KR102579149B1 - 방열용 수지 조성물, 방열 부재 및 전자기기 - Google Patents

방열용 수지 조성물, 방열 부재 및 전자기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열용 수지 조성물, 방열 부재 및 전자기기에 대한 것으로서, 상기 방열용 수지 조성물은 열경화성 수지; 필러; 및 경화제를 포함하고, 상기 필러는 폴리도파민 코팅층을 함유하는 제1 필러, 및 폴리도파민 코팅층을 비(非)-함유하는 제2 필러를 포함한다.

Description

방열용 수지 조성물, 방열 부재 및 전자기기{RESIN COMPOSITION FOR DISSIPATING HEAT, HEAT-DISSIPATING MEMBER, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 방열용 수지 조성물, 방열 부재 및 전자기기에 관한 것으로서, 구체적으로 열전도성, 전기절연성, 분산성, 계면 접착성이 우수한 방열용 수지 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 방열 부재 및 전자기기에 관한 것이다.
최근 TV, 노트북, 모바일과 같은 전자기기의 고성능화 및 소형화로 인해 전자기기의 발열량이 증가되고 있다. 특히, 전자기기 내 디스플레이 패널이나 광원 등과 같은 발열체에서는 다량의 열이 발생되고 있다. 전자기기에서 발생되는 열은 전자기기의 오작동(고장 또는 불량)을 일으키는 원인으로 작용한다. 이 때문에, 전자기기에서 발생된 열을 효율적으로 방출시키는 기술이 요구되고 있다.
이에, 종래에는 전자기기에서 발생되는 열을 외부로 배출하기 위해서, 방열 재료가 사용되고 있다. 종래 방열 재료는 열전도성이 낮은 수지 성분에 알루미나, 마그네시아, 질화붕소, 질화규소 등과 같은 열전도성 필러를 배합시킨 후 이를 페이스트 형태나 시트 형태, 또는 복합체 형태로 사용하고 있다.
다만, 종래 방열 재료는 수지 내 필러의 분산성이 낮아 필러의 응집이 발생하고, 이로 인해 방열 효과의 저하가 초래되고 있다. 게다가, 최근 8K 초고해상도 TV, 차량용 디스플레이 등과 같이 전자제품이 고성능으로 업그레이드 되면서, 열 집적 현상에 의한 제품 특성 저하 및 기능 장애 방지를 위하여 고방열 재료에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 따라서, 우수한 방열 효과를 발휘하면서, 우수한 전기절연성, 분산성 및 계면접착성을 발휘할 수 있는 새로운 방열 재료에 대한 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 열전도성 및 전기절연성이 우수할 뿐만 아니라, 분산성 및 계면 접착성이 우수한 방열용 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 방열용 수지 조성물을 이용하는 방열 부재 및 전자기기를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 열경화성 수지; 필러; 및 경화제를 포함하고, 상기 필러는 폴리도파민 코팅층을 함유하는 제1 필러, 및 폴리도파민 코팅층을 비(非)-함유하는 제2 필러를 포함하는 방열용 수지 조성물을 제공한다.
또, 본 발명은 전술한 방열용 수지 조성물의 경화물을 포함하는 방열 부재를 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 방열용 수지 조성물의 경화물을 포함하는 전자기기를 제공한다.
본 발명에 따른 방열용 수지 조성물은 폴리도파민 코팅층을 함유하는 제1 필러 및 폴리도파민 코팅층을 비-함유하는 제2 필러를 포함함으로써, 열전도성, 전기절연성, 분산성, 계면 접착성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물의 경화물을 전자기기에 적용할 경우, 전자기기의 발열체로부터 발생되는 열을 방열시켜 전자기기의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 사용된 질화붕소 및 제조된 제1 필러의 표면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1의 방열 복합체의 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 또는 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
<방열용 수지 조성물>
본 발명에 따른 방열용 수지 조성물은 디스플레이 패널이나 광원 등과 같은 전자기기 내 발열체로부터 발생되는 열을 외부로 방출시키거나, 또는 열 전달 경로에서 열을 히트 싱크 등과 같은 방열 부품으로 전달할 수 있는 방열 재료로, 열경화성 수지; 필러; 및 경화제를 포함하고, 상기 필러는 폴리도파민 코팅층을 함유하는 제1 필러, 및 폴리도파민 코팅층을 비(非)-함유하는 제2 필러를 포함한다. 또, 선택적으로, 상기 방열용 수지 조성물은 분산증진제 및 실란 커플링제로 이루어진 군에서 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물의 각 성분에 대하여 설명한다.
(a) 열경화성 수지
본 발명에 따른 방열용 수지 조성물에서, 열경화성 수지는 경화 후 매트릭스(matrix) 성분으로, 수지 조성물의 경화물에 전기절연성이나 접착성, 유연성 등을 부여할 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 열경화성 수지는 경화 후 3차원적 네트워크 구조를 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 일례에 따르면, 열경화성 수지는 에폭시 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 구체적으로 에폭시 수지 또는 실리콘 수지일 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 에폭시 수지는 분자 내 적어도 1 이상의 에폭시기(epoxide group)를 함유하는 고분자로, 분자 내 브롬 등의 할로겐 원자를 포함하지 않는 에폭시 수지인 것이 바람직하다. 또한, 에폭시 수지는 분자 내 실리콘, 우레탄, 폴리이미드, 폴리아미드 등을 함유하고 있을 뿐만 아니라, 분자 내 인 원자(P), 황 원자(S), 질소 원자(N) 등을 포함할 수 있다.
이러한 에폭시 수지의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 또는 이들에 수소 첨가한 것, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 글리시딜에테르계 에폭시 수지; 헥사히드로프탈산 글리시딜에스테르, 다이머산 글리시딜에스테르 등의 글리시딜에스테르계 에폭시 수지; 트리글리시딜이소시아누레이트, 테트라글리시딜디아미노 디페닐메탄 등의 글리시딜아민계 에폭시 수지; 에폭시화 폴리부타디엔, 에폭시화 대두유 등의 선상 지방족 에폭시 수지 등이 있고, 바람직하게는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐(Biphenyl)형 에폭시 수지, 다관능 에폭시(Epoxy) 수지 등이 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있으며, 또는 2종 이상이 혼합하여 사용될 수 잇다.
