KR102315543B1

KR102315543B1 - 방열 시트

Info

Publication number: KR102315543B1
Application number: KR1020210058389A
Authority: KR
Inventors: 서재형; 황승재
Original assignee: 주식회사 아모그린텍
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2021-10-22
Also published as: KR20210061310A; KR20160021366A

Abstract

본 발명은 방열 시트에 관한 것으로, 방열 시트는 전달된 열을 확산시키는 제1방열부; 상기 제1방열부에서 전달된 열을 확산시키는 제2방열부; 및 상기 제1 및 제2방열부를 접착시키고, 다수의 기공이 구비된 다공성 접착막;을 포함한다.

Description

방열 시트{Heat dissipation sheet}

본 발명은 방열 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전달된 열을 이중 확산시킬 수 있는 한 쌍의 방열부를 다공성 접착막으로 접착하여 방열 성능을 증가시킬 수 있는 방열 시트에 관한 것이다.

일반적으로, 컴퓨터, 디스플레이, 휴대 단말기 등의 전자제품은 내부에서 발생한 열을 외부로 적절히 확산시키지 못하는 경우, 과도하게 축적된 열로 인하여 화면 잔상의 발생, 시스템의 장애와의 충돌 등을 유발하고, 제품의 수명을 단축시키거나, 심한 경우에는 폭발 및 화재의 원인을 제공하기도 한다.

최근, 휴대용 단말기를 비롯한 전자제품이 지속적으로 발전하고 있으며, 전자제품은 사용자의 요구에 따라 고성능화 및 다기능화가 촉진되고 있다.

특히, 휴대용 단말기는 사용자의 휴대성 및 편리성을 극대화하기 위하여, 소형화 및 경량화가 필수적이고, 고성능을 위하여 점점 작은 공간에 집적화된 부품들이 실장되고 있다. 이에 따라 휴대용 단말기에 사용되는 부품들은 고성능화로 발열 온도가 높아지고, 이 높아진 발열 온도는 인접된 부품들에 영향을 인가하여 휴대용 단말기의 성능을 저하시키는 문제점을 야기시킨다.

한국 공개특허공보 제10-2014-0092104호에는 팽창흑연시트 일면에 제1 백시트를 구비하되, 상기 제1 백시트는 금속박판으로 이루어지고, 상기 금속박판의 일면 또는 양면에는 접착막이 코팅되는 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방열시트에서 접착막이 액상의 폴리카졸 용액으로 방열 또는 단열 기능이 저하되어 방열시트의 방열 성능이 휴대용 단말의 핫스팟 발열 부품에서 국부적으로 발생하는 고온의 열을 방열시키는 데는 한계가 있어 최근의 고성능화된 휴대 단말과 같은 전자기기에서 발생되는 열 문제를 해결할 수 없다.

한국 공개특허공보 제10-2014-0092104호

본 발명의 목적은 공기 단열층의 기능을 수행하는 다수의 기공이 구비된 다공성 접착막으로 한 쌍의 방열부를 접착시킴으로써, 방열 능력을 더욱 증대시킬 수 있는 방열 시트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 발열부에서 발생되는 열을 이중 확산시켜 방열 효율을 향상시킬 수 있는 방열 시트를 제공하는 데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방열 시트는, 전달된 열을 확산시키는 제1방열부; 상기 제1방열부에서 전달된 열을 확산시키는 제2방열부; 및 상기 제1 및 제2방열부를 접착시키고, 다수의 기공이 구비된 다공성 접착막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 다공성 접착막으로 2개의 방열부를 접착함과 동시에, 다공성 접착막의 다수의 기공에 트랩된 공기의 대류를 억제하여 전달된 열을 차단할 수 있어 방열 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서는 발열부에 부착, 접촉 및 근접 중 하나의 상태로 결합되어, 발열부에서 발생되는 열을 이중 확산시킴으로써, 방열 능력을 증대시킬 수 있는 잇점이 있다.

본 발명에서는 제1 및 제2방열부가 접착되어 구현함으로써 초박형화가 가능하고 방열 성능이 우수하여 전자기기의 발열부품에서 발생된 열이 전자기기의 외부로 전달되는 것을 억제하여 전자기기의 전면 및 후면의 온도를 규정 온도 이하로 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시트의 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시트에서 전달된 열의 흐름을 설명한 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시트의 적층 구조를 설명하기 위한 단면도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 방열 시트의 개략적인 단면도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 방열 시트의 개략적인 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시트(100)는 전달된 열을 확산시키는 제1방열부(110); 상기 제1방열부(110)에서 전달된 열을 확산시키는 제2방열부(130); 및 상기 제1 및 제2방열부(110,130)를 접착시키고, 다수의 기공이 구비된 다공성 접착막(120);을 포함하여 구성한다.

