KR102249402B1 - 열전도율이 개선된 방열판용 접착제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전도율이 개선된 방열판용 접착제 조성물에 관한 것으로서, 본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 방열 필러 및 방열 비드를 포함하는 방열판용 접착제 조성물 및 이를 이용한 방열판모듈에 관한 것이다.

Description

열전도율이 개선된 방열판용 접착제 조성물{Adhesive composition for heat sink with improved thermal conductivity}

본 발명은 열전도율이 개선된 방열판용 접착제 조성물에 관한 것이다.

최근의 휴대용 전자 기기의 사용이 급증하면서 전자 부품들의 소형화 및 고집적화가 됨에 따라 발열량의 증가에 의한 전자 기기의 오작동이나 고장을 방지하기 위한 기술이 활용되고 있다.

일반적으로, 발열량이 많은 경우에, 열을 효율적으로 전달하여 외부로 방출시키기 위해 발열부위에 방열판, 방열패드, 방열코팅 등을 부가한다.

방열소재는 열에 의한 변형이 적으면서도, 외부로의 열방출을 빠르게 수행할 수 있도록 열 전도도가 우수한 특성을 가져야 한다. 이 때, 전자 기기와 방열부재의 연결을 위해 접착제가 사용되는데, 이 또한, 전자 기기와 방열부재의 특성 상 고열에도 변형되거나 접착력이 저하되지 않으면서도, 우수한 열전도율을 갖는 것이 바람직하다.

대한민국 등록특허 제10-2030180호는 고효율 방열접착재료 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 고분자 수지와 열 전달 충전재를 포함하되, 상기 열 전달 충전재는 미리 결정된 자기장에 의한 패턴에 따라 이동하여 고분자 수지 내에서 상대적으로 고집적화 혹은 고밀도화된 패턴을 형성하는 기술에 대해서 개시하고 있다.

그러나, 외부의 열자극에 의해 접착력이 지속적으로 개선되어 접착제의 노화 접착력과 접착제의 수명이 향상되는 새로운 접착용 조성물에 대해서는 개시하고 있지 않다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2005-0104280호는 재료를 구성하는 구조체 역할을 하는 고분자 수지 안에 포함된 열전도성 필러들이 단순한 배합에 의해 분산되어 확률적으로 형성되어 열 전달 경로를 형성하는 기술에 대해서 개시하고 있을 뿐, 외부의 열자극에 의해 접착력이 지속적으로 개선되어 접착제의 노화 접착력과 접착제의 수명이 향상되는 새로운 접착용 조성물에 대해서는 개시하고 있지 않다.

한편, 방열부재를 접착시키기 위한 접착재료는 일반적으로, 내열성이 있는 고분자 수지와 열전도성 필러를 포함하여, 수지 성분에 의한 접착성을 확보하고, 열전도성 필러에 의해 형성된 열 전달 경로를 통해 발열부위에서 방열 부재 쪽으로 열을 전달하도록 구성된다.

이에 따라, 열전도율이 우수한 접착 재료를 형성하기 위해서는 열전도성 필러들이 수지 성분 내에 균일하게 분산되어 있으면서도, 열전도성 필러에 의한 열 전달이 잘 되도록 열 전달 경로가 확보되어야 한다.

이 때, 열전도성 필러의 함유량이 증가하면 할수록 필러 간의 접촉 확률이 커지면서 열 전달 경로도 많이 확보되어 열전도율은 증가하나, 입자 성분의 증가로 인해 접착제 조성물의 점도가 증가하여, 균일하고 평평하게 도포하기 어렵고, 조성물 내에 상대적으로 소량만이 포함되는 수지 성분은 필러에 비해 내열성이 상대적으로 약하여, 장기적으로는 수지 성분의 열화에 의한 접착력이 저하가 급격히 일어나는 문제가 있다.

따라서, 열 전달 특성이 우수하면서도, 열에 의해 접착력이 지속적으로 유지되는 새로운 방열접착재료에 대한 개발이 필요한 실정이다.

또한, 노트북과 같은 개인용컴퓨터(PC)에 사용되는 기존의 방열판은 메인보드에 방열핀이 수직한 상태로 이격되어 나열 설치됨으로써, 면적을 많이 차지할 뿐만 아니라 방열 효율에도 한계가 있었다.

