KR102480164B1 - 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 열전도성 시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 열전도성 시트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법은, 별도의 압출기를 통한 압출 공정을 수행하지 않고, 열전도성 조성물을 3개 이상의 롤을 포함하여 롤투롤(roll to roll) 방식으로 압출하기 때문에, 상기 열전도성 조성물에 포함된 열전도성 물질을 롤의 두께 방향으로의 배향이 수월하고, 수지의 함침 공정이 필요가 없으므로 공정이 매우 간단하여 열전도성 시트의 제조 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 의하여 제조된 열전도성 시트는, 균일하게 분산된 열전도성 물질을 배향된 형태에서 포함함으로써, 수직 및 수평 방향에서 동시에 높은 열전도도를 가질 수 있다.

Description

그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 열전도성 시트{MANUFACTURING METHOD OF THERMALLY CONDUCTIVE SHEET COMPRISING GRAPHENE MATERIAL AND THERMALLY CONDUCTIVE SHEET MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 열전도성 시트에 관한 것이다.
일반적으로, 컴퓨터(CPU), 트랜지스터, 발광 다이오드(LED) 등의 반도체는 사용 중 발열하고, 그 열 때문에 전자 부품의 성능이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에 발열하는 전자 부품에는 방열체가 장착된다. 방열기는 금속인 것이 많기 때문에 CPU와 방열부와의 밀착을 보다 더 잘되도록 하기 위해, 시트상이나 겔상으로 한 열전도성 조성물을 삽입해 밀착도를 높이는 방법에 대한 연구가 꾸준하게 진행되고 있다.
반도체의 경우, 효율적으로 방열시키기 위해서, 열전도성 시트를 개재하여 방열핀이나 방열판 등의 히트 싱크에 장착하고 있다.
한편, 그래핀(Graphene)은 탄소 원자로 만들어진 2차원 동소체로 벌집 모양의 육각형 구조를 가지고 있으며, 체적 대비 매우 큰 비표면적(약 2600m2/g)과 이론적으로 550Fg-1의 매우 우수한 커패시터 특성 및 물리적, 화학적 안정성을 가지고 있는 소재이다. 그래핀은 에너지 저장 소재, 투명전극 필름, 배리어 필름, 그래핀/금속 복합체, 방열재 등의 무한한 응용 가능성을 가지고 있다.
이러한 그래핀 소재를 포함하여 열전도성 시트를 제조하는 방법에 있어서, 열전도성을 높이기 위한 방안으로 무기물 필러의 함량을 높이는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 무기물 필러의 함량을 높일 때 시트의 유연성이 낮아지고 제조 공정상에서 무기물 필러의 남은 재료들이 가루 형태로 떨어지는 현상으로 인한 문제점이 많이 발생하고 있다.
따라서, 열전도성을 높일 수 있는 열전도성 시트를 제조하기 위하여, 열전도성 입자들을 특정 방향으로 배향시키기 위한 기술들이 연구 중에 있다.
특허문헌 1은, 열전도성 시트 및 그의 제조 방법과 이를 적용한 반도체 장치에 관한 기술을 제안하고 있다.
보다 구체적으로, 특허문헌 1에 제한된 기술은, 상기 열전도성 시트를 제조하는 방법으로서, 결합제 전구체와, 탄소 섬유와, 무기물 충전제를 함유하는 열전도성 조성물을 압출기로 압출하여 압출 성형물을 얻는 압출 성형 공정과, 상기 압출 성형물을 경화시켜 경화물로 하는 경화 공정과, 상기 경화물을, 상기 압출 방향에 대하여 수직 방향으로 평균 두께 500㎛ 이하로 절단하는 절단 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
그러나, 특허문헌 1에 제안된 기술의 경우, 압출기를 사용하여 열전도성 조성물을 압출 성형물 상태로 압출하기 때문에, 탄소 섬유 등의 열전도성 소재의 배향 정도가 낮아 열전도성이 상대적으로 낮은 수준에서 형성될 뿐만 아니라 특정 방향(두께 방향)에서의 열전도도만 확보될 수 있는 문제점이 있으며, 더욱이 압출 시 균일한 두께로 압출이 어려워 작업성이 떨어질 뿐만 아니라, 수지와의 함침(impregnation) 공정을 추가적으로 포함함으로써 제조 효율이 많이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 열전도성 시트의 열전도성을 수직 및 수평 방향에서 동시에 높게 유지하면서 보다 제조 공정상의 편의성을 높일 수 있으며, 제조 효율이 우수한 열전도성 시트의 제조 방법에 대한 기술이 절실하게 요청되고 있다.
