KR102577478B1 - 복합 방열 하이브리드 tim 시트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 방열 하이브리드 TIM 시트에 관한 것으로, 히트싱크와 열원 사이에 배치되고 적어도 일측면에 TIM층 또는 방열코팅층으로 이루어진 보조층이 적층된 열전도시트로 이루어져 있되, 열전도시트는 열원 외측으로 돌출된 날개부가 구비되어 방열 효과를 극대화시키도록 이루어져 있다.
Description
본 발명은 복합 방열 하이브리드 TIM 시트에 관한 것이다.
히트싱크(heatsink)는 현재 전자산업에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 방열기구로서 넓은 표면적을 이용하여 공기 혹은 물과의 접촉면적을 통해서 방열을 이루어 내는 기구이다.
기본적으로는 평판 휜(plate fin)과 핀 휜(pin fin)이 가장 많이 사용되고 있으며, 이 외에도 휜(fin)의 모양 혹은 기울기의 조절을 통해서 더 높은 방열 성능을 내기 위한 연구가 많이 진행되고 있다.
하지만 기존의 히트싱크는 기기 내에서 큰 부피와 무게를 차지하기 때문에 최근 소형화, 박막화, 경량화를 추구하고 있는 전자기기 산업에서는 히트싱크의 부피를 최소화할 수 있는 연구가 필요하다.
이와 관련된 기술로, 본 발명의 출원인이 등록받은 "복합 방열 필름"(한국 등록특허공보 제10-1859005호, 특허문헌 1)에는 실란 졸 용액이 베이스필름에 코팅되고, 그 외측에 금속 입자가 증착된 코팅층이 형성됨으로써 절연 및 전자파 차단 효과를 갖는 방열 필름이 개시되어 있다.
특허문헌 1은 절연과 방열 효과를 동시에 제공하는 필픔이나 고도로 높은 방열 효과를 제공하지는 못한다는 문제점이 있다.
또, "수평 열전도 시트 및 그 제조 방법"(한국 등록특허공보 제10-0901526호, 특허문헌 2)에는 아크릴 점착제층, 플레이크 타입 열전도성 분말을 포함하는 수평 열전도 시트층, 테이프층을 포함하여 수평 열전도 성능을 높이도록 한 사례가 공개되어 있다.
특허문헌 2는 소재의 수평 열전도 성능을 높이는 데 주력한 것인데, 물성에 기반한 열전도 특성을 향상시키는 한계가 있다.
최근 들어 대형 및 소형 가전, PC, 노트북의 다양한 전자제품에 대하여 액정 테두리의 면적은 물론 기판을 감싼 케이스의 두께를 최소화시키려는 노력이 계속되고 있는데, 히트싱크의 부피를 최소화하면서 방열 효과를 높히기 위해서는 열 계면 물질(thermal interface material, TIM)이나 방열 코팅을 활용해야 하지만 단순히 소재의 특성에 기반한 노력만으로는 디자인, 가격, 중량 등의 문제로 많은 애로 사항이 발생한다.
이에 히트싱크의 부피 증가를 최소화하면서도 열 계면 물질, 방열 코팅의 한계를 넘어 보다 효과적으로 방열 성능을 개선할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트는 상기한 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 히트싱크와의 사이에는 열원 사이에 열원의 열을 수직 방향으로 전달하는 열계면물질로 이루어진 TIM층이나 열원의 열을 외부로 방사 및 복사시키는 방열코팅층이 적층 형성되어 있되, 종래의 방열필름 크기가 열원 크기와 동일한 사이즈로 이루어져 있던 것과 달리 열원 면적보다 큰 크기로 이루어져 열원 단부로 돌출된 날개부를 갖는 열원의 열을 수평 및 외부로 방출시키는 열전도시트가 구비되어 히트싱크의 부피를 최소화하면서도 방열 효과를 높일 수 있게 하려는 것이다.
즉, 열원으로부터 히트싱크 측으로 열이 전달됨에 있어서 중간에 위치한 열전도시트의 날개부를 통해 상당양의 열을 수평 전도시켜 외부로 방출시킴으로써 히트싱크 측으로 전달되는 열을 차감함으로써 히트싱크의 부피를 최소화할 수 있게 하려는 것이다.
