KR102620906B1 - 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부 탄성체를 열 확산 시트로 감싸서 접착되고 표면에 노출된 열 확산 시트 표면에 직접 도금에 의한 금속층이 형성된 리플로우 솔더링이 가능한 열/전기 전도성 탄성체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체는 내부 탄성체; 상기 내부 탄성체 외측에 형성되는 점ㆍ접착제층; 상기 점ㆍ접착제에 의해 부착되는 열 확산 시트; 상기 열 확산 시트 표면에 도금에 의해 형성된 금속층을 포함하고, 상기 내부 탄성체의 길이 방향 양측 절단면은 노출된 상태로 두고 둘레면 만을 상기 열 확산 시트로 감싸고, 상기 열 확산 시트의 노출된 표면에 직접 도금에 의해 상기 금속층이 형성된 것을 특징으로 한다.
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Description
본 발명은 리플로우 솔더링이 가능한 열/전기 전도성 탄성체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 열 확산 시트가 내부 탄성체를 감싸는 형태로 열 확산 시트와 내부 탄성체가 접착되고, 외부로 노출되는 열 확산 시트 표면에는 직접 도금에 의한 금속층이 형성됨으로써 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자제품이 고성능 소형화를 위해 직접화, 박막화를 실현함에 따라 전자파 장애 및 고열 발생의 문제가 대두되었다. 이를 해결하기 위해 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 바와 같은 열/전기 전도성 탄성체가 제안되었다.
특허문헌 1에는 고분자 수지에 열전도성 파우더를 투입하여 열전도성 내부 탄성체를 제조하고, 그 표면에 팔라듐층을 형성하고 그 팔라듐을 시드로 하여 도금층을 형성하여 리플로우 솔더링이 가능한 열/전기 전도성 탄성체를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법의 경우, 고분자 수지에 열전도성 파우더를 투입하는데 한계가 있어 열전달 성능을 높이는데 제약이 많이 따르고, 또한 리플로우 솔더링을 위한 금속층을 형성하기 위하여 고가의 팔라듐을 사용해야 하는 문제가 있다
특허문헌 2에는 리플로우 솔더링이 가능한 열/전기 전도성 탄성체로서, 구체적으로는 금속 도금된 폴리이미드 필름으로 그라파이트 시트를 밀폐한 전기/열전도시트로 내부 탄성체를 감싸는 그라파이트 밀폐형 전기/열 전도성 탄성 가스켓이 있다. 그러나, 특허문헌 2에 개시된 방법의 경우, 열전달을 위한 그라파이트 시트와 솔더링을 위한 금속층 사이에 상대적으로 열저항이 높은 폴리이미드 필름이 존재함으로써 열전달 성능이 많이 저하되며, 나아가 부스러지기 쉬운 그라파이트의 단점을 보완하기 위해 그라파이트 시트가 밀폐되도록 폴리이미드 필름을 부착하여야 하는 공정 측면에서 단점이 있다.
따라서, 열전달 특성이 우수하면서도 제조 공정이 용이한 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체가 개발될 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수평 열전도율이 고성능을 나타내는 2차원 평면 형태인 열 확산 시트를 내부 탄성체의 둘레면을 감싸서 부착하므로 3차원 형태로 만들어 바닥의 열을 상부로 효과적으로 전달할 수 있는 구조로 하고, 외부로 노출된 열 확산 시트 표면에 직접 도금하므로 열전달 성능을 향상하고, 부스러지기 쉬운 열 확산 시트의 단점을 해결한 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체는 내부 탄성체; 상기 내부 탄성체의 길이 방향 양측 단부면이 노출되도록 상기 내부 탄성체를 폭 방향으로 감싸는 열 확산 시트; 상기 내부 탄성체와 상기 열 확산 시트를 부착시키는 점ㆍ접착제층(점착제층 및/또는 접착제층); 및 상기 열 확산 시트 상에 형성된 금속층을 포함하고, 상기 금속층은 상기 열확산 시트 표면과 직접 접촉하는 도금층인 것을 특징으로 한다.
