KR102039136B1

KR102039136B1 - 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102039136B1
Application number: KR1020190088064A
Authority: KR
Inventors: 황창순; 윤은혜; 이애리
Original assignee: 태양쓰리시 주식회사
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2019-10-31

Abstract

합지 방법 대신 열전도성 분산액을 기재층의 양면에 직접 코팅하여 제1 및 제2 방열 코팅층을 형성하는 것에 의해 합지용 접착제층의 사용으로 인한 열전도 블록 현상을 방지하여 수직 방향의 열전도성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구조적으로 안정화되어 표면 입자 이탈을 미연에 방지하면서 우수한 플렉서블 특성을 발휘할 수 있는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트는 기재층; 상기 기재층의 일면에 형성된 제1 방열 코팅층; 상기 기재층의 타면에 형성된 제2 방열 코팅층; 및 상기 제2 방열 코팅층에 부착된 점착층;을 포함하며, 상기 제1 및 제2 방열 코팅층 각각은 상기 기재층의 일면 및 타면에 제1 및 제2 열전도성 분산액을 코팅하고 건조하는 것에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법{HEAT SPREADING SHEET WITH EXCELLENT VERTICAL HIGH THERMAL CONDUCTIVITY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합지 방법 대신 열전도성 분산액을 기재층의 양면에 직접 코팅하여 제1 및 제2 방열 코팅층을 형성하는 것에 의해 합지용 접착제층의 사용으로 인한 열전도 블록 현상을 방지하여 수직 방향의 열전도성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구조적으로 안정화되어 표면 입자 이탈을 미연에 방지하면서 우수한 플렉서블 특성을 발휘할 수 있는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 자동차, 전기, 전자 분야 등에서 사용되고 있는 전자기기 뿐만 아니라 내부에 사용되는 소재 역시 슬림화, 경량화, 소형화 등이 요구되고 있다. 또한, 유연성 측면에서도 안정적인 성능이 요구되고 있다.

이러한 전자 소자가 고집적화 될수록 더욱 많은 열이 발생하게 되는데, 이러한 방출 열은 소자의 수명을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오작동이나 기판 열화 등의 원인이 된다. 이에 따라, 방출 열을 제어하는 기술에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

이와 같이, 슬림화 및 소형화되어 가고 있는 전자기기 내에는 히트 싱크(Heat sink) 등의 방열판을 장착할 공간적 여유가 부족하기 때문에 열전도성과 점착성이 우수한 얇은 시트를 사용하여 열 집중점인 열원(Heat source)으로부터 열 이동을 유도하여 온도를 낮추는 방법이 효과적이다.

그러나, 기존의 방열 시트로는 그라파이트 방열 시트, 방열 양면 테이프, 상변화(phase change) 시트, 방열 고분자 복합 시트 등이 있다. 이 중, 방열 고분자 복합 시트는 열전도 수지, 열전도 물질, 점착제로 이루어져 있으며, 열전도 물질로는 알루미늄, 구리 등과 같은 금속 재질과, 질화붕소(BN), SiO₂와 같은 세라믹, 흑연, 탄소나노튜브(CNT)와 같은 탄소 재질이 있다.

그리고, 열전도성의 방향이 없는(전방향, 자유전자에 의한 열전도) 구리 방열 시트의 경우에는 이론적으로 우수한 열전도성을 보유하고 있으나, 전자 기기 내에서 구리 방열 시트는 상대적으로 중량이 커서 적합하지 않다. 또한, 상대적으로 가벼운 그라파이트 방열 시트는 수직 방향의 열전도성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래에 따른 합지 타입의 방열 시트에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 종래에 따른 합지 타입의 방열 시트를 나타낸 분해 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 따른 합지 타입의 방열 시트(1)는 기재층(10)과, 기재층(10)의 하면에 부착된 점착층(20)과, 기재층(10)의 상면에 합지용 접착제층(30)을 매개로 기재층(10)과 합지된 그라파이트 시트(40)를 포함한다.

이때, 기재층(10)으로는 금속 필름이 이용되고, 합지용 접착제층(40)으로는 에폭시 수지 계열의 고분자 재질이 주로 이용된다.

