KR102265986B1 - 다중 크기의 판상형 방열필러를 포함하는 방열복합체 및 방열부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 크기의 판상형 방열필러를 포함하는 방열복합체 및 방열부재에 관한 것으로, 내부 기공율을 낮추어 방열특성을 향상시키기 위한 것이다. 본 발명에 따른 방열부재는 고분자 수지로 형성된 베이스 기판 내에 선형 방열필러와 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러가 분산되어 있기 때문에, 라미네이트 구조를 갖는 베이스 기판 내의 방열필러들의 밀집도를 증가시켜 내부 기공율을 낮추어 방열특성을 향상시킬 수 있다

Description

다중 크기의 판상형 방열필러를 포함하는 방열복합체 및 방열부재{Heat dissipating composite comprising multi-sized plate-like heat dissipation filler and heat dissipating member}
본 발명은 방열부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 라미네이트 구조 내에 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러를 포함하는 방열복합체 및 방열부재에 관한 것이다.
탄소 소재를 포함하는 방열복합체는 다양한 분야에 적용되고 있다. 예컨대 방열복합체는 제철 공정 중 압연 공정에 사용되는 와이퍼 블레이드(wiper blade), 내장 안테나 등의 방열부재에 사용된다.
현재 제철 공정 과정 줄 압연 공정에 사용되는 와이퍼 블레이드는 낮은 내구성으로 1주 이내의 짧은 사용 수명 가지고 있기 때문에, 압연 공정 시 공정 비용 상승의 원인 중 하나이다.
따라서 와이퍼 블레이드에 적용되는 방열복합체의 내마모성 향상을 통한 수명의 증대를 위해 수지에 탄소 마이크로 필러를 사용하여 내구성 개선 및 제품 사용 수명을 증진시키는 노력을 진행하고 있다. 하지만 방열복합체로 탄소 마이크로 필러를 사용하더라도 내마모성을 포함한 내구성 개선에도 한계가 있다.
이러한 내구성 증진을 위해서 방열복합체에 탄소 나노 필러를 도입하는 방안을 고려하였다. 방열복합체에 탄소 나노 필러를 도입하는 경우, 방열 특성 향상 및 물성을 유지하였으나, 내마모성 저하의 문제가 발생하였다.
안테나용 도체 패턴을 프레스 가공하는 대신에 플렉서블 인쇄회로기판(flexible PCB)의 형태로 제조하여 사출 성형물인 기재에 부착하는 방식으로 내장 안테나를 제조하고 있다. 이 방법에 의하면 고가의 금형 제작이 필요하여 다양한 안테나 도체 패턴을 제작하기에 적합하지 않은 프레스 가공에 비하여 설계의 자유도가 높고 종래의 플렉서블 인쇄회로기판 제조 기술을 활용할 수 있다는 유리한 점이 있다.
그러나 여전히 플렉서블 인쇄회로기판 형태로 제조된 안테나를 상술한 입체적인 형상의 기재 위에 부착하여야 하는 불편함이 있다. 시간이 지남에 따라 또는 제조자나 사용자의 부주의에 의해 안테나인 플렉서블 인쇄회로기판이 기재로부터 들뜨거나 분리되는 등의 문제가 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 한국등록특허 제10-1434423호(발명의 명칭: 도전성 패턴을 위한 소재 및 이를 이용한 도전성 패턴 형성 방법)는 도전성 패턴 형성을 위한 소재 개발에 있어 구리 질화물을 이용한 기술을 개시하고 있다.
위 기술에 따르면 구리 질화물 및 스피넬 구조의 소재의 경우 전도성 패턴 형성이 용이하나, 소재의 열전도성은 미비하여 방열복합체를 구현하는데 기술적 한계가 있어 방열성능이 우수한 방열복합체를 이용한 복합소재기판에 대한 요구가 증대되고 있는 실정이다.
