KR101856341B1

KR101856341B1 - 그라파이트 구조물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101856341B1
Application number: KR1020160094988A
Authority: KR
Inventors: 정성철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-05-09
Also published as: US10598445B2; CN107660100B; US20180031336A1; CN107660100A; KR20180012125A

Abstract

본 발명은 금속재 구조물, 및 상기 금속재 구조물 상에 형성된 그라파이트층을 포함하고, 상기 금속재 구조물은 지그재그 형상의 직선부와 꺾임부(굴곡부)를 가지되, 상기 꺾임부는 둥글며 2개 이상인 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물은 발열 문제를 개선하여 방열 효과를 향상시킬 수 있으므로 전자소자의 수명 특성과 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

그라파이트 구조물 및 이의 제조방법 {GRAPHATIE STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 그라파이트 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 굴곡이 형성된 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 포함하는 그라파이트 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

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 또는 방열도료 등의 형태로 시판되어 기존의 방열팬, 방열핀, 히트 파이프 등의 방열기구를 보조하거나 대체하고 있다.

이 중 방열시트는 그라파이트 시트, 고분자-세라믹 복합시트, 다층코팅 금속박막시트 등의 형태로 제작되고 있는데, 그라파이트 시트의 경우 경량이고 슬림하면서도 열전도도가 구리 이상으로 매우 높아, 전자 회로를 구성하는 기판과 기판 사이, 플라즈마 텔레비전 등을 구성하는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등에 유용하게 사용되고 있다.

그러나, 그라파이트 시트는 횡 방향(수평 방향) 열전도도는 우수한 반면 종 방향(수직 방향)의 열전도도가 충분치 않은 문제가 있다.

구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 횡 방향으로는 약 1,500 kw/㎡ 수준으로 구리나 알루미늄과 같은 금속과 비교하여도 매우 우수한데 비하여 종 방향으로는 5~10 kw/㎡ 수준으로 횡 방향의 열전도도에 비하여 상대적으로 매우 낮다.

따라서 전자소자에서 발생되는 열을 분산시키기 위해 그라파이트 시트를 사용함에 있어 도 1에 도시한 바와 같이, 그라파이트 시트의 횡 방향 열전달 특성을 활용하기 위하여, 넓은 면적의 그라파이트 시트를 부착하여 사용하여야 한다.

이 경우, 스마트폰과 같이 두께에 대한 제약이 많고 상대적으로 넓이에 대한 제약이 적은 경우에는 대면적의 그라파이트 시트를 사용할 수 있다. 하지만 자동차 부품과 같이 부품 넓이의 제약이 있는 경우에는 부품의 방열을 위한 대면적의 그라파이트 시트의 적용이 어렵다.

상기 문제를 해결하기 위하여 횡 방향의 우수한 열전달 특성을 활용하기 위해서는, 그라파이트 시트에 굴곡을 주어 그라파이트 시트의 면적을 줄이는 방법이 있는데 그라파이트 시트를 굴곡할 경우에는 그라파이트의 내외부에 크랙이 발생하여 열전달 경로가 단절될 수 있고, 열전달 특성이 급격히 줄어드는 문제가 발생할 수 있다. 또한 그라파이트에 연질 특성을 부여하기 위하여 그라파이트에 연질 소재를 첨가하거나 첨가제를 추가할 경우에도 순수한 그라파이트 재질의 열전달 성능을 저하시키는 문제가 있다.

따라서, 상기 문제를 해결하기 위해 그라파이트의 내외부에 크랙 발생 없이 전자소자에서 발생하는 발열문제를 효과적으로 해결할 수 있는 그라파이트 구조물의 개발이 필요한 실정이다.

일본공개 특허공개 번호 제2014-183261호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는 그라파이트의 내외부에 크랙(crack) 발생 없이 전자소자에서 발생하는 발열문제를 최소화하여 전자소자의 성능 및 수명 특성을 향상시킬 수 있는 그라파이트 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 그라파이트 구조물의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 제3 기술적 과제는 상기 그라파이트 구조물을 포함하는 전자소자를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 금속재 구조물, 및 상기 금속재 구조물 상에 형성된 그라파이트층을 포함하고, 상기 금속재 구조물은 지그재그 형상의 직선부와 꺾임부(굴곡부)를 가지되, 상기 꺾임부는 둥글며 2개 이상인 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물을 제공한다.

또한, 본 발명은 (S1) 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅용액을 코팅하고 건조하여 상기 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅층을 형성하는 단계; (S2) 상기 폴리아믹산 코팅층을 이미드화하여 금속재 구조물 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계; (S3) 상기 폴리이미드층이 형성된 구조물을 탄화시켜 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 형성하는 단계; 및 (S4) 그라파이트층이 형성된 구조물을 압연하는 단계를 포함하고, 상기 금속재 구조물은 지그재그 형상의 직선부와 꺾임부를 가지되, 상기 꺾임부는 둥글며 2개 이상인 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법을 제공한다.

아울러, 본 발명은 상기 그라파이트 구조물을 포함하는 전자소자를 제공한다.

