KR101991919B1 - 방열테이프 - Google Patents

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이주희
김문석
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주식회사 아이엠씨
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Abstract

본 발명은 수직 열전도도가 향상된 방열 테이프에 관한 것으로, 상세하게, 내열성 기재층, 제1방열 점착층, 금속포일층 및 제2방열 점착층을 포함하여 높은 열전도도와 높은 파괴전압을 동시에 달성할 수 있는 방열테이프에 관한 것이다.

Description

방열테이프 {Heat-spreading Tape}
본 발명은 수직 열전도도가 향상된 방열 테이프에 관한 것으로, 상세하게, 내열성 기재층, 제1방열 점착층, 금속포일층 및 제2방열 점착층을 포함하여 높은 열전도도와 높은 파괴전압을 동시에 달성할 수 있는 방열테이프에 관한 것이다.
전기 및 전자 부품에서 많은 열이 발생하고, 이러한 열은 그 자체로 또는 인접한 전자 회로가 손상되게 하거나 간섭을 일으켜, 오작동을 일으키거나 부품 수명의 단축의 원인을 제공하게 된다.
특히 자동차와 같이 과도한 열을 발생하는 경우에는 열을 충분히 확산하여 주지 않게 되면, 주변의 전자장치에 손상을 가하거나 신호의 왜곡 또는 회로의 오작동을 야기하게 되어 대형사고의 원인이 되기도 한다. 따라서 발열이 과량 발생하는 곳에 열을 외부로 전달할 필요성이 더욱 대두되게 된다.
즉, 엔진을 장시간 사용하게 되는 경우, 종래의 방열테이프는 고온의 엔진부품 등에 사용할 수 없고 열전도율이 충분하지 않은 이유로 발열이 되는 부품이 열화되는 경우가 많았다. 또한 경질의 방열 소재를 사용할 경우 다양한 부품 형상에 쉽게 부착하기 어렵고, 이러한 경질의 방열 소재들은 취성이 좋지 않아 외부 충격에 의해 파손되는 경우가 많다.
한편 방열 특성을 향상시키기 위해 열전도성이 뛰어난 금속을 사용하거나, 특정 구조의 방열 플레이트를 통해 방열 특성을 향상시킬 수 있으나, 열전도성이 뛰어날수록 파괴전압이 감소하여 전자제품에 사용시 전류가 흘러서 전자제품의 파손을 가져올 수 있는 문제가 있다.
자동차 부품산업이 갈수록 첨단화되면서 기계부품들이 전자부품과 같이 결합되고 동시에 다기능화 및 고집적화되면서 방열의 필요성은 더욱 증가하고 있으나, 방열을 목적으로 할 경우 상술한 바와 같이 전류의 누설로 인해 전자부품이 파괴되고, 특히 높은 안전성을 요구하는 자동차 산업에서 오작동이 발생할 우려가 있다. 반면 절연 파괴전압을 높이고자할 경우 방열 특성이 열악하여 방열 소재의 목적을 달성하기 어려운 문제점이 있다. 이에 따라 자동차 부품에서 높은 안전성 및 신뢰성을 가지기 위해 높은 방열 특성 및 높은 전기 절연 특성이 동시에 달성되어야 할 필요가 있다.
한편 방열이 되어야 할 자동차 부품은 다양하고 복잡한 형상을 가지고 있기 때문에 물리적 구조를 가진 경질 방열 플레이트로 방열을 구현하는 것은 다양한 부품에 적용하기 어려운 한계가 있다. 즉 다양한 형상의 부품에서 발생하는 열을 효과적으로 방열하기 위해서는 방열 소재가 연성을 가질 필요가 있고, 복잡한 형상의 부품에 높은 접착력으로 결합되어 방열 특성을 나타낼 필요가 있다.
이에 따라, 높은 열전도도와 파괴전압을 동시에 가지면서도, 유연성을 가지며 높은 취성을 가지는 방열 시트를 제공할 요구가 더욱 증대되고 있다.
1. 대한민국 공개특허공보 10-2015-0129994(2015.11.23.)
본 발명의 목적은 향상된 방열(heat dissipation)특성을 가지는 방열테이프를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 내열성이 요구되는 고온의 장치에서 방열특성을 더욱 향상시키고 내구성이 우수하여 장시간 방열특성을 가지는 방열테이프를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 방열특성이 우수하면서도 절연 파괴전압이 높은 방열테이프를 제공하여 발열 부품에 높은 안전성을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 유연성과 높은 취성을 가지는 방열테이프를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 복잡한 형상의 발열 부품에 안정되게 부착될 수 있으며, 부품 형상에 제한받지 않고 방열특성을 구현할 수 있는 방열테이프를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 상세한 목적은 점착력이 2000gf/in 이상, 열전도도가 0.6W/m·K이상, 파괴전압이 7000V/200㎛ 이상의 물성을 가지는 향상된 방열특성을 가지는 방열테이프를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 자동차 부품 또는 엔진 등의 고발열체에 부착되어 장시간 방열가능한 방열테이프를 제공하는 것이다.