특히, 수직 열전도 특성을 갖는 TIM층과 수평 열전도 특성을 갖는 열전도시트가 나란히 적층됨에 있어서 두께가 두꺼운 TIM층을 사용할 경우 두께가 얇은 TIM층에 비해 상대적으로 수평열전도도가 오히려 떨어지게 되는데 이러한 점을 활용하여 얇은 TIM층을 열전도시트에 적층시킴으로써 수직 방향의 공간 활용도를 최대화할 수 있게 하려는 것이다.
본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트는 상기한 과제를 해결하기 위하여, 일측 표면이 열원(1)과 접촉하고, 타측 표면은 히트싱크(2)와 접촉하며, 열원(1)의 열을 히트싱크(2)에 전달하는 복합 방열 시트에 있어서, 상기 열원(1)보다 면적이 크게 이루어져 있어 평면상에서 열원(1)의 단부보다 외측으로 돌출된 날개부(11)가 형성되어 있으며, 열원(1)으로부터 전달받은 열을 수평 방향으로 전달하고, 외부로 방출하는 열전도시트(10)와; 열원의 열을 수직 방향으로 전달하도록 열계면물질로 이루어진 TIM층(21) 또는 열원의 열을 외부로 방사 및 복사시키는 방열코팅층(22) 중 어느 하나를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부에 적층되어 있는 보조층(20);을 포함하여 구성된다.
상기한 구성에 있어서, 상기 보조층(20)은 상기 열전도시트(10)의 양측 표면에 적층된 TIM층(21)인 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 보조층(20)은 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부에 적층된 방열코팅층(22)과, 상기 방열코팅층(22)이 적층된 열전도시트(10)의 상부 및 하부에 적층된 TIM층(21)인 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 보조층(20)은 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부 중 어느 한 곳에 적층된 방열코팅층(22)과, 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부 중 다른 한 곳에 적층된 TIM층(21)인 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 보조층(20)은 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부 중 어느 한 곳에 적층된 방열코팅층(22)과, 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부 중 다른 한 곳에 적층된 TIM층(21)인 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 보조층(20)은 상기 열전도시트(10)의 양측 표면에 적층된 방열코팅층(22)인 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 두 방열코팅층(22) 중 어느 하나의 표면에 TIM층(21)이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 열전도시트(10)와 보조층(20)은 복층 또는 다층 구조로 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 열전도시트(10)는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 그라파이트 중 어느 하나를 포함한 재질로 이루어져 있으며, 상기 TIM층(21)은 써멀점착제, 써멀패드, 써멀구리스, 써멀접착제, 써멀시트테이프 중 어느 하나로 이루어져 있고, 상기 방열코팅층(22)은 아크릴, 우레탄, 실리콘, 발포화 폴리에스테르, 에폭시 방열도료 중 어느 하나로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 열전도시트(10)는 20㎛ ~ 1.5mm의 두께로 이루어지고, 상기 방열코팅층은 20 ~ 30㎛의 두께로 이루어지며, 상기 TIM층은 10㎛ ~ 2.0mm의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 열전도시트(10)의 양측 표면에 방열코팅층(22)이 적층되어 있으며, 각 방열코팅층(22)의 외측 표면에 TIM층(21)이 적층되어 있되, 상기 방열코팅층(22)은 열전도시트(10)와 동일한 크기로 이루어져 있고, TIM층(21)은 열원(1)과 동일한 크기로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 날개부(11)는 다수의 엠보, 요철이 형성되거나 다수 절곡이 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 날개부(11)의 저부에는 차열 필름이 부착되거나 차열 코팅 처리되어 날개부(11) 저부로의 방열을 억제하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 히트싱크와의 사이에는 열원 사이에 열원의 열을 수직 방향으로 전달하는 열계면물질로 이루어진 TIM층이나 열원의 열을 외부로 방사 및 복사시키는 방열코팅층이 적층 형성되어 있되, 종래의 방열필름 크기가 열원 크기와 동일한 사이즈로 이루어져 있던 것과 달리 열원 면적보다 큰 크기로 이루어져 열원 단부로 돌출된 날개부를 갖는 열원의 열을 수평 및 외부로 방출시키는 열전도시트가 구비되어 히트싱크의 부피를 최소화하면서도 방열 효과를 높일 수 있게 된다.