일례에 따르면, 에폭시 수지는 다관능성 에폭시 수지일 수 있다. 여기서, 다관능성 에폭시 수지는 분자당 2개 이상, 구체적으로 2~5개의 에폭시기를 함유 에폭시 수지로, 이는 수지 조성물의 경화물에 우수한 전기절연성, 내열성, 내화학성, 강도(toughness) 및 성형성을 부여할 수 있다.
다관능성 에폭시 수지의 예로는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 바이페닐(biphenyl)형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 복소환식 에폭시 수지, 스피로환을 포함하는 에폭시 수지, 자일록형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프톨노블락형 에폭시 수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르 에폭시 수지, 비스히드록시비페닐계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시 수지 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
상기 에폭시 수지의 에폭시 당량(epoxy equivalent weight, EEW)은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 약 100 내지 500g/eq 범위일 수 있다. 이 경우, 방열용 수지 조성물의 열전도성, 전기절연성, 분산성, 계면 접착성이 더 향상될 뿐만 아니라, 방열용 수지 조성물의 성형성이 향상될 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 실리콘 수지는 실록산(Si-O-Si)기를 함유하는 고분자로, 일반적으로 수산기(-OH) 또는 C1~C12의 알콕시기(예, 메톡시기)와 같은 작용기를 함유하고, 또 유기기로 C1~C12의 알킬기[예, 메틸기(-CH3)] 또는 C6~C20의 아릴기(예, 페닐기)를 함유할 수 있다.
이러한 실리콘 수지의 예로는 폴리오르가노실록산, 디메틸 실리콘 수지, 메틸페닐 실리콘 수지, 디페닐 실리콘 수지, 알킬 변성 실리콘 수지, 아랄킬 변성 실리콘 수지, 알킬 아랄킬 변성 실리콘 수지, 아크릴 변성 실리콘 수지 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 실리콘 수지의 중량평균분자량(Mw)은 약 500~100,000 g/mol이고, 점도는 약 100~10,000 cps 범위일 수 있다.
본 발명의 방열용 수지 조성물에서, 열경화성 수지의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 일례에 따르면 당해 수지 조성물의 총량 100 중량부를 기준으로 열경화성 수지와 경화제의 함량을 합한 총량이 약 25 내지 50 중량부일 수 있다. 이때, 상기 열경화성 수지와 경화제의 사용 비율은 1: 0.25~2 중량비일 수 있다.
(b) 필러
본 발명의 방열용 수지 조성물에서, 필러는 전기절연성, 열전도성, 강도 등의 기계적 물성, 저응력성을 향상시킬 뿐만 아니라, 용융 점도를 조절하는 성분으로, 열전도성 필러, 구체적으로 절연 열전도성 필러일 수 있다.
본 발명의 필러는 폴리도파민 코팅층을 함유하는 제1 필러, 및 폴리도파민 코팅층을 비(非)-함유하는 제2 필러를 포함한다.
여기서, 제1 필러는 입자 표면에 폴리도파민 코팅층이 형성되어 있음으로써, 우수한 전기절연성 및 열전도성을 유지하면서 계면 접착성의 향상은 물론, 열경화성 수지와의 상용성이 향상됨으로써, 필러의 분산성이 향상될 수 있다. 다만, 방열용 수지 조성물이 상기 제1 필러만을 포함할 경우, 입자 간의 뭉침 현상 및 코팅층끼리의 적층으로 인해 유기물 층이 증가하여 열전달 경로의 형성이 어렵고, 이 때문에 열전도도가 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 폴리도파민 코팅층을 함유하는 제1 필러를 폴리도파민 코팅층을 함유하지 않는 제2 필러와 혼합 사용함으로써, 경화물 내 효과적인 열 전달 경로를 형성하여 우수한 방열 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 제1 필러는 폴리도파민 코팅층을 포함하는 코어-쉘 구조의 필러로, 일례에 따르면 제1 열전도성 입자, 및 상기 제1 열전도성 입자 상에 형성된 폴리도파민 코팅층을 함유할 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 제1 열전도성 입자는 당 업계에서 일반적으로 열전도성이 우수한 유기 필러나 무기 필러, 구체적으로 열전도성 및 전기절연성이 우수한 무기 필러라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 열전도성 입자는 질화붕소(boron nitride), 질화알루미늄(AlN), 질화규소 등의 금속질화물; 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO), 실리카, 산화아연 등의 금속산화물; 탄화규소 등의 금속탄화물; 수산화알루미늄 등의 금속수산화물 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 이들은 단독으로 사용되거나 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 일례에 따르면, 제1 열전도성 입자는 질화붕소, 구체적으로 육방정 질화붕소 (HBN: hexagonal boron nitride) 또는 큐빅 질화붕소(cBN: cubic boron nitride)일 수 있다.
또, 폴리도파민 코팅층은 도파민의 중합반응에 의해 형성된 고분자층이다. 도파민은 카테콜아민(caecholamine)계 화합물로, 홍합의 접착 단백질 구조를 모사한 신경전달 물질 중 하나이다. 이러한 도파민은 염기성 조건에서 자발적인 산화 반응을 거치거나 전기화학적인 방법을 통해 폴리도파민이 된다. 폴리도파민은 표면 성질에 관계없이 어떠한 물질에도 쉽게 흡착될 수 있다. 따라서, 본 발명은 폴리도파민 코팅층을 함유하는 제1 필러를 포함함으로써, 제1 열전도성 입자의 우수한 절연성 및 열전도성의 저하 없이, 필러의 계면 접착성 및 수지와의 상용성이 향상되어 필러의 분산성을 향상시킬 수 있다.