상기 향상된 방열특성을 가지는 방열테이프를 제공하기 위하여 본 발명은 높은 열전도도와 파괴전압을 동시에 가지면서도, 유연성과 높은 취성을 가지며 점착력이 우수하여 발열체에 대한 부착성이 뛰어난 특성을 가질 수 있도록 방열테이프의 구조적 특징 및 화학적 특징을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 방열테이프는 내열성 기재층(10), 상기 기재층의 양면에 형성되는 제1방열 점착층(20, 20‘), 상기 제1방열 점착층 상에 형성되는 금속포일층(30, 30') 및 상기 금속포일층 중의 어느 한 포일층 상에 형성되는 제2방열 점착층(40)을 포함한다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 금속포일층(30, 30')의 금속은 각각 서로 독립적으로 알루미늄, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 은 및 은 합금에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 방열점착층은 열전도성 필러와 아크릴계 수지를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 아크릴계수지는 아크릴레이트계 구조단위 및 비닐계 방향족 유래 구조단위를 포함하는 아크릴계 중합체일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 열전도성 필러는 질화붕소(BN), 그래핀 및 흑연에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 질화붕소(BN)는 질화붕소 입자들이 응집되어 평균 종횡비 1 내지 3의 범위를 가지는 질화붕소 입자들의 응집체인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 방열점착층의 두께는 내열성 기재층(10) 및 금속포일층의 두께보다 작고, 내열성 기재층(10)의 두께는 금속포일층의 두께보다 작은것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 내열성 기재층(10)은 폴리에틸렌테레프탈레이트계 필름인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 제2방열 점착층(40) 상에 접착성 이형층(50)을 더 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 금속포일층(30‘)의 두께는 상기 금속포일층(30)의 두께보다 더 큰 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 방열테이프는 열전도도 0.6W/m·K 이상, 파괴전압 7000V/200㎛ 이상 및 점착력 2000gf/in 이상의 물성을 가지는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 방열 테이프의 제조방법은, 내열성 기재층(10)의 양면에 아크릴계 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 코팅 조성물로 코팅하는 단계; 상기 코팅된 조성물을 건조 또는 경화하여 제1방열 점착층(20, 20‘)을 형성하여 제1필름을 제조하는 단계; 금속포일층(30)의 일면에 형성된 제2방열 점착층(40)을 포함하는 제2필름을 준비하는 단계; 제2필름의 금속포일층(30)이 제1필름에 대향하도록 제1필름과 제2필름을 합지하는 단계; 및 제1필름의 제1방열 점착층(20‘) 일면에 금속포일층(30‘)을 합지하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 향상된 방열특성을 제공하는 데, 더 큰 방열특성이 요구되는 장치에서 방열특성을 더욱 향상시키고 내구성이 충분하여 장시간 방열특성을 지속할 수 있는 새로운 구조의 방열테이프를 제공한다.
또한 본 발명에 따른 방열테이프는 높은 방열특성과 높은 절연 파괴전압을 동시에 가짐으로써 발열 부품에 높은 안전성을 제공한다.
또한 본 발명에 따른 방열테이프는 유연성을 가짐으로써 복잡한 형상의 발열 부품에 안정되게 부착될 수 있으며, 부품 형상에 제한받지 않고 방열특성을 구현할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 방열테이프는 높은 취성을 가짐으로써 내충격성이 우수하며 충격을 받아도 방열테이프의 물리적 변성이 쉽게 일어나지 않아 높은 내구성을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 방열테이프는 기존에 달성할 수 없던, 열전도도(ASTM E-1461)가 0.6W/m·K 이상 및 파괴전압(ASTM D149) 7000V/200㎛ 이상의 물성을 동시에 달성할 수 있으며, 이 때, 점착력(ASTM D 3330)이 2000gf/in 이상의 높은 점착력을 달성할 수 있다.
또한 본 발명은 자동차 부품 또는 엔진 등의 고발열체에 부착되어 장시간 안정적으로 방열가능한 특성을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방열테이프의 구조를 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 방열테이프의 구조를 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 방열테이프를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 당업자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 그러나 본 발명은 도면에 의해 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상 내에서는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 명세서 및 특허청구범위에서 수치에 대해 달리 정의가 되어 있지 않다면 중량이 기준이 되어야 하며, 일 예로 % 또는 비는 중량% 또는 중량비의 형태로 해석된다.
도 1은 본 발명에 따른 방열테이프의 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 방열테이프는 내열성 기재층(10), 상기 내열성 기재층(10)의 양면에 형성된 제1방열 점착층(20, 20'), 및 상기 제1방열 점착층 상에 형성되는 금속포일층(30, 30') 및 상기 금속포일층(30) 상에 형성된 제2방열 점착층(40)을 포함한다.
