KR102328933B1 - 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
인조 흑연 시트의 층 분리를 방지하고, 방열시트의 유연성을 개선하고, 부가적으로 전자파 차폐 기능을 가지는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트 및 그의 제조방법이 제안된다. 본 발명에 따른 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트는 메쉬 형상의 인조 흑연 시트로서, 메쉬 내부공간이 제1금속입자를 포함하는 유기물질인 금속페이스트로 채워진 수평방향으로 열전달 특성이 우수한 방열층; 방열층의 일면에 형성된 금속후막층; 금속후막층 상의 열전달 특성이 우수한 제2금속입자를 포함하는 접착제를 포함하는 접착층; 및 방열층의 타면에 형성된 절연성 접착층;을 포함한다.
Description
본 발명은 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 인조 흑연 시트의 층 분리를 방지하고, 방열시트의 유연성을 개선하고, 부가적으로 전자파 차폐 기능을 가지는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 방열시트는 각종 전자기기 내지 전자소자에서 열을 확산시키기 위한 열 전달 매체로 활용되는 부품이다. 이러한 방열시트는 두께방향에 비해 면방향의 열전도율이 큰 재료(열이방성 재료)를 사용하여 제조하는 것이 일반적이었으며, 이러한 재료의 대표적인 예로는 흑연이 있다. 흑연을 이용한 방열시트는 천연흑연을 필름형태로 제작한 천연 방열시트, 유기물 필름을 태운 인조 흑연 방열시트 등이 있다. 이와 같은 흑연시트로 방열체를 제조하면, 시트의 두께방향의 열전도율에 비해 면방향의 열전도율이 상대적으로 크기 때문에 열의 확산이동이 효율적이다.
그런데 최근 밀폐형 전자기기(예컨대 스마트폰, 태블릿피씨 등)에 적용되는 방열체의 경우에는 면방향의 열전도율뿐만 아니라 수직방향의 열전도율도 향상시키기를 요구 받고 있으므로, 수평 및 수직 방향의 열전도율이 우수한 방열체를 제조하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있다.
또한, 유연한 기기에 사용하기 위해서는 방열시트 자체의 유연성이 요구되나 수평 방향의 열 전달 특성이 우수한 인조 흑연 방열 시트의 경우 방열체의 특성상 유연성을 나타내지 않아 유연기기에의 사용은 제한이 있어왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 인조 흑연 시트의 층 분리를 방지하고, 방열시트의 유연성을 개선하고, 부가적으로 전자파 차폐 기능을 가지는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트는 메쉬 형상의 인조 흑연 시트로서, 메쉬 내부공간이 제1금속입자를 포함하는 유기물질인 금속페이스트로 채워진 수평방향으로 열전달 특성이 우수한 방열층; 방열층의 일면에 형성된 금속후막층; 금속후막층 상의 열전달 특성이 우수한 제2금속입자를 포함하는 접착제를 포함하는 접착층; 및 방열층의 타면에 형성된 절연성 접착층;을 포함한다.
방열층의 메쉬의 선폭은 0.5 내지 3mm이고, 방열층의 메쉬의 내부폭은 0.5 내지 3mm일 수 있다.
제1금속입자는 Cu입자, Al입자, Ni가 코팅된 Cu입자, 및 Cu 또는 Ni가 코팅된 폴리머입자 중 하나 또는 이들의 혼합입자를 포함할 수 있다.
제1금속입자 및 제2금속입자는 동일할 수 있다.
접착층은 두께가 5 내지 30㎛일 수 있다.
절연성 접착층은 두께가 5 내지 25㎛일 수 있다.
금속후막층은 Al, Cu 및 Ni 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 인조 흑연 시트를 메쉬 형상으로 형성하여 수평방향 방열층을 형성하는 단계; 메쉬 내부공간을 제1금속입자를 포함하는 유기물질인 금속페이스트로 채우면서 금속후막층을 형성하는 단계; 금속후막층 상에 제2금속입자를 포함하는 접착제를 포함하는 접착층을 형성하는 단계; 및 방열층의 타면에 절연성 접착층을 형성하는 단계;를 포함하는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트 제조방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 인조 흑연 방열시트를 메쉬 모양으로 형성하여 인조 흑연 시트의 유연성을 높이고, 메쉬 내부 공간이 금속입자를 포함한 유기물질인 금속페이스트로 채워짐으로써 인조 흑연 시트의 내구성과 층 분리를 방지하고, 방열층 상에 금속 입자를 포함한 유기물질을 사용하여 금속후막을 형성함으로써 수평 수직 열 전달을 개선하고, 부가적으로 전자파 차폐기능을 가지는 방열시트를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 수평방향 방열특성이 우수한 인조 흑연 시트를 메쉬 모양으로 형성하고, 메쉬 내부에 금속입자를 포함한 유기물질인 금속페이스트를 위치시켜 열원으로부터 전달된 열전자가 금속 입자을 통하여 메쉬 형상의 인조 흑연 메쉬 단면을 통하여 열전자를 이동시키므로 수평방향으로 우수한 방열특성을 나타내는 방열시트를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트의 제조방법에 제공되는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 메쉬 형상의 인조 흑연 시트를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 메쉬 형상의 인조 흑연 시트를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트의 제조방법에 제공되는 도면들이다. 본 발명에 따라 제조되는 유연성을 갖고, 부가적으로 전자파 차폐기능을 갖는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트는 메쉬 형상의 인조 흑연 시트(111)로서, 메쉬 내부공간이 제1금속입자를 포함하는 유기물질인 금속페이스트(112)로 채워진 수평방향으로 열전달 특성이 우수한 방열층(110); 방열층(110)의 일면에 형성된 금속후막층(120); 금속후막층(120) 상의 열전달 특성이 우수한 제2금속입자를 포함하는 접착제를 포함하는 접착층(130); 및 방열층(110)의 타면에 형성된 절연성 접착층(140);을 포함한다.
