KR102367391B1

KR102367391B1 - 반도체 부품의 냉각 방법 및 반도체 부품용 방열 필름

Info

Publication number: KR102367391B1
Application number: KR1020210149266A
Authority: KR
Inventors: 김태한; 이상헌; 최상일; 심영훈; 송진호
Original assignee: 퓨어만 주식회사
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-02-24
Also published as: WO2023080350A1

Abstract

본 출원은 반도체 부품과 방열 코팅층 사이에 금속층을 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 방열 코팅층은, 우레탄 바인더 수지를 포함하는 방열 도료 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법에 관한 것이다. 본 출원의 방법은 반도체 부품의 방열 효과를 얻을 수 있다.

Description

반도체 부품의 냉각 방법 및 반도체 부품용 방열 필름{METHOD FOR COOLING SEMICONDUCTOR COMPONENTS AND FILM DISSIPATING HEAT FOR SEMICONDUCTOR COMPONENTS}

본 출원은 발열제어가 더욱 중요한 이슈가 되고 있는 각종 반도체 칩 방열에 관한 것이다.

반도체 회로의 집적화와 기능의 복합화와 고도화에 따른 칩 발열 제어 이슈는 반도체 설계와 제조에 커다란 도전이 되고 있다. CPU, AP, GPU, SSD 등의 발열제어를 위해 여러 형태의 방열판이 제조되어 판매되고 있으며 제조업체와 소비자의 칩 방열에 대한 요구는 더욱 커질 것이다.

현재 시판중인 각종 방열판은 알루미늄, 구리, 은, 카본 등과 같은 높은 열전도율을 지닌 소재를 사용한 일정한 두께의 판형 제품으로 보드 위 칩을 포함한 일정 면적 부위에 장착해야 한다. 또한, 보다 높은 방열성능을 위해 위의 소재들을 복합화 한 방열판이 소개되고 있으며 성능 강화를 위해 소형 팬을 설치하기도 한다. 칩의 발열과 그에 따른 열축적과 칩의 온도는 반도체의 성능과 수명에 직접적인 관련이 있으며 반도체 설계에서부터 고려해야 하는 중요한 요소이다.

반도체 칩의 방열을 위한 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 10-1017338호 "반도체 패키지의 실장 장치"가 있다. 상기 "반도체 패키지의 실장 장치" 기술은 전력용 반도체의 발열면을 시스템 케이스와 독립적으로 함으로써, 독립된 방열 시스템을 설계하여 고주파에서의 전기적 특성을 손상시키지 않고, 방열 특성이 우수한 실장 장치를 갖는 시스템을 용이하게 설계할 수 있도록 한 것이다.

상기의 종래기술은 기존의 반도체 칩 주변의 방열 구조를 변경하여 방열이 이루어지도록 하는 것이다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 설계 단계에서부터 비용이 많이 소요되고, 반도체 부품의 배치 설계가 특정 구조로 제한적이게 되어 다양한 분야에 이용하지 못할 뿐만 아니라, 장치의 규모가 커지게 되며, 기존의 반도체 부품 또는 그의 방열 구조를 변경하여야 하는 등 생산성이나 실용화 등의 문제가 있게 된다. 또한, 상기 종래기술은 각각 그에 해당하는 특정 반도체 부품 구조에만 국한되어 적용할 수 있어 비실용적이다.

반도체 칩의 방열에 있어서 위와 같이 별도의 설계변경이나, 부피와 두께가 큰 별도 부품이 요구되지 않아 설치가 용이하고, 컴팩트화, 대용량화, 고출력화되고 있는 전자제품의 방열에 손쉽게 적용할 수 있는 연구가 필요하다.

대한민국 등록특허공보 10-1017338호(2011.02.28. 공고)

본 출원이 해결하고자 하는 과제는, 반도체 부품의 표면에 금속층과 방열 코팅층을 형성하여 대류와 함께 복사에 의하여 반도체 부품에서의 효율적인 방열을 일으키는, 반도체 부품의 냉각 방법을 제공하는 것이다.

본 출원이 해결하고자 하는 다른 과제는, 반도체 부품의 발열에 따른 온도 상승을 경감시킬 수 있는 반도체 부품 부착용 방열 필름을 제공하는 것이다.

본 출원은 반도체 부품의 냉각 방법에 있어서, 반도체 부품과 방열 코팅층 사이에 금속층을 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 방열 코팅층은, 우레탄 바인더 수지 및 열전도성 입자를 포함하는 방열 도료 조성물로 형성된 것이고, 상기 열전도성 입자는, 팽창흑연을 2시간 내지 6시간 동안 밀링하여 박리시킨 그래핀나노플레이트(GNP) 및 그래핀 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법을 제공한다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 금속층은, 알루미늄 또는 구리로 형성된 것일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 방열 코팅층의 두께는 10 내지 100 ㎛일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 금속층을 위치시키는 단계는, 금속층의 상면에 방열 코팅층이 형성되고, 금속층의 하면에 접착층이 형성된 접착 시트를 반도체 부품 표면에 부착시키는 것일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 접착시트에서 금속층의 두께는, 10 내지 500 ㎛일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 접착층의 두께는 10 내지 50 ㎛일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 금속층을 위치시키는 단계는, 반도체 부품의 상면을 금속으로 증착하여 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 금속층의 상면에 방열 도료 조성물을 코팅하여 방열 코팅층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 증착하여 형성된 금속층의 두께는, 10~500 nm 일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 방열코팅층 조성물은, 조성물 총 중량을 기준으로, 우레탄 바인더 수지 70~85 중량%; 열전도성 입자 12~25 중량%; 및 첨가제 3~10 중량%을 포함할 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 우레탄 바인더 수지는, 아크릴 폴리올 및 카프로락톤 폴리올 중 적어도 하나 이상과, 디이소시아네이트와의 반응으로 형성된 것일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 열전도성 입자는, 조성물 총 중량을 기준으로, 탄소 소재 5~15 중량%; 금속 분말 2~5 중량%; 및 기타 방열필러 2~5 중량%; 를 포함할 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 열전도성 입자는, 조성물 총 중량을 기준으로, 팽창흑연과, 그래핀나노플레이트(GNP) 및 그래핀 중 하나 이상의 혼합물 5~15 중량%; 알루미늄 분말 2~5 중량%; 및 실리카 2~5 중량%;를 포함할 수 있다. 상기 그래핀과 그래핀나노플레이트(GNP)는 팽창흑연을 밀링하여 얻어진 박리 부산물일 수 있다. 상기 밀링 후 상기 팽창흑연 입자, 그래핀나노플레이트 입자, 및 그래핀 입자 직경은 0.1~50 μm일 수 있다.