본 발명에 따른 그라파이트 구조물은 발열 문제를 개선하여 방열 효과를 향상시킬 수 있으므로 전자소자의 수명 특성과 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 그라파이트 구조물의 제조방법에 따르면 효과적으로 그라파이트층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 그라파이트 시트의 활용예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물(a) 및 이의 활용예(b)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물 제조 방법에 있어서, 압연과정의 일부를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물 제조 방법에 있어서, 압연과정에서 사용된 압연용 구조물 및 그라파이트 구조물의 각도에 대한 오차범위를 설명하는 개략도이다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 그라파이트 구조물은 금속재 구조물, 및 상기 금속재 구조물 상에 형성된 그라파이트층을 포함하고, 상기 금속재 구조물은 지그재그 형상의 직선부와 꺾임부(굴곡부)를 가지되, 상기 꺾임부는 둥글며 2개 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물은 상기 종래문제를 해결하기 위한 것으로, 굴곡이 형성된 금속재 구조물, 즉 꺾임부가 둥글며(이하, 굴곡부라 칭함) 2개 이상인 지그재그 형상의 금속재 구조물을 사용하여 상기 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 형성함으로써, 그라파이트의 내외부에 크랙 등의 손상없이 한정된 공간에서 넓은 표면적을 구현할 수 있고, 방열 효과를 극대할 수 있으므로, 전자소자의 발열 문제를 해결할 수 있다. 또한, 이로 인해 전자소자의 안정적인 성능 확보와 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 그라파이트 구조물 및 이의 제조방법을 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물(2a) 및 이의 활용예(2b)를 도시한 것이다.

도 2와 함께 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물(200)은 지그재그 형상의 직선부(220)와 꺾임부(210)를 가지되, 상기 꺾임부(210)는 둥글며(이하, 굴곡부라 칭함) 2개 이상인 금속재 구조물(235) 상의 일면 또는 양면에 그라파이트층(230)이 포함될 수 있다.

또한, 상기 2(b)는 상기 그라파이트 구조물(200)의 활용예를 도시한 것으로서, 발열원(260), 인쇄회로기판(PCB)(250), 방열패드(240) 및 본 발명의 그라파이트 구조물(200)을 포함하는 전자소자의 활용예를 도시한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물에 있어서, 상기 꺾임부(210)는 바람직하게는 2 내지 60개, 더욱 바람직하게는 3 내지 25개 것이 바람직할 수 있으며, 이는 활용 용도에 따라 다양하게 변화시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속재 구조물의 직선부(220)는 도 2에서와 같이 꺾임부(210) 보다 1개 더 많으며, 각 직선부(220)의 길이가 동일한 것이 바람직할 수 있다.

구체적으로, 상기 금속재 구조물의 길이는 적용되는 전자소자에 따라 다양할 수 있으나, 예를 들어, 꺾임부(210)로부터 직선부(220)의 끝단 까지의 길이가 5 ㎜ 내지 200 ㎜, 바람직하게는 6 ㎜ 내지 120 ㎜일 수 있다.

또한, 상기 지그재그 형상의 금속재 구조물의 총 길이는 10 ㎜ 내지 72mm, 바람직하게는 18 ㎜ 내지 30 mm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 MIT 내굴곡 시험은 예를 들어 도요세이키(주)제의 MIT 내유피로 시험기 형식 D를 사용하여, 시험 하중 100gf(0.98N), 속도 90회/분으로 실시한 굴곡강도를 측정할 수 있다.

상기 금속재 구조물의 두께는, 더욱 구체적으로 상기 직선부와 꺾임부의 두께는 적용되는 전자소자에 따라 다양한 두께를 가질 수 있으나, 균일한 것이 바람직할 수 있으며. 예를 들어 1 ㎛ 내지 10 ㎜, 바람직하게는 5㎛ 내지 2 ㎜일 수 있다.

상기 두께 범위에서 그라파이트층에 충분한 강성을 부여할 수 있다.

만일, 상기 직선부와 꺾임부의 금속재 구조물의 두께가 불균일할 경우, 상기 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 균일하게 형성하는데 어려움이 있을 수 있다. 또한, 상기 금속재 구조물이 상기 두께 범위를 초과하는 경우, 너무 두꺼운 금속재 구조물로 인해 오히려 방열 효과에 방해가 될 수 있다. 또한, 상기 범위보다 얇을 경우, 그라파이트층에 충분한 강성을 부여하지 못하여 원하는 그라파이트층의 형상을 유지할 수 없다.

상기 금속재 구조물은 금속재질의 구조물로서, 예를 들어 알루미늄(Al), 철(Fe), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속 등을 포함할 수 있다.

또한, 상기 금속재 구조물 상에 형성되는 그라파이트층은 폴리이미드층을 원료로 하여 형성된 것으로, 구체적으로는 금속재 구조물 상에 폴리이미드층을 형성시킨 후 탄화시켜 얻은 것일 수 있다.

상기 그라파이트층의 두께는 1 ㎛ 내지 25 ㎜, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 10 ㎜, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 내지 4㎜일 수 있다.

만일, 상기 그라파이트층의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우 그라파이트층의 충분한 압연이 이루어지지 않을 수 있고, 상기 범위 미만인 경우 그라파이트층의 두께가 너무 얇아 그라파이트의 열전달 성능의 저하가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물에 있어서, 상기 그라파이트층의 종 방향의 열확산율이 5 내지 300kw/㎡이고, 횡 방향의 열확산율이 1200 내지 1800kw/㎡일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물에 있어서, 그라파이트층의 종 방향의 열확산율은, 광교류법에 의한 열확산율 측정 장치(얼박리코우(주)사제 「LaserPit」)를 사용하여, 그라파이트 필름을 4×40㎜의 형상으로 절취한 샘플을, 23℃의 분위기하, 10㎐로 측정할 수 있다.