즉, 열원으로부터 히트싱크 측으로 열이 전달됨에 있어서 중간에 위치한 열전도시트의 날개부를 통해 상당양의 열을 수평 전도시켜 외부로 방출시킴으로써 히트싱크 측으로 전달되는 열을 차감함으로써 히트싱크의 부피를 최소화할 수 있게 된다.
특히, 수직 열전도 특성을 갖는 TIM층과 수평 열전도 특성을 갖는 열전도시트가 나란히 적층됨에 있어서 두께가 두꺼운 TIM층을 사용할 경우 두께가 얇은 TIM층에 비해 상대적으로 수평열전도도가 오히려 떨어지게 되는데 이러한 점을 활용하여 얇은 TIM층을 열전도시트에 적층시킴으로써 수직 방향의 공간 활용도를 최대화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트의 일 예를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에서 실험을 위한 실험편들을 나타낸 사진.
도 3은 본 발명에서 실험편들에 열을 발생시켜 시간별 온도를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 다른 실시예들을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 시트가 복층 구조를 이루는 상태를 나타낸 사진.
도 6은 본 발명의 시트 적용 대상의 예를 나타낸 사진.
도 7은 종래의 히트싱크 방열 작용을 나타낸 모식도.
도 8은 본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트에 의한 방열 작용을 나타낸 모식도.
도 9는 본 발명에서 열전도 시트의 날개부에 요철, 주름, 엠보, 절곡이 이루어진 예를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에서 날개부의 저부에 차열필름이 부착된 예를 나타낸 방열 작용을 나타낸 모식도.
도 2는 본 발명에서 실험을 위한 실험편들을 나타낸 사진.
도 3은 본 발명에서 실험편들에 열을 발생시켜 시간별 온도를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 다른 실시예들을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 시트가 복층 구조를 이루는 상태를 나타낸 사진.
도 6은 본 발명의 시트 적용 대상의 예를 나타낸 사진.
도 7은 종래의 히트싱크 방열 작용을 나타낸 모식도.
도 8은 본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트에 의한 방열 작용을 나타낸 모식도.
도 9는 본 발명에서 열전도 시트의 날개부에 요철, 주름, 엠보, 절곡이 이루어진 예를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에서 날개부의 저부에 차열필름이 부착된 예를 나타낸 방열 작용을 나타낸 모식도.
기존의 TIM 재료로 사용되는 써멀패드, 써멀구리스, 써멀페이스트, 써멀접착제, 써멀시트테이프 등은 열원과 같은 사이즈로 제작되는데, 도 7의 모식도에 도시되어 있는 바와 같이 열원에서 나오는 열을 오직 수직으로만 보내 히트싱크를 통해 열을 방출시키므로 히트싱크 사이즈를 크게 하거나 표면적을 증대시키더라도 실제로는 열원 온도를 조금밖에 떨어뜨리지 못한다.
본 출원의 발명자는 기존의 오래된 상식을 벗어나 열원과 히트싱크 사이에 열원 외측으로 돌출되는 날개부가 구비된 열전도시트가 포함된 복합 방열 하이브리드 TIM 시트를 제공하여, 도 8의 모식도에 도시되어 있는 바와 같이 열전도시트를 통한 수평열전도도, TIM층을 이용한 수직열전도도 및 방열코팅층을 통한 열방사 효과를 동시에 발휘하도록 하여 저렴한 비용으로 15 ~ 25℃의 추가 방열 효과를 구현하면서 제품의 슬림화, 경량화가 용이하게 하고, 내구성을 향상시킬 수 있게 하였다.
이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 일측 표면이 열원(1)과 접촉하고, 타측 표면은 히트싱크(2)와 접촉하며, 열원(1)의 열을 히트싱크(2)에 전달하도록 이루어져 있다.
본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트는 열전도시트(10)와 보조층(20)으로 이루어져 있다.
열전도시트(10)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 상기 열원(1)보다 면적이 크게 이루어져 있어 평면상에서 열원(1)의 단부보다 외측으로 돌출된 날개부(11)가 형성되어 있다.
더불어, 열전도시트(10)는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 그라파이트 등과 같이 열전도도가 높은 금속 또는 비금속 소재로 이루어져 있으며, 상기한 소재들이 단독으로 이루어질 수도 있고, 서로 혼합되거나 합성되어 형성될 수도 있다.
