KR102454428B1 - 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 및 수평 방향의 열전도 향상을 위한 폴리머 패드 제조 방법에 관한 것으로, 소형 전기·전자 기기의 방열을 위한 폴리머 패드(Thermal Pad)의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은, 열팽창 계수와 열 변형이 낮은 액상 실리콘(110)과 경화제(120)를 혼합하여 폴리머 패드의 구성체인 액상 용액(100)을 제조하는 제1 단계(S100)와; 상기 제조된 액상 용액(100)에 알루미나 분말(210), 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)을 일정 비율로 혼합하여 충진재(200)를 제조하는 제2 단계(S200) 및; 상기 제조된 액상 용액(100)에 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330)를 2:3:5로 구성(혼합)된 3종의 열전도재를 제조하는 제3단계(S300)와; 상기 제2 단계 및 제3 단계에서 제조된 충진재(200)와 열전도재(300)를 교반기(400)에 넣어 균일하게 섞어 폴리머 패드 제조용 반죽(dough)을 만드는 제4단계(S400)와; 상기 교반기(400)를 사용하여 교반된 폴리머 반죽을 폴리머 패드 성형기(500)에 넣어 일정한 두께를 가지도록 얇게 펼쳐 판으로 제작하거나 일정한 형태의 덩어리로 성형되는 제5 단계(S500)와; 상기 폴리머 판이나 폴리머 덩어리를 전기·전자 기기용에 사용하기 위한 적합한 두께와 크기 및 형태로 폴리머 패드를 가공하는 제6 단계(S600)와; 상기 제6단계에서 제작된 폴리머 패드를 일정한 크기로 절단하여 점착성을 가지도록 표면을 처리한 후, 150℃~200℃의 고온 경화로(600)에서 경화하여 폴리머 패드의 제조를 가공하는 제7 단계(S700)가 포함되는 것을 특징으로 하는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법을 구현함으로써, 소형 전기·전자 기기의 방열에 필요한 열전도율을 높여 기기의 성능 저하와 수명 감소를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드와 그 제조 방법{Polymer pad having improved heat conduction function and manufacturing method thereof}

본 발명은 높은 열전도 성능을 가지는 폴리머 패드와 그 제조 방법에 관한 것으로, 높은 열전도 물질(TIM; Thermal Interface Material)로 만들어진 열전도 폴리머 패드(Polymer Pad)를 통해 전자기기와 전력 변환 기기의 방열 기능을 강화하여 열에 의한 기기의 성능과 수명을 유지할 수 있도록 한 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드와 그 제조 방법에 관한 것이다.

전기 및 전자기기와 전력 변환 장치들의 소형 경량화에 따라 특정 부위의 열 발생원(Hot Spot)과 기기와 장치의 전반적인 발열로 그 수명에 영향을 미칠 수 있는 고온의 영향을 최소화하기 위한 발열 처리 기술의 개발이 요구되고 있다.

이러한 열처리 기술은, 소형기기들에 내장된 반도체 스위칭 소자들이 집중되어있는 중앙처리장치(CPU, Central processing Unit)나 그래픽처리장치(GPU, Graphic Processing Unit) 등의 패키지화된 IC 칩(Chip)과 전력용 반도체에 의한 스위칭 손실, 리튬 배터리 등의 전기 에너지원의 충전과 방전에 의한 보드 패키지(Board Package)의 발열체(1)와 히트 싱크(Heat Sink)(3) 및 기기의 케이스 열방사체 간의 (도 1) 열전도율을 높일 수 있는 방열패키지(Heat Dissipation Package)를 통해 기기와 장치의 성능 저하와 수명 감소를 최소화하는 것이다.