상기 그라파이트층의 종 방향 및 횡 방향의 열확산율을 갖는 그라파이트 구조물은 상기 범위를 만족함으로써, 전자소자의 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있으며 이로 인해 전자소자의 수명 특성 및 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 그라파이트 구조물의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물의 제조방법은 (S1) 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅용액을 코팅하고 건조하여 상기 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅층을 형성하는 단계; (S2) 상기 폴리아믹산 코팅층을 이미드화하여 금속재 구조물 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계; (S3) 상기 폴리이미드층이 형성된 구조물을 탄화시켜 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 형성하는 단계; 및 (S4) 그라파이트층이 형성된 구조물을 압연하는 단계를 포함하고, 상기 금속재 구조물은 지그재그 형상의 직선부와 꺾임부(굴곡부)를 가지되, 상기 꺾임부는 둥글며 2개 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 그라파이트 구조물의 제조방법에 따르면, 횡 방향의 우수한 열전달 특성을 활용하기 위해서 그라파이트 시트에 굴곡을 주어 그라파이트 시트의 면적을 줄임으로써 그라파이트의 내외부에 크랙이 발생하는 문제가 있는 종래 방법에 비해, 굴곡이 형성된 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅층을 형성하고, 이를 이미드화하여 폴리이미드층을 형성시킨 후, 탄화에 의해 그라파이트층을 형성하는 본 발명은 그라파이트의 내외부에 크랙이 발생하지 않아 균일한 두께의 그라파이트층을 형성할 수 있고, 열전도도를 현저히 향상시킬 수 있다.

또한, 그라파이트에 연질 특성을 부여하기 위하여 그라파이트에 연질 소재를 첨가하거나 첨가제를 추가하여 연질 특성은 향상되나 첨가제에 의해 순수한 그라파이트 재질의 열전달 성능 저하 문제가 있는 종래 기술에 비해, 굴곡이 형성된 금속재 기재 상에 폴리아믹산 코팅용액을 도포하는 방법을 제공함으로써, 상기 문제를 해결하면서 전자소자의 방열특성 및 수명특성을 개선할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 그라파이트 구조물의 제조방법을 단계별로 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상기 그라파이트 구조물의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (S1)은 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅용액을 코팅하고 건조하여 상기 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅층을 형성하는 단계이다.

상기 단계 (S1)에서, 상기 금속재 구조물은 지그재그 형상의 직선부와 꺾임부(굴곡부)를 가지되, 상기 꺾임부는 둥글며 2개 이상인 구조물일 수 있다.

상기 금속재 구조물은 단계 (S3)의 탄화공정의 고온에서 용융되지 않은 금속재질의 구조물로서, 예를 들어 알루미늄(Al), 철(Fe), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속 등을 포함할 수 있으며, 특히 바람직하게는 텅스텐을 포함할 수 있다. 상기 텅스텐 재질의 금속재 구조물을 상기 지그재그 형상의 굴곡 형태의 구조물로 미리 준비한 후 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속재 구조물 상에 코팅하는 폴리아믹산 코팅용액은 통상적으로 폴리이미드를 형성할 수 있는 폴리아믹산 코팅용액을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리아믹산 코팅용액은 방향족 이무수물 및 방향족 다이아민을 유기용매의 존재 하에 축합 중합하여 제조할 수 있다.

상기 방향족 이무수물은 피로멜리틱 다이안하이드라이드(PMDA), 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실릭 다이안하이드라이드(BPDA), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 다이안하이드라이드, 4,4'-옥시다이프탈릭 안하이드라이드, 2,2'-비스-(3,4-다이카르복실페닐)헥사플루오로프로판 다이안하이드라이드 및 2,3,6,7-나프탈렌테트라카르복실릭 다이안하이드라이드 (NTCDA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체를 포함할 수 있다.

상기 방향족 다이아민은 p-페닐렌다이아민(p-PDA), 4,4'-옥시다이아닐린(ODA), 3,3’-다이메틸벤지딘(3,3’-dimethylbenzidine), 1,4-나프탈렌디아민(1,4-naphthalenediamine), 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 4,4’-다이아미노바이페닐-2,2’-비스(트라이플루오로메틸)벤지딘(TFMB), 6-아미노-2-(4-아미노페닐) 벤조옥사졸, 5-아미노-2-(4-아미노페닐)벤조옥사졸, m-페닐렌다이아민(m-PDA), 3'-메톡시-4,4'-다이아미노벤즈아닐리드, 다이아미노톨루엔, 3,3'-다이메틸-4,4'-다이아미노다이페닐메탄 및 다이아미노다이페닐술폰으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체를 포함할 수 있다.

상기 유기용매는 N,N'-다이메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸피롤리돈(NMP), 테트라하이드로퓨란(THF), N,N'-다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 사이클로헥산 및 아세토나이트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 극성용매를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 유기용매의 사용량은 각 성분을 균일하게 용해하고, 본 발명의 효과에 적합한 폴리아믹산 코팅용액의 점도 범위를 만족시킬 수 있는 양이면 바람직하다. 예를 들면, 용매 대비 용질 함량(solid contents)은 10 중량% 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 상기 용질 함량이 10 중량% 미만인 경우에는 불필요한 용매 사용이 많아지고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 용액의 점도가 지나치게 높아져서 균일한 도포를 할 수 없는 문제가 생긴다.

상기 축합 중합 반응은 바람직하게는 질소분위기에서 수행되며, 상온에서 진행하거나 반응속도를 빠르게 하기 위해서 필요에 따라 온도를 증가시켜 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방향족 이무수물과 상기 방향족 다이아민은 예를 들어 1 : 0.95 내지 1 : 1.05의 몰비로 중합되는 것이 바람직하며, 상기 몰비 범위를 벗어나는 경우에는 중합 후 점도가 낮아져 후 공정이 어려워지는 문제가 있다.

본 발명에서는 폴리이미드층 형성을 위한 폴리아믹산 코팅용액은 상기 성분 이외에 다른 방향족 다이아민이나 방향족 이무수물을 소량 첨가할 수 있다. 또한, 폴리아믹산 코팅용액의 도포나 경화를 용이하게 하기 위하여 또는 기타 물성을 향상시키기 위하여 소포제, 겔 방지제 또는 경화 촉진제 등과 같은 첨가제를 더 추가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리아믹산 코팅액을 굴곡이 형성된 금속재 구조물 상에 균일하게 도포하는 것이 무엇보다 중요하다. 상기 지그재그 형상의 굴곡이 형성된 금속 재질의 구조물에 균일한 두께로 코팅하기 위해서는 상기 폴리아믹산 코팅용액은 적절한 점도를 갖는 것이 바람직하며, 예를 들어 상기 폴리아믹산 코팅용액의 점도는 브룩필드 점도계(brookfiled viscometer)로 측정 시

3,000cps 내지 15,000cps, 바람직하게는 6,000cps 내지 9,000cps 범위인 것이 바람직할 수 있다.

