KR102286591B1 - 전자기기용 방열점착제 및 이를 구비한 방열테이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기기용 방열점착제 및 이를 구비한 방열테이프에 관한 것으로, 전자기기용 방열테이프에서 전체 계층구조를 단순화하여 두께를 대폭 줄일 수 있도록 하며 전자기기의 열원으로부터 구리시트까지 이르는 열전달 경로에서 열전달 단절의 원인이 되었던 고분자 점착제층을 제거함으로써 방열성능을 대폭 향상시키는 것이 가능하도록 해준다.

Description

전자기기용 방열점착제 및 이를 구비한 방열테이프{THERMEL EMITTING ADHESIVE FOR ELECTRONIC EQUIPMENT AND THERMEL EMITTING TAPE WITH THE SAME}

본 발명은 방열시트에 관한 것으로, 특히 전자기기용 방열테이프에서 전체 계층구조를 단순화하여 두께를 대폭 줄일 수 있도록 하며, 전자기기의 열원으로부터 구리시트까지 이르는 열전달 경로에서 열전달 단절의 원인이 되었던 고분자 점착제층을 제거함으로써 방열성능을 대폭 향상시키는 것이 가능하도록 해주는 전자기기용 방열점착제 및 이를 구비한 방열테이프에 관한 것이다.

최근 들어 스마트폰, 디스플레이, 휴대 컴퓨터 등의 전자기기 분야에 있어서 고성능화, 소형화에 관한 시장요구는 CPU(중앙처리장치, central processing units), IC(집적회로, integrated circuits)와 같은 전자 부품의 기술 개발을 가속시켜서 소비전력 밀도와 발열량의 증대를 가져왔다. 현재의 기술 개발은 저소비전력화가 성능고속화를 따라 잡지 못하는 상황에 있으며, 이에 따라 고방열 재료, 저전력 디바이스, 전자기기용 열유체 해석 소프트웨어 등이 주된 열 문제 대책으로 이슈가 되고 있다.

전자 부품 내에 열이 축적되면 전자부품의 처리성능이 감소하고, 전자부품이 손상되기 쉬워진다. 고압발생부에서는 전기 쇼트 등의 문제를 일으키며 제품의 수명을 단축시킬 수 있고, 제품의 고장, 오작동을 유발하여 상기 제품의 신뢰성을 떨어뜨린다. 심한 경우 폭발 및 화재의 원인을 제공하기도 한다. 더불어 제품 표면의 온도의 상승은 전자기기 사용자에게 불쾌함을 준다.

이에 따라 열전도성이 뛰어난 구리시트(열전도율 350 내지400 W/mK)와 그래파이트 시트(열전도율 1100 내지1400 W/mK)를 계층구조 내에 포함하는 방열시트가 사용되었다. 이같은 종래기술에 의한 방열시트의 경우 도 1과 같이 7개나 되는 층으로 이루어진데다가 열원으로부터 구리시트에 이르는 열전달 경로에 고분자 점착제층이 다수 포함되어 열전달을 단절시키는 원인이 되는 구조적인 문제가 있었다. 이에 따라 발열이 많은 스마트폰 등의 전자기기에서 빠른 시간 내에 열을 외부로 확산시키는데 한계가 있었고 내부에서의 열이 점점 축적됨에 따라 제품에 균열이 일어나거나 심한 경우에는 폭발의 잠재성을 내포하게 되는 문제점이 있었다.