본 출원의 하나의 실시예에서 상기 반도체 부품은, 반도체 칩, 방열판, 방열핀 또는 반도체 칩의 케이스일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예는 접착층; 접착층의 상면에 위치하는 금속층; 및 상기 금속층의 상면에 위치하는 방열 코팅층; 을 포함하고, 상기 방열 코팅층은, 우레탄 바인더 수지 및 열전도성 입자를 포함하는 방열 도료 조성물로 형성된 것이고, 상기 열전도성 입자는, 팽창흑연을 2시간 내지 6시간 동안 밀링하여 박리시킨 그래핀나노플레이트(GNP) 및 그래핀 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품용 방열 필름을 제공한다.

상기 방열 코팅층은, 조성물 총 중량을 기준으로, 우레탄 바인더 수지 70~85 중량%; 열전도성 입자 12~25 중량%; 및 첨가제 3~10 중량%를 포함하는 방열 도료 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 부품용 방열 필름을 제공한다.

본 출원의 하나의 실시예는 상기 방열 필름이 부착된 반도체 부품을 제공한다.

본 출원의 일 실시예에 따른 반도체 부품의 냉각 방법은, 반도체 칩의 방열에 있어서 일정한 공간과 중량을 차지하고 상대적으로 고가인 방열기판이나 방열핀에 비해 부피와 무게가 거의 나가지 않는 필름 형태의 방열방법을 제시함으로써 여러가지 크기의 형태로 손쉽게 칩에 부착하여 칩을 냉각시킬 수 있다.

또한, 반도체 칩 생산시에 증착공정으로 금속 박막을 형성한 후 방열코팅 처리함으로써 발열에 따른 온도상승을 경감시킬 수 있고, 칩이 발생하는 열을 효율적으로 방사하여 반도체에 유해한 열축적으로 방지하는 장점이 있다.

도 1은 방열 효율을 측정하기 위해 비교예 2의 반도체 칩 표면을 방열 도료로 코팅하였을 때 세라믹 히터로 가열하는 것을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1의 방열 필름에 관한 것이다.
도 3은 방열 효율을 측정하기 위해 실시예 1과 실시예 2의 방열 필름을 반도체 칩 표면에 부착하고, 세라믹 히터로 가열하는 것을 나타낸 것이다.
도 4는 방열 효율을 측정하기 위해 실시예 3의 반도체 칩 표면을 구리로 증착한 후 방열도료로 코팅처리한 후 세라믹 히터로 가열하는 것을 나타낸 것이다.
도 5는 SSD 칩을 나타낸 것이다.
도 6은 SSD 칩을 칩을 컴퓨터 메인보드에 장착한 후 열화상 카메라의 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 전류 인가 후 SSD의 시간 경과에 따른 온도상승을 도시한 그래프이다.
도 8은 밀링 시간에 따른 방열 효율의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 9은 팽창흑연의 SEM 사진이다.
도 10은 팽창흑연을 3시간 밀링한 후의 SEM 사진이다.
도 11은 팽창흑연을 3시간 밀링한 후의 TEM 사진이다.

본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하고, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 출원의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 출원을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에 있어서, 「~」로 나타나는 수치 범위는 「이상」, 「이하」를 의미한다. 예를 들면, 2~15mm과의 표기는 2mm 이상 15mm 이하를 의미한다.

실리콘이 주성분인 반도체는 후공정에서 EMC로 패키징하여 취급이 안전한 제품으로 제조되는데 EMC의 주성분은 실리카와 같은 세라믹 소재이며 소량의 에폭시와 같은 열경화성 수지가 바인더로 사용된다. 일반적으로 EMC의 열전도율은 5 W/m.K를 넘지 못하여 내부 발열이 칩 표면으로 신속하게 확산, 전도된다고 볼 수 없다.

한편, 표면 방열은 물질의 방사율에 크게 영향을 받는다. 본 출원의 발명인들은 EMC의 방사율보다 우수한 방열도료로 EMC 표면을 코팅했을 때 칩의 온도가 내려감을 알 수 있었다. 그러나 본 발명의 출원인은 칩 표면을 방열도료로 직접 코팅하는데 비해 발열원인 칩과 방열코팅층 사이에 금속층이 존재하면 칩 방열효율이 높아짐을 발견하였다. 이는 칩과 방열코팅층 사이의 금속층이 마치 칩으로부터 발생하는 열을 빠르게 빨아드려 방열코팅층을 통하여 방출하는 듯 보인다. 즉, 금속박막층이 칩과 방열층 사이의 열전달 또는 열흐름 속도를 높여주는 열전도 촉매 작용을 함을 확인하였다.

본 발명의 출원인은 칩 표면을 방열도료로 직접 코팅하는 대신 구리접착필름을 방열도료로 코팅한 다음 적합한 크기로 필름을 재단하여 칩의 표면에 부착하는 방법을 시도하였다.