상기 내열성 기재층은 폴리에스테르계 중합체를 포함할 수 있으며, 상기 폴리에스테르계 중합체를 포함하는 필름일 수 있다. 폴리에스테르계 중합체로는 폴리나프탈렌 테레프탈레이트계 중합체 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트계 중합체일 수 있으며, 좋게는 폴리에틸렌테레프탈레이트계 중합체일 수 있다. 비한정적인 일 예로 내열성 기재층은 폴리에틸렌테레프탈레이트계 필름일 수 있으나 이에 제한받지 않는다.
상기 폴리에스테르계 중합체는 필름을 형성할 수 있는 정도의 분자량이라면 제한받지 아니하며, 일 예로 중량평균분자량은 10,000 g/mol 이상의 범위를 가질 수 있으며 이는 일 예일 뿐 이에 제한받지 않는다.
상기 내열성 기재층은 방열테이프에 내열 특성을 부가하며, 방열테이프를 관통하여 전류가 흐르지 않도록 높은 파괴전압을 가져야한다. 이에 따라 내열성 기재층은 두께가 20 내지 100㎛를 가질 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 80㎛, 보다 바람직하게는 40 내지 60㎛를 가질 수 있다. 상기 두께를 가짐으로써 방열테이프에 높은 내열 특성과 함께 높은 파괴전압을 부여할 수 있어 유리할 수 있다.
상기 내열성 기재층은 열전달 효율을 증가시키기 이하여 양면이 요철구조를 가지는 것이 더욱 좋다. 이때, 코팅에 의해 형성되는 제1방열 점착층과 높은 밀착성을 통해 결합되므로, 내열성 기재층과 접하는 면에 대응하여 제1방열 접착층에도 요철이 형성되므로, 열전도 효율이 더욱 향상될 수 있다.
상세하게, 내열성 기재층의 양면에 형성된 요철을 통해 일측으로 전달되는 열을 타측으로 전달하는 표면적이 증가되는 효과를 가질 수 있다. 이를 통해 열전도율이 상당히 개선되는 효과를 부여할 수 있다. 또한 내열성 기재층과 제1방열 점착층은 서로 다른 화학적 성질의 재료를 포함하고 있기 때문에 가열 및 냉각의 반복적인 스트레스를 받게 되면서 계면이 쉽게 박리될 수 있고, 계면이 박리될 경우 박리된 표면 상에 공기층이 형성되어 열전도도가 급격히 떨어지게 되어 방열 특성이 악화되는 문제점이 있게 된다. 그러나 내열성 기재층의 표면에 요철을 형성함으로써 서로 다른 화학적 성질의 재료라 하더라도 높은 밀착성을 통해 결합이 될 수 있고 계면의 박리가 현격히 감소될 수 있는 장점이 있다. 후술하는 바와 같이 제1방열 점착층은 내열성 기재층 상에 코팅에 의해 형성되므로 내열성 기재층 표면의 요철 내에 용액이 안정적으로 침투되어 제1방열 점착층의 표면은 내열성 기재층의 요철 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
내열성 기재층의 표면에 형성된 요철의 표면조도는 1 내지 20㎛일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20㎛일 수 있으나 상기 수치범위에 제한받지 않는다. 표면에 요철을 형성하는 방법은 공지의 방법이 사용될 수 있는데, 일 예로 표면 패턴을 가진 주형으로 가압하여 요철을 전사하여 형성하는 방법, 에칭을 통해 요철을 형성하는 방법 등이 예시될 수 있으나 이는 비한정적인 예일 뿐이므로 이에 제한받지 않는다.
상기 내열성 기재층의 양면에는 제1방열 점착층이 형성되고, 서로 다른 제1방열 점착층 상에는 각각 금속포일층이 위치하며, 상기 금속포일층 중의 어느 한 금속포일층 상에는 제2방열 점착층이 위치함으로써 본 발명에 따른 방열테이프는 적어도 서로 이격되어 위치하는 3층 이상의 방열 점착층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열점착층 모두는 상기 내열성 기재층의 두께보다 작게 설계하는 한에서는 제한하지 않는다. 본 발명의 일 예에 따른 방열점착층의 두께가 내열성 기재층의 두께보다 클 경우에는 파괴전압은 높아질 수 있으나 열전도율이 감소되어 방열테이프의 열전도도가 나빠지는 문제가 있을 수 있다. 그러나 방열점착층의 두께가 내열성 기재층의 두께보다 작게 설계될 경우 0.6W/mK 이상의 열전도도를 가지는 방열테이프의 설계가 가능해질 수 있다.
상세하게, 상기 내열성 기재층의 두께를 100으로 하였을 경우, 상기 제 1방열점착층 및 제 2방열점착층의 두께는 각각 서로 독립적으로 10 내지 100일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 80, 보다 바람직하게는 40 내지 70의 범위를 가질 수 있다.
