KR102598096B1 - 방열필름 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방열필름에 있어서, 열전도성 물질을 포함하는 제1 방열층; 열전도성 물질을 포함하는 제2 방열층; 및 제1 방열층과 제2 방열층 사이에 위치하는 유연성층;을 포함하며, 제1 방열층의 적어도 일부가 유연성층 내부에 위치하며, 제2 방열층의 적어도 일부가 유연성층 내부에 위치하는 방열필름 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
Description
본 발명은 방열필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유연성이 향상된 방열필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.
일반적으로 전자 제품에 포함된 소자들의 경우 구동시 열이 발생하며, 이와 같이 기기 내에서 발생되는 열을 적절하게 외부로 방출시키지 못할 경우 내부 온도 상승에 의해 제품의 성능이 저하되는 것은 물론, 과도한 발열에 의해 오작동 또는 시스템 다운이 일어나거나 기기의 수명이 감소될 수 있으며, 심한 경우 고장에 이르게 될 수 있다.
특히, 최근 들어 전자 제품들이 다기능, 고성능화되고, 제품의 경량화, 소형화를 지향함에 따라 전자 소자들의 고집적화가 필연적으로 발생하게 되었으며, 이에 따라 디바이스 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 내부 발열 문제를해소하는 것이 매우 중요한 기술적 관심사로 대두하게 되었다.
상기와 같은 발열 문제의 해소 방법으로 이전부터 히트 싱크, 냉각 팬, 히트 파이프 등 다양한 방열 기구들이 사용되어 왔으나, 이들 방식의 경우 기본적으로 부피가 커서 최근 슬림화되고 소형화되어 가는 전자제품들에 적용되기에는 적합하지 않은 문제가 있었다. 따라서, 최근 들어 스마트 폰, 태블릿 PC, 박막형 디스플레이 제품 등을 중심으로 방열패드, 방열필름 또는 방열도료 등이 냉각수단으로서 널리 사용되고 있다.
이 중 방열필름은 특정 발열 부위의 열을 필름 전체로 확산시켜 전체적인 냉각 면적을 넓혀 방열 성능을 향상시키는 것을 원리로 하는 제품으로, 이러한 방열필름에 사용되는 방열 소재로는 최근 그라파이트 소재가 특히 주목받고 있다.
도 1은 한국공개특허공보 제2017-0030711호에 기재된 방열필름의 일 예를 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호 및 용어의 일부를 변경하였다.
방열필름(1)은 그라파이트층(10) 및 금속층(20)을 포함한다. 수평방향의 방열은 그라파이트층(10)에서 이루어지고 수직방향의 방열은 금속층(20)을 통해 이루어지도록 하기 위한 조합이다.
도 2는 한국등록특허공보 제1832738호에 기재된 방열필름의 일 예를 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호 및 용어의 일부를 변경하였다.
방열필름(1)은 그라파이트층(10), 금속층(20) 및 접착층(30)을 포함한다. 수평방향의 방열은 그라파이트층(10)에서 이루어지고 수직방향의 방열은 금속층(20)을 통해 이루어지도록 하기 위한 조합이다.
종래의 그라파이트 또는 그래핀과 같은 열전도성 물질로 구성된 그라파이트층(10)의 경우 유연성을 높이기 위해 열전도성 물질의 함량을 낮추고 방열 성능이 낮은 바인더의 함량을 높일수록 방열 특성은 낮아지는 문제가 있다. 예를 들어 그라파이트층(10)을 형성하는 조성물에 있어서 그라파이트 또는 그래핀과 같은 열전도성 물질이 총중량에 대해 70 중량% 이하인 반면 방열 성능이 낮은 바인더가 30 중량% 이상을 차지하는 경우 유연성이 높아질 수 있지만 방열 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 그런데 최근에는 플렉서블 디스플레이가 많이 사용되면서 유연성이 높으면서도 방열특성이 높은 방열필름에 대한 요구가 많아지고 있다.
본 개시에서는 방열 특성이 떨어지지 않으면서도 유연성이 향상된 방열필름 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다.
본 발명에 따른 일 태양에 의하면, 방열필름에 있어서, 열전도성 물질을 포함하는 제1 방열층; 열전도성 물질을 포함하는 제2 방열층; 및 제1 방열층과 제2 방열층 사이에 위치하는 유연성층;을 포함하며, 제1 방열층의 적어도 일부가 유연성층 내부에 위치하며, 제2 방열층의 적어도 일부가 유연성층 내부에 위치하는 방열필름이 제공된다.