열전도시트(10)의 면적은 열원 면적보다 넓으면 넓을수록 좋다.
하기의 표를 보면 열전도시트(10)가 열원면적의 대략 5 ~ 7배의 면적을 차지하는 경우 열전도시트(10)는 열원(1)으로부터 전달받은 열을 수평 방향으로 전달하고, 날개부(11)에서 자연스럽게 열이 외부로 방출된다.
이때, 날개부(11)의 저부를 통해서도 열의 방출이 이루어지게 되는데, 자칫 열에 의한 손상이 우려되는 부품이 위치할 수도 있다.
이에 따라 날개부(11)의 저부에는 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 PVC와 같은 소재의 차열필름(30)이나, 차열 코팅이 이루어질 수도 있다.
이러한 차열필름이나 차열코팅은 열전도시트(10)의 하부에 방열코팅층(22)이 적층되는 경우 날개부(11)의 위치에 대응되는 방열코팅층(22)의 저부에 부착되거나 코팅 처리될 수 있으며, 하기의 주름, 엠보, 절곡부가 형성되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 인접한 부품과의 설치 공간 확보 문제를 극복하기 위한 방안으로 상기 날개부(11)는 도 9에 나타나 있는 바와 같이 주름, 엠보 등을 형성하거나 다수의 절곡부를 형성함으로써 공간 활용도를 높이면서 인접 부품의 설치 공간에 방해를 주지 않도록 할 수 있다.
이러한 열전도시트(10)의 두께에 따른 수평열전도도 및 수직열전도도는 아래 표 1과 같다.
표 1은 #1050의 알루미늄 시트를 기준으로 나타낸 것이다.
| 두께(mm) | 수직열전도도(W/m.K) | 수평열전도도(W/m.K) |
| 0.3 | 10.4~10.5 | 220 ~ 230 |
| 0.5 | 14.0~14.2 | 220 ~ 230 |
| 0.8 | 20.0~20.5 | 220 ~ 230 |
| 1.0 | 25,1~25.4 | 220 ~ 230 |
상기 표 1을 살펴보면 두께가 두꺼울수록 수평열전도도는 변화가 없으며 단지 수직열전도도가 높아지며, 실제 온도로는 0.2mm 두께가 증가할 때마다 약 1℃의 추가 방열 효과를 갖는 것으로 나타났다.
따라서, 열전도시트(10)의 두께가 얇아도 수평열전도도의 변화가 거의 없으므로 제품 슬림화에 용이하다.
보조층(20)은 열원의 열을 수직 방향으로 전달하도록 열계면물질로 이루어진 TIM층(21) 또는 열원의 열을 외부로 방사 및 복사시키는 방열코팅층(22)으로 이루어지며, 이러한 보조층(20)은 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부에 적층되어 있다.
기본적으로는 상기 열전도시트(10)의 상부에 위치하여 열전도시트(10)와 히트싱크(2)의 직접적인 접촉을 방지하도록 이루어짐이 바람직하다.
만일 열전도시트(10)와 히트싱크(2)가 직접 접촉하게 될 경우 열전도시트(10)가 히트싱크(2)와 일체의 역할을 하게 되어 수직 열전도 특성이 떨어져 방열 효과가 저하될 수 있다.
여기서 TIM층(21)은 열원(1)에서 발생하는 열을 최대한 수직으로 히트싱크(2)로 보내는 역할을 하며, 방열코팅층(22)은 히트싱크(2)의 열을 대기 또는 히트싱크(2)로 열방사 및 열복사를 통해 최대한 열을 방출하는 역할을 한다.
TIM층(21)은 아크릴, 우레탄, 실리콘 등을 원료로 한 써멀패드, 써멀구리스, 써멀페이스트, 써멀접착제, 써멀시트테이프 등으로 구성될 수 있다.
보다 바람직하기로는 써멀 컨덕티브 세라믹 파우더와 폴리머를 혼합하여 성형할 수 있다.
구체적으로, 알루미나, 변성아크릴 등과 같은 원료물질을 프리믹싱(premixing)하여 예비 분산하고, 상기 프리믹싱의 완료 후 탈포 공정을 통해 기포를 제거한 다음, 탈포 공정이 완료된 슬러리를 본 믹싱을 통해 뭉친 파우더를 분산한 후, 믹싱이 완료된 슬러리를 캐스팅 설비를 통하여 캐리어 필름 표면에 부착시키는 공정으로 이루어질 수 있다.