제1방열 점착층은 내열성 기재층의 양면에 형성되는 것으로, 내열성 기재층과 제1방열 점착층 사이에 다른 기능성 층이 개재될 수 있으나, 좋게는 내열성 기재층과 제1방열 점착층은 서로 직접 접촉하여 형성되는 것일 수 있다. 내열성 기재층의 양면에 형성되는 제1방열 점착층은 각각 서로 독립적으로 상술한 바와 같은 두께를 가질 수 있다. 상하부에 각각 위치한 상기 제1방열 점착층은 서로 동일하거나 상이한 두께를 가질 수 있으며, 비한정적인 일 예로 내열성 기재층의 두께를 50㎛으로 하였을 경우, 상부에 형성된 제1방열 점착층은 25㎛, 하부에 형성된 제1방열 점착층은 30㎛의 두께를 가질 수 있다.
내열성 기재층의 상하부에 각각 위치하는 제1방열 점착층 상에는 각각 금속포일층(30, 30')이 위치한다. 상기 금속포일층의 금속은 각각 서로 독립적으로 알루미늄, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 은 및 은 합금에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 구리 합금, 은 합금 및 알루미늄 합금은 열전도도가 좋은 공지의 합금이라면 제한받지 않고 사용될 수 있으며, 좋게는 구리 또는 알루미늄일 수 있다.
상기 금속 포일층(30, 30‘)은 40 내지 400㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 금속포일층(30,30')의 두께는 내열성 기재층(10)의 두께보다는 큰 것이 바람직하다. 이러한 설계 구조를 통해 높은 파괴전압 및 높은 열전도도를 동시에 달성할 수 있다.
상기 금속 포일층(30, 30‘)의 각각을 편의상 제1금속 포일층(30) 및 제2금속 포일층(30’)으로 명명할 때, 제2금속 포일층(30‘)의 두께는 제1금속 포일층(30)의 두께보다 더 클 수 있다. 제2금속 포일층의 두께를 제1금속 포일층보다 더 두껍게 함으로써 내부에서 외부로의 열전도 특성이 크게 개선되고 가열 및 냉각의 반복적인 사이클에서도 피로 파괴가 발생하지 않아 방열테이프에 높은 내구성을 부여할 수 있다. 이 때 제1금속 포일층(30)은 2개의 방열 점착층(20, 40)들의 두께보다는 큰 것이 바람직하다. 이와 같은 설계를 통해 방열 점착층의 열 구배와 제1금속 포일층의 열 구배가 최적화되어 열전도율이 매우 높고, 제1금속 포일층 상하부에 얇은 방열 점착층이 위치함으로써 파괴전압에서도 높은 값을 가지게 되어 좋다.
제2금속 포일층의 두께는 100 내지 400㎛의 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 150 내지 300㎛, 보다 바람직하게는 150 내지 250㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1금속 포일층의 두께는 40 내지 100㎛의 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 80㎛, 보다 바람직하게는 60 내지 80㎛의 두께를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이 제1금속 포일층(30) 및 제2금속 포일층(30’)은 서로 다른 두께를 가질 수 있으며, 일 예로, 제1금속 포일층(30)과 제2금속 포일층(30’)의 두께비는 1:2 내지 1:4의 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 1:2.5 내지 1:3.5의 범위를 가질 수 있다. 이러한 두께 비를 가짐으로써 발열체로부터 전달되는 열을 빠르게 외부로 방열할 수 있으며, 고발열체에 부착되어 장시간 안정적으로 방열이 가능하고 높은 내구성을 나타내어 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 방열점착층은 열전도성 필러와 아크릴계 수지를 포함할 수 있으며, 상기 열전도성 필러와 아크릴계 수지를 포함하는 상기 방열점착층은 방열 점착용 조성물로부터 형성될 수 있으며, 상기 방열 점착용 조성물은 아크릴계 수지, 열전도성 필러, 선택적으로 다관능성 가교제 및 용매를 포함한다.
상기 방열 점착용 조성물은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 1 내지 20 중량부, 다관능성 가교제 0.01 내지 10 중량부, 용매 5 내지 100 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 3 내지 10 중량부, 다관능성 가교제 0.05 내지 5 중량부, 용매 10 내지 80 중량부일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 3.5 내지 7 중량부, 다관능성 가교제 0.1 내지 1 중량부, 용매 20 내지 50 중량부일 수 있다. 그러나 이는 바람직한 일 예일 뿐 이에 제한받지 않는다.
상기 방열점착층은 열전도성 필러들이 아크릴계 수지에 분산된 점착층이며, 균일하게 분산되거나 농도 구배를 가진 형태로도 분산될 수 있다. 농도 구배를 가진 형태로 분산될 경우 열전도성 필러가 금속포일층 방향으로 보다 높은 농도로 형성되고 내열성 기재층이나 이형층 방향으로는 적은 농도로 형성되는 구조일 수 있다. 금속포일층 방향으로 열전도성 필러가 높은 농도로 형성될 경우 열이 빠르게 전달되어 방열 효과가 개선되는 점에서 바람직할 수 있으나 이는 일 예일 뿐 이에 제한받지 않는다.