특허문헌 1: 한국 등록특허공보 제10-1616239호(2016.02.03.)
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점 해결을 위한 것으로, 종래의 열전도성 시트의 제조 방법과 비교하여 열전도성 시트의 열전도성을 수직 및 수평 방향에서 동시에 높게 유지하면서 보다 제조 공정상의 편의성을 높일 수 있으며, 제조 효율이 우수한 열전도성 시트의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은, 상기 언급한 과제 해결을 위하여, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 열전도성 시트를 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명은,
그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법으로서,
(a) 그래핀 소재 및 수지를 용제(solvent)에 혼합 및 교반하여 제 1 열전도성 조성물을 제조하는 단계;
(b) 상기 제조된 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)하여 상기 수지 내에서 분산된 그래핀 소재를 포함하는 제 2 열전도성 조성물을 제조하는 단계;
(c) 상기 제 2 열전도성 조성물을 3 이상의 롤을 활용한 롤투롤(roll to roll) 방식으로 압출하여 롤의 두께 방향으로 상기 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 제조하는 단계;
(d) 상기 제조된 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 경화시켜 경화된 몰드를 제조하는 단계; 및
(e) 상기 경화된 몰드를 그래핀 소재가 배향된 방향으로 커터를 사용하여 소정의 두께로 절단하는 단계를 포함하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 그래핀 소재는, 팽창 흑연(expanded graphite)인 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 팽창 흑연(expanded graphite)의 두께는 1㎚ 내지 100㎚인 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물에 포함된 수지는, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지로서, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 폴리아크릴레이트 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물에 포함된 수지는, 2액형의 실리콘 수지액이고, 상기 실리콘 수지는 비닐기를 갖는 오가노폴리실록산 및 H-Si 결합을 갖는 오가노폴리실록산을 각각 동일한 함량으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물은, 충전제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 충전제는, 알루미나, 실리카, 알루미나, 질화붕소, 티타니아, 유리, 산화아연, 탄화규소, 규소(실리콘), 산화규소, 산화알루미늄 및 금속 가루로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 충전제의 평균 직경은, 1㎛ 내지 40㎛인 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물은, 상기 제 1 열전도성 조성물 전체 100 중량부를 기준으로, 10 중량부 내지 60 중량부의 그래핀 소재, 10 중량부 내지 90 중량부의 수지 및 1 중량부 내지 60 중량부의 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 단계 (b)에서 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)한 후, 25℃의 온도에서 2시간 동안 진공 증착(evaporation)하는 공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 단계 (c)에서 제 2 열전도성 조성물을 5㎛ 이하의 간격으로 이격된 3개의 롤을 25℃의 온도 조건에서 10회 왕복으로 압출하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 단계 (d)에서 상기 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 150℃의 온도 조건에서 2시간 동안 경화하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 단계 (e)에서 상기 커터는 초음파 커터로서, 20kHz의 주파수 및 50㎛의 진폭으로 절단 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 전술한 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 의해 제조되는 열전도성 시트를 제공한다.
본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법은, 별도의 압출기를 통한 압출 공정을 수행하지 않고, 열전도성 조성물을 3개 이상의 롤을 포함하여 롤투롤(roll to roll) 방식으로 압출하기 때문에, 상기 열전도성 조성물에 포함된 열전도성 물질을 롤의 두께 방향으로의 배향이 수월하고, 수지의 함침 공정이 필요가 없으므로 공정이 매우 간단하여 열전도성 시트의 제조 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 의하여 제조된 열전도성 시트는, 균일하게 분산된 열전도성 물질을 배향된 형태에서 포함함으로써, 수직 및 수평 방향에서 동시에 높은 열전도도를 가질 수 있다.
첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 사용되는 제조 공정의 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법으로부터 제조되어 경화된 몰드의 SEM 사진이다.
도 4는, 도 3의 경화된 몰드를 슬라이스한 후, 수직 배향된 그래핀을 확대한 사진이다.
도 5는, 도 3의 경화된 몰드를 슬라이스한 후, 나노 사이즈 수준에서 관찰한 SEM 사진이다.