이때, 원료물질인 필러는 입자사이즈가 5㎛~100㎛인 알루미나/BN을 사용하는 것이 바람직하며, 기본적으로 변성 아크릴바인더와 세라믹의 믹싱 비율은 20~25 중량% : 75~80 중량%의 비율이 바람직하다.
이때, 변성 아크릴 대신 우레탄 시트, 실리콘 시트, 카본 화이버 시트를 사용할 수도 있다.
더불어, 수지와 믹싱시 열전도도 채널을 좋게하여 고열전도도를 얻기위해 3가지 모양의 세라믹을 사용할 수 있다.
일예로, 10 watt/m.k 이하 제조시에는 구상 알루미나 50중량%, 판상 알루미나 20중량%, 비정형 알루미나 약 30 중량%의 비율로 함이 바람직하며, 10 watt/m.k 이상 제조시에는 구상 BN/MgO 20중량%, 구상 알루미나 30중량%, 판상 알루미나 20 중량%, 비정형 알루미나 20중량%, 비정형 BN/MgO 10중량%의 비율로 함이 바람직하다.
여기서 열전도도가 높은 BN/MgO의 양을 늘리면 15watt/m.k 이상 구현도 가능하다.
방열코팅층(22)은 인접한 층으로 열원(1)으로 전달받은 열을 복사시키는 역할을 하는 것으로 알콜성 용매에 실란이 용해되어 졸 상태를 이루도록 형성된 실란졸 용액이 코팅 처리되어 형성되거나, 아크릴, 우레탄, 실리콘, 발포화 폴리에스테르, 에폭시 세라믹 도료 등이 코팅 처리되어 형성될 수 있다.
또는 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane) 6%중량, 2-프로판올(2-propanol) 22%중량, 2- 부톡시에탄올(2-butoxyethanol) 17%중량, 1-부톡시에탄올(1-butoxyethanol) 18%중 량, 자일렌(xylene) 8%중량, 2-부탄올(2-butanol) 4%중량, 그리고 레진(resin) 25%중 량을 첨가하여 졸상태의 실란 용액을 만든 후, 준비된 졸 상태의 실란 용액을 코팅 처리함으로써 형성될 수도 있다.
상기한 구조의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트의 예로 열원(1)과 히트싱크(2) 사이에 상부에서 하부로 TIM층(21), 열전도시트(10), TIM층(21) 순으로 적층되어 형성되거나, TIM층(21), 방열코팅층(22), 열전도시트(10), TIM층(21) 순으로 적층되어 형성되거나, TIM층(21), 열전도시트(10), 방열코팅층(22), TIM층(21) 순으로 적층되어 형성되거나, 도 1과 같이 TIM층(21), 방열코팅층(22), 열전도시트(10), 방열코팅층(22), TIM층(21)으로 적층될 수도 있다.
또는, 방열코팅층(22), 열전도시트(10), TIM층(21) 순으로 적층되거나, TIM층(21), 열전도시트(10), 방열코팅층(22) 순으로 적층될 수도 있다.
또는, 방열코팅층(22), 열전도시트(10), 방열코팅층(22) 순으로 적층되거나, 방열코팅층(22), 열전도시트(10), 방열코팅층(22), TIM층(21) 순으로 적층되거나, TIM층(21), 방열코팅층(22), 열전도시트(10), 방열코팅층(22) 순으로 적층될 수도 있다.
도 5에는 이러한 여러 적층 예가 도시되어 있다.
더하여, TIM층(21)은 열원(1)의 크기와 동일하게 형성되어 열원(1)의 외측으로 돌출되지 않게 형성되며, 방열코팅층(22)은 열원(1)의 크기와 동일하게 형성될 수도 있고, 열전도시트(10)와 동일한 크기로 형성될 수도 있다.
이는 방열코팅층(22)은 외부로 열을 복사 및 방사하는 성질을 갖고 있기 때문에 열전도시트(10)처럼 열원(1)보다 크기가 크게 형성할 경우 방열 효과가 향상된다.