이와 같이, 종래에 따른 합지 타입의 방열 시트(1)는 기재층(10)과 그라파이트 시트(40)가 열전도 특성이 좋지 않은 고분자 재질의 합지용 접착제층(30)에 의해 합지되는 구조를 갖는다.

이에 따라, 종래에 따른 합지 타입의 방열 시트(1)는 기재층(10)과 그라파이트 시트(40) 사이에 배치되는 합지용 접착제층(30)에 의해 Z-축 방향의 열전도 블록 현상이 발생하게 되며, 이로 인하여 수직 방향의 열전도성이 좋지 못하다는 문제가 있었다.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0019737호(2014.02.17. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 방열 시트 및 그 제조방법이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 합지 방법 대신 열전도성 분산액을 기재층의 양면에 직접 코팅하여 제1 및 제2 방열 코팅층을 형성하는 것에 의해 합지용 접착제층의 사용으로 인한 열전도 블록 현상을 방지하여 수직 방향의 열전도성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구조적으로 안정화되어 표면 입자 이탈을 미연에 방지하면서 우수한 플렉서블 특성을 발휘할 수 있는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트는 기재층; 상기 기재층의 일면에 형성된 제1 방열 코팅층; 상기 기재층의 타면에 형성된 제2 방열 코팅층; 및 상기 제2 방열 코팅층에 부착된 점착층;을 포함하며, 상기 제1 및 제2 방열 코팅층 각각은 상기 기재층의 일면 및 타면에 제1 및 제2 열전도성 분산액을 코팅하고 건조하는 것에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법은 기재층의 일면에 제1 열전도성 분산액을 코팅하고, 건조하여 제1 방열 코팅층을 형성하는 단계; 상기 기재층의 타면에 제2 열전도성 분산액을 코팅하고, 건조하여 제2 방열 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 방열 코팅층의 노출면에 점착층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법은 기재층의 양면에 제1 방열 코팅층 및 제2 방열 코팅층을 각각 형성하면서, 제2 방열 코팅층에 부착되는 점착층의 두께 및 점착층의 흡수율을 고려하여 제1 방열 코팅층을 제2 방열 코팅층 보다 두꺼운 두께를 갖도록 설계하였다.

이에 따라, 본 발명에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법은 기재층의 일면에는 제1 방열 코팅층이 배치되고, 기재층의 타면에는 합산 두께가 제1 방열 코팅층보다 얇은 제2 방열 코팅층 및 점착층이 배치되므로, 기재층을 중심으로 대칭 형태로 설계되어 구조적으로 안정화되어 표면 입자 이탈을 미연에 방지하면서 우수한 플렉서블 특성을 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법은 합지 방식을 이용하는 것이 아니라, 기재층의 양면에 열전도성 분산액을 직접 코팅하고 건조하는 방식으로 제1 및 제2 방열 코팅층이 각각 형성되므로, 합지용 접착제층으로 인한 열전도 블록 현상이 방지되는 것에 의해 수평 방향과 더불어, 수직 방향의 열전도성이 크게 향상되어 방열성을 개선할 수 있게 된다.

이 결과, 본 발명에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트는 Z-축 방향의 열전도율이 4 ~ 6W/mㆍk를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법은 열전도성 분산액을 직접 기재층의 양면에 콤마 코팅 방식으로 코팅하고 건조하는 것에 의해 제1 및 제2 방열 코팅층이 형성되므로, 합지 방식에 비하여 공정이 단순할 뿐만 아니라 초기 투자 비용이 저렴하여 방열 시트의 제조 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래에 따른 합지 타입의 방열 시트를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트를 나타낸 결합 단면도.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 8은 실시예 1에 따라 제조된 방열 시트를 나타낸 실측 사진.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트를 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트를 나타낸 결합 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트(100)는 기재층(120), 제1 방열 코팅층(140), 제2 방열 코팅층(160) 및 점착층(180)을 포함한다.

