KR101989077B1 - 열제어능을 구비한 방열부재, 방열시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

열제어능을 구비한 방열부재, 방열시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기재; 상기 기재 상에 구비되는 점착층; 및 상기 점착층 상에서 서로 이격되어 구비되는 복수개의 그라파이트부와, 이웃하는 그라파이트부 사이에 구비되는 이격부로 이루어지는 방열층;을 포함하는 열제어능을 구비한 방열시트에 관한 것이다.

Description

열제어능을 구비한 방열부재, 방열시트 및 이의 제조방법 {HEAT RADIATING MEMBER AND HEAT RADIATING SHEET HAVING HEAT CONTROL FUNCTION AND MANUFACTURING METHOD THE SAME}
본 발명은 열제어능을 구비한 방열부재, 방열시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열의 진행방향 및 속도를 제어함으로써 방열성능이 향상된 방열부재, 방열시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자기기 및 전자부품의 소형화, 슬림화 및 다기능화의 경향에 따라 전자소자에 대한 집적도가 높아지고, 전기에너지에 의하여 작동하는 전자소자의 발열량도 크게 증가하고 있다. 전자소자에서 발생하는 열이 외부로 확산되지 못하고 전자소자에 축적되는 경우, 전자기기의 작동수명을 감소시키고 시스템 안정성에 심각한 우려를 내재하므로, 전자기기 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 분산하고 발산시키는 방열특성에 대한 요구가 증가되고 있다.
특히 최근 그 수요가 증가되고 있는 핸드폰과 같은 모바일 기기와, 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP), LCD 모니터 등에게는 선명도, 색상도 등을 떨어뜨려 제품에 대한 신뢰성과 안정성을 저하시키고 있다. 따라서 시스템 내부에서 발생한 열에너지는 외부로 방출되거나 자체 냉각되어야 한다.
한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0078953호에는 전자제품의 발열체에 면 접촉되는 것으로서, 금속재 박판을 이용한 방열시트가 제시되어 있다. 구체적으로 상기 공개특허공보에는 세라믹층, 금속재 박판, 접착제층, 폴리에스터 필름 및 단열재가 순차적으로 적층된 5층 구조의 방열시트가 제시되어 있다. 이는 세라믹층, 금속재 박판 및 단열재에 의한 열전달 및 열분산 효과를 얻고자 하는 것으로서, 특히 열전도에 효과적인 금속재 박판이 이용되어 발열체와 높은 접촉면적만 갖는다면 방열에 효과적일 수 있다. 그러나 이는 다수의 적층구조를 가짐에 따라 제조방법이 까다롭고 각 층간에 마련된 계면이 많이 존재하여 전체적인 열전달 효율이 떨어지며, 성능 대비 가격이 높은 점이 문제점으로 지적된다. 특히 상기 공개특허공보에 제시된 방열시트는 접착수단이 없이 발열체에 단순 적층되는 구성으로서 발열체와의 결합이 견고하지 못하고, 무엇보다 접촉 면적이 작아 효과적인 열전도 및 분산 기능을 수행하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-1995-7003271호에는 여러 개의 고열전도성 절연체 기둥을 시트에 수직/경사 방향으로 도입하되, 이를 시트 표면으로 노출시켜 발열체와 방열판 사이의 직접적인 접촉을 유도하였다. 그러나 이는 전체 표면적에 비해 노출되는 고열전도성 절연체의 표면적이 매우 클 경우에만 효율적인 열전달이 수행될 수 있는 문제점이 있다. 특히 이 경우에는 발열체와의 결합력이 없어 접촉면적이 작음에 따라 효과적인 열전도를 기대할 수 없었다.
이에 따라, 전자소자로부터 발생하는 열을 효과적으로 분산하여 발산시키 수 있는 방열특성을 구비하는 물질에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 열방출에 대한 제어능을 구비한 방열부재, 방열시트를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 신규한 구조를 구비함으로써 열이 진행하는 방향 및 속도를 제어함으로써 열 방출능이 향상된 방열부재, 방열시트를 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 경량화 및 박형화 전자기기의 방열성능을 효율적으로 향상시킬 수 있는 방열부재, 방열시트를 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 그 외의 목적은 롤투롤 공정에 의하여 경량화 및 박형화되고 방열성능이 향상된 방열부재, 방열시트의 제조방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 기재; 상기 기재 상에 구비되는 점착층; 및 상기 점착층 상에서 서로 이격되어 구비되는 복수개의 그라파이트부와, 이웃하는 그라파이트부 사이에 구비되는 이격부로 이루어지는 방열층;을 포함하는 열제어능을 구비한 방열시트를 포함한다.
상기 그라파이트부는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부의 단축 평균길이는 1mm 내지 20mm일 수 있다.
또한, 이웃하는 그라파이트부 사이의 이격부의 단축 평균길이는 10㎛ 내지 10mm일 수 있다.
상기 방열층은 양 말단부에 각각 그라파이트부를 구비하고, 상기 양 말단부에 구비되는 그라파이트부는 상기 기재의 외곽에 대해서 상기 그라파이트부의 단축 평균길이에 대응하는 길이로 내측으로 이격되어 구비될 수 있다.
상기 방열층은 직사각형의 판상형으로 구비되는 복수개의 그라파이트부와, 상기 그라파이트부의 일단과 연결되며 전자소자의 열원에 대응하도록 구비되는 열집적부를 더 포함할 수 있다.
상기 열집적부에는 복수개의 탄소섬유를 더 포함하고, 상기 탄소섬유의 적어도 일부는 상기 그라파이트부가 연장되는 방향에 대응하도록 구비될 수 있다.
상기 열집적부는 원형으로 일측 상단부에 구비되고, 상기 그라파이트부는 직사각형의 판상형을 구비되어 상기 열집적부에서 타측 하단부를 향하여 방사형으로 연결될 수 있다. 이 경우, 그라파이트부의 모양이 직사각형의 판상형, 사다리꼴 등의 사각형 모양이나 삼각형 등 다양한 도형의 형태를 가질 수 있다.
상기 기재는 두께가 6㎛ 내지 100㎛인 전해동박 또는 압연동박을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기재는 PET, PAN, PI 및 CPI 중 어느 하나 이상인 고분자 수지로 이루어진 필름형태이거나 또는 알루미늄박, 니켈박 및 주석박 중 어느 하나 이상인 금속박류일 수 있다.
상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함하고, 상기 점착층의 내부에는 열전도성 필러를 더 포함할 수 있다.
상기 열전도성 필러는 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛인 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag)의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN) 질화알루미늄 (AlN), 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 열전도성 필러는 상기 그라파이트부의 하단에 대응하는 위치에 구비될 수 있다.
상기 그라파이트부는 단축 모서리와 장축 모서리를 갖는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부의 상기 장축 모서리에는 일정 간격 이격되어 구비되는 라운드형 오목부를 구비할 수 있다.
상기 오목부는 반원형으로 구비되고, 서로 이웃하는 그라파이트부에 구비되는 오목부는 대면하도록 구비될 수 있다.
상기 오목부는 반원형으로 상기 오목부의 직경은 상기 그라파이트부의 단축 평균길이에 대해서 2% 내지 40%로 구비될 수 있다.