그 외 열경화성 기판의 또 다른 사용처인 와이퍼, 라이너, 보드와 같이 내마모성 및 방열특성이 요구되는 부품에 사용되는 재료로는 석면포에 열경화성 수지를 코팅하여 사용된 내열 적층체가 사용되고 있었다. 이러한 내열 적층체는 석면이 인체에 유해한 영향을 미치고, 높은 온도 하에서 장시간 사용하는 경우 강도와 마모성이 현저하게 저하되는 문제점이 제기되었다.
강도와 마모성이 저하되기 때문에 자주 교체해야 하므로 교체 시 인건비가 소요됨은 물론 압연 중 파손으로 인한 설비 사고 유발로 작업이 중단되어 공정효율에 막대한 지장을 초래하였다. 아울러, 석면포의 인체유해성으로 인하여 더 이상 그 사용을 제한되어 대체물질을 이용한 부품 제조에 대한 기술개발이 요청되었다.
한국등록특허공보 제10-1679698호 (2016.11.21. 등록)
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 한국등록특허공보 제10-1679698호 (발명의 명칭 : 방열특성이 향상된 섬유강화형 고분자 복합기판 및 그의 제조방법)는 판상형 방열필러, 선형 필터 및 내마모기재를 포함하는 방열기판에 대해서 개시하고 있다.
한국등록특허공보 제10-1679698호에 개시된 방열기판은 판상형 방열필러와 선형 필러를 포함하기 때문에, 수평 및 수직방향 열전달경로가 확보되고, 방열필러의 분산성이 향상되어 방열특성, 내마모성 및 내열특성이 우수하다.
따라서 본 발명의 목적은 내부 기공율을 낮추어 방열특성을 더욱 향상시킨 다중 크기의 판상형 방열필러를 포함하는 방열복합체 및 방열부재를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자 수지로 형성된 베이스 기판; 상기 베이스 기판 내에 분산되어 내부로 유입되는 열을 방출시키는 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러; 및 상기 베이스 기판 내의 상기 다중 크기의 판상형 방열필러의 분산성을 향상시키는 선형 방열필러;를 포함하는 방열부재를 제공한다.
상기 다중 크기의 판상형 방열필러는, 5 내지 20㎛의 입도 크기를 갖는 제1 판상형 방열필러; 및 70 내지 100㎛의 입도 크기를 갖는 제2 판상형 방열필러;를 포함할 수 있다.
상기 제1 판상형 방열필러와 상기 제2 판상형 방열필러의 중량비가 10:90 내지 90:10 일 수 있다.
상기 제2 판상형 방열필러의 함량이 상기 제1 판상형 방열필러의 함량보다는 높을 수 있다.
상기 고분자 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리다이메틸실록세인, 실리콘 수지 또는 불소 수지일 수 있다.
상기 다중 크기의 판상형 방열필러는 그래핀, 산화그래핀, 그래핀나노플레이트, 흑연 또는 팽창흑연일 수 있다.
상기 선형 방열필러는 탄소나노튜브일 수 있다.
상기 다중 크기의 판상형 방열필러와 상기 선형 방열필러의 중량비가 99.9:0.1 내지 90.0:10.0 일 수 있다.
상기 방열부재는 와이퍼 블레이드 또는 방열기판을 포함한다.
본 발명에 따른 방열부재는 상기 베이스 기판의 적어도 일면에 형성되는 섬유형 내마모기재;를 더 포함할 수 있다.
상기 섬유형 내마모기재는 유리섬유, 탄소섬유 또는 천연섬유일 수 있다.
그리고 본 발명은 고분자 수지, 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러 및 선형 방열 필러를 포함하는 방열복합체를 제공한다.
본 발명에 따른 방열부재는 베이스 기판 내에 선형 방열필러와 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러가 분산되어 있기 때문에, 라미네이트 구조를 갖는 베이스 기판 내의 방열필러들의 밀집도를 증가시켜 내부 기공율을 낮추어 방열특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉 상대적으로 큰 판상형 방열필러 사이의 공간에 상대적으로 작은 판상형 방열필러와 선형 방열필러가 개재되어 내부 기공율을 줄여 방열필러의 밀집도를 증가시킬 수 있다. 이로 인해 분급되지 않은 판상형 방열필러를 포함하는 방열부재와 비교할 때, 본 발명에 따른 방열부재는 더욱 향상된 방열특성을 나타낸다.
