KR101749459B1 - 알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물. - Google Patents

알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물. Download PDF

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Abstract

본 발명은 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물 및 이를 이용한 방열 구조물에 관한 것이다. 본 발명은 절연성이 낮은 고분자수지에 열전도성이 우수한 첨가제인 흑연, 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말을 첨가하여 복합화함으로써 열전도성이 개선된 열전도성 복합재료를 제조할 수가 있다. 또한, 상기 고분자 수지를 이용한 접착제를 제조하여 발열소자모듈과 금속의 계면에 존재하는 air gap을 줄여 효과적인 방열 뿐만 아니라, 오랜 기간이 흘러도 수축률이 적고, 응력하에서도 형상을 유지하여 방열구조물의 계면접합에 유용하게 활용할 수 있다.

Description

알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물.{Aluminum powder and graphite composite including a thermally conductive resin composition and dissipative products}
본 발명은 평균입도가 다른 알루미늄 혼합분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물 및 이를 이용한 방열 구조물에 관한 것이다.
최근 LED 조명을 포함한 전자기기의 고성능화, 소형화 및 고기능화로 인해 전자부품 회로에서의 발열량이 증가되고 이로 인해 기기의 내부온도가 상승하여 반도체 소자의 오작동, 저항체 부품의 특성변화 및 부품의 수명이 저하되는 문제점들이 발생하고 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 방열대책으로 다양한 기술이 개발되고 있다.
*종래 개발된 방열대책으로는 히트싱크(Heat sink)나 방열판을 설치하는 방법이 있으며, 열원과 히트싱크 사이에 방열그리스(Thermal grease), 방열 패드, 방열 테이프 등과 같은 열 전달물질을 삽입하는 방법이 있다.
그런데 상기와 같은 종래의 방열방법은 열원에서 발생하는 열을 단순히 히트싱크로 전달하는 기능만 할 뿐, 히트싱크에 축적된 열을 공기 중으로 방출하는 기능은 수행하지 못한다. 더구나 전자제품의 열원이나 히트 싱크, 방열판 등을 보호하기 위하여 그 표면에 액상도료를 코팅하게 되는데, 이러한 경우 코팅된 피막이 피도체의 열방출을 차단하여 오히려 전자제품의 성능이나 수명에 악영향을 미치는 결과를 초래한다.
한편, 일반적인 에폭시 수지의 열전도율은 금속과 세라믹에 비하여 매우 낮다(0.15~0.3 W/mK). 이 때문에 고분자 메트릭스 내에 기체를 복합하여(발포체화하여) 단열재로서 각종 분야에 이용되어 왔다. 하지만 전기전자소자분야를 중심으로 전기절연성, 내흡성, 가공성, 내부식성 등은 물론 열전도특성이 우수한 소재에 주목하면서 고분자복합소재의 고열전도특성에 많은 관심이 모아지고 있으며 개발이 활발히 진행되고 있다.
에폭시 수지를 이용한 기술은 전자부품 분야에 많이 이용되어지고 있다. 금속과 세라믹이 접하는 면과 전자부품이 붙혀지는 부위의 접촉 열저항을 낮게 하기 위하여 열전도성 그리스와 열전도성 접착제, 열전도 시트 등과 같은 복합고분자재료의 개발이 이루어졌다. 열전도성 그리스는 열교환기 등과 같은 금속부품의 열전도를 돕고, 열전도성 접착제는 냉각핀과 본체인 금속의 접착에 주로 사용되며, 열전도 시트는 파워 트랜지스터와 기판과의 사이에 끼워져 방열을 촉진하는 분야에 이용되고 있다. 최근에는 노트북과 휴대전화 등의 전자제품들이 더욱 고집적화되고 있고 고출력 사양을 갖추어 가는 추세이며, 이와 함께 기판은 점점 소형화되고 있어, 기기의 동작 중 다량의 열이 발생하게 되는데, 이렇게 발생되는 열은 제품의 성능에 큰 영향을 미치고 있다. 따라서 점점 더 기기의 성능 안정성과 신뢰도 향상을 위해 첨단전자기기의 방열문제는 제품개발에 있어 중요한 이슈가 되고 있다.
