전용 안테나 또는 근거리 통신용 안테나일 수 있다.
따라서, 본 발명은 자성 시트 복합체; 및 상기 자성 시트 복합체의 일 표면에 접착된 안테나를 포함하는 휴대 단말기기를 제공할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 자성 시트 복합체의 제조
Fe-Si-B 분말 55 중량%, 바인더(PTFE; polytetrafluoroethylene) 10 중량%, 에탄올 15 중량% 및 톨루엔 20 중량%를 3시간 동안 볼밀 공정을 통해 혼합하고, 압연 공정을 통해 두께 80 ㎛의 자성 시트를 제조하였다.
또한, 다공성 단열층 시트로 다공성 폴리이미드 필름을 제조하였다. 상기 다공성 폴리이미드 필름은 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물 성분과 디아미노페닐에테르 성분을 1:0.9의 몰 비로 혼합한 후 디메틸포름아미드(DMF) 존재 하에서 중합 반응시켜 폴리아믹산 용액을 제조하였다. 제조된 폴리아믹산 용액을 이미드화 변환액으로서 경화용 촉매(베타피콜린) 및 아세트산 이무수물(탈수제)와 혼합한 후, 평균 기공지름이 1㎛인 세라믹 지지체에 침전 코팅하였는데, 이때 침전 비용매는 물을 사용하여 실온에서 2 분 동안 침전하여 코팅하였다. 이후 350℃ 오븐에서 5분 동안 이미드화, 경화 및 건조시켜 다공성 폴리이미드 필름(두께 40 ㎛)을 제조하였다.
이후 상기 다공성 폴리이미드 필름을 2,700 ℃에서 700 torr 압력으로 5 시간 동안 열처리(소성)하여 다공성 폴리이미드 필름을 흑연화하였다(흑연화된 다공성 단열층 시트).
또한, 방열 시트로 그라파이트 방열 시트(KOLON PI社 그라파이트 시트, 두께 50 ㎛)를 사용하였다.
이후, 상기 자성 시트, 흑연화된 다공성 단열층 시트 및 그라파이트 방열 시트를 차례로 적층한 후 열 압착하여 자성 시트 복합체를 제조하였다.
실시예 2: 자성 시트 복합체의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방식으로 그라파이트 방열 시트, 자성 시트 및 흑연화된 다공성 단열층 시트를 각각 제조하였다. 이후, 은과 니켈(1:1 중량비)의 혼합물 70 중량%와 아크릴계 접착제(제조사: (주) 세메다인, 제품명: Y-358) 30 중량%를 혼합한 후 이를 상기 자성 시트의 일면에 두께 20 ㎛로 도포하고, 여기에 그라파이트 방열 시트를 적층시켰다. 이후 상기 그라파이트 방열 시트의 타면에 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 제조한 흑연화된 다공성 단열층 시트를 적층하여 자성 시트 복합체를 제조하였다.
실시예 3: 자성 시트 복합체의 제조
상기 실시예 1에서 다공성 폴리이미드 필름의 제조 시, 폴리아믹산 용액에 제2 고분자 물질로서 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 5:5의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여 자성 시트 복합체를 제조하였다.
실시예 4: 자성 시트 복합체의 제조
Ni-Zn-Cu 페라이트 분말 65 중량%, 바인더(PTFE) 5 중량%, 에탄올 10 중량%, 톨루엔 20 중량%를 3시간 동안 볼밀 공정을 통해 혼합하고, 혼합된 슬러리를 두께 100 ㎛의 시트로 캐스팅한 뒤 여기에 20 ㎛의 간격의 격자를 형성하고, 이를 대기 중에서 1,000℃의 온도에서 소성하여 페라이트 자성 시트를 제조하였다.
이어, 실시예 1에 따른 자성 시트 대신 상기 페라이트 자성 시트를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여 자성 시트 복합체를 제조하였다.
실시예 5: 자성 시트 복합체의 제조
실시예 4에 따른 페라이트 자성 시트를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방식으로 수행하여 자성 시트 복합체를 제조하였다.
비교예 1
단열층 시트 대신 비다공성 폴리이미드 필름(KOLON PI社 제품)을 이용하고, 방열 시트층을 포함하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여 자성 시트 복합체를 제조하였다.
