KR101825591B1 - 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름 및 그 제조방법 - Google Patents

임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전도 이방성이 높은 소재인 Ag 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본파이버 등의 필러를 페이스트 형태로 제조한 후, 임프린트 패턴을 이용하여 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제조하는 방법에 관한 것으로, 수평방향의 열확산이 우수하고, 임의의 형태로 패터닝이 가능하여, 전자파 차폐 기능과 높은 투명도를 가지는 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제조할 수 있다는 이점이 있다.

Description

임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름 및 그 제조방법 {Electromagnetic wave shield transparent heat diffusion film using imprint pattern type and generating method of the same}
본 발명은 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름 및 이를 제조하는 방법에 관한 기술로서, 더욱 상세하게는 열전도 이방성이 높은 소재인 Ag 나노와이어, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 카본파이버 등의 필러를 페이스트 형태로 제조한 후, 임프린트 패턴을 이용하여 충전시킴으로써 수평방향으로의 열전도도를 높인 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 전자 디바이스들은 고성능화와 소형화가 현저한 속도로 진행되고 있고, 전자 디바이스의 내부에 내장된 전자부품의 대용량화ㆍ고집적화가 진행되고 있으며, 내부의 전자부품에서 많은 열이 발생하고 있다. 그리고 발생한 열은 제품의 수명을 단축하거나 고장, 오작동을 유발하며, 심한 경우에는 폭발이나 화재의 원인이 되기도 한다.
따라서, 전자부품에서 발생하는 열을 전자 디바이스 외부로 배출 또는 냉각시키는 방법으로 히트 싱크(heat sink)나 방열 팬(fan)을 설치하는 방법이 사용되었는데,　히트 싱크의 경우 전자 디바이스에서 발생하는 열량보다 히트 싱크가 방출할 수 있는 열량이 작아 방열 효율이 매우 낮으며, 또한, 방열 팬의 경우에는 소음과 진동을 발생하며, 무엇보다 PDP, 노트북 컴퓨터, 휴대용 개인단말기 등과 같이 경량화와 슬림(slim)화가 요구되고 있는 디바이스에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.　따라서, 경량화와 슬림화가 요구되는 전자 디바이스 등에는 시트 또는 필름 상의 방열필름을 사용하는 것이 보편적이다.
열전도성이 뛰어난 구리와 알루미늄을 이용한 시트는 등방성의 열전도성을 가짐으로 인하여 두께방향인 수직으로 열전도성은 우수하나, 수평방향으로는 효과적인 열전도성을 얻지 못하는 문제점이 있어왔다. 한편, 최근에는 전자 디바이스가 얇아지면서 열전도가 빠르게 이루어지도록 하기 위해서는 수평열전도가 높은 열 확산 시트가 요구되고 있다. 특히 방열성을 위한 베이스 기재로서 그라파이트 시트 또는 필름을 주로 사용하는데, 그라파이트 시트는 수평방향으로 열전도가 우수한 장점을 가지지만, 고분자 필름을 열분해하여 제조된 것으로서, 단결정에 가까워 파열 강도 및 인장 강도 등이 낮기 때문에 취급상의 문제점이 있으며, 일정 전압 이상의 내전압 통전성 테스트에서도 여전히 문제가 발생할 우려가 있다. 또한 경량화, 슬림화가 요구되는 디바이스에서 히트 싱크 또는 메탈플레이트를 장착할 수 있는 충분한 공간이 없기 때문에 불가능하며, 수평방향으로 열을 확산시켜 디바이스 평균온도를 낮추는 방식으로의 방열 메커니즘이 지배적일 수밖에 없다.
또한, 향후 디스플레이를 비롯한 많은 전자 디바이스들이 투명 웨어러블(wearable) 형태로 진화됨에 따라 투명한 형태의 다양한 기능성 소재들이 필요할 것으로 예상되며, 특히 각종 소자들이 집적됨에 따라 열대책 소재들의 수요가 증가할 것으로 예상되고 있다.