본 발명에 따른 방열부재는 다중 크기의 판상형 방열필러와 선형 방열필러를 포함하기 때문에, 높은 열전도성을 나타내는 다중 크기의 판상형 방열필러를 선형 방열필러를 이용하여 적층되지 않게 하여 균일하게 분산시킴으로써, 효과적인 열전달 네트워크의 형성이 가능하다. 이로 인해 발명에 따른 방열부재는 수평방향 열전달 이외에 수직방향 열전달 효율면에서도 높은 방열효율을 나타낸다.
본 발명에 따른 방열부재는 내마모성 향상을 위해서 섬유형 내마모기재를 부가하더라도, 섬유형 내마모기재의 고분자 수지에의 낮은 젖음성으로 인한 기공 형성을 선형 방열필러를 통해 억제함으로써 방열특성을 유지할 수 있다.
선형 방열필러로서 탄소나노튜브를 사용하는 경우, 다중 크기의 판상형 필러와 함께 열전달 네트워크 형성이 가능하기 때문에, 각각을 별도로 사용하는 경우의 열전달성능보다 더 높은 방열특성을 나타낸다.
그리고 본 발명에 따른 방열부재는 제철 공정 중 압연 공정에 사용되는 와이퍼 블레이드(wiper blade), 내장 안테나용 방열기판, 라이너, 보드 등으로 구현될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 크기의 판상형 방열필러를 포함하는 방열부재를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 비교예에 따른 판상형 방열필러를 포함하는 방열부재를 보여주는 평면이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 비교예에 따른 분급전 판상형 방열필러의 입도 분포를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 크기의 판상형 방열필러의 입도 분포를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 크기의 판상형 방열필러를 포함하는 방열부재를 보여주는 단면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 크기의 판상형 방열필러를 포함하는 방열부재를 보여주는 평면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 방열부재(100)는 고분자 수지(11), 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 및 선형 방열필러(30)를 포함하는 방열복합체를 인쇄하여 형성한다. 이러한 제1 실시예에 따른 방열부재(100)는 베이스 기판(10), 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 및 선형 방열필러(30)를 포함한다. 베이스 기판(10)은 고분자 수지(11)로 형성된다. 다중 크기의 판상형 방열필러(20)는 적어도 두 종류의 입도 크기를 가지며, 베이스 기판(10) 내에 분산되어 내부로 유입되는 열을 방출시킨다. 그리고 선형 방열필러(30)는 베이스 기판(10) 내의 다중 크기의 판상형 방열필러(20)의 분산성을 향상시킨다.
여기서 베이스 기판(10)을 형성하는 고분자 수지(11)로는 강도가 높은 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 예컨대 고분자 수지(11)는 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리다이메틸실록세인, 실리콘 수지 또는 불소 수지가 사용될 수 있다.
다중 크기의 판상형 방열필러(20)로는 플레이트(plete) 형태의 필러로서, 방열특성을 나타내는 필러라면 어떤 것이든 사용될 수 있다. 다중 크기의 판상형 방열필러(20)는 금속이나 탄소계 물질 중 판상 형태의 물질이 사용될 수 있다. 예컨대 다중 크기의 판상형 방열필러(20)로는 그래핀, 산화그래핀, 그래핀나노플레이트, 흑연, 팽창흑연 등과 같은 판상형 탄소계 물질이 사용될 수 있다.
이러한 다중 크기의 판상형 방열필러(20)는 적어도 두 종류의 입도 크기로 분급된 판상형 방열필러가 사용될 수 있다. 제1 실시예에 따른 다중 크기의 판상형 방열필러(20)는 5 내지 20㎛의 입도 크기를 갖는 제1 판상형 방열필러(21)와, 70 내지 100㎛의 입도 크기를 갖는 제2 판상형 방열필러(23)를 포함할 수 있다.
한편 제1 실시예에서는 두 가지의 입도 크기로 분급된 판상형 방열필러가 사용된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 3 가지 내지 9 가지의 입도 크기로 분급된 판상형 방열필러가 사용될 수 있다.