도 6은, 도 3의 경화된 몰드를 슬라이스한 후, 나노 사이즈 수준에서 관찰한 TEM 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 열전도성 시트에 관하여 상세히 설명하나, 상기 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 열전도성 시트의 범위가 하기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 발명은 열전도성 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법(10)은,
(a) 그래핀 소재 및 수지를 용제(solvent)에 혼합 및 교반하여 제 1 열전도성 조성물을 제조하는 단계(S10);
(b) 상기 제조된 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)하여 상기 수지 내에서 분산된 그래핀 소재를 포함하는 제 2 열전도성 조성물을 제조하는 단계(S20);
(c) 상기 제 2 열전도성 조성물을 3 이상의 롤을 활용한 롤투롤(roll to roll) 방식으로 압출하여 롤의 두께 방향으로 상기 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 제조하는 단계(S30);
(d) 상기 제조된 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 경화시켜 경화된 몰드를 제조하는 단계(S40); 및
(e) 상기 경화된 몰드를 그래핀 소재가 배향된 방향으로 커터를 사용하여 소정의 두께로 절단하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
상기 그래핀 소재는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 팽창 흑연(expanded graphite)일 수 있다.
본 명세서상의 용어 상기 "팽창 흑연"은, 흑연에 황 또는 질소 화합물을 혼합하여 흑연을 화학적으로 팽창시킨 물질을 의미할 수 있으며, 이 경우, 상기 황 또는 질소 화합물이 흑연의 층간에 침투하는 삽입 물질로 사용되어 황 또는 질소 화합물의 층간 침투에 의해 흑연의 층간 박리가 일어난 형태로서, 이때 에너지를 인가하여 더욱 물리적으로 팽창시킬 수도 있는 물질을 의미할 수도 있다.
상기 그래핀 소재의 형상은, 목적에 따라 적절하게 선택되어질 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 판상, 원주상, 각주상, 타원상 또는 편평형상 등을 들 수 있으며, 추후 열전도성 면에서 배형이 되어야 열전도성이 우수하므로, 편평형상이 바람직하다.
상기 그래핀 소재로는, 전술한 바와 같이, 팽창 흑연인 것이 바람직하나, 예를 들어 질화붕소(BN) 분말 또는 탄소 섬유 등을 사용할 수도 있다.
상기 팽창 흑연의 두께는 1㎚ 내지 100㎚인 것이 바람직하고, 상기 팽창 흑연의 두께가 1㎚ 미만인 경우, 열전도성이 충분하지 않은 문제점이 있고, 열저항성이 높아지는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 팽창 흑연의 두께가 100㎚ 초과인 경우 흑연의 단가를 고려할 경우 전체적인 생산 단가가 상승하는 문제점이 있다.
상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물에 포함된 수지는, 본 발명에 따른 열전도성 시트에 요구되는 성능에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지로는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 에틸렌-α-올레핀 공중합체 ; 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아세트산비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리아세탈, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지 ; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 (ABS) 수지, 폴리페닐렌에테르, 변성 폴리페닐렌에테르, 지방족 폴리아미드류, 방향족 폴리아미드류, 폴리아미드이미드, 폴리메타크릴산 또는 그 에스테르, 폴리아크릴산 또는 그 에스테르, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌술파이드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르니트릴, 폴리에테르케톤, 폴리케톤, 액정 폴리머, 실리콘 수지, 아이오노머 등을 들 수 있으며, 이들을 1 종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 무방하다.
상기 열경화성 수지로는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 가교 고무, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레이미드 수지, 벤조시클로부텐 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄, 폴리이미드실리콘, 열경화형 폴리페닐렌에테르, 열경화형 변성 폴리페닐렌에테르 등을 들 수 있으며, 이들을 1 종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 무방하다.
특히, 본 발명에서는 상기 수지로서, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 폴리아크릴레이트 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하여, 이는 성형 가공성, 전자 부품에 대한 접착/밀착성 등을 고려할 경우 실리콘 수지인 것이 보다 바람직하다.
하나의 예시에서, 상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물에 포함된 수지는, 2종 이상의 실리콘 수지일 수 있다.
상기 실리콘 수지는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 부가 반응형 액상 실리콘 고무, 과산화물을 가황으로 사용하는 열 가황형 미러블 타입의 실리콘 고무 등을 사용할 수 있으나, 전자 기기의 방열 부재로 사용할 경우, 전자 부품의 발열면과 히트 싱크면의 밀착성이 요구되기 때문에, 부가 반응형 액상 실리콘 고무가 보다 바람직하다.