이와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시트(100)는 제1 및 제2방열부(110,130)가 접착되어 구현함으로써 초박형화가 가능하고, 제1방열부(110)로 제1열이 전달되는 경우, 제1방열부(110)는 제1열을 확산시켜 온도를 낮추고, 온도가 낮아진 제1열이 제2방열부(120)로 전달되는 경우, 제2방열부(120)에서는 온도가 낮아진 제1열을 확산시켜 온도를 더 낮추어서 제2열을 외부로 방출하게 된다.

즉, 본 발명에서 제1방열부(110) 또는 제2방열부(130)는 발열부에 부착, 접촉 및 근접 중 하나의 상태로 결합되고, 발열부에서 발생되는 열을 제1방열부(110) 및 제2방열부(130)로 이중 확산시켜 방열 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시트(100)는 다공성 접착막(120)의 양면에 제1 및 제2방열부(110,130)가 접착되어 있으므로, 다공성 접착막(120)의 다수의 기공이 폐색되어, 클로우즈드 포어(Closed pore)가 되어 트랩된 공기의 대류를 억제하여 전달된 열을 차단할 수 있는 우수한 단열 특성을 갖게 된다.

여기서, 제1방열부(110)는 제1열전도율을 갖고, 제2방열부(130)는 상기 제1열전도율과 다른 제2열전도율을 갖도록 구성할 수 있다. 이와 반대로 제1방열부(110) 및 제2방열부(130)의 열전도율은 동일할 수 있다.

제1 및 제2방열부(110,130)는 Al, Mg, Au, Ag, Cu, 그래파이트 중 하나로 구현할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시트(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1방열부(110)로 전달된 열(A)은 제1방열부(110)에서 확산되어 온도가 낮추어진 열(B)이 되고, 제1방열부(110)에서 온도가 낮춰진 열(B)이 다공성 접착막(120)의 기공(121)에 의해 차단되어 제2방열부(130)로는 온도가 더 낮춰진 열이 전달되고, 제2방열부(130)에서 확산되어 온도가 더욱 낮추어진 열(C)이 되어 외부로 전달됨으로써, 전자기기의 발열부품에서 발생된 열이 전자기기의 외부로 전달되는 것을 억제하여 전자기기의 전면 및 후면의 온도를 규정 온도 이하로 유지할 수 있다.

다공성 접착막(120)은 핫멜트 물질로 이루어진 섬유가 축적되어진 다수의 기공을 갖는 웹 형태이며, 고체 상태의 시트 형상을 갖는 핫멜트 웹 접착막인 것이 바람직하다.

핫멜트 웹 접착막은 폴리아마이드(Polyamide)계, 폴리에스터(Polyester)계, 폴리우레탄(Polyurethane)계, 폴리올레핀(Polyolefine)계 및 E.V.A(Ethylene Vinyl Acetate)계 중 하나의 소재로 이루어질 수 있다.

그리고, 핫멜트 웹 접착막의 녹는점(melting point)은 150℃ 이하인 것이 바람직하고, 용융 지수(melt index)는 5 ~ 500㎤/10min인 것이 바람직하다.

즉, 용융 지수가 5㎤/10min 이하인 경우는 제1 및 제2방열부(110,130)와 핫멜트 접착막의 접착력이 저하되고, 500㎤/10min 이상인 경우는 용융된 핫멜트 웹 접착막이 기공 내부로 흘러들어가 기공에 충진됨으로써 핫멜트 접착막의 단열 성능이 저하된다.

이때, 핫멜트 웹 접착막의 기공의 크기는 100 ~ 10000㎛인 것이 바람직하다.

즉, 핫멜트 웹 접착막은 융해되어 접착에 참여하게 되는데, 융해된 핫멜트 물질이 기공을 폐쇄시키면 핫멜트 웹 접착막에 의한 열 차단 기능이 저하될 수 있으므로, 핫멜트 웹 접착막의 기공 크기는 융해된 핫멜트 물질이 기공을 폐쇄시키지 않을 정도의 크기를 가져야 한다.

그리고, 핫멜트 웹 접착막의 섬유 직경은 10 ~ 100㎛인 것이 바람직하며, 핫멜트 웹 접착막의 섬유의 축적량은 10 ~ 20gsm인 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에서는 시트화된 핫멜트 웹 접착막을 제1 및 제2방열부(110,130)에 접착시켜, 접착 면적을 증가시켜 제1 및 제2방열부(110,130)와의 접착 강도를 향상시킴으로써, 제1방열부(110)로부터 제2방열부(130)가 박리되는 현상을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 핫멜트 웹 접착막을 제1 및 제2방열부(110,130) 사이에 개재시킨 후, 제1 및 제2방열부(110,130)를 핫멜트 웹 접착막으로 열 접착하여 방열 시트를 구현하는 것이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에서는 제1방열부(110), 다공성 접착막(120) 및 제2방열부(130)의 적층 구조에 추가적인 다공성 접착막(121)으로 적어도 하나의 방열부(140)를 접합하여 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 방열 시트의 개략적인 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 방열 시트의 개략적인 단면도이다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 방열 시트(100)는 방열 시트(100)의 일면 또는 양면에 하이브리드한 적어도 하나의 보강 시트(200)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 하이브리드하는 것은 접착, 점착, 적층, 접촉, 고정 등의 결합 관계를 의미하는 것이다.