상기 점도를 갖는 폴리아믹산 코팅용액을 상기 굴곡이 형성된 금속재 구조물에 도포함으로써, 이미드화 공정 및 폴리이미드의 탄화공정에 의해 형성된 그라파이트층을 균일하게 형성할 수 있으며, 이로 인해 균일한 열전달 특성을 달성할 수 있다.

또한, 폴리아믹산 코팅용액이 상기 범위의 점도를 만족해야하는 또 다른 이유는, 상기 금속재 상에 그라파이트층을 형성 후, 압연공정에 있어서 그라파이트층의 두께가 불균일 할 경우 그라파이트층의 균일한 압연이 불가능하여 그라파이트의 압연 정도가 달라질 수 있기 때문이다. 또한, 압연이 충분히 실시되지 않은 그라파이트는 열전달 특성이 부분적으로 저하될 수 있다. 결과적으로 열전달 특성이 저하된 부분에서 열전달 병목현상이 발생하여 그라파이트의 전체적인 열전달 성능의 저하가 발생하기 때문이다.

만일 상기 폴리아믹산 코팅용액의 점도가 3,000cps 미만인 경우 압연 후 두께가 지나치게 얇아서 열전달 성능이 저하될 수 있고 15,000cps를 초과하는 경우 폴리아믹산의 흐름성이 좋지 않아 굴곡부에 폴리아믹산이 잔류하게 되고, 이는 탄화공정 이후 압연공정 시 그라파이트의 충분한 압연을 어렵게 하여 열전달 특성을 저하시킬 수 있다.

상기 폴리아믹산 코팅용액을 상기 금속재 구조물 상에 균일하게 도포시키는 코팅은 당 기술분야에 알려져 있는 코팅법을 이용할 수 있으며, 예로서 다이 코터(die coater), 콤마 코터(comma coater), 리버스 콤마 코터(reverse comma coater) 또는 그라비아 코터(gravure coater) 등을 이용하여 코팅할 수 있다.

상기 건조 과정은 오븐의 구조나 조건에 따라 다르겠지만, 통상 용매의 비점보다 낮은 온도인 50℃ 내지 250℃, 보다 바람직하게는 80℃ 내지 150℃에서 3 내지 60분 동안 이루어질 수 있다.

또한, 상기 용매가 건조된 이후에는 폴리아믹산 코팅용액의 흐름성이 없기 때문에 구조물에 균일한 폴리아믹산 코팅막을 형성하기 위해서, 또는 지나치게 두껍게 코팅되지 않게 하기 위해서는 폴리아믹산의 용매 건조시에 폴리아믹산이 코팅된 구조물을 회전시켜주는 것이 바람직하다.

상기 구조물의 회전은 폴리아믹산 코팅층의 점도에 따라 분당 회전수를 가감 해주되, 폴리아믹산 코팅층의 점도가 브룩필드 점도계(brookfiled viscometer)로 측정시 6,000cps 내지 9,000cps 범위에서는 15rpm 내지 60rpm의 범위가 적당하다.

상기 구조물의 회전속도가 60rpm을 초과하는 경우에는 굴곡이 형성된 구조물의 굴곡부에 폴리아믹산이 잔류하여 뭉치는 현상이 발생하여 용매 건조가 용이하지 않으며 최종 폴리이미드층의 두께가 두꺼워지게 되고 탄화공정후 압연공정에 있어 탄화된 폴리이미드인 그라파이트층의 충분한 압연이 이루어지지 않을 수 있다. 또한 구조물의 회전속도가 15rpm 미만인 경우에는 구조물에 코팅된 폴리아믹산 코팅층이 지나치게 낙하하여 폴리아믹산의 코팅층이 얇아지게 되고 최종 그라파이트층의 두께가 얇아져서 그라파이트의 열전달 성능의 저하가 발생할 수 있다.

상기 회전은 50℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 3분 내지 60분 동안 수행하는 것이 바람직하다.

상기 폴리아믹산 코팅용액의 코팅 두께는 10 ㎛ 내지 7 ㎜, 바람직하게는 50 ㎛ 내지 4 ㎜일 수 있다.

상기 범위에서 코팅이 될 경우 최적의 그라파이트층을 형성할 수 있어, 우수한 열전도도 및 기계적 물성을 달성할 수 있다.

만일, 상기 폴리아믹산 코팅용액의 코팅 두께가 상기 범위 미만인 경우, 너무 적은 양의 코팅 두께로 인해 이미드화 및 탄화 후 그라파이트층이 지나치게 얇아져 열전도도가 낮아질 수 있으며 전자소자의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 폴리아믹산 코팅용액의 코팅 두께가 상기 범위를 초과하는 경우 코팅이 불균일해지고 지나친 두께로 인해 공정상의 문제 및 전자소자의 성능에 악영향을 가져올 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (S2)는 상기 폴리아믹산 코팅층을 이미드화하여 금속재 구조물 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계일 수 있다.

상기 이미드화 반응은 당 분야에서 통상적으로 사용하는 방법으로 사용할 수 있다.예를 들면, 상기 단계 (S1)에서 금속재 구조물 상에 코팅된 폴리아믹산 코팅층을 이미드화(Imidization)함으로써 폴리이미드층을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이미드화는 경화과정을 통해 이미드화를 진행할 수 있다. 경화는 약 250℃ 내지 500℃, 바람직하게는 300℃ 내지 450℃의 온도 범위에서 5분 내지 2시간 동안, 바람직하게는 30분 내지 1시간 30분 동안 진행할 수 있다. 또한, 상기 경화 단계는 바람직하게는 질소분위기에서 수행될 수 있으며, 예를 들어 질소오븐에서 경화가 진행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (S3)은 상기 폴리이미드층을 탄화시켜 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 형성하는 단계이다.