한편 칩과 방열코팅층 사이의 금속층이 열전달 또는 열확산의 촉매작용을 한다는데 착안하여 방열금속접착필름 대신 반도체 칩 표면을 구리 증착한 후 방열도료를 코팅하였을 때의 방열효과를 관찰하였다. 칩 표면을 구리로 증착하여 형성된 구리박막은 구리 접착필름의 구리층보다 두께가 매우 엷음에도 불구하고 방열성능은 동등 이상이었다. 이는 금속층의 열전달 촉매작용을 위해서는 수십 내지 수백 nm의 두께만으로도 충분하다고 해석할 수 있고, 다른 한편 구리 접착필름의 경우는 구리층의 두께가 증착막보다 큼에도 불구하고 방열효율이 증착방식보다 높지 않음은 열전도도가 낮은 접착제 층이 존재하여 열전달을 방해하기 때문이라고 해석된다. 금속 증착은 구리 대신 알루미늄으로 하여도 유사한 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

본 발명에서 상기 접착층은 아크릴계 점착제, 우레탄계 점착제 및 실리콘계 점착제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하여 구성할 수 있으며 두께는 5~50 ㎛면 적당하며 10~30 ㎛이 더욱 바람직하다. 접착층에는 그래파이트, 카본블랙, 알루미나, 질화알루미늄(AlN), 질화보론(BN), 그래핀 및 탄소나노튜브(CNT)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 열전도성 입자를 분산시켜 접착층의 열전도도를 향상시킬 수 있다. 알루미나는 10 ㎛ 이하의 구형이 적합하며 흑연파우더는 인상흑연이나 토상흑연 또는 팽창흑연을 0.1 ~ 10 ㎛ 크기로 파쇄한 파우더가 적합하며, 인상, 토상에 비해 팽창흑연이 더욱 바람직하다. 이는 팽창흑연의 파쇄를 통해 층간 박리가 동시에 진행되어 동일함량에서 열전도도가 우수한 그래핀 또는 GNP(그래핀나노플레이트)가 일정 함량 생성될 수 있기 때문이다. 알루미나 또는 팽창흑연 파우더의 함량은 10~50%가 적당하며 20~30%가 바람직하다. 열전도성 입자의 함량이 너무 높으면 접착층의 접착력이 떨어지고 너무 낮으면 열전도도가 낮아 접착층의 단열 현상이 커진다.

상기 방열 코팅층은, 일액형 조성물 또는 이액형 조성물로 형성된 것이고, 두께가 10~100 ㎛일 수 있다.

상기 이액형 조성물은, 우레탄 수지를 포함하는 주제 조성물에 이소시아네이트계 경화제를 첨가하여 혼합하고, 70 ℃ 내지 100 ℃에서 20 ~ 30분 경화하여 방열층을 형성할 수 있다.

상기 이액형 조성물은, 바인더 수지 20 내지 40 중량%; 열전도성 입자 5 내지 15 중량%; 첨가제 3 내지 10 중량 %; 및 아세테이트계 용제 10 내지 50 중량%를 포함하는 주제와 이소시아네이트 경화제 15 내지 30 중량 %의 혼합물일 수 있다.

우레탄 수지를 구성하는 주요 성분으로서, 폴리올은, 아크릴 폴리올, 카프로락톤 폴리올, 에폭시 폴리올, 에스터 폴리올, 에테르 폴리올, 폴리카보네이트폴리올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올, 2,4-디에틸-1,5-펜탄디올, 1,2-헥산디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 1,8-데칸디올, 옥탄데칸디올, 글리세린, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 헥산트리올 및 폴리프로필렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다. 더 구체적으로, 아크릴 폴리올, 락톤 폴리올, 에스터 폴리올 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

다관능 폴리올의 경우에도 폴리우레탄 화합물의 주쇄를 이룰 수 있는 히드록시기를 갖는 폴리머이면 제한없이 사용될 수 있다. 폴리올 성분으로 인해, 잔류물 저감 등의 재작업성이 우수한 특성을 발현할 수 있다.

디스플레이 등 전자제품용 방열판과 알루미늄 히트씽크 방열 용도를 고려하여 금속 계면과의 접착성이 우수하고 전자제품의 사용 여부에 따라 온도 상승과 냉각이 반복되는 방열부품의 특성에 맞게 경도와 내열충격성이 우수하도록 폴리올을 선택하였다. 폴리우레탄 제조에 널리 사용되는 폴리에스터 폴리올은 단독으로 사용할 경우 금속계면과의 접착성이 떨어지고 그 결과 열충격에도 약한 단점을 보인다. 따라서 계면접착성과 내충격성, 경도, 경화특성을 고려할 때 폴리올은 아크릴 폴리올과 폴리에스터 폴리올을 혼합 사용하거나 접착성과 내충격성의 추가개선을 위해 카프로락톤 폴리올을 추가하여 3성분계를 사용할 수 있다. 수지의 종류와 혼합비율은 도막물성의 요구조건에 따라 강도와 경도, 내열성(Tg)를 고려하여 다양하게 선택할 수 있다.

상기 이소시아네이트계 경화제는 다관능성 지방족계(aliphatic) 이소시아네이트 화합물이 바람직하다. 방향족계 이소시아네이트 화합물이나 지환족계 이소시아네이트 화합물을 사용하는 경우 1시간 이내로 굳어지므로 방열 코팅에 충분한 시간을 확보하지 못하게 될 경우, 사용성이 나쁘게 되는 문제가 있다. 지방족계 이소시아네이트 화합물은 반응성이 낮으므로 6시간 이상 굳어지지 않아서 도료의 사용성이 좋아지는 장점이 있다. 또한, 경화 온도가 70 ℃ 내지 100 ℃, 75℃ 내지 90℃ 에서 15분에서 1시간 이내, 20분 내지 40분 이내로 소성할 수 있는 장점이 있다. 전자부품에 사용하는 방열 도료 조성물의 경우, 소성 온도가 100℃가 넘어가게 되면, 전자부품에 문제가 생길 수 있기 때문에 방열 도료의 소성 온도가 100 ℃ 이내인 것이 바람직하다.