상기 폴리도파민 코팅층의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 약 5 내지 15 ㎚ 범위일 수 있다. 만약, 폴리도파민 코팅층의 두께가 전술한 범위일 경우, 열전도도 특성의 저하 없이 입자들 간의 응집에 의한 뭉침 현상을 최소화할 수 있다.
전술한 제1 필러는 당 업계에 일반적으로 알려진 폴리도파민을 이용한 표면 처리방법을 통해 얻을 수 있다.
일례에 따르면, 상기 제1 필러는 (S10) 염기성 완충 용액에 제1 열전도성 입자를 분산시킨 다음, 도파민 전구체를 첨가하여 상기 제1 열전도성 입자 상에 폴리도파민 코팅층을 형성하는 단계; 및 (S20) 상기 (S10) 단계에서 얻은 입자를 함유하는 슬러리를 여과한 후 건조하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 선택적으로, 상기 여과시 세척할 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 제1 필러의 제조방법은 각 단계를 순차적으로 수행하여 제조되어야 하는 것이 아니라, 설계 사양에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다.
(a) 먼저, 완충 용액에 제1 열전도성 입자를 분산시킨 다음, 도파민 전구체를 첨가하여 상기 제1 열전도성 입자 상에 폴리도파민 코팅층을 형성한다(이하, '(S10) 단계'라 함).
상기 (S10) 단계는 (S11) 염기성 수용액에 제1 열전도성 입자를 분산시키는 단계; (S12) 상기 (S11) 단계의 용액에 도파민 전구체를 첨가하는 단계; 및 (S13) 상기 (S12) 단계의 용액에 완충 물질을 첨가하여 용액의 pH를 7 내지 9로 조절한 후 교반하여 폴리도파민 코팅층을 상기 제1 열전도성 입자 상에 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에서 사용 가능한 염기성 수용액은 약염기 수용액이라면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 수산화암모늄 등과 같은 암모늄계 약염기 용액일 수 있다.
상기 제1 열전도성 입자의 예는 전술한 바와 동일하기 때문에, 생략한다.
또, 상기 도파민 전구체의 예로는 도파민 하이드로클로라이드(dopamine hydrochloride) 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
이러한 도파민 전구체의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 제1 열전도성 입자 함량의 약 1~8배일 수 있다. 만약, 도파민 전구체의 함량이 전술한 범위일 경우, 폴리도파민 코팅층의 두께를 약 5~15 ㎚ 범위 내로 조절할 수 있다.
또, 상기 완충 물질은 염으로서, 상기 제1 열전도성 입자 및 도파민 전구체가 투입된 염기성 용액에 첨가되어 상기 염기성 용액의 pH를 7~9 범위, 구체적으로 8.2~8.7 범위, 더 구체적으로 8.4~8.6 범위로 조절할 수 있다. 이로써, 도파민의 자가 중합반응(self-polymerization)에 의해 제1 열전도성 입자 상에 폴리도파민 층이 형성된다. 이러한 완충 물질의 예로는 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
상기 완충 물질의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 제1 열전도성 입자 함량의 약 1~8배일 수 있다.
또, 상기 교반시 온도 및 시간은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 교반 온도는 약 20 내지 30 ℃일 수 있고, 교반 시간은 약 12~36 시간, 구체적으로 약 22 내지 26 시간일 수 있다.
(b) 이후, 전술한 (S10) 단계를 통해 얻은 입자를 함유하는 슬러리를 여과한 후 건조한다(이하, '(S20) 단계'라 함).
상기 여과 공정은 당 업계에 일반적으로 알려진 여과법이라면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 상기 (S10) 단계를 통해 얻은 입자만을 추출할 수 있는 여과지를 이용한 감압여과법; 원심침강기, 원심여과기 등을 이용한 원심분리법 등이 있다.
이러한 여과 공정시, 에탄올 및/또는 물로 세척하면서 반응 용액을 제외한 입자, 즉 폴리도파민 코팅층이 형성된 제1 열전도성 입자인 제1 필러를 얻을 수 있다. 이때, 상기 여과 횟수 및 세척 횟수는 반응기 내에 잔여물없이 수율을 향상시킬 수 있는 정도라면 특별히 한정되지 않는다.
상기 건조 공정의 조건은 잔여 용매나 반응 용액을 제거할 수 있는 조건이라면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 약 40~60 ℃의 온도에서 약 12~24 시간 동안 수행될 수 있다. 이러한 건조 공정은 진공 오븐(vacuum oven)이나 또는 통기장치가 설치된 분위기의 공간에서 수행될 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 필러에서, 제2 필러는 폴리도파민 코팅층을 비-함유하는 필러로, 1종 이상의 제2 열전도성 입자를 함유할 수 있다. 이때, 제2 열전도성 입자는 상기 제1 열전도성 입자와 동일 또는 상이한 입자이다. 여기서, 제1 열전도성 입자와 상이하다는 것은 제1 열전도성 입자와 성분이 다르거나, 또는 제1 열전도성 입자와 형상, 입경, 입자의 결정 구조 등과 같은 물성 중 적어도 어느 하나가 다른 것을 의미한다.
일례에 따르면, 제2 필러는 상기 제1 열전도성 입자와 동일 또는 상이한 제2 열전도성 입자일 수 있다. 구체적으로, 제2 필러는 질화붕소 또는 알루미나일 수 있다.
다른 일례에 따르면, 제2 필러는 상기 제1 열전도성 입자와 동일 또는 상이한 제2A 열전도성 입자, 및 상기 제2A 열전도성 입자와 상이한 제2B 열전도성 입자를 함유할 수 있다. 구체적으로, 제2 필러는 질화 붕소 및 알루미나를 함유할 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 제2 필러의 예는 제1 필러의 예에 기재된 바와 동일하기 때문에, 생략한다.
전술한 제1 필러 및 제2 필러의 사용 비율은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 1 : 0.25~4 중량비일 수 있다. 만약, 제1 필러 및 제2 필러의 혼합 비율이 전술한 범위일 경우, 제1 필러와 제2 필러 간의 공극 감소로 열전달 경로가 효율적으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 제1 필러 및 제2 필러의 혼합 비율은 분산 상태 및 라미네이션 공정에 따라 유동적으로 바뀔 수 있다.