본 발명에 따른 다른 일 태양에 의하면, 방열필름의 제조방법에 있어서, 열전도성 물질과 핫멜트 수지가 혼합된 고상의 제1 방열층을 준비하는 단계; 제1 방열층 위에 유연성층을 배치하는 단계; 유연성층 위에 열전도성 물질과 핫멜트 수지가 혼합된 고상의 제2 방열층을 배치하는 단계; 및 140 ℃ 이상이 고온에서 제1 방열층과 제2 방열층을 눌러 유연성층 내부에 제1 방열층 및 제2 방열층의 적어도 일부가 위치하도록 하는 단계;를 포함하는 방열필름의 제조방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 한국공개특허공보 제2017-0030711호에 기재된 방열필름의 일 예를 보
여주는 도면,
도 2는 한국등록특허공보 제1832738호에 기재된 방열필름의 일 예를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 방열필름의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 방열필름이 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 방열필름 제조방법의 일 예를 보여주는 도면.
여주는 도면,
도 2는 한국등록특허공보 제1832738호에 기재된 방열필름의 일 예를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 방열필름의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 방열필름이 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 방열필름 제조방법의 일 예를 보여주는 도면.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다. 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다. 또한 도면에서는 설명을 위해 실제 제품보다 크기가 과대하게 도시되었을 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방열필름의 일 예를 보여주는 도면이다.
방열필름(100)은 열전도성 물질(111)을 포함하는 제1 방열층(110), 열전도성 물질(121)을 포함하는 제2 방열층(120) 및 제1 방열층(110)과 제2 방열층(120) 사이에 위치하는 유연성층(130)을 포함할 수 있다.
제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)은 열전도성 물질(111, 121)에 핫멜트 수지(112, 122)가 혼합된 조성물로 형성될 수 있다. 열전도성 물질(111, 121)은 그라파이트 및 그래핀 중 적어도 하나 일 수 있으며 그 이외의 열전도성 물질을 배제하는 것은 아니다. 핫멜트 수지(112, 122)는 폴리우레탄 핫멜트가 바람직하다. 그러나 앞서 설명한 것처럼 바인더로 사용된 핫멜트 수지(112, 122)의 함량이 높은 경우 방열층(110, 120)의 열전도성이 떨어져 방열 특성이 낮아질 수 있기 때문에 바람직하게는 열전도성 물질(111, 121) 80 중량% 이상에 핫멜트 수지(112, 122)는 20 중량% 이하인 것이 좋다. 더 나아가 열전도성 물질(111, 121)이 핫멜트 수지(112, 122)에 고르게 혼합되어 있는 것이 바람직하다. 핫멜트 수지(112, 122) 중 폴리우레탄 핫멜트는 특정 온도(140℃ 내지 160℃)에서 연화되어 고상에서 액상으로 변화하는 특성을 갖고 있다. 제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)의 두께는 20 ㎛ 내지 30 ㎛ 인 것이 바람직하다.
유연성층(130)은 직포 및 부직포 중 적어도 하나일 수 있으며 더 나아가 직포 및 부직포 이외도 섬유성 물질인 경우도 포함될 수 있다. 제1 방열층(110)의 적어도 일부(131)가 유연성층(130) 내부에 위치하며, 제2 방열층(120)의 적어도 일부(132)가 유연성층(130) 내부에 위치할 수 있다. 예를 들어 유연성층(130)이 직포 및 부직포인 경우 유연성층(130)은 원사 사이의 틈(133)을 갖고 있으며, 원사 사이의 틈(133)에 제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)의 일부가 위치할 수 있다. 원사 사이의 틈(133)에 제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)의 일부를 위치시키는 방법은 도 6에서 다시 설명한다. 직포 또는 부직포와 같은 섬유질로 형성된 유연성층(130)에 의해 방열필름(100)은 높은 함량의 열전도성 물질(111, 121)을 포함하고 있는 제1 및 제2 방열층(110, 120)만으로 형성된 경우보다 유연성이 향상될 수 있다. 예를 들어 본 발명의 방열필름(100)은 곡률반경 1.5R(직경 3mm)조건에서 bending test를 30,000회 진행한 결과 방열필름(100)에서 분층이나 균열이 일어나지 않았다. 더 나아가 유연성층(130)은 직포 또는 부직포를 형성하는 원사에 전기전도성 금속(예 : 구리, 니켈)을 포함하여 전자파 차폐 성능도 가질 수 있다. 유연성층(130)의 두께는 15 ㎛ 내지 20 ㎛ 가 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 방열필름의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
방열필름(100)은 제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)이 외부로 노출된 면에 보호층(140)을 포함할 수 있다. 보호층(130)은 PET, PE, PP, PI 중 적어도 하나의 물질로 형성된 필름 제품일 수 있다. 보호층(130)은 제1 및 제2 방열층(110, 120)의 표면보다 높은 경도를 갖는 표면으로 제1 및 제2 방열층(110, 120)을 보호한다. 더 나아가 보호층(140)은 표면 방사율을 높이기 위하여 검정색으로 형성되는 것이 바람직하다. 보호층(140)의 두께는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 것이 바람직하다.