방열패키지에는 열전달 기능이 좋은 물질(TIM: Thermal Interface Material)이 선택되어야 하며, 열전달 물질 선택에서 요구되는 기본 특성은 장착과 사용의 용이성과 수명과 신뢰성, 열이나 사용 기간에 따른 변형이 없을 것, 기기 표면의 조도(Roughness)에 의한 접촉저항 감소 및 가격 경쟁력 등으로 압축될 수 있다. 기기 표면의 조도(거친 정도)에 의하여 기공이 존재하면 공기의 낮은 열전도도(약 0.03 W/mK)로 인하여 방열 효과가 낮아진다. 이러한 성능들을 만족하기 위해서는 많은 소재와 물질들이 개발되고 있다.

그 예로서 US 2017/0345734 A1(2017.11.30.)의 열 전도성 시트에는 그라파이트 써멀 시트의 제조 방법이 제안된 바 있다.

그러나 위 특허기술의 경우, 시트의 수직 방향인 판상 방향의 열전도성은 높으나 판상 방향과 90도 방향인 수평 방향의 열전도도는 낮아지는 단점이 있다. 또한 판상 그라파이트 박막의 두께가 10μm~2.0mm에서는 수평방향(혹은 그라파이트의 수평면)으로 열을 전도시키는 천연 및 인조 그라파이트의 열전도도가 200W/mK~2,500W/mK이고, 수직 방향으로 열을 전도시키는 열전도도는 3W/mK~20W/mK 이므로, 수평 및 수직 양방향의 열전도도가 동시에 높은 열전도 물질(TIM)의 개발이 요구되고 있다. 그리고 위 특허기술에는 판상 인조 그라파이트의 수직 배열을 위해 고가 장비인 초전도를 이용한 고자장 장비가 요구되므로 써멀 패드 제조에 따른 높은 비용이 소용되는 문제점이 여전히 남아 있다.

한편, 본 출원인에 의해 등록받은 대한민국 등록특허공보(B1) 제10-2305132호(2021.09.16.)의 수직 및 수평 방향의 고 열전도 기능을 갖는 써멀 패드 및 그 제조 방법에 의하면, 3종의 열전도재(200)와, 3종 금속산화물인 충진재(300)를 1:1:3 비율로 혼합하는 제2 단계(S200)와; 성형된 써멀 패드를 일정한 규격의 사각형 도형으로 절단하여 섞은 후, 퍼즐 맞추기 방식으로 임의의 도형들을 재배치하여 연결시킨 열처리 및 경화용 써멀 패드를 가공하는 제5 단계(S500)가 개시되어 있다.