대한민국 등록특허 제2030180호 (2019.10.08) 대한민국 공개특허 제2005-0104280호 (2005.11.02)

본 발명은 방열판 부착 시 열이나 습도, 외부의 물리적 자극에도 쉽게 변형되거나, 분리되지 않도록 우수한 접착력을 가지는 접착제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 특히, 복수의 방열판을 이용하여 방열 효과를 향상시키기 위해 복수의 방열판을 서로 부착하는데 사용하기에 적합한 접착제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 최초 접착 후에도, 외부의 열에 의해 접착력이 저하되지 않고 향상, 유지되는 효과를 갖는 접착제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또, 노트북과 같은 개인용컴퓨터(PC)의 메인보드에 사용 가능한 적층 구조의 방열판모듈을 설치함으로써, 우수한 방열 특성을 갖는 방열판모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 방열판용 접착제 조성물은, 에폭시 수지, 경화제, 방열 필러 및 방열 비드를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 방열판용 접착제 조성물은 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 경화제 0.1 내지 5 중량부, 상기 방열 필러 30 내지 60 중량부 및 상기 방열 비드 10 내지 40 중량부를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 방열 비드는 구형 캡슐 및 이에 내장된 2-에틸-4메틸 이미다졸을 포함하고, 상기 방열 비드는 평균 직경이 0.5 내지 5 ㎛(마이크로미터)일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 구형 캡슐은 만니톨, 펙틴 및 알루미나 입자를 포함하고, 상기 구형 캡슐은 상기 구형 캡슐의 전체 중량을 기준으로, 만니톨, 펙틴 및 알루미나 입자가 1: 1~4 : 0.5~3의 중량비율로 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 방열 비드는 평균 직경이 1 내지 3 ㎛(마이크로미터)일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 구형 캡슐은 60 내지 90℃의 온도에서 파괴되는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 방열 필러는 평균 직경이 5 내지 20 ㎛(마이크로미터)일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상면 상에 길이 방향으로 다수개의 홈이 형성되고, 양측단으로 직각 방향 절곡된 다리부를 형성하는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트를 상측에서 포함하도록 적층 설치되며, 상면에 길이 방향을 따라 다수개의 방열핀이 일체로 형성되는 방열판 및 상기 방열판의 상측에서 적층 설치되는 방열마감부재를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 베이스플레이트의 다리부에는 마주하는 내측면으로 메인보드에 체결을 위한 걸림홈이 형성되고, 상기 다리부의 측방으로는 체결홈이 형성되어 상기 방열판에 형성된 체결돌기와 결합될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 베이스플레이트의 측방으로는 단차홈부가 형성되고, 상기 단차홈부에는 일측이 개방되고 제1면과 제2면을 가지는 클립이 삽입 설치되어 상기 제1면 또는 제2면 중 어느 하나의 일면이 바닥면에 접촉되어 하중을 지지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 방열판의 상기 방열핀 중 양측단에 위치한 상기 방열핀에는 방열핀홈이 형성되고, 상기 방열핀홈에 대응되어 결합되도록 상기 방열판의 양측단 연장부에는 체결돌기 형성되어 적층 가능할 수 있다.

본 발명에 따른 접착제 조성물은 복수의 방열판을 상호 결합시킬 때, 상호 결합부분에 적용하여 내열성이 우수하면서도 열전도성이 우수하여, 적층 구조의 방열판모듈 도입에 따른 방열 효과를 극대화할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명에 따른 접착제 조성물은 최초 부착 후에도 열에 의해 추가 경화 반응을 통해 접착 성능이 향상되어 방열판의 접착력과 방열특성이 장기간 유지되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방열판모듈의 조립 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방열판모듈에서 베이스플레이트의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 방열판모듈에서 베이스방열판의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 방열판모듈의 분리 사시도이고,
도 5는 도 1에서 A-A선 단면도이고,
도 6은 도 1에서 B-B선 단면도이고,
도 7은 실시예 1 내지 3(A1~A3)과 비교예 1 내지 10(B1~B10)에 대한 방열판 조립체의 접착면에서의 접착력을 나타낸 그래프이다;
도 8은 실시예 1 내지 3(A1~A3)과 비교예 1 내지 10(B1~B10)에 대한 방열판 조립체를 구성하는 방열판의 개수에 따른 열전도도를 나타낸 그래프이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

여기서 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방열판모듈의 조립 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방열판모듈에서 베이스플레이트의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 방열판모듈에서 베이스방열판의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 방열판모듈의 분리 사시도이고, 도 5는 도 1에서 A-A선 단면도이고, 도 6은 도 1에서 B-B선 단면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 방열판모듈(100)은, 크게 메인보드(미도시)에 장착되는 베이스플레이트(110)와, 베이스플레이트(110)의 상측으로 다수개가 적층될 수 있는 방열판(120)과, 방열마감부재(130)로 구성될 수 있다.