그리고 선형 방열필러(30)는 직경 대비 길이가 긴 형태의 섬유형 방열필러일 수 있다. 예컨대 선형 방열필러(30)로는 탄소나노튜브가 사용될 수 있다. 탄소나노튜브로는 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 기능화된 다중벽 탄소나노튜브가 사용될 수 있다. 선형 방열필러(30)는 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 사이에 개재되어 다중 크기의 판상형 방열필러(20)의 적층성을 억제하여 분산성을 향상시킨다. 선형 방열필러(30)는 소재 자체의 열전도성으로 인해서 방열부재(100)의 방열특성을 더욱 향상시킨다.
선형 방열필러(30)는 다중 크기의 판상형 방열필러(20)가 고분자 수지(11)에 분산될 때, 다중 크기의 판상형 방열필러(20)의 적층을 억제하도록 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 사이에 위치한다.
한편 다중 크기의 판상형 방열필러(20)는 납작한 플레이트 형태의 판상의 필러로서, 그 형태적인 특성상 다량이 유입되면 플레이트가 적층되려는 경향이 있다. 따라서 방열필러로서 다중 크기의 판상형 방열필러(20)만을 사용하는 경우, 고분자 수지(11) 내에서 다중 크기의 판상형 방열필러(20)는 서로 적층되고, 고분자 수지(11) 내에 균일하게 분산되지 않고 일부에 뭉쳐 적층체를 형성할 수 있다. 이와 같이 고분자 수지(11) 내에 다중 크기의 판상형 방열필러(20)만 투입되면, 수평방향의 열전달이 압도적으로 발생하게 되고, 수직방향의 열전달은 매우 낮아 비효율적인 열전달이 발생하게 된다.
하지만 제1 실시예와 같이 고분자 수지(11) 내에 다중 크기의 판상형 방열필러(20)와 선형 방열필러(30)가 함께 투입되면, 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 사이에 선형 방열필러(30)가 위치하게 되어 다중 크기의 판상형 방열필러(20)의 적층성이 억제된다. 선형 방열필러(30)를 매개로 수직 방향으로 위치하는 다중 크기의 판상형 방열필러(20)가 연결되기 때문에, 수직방향으로의 열전달 특성도 개선할 수 있다.
이로 인해 제1 실시예에 따른 방열부재(100)는 수평방향 뿐만 아니라 수직방향으로도 양호한 방열특성을 나타낸다.
다중 크기의 판상형 방열필러(20)의 함량은 선형 방열필러(30)의 함량보다 높아야 한다. 따라서 다중 크기의 판상형 방열필러(20)와 선형 방열필러(30)는 중량비가 방열필러의 전체 중량을 기준으로 하여 99.9:0.1 내지 90.0:10.0 일 수 있다. 선형 방열필러(30)가 10.0wt%보다 높은 비율로 포함되면, 방열부재(100)의 전체적인 방열특성이 낮아지게 된다. 반대로 선형 방열필러(30)가 0.1wt%보다 낮은 비율로 포함되게 되면, 다중 크기의 판상형 방열필러(20)의 적층현상이 촉진되어 수직방향의 열전달율이 낮아지고, 다중 크기의 판상형 방열필러(20)가 고분자 수지(11) 내에 불균일하게 분산되어 방열특성이 낮아질 수 있다.
제1 실시예에 따른 방열부재(100)에서, 다중 크기의 판상형 방열필러(20)를 포함하는 이유는 내부 기공율을 낮추어 방열특성을 더욱 향상시키기 위해서이다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 방열부재(100)의 내부 기공율에 따른 방열특성을 설명하기 위해서, 도 3 및 도 4에 도시된 비교예에 따른 방열부재(200)와 비교하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 비교예에 따른 분급전 판상형 방열필러(25)를 포함하는 방열부재(200)를 보여주는 평면면이다. 그리고 도 4는 도 3의 단면도이다.