또 다른 예시에서, 상기 실리콘 수지로는, 2액형의 실리콘 수지액으로서, 상기 실리콘 수지는 비닐기를 갖는 오가노폴리실록산 및 H-Si 결합을 갖는 오가노폴리실록산을 각각 동일한 함량으로 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 폴리알케닐알킬실록산 및 폴리알킬수소실록산은 각각 동일한 함량으로 포함하는 실리콘 수지로 하여 사용하는 것이 열전도성이 우수하므로, 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법의 경우, 상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물은, 충전제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 충전제의 형상, 재질 또는 평균 입경 등은 특별히 제한되지 않고, 목적에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 충전제의 형상의 경우, 예를 들어 구상, 타원 구상, 괴상, 입상, 편평상, 침 형상 등일 수 있으나, 충전제의 본래 기능인 충전성 측면에서 구상 또는 타원 형상이 바람직하고, 구상의 형상을 갖는 것이 보다 바람직하다.
상기 충전제의 종류는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 알루미나, 실리카, 알루미나, 질화붕소, 티타니아, 유리, 산화아연, 탄화규소, 규소(실리콘), 산화규소, 산화알루미늄 및 금속 가루로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
이 경우 충전제의 사용 함량 대비 충전성을 만족하는 측면에서 바람직하게는 알루미나를 사용할 수 있다.
상기 충전제의 평균 직경은, 1㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
상기 충전제의 평균 직경이 1㎛ 미만인 경우 경화 불량으로 인한 문제점이 발생할 수 있고, 40㎛ 초과인 경우 그래핀 소재의 배향을 저해하여 추후 경화물의 열전도율 저하 및 열저항 상승의 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법의 경우, 상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물은, 상기 제 1 열전도성 조성물 전체 100 중량부를 기준으로, 10 중량부 내지 60 중량부의 그래핀 소재, 10 중량부 내지 90 중량부의 수지 및 1 중량부 내지 60 중량부의 충전제를 포함할 수 있다.
전술한 제 1 열전도성 조성물의 성분 및 함량의 범위를 벗어나는 경우에는 포함된 그래핀 소재의 배향이 저해될 수 있고, 분산성이 낮아지는 등의 문제로 인하여, 결국 추후 제조되는 열전도성 시트의 열전도도가 낮아질 수 있는 문제점이 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 사용되는 제조 공정의 모식도이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법은, 전술한 바와 같이, 상기 제조된 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)하여 상기 수지 내에서 분산된 그래핀 소재를 포함하는 제 2 열전도성 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제조된 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)의 수행 조건은 구체적으로 요구되는 성능에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 균질기(homogenizer) 또는 음파 처리(sonication)를 하는 공정으로 수행될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)한 후에는, 25℃의 온도에서 2시간 동안 진공 증착(evaporation)하는 공정을 통하여, 제 1 열전도성 조성물에 포함되었던 용매를 제거하는 공정을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 제 2 열전도성 조성물을 3 이상의 롤(110)을 활용한 롤투롤(roll to roll) 방식으로 압출하여 롤의 두께 방향으로 상기 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 3 이상의 롤을 롤투롤 방식으로 사용할 경우, 단계적인 압출 성형을 통한 배향의 정도를 제어 및 조절할 수 있으므로, 추후 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 수직 또는 수평 방향으로의 열전도성 물질의 배향을 통하여 열전도도를 우수한 수준으로 높일 수 있다.
상기 3 이상의 롤이 사용될 경우, 제 1 롤, 제 2 롤 및 제 3 롤의 경우 나란하게 배치 및 설치될 수 있으며, 이 경우 단계적인 압출이 가능하도록 롤과 롤 사이의 간격은 동일하거나 상이할 수 있으며, 이 경우 상기 간격은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 5㎛ 이하의 간격으로 이격되어 배치 및 설치될 수 있다.
상기 제 2 열전도성 조성물의 구체적인 롤투롤 방식의 압출 조건은, 특별히 제한되지 않으나 상온(25℃)의 온도 조건에서 10회 이상 왕복으로 압출하는 공정을 수행함으로써 진행될 수 있고, 이러한 조건에서의 압출이 진행될 경우, 보다 열전도성 물질의 배향성을 높일 수 있어 보다 높은 열전도도를 갖는 열전도성 시트를 제공할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조방법은, 상기 제조된 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 경화시켜 경화된 몰드(130)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법으로부터 제조되어 경화된 몰드의 SEM 사진이다.
보다 구체적으로, 상기 롤투롤 방식으로 압출된 제 2 열전도성 조성물의 경우, 이후에는 권취되는 형태로 감아지도록 압출 성형물 형태(120)를 만들 수 있다.