열/전기 전도성 탄성체의 양호한 쿠션성 유지를 위하여, 상기 내부 탄성체는 길이 방향 양측 절단면은 노출된 상태로 두고 둘레면 만을 감싸는 형태로 열 확산 시트로 부착하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 내부 탄성체가 육면체 구조라면 좌측면 및 우측면은 노출된 상태로 두고, 열 확산 시트를 내부 탄성체의 전면, 상부면, 배면 및 하부면을 감싸는 형태로 부착할 수 있다.
상기 금속층은 상기 열 확산 시트를 완전 밀폐하도록 형성된 것일 수 있다.
상기 내부 탄성체는 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 불소 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지, 천연 고무 및 합성 고무 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 내부 탄성체는 고분자 매트릭스와, 난연제를 포함할 수 있다.
상기 내부 탄성체는 열전도성 향상을 위하여 고분자 수지 매트릭스 내에 열전도성 파우더를 포함하는 열전도성 탄성체일 수 있다. 구체적으로, 상기 내부 탄성체는 고분자 매트릭스와, 산화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 아연, 산화 마그네슘, 질화 알루미늄, 탄화 규소, 석영, 수산화 알루미늄, 그라파이트, 그래핀, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 구리, 은 및 알루미늄 중 1종 이상을 포함하는 열전도성 파우더를 포함할 수 있다.
상기 내부 탄성체는 길이 방향을 따라 미리 정해진 형태의 내부 중공부를 포함할 수 있다. 상기 내부 중공부의 측벽에는 볼록한 형태의 굴곡 개시부가 형성될 수 있다. 굴곡 개시부가 형성된 내부 탄성체는 주변의 벽 두께보다 얇게 성형되어, 상부에서 탄성체 가압 시 열 확산 시트 및 금속층이 균일하고 완만한 곡률로 변형되도록 할 수 있다.
상기 열 확산 시트는 천연 그라파이트, 인조 그라파이트, 그래핀, CNT-그래핀, 탄소섬유(직조 또는 부직포 형태 포함) 및 탄소나노튜브 중에서 1종 이상을 포함하는 시트일 수 있다.
상기 점ㆍ접착제층은 내부 탄성체가 열전도성 탄성체일 경우 내부 탄성체와 열 확산 시트 계면의 열저항을 줄이기 위해 점ㆍ접착제 수지 내에 열전도성 파우더를 포함하는 열전도성 점ㆍ접착제층일 수 있다.
상기 금속층은 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하여, 2층 이상으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속층은 제1 금속층과, 상기 제1 금속층 상에 형성되며 상기 제1 금속층보다 더 높은 솔더 젖음성을 갖는 제2 금속층을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 구리를 포함하는 제1 금속층과, 주석을 포함하는 제2 금속층과, 상기 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 구리확산 현상을 방지하기 위한 중간금속층을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체 제조 방법은 내부 탄성체의 길이 방향 양측 단부면이 노출되도록 열 확산 시트가 상기 내부 탄성체를 폭 방향으로 감싸는 형태로, 점ㆍ접착제층을 이용하여 상기 내부 탄성체와 열 확산 시트를 부착하는 단계; 및 직접 도금을 이용하여 상기 열 확산 시트 표면에 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열/전기 전도성 탄성체는 열 확산 시트에서 이탈되기 쉬운 파티클 발생을 차단하고, 열 확산 시트와 금속층 부착을 위한 접착층에서 발생하는 열저항을 없애기 위해 열 확산 시트 표면에 직접 도금에 의해 금속층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 열 확산 시트는 천연 그라파이트, 인조 그라파이트, 그래핀, CNT-그래핀, 탄소섬유 및 탄소나노튜브 중에서 1종 이상을 포함하는 시트일 수 있다.