먼저, 도 2에 도시된 베이스플레이트(110)는 직사각형의 판상으로 상면 상에 길이 방향을 따라 다수의 홈(102)이 형성되며, 상기 홈(102)은 단면적의 증대를 가져와서 방열 효율이 높아질 수 있다.

그리고 베이스플레이트(110)는 폭방향의 양측단이 직각 방향으로 절곡된 일체의 다리부(104)를 형성할 수 있다.

따라서 베이스플레이트(110)는 전체적인 형상이 "┏┓"이며, 하방을 향하는 다리부(104)는 개인용컴퓨터(PC)와 같은 컴퓨터의 메인보드 상에 체결되는 부분으로 마주하는 다리부(104)의 내측으로 걸림홈(104a)이 형성되어 미도시된 메인보드의 홈에 결합될 수 있다.

상기 걸림홈(104a)은 마주하는 한 쌍의 다리부(104) 내측면에서 홈형상을 달리할 수 있다.

그리고 다리부(104)에서 외측면을 향하는 양면에 체결홈(105)이 형성되며, 체결홈(105)의 형상은 한정하지는 않으나, 삼각형상일 수 있다.

상기 체결홈(105)은 각 다리부(104)에 적어도 하나 이상 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

더 나아가 베이스플레이트(110)에는 측방으로 단차홈(106)이 일정 면적으로 형성되고, 상기 단차홈(106)에는 클립(108)이 삽입 위치될 수 있다.

도시된 단차홈(106)은 사다리꼴이나 그 형상에 있어서 한정하지는 않는다.

그리고 클립(108)은 단차홈(106)과 동일 형상과 면적을 가지고서 설치되며, 일측이 개방되고 제1면(108a)과 제2면(108b)으로 구성되어 단차홈(106)을 향하여 삽입이 이루어지게 된다.

클립(108)의 삽입에 따라 제1면(108a)은 단차홈(106)에 위치되고, 제2면(108b)은 베이스플레이트(110)의 하방측에 위치되어 적층되는 하중으로부터 바닥면을 지지하게 된다.

도 3에 도시된 방열판(120)은, 베이스플레이트(110)를 상측에서 포함하듯이 다수개가 적층 결합되는 것으로서, 길이는 베이스플레이트(110)와 동일하며, 폭은 다소 커서 베이스플레이트(110)를 포함하여 결합될 수 있다.

상기 방열판(120)의 상면으로는 길이 방향을 따라 다수개의 방열핀(122)이 일체로 형성되며, 베이스플레이트(110)의 다리부(104)와 같이 양단이 절곡된 연장부(124)가 형성될 수 있다.

연장부(124)에는 체결홈(105)에 대응하여 삼각형상으로 체결돌기(124a)가 형성될 수 있다.

또한, 방열판(120)의 방열핀(122) 중 양측단에 위치한 방열핀(122)상에 방열핀홈(122a)이 형성될 수 있다.

그리고 도 4에 도시된 방열마감부재(130)는, 다수개 적층된 최상의 방열판(120) 상측에 설치될 수 있다.

상기 방열마감부재(130)의 상면으로 길이 방향을 따라 다수개의 마감방열핀(132)이 일체로 형성되며, 양측단에 하방으로 연장된 마감연장부(134)가 형성되고, 마감연장부(134)에는 방열판(120)의 방열핀홈(122a)에 대응되어 결합되도록 마감방열핀돌기(134a)가 형성되어 적층 가능할 수 있다.

여기서 마감방열핀(132)은 방열판(120)의 방열핀(122) 보다는 더 길이가 길고, 경사지게 형성될 수도 있다.

따라서 본 발명의 적층 작용은, 도 5 또는 도 6을 참고하여 설명하면 먼저, 베이스플레이트(110)의 단차홈(106)에 클립(108)을 삽입하여 제1면(108a)이 단차홈(106)에 위치하고, 제2면(108b)은 바닥면을 향하도록 한다.

이어서 베이스플레이트(110)의 체결홈(105)에 방열판(120)의 연장부(124)에 형성된 체결돌기(124a)가 위치되어 방열판(120)이 적층 설치되며, 상기의 방열판(120)은 방열핀홈(122a)과 체결돌기(124a)를 통하여 다수개가 적층 가능하다.

그리고 최상단의 방열판(120)에는 방열마감부재(130)가 설치되며, 마감연장부(134)의 마감방열핀돌기(134a)가 방열핀홈(122a)에 체결되어 마감이 이루어지게 된다.

상기와 같이 방열판모듈(100)이 완성되면, 메인보드 등에 베이스플레이트(110)의 다리부(104)에 형성된 걸림홈(104a)을 이용하여 고정시키게 된다.