상기 방열층 상에는 방열층기재를 더 포함할 수 있다. 상기 방열층기재는 상기 기재와 동일하거나 상이한 재료로 구비될 수 있다. 상기 방열층기재는 전해동박 또는 압연동박을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방열층기재는 PET, PAN, PI 및 CPI 중 어느 하나 이상인 고분자 수지로 이루어진 필름형태이거나 또는 알루미늄박, 니켈박 및 주석박 중 어느 하나 이상인 금속박류일 수 있다.
또한, 상기 방열층 상에는 상기 방열층을 보호하고 가역적으로 부착이 가능한 보호필름층이 더 구비될 수 있다. 상기 보호필름층의 재료로는 캐리어테이프, 마스킹테이프 및 리무버테이프 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 방열시트의 제조방법은 점착층을 기재 상에 코팅하여 제1 시트부를 준비하는 단계; 그라파이트 롤 시트에 타발 공정을 진행하여 복수개의 그라파이트부를 구비시켜 제2 시트부를 준비하는 단계; 롤투롤 합지 공정을 통하여 상기 제1 및 제2 시트부를 합지시키는 단계;를 포함하고, 상기 그라파이트부는 복수개가 상기 기재 위 점·접착층 상에서 서로 이격되게 배치되어 열제어능을 구비한다.
상기 기재는 압연동박 또는 전해동박을 포함하고, 상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 점착층의 내부에는 열전도성 필러를 더 포함할 수 있다.
상기 그라파이트 롤 시트 타발 공정은 롤투롤 공정으로 진행될 수 있다.
상기 롤투롤 공정으로 합지시키는 단계에서 롤투롤 공정은 1kgf/㎠ 내지 10kgf/㎠의 압력범위에서 0.1m/min 내지 20m/min의 속도로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따르는 방열부재는 열의 진행방향 및 속도를 제어할 수 있는 것으로, 서로 이격되어 구비되는 복수개의 그라파이트부; 및 이웃하는 그라파이트부 사이에 구비되는 이격부;를 포함한다.
상기 그라파이트부는 직사각형의 판상형으로 복수개가 일방향으로 나란하게 서로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부의 단축 평균길이는 1mm 내지 20mm일 수 있다.
이웃하는 그라파이트부 사이의 이격부의 단축 평균길이는 10㎛ 내지 10mm일 수 있다.
상기 방열부재는 직사각형의 판상형으로 구비되는 복수개의 그라파이트부와, 상기 복수개의 그라파이트부의 일단과 연결되어 전자소자의 열원에 대응하는 위치에 구비되는 열집적부를 더 포함할 수 있다.
상기 열집적부에는 복수개의 탄소섬유를 더 포함하고, 상기 탄소섬유의 적어도 일부는 상기 열집적부에서 상기 그라파이트부가 연장되는 방향에 대응하도록 구비될 수 있다.
상기 열집적부는 원형으로 일측 상단부에 구비되고, 상기 그라파이트부는 판상형으로 직사각형, 사다리꼴, 사각형 및 삼각형 중 어느 하나 이상으로 구비되어 상기 열집적부에서 연결되되 타측 하단부를 향하여 방사형으로 구비될 수 있다.
상기 그라파이트부는 단축 모서리와 장축 모서리를 갖는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부의 상기 장축 모서리에는 일정 간격 이격되어 구비되는 라운드형 오목부를 구비할 수 있다.
상기 오목부는 반원형으로 구비되고, 상기 그라파이트부는 서로 이웃하는 그라파이트부에 구비되는 오목부가 서로 대면하도록 정렬될 수 있다.
상기 오목부는 반원형으로 상기 오목부의 직경은 상기 그라파이트부의 단축 평균길이에 대해서 2% 내지 40%로 구비될 수 있다.
상기 그라파이트부와 상기 이격부는 동일 평면상에 구비되고, 상기 그라파이트부와 상기 이격부 상에는 점착층이 더 구비될 수 있다.
상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함하고, 상기 점착층의 내부에는 열전도성 필러를 더 포함할 수 있다.
상기 열전도성 필러는 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛인 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag) 중 어느 하나 이상의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN) 및 질화알루미늄 (AlN), 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 열전도성 필러는 상기 그라파이트부의 하단에 대응하는 위치에 구비될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 열방출에 대한 제어능을 구비한 방열시트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 신규한 구조를 구비함으로써 열이 진행하는 방향 및 속도를 제어함으로써 열 방출능이 향상된 방열시트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 경량화 및 박형화 전자기기의 방열성능을 효율적으로 향상시킬 수 있는 방열시트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 롤투롤 공정에 의하여 생산성을 향상시키고, 경량화 및 박형화하여 방열성능이 향상된 방열시트의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방열시트의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 방열층을 포함하는 방열시트를 적용하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 그 외의 실시예에 따른 방열시트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 측면에 따른 방열부재의 사시도이다.
도 9는 도 8의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 10은 도 8의 평면도이다.
도 11a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 그 외의 실시예에 따른 방열부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 기타의 실시예에 따른 방열부재의 사시도이다.
도 15는 도 14의 C-C'에 따른 단면도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방열시트의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 1에 따른 기재 (A), 그라파이트부 (B), 및 기재 상에 그라파이트부가 합지된 샘플 (C)의 사진이다.
도 18은 실시예 1에 따른 샘플들의 열전달 속도 및 방향 제어를 확인한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시예 2에 따른 기재, 그라파이트부, 동박과, 순차적으로 기재 상에 그라파이트부와 동박이 합지된 샘플의 사진이다.
도 20은 실시예 2에 따른 샘플들의 점착력 특성을 확인한 결과이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방열시트의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열제어능을 구비한 방열시트 (100)는 기재 (110); 상기 기재 (110) 상에 구비되는 점착층 (120); 및 상기 점착층 (120) 상에서 서로 이격되어 구비되는 복수개의 그라파이트부 (131)와, 이웃하는 그라파이트부 사이에 구비되는 이격부 (132)으로 이루어지는 방열층 (130);을 포함한다.
통상, 방열부재는 내부에 그라파이트를 구비하고 상기 그라파이트의 우수한 방열특성에 기인하여 그 기능을 한다. 반면, 상기 그라파이트의 물리적 특성상 두께가 증가될수록 유연성이 저하되어 플렉서블 전자기기에 적용이 어렵고, 그라파이트 특성 상 매끈한 표면과 판상 구조로 인하여 시트와의 접착이 용이하지 않아 문제가 된다. 또한, 상기 그라파이트를 시트와 접촉시키기 위하여 다량의 접착제를 필요로하고 상기 기재 상에 구비될 수 있는 그라파이트의 비면적이 한계가 있어 경량화 및 박형화 전자기기에 적용이 원활하지 않았다. 또한, 그라파이트는 상기 기재에 대응하도록 판상형으로 구비되므로, 상기 그라파이트를 통한 열에너지의 방향을 제어하는 것이 불가능하였다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열시트 (100)는 방열성능을 갖는 방열층 (130)을 구비하되, 상기 방열층 (130)은 복수개의 서로 이격된 그라파이트부 (131)를 포함한다. 상기 그라파이트부 (131)는 복수개가 서로 이격부 (132)를 사이에 두고 이격되도록 나란하게 구비될 수 있으므로, 상기 이격부 (132)에 의하여 유연성이 제공되어 플렉서블 전자기기에 용이하게 적용할 수 있다. 또한, 그라파이트부 (131)는 이격부 (132)를 구비함으로써 표면적이 증가되어 시트와의 접착력이 향상되며, 이에 의하여 접착제의 사용을 감소시킬 수 있고 기재 상에 구비되는 그라파이트의 비면적을 증가시킬 수 있어 방열성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 그라파이트부 (131)는 이격부 (132)와 함께 열에너지의 방향 및 속도를 제어할 수 있어, 전자기기의 발열을 효율적으로 제어할 수 있다.
