KR102644508B1 - 열전도 및 전자파 흡수 특성을 갖는 복합시트 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전도 및 전자파 흡수 특성을 갖는 복합시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 열전도층 및 전자파 흡수층이 교대로 적층 및 일체화되어 열전도성 및 전자파 흡수성이 모두 우수하고, 최외각층이 절연성능을 갖는 열전도층으로 이루어져 전기적 단락 위험이 없으며, 전자파로 인한 기기의 문제가 발생하지 않는 효과가 있다.
Description
본 발명은 열전도 및 전자파 흡수 특성을 갖는 복합시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 열전도층 및 전자파 흡수층이 교대로 적층 및 일체화되어 열전도성 및 전자파 흡수성이 모두 우수하고, 최외각층이 절연성능을 갖는 열전도층으로 이루어져 전기적 단락 위험이 없으며, 전자파로 인한 기기의 문제가 발생하지 않는 효과가 있다.
각종 전기·전자 및 통신 기기의 내부에 설치된 회로에서 발생하는 유해 전자파는 기기의 오작동이나 전파 장애를 초래하고, 결과적으로 제품 성능을 저하시키며 제품 수명을 단축시킨다. 더욱이, 전자파는 인체에 침투시 열작용에 의해 생체 조직세포의 온도를 상승시켜 면역기능을 약화시키는 등의 문제를 야기한다.
한편, 전자 회로의 집적화 기술의 발달에 따라 다양한 기능을 갖는 단위 회로들을 좁은 공간에 밀집시켜 사용하는 것이 가능하게 되었지만, 이와 더불어 인접 회로들 간에는 각 회로들로부터 발생하는 전자파 장애(EMI)가 중요한 문제로 대두되었고, 전자파 적합성(EMC)에 부합하는 제품에 대한 요구가 증가하고 있다.
전자파 적합성을 만족시키기 위해서는 각종 전기·전자 및 통신 기기로부터 발생되는 전자파 노이즈를 가급적 줄이고, 외부 전자파 환경에 대하여 전자파 감수성을 줄여 기기 자체의 전자파 내성을 강화하여야 한다. 각종 전기·전자 및 통신 기기에 삽입되는 전자파 적합성 제품에 요구되는 가장 중요한 특성은 전자파 차폐율과 흡수율이 커야 한다는 것과 기기의 경박단소화 추세에 따라 전자파 적합성 제품이 작고 얇아야 한다는 것이다.
한편, 고집적화된 소자의 구동은 소자 내부의 열 방출을 야기하고, 특히, 최근의 휴대용 모듈 기기의 사용이 급증하면서 전자 부품 소자의 소형화에 따른 소자 내의 높은 열 밀도는 소자의 신뢰성 및 수명을 단축시키는 결과를 초래할 수 있다. 또한 처리 속도의 고속화와 안전성을 위해 기기 수준에서의 방열 특성과 전자 부품 혹은 IC 패키지(IC package) 수준에서의 방열 특성에 대한 인식이나 수요가 점점 높아지고 있다.
이와 같이 내부에서 발생한 열을 외부로 방출하는 방법으로는 히트싱크 (heat sink) 나 방열팬을 설치하는 것이 일반적이다. 히트싱크는 외부 공기와의 접촉 면적의 극대화를 통해 열을 외부로 방출시키는 반면, 방열팬은 팬을 통해 열을 외부로 강제 방출시키는 원리를 가지고 있는데, 특히 방열 효율의 측면에서 방열팬이 보다 우수한 것으로 알려져 있다.
그러나, 최근의 전자제품, 반도체 소자 패키지의 경우 경박단소화의 요구에 따라 방열팬과 히트싱크의 장착이 불가하여, 발열부에서 발생하는 열을 히트 스프레더 (heat spreader) 등으로 바로 방출하는 방법을 사용한다. 이 때, 반도체 칩과 같은 발열부와 히트 스프레더 사이에는 효율적인 열 전달을 위하여 열전도 재료가 반드시 필요하다. 이와 같이 발열부와 히트 스프레더 사이에 적용되는 열전도 재료로서는 대개 고분자 수지에 고열전도성 필러들을 포함하는 복합 재료가 사용되고 있다. 이러한 열전도 재료의 형태로서는 페이스트 타입 (paste type), 젤 타입 (gel type), 상전이 물질, 필름 타입 (film type) 등이 있다.