그러나 위 등록특허는 그라파이트 분말(210)과 플레이크 그래핀(220) 및 인조 다이아몬드 분말(230)로 하는 우수한 3종의 열전도재(200)를 사용하고도 알루미나 분말(310)과 산화아연 분말(320) 및 페라이트 분말(330)로 하는 3종 금속산화물인 충진재(300)와 동시에 혼합하기 때문에 수직 및 수평 방향으로의 고 열전도 향상을 위해서는 제5 단계(S500)의 “퍼즐 맞추기”와 같은 복잡한 공정이 불가피하고, 이로 인해 써멀 패드 제작에 따른 비용이 상승하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 고안된 것으로, 종래 기술과 달리 액상 용액에 충진재와 열전도재를 각각 별도로 제조한 후, 반죽(dough)과 성형 및 고온 가열을 통해 폴리머 패드를 제조하는 방법을 구현함으로써, 소형 전기·전자 기기와 장치의 방열 기능성을 높여 기기와 장치의 성능 저하와 수명 감소를 최소화하도록 한 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법을 통한 폴리머 패드를 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 소형전기·전자 기기의 방열을 위한 폴리머 패드(Thermal Pad)의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은, 열팽창 계수와 열 변형이 낮은 액상 실리콘(110)과 경화제(120)를 혼합하여 폴리머 패드의 구성체인 액상 용액(100)을 제조하는 제1 단계(S100)와; 상기 제조된 액상 용액(100)에 알루미나 분말(210), 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)을 일정 비율로 혼합하여 충진재(200)를 제조하는 제2 단계(S200) 및; 상기 제조된 액상 용액(100)에 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330)를 2:3:5로 구성(혼합)된 3종의 열전도재를 제조하는 제3단계(S300)와; 상기 제2 단계 및 제3 단계에서 제조된 충진재(200)와 열전도재(300)를 교반기(400)에 넣어 균일하게 섞어 폴리머 패드 제조용 반죽(dough)을 만드는 제4단계(S400)와; 상기 교반기(400)를 사용하여 교반된 폴리머 반죽을 폴리머 패드 성형기(500)에 넣어 일정한 두께를 가지도록 얇게 펼쳐 판으로 제작하거나 일정한 형태의 덩어리로 성형되는 제5 단계(S500)와; 상기 폴리머 판이나 폴리머 덩어리를 전기·전자 기기용에 사용하기 위한 적합한 두께와 크기 및 형태로 폴리머 패드를 가공하는 제6 단계(S600)와; 상기 제6단계에서 제작된 폴리머 패드를 일정한 크기로 절단하여 점착성을 가지도록 표면을 처리한 후, 150℃~200℃의 고온 경화로(600)에서 경화하여 폴리머 패드의 제조를 완성하는 제7 단계(S700)가 포함되는 것을 특징으로 하는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330)를 낮은 열팽창 계수와 0.8~2.2g/㎤의 비중 및 5μm~30μm의 크기를 가지는 열전도재를 88.4:2.3:9.3의 비율로 상기 액상 용액(100)에 혼합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 단계의 금속산화물인 충진재(200)는, 알루미나 분말(210)과 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)로 하는 5종이며, 상기 알루미나 분말, 산화아연 분말, 질화알루미늄 분말, 페라이트 및 SiC 분말을 40:20:30:7:3 의 비율로 상기 액상 용액(100)에 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 단계의 알루미나 분말(210), 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)과 상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소 섬유(330)를 상기 액상 용액(100)과 혼합할 경우, 상기 분말 중에서 2종 이상의 분말이 선택되어 상기 액상 용액(100)에 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)은, 천연 그라파이트 분말과 인조 그라파이트 분말이 사용되며, 상기 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330) 중에서 어느 하나 또는 2개 이상의 분말이 상기 액상 용액(100)에 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2단계 및 제3단계에서 상기 액상 용액(100)과 충진재(200) 및 열전도재(300)의 혼합 비율 조정을 통해 폴리머 패드의 열전도도와 경도가 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드와 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 휴대용을 포함한 컴퓨터, SMPS(Switching Mode Power Supply), 통신 중계기, 배터리 팩 냉각 등의 전기·전자 기기의 활용에 따른 과열을 열전도도가 높은 TIM을 통해 효과적으로 분산시켜 줌으로써, 기기의 신뢰도성을 높이고 수명 단축을 최소화시킬 수 있다.

(2) 본 발명은 상대적으로 낮은 그라파이트의 수직 방향의 열전도도로 인해, 전기·전자 기기에서 발생하는 국부 발열을 더 효과적으로 분산시킬 수 있다.

(3) 본 발명은 전기·전자 기기에서 발생하는 열을 용이하게 외부 또는 히트 싱크로 효과적으로 전달하는 폴리머 패드를 고가의 초전도 장비를 이용하지 않고도 대량으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 기술을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법에 대한 기술적 구성을 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법에 대한 플로 차트

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가하면서, 같은 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 하며 비록 종래 기술과 같은 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단될 때는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드와 그 제조 방법에 대한 핵심 기술적 구성 수단은, 크게는 액상 용액(100)과 충진재(200), 열전도재(300), 교반기(400), 폴리머 패드 성형기(500), 고온 경화로(600), 착자기(700) 및 탈자기(800)로 이루어져진다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에서는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법은 다음과 같다.