상기 방열층 (130)은 장축 및 단축을 포함하는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비되는 그라파이트부 (131) 및 이격부 (132)를 포함한다. 상기 그라파이트부 (131)의 단축 평균길이 (GT)는 1mm 내지 20mm일 수 있다. 또한, 이웃하는 그라파이트부 (131) 사이의 이격부 (132)의 단축 평균길이 (ST)는 10㎛ 내지 10mm일 수 있다.
상기 그라파이트부 (131)의 단축 평균길이 (GT)가 1mm 미만인 경우에는 상기 그라파이트부 (131)에 의하여 방열 속도 및 열의 진행방향은 제어할 수 있으나, 그라파이트부 형상을 제어하기 어려우며 포집된 열에너지가 이격부를 넘어서 마주하는 그라파이트부에도 영향을 주어 방열시트 (100)의 방열효능을 저하시킨다. 20mm 초과인 경우에는 열의 방향이 그라파이트부 (131)의 형상에 의하여 제어되지 못하고 열의 방향이 일방향이 아닌 타방향으로도 방사되어 열의 속도 및 열의 진행방향을 제어하기 어렵다.
상기 그라파이트부 (131) 사이의 이격부 (132)의 단축 평균길이 (ST)가 10㎛ 미만인 경우에는 이웃하는 그라파이트부 (131) 사이의 이격정도가 너무 작아 점·접착제가 이격부위로 스며들기 어려워서 기재(110)와 그라파이트부 (131) 간의 접착강도를 확보하기 힘들고, 이격부 (132)의 단축 평균길이 (ST)가 10mm 초과인 경우에는 상기 기재 (110)상에 구비되는 그라파이트부 (131)의 총 면적이 너무 감소되어 전체적인 열제어능이 저하되어 문제가 된다.
본 발명의 실시예에 따른 방열시트 (100)는 장축 및 단축을 구비한 그라파이트부 (131)를 포함하고, 상기 방열시트 (100)를 통하여 열에너지는 상기 그라파이트부 (131)의 장축 방향으로 진행되도록 제어될 수 있다.
그라파이트부 (131)를 구성하는 그라파이트는 그 특성상 종방향 및 횡방향의 열전도 특성을 모두 구비하고, 이때 상기 그라파이트부 (131)의 소정 단축 길이를 갖도록 하여 이웃하는 그라파이트부 (131) 사이를 이격시킴으로써 열에너지의 진행방향을 제어할 수 있다. 이는 상기 그라파이트부 (131)와 이격부 (132) 사이의 간격, 예컨대 그라파이트부 (131)의 단축 평균길이 (GT) 및 이격부 (132)의 단축 평균길이 (ST) 사이의 균형을 통해서 구현할 수 있다. 본 방열시트 (100)에 의하여 열에너지는 그라파이트부 (131)의 장축 방향 (화살표방향)으로 진행되도록 제어되며, 상기 그라파이트부 (131)의 단축 방향으로의 열에너지의 진행을 최소화하고, 이웃하는 그라파이트부 (131) 사이의 열교환을 방지함으로써 방열성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 방열층 (130)은 양 말단부에 각각 그라파이트부 (131)를 구비하고, 이웃하는 그라파이트부 (131) 사이의 이격부 (132)로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 방열층 (130)에서 상기 그라파이트부 (131)가 n개 (n은 2 이상의 자연수)인 경우, 상기 이격부 (132)는 (n-1)개로 구비될 수 있다. 상기 방열층 (130)에서 양 말단부에 구비되는 그라파이트부 (131)는 상기 기재 (110)의 외곽, 예컨대 모서리에 대해서 상기 그라파이트부 (131)의 단축 평균길이 (GT)에 대응하는 길이(L) 이상 또는 이하로 내측으로 이격되어 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 방열시트 (100)는 그라파이트부 (131)의 표면적을 증가시킬 수 있으므로, 기재 (110)와의 접착력이 향상되므로 방열성능을 갖는 그라파이트부 (131)와 기재 (110) 사이의 이격공간, 예컨대 공차공간을 종래보다 축소시킬 수 있다. 따라서, 면적당 그라파이트부 (131)를 보다 넓게 구비시킬 수 있어 방열성능을 갖지 못하는 면적을 축소하여 방열효과를 보다 향상시킬 수 있다.
상기 기재 (110)는 두께가 6㎛ 내지 100㎛인 전해동박 또는 압연동박을 포함할 수 있다. 상기 기재 (110)의 두께가 6㎛ 미만인 경우에는 기계적 강도가 낮아 기재상에 구비되는 복수의 층을 지지하지 못하고, 100㎛ 초과인 경우에는 방열시트의 유연성이 저하되어 플렉서블한 전자기기에 적용하기 어렵다. 또한, 상기 기재는 PET, PAN, PI 및 CPI 중 어느 하나 이상인 고분자 수지로 이루어진 필름형태이거나 또는 알루미늄박, 니켈박 및 주석박 중 어느 하나 이상인 금속박류일 수 있다.
상기 기재 (110) 상에는 점착층 (120)이 구비될 수 있는데, 상기 점착층 (120)은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 점착층 (120)의 내부에는 열전도성 필러 (121)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 열전도성 필러 (121)는 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛인 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag) 등의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN), 질화알루미늄 (AlN) 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 점착층 (120)은 기재 (110)에 표면 점착성을 갖게 할 수 있는 점착제를 포함할 수 있으며, 예컨대, 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 등의 점착제가 사용될 수 있으며, 열경화형 및 광경화형을 포함한다.
상기 점착층 (120)은 기재 (110)와 방열층 (130) 사이에 개재될 수 있으며, 기재 (110) 표면에서 방열층 (130)의 그라파이트부 (131) 일면 사이의 점착층 (120)의 두께는 가능한 한 가까울수록 좋으며, 특별히 한정하는 것은 아니지만 수 나노미터 (nm)에서 수십 마이크로미터 (㎛)까지 설정될 수 있다. 바람직하게는 상기 점착층 (120)의 두께는 그파라이트부재 (131)와 기재 (110) 사이의 양호한 점착력을 갖도록 적어도 1㎛ 이상, 구체적으로는 1㎛ 내지 50㎛인 것이 좋다.
또한, 상기 점착층 (120)에는 열전도율이 향상되도록 열전도성 필러 (121)를 더 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필러 (121)는 상기 점착층 (120) 중에 분산될 수 있으며, 바람직하게는 상기 방열층 (130)의 그라파이트부 (131)의 하단에 대응하는 부분에 분산될 수 있다. 구체적으로, 상기 열전도성 필러 (121)는 분말 상으로서, 이는 금속, 세라믹 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 열전도성 필러는 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛ 범위의 크기를 갖는 것이 좋으며, 이는 구체적으로 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag) 등의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN), 질화알루미늄 (AlN), 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상일 수 있다.