또한, 다양한 산업에서 매트릭스 수지로 사용되는 열경화성 수지 중 하나인 에폭시 수지는 그 우수한 물성으로 인해 다양한 범위에서 사용되고 있는데, 종래의 비스페놀 타입의 에폭시 수지인 비스페놀-A 계 에폭시 수지(diglycidyl ether of bisphenol-A, DGEBA) 및 비스페놀-F계 에폭시 수지(diglycidyl ether of bisphenol-F, DGEBF)는 상업적으로 제조되어 폭넓은 분야에 널리 사용되고 있다.
그러나, 이러한 수지들은 고유의 높은 취성 특성과 내후성 저하 등의 문제들로 인해 고성능 재료로의 이용에 제한을 받게 되어 구조재료로의 사용이 어려워 이러한 단점을 개선한 새로운 물성을 가진 에폭시 수지의 개발이 절실히 필요한 실정이다.
한국공개특허 10-2013-0122478
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 고분자 수지의 낮은 열전도성을 개선할 수 있고, 금속이나 세라믹 소재와의 접착성이 우수한 새로운 열전도성 복합재료를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 방열 구조물에 적용 가능한 열전도성 복합수지 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 열전도성 복합수지 조성물 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 열전도성 복합수지 조성물을 유효성분으로 하는 방열 접착제 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 방열 접착제 조성물을 포함하는 방열 구조물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명은, 에폭시 수지인 고분자 수지; 경화제; 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말; 및 흑연분말을 유효성분으로 포함하는 열전도성 복합수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노블락형 에폭시 수지, 알킬페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 트리글리시딜 이소시아네이트 에폭시 수지 및 비환식 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 경화제는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌테트라아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌아민, 디메틸아미노에탄올 및 트리(디메틸아미노메틸)페놀로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 고분자 수지 및 경화제는 고분자 수지 대 경화제가 8:1의 중량비로 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말; 흑연분말의 혼합비는 상기 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말인 경우, 상기 고분자 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 알루미늄 분말 : 흑연 분말의 혼합비는 60 : 20-30 중량부인 것이 바람직하고, 상기 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말인 경우, 상기 고분자 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 평균입도 1-3㎛ 알루미늄 분말 : 평균입도 5-7㎛ 알루미늄 분말 : 흑연 분말의 혼합비는 25 : 25 : 40 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 에폭시 수지인 고분자 수지에 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말; 및 흑연분말을 첨가하여 분산시키는 단계; 및 분산된 용액에 경화제 및 용매를 첨가하여 교반시킨 후, 경화시키는 단계를 포함하는, 열전도성 복합수지 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀형 수지는 비스페놀 A 에피클로히드린이고, 상기 경화제는 트리에틸렌테트라아민이며, 상기 용매는 메틸에틸케톤(MEK) 및 톨루엔(Toluene)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 경화제는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌테트라아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌아민, 디메틸아미노에탄올 및 트리(디메틸아미노메틸)페놀로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 에폭시 수지인 고분자 수지; 경화제; 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말; 및 흑연분말을 유효성분으로 포함하는 방열 접착제 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방열 접착제 조성물이 도포되어 형성된 접착층을 포함하는 방열 구조물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 방열구조물은 방열판, 방열 필름, 방열접착제, 방열그리스 및 방열테이프로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 절연성이 낮은 고분자수지에 열전도성이 우수한 첨가제인 흑연, 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말을 첨가하여 복합화함으로써 열전도성이 개선된 열전도성 복합재료를 제조할 수가 있다.