먼저, 상기 방법은, 열팽창 계수와 열 변형이 낮은 액상 실리콘(110)과 경화제(120)를 혼합하여 폴리머 패드의 구성체인 액상 용액(100)을 제조하는 제1 단계(S100)를 갖는다.

여기서 상기 액상 용액(100)은 폴리머 패드의 혼합물을 지지하는 구성체로서 액상 실리콘(110)과 경화제(120)가 혼합된다. 이때 혼합 비율은 폴리머 패드의 열전도율 향상과 관련한 경화 진행 속도와 경화 효율에 큰 영향을 받기 때문에 최적의 혼합 비율이 요구된다. 다시 말해서 알루미나 분말(210)과 산화아연(ZnO) 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)로 하는 폴리머 패드의 충진재(200)의 입자 크기와, 제조된 폴리머 패드의 경도는 열전도도를 크게 향상시키는 그라파이트(Graphite) 분말(310)과 그래핀(Flake Graphen, 320) 및 탄소섬유(330)로 하는 폴리머 패드의 열전도재(200)의 혼합 비율에 따라 큰 영향을 받기 때문에 상기 분말들의 선택과 혼합 비율에 각별히 주의하여야 한다. 특히 상기 그라파이트(Graphite) 분말(310)과 그래핀(Graphen, 320) 및 탄소섬유(330)의 혼합 비율에 따라 폴리머 패드 제조 시 종래의 문제점인 수직방향으로의 열전도도 향상에 중요한 기능과 역할을 수행하기 때문이다.

따라서 본 발명의 실시 예에서는 앞서 배경기술에서 언급된 종래 열전도 패드가 수평방향에 비해 수직방향으로의 열전도도가 현저히 떨어지는 문제점을 개선시키기 위해서는, 흑연(Graphite)으로부터 물리적으로 박리하는 과정을 거쳐 생산된 작은 면상 모양의 구조를 갖는 그래핀(Graphen,220)을 통해 기기 내부에서 발생한 열을 수평 및 수직 방향으로 전달하여 국부(Hot Spot)적인 발열이 발생하지 않도록 효과적으로 분산시켜 방열함으로써, 종래 문제점을 크게 개선시킬 수 있게 된다.

다음 공정은 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제조된 액상 용액(100)에 알루미나 분말(210), 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)을 일정 비율로 혼합하여 충진재(200)를 제조하는 제2 단계(S200)를 갖는다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제2 단계의 금속산화물인 충진재(200)는, 알루미나 분말(210)과 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)로 하는 5종이며, 상기 알루미나 분말, 산화아연 분말, 질화알루미늄 분말, 페라이트 및 SiC 분말을 40:20:30:7:3의 비율로 상기 액상 용액(100)에 혼합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제2 단계의 알루미나 분말(210), 산화아연 분말(220), 질화알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)과 상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소 섬유(330)를 상기 액상 용액(100)과 혼합할 경우, 상기 분말 중에서 2종 이상의 분말이 선택되어 상기 액상 용액(100)에 혼합될 수 있다.

다음 공정은 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제조된 액상 용액에 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330)를 2:3:5로 구성(혼합)된 3종의 열전도재를 제조하는 제3단계(S300)를 갖는다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330)를 낮은 열팽창 계수와 0.8~2.2g/㎤의 비중 및 5μm~30μm의 크기를 가지는 열전도재를 88.4:2.3:9.3의 비율로 상기 액상 용액(100)에 혼합될 수 있다.

여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 충진재(200)인 알루미나 분말(210)과 산화아연 분말(220), 질화알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240), SIC 분말(250)은 모두 금속산화물로서 이들 역시 열전도 특성이 매우 우수하여 수직 및 수평 방향으로의 열전도도를 향상시킬 수 있는 보조 기능을 수행한다. 또한 상기 그라파이트 분말(310)이나 그래핀(320) 및 탄소섬유(330)는 열전도도를 향상시키는 주 기능을 수행한다.