실리콘에 세라믹 분말을 충전하여 제조하는 제품 타입의 경우, 절연성능을 보유하고 있지만 부피가 커서 협소한 전자기기내에 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 그라파이트 시트를 이용한 열분산 제품 타입의 경우, 열분산 효과가 우수하고 얇게 제조할 수 있어 근래에 많이 사용되고 있으나, 전기적 절연성능이 없어 회로 내부에서 전자파로 인한 기기의 문제가 발생할 수 있으며, 수직 방향으로의 열전달 효율은 상대적으로 떨어진다.
근래에 열전도성 필러와 전파흡수체 필러를 혼합하여 사용한 제품이 개발되고 있으나, 완벽한 절연을 얻기 어려우며 두가지 특성 모두 우수한 퍼포먼스를 기대하기 어렵다.
이와 관련하여 대한민국 등록특허 제10-2065952호는 방열과 전자파 흡수용 복합 패드에 대하여 개시하고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 절연성능을 갖는 고특성 열전도층과, 마이크로파 흡수 성능을 갖는 전자파 흡수층이 일체화된 복합시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은,
열전도성 필러를 포함하는 열전도층; 및 연자성 금속 분말을 포함하는 전자파 흡수층;을 포함하는 복합시트로서, 상기 복합시트는 상기 열전도층 및 전자파 흡수층이 총 3층 이상 교대로 적층되고, 상기 교대로 적층된 열전도층 및 전자파 흡수층은 일체화된 것이고, 상기 복합시트의 최외각층이 상기 열전도층인 것을 특징으로 하는 복합시트가 제공된다.
상기 열전도성 필러는 질화붕소, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 탄화규소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 산화규소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Al계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Si계 합금, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Fe-Cr-Si계 합금 및 Fe-Si-Cr-Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 열전도층 및 전자파 흡수층은 각각 바인더 수지를 포함하고, 상기 바인더 수지는 아크릴 고무, 우레탄 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 오르가노폴리실록산, 에틸렌 프로필렌 고무 및 불소 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 열전도층 및 전자파 흡수층은 각각 경화제를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 열전도층 및 전자파 흡수층의 한층의 두께는 각각 30 내지 150㎛인 것일 수 있다.
상기 복합시트는 수직 방향으로 2 내지 10W/mK의 열전도율을 가지고, 수평 방향으로 30 내지 80W/mK의 열전도율을 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은,
프레스 상판 및 하판에 각각 열전도층이 코팅된 이형필름을 배치시키되, 상기 이형필름이 상기 프레스 상판 및 하판에 접하도록 배치시키는 단계; 상기 배치된 열전도층이 코팅된 이형필름 사이에 열전도층 및 전자파 흡수층이 총 3층 이상 교대로 적층되도록 프리폼을 형성하고, 프레스하는 단계; 및 상기 프레스 상판 및 하판에 접하는 이형필름을 박리하여 복합시트를 제조하는 단계;를 포함하는 복합시트의 제조방법이 제공된다.
상기 프리폼은 열전도층이 코팅된 이형필름 및 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름으로부터 각각 박리된 열전도층 및 전자파 흡수층이 적층되어 형성되는 것일 수 있다.
상기 열전도층이 코팅된 이형필름은, 열전도성 필러, 바인더 수지 및 용매를 혼합한 열전도성 슬러리를 이형필름 상에 콤마코팅하여 제조되는 것이고, 상기 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름은, 연자성 금속 분말, 바인더 수지 및 용매를 혼합한 전자파 흡수성 슬러리를 이형필름 상에 콤마코팅하여 제조되는 것일 수 있다.
상기 콤마코팅은 5 내지 15m/min의 속도로 수행되는 것일 수 있다.