또한, 상기 고분자 수지를 이용한 접착제를 제조하여 발열소자모듈과 금속의 계면에 존재하는 air gap을 줄여 효과적인 방열뿐만 아니라, 오랜 기간이 흘러도 수축률이 적고, 응력하에서도 형상을 유지하여 방열구조물의 계면접합에 유용하게 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제조예 8의 FE-SEM images 이다(x1000).
도 2는 본 발명의 에폭시 수지, 경화제에 대한 흑연과 pAl6의 혼합 조성에 따른 FE-SEM images 이다(x1000)(pGr/pAl6 함량 = (a) 10/80, (b) 20/70, (c) 30/60, (d) 40/50).
도 3은 본 발명의 에폭시 수지, 경화제에 대한 흑연, pAl2 및 pAl6의 혼합조성에 따른 따른 FE-SEM images 이다(x1000)(pGr/pAl(2+6) 함량 = (a) 10/40/40, (b) 20/35/35, (c) 30/30/30, (d) 40/25/25).
본 발명은 에폭시 수지인 고분자 수지에 흑연, 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말을 첨가하여 열전도성이 개선된 열전도성 복합수지 조성물을 제조하는 기술과 이를 방열소재로 응용하는 방법에 관한 것이다.
에폭시 수지는 금속 접착성이 좋아 방열접착제로 개발이 유용하다. 기존의 접착제는 알루미늄과 같은 일반적인 금속에 대한 높은 초기 접착력에도 불구하고 습기와 뜨거운 환경에 노출하면 접착력이 다소 약해진다. 이에 비해 에폭시 접착제는 친환경적이면서도 고온에서도 일정하게 높은 접착력을 유지한다. 일반적인 금속은 습기나 공기에 의해 부식이 진행되는데, 이 또한 방열 특성에 상당한 영향을 미치게 된다.
하지만 에폭시 수지를 이용한 접착제는 발열소자모듈과 금속의 계면에 존재하는 air gap을 줄여 효과적인 열의 전달(방열)뿐만 아니라, 습기에 의한 부식 또한 방지 할 수 있다. 에폭시 수지는 상온에서 접착만으로도 고강도로 접착이 가능하며, 금속과 계면의 접착이 이루어지고 난 후 오랜 기간이 흘러도 수축률이 적고, 응력하에서도 형상을 유지한다.
본 발명은 에폭시 수지인 고분자 수지; 경화제; 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말 및 흑연분말을 유효성분으로 포함하는 열전도성 복합수지 조성물이다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 에폭시 수지는 하나의 분자에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 수지 중 하나의 분자당 평균 2개를 넘는 에폭시기를 가지는 에폭시 수지이다. 에폭시 수지는 전기 절연성, 내열성 그리고 화학적 안정성이 우수한 열경화수지이다.
바람직하게는, 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 알킬페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 트리글리시딜 이소시아네이트 및 비환식 에폭시 수지 등으로부터 선택되는 하나 이상의 에폭시 화합물이 사용될 수 있으며, 가장 바람직하게는 비스페놀-A형 수지를 사용할 수 있다.
상기 비스페놀 A타입 에폭시 수지, 및 비스페놀 F 타입 에폭시 수지 등 상기 에폭시 수지들은 메틸에틸케톤(MEK), 디메틸 포름 아마이드(DMF), 메틸셀로솔브(MCS), 카비톨아세테이트, 카비톨, PGMEA, PGME, 톨루엔, 자일렌, NMP, 2-메톡시 에탄올 등에서 선택된 하나 이상을 용매로써 혼합하여 용해하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 이용가능한 고분자 수지 경화제는 특별히 한정되지 아니하며, 에폭시 조성물에서 통상적으로 사용되는 경화제라면 어떠한 것도 무관하다. 바람직하게는, 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 제조에 사용할 수 있는 에폭시 수지 경화제는 아민계, 이미다졸계, 산무수물계 또는 이의 혼합물일 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 아민계 경화제는 선형아민, 지방족 아민, 변형된 지방족 아민, 방향족 아민, 제2급 아민 및 제3급 아민 등을 포함하는데, 예를 들어, 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌 테트라민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등이 해당한다.