상기 권취되어 있는 형태를 가진 압출 성형물은 그 다음 경화되는 공정을 수행할 수 있다. 상기 압출 성형물의 경화 방법으로는, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있는데, 폴리머로서 실리콘 수지 등의 열경화성 수지를 사용한 경우에는, 가열에 의해 경화시키는 것이 바람직하다.
상기 가열에 사용하는 장치는 원적외로 또는 열풍로 등을 사용할 수 있고, 상기 경화를 위한 가열 온도는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 40℃ 내지 150℃의 온도인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 후술하는 실시예에 기재되어 있는 바와 같이, 경화 공정을 150℃의 온도 조건에서 2시간 동안 경화함으로써 보다 빠른 공정 수행을 통하여 제조 시간을 단축할 수 있도록 하였다.
본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조방법은, 상기 경화된 몰드를 그래핀 소재가 배향된 방향으로 커터를 사용하여 소정의 두께로 절단하는 단계를 포함하여 최종 열전도성 시트(140)를 제조할 수 있다.
도 4는, 도 3의 경화된 몰드를 슬라이스한 후, 수직 배향된 그래핀을 확대한 사진이다.
상기 절단하는 단계는 상기 경화 공정이 수행된 경화물을 롤의 두께 방향으로 커터를 사용하여 소정의 두께로 절단하는 공정으로 수행될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 절단하는 단계는, 상기 경화물을 커터로 소정의 두께로 절단할 때, 상기 커터에 의해 절단되는 상기 경화물의 두께 방향에 대하여 상기 그래핀 소재 일정한 각도로 배향되는 방향으로 조절하여 절단될 수 있으며, 상기 배향되는 각도는 특별히 제한되는 것은 아니나 예를 들어 1도 내지 45의 각도일 수 있다.
상기 커터는 초음파 커터를 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우 구체적인 초음파 조건, 즉 주파수 및 진폭은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 15kHz 내지 75kHz의 주파수 및 10㎛ 내지 100㎛의 진폭의 범위 내에서 조절할 수 있다. 본 발명에서는 상기 초음파 커터의 초음파 조사 조건을 후술하는 실시에에 기재된 바와 같이 20kHz의 주파수 및 50㎛의 진폭으로 절단하는 공정을 통하여 절단면의 표면 조도를 낮춤으로써 열저항도 낮게 유지하여 결국 열전도도가 높은 열전도성 시트를 제작할 수 있다.
도 5는, 도 3의 경화된 몰드를 슬라이스한 후, 나노 사이즈 수준에서 관찰한 SEM 사진이다.
도 6은, 도 3의 경화된 몰드를 슬라이스한 후, 나노 사이즈 수준에서 관찰한 TEM 사진이다.
상기 도 5 및 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법으로부터 제조된 열전도성 시트의 경우 나노 수준에서 열전도성 입자의 배향이 잘 되어 있고, 균일하게 분산된 열전도성 물질을 배향된 형태에서 포함함으로써, 수직 및 수평 방향에서 동시에 높은 열전도도를 가질 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법으로부터 제조된 열전도성 시트에 관한 것이다.
이하, 상기 열전도성 시트에 대하여 구체적으로 설명하나, 전술한 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략한다.
상기 열전도성 시트의 두께는 0.1㎜ 이상이 바람직하고, 상기 열전도성 시트의 두께가 0.1 ㎜ 미만일 경우, 경화물의 경도에 따라 절단하는 공정에서 형상을 유지할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 의하여 제조된 열전도성 시트는, 균일하게 분산된 열전도성 물질을 배향된 형태에서 포함함으로써, 수직 및 수평 방향에서 동시에 높은 열전도도를 가질 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 제조예 및 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 제조예 및 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 제조예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
하기 [표 1] 및 [표 2]에 나타난 바와 같이, 각 실시예 및 비교예에 대한 열전도성 조성물을 사용하여 제조한 열전도성 시트 샘플을 제조하였다.