기재층(120)은 일면 및 일면에 반대되는 타면을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이러한 기재층(120)의 재질로는 금속, 세라믹 및 금속이 피복된 고분자 성형체 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 구체적으로, 기재층(120)의 재질로는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 철(Fe), 은(Ag) 등을 포함하는 순수 금속, 탄산칼슘(CaCO₃), 산화알루미늄(Al₂O₃), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 탄화규소(SiC), 질화붕소(BN) 및 질화알루미늄(AlN) 등을 포함하는 세라믹으로부터 선택될 수 있다.이러한 기재층(120)은 시트 형태로 설계될 수 있다. 이때, 기재층(120)은 10 ~ 60㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 방열 코팅층(140)은 기재층(120)의 일면에 형성된다. 이러한 제1 방열 코팅층(140)은 기재층(120)의 일면에서 제1 열전도성 분산액을 코팅하고 건조하는 것에 의해 형성된다. 이와 같이, 제1 열전도성 분산액을 기재층(120)의 일면 상에 직접 코팅하고 건조하여 제1 방열 코팅층(140)이 형성되므로, 합지용 접착제층(도 1의 30)을 형성할 필요가 없게 된다.

이때, 제1 열전도성 분산액은 바인더 수지 5 ~ 20 중량%, 전도성 필러 40 ~ 80 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량% 및 나머지 용매를 포함하는 것이 바람직하다.

바인더 수지는 전도성 필러와 혼합시켜 기재층(120)의 일면에 직접 코팅하기 위해 첨가된다. 이러한 바인더 수지로는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리비닐 수지, 아크릴 수지, 폴리 우레탄 수지 및 페놀계 수지 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 바인더 수지가 5 중량% 미만일 경우에는 전도성 필러와의 균일한 분산이 어려워 코팅에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 바인더 수지가 20 중량%를 초과할 경우에는 상대적으로 전도성 필러의 함량이 감소하게 되어, 충분한 방열 효과를 발휘되지 못하는 문제가 있다.

전도성 필러는 방열성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이러한 전도성 필러의 첨가량이 40 중량% 미만일 경우에는 방열성 향상 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 전도성 필러의 첨가량이 80 중량%를 초과할 경우에는 점도가 지나치게 상승하여 코팅이 제대로 이루어지지 못할 우려가 있다.

이때, 전도성 필러는 카본 분말, 탄소나노튜브, 그라파이트, 그래핀 및 팽창 흑연 중 적어도 2종 이상의 다종 카본 물질을 혼합시킨 것을 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 카본 분말로는 케첸(Ketjen)블랙 EC-300JD, 케첸블랙 EC-600JD 등을 예로 들 수 있으며, 이 밖에 아세틸렌 블랙 등의 각종 도전성 카본 분말을 이용할 수 있다.

이러한 전도성 필러는 10 ~ 100㎛의 평균 직경을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 전도성 필러의 평균 직경이 10㎛ 미만일 경우에는 그 크기가 미세화됨에 따라 입자의 분산성의 문제로 인해 부착력 및 내열성이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 전도성 필러의 평균 직경이 100㎛를 초과할 경우에는 제1 방열 코팅층(140)의 두께 증가로 열 저항이 상승할 우려가 있다.

분산제는 전도성 필러의 분산 용이성을 확보하기 위해 첨가된다. 이때, 분산제로는 전도성 필러에 대한 용해도가 좋고, 분산성에 큰 문제가 없는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 일 예로, 분산제로는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA) 등이 이용될 수 있다.

이러한 분산제의 첨가량이 1 중량% 미만일 경우에는 분산성 향상 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 분산제의 첨가량이 5 중량%를 초과하여 과도하게 첨가될 경우에는 방열성을 저하시킨다.

용매는 톨루엔, 자일렌, n-부틸아세테이트, 이소부틸아세테이트, 에틸아세테이트, 이소부틸알콜, 셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.

여기서, 제1 방열 코팅층(140)은 제2 방열 코팅층(160)의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 기재층(120)의 일면에는 제1 방열 코팅층(140)만이 배치되는데 반해, 기재층(120)의 타면에는 제2 방열 코팅층(160)과 점착층(180)이 배치된다. 따라서, 기재층(120)을 기준으로 대칭을 이루도록 하여 구조적인 안정화를 도모하기 위해서는 제1 방열 코팅층(140)의 두께를 제2 방열 코팅층(160)의 두께 보다 두껍게 형성해야 한다.