한편, 상기와 같이 베이스플레이트(110)로부터 다수개가 적층 설치되는 방열판(120)과 방열마감부재(130)는 결합 수단으로 방열 특성을 향상시킬 수 있는 접착제를 통해 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 방열판용 상기 접착제의 조성물은, 에폭시 수지, 경화제, 방열 필러 및 방열 비드를 포함한다.

상술한 바와 같이 방열 특성을 가지는 접착제는, 접착성을 부여하는 수지 성분과, 방열 특성을 부여하는 방열 필러를 기본적으로 포함한다.

방열 필러는 열전도성을 가지는 입자로서, 입자 상호 간의 접촉에 의해 형성되는 열 전달 경로를 통해 열을 전달함으로써 열을 방출시키는 기능을 한다. 열 전달 경로의 수가 증가할수록 열 전도율은 증가하고, 이에 따라 방열 특성도 증가하게 되지만, 방열 필러와 같은 파우더, 입자 성분이 액상의 고분자 성분에 과다하게 포함되는 경우에는 조성물의 점도가 증가하고 고르고 균일하며, 얇게 도포하는 것이 어렵게 되어, 오히려, 열 전달이 필요한 두 피착재 간의 물리적인 거리를 증가시켜 열저항이 증가되어 방열특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

한편, 접착성을 부여하는 수지 성분으로는 내열성이 우수한 에폭시 수지가 널리 사용된다. 에폭시 수지는 열경화성 수지로서, 내열성, 내수성이 뛰어나고, 성질이 다른 물질 간의 접착이 가능하여, 방열판과 같은 금속계열의 재료와 이와 상이한 재료 간의 접착에도 널리 사용할 수 있는 장점이 있다.

이러한 에폭시 수지의 장점에도 불구하고, 자체의 황변 현상이 나타나는 문제점이나, 접착 시 과다한 시간이 소모되는 점 및 열에 의한 고분자 소재의 치수변화로 인해, 정밀한 전자 기기에 사용 시 문제가 발생될 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 방열접착재료 자체의 문제점을 개선하고, 나아가, 외부의 열에 의해 지속적으로 결합력이 향상되는 특성을 가지며, 이와 동시에 향상된 방열특성을 만족하는 새로운 접착제 조성물에 관한 것이다.

특히, 본 발명은, 방열 특성을 향상시키기 위해, 2 이상의 방열판을 조립하여 얻어지는 방열판 조립체의 각 방열판의 상호 접착 시 사용함으로써, 방열판과 방열판 사이에서의 열전도율을 극대화시킴과 동시에 접착력이 장기간 유지되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 본 발명을 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 의해 제한되지 아니한다.

에폭시 수지 및 경화제

본 발명에 따른 방열판용 접착제 조성물은 에폭시 수지 및 경화제를 포함한다.

에폭시 수지는 에폭시드라고도 불리우는, 열경화성 플라스틱의 하나로 내열성과 내후성이 우수하고, 접착력이 강하다. 접착제, 강화플라스틱, 주형, 보호 코팅 등에 사용된다.

에폭시 수지는 에폭시기가 아민기나 무수 카르복시산과 반응하기 쉬운 것을 이용하여 고분자화시킨 것으로서, 그 대표적인 것으로는 비스페놀 A와 에피클로로히드린을 반응시켜 얻어진 비스페놀 A형 에폭시 수지가 있다.

이와 같이, 에폭시 수지는 에폭시기를 가지는 화합물과 아민기 등을 가지는 경화제와 반응시켜 경화된다.

본 발명에 있어서, 상기 에폭시 수지는 접착제로 사용될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하며, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 다양한 에폭시 수지를 사용할 수 있다.

바람직하게는, 비스페놀 A형 에폭시 수지를 사용할 수 있다.

에폭시 수지를 경화시키는 경화제로는, 상술한 바와 같이 에폭시 수지와의 반응성이 높은 아민계, 무수 카르복시산 등이 사용될 수 있다. 에폭시 수지를 경화시킬 수 있는 경화제이면 제한없이 사용이 가능하고, 예를 들면, 아민계 경화제, 이미다졸계 경화제 등을 사용할 수 있다.