상기 금속층을 형성하는 단계는: 직접 도금을 이용하여 상기 열 확산 시트 표면에 제1 금속층을 형성하는 단계와, 직접 도금을 이용하여 상기 제1 금속층보다 더 높은 솔더 젖음성을 갖는 제2 금속층을 상기 제1 금속층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속층을 형성하는 단계는: 직접 도금을 이용하여 상기 열 확산 시트 표면에 구리를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계와, 직접 도금을 이용하여 상기 제1 금속층 상에 구리 확산 현상을 방지하기 위한 중간 금속층을 형성하는 단계와, 직접 도금을 이용하여 상기 중간 금속층 상에 제2 금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열 확산 시트가 내재된 리플로우 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체는 수평열전도도가 대단히 높은 이차원형태의 열 확산 시트로 내부 탄성체를 감싸는 모양의 삼차원형태로 만들어 발열원에서 발생하는 열을 수직의 다른층으로 효율적으로 전달하는 구조이며, 열전달 매체인 열 확산 시트에 직접도금으로 금속층이 형성되므로 계면열저항이 발생치 않아 열전도성능이 월등히 향상되고, 부스러져 파티클이 발생하기 쉬운 열 확산 시트의 외부 노출된 표면 전체에 금속층이 감싸 안듯이 형성되므로 파티클 이탈을 막을 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 부분절단 사시도이다.
도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 단면도이다.
도 5는 포화온도시험기 개념도이다.
도 6은 포화온도시험기에 측정대상물이 설치된 사진이다.
도 7은 포화온도 시험법에 의한 실시예, 비교예 1 및 2에 따른 샘플의 열전도성 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 단면도이다.
도 5는 포화온도시험기 개념도이다.
도 6은 포화온도시험기에 측정대상물이 설치된 사진이다.
도 7은 포화온도 시험법에 의한 실시예, 비교예 1 및 2에 따른 샘플의 열전도성 평가 결과를 나타낸 것이다.
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 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 부분절단 사시도이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체(100)는 내부 탄성체(110), 점ㆍ접착제층(120), 열 확산 시트(130), 금속층(140)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체(100)의 단면 형태가 기본 사각형에서 상부 라운드, 하단 중앙 함몰부 등 일부 변형된것으로 게시되었으나, 이에 제한되지 아니하며 원형, 삼각형, 오각형, 중절모자형 등의 다각형에서 일부 변형된 단면형태 일 수 있다.
상기 내부 탄성체(110)는 실리콘수지, 폴리우레탄수지, 아크릴수지, 에폭시수지, 불소수지, EPDM수지, 천연고무, 합성고무 중 1종 이상을 포함하는 쿠션이 있는 고무 형태일 수 있다.
상기 내부 탄성체(110)는 쇼어A 30 ~ 쇼어A 90의 경도를 가질 수 있다.
상기 내부 탄성체(110)는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체(100)의 난연성을 부여하기 위하여 난연제를 포함할 수 있다
상기 난연제는 할로겐계, 인계, 브롬계 등의 난연제 중에서 선택된 1종이상을 사용할 수 있고, 난할로겐난연을 실현하기 위해서는 수산화알루미늄, 멜라민, 수산화마그네슘등 무기계, 및 팽창흑연등 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 고분자 수지 100중량부 대비 대략 5-50중량부의 난연제를 첨가할 수 있다.
상기 내부 탄성체(110)는 열전도성 향상을 위하여 고분자 수지 매트릭스 내에 열전도성 파우더를 포함하는 열전도성 탄성체를 일 수 있다.
상기 열전도성 파우더는 산화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 아연, 산화 마그네슘, 질화 알루미늄, 탄화 규소, 석영, 수산화 알루미늄, 그라파이트, 그래핀, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 구리, 은, 알루미늄 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 내부 탄성체(110)는 더 나은 쿠션성을 제공하기 위하여 내부중공부(150)를 포함할 수 있다. 내부 중공부(150)는 도 2 내지 도 4에 도시된 예와 같이, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 내부 탄성체(110)는 내부 중공부(150)의 특정 위치에 주변의 벽 두께보다 조금 얇게 성형되는 굴곡 개시부(151)를 배치하여, 즉 내부 중공부의 측벽에 볼록한 형태의 굴곡 개시부(151)가 형성되어, 상부에서 가압 시 열 확산 시트(130) 및 금속층(140)이 균일하고 완만한 곡률로 변형되도록 할 수 있다.