이를 위해, 제1 방열 코팅층(140)은 50 ~ 120㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 제1 방열 코팅층(140)의 두께가 50㎛ 미만일 경우에는 수직 및 수평 방향의 방열 성능을 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 제1 방열 코팅층(140)의 두께가 120㎛를 초과할 경우에는 과도한 두께로 인하여 기재층(120)의 타면에 배치되는 제2 방열 코팅층(160) 및 점착층(180)과 비대칭 구조를 갖게 되어 플렉서블한 특성이 저하될 우려가 있다.

제2 방열 코팅층(160)은 기재층(120)의 타면에 형성된다. 이러한 제2 방열 코팅층(160)은 기재층(120)의 타면에 제2 열전도성 분산액을 코팅하고 건조하는 것에 의해 형성된다. 이와 같이, 제2 열전도성 분산액을 기재층(120)의 타면 상에 직접 코팅하고 건조하여 제2 방열 코팅층(160)이 형성되므로, 합지용 접착제층(도 1의 30)을 형성할 필요가 없게 된다.

이때, 제2 열전도성 분산액은 제1 열전도성 분산액과 실질적으로 동일한 것이 이용된다. 즉, 제2 열전도성 분산액은 바인더 수지 5 ~ 20 중량%, 전도성 필러 40 ~ 80 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량% 및 나머지 용매를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 제2 방열 코팅층(160)은 10 ~ 70㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 제2 방열 코팅층(160)의 두께가 10㎛ 미만일 경우에는 제1 방열 코팅층(140)과 비대칭 구조를 갖게 되어 플렉서블한 특성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 제2 방열 코팅층(160)의 두께가 70㎛를 초과할 경우에는 과도한 두께로 인하여 경량화 및 소형화를 도모하기 어려우며, 이 역시 제1 방열 코팅층(140)과의 비대칭 구조로 인하여 플렉서블한 특성이 저하될 수 있다.

점착층(180)은 제2 방열 코팅층(160)에 부착된다. 이에 따라, 점착층(180)은 제2 방열 코팅층(160)의 하부에 배치된다.

이러한 점착층(180)은 열원과의 부착 특성 뿐만아니라 열원과의 간격을 최소화하면서 열원에서 발생하는 열을 제2 방열 코팅층(160), 기재층(120) 및 제1 방열 코팅층(140)으로 효과적으로 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 점착층(180)의 재질로는 고분자 계열의 물질이 주로 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 점착층(180)의 재질로는 폴리 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고분자 수지 등의 각종 고분자 수지가 이용될 수 있다.

이러한 점착층(180)은 효과적인 열 방출 및 열원과의 안정적인 접착을 위하여 5 ~ 30㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 점착층(180)의 두께가 5㎛ 미만일 경우에는 열원과의 안정적인 접착이 제대로 이루어지지 못할 우려가 있다. 반대로, 점착층(140)의 두께가 30㎛를 초과할 경우에는 과도한 두께 설계로 열원에서 발생하는 열을 제2 방열 코팅층(160), 기재층(120) 및 제1 방열 코팅층(140)으로 효과적으로 전달하는데 어려움이 따를 수 있다.

만일, 본 발명의 구조에서, 제2 방열 코팅층(160)을 형성하는 것 없이, 기재층(120)의 일면에만 적어도 100㎛ 이상의 두께를 갖는 제1 방열 코팅층(140)을 형성할 경우, 열전도도는 크게 증가하나, 방열 시트의 구조가 불안정해지면서 플렉서블한 특성이 현저히 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 이로 인해, 구조적으로 불안정한 방열 시트는 방열 시트의 표면에서 입자의 이탈로 인한 전자 기기 내의 부족 현상(shortage phenomenon)이 나타나 전자 기기 내에 적용하는데 어려움이 따를 수 있다.

