KR101796206B1 - 그라파이트 점착제층 방열패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 기기 등의 내부에서 발생하는 열을 확산시켜 효과적으로 방출하기 위한 그라파이트 아크릴 점착제 방열 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주요 열전도성 재료로서 그라파이트 아크릴 점착제를 사용하여 기존의 그라파이트 방열 시트에 비해 열적 특성 및 방열 성능 면에서 우수하며, 아울러 전체적인 시트의 두께도 크게 줄일 수 있어 기기의 박형화에 유리한 그라파이트 아크릴 점착제 방열 시트에 관한 것이다.

Description

그라파이트 점착제층 방열패드{thermal dissipation pad}
본 발명은 전자 기기 등의 내부에서 발생하는 열을 확산시켜 효과적으로 방출하기 위한 그라파이트 점착제 방열패드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그라파이트 분말층이 그라파이트 아크릴 점착제층으로 구성되어 있어 그라파이트 분말층이 고화되면서 그라파이트 분말이 날리거나 그라파이트 분말이 날려서 전자 소자의 쇼티지(shortage)를 일으키는 것을 방지할 수 있는 그라파이트 점착제층 방열패드에 관한 것이다.
일반적으로 전자 제품에 포함된 소자들의 경우 구동시 열이 발생하며, 이와 같이 기기 내에서 발생되는 열을 적절하게 외부로 방출시키지 못할 경우 내부 온도 상승에 의해 제품의 성능이 저하되는 것은 물론, 과도한 발열에 의해 오작동 또는 시스템 다운이 일어나거나 기기의 수명이 감소될 수 있으며, 심한 경우 고장에 이르게 될 수 있다.
전자 제품들이 다기능, 고성능화되고, 제품의 경량화, 소형화를 지향함에 따라 전자 소자들의 고집적화가 필연적으로 발생하게 되었으며, 이에 따라 디바이스 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 내부 발열 문제를 해소하는 것이 매우 중요하다.
전자제품들의 발열 문제 해소 방법으로는 이전부터 히트 싱크, 냉각 팬, 히트 파이프 등 다양한 방열 기구들이 사용되어 왔으나, 이들 방식의 경우 기본적으로 상당한 두께 및 부피를 가지므로 최근 슬림화되고 소형화되어가는 전자 제품들에 적용되기에는 적합하지 않은 문제가 있다.
스마트 폰, 태블릿 PC, 박막형 디스플레이 제품 등 기기의 슬림화, 소형화가 중요한 전자 제품군을 중심으로 방열패드, 방열시트 또는 방열도료 등이 냉각 수단으로서 널리 사용되고 있다.
방열시트는 특정 발열 부위의 열을 시트 영역 전체로 확산시켜 전체적인 냉각 면적을 넓혀 방열 성능을 향상시키는 것을 원리로 하는 제품으로 이러한 방열 시트에 사용되는 방열 소재로는 그라파이트(graphite) 소재가 사용되고 있다.
그라파이트 시트는 박리된 천연 또는 인공 그라파이트 분말을 가공해서 제조되는데, 그 제조 방식은 일반적으로 합성 수지계 바인더에 그라파이트 분말을 혼합하여 시트 형상으로 가공한 후 건조시키는 방식으로 제조된다. 그라파이트 방열 시트의 경우 점성 바인더 수지를 이용해 그라파이트 분말을 고정하므로 비교적 제조가 용이하고 그라파이트 분진의 탈락 및 비산이 적은 장점이 있는 반면, 열전도도가 낮은 바인더의 추가로 인해 그라파이트 분말의 함량이 낮아질 수밖에 없으므로 열적 특성이 떨어지고 충분한 열 확산 효과를 얻을 수 없는 단점을 가지고 있다.
그라파이트 방열 시트에 있어 그라파이트의 함량은 전체 시트 중 80 중량%를 넘기기 어려우며, 예컨대 대한민국 공개특허 제10-2014-0104757호에 개시된 방열 시트에서는 그라파이트 함량이 열전도층 100중량부에 대해 5 내지 80 중량부로 포함되는 것으로 기재되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-1457914호에 개시된 열 확산시트에서는 그라파이트층을 형성함에 있어 그라파이트가 30 ~ 70wt%, 바인더 30 ~ 70wt%가 포함됨으로써 상당량의 바인더가 포함되는 것으로 기재되어 있다.