한국공개특허공보 제2012-0094380호(2012.08.24)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 전자기기용 방열테이프에서 전체 계층구조를 단순화하여 두께를 대폭 줄일 수 있도록 하며, 전자기기의 열원으로부터 구리시트까지 이르는 열전달 경로에서 열전달 단절의 원인이 되었던 고분자 점착제층을 제거함으로써 방열성능을 대폭 향상시키는 것이 가능하도록 해주는 전자기기용 방열점착제 및 이를 구비한 방열테이프를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 전자기기용 방열점착제는, 전자기기에서 열원으로부터 발생되는 열을 확산시키기 위한 전자기기용 방열점착제로서, 고분자를 소재로 하는 점착제에 그래핀이 혼합되어 이루어져 접착력과 함께 열전도 특성까지 갖추도록 한 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 방열점착제는 고분자 점착제에 그래핀이 평균입경 30μm 이하의 파우더 형태로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 방열점착제는, 그래핀 파우더와 물을 혼합하여 그래핀 서스펜션을 제조한 후, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제를 혼합함으로써 제조한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 15% 내지 30% 범위에 속한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 그래핀이 차지하는 중량비는 10 내지 40wt% 범위에 속한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 15% 내지 30% 범위에 속하고, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 상기 그래핀이 차지하는 중량비는 10 내지 40wt% 범위에 속한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 17%이고, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 상기 그래핀이 차지하는 중량비는 30wt%인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 20%이고, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 상기 그래핀이 차지하는 중량비는 30wt%인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 25%이고, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 상기 그래핀이 차지하는 중량비는 30wt%인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 방열점착제는, 그래핀 파우더와 톨루엔을 혼합하여 상기 그래핀 파우더가 용해된 그래핀 솔루션을 제조한 후, 상기 그래핀 솔루션과 아크릴계 점착제를 혼합함으로써 제조한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 솔루션의 농도는 30 내지 70mg/ml 범위에 속하고, 상기 그래핀 솔루션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 그래핀이 차지하는 중량비는 5 내지 30wt% 범위에 속한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 솔루션의 농도는 70mg/ml이고, 상기 그래핀 솔루션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 그래핀이 차지하는 중량비는 5 내지 15wt% 범위에 속한 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 전자기기용 방열테이프는, 전자기기에서 열원으로부터 발생되는 열을 확산시키기 위한 방열테이프로서,

열원으로부터 열을 전달받는 접착시트; 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방열점착제가 상기 접착시트의 일면에 적층 형성되어 접착력과 함께 열전도 특성까지 갖추도록 한 열전도성 점착제층을 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 접착시트는 열원으로부터 열을 전달받아 방출할 수 있는 열전도성 소재로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 접착시트는 구리 소재의 구리시트인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 구리시트의 타면에도 일면과 같이 방열점착제가 적층 형성된 열전도성 점착제층이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 구리시트의 타면에 순수 고분자 점착제가 적층 형성된 고분자 점착제층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 고분자 점착제층의 두께는 6μm 이하, 상기 열전도성 점착제층의 두께는 16μm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술된 전자기기용 방열테이프가 부착되어 열원으로부터 전달받은 열을 방출할 수 있도록 한 디스플레이, 스마트폰이 될 수도 있다.

본 발명에 의한 전자기기용 방열테이프는 고분자 점착제와 그래핀 파우더가 혼합되어 이루어진 열전도성 점착제층에 의해 전체 계층구조를 단순화하여 두께를 대폭 줄였고 전자기기의 열원으로부터 구리시트까지 이르는 열전달 경로에서 열전달 단절의 원인이 되었던 고분자 점착제층을 제거함으로써 방열성능을 대폭 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 전자기기용 방열테이프는 얇은 두께를 필요로 하는 평판 디스플레이, 플렉시블 디스플레이 또는 이들을 필요로 하는 스마트폰 등의 전자기기에 유용하게 적용될 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 방열시트의 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 기술적 개념 및 특징을 설명하기 위한 참조 단면도
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 의한 전자기기용 방열점착제의 제조방법을 설명하기 위한 참조도
도 5a 내지 도 5f는 각 타입별 방열점착제에서 그래핀 농도에 따른 표면 이미지
도 5a 내지 도 5f는 각 타입별 방열점착제에서 그래핀 농도에 따른 표면 이미지
도 6은 C타입 방열점착제의 그래핀 농도에 따른 열전도율과 접착력의 변화를 나타낸 그래프
도 6은 F타입 방열점착제의 그래핀 농도에 따른 열전도율과 접착력의 변화를 나타낸 그래프
도 8a 내지 도 8f는 F타입 방열점착제를 사용하여 제조한 각각의 방열테이프에서 그래핀 농도에 따른 열전도율과 접착력의 변화를 나타낸 그래프