상기 이소시아네이트계 경화제는, 구체적으로, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene diisocyanate, HDI), 트리메틸렌 디이소시아네이트(Timethylene diisocyanate), 테트라메틸렌 디이소시아네이트(Tetramethylene diisocyanate), 1,2-프로필렌 디이소시아네이트(1,2- propylene diisocyanate), 1,3-부틸렌 디이소시아네이트(1,3- butylene diisocyanate), 도데카메틸렌 디이소시아네이트(dodecamethylene diisocyanate) 및 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트(2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

주제와 경화제의 비율은 OH값과 NCO 값에 의해 결정되며 OH의 당량에 비해 NCO당량이 약 10% 높게 비율을 맞추는 것이 바람직하다. 잉여의 폴리올이 있으면 경화반응에 참여하지 못하고 소위 dangling chain으로 남을 수 있으나 NCO는 수분과 반응할 있고 자체적으로 반응하여 dimer 등을 형성함으로써 경화반응에 참여할 수 있기 때문이다.

상기 조성물은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올, 2,4-디에틸-1,5-펜탄디올, 1,2-헥산디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 1,8-데칸디올, 옥탄데칸디올, 글리세린, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 및 헥산트리올로 이루어진 군에서 선택되는 스페이서를 사용할 수 있다. 스페이서를 사용하여 경화 후 우레탄 사슬의 길이와 경화밀도(crosslink density)의 조절이 가능하다.

상기 조성물은, 디부틸틴디라우레이트인 경화 촉매를 사용할 수 있다.

일액형 우레탄은 주제와 경화제가 미리 혼합되어 있는 상태이다. 즉, 위에서 기술한 주제에 이소시아네이트기가 블록된 블록 이소시아네이트(blocked isocyanate)를 첨가하여 혼합하면 일액형 우레탄 바인더가 된다. 블록 이소시아네이트는 HDI에 기초한 제품을 사용할 수 있으며 시판 중인 제품에서도 선택할 수 있다. 블록 이소시아네이트를 사용한 일액형 우레탄 바인더는 일정한 온도 이하에서는 반응성이 없으며 특정온도 이상에서 블록기(blocking unit) 또는 보호기(protection unit)가 열분해 되면서 가려져 있던 이소시아네이트가 노출되어 반응이 시작되는 원리이다. 일액형 우레탄은 어느 온도까지 경화가 진행되지 않아 보관성이 우수하며 주제와 경화제를 혼합하여 사용해야 하면 반응속도 제어가 쉽지 않아 코팅 작업시간 조절이 용이하지 않은 이액형에 비해 작업이 편리하여 생산성에서 유리하다. 그러나 대부분 120 ℃ 이상에서 블록기가 분해되므로 그보다 낮은 온도에서의 도막성형(경화) 반응이 요구되는 경우에는 사용할 수 없다.

상기 일액형 조성물은, 폴리올 25 내지 45 중량%; 열전도성 입자 7 내지 20 중량%; 첨가제 5 내지 10 중량 %; 블록 이소시아네이트 6 내지 15 중량%; 및 아세테이트계 용제 10 내지 50 중량%;를 포함하는 일액형 우레탄 방열 도료 조성물이며 120℃ 내지 180 ℃에서 10 ~ 60분 경화하여 방열층을 형성할 수 있다.

상기 블록 디이소시아네이트는, 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI, hexamethylene diisocyanate), 이소포론디이소시아네이트(IPDI, Isophorone diisocyanate), 테트라메틸렌디이소시아네이트(Tetramethylene diisocyanate), 펜타메틸렌디이소시아네이트(Pentamethylene diisocyanate), 톨루엔디이소시아네이트(TDI, toluene diisocyanate), 부탄디이소시아네이트(Butane diisocyanate), 펜탄디이소시아네이트(Pentane diisocyanate), 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트(Trimethylhexamethylene diisocyanate), 리신디이소시아네이트(lysine diisocyanate), 4,4'-디 시클로헥실메탄디이소시아네이트(HMDI, dicyclohexylmethane-4,4’-diisocyanate), 4,4'-메틸렌비스페닐이소시아네이트(MDI, 4,4’-methylenebis(phenyl isocyanate)], 노르보르넨디이소시아네이트(norbornene diisocyanate), 수소 첨가 자일렌디이소시아네이트(hydrogenated xylene diisocyanate), 수소 첨가 디페닐메탄디이소시아네이트(hydrogenated dipenylmethane diisocyanate), 1,4-시클로헥산디이소시아네이트(1 4-cyclohexane diisocyanate) 또는 이들의 트라이머로 이루어지는 군에서 선택하는 적어도 하나 이상과, 디메틸피라졸(DMP, 3,5-dimethyl pyrazole), 디메틸말로네이트(DEM , dimethyl malonate), 메틸에틸케토심(MEKO, methylethyl ketone oxime) 및 카프로락탐(ε-CAP, caprolactam)으로 이루어지는 군에서 선택하는 적어도 하나 이상의 블로킹제를, 합성한 것이다. 상기 블록 이소시아네이트는 120 ~ 180 ℃에서 열분해되어 이소시아네이트 기가 노출되어 폴리올과 반응하여 우레탄 고분자 사슬을 형성한다.

블록 이소시아네이트의 선택은 경화온도와 시간을 좌우하므로 용도와 도막형성의 조건에 맞춰 선택할 수 있다. 일반적으로 120 내지150 ℃ 정도의 온도 이상에서는 디블로킹 되지만 ε-CAP을 블로킹제로 사용할 경우에는 상대적으로 높은 온도인 160 ℃ 이상이 요구된다.

상기 조성물은, 디부틸틴디라우레이트인 경화 촉매를 사용할 수 있다. 우레탄 수지는 폴리올과 디이소시아네이트 간 비교적 낮은 온도에서 충분히 빠른 속도로 경화반응을 일으키지만 본 발명에서는 불록 디이소시아네이트의 디블록킹(deblocking)이 먼저 일어난 후 경화반응이 진행되므로 디블록킹 후 반응에 소요되는 시간의 단축이 필요한 경우 촉매의 사용이 전체 반응속도 단축에 도움이 된다.

일액형 방열도료 조성물로 형성된 방열층은 가사시간이 120 시간 이상이어서 코팅 전 도료를 준비하는 공정과, 실제 작업 시간의 제약 없는 장점이 있다.

