KR102643777B1 - 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 방열 패드 - Google Patents
고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 방열 패드 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 방열 패드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법은, 고분자 물질 및 용매를 혼합한 후, 고온으로 가열하여 겔 형태의 고체 전해질을 제조하는 단계, 상기 제조된 고체 전해질에 필러를 혼합하여 방열 패드를 제조하는 단계를 포함하며, 기존의 에폭시 및 실리콘 수지를 이용하여 제조된 바인더와 비교하였을 때, 고체 전해질을 포함하는 바인더를 통해 보다 높은 열전도도의 구현이 가능하며, 고분자 비율이 높은 고체 전해질 바인더 제조를 통해 우수한 연성 및 유연성을 부여할 수 있고, 바인더 자체의 Heat path 구현을 통해 적은 양의 필러를 사용하여 방열 패드를 제조하기 때문에 다른 방열 소재 대비 가격 경쟁력이 높은 방열 패드를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 방열 패드에 관한 것이다.
최근 자동차, 모바일 기기, 웨어러블 디바이스, 전자소자, 항공, 정보화 기기 분야 등에서 사용되고 있는 전자 기기는 경량화, 박형화, 소형화, 다기능화가 추구되고 있다.
전자 기기의 고기능화에 따른 집적화는 소자의 구동에 따른 저항의 증가로 인한 열 밀도의 급격한 증가를 야기시키고, 이로 인한 방출열은 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오작동, 기판 열화 등의 원인이 되고 있어, 발생되는 열의 효율적인 분산과 발산이 전자 기기의 수명과 신뢰성 증대에 미치는 가장 중대한 요인으로 나타나고 있다.
전자 기기에서 발생하는 열을 효과적으로 제거하기 위하여 히트 싱크, 방열 핀, 방열 파이프, 방열 패드 등이 적용되고 있다.
현재 다양한 디바이스에 사용되고 있는 방열 소재는 유연하고, 가벼우며, 유연성 등의 다양한 강점을 지닌 고분자 복합재료 방열 소재를 사용하고 있으며, 뛰어난 열전도율을 가지는 필러를 사용하여 열전도도를 향상시킬 수 있다.
현재 방열소재로 다양한 형태의 절연수지가 사용되고 있으나, 일반적으로 사용되는 전자소자용 방열소재 바인더인 에폭시 및 실리콘 수지의 경우 열전도율이 약 0.1 ~ 0.3W/mK 정도이고, 현재 상용화 되고 있는 바인더 중에 열특성이 우수하다고 알려진 Polyethylene의 경우에도 약 0.5W/mK 내외로, 최근 나오는 반도체, 전자기기, 전자소자, 전자부품등의 집적화 및 미세핏치화에 대처하기에는 턱없이 낮은 열전도성 특성을 갖는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 높은 열전도도를 가지는 바인더를 개발하려는 노력이 지속되어 왔으나, 아직까지 실사용 할 수 있는 수치를 갖는 열전도성 바인더가 없고, 가격이 비싸 실사용에 어려움이 있어, 가격경쟁력을 갖고, 경량의 높은 열전도도를 가질 뿐만 아니라, 다양한 전자 기기 분야에 적용이 가능하도록 우수한 연성 및 유연성을 갖는 방열 소재에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점 해결을 위한 것으로, 우수한 연성 및 유연성과 고효율의 열전도 특성을 갖는 방열 패드를 저렴한 가격으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은, 상기 언급한 과제 해결을 위하여, 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 방열 패드를 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명은,
고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법으로서,
(a) 고분자 물질 및 용매를 혼합한 후, 고온으로 가열하여 겔 형태의 고체 전해질을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 제조된 고체 전해질에 필러를 혼합하여 방열 패드를 제조하는 단계를 포함하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 겔 형태의 고체 전해질은 상기 제조하는 방열 패드의 바인더인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 방열 패드는, 하기 수식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
[수식 1]
X ≥ 6.5(단위 : W/mk)
상기 수식 1에서, X는, 상기 방열 패드를 C-Therm 방법으로 측정한, 수직 방향의 열전도도를 의미한다.