대한민국 특허 제 10-1306504호 (발명의 명칭: 열확산 시트 및 그 제조방법, 이하 종래기술 1이라고 한다.)는 무기 페이스트 조성물을 포함하는 도료를 이용하여 열확산 시트를 제조하는 방법을 개시한 바 있다. 그러나, 상기 종래기술 1는 일체형 시트로, 임의의 형태로 패터닝이 불가능하여 페이스트 전면 도포에 따른 경제적 손실을 발생시킬 뿐만 아니라 투명도가 떨어지는 문제점이 있다.
상기 종래기술 1은 무기 페이스트 조성물을 포함하는 도료를 이용하여 열확산 시트를 제조하는 방법을 제안하고 있으나, 임의의 형태로 패터닝이 불가능하여 페이스트 전면 도포에 따른 경제적 손실을 발생시키는 문제점을 가지고 있으며, 이와 같은 제조방법은 제조 수율을 증대시키기에 한계가 있다.
따라서, 상기 종래기술의 문제점을 해소하고자 안출된 본 발명은 열전도 이방성이 높은 소재인 Ag 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본파이버 등의 필러를 페이스트 형태로 제조한 후, 임프린트 패턴을 이용하여 충전시킴으로써 수평방항으로의 열전도도를 높인 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제조하는 방법에 관한 기술을 제공하고자 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 열전도 이방성이 높은 소재인 Ag 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본파이버 등의 필러를 페이스트 형태로 제조한 후, 임프린트 패턴을 이용하여 충전시킴으로써 수평방향으로의 열전도도를 높인 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제조하는 기술을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름은 기판, 기판 상에 음각 구조로 형성되는 복수 개의 홈부 및 복수 개의 홈부 내부에 충전되는 열전도체를 포함하고, 복수 개의 홈부는 기판 상에서 소정의 패턴을 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 열전도체는 열전도 이방성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름은 수직방향 대비 수평방향 열전도도가 10배 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 열전도체의 열전도도는 10 내지 500W/mK일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 열전도체는 금속계 나노와이어 또는 탄소계 물질일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 금속계 나노와이어는 Ag 나노와이어일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 탄소계 물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 카본파이버, 그라파이트 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 복수 개의 홈부의 종횡비는 5 내지 50일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 전자파 차폐율은 30 내지 70dB이며, 표면 저항 값은 0.1 내지 1.0Ω/□일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조방법은 (i) 열전도성 페이스트를 제조하는 단계, (ii) 기판 상에 음각 구조로 형성되는 복수개의 홈부를 형성하는 단계, (iii) 열전도성 페이스트를 복수 개의 홈부 내부에 충전시키는 충전 단계 및 (iv) 복수 개의 홈부 내부에 충전된 열전도성 페이스트를 건조경화 시키는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (i) 단계는 (i-1) 고분자 수지와 용매를 혼합하여 유기 비히클을 제조하는 단계 및 (i-2) 유기 비히클에 열전도성 물질을 장입하여 교반하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 유기 비히클은 10 내지 50wt%, 열전도성 물질은 50 내지 90wt%를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계는 복수 개의 홈부 패턴의 역상의 패턴을 구비하는 임프린트용 하드 몰드를 제조하는 단계, (ii-2) 임프린트용 하드 몰드에 소프트 몰드용 폴리머를 도포하는 단계 및 (ii-3) 임프린트용 하드 몰드와 소프트 몰드용 폴리머를 분리하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 충전 단계는 롤투롤 방식을 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iii) 단계 이후에, 슬러리(slurry) 탑 코팅 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전도 이방성이 높은Ag 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본파이버를 이용하여 열확산 필름을 제조한다는 제 1효과, 수직방향 대비 수평방향의 열확산이 우수하다는 제 2효과, 임의의 형태로 패터닝이 가능하여 열의 흐름을 디자인 할 수 있다는 제 3효과, 투명도가 높은 필름을 제조할 수 있다는 제 4효과, 전자파 차폐기능을 가지는 필름을 제조할 수 있다는 제 5효과, 기존 페이스트 전면 도포 방법을 이용한 충전과 달리, 부분패턴을 이용하여 제조비용을 절감하고 고효율의 필름을 제조할 수 있다는 제 6효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 2는 홈부 내에 충전되어 있는 열전도성 페이스트의 단면도이다. 건조경화 되기 전 상태로, 유기비히클과 열전도성 물질로 구성되어 있다.