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 전자기기용 방열테이프에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 기술적 개념 및 특징을 설명하기 위한 참조 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전자기기용 방열테이프는 종래에 구리시트와 그래파이트 시트를 포함하여 7개의 층으로 이루어진 계층구조를 갖고 있었던 방열시트에서 단 3개의 층만으로 이루어진 단순화된 계층구조로 단순화한 것으로, 특히 종래에 열원으로부터 발생된 열이 구리시트로 전달되는 것을 중간에서 방해하여 열이 외부로 방출되는데 큰 지장을 주었던 그래파이트 시트 양측의 고분자 점착제층을 완전히 제거하는 것을 핵심구성으로 한다. 이로써, 전체 계층구조를 단순화하여 방열테이프의 두께를 종래 대비 적어도 20μm 이상 줄일 수 있으면서도 전자기기의 열원으로부터 구리시트까지 이르는 열전달 경로에서 열전달을 도중 단절시키는 원인이 되었던 고분자 점착제층을 완전히 제거함으로써 방열성능을 극대화시킨 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 전자기기용 방열점착제와 이를 구비한 방열테이프에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 의한 전자기기용 방열점착제의 제조방법을 설명하기 위한 참조도이다.

본 발명의 실시예에 의한 전자기기용 방열점착제(Graphene Adhesive)를 제조하기 위해서는 도 3에 도시된 것처럼 평균입경 30μm 미만의 그래핀 파우더와 톨루엔 솔벤트((Toluene Solvent)를 혼합하여 페이스트 상태의 그래핀 솔루션(Graphene Solution)을 먼저 제조한다. 이후 그래핀 솔루션과 아크릴계 점착제를 적정비율로 혼합하여 방열점착제(Graphene Adhesive)를 완성한다. 이때 그래핀 솔루션의 경우 농도를 달리할 수 있는데, 실험을 위해 그래핀 솔루션의 농도를 30mg/ml, 50mg/ml, 70mg/ml로 달리하여 제조된 방열점착제를 각각 A타입, B타입, C타입의 방열점착제로 칭하였다. 각 타입의 방열점착제를 제조할 때 아크릴계 점착제의 함량비를 조절하여 0 내지 70wt%의 그래핀 농도를 갖도록 한다. 이때, 그래핀 농도를 70wt%까지만 제한하는 이유로는 그 이상의 농도로 그래핀을 첨가하는 경우 뭉치는 현상이 발생하기 쉬워 점착제로서의 기능을 상실하기 때문이었다.

한편, 전자기기용 방열점착제를 제조하기 위한 또 다른 방법으로 도 4에 도시된 것처럼 물을 기반으로 하는 솔벤트(Solvent)에 그래핀 파우더를 혼합하여 그래핀 서스펜션(Suspension)을 먼저 제조한 후, 제조된 그래핀 서스펜션과 아크릴계 접착제를 혼합하여 방열점착제(Graphene Adhesive)를 완성한다. 이때 그래핀 서스펜션의 농도를 달리할 수 있는데, 실험을 위해 그래핀 서스펜션의 농도를 17%, 20%, 25%로 달리하여 제조된 방열점착제를 각각 D타입, E타입, F타입의 방열점착제로 칭하였다. 각 타입의 방열점착제를 제조할 때 아크릴계 점착제의 함량비를 조절하여 10 내지 30wt%의 그래핀 농도를 갖도록 한다. 이때 그래핀 농도를 30wt%까지 제작한 이유는 30wt% 이상의 그래핀을 첨가할 경우 그래핀이 뭉치는 현상이 발생하기 쉬워 점착제로서의 기능을 상실하게 되기 때문이었다.