비교예에 따른 방열부재(200)는 고분자 수지(11)로 형성된 베이스 기판(10), 분급전 판상형 방열필러(25) 및 선형 방열필러(30)를 포함한다. 여기서 분급전 판상형 방열필러(25)는 분급되지 않은 판상형 방열필러를 의미한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 비교예에 따른 방열부재(200)는 분급전 판상형 방열필러(25)를 포함하고, 제1 실시예에 따른 방열부재(100)는 분급된 다중 크기의 판상형 방열필러(20)를 포함한다.
이로 인해 제1 실시예에 따른 방열부재(100)가 비교예에 따른 방열부재(200)에 비해서 내부 기공율이 낮은 것을 확인할 수 있다. 즉 제1 실시예에 따른 방열부재(100)는 베이스 기판(10) 내에 선형 방열필러(30)와 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러가 분산되어 있기 때문에, 라미네이트 구조를 갖는 베이스 기판(10) 내의 방열필러들의 밀집도를 증가시켜 내부 기공율을 낮추어 방열특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같은 제1 실시예 및 비교예에 따른 방열부재(100,200)의 방열특성을 확인하기 위해서 에폭시 수지를 기반으로 방열부재를 제조하여 열전도도를 측정하였다. 열전도도를 측정한 결과는 표 1과 같다.
크기(㎛) 비율(%) 열전도도(W/mK)
비교예 25 100 11.630
제1-1 실시예 90 : 25 50:50 13.529
제1-2 실시예 90 : 25 90:10 24.182
제1-3 실시예 90 : 25 10:90 13.911
비교예에서는 도 5에 도시된 바와 같은 입도 분포를 갖는 분급전 판상형 방열필러(25)를 사용하였다. 여기서 도 5는 비교예에 따른 분급전 판상형 방열필러(25)의 입도 분포를 보여주는 그래프이다. 분급전 판상형 방열필러(25)는 약 18㎛ 내지 약 37㎛의 넓은 입도 분포를 가지며, 평균 입자 크기가 약 25㎛이다.
제1-1, 제1-2 및 제1-3 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같은 입도 분포를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러(20)를 사용하였다. 여기서 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 크기의 판상형 방열필러(20)의 입도 분포를 보여주는 그래프이다. 다중 크기의 판상형 방열필러(20)는 두 가지의 입도 크기로 분급된 제1 및 제2 판상형 방열필러(23)를 포함한다. 제1 판상형 방열필러(21)는 5 내지 20㎛의 입도 크기를 갖는다. 제2 판상형 방열필러(23)는 70 내지 100㎛의 입도 크기를 갖는다.
판상형 방열필러와 선형 방열필러(30)는 중량비가 방열필러의 전체 중량을 기준으로 9:1로 혼합한다.
그리고 에폭시 수지에 선형 방열필러(30) 및 판상형 방열필러가 혼합된 액상의 방열복합체를 인쇄한 후 경화하여 제1-1 실시예, 제1-2 실시예, 제1-3 실시예 및 비교예에 따른 방열부재를 제조하였다. 이때 방열복합체는 에폭시 수지 65wt%와 방열필러 35wt%를 포함한다. 방열필러는 선형 방열필러(30) 및 판상형 방열필러를 포함한다. 한편 방열복합체는 에폭시 수지와 방열필러 이외에 충진재, 분산재, 희석재 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
표 1을 참조하면, 제1-1 실시예, 제1-2 실시예 및 제1-3 실시예에 따른 방열부재가 비교예에 따른 방열부재에 비해서 열전도도가 향상된 것을 확인할 수 있다. 즉 제1 판상형 방열필러(21)와 제2 판상형 방열필러(23)를 같이 사용함으로써, 비교예와 같이 분급되지 않은 판상형 방열필러(25)를 사용하는 것과 비교해서 열전도도가 향상된 것을 확인할 수 있다. 더욱이 제2 판상형 방열필러(23)의 함량이 제1 판상형 방열필러(21)의 함량 보다는 높은 경우가 더 높게 열전도도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 방열부재(100)는 베이스 기판(10) 내에 선형 방열필러(30)와 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러가 분산되어 있기 때문에, 라미네이트 구조를 갖는 베이스 기판(10) 내의 방열필러들의 밀집도를 증가시켜 내부 기공율을 낮추어 방열특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
제1 실시예에 따른 방열부재(100)는 다중 크기의 판상형 방열필러(20)와 선형 방열필러(30)를 포함하기 때문에, 높은 열전도성을 나타내는 다중 크기의 판상형 방열필러(20)를 선형 방열필러(30)를 이용하여 적층되지 않게 하여 균일하게 분산시킴으로써, 효과적인 열전달 네트워크의 형성이 가능하다. 이로 인해 방열부재(100)는 수평방향 열전달 이외에 수직방향 열전달 효율면에서도 높은 방열효율을 나타낸다.