상기 방열층에서 상기 열전도성 입자는, 팽창흑연을 2시간 내지 6시간 동안, 더 구체적으로 2시간 내지 5시간 동안. 더욱 더 구체적으로 3 시간 내지 5시간 동안 습식밀링하여 평균 직경 0.1~50 μm로 일정 함량 박리시킨 것을 사용할 수 있다. 상기 팽창흑연은 밀링, 초고압분산, 초음파 등과 같은 다양한 공정을 통해 그래핀나노플레이트(GNP) 또는 그래핀으로 박리된 것을 사용한다. 밀링공정에 있어서 밀링속도와 밀링 비드(bead)로 사용한 지르코니아(ZrO₂₎의 크기가 박리에 영향을 미치고. 지르코니아의 직경은 0.2 ~3.0 mm가 바람직하다. 또한, 지르코니아의 직경은 0.5 ~ 2.0 mm가 더욱 바람직하다. 0.5 ~ 2.0 mm 크기의 밀링 비드일 경우 2시간 내지 6시간 동안 밀링하여도 흑연의 박리 효과가 우수하다는 장점이 있다.

상기 열전도성 입자는, 카본블랙, 단일벽탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브, 그래핀 및 카본파이버로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 탄소를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 탄소재료로 형성된 탄소재료 분산액을 상기 그래핀나노플레이트(GNP)와 그래핀과 혼합하는 경우, 흑연재료의 입자 사이를 탄소재료 분산액에 함유되어 있는 탄소나노튜브 등의 탄소재료가 공유결합에 의해 연결시킴으로써 열전도도를 향상시켜 우수한 방열 성능을 발휘할 수 있게 된다.

상기 열전도성 입자는, 금속 입자 분말; 을 포함할 수 있다. 상기 금속 입자는, 알루미늄, 철, 동, 아연, 주석, 티탄, 니켈, 안티몬, 마그네슘, 바나듐, 크롬 및 지르코늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다. 상기 금속 입자, 구체적으로 알루미늄 파우더는 직경 5~40 μm 후레이크(Flake) 타입의 입자를 사용할 수 있으며 방열특성 외, 도막에 펄(pearl) 효과를 낼 수 있고 도막 표면의 강도 강화에 도움이 될 수 있다.

상기 열전도성 입자는, 방열 필러를 더 포함할 수 있다.

상기 방열 필러는, 다공성 실리카(SiO₂), 알루미나(alumina), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소(silicon carbide; SiC), 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 지르코니아(zirconia; ZrO₂), 보론 카바이드(boron carbide; B₄C), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride; Si₃N₄), 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 산화망간, 산화지르코니아, 산화붕소 및 산화규소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다.

상기 방열 필러는 밀링 과정에서 밀링이 잘되게 하는 역할을 할 수 있다.

상기 방열 필러는, 평균입경이 1 ~ 10 ㎛일 수 있다. 상기 범위를 초과하는 경우는 기재와의 밀착성이 저하되며, 작업성이 나빠질 수 있다.

상기 방열 필러는 그 재질에 있어서 우수한 열전도성과 방열성을 가지는 것이라면 제한 없이 선택할 수 있다. 또한, 상기 방열 필러의 형상은 제한이 없으며, 구조에 있어서도 다공질이거나 비다공질일 수 있고, 목적에 따라 달리 선택할 수 있다. 다만, 바람직하게는 우수한 방열성능, 방열 코팅막의 형성 용이성, 방열 코팅막 형성 후 균일한 방열성능, 방열 코팅막의 표면 품질을 달성하면 바람직하다.

방열도료에서 바인더는 도막의 열적, 기계적 강도를 좌우하므로 용도에 따라 선택이 가능하다. 우레탄 수지 바인더는, 강도와 내열성이 높은 박막부터 유연하고 탄성이 있는 박막까지 디자인할 수 있는 장점이 있다.

상기 용제는 선택되는 바인더 수지, 경화제 등에 따라 이에 맞는 용매를 선택할 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하는 것은 아니며, 상기 용매로는 각 성분의 적절한 용해를 가능케 하는 임의의 용매를 사용할 수 있다. 상기 용제는, 구체적으로 아세테이트 용매를 사용할 수 있고, 더욱 구체적으로 N-부틸아세테이트, 아세테이트, 에틸아세테이트, 아밀아세테이트, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 및 3-메톡시부틸아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(PGMEA)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 사용할 수 있다.

상기 용제의 첨가량이 높을수록 점도가 낮아지고 입자의 침강 속도가 빨라지고, 용제의 첨가량이 적을수록 점도는 높아지나 분산 공정에서의 안정성이 떨어질 수 있으므로, 이를 고려하여 조성물에 용제가 적정량 첨가될 수 있다. 상기 용제는, 상기 방열 도료 조성물 중 10 중량% 내지 50 중량%인 것일 수 있다. 상기 용제가 상기 방열 도료 조성물 중 10 중량% 미만인 경우 상기 수지가 잘 용해되지 않고, 접착력이 우수하지 못하고, 분산성이 좋지 않으며, 점도가 높아지게 되고, 50 중량% 초과인 경우 방열을 위한 기재에 상기 방열 도료 조성물을 코팅하였을 때 공극이 형성될 수 있고, 방열효과가 저하될 수 있다.

스프레이 코팅의 경우, 상기 용제는 상기 수지와 비슷한 양을 넣어서 점도를 조절할 수 있다.

예를 들어, 상기 수지 : 용제의 중량비는 1 : 1일 수 있다. 스프레이 코터의 상태에 따라 용제의 함량을 조절할 수 있다. 바 코팅의 경우, 점도가 약간 높아야 하므로 스프레이 코팅보다는 더 적게 포함할 수 있다.

상기 조성물은 첨가제로, 소광제, 착색제, 접착증진제, 분산제, 침강방지제, 소포제 및 레벨링제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 더 포함할 있다.

상기 소광제는, 일반적으로 표면 방사율을 어느 정도 올려주며 점도 조절 역할도 한다.