도 3를 참조하면, 내부 탄성체(110)이 열전도성 탄성체인 경우 외부에서 가압 시 충분한 쿠션성을 가지면서 중앙부의 수직열전달 경로를 확보하여 열전도성을 향상할 수 있다.
도 4를 참조하면, 내부 탄성체(110)이 열전도성 탄성체인 경우 외부에서 가압 시 일정부분 쿠션성을 가지면서 중앙부의 수직열전달 경로를 확실히 확보하여 열전도성을 향상할 수 있다.
점ㆍ접착제층(120)은 내부 탄성체(110)와 열 확산 시트(130)를 부착하기 위한 것으로, 점착제층 및/또는 접착제층일 수 있다. 점ㆍ접착제층(120)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 에틸렌비닐아세테이트, 폴리이소부틸렌, 폴리아마이드, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리이미드 및 폴리에틸렌 또는 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 불소계 중 하나의 이상의 성분으로 점착제(Pressure Sensitive Adhesive) 형태 또는 핫멜트(Hot Melt)접착제 형태 또는 습기경화형접착제 형태 또는 열경화형접착제 형태 일 수 있다.
상기 점ㆍ접착제층(120)은 내부 탄성체(110)가 열전도성 탄성체일 경우 내부 탄성체(110)와 열 확산 시트(130) 계면의 열저항을 줄이기 위해 점ㆍ접착제 수지 내에 열전도성 파우더를 포함하는 열전도성 점ㆍ접착제층일 수 있다.
상기 점ㆍ접착제 수지에 포함되는 열전도성 파우더는 산화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 아연, 산화 마그네슘, 질화 알루미늄, 탄화 규소, 석영, 수산화 알루미늄, 그라파이트, 그래핀, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 구리, 은, 알루미늄 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
열 확산 시트(130)는 전자 제품에서 발생된 열을 빠르게 외부로 전달하는 역할을 한다. 이를 위해, 열 확산 시트(130)의 소재는 수평열전도도 100W/mK 이상의 천연 그라파이트, 인조 그라파이트, 그래핀, CNT-그래핀, 탄소섬유(직조 및 부직포 형태 포함), 카본나노튜브 섬유(직조 및 부직포 형태 포함) 등에서 선택될 수 있다.
상기 열 확산 시트(130)은 10~500㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 열 확산 시트(130)의 두께가 10㎛ 미만으로 형성될 경우에는 열전달 성능이 불충분할 수 있다. 반대로, 열 확산 시트(130)의 두께가 500㎛를 초과하여 형성될 경우에는 내부 탄성체(110)를 감싸는 과정에서 부스러지는 등 성형에 어려움이 있다.
상기 열 확산 시트(130)은 점ㆍ접착제층(120)과의 부착력강화를 위하여 알코올등의 유기용제류, 알카리탈지, 산세 등의 세정처리 및 프라이머 처리를 할 수 있다.
상기 금속층(140)은 내부 탄성체(110)의 둘레면에 점ㆍ접착제층(120)에 의해 열 확산 시트(130)이 부착된 후 직접 도금에 의해 형성하므로 도면 1 A확대도와 같이 금속층(140)이 열 확산 시트(130)을 완전밀폐하는 구조로 되는 것이 바람직하다.
상기 금속층(140)은 구리, 금, 은, 철, 니켈, 주석, 아연, 크롬, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 텅스텐, 코발트, 납 및 리튬 중 적어도 하나 이상의 순금속 또는 이ㆍ삼원계 합금일 수 있다.
상기 금속층(140)은 전기전도도는 0.1Ω 이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 0.1Ω을 초과할 경우 전기적 접속성이 떨어질 수 있다.
금속층(140)은 단층 구조로 형성될 수 있다.