따라서 상기 제1 단계의 액상 용액(100)과 상기 제2 단계의 충진재(200) 및 제3 단계의 열전도재(300)를 2:3:5의 혼합 비율을 통해 수직과 수평 방향으로 열전도도를 향상시킬 수 있는 독특한 폴리머 패드를 제조할 경우, 전기·전자 기기에서 발생된 고온의 열을 히트 싱크 등으로 신속하게 방열시킬 수 있으므로 기기의 신뢰도성을 높이고 수명 단축을 최소화할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)은, 천연 그라파이트 분말과 인조 그라파이트 분말이 사용되며, 상기 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330) 중에서 어느 하나 또는 2개 이상의 분말이 상기 액상 용액(100)에 혼합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제2 단계 및 제3 단계에서 상기 액상 용액(100)과 충진재(200) 및 열전도재(300)의 혼합 비율 조정을 통해 폴리머 패드의 열전도도와 경도가 제어될 수 있다.

여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제2 단계의 충진재(200)와 제3 단계의 열 전도재(300)를 앞서 배경기술에서 언급된 바와 같이 동시에 혼합하는 것이 아니라 각각으로 제조한 후, 후술되는 제4 단계에서 폴리머 패드 제조 반죽을 만들기 때문에 앞서 배경기술에서 언급된 종래 기술의 제5 단계(S500)와 같은 “퍼즐 맞추기 공정”이 필요 없기 때문에 폴리머 패드 제작에 따른 복잡한 공정이 늘어나지 않아 비용이 상승하는 문제점을 해소할 수 있다.

다음 공정은 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제2 단계 및 제3 단계에서 제조된 충진재(200)와 열전도재(300)를 교반기(400)에 넣어 균일하게 섞어 폴리머 패드 제조용 반죽(dough)을 만드는 제4단계(S400)를 갖는다.

여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 교반기를 사용하는 이유는, 기기와 히트 싱크의 거친 표면 때문에 생기는 열전도도가 낮은 기공을 최소화하기 위해서는 가급적 유연(Soft)하게 해야한다. 즉, 폴리머 패드 제조 시 상기 폴리머 패드 내부에 포함될 수 있는 열전도도를 방해하는 단열 혹은 열저항 기능을 갖는 기공 발생을 최소화시킬 수 있는 특징이 있다. 또한 상기 교반기를 사용함으로써, 작은 면상 모양의 그래핀(Graphen)이 1~2층으로 적층된 구조를 갖는 그래핀(Graphen)의 적층구조가 파괴되지 않는 특징이 있다.

다음 공정은 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 교반기(400)를 사용하여 교반된 폴리머 반죽을 폴리머 패드 성형기(500)에 넣어 일정한 두께를 가지도록 얇게 펼쳐 판으로 제작하거나 일정한 형태의 덩어리로 성형되는 제5 단계(S500)를 갖는다.

여기서 상기 성형되는 폴리머 패드(Polymer-Pad)는, 상기 폴리머 패드 성형기(630)를 통해 다양한 형태로 성형이 가능하며, 또한 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제5 단계의 성형된 폴리머 패드를 소형 전기·전자 기기들에 장착 시 효율적인 열전도도 향상을 위한 접착력을 높이기 위해서는 전기·전자 기기들의 모양이나 그 형상들에 적합한 것으로 성형 가공이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제5 단계의 폴리머 패드 성형기(630)는, 전기·전자 기기의 방열에 적합하도록 폴리머 패드의 두께와 크기 및 형태를 임의로 제조하기 위한 금형 틀이 사전에 구비되어 교체 가능한 것 포함될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제5 단계의 폴리머 패드 성형 후, 착자기(Magnetizer, 700)를 사용하여 혼합된 상기 충진재(200)의 페라이트 분말(240)을 자화시키는 과정 및 상기 자화된 페라이트 분말에 대해 탈자기(Demagnetizer, 800)를 사용하여 자력이 있는 상태로 사용하거나, 자력을 없애는 탈자 과정을 포함될 수 있다.