상기 방열층 상에는 방열층기재가 더 구비될 수 있다. 상기 방열층기재는 하단에 구비된 기재와 같거나 상이한 재료를 이용할 수 있다. 상기 방열층기재로는 전해동박 또는 압연동박을 포함할 수 있고, 별법으로 고분자 수지로 이루어진 필름 형태이거나 또는 박막의 금속인 금속박이 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 필름은 PET, PAN, PI 및 CPI 중 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 금속박은 동박, 알루미늄박, 니켈박 및 주석박 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 방열층 (130) 상에는 상기 방열층 (130)을 보호하고 가역적으로 부착이 가능한 보호필름층이 더 구비될 수 있다. 상기 보호필름층은 약한 점착성을 갖는 점착제와, 고분자수지층으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 보호필름층은 캐리어테이프, 마스킹테이프 및 리무버테이프 중 어느 하나 이상일 수 있다.
이하에서, 도 4a 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 후술할 내용을 제외하고는, 도 1 내지 도 3에서 설명한 실시예에 기재된 내용과 유사하므로 이에 대한 자세한 내용은 생략한다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열층을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열시트에서, 상기 방열시트는 순착적으로 구비되는 기재, 점착층 및 방열층 (230)을 포함할 수 있다. 상기 방열층 (230)은 직사각형의 판상형으로 구비되는 복수개의 그라파이트부 (231)와, 상기 그라파이트부 (231)의 일단과 연결되며 전자소자의 열원에 대응하도록 구비되는 열집적부 (233)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 방열층 (230)에서 상기 열집적부 (233)는 상기 그라파이트부 (231)와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
상기 방열층 (230)은 소정의 면적을 갖는 열집적부 (233)와 상기 열집적부 (233)에서 서로 이격되어 연결되는 그라파이트부 (231) 및 이웃하는 그라파이트부 (231) 사이에 구비되는 이격부 (232)로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 방열시트는 열원에 대응하도록 넓은 면적으로 구비되는 열집적부 (233)를 더 포함함으로써, 열원에서 발생하는 열을 효과적으로 포집하고, 상기 열집적부 (233)에서 연결되는 그라파이트부 (231)를 통하여 열 (화살표 참조)을 효과적으로 전달 및 방사할 수 있다. 또한, 열집적부(233)에 포집된 열을 원하는 방향으로만 전달 및 방사할 수 있도록 구조를 설계할 수 있다.
또한, 상기 열집적부 (233)에는 복수개의 탄소섬유 (234)를 더 포함할 수 있는데, 상기 탄소섬유 (234)의 적어도 일부는 상기 그라파이트부 (231)가 연장되는 방향에 대응하도록 구비될 수 있다. 상기 열집적부 (233)에 탄소섬유 (234)를 더 포함함으로써 열원에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 포집할 수 있고, 상기 탄소섬유 (234)의 형상에 의하여 상기 탄소섬유 (234)를 그라파이트부 (231)가 연장되는 방향으로 구비시킴으로써 열집적부 (233)에서 포집한 열에너지를 상기 그라파이트부 (231)로 효과적으로 전달할 수 있으므로 열의 방향을 가이드할 수 있다.
별법으로 도 4b를 참조하면, 본 실시예에 따른 방열층 (230a)은 소정의 면적을 갖는 열집적부 (233a)와 상기 열집적부 (233a)에서 서로 이격되어 연결되는 그라파이트부 (231a) 및 이웃하는 그라파이트부 (231a) 사이에 구비되는 이격부 (232a)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 열집접부에는 복수개의 탄소섬유 (234a)를 더 포함할 수도 있다.
상기 방열층 (230a)에서 열집적부 (233a)에서 포집된 열 (화살표 참조)은 상기 열집적부 (233a)에 연결된 그라파이트부 (231)a)를 통하여 전달될 수 있다. 이때, 상기 열은 상기 열집적부 (233a)에 연결된 그라파이트부 (231a)의 적어도 일부만을 통하여 전달되도록 제어될 수 있다. 이에 본 실시예에 따른 방열층 (230a)은 서로 이격되어 구비된 그라파이트부 (231a)는 개별적으로 제어되어 열을 전달할 수 있으므로 열이 전달되는 위치를 보다 효율적으로 가이드할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열층을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 방열층을 포함하는 방열시트의 일 례를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 방열층 (330)은 전자기기 등의 열원에 대응하도록 소정의 면적을 갖도록 구비되는 열집적부 (333)과 상기 열집적부 (333)와 연결되는 복수개의 그라파이트부 (331) 및 이웃하는 그라파이트부 (331) 사이에 구비되는 이격부 (332)를 포함할 수 있다.
상기 열집적부 (333)는 원형으로 일측 상단부에 구비되고, 상기 그라파이트부 (331)는 직사각형의 판상형을 구비되어 상기 열집적부 (333)에서 타측 하단부를 향하여 방사형으로 연결될 수 있다. 별법으로, 상기 그라파이트부 (331)는 사다리꼴 등과 같이 사각형이나, 삼각형 등으로 구비될 수 있으며 상기 방열시트가 구비되는 대상물의 형상에 따라 다양한 형태로 설계변경이 가능하다.
본 실시예에 따른 방열층 (330)을 구비하는 방열시트 (300)는 상기 방열층 (330)을 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 방열시트 (330)는 순차적으로 구비되는 기재 (310), 점착층 (320)을 포함하고, 상기 점착층 (320) 상에는 상기 방열층 (330)이 두개 이상이 구비될 수 있다.
예컨대, 상기 방열층 (330)은 원형의 열집적부 (333)가 서로 대각선방향으로 대면하도록 적어도 어느 하나는 일측 상단부에 구비되고, 다른 하나는 상기 점착층 (320)에서 반대측으로 타측 하단부에 열집적부 (333)가 구비될 수 있다. 상기 일측 상단부에 구비되는 방열층 (330)의 그라파이트부 (321)는 방사형으로 연장되어 상기 타측 하단부에 구비되는 방열층 (330)의 그라파이트부 (321)의 말단부와 대면할 수 있다. 이때, 두개의 방열층 (330)은 기재 (310)의 외곽, 예컨대 각각의 모서리에서 상기 방열층 (330)의 그라파이트부 (331)가 내측으로 이격되도록 구비될 수 있는데, 상기 모서리에서 상기 그라파이트부 (331)가 이격된 거리 (L)는 상기 그라파이트부 (331)의 단측 평균길이 (GT)에 대응하도록 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 방열층 (330)을 구비하는 방열시트는 전자기기에서 열원의 위치에 따라 용이하게 방열층 (330)을 구비시킴으로써 방열을 보다 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 상기 방열시트는 방열층 (330)을 두개 이상으로 포함하 수 있으므로, 열원의 다양한 기하학적인 구조에 유연하게 대응할 수 있다.
도 7은 본 발명의 그 외의 실시예에 따른 방열시트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 방열시트 (400)는 기재 (410) 상에 도포된 점착층 (420) 및 상기 점착층 (420) 상에 구비되고 복수개의 그라파이트부 (431) 및 이웃하는 그라파이트부 (431) 사이에 구비되는 이격부 (432)를 포함하는 방열층 (430)이 구비될 수 있다.