또한, 이미다졸계 경화제로는 이미다졸, 이소이미다졸, 2-메틸 이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 부틸이미다졸, 2-헵타데센일-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-운데센일이미다졸, 1-비닐-2-메틸이미다졸,2-n-헵타데실이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-프로필-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸, 1-시아노에틸 -2-페닐이미다졸, 1-구아나미노에틸-2-메틸이미다졸, 이미다졸과 메틸이미다졸의 부가생성물, 이미다졸과 트리멜리트산의 부가생성물, 2-n-헵타데실-4-메틸이미다졸, 페닐이미다졸, 벤질이미다졸, 2-메틸-4,5-디페닐이미다졸, 2,3,5-트리페닐이미다졸, 2-스티릴이미다졸, 1-(도데실 벤질)-2-메틸이미다졸, 2-(2-히드록실-4-t-부틸페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-(2-메톡시페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-(3-히드록시페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-(p-디메틸-아미노페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-(2-히드록시페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 디(4,5-디페닐-2-이미다졸)-벤젠-1,4, 2-나프틸-4,5-디페닐이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸 및 2-p-메톡시스티릴이미다졸 등을 포함한다.
또한, 산무수물계 경화제로는 프탈릭 무수물, 말레익 무수물, 트리멜리틱 무수물, 파이로멜리틱 무수물, 헥사하이드로프탈릭 무수물, 테트라하이드로프탈릭 무수물, 메틸나딕 무수물, 나딕 무수물, 또는 메틸헥사하이드로프탈릭 무수물 등을 포함하며, 상기 산무수물계 경화제는 단독으로 사용되기 보다는 상기 경화제들을 촉매로서 혼합하여 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서 고분자 수지 및 경화제는 고분자 수지 대 경화제가 8:1의 중량비로 함유되어 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말을 고분자 수지 대비 100%이상이 되면 복합 조성물의 기계적 특성이 현저히 저하되어 구조적 안정이 취약해진다. 또한 비중의 증가로 인하여 완제품의 중량감소에 효과적이지 못한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 흑연분말은 천연흑연 및 인조흑연을 단독, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말; 흑연분말의 혼합비는 상기 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말인 경우, 상기 고분자 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 알루미늄 분말 : 흑연 분말의 혼합비는 60 : 20-30 중량부인 것이 바람직하고, 상기 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말인 경우, 상기 고분자 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 평균입도 1-3㎛ 알루미늄 분말 : 평균입도 5-7㎛ 알루미늄 분말 : 흑연 분말의 혼합비는 25 : 25 : 40 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 열전도성 복합 수지의 제조방법은 고분자 수지에 흑연분말 및 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말을 첨가하여 분산시키는 단계; 및 분산된 용액에 경화제 및 용매를 첨가하여 교반시킨 후, 경화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 고분자 수지는 비스페놀 A 에피클로히드린이고, 상기 경화제는 트리에틸렌테트라아민이며, 상기 용매는 메틸에틸케톤(MEK) 및 톨루엔(Toluene)을 사용하나 이에 제한되지는 않는다.
또한, 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 용매는 메틸에틸케톤(MEK), 톨루엔(Toluene),디메틸 포름 아마이드(DMF), 메틸셀로솔브(MCS), 카비톨아세테이트, 카비톨, PGMEA, PGME, 톨루엔, 자일렌, NMP, 및 2-메톡시 에탄올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며, 바람직하게는 MEK/톨루엔을 1/1내지 3/1의 v/v로 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 용매는 MEK/톨루엔을 1/1내지 3/1의 v/v로 첨가할 수 있다.