또한, 본 발명은, 상기 (a) 단계에서 사용된 고분자 물질은, 폴리올레핀계 고분자, 파이렌계 유도체 저분자, 폴리비닐계 고분자, 양이온성 고분자, 음이온성 고분자 및 양이온성 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 (a) 단계의 상기 폴리올레핀계 고분자는, 폴리부틸렌계 고분자 또는 이의 공중합체인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 (a) 단계에서 고분자 물질 및 용매의 혼합비는 0.01:0.99 내지 0.9:0.1인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 (a) 단계에서 가열은, 40℃ 내지 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 (b) 단계에서 사용된 필러는, 유기 필러 또는 무기 필러인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 (b) 단계에서 사용된 필러는, 상기 고체 전해질 100 중량부 기준으로 0.1 중량부 내지 80 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 전술한 방열 패드의 제조 방법에 의해 제조되는 방열 패드를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법은, 바인더로써 겔 형태의 고체 전해질을 제조하고, 필러를 혼합하여 방열 패드를 제조하는 단계를 포함하며, 기존의 필러를 통해서만 형성되던 Heat path를 포함하는 방열소재에 추가적으로 매트릭스 자체의 열전도도가 구현됨으로써 열전도도가 1.5배 내지 3배 이상의 대폭 향상된 방열 패드를 제공할 수 있다.
이를 통해 적은 양의 필러를 사용하여 고효율의 열전도도 특성을 나타낼 수 있기 때문에, 적은 양의 필러를 사용하여 매우 가볍고, 방열소재의 가격을 대폭 낮출 수 있다.
또한, 바인더의 고분자 비율이 높기 때문에 우수한 연성 및 유연성을 갖는 방열 패드를 제공함으로써, 모바일 기기, 웨어러블 디바이스, 자동차, 전자 분야 등에 사용할 수 있고, 집적화가 가능한 것을 특징으로 한다.
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 겔 형태의 고체 전해질 제조 방법을 나타낸 개략도이다.
도 2a는, 본 발명에 따른 제조된 고체 전해질의 사진이다.
도 2b는, 본 발명에 따른 제조된 고체 전해질을 바인더로 사용하고, 필러를 혼합하여 제조된 방열 패드의 사진이다.
도 3은, 종래의 실리콘 바인더를 이용하여 제조된 방열패드의 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명에 따른 고체전해질을 바인더로 이용하여 제조된 방열패드의 열전도도 특성을 나타내는 도면이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 겔 형태의 고체 전해질 제조 방법을 나타낸 개략도이다.
도 2a는, 본 발명에 따른 제조된 고체 전해질의 사진이다.
도 2b는, 본 발명에 따른 제조된 고체 전해질을 바인더로 사용하고, 필러를 혼합하여 제조된 방열 패드의 사진이다.
도 3은, 종래의 실리콘 바인더를 이용하여 제조된 방열패드의 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명에 따른 고체전해질을 바인더로 이용하여 제조된 방열패드의 열전도도 특성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 그래핀 복합체를 포함하는 코팅제의 제조 방법 및 이로부터 제조된 코팅제의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법은,
(a) 고분자 물질 및 용매를 혼합한 후, 고온으로 가열하여 겔 형태의 고체 전해질을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 제조된 고체 전해질에 필러를 혼합하여 방열 패드를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 겔 형태의 고체 전해질은 상기 제조하는 방열 패드의 바인더이고,
상기 방열 패드는, 하기 수식 1을 만족할 수 있다.
[수식 1]
X ≥ 6.5(단위 : W/mk)
상기 수식 1에서, X는, 상기 방열 패드를 C-Therm 방법으로 측정한, 수직 방향의 열전도도를 의미할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 겔 형태의 고체 전해질 제조 방법을 나타낸 개략도이고, 도 2a는, 본 발명에 따른 제조된 고체 전해질의 사진이며, 도 2b는, 본 발명에 따른 제조된 고체 전해질을 바인더로 사용하고, 필러를 혼합하여 제조된 방열 패드의 사진이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법은, (a) 고분자 물질 및 용매를 혼합한 후, 고온으로 가열하여 겔 형태의 고체 전해질을 제조하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 단계 (a)에서 사용된 고분자 물질은, 폴리올레핀(Polyolefine)계 고분자, 파이렌계(Pyrene) 유도체 저분자, 폴리비닐계(Polyvinyl) 고분자, 양이온성 고분자, 음이온성 고분자 및 양이온성 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 이의 혼합 고분자 물질일 수 있다.