이렇게 제조된 각 타입 방열점착제의 표면 상태를 도 5a 내지 도 5f의 표면 이미지를 통해 확인할 수 있다. 도 5a 내지 도 5c의 표면 이미지를 통해 나타난 A타입, B타입, C타입의 방열점착제 모두 그래핀 농도가 20wt%까지만 표면에 그래핀 파우더가 돌출되지 않았으며 분산이 원활하게 이루어진 것을 확인할 수 있었다. 하지만 그래핀 농도가 30wt%를 넘어서면 A타입 방열점착제와 B타입 방열점착제의 경우 어느 정도 뭉치기는 하였지만 C타입 방열점착제와 같이 돌출되지는 않는 것으로 확인되었다. 이처럼 그래핀 농도가 20wt%일 때는 A타입, B타입, C타입의 방열점착제 모두 표면의 접착력이 유지되는 것을 확인할 수 있었으며, A타입 방열접착제의 경우 그래핀 농도 30wt%에서도 충분한 표면 접착력을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

도 5d 내지 도 5f의 표면 이미지를 통해 나타난 D타입, E타입, F타입의 방열점착제를 살펴보면 이들 모두 그래핀 농도 20wt%까지는 그래핀 파우더의 돌출과 뭉침현상을 확인할 수 없었지만, 그래핀 농도 30wt%일 때는 용해도 25%의 그래핀 서스펜션을 사용한 E타입의 방열점착제의 경우에서 뭉침현상이 부분적으로 나타났지만 접착력에 큰 영향을 미칠 정도는 아닌 것으로 확인할 수 있었다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 방열점착제 중 C타입 방열점착제에 대한 열전도율과 접착력 그래프이다. 도 6을 참조하여 C타입 방열테이프의 열전도율과 접착력을 살펴보면 그래핀 농도가 가장 높은 70wt%일 때가 가장 높은 열전도율을 가지며 그래핀 농도가 높을수록 열전도율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 그래핀의 함량이 증가할수록 그래핀 파우더의 뭉침현상과 돌출현상으로 인해서 접착력은 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이때 어플리케이션에 부착이 가능한 접착력의 기준으로 700gf로 잡는다고 하였을 때 그래핀 농도 20wt%일 때 열전도율과 접착력 모두 만족스러운 수치를 나타냈다. 이때의 열전도율은 0.3W/mK을 뛰어넘는 수치를 보였으며 이는 종래의 방열점착제에 사용되었던 고분자 점착제의 수준인 0.1W/mK보다 월등히 뛰어난 수치인 것이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 방열점착제 중 F타입 방열접착제에서 그래핀 농도에 따른 방열점착제의 열전도율과 접착력의 변화를 나타낸 그래프이다. 이 그래프를 통해 열전도율을 살펴보면 그래핀 농도가 25wt% 이상일 때가 가장 높은 열전도율을 가지며, 그래핀 농도가 높아질수록 열전도율은 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 F타입 방열접착제에서도 그래핀 농도가 높아질수록 뭉침현상으로 인해서 접착력이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 이때 어플리케이션에 부착이 가능한 접착력의 기준으로 700gf로 잡는다고 하였을 때 그래핀 농도 15wt% 인근에서부터 접착력이 충분한 수준에 도달하여 그래핀 농도가 30wt%일 때 열전도율과 접착력 모두 만족스러운 수치를 나타냈다. 이때의 열전도율은 0.2W/mK을 뛰어넘는 수치를 보였으며 이는 종래의 방열점착제에 사용되었던 고분자 점착제의 수준인 0.1W/mK보다 월등히 뛰어난 수치인 것이다.

계속해서 아래에서는 본 발명의 실시예에 의한 전자기기용 방열테이프에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 의한 전자기기용 방열테이프는 도 2에 도시된 것처럼, 구리시트와, 구리시트의 일면에 방열점착제가 적층되어 형성된 열전도성 점착제층과, 구리시트의 타면에 고분자 점착제가 적층되어 형성된 고분자 점착제층을 포함하여 이루어진다.

상기 열전도성 점착제층과 고분자 점착제층 중에서 전자기기에서 발열하는 열원에 대하여 구리시트를 접착시켜주도록 한 열전도성 점착제층은 단순히 고분자 점착제로 이루어지지 않고 전술된 것처럼 아크릴계 점착제에 그래핀 파우더가 혼합되어 접착성과 함께 열전도 특성까지 동시에 갖추도록 한 것이다.