그라파이트 층 고정 재료로서 합성수지 바인더나 점착제를 사용하지 않고 그라파이트 분말을 그대로 롤 프레스 등으로 가압함에 의해 물리적으로 뭉쳐 굳힘으로써 시트 형상으로 성형 가공한 그라파이트 압축시트도 알려져 있다. 이와 같은 그라파이트 압축시트의 경우 바인더를 사용하지 않거나 매우 적은 양으로 사용하므로 전술한 방식의 방열 시트에 비해 월등히 많은 그라파이트가 포함됨으로써 열 확산 성능이 우수한 장점이 있다.
그러나, 이와 같은 방식으로 제조된 그라파이트 압축시트는 그라파이트 분말이 시트에서 탈락하기 쉬워 회로의 쇼트 위험이 높으므로 반드시 외부에 별도의 보호 필름이 필요하고, 무엇보다도 제조에 있어 분말 형태의 그라파이트를 그대로 호퍼를 통해 롤 프레스에 직접 투입하여 시트 형상으로 압축 성형하는 제조 공정 특성상 시트의 두께를 일정 두께 이하로 얇게 하기 어려운 단점이 있다. 통상적으로 이러한 그라파이트 압축시트의 두께는 20㎛가 한계인 것으로 알려져 있다.
압축 시트 형상으로 가공된 그라파이트 시트는 이방성 배열을 갖는 그라파이트 입자의 구조로 인해 횡 방향 위주의 방열 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 즉, 그라파이트 방열 시트의 경우 일반적으로 시트의 면 방향(수평 방향)으로는 매우 높은 열 전도도를 갖는 반면(500W/mK 이상), 시트의 두께 방향(수직 방향)으로는 상대적으로 좋지 못한 열 전도도를 나타내는 특징이 있다. 따라서, 이러한 그라파이트 시트의 불완전한 방열 특성으로 인해 전체적으로 시트의 열전도 효율이 떨어지는 문제점이 있는바, 면 방향은 물론 두께 방향으로의 열전도도가 개선되어 전체적으로 열전도 특성이 우수한 그라파이트 방열 시트의 개발이 요구되고 있다.
최근 전자소자는 경박단소 및 다기능화되면서 고집적화되고 있어 열밀도의 증가로 열의 방출 문제에 대한 대책이 요구되고 있다. 또한, 열의 방출이 디바이스의 신뢰성 및 수명과 밀접한 관련이 있어 중요하다. 이에 따라 다양한 방열 소재들이 개발되고 있으며, 방열패드, 방열시트, 방열도료 등의 형태로 시판되어 기존의 방열팬, 방열핀, 히트 파이프 등의 방열기구를 보조하거나 대체하고 있다.
방열시트는 그라파이트 압축시트, 고분자-세라믹 복합시트, 다층코팅 금속박막시트 등의 형태로 제작되고 있는데, 그라파이트 압축시트는 수평 열전도도가 우수하나 층간 박리가 잘 일어나 재작업성이 좋지 않고, 고분자-세라믹 복합시트는 열전도도에 한계가 있으며, 다층코팅 금속박막시트는 수평 열확산도가 낮은 것이 문제가 되고 있다. 따라서, 수직 방향과 수평 방향의 열전달 및 열확산 성능이 우수하면서도, 재작업성이 우수한 방열시트를 필요로 한다.
종래의 그라파이트 방열 시트의 경우 그라파이트 소재 특성상 수평면 방향의 열확산 특성은 매우 우수한 반면 수직 방향의 열전도 성능은 다소 떨어지는 특성이 있는 문제점이 있다.
종래 그라파이트 분말층으로 이루어진 그라파이트 방열 시트의 경우 단지 그라파이트 분말층으로만 이루어져 있으며, 양면테이프를 사용하여 그라파이트 분말층을 부착하기 때문에 그라파이트 분말층이 고화되면서 그라파이트 분말이 날리거나 그라파이트 분말이 날려서 전자 소자의 쇼티지(shortage)를 일으키는 문제점이 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 개선한 것으로서 그라파이트 분말층이 그라파이트 아크릴 점착제층으로 구성되어 있어 그라파이트 분말층이 고화되면서 그라파이트 분말이 날리거나 그라파이트 분말이 날려서 전자 소자의 쇼티지(shortage)를 일으키는 것을 방지할 수 있는 그라파이트 점착제층 방열패드를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 PCB 기판과 같은 전자소자 표면에 부착되는 방열패드에 있어서, 상기 방열패드는 알루미늄으로 이루어진 제1 열전도층; 제1 그라파이트 아크릴 점착제층; 알루미늄, 구리 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 열전도층; 제2 그라파이트 아크릴 점착제층; PET층; 제3 그라파이트 아크릴 점착제층으로 구성된 그라파이트 점착제층 방열패드에 관한 것이다.