상기 방열층 (430)에서 그라파이트부 (431)는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비될 수 있는데, 상기 그라파이트부 (431)의 상기 장축 모서리에는 일정 간격 이격되어 구비되는 라운드형 오목부 (433)를 구비할 수 있다. 상기 오목부 (433)는 반원형으로 구비되고, 서로 이웃하는 그라파이트부 (431)에 구비되는 오목부 (433)는 대면하도록 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 방열층 (430)은 오목부 (433)를 구비함으로써 표면적이 증가될 수 있고, 상기 오목부 (433)에 의하여 점착층 (420)과의 점착이 보다 향상되어 방열시트 (400)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
반면, 상기 오목부 (433)의 크기가 너무 크게 구비되는 경우 그라파이트부 (431)에서의 열에너지의 흐름을 방해할 수 있으므로, 상기 오목부 (433)는 소정의 크기로 구비되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 오목부 (433)는 반원형으로 상기 오목부 (433)의 직경은 상기 그라파이트부 (431)의 단축 평균길이에 대해서 2% 내지 40%로 구비될 수 있다.
상기 오목부 (433)의 직경이 그라파이트부 (431)의 단축 평균길이에 대해서 2% 미만인 경우에는 상기 그라파이트부 (431)의 표면적 증가에 따른 효과가 미미하고, 40%를 초과하는 경우에는 그라파이트부 (431) 내에서 진행되는 열에너지의 진행방향을 방해할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 오목부 (433)의 직경은 상기 그라파이트부 (431)의 단축 평균길이에 대해서 2% 내지 20%로 구비될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 측면에 따른 방열부재의 사시도이고, 도 9는 도 8의 B-B'에 따른 단면도이며, 도 10은 도 8의 평면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 방열부재 (1000)는 서로 이격되어 구비되는 복수개의 그라파이트부 (1310); 및 이웃하는 그라파이트부 (1310) 사이에 구비되는 이격부 (1320);를 포함하고, 상기 방열부재 (1000)는 열의 진행방향 및 속도를 제어할 수 있다.
상기 그라파이트부 (1310)는 직사각형의 판상형으로 복수개가 일방향으로 나란하게 서로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부 (1310)의 단축 평균길이 (GT)는 1mm 내지 20mm일 수 있다. 또한, 상기 그라파이트부 (1310)는 동일한 크기로 구비될 수 있으며, 복수개의 그라파이트부 (1310)는 동일한 면적의 이격부 (1320)를 갖도록 정렬될 수 있다. 서로 이웃하는 그라파이트부 (1310) 사이의 이격부 (1320)의 단축 평균길이는 10㎛ 내지 10mm일 수 있다.
상기 그라파이트부 (1310)의 단축 평균길이 (GT)가 1mm 미만인 경우에는 상기 그라파이트부 (1310)의 형상제어가 어렵고 또한 상기 그라파이트부 (1310)에 의하여 포집된 열에너지가 서로 이웃하는 그라파이트부 (1310) 사이로 전달되어 방열부재 (1000)의 열제어능을 저하시킨다. 도한, 상기 그라파이트부 (1310)의 단축 평균길이 (GT)가 20mm 초과인 경우에는 열의 방향이 일방향으로 진행되도록 제어되지 않아 문제된다.
상기 이격부 (1320)의 단축 평균길이 (ST)가 10㎛ 미만인 경우에는 이웃하는 그라파이트부 (1310) 사이의 이격정도가 너무 작아 공정제어가 용이하지 않고, 또한 방열부재 (1000)에서 그라파이트부 (1310)를 고정시키기 위하여 상기 그라파이트부 (1310)의 하단에 점·접착제를 사용하는 경우에는 그라파이트부 (1310) 간의 접착강도를 확보하기 어려워 문제된다. 또한, 이격부 (1320)의 단축 평균길이 (ST)가 10mm 초과인 경우에는 상기 방열부재 (1000)를 구성하는 단위면적 당 그라파이트부 (1310)의 총 면적이 너무 감소되어 전체적인 열제어능이 저하되어 문제가 된다.
본 실시예에 따른 방열부재 (1000)는 그라파이트부 (1310)의 두께, 단축 평균길이 (GT) 및 이격부 (1320)의 단축 평균길이 (ST) 등에 의하여 열의 방향 및 속도를 제어할 수 있으며, 바람직하게는 상기 방열부재 (1000)를 통하여 흡수된 열에너지는 상기 그라파이트부 (1310)의 정렬된 방향 (굵은 화살표)에 따라 이동할 수 있다.
도 11a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열부재를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 실시예에 따른 방열부재 (2000, 2000a)는 직사각형의 판상형으로 구비되는 복수개의 그라파이트부 (2310, 2310a)와, 상기 복수개의 그라파이트부 (2310, 2310a)의 일단과 연결되어 전자소자의 열원에 대응하는 위치에 구비되는 열집적부 (2330, 2330a)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 열집적부 (2330, 2330a)에는 복수개의 탄소섬유 (2340, 2340a)를 더 포함하고, 상기 탄소섬유 (2340, 2340a)의 적어도 일부는 상기 열집적부 (2330, 2330a)에서 상기 그라파이트부 (2310, 2310a)가 연장되는 방향에 대응하도록 구비될 수 있다.
도 11a를 참조하면, 상기 방열부재 (2000)는 정렬된 복수개의 그라파이트부 (2310)와 서로 이웃하는 그라파이트부 (2310) 사이에 구비되는 이격부 (2320)를 일괄하여 연결하는 열집적부 (2330)를 포함할 수 있다. 상기 열집적부 (2330)는 열이 주로 발생되는 부분에서 넓은 면적으로 구비될 수 있으며, 열을 흡수하여 상기 그라파이트부 (2310)로 열을 전달할 수 있다. 또한, 상기 열집적부 (2330)에는 탄소섬유 (2340)를 더 포함하는 데, 상기 탄소섬유 (2340)에 의하여 열집적부 (2330)의 열흡수능을 보다 향상시킬 수 있으며, 상기 열집전부 (2330)에서 그라파이트부 (2310)로의 열의 이동을 보다 용이하게 제어할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 본 실시예에 따른 방열부재 (2000a)에서 상기 열집적부 (2330)에 포집된 열은 상기 그라파이트부 (2310)를 통하여 이동하되 상기 그라파이트부 (2310)의 일부만을 통하여 이동하고 나머지는 이용하지 않을 수 있다. 본 실시예에 따른 방열부재 (2000a)는 구비된 그라파이트부 (2310a)를 전체적으로 이용하는 것이 아닌 일부만을 이용하도록 제어함으로써 열의 진행방향 및 속도를 보다 효율적으로 제어할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 방열부재 (3000)는 열집적부 (3330)와 상기 열집적부 (3330)와 연결되어 구비되는 복수개의 그라파이트부 (3310) 및 상기 그라파이트부 (3310) 사이에 구비되는 이격부 (3320)을 포함할 수 있다. 상기 열집적부 (3330)는 원형으로 일측 상단부에 구비되고, 상기 그라파이트부 (3310)는 판상형으로 직사각형, 사다리꼴, 사각형 및 삼각형 중 어느 하나 이상으로 구비되어 상기 열집적부 (3330)에서 연결되되 타측 하단부를 향하여 방사형으로 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 방열부재 (3000)는 원형으로 구비된 열집적부 (3330)에 의하여 열을 보다 효과적으로 균일하게 포집할 수 있으며, 상기 열집적부 (3330)에 연결된 방사형태의 그라파이트부 (3310)에 의하여 열을 보다 넓은 공간으로 전달함으로써 방열능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 그 외의 실시예에 따른 방열부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 방열부재 (4000)는 서로 이격되어 정렬되는 그라파이트부 (4310)과 상기 그라파이트부 (4310) 사이에 구비되는 이격부 (4320)을 포함할 수 있다. 상기 그라파이트부 (4310)는 단축 모서리와 장축 모서리를 갖는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부 (4310)의 상기 장축 모서리에는 일정 간격 이격되어 구비되는 라운드형 오목부 (4330)를 구비할 수 있다.