다만, 방열코팅층(22)은 단어 그대로 코팅에 의해 형성되므로 그 자체로 일정한 경도를 유지할 수 없기 때문에 열전도시트(10)와 연이어 층을 이루는 경우에만 크게 형성된다 할 것이다.
더하여, 상기와 같이 구성된 적층 구조는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 복수 혹은 다층으로 반복 적층될 수도 있다 할 것이다.
이하에서는 실험을 통해 본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트에 대해 설명하기로 한다.
<실험예 1>
열원으로 가로 3.7cm, 세로 6.0cm, 두께 1.0cm의 구리 히팅블럭 안에 Thermo couple을 넣고 안쪽에 온도 센서를 장착하여 준비하였다.
히트싱크는 #1050 알루미늄 시트를 가로 5cm, 세로 10cm, 두께 0.5cm로 재단하여 준비하였다.
더하여 열원에 전력을 가해 열원을 1시간 동안 작동시키고 Yokogawa MV2000 모델의 열전대 온도 레코더를 이용하여 온도를 측정하였다.
비교예 1은 열원만, 비교예 2는 열원에 히트싱크를 부착하였다.
비교예 3은 상기 구리 히팅블록과 동일한 크기를 가지면 두께 0.3mm의 #1050 알루미늄 시트의 상부와 하부 표면에 열원 면적과 동일한 크기를 갖는 두께 25㎛ 방열코팅층을 형성하고, 양측 방열코팅층의 외부에 두께 65㎛, 수직열전도도 1W/m.K인 TIM층을 형성하였다.
실시예 1은 가로 8.0cm, 세로 12.0cm, 두께 0.3mm의 #1050 알루미늄 시트의 상부와 하부 표면에 시트 면적과 동일한 크기를 갖는 두께 25㎛ 방열코팅층을 형성하고, 양측 방열코팅층의 외부에 두께 65㎛, 수직열전도도 1W/m.K인 TIM층을 형성하였다.
여기서 TIM층은 열원 면적과 동일한 크기로 하였다.
이러한 실시예 1의 알루미늄 시트와 방열코팅층은 열원 면적 대비 약 4.5배, 히트싱크 면적의 약 2배의 크기의 면적을 갖는다.
실시예 2는 실시예 1과 동일하게 제조하되, 알루미늄 시트의 크기를 가로 12cm, 세로 12cm, 두께 0.3mm가 되도록 하여 열원 면적의 약 6.5배, 히트싱크 면적의 약 3배의 크기로 준비하였다.
도2는 비교예 1,2, 실시예 1,2의 시편 및 실험 상태를 나타낸 사진이며, 도 3은 측정된 온도 그래프이다.
더불어, 실험 결과는 아래 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 온도(℃) | 방열효과(℃, 히트싱크 기준) |
| 비교예1 | 105.9 | - |
| 비교예2 | 86.2 | - |
| 비교예3 | 81.2 | 5.0 |
| 실시예1 | 71.1 | 15.1 |
| 실시예2 | 60.8 | 25.4 |
상기 표 2에 나타난 바와 같이 실시예 1,2와 마찬가지로 TIM층과 방열코팅층을 형성한 비교예 3을 실시예 1,2와 비교할 때 실시예 1,2의 경우 히트싱크 기준 방열효과가 15 ~ 25℃ 정도의 우수한 방열 효과를 갖춘 반면, 비교예 3의 경우 5.0℃에 불과한 것으로 나타났다.
이로 인해 날개부를 구비한 경우 방열 효과가 현저히 우수해짐을 알 수 있었다.
<실험예 2>
수직 열전도도가 1 W/m.K인 두께 65㎛의 써멀시트테이프를 TIM층(21)으로 형성하고, 수직 열전도도가 10 W/m.K인 #1050의 알루미늄 0.3mm 판재를 열전도시트(10)로 채택한 다음 상기 실시예 1과 같은 크기로 TIM층(21)과 열전도시트(10)를 각각 재단한 다음 열전도시트(10)의 상부와 하부에 TIM층(21)을 적층하여 실시예 3을 제조하였다.