여기서 그래핀 파우더의 경우 평균입경 30μm 이하의 것으로 사용 가능하고 바람직하게는 10μm 이하의 것이 사용되면 좋은데, 이는 그래핀 파우더의 입경이 10μm보다 작을수록 열전도율에 더 좋지만, 평균입경이 10μm를 초과하게 되면 열전도율이 필요로 하는 수준보다 낮아질 가능성이 크기 때문이다.

아래에서는 각각의 실험예들을 통해 본 발명의 실시예에 의한 방열테이프를 제조하는 다양한 방법과 그에 따라 얻어지는 결과를 살펴보고자 한다.

먼저 방열점착제(Graphene Adhesive)를 제조하기 위해서는 전술된 것처럼 평균입경 30μm 미만의 그래핀 파우더와 톨루엔 솔벤트(Toluene Solvent)를 혼합하여 페이스트 상태의 그래핀 솔루션(Solution)을 먼저 제조한 후, 상기 그래핀 솔루션과 아크릴계 점착제를 혼합한다. 이때, 그래핀 솔루션의 경우 농도를 각각 30mg/ml, 50mg/ml, 70mg/ml로 고정하여 각각의 그래핀 솔루션을 만들고 이들을 아크릴계 점착제와 혼합하여 A타입, B타입, C타입 방열점착제를 제조하였다.

그리고 이같이 제조된 각각의 방열점착제를 구리시트의 일면에 16μm 이하 두께로 도포하고, 구리시트의 타면에는 그보다 1/3 수준인 6μm 이하 두께로 도포하여 방열테이프를 제조하였다. 여기서 중요한 것은 방열점착제의 경우는 열원과 구리시트 사이에서 구리시트를 지지할 수 있도록 접착력을 유지할 수 있어야 하기 때문에 고분자 점착제에 비해 훨씬 두껍게 도포되었으나 고분자 점착제의 경우 두껍게 도포하게 되면 열방출에 지장을 주기 때문에 최소한의 두께로만 도포되도록 하였다. 여기서 만일 방열점착제가 적층 형성된 열전도성 점착제층이 16μm를 초과하는 두께부터는 열전도성 점착제층이 열전달 통로로 작용하는데 지장을 받기 때문에 가능하면 16μm 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

이렇게 제조된 각각의 방열테이프들에 대하여 열전도율과 접착력의 변화를 관찰하였다.

<실험예 1>

상기 A타입 방열점착제에서 아크릴계 점착제의 함유량을 변화시키는 방법으로 그래핀 농도를 달리하면서 방열테이프의 열전도율과 접착력의 변화를 관찰하였다. 그 결과는 도 8a의 그래프를 통해 나타난 것처럼 A타입 방열점착제와 구리시트로 이루어진 방열테이프에서 그래핀 농도가 30wt%일 때 열전도율은 0.76W/mK이고 접착력은 750(gf)로 최적점에 달한 것을 확인할 수 있었다.

<실험예 2>

상기 B타입 방열점착제에서 아크릴계 점착제의 함유량을 변화시키는 방법으로 그래핀 농도를 달리하면서 방열테이프의 열전도율과 접착력의 변화를 관찰하였다. 그 결과는 도 8b의 그래프를 통해 나타난 것처럼 B타입 방열점착제와 구리시트로 이루어진 방열테이프에서 그래핀 농도가 20 내지 30wt% 인근에서 열전도율과 접착력이 최적점임을 확인할 수 있었다.

<실험예 3>

상기 C타입 방열점착제에서 아크릴계 점착제의 함유량을 변화시키는 방법으로 그래핀 농도를 달리하면서 방열테이프의 열전도율과 접착력의 변화를 관찰하였다. 그 결과는 도 8c의 그래프를 통해 나타난 것처럼 C타입 방열점착제와 구리시트로 이루어진 방열테이프에서 그래핀 농도가 5 내지 15wt% 인근에서 열전도율과 접착력이 최적점임을 확인할 수 있었다.