상기 제1 필러 및 제2 필러의 평균 입경은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 각각 약 0.01 내지 200 ㎛ 범위일 수 있다. 만약, 제1 필러 및 제2 필러의 평균 입경이 전술한 범위일 경우, 경화물의 접착력 및 기계적 물성 저하 없이 열전도 특성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 제1 필러 및 상기 제2 필러 중 어느 하나의 평균 입경(D1)과 나머지의 평균 입경(D2)의 비율(D1 : D2)이 1 : 0.02~0.4 범위일 경우, 필러들 사이의 공극 손실이 감소하여 열전도성이 더 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 필러 및 상기 제2 필러 중 어느 하나는 평균 입경(D50)이 약 0.5 내지 200 ㎛ 범위, 구체적으로 약 50 내지 70 ㎛ 범위이고, 나머지의 평균 입경(D50)은 약 0.01 내지 80 ㎛ 범위, 구체적으로 약 0.1 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다. 이때, 상기 제1 필러 및 상기 제2 필러 중에서 0.01 내지 80 ㎛ 범위의 평균 입경을 갖는 필러는 전체 필러의 총량을 기준으로 약 20 내지 80 중량%일 수 있다.
일례에 따르면, 제1 필러는 약 0.5 내지 200 ㎛ 범위의 평균 입경을 갖고, 제2 필러는 0.01 내지 80 ㎛ 범위의 평균 입경을 가질 수 있다. 이때, 제1 필러와 제2 필러의 혼합 비율은 1 : 0.25~4 중량비일 수 있다.
상기 필러, 구체적으로 제1 필러 및 제2 필러의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 각각 독립적으로 구형, 플레이크(flake)형, 침상형(dendrite), 원뿔형, 피라미드형, 무정형(無定形) 등이 있다. 이때, 필러의 형상이 완전 구형일 경우, 필러의 고충진이 가능하여 열전도도를 더 향상시킬 수 있다. 한편, 필러의 형상이 플레이크형일 경우, 판면과 평행 방향의 열전도도는 판면과 수직방향의 열전도도보다 더 크다. 이러한 점을 이용하여, 구형 필러와 플레이크형 필러를 혼합 사용함으로써, 열전도도를 향상시킬 수 있다. 이때, 서로 상이한 입경을 가진 필러, 구체적으로 서로 상이한 입경 및 형상을 가진 필러를 혼합 사용하면, 열 전달 경로가 더 효과적으로 형성되어 경화물의 방열성을 더 향상시킬 수 있다.
일례에 따르면, 제1 필러 및 제2 필러 중 어느 하나는 평균 입경(D50)이 약 0.5 내지 200 ㎛ 범위인 구형 필러이고, 나머지는 평균 입경(D50)이 약 0.01 내지 80 ㎛ 범위인 구형 필러일 수 있다. 이때, 제1 필러와 제2 필러의 혼합 비율은 1 : 0.25~4 중량비일 수 있다.
다른 일례에 따르면, 제1 필러 및 제2 필러 중 어느 하나는 평균 입경(D50)이 약 0.5 내지 200 ㎛ 범위인 플레이크형 필러이고, 나머지는 길이가 약 0.01 내지 80 ㎛ 범위인 플레이크형 필러일 수 있다. 이때, 제1 필러와 제2 필러의 혼합 비율은 1 : 0.25~4 중량비일 수 있다. 또, 제1 필러 및 제2 필러의 두께는 각각 약 1 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다.
또 다른 일례에 따르면, 제1 필러 및 제2 필러 중 어느 하나는 평균 입경(D50)이 약 0.5 내지 200 ㎛ 범위인 구형 필러이고, 나머지는 길이가 약 0.01 내지 80 ㎛ 범위인 플레이크형 필러일 수 있다. 이때, 제1 필러와 제2 필러의 혼합 비율은 1 : 0.25~4 중량비일 수 있다.
한편, 본 발명의 방열용 수지 조성물은 전술한 제1 필러 및 제2 필러 이외, 상기 제1 필러 및 제2 필러와 상이한 제3 필러를 더 포함할 수 있다.
일례에 따르면, 제3 필러는 무기 섬유 및 탄소계 필러로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 제3 필러의 예는 유리섬유, 탄소섬유 등의 무기 섬유; 그라파이트, 그래핀(graphene), 카본나노튜브(carbon nanotube, CNT), 플러렌(fullerene) 등의 탄소계 필러 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
이러한 제3 필러의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 당해 수지 조성물의 총량을 기준으로 2 중량% 이하, 구체적으로 약 0.5 내지 1 중량% 범위일 수 있다.
본 발명의 방열용 수지 조성물에서, 필러의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 당해 수지 조성물의 총량 100 중량부를 기준으로 약 40 내지 80 중량부, 구체적으로 약 50 내지 80 중량부 범위일 수 있다.
(c) 경화제
본 발명의 방열용 수지 조성물에서, 경화제는 열경화성 수지를 경화시키는 성분이다.
본 발명에서 사용 가능한 경화제로는 당해 기술 분야에서 통상적으로 알려진 경화제 성분, 예컨대 산무수물계 경화제, 아민(Amine)계 경화제, 페놀계 경화제, 잠재성 경화제, 디히드라지드계 경화제 등이 있다.