상기 오목부 (4330)는 상기 그라파이트부 (4310)에서 장축 모서리에 구비되되 내측으로 오목하게 구비될 수 있으며, 예컨대 상기 그라파이트부 (4310)의 장축 모서리는 상기 오목부 (4330)과 직선인 부분이 서로 교대로 구비될 수 있다.
상기 오목부 (4330)는 반원형으로 구비되고, 상기 그라파이트부 (4310)는 서로 이웃하는 그라파이트부 (4310)에 구비되는 오목부 (4330)가 서로 대면하도록 정렬될 수 있다. 상기 오목부 (4330)의 단면은 반원형으로 구비될 수 있는데, 이때 상기 오목부 (4330)의 직경은 상기 그라파이트부 (4310)의 단축 평균길이에 대해서 2% 내지 40%로 구비될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 오목부 (4330)의 직경은 상기 그라파이트부 (4310)의 단축 평균길이에 대해서 2% 내지 20%로 구비될 수 있다.
상기 오목부 (4330)가 구비됨으로써 상기 그라파이트부 (4310)는 표면적이 증가되어 열에너지 방출을 보다 향상시킬 수 있고, 전자기기에 부착하여 이용하는 경우에도 전자기기와의 접촉면적이 증가되어 보다 견고하게 부착될 수 있다.
상기 오목부 (4330)의 크기는 방열부재 (4000)의 열제어능에 영향을 미칠 수 있는데, 상기 오목부 (4330)의 직경이 그라파이트부 (4310)의 단축 평균길이에 대해서 2% 미만인 경우에는 상기 그라파이트부 (4310)의 표면적 증가에 따른 효과가 미미하고, 40%를 초과하는 경우에는 그라파이트부 (4310) 내에서 진행되는 열에너지의 진행방향을 방해할 수 있다
도 14는 본 발명의 기타의 실시예에 따른 방열부재의 사시도이고, 도 15는 도 14의 C-C'에 따른 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 방열부재 (5000)은 점착층 (5200)을 더 포함할 수 있다. 상기 방열부재 (5000)에서 상기 그라파이트부 (5310)와 상기 이격부 (5320)는 동일 평면상에 구비되고, 상기 점착층 (5200)은 그라파이트부 (5310)와 상기 이격부 (5320) 상에 구비될 수 있다. 상기 점착층 (5200)이 구비됨으로써 상기 방열부재 (5000)는 전자기기 등에 용이하게 부착시킬 수 있고, 상기 점착층 (5200)은 점착제 등만으로 이루어지거나 혹은 양면테이프를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 방열부재 (5000)는 점착층 (5200) 상 또는 상기 그라파이트부 (5310) 및 이격부 (5320) 상에 이들을 보호할 수 있고, 가역적인 탈부착이 가능한 보호필름층을 더 구비할수 있다. 예컨대, 상기 보호필름층의 재료로는 캐리어테이프, 마스킹테이프 및 리무버테이프 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 점착층 (5200)은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함하고, 상기 점착층 (5200)의 내부에는 열전도성 필러 (5210)를 더 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필러 (5210)는 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛인 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag) 중 어느 하나 이상의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN) 및 질화알루미늄 (AlN), 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 열전도성 필러 (5210)는 상기 그라파이트부 (5310)의 하단에 대응하는 위치에 구비될 수 있다. 상기 열전도성 필러 (5210)은 상기 그라파이트부 (5310)의 하단에 구비됨으로써 상기 그라파이트부 (5310)의 열전달능을 보다 향상시킬 수 있다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방열시트의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 방열시트의 제조방법은 점·접착제를 기재 상에 코팅하여 점착층이 구비된 기재인 제1 시트부를 준비하는 단계; 그라파이트 롤 시트에 타발 공정을 진행하여 복수개의 그라파이트부를 구비시켜 제2 시트부를 준비하는 단계; 롤투롤 합지 공정을 통하여 상기 제1 및 제2 시트부를 합지시키는 단계;를 포함하고, 상기 그라파이트부는 복수개가 상기 기재 위 점·접착층 상에서 서로 이격되게 배치되어 열제어능을 구비한다.
상기 제1 시트부 및 제2 시트부를 준비하는 단계에서 상기 상기 기재는 압연동박 또는 전해동박을 포함하고, 상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기재는 PET, PAN, PI 및 CPI 중 어느 하나 이상인 고분자 수지로 이루어진 필름형태이거나 또는 알루미늄박, 니켈박 및 주석박 중 어느 하나 이상인 금속박류일 수 있다. 상기 제1 및 제2 시트부를 준비하는 단계에서는 각각의 점착층을 구비시키는 과정에서 상기 점착층의 내부에는 열전도성 필러를 더 포함할 수 있다.
상기 열전도성 필러는 상기 점착층 중에 분산되도록 구비될 수 있으며, 바람직하게는 상기 그라파이트부의 하단에 대응하는 부분에 분산될 수 있다. 구체적으로, 상기 열전도성 필러는 분말 상으로서, 이는 금속, 세라믹 또는 이들의 혼합물로 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛ 범위의 크기를 갖는 것이 좋으며, 이는 구체적으로 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag) 등의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN), 질화알루미늄 (AlN), 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상일 수 있다.
이어서, 상기 제1 및 제2 시트부는 롤투롤 공정으로 합지될 수 있다. 상기 롤투롤 공정으로 합지시키는 단계에서 롤투롤 공정은 1kgf/㎠ 내지 10kgf/㎠ 의 압력범위에서 0.1m/min 내지 20m/min의 속도로 수행될 수 있다.