구분
(함량 %)		 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
실리콘 수지 a 40.0 34.7 29.7 27.2 24.8 25.0 20.0 22.2 8.3 25.7 13.6
실리콘 수지 b 40.0 34.7 29.7 27.2 24.8 25.0 20.0 22.2 8.3 25.7 13.6
그래핀 20 29.7 39.6 44.6 49.5 30.0 30.0 44.4 16.7 20.0 36.4
충전제 0 1.0 1.0 1.0 1.0 20.0 30.0 11.1 66.7 28.6 36.4
실리콘 수지 a: 비닐기를 갖는 오가노폴리실록산
실리콘 수지 b: H-Si 결합을 갖는 오가노폴리실록산
그래핀: 팽창 흑연(현대코마, EXP-820를 900℃에서 열박리한 팽창 흑연 그래핀, 직경 5㎛ 및 두께 10㎚)
충전제: 알루미나(Denka alumina, DAW-05, mean size 5㎛)
구분
(함량 %)		 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
실리콘 수지 a 47.06 25.74 43.48 23.21 32.89 0 21.05 51.72 24.39 24.00 13.24
실리콘 수지 b 47.06 25.74 43.48 23.21 0 15.25 15.79 13.79 24.39 24.00 13.24
그래핀 5.88 47.79 11.59 52.74 65.79 50.85 31.58 27.59 48.78 18.67 35.29
충전제 0 0.74 1.45 0.84 1.32 33.90 31.58 6.90 2.44 33.33 38.24
보다 구체적으로, 상기 [표 1] 및 [표 2]와 같은 성분 및 함량 비율로 homogenizer에 투입한 후, 4,000rpm으로 약 1시간 동안 교반 및 균질하고, 2시간 동안 음파 처리(sonication)를 진행하였다. 그 후, 교반된 물질에 25℃에서 2시간 동안 진공 증착(evaporation)을 한 후, 제조된 조성물을 도 2의 제조 설비에 투입하여, 10회 왕복시킨 후 가로 × 세로 × 높이 각각 2.5㎝의 몰딩으로 권취한 후 오븐에서 150℃의 온도로 2시간 동안 가열하여 경화물을 제조하였다. 그 후, 초음파 커터(주파수 20kHz, 진폭 50㎛)로 슬라이스하여 절단하여 열전도성 시트(가로 Х 세로 Х 높이, 25㎜ Х 25㎜ Х 3㎜)를 제작하였다.
상기 얻어진 열전도성 시트는, 그 단면을 마이크로스코프로 관찰한 결과, 팽창 흑연이 열전도성 시트의 너비 방향 또는 두께 방향에 대하여 0도 내지 10도로 배향하고 있었다.
[비교예 12]
상기 [표 1]의 실시예 1과 동일한 성분을 포함하되, 전술한 제조예에 대한 방법에서 2개의 롤을 사용하여 압출 성형물을 제조하는 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 13]
상기 [표 1]의 실시예 1과 동일한 성분을 포함하고, 전술한 제조예에 대한 방법을 따르되, 팽창 흑연의 두께가 120㎚인 그래핀을 사용한 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 14]
상기 [표 1]의 실시예 6과 동일한 성분을 포함하고, 전술한 제조예에 대한 방법을 따르되, 충전제의 평균 직경이 0.5㎛인 알루미나를 사용한 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 15]
상기 [표 1]의 실시예 6과 동일한 성분을 포함하고, 전술한 제조예에 대한 방법을 따르되, 충전제의 평균 직경이 45㎛인 알루미나를 사용한 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 16]
상기 [표 1]의 실시예 1과 동일한 성분을 포함하되, 전술한 제조예에 대한 방법에서 진공 증착하는 공정을 포함하지 않는 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 17]
상기 [표 1]의 실시예 1과 동일한 성분을 포함하되, 전술한 제조예에 대한 방법에서 3개의 롤을 사용하지만 5회 왕복 압출하는 공정으로 수행한 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 18]
상기 [표 1]의 실시예 1과 동일한 성분을 포함하되, 전술한 제조예에 대한 방법에서 100℃의 조건에서 3시간 동안 경화하는 공정으로 수행한 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 19]
상기 [표 1]의 실시예 1과 동일한 성분을 포함하되, 전술한 제조예에 대한 방법에서 10kHz 주파수 및 5㎛의 진폭의 초음파로 슬라이스하는 공정으로 수행한 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 20]
상기 [표 1]의 실시예 1과 동일한 성분을 포함하되, 전술한 제조예에 대한 방법에서 85kHz 주파수 및 110㎛의 진폭의 초음파로 슬라이스하는 공정으로 수행한 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[비교예 21]
상기 [표 1]의 실시예 1과 동일한 성분을 포함하되, 전술한 제조예에 대한 방법에서 초음파 커터가 아닌 일반 커터로 슬라이스하는 공정으로 수행한 것만 다르게 하여, 열전도성 시트를 제작하였다.
[실험예 1] 수직 방향 열전도율 측정
상기 제조예로부터 제조한 실시예 및 비교예 각각의 열전도성 시트 샘플을 준비한 후, ASTM D7984 기준에 의거하여 수직 방향의 열전도율을 측정하되, 제조예에서 몰딩 공정 후, 수직 배향 샘플을 준비하여 수직 방향의 열전도율을 측정하였다.