도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 방열필름 제조방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
먼저 제1 방열층(110)을 준비한다. 제1 방열층(110)은 폴리우레탄 핫멜트 수지(112) 20 중량% 이하에 80 중량% 이상의 그래핀과 같은 열전도성 물질(111)이 균일하게 분산되어 있는 고상의 필름 제품일 수 있다(S1). 이후 제1 방열층(110) 위에 직포 및 부직포 중 적어도 하나로 형성된 유연성층(130)을 배치한다(S2). 본 발명에서는 섬유질로 형성된 유연성층(130)을 사용하여 열전도성 물질의 함량이 80 중량% 이상임에도 열전도성 물질의 함량이 80 중량% 이상을 포함한 방열층만으로 형성된 방열필름보다 유연성이 향상될 수 있다. 이후 제2 방열층(120)을 유연성층(130) 위에 배치한다(S3). 제2 방열층(120)은 제1 방열층(110)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 폴리우레탄 핫멜트 수지 20 중량% 이하에 80 중량% 이상의 그래핀과 같은 열전도성 물질이 균일하게 분산되어 있는 고상의 필름 제품일 수 있다. 이후 제1 방열층(110)과 제2 방열층(120)의 온도가 고온인 140℃ 내지 160℃에서 롤러(200) 등을 이용하여 제1 방열층(110)과 제2 방열층(120)을 프레스(press)한다(S4). 고온상태에서 프레스함으로써 고온에서 액상인 제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)의 일부(131, 132)가 유연성층(130) 내부로 들어간 후 다시 고상으로 되면서 제1 방열층(110), 제2 방열층(120) 및 유연성층(130)이 결합될 수 있다. 즉 본 발명에서는 제1 방열층(110)과 제2 방열층(120)에 바인더로 핫멜트 수지를 사용하여 특정온도에서 고상이 액상으로 변하는 특징과 유연성층(130)이 섬유질로 되어 원사 사이의 틈(133)이 있는 특징을 이용하였다. 종래에는 한국공개특허공보 제2021-0121450호에 기재된 것처럼 열전도성 물질이 녹아 있는 용액을 보호층 위에 형성한 후 건조를 통해 방열층을 형성하기 때문에 휘발성 용매가 날라간 자리에 기포와 같은 공간이 방열층 내부에 생겨나 방열성능이 떨어지는 문제가 있었다. 본 발명에서는 제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)을 먼저 핫멜트 수지가 포함된 고상의 필름제품으로 만든 후 핫멜트 수지를 액상으로 변화시킨 상태에서 롤러를 눌러 제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)의 일부(131, 132)가 섬유질로 되어 원사 사이의 틈(133)이 있는 유연성층(130) 내부에 형성되도록 하기 때문에 종래와 같이 방열층 내부에 휘발성 용매가 날라가 형성된 공간이 발생하지 않을 수 있다. 더 나아가 본 발명에서는 고상의 필름 제품인 방열층(110, 120)을 유연성층(130)에 부착시키기 위해 별도의 점착층을 사용하지 않음으로서 점착층으로 인한 방열성능의 하락을 방지할 수 있다. 더 나아가 유연성층(130) 내부에서 제1 방열층(110)과 제2 방열층(120)의 일부가 서로 접하게 하여(미도시) 점착층을 사용한 경우보다 제1 방열층(110) 및 제2 방열층(120)과 유연성층(130)사이의 결합력을 향상시킬 수 있어 방열층(110, 120)이 유연성층(130)으로부터 박리되는 것을 완화시킬 수 있다. 이후 보호층(140)을 형성한다(S5). 보호층(140)은 도시하지 않았지만 방열층(110, 120)에 포함된 핫멜트 수지(112, 122)에 의해 부착될 수 있다. 또는 보호층(140)은 점착층을 통해 방열층(110, 120)에 부착되거나 액상의 보호층 재료를 방열층(110, 120)에 직접 코팅하여 형성하는 등 종래의 공지된 방법으로 형성할 수도 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 방열필름에 있어서, 열전도성 물질을 포함하는 제1 방열층; 열전도성 물질을 포함하는 제2 방열층; 및 제1 방열층과 제2 방열층 사이에 위치하는 유연성층;을 포함하며, 제1 방열층의 적어도 일부가 유연성층 내부에 위치하며, 제2 방열층의 적어도 일부가 유연성층 내부에 위치하는 방열필름.