도 3은 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 도전층에 따른 표면온도와 열원에서 10 cm 떨어진 지점을 열화상 카메라로 측정한 결과이다.
이하에서는 화학식, 반응식, 구체적인 실시예 및 실험예를 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결 (접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 열전도 이방성이 높은 소재인 Ag 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본파이버 등의 필러를 페이스트 형태로 제조한 후, 임프린트 패턴을 이용하여 충전시킴으로써 수평방향으로의 열전도도를 높인 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제조하는 기술에 관한 것이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시예에서 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름은 기판, 상기 기판 상에 음각 구조로 형성되는 복수 개의 홈부 및 상기 복수 개의 홈부 내부에 충전되는 열전도체를 포함하고, 상기 복수 개의 홈부는 상기 기판 상에서 소정의 패턴을 이루는 것일 수 있다. 상기 홈부는 복수 개에 한정되지 않고 단수 개일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 열전도체는 열전도 이방성을 가질 수 있다. 열전도체가 기판 상에 수평방향으로 배열되어 기판의 수직방향과 물리적으로 다른 성질을 가짐으로써, 방향에 따라 서로 다른 성질을 나타내는 이방성을 가지며, 이러한 이방성은 열전도 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름은 수직방향 대비 수평방향 열전도도가 10배 이상일 수 있다. 수직방향 대비 수평방향으로의 열전도도가 높아 수평방향으로의 열확산이 우수한 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 열전도체의 열전도도는 10 내지 500W/mK일 수 있다. 열전도체의 열전도도가 상기 범위를 벗어나는 경우 열전도의 효율이 떨어져 적합하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 열전도체는 금속계 나노와이어 또는 탄소계 물질일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 금속계 나노와이어는 Ag 나노와이어일 수 있다. 상기 금속계 나노와이어는 Ag에 한정되지 않고, Ni과 Cu 및 이들의 조합들로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
도 2를 참조하여 보면, 본 발명의 실시예에서 상기 Ag 나노와이어는 침상 또는 수지상의 형상일 수 있다. 상기 Ag 나노와이어는 침상 또는 수지상의 형상을 가지기 때문에 기판 상에서 수평방향으로 배열되어 기판의 수직방향과 다른 물리적 성질을 가짐으로써 높은 이방성을 가지게 된다.
본 발명의 실시예에서 상기 탄소계 물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 카본파이버, 그라파이트 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 탄소계 물질의 입자는 막대상 또는 판상의 형상일 수 있다. 상기 탄소계 물질의 입자는 막대상 또는 판상의 형상을 가지기 때문에 기판 상에서 수평방향으로 배열되어 기판의 수직방향과 다른 물리적 성질을 가짐으로써 높은 이방성을 가지게 된다.
본 발명의 실시예에서 상기 기판은 폴리에스테르기판(PET)일 수 있다. 상기 기판은 PET에 한정되지 않고, 폴리카보네이트 기판, 에폭시 기판, 폴리이미드 기판, 아크릴 기판 등으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 복수 개의 홈부의 종횡비는 5 내지 50 일 수 있다. 종횡비는 홈부의 높이를 홈부의 폭으로 나눈 값이다. 종횡비가 상기 범위를 벗어나 5보다 작을 경우, 홈부의 폭이 넓어져 투명도가 떨어지는 단점이 있을 수 있고, 종횡비가 50보다 클 경우, 홈부의 폭이 좁아져 투명도가 높아지지만 수평방향 열전도도가 떨어지는 단점이 있을 수 있다. 또한 홈부의 단면도는 반형 또는 사각형 등 다양한 형태의 단면일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전자파의 차폐율은 30 내지 70dB이며, 표면 저항 값은 0.1 내지 1.0Ω/□일 수 있다. 전자파 차폐율이 상기 범위를 벗어나는 경우 전자파가 차폐 효율이 떨어져 적합하지 않을 수 있으며, 표면 저항 값이 상기 범위를 벗어나는 경우 전기전도성이 떨어져 적합하지 않을 수 있다.