[실험예 2] 수평 방향 열전도율 측정
상기 제조예로부터 제조한 실시예 및 비교예 각각의 열전도성 시트 샘플을 준비한 후, ASTM D7984 기준에 의거하여 수평 방향의 열전도율을 측정하되, 제조예에서 몰딩 공정 후, 수평 배향 샘플을 준비하여 수직 방향의 열전도율을 측정하였다.
[실험예 결과]
실시예 및 비교예에 대한 상기 실험예 1 및 2에 따른 결과를 하기 [표 3] 내지 [표 5]에 나타내었다.
구분
(단위 : W/mk)		 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
수직 열전도율 2.6 5.8 10.0 12 14.0 7.4 7.1 11.1 2.8 9.1 2.8
수평 열전도율 1.3 2.3 4.2 5.7 6.2 4.2 4.9 5.1 1.2 5.3 1.9
구분
(단위 : W/mk)		 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
수직 열전도율 0.9 1.2 8.3 7.1 8.5 7.1 5.8 6.2 0.8 1.5
수평 열전도율 0.7 0.8 0.9 0.95 0.87 0.96 0.98 0.94 0.7 1.3
구분
(단위 : W/mk)		 비교예
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
수직 열전도율 2.4 2.4 2.3 4.8 4.9 2.0 2.1 1.6 2.3 2.1 2.1
수평 열전도율 0.6 0.5 0.4 0.6 0.67 0.4 1.2 0.7 1.1 1.0 1.2
반도체 등의 전자 부품으로 적용되기 위한 열전도성 시트의 경우, 수직 방향 또는 수평 방향으로의 열전도율은 어느 하나가 2.5W/mk 이상이어야 하며, 상기 수직 방향 및 수평 방향의 열전도율은 모두 1.0W/mk 이상이어야 한다.
이러한 기준으로 살펴보면, 상기 [표 3] 내지 [표 5]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법으로 열전도성 시트를 제조할 경우, 수직 및 수평 열전도율이 동시에 우수한 수준으로 확보가 될 수 있다. 따라서, 상기 우수한 수준의 수직 및 수평 열전도율을 갖는 열전도성 시트를 제공하기 위해서는 상기 열전도성 시트에 포함된 성분의 종류, 함량 및 배합비를 포함하여 제조 공정도 매우 중요함을 확인할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법
S10: 그래핀 소재 및 수지를 용제(solvent)에 혼합 및 교반하여 제 1 열전도성 조성물을 제조하는 단계
S20: 상기 제조된 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)하여 상기 수지 내에서 분산된 그래핀 소재를 포함하는 제 2 열전도성 조성물을 제조하는 단계
S30: 상기 제 2 열전도성 조성물을 3 이상의 롤을 활용한 롤투롤(roll to roll) 방식으로 압출하여 롤의 길이 방향으로 상기 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 제조하는 단계
S40: 상기 제조된 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 경화시켜 경화된 몰드를 제조하는 단계
S50: 상기 경화된 몰드를 그래핀 소재가 배향된 방향으로 커터를 사용하여 소정의 두께로 절단하는 단계
100: 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법에 사용되는 제조 공정
110: 롤(roll)
120: 권취 형태로 감아진 압출 성형물
130: 경화된 몰드
140: 열전도성 시트

Claims (14)

  1. 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법으로서,
    (a) 그래핀 소재 및 수지를 용제(solvent)에 혼합 및 교반하여 제 1 열전도성 조성물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 제조된 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)하여 상기 수지 내에서 분산된 그래핀 소재를 포함하는 제 2 열전도성 조성물을 제조하는 단계;
    (c) 상기 제 2 열전도성 조성물을 3 이상의 롤을 활용한 롤투롤(roll to roll) 방식으로 압출하여 롤의 두께 방향으로 상기 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 제조하는 단계;
    (d) 상기 제조된 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 경화시켜 경화된 몰드를 제조하는 단계; 및
    (e) 상기 경화된 몰드를 그래핀 소재가 배향된 방향으로 커터를 사용하여 소정의 두께로 절단하는 단계를 포함하고,
    상기 그래핀 소재는, 팽창 흑연(expanded graphite)이며,
    상기 팽창 흑연(expanded graphite)의 두께는 1㎚ 내지 100㎚이며,
    상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물에 포함된 수지는, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지로서, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 폴리아크릴레이트 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이며,