상기 폴리올레핀계(Polyolefine) 고분자는, 폴리부틸렌(Polybutylene)계 고분자 또는 이의 공중합체일 수 있다.
상기 단계 (a)에서 사용된 용매는, 황산, 인산, 염산, 유기용매 및 무기용매, 극성 및 비극성 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 이의 혼합 용매일 수 있다.
또한, 상기 단계(a)에서 고분자 물질 및 용매의 혼합비는 0.01:0.99 내지 0.9:0.1의 비율로 혼합될 수 있다.
상기 혼합비로 혼합된 고분자 물질 및 용매를 고온으로 가열하여 겔형태의 고체 전해질을 제조할 수 있다.
더욱 구체적으로 상기 혼합비로 혼합된 고분자 물질 및 용매는 40℃ 내지 200℃의 온도에서 가열될 수 있다.
도 2a는 상기 공정을 거쳐 제조된 고체 전해질의 사진이다.
상기 단계 (a)와 동시 또는 다음으로 (b) 상기 제조된 고체 전해질에 필러를 혼합하여 방열 패드를 제조하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 단계 (b)에서 사용된 필러는 유기 필러 또는 무기 필러 또는 이의 혼합 필러일 수 있다.
또한, 상기 단계 (b)에서 사용된 필러는, 상기 고체 전해질 100 중량부 기준으로 0.1 중량부 내지 80 중량부로 포함될 수 있다.
이 경우, 상기 겔 형태의 고체 전해질은 상기 제조하는 방열 패드의 바인더로 사용될 수 있다.
또한, 일정 수준 이상의 열전도도 특성을 나타내기 위해, 상기 고분자 물질 및 상기 용매의 종류, 혼합비, 가열 온도 조건에 따라, 필러의 종류, 고체 전해질 100 중량부 기준 중량부 비율 조건을 제어할 수 있다.
도 2b는, 제조된 고체전해질을 바인더로 사용하고, 필러를 혼합하여 제조한 방열 패드의 사진이다.
현재 방열소재로 다양한 형태의 절연수지가 사용되고 있으며, 일반적으로 사용되는 방열소재 바인더인 에폭시 및 실리콘 수지의 경우 열전도율이 약 0.1 ~ 0.3 W/mK 정도이고, 현재 상용화되고 있는 바인더 중에 열특성이 우수하다고 알려진 폴리에틸렌(Polyethylene)의 경우 열전도율이 약 0.5 W/mK 내외로 형성되기 때문에, 최근 나오는 반도체, 전자기기, 전자소자, 전자부품 등의 집적화 및 미세 핏치화에 대처하기에는 턱없이 낮은 열전도성 특성을 나타내고 있다.
즉, 본 발명은 고체 전해질을 바인더로 사용함으로써 매우 저렴한 가격에 높은 열전도도(Thermal Conductivity)를 갖는 바인더를 적용한 방열 패드를 제조할 수 있다.
고체 전해질을 제조 후 이를 적용하여 만든 방열 패드의 경우 매트릭스 자체에 열전도도가 구현되어, 종래의 필러를 통해서만 형성되던 Heat path에 자체 열전도도가 구현된 매트릭스(바인더)를 포함하게 되어 열전도도가 대폭 상승하는 효과를 가져온다.
이를 통해 적은 양의 필러를 사용하여 고효율의 열전도도 특성을 나타낼 수 있으며, 적은 양의 필러를 사용하기 때문에 매우 가볍고, 비싼 필러가 적게 들어가기 때문에 방열 소재의 가격을 대폭 낮출 수 있다.