여기서, 상기 자화 과정은 코일에 감기 자성체를 띤 페라이트 분말(340)에 착자기(Magnetizer, 700)로부터 공급되는 전류에 의해 자계를 발생시키는 기능을 가진 착자 요크(Yoke)에 의해 여러 가지 패턴의 자극 모양을 착자(혹은 자화)시킬 수 있다. 최적의 자화를 위한 착자 요크(Yoke)는 자속밀도와 착자 파형을 고려하여 선택할 필요가 있다. 또한, 상기 탈자 과정은 상기 착자기(Magnetizer, 700)를 통해 자화시킨 폴리머 패드에 새로운 패턴이 요구될 경우 상기 탈자기(Demagnetizer, 800)를 사용하여 교류 전류와 비슷한 교류 자기, 즉 N과 S극을 번갈아주어 폴리머 패드에 잔류하는 자기를 제거하면 된다. 이러한 자화 과정과 탈자 과정을 갖도록 하는 것은 폴리머 패드의 열전도도를 향상시키기 위한 것이다.

다음 공정은, 도 2를 참조하여, 상기 제5 단계에서 성형된 상기 폴리머 판이나 폴리머 덩어리를 전기·전자 기기용에 사용하기 위한 적합한 두께와 크기 및 형태로 폴리머 패드를 가공하는 제6 단계(S600)를 갖는다.

여기서, 상기 제6 단계의 제작된 폴리머 패드는 상기 제5 단계에서 성형된 폴리머 패드에 혼합된 작은 면상 모양의 그래핀(Graphen)이 1~2층으로 적층된 구조를 갖는 그래핀(Flake Graphen, 320)의 수직 및 수평방향을 임의로 섞거나 일정 방향성을 가지게 함으로써, 상기 제5 단계에서 최초로 성형된 폴리머 패드보다 패드의 열전도도는 보다 더 향상시킬 수 있게 된다.

따라서 종래 기술의 수직방향으로의 열전도도가 현저히 떨어지는 문제점을 개선시킬 수 있다. 또한 배경기술에서 언급된 바와 같이 판상 인조 그라파이트의 수직 배열을 위해 고가 장비인 초전도를 이용한 고자장 장비가 필요하지 않으므로, 폴리머 패드 제조에 따른 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 특징이 있다.

마지막 공정으로 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제6 단계에서 제작된 폴리머 패드를 일정한 크기로 절단하여 점착성을 가지도록 표면을 처리한 후, 150℃~200℃의 고온 경화로(600)에서 경화하여 폴리머 패드의 제조를 완성하는 제7단계(S700)가 포함된다.

여기서 상기 고온 경화로(600)는, 폴리머 패드의 두께와 크기 및 모양에 따라 열처리 및 경화시키는 온도 차이가 있으므로, 상기 고온 경화로(600)에는 수동 또는 자동으로 온도 조절이 가능한 별도의 장치가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제7 단계의 제조 완성하는 폴리머 패드는, 상기 제1 단계 내지 제7 단계의 제조 공정을 일괄로 처리하는 일괄 제조 공정 시스템을 통해 폴리머 패드를 대량으로 생산 가능한 것이 포함될 수 있다.