다른 예로, 금속층(140)은 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하여 2층 이상의 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속층은 제1 금속층과, 상기 제1 금속층 상에 형성되며 상기 제1 금속층보다 더 높은 솔더 젖음성을 갖는 제2 금속층을 포함할 수 있다. 바람직한 예로, 제1 금속층은 구리 도금층이고, 제2 금속층은 주석 도금층일 수 있다.
상기 금속층(140)의 제1금속층이 구리이고, 제2금속층이 주석인 경우 구리 확산 현상을 방지하기 위해 중간 금속층이 추가될 수 있다. 이때, 중간 금속층의 재질은 상기 나열된 금속 중에서 구리와 주석을 제외한 것 중에 하나로, 두께 0.1㎛ ~ 2㎛ 정도로 형성될 수 있다. 중간 금속층이 두께 0.1㎛ 미만이면 구리확산 방지 효과가 불확실할 수 있고, 두께 2㎛ 이상이면 생산비용 상승 및 가요성이 저하될 수 있다.
상기 금속층(140)의 제1금속층 두께는 1㎛ ~ 20㎛ 정도로 형성될 수 있다. 두께 1㎛ 미만이면 전기전도성 및 기계적강도가 약할 수 있고, 두께 20㎛ 이상이면 생산비용 상승 및 가요성이 저하될 수 있다.
상기 금속층(140)의 제2 금속층 두께는 0.5㎛ ~ 5㎛정도로 형성될 수 있다. 두께 0.5㎛ 미만이면 납젖음성 및 부식방지효과가 약할 수 있고, 두께 5㎛를 초과하면 생산비용 상승 및 가요성이 저하될 수 있다.
도금 공정 직전에 도금부착력 향상을 위하여, 열 확산 시트(130)의 표면에 대하여 알코올 등의 유기용제류, 알카리 탈지, 산세 등의 세정처리 및 프라이머처리를 할 수 있다.
상기 금속층(140)을 형성하기 위한 도금법은 무전해도금, 전기도금법 중에서 선택될 수 있다.
상기 금속층(140)은 표면에는 변색 및 부식방지를 위하여 방청 처리층(미도시)이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 열 확산 시트가 내재된 열/전기 전도성 탄성체 제조 방법은, 내부 탄성체(110)의 길이 방향 양측 단부면이 노출되도록 열 확산 시트(130)가 내부 탄성체를 폭 방향으로 감싸는 형태로, 점ㆍ접착제층(120)을 이용하여 내부 탄성체(110)와 열 확산 시트(130)를 부착하는 단계와, 직접 도금을 이용하여 열 확산 시트(130) 표면에 금속층(140)을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 샘플 제작
실시예
실리콘 수지 18 wt%, 산화 알루미늄 82 wt%를 혼합 분산하여 압출기를 통하여 380℃에서 압출을 수행하여 W(폭) 5mm × T(높이) 6mm × L(길이) 40mm 사이즈이고, H형 내부 중공부를 갖는 열전도성 내부 탄성체를 제조하였다
다음 공정으로 열전도성 내부 탄성체 둘레면에 실리콘 열경화형 접착제를 이용하여 30㎛ 두께의 인조 그라파이트(수평열전도도 1400W/mK)를 부착하고 열전도 측정을 위한 길이 30mm로 절단하였다.
다음 공정으로 전기도금법에 의해 8㎛ 두께의 구리도금 후, 2㎛ 두께의 주석을 도금하여 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체를 제조하였다.
비교예 1 (등록특허공보 제10-1884930호에 따른 리플로우 솔더링이 가능한 열/전기 전도성 탄성체)
상기 실시예와 동일한 조건으로 내부 탄성체를 제작하였다.
다음 공정으로, 열전도성 내부 탄성체 표면에 5㎛ 두께의 팔라듐 프라이머를 도포 후 경화하고, 전기도금법에 의해 8㎛두께의 구리 도금 후, 2㎛ 두께의 주석을 도금하여 리플로우 솔더링이 가능한 열/전기 전도성 탄성체를 제조하였다.