또한, 고분자 수지; 경화제; 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말 및 흑연분말을 유효성분으로 하여 방열 접착제 조성물로써 사용할 수 있는데, 상기 방열 접착제 조성물을 방열판의 계면 접합에 사용시 조성물의 높은 방사율 효과로 인해 방열판 표면으로 전달된 열이 대기 중으로 용이하게 방출될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 방열 접착제 조성물을 방열판에 도포할 경우 10 내지 100㎛의 두께로 도포할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 본 발명의 열전도성 복합수지 조성물 또는 방열 접착제 조성물을 방열구조물로 사용할 수 있는데 상기 방열구조물은 방열판, 방열 필름, 방열접착제, 방열그리스 및 방열테이프로 사용할 수가 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
에폭시수지 복합재료 조성물 제조
<1-1> 비스페놀 A 에피클로히드린 ( Bisphenol A epichlrohydrin ) 및 pAl2을 함유한 에폭시 수지조성물 제조
pAl2 파우더 10-60wt%를 Bisphenol A epichlrohydrin (MW ≥700 Struers Epofix) 8g에 24h 초음파 처리하여 고루 분산 시킨 후 mechanical stirrer를 이용하여 50℃ oil bath 내에서 24시간 교반 시켰다.
교반 시킨 반응물에 트리에틸테트라아민(Triethyltetramine; hardner Struers Epofix) 1g 첨가하여 기포가 생기지 않게 천천히 저어주었다. 이후 70℃ oven 내에서 2시간 동안 경화 시켜 pAl2가 혼합된 에폭시 복합수지 조성물을 제조하였다.
또한, 이때 상기 에폭시 복합수지 조성물의 제조는 에폭시 수지에 첨가되는 SiC 필러의 분산을 돕기 위해 필요에 따라 용매 (MEK(methyl ethyl ketone)/Toluene = 1/1 ~ 3/1 v/v)를 소량 첨가하였다.
이상에서 기술한 비스페놀 A 에피클로히드린(Bisphenol A epichlrohydrin) 및 pAl2가 혼합된 에폭시 복합수지 조성물 제조를 위해 사용한 pAl2의 각 함량은 하기 표 1에 기재하였다.
비스페놀 A 에피클로히드린 및 pAl2이 혼합된 에폭시 복합수지 조성물의 제조를 위한 각 성분 및 함량<(에폭시 + 경화제) = (8+1) g에 대한 pAl2 합금분말의 혼합조성>
pAl2*
(wt.%)		 밀도(g/cm3) 열전도도(W/m·K)
25oC 50oC
제조예 1 10 1.230 0.307 0.290
제조예 2 20 1.312 0.405 0.381
제조예 3 30 1.401 0.487 0.464
제조예 4 40 1.487 0.627 0.558
제조예 5 50 1.617 0.755 0.734
제조예 6 60 1.721 0.903 0.827
* pAl2 : 평균입도 2㎛인 알루미늄 분말
<1-2> 비스페놀 A 에피클로히드린 ( Bisphenol A epichlrohydrin ) 및 pAl2 /6을 함유한 에폭시 수지조성물 제조
비스페놀 A 에피클로히드린(Bisphenol A epichlrohydrin)과 평균입도 2㎛를 갖는 알루미늄 분말, 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말을 함유한 에폭시 복합수지 조성물의 제조는 상기 실시예 1-1의 pAl2 대신 평균입도 2㎛를 갖는 알루미늄 분말(pAl2), 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말(pAl6)을 사용한 것을 제외하고 동일한 방법으로 수행하였고, 사용한 평균입도 2㎛를 갖는 알루미늄 분말, 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말은 하기 표 2에 기재된 바와 같이 사용하였다.
또한, 이때 상기 에폭시 복합수지 조성물의 제조는 에폭시 수지에 첨가되는 SiC 필러의 분산을 돕기 위해 필요에 따라 용매 (MEK(methyl ethyl ketone)/Toluene = 1/1 ~ 3/1 v/v)를 소량 첨가하였다.