상기 아민계 경화제로는, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 디에틸아미노 프로필아민, 멘탄 디아민, N-아미노에틸 피페라진, 메타-크실렌 디아민, 이소포론 디아민, 디시안디아미드 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 이미다졸계 경화제로는, 2-에틸이미다졸, 2-에틸-4메틸 이미다졸, 2-아미노벤젠이미다졸, 2-아미노-4-이미다졸카르복시아미드, 2-아미노이미다졸설페이트, 2-(트리플로로메틸)벤즈이미다졸, 1-벤즈이미다졸,4,5-디페닐-2-이미다졸싸이올, 2-메틸-5-니트로이미다졸, 4-니크로이미다졸, 2,4,5-트리브로모이미다졸 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 따른 방열판용 접착제 조성물에 있어서, 에폭시 수지를 경화시키는 경화제는 접착제 조성물 자체에 포함된 경화제 성분과 후술할 방열 비드를 구성하는 경화제가 있다.

상기 방열판용 접착제 조성물 자체에 포함되는 경화제는 상술한 아민계, 이미다졸계 경화제 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 아민계 경화제, 가장 바람직하게는 디에틸렌 트리아민을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 방열판용 접착제 조성물은 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 경화제를 0.1 내지 5 중량부로 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 1.5 내지 3 중량부로 포함할 수 있다.

상기 함량보다 소량으로 포함되는 경우에는, 에폭시 수지의 경화도가 낮아 초기 접착력이 낮은 문제점이 있고, 상기 함량보다 과량으로 첨가되는 경우에는 초기에 에폭시 수지가 모두 반응하여 경화물을 형성하게 되므로, 열 자극에 의해 추가로 접착력이 향상되는 효과가 저하될 수 있는 문제가 있다.

방열 필러

본 발명과 같은 방열접착재료를 비롯한 다양한 방열소재에서는 방열 필러를 한다. 방열 필러는 열전도성을 가지는 재료로서, 방열 필러들이 상호 접촉하여 열전도성 경로를 형성하도록 구성되고, 이에 따라 발생된 열을 전달하여 열을 외부로 방출시키는 효과를 가진다.

본 발명에 따른 방열판용 접착제 조성물에 있어서, 상기 방열 필러는 방열판과 열 발생 부분을 상호 연결하여 열 발생 부분에서 발생된 열을 방열판으로 전달하는 역할을 한다.

본 발명에서는 특히, 후술할 방열 비드가 내부에 경화제를 보유하여 일정 온도 이상의 열자극을 받은 때에 경화제가 방출될 수 있도록 구성되는 한편, 방열 비드 표면 즉, 구형 캡슐 상에는 알루미나 입자가 박혀 있는 형태로 구성됨으로써, 구형 캡슐이 열 전도율을 가져 열전도성 입자로서의 기능을 수행하게 되는 효과를 가지는 바, 상기 방열 필러와 방열 비드의 열 전도 특성으로 인해 열 전달 효율이 보다 향상되는 효과를 가진다.

상기 방열 필러는 열전도성이 우수한 입자이면 제한되지 않고 사용이 가능하고, 예를 들면, 열전도도가 우수한 금, 은, 동, 니켈, 철 및 은 코팅된 구리분말(Ag coated Cu), 은 코팅된 니켈분말(Ag coated Ni) 및 은 코팅된 철분말(Ag coated Fe), 은 코팅된 유리분말(Ag coated glass), 알루미나 입자, 카본블랙, 질화붕소, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 등의 다양한 소재를 사용할 수 있다. 바람직하게는 질화붕소를 사용하는 것이 가능하다.

상기 방열 필러는 평균 직경이 5 내지 20 ㎛(마이크로미터)일 수 있고, 바람직하게는, 7 내지 15 ㎛(마이크로미터)일 수 있다.

상기 크기보다 작은 경우에는, 방열 비드의 사이즈와 유사해짐에 따라, 방열 필러들 사이에 방열 비드가 채워져 열 전도 경로가 다양화되었을 때 얻어지는 개선된 열 전도율을 얻을 수 없는 문제가 있다.

상기 크기보다 큰 경우에는, 방열 비드와의 사이즈 차이가 커짐에 따라, 방열 필러들 사이에 방열 비드가 열 전도 경로를 형성하기 어려워져, 열 전도율이 다소 저하되는 문제가 있다.

상기 방열 필러는 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로, 30 내지 60 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는, 40 내지 55 중량부로 첨가될 수 있다.

상기 함량보다 과다한 경우에는, 조성물 내에 고형분 함유 비율이 과다해짐에 따라, 조성물의 점도가 증가하여 도포가 어려운 문제가 있으며, 접착제와 피착재 사이에 기공이 형성되기 쉬워 접착력이 다소 저하되는 문제가 있을 수 있다.

상기 함량보다 소량으로 첨가되는 경우에는, 열 전도율이 감소하여, 방열판으로 열을 충분히 전달하지 못하고, 열 방출 효과가 저하되는 문제가 발생될 수 있다.