이러한 문제를 미연에 방지하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트(100)는 기재층(120)의 일면 및 타면, 즉 기재층(120)의 양면에 제1 방열 코팅층(140) 및 제2 방열 코팅층(160)을 각각 형성하면서, 제2 방열 코팅층(160)에 부착되는 점착층(180)의 두께를 고려하여 제1 방열 코팅층(140)을 제2 방열 코팅층(160) 보다 두꺼운 두께를 갖도록 설계하였다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트(100)는 기재층(120)의 일면에는 제1 방열 코팅층(140)이 배치되고, 기재층(120)의 타면에는 합산 두께가 제1 방열 코팅층(140)보다 얇은 제2 방열 코팅층(160) 및 점착층(180)이 배치되므로, 기재층(120)을 중심으로 대칭 형태로 설계되어 구조적으로 안정화되어 표면 입자 이탈을 미연에 방지하면서 우수한 플렉서블 특성을 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 열전도성 방열 시트(100)는 합지 방식을 이용하는 것이 아니라, 기재층(120)의 양면에 열전도성 분산액을 직접 코팅하고 건조하는 방식으로 제1 및 제2 방열 코팅층(140, 160)이 각각 형성되므로, 합지용 접착제층으로 인한 열전도 블록 현상이 방지되는 것에 의해 수평 방향과 더불어, 수직 방향의 열전도성이 크게 향상되어 방열성을 개선할 수 있게 된다.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트(100)는 Z-축 방향의 열전도율이 4 ~ 6W/mㆍk를 갖는다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트(100)는 열전도성 분산액을 직접 기재층(120)의 양면에 콤마 코팅 방식으로 코팅하고 건조하는 것에 의해 제1 및 제2 방열 코팅층(140, 160)이 형성되므로, 합지 방식에 비하여 공정이 단순할 뿐만 아니라 초기 투자 비용이 저렴하여 방열 시트(100)의 제조 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

이에 대해서는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 기재층(120)의 일면에 제1 열전도성 분산액을 코팅하여 제1 열전도성 분산액 코팅층(145)을 형성한다.

이때, 기재층(120)의 재질로는 금속, 세라믹 및 금속이 피복된 고분자 성형체 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 구체적으로, 기재층(120)의 재질로는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 철(Fe), 은(Ag) 등을 포함하는 순수 금속, 탄산칼슘(CaCO₃), 산화알루미늄(Al₂O₃), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 탄화규소(SiC), 질화붕소(BN) 및 질화알루미늄(AlN) 등을 포함하는 세라믹으로부터 선택될 수 있다.이러한 기재층(120)은 10 ~ 60㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 단계에서, 제1 열전도성 분산액 코팅층(145)은 기재층(120)의 일면에 콤마코팅 방식으로 제1 열전도성 분산액을 균일한 두께로 코팅하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이러한 콤마코팅 방식은 합지 방식에 비하여, 공정이 단순할 뿐만 아니라 초기 투자 비용이 저렴하여 방열 시트의 제조 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

제1 열전도성 분산액은 바인더 수지 5 ~ 20 중량%, 전도성 필러 40 ~ 80 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량% 및 나머지 용매를 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 전도성 필러는 카본 분말, 탄소나노튜브, 그라파이트, 그래핀 및 팽창 흑연 중 적어도 2종 이상의 다종 카본 물질을 혼합시킨 것을 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 카본 분말로는 케첸(Ketjen) 블랙 EC-300JD, 케첸 블랙 EC-600JD 등을 예로 들 수 있으며, 이 밖에 아세틸렌 블랙 등의 각종 도전성 카본 분말을 이용할 수 있다.

이러한 전도성 필러는 10 ~ 100㎛의 평균 직경을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 전도성 필러의 평균 직경이 10㎛ 미만일 경우에는 그 크기가 미세화됨에 따라 입자의 분산성의 문제로 인해 부착력 및 내열성이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 전도성 필러의 평균 직경이 100㎛를 초과할 경우에는 제1 방열 코팅층의 두께 증가로 열 저항이 상승할 우려가 있다.

다음으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 열전도성 분산액 코팅층(145)을 60 ~ 200℃ 조건으로 1차 건조하여 제1 방열 코팅층(140)을 형성한다.

이때, 1차 건조 온도가 60℃ 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 못하여 내구성이 저하될 수 있다. 반대로, 1차 건조 온도가 200℃를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.