상기 단계 (S2)에서 얻은 상기 폴리이미드층을 탄화시키는 공정은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 탄화공정을 진행하여 그라파이트층을 형성할 수 있다.

구체적으로, 상기 탄화는 폴리이미드층이 형성된 구조물을 질소 분위가하에서 열처리함으로써 탄화를 진행할 수 있다. 상기 탄화는 예를 들면 질소오븐에서 약 700℃ 내지 1100℃의 온도 범위에서 3 내지 7 시간 동안 수행될 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (S4)는 그라파이트층이 형성된 구조물을 압연하는 단계일 수 있다.

상기 단계 (S3)에서 얻은 탄화된 폴리이미드인 그라파이트층은 압연공정을 거쳐야 우수한 열전달 특성을 가질 수 있다. 일반적인 인조 그라파이트의 경우 판형의 형태를 지니고 있어 압연 롤라를 사용하여 압연을 하지만 본 발명과 같은 판형이 아닌 형상인 굴곡 형상을 가지는 그라파이트의 경우는 압연 롤라를 사용하여 그라파이트 압연을 실시 할 수 없다.

따라서 별도로 고안된 압연용 구조물을 사용하여 압연을 실시하여야 한다. 그라파이트의 열전달 특성을 향상시키기 위하여 그라파이트층이 형성된 구조물과 동일한 형태의 금속 재질의 압연용 구조물을 그라파이트층이 형성된 구조물 사이사이에 삽입한 후 압연을 실시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연공정시 압연용 구조물을 삽입 할 때에 그라파이트층의 손상을 방지하기 위하여 그라파이트가 형성된 구조물과 압연용 구조물은 도 3 및 4와 같이 쐐기 형태를 가져야 한다.

상기 압연과정은 도 3 및 도 4에 구체적으로 도시 되어있다.

우선, 도 3과 함께 구체적으로 살펴보면 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연 단계시 도 3(a)에 도시한 바와 같이 압연용 구조물(310)을 그라파이트 구조물(320)의 사이사이 공간 각각에 위치시키고(도 (3a)), 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 압연용 구조물이 삽입된 상태로 사면에서 그라파이트 구조물을 압연할 수 있다(도 3(b)). 또한, 상기 압연 후 상기 압연용 구조물을 제거할 수 있다.

상기 압연용 구조물(310)의 형상은 쐐기형으로, 상기 그라파이트 구조물 사이사이 공간 형상과 오차범위 5% 이내에서 동일한 형상을 가질 수 있다.

더욱 구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 오차범위는 압연용 구조물(410)의 중심을 그은 선과 그 선이 연장된 점에서 구조물의 직선부를 연결한 선에 의하여 이루어진 각도(이하 쐐기 각도라 칭함, a-1)가, 그라파이트 구조물의 꺾임부(굴곡부)의 중심을 그은 선과 그 선이 연장된 점에서 구조물의 직선부를 연결한 선에 의하여 이루어진 각도(b-1)에 대한 오차범위로, 상기 오차범위는 5% 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 쐐기 각도(a-1)가 그라파이트층이 형성되는 구조물의 각도(b-1)와 비교하여 5%를 초과하는 오차를 가질 경우에는 굴곡부의 그라파이트층이 충분히 압연되지 않을 수 있고, 이로 인해 전체적인 그라파이트 구조물의 열전달 성능을 저하시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연은 압연용 구조물이 삽입된 상태에서 그라파이트 구조물의 사면에서 5Mpa 내지 20Mpa의 범위로 압력이 수행될 수 있다.

상기 압연 후, 상기 금속재 구조물 상에 형성된 그라파이트층은 1 ㎛ 내지 25 ㎜, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 10 ㎜, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 내지 4㎜일 수 있다.

상기 범위에서의 그라파이트층을 형성하는 경우, 최대의 열전도도 효과 및 방열효과가 극대화될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법에 의해 제조된 그라파이트 구조물을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그라파이트 구조물을 포함하는 전자소자를 제공할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 구조물은 횡 방향 뿐만 아니라 종 방향으로도 열전도도가 매우 우수하기 때문에, 상기 특징을 필요로 하는 용도에 적합할 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

실시예

< 폴리아믹산 코팅용액의 제조>

제조예 1

1L 용기의 반응기를 100℃ 오븐에서 30분간 건조하여 수분을 건조한 다음에 반응기에 질소퍼지를 수행하여 수분의 유입을 방지한 이후, 반응기에 수분 함유가 100ppm 이하인 다이메틸포름아미드(DMF, Dimethylformamide) 700g을 투입하였다.

상기 용매가 있는 반응기 내의 온도를 60℃로 유지 한 후, 옥시다이아닐린(ODA, 4,4'-oxydianiline)을 투입한 후 용해가 완전히 될 때까지 1,000rpm의 속도로 교반하였다.

그 후 피로멜리틱 다이안하이드라이드(PMDA,Pyromellitic dianhydride)을 5분할 하여 투입하되 5차분의 원료의 양을 조절하여 점도를 조절하였다. 반응용액의 점도가 7,500cps가 되면 PMDA의 투입을 멈추고 반응기의 온도를 유지하면서 30분간 교반 한 후 반응을 종료하여 폴리아믹산 코팅용액을 얻었다.

제조예 2

반응 용액의 점도가 1,500cps가 되면 PMDA의 투입을 멈추고 반응기의 온도를 유지하면서 30분간 교반 한 후 반응을 종료한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 수행하여 폴리아믹산 코팅용액을 얻었다.