실험예 : 물성 측정
수평 및 수직 열전도도 측정
열전도도는 측정 시편을 직경 25.4mm(수평), 12.7mm(수직)로 절단하여 IR 센서로 비접촉식으로 상승 온도 측정이 가능한 Netsch사의 LFA 457 Microflash 장비를 이용하여 inert 상태에서 25, 75 및 100℃의 열전도도를 구한 후 25℃의 열전도도를 대표값으로 취하였다.
방열성 측정
LG전자의 42인치 TV(모델명: 42LE5300)에 장착되는 Al 압출바(부품명: 3660L-0352A)를 이용하여, 측정 시편을 500㎜×300㎜(가로×세로)로 절단하여 LED가 장착되어 있는 압출바에 Screw를 이용하여 장착하였다. 이후 55 mA로 LED 전원을 인가 후 상온에서 2시간 방치하여 온도 평형이 이루어지게 한 다음, Thermocouple을 접촉시켜 LED 하단부 3곳의 Metal PCB부의 온도를 측정하였다(Data logger: Yokogawa MV200 Mobile coder). 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
수평열전도도
(W/mk)		 1500 1600 1300 1000 1100 48
수직열전도도
(W/mk)		 1.54 1.82 1.66 0.75 1.24 3
온도개선효과
(방열성)		 9.0℃
개선		 7.5℃
개선		 8.0℃
개선		 8.8℃
개선		 9.3℃
개선		 3.2℃
개선
100 : 자성 시트층
200 : 다공성 단열층
300 : 방열 시트층
400 : 접착층

Claims (11)

  1. 자성 시트층;
    수직 열전도도가 2 W/mk 이하인 다공성 단열층; 및
    수평 열전도도가 50 W/mk 이상인 방열 시트층을 포함하고,
    상기 다공성 단열층이 다공성 고분자 필름을 2,000 내지 3,000 ℃의 온도 및 100 내지 760 torr의 압력 조건에서 1 내지 10 시간 동안 열처리하여 형성된 다공성 흑연층이며,
    상기 다공성 고분자 필름이 폴리아믹산, 폴리아믹산 에스테르, 폴리이미드, 폴리벤조사이클로부텐, 폴리페닐렌, 폴리아릴렌 에테르 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제1 고분자 물질을 포함하는, 열전도 이방성 자성 시트 복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성 시트층은 차폐용, 무선 충전용, 디지타이저용 또는 근거리 통신(NFC)용 자성 시트인 자성 시트 복합체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성 시트 복합체가,
    자성 시트층, 다공성 단열층 및 방열 시트층의 순서로 적층된 형태; 또는
    자성 시트층, 방열 시트층 및 다공성 단열층의 순서로 적층된 형태인 자성 시트 복합체.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 단열층이 상기 제1 고분자 물질과 제2 고분자 물질의 혼합물을 포함하는 자성 시트 복합체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 혼합물이 제1 고분자 물질과 제2 고분자 물질을 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합한 것인 자성 시트 복합체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 고분자 물질이 저중합체 폴리우레탄(polyurethane), 고중합체 폴리우레탄, 폴리스티렌(polystylene, PS), 폴리비닐알콜(polyvinylalchol, PVA), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리락트산(polylacticacid, PLA), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide, PEO), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate, PVA), 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA), 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 나일론(nylon), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVdF), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES) 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 고분자인 자성 시트 복합체.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 자성 시트 복합체가 자성 시트층, 방열 시트층 및 다공성 단열층의 순서로 적층된 형태이고,
    상기 자성 시트층 및 방열 시트층의 사이에 접착층을 더 포함하며,
    상기 접착층은 구리, 은, 금, 알루미늄, 니켈 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 금속과 접착제를 혼합하여 제조된 금속 페이스트를 포함하는 자성 시트 복합체.
  10. 제1항, 제2항, 제4항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 자성 시트 복합체; 및
    상기 자성 시트 복합체의 일 표면에 접착된 안테나를 포함하는, 휴대 단말기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 안테나가 무선 충전용 안테나 또는 근거리 통신용 안테나인, 휴대 단말기기.
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