더불어, 수직 열전도도가 3 W/m.K인 두께 250㎛의 써멀시트테이프를 TIM층(21)으로 형성하고, 수직 열전도도가 10 W/m.K인 #1050의 알루미늄 0.3t 판재를 열전도시트(10)로 채택한 다음 상기 실시예 1과 같은 크기로 TIM층(21)과 열전도시트(10)를 각각 재단한 다음 열전도시트(10)의 상부와 하부에 TIM층(21)을 적층하여 실시예 4을 제조하였다.
이어 제조된 실시예 3 및 4 각각의 수직열전도도와 수평열전도도를 측정하였다.
그 결과 실시예 3은 수직열전도도가 5.7W/m.K인 반면 실시예 4는 수직열전도도가 2.3W/m.K로 측정되었고, 수평열전도도는 실시예 3의 경우 192W/m.K로 측정된 반면 실시예 4의 경우 165W/m.K로 측정되었다.
통상적으로 수직열전도도가 높은 TIM을 사용하면 일반적으로 방열 효과가 좋을 것이라 생각하지만 상기 실험 결과 수직열전도도가 낮은 얇은 TIM을 열전도시트(10)와 매칭시켜 구성하는 경우 수직 및 수평 열전도도가 열저항이 적기 때문에 방열 효과가 더 상승하는 것을 알 수 있다.
즉, 상기한 실험 결과 TIM층(21)은 수직 열전도도가 낮고 두께가 얇은 것을 채택할 수록 수평열전도도 및 수직열전도도를 높여 보다 신속한 방열이 이루어지도록 한 것을 알 수 있다.
이를 통해 날개부(11)를 구비한 열전도시트(10)를 사용하면서 수직 열전도도가 낮고 두께가 얇은 TIM층(21)을 부착시켰을 때 날개부(11)를 통한 방열 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
즉, 열전도시트(10)와 TIM층(21)이 결합된 형태의 방열 시트를 구성할 경우 다른 복합 방열 시트에 비해 히트싱크(2)의 두께는 물론이고 TIM층(21)의 두께마저 줄일 수 있어 보다 좁은 공간(특히 높이)에서 효율적 방열 효과를 갖출 수 있게 된다 할 것이다.
더하여, 전술한 바와 같이 열전도시트(10)는 두께에 따라 수평열전도도의 변화가 거의 없고, 열전도시트(10)에 부착되는 TIM층(21)은 두께 및 수직열전도도가 낮을수록 상대적으로 수평열전도도를 높이는 데 도움을 주는 바, 본 발명에 따른 복합 방열 하이브리드 TIM 시트는 열전도시트(10) 20㎛ ~ 1.5mm, 방열코팅층 20 ~ 30㎛, TIM층 10㎛ ~ 2.0mm의 두께로 구성될 수 있다.
이 경우 소요 높이가 5mm가 채 되지 않게 되는 바, 제품 슬림화에 큰 도움이 될 수 있게 된다.
이상 설명된 본 발명의 복합 방열 하이브리드 TIM 시트는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 열원이 구비된 5G 중계기, 전력반도체, 디스플레이는 물론, 다양한 반도체, 전기 및 수소 자동차와 같은 자동차, 에너지저장장치, LED 조명, 노트북, 스마트폰, PC, 태블릿 PC 등 열원으로 인해 방열이 필요한 모든 분야에 적용 가능하다 할 것이다.
1 : 열원
2 : 히트싱크
10 : 열전도시트
11 : 날개부
20 : 보조층
21 : TIM층
22 : 방열코팅층
30 : 차열필름
2 : 히트싱크
10 : 열전도시트
11 : 날개부
20 : 보조층
21 : TIM층
22 : 방열코팅층
30 : 차열필름
Claims (13)
- 삭제
- 삭제
- 일측 표면이 열원(1)과 접촉하고, 타측 표면은 히트싱크(2)와 접촉하며, 열원(1)의 열을 히트싱크(2)에 전달하는 복합 방열 시트에 있어서,
상기 열원(1)보다 면적이 크게 이루어져 있어 평면상에서 열원(1)의 단부보다 외측으로 돌출된 날개부(11)가 형성되어 있으며, 열원(1)으로부터 전달받은 열을 수평 방향으로 전달하고, 외부로 방출하는 열전도시트(10)와;
열원의 열을 수직 방향으로 전달하도록 열계면물질로 이루어진 TIM층(21) 또는 열원의 열을 외부로 방사 및 복사시키는 방열코팅층(22) 중 어느 하나를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부에 적층되어 있는 보조층(20);을 포함하여 구성되되,
상기 보조층(20)은 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부에 적층된 방열코팅층(22)과, 상기 방열코팅층(22)이 적층된 열전도시트(10)의 상부 및 하부에 적층된 TIM층(21)인 것을 특징으로 하는,
복합 방열 하이브리드 TIM 시트.