상기 열전도성 필러로는 질화붕소(BN), 그래핀(graphene), 및 흑연(그라파이트; graphite)에서 선택되는 1종 이상의 열전도성 필러를 포함할 수 있으며, 바람직하게 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있고, 아크릴계 수지를 매트릭스 수지로 포함할 수 있다. 바람직하게는 열전도성 필러로는 질화붕소 및 흑연의 혼합물을 사용하는 것이 열전도도 측면에서 좋을 수 있다.
상기 방열점착층에서 상기 열전도성 필러는 아크릴계 수지 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부 사용될 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 10중량부 사용될 수 있지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 열전도성 필러에 포함되는 흑연은 인공 흑연 입자 또는 천연 흑연 입자일 수 있으며, 인공 흑연 입자는 일 예로 유기 고분자를 고온의 불활성 가스 분위기 중에서 열분해하고 분쇄하여 얻어진 열분해 입자일 수 있다. 상기 천연 흑연 입자는 일 예로, 천연의 흑연을 산처리한 후 가열 팽창시킨 흑연 분말일 수 있다.
흑연 입자의 표면은 미세 구조상 주름이 적은 것이 우수한 방열성을 발현하는데 바람직하므로, 주름이 적은 인공 흑연 입자를 사용하는 것이 선호될 수 있다. 상기 흑연 입자는 구상, 판상, 부정형 등 다양한 형태일 수 있으며, 흑연 입자의 평균 입경은 0.1μm 내지 20μm일 수 있고, 바람직하게는 1μm 내지 10μm, 더욱 바람직하게는 1μm 내지 3μm인 것이 방열점착층 내에 안정되게 분산되어 열을 전도할 수 있는 점에서 좋을 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 열전도성 필러에 포함되는 질화붕소(BN)는 평균 입경이 0.5μm~10μm일 수 있으며, 좋게는 1μm~10μm일 수 있다. 바람직하게는 질화붕소 입자들이 응집되어 평균 종횡비 1 내지 3의 범위를 가지는 질화붕소 입자들의 응집체인 것일 수 있다.
질화붕소는 결정 성장과정에서 판상의 구조를 가지게 되는데 판상에 대해 수직 방향(out-of plane direction)으로는 열전도도가 2 내지 3W/m·K으로 매우 낮은 열전도도를 나타내지만 판상에 대해 수평 방향(in-plane direction)으로는 110W/m·K의 값을 가진다. 따라서 방열점착층이 높은 열전도도를 가지기 위해서는 필름에 대해 질화붕소가 판상에 대해 수평방향으로 배향하여야하지만 아크릴계 수지와 질화붕소의 조성물이 열전도도가 높은 이방성을 가지도록 기재 상에 코팅되기가 극히 어렵고 이에 따라 질화붕소의 높은 열전도율을 필름에 구현하기가 매우 어렵다. 그러나 질화붕소 입자를 아크릴계 수지와 조성물을 형성하기 전에 분체의 응집과정을 통해 열전도도가 낮은 방향으로 질화붕소 입자를 응집시켜 응집체를 형성할 경우 질화붕소의 열전도도 이방성을 제거할 수 있어 바람직할 수 있다. 응집된 질화붕소 응집체는 구형, 타원형 또는 부정형의 입자 형태를 가질 수 있고 복수개의 질화붕소 결정들이 응집되어 하나의 단일한 입자와 같은 거동을 나타낼 수 있다. 응집된 질화붕소들의 응집체는 장축 및 단축을 기준으로 평균 종횡비 1 내지 3의 범위를 가지는 것일 수 있다. 상기 질화붕소 응집체의 평균입경은 1 내지 50μm일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20μm의 범위를 가질 수 있으나, 상기 수치범위에 제한받지 않는다.
본 발명의 일 예에서, 아크릴계수지는 아크릴레이트계 구조단위를 포함하는 아크릴계 중합체일 수 있으며, 바람직하게는 아크릴레이트계 구조단위 및 비닐계 방향족 유래 구조단위를 포함하는 아크릴계 중합체일 수 있다. 아크릴레이트계 구조단위는 알킬 (메트)아크릴레이트계 구조단위일 수 있으며, 바람직하게는 메틸메타크릴레이트(MMA) 구조단위일 수 있다. 메틸메타크릴레이트 구조단위를 수지 내에 포함할 경우 매우 뛰어난 열전도도 특성을 나타낼 수 있으며, 기타 폴리올레핀계 수지나 폴리실록산계 수지 대비 열전도도가 우수한 장점이 있다. 또한 상기 아크릴계 수지는 선택적으로, 히드록실기 함유 아크릴레이트계 구조단위 또는 카르복실산기 함유 아크릴레이트계 구조단위를 포함할 수 있다.
구체적인 일 예로, PMMA를 아크릴계 수지로 포함할 경우 열전도성 필러와 혼합시 열전도도 특성이 매우 뛰어나지만 PMMA 자체의 열팽창계수가 높아 가열 및 냉각의 반복적인 스트레스를 받게 될 경우 계면에 응력이 누적되어 박리될 수 있는 문제점이 존재할 수 있다. 계면이 박리될 경우 박리된 표면 상에 공기층이 형성되어 열전도도가 급격히 떨어지게 되며 방열 특성이 악화될 수 있다.