비교예 2 (등록특허공보 제10-1256397호에 따른 그라파이트 밀폐형 전기/열 전도성 탄성가스켓)
내부 탄성체로 실리콘 코팅된 우레탄 스펀지를 단면 크기 W 5mm × T 6mm × L 40mm로 준비하였다
25㎛ PI(폴리이미드) 필름에 2㎛ 구리 및 1.5㎛ 주석이 도금된 전기전도성 필름의 PI면에 15㎛ 실리콘점착제로 30㎛ 두께의 인조그라파이트(수평열전도도 1400W/mK)를 부착하고, 그라파이트 면에 밀폐를 위하여 10㎛ PI필름을 부착하여 열/전기 전도성시트를 준비하였다.
상기 실리콘코팅된 우레탄스펀지의 둘레면에 실리콘 열경화형 접착제를 이용하여 상기 열/전기 전도성시트를 감싸서 부착하여 그라파이트 밀폐형 전기/열 전도성 탄성가스켓을 제조하였다.
2. 열전도성 비교 평가
열전도성 평가방법
실시예, 비교예 1 및 2에 따른 샘플의 열전도성을 평가하기 위해, 포화온도 시험법을 이용하였다.
포화온도시험법은 동일 물질이 아닌 서로 다른 소재들로 구성된 열전달부품의 실제 열전달능력을 비교평가하는 방법으로 산업계에서 흔히 사용하며, 측정방법을 간략히 소개하면 다음과 같다.
· 우선, 도 5에 도시된 예와 같은 포화온도시험기 개념도와 같이 측정장비를 준비한다,
· 각각의 시편을 폭 5mm × 두께(높이) 6mm × 길이 40mm으로 8개 배열하여 도 6 과 같이 포화온도시험기에 설치한다.
· 히터소스와 히터싱크 사이에 시편을 설치하고 6mm의 두께가 5.4mm가 되도록 10% 압축한다.
· 파워서플라이를 9V, 1.08A로 세팅하여 히터소스에 일정한 전력으로 열을 인가한다.
· 주변온도를 25℃로 유지하여 90분 동안 히터소스의 온도변화를 온도기록장치를 이용하여 히터소스의 온도가 포화되는 최대온도를 기록하여 측정한다.
열전도성 평가 결과
상기의 포화온도시험은 일정한 열이 발생하는 열원의 온도가 어떤 열전달부품을 통하여 얼마나 빠르게 히터싱크로 배출되어 열원의 온도가 낮게 유지 되는가를 보는 시험으로, 이를 통하여 열전달 부품의 성능을 비교 평가할 수 있다.
표 1 및 도 7은 포화온도 시험법에 의한 실시예, 비교예 1 및 2에 따른 샘플의 열전도성 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
표 1 및 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 열-전기 전도성 탄성체 샘플의 경우가 포화온도 56.7℃로 가장 낮은 온도를 유지하므로 비교예 1 및 비교예 2에 따른 샘플에 비해 열전달 성능이 현저히 우수한 결과를 나타낸 것을 볼 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체
110 : 내부 탄성체
120 : 점ㆍ접착제층
130 : 열 확산 시트
140 : 금속층
150 : 내부 중공부
151 : 굴곡 개시부
110 : 내부 탄성체
120 : 점ㆍ접착제층
130 : 열 확산 시트
140 : 금속층
150 : 내부 중공부
151 : 굴곡 개시부
Claims (14)
- 내부 탄성체;
상기 내부 탄성체의 길이 방향 양측 단부면이 노출되도록 상기 내부 탄성체를 폭 방향으로 감싸는 열 확산 시트;
상기 내부 탄성체와 상기 열 확산 시트를 부착시키는 점ㆍ접착제층; 및
상기 열 확산 시트 상에 형성된 금속층을 포함하고,
상기 금속층은 상기 열확산 시트 표면과 직접 접촉하는 도금층이며, 상기 금속층은 상기 열 확산 시트를 완전 밀폐하도록 형성된 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 제1항에 있어서,
상기 내부 탄성체는 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 불소 수지, EPDM 수지, 천연고무, 합성고무 중 1종 이상을 포함하는 쿠션이 있는 고무 형태인 것을 특징으로 하는 열확산시트가 내제된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 제1항에 있어서,
상기 내부 탄성체는 고분자 매트릭스와, 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 제1항에 있어서,
상기 내부 탄성체는 고분자 매트릭스와, 산화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 아연, 산화 마그네슘, 질화 알루미늄, 탄화 규소, 석영, 수산화 알루미늄, 그라파이트, 그래핀, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 구리, 은 및 알루미늄 중 1종 이상을 포함하는 열전도성 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 제1항에 있어서,