본 발명에 따른 유연성을 갖고, 부가적으로 전자파 차폐기능을 갖는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트는 방열기능을 갖는 방열층(110)을 포함한다. 방열층(110)은 수평 방향으로 우수한 방열 특성을 가지는 메쉬 모양의 인조흑연과 금속 입자가 포함된 유기물질인 금속페이스트가 메쉬 공간을 채운 형태로 유기물질 속의 금속입자의 함량은 유연성과 내구성을 고려하여 조정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 수평방향 방열층(110)은 메쉬 형상의 인조 흑연시트(111) 와 금속 입자가 포함된 유기물질 즉 금속페이스트(112)로 형성된다(도 1). 수평방향 방열층(110)을 구성하는 인조 흑연 시트는 프레스를 이용한 타발 공정과 같은 일반적인 공정에 의해 메쉬 형상이 형성될 수 있으며, 그 이외의 방법으로 메쉬 형상이 형성될 수 있다. 수평방향 방열층(110)이 메쉬 형태로 가공된 인조 흑연시트(111)와 금속 입자를 포함한 유기물질로 구성된 금속페이스트(112)로 형성됨으로써 유연성이 증가된다.
이렇게 메쉬 형상으로 형성된 인조흑연과 금속입자를 포함한 유기물질인 금속페이스트로 구성된 수평방향 방열층(110)의 메쉬 내부 공간에 형성된 금속페이스트(112)과 동일한 물질 또는 금속 혼합비가 다른 물질로 구성된 금속후막층(120)을 방열층(110) 상부에 형성한다(도 2). 또는 방열층(110)의 메쉬 공간 내부에 형성된 금속페이스트(112)와 방열층(110)상부에 형성된 금속후막층(120)에 형성된 금속페이스트가 동일한 금속혼합비를 가질 때에는 단일 공정으로 형성할 수 있다.
금속후막층(120)은 전자파차폐기능을 나타내어 본 발명에 따른 유연성을 갖는 방열시트는 방열특성에 추가하여 전자파차폐기능을 갖는다. 금속후막층(120)은 전자파를 차폐할 수 있는 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 금속으로는 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은 및 이들의 합금 중에서 선택될 수 있으며, 전자파 차폐성능과 열전도율이 모두 우수한 것을 사용하면 전자파차폐기능을 갖는 방열시트의 방열특성을 보조할 수 있다.
금속후막층(120) 상에는 금속입자를 포함하는 접착제를 이용하여 접착층(130)이 형성되고(도 3), 수평방향 방열층(110) 타면에는 절연성 접착층(140)이 형성된다(도 4).
금속입자를 포함한 접착층(130)은 열전달을 나타내는 접착층으로서, 접착제 물질에 열전달 특성이 우수한 입자가 혼합된 형태이다. 열전달 특성이 우수한 금속입자는 Cu입자, Ni가 코팅된 Cu입자, Cu 또는 Ni가 코팅된 폴리머입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 열전달 금속입자의 크기는 1내지 20㎛일 수 있다.
마지막으로 금속입자를 포함한 접착층(130) 및 절연성 접착층(140)에는 각각 보호층(151, 152)이 형성되어 유연성을 갖는 방열시트의 외부를 보호한다(도 5).