이 보강 시트(200)는 단열 부재 또는 방열 부재일 수 있고, 상기 방열 시트(100)와 상기 보강 시트(200) 사이에 개재된 접착막(미도시)으로 상기 방열 시트(100)와 상기 보강 시트(200)가 접착되어 있을 수 있다.

이때, 상기 접착막은 아크릴계, 에폭시계, 아라미드(aramid)계, 우레탄(urethane)계, 폴리아미드(polyamide)계, 폴리에틸렌(polyethylene)계, E.V.A.계, 폴리에스테르(polyester)계, 및 P.V.C.계 중 어느 하나의 접착막, 열접착이 가능한 섬유가 축적되어 형성된 다수의 기공을 갖는 핫 멜트 웹 및 핫 멜트 파우더 중 하나일 수 있다.

그리고, 상기 접착막은 종횡비 1:100의 열확산용 전도성 필러 및 구 형상의 열전달용 전도성 필러를 포함할 수 있다.

단열 부재는 나노 섬유에 의해 집적되어 미세 기공 구조를 갖는 나노 섬유 웹, 부직포 및 이들의 적층 구조 중 하나인 다공성 기재일 수 있다.

즉, 단열 부재는 공기를 트랩핑하여 공기의 대류를 억제하여 공기를 단열 소재로 사용 가능하게 하는 다수의 미세 기공이 구비된 다공성 기재를 사용하는 것이다.

도 5를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 방열 시트(100)는 단열 점착막, 또는 방열 점착막(210)을 더 포함하는 것이다.

즉, 방열 시트(100)의 제1방열부(110) 또는 제2방열부(130)에 단열 점착막, 또는 방열 점착막(210)을 형성한다.

그러므로, 본 발명에서는 방열 시트에 단열 점착막, 또는 방열 점착막(210)을 형성함으로써, 전자기기의 발열 부품 또는 발열 부품과 인접한 부품에 점착하는 역할을 수행함과 동시에, 단열 점착막의 열 차단 기능 또는 방열 점착막(210)의 열 확산 기능에 의해 발열 부품에서 발생된 열의 온도를 낮추어 제1방열부(110) 또는 제2방열부(130)에 전달할 수 있는 장점이 있다.

단열 점착막은 단열 필러를 포함하고 있어 열을 차단하는 기능을 수행한다. 단열 필러는 단열 점착막 내부에 분말 형태로 분산되어 위치되어 있으며, 단열 점착막으로 전달된 열을 차단한다. 이와 같은 단열 필러는 단열 특성이 우수한 에어로겔로 이루어진 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

단열 필러의 크기는 0.1~1000㎛이며, 단열 필러의 형상은 구형, 다각형, 판상형 등을 사용할 수 있으며, 예컨대, 판상형의 단열 필러를 단열 점착막의 수평방향으로 배열하게 되면, 단열 점착막의 수직방향으로 전달된 열의 차단 효율을 증가시킬 수 있다.

그리고, 방열 점착막(210)은 내부에 열전도성 필러가 분산되어 있어, 열 확산을 촉진시킴으로써 방열 시트(100)의 방열 능력을 더욱 증가시킬 수 있다.

열전도성 필러는 전달된 열을 수평 방향으로 확산시키는 제1열전도성 필러; 및 상기 열을 상기 제1열전도성 필러로 전달하는 제2열전도성 필러;를 포함한다.

이와 같은 방열 점착막(210)은 발열부품에 점착 또는 인접되어 발열부품에서 전달된 열을 제1열전도성 필러에서 수평 방향으로 확산시켜 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 제2열전도성 필러는 발열부품에서 전달된 열을 제1열전도성 필러로 전달하는 기능을 수행하여, 방열 점착막(210)의 수평 방향으로 열 확산을 촉진시킴으로써 방열 능력을 향상시킬 수 있다.

즉, 제1 및 제2열전도성 필러는 방열 점착막(210) 내부에 분산되어 있는 상태로 존재하여 발열부품의 열이 수평 방향으로 확산되는 것을 촉진시키는 기능을 수행하여 방열 점착막(210)의 수직 방향으로 전달되는 열의 온도를 낮출 수 있는 것이다.