상기 롤투롤 공정에서, 상기 압력범위가 1kgf/㎠ 미만인 경우에는 압력이 충분하지 않아 제1 및 제2 시트부의 합지가 원활하게 이루어지지 않고, 점착제가 상기 그라파이트부의 이격부를 통하여 배출되지 않아 제1 및 제2 시트부의 접착력이 크게 감소한다. 10kgf/㎠ 초과인 경우에는 그라파이트부가 파손될 우려가 있으며, 수지 흘러내림 (resin flow) 현상으로 인해서 점착제가 기재 밖으로 나오는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 속도가 0.1m/min 미만인 경우에는 공정효율이 저하되고, 20m/min 초과인 경우에는 제1 및 제2 시트의 말단부가 균일하게 부착되지 않아 문제된다. 보다 구체적으로는, 상기 롤투롤 공정에서의 속도는 6m/min 내지 12m/min일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
1. 실시예 및 비교예의 준비
실시예 1
1) 샘플 제조 : PI 필름/아크릴 점착제 + 그라파이트부 → 합지 → 샘플
도 17은 본 발명의 실시예 1에 따른 기재 (A), 그라파이트부 (B), 및 기재 상에 그라파이트부가 합지된 샘플 (C)의 사진이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 가로 세로길이가 7cm * 7cm이고, 두께가 25㎛인 PI 필름 (polyimide Film)을 기재로 준비하고, 기재 상에 아크릴계 점착제 (PA390, 하나이화)를 도포하여 점착층을 형성하였다. 이어서, 단측 평균길이가 3mm인 직사각형 막대형의 그라파이트부 (DSN5025R, DASEN Thermal Solution (중국))를 30㎛ 간격 이격시켜 상기 점착층 위에 하기 표 1에 도시된 바와 같이 A, B, C 및 A'의 배열로 정렬시켰다. 다음으로 아크릴계 점착제가 도포된 PI 필름과 그라파이트부를 합지하여 샘플 A, B, C 및 A'를 제조하였다. 롤투롤 합지 공정은 Roll-to-Roll Heat Laminator (YCP-320W, 윤창정밀산업) 6kgf/㎠에서 6m/min의 속도로 진행하였다.
샘플 A B C A'
그라파이트부 배열 형태
Figure 112017049895175-pat00001
Figure 112017049895175-pat00002
Figure 112017049895175-pat00003
Figure 112017049895175-pat00004
표 1과 같이 제조된 샘플 A, B, C, A'를 이용하여 열전달 속도 및 열전달 방향을 측정하였다. 이때, 실시예 1에 따른 샘플은 그라파이트부의 구조에 따른 열전달 속도 및 방향을 측정하기 위해서 열전달 특성을 가지고 있는 전해동박 기재를 배제하고, 열전달 특성을 가지고 있지 않은 PI 필름을 기재로 사용하였다.
2) 그라파이트부 구조에 따른 열전달 속도 및 방향 제어확인
도 18은 실시예 1에 따른 샘플들의 열전달 속도 및 방향 제어를 확인한 그래프이다. 본 실험은 암실 내에 있는 60℃ 온도의 Hot Bar에서 10분간 샘플을 방치한 후, IR Camera (모델명 : FLIR-T62101, 회사 : FLIR Systems (스웨덴))를 이용하여 열전달 방향 및 온도 변화를 측정하였다.
도 18을 참조하면, 샘플 A, B, C, A'에 따라 열전달 방향이 상이함을 확인할 수 있었다. 구체적으로 각 샘플 A, B, C, A'는 그라파이트부의 구조에 따라 열전달 방향이 제어됨을 확인할 수 있었다. 또한, A, B, C를 비교하면, 그라파이트부가 일체형인 A에 비해서 서로 이격부 (이격 거리)를 구비한 B가 보다 속도가 빠름을 확인할 수 있었고, 동일한 크기의 이격부를 구비한 B 및 C를 비교하면 열전달 방향과 그라파이트부가 정렬되는 방향이 서로 나란하게 구비된 B가 수직으로 구비된 C에 비해서 속도가 보다 빠름을 확인할 수 있었다.
즉, 열전달의 속도는 그라파이트부의 방향과 열전달 방향과 함께 그라파이트부의 이격부가 서로 관련되어 영향을 미침을 확인할 수 있었다.
실시예 2
1) 샘플 제조 : PI 필름/아크릴 점착제 + 그라파이트부 +동박 → 합지 → 샘플
도 19는 본 발명의 실시예 2에 따른 기재, 그라파이트부, 동박과, 순차적으로 기재 상에 그라파이트부와 동박이 합지된 샘플의 사진이다.
가로 세로길이가 7cm * 7cm이고, 두께가 25㎛인 PI 필름을 기재로 준비하고, 기재 상에 에폭시계 점착제 (IJWT - 1,일진머티리얼즈)를 도포하여 점착층을 형성하였다. 이어서, 단측 평균길이가 3mm인 직사각형 막대형의 그라파이트 (DSN5025R, DASEN Thermal Solution (중국))를 30㎛ 간격 및 3mm 간격으로 각각 이격시켜 상기 점착층 위에 정렬시킨 후 두께가 35㎛인 동박 (ICS35, 일진머티리얼즈)를 적층하여 합지시켜 하기와 표 2와 같이 방열시트를 준비하였다. 이후 점착력을 장축 방향, 단축 방향으로 각각 측정을 진행하고 이를 표 2에 나타내었다.
2) 그라파이트부 이격 거리에 따른 점착력 측정 결과
도 20은 실시예 2에 따른 샘플들의 점착력 특성을 확인한 결과이다. 본 측정은 폭 1inch 샘플을 제작하여 인장시험기 (AGS-X, SIMADZU (일본))를 사용하여 분당 300mm의 속도로 10cm 이동하여 180도 Peel Test를 진행하였다.
도 12 및 표 2를 참조하면, 점착력은 이격부 간격이 클수록 큰 값을 가짐을 확인할 수 있었다. 같은 이격부 간격을 가지는 샘플의 장축 및 단축 방향의 점착력 변화를 보면 평균값에서는 10% 내외 수준의 변화를 보이고 있다. 이는 큰 차이라고 보기에는 어렵다. 다만, 단축 방향에서 50에서부터 2100까지 큰 폭의 변화를 보이는 이유는 그라파이트부의 판상 구조에 기인한 그라파이트부와 기재 간의 낮은 접착력 때문이다. 이격부를 통해서 기재와 방열층기재가 직접 접착된 부위는 강한 접착력을 보이게 된다.
샘플 이격부 간격 측정방향
(그래프번호)		 접착력 (gf/inch)
D
 3㎛ 이격
 장축 (1) 55
단축 (2) 62 (50 ~ 70)
E
 3㎜ 이격
 장축 (3) 887
단축 (4) 960 (50 ~ 2100)
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 300, 400, 500 : 방열시트
110, 310, 410, 510 : 기재
120, 320, 420, 520 : 점착층
130, 230, 330, 430, 530 : 방열층
131, 231, 331, 431, 531 : 그라파이트부

Claims (40)

  1. 기재;
    상기 기재 상에 구비되는 점착층; 및
    상기 점착층 상에서 서로 이격되어 구비되는 복수개의 그라파이트부와, 이웃하는 그라파이트부 사이에 구비되는 이격부로 이루어지는 방열층;을 포함하고,
    상기 방열층은 직사각형의 판상형으로 구비되는 복수개의 그라파이트부와, 상기 그라파이트부의 일단과 연결되며 전자소자의 열원에 대응하도록 구비되는 열집적부를 더 포함하는 방열시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트부는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부의 단축 평균길이는 1mm 내지 20mm인 방열시트.