한편 비닐계 방향족 수지는 높은 열전도도 특성을 가지며, 그래핀이나 흑연과 같은 탄소계 열전도성 필러에 대해 높은 친화성을 가지는 점에서 바람직하지만 금속포일층에 대한 접착력이 좋지 않고 열전도성 필러와 혼합시 열팽창계수가 높아 비닐계 방향족 수지 단독으로 사용시 바람직하지 않다. 그러나 비닐계 방향족 유래 구조단위를 아크릴레이트계 구조단위에 포함할 경우 금속포일층에 대한 접착력은 높게 유지되면서 높은 열전도도 특성을 나타낼 수 있고, 놀랍게도 열팽창계수도 20x10-6 내지 40x10-6/K의 낮은 수치를 나타냄으로써 매트릭스 수지로서 특히 바람직하다는 점을 발견하였다.
상기 열전도성 필러는 바람직하게는 질화붕소 및 흑연의 혼합물을 사용하는 것일 수 있는데, 매트릭스 수지인 아크릴계수지가 아크릴레이트계 구조단위 및 비닐계 방향족 유래 구조단위를 동시에 포함할 경우 비닐계 방향족 구조단위에 의해 흑연 입자들의 응집을 최소화하여 아크릴계 수지 내에 균일하게 분산하고 높은 열전도도를 나타낼 수 있어 바람직할 수 있다. 비닐계 방향족 구조단위를 형성할 수 있는 비닐계 방향족 단량체의 일 예로는 스티렌, α-메틸스티렌, ο-메틸스티렌, p-메틸스티렌 및 p-tert-부틸스티렌에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 제한받지 않는다.
상기 아크릴계수지는 수지 내에 비닐계 방향족 유래 구조단위를 아크릴계 수지 총 중량대비 1 내지 30 중량% 포함할 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20 중량% 포함할 경우 상술한 바와 같이 흑연 입자의 균일 분산, 높은 열전도도 및 낮은 열팽창계수를 가질 수 있다.
또한 상기 아크릴계 수지는 선택적으로, 히드록실기 함유 아크릴레이트계 구조단위 또는 카르복실산기 함유 아크릴레이트계 구조단위를 포함할 수 있으며, 히드록실기 함유 아크릴레이트계 구조단위 및 카르복실산기 함유 아크릴레이트계 구조단위는 각각 히드록실기 함유 아크릴레이트계 단량체 및 카르복실산기 함유 아크릴레이트계 단량체로부터 유도될 수 있다. 상기 히드록실기 함유 아크릴레이트계 구조단위의 비한정적인 일 예로는 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트 및 히드록시프로필 아크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 카르복실산기 함유 아크릴레이트계 구조단위의 비한정적인 일 예로는 메타크릴산 및 아크릴산에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 이는 구체적인 일 예일 뿐 이에 제한받지 않는다.
상기 히드록실기 함유 아크릴레이트계 구조단위 및 카르복실산기 함유 아크릴레이트계 구조단위의 함량은 아크릴계 수지 총 중량대비 0.01 내지 10 중량% 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량% 포함할 수 있다. 상기 수치범위내에서 아크릴계 수지가 다관능성 가교제와 반응하여 경화반응이 효과적으로 일어날 수 있다.
본 발명의 일 예에서, 다관능성 가교제는 2 내지 8개의 관능기를 포함하는 가교제일 수 있으며, 관능기로는 이소시아네이트기를 포함할 수 있다. 비한정적인 일 예로 디이소시아네이트일 수 있으며, 구체예로서 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 메틸렌비스페닐이소시아네이트(MDI) 및 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI)에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 이는 구체적인 일 예일 뿐 이에 제한받지 않는다. 다관능성 이소시아네이트를 가교제로 사용할 경우 아크릴계 수지에 대한 가교제로서의 효과뿐만 아니라 금속포일층과의 결합력도 향상되어서 계면 박리 현상이 저하될 수 있는 효과를 얻을 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 예에서, 용매는 아크릴계 수지 및 다관능성 가교제를 용해시킬 수 있는 유기 용매라면 제한받지 않고 사용될 수 있으며, 비한정적인 일 예로 톨루엔, 테트라히드로퓨란, 클로르포름, 메틸렌클로라이드 등일 수 있으나 이에 제한받지 않는다.
본 발명의 일 예에 따라, 방열점착층의 제조방법은 아크릴계 수지 및 용매를 포함하는 수지 조성물에 열전도성 필러를 혼합 및 분산한 후, 이를 필요한 층의 표면에 코팅하고 건조 또는 경화하여 제조할 수 있다. 본 발명의 다른 구체예로, 미리 필름을 제조한 후, 이를 적층하고 고온 조건에서 가압하여 제조할 수도 있다.