도 3을 참조할 때, 본 발명의 실시예에서 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조방법은 (i) 열전도성 페이스트를 제조하는 단계, (ii) 상기 기판 상에 음각 구조로 형성되는 상기 복수 개의 홈부를 형성하는 단계, (iii) 상기 열전도성 페이스트를 상기 복수 개의 홈부 내부에 충전시키는 충전 단계 및 (iv) 상기 복수 개의 홈부 내부에 충전된 열전도성 페이스트를 건조경화 시키는 단계일 수 있다. 상기 페이스트 건조경화의 조건은 130 내지 170℃에서 10 내지 30분 동안 수행되는 것이 바람직할 수 있으며 보다 바람직하게는 140 내지 160℃에서 15 내지 25분 동안 수행될 수 있다. 건조경화의 조건이 상기 범위를 벗어나는 경우 건조경화가 제대로 이루어지지 않아 페이스트가 분리되고 열전도 효율이 떨어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (i) 단계는 (i-1) 고분자 수지와 용매를 혼합하여 유기 비히클을 제조하는 단계 및 (i-2) 상기 유기 비히클에 열전도성 물질을 장입하여 교반하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 고분자 수지는 아크릴 수지, 에폭시 수지, EPDM(ethylene propylene diene monomer) 수지, CPE(chlorinated polyethylene) 수지, 실리콘, 폴리우레탄, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀수지 및 불포화에스테르 수지 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 용매는 톨루엔(toluene), 테트라하이드로퓨란(THF : tetrahydrofuran), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PMA : propylene glycol monomethyl ether acetate), 이염기성에스테르(DBE : dibasic ester), 디메틸카보네이트(DMC : dimethyl carbonate), 사이클로헥산(cyclohexane), 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(MEK : methyl ethyl ketone), 메틸이소부틸케톤(MIBK : methyl isobutyl ketone), 사이클로헥사논(cyclohexanone), 디클로로메탄(dichloromethane) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 고분자 수지는 50 내지 90wt%, 상기 용매는 10 내지 50wt%를 포함하는 것이 바람직할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 고분자 수지는 60 내지 80wt%, 상기 용매는 20 내지 40wt%를 포함할 수 있다. 상기 고분자 수지와 상기 용매가 상기 범위를 벗어날 경우, 교반 반응이 저하되어 페이스트 제조 효율이 저하될 뿐만 아니라 필요 이상의 물질을 사용하는 경우, 비용적인 측면에서 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 유기 비히클은 10 내지 50wt%, 상기 열전도성 물질은 50 내지 90wt%를 포함하는 것이 바람직할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 유기 비히클은 20 내지 40wt%, 상기 열전도성 물질은 60 내지 80wt%를 포함할 수 있다. 상기 유기 비히클과 상기 열전도성 물질이 상기 범위를 벗어날 경우, 열전도도가 떨어져 페이스트 제조 효율이 저하될 뿐만 아니라 필요 이상의 물질을 사용하는 경우, 비용적인 측면에서 바람직하지 않을 수 있다
본 발명의 실시예에서 상기 (ii) 단계는 상기 복수 개의 홈부 패턴의 역상의 패턴을 구비하는 임프린트용 하드 몰드를 제조하는 단계, (ii-2) 상기 임프린트용 하드 몰드에 소프트 몰드용 폴리머를 도포하는 단계 및 (ii-3) 상기 임프린트용 하드 몰드와 상기 소프트 몰드용 폴리머를 분리하는 단계일 수 있다. 상기 홈부의 패턴은 상기 기판 전면에 걸쳐서 패턴을 형상할 수 있고, 또는 상기 기판 일부에 걸쳐서 패턴을 형상 할 수 있으며, 격자무늬 또는 어레이(array) 등 다양한 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 임프린트용 하드 몰드는 니켈 플레이트, 스테인레스 플레이트, 동합금 플레이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 소프트 몰드용 폴리머는 아크릴 폴리머일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 충전 단계는 롤투롤 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 충전 단계는 롤투롤 방식에 한정되지 않고, 롤투롤 그라비아, 롤투롤 오프셋, 롤투롤 리버스 오프셋, 롤투롤 그라비아 오프셋, 롤투플레이트 그라비아, 롤투플레이트 오프셋, 롤투플레이트 리버스 오프셋, 롤투플레이트 그라비아오프셋 등으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 (iii) 단계 이후에, 슬러리 탑 코팅 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 슬러리 탑 코팅 단계는 상기 페이스트로 충전된 상기 홈부를 포함하는 영역에 대해 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 Ag 나노와이어를 포함하고, 상기 탑 코팅 단계는 슬롯다이(Slot die) 코팅 방식을 이용하여 이루어질 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 방법으로 제조된 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예를 기재한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.