비스페놀 A 에피클로히드린 및 pAl2/6이 혼합된 에폭시 복합수지 조성물의 제조를 위한 각 성분 및 함량 <(에폭시 + 경화제) = (8+1) g에 대한 pAl2 및 pAl6 합금분말의 혼합조성>
pAl2/6**
(wt.%)		 밀도(g/cm3) 열전도도(W/m·K)
25oC 50oC
제조예 7 25/25 1.712 1.455 1.317
제조예 8 30/30 1.821 1.955 2.111
** pAl2/6: 평균입도 2㎛ 및 평균입도 6㎛가 혼합된 알루미늄 분말로서, 각각 1:1 중량비로 혼합하여 사용함
상기 제조한 제조예 8의 표면은 FE-SEM 촬영을 통해 관찰하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
또한, 분석 결과, 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말을 혼합하여 사용할 경우, 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말을 같은 양 사용하는 경우보다 열전도율이 크게 상승하는 것을 알 수 있다.
<1-3> 비스페놀 A 에피클로히드린 ( Bisphenol A epichlrohydrin ), pGr 및 pAl6을 함유한 에폭시 수지조성물 제조
비스페놀 A 에피클로히드린(Bisphenol A epichlrohydrin)과 흑연, 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말(pAl 6)을 함유한 에폭시 복합수지 조성물의 제조는 상기 실시예 1-1의 pAl2 대신 흑연, 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말을 사용한 것을 제외하고 동일한 방법으로 수행하였고, 사용한 흑연, 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말은 하기 표 3에 기재된 바와 같이 사용하였다.
또한, 이때 상기 에폭시 복합수지 조성물의 제조는 에폭시 수지에 첨가되는 SiC 필러의 분산을 돕기 위해 필요에 따라 용매 (MEK(methyl ethyl ketone)/Toluene = 1/1 ~ 3/1 v/v)를 소량 첨가하였다.
비스페놀 A 에피클로히드린, pGr 및 pAl6가 혼합된 에폭시 복합수지 조성물의 제조를 위한 각 성분 및 함량 <(에폭시 + 경화제) = (8+1) g에 대한 pGr 및 pAl6 합금분말의 혼합조성>
pGr/pAl6
(wt.%)		 밀도(g/cm3) 열전도도(W/m·K)
25oC 50oC
제조예 9 30/50 1.409 1.078 1.054
제조예 10 40/50 1.546 1.120 1.204
제조예 11 20/60 1.587 2.143 2.108
제조예 12 30/60 1.605 2.058 2.042
제조예 13 10/70 1.618 1.781 1.748
제조예 14 20/70 1.718 1.755 1.745
제조예 15 10/80 2.032 2.617 2.597
상기 제조한 에폭시 복합 수지 조성물의 표면은 FE-SEM 촬영을 통해 관찰하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
*그 결과, 에폭시 복합조성물 중, pGr+pAl의 혼합함량이 모두 90 wt%로서 각각의 세부조성비는 (a) 10+80, (b) 20+70, (c) 30+60, (d) 40+50 로 구성되어 있다. 구형의 알루미늄 입자가 대부분이지만, 흑연의 함량이 증가함에 따라 불규칙적인 형상의 입자들이 증가함을 볼 수 있다. 알루미늄 분말의 함량이 증가하면 대체적으로 열전도도가 증가하지만 복합조성물 내에서 분산안정성 유지에 다소 불리하여 특성의 불균일도가 높아질 가능성이 커진다. 대체적으로 흑연의 함량이 20-30wt% 정도 포함될 때 분산안정성이 높아지고 특성의 균일도도 함께 향상되므로, 열전도도와 복합조성물의 분산안정성에 대한 최적화가 요구된다.