여기서, 제1 방열 코팅층(140)은 50 ~ 120㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 기재층(120)의 타면에 제2 열전도성 분산액을 코팅하여 제2 열전도성 분산액 코팅층(165)을 형성한다. 여기서, 제1 방열 코팅층(140)이 형성된 기재층(120)은 180°회전시킨 상태에서 기재층(120)의 타면 상에 제2 열전도성 분산액을 코팅하는 것이 바람직하다.

본 단계에서, 제2 열전도성 분산액 코팅층(165)은 기재층(120)의 타면에 콤마코팅 방식으로 제2 열전도성 분산액을 균일한 두께로 코팅하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이러한 콤마코팅 방식은 합지 방식에 비하여, 공정이 단순할 뿐만 아니라 초기 투자 비용이 저렴하여 방열 시트의 제조 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

제2 열전도성 분산액은 제1 열전도성 분산액과 실질적으로 동일한 것이 이용된다. 즉, 제2 열전도성 분산액은 바인더 수지 5 ~ 20 중량%, 전도성 필러 40 ~ 80 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량% 및 나머지 용매를 포함하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 열전도성 분산액 코팅층(165)을 60 ~ 200℃ 조건으로 2차 건조하여 제2 방열 코팅층(160)을 형성한다.

이때, 2차 건조 온도가 60℃ 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 못하여 내구성이 저하될 수 있다. 반대로, 2차 건조 온도가 200℃를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.

여기서, 제2 방열 코팅층(160)은 10 ~ 70㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 제1 방열 코팅층(140)은 제2 방열 코팅층(160)의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 기재층(120)의 일면에는 제1 방열 코팅층(140)만이 배치되는데 반해, 기재층(120)의 타면에는 제2 방열 코팅층(160)과 점착층(180)이 배치된다. 따라서, 기재층(120)을 기준으로 대칭을 이루도록 하여 구조적인 안정화를 도모하기 위해서는 제1 방열 코팅층(140)의 두께를 제2 방열 코팅층(160)의 두께 보다 두껍게 형성해야 한다.

다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 방열 코팅층(160)의 노출면에 점착층(180)을 형성한다. 이러한 점착층(180)은 열원과의 부착 특성 뿐만아니라 열원과의 간격을 최소화하면서 열원에서 발생하는 열을 제2 방열 코팅층(160), 기재층(120) 및 제1 방열 코팅층(140)으로 효과적으로 전달하는 역할을 수행하기 위해 형성하게 된다. 이를 위해, 점착층(180)의 재질로는 고분자 계열의 물질이 주로 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 점착층(180)의 재질로는 폴리 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고분자 수지 등의 각종 고분자 수지가 이용될 수 있다.

이러한 점착층(180)은 효과적인 열 방출 및 열원과의 안정적인 접착을 위하여 5 ~ 30㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 점착층(180)의 두께가 5㎛ 미만일 경우에는 열원과의 안정적인 접착이 제대로 이루어지지 못할 우려가 있다. 반대로, 점착층(180)의 두께가 30㎛를 초과할 경우에는 과도한 두께 설계로 열원에서 발생하는 열을 방열 코팅층으로 효과적으로 전달하는데 어려움이 따를 수 있다.

이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 열전도성 방열 시트 제조 방법이 종료될 수 있다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법은 기재층의 일면 및 타면, 즉 기재층의 양면에 제1 방열 코팅층 및 제2 방열 코팅층을 각각 형성하면서, 제2 방열 코팅층에 부착되는 점착층의 두께를 고려하여 제1 방열 코팅층을 제2 방열 코팅층 보다 두꺼운 두께를 갖도록 설계하였다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법은 기재층의 일면에는 제1 방열 코팅층이 배치되고, 기재층의 타면에는 합산 두께가 제1 방열 코팅층보다 얇은 제2 방열 코팅층 및 점착층이 배치되므로, 기재층을 중심으로 대칭 형태로 설계되어 구조적으로 안정화되어 표면 입자 이탈을 미연에 방지하면서 우수한 플렉서블 특성을 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법은 합지 방식을 이용하는 것이 아니라, 기재층의 양면에 열전도성 분산액을 직접 코팅하고 건조하는 방식으로 제1 및 제2 방열 코팅층이 각각 형성되므로, 합지용 접착제층으로 인한 열전도 블록 현상이 방지되는 것에 의해 수평 방향과 더불어, 수직 방향의 열전도성이 크게 향상되어 방열성을 개선할 수 있게 된다.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트는 Z-축 방향의 열전도율이 4 ~ 6W/mㆍk를 갖는다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법은 열전도성 분산액을 직접 기재층의 양면에 콤마 코팅 방식으로 코팅하고 건조하는 것에 의해 제1 및 제2 방열 코팅층이 형성되므로, 합지 방식에 비하여 공정이 단순할 뿐만 아니라 초기 투자 비용이 저렴하여 방열 시트의 제조 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 방열 시트 제조