방열 비드

상술한 본 발명에 따른 방열판용 접착제 조성물은 방열 비드를 포함한다. 본 발명은 복수의 방열판을 상호 체결하여 방열판 조립체를 제조하기에 특히 적합한 특성을 가진다.

구체적으로, 기존의 방열판의 경우, 열 발생 부위, 부품이나 전자 기기에 부착되도록 구성되었으나, 본 발명의 경우, 2 이상의 방열판을 상호 체결함에 따라 방열판과 방열판의 접착력 및 열전도율을 향상시키는 것이 중요하다.

하나의 방열판을 사용하는 경우에는, 하나의 방열판에서 방출시킬 수 있는 열용량에 한계가 존재하므로, 2 이상의 방열판을 상호 체결하여 사용함으로써 제1 방열판에서 제2 방열판으로, 제2 방열판에서 제3 방열판으로 열을 효과적으로 전달 및 방출하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 특히, 초기 접착력이 우수하면서도, 방열판으로 전달되는 열에 의해 추가 접착력을 갖도록 구성되는데, 이러한 기능을 할 수 있도록 방열 비드가 포함된다.

상기 방열 비드는 구형 캡슐과 이에 내장된 2-에틸-4-메틸이미다졸을 포함한다.

상기 방열 비드에 포함되는 경화제는 상술한 방열판용 접착제 조성물에 첨가되는 경화제와는 달리, 이미다졸계 경화제인 2-에틸-4-메틸이미다졸을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 2-에틸-4-메틸이미다졸은 녹는 점이 47~ 54℃의 온도범위를 가짐에 따라, 구형 캡슐로 둘러싸인 방열 비드로 형성하기 용이하고, 방열판 접착을 위해 도포한 후, 60 내지 90℃의 열이 가해지면 표면의 구형 캡슐이 파괴되면서, 액상 내지는 반액체 형태의 경화제로 토출되기 때문이다.

이 때, 에폭시 수지 경화물 중에 일부 반응하지 않고 경화물 내에 잔류하는 에폭시 수지와 반응하여 추가 경화반응을 일으키게 되고, 이는 방열판과 방열판 사이의 접착력을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 가지며, 이는 결과적으로 접착제의 수명을 향상시키고, 방열판 조립체의 방열 특성을 보다 장기간 유지할 수 있도록 돕는 역할을 한다.

상기 구형 비드는 60~90℃의 열이 가해지면 파괴되도록 구성되는데, 구체적으로, 만니톨, 펙틴 및 알루미나 입자를 포함한다.

만니톨은 당알코올의 일종으로서, 펙틴과 조합하여 하나의 액상으로 구성함으로써 점성있는 액체로 형성된다. 펙틱은 셀룰로오스-헤미셀룰로오스 네트워크를 둘러싸는 수화된 겔로 갈락토오스의 산화물이 갈란투론산이 주성분을 이루는 다당류이다.

만니톨과 펙틴을 혼합하여 점성있는 액체로서 형성한 후, 알루미나 입자를 첨가하여 보다 점성을 향상시킨 상태로 구형 캡슐을 제조한다.

구체적으로, 고체분말 상의 2-에틸-4-메틸이미다졸을 미세 입자화하여 제조하고자 하는 방열 비드의 70~80%의 크기로 제조한다. 이를 구형 캡슐 형성용 조성물에 넣어 표면을 코팅시킨 후, 이를 건져 건조시킴으로써 방열 비드를 제조한다.

상기 구형 캡슐은 상기 구형 캡슐의 전체 중량을 기준으로, 만니톨, 펙틴 및 알루미나 입자가 1: 1~4:0.5:3의 중량비율로 포함된 것일 수 있고, 바람직하게는, 1: 1.2~2.2:1~1.7의 중량비율로 포함된 것일 수 있다.

상기 비율보다 펙틴의 비율이 높은 경우에는, 방열 비드의 파괴온도가 증가하게 되어, 방열판의 온도가 증가함에 따라 방열 비드의 파괴에 따른 접착력 향상효과가 크지 않은 문제가 있고, 상기 비율보다 펙틴의 비율이 낮은 경우에는, 구형 캡슐의 두께가 너무 얇아져 알루미나 입자가 구형 캡슐 표면에서 유지되지 못하고 탈락되기 쉬워지고, 이에 따라, 방열 비드의 열 전도성 향상 효과가 저하되는 문제가 있다.

한편, 상기 비율보다 알루미나 입자의 비율이 높은 경우에는, 구형 캡슐 표면에 알루미나의 함량이 과다해짐에 따라, 구형 캡슐의 내구성이 저하되고, 낮은 온도에서 쉽게 파괴되며, 충격에도 쉽게 파괴되어 접착력이 장기간 동안 유지되는 효과가 저하되는 문제가 있다.