구체적으로, 경화제의 예로는 테트라하이드로 프탈산 무수물, 메틸 테트라하이드로프탈산 무수물, 메틸 헥사하이드로 프탈산 무수물, 헥사하이드로 프탈산 무수물, 트리알킬 테트라하이드로프탈산 무수물, 메틸 사이클로헥센디카르복실산 무수물, 프탈산 무수물, 말레산 무수물, 피로멜리트산 무수물 등의 산무수물계 경화제; 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰 등의 방향족 아민계 경화제; 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민 등의 지방족 아민계 경화제; 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 크레졸노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 나프탈렌형 페놀수지, 비스페놀A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지 등과 같은 페놀계 경화제; 디시안디아미드(dicyandiamide)등의 잠재성 경화제; 아디프산디히드라지드, 도데칸산디히드라지드, 이소프탈산디히드라지드, p-옥시벤조산디히드라지드 등의 카르복실산디히드라지드 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 이들은 단독으로 사용되거나 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
(d) 분산 증진제
본 발명의 방열용 수지 조성물은 분산 증진제를 더 포함할 수 있다. 분산 증진제는 필러의 분산성을 촉진시키거나, 분산 후 필러의 응집, 침전을 방지할 수 있는 물질로, 당 업계에 일반적으로 알려진 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 또, 분산 증진제는 수지 조성물의 흐름성, 레벨링성도 향상시킬 수 있다.
일례에 따르면, 분산 증진제는 계면활성제(surfactant)일 수 있다.
상기 계면활성제는 열경화성 수지에 용해 또는 분산되고, 선택적으로 필러의 표면에 흡착됨으로써 필러의 분산성 및 계면 접착성을 향상시킬 수 있는 것으로, 친수성 부위(hydrophilic portion)와 소수성 부위(hydrophobic portion)를 모두 갖고 있기 때문에, 열경화성 수지와 필러 모두에 대해 친화성을 갖는다.
이러한 분산증진제의 예로는 BYK-333(BYK 사), BYK-410(BYK 사) 등과 같은 실리콘계 계면활성제; 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산염, 도데실벤젠술폰산나트륨, 스티렌-아크릴산 공중합체의 알칼리염, 알킬나프탈린술폰산나트륨, 알킬디페닐에테르디술폰산나트륨, 라우릴황산모노에탄올아민, 라우릴황산트리에탄올아민, 라우릴황산암모늄, 스테아르산모노에탄올아민, 스테아르산나트륨, 라우릴황산나트륨, 스티렌-아크릴산 공중합체의 모노에탄올아민, 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산에스테르 등과 같은 음이온성 계면활성제; 알킬 4차 암모늄염 또는 이의 에틸렌옥사이드 부가물 등과 같은 양이온성 계면활성제; 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄모노스테아레이트, 폴리에틸렌글리콜모노라우레이트 등과 같은 비이온성 계면활성제; 알킬디메틸아미노아세트산베타인 등의 알킬베타인, 알킬이미다졸린 등의 양쪽성 계면활성제 등이 있다. 또, BYK-W161, BYK-W903, BYK-W940, BYK-W996, BYK-W9010, Disper-BYK110, Disper-BYK111, Disper-BYK180 등과 같이, 산가(acid value)가 약 20~200 mgKOH/g 범위인 산기를 갖는 고분자 첨가제도 분산 증진제로 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 분산 증진제의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 당해 수지 조성물의 총량 100 중량부를 기준으로 약 0.1 내지 5 중량부, 구체적으로 약 0.1 내지 2 중량부일 수 있다. 만약, 분산 증진제의 함량이 전술한 범위일 경우, 열경화성 수지 내 필러의 분산성을 더 향상시킬 수 있다.
(e) 실란 커플링제
본 발명의 방열용 수지 조성물은 실란 커플링제를 더 포함할 수 있다. 실란 커플링제는 열경화성 수지와 필러 간의 상용성을 향상시키면서 필러의 분산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 실란 커플링제는 당 기술분야에서 통상적으로 알려진 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 에폭시계, 메타크릴옥시계, 아미노계, 아미노 페닐계, 비닐계, 메르캅토·술파이드계, 우레이드계 등의 실란 커플링제가 있으며, 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 3-(글리시딜록시)프로필트리메톡시실란, 3-(글리시딜록시)프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸 트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸 트리에톡시실란, 에폭시프록폭시프로필 트리메톡시실란 등과 같은 에폭시계 실란 커플링제; 3-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란 및 N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란과 같은 아미노계 실란 커플링제; 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란과 같은 비닐계 실란 커플링제 등이 있다.
이러한 실란 커플링제의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 당해 수지 조성물의 총량 100 중량부를 기준으로 약 0.1 내지 5 중량부, 구체적으로 약 0.1 내지 2 중량부일 수 있다. 만약, 실란 커플링제의 함량이 전술한 범위일 경우, 열경화성 수지 내 필러의 분산성을 향상시키면서, 경화물의 전기절연성을 향상시킬 수 있다.
(f) 기타 첨가제
본 발명의 방열용 수지 조성물은 필요에 따라 전술한 성분들 이외에, 당 기술 분야에서 통상적으로 알려진 첨가제를 당해 조성물의 사용 목적 및 사용 환경에 따라 선택적으로 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 경화촉진제, 습윤 상승제, 분산 안정제 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 일례에 따르면, 본 발명의 방열용 수지 조성물은 경화촉진제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에 알려진 통상적인 범위로 사용될 수 있다. 일례에 따르면, 당해 수지 조성물의 총량 100 중량부를 기준으로 약 0.001 내지 10 중량부, 구체적으로 약 0.01 내지 5 중량부, 더 구체적으로 약 0.01 내지 3 중량부일 수 있다.