상기 소광제는 이산화티타늄, 어에로젤 실리카, 하이드로젤 실리카, PP 왁스, PE 왁스, PTFE 왁스, 우레아 포름알데이드 수지 및 벤조구아민 포름알데이드 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 실리카를 포함할 수 있다. 상기 소광제는 직경 0.01~0.5 μm의 구형입자일 수 있다. 상기 소광제는 조성물 총 중량을 기준으로 2~5 중량%로 포함될 수 있다. 실리카 소광제의 경우 도료 조성물의 점도에도 영향을 미치는데 과량 첨가시 점도가 너무 높아져 스프레이 코팅시 스프레이가 원활하지 않을 수 있다.

한편, 상술한 방열도료 조성물은 방열 필러의 분산성을 향상시키고, 균일한 방열 코팅막을 구현하기 위한 분산제, 용매를 더 포함할 수 있다.

상기 소포제는 각 조성물의 혼합 중 기포의 발생과 잔류를 방지하고 도막표면에 기포나 분화구가 발생하는 것을 방지한다.

상기 레벨링제는 도막의 균일성을 향상시키고 표면 거칠기를 완화하는 효과를 낼 수 있다.

또한, 상술한 방열도료 조성물은 pH 조절제, 점도조정제, 요변성(搖變性) 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 탈수제, 난연제, 등의 각종 첨가제의 1 종류 또는 2 종류 이상이 첨가될 수도 있다. 상기 기재된 각종 첨가제는 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.

한편, 상술한 방열 도료 조성물은 코팅 건조 도막의 변색 방지, 산화에 의한 취성, 부착 강도 등의 물성저하를 방지하기 위한 산화방지제를 더 포함할 수 있다.

상기 산화방지제는 방열 도료 조성물의 산화방지제로 당업계에서 채용하는 공지된 성분을 사용할 수 있다. 일예로, 상기 산화방지제는 트리-메틸포스페이트, 트리-페닐포스페이트, 트리스(2,4-디-터트-부틸페닐)포스페이트, 트리에틸렌글리콜-비스-3-(3-터트-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트, 1,6-헥세인-디올-3(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 펜타에리스리틸-테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 2-하이드록시벤조페논, 2-하이드록시페닐벤조티아졸, 힌더드 아민, 유기 니켈 화합물, 살리실산염, 신나메이트 유도체, 레조르시놀 모노벤조에이트, 옥사닐리드 및 p-하이드록시벤조에이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 일예로, 상기 산화방지제는 2-하이드록시페닐벤조티아졸 일 수 있다.

또한, 상기 산화방지제는 바람직하게는 상기 조성물 총 중량을 기준으로 0.1~3 중량%로 포함될 수 있다. 만일 산화방지제가 0.1 중량부 미만으로 구비될 경우 장시간에 걸쳐 변색과 표면 크랙이 발생할 수 있고, 만일 산화방지제가 3 중량부를 초과하여 구비되는 경우 취성 및 부착 강도가 약해질 수 있다.

상기 접착증진제는, 에폭시에스터인산(epoxy ester phosphate acid)일 수 있다. 접착증진제는 도막과 피착물 간 계면접착성을 증진시켜주는 것으로 열충격과 장기사용시에도 도막의 박리, 균열 등을 방지한다. 상기 접착증진제는 조성물 총 중량을 기준으로 3~10 중량% 포함될 수 있다.

상기 분산제는 조성물 총 중량을 기준으로 0.1~1.5 중량%로 포함될 수 있다. 0.1 중량% 미만인 경우 상기 충전제가 잘 분산되지 않아 응집현상이 증가할 수 있다. 분산제가 1.5중량%를 초과하여 구비될 경우 피착제의 부착 강도가 약해지거나 코팅 도막 표면에 핀홀(Pin hole) 및 오렌지 필(Orange Peel)이 발생할 수 있고, 점착력이 저하될 우려가 있다.

상기 분산제는, 방열도료 조성물의 분산성을 증대시키고, 밀도를 고르게 하며, 레올로지(Rheology) 컨트롤을 적절히 조정할 수 있도록 포함되는 것일 수 있다.

상기 분산제로, 비이온성 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 본 출원의 방열 도료 조성물을 4주 이상을 보관하는 경우 비이온성 계면활성제가 보관성을 좋게 하는 효과가 더욱 우수하다. 계면활성제는 분산매와 분산상의 표면 장력 (surface tension)을 줄여 조성물의 저장안정성을 높여주고, 피도막면과 조성물의 표면 장력을 낮춰 도막 형성을 도와준다

상기 침강방지제는 조성물의 흐름성을 조절하고, 입자의 침강과 케이킹(caking) 현상을 방지하거나 늦춰주는 역할을 한다. 상기 침강방지제는 우레아(urea)계 화합물 또는 아마이드계 화합물을 사용할 수 있고, 비중이 높은 열전도성 입자의 침강을 방지할 수 있다.

상기 방열도료 조성물은 상기 바인더 수지 내에 분산된 침강방지제를 포함하고, 이때 상기 침강방지제를 조성물 총 중량을 기준으로 0.5~1중량%로 포함될 수 있다.

방열 필름을 형성하는 경우, 먼저 금속 박막의 일면을 접착층으로 코팅하고, 반대 면을 방열도료 조성물로 코팅하여 방열 필름을 제조할 수 있다.

접착층은 콤머코팅으로, 방열 코팅층은 스프레이 코팅으로 각각 순차적으로 도막을 형성할 수 있다. 접착층과 방열층을 예를 들어 동시에 콤머 코팅으로 형성할 수도 있으나, 이 경우 접착층과 방열층의 두께 차 및 경화온도와 시간 등을 고려할 때 오히려 생산성이 떨어질 수 있다.

방열도료 조성물을 금속 박막 상에 도포하고, 일액형인 경우 120℃ 내지 180℃, 10분 내지 1시간 소성하고, 이액형인 경우 70℃ 내지 100℃에서 10분에서 1시간 동안 소성하여 방열 코팅층을 형성한다.

하기의 실시예를 통하여 본 출원을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 출원의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 출원의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

이하, 본 출원의 실시예, 비교예 및 실험예를 설명하기로 한다.