본 발명은 그라파이트 분말층이 그라파이트 아크릴 점착제층으로 구성되어 있어 그라파이트 분말층이 고화되면서 그라파이트 분말이 날리거나 그라파이트 분말이 날려서 전자 소자의 쇼티지(shortage)를 일으키는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 그라파이트 방열패드를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 그라파이트 방열패드를 사용한 상태를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 그라파이트 방열패드를 사용한 경우 저항 테이타.
도 4는 본 발명의 그라파이트 방열패드를 사용한 경우 점착액만 발라서 절연테스트를 2가지 두께로 진행하여 통전 가능성을 실험한 상태를 나타낸 사진.
도 5는 본 발명의 그라파이트 방열패드를 사용한 경우 그라파이트 고화되면서 가루 날려 SHORTAGE 일으킬 가능성 여부를 나타낸 사진.
도 6은 본 발명의 그라파이트 방열패드를 사용한 경우 나타난 신뢰성 테스트 결과표.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 즉, 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 PCB 기판과 같은 전자소자 표면에 부착되는 방열패드에 있어서 알루미늄으로 이루어진 제1 열전도층(10); 제1 그라파이트 아크릴 점착제층(20); 알루미늄, 구리 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 열전도층(30); 제2 그라파이트 아크릴 점착제층(40); PET층(50); 제3 그라파이트 아크릴 점착제층(60)으로 구성된 것을 특징으로 하는 그라파이트 점착층 방열패드에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 제1 열전도층은 200㎛이고, 제1 그라파이트 아크릴 점착제층은 25㎛이며, 제2 열전도층은 70㎛이고, 제1 그라파이트 아크릴 점착제층은 27.5㎛이며, PET층은 50㎛이고, 제3 그라파이트 아크릴 점착제층은 27.5㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 그라파이트 아크릴 점착제층은 알루미늄 26 내지 72 중량%, 아크릴 폴리머 20 내지 44 중량% 및 그라파이트 분말 8 내지 30 중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 PCB 기판과 같은 전자소자 표면에 부착되는 방열패드에 있어서 방열패드는 알루미늄으로 이루어진 제1 열전도층; 제1 그라파이트 아크릴 점착제층; PET층; 제2 그라파이트 아크릴 점착제층; 알루미늄, 구리 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 열전도층; 제3 그라파이트 아크릴 점착제층으로 구성된 것을 특징으로 하는 그라파이트 점착층 방열패드에 관한 것이다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명은 CB 기판과 같은 전자소자 표면에 부착되는 방열패드에 있어서 알루미늄으로 이루어진 제1 열전도층(10); 제1 그라파이트 아크릴 점착제층(20); 알루미늄, 구리 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 열전도층(30); 제2 그라파이트 아크릴 점착제층(40); PET층(50); 제3 그라파이트 아크릴 점착제층(60)으로 구성되어 있어 그라파이트 분말층이 고화되면서 그라파이트 분말이 날리거나 그라파이트 분말이 날려서 전자 소자의 쇼티지(shortage)를 일으키는 것을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명에서 제공하는 그라파이트 점착층 방열패드는 소자가 접촉되는 부분에 2중합지 또는 2중 타발과 같은 옵셋 구간을 설정하고 0.5mm 정도 절연완충구간을 설정하여 통전 가능성이 제거된 상태로 소자에 부착하여 사용하는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명에서 제공하는 그라파이트 점착층 방열패드는 그라파이트 아크릴 점착제층으로 이루어진 것으로서 그라파이트 분말 단일층으로 이루어진 방열패드에 비해 그라파이트 분말층이 고화되면서 그라파이트 분말이 날리거나 그라파이트 분말이 날려서 전자 소자의 쇼티지(shortage)를 일으키는 것을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명에서 알루미늄 금속 박판(foil)은 그라파이트 아크릴 점착제층으로 일체화하여 적층 구성할 경우 열전도율을 극대화할 수 있으며, 그라파이트층이 열을 시트 전체 면적으로 균일하게 확산시키면서 알루미늄 금속 박판층으로 빠르게 전달함으로써 전체적으로 열전도 효율 및 방열 특성이 좋아지는 효과가 있다.