본 발명의 방열용 수지 조성물은 필요에 따라 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 경화촉진제는 방열용 수지 조성물 내 성분들이 완전히 경화될 수 있도록 경화시간을 단축시키는 촉매로, 당 기술 분야에서 통상적으로 알려진 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 이미다졸계 경화촉진제, 포스포늄계 경화촉진제, 아민계 경화촉진제, 금속계 경화촉진제 등이 있는데, 이들은 단독으로 사용하거나 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 이미다졸계 경화촉진제의 비제한적인 예를 들면, 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-데실이미다졸, 2-헥틸이미다졸, 2-이소프로필이미다졸, 2-운데실 이미다졸, 2-헵탄데실 이미다졸, 2-메틸-4-메틸 이미다졸, 2-에틸-4-메틸 이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸 이미다졸, 1-벤질-2-메틸 이미다졸, 1-벤질-2-페닐 이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실-이미다졸 트리멜리테이트, 1-시아노에틸-2-페닐 이미다졸트리멜리테이트, 2,4-디아미노-6-(2'-메틸이미다졸-(1')-에틸-s-트리아진, 2-페실-4,5-디하이드록시메틸이미다졸, 2-페실-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸, 2-페실-4-벤질-5-하이드록시메틸이미다졸, 4,4'-메틸렌-비스-(2-에틸-5-메틸이미다졸), 2-아미노에틸-2-메틸 이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐-4,5-디(시아노에톡시 메틸)이미다졸, 1-도데실-2-메틸-3-벤질이미다졸리늄클로라이드, 이미다졸 함유 폴리아미드 등이 있다.
상기 포스포늄계 경화촉진제의 비제한적인 예로는 벤질트리페닐포스포늄 클로라이드, 부틸트리페닐포스포늄 클로라이드, 부틸트리페닐포스포늄 브로마이드, 에틸트리페닐포스포늄 아세테이트, 에틸트리페닐포스포늄 브로마이드, 에틸트리페닐포스포늄 아이오다이드, 테트라페닐포스포늄 브로마이드, 테트라페닐포스포늄 클로라이드 또는 테트라페닐포스포늄 아이오다이드 등이 있다.
상기 아민계 경화촉진제의 비제한적인 예로는, 트리에틸아민, 트리에틸렌디아민, 테트라메틸-1,3-부탄디아민, 에틸모르폴린, 디아자비시클로운데센, 디아자비시클로노넨 등이 있다.
상기 금속계 경화촉진제로는 코발트, 구리, 아연, 철, 니켈, 망간, 주석 등의 유기 금속 착체 또는 유기 금속염을 들 수 있다. 상기 유기 금속 착체의 예로는, 코발트(Ⅱ) 아세틸아세토네이트, 코발트(Ⅲ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 코발트 착체, 구리(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 구리 착체, 아연(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 아연 착체, 철(Ⅲ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 철 착체, 니켈(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 니켈 착체, 망간(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 망간 착체 등을 들 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 상기 유기 금속 염의 예로는, 옥틸산아연, 옥틸산주석, 나프텐산아연, 나프텐산코발트, 스테아르산 주석, 스테아르산아연 등을 들 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
이러한 경화 촉진제의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 일례에 따르면, 당해 수지 조성물의 총량 100 중량부를 기준으로 약 0.001 내지 10 중량부, 구체적으로 약 0.001 내지 5 중량부, 더 구체적으로 약 0.01 내지 1 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 방열용 수지 조성물의 경화 온도는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 약 60 내지 200 ℃ 범위, 구체적으로 약 80 내지 150 ℃ 범위, 더 구체적으로 약 100 내지 150 ℃ 범위일 수 있다. 다만, 조성물의 경화 온도는 용도나 경화 물성에 따라 또는 경화제의 종류에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 방열용 수지 조성물은 당 기술분야에 통상적으로 알려진 방법을 통해 제조될 수 있다. 예컨대, 열경화성 수지(예, 에폭시 수지 또는 실리콘 수지), 경화제, 필러(예, 제1 필러 및 제2 필러)와, 선택적으로 분산증진제, 실란 커플링제 및 기타 첨가제(예, 경화촉진제 등)을 볼밀, 비드밀, 3롤 밀(3roll mill) 바스켓 밀(basket mill), 디노 밀(dyno mill), 플레너터리(planetary) 등의 혼합 장비를 사용하여 실온 내지 적절히 승온된 온도에서 혼합 및 교반하여 방열용 수지 조성물을 제조할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 방열용 수지 조성물은 열전도성 및 전기절연성은 물론, 분산성, 계면 접착성, 내화학약품성, 치수 안정성, 성형성 등이 우수하다.
일례에 따르면, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물의 경화물은 열 전도도가 약 3 내지 5 W/m·K 범위일 수 있다.
다른 일례에 따르면, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물의 경화물은 유전율이 약 2 내지 5이고, 절연저항이 약 1014 내지 1016 Ω 범위일 수 있다.
<방열 부재 및 전자기기>
한편, 본 발명은 전술한 방열용 수지 조성물의 경화물을 포함하는 방열 부재를 제공한다.
방열 부재는 반도체 칩 패키지, 인쇄회로기판(PCB) 패키지, LED 패키지 등과 같은 전자기기 및 이의 부품 등에서 국부적으로 발생하는 열을 전자기기의 외부로 방출시키거나 또는 열의 전송 경로에서 열이 히트 싱크 등과 같은 방열 부품으로 전달하는 열 전달물질(Thermal Interface Material, TIM)일 수 있다. 특히, 방열 부재는 전자기기 내 발열체(예, 디스플레이 패널, 광원 등)와 방열 부품(예, 히트 싱크 등) 사이에 개재되어 이들 계면의 열전도성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 방열 부재는 전술한 방열용 수지 조성물을 접착제나 점착제로 발열체나 방열 부품 표면에 코팅하여 경화시킨 것일 수 있고, 또는 상기 방열용 수지 조성물을 당 업계에 알려진 성형법(예, 사출 성형법, 프레스 성형법 등)을 통해 시트상, 테이프상, 패드상 등과 같은 일정 형상으로 경화시킨 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물의 경화물은 방열 시트나 히트 싱크 등과 같은 형상의 방열 부품으로 성형되어 사용될 수 있다. 또, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물의 경화물은 LED 등의 방열재로도 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물은 프린트 배선 기판 등의 수지 기판에도 사용될 수 있다.
일례에 따르면, 방열 부재는 방열 시트일 수 있고, 상기 방열 시트는 전술한 방열용 수지 조성물을 시트 형상으로 성형하여 경화시킨 수지 경화물을 포함할 수 있다. 이때, 방열 시트는 상기 경화물의 일면 상에 배치된 기재를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 기재의 타면에는 상기 방열용 수지 조성물의 경화물이 더 배치될 수 있다.