<1-4> 비스페놀 A 에피클로히드린 ( Bisphenol A epichlrohydrin ) 및 pGr , pAl2 및 pAl6을 함유한 에폭시 수지조성물 제조
비스페놀 A 에피클로히드린(Bisphenol A epichlrohydrin)과 흑연, 평균입도 2㎛를 갖는 알루미늄 분말, 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말을 함유한 에폭시 복합수지 조성물의 제조는 상기 실시예 1-1의 pAl2 대신 흑연, 평균입도 2㎛를 갖는 알루미늄 분말 및 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말을 사용한 것을 제외하고 동일한 방법으로 수행하였고, 사용한 흑연, 평균입도 2㎛를 갖는 알루미늄 분말, 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말은 하기 표 4에 기재된 바와 같이 사용하였다.
또한, 이때 상기 에폭시 복합수지 조성물의 제조는 에폭시 수지에 첨가되는 SiC 필러의 분산을 돕기 위해 필요에 따라 용매 (MEK(methyl ethyl ketone)/Toluene = 1/1 ~ 3/1 v/v)를 소량 첨가하였다.
비스페놀 A 에피클로히드린, pGr, pAl2 및 pAl6가 혼합된 에폭시 복합수지 조성물의 제조를 위한 각 성분 및 함량 <(에폭시 + 경화제) = (8+1) g에 대한 pGr, pAl2 및 pAl6 합금분말의 혼합조성>
pGr/pAl2/6
(wt.%)		 밀도(g/cm3) 열전도도(W/m·K)
25oC 50oC
제조예 16 30/25/25 1.564 1.888 1.855
제조예 17 40/25/25 1.587 2.967 3.000
제조예 18 20/30/30 1.626 1.999 2.026
제조예 19 30/30/30 1.634 1.661 1.602
제조예 20 10/35/35 1.655 1.894 1.874
제조예 21 20/35/35 1.758 2.046 1.899
제조예 22 10/40/40 1.851 2.292 2.242
상기 제조한 에폭시 복합 수지 조성물의 표면은 FE-SEM 촬영을 통해 관찰하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
그 결과, 에폭시 복합조성물 중, pGr+pAl(2+6)의 혼합함량이 모두 90 wt%로서 각각의 세부조성비는 (a) 10+40+40, (b) 20+35+35, (c) 30+30+30, (d) 40+25+25 로 구성되어 있다. 도 3에서와 같이 구형의 알루미늄 입자가 대부분이지만, 흑연의 함량이 증가함에 따라 불규칙적인 형상의 입자들이 증가함을 볼 수 있다. 또한 도 3에서는 대체적으로 평균입도 2㎛의 알루미늄 분말이 보인다. 특별히 크기가 작은 평균입도 2㎛의 알루미늄 분말들이 혼합된 경우, 복합조성물 내에서 분산을 균일하게 유지하기가 매우 어려워 흑연의 함량이 적을 때 상대적으로 열전도도가 낮은 경향을 확인할 수 있다. 흑연의 함량이 40wt%에서 도 3에서 보는 바와 같이 고른 분산특성을 확인할 수 있으며 열전도도는 최고의 값으로 확인되었다.
또한, 분석 결과 상기 실시예 1-3의 결과와 비교하여 Al 분말을 크기가 다른 두 종류(2㎛와 6㎛)를 혼합하여 사용한 경우 상기 실시예 1-3보다 우수한 열전도 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
<1-5> 아크릴복합수지 제조
아크릴수지로 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA)와 흑연, 알루미늄분말을 함유한 아크릴 복합수지 및 아크릴수지와 흑연, 평균입도 2㎛를 갖는 알루미늄 분말(pAl2) 및 평균입도 6㎛을 갖는 알루미늄분말(pAl6)을 함유한 아크릴 복합수지 조성물을 상기 실시예 1-3의 방법으로 제조하였고, 혼합물의 조성은 표 5에 기재된 바와 같이 사용하였다.