본 발명에 따른 우수한 유연성을 갖는 방열시트는 메쉬 형상으로서, 메쉬 내부공간에 금속입자를 포함한 유기물질인 금속페이스트가 채워진 수평방향 방열층(110); 수평방향 방열층(110)의 일면에 형성된 금속후막층(120); 금속후막층(120) 상의 금속 입자를 포함하는 열전도성 접착층(130); 및 수평방향 방열층(110)의 타면에 형성된 절연성 접착층(140);을 포함한다. 우수한 유연성을 갖는 방열시트는 열전도 특성이 우수한 금속입자를 포함한 접착층(130) 및 절연성 접착층(140) 상에 각각 보호층(151, 152)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 방열시트(100)는 금속후막층(120)의 두께는 3내지 20㎛이고, 열전달 특성이 우수한 금속입자를 포함한 접착층(130)은 두께가 3 내지 30㎛이며, 절연성 접착층(140)은 두께가 3 내지 25㎛일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 메쉬 형상의 인조 흑연 시트를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 확대도이다. 수평방향 방열층(110)은 메쉬형상의 인조 흑연 과 메쉬 공간 내부를 금속입자를 포함한 유기물질인 금속페이스트로 구성된다.
메쉬의 선폭(W)은 0.5 내지 3mm이고, 메쉬의 내부폭(D)은 0.5 내지 3mm일 수 있다. 메쉬 공간이 너무 넓게 형성되면 유연성과 내구성은 증가되나 수평 방향 방열특성이 약해질 수 있고, 메쉬 공간이 너무 작으면 수평 방향 방열 특성은 우수하나 유연성과 내구성이 떨어진다.
메쉬 공간은 인조 흑연 시트에 복수개가 서로 이격되어 형성된다. 메쉬공간의 평면형상은 도 7에서와 같이 사각형이거나, 또는 6각형, 팔각형, 삼각형일 수 있고 이는 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 우수한 유연 특성을 갖는 방열시트는 메쉬 형상의 인조 흑연과 금속입자를 포함한 유기물질인 금속페이스트로 형성되어 유연성이 증가된다. 또한, 메쉬 모양의 인조 흑연 시트의 메쉬 공간을 금속입자를 포함한 유기물질인 금속페이스트로 채움으로써 인조 흑연 시트의 층 분리를 방지할 수 있고, 금속입자를 통하여 메쉬 단면으로 열을 전달함으로 수평방향의 열전달 특성을 개선할 수 있다. 또한 방열층 상에 금속입자를 포함한 금속 페이스트 후막을 형성함으로 열전달 특성과 전자파 차폐 특성을 가지는 방열시트가 형성된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
110: 방열층
111: 인조 흑연 시트
112: 금속페이스트
120: 금속후막층
130: 접착제를 포함하는 접착층
140: 절연성 접착층
151, 152: 보호층
111: 인조 흑연 시트
112: 금속페이스트
120: 금속후막층
130: 접착제를 포함하는 접착층
140: 절연성 접착층
151, 152: 보호층
Claims (8)
- 메쉬 형상의 인조 흑연 시트로서, 메쉬 내부공간이 제1금속입자를 포함하는 유기물질인 금속페이스트로 채워진 수평방향으로 열전달 특성이 우수한 방열층;
방열층의 일면에 형성된 금속후막층;
금속후막층 상의 열전달 특성이 우수한 제2금속입자를 포함하는 접착제를 포함하는 접착층; 및
방열층의 타면에 형성된 절연성 접착층;을 포함하는 유연성, 내구성 및 전자파 차폐 성능을 갖는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트로서,
금속페이스트는 금속후막층과 동일한 금속혼합비를 가져 방열층 및 금속후막층은 단일공정으로 형성가능한 것을 특징으로 하는 유연성, 내구성 및 전자파 차폐 성능을 갖는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트. - 청구항 1에 있어서,
방열층의 메쉬의 선폭은 0.5 내지 3mm이고,
방열층의 메쉬의 내부폭은 0.5 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트. - 청구항 1에 있어서,
제1금속입자는 Cu입자, Al입자, Ni가 코팅된 Cu입자, 및 Cu 또는 Ni가 코팅된 폴리머입자 중 하나 또는 이들의 혼합입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트. - 청구항 1에 있어서,
제1금속입자 및 제2금속입자는 동일한 것을 특징으로 하는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트. - 청구항 1에 있어서,
접착층은 두께가 5 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트. - 청구항 1에 있어서,
절연성 접착층은 두께가 5 내지 25㎛인 것을 특징으로 하는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트. - 청구항 1에 있어서,
금속후막층은 Al, Cu 및 Ni 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트. - 인조 흑연 시트를 메쉬 형상으로 형성하여 수평방향 방열층을 형성하는 단계;
메쉬 내부공간을 제1금속입자를 포함하는 유기물질인 금속페이스트로 채우면서 금속후막층을 형성하는 단계;
금속후막층 상에 제2금속입자를 포함하는 접착제를 포함하는 접착층을 형성하는 단계; 및
방열층의 타면에 절연성 접착층을 형성하는 단계;를 포함하는 인조 흑연 시트를 이용한 유연성 방열시트 제조방법.
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