상기 기재의 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI) 등과 같은 플라스틱 필름이거나, 구리(Cu), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 알루미늄(Al), Cu 합금, Ni 합금, Fe 합금, Al 합금 등의 금속 필름일 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
다른 일례에 따르면, 방열 부재는 히트 싱크일 수 있고, 상기 히트 싱크는 전술한 방열용 수지 조성물을 히트 싱크의 형상으로 성형하여 경화시킨 수지 경화물을 포함할 수 있다.
또 다른 일례에 따르면, 방열 부재는 방열 기판일 수 있고, 상기 방열 기판은 금속박, 및 상기 금속박의 일면 상에 배치된 전술한 방열용 수지 조성물의 경화물층을 포함할 수 있고, 선택적으로 상기 경화물층의 타면 상에 배치된 제2 금속박을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방열 기판은 상기 경화물층 때문에, 금속 베이스 기판의 방열성이 향상되어 실장 부품의 동작을 안정시킬 수 있다.
상기 금속박 및 제2 금속박의 금속 예로는 각각 구리(Cu), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 알루미늄(Al), Cu 합금, Ni 합금, Fe 합금, Al 합금 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 일례에 따르면, 동박일 수 있다.
상기 경화물은 상기 금속박 상에 상기 방열용 수지 조성물을 코팅하는 방식으로 형성될 수 있다. 이때, 코팅 방법은 롤러 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법, 슬롯 코팅법 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
또, 본 발명은 전술한 방열용 수지 조성물의 경화물을 포함하는 전자기기를 제공한다. 여기서, 전자기기는 반도체 칩 패키지, 인쇄회로기판(PCB) 패키지, LED 패키지 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<준비예 1> - 제1 필러의 제조
물/ETOH(70:30) 혼합 용액에 질화붕소(평균입경: 70 ㎛)를 분산시킨 다음, 여기에 도파민 전구체인 dopamine hydrochloride를 첨가한 다음, 이 용액에 완충 물질인 tris(hydroxymethyl)aminomethane를 첨가하여 용액의 pH를 8.5로 조절한 후, 1일 동안 자가 중합반응을 시켰다. 이때, 질화붕소, dopamine hydrochloride, 및 tris(hydroxymethyl)aminomethane의 혼합 비율은 1 : 3 : 3 중량비였다. 이후, 상기 중합반응을 통해 얻은 입자를 에탄올 및 물로 세척한 다음, 필터링하였다. 이후, 상기 필터링된 입자를 50 ℃의 오븐에서 1일 동안 건조하여 질화붕소 입자에 폴리도파민 코팅층(두께: 10 ㎚)이 형성된 제1 필러(평균 입경: 70.01 ㎛)를 제조하였다.
이때, 사용된 질화붕소 및 상기에서 제조된 제1 필러의 표면 상태를 SEM으로 확인하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
<실험예 1> - 폴리도파민층의 두께에 따른 열전도도 평가
본 발명에서 사용되는 제1 필러의 폴리도파민층 두께 변화에 따른 열전도도 증감 여부를 하기와 같이 확인하였다.
실시예 1에서와 동일하게 수행하되, 질화붕소, dopamine hydrochloride, 및 tris(hydroxymethyl)aminomethane의 혼합 비율을 1:3:3의 중량비, 1:5:5의 중량비, 1:7.5:7.5의 중량비로 처리하여 질화붕소 입자에 폴리도파민 코팅층이 형성된 제1 필러인 샘플 A~C를 각각 제조하였다. 이후, 각각의 샘플 20 wt%를 80 wt%의 수지 혼합물(에폭시 수지:경화제=1:0.5 중량비)에 투입하고 시트 형상으로 경화시켜 방열 복합체(크기: 10mm*10mm*1.5mm)를 제조하였다. 제조된 각 방열 복합체에 대한 열전도도를 측정하였다. 이때, 열전도도는 하기 실험예 2에 기재된 바와 동일하게 측정하였다.
실험 결과, 폴리도파민의 처리량이 많아질수록 열전도도가 0.335, 0.29, 0.276 W/m·K으로 감소하였다.
이로부터, 제1 필러 내 폴리도파민층의 두께가 너무 두꺼우면 열전도성이 저하될 수 있다는 것을 간접적으로 확인할 수 있었다.
<실시예 1>
1-1. 방열용 수지 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 조성에 따라 에폭시 수지, 경화제, 제1 필러, 제2 필러, 분산증진제 및 실란 커플링제를 혼합하여 방열용 수지 조성물을 제조하였다. 이때, 표 1에서, 에폭시 수지와 경화제의 혼합물, 제1 필러, 제2 필러, 분산증진제 및 실란 커플링제의 함량 단위는 중량부로, 당해 수지 조성물의 총량인 100 중량부를 기준으로 하였다.
1-2. 방열 복합체의 제조
실시예 1-1에서 제조된 방열용 수지 조성물을 이형 몰드에 투입한 후, 100~150 ℃에서 1~2 시간 동안 경화하여 방열 복합체를 제조하였다.
<실시예 2~6 및 비교예 1~5>
실시예 1-1에서 사용된 조성 대신 하기 표 1에 기재된 조성에 따라 각 성분을 혼합하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 실시예 2~5 및 비교예 1~5의 방열용 수지 조성물 및 방열 복합체를 제조하였다. 이때, 표 1에서, 에폭시 수지와 경화제의 혼합물, 제1 필러, 제2 필러, 분산증진제 및 실란 커플링제의 함량 단위는 중량부로, 당해 수지 조성물의 총량인 100 중량부를 기준으로 하였다.