(2) 제1 방열층 및 제2 방열층은 열전도성 물질과 핫멜트 수지가 혼합된 조성물로 형성된 방열필름.
(3) 열전도성 물질은 그래핀 및 그라파이트 중 적어도 하나이며, 핫멜트 수지는 폴리우레탄 핫멜트 수지이며, 조성물에서 열전도성 물질은 80 중량% 이상이고, 폴리우레탄 핫멜트 수지는 20 중량% 이하인 방열필름.
(4) 유연성층은 직포 및 부직포 중 적어도 하나로 형성된 방열필름.
(5) 직포 및 부직포 중 적어도 하나에 도전성 물질로 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나가 포함된 방열필름.
(6) 제1 방열층 및 제2 방열층의 노출된 면에 형성된 보호층을 포함하는 방열필름.
(7) 보호층은 검은색인 방열필름.
(8) 제1 방열층과 제2 방열층이 유연성층 내부에서 서로 만나는 방열필름.
(9) 방열필름의 제조방법에 있어서, 열전도성 물질과 핫멜트 수지가 혼합된 고상의 제1 방열층을 준비하는 단계; 제1 방열층 위에 유연성층을 배치하는 단계; 유연성층 위에 열전도성 물질과 핫멜트 수지가 혼합된 고상의 제2 방열층을 배치하는 단계; 및 140 ℃ 이상 고온에서 제1 방열층과 제2 방열층을 눌러 유연성층 내부에 제1 방열층 및 제2 방열층의 적어도 일부가 위치하도록 하는 단계;를 포함하는 방열필름의 제조방법.
(10) 유연성층은 전기전도성 금속을 포함하는 직포 및 부직포 중 적어도 하나이며, 제1 방열층 및 제2 방열층의 적어도 일부가 직포 또는 부직포의 원사 사이의 틈에 위치하는 방열필름의 제조방법.
본 발명에 의하면, 유연성을 가지면서 높은 방열특성을 갖는 방열필름을 얻을 수 있다.
방열필름 : 1, 100
방열층 : 110, 120
유연성층 : 130
방열층 : 110, 120
유연성층 : 130
Claims (10)
- 방열필름에 있어서,
열전도성 물질을 포함하는 제1 방열층;
열전도성 물질을 포함하는 제2 방열층; 및
제1 방열층과 제2 방열층 사이에 위치하는 유연성층;을 포함하며,
제1 방열층의 적어도 일부가 유연성층 내부에 위치하며,
제2 방열층의 적어도 일부가 유연성층 내부에 위치하며,
제1 방열층 및 제2 방열층은 열전도성 물질과 핫멜트 수지가 혼합된 조성물로 형성되며,
제1 방열층과 제2 방열층이 유연성층 내부에서 서로 만나는 방열필름. - 삭제
- 제1항에 있어서,
열전도성 물질은 그래핀 및 그라파이트 중 적어도 하나이며,
핫멜트 수지는 폴리우레탄 핫멜트 수지이며,
조성물에서 열전도성 물질은 80 중량% 이상이고, 폴리우레탄 핫멜트 수지는 20 중량% 이하인 방열필름. - 제1항에 있어서,
유연성층은 직포 및 부직포 중 적어도 하나로 형성된 방열필름. - 제4항에 있어서,
직포 및 부직포 중 적어도 하나에 도전성 물질로 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나가 포함된 방열필름. - 제1항에 있어서,
제1 방열층 및 제2 방열층이 노출된 면에 형성된 보호층을 포함하는 방열필름. - 제6항에 있어서,
보호층은 검은색인 방열필름. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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