<제조예 1> 방열도료 조성물 제조

방열도료 조성물 주제 제조

아크릴 폴리올(OH value 90) 20 중량부, 카프로락톤 폴리올(OH value 280, MW 400) 20 중량부, 팽창흑연(평균입도 50 μm) 9.0 중량부, 알루미늄 파우더(Flake, 평균입도 25 μm) 4.2 중량부, 다공성 SiO₂(평균입도 4 μm) 3.2 중량부, 인산에폭시에스터 8.5 중량부, 분산제(포스포릭산 폴리에톡시알킬페놀에스테르, phosphoric ACID ester of polyethoxylated alkyl phenol) 0.5 중량부, 실리콘계 소포제(AFCONA 2722) 1.0 중량부, 침강방지제(우레아) 0.5 중량부, 슬립제(폴리에테르 폴리실록산)0.1 중량부. N-부틸아세테이트 13 중량부, PMA(프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트) 20 중량부를 디졸버 믹서로 균일하게 혼합하였다. 혼합액을 바스킷 밀링기(Basket mill)에 옮긴 후 3시간 밀링하였다. 최종적인 도료의 점도는 700 cps였다.

방열도료 조성물 제조

주제 100중량부에 HDI(헥사메틸렌디이소시아네이트) 삼량화제(trimer) 20 중량부를 혼합하여 철저히 교반하여 방열도료를 제조하였다.

<실시예 1> 반도체 칩 상에 방열필름 부착

일면이 접착제로 코팅되고 이형지가 부착된 구리 접착필름(총 두께 70 ㎛, 동박 45 ㎛, 접착층 25 ㎛)에 제조예 1의 방열도료를 스프레이건을 사용하여 코팅한 후 80 ℃로 셋팅된 오븐에서 30분간 방치하여 경화를 진행하였다. 제조된 방열접착필름의 방열코팅층 두께는 45 ㎛이었다.

제조한 방열 구리 접착필름을 가로x세로x두께 10mm x 10mm x 0.75mm인 칩 크기와 동일하게 재단하여 이형지를 제거한 후 칩 상에 부착하였다.

<제조예 2> 방열도료 조성물 제조

제조예 1에서 팽창흑연 대신 인상흑연을 사용한 것 외에는 제조예 1과 동일하다.

<실시예 2> 반도체 칩 상에 방열필름 부착

제조예 1의 조성물을 구리 접착필름 대신 알루미늄 접착필름(총 두께 70 ㎛, 알루미늄박 40 ㎛, 접착층 30 ㎛)을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 방열 알루미늄접착필름을 제조하였다. 도 2는 실시예 1과 실시예 2의 방열필름을 나타낸 것이다.

제조한 방열 알루미늄 접착필름을 위의 칩 크기와 동일하게 재단하여 이형지를 제거한 후 칩 상에 부착하였다.

<실시예 3> 반도체 칩 상에 구리증착층 형성

증착장비를 사용하여 칩의 표면에 구리층을 증착형성하였다. 구리층의 두께는 350 nm였다. 그 이후 제조예 1의 방열 도료 조성물을 코팅하였다.

<비교예 2> 반도체 칩 상에 방열도료 코팅

위에서 설명한 방열도료를 가로x세로x두께 10mm x 10mm x 0.7mm인 반도체 칩의 윗면(단자 없는 면)에 스프레이 코팅한 후 80 ℃에서 30분 경화하여 방열코팅층을 형성하였다.

<실험예 1> 방열성능 평가

도 1, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 방열성능 평가를 실시하였다. 반도체 칩과 동일한 크기의 세라믹히터를 서멀패드를 사용하여 밀착시킨 후 히터와 칩 표면온도에 온도센서를 부착한 후, 27 ℃의 대류가 없는 환경에 시료를 설치한 다음, 히터에 전압을 인가하고 히터 온도가 평형을 이룰 때의 온도를 기록하였다. 히터 용량은 0.8W, 써멀패드의 열전도율은 12 W/m.K였다.

비교예 1: 방열처리 하지 않은 칩 자체의 방열성 측정

비교예 2: 칩 상에 방열도료를 직접 코팅한 시료의 방열성 측정

실시예 1: 칩 상에 구리 방열접착필름을 부착한 시료의 방열성 측정

실시예 2: 칩 상에 알루미늄 방열접착필름을 부착한 시료의 방열성 측정

실시예 3: 칩 상에 구리 증착박막을 형성한 후 방열도료 코팅 처리한 시료의 방열성 측정

상기 방열 성능 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3
히터온도(℃)	104.1	102.3	100.4	101.1	99.8
칩 표면온도(℃)	101.2	99.7	95.4	97.1	93.2

비교예 1과 2를 비교하면 칩 상에 방열도료를 직접 코팅하는 것은 칩 자체의 방열온도를 기준으로 1~2 ℃의 방열효과만 얻어졌다. 이에 비해 칩과 방열도료 사이에 금속층이 존재하는 실시예 1 내지 3의 경우는 칩 자체에 비해 월등한 표면 온도 하락을 확인할 수 있다. 실시예 1과 실시예 2의 경우 구리필름이 알루미늄에 비해 방열효율이 좋은 이유로 구리가 알루미늄에 비해 열전도율이 높고, 접착층의 두께에 차이가 있는 점을 고려할 수 있다.

실시예 3은 구리층의 두께가 필름에 비해 매우 얇으나 방열효율은 실시예 1보다 우수함을 알 수 있다. 이는 금속층의 두께가 방열효율에 미치는 영향이 크지 않고 다만 열전도 촉매 역할을 할 정도면 충분하다고 할 수 있으나, 필름 형태의 경우 접착제의 열차단 효과를 고려해야 한다고 판단된다. 따라서 열전도율이 높은 접착제로 코팅된 금속박 접착필름을 사용할 경우 실시예 1 또는 2보다 우수한 방열효과를 얻을 수 있을 것이다.