여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 폴리머 패드는 국부 발열을 효과적으로 차단할 수 있는 일괄 제조 공정으로 중층 박막 필름 제조가 가능함으로써, 전기·전자 기기의 발열 성능을 개선시키는 폴리머 패드를 대량으로 제조할 수 있는 특징이 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 상기 제1 단계 내지 제7 단계의 폴리머 패드 제조 방법에 따라 제조된 열전도가 향상된 폴리머 패드인 것이 포함될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 액상용액 110 : 액상 실리콘
120: 경화제 200 : 충진재
210 : 알루미늄 분말 220 : 산화아연 분말
230 : 질화알루미늄 분말 240 : 페라이트 분말
250 : SIC 분말 300 : 열전도재
310 : 그라파이트 분말 320 : 그래핀
330 : 탄소섬유 400 : 교반기
500: 폴리머 패드 성형기 600 : 고온 경화로
700 : 착자기 800 : 탈자기

Claims (10)

1. 소형 전기·전자 기기의 방열을 위한 폴리머 패드(Thermal Pad)의 제조 방법에 있어서,
   상기 방법은, 열팽창 계수와 열 변형이 낮은 액상 실리콘(110)과 경화제(120)를 혼합하여 폴리머 패드의 구성체인 액상 용액(100)을 제조하는 제1 단계(S100)와;
   상기 제조된 액상 용액(100)에 알루미나 분말(210), 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)을 일정 비율로 혼합하여 충진재(200)를 제조하는 제2 단계(S200) 및;
   상기 제조된 액상 용액(100)에 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330)를 2:3:5로 구성(혼합)된 3종의 열전도재를 제조하는 제3단계(S300)와;
   상기 제2 단계 및 제3 단계에서 제조된 충진재(200)와 열전도재(300)를 교반기(400)에 넣어 균일하게 섞어 폴리머 패드 제조용 반죽(dough)을 만드는 제4단계(S400)와;
   상기 교반기(400)를 사용하여 교반된 폴리머 반죽을 폴리머 패드 성형기(500)에 넣어 일정한 두께를 가지도록 얇게 펼쳐 판으로 제작하거나 일정한 형태의 덩어리로 성형되는 제5 단계(S500)와;
   상기 폴리머 판이나 폴리머 덩어리를 전기·전자 기기용에 사용하기 위한 적합한 두께와 크기 및 형태로 폴리머 패드를 가공하는 제6 단계(S600)와;
   상기 제6단계에서 제작된 폴리머 패드를 일정한 크기로 절단하여 점착성을 가지도록 표면을 처리한 후, 150℃~200℃의 고온 경화로(600)에서 경화하여 폴리머 패드의 제조를 가공하는 제7 단계(S700)가 포함되는 것을 특징으로 하는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330)를 낮은 열팽창 계수와 0.8~2.2g/㎤의 비중 및 5μm~30μm의 크기를 가지는 열전도재를 88.4:2.3:9.3의 비율로 상기 액상 용액(100)에 혼합하는 것을 특징으로 하는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 단계의 금속산화물인 충진재(200)는, 알루미나 분말(210)과 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)로 하는 5종이며, 상기 알루미나 분말, 산화아연 분말, 질화알루미늄 분말, 페라이트 및 SiC 분말을 40:20:30:7:3 의 비율로 상기 액상 용액(100)에 혼합되는 것을 특징으로 하는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 단계의 알루미나 분말(210), 산화아연 분말(220), 질화 알루미늄 분말(230), 페라이트 분말(240) 및 SiC 분말(250)과 상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소 섬유(330)를 상기 액상 용액(100)과 혼합할 경우, 상기 분말 중에서 2종 이상의 분말이 선택되어 상기 액상 용액(100)에 혼합되는 것을 특징으로 하는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제3 단계의 그라파이트 분말(310)은, 천연 그라파이트 분말과 인조 그라파이트 분말이 사용되며, 상기 그라파이트 분말(310)과 그래핀(320) 및 탄소섬유(330) 중에서 어느 하나 또는 2개 이상의 분말이 상기 액상 용액(100)에 혼합되는 것을 특징으로 하는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2단계 및 제3단계에서 상기 액상 용액(100)과 충진재(200) 및 열전도재(300)의 혼합 비율 조정을 통해 폴리머 패드의 열전도도와 경도가 제어되는 것을 특징으로 하는 개선된 열전도 기능을 갖는 폴리머 패드 제조 방법.
   
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