상기 내부 탄성체는 길이 방향을 따라 미리 정해진 형태의 내부 중공부를 포함하고,
상기 내부 중공부의 측벽에는 볼록한 형태의 굴곡 개시부가 형성된 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 제1항에 있어서,
상기 열 확산 시트는 천연 그라파이트, 인조 그라파이트, 그래핀, CNT-그래핀, 탄소섬유 및 탄소나노튜브 중에서 1종 이상을 포함하는 시트인 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은 구리, 금, 은, 철, 니켈, 주석, 아연, 크롬, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 텅스텐, 코발트, 납 및 리튬 중에서 하나 이상을 포함하는 순금속 또는 합금 인 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내제된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은 제1 금속층과, 상기 제1 금속층 상에 형성되며 상기 제1 금속층보다 더 높은 솔더 젖음성을 갖는 제2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은 구리를 포함하는 제1 금속층과, 주석을 포함하는 제2 금속층과, 상기 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 구리확산 현상을 방지하기 위한 중간금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체.
- 내부 탄성체의 길이 방향 양측 단부면이 노출되도록 열 확산 시트가 상기 내부 탄성체를 폭 방향으로 감싸는 형태로, 점ㆍ접착제층을 이용하여 상기 내부 탄성체와 열 확산 시트를 부착하는 단계; 및
직접 도금을 이용하여 상기 열 확산 시트 표면에 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 열 확산 시트는 천연 그라파이트, 인조 그라파이트, 그래핀, CNT-그래핀, 탄소섬유 및 탄소나노튜브 중에서 1종 이상을 포함하는 시트인 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 단계는:
직접 도금을 이용하여 상기 열 확산 시트 표면에 제1 금속층을 형성하는 단계와,
직접 도금을 이용하여 상기 제1 금속층보다 더 높은 솔더 젖음성을 갖는 제2 금속층을 상기 제1 금속층 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 단계는:
직접 도금을 이용하여 상기 열 확산 시트 표면에 구리를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계와,
직접 도금을 이용하여 상기 제1 금속층 상에 구리확산 현상을 방지하기 위한 중간 금속층을 형성하는 단계와,
직접 도금을 이용하여 상기 중간 금속층 상에 제2 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 확산 시트가 내재된 솔더링용 열/전기 전도성 탄성체 제조 방법. - 삭제
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100120993A (ko) * | 2009-05-07 | 2010-11-17 | 조인셋 주식회사 | 솔더링이 가능한 탄성 전기접촉단자 |
| KR101256397B1 (ko) | 2012-09-28 | 2013-04-25 | 주식회사 이송이엠씨 | 그라파이트 밀폐형 전기/열 전도성 탄성가스켓 |
| KR101884930B1 (ko) | 2018-02-01 | 2018-08-03 | 주식회사 이송이엠씨 | 리플로우 솔더링이 가능한 열/전기 전도성 탄성체 |
| JP2022092603A (ja) * | 2020-12-10 | 2022-06-22 | レアード テクノロジーズ（シェンチェン）リミテッド | 導電性及び熱伝導性ガスケット |
-
2023
- 2023-07-11 KR KR1020230089528A patent/KR102620906B1/ko active IP Right Grant
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