제조예 3

반응 용액의 점도가 21,000cps가 되면 PMDA의 투입을 멈추고 반응기의 온도를 유지하면서 30분간 교반 한 후 반응을 종료한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 수행하여 폴리아믹산 코팅용액을 얻었다.

실시예 1

<단계 (S1) : 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅용액을 코팅하고 건조하여 상기 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅층을 형성하는 단계>

상기 제조예 1에서 얻은 점도가 7,500cps 폴리아믹산 코팅용액을 10분간 탈포하였다. 탈포된 코팅용액에 사전에 지그재그 형상의 굴곡부를 포함하는 텅스텐 구조물(두께 22 ㎛, 총 길이150 ㎜, 굴곡부 갯수 12)을 1분간 침지한 이후에 상기 폴리아믹산 코팅용액에서 구조물을 분리하였다.

상기 구조물을 별도의 회전 지그에 고정하여 45rpm의 속도로 120℃의 오븐에서 10분간 회전시키며 DMF 용매를 건조하여, 텅스텐 구조물 상에 폴리아믹산 코팅층을 형성하였다. 이때, 폴리아믹산 코팅층의 두께는 85 ㎛ 이었다.

<단계 (S2) : 폴리아믹산 코팅층을 이미드화하여 금속재 구조물 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계>

상기 단계 (S1)에서 얻은 텅스텐 구조물 상에 폴리아믹산 코팅층이 형성된 구조물을 370℃의 질소오븐에서 1시간 동안 경화하여 이미드화를 진행하여 텅스텐 구조물 상에 폴리이미드층을 형성하였다.

<단계 (S3) : 폴리이미드층이 형성된 구조물을 탄화시켜 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 형성하는 단계>

상기 단계 (S2)에서 얻은 텅스텐 구조물 상에 폴리이미드층이 형성된 구조물을 1,000℃의 질소오븐에서 4시간 방치하며 탄화를 진해하여 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 형성하였다.

<단계 (S4) : 그라파이트층이 형성된 구조물을 압연하는 단계>

상기 단계 (S3)에서 얻은 텅스텐 구조물 상에 그라파이트층이 형성된 구조물의 사이사이 공간에 이 구조물과 동일한 형태의 금속 재질의 쐐기형 압연 구조물을 그라파이트가 형성된 구조물에 삽입하였다. 이후, 사면에서 10Mpa의 압력을 가하여 20분간 프레스 압연을 실시하였다. 상기 압연공정에 있어서, 쐐기형의 압연용 구조물과 그라파이트 구조물의 각도의 오차는 3%인 것을 사용하였다.

상기 압연공정 이후 압연용 구조물을 제거하여 최종 압연된 두께가 16 ㎛인 그라파이트층을 포함하는 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실시예 2

상기 실시예 1의 단계 (S1)에서, 상기 폴리아믹산 코팅용액에 침지시킨 구조물을 지그에 고정하여 회전속도를 40rpm으로 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실시예 3

상기 실시예 1의 단계 (S4)에서, 상기 쐐기형의 압연용 구조물의 쐐기 각도가 그라파이트 구조물의 각도에 대해 그 오차가 1%인 것을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실시예 4

상기 실시예 1의 단계 (S4)에서, 상기 쐐기형의 압연용 구조물의 쐐기 각도가 그라파이트 구조물의 각도에 대해 그 오차가 5%인 것을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실시예 5

상기 실시예 1의 단계 (S1)에서, 상기 제조예 2에서 얻은 점도가 1,500cps인 폴리아믹산 코팅용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실시예 6

상기 실시예 1의 단계 (S1)에서, 상기 제조예 3에서 얻은 점도가 21,000cps인 폴리아믹산 코팅용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실시예 7

상기 실시예 1의 단계 (S1)에서, 상기 폴리아믹산 코팅용액에 침지시킨 구조물을 지그에 고정하여 회전속도를 5rpm으로 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실시예 8

상기 실시예 1의 단계 (S1)에서, 상기 폴리아믹산 코팅용액에 침지시킨 구조물을 지그에 고정하여 회전속도를 75rpm으로 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실시예 9

상기 실시예 1의 단계 (S4)에서, 상기 쐐기형의 압연용 구조물의 쐐기 각도가 그라파이트 구조물의 각도에 대해 그 오차가 7%인 것을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

비교예 1

상기 실시예 1의 단계 (S1)에서, 상기 지그재그 형상의 굴곡이 형성된 텅스텐 구조물을 사용하는 대신 두께가 22㎛인 직선형 텅스텐 기재를 사용한 것을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

비교예 2

실시예 1의 폴리아믹산 코팅용액 대신에 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 코팅용액을 2mm 정도의 두께로 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 하여 그라파이트 구조물을 제작하였다.

실험예 1 : 그라파이트층의 두께 균일도

그라파이트층의 두께 균일도는 최종 압연된 그라파이트층을 직선부와 꺾임부(굴곡부)를 포함한 총 10개소에 대하여 단면 분석하여 압연된 그라파이트층의 두께를 측정하였고, 측정된 두께의 평균을 계산한 다음 표준편차를 산출하였다.

실험예 2 : 방열 성능

<그라파이트 구조물의 최대온도 측정>

그라파이트 구조물의 방열 성능은 최종 그라파이트 구조물의 하부에 100℃의 세라믹 히터를 부착한 후, 30분 후 그라파이트 구조물의 최상단 중앙부의 최대 온도를 측정하여 확인하였다. 이때, 열전달 성능이 우수할수록 최상단의 온도가 높게 측정된다.

<전자소자의 부품온도 측정>

부품 온도는 발열이 되는 전자 부품의 하부에 그라파이트 구조물을 부착한 이후 발열되는 전기 소자의 온도를 30분 이후에 측정하여 확인하였다. 이때, 열전달 성능이 우수할 수록 부품의 온도가 낮게 측정된다.