    상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물에 포함된 수지는, 2액형의 실리콘 수지액이고, 상기 실리콘 수지는 비닐기를 갖는 오가노폴리실록산 및 H-Si 결합을 갖는 오가노폴리실록산을 각각 동일한 함량으로 포함하며,
    상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물은, 충전제를 추가로 포함하며,
    상기 충전제는, 알루미나, 실리카, 알루미나, 질화붕소, 티타니아, 유리, 산화아연, 탄화규소, 규소(실리콘), 산화규소, 산화알루미늄 및 금속 가루로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이며,
    상기 충전제의 평균 직경은, 1㎛ 내지 40㎛이며,
    상기 단계 (a)에서 제 1 열전도성 조성물은, 상기 제 1 열전도성 조성물 전체 100 중량부를 기준으로, 10 중량부 내지 60 중량부의 그래핀 소재, 10 중량부 내지 90 중량부의 수지 및 1 중량부 내지 60 중량부의 충전제를 포함하며,
    상기 단계 (b)에서 제 1 열전도성 조성물을 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)한 후, 25℃의 온도에서 2시간 동안 진공 증착(evaporation)하여 상기 제1 열전도성 조성물에 포함되었던 용매를 제거하는 공정을 추가로 수행하며,
    상기 단계 (c)에서 제 2 열전도성 조성물을 5㎛ 이하의 간격으로 이격된 3개의 롤을 25℃의 온도 조건에서 10회 왕복으로 압출하는 공정을 수행하며,
    상기 단계 (d)에서 상기 그래핀 소재가 배향된 압출 성형물을 150℃의 온도 조건에서 2시간 동안 경화하는 공정을 수행하며,
    상기 단계 (e)에서 상기 커터는 초음파 커터로서, 20kHz의 주파수 및 50㎛의 진폭으로 절단 공정을 수행하는, 그래핀 소재를 포함하는 열전도성 시트의 제조 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115584129B (zh) * 2022-09-21 2024-01-30 深圳市欧普特工业材料有限公司 一种导热硅胶片及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015216387A (ja) * 2010-06-17 2015-12-03 デクセリアルズ株式会社 熱伝導性シート及びその製造方法
KR101614564B1 (ko) 2008-08-19 2016-04-21 윌리엄 마쉬 라이스 유니버시티 탄소 나노튜브로부터 그래핀 나노리본을 제조하는 방법, 및 이 그래핀 나노리본으로부터 유도된 조성물, 박막 및 장치
JP6166860B2 (ja) 2012-05-16 2017-07-19 小林　博 グラフェンの製造方法、該グラフェンを接合したグラフェン接合体の製造方法、および前記グラフェンないしは前記グラフェン接合体を用いた基材ないしは部品の製造方法
JP6395478B2 (ja) 2013-07-10 2018-09-26 リケンテクノス株式会社 ポリ（メタ）アクリルイミド系樹脂積層体
JP2020117573A (ja) * 2019-01-21 2020-08-06 三井化学株式会社 熱伝導性樹脂組成物、熱伝導シートおよび電子部品

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5779693B2 (ja) 2013-06-27 2015-09-16 デクセリアルズ株式会社 熱伝導性シート、及びその製造方法、並びに半導体装置
US10163540B2 (en) * 2015-12-03 2018-12-25 Nanotek Instruments, Inc. Production process for highly conducting and oriented graphene film
KR20180054223A (ko) * 2016-11-15 2018-05-24 후문룡 그래핀 복합재 방열 시트의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101614564B1 (ko) 2008-08-19 2016-04-21 윌리엄 마쉬 라이스 유니버시티 탄소 나노튜브로부터 그래핀 나노리본을 제조하는 방법, 및 이 그래핀 나노리본으로부터 유도된 조성물, 박막 및 장치
JP2015216387A (ja) * 2010-06-17 2015-12-03 デクセリアルズ株式会社 熱伝導性シート及びその製造方法
JP6166860B2 (ja) 2012-05-16 2017-07-19 小林　博 グラフェンの製造方法、該グラフェンを接合したグラフェン接合体の製造方法、および前記グラフェンないしは前記グラフェン接合体を用いた基材ないしは部品の製造方法
JP6395478B2 (ja) 2013-07-10 2018-09-26 リケンテクノス株式会社 ポリ（メタ）アクリルイミド系樹脂積層体
JP2020117573A (ja) * 2019-01-21 2020-08-06 三井化学株式会社 熱伝導性樹脂組成物、熱伝導シートおよび電子部品

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