[제2 실시예]
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 크기의 판상형 방열필러(20)를 포함하는 방열부재(300)를 보여주는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제2 실시예에 따른 방열부재(300)는 베이스 기판(10), 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 및 선형 방열필러(30) 이외에 섬유형 내마모기재(40)를 더 포함한다. 제2 실시예에 따른 방열부재(300)는 방열특성 이외에 내마모특성을 갖는다.
섬유형 내마모기재(40)로는 내마모성이 우수한 섬유기재가 사용될 수 있다. 섬유기재로는 유리섬유, 탄소섬유 또는 천연섬유가 사용될 수 있다. 섬유형 내마모기재(40)는 비극성 용매에 대한 분산성을 높이기 위해 표면이 개질된 것일 수 있다.
일반적으로 섬유소재는 친수성이 강하므로 비극성 용매에 분산 및 배합이 어렵다. 따라서 비극성 용매에서의 분산성을 높이기 위해서 섬유기재의 표면을 개질하는 것이 바람직하다. 예컨대 유리섬유의 경우 하이드록시 그룹을 치환하면 비극성 용매에 분산이 좋아져서 밀착력이 증가한다.
표면을 개질하는 방법으로 직접 모재를 개질하는 경우도 있으나, 이 경우 모재의 특성이 변질될 위험이 있다. 따라서 이러한 문제를 해소하기 위해서, linker 또는 spacer를 통해 모재의 표면을 개질할 수 있다. 예컨대 모재 표면의 히드록시 그룹을 -COOR로 개질하면 비극성 용매에 분산성을 높일 수 있다.
유리섬유는 비극성 용매 또는 열가소성 수지와 같은 물질과의 혼합에서 좀 더 균질한 조성을 구현할 수 있다. 경우에 따라서 비극성 특성을 높이기 위해서, 유리섬유의 표면을 단량체 전구체를 이용하여 -COOR을 -COOR'로 개질할 수 있다.
제2 실시예에 따른 방열부재(300)는 섬유형 내마모기재(40)에 고분자 수지(11), 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 및 선형 방열필러(30)를 포함하는 액상의 방열복합체를 함침하여 제조할 수 있다. 이로 인해 제2 실시예에 따른 방열부재(300)는 섬유형 내마모기재(40)를 중심으로 양면에 방열층(100a,100b)이 형성된 구조를 갖는다.
방열층(100a,100b)은 섬유형 내마모기재(40)의 상부면에 형성된 제1 방열층(100a)과, 섬유형 내마모기재(40)의 하부면에 형성된 제2 방열층(100b)을 포함한다. 제1 및 제2 방열층(100a,100b)은 각각 고분자 수지(11)로 형성된 베이스 기판(10), 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 및 선형 방열필러(30)를 포함한다.
방열층(100a,100b)을 형성하는 고분자 수지(11), 다중 크기의 판상형 방열필러(20) 및 선형 방열필러(30)의 일부는 섬유형 내마모기재(40)의 내부로 침투한다. 즉 섬유형 내마모기재(40)는 직조로 제조될 수 있고, 이로 인해 전체적으로 균일하게 공극이 형성되어 있다. 따라서 액상의 방열복합체를 섬유형 내마모기재(40)에 함침하는 과정에서, 방열복합체의 일부 성분이 섬유형 내마모기재(40)의 내부로 침투하여 섬유형 내마모기재(40)의 공극을 채우게 된다.