또한, 고분자 비율이 높기 때문에 우수한 연성 및 유연성을 갖음으로써, 모바일 기기, 웨어러블 디바이스, 자동차, 전자 분야 등에 사용할 수 있고, 고집적화가 가능하다.
본 발명을 통해 제조된 방열 패드를 제품에 적용시 기존 대비 20%이상의 열전도도 향상을 기대할 수 있으며, 모든 소재 및 소자 분야에서 기기의 수명을 늘리고 성능을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 방열 패드 제조 방법에 의해 제조된 방열 패드를 제공한다.
이하, 본 발명을 구체적인 실험예를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 방열 패드를 설명한다.
먼저, 도 3에는, 종래의 실리콘 바인더를 이용하여 제조된 방열패드의 특성을 나타내는 도면을 도시하였다.
도 3을 참조하면, 종래의 실리콘 바인더로 제조한 방열패드를 C-Therm 장비를 이용해 수직 열전도도를 측정한 데이터를 나타내고 있다.
이 때, 수직방향 열전도도는 약 4.62 W/mK로 나온 것을 확인할 수 있다.
도 4에는, 본 발명에 따른 고체전해질을 바인더로 이용하여 제조된 방열패드의 열전도도 특성을 나타내는 도면을 도시하였다.
도 4를 참조하면, 고체전해질 바인더로 제조한 방열패드를 C-Therm 장비를 이용해 수직 열전도도를 측정한 데이터를 나타내고 있다.
이 때, 수직방향 열전도도는 약 7.1 W/mK로 나온 것을 확인할 수 있다.
상기 도 3의 실리콘 바인더로 제조한 방열패드와 비교하여 상기 도 4의 고체전해질 바인더의 수직방향 열전도도가 약 50% 이상 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
상기 도 1 내지 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 전해질을 포함하는 방열 패드의 제조 방법은, 고분자 물질 및 용매를 혼합한 후, 고온으로 가열하여 겔 형태의 고체 전해질을 제조하는 단계, 상기 제조된 고체 전해질에 필러를 혼합하여 방열 패드를 제조하는 단계를 포함하며, 기존의 에폭시 및 실리콘 수지를 이용하여 제조된 바인더와 비교하였을 때, 고체 전해질을 포함하는 바인더를 통해 보다 높은 열전도도의 구현이 가능하며, 고분자 비율이 높은 고체 전해질 바인더 제조를 통해 우수한 연성 및 유연성을 부여할 수 있고, 바인더 자체의 Heat path 구현을 통해 적은 양의 필러를 사용하여 방열 패드를 제조하기 때문에 다른 방열 소재 대비 가격 경쟁력이 높은 방열 패드를 제공할 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.
Claims (8)
- (a) 고분자 물질 및 용매를 혼합한 후, 고온으로 가열하여 겔 형태의 고체 전해질을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 제조된 고체 전해질에 필러를 혼합하여 방열 패드를 제조하는 단계를 포함하는, 방열 패드의 제조 방법에 있어서,
상기 겔 형태의 고체 전해질은 상기 제조하는 방열 패드의 바인더이고,
상기 방열 패드는, 하기 수식 1을 만족하는, 방열 패드의 제조 방법:
[수식 1]
X ≥ 6.5(단위 : W/mk)
상기 수식 1에서, X는, 상기 방열 패드를 C-Therm 방법으로 측정한, 수직 방향의 열전도도를 의미한다.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 사용된 고분자 물질은, 폴리올레핀계 고분자, 파이렌계 유도체 저분자, 폴리비닐계 고분자, 양이온성 고분자, 음이온성 고분자 및 양이온성 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 고분자는, 폴리부틸렌계 고분자 또는 이의 공중합체인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 고분자 물질 및 용매의 혼합비는 0.01:0.99 내지 0.9:0.1인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 가열은, 40℃ 내지 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 사용된 필러는, 유기 필러 또는 무기 필러인 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 사용된 필러는, 상기 고체 전해질 100 중량부 기준으로 0.1 중량부 내지 80 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 방열 패드의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방열 패드의 제조 방법에 의해 제조된 방열 패드.
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