아크릴 복합수지의 조성
pGr/pAl
(wt.%)		 열전도도 (W/mK)
No press After press
25oC 50oC 25oC 50oC
제조예 23 20/60 2.202 2.193 2.711 2.701
제조예 24 30/60 2.098 2.095 2.563 2.559
제조예 25 (40/25/25)* 3.121 3.187 3.409 3.401
제조예 26 (20/30/30)** 2.205 2.217 2.801 2.789
* (40/25/25)은 pGr 40wt.%, pAl2 및 pAl6가 각각 25wt.% 포함된 조성임
** (20/30/30)은 pGr 20wt.%, pAl2 및 pAl6가 각각 30wt.% 포함된 조성임
아크릴 복합수지 시료는 압축은 유압프레스로 실시하며, 시료의 두께는 평균적으로 1/3 수준으로 감소시킨 후 측정하였다. 동일한 조성(제조예 11, 제조예 12, 제조예 17 및 제조예 18의 에폭시 수지와 비교하였을 때 압축에 의해 시료의 두께를 얇게 가공하였을 때, 열전도도는 상당히 상승하는 것을 알수 있으며, 에폭시 수지와 마찬가지로 아크릴 수지 역시 방열점착제 및 시트등으로 적용이 가능한 것을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특히 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 에폭시 수지인 고분자 수지; 경화제; 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말; 및 흑연분말을 포함하되,
    상기 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말인 경우, 상기 고분자 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 알루미늄 분말 : 흑연 분말의 혼합비는 60 : 20-30 중량부이고,
    상기 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말인 경우, 상기 고분자 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 평균입도 1-3㎛ 알루미늄 분말 : 평균입도 5-7㎛ 알루미늄 분말 : 흑연 분말의 혼합비는 25 : 25 : 40 중량부인 것을 특징으로 하는 열전도성 복합수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노블락형 에폭시 수지, 알킬페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 트리글리시딜 이소시아네이트 에폭시 수지 및 비환식 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열전도성 복합수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 경화제는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌테트라아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 이미다졸, 이소이미다졸, 2-메틸 이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 부틸이미다졸, 2-헵타데센일-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-운데센일이미다졸, 1-비닐-2-메틸이미다졸, 2-n-헵타데실이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-프로필-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-구아나미노에틸-2-메틸이미다졸, 2-n-헵타데실-4-메틸이미다졸, 페닐이미다졸, 벤질이미다졸, 2-메틸-4,5-디페닐이미다졸, 2,3,5-트리페닐이미다졸, 2-스티릴이미다졸, 1-(도데실벤질)-2-메틸이미다졸, 2-(2-히드록실-4-t-부틸페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-(2-메톡시페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-(3-히드록시페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-(p-디메틸-아미노페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-(2-히드록시페닐)-4,5-디페닐이미다졸, 2-나프틸-4,5-디페닐이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 2-p-메톡시스티릴이미다졸, 프탈릭 무수물, 말레익 무수물, 트리멜리틱 무수물, 파이로멜리틱 무수물, 헥사하이드로프탈릭 무수물, 테트라하이드로프탈릭 무수물, 메틸나딕 무수물, 나딕 무수물, 및 메틸헥사하이드로프탈릭 무수물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전도성 복합수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지 및 경화제는 고분자 수지 대 경화제가 8:1의 중량비로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 복합수지 조성물.
  5. 에폭시 수지인 고분자 수지에 평균입도 5-7㎛인 알루미늄 분말, 또는 평균입도 1-3㎛ 및 평균입도 5-7㎛가 혼합된 알루미늄 분말, 및 흑연분말을 첨가하여 분산시키는 단계; 및
    분산된 용액에 경화제 및 용매를 첨가하여 교반시킨 후, 경화시키는 단계를 포함하는, 제1항의 열전도성 복합수지 조성물의 제조방법.
  6. 제1항의 열전도성 복합수지 조성물을 포함하는 방열 접착제 조성물.
  7. 제1항의 조성물이 도포되어 형성된 접착층을 포함하는 방열구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방열구조물은 방열판, 방열 필름, 방열접착제, 방열그리스 및 방열테이프로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방열구조물.
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