[ 실시예 1]
전자파 차폐 투명 열확산 필름 제조
1. 니켈 플레이트를 이용하여 임프린트용 하드 몰드를 제조한다.
2. 임프린트용 하드 몰드에 소프트 몰드용 아크릴 폴리머를 도포하여 임프린트 패턴을 제조한다.
3. Ag 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본파이버 등의 분말을 페이스트 형태로 제조하여 도전성 페이스트 제조한다.
4. 임프린트 패턴의 음각구조에 도전성 페이스트를 롤투롤 방식으로 충전한다.
5. 슬롯다이 방식을 이용하여 Ag 나노와이어 슬러리를 탑 코팅 함으로써 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제조한다.
[ 실시예 2 내지 실시예 5, 비교예 1]
전자파 차폐 투명 열확산 필름의 도전층에 따른 표면 온도 분석
도전성 페이스트 종류에 따른 표면온도의 열확산 효율을 분석하기 위해, 페이스트를 Ag 플레이크 적용 도전 페이스트, Ag 나노와이어 적용 도전 페이스트, 그래핀 적용 도전 페이스트, 탄소나노튜브 적용 도전 페이스트, 카본 파이버 적용 도전 페이스트로 달리하면서, 소비전력 4.5W 전력 반도체를 열원으로 사용하여 반도체 칩 표면 (Tj) 위에 도전층을 달리한 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 놓고, 표면온도와 열원으로부터 10cm 떨어진 지점의 온도를 열화상 카메라로 측정하였다. 이 때 실험 환경의 온도는 24±0.5℃ 였다.
[실험예 1]
상기와 동일한 조건 및 방법으로 실시예 2 내지 실시예 5, 비교예 1에 따른 반도체 칩 표면온도와 열원으로부터 10cm 떨어진 지점의 온도를 열화상카메라로 측정하였으며, 이의 결과를 하기 표 1과 도 4에 나타내었다.
시료 표면온도 (℃) 10 cm 지점온도 (℃) 비고
비교예 1 40.1 32.8 Ag 페이스트
실시예 2 37.1 33.1 Ag 나노와이어 페이스트
실시예 3 38.4 32.7 탄소나노튜브 페이스트
실시예 4 38.1 33.3 그래핀 페이스트
실시예 5 41.1 30.7 카본파이버 페이스트
기존에 구형 또는 플레이크형 Ag 분말을 적용하여 Ag 페이스트를 충전한 임프린트 패턴에 비하여, 열전도 이방성이 높은 Ag 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀 카본파이버 분말을 적용한 페이스트를 사용한 경우, 열화상 카메라로 측정하였을 때, 표면온도는 낮게 측정되었고 열원에서 10 cm 떨어진 지점의 온도는 높게 측정되었다. 따라서, Ag 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀 카본파이버 분말을 적용한 페이스트는 수평방향 열전도도 (in-plane thermal conductivity)를 높임으로써, 수평방향으로 열을 확산시켜 평균온도를 낮추는 것을 확인 하였다.