비고	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예 8	실시예 9	비교예1	비교예2
그라파이트층의 두께 균일도	0.12	0.09	0.10	0.21	0.09	1.75	1.83	2.43	4.75	0.3	3.65
최대 온도(℃)	83.0	85.2	86.7	79.0	63.0	59.0	62.1	58.3	58.1	32.1	62.0
부품 온도(℃)	109.0	108.1	106.1	110.3	120.0	121.0	123.3	124.3	123.9	151.2	152.3

실험예 1에 따라, 실시예 1 내지 9의 그라파이트의 두께의 균일도를 살펴보면, 본 발명의 실시예 1 내지 9는 모두 4.75 이하의 두께 균일도를 나타내었다.

또한, 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 2의 그라파이트 구조물의 제조공정에 있어서, 폴리아믹산 코팅용액의 점도, 압연시 구조물의 회전수 및 압연용 구조물의 오차범위에 따라 그라파이트층의 두께 균일도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 실시예 1 내지 4와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 언급한 특정범위의 폴리아믹산 코팅용액의 점도, 압연시 구조물의 회전수 및 압연용 구조물의 오차범위를 만족시키는 경우, 즉 실시예 1 내지 4의 경우 0.09 내지 0.21 사이의 두께의 표준편차를 가짐으로써 우수한 두께 균일도를 가짐을 알 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 폴리아믹산 코팅용액의 점도를 달리한 실시예 1 및 실시예 6를 비교하면, 실시예 1의 그라파이트층의 두께 균일도는 실시예 6의 두께 균일도에 비해 약 10배 이상 차이가 있음을 알 수 있다.

또한, 압연시 구조물의 회전수를 달리한 실시예 2 및 실시예 7과 8을 비교하면, 실시예 2의 그라파이트층의 두께 균일도가 실시예 7과 8에 비해 약 20배 정도 차이가 있음을 알 수 있다.

또한. 상기 쐐기형의 압연용 구조물의 쐐기 각도가 그라파이트 구조물의 각도에 대해 그 오차가 5% 이내인 실시예 3과 4 및 오차가 7%인 실시예 9를 비교하면, 실시예 3과 4의 그라파이트층의 두께 균일도가 오차가 7%인 실시예 9에 비해 45배 이상 차이가 있음을 알 수 있다. 또한, PET 수지를 이용한 비교예 2의 경에도 실시예 3과 4의 그라파이트층의 두께 균일도에 비하여 차이가 큰 것을 확인할 수 있었다.

한편, 실험예 2에 따라, 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 2의 그라파이트 구조물의 방열 성능을 비교해 보면, 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 9의 그라파이트 구조물의 최대 온도는 58.1℃ 내지 86.7℃임을 보였다. 이에 대하여 비교예 1 내지 2의 그라파이트 구조물의 최대 온도는 32.1℃ 내지 62.0℃로 낮은 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 9의 그라파이트 구조물의 제조공정에 있어서, 폴리아믹산 코팅용액의 점도, 압연시 구조물의 회전수 및 압연용 구조물의 오차범위에 따라 그라파이트 구조물의 최대 온도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 실시예 1 내지 9의 그라파이트 구조물은 폴리아믹산의 코팅용액의 점도를 조절함으로써, 실시예 1 내지 4의 그라파이트의 최대 온도가 79℃ 내지 86.7℃인데 반해, 실시예 5 내지 9의 경우 58.1℃ 내지 63℃의 온도를 갖았다.

구체적으로 살펴보면, 폴리아믹산 코팅용액의 점도를 달리한 실시예 1 및 실시예 6를 비교하면, 실시예 1의 그라파이트 구조물의 최대 온도는 실시예 6의 그라파이트 구조물의 최대 온도에 비해 약 24℃ 정도 높음을 알 수 있다.

또한, 압연시 구조물의 회전수를 달리한 실시예 2 및 실시예 7과 8을 비교하면, 실시예 2의 그라파이트 구조물의 최대 온도는 실시예 7과 8의 그라파이트 구조물의 최대 온도에 비해 약 26℃까지 높음을 알 수 있다.

또한. 상기 쐐기형의 압연용 구조물의 쐐기 각도가 그라파이트 구조물의 각도에 대해 그 오차가 5% 이내인 실시예 3과 4 및 오차가 7%인 실시예 9를 비교하면, 실시예 3과 4의 그라파이트 구조물의 최대 온도는 실시예 9의 그라파이트 구조물의 최대 온도에 비해 약 28℃까지 높음을 알 수 있다.

따라서, 상기 결과는 본 발명의 실시예 1 내지 4의 그라파이트 구조물의 열전달 성능이 실시예 5 및 9에 비해 현저히 우수함을 알 수 있다.

한편, 실험예 2에 따라, 실시예 1 내지 9의 그라파이트 구조물을 이용한 전자부품의 온도를 살펴보면 실시예 1 내지 9의 전자부품의 온도는 106.1℃ 내지 124.3℃임을 보였다. 이와는 상대적으로 비교예 1 내지 2의 전자부품의 온도는 151.2℃ 내지 152.3℃로 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

특히, 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 9의 그라파이트 구조물의 제조공정에 있어서, 폴리아믹산 코팅용액의 점도, 압연시 구조물의 회전수 및 압연용 구조물의 오차범위에 따라 전자 부품의 온도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 실시예 1 내지 4 및 실시예 5 내지 9의 전자 부품의 온도를 비교해 보면, 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4의 전자 부품의 온도가 106.1℃ 내지 110.3℃인데 반해, 실시예 5 내지 9의 경우 120℃ 내지 124.3℃의 온도를 갖았다.

구체적으로 살펴보면, 폴리아믹산 코팅용액의 점도를 달리한 실시예 1 및 실시예 6를 비교하면, 실시예 1의 전자 부품의 온도는 실시예 6의 전자 부품의 온도에 비해 약 11℃ 정도 낮음을 알 수 있다.