상기 콤마코팅 후 100 내지 150℃에서 건조하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 프레스는 100 내지 200℃의 온도에서 50 내지 150kg/cm2의 압력으로 10 내지 100분 동안 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 복합시트는 절연성능을 갖는 열전도층과, 마이크로파 흡수 성능을 갖는 전자파 흡수층이 일체화되어 우수한 열전도 및 전자파 흡수 특성을 동시에 가질 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 복합시트는 최외각층이 절연성능을 갖는 열전도층으로 이루어져 복잡한 회로에 적용 시 전기적인 단락 위험이 없으며, 안테나와 같은 전자파를 이용한 부품에 영향을 주지 않는 효과가 있다.
또한 본 발명의 복합시트는 유압 프레스 장비에 의해 고밀도로 압축되어 고특성의 효과가 구현된다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 종래의 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 비교예 4에 따라 제조된 2층으로 적층된 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 복합시트의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 종래의 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 비교예 4에 따라 제조된 2층으로 적층된 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 복합시트의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본원의 제1측면은,
열전도층; 및 전자파 흡수층;을 포함하는 복합시트를 제공한다.
도 1 및 2는 본원의 일 실시예에 따른 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다. 이하, 도 1 및 2를 참조하여 본원의 제1측면에 따른 복합시트에 대해 설명하도록 한다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 복합시트는 열전도성 필러를 포함하는 열전도층(100); 및 연자성 금속 분말을 포함하는 전자파 흡수층(200);을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도층(100)과 전자파 흡수층(200)은 총 3층 이상이 교대로 적층된 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 교대로 적층된 열전도층(100) 및 전자파 흡수층(200)은 일체화된 것일 수 있다. 구체적으로, 각 층의 결합이 열전도층 및 전자파 흡수층을 구성하는 물질과 다른 이종 물질로 접착되지 않고 일체화된 것일 수 있다. 3층 이상으로 적층되어 있는 본 발명의 복합시트는 열전도층과 전자파 흡수층이 같은 재질의 바인더를 사용하여 강한 압력과 높은 온도로 프레스를 시행하여 압축하기 때문에 각 층 사이의 계면은 존재하지 않고 일체화로 형성된다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 복합시트의 최외각층이 상기 열전도층(100)인 것일 수 있다. 즉, 도 1 및 2를 참조하면, 상기 복합시트의 최상층과 최하층이 상기 열전도층(100)인 것일 수 있다.
도 1 및 2는 본원의 일 실시예에 따른 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이고, 도 3은 종래의 복합시트의 구조를 나타낸 모식도이다. 도 3을 참조하면, 종래의 복합시트는 열전도성 필러와 전자파 흡수 성능을 갖는 연자성 금속 분말이 혼합되어 복합시트를 이루고 있어 전자파 흡수용 금속 분말에 의해 완벽한 절연 성능을 기대하기 어려우며, 열전도와 전자파 흡수의 2가지 특성 모두 우수한 퍼포먼스를 기대하고 어려운 문제점이 있다.
또한 종래에는 무선충전모듈에 사용되는 열 대책 부품으로 그라파이트 시트가 사용되는데, 그라파이트 시트는 무선충전(Wireless Power Charging; WPC)시 충전코일에서 발생되는 열을 효과적으로 분산시키는 용도로 사용되지만 전기전도성을 갖고 있어서 전자파 간섭에 쉽게 노출되는 문제점이 있다.
그러나, 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 복합시트는 열전도층(100)과 전자파 흡수층(200)이 각각 형성되어 교대로 적층되고, 계면 없이 일체화가 이루어져 있는 구조로서, 열전도와 전자파 흡수의 2가지 특성이 모두 우수한 효과가 있으며, 절연이 필요한 위치에 따라 구조적 변경이 가능하고, 샌드위치 형태로도 설계가 가능한 효과가 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 복합시트는 도 1과 같이 열전도층(100)/전자파 흡수층(200)/열전도층(100) 순으로 적층된 샌드위치 형태의 3층 구조인 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 복합시트는 도 2와 같이 복수개의 열전도층과 복수개의 전자파 흡수층이 한층씩 교대로 적층된 것일 수 있으며, 이때 최상층과 최하층은 열전도층이 배치되어 있는 구조일 수 있다.