이어지는 실험예 4 내지 6에서는 열전도성 점착제층을 구성하는 방열점착제를 제조하기 위해서 그래핀 파우더와 물을 기반으로 하는 솔벤트(Solvent)를 혼합하여 그래핀 서스펜션(Suspension)을 먼저 제조한 후, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제를 혼합하였다. 이때, 그래핀 서스펜션의 경우 용해도를 각각 17%, 20%, 25%로 고정하여 각각의 그래핀 서스펜션을 만들고 이들을 아크릴계 점착제와 혼합하여 D타입, E타입, F타입 방열점착제를 제조하였다. 그리고 이같이 제조된 각각의 방열점착제를 구리시트의 일면에 도포하여 방열테이프를 제조하였다.

그리고 이같이 제조된 각각의 방열점착제를 구리시트의 일면에 16μm 이하 두께로 도포하고, 구리시트의 타면에는 그보다 1/3 수준인 6μm 이하 두께로 도포하여 방열테이프를 제조하였다. 여기서 중요한 것은 방열점착제의 경우는 열원과 구리시트 사이에서 구리시트를 지지할 수 있도록 접착력을 유지할 수 있어야 하기 때문에 고분자 점착제에 비해 훨씬 두껍게 도포되었으나 고분자 점착제의 경우 두껍게 도포하게 되면 열방출에 지장을 주기 때문에 최소한의 두께로만 도포되도록 하였다.

이렇게 제조된 각각의 방열테이프들에 대하여 열전도율과 접착력의 변화를 관찰하였다.

<실험예 4>

상기 D타입 방열점착제에서 아크릴계 점착제의 함유량을 변화시키는 방법으로 그래핀 농도를 달리하면서 방열테이프의 열전도율과 접착력의 변화를 관찰하였다. 그 결과는 도 8d의 그래프를 통해 나타난 것처럼 D타입 방열점착제와 구리시트로 이루어진 방열테이프에서 그래핀 농도가 30wt% 인근에서 열전도율과 접착력이 최적점임을 확인할 수 있었다. 하지만 그래핀 농도가 10wt% 인근에서부터 접착력이 충분한 수준에 도달하였다는 점도 유의할 수 있다.

여기서 주목할 수 있는 점은 그래핀 파우더를 곧바로 아크릴계 점착제와 혼합하지 않고 그래핀 서스펜션을 먼저 제조하여 그래핀 서스펜션의 형태로 아크릴계 점착제와 혼합했다는 점이다. 이로써 그래핀 파우더를 아크릴계 점착제에 보다 균일하게 혼합하는 것이 가능해지므로 보다 나은 성능의 열전도율 및 접착력을 얻을 수 있는 것으로 판단된다.

<실험예 5>

상기 E타입 방열점착제에서 아크릴계 점착제의 함유량을 변화시키는 방법으로 그래핀 농도를 달리하면서 방열테이프의 열전도율과 접착력의 변화를 관찰하였다. 그 결과는 도 8e의 그래프를 통해 나타난 것처럼 E타입 방열점착제와 구리시트로 이루어진 방열테이프에서 그래핀 농도가 30wt%일 때 열전도율과 접착력이 최적점에 달한 것을 확인할 수 있었다. 하지만 방열점착제의 농도가 20wt% 인근에서부터 접착력이 충분한 수준에 도달하였다는 점도 유의할 수 있다.