본 발명의 일 예에 따른 방열 테이프에 있어, 상기 방열 테이프는 제2방열 점착층(40) 상에 이형층(50)이 형성될 수 있고, 전자기기의 패널 또는 자동차 엔진 등과 같은 방열이 필요한 부위에 상기 이형층을 제거하고 부착할 수 있다.
상기 이형층은 폴리에틸렌테레프탈레이트계 중합체일 수 있으나 이는 일 예일 뿐 이에 제한받지 않는다. 상기 이형층은 두께가 20 내지 100㎛를 가질 수 있으며, 상세하게 30 내지 80㎛를 가질 수 있다. 일 예로, 본 발명의 일 예에 따른 방열테이프는 이형층를 제거한 후, 방열이 필요한 패널이나 자동차 엔진부품 등의 적절한 대상물의 부위에 부착하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방열테이프는 기존에 달성할 수 없던, 열전도도(ASTM E-1461)가 0.6W/m·K이상, 좋게는 0.7W/m·K이상 더욱 좋게는 0.8W/m·K, 파괴전압(ASTM D149)이 7000V/200㎛ 이상, 더욱 좋게는 8000V/200㎛ 의 물성을 가지는 향상된 방열특성을 가지는 방열테이프를 제공하는 것이며, 이 때, 점착력(ASTM D 3330)이 1500이상 더욱 좋게는 2000gf/in 이상의 높은 점착력을 달성할 수 있어서 기존에는 달성할 수 없던 엔진 부품용 방열테이프로도 사용가능하다.
이하는 본 발명의 실시예들을 이용하여 더욱 명확히 설명한다. 본 발명의 실시예들을 통해 본 발명의 우수함을 실험적으로 보이나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 예일 뿐, 본 발명이 제시되는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
[실시예 1]
제1필름의 제조를 위해 50㎛ 두께의 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름의 양면에 평균입경 2.1㎛의 흑연 입자 5g 및 폴리메틸메타크릴레이트 100g(중량평균분자량 123,000)을 톨루엔에 용해하여 방열 점착용 조성물을 제조한 후, 이를 양면에 코팅하고 건조하여 28㎛의 방열점착층을 형성하여 제1필름을 제조하였다.
제2필름의 제조를 위해, 70㎛ 두께의 알루미늄 포일상에 평균입경 2.1㎛의 흑연 입자 5g 및 폴리메틸메타크릴레이트 100g(중량평균분자량 123,000)을 톨루엔에 용해한 후, 이를 단면에 코팅하고 건조하여 28㎛의 방열점착층을 형성하여 제2필름을 제조하였다.
제2필름의 알루미늄 포일 표면이 제1필름의 일면인 방열접착층에 대향하도록 배치한 후 제1필름과 제2필름을 합지하고, 이어서 제1필름의 타면인 방열접착층에 200㎛두께의 알루미늄포일을 배치하고 합지하였다. 이어서 상기 적층된 방열적층체를 가압하여 최종적으로 방열테이프를 제조하였다.
ASTM E-1461, ASTM D149 및 ASTM D 3330에 의거한 열전도도, 파괴전압 및 점착력의 시험 결과 방열테이프의 열전도도는 0.61W/m·K 이였으며, 파괴전압은 7120V/200㎛이고, 점착력은 1650gf/in이었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 상기 방열 점착용 조성물에서 아크릴계수지로 폴리메틸메타크릴레이트 중합체 대신 스티렌 구조단위를 7중량%를 포함하는 폴리(메틸메타크릴레이트-co-스티렌) 중합체를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다. 그 결과, 제조된 방열테이프의 열전도도는 0.75W/m·K 였으며, 파괴전압은 8620V/200㎛이고, 점착력은 3200gf/in였다.
[실시예 3]
실시예 1에서 상기 방열 점착용 조성물에서 아크릴계수지로 폴리메틸메타크릴레이트 중합체 대신 스티렌 구조단위를 7중량%, 아크릴산 구조단위를 5.5중량%를 포함하는 폴리(메틸메타크릴레이트-co-스티렌-co-아크릴산) 중합체를 사용하고, 가교제로 메틸렌비스페닐이소시아네이트를 0.35g 더 포함하여 이를 양면에 코팅하고 건조 및 경화하여 26㎛의 방열점착층을 형성하여 제1필름을 제조하는 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 그 결과, 제조된 방열테이프의 열전도도는 0.78W/m·K 였으며, 파괴전압은 8570V/200㎛이고, 점착력은 6700gf/in였다.
[실시예 4]
실시예 1에서 50㎛ 두께의 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름 대신 표면에 요철을 가진 세라믹 플레이트를 양면에 가압하여 평균 표면조도가 14㎛인 60㎛ 두께의 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름을 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다. 그 결과, 제조된 방열테이프의 열전도도는 0.68W/m·K 였으며, 파괴전압은 7050V/200㎛이고, 점착력은 2250gf/in이었다.