에폭시 수지
& 경화제		 준비예 1의
제1 필러		 제2 필러 분산
증진제		 실란
커플링제
알루미나 (Al2O3) 질화붕소
(BN)
실시예 1 38 40 15 5 1 1
2 38 30 - 30 1 1
3 38 25 5 30 1 1
4 28 35 10 25 1 1
5 28 35 15 20 1 1
6 28 30 10 30 1 1
비교예 1 40 - - 60 - -
2 40 - 60 - - -
3 40 60 - - - -
4 28 - 10 60 1 1
5 30 70 - - - -
1) 에폭시 수지와 경화제의 혼합 비율: 1 : 0.5 중량비
2) 에폭시 수지: YD128(국도화학)(EEW: 225)
3) 경화제: T-403(국도화학)
4) 알루미나: 구형 알루미나(평균입경: 10 ㎛)
5) 질화붕소: 판상형 (길이: 10 ㎛)
6) 분산증진제 BYK110 (BYK)
7) 실란 커플링제: KBE-403(Shinetsu)
<실험예 2> - 방열 복합체의 열전도도
본 발명에 따른 방열 복합체에 대한 열전도도를 하기와 같이 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 1~6 및 비교예 1~5에서 각각 제조된 방열 복합체(크기: 10mm*10mm*1.5mm)의 일면에 레이저를 조사여 가열시킨 다음, 방열 복합체 타면의 온도 변화를 측정한 후, 측정된 온도변화 데이터를 곡선 보간법으로 해석하여 열확산 계수(a)를 측정한 다음, 하기 수학식 1에 따라 열전도도(K) 값을 산출하였다. 이때, 열전도 측정기(LFA 467, NETZSCH 사)를 사용하였다.
[수학식 1]
(상기 식에서,
a는 열확산 계수이고,
ρ는 방열 시트의 밀도이고,
Cp는 열용량 값임).
열전도도 (W/mㆍK)
실시예 1 3.57
실시예 2 3.1
실시예 3 3.8
실시예 4 3.4
실시예 5 3.2
실시예 6 4.2
비교예 1 2.8
비교예 2 2.6
비교예 3 2.1
비교예 4 3
비교예 5 2.7
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1~6의 방열 복합체는 열전도도가 비교예 1~5의 방열 복합체에 비해 더 높았다. 특히, 실시예 1~3, 4~6의 방열 복합체는 복합체 내 필러의 총량이 비교예 1~3,4~5의 방열 복합체와 동일하였으나, 열전도도는 더 높았다. 이와 같이, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물은 열전도성이 우수한 방열 부재를 제조할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 3>
실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 방열 복합체의 단면을 SEM으로 확인하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
비교예 1의 방열 복합체는 매트릭스 상에 필러가 분산되지 않고, 국부적으로 응집되어 있었다(도 2 (a) 참조). 반면, 실시예 1의 방열 복합체는 매트릭스 상에 필러가 전체적으로 분산되어 있었다(도 2(b) 참조).
이와 같이, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물은 열경화성 수지 내에 필러가 균일하게 분산된 방열 복합체를 제조할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (14)

  1. 열경화성 수지; 필러; 및 경화제를 포함하고,
    상기 필러는
    제1 열전도성 입자, 및 상기 제1 열전도성 입자 상에 형성된 폴리도파민 코팅층을 함유하는 제1 필러, 및
    폴리도파민 코팅층을 비(非)-함유하는 제2 필러
    를 포함하고,
    상기 제1 열전도성 입자는 질화붕소(boron nitride), 질화알루미늄(AlN), 질화규소, 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO), 산화아연, 탄화규소, 및 수산화알루미늄로 이루어진 군에서 선택되고,
    상기 제2 필러는 상기 제1 열전도성 입자와 성분이 동일한 제2A 열전도성 입자; 및 상기 제2A 열전도성 입자와 상이한 제2B 열전도성 입자를 함유하고,
    상기 열경화성 수지는 에폭시 당량이 100 내지 500 g/eq 범위인 에폭시 수지를 포함하는 것인, 방열용 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필러 및 상기 제2 필러의 사용 비율은 1 : 0.25~4 중량비인, 방열용 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필러 및 상기 제2 필러 중 어느 하나의 평균 입경(D1)과 나머지의 평균 입경(D2)의 비율(D1 : D2)은 이 1 : 0.02~0.4 범위인, 방열용 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필러 및 상기 제2 필러 중 어느 하나는 0.5 내지 200 ㎛ 범위의 평균 입경을 갖고, 나머지는 0.01 내지 80 ㎛ 범위의 평균 입경을 갖는 것인, 방열용 수지 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 필러 및 상기 제2 필러 중에서 0.01 내지 80 ㎛ 범위의 평균 입경을 갖는 필러는 전체 필러의 총량을 기준으로 20 내지 80 중량% 범위인, 방열용 수지 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 0.01 내지 80 ㎛ 범위의 평균 입경을 갖는 필러는 상기 제2 필러인 것인, 방열용 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 폴리도파민 코팅층의 두께(T)는 5 내지 15 ㎚ 범위인, 방열용 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필러는
    (S10) 염기성 완충 용액에 제1 열전도성 입자를 분산시킨 다음, 도파민 전구체를 첨가하여 상기 제1 열전도성 입자 상에 폴리도파민 코팅층을 형성하는 단계; 및
    (S20) 상기 (S10) 단계에서 얻은 입자를 함유하는 슬러리를 여과한 후 건조하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 형성된 것인, 방열용 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 당해 방열용 수지 조성물의 총량 100 중량부를 기준으로,
    상기 열경화성 수지와 경화제의 함량을 합한 전체 중량은 25 내지 50 중량부이고,
    상기 필러의 함량은 40 내지 70 중량부 범위인, 방열용 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    분산증진제 및 실란 커플링제로 이루어진 군에서 1종 이상을 더 포함하는, 방열용 수지 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 분산증진제 및 실란 커플링제는 각각 당해 방열용 수지 조성물의 총량 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부 범위인, 방열용 수지 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 방열용 수지 조성물의 경화물은 3 내지 5 W/m·K 범위의 열 전도도를 갖는 것인, 방열용 수지 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 방열용 수지 조성물의 경화물을 포함하는 방열 부재.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 방열용 수지 조성물의 경화물을 포함하는 전자기기.
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