상기 비율보다 알루미나 입자의 비율이 낮은 경우에는, 방열 비드의 열 전도도가 크게 감소되어, 방열 필러 사이에 존재하며, 열 전도 경로를 제공하여 방열 특성이 향상되는 효과가 미미해지는 문제가 있다.

상기 방열 비드는 평균 직경이 0.5 내지 5 ㎛(마이크로미터)일 수 있고, 바람직하게는, 1 내지 3 ㎛(마이크로미터)일 수 있다.

상기 평균 직경보다 큰 경우에는, 방열 필러의 사이에 삽입되기 어렵고, 상술한 바와 같이, 열 전도 경로를 증가시킴으로써 열 전도율을 향상시키는 효과가 저하되는 문제가 있고, 상기 평균 직경보다 작은 경우에는, 열 전도 경로의 수가 오히려 적어져 열 전도율이 큰 차이가 없는 문제가 있다.

상기 방열 비드는 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 40 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 12 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.

상기 함량보다 과다하게 첨가되는 경우에는, 접착제 조성물 내의 고형분 함량이 증가함에 따라 조성물의 점도가 증가하여 도포하기 어려운 문제가 있고, 상기 함량보다 소량으로 첨가되는 경우에는, 외부에서 열이 가해지더라도, 에폭시 경화 반응이 진행되기 어렵거나 극 소량만이 진행됨에 따라, 접착력이 향상되는 효과가 미미한 문제가 있다.

상기 방열 비드의 구형 캡슐은 상술한 바와 같이 60 내지 90 ℃의 온도에서 파괴되는데, 상기 온도보다 높은 온도에서 파괴되는 경우에는, 전자 기기나 방열판에 전달되는 온도에 비해 너무 높은 온도에서만 추가 경화반응이 진행될 수 있어, 접착력 향상 효과가 미미할 수 있다.

상기 온도보다 낮은 온도에서 파괴되는 경우에는, 최초의 접착 시의 초기 접착력과 큰 차이가 없고, 낮은 온도에서 추가 경화반응이 나타나게 되어, 노화 접착력, 시간 경과에 따른 접착력의 개선 효과가 미약해지는 문제가 있다.

이하에서는, 본 발명을 실시예에 기초하여 보다 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 이에 의해 제한되지 않는다.

[제조예]

다음 표 1을 기초로 접착제 조성물을 제조하였다.

*실시예와 비교예에 사용된 방열 비드는 내장되는 2-에틸-4-메틸 이미다졸을 방열 비드의 크기의 80% 크기를 가지는 덩어리로 형성하고 이의 표면에 캡슐의 쉘을 구성하는 조성물을 코팅시킨 후 건조시켜 제조하였다.

(단위: phr)		실시예			비교예
		1	2	3	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
비스페놀 A형 에폭시 수지 (YD-128, 에폭시 당량 187g/e, 국도화학)		100
디에틸렌 트리아민		2	2	2	1	5	2	2	2	2	2	2	2	2
질화붕소(10㎛)		50	50	50	50	50	70	50	50	50	50	50	50	50
방열 비드		15	20	25	15	15	15	-	15	15	25	25	25	25
방열 비드 (중량비율)	만니톨	1	1	1	1	1	1	-	1	1	1	1	1	1
	펙틴	2	1.5	2	2	2	2	-	2	2	1	5	2	2
	알루미나	1.5	1.5	1.2	1.5	1.5	1.5	-	1.5	1.5	1.5	1.5	0.5	5
	2-에틸-4메틸 이미다졸	1	1	1	1	1	1	-	1	1	1	1	1	1
	평균입경 (㎛)	1	1.2	1.5	1	1	1	-	0.5	5	1	1	1	1

[실험예] 도 5에 도시된 4개의 방열판의 상호 체결부위에 제조된 접착제 조성물을 도포한 후 일주일간 충분히 건조시켰다. 각 실험에서 사용된 방열판은 알루미늄 재질의 방열판을 사용하였다(A1050).

1. 초기 접착력 평가

4개의 방열판 중 2개만 접착시킨 상태에서 약 일주일 경과 후, 만능시험기(TD-U02)를 이용하여 접착강도를 측정하였다.

2. 내열 접착력 평가

4개의 방열판 중 2개만 접착시킨 상태에서 약 일주일 경과 후, 하나의 방열판 측에 80℃의 열을 약 24시간 동안 가하고, 충분히 식힌 방열판에 대해 상기 1. 과 동일한 방법으로 접착강도를 측정하였다.