[ 실시예 6 내지 실시예 10]
전자파 차폐 투명 열확산 필름의 전자파 차폐율 분석
전자파 차폐 투명 열확산 필름의 전자파 차폐 효과를 분석하기 위해, 페이스트를 Ag 나노와이어 적용 도전 페이스트와 그래핀 적용 도전 페이스트로 달리하여 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 제조하였다. 전자파 차폐 투명 열확산 필름은 ASTM D4935-99방법을 이용하여 측정 주파수범위를 30 MHz 내지 1.5 GHz (실제 측정은 8 GHz까지)로 하여 전자파 차폐율을 측정하였다.
[실험예 2]
상기와 동일한 조건 및 방법으로 실시예 6 내지 실시예 10에 따른 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 전자파 차폐율을 측정하였으며, 이의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
차폐율(dB)
@ 1 GHz		 29.83 42.38 52.61 61.43 71.64
면 저항
(Ω/□)		 0.82 0.60 0.45 0.13 0.07
실시예 6과 실시예 7은 그래핀 분말을 이용하여 전자파 차폐 투명 열확산 필름을 구현한 경우로, 각 필름의 차폐율에 따른 면저항 값이 실시예 6은 0.85 Ω/□, 실시예 7은 0.60 Ω/□로 측정되었으며, 이때 각 도전층의 두께는 15 ㎛로 측정되었다. 실시예 8 내지 실시예 10은 Ag 나노와이어를 이용한 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 경우로, 각 필름의 차폐율에 대응하는 면저항 값은, 실시예 8은 0.45 Ω/□, 실시예 9는 0.13 Ω/□, 실시예 10은 0.07 Ω/□로 나타났다.
따라서 탄소계열인 그래핀에 의해서 구현될 수 있는 차폐율은 약 50dB급 수준으로 판단되며, 그에 비해 도전성이 우수한 Ag 나노와이어를 적용하는 경우에는 차폐율이 최고 70dB까지도 구현이 가능함을 확인하였고, 전자파 차폐 필름과 열확산 필름으로서의 기능을 동시에 구현하는데 있어 최적의 필러는 Ag 나노와이어로 확인되었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 열확산 필름
11 : 기판
12 : 홈부
13 : 열전도체
20 : 열전도성페이스트
21 : 유기비히클
22 : 열전도성물질

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조방법에 있어서,
    (i) 열전도성 페이스트를 제조하는 단계;
    (ii) 기판 상에 음각 구조로 형성되는 복수 개의 홈부를 형성하는 단계;
    (iii) 상기 열전도성 페이스트를 상기 복수 개의 홈부 내부에 충전시키는 충전 단계; 및
    (iv) 상기 복수 개의 홈부 내부에 충전된 열전도성 페이스트를 건조경화 시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (ii) 단계는,
    (ii-1) 상기 복수 개의 홈부 패턴의 역상의 패턴을 구비하는 임프린트용 하드 몰드를 제조하는 단계,
    (ii-2) 상기 임프린트용 하드 몰드에 소프트 몰드용 폴리머를 도포하는 단계, 및
    (ii-3) 상기 임프린트용 하드 몰드와 상기 소프트 몰드용 폴리머를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 (i) 단계는,
    (i-1) 고분자 수지와 용매를 혼합하여 유기 비히클을 제조하는 단계, 및
    (i-2) 상기 유기 비히클에 상기 열전도성 물질을 장입하여 교반하는 단계,
    를 포함하는 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 (i-2) 단계는,
    상기 유기 비히클 10 내지 50wt%를 포함하며, 상기 열 및 전기전도성 물질 50 내지 90wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 충전 단계는 롤투롤 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 (iv) 단계 이후에,
    (v) 슬러리(slurry) 탑 코팅 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 패턴 타입의 전자파 차폐 투명 열확산 필름의 제조방법.
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