이때 방열복합체에 포함된 고분자 수지(11)의 젖음성이 낮은 경우, 섬유형 내마모기재(40)의 공극의 일부를 채우지 못해 기공이 발생될 수 있다. 방열부재 내부에 기공이 형성되며, 방열부재의 내부에 공기가 채워진 영역이 존재하는 것이므로 공기의 낮은 열전달 성능으로 인하여 방열부재의 방열특성이 매우 낮아질 수 있다.
하지만 방열복합체에 선형 방열필러(30)가 포함되어 있기 때문에, 고분자 수지(11)가 채우지 못하는 공극 영역을 선형 방열필러(30)가 채움으로써, 섬유형 내마모기재(40)의 공극에 기공이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
이와 같이 제2 실시예에 따른 방열부재(200)는 내마모성 향상을 위해서 섬유형 내마모기재(40)를 부가하더라도, 섬유형 내마모기재(40)의 고분자 수지(11)에의 낮은 젖음성으로 인한 기공 형성을 선형 방열필러(30)를 통해 억제함으로써 방열특성을 유지할 수 있다.
한편 제2 실시예에서는 섬유형 내마모기재(40)의 양면에 방열층(100a,100b)이 형성된 예를 개시하였지만, 섬유형 내마모기재(40)의 일면에만 방열층이 형성될 수 있다.
그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 베이스 기판
11 : 고분자 수지
20 : 다중 크기의 판상형 방열필러
21 : 제1 판상형 방열필러
23 : 제2 판상형 방열필러
25 : 분급전 판상형 방열필러
30 : 선형 방열필러
40 : 섬유형 내마모기재
100, 200, 300 : 방열부재

Claims (13)

  1. 고분자 수지로 형성된 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 내에 분산되어 내부로 유입되는 열을 방출시키는 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러; 및
    상기 베이스 기판 내의 상기 다중 크기의 판상형 방열필러의 분산성을 향상시키는 선형 방열필러;를 포함하며,
    상기 다중 크기의 판상형 방열필러는,
    5 내지 20㎛의 입도 크기를 갖는 제1 판상형 방열필러; 및
    70 내지 100㎛의 입도 크기를 갖는 제2 판상형 방열필러;를 포함하며 상기 제2 판상형 방열필러의 함량이 상기 제1 판상형 방열필러의 함량보다는 높게 포함되어 상기 선형 방열필러와 밀집도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 방열부재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 판상형 방열필러와 상기 제2 판상형 방열필러의 중량비는 10:90 내지 49:51 인 것을 특징으로 하는 방열부재.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리다이메틸실록세인, 실리콘 수지 또는 불소 수지인 것을 특징으로 하는 방열부재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다중 크기의 판상형 방열필러는 그래핀, 산화그래핀, 그래핀나노플레이트, 흑연 또는 팽창흑연인 것을 특징으로 하는 방열부재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 선형 방열필러는 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 방열부재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다중 크기의 판상형 방열필러와 상기 선형 방열필러의 중량비가 99.9:0.1 내지 90.0:10.0 인 것을 특징으로 하는 방열부재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 적어도 일면에 형성되는 섬유형 내마모기재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열부재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 섬유형 내마모기재는 유리섬유, 탄소섬유 또는 천연섬유인 것을 특징으로 하는 방열부재.
  11. 제1항에 있어서
    상기 방열부재는 와이퍼 블레이드 또는 방열기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열부재.
  12. 고분자 수지, 적어도 두 종류의 입도 크기를 갖는 다중 크기의 판상형 방열필러 및 선형 방열 필러를 포함하며,
    상기 다중 크기의 판상형 방열필러는,
    5 내지 20㎛의 입도 크기를 갖는 제1 판상형 방열필러; 및
    70 내지 100㎛의 입도 크기를 갖는 제2 판상형 방열필러;를 포함하며 상기 제2 판상형 방열필러의 함량이 상기 제1 판상형 방열필러의 함량보다는 높게 포함되어 상기 선형 방열필러와 밀집도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 방열복합체.
  13. 삭제
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