실시예 1

20㎛의 두께를 갖는 Al 필름의 상면에 아크릴 수지 12wt%, 20㎛의 평균 직경을 갖는 카본 분말 및 그라파이트 분말이 2 : 8의 중량비로 혼합된 전도성 필러 55wt%, 폴리비닐피롤리돈(PVP) 3wt% 및 나머지 톨루엔으로 조성된 제1 열전도성 분산액을 콤마코팅 방식을 이용하여 100㎛의 두께로 코팅하고, 120℃에서 2시간 동안 건조하여 제1 방열 코팅층을 제조하였다.

다음으로, Al 필름의 하면에 제1 열전도성 분산액과 동일한 조성을 갖는 제2 열전도성 분산액을 콤마코팅 방식을 이용하여 20㎛의 두께로 코팅하고, 120℃에서 2시간 동안 건조하여 제2 방열 코팅층을 제조하였다.

다음으로, 제2 방열 코팅층의 하면에 에폭시 수지를 30㎛의 두께로 도포하고 경화시켜 점착층을 형성하여 방열 시트를 제조하였다.

실시예 2

제1 방열 코팅층은 80㎛의 두께로 형성하고, 제2 방열 코팅층은 40㎛의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트를 제조하였다.

실시예 3

제1 방열 코팅층은 60㎛의 두께로 형성하고, 제2 방열 코팅층은 60㎛의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트를 제조하였다.

비교예 1

20㎛의 두께를 갖는 Al 필름의 하면에 에폭시 수지를 30㎛로 도포하고 경화하여 점착층을 제조하였다.

다음으로, 점착층이 형성된 Al 필름의 상면에 합지용 접착제층을 매개로 120㎛의 두께를 갖는 그라파이트 시트를 적층하고, 20MPa로 압착하여 합지 타입의 방열 시트를 제조하였다.

비교예 2

20㎛의 두께를 갖는 Al 필름의 상면에 아크릴 수지 12wt%, 20㎛의 평균 직경을 갖는 카본 분말 및 그라파이트 분말이 2 : 8의 중량비로 혼합된 전도성 필러 55wt%, 폴리비닐피롤리돈(PVP) 3wt% 및 나머지 톨루엔으로 조성된 열전도성 분산액을 콤마코팅 방식을 이용하여 120㎛의 두께로 코팅하고, 120℃에서 2시간 동안 건조하여 방열 코팅층을 제조하였다.

다음으로, Al 필름의 하면에 에폭시 수지를 30㎛의 두께로 도포하고 경화시켜 점착층을 형성하여 방열 시트를 제조하였다.

2. 방열 시트 관찰

도 8은 실시예 1에 따라 제조된 방열 시트를 나타낸 실측 사진이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 방열 시트는 우수한 플렉서블 특성을 나타내어 잘 휘어지는 것을 확인할 수 있다.

이때, 실시예 1에 따라 제조된 방열 시티는 기재층의 일면에 제1 방열 코팅층이 형성되고, 기재층의 타면에 제2 방열 코팅층 및 점착층이 형성되는 대칭 구조를 갖는데 기인한 것으로 판단된다.

3. 물성 평가

표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 방열 시트에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 1]

표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 방열 시트는 Z-축 방향의 열전도율이 목표값에 해당하는 4 ~ 6 W/mㆍk를 만족하는 것을 확인할 수 있다.