<실험예 6>

상기 F타입 방열점착제에서 아크릴계 점착제의 함유량을 변화시키는 방법으로 그래핀 농도를 달리하면서 방열테이프의 열전도율과 접착력의 변화를 관찰하였다. 그 결과는 도 8f를 통해 나타난 것처럼 F타입 방열점착제와 구리시트로 이루어진 방열테이프에서 그래핀 농도가 30wt%일 때 열전도율과 접착력이 최적점에 달한 것을 확인할 수 있었으며, 이때의 열전도율은 1.5W/mK 수준에 달하고 접착특성은 1500(gf)을 넘어섰다. 이같은 결과에 따르면 용해도가 25%의 그래핀 서스펜션을 사용하여 만든 F타입 방열점착제를 제조하는 것은 열전도율을 우선시할 때 가장 적합하다고 할 수 있다. 참고로 F타입 방열점착제를 사용한 경우 그래핀 농도가 15wt% 인근일 때부터 접착력이 이미 충분한 수준에 도달하였다는 점도 유의할 수 있다.

참고로 이같은 실험과정에서 서스펜션의 용해도가 30%를 초과하는 경우 방열점착제의 접착력 및 점성이 과도해지면서 구리시트에 대한 코팅이 어려웠고, 그래핀 서스펜션의 용해도가 15% 미만인 경우 방열점착제의 접착력이 약해지면서 코팅 품질이 낮아지는 문제가 관찰되었기 때문에 그래핀 서스펜션의 용해도 범위는 15 내지 30% 정도가 방열점착제의 전반적인 품질을 유지하기 위해 적당한 것으로 나타났다.

전술된 실험예들을 고찰해보면, 방열점착제의 제조시, 그래핀 파우더가 어느 정도 혼합되었는지에 따라 접착력과 열전도율이 달라졌음을 확인할 수 있었다. 또한, 그래핀 파우더를 아크릴계 점착제에 혼합하는 방법에 따라 열전도성과 접착력에 차이가 있음을 확인할 수 있었는데, A타입, B타입, C타입 방열점착제와 같이 그래핀 파우더가 용해되어 있는 그래핀 솔루션을 아크릴계 점착제와 혼합하여 방열점착제를 제조하는 방법보다는 D타입, E타입, F타입 그래핀 서스펜션을 적용하였을 때 관찰할 수 있었던 것처럼 그래핀 파우더가 입자 상태를 유지하고 있는 그래핀 서스펜션을 아크릴계 점착제에 혼합하여 방열점착제를 제조하는 것이 열전도율과 접착력 모두에서 우수함을 확인할 수 있었다. 그래핀 서스펜션에 의해 방열점착제를 제조하는 경우 열전도성 점착제층의 표면도 그래핀 파우더가 균일하게 분산된 형태로 형성되어 광의 분산이나 산포에도 문제없이 95% 이상의 투과도를 유지할 수 있었다.

이처럼 아크릴계 점착제와 그래핀 파우더를 혼합하여 제조한 방열점착제에 의해 형성되는 열전도성 점착제층이 충분한 접착력을 가짐에 따라 종래의 그래파이트 시트와 그 양면에 적층된 고분자 점착제층을 충분히 대체할 수 있음을 확인할 수 있었다. 더욱이 각 실험을 통해 제조된 방열점착제의 경우 우수한 열전도율을 보임에 따라 구리시트로 향하는 열전달 성능도 대폭 향상되었음을 확인할 수 있었다.

그러므로 구리시트와, 상기 구리시트의 일면에 적층된 열전도성 점착제층과, 상기 구리시트의 타면에 적층된 고분자 점착제층을 포함하여 구성된 본 발명의 실시예에 의한 전자기기용 방열테이프의 경우, 평판 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 또는 이들이 설치된 스마트폰 등 특히 얇은 두께를 유지하는 것이 필수적인 전자기기들에 적용되어 열원으로부터 발생한 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있을 것으로 기대된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

본 발명에 의한 방열점착제와 방열테이프는 핸드폰이나 스마트폰의 배터리처럼 발열이 심한 부분에 부착이 가능하며 방열에도 뛰어난 효과를 볼 수 있다. 또한, 주위에서 쉽게 볼 수 있는 가정용 가전제품을 포함하여 자동차, 반도체 분야에 사용되는 전자기기에도 폭넓게 사용이 가능할 것으로 기대된다.