또한, 도 1 내지 도 6과 같이 본 발명에서 알루미늄 금속 박판층은 기본적으로 스마트폰과 같은 전자기기의 방열 부위로부터 발생하는 열을 외부로 전달하는 기능과 더불어 전자 소자로부터 발생하는 전자기파를 차폐하는 성능도 함께 가진다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명에서 제공하는 그라파이트층과 알루미늄 금속 박판층이 일체화된 형태의 그라파이트 방열패드는 방열패드만으로 열 전도는 물론 전자파 차단도 가능하므로 전자파 차폐 및 방열과 관련한 부품의 수를 줄일 수 있고 이에 따라 제품의 슬림화에 긍정적인 효과를 미칠 수 있게 된다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명에서 알루미늄 금속 박판층의 두께는 5㎛ 이상 250㎛ 이하일 수 있으며, 200㎛인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에서 알루미늄 금속 박판층으로 사용되는 알루미늄 금속 박의 두께가 10㎛ 이하인 경우에는 가공이 어렵고 열전도도가 떨어지게 되며, 250㎛ 이상일 경우에는 두께가 다소 두꺼우므로 제품의 박형화를 기대하기 어렵다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명에 있어서 그라파이트 아크릴 점착제층은 알루미늄 26 내지 72 중량%, 아크릴 폴리머 20 내지 44 중량% 및 그라파이트 분말 8 내지 30 중량%로 이루어진 것이며, 그라파이트 분말이 10 중량% 함유된 것이 가장 바람직하다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명에 있어서 그라파이트 아크릴 점착제층은 점착액의 내부에 그라파이트 첨가액이 함유되어 있어 통전이 안되고, 그라파이트 아크릴 점착제층의 점착액은 자체가 절연이 되며, 그라파이트 첨가액 열에 노출되면 젤리 같은 상태로 변하기 때문에 그라파이트가 부서지지 않는 장점이 있다.
도 7과 같이 본 발명은 PCB 기판과 같은 전자소자 표면에 부착되는 방열패드에 있어서 알루미늄으로 이루어진 제1 열전도층(10); 제1 그라파이트 아크릴 점착제층(20); 알루미늄, 구리 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 열전도층(30); 제2 그라파이트 아크릴 점착제층(40); PET층(50); 제3 그라파이트 아크릴 점착제층(60)으로 구성되어 있어 그라파이트 분말 단일층으로 이루어진 방열패드에 비해 그라파이트 분말층이 고화되면서 그라파이트 분말이 날리거나 그라파이트 분말이 날려서 전자 소자의 쇼티지(shortage)를 일으키는 것을 방지할 수 있다.
도 7과 같이 본 발명의 그라파이트 점착층 방열패드는 알루미늄, 구리 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 열전도층(30)을 PET층(50)의 하부에 설치할 수 있다.
10: 제1 열전도층 20: 제1 그라파이트 아크릴 점착제층
30: 제2 열전도층 40: 제2 그라파이트 아크릴 점착제층
50: PET층 60: 제3 그라파이트 아크릴 점착제층

Claims (4)

  1. PCB 기판과 같은 전자소자 표면에 부착되는 방열패드에 있어서, 상기 방열패드는 알루미늄으로 이루어진 제1 열전도층; 제1 그라파이트 아크릴 점착제층; 알루미늄, 구리 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 열전도층; 제2 그라파이트 아크릴 점착제층; PET층; 제3 그라파이트 아크릴 점착제층으로 구성된 것이며,
    상기 제1 열전도층은 200㎛이고, 제1 그라파이트 아크릴 점착제층은 25㎛이며, 제2 열전도층은 70㎛이고, 제1 그라파이트 아크릴 점착제층은 27.5㎛이며, PET층은 50㎛이고, 제3 그라파이트 아크릴 점착제층은 27.5㎛인 것이며,
    상기 그라파이트 아크릴 점착제층은 알루미늄 26 내지 72 중량%, 아크릴 폴리머 20 내지 44 중량% 및 그라파이트 분말 8 내지 30 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 그라파이트 점착층 방열패드.


  2. 삭제
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