반면, 비교예 1에 따라 제조된 방열 시트는 Z-축 방향의 열전도율이 0.23 W/mㆍk에 불과하였다. 이와 같이, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 방열 시트는, 비교예 1에 따라 제조된 방열 시트에 비하여, Z-축 방향의 열전도율이 크게 향상된 것을 확인하였다.

한편, 비교예 2에 따라 제조된 방열 시트는 Z-축 방향의 열전도율이 5.33 W/mㆍk로 측정되어, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 방열 시트의 Z-축 방향의 열전도율과 유사하거나 또는 더 높은 값을 나타내었다. 다만, 비교예 2에 따라 제조된 방열 시트는 방열 코팅층이 기재층의 일면에만 형성되는데 기인하여 입자 이탈이 심하게 발생하였다.

표 2는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 방열 시트에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 이때, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 방열 시트를 벤딩 테스트 장치를 이용하여 10,000회 동안 벤딩한 후, 방열 코팅층(제1 및 제2 방열 코팅층)의 입자 이탈 여부를 측정하였다.

◎ 매우 좋음 : 이탈 입자 발생량 1g 미만

○ 좋음 : 이탈 입자 발생량 1g 이상 ~ 3g 미만

△ 보통 : 이탈 입자 발생량 3g 이상 ~ 5g 미만

× 나쁨 : 이탈 입자 발생량 5g 이상

[표 2]

표 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 방열 시트는 비교예 1에 따라 제조된 그라파이트 방열 시트와 유사하게 입자 이탈이 거의 발생하지 않았다.

반면, 비교예 2에 따라 제조된 방열 시트는 Z-축 방향의 열전도율이 5.33 W/mㆍk로 상당히 높은 값을 나타내었으나, 입자 이탈이 심하게 발생한 것을 확인하였다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

100 : 방열 시트
120 : 기재층
140 : 제1 방열 코팅층
160 : 제2 방열 코팅층
180 : 점착층

Claims

기재층;
상기 기재층의 일면에 형성된 제1 방열 코팅층;
상기 기재층의 타면에 형성된 제2 방열 코팅층; 및
상기 제2 방열 코팅층에 부착된 점착층;을 포함하며,
상기 제1 및 제2 방열 코팅층 각각은 상기 기재층의 일면 및 타면에 제1 및 제2 열전도성 분산액을 코팅하고 건조하는 것에 의해 형성되고,
상기 제1 방열 코팅층은 상기 제2 방열 코팅층의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 열전도성 분산액 각각은
바인더 수지 5 ~ 20 중량%, 전도성 필러 40 ~ 80 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량% 및 나머지 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 방열 코팅층은 50 ~ 120㎛의 두께를 갖고,
상기 제2 방열 코팅층은 10 ~ 70㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 기재층, 제1 및 제2 방열 코팅층 및 점착층을 포함하여 열전도성 방열 시트를 구성하며,
상기 열전도성 방열 시트는
Z-축 방향의 열전도율이 4 ~ 6W/mㆍk를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트.
기재층의 일면에 제1 열전도성 분산액을 코팅하고, 건조하여 제1 방열 코팅층을 형성하는 단계;
상기 기재층의 타면에 제2 열전도성 분산액을 코팅하고, 건조하여 제2 방열 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 방열 코팅층의 노출면에 점착층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 방열 코팅층은 상기 제2 방열 코팅층의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 열전도성 분산액 각각은
바인더 수지 5 ~ 20 중량%, 전도성 필러 40 ~ 80 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량% 및 나머지 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 방열 코팅층 형성 단계에서,
상기 제1 방열 코팅층은 콤마코팅 방식으로 상기 기재층의 일면에 제1 열전도성 분산액을 50 ~ 120㎛의 두께로 코팅하고, 60 ~ 200℃에서 1차 건조시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 제2 방열 코팅층 형성 단계에서,
상기 제2 방열 코팅층은 콤마코팅 방식으로 상기 기재층의 타면에 제2 열전도성 분산액을 10 ~ 70㎛의 두께로 코팅하고, 60 ~ 200℃에서 2차 건조시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 특성이 우수한 고열전도성 방열 시트 제조 방법.