Claims (21)

1. 전자기기에서 열원으로부터 발생되는 열을 확산시키기 위한 방열테이프로서,
   열원으로부터 열을 전달받는 접착시트;
   방열점착제가 열원이 위치한 방향인 접착시트의 일면에 적층되어 형성된 열전도성 점착제층;
   상기 접착시트의 타면에 순수 고분자 점착제가 적층되어 형성된 고분자 점착제층;을 포함하며,
   상기 접착시트는 상기 열전도성 점착제층을 통해 열원으로부터 열을 전달받아 방출할 수 있도록 구리 소재의 구리시트로 구비되고, 상기 열전도성 점착체층을 이루는 방열점착제는 접착력과 함께 열전도 특성까지 갖추도록 고분자 점착제에 그래핀이 평균입경 30μm 이하의 파우더 형태로 혼합되어 이루어지며,
   상기 열전도성 점착제층의 두께는 16μm 이하로 형성되고, 상기 고분자 점착체층의 두께는 상기 열전도성 점착제층의 두께에 비해 1/3 이하로 형성되며,
   상기 방열점착제는, 그래핀 파우더와 물을 혼합하여 그래핀 서스펜션을 제조한 후, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제를 혼합함으로써 제조하되, 상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 15% 내지 30% 범위에 속하도록 하고, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 그래핀이 차지하는 중량비(그래핀 농도)는 10 내지 40wt% 범위에 속하도록 한 것을 특징으로 하는 스마트폰 디스플레이용 방열테이프.
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5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 17%이고, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 상기 그래핀이 차지하는 중량비(그래핀 농도)는 30wt%인 것을 특징으로 하는 스마트폰 디스플레이용 방열테이프.
8. 제1항에 있어서,
   상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 20%이고, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 상기 그래핀이 차지하는 중량비(그래핀 농도)는 30wt%인 것을 특징으로 하는 스마트폰 디스플레이용 방열테이프.
9. 제1항에 있어서,
   상기 그래핀 서스펜션의 용해도는 25%이고, 상기 그래핀 서스펜션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 상기 그래핀이 차지하는 중량비(그래핀 농도)는 30wt%인 것을 특징으로 하는 스마트폰 디스플레이용 방열테이프.
10. 전자기기에서 열원으로부터 발생되는 열을 확산시키기 위한 방열테이프로서,
    열원으로부터 열을 전달받는 접착시트;
    방열점착제가 열원이 위치한 방향인 접착시트의 일면에 적층되어 형성된 열전도성 점착제층;
    상기 접착시트의 타면에 순수 고분자 점착제가 적층되어 형성된 고분자 점착제층;을 포함하며,
    상기 접착시트는 상기 열전도성 점착제층을 통해 열원으로부터 열을 전달받아 방출할 수 있도록 구리 소재의 구리시트로 구비되고, 상기 열전도성 점착체층을 이루는 방열점착제는 접착력과 함께 열전도 특성까지 갖추도록 고분자 점착제에 그래핀이 평균입경 30μm 이하의 파우더 형태로 혼합되어 이루어지며,
    상기 열전도성 점착제층의 두께는 16μm 이하로 형성되고, 상기 고분자 점착체층의 두께는 상기 열전도성 점착제층의 두께에 비해 1/3 이하로 형성되며,
    상기 방열점착제는, 그래핀 파우더와 톨루엔을 혼합하여 상기 그래핀 파우더가 용해된 그래핀 솔루션을 제조한 후, 상기 그래핀 솔루션과 아크릴계 점착제를 혼합함으로써 제조하되, 상기 그래핀 솔루션의 농도는 30 내지 70mg/ml 범위에 속하고, 상기 그래핀 솔루션과 아크릴계 점착제의 혼합에서 그래핀이 차지하는 중량비(그래핀 농도)는 5 내지 30wt% 범위에 속한 것을 특징으로 하는 스마트폰 디스플레이용 방열테이프.
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20. 제1항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방열테이프가 내부에 부착되어 열원으로부터 전달받은 열을 방출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
21. 제1항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방열테이프가 내부에 부착되어 열원으로부터 전달받은 열을 방출하는 것을 특징으로 하는 스마트폰.

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