3. 방열판 조립체 접착력 평가

4개의 방열판을 접착시킨 상태에서 약 일주일 경과 후, 접착면 1, 2, 3에서의 접착력을 측정하였다. 도 1 내지 도 4에 도시된 방열판모듈의 사시도를 참고하면, 바닥면으로부터 제1방열판, 제2방열판, 제3방열판 및 제4방열판으로 칭하고, 제1방열판과 제2방열판 사이의 접착면을 접착면 1 등과 같이 정하였다.

방열판 조립체의 제1방열판 외측에 80℃의 열을 약 1시간 동안 가한 후, 충분히 식힌 방열판에 대해 접착면 1, 2, 3에서의 접착력을 측정하였다.

4. 열 전도도 측정

2~4개의 방열판을 접착시킨 상태에서 열 전도도를 측정하였다. ASTM E1461에 따라 측정하였다.

평가항목		실시예			비교예
		1	2	3	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
초기 접착력 (kgf/cm)		3.1	2.8	3.0	1.7	3.2	2.0	3.2	2.5	3.1	3.0	3.1	3.0	3.1
내열 접착력 (kgf/cm)		3.2	3.0	3.0	1.0	1.5	1.8	2.2	2.6	3.2	2.9	2.3	3.1	2.1
조립체 접착력 (kgf/cm)	1	3.0	2.9	2.9	1.5	2.1	2.0	1.8	2.7	3.1	2.8	2.3	2.9	3.2
	2	2.9	3.2	2.9	1.4	2.6	1.8	1.7	2.6	2.9	2.3	2.1	3.2	2.4
	3	3.1	3.2	2.7	1.6	2.5	1.7	1.9	2.5	3.0	2.0	1.9	3.0	2.2
열전도도 (W/mK)	2개	7	6	6.5	5.5	6.6	6.2	6	6.5	5.9	6.2	5.5	5.4	5.7
	3개	6.3	5.8	6.4	3.2	5.8	5.9	4.2	5	4.8	5.2	4.8	4.1	5.5
	4개	5.9	5.6	6.1	1.1	5.3	5.5	3.4	4.1	3.9	4.7	4.3	3.2	4.9

상기 표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 3의 경우, 초기 접착력과 내열 접착력이 모두 우수함을 확인할 수 있다.특히, 방열판 조립체 상태에서 열을 가한 후에, 각 방열판의 접착면에서의 접착력이 우수하게 유지됨을 확인할 수 있다. 이에 따라, 방열판 조립체의 열전도도 방열판 개수의 증가에도 불구하고 우수하게 유지됨을 확인할 수 있는 바, 방열판 조립체를 구성하는 모든 방열판에서 열 방출 효과가 우수하게 발현됨을 확인할 수 있다.

특히, 실시예에 있어서, 내열 접착력은 장시간 동안 열을 가한 후에 열에 의한 변형, 노화 후의 접착력을 확인하기 위한 것으로서, 본 발명의 경우에는 방열판의 열전도도가 높게 유지되면서도, 노화 접착력 또한 우수하게 평가되었는 바, 접착력이 장기간 유지됨을 확인할 수 있다.

도 7과 도 8은 실시예 1 내지 3(A1~A3)과 비교예 1 내지 10(B1~B10)에 대한 방열판 조립체의 접착면에서의 접착력과 열전도도를 나타낸 그래프이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 실시예에 따른 접착제 조성물을 사용하여 복수의 방열판을 연결하는 경우, 우수한 방열 특성이 유지되면서도, 방열판 조립체에 사용하는 경우에 모든 면에서 우수한 접착력을 고르게 유지함을 확인할 수 있다.

100 : 방열판모듈 110 : 베이스플레이트
120 : 방열판 130 : 방열마감부재

Claims (1)

1. 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로, 경화제 0.1 내지 4 중량부, 방열 필러 30 내지 60 중량부 및 방열 비드 10 내지 40 중량부를 포함하고,
   상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 및 비스페놀 F형 에폭시 수지로 구성된 군에서 하나 이상 선택된 것이며,
   상기 방열 비드는 구형 캡슐 및 이에 내장된 2-에틸-4-메틸 이미다졸을 포함하고,
   상기 방열 비드는 평균 직경이 0.5 내지 5 ㎛(마이크로미터)이며,
   상기 구형캡슐은 만니톨, 펙틴 및 알루미나 입자를 포함하고,
   상기 구형 캡슐은 상기 구형 캡슐의 전체 중량을 기준으로, 만니톨, 펙틴 및 알루미나 입자가 1: 1.2~2.2:1~1.7의 중량비율로 포함된 것인, 방열판용 접착제 조성물.

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