<실험예 2> SSD 칩의 방열 성능 평가

실시예 1의 방열접착필름을 실제 컴퓨터 보드 위 SSD 칩 상에 부착하여 열화상 카메라로 측정하여 방열 성능을 확인하였다. 도 5는 SSD 칩을 나타낸 것이다. 도 5의 SSD 칩(220) 상에 구리 방열접착필름을 칩과 같은 크기로 재단하여 부착한 후 부착 전과 후를 비교하였다. 도 6은 SSD 칩을 칩을 컴퓨터 메인보드에 장착한 후 전류인가 후 열화상 카메라의 이미지를 나타낸 것이다.

도 7은 전류 인가 후 SSD의 시간 경과에 따른 온도상승을 도시한 그래프이다. 도 7에서 SSD는 필름 부착 없이 측정한 비교예 1을 나타낸 것이고, FROST는 실시예 1의 방열 필름을 부착하여 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 7을 참조하면, SSD의 표면온도는 방열필름 부착 전 후의 온도차가 약 6 ℃ 차이 남을 알 수 있다.

<실험예 3> 방열 효율의 측정

제조예 1과 제조예 2의 조성물의 밀링 시간에 따른 방열 효율의 측정 결과를 도 8에 나타내었다. 팽창흑연의 경우 3시간 이상 밀링하였을 때 방열 효율이 매우 좋음을 확인할 수 있다. 방열 효율(Heat radiation efficiency)은 기존 시판 도료 대비 온도저하 효율(℃ 기준)로 나타내었다.

<실험예 4> 열전도도의 측정

실시예 1에 대하여 25℃에서 밀링 시간에 따라 열전도도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 팽창흑연을 3시간 밀링하였을 때 열전도도가 매우 우수함을 확인할 수 있다.

	1시간	2시간	3시간
수직 열전도도(W/m.K)	1	0.9	1.44
수평 열전도도(W/m.K)	4	5	5.2

도 9는 밀링 전의 팽창흑연을 나타낸 것이고, 도 10은 3시간 밀링 후 팽창흑연의 SEM 사진을 나타낸 것이며, 도 11은 3시간 밀링 후 팽창흑연의 TEM 사진을 나타낸 것이다.

본 출원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 출원이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 출원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 방열 코팅층 20: 금속층
30: 접착층 200: 반도체 칩
220: SSD 칩 300: 세라믹 히터

Claims

반도체 부품의 냉각 방법에 있어서,
반도체 부품과 방열 코팅층 사이에 금속층을 위치시키는 단계를 포함하고,
상기 방열 코팅층은,
우레탄 바인더 수지 및 열전도성 입자를 포함하는 방열 도료 조성물로 형성된 것이고,
상기 열전도성 입자는,
팽창흑연을 2시간 내지 6시간 동안 밀링하여 박리시킨 그래핀나노플레이트(GNP) 및 그래핀 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금속층은,
알루미늄 또는 구리로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 방열 코팅층의 두께는 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금속층을 위치시키는 단계는,
금속층의 상면에 방열 코팅층이 형성되고, 금속층의 하면에 접착층이 형성된 접착 시트를 반도체 부품 표면에 부착시키는 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 금속층은,
두께가 10 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 접착층의 두께는 10 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금속층을 위치시키는 단계는,
반도체 부품의 상면을 금속으로 증착하여 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 금속층의 상면에 방열 도료 조성물을 코팅하여 방열 코팅층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 금속층의 두께는,
10~500 nm 인 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 방열 도료 조성물은,
조성물 총 중량을 기준으로, 우레탄 바인더 수지 70 내지 85 중량%; 열전도성 입자 12 내지 25 중량%; 및 첨가제 3 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 우레탄 바인더 수지는,
아크릴 폴리올 및 카프로락톤 폴리올 중 적어도 하나 이상과,
이소시아네이트와의 반응으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 열전도성 입자는,
조성물 총 중량을 기준으로, 탄소 소재 5~15 중량%; 금속 분말 2~5 중량%; 및 방열필러 2~5 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 부품은,
반도체 칩, 방열판, 방열핀 또는 반도체 칩의 케이스인 것을 특징으로 하는 반도체 부품의 냉각 방법.
접착층;
접착층의 상면에 위치하는 금속층; 및
상기 금속층의 상면에 위치하는 방열 코팅층; 을 포함하고,
상기 방열 코팅층은,
우레탄 바인더 수지 및 열전도성 입자를 포함하는 방열 도료 조성물로 형성된 것이고,
상기 열전도성 입자는,
팽창흑연을 2시간 내지 6시간 동안 밀링하여 박리시킨 그래핀나노플레이트(GNP) 및 그래핀 중 하나 이상을 포함하는 방열 도료 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 부품용 방열 필름.
청구항 13에 있어서,
상기 우레탄 바인더 수지는,
아크릴 폴리올 및 카프로락톤 폴리올 중 적어도 하나 이상과,
이소시아네이트와의 반응으로 형성된 것이고,
상기 방열 도료 조성물은,
조성물 총 중량을 기준으로, 우레탄 바인더 수지 70 내지 85 중량%; 열전도성 입자 12 내지 25 중량%; 및 첨가제 3 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품용 방열 필름.
청구항 13에 있어서,
상기 열전도성 입자는,
조성물 총 중량을 기준으로, 탄소 소재 5 내지 15 중량%; 금속 분말 2 내지 5 중량%; 및 방열필러 2 내지 5 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품용 방열 필름.
청구항 13에 있어서,
상기 열전도성 입자는,
조성물 총 중량을 기준으로, 팽창흑연과, 그래핀나노플레이트(GNP) 및 그래핀 중 하나 이상의 혼합물 5 내지 15 중량%; 알루미늄 분말 2 내지 5 중량%; 및 실리카 2 내지 5 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부품용 방열 필름.
청구항 13에 있어서,
상기 금속층은,
알루미늄 또는 구리로 형성된 것이고,
두께가 10 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 부품용 방열 필름.
청구항 13 내지 청구항 17 중 어느 한 항의 방열 필름이 부착된 반도체 부품.