[비교예 1]
50㎛의 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름의 양면에 질화붕소 입자 10g와 흑연 입자 5g 및 폴리메틸메타크릴레이트 100g(중량평균분자량 123,000)을 톨루엔에 용해한 후, 이를 양면에 코팅하고 건조하여 28㎛의 방열점착층을 형성하여 제1필름을 제조하였다. 상기 방열점착층의 일면에는 200㎛두께의 구리포일을 적층하여 테이프를 제조하였다. 그 결과, 제조된 방열테이프의 열전도도는 0.51W/m·K 이였으며, 파괴전압은 4900V/200㎛이고, 점착력은 3100gf/in이었다.
[비교예 2]
실시예 1에서 제1필름의 제조시 방열 점착용 조성물을 2회 코팅 및 건조하여 방열점착층을 제조한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다. 이때 방열점착층의 두께는 55㎛의 두께를 가지는 것으로 나타났다. 방열테이프를 제조한 후 시험한 결과, 방열테이프의 열전도도는 0.42W/m·K 였으며, 파괴전압은 7550V/200㎛이고, 점착력은 1780gf/in이었다.
10 내열성 기재층
20, 20' 제1방열 점착층
30, 30' 금속포일층
40 제2방열 점착층
50 이형층

Claims (12)

  1. 내열성 기재층(10), 상기 기재층의 양면에 형성되는 제1방열 점착층(20, 20’), 상기 제1방열 점착층 상에 형성되는 금속포일층(30, 30’) 및 상기 금속포일층 중의 어느 한 포일층 상에 형성되는 제2방열 점착층(40)을 포함하며, 상기 제1방열 점착층(20, 20’) 및 제2방열 점착층(40)은 아크릴레이트계 구조단위 및 비닐계 방향족 유래 구조단위를 포함하는 아크릴계 중합체를 포함하며, 상기 제1방열 점착층(20, 20’) 및 제2방열 점착층(40)의 두께는 상기 내열성 기재층(10) 및 금속포일층(30, 30’)의 두께보다 작고, 상기 내열성 기재층(10)의 두께는 상기 금속포일층(30, 30’)의 두께보다 작고, 열전도도가 0.6W/mK 이상, 파괴전압이 7000V/200㎛ 이상 및 점착력이 2000gf/in 이상의 물성을 가지는 것인 방열테이프.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 금속포일층(30, 30')의 금속은 각각 서로 독립적으로 알루미늄, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 은 및 은 합금에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인 방열테이프.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1방열 점착층(20, 20‘) 및 제2방열 점착층(40)은 열전도성 필러와 아크릴레이트계 구조단위 및 비닐계 방향족 유래 구조단위를 포함하는 아크릴계 중합체를 포함하는 것인 방열테이프.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 질화붕소(BN), 그래핀 및 흑연에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인 방열테이프.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 질화붕소(BN)는 질화붕소 입자들이 응집되어 평균 종횡비 1 내지 3의 범위를 가지는 질화붕소 입자들의 응집체인 것인 방열테이프.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 내열성 기재층(10)은 폴리에틸렌테레프탈레이트계 필름인 방열테이프.
  9. 제 1항에 있어서,
    제2방열 점착층(40) 상에 접착성 이형층(50)을 더 형성하는 것인 방열테이프.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 금속포일층(30‘)의 두께는 상기 금속포일층(30)의 두께보다 더 큰 것인 방열테이프.
  11. 삭제
  12. 내열성 기재층(10)의 양면에 아크릴레이트계 구조단위 및 비닐계 방향족 유래 구조단위를 포함하는 아크릴계 중합체 및 열전도성 필러를 포함하는 코팅 조성물로 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 조성물을 건조 또는 경화하여 제1방열 점착층(20, 20‘)을 형성하여 제1필름을 제조하는 단계;
    금속포일층(30)의 일면에 형성된 제2방열 점착층(40)을 포함하는 제2필름을 준비하는 단계;
    제2필름의 금속포일층(30)이 제1필름에 대향하도록 제1필름과 제2필름을 합지하는 단계; 및
    제1필름의 제1방열 점착층(20‘) 일면에 금속포일층(30‘)을 합지하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1방열 점착층(20, 20‘) 및 제2방열 점착층(40)의 두께는 상기 내열성 기재층(10) 및 금속포일층(30, 30')의 두께보다 작게 형성하고, 상기 내열성 기재층(10)의 두께는 상기 금속포일층(30, 30')의 두께보다 작게 형성하는 것인 방열테이프의 제조방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101558418B1 (ko) * 2013-03-15 2015-10-07 주식회사 아모그린텍 방열기능을 갖는 전도성 점착 테이프 및 그 제조방법
KR20150129994A (ko) 2014-05-13 2015-11-23 가드넥(주) 완충, 방열, 및 emi 차단 성능을 가지는 전자 테잎, 완충 및 emi 차단 성능을 가지는 전자 테잎, 및 완충, emi 차단, 및 방수 성능을 가지는 전자 테잎
KR20170109257A (ko) * 2016-03-21 2017-09-29 금오공과대학교 산학협력단 방열 시트용 점착제 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 방열 시트

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