- 일측 표면이 열원(1)과 접촉하고, 타측 표면은 히트싱크(2)와 접촉하며, 열원(1)의 열을 히트싱크(2)에 전달하는 복합 방열 시트에 있어서,
상기 열원(1)보다 면적이 크게 이루어져 있어 평면상에서 열원(1)의 단부보다 외측으로 돌출된 날개부(11)가 형성되어 있으며, 열원(1)으로부터 전달받은 열을 수평 방향으로 전달하고, 외부로 방출하는 열전도시트(10)와;
열원의 열을 수직 방향으로 전달하도록 열계면물질로 이루어진 TIM층(21) 또는 열원의 열을 외부로 방사 및 복사시키는 방열코팅층(22) 중 어느 하나를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부에 적층되어 있는 보조층(20);을 포함하여 구성되되,
상기 보조층(20)은 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부 중 어느 한 곳에 적층된 방열코팅층(22)과, 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부 중 다른 한 곳에 적층된 TIM층(21)인 것을 특징으로 하는,
복합 방열 하이브리드 TIM 시트.
- 삭제
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- 삭제
- 제 3항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열전도시트(10)와 보조층(20)은 복층 또는 다층 구조로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는,
복합 방열 하이브리드 TIM 시트.
- 제 3항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열전도시트(10)는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 그라파이트 중 어느 하나를 포함한 재질로 이루어져 있으며,
상기 TIM층(21)은 써멀점착제, 써멀패드, 써멀구리스, 써멀접착제, 써멀시트테이프 중 어느 하나로 이루어져 있고,
상기 방열코팅층(22)은 아크릴, 우레탄, 실리콘, 발포화 폴리에스테르, 에폭시 방열도료 중 어느 하나로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
복합 방열 하이브리드 TIM 시트.
- 제 3항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열전도시트(10)는 20㎛ ~ 1.5mm의 두께로 이루어지고,
상기 방열코팅층은 20 ~ 30㎛의 두께로 이루어지며,
상기 TIM층은 10㎛ ~ 2.0mm의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
복합 방열 하이브리드 TIM 시트.
- 일측 표면이 열원(1)과 접촉하고, 타측 표면은 히트싱크(2)와 접촉하며, 열원(1)의 열을 히트싱크(2)에 전달하는 복합 방열 시트에 있어서,
상기 열원(1)보다 면적이 크게 이루어져 있어 평면상에서 열원(1)의 단부보다 외측으로 돌출된 날개부(11)가 형성되어 있으며, 열원(1)으로부터 전달받은 열을 수평 방향으로 전달하고, 외부로 방출하는 열전도시트(10)와;
열원의 열을 수직 방향으로 전달하도록 열계면물질로 이루어진 TIM층(21) 또는 열원의 열을 외부로 방사 및 복사시키는 방열코팅층(22) 중 어느 하나를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 열전도시트(10)의 상부 또는 하부에 적층되어 있는 보조층(20);을 포함하여 구성되되,
상기 열전도시트(10)의 양측 표면에 방열코팅층(22)이 적층되어 있으며,
각 방열코팅층(22)의 외측 표면에 TIM층(21)이 적층되어 있되,
상기 방열코팅층(22)은 열전도시트(10)와 동일한 크기로 이루어져 있고,
TIM층(21)은 열원(1)과 동일한 크기로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
복합 방열 하이브리드 TIM 시트.
- 제 3항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 날개부(11)는 다수의 엠보, 요철이 형성되거나 다수 절곡이 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
복합 방열 하이브리드 TIM 시트.
- 제 3항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 날개부(11)의 저부에는 차열필름(30)이 부착되거나 차열 코팅 처리되어 날개부(11) 저부로의 방열을 억제하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
복합 방열 하이브리드 TIM 시트.
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| KR1020220140906A KR102577478B1 (ko) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 복합 방열 하이브리드 tim 시트 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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