또한, 압연시 구조물의 회전수를 달리한 실시예 2 및 실시예 7과 8을 비교하면, 실시예 2의 전자 부품의 온도는 실시예 7과 8의 전자 부품의 온도에 비해 약 16℃까지 낮음을 알 수 있다.

또한. 상기 쐐기형의 압연용 구조물의 쐐기 각도가 그라파이트 구조물의 각도에 대해 그 오차가 5% 이내인 실시예 3과 4 및 오차가 7%인 실시예 9를 비교하면, 실시예 3과 4의 전자 부품의 온도는 실시예 9의 전자 부품의 온도에 비해 약 13℃까지 낮음을 알 수 있다.

따라서, 상기 결과는 본 발명의 실시예 1 내지 4의 그라파이트 구조물의 열전달 성능이 실시예 5 내지 9 및 비교예 1 내지 2에 비해 현저히 우수함을 알 수 있다.

200 : 그라파이트 구조물
210 : 꺾임부
220 : 직선부
230 : 그라파이트층
235 : 금속재 구조물
240 : 방열패드
250 : 인쇄회로기판(PCB)
260: 발열원
310 : 압연용 구조물
320, 420 : 그라파이트 구조물(압연전)
410 : 압연용 구조물

Claims

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(S1) 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅용액을 코팅하고 건조하여 상기 금속재 구조물 상에 폴리아믹산 코팅층을 형성하는 단계;
(S2) 상기 폴리아믹산 코팅층을 이미드화하여 금속재 구조물 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계;
(S3) 상기 폴리이미드층이 형성된 구조물을 탄화시켜 금속재 구조물 상에 그라파이트층을 형성하는 단계; 및
(S4) 그라파이트층이 형성된 구조물을 압연하는 단계를 포함하고,
상기 금속재 구조물은 지그재그 형상의 직선부와 꺾임부(굴곡부)를 가지되, 상기 꺾임부는 둥글며 2개 이상이고,
상기 폴리아믹산 코팅용액의 점도는 브룩필드 점도계(brookfiled viscometer)로 측정시 3,000cps 내지 15,000cps 범위인 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
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청구항 10에 있어서,
상기 건조시 폴리아믹산이 코팅된 구조물을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 회전은 폴리아믹산의 점도가 브룩필드 점도계(brookfiled viscometer)로 측정시 6,000cps 내지 9,000cps 범위에서 15rpm 내지 60rpm 범위의 회전속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 회전은 50℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 압연 단계시 압연용 구조물을 그라파이트 구조물의 사이사이 공간 각각에 위치시키고 압연한 후, 상기 압연용 구조물을 제거하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 15에 있어서,
상기 압연용 구조물의 형상은 쐐기형으로, 상기 그라파이트 구조물 사이사이 공간 형상과 오차범위 5% 이내에서 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 16에 있어서,
상기 오차범위는 압연용 구조물의 중심을 그은 선과 그 선이 연장된 점에서 구조물의 직선부를 연결한 선에 의하여 이루어진 각도가, 그라파이트 구조물의 꺾임부(굴곡부)의 중심을 그은 선과 그 선이 연장된 점에서 구조물의 직선부를 연결한 선에 의하여 이루어진 각도에 대한 오차범위인 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 16에 있어서,
상기 압연은 압연용 구조물이 삽입된 상태에서 그라파이트 구조물의 사면에서 5Mpa 내지 20Mpa의 범위로 압력이 수행되는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 폴리아믹산의 코팅층은 10 ㎛ 내지 7 ㎜의 두께인 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 그라파이트층은 1㎛ 내지 25㎜의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 이미드화는 250℃ 내지 500℃의 온도범위에서 경화에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 탄화는 700℃ 내지 1100℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 폴리아믹산 코팅용액은 방향족 다이아민 단량체 및 방향족 이무수물 단량체를 유기용매의 존재 하에 중합하여 제조된 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 23에 있어서,
상기 방향족 이무수물은 피로멜리틱 다이안하이드라이드(PMDA), 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실릭 다이안하이드라이드(BPDA), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 다이안하이드라이드, 4,4'-옥시다이프탈릭 안하이드라이드, 2,2'-비스-(3,4-다이카르복실페닐)헥사플루오로프로판 다이안하이드라이드 및 2,3,6,7-나프탈렌테트라카르복실릭 다이안하이드라이드 (NTCDA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 23에 있어서,
상기 방향족 다이아민은 p-페닐렌다이아민(p-PDA), 4,4'-옥시다이아닐린(ODA), 3,3’-다이메틸벤지딘(3,3’-dimethylbenzidine), 1,4-나프탈렌디아민(1,4-naphthalenediamine), 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 4,4’-다이아미노바이페닐-2,2’-비스(트라이플루오로메틸)벤지딘(TFMB), 6-아미노-2-(4-아미노페닐) 벤조옥사졸, 5-아미노-2-(4-아미노페닐)벤조옥사졸, m-페닐렌다이아민(m-PDA), 3'-메톡시-4,4'-다이아미노벤즈아닐리드, 다이아미노톨루엔, 3,3'-다이메틸-4,4'-다이아미노다이페닐메탄 및 다이아미노다이페닐술폰으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 23에 있어서,
상기 유기용매는 N,N'-다이메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸피롤리돈(NMP), 테트라하이드로퓨란(THF), N,N'-다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 사이클로헥산 및 아세토나이트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 극성용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 구조물의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 코팅은 다이 코터(die coater), 콤마 코터(comma coater), 리버스 콤마 코터(reverse comma coater), 또는 그라비아 코터(gravure coater)에 의하여 폴리아믹산 코팅용액을 도포하는 것인 그라파이트 구조물의 제조방법.
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