제2열전도성 필러는 제1열전도성 필러가 존재하지 않는 방열 점착막(210) 영역에 위치될 수 있으며, 발열부품의 열을 제1열전도성 필러로 전달하여 열 진행 경로를 변경시킨다.

제1열전도성 필러는 방열 점착막(210)의 수평 방향으로 확산시킬 수 있도록 판상형 구조(또는 장방형 구조)를 가지는 것이 바람직하고, GNF(Graphite nano fiber), CNT(Carbon nano tube), 금속 파이버, AlN(Aluminum nitride), BN(Boron nitride) 중 적어도 하나의 소재로 이루어질 수 있다. 그리고, 제1열전도성 필러는 1:100의 종횡비를 가지는 형상으로 구현하는 것이 바람직하다.

제2열전도성 필러는 제1열전도성 필러로 열 전달시킬 수 있도록 구형 구조를 가질 수 있으며, 이때, 제2열전도성 필러는 발열부품에서 전달된 열을 전달받아 구형 표면으로 확산시킴으로 방열 점착막(210)의 수직 방향으로 전달된 열의 경로를 변경시켜 제1열전도성 필러로 신속하게 열을 전달한다. 이러한 제2열전도성 필러는 MgO, Al₂O₃, SiC, 다이아몬드 중 적어도 하나의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 제1열전도성 필러는 방열 점착막(210)의 수직 방향으로 이격된 층간을 갖는 다수 층 상에 배열될 수 있고, 제2열전도성 필러는 제1열전도성 필러의 층간에 위치될 수 있다.

또한, 제1 및 제2열전도성 필러는 열도전율이 200 ~ 3000W/mk 정도인 소재로 이루어질 수 있다.

그리고, 제1 및 제2열전도성 필러는 방열 점착막(210)의 총중량에 5 ~ 15wt%가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 방열 점착막(210)이 5wt% 이하의 제1 및 제2열전도성 필러를 함유하고 있는 경우 원하는 수준의 방열 효율을 얻을 수 없고, 15wt% 이상의 제1 및 제2열전도성 필러를 함유하고 있으면 점착 성능이 저하되는 단점이 있다.

*이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100:방열 시트 110,130,140:방열부
120,121:다공성 접착막 200:보강 시트
210:방열 점착막

Claims

전달된 열을 확산시키는 제1방열부;
상기 제1방열부에서 전달된 열을 확산시키는 제2방열부; 및
상기 제1방열부와 제2방열부 사이에 배치되어 상기 제1방열부와 제2방열부를 접착시키는 다공성 접착막;을 포함하는 방열 시트로서,
상기 다공성 접착막은 직경 10~100㎛인 섬유상의 핫멜트 물질이 축적량 10~20gsm로 축적되어 다수의 기공을 가지며, 용융 지수(melt index) 5~500㎤/10min 범위를 가지는 핫멜트 웹 접착막인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 다공성 접착막의 기공 크기는 100~10000㎛인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 다공성 접착막의 녹는점(melting point)은 150℃ 이하인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 제1방열부 및 제2방열부는 Al, Mg, Au, Ag, Cu, 그래파이트 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 제1방열부의 제1열전도율과 상기 제2방열부의 제2열전도율은 상이한 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 다공성 접착막의 다수의 기공은 트랩된 공기의 대류를 억제하여 전달된 열을 차단하는 단열기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방열 시트의 일면 또는 양면에 형성된 보강 시트를 더 포함하고,
상기 보강 시트는 단열 부재 또는 방열 부재인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제7항에 있어서,
상기 단열 부재는 나노 섬유가 축적되어 3차원의 미세기공 구조를 갖는 나노 섬유 웹, 부직포 및 이들의 적층 구조 중 하나인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 제1방열부 또는 상기 제2방열부에 형성되고, 내부에 단열 필러가 분산되어 있는 단열 점착막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 제1방열부 또는 상기 제2방열부에 형성되고, 내부에 열전도성 필러가 분산되어 있는 방열 점착막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제10항에 있어서,
상기 열전도성 필러는 상기 열을 수평 방향으로 확산시키는 제1열전도성 필러 및 상기 열을 상기 제1열전도성 필러로 전달하는 제2열전도성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제11항에 있어서,
상기 제1열전도성 필러는 판상형 구조이고, 상기 제2열전도성 필러는 구형 구조인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제12항에 있어서,
상기 제1열전도성 필러는 GNF(Graphite nano fiber), CNT(Carbon nano tube), 금속 파이버, AlN(Aluminum nitride), BN(Boron nitride) 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제12항에 있어서,
상기 제2열전도성 필러는 MgO, Al₂O₃, SiC, 다이아몬드 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방열 시트.