  3. 제1항에 있어서,
    이웃하는 그라파이트부 사이의 이격부의 단축 평균길이는 10㎛ 내지 10mm인 방열시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열층은 양 말단부에 각각 그라파이트부를 구비하고, 상기 양 말단부에 구비되는 그라파이트부는 상기 기재의 외곽에 대해서 상기 그라파이트부의 단축 평균길이에 대응하는 길이로 내측으로 이격되어 구비되는 방열시트.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열집적부에는 복수개의 탄소섬유를 더 포함하고, 상기 탄소섬유의 적어도 일부는 상기 그라파이트부가 연장되는 방향에 대응하도록 구비되는 방열시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열집적부는 원형으로 일측 상단부에 구비되고, 상기 그라파이트부는 판상형으로 직사각형, 사다리꼴, 사각형 및 삼각형 중 어느 하나 이상으로 구비되어 상기 열집적부에서 타측 하단부를 향하여 방사형으로 연결되는 방열시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 두께가 6㎛ 내지 100㎛인 전해동박 또는 압연동박을 포함하는 방열시트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 PET, PAN, PI 및 CPI 중 어느 하나 이상인 고분자 수지로 이루어진 필름형태이거나 또는 알루미늄박, 니켈박 및 주석박 중 어느 하나 이상인 금속박류인 방열시트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함하고, 상기 점착층의 내부에는 열전도성 필러를 더 포함하는 방열시트.
  11. 제10항 있어서,
    상기 열전도성 필러는 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛인 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag) 중 어느 하나 이상의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN) 및 질화알루미늄 (AlN), 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상을 포함하는 방열시트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 상기 그라파이트부의 하단에 대응하는 위치에 구비되는 방열시트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트부는 단축 모서리와 장축 모서리를 갖는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부의 상기 장축 모서리에는 일정 간격 이격되어 구비되는 라운드형 오목부를 구비하는 방열시트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 오목부는 반원형으로 구비되고, 서로 이웃하는 그라파이트부에 구비되는 오목부는 대면하도록 구비되는 방열시트.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 오목부는 반원형으로 상기 오목부의 직경은 상기 그라파이트부의 단축 평균길이에 대해서 2% 내지 40%로 구비되는 방열시트.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 방열층 상에는 방열층기재를 더 포함하는 방열시트.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방열층기재는 전해동박 또는 압연동박인 방열시트.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 방열층기재는 PET, PAN, PI 및 CPI 중 어느 하나 이상인 고분자 수지로 이루어진 필름형태이거나 또는 알루미늄박, 니켈박 및 주석박 중 어느 하나 이상인 금속박류인 방열시트.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 방열층기재는 상기 기재와 동일한 재료로 이루어지는 방열시트.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 방열층 상에는 상기 방열층을 보호하고 가역적으로 부착이 가능한 보호필름층이 더 구비되는 방열시트.
  21. 기재를 준비하는 단계;
    상기 기재 상에 점착층을 구비시켜 제1 시트부를 준비하는 단계;
    그라파이트 롤 시트를 타발 공정을 진행하여 복수개의 그라파이트부를 구비시켜 제2 시트부를 준비하는 단계;
    롤투롤 합지 공정으로 상기 제1 및 제2 시트부를 합지시키는 단계;를 포함하고,
    상기 그라파이트부는 복수개가 상기 점착층 상에서 서로 이격되어 구비되는 열제어능을 구비한 방열시트의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 기재는 압연동박 또는 전해동박을 포함하고,
    상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함하는 방열시트의 제조방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 기재는 PET, PAN, PI 및 CPI 중 어느 하나 이상인 고분자 수지로 이루어진 필름형태이거나 또는 알루미늄박, 니켈박 및 주석박 중 어느 하나 이상인 방열시트의 제조방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 점착층의 내부에는 열전도성 필러를 더 포함하는 방열시트의 제조방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛인 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag)의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN) 질화알루미늄 (AlN), 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상인 방열시트의 제조방법.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 그라파이트 롤 시트 타발 공정은 롤투롤 공정으로 진행되는 방열시트의 제조방법.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 롤투롤 공정으로 합지시키는 단계에서 롤투롤 공정은 1kgf/㎠ 내지 10kgf/㎠의 압력범위에서 0.1m/min 내지 20m/min의 속도로 수행되는 방열시트의 제조방법.
  28. 서로 이격되어 구비되는 복수개의 그라파이트부; 및
    이웃하는 그라파이트부 사이에 구비되는 이격부;를 포함하고,
    열의 진행방향 및 속도를 제어하고,
    직사각형의 판상형으로 구비되는 복수개의 그라파이트부와, 상기 복수개의 그라파이트부의 일단과 연결되어 전자소자의 열원에 대응하는 위치에 구비되는 열집적부를 더 포함하는 방열부재.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 그라파이트부는 직사각형의 판상형으로 복수개가 일방향으로 나란하게 서로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부의 단축 평균길이는 1mm 내지 20mm인 방열부재.
  30. 제28항에 있어서,
    이웃하는 그라파이트부 사이의 이격부의 단축 평균길이는 10㎛ 내지 10mm인 방열부재.
  31. 삭제
  32. 제28항에 있어서,
    상기 열집적부에는 복수개의 탄소섬유를 더 포함하고, 상기 탄소섬유의 적어도 일부는 상기 열집적부에서 상기 그라파이트부가 연장되는 방향에 대응하도록 구비되는 방열부재.
  33. 제28항에 있어서,
    상기 열집적부는 원형으로 일측 상단부에 구비되고, 상기 그라파이트부는 판상형으로 직사각형, 사다리꼴, 사각형 및 삼각형 중 어느 하나 이상으로 구비되어 상기 열집적부에서 연결되되 타측 하단부를 향하여 방사형으로 구비되는 방열부재.
  34. 제28항에 있어서,
    상기 그라파이트부는 단축 모서리와 장축 모서리를 갖는 직사각형의 판상형으로 구비되어 복수개가 일방향으로 이격되어 구비되고, 상기 그라파이트부의 상기 장축 모서리에는 일정 간격 이격되어 구비되는 라운드형 오목부를 구비하는 방열부재.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 오목부는 반원형으로 구비되고, 상기 그라파이트부는 서로 이웃하는 그라파이트부에 구비되는 오목부가 서로 대면하도록 정렬되는 방열부재.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 오목부는 반원형으로 상기 오목부의 직경은 상기 그라파이트부의 단축 평균길이에 대해서 2% 내지 40%로 구비되는 방열부재.
  37. 제28항에 있어서,
    상기 그라파이트부와 상기 이격부는 동일 평면상에 구비되고, 상기 그라파이트부와 상기 이격부 상에는 점착층이 더 구비되는 방열부재.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 고무계 및 폴리우레탄계 중 하나 이상을 포함하고, 상기 점착층의 내부에는 열전도성 필러를 더 포함하는 방열부재.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 평균입경이 10㎚ 내지 10㎛인 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 텅스텐 (W), 철 (Fe), 은 (Ag) 중 어느 하나 이상의 금속분말, 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄 (Al2O3), 수산화알루미늄 (Al(OH)3), 탄화규소 (SiC), 질화붕소 (BN) 및 질화알루미늄 (AlN), 그래핀 (Graphene), 탄소나노튜브 (CNT), 및 그라파이트 (Graphite) 입자 중 하나 이상을 포함하는 방열부재.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 상기 그라파이트부의 하단에 대응하는 위치에 구비되는 방열부재.

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