3층 이상으로 적층되어 있는 시트는 같은 재질의 바인더를 사용하여 강한 압력과 높은 온도로 프레스를 시행하여 압축하기 때문에 각 층 사이의 계면은 존재하지 않고 일체화로 형성된다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도성 필러는 질화붕소, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 탄화규소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 산화규소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 질화붕소를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Al계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Si계 합금, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Fe-Cr-Si계 합금 및 Fe-Si-Cr-Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 Fe-Si-Al계 합금(샌더스트, Sendust)를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도층 및 전자파 흡수층은 각각 바인더 수지를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 바인더 수지는 아크릴 고무, 우레탄 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 오르가노폴리실록산, 에틸렌 프로필렌 고무 및 불소 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 우레탄 고무, 보다 바람직하게는 폴리우레탄을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도층 및 전자파 흡수층은 각각 경화제를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 경화제는 시트에 사용되는 공지된 경화제라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소시아네이트 경화제를 사용할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도층 및 전자파 흡수층의 한층의 두께는 각각 30 내지 150㎛인 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 복합시트는 수직 방향으로 2 내지 10W/mK의 열전도율을 가지고, 수평 방향으로 30 내지 80W/mK의 열전도율을 가지는 것일 수 있다.
본원의 제2측면은,
프레스 상판 및 하판에 각각 열전도층이 코팅된 이형필름을 배치시키되, 상기 이형필름이 상기 프레스 상판 및 하판에 접하도록 배치시키는 단계; 상기 배치된 열전도층이 코팅된 이형필름 사이에 열전도층 및 전자파 흡수층이 총 3층 이상 교대로 적층되도록 프리폼을 형성하고, 프레스하는 단계; 및 상기 프레스 상판 및 하판에 접하는 이형필름을 박리하여 복합시트를 제조하는 단계;를 포함하는 복합시트의 제조방법을 제공한다.
이하, 본원의 제2측면에 따른 복합시트의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 이때, 상기 제조방법에 따라 제조된 복합시트는 상술한 본원의 제1측면에 따른 복합시트에서의 설명과 동일하므로 구체적인 내용은 그 부분을 참조하기로 한다.
먼저, 프레스 상판 및 하판에 각각 열전도층이 코팅된 이형필름을 배치시킨다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 이형필름이 상기 프레스 상판 및 하판에 접하도록 배치시키는 것일 수 있다. 상기 이형필름은 하기 후술할 프레스 공정 이후에, 박리하여 제거되는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 배치된 열전도층이 코팅된 이형필름 사이에 열전도층 및 전자파 흡수층이 총 3층 이상 교대로 적층되도록 프리폼을 형성하고, 프레스한다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 프리폼은 열전도층이 코팅된 이형필름 및 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름으로부터 각각 박리된 열전도층 및 전자파 흡수층이 적층되어 형성되는 것일 수 있다.
구체적으로 설명하자면, 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름으로부터 전자파 흡수층을 박리하여 상기 프레스 하판에 접하는 이형필름 상에 코팅된 열전도층 상에 위치시키는 것이고, 교대로 적층된 구조를 가지도록 상기 전자파 흡수층 상에 열전도층을 위치시키려고 할 때는 열전도층이 코팅된 이형필름으로부터 열전도층을 박리하여 상기 전자파 흡수층 상에 위치시키는 것이다.
열전도층이나 전자파 흡수층의 용도로 이형필름에 코팅된 코팅층(열전도 코팅층 또는 전자파 흡수 코팅층)은 이형력을 우수하게 하기 위하여 실리콘이 코팅된 PET 필름 위에 콤마코팅 공정으로 형성되므로 열전도 코팅층이나 전자파 흡수 코팅층은 PET 필름으로부터 쉽게 박리된다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도층이 코팅된 이형필름은, 열전도성 필러, 바인더 수지 및 용매를 혼합한 열전도성 슬러리를 이형필름 상에 콤마코팅하여 제조되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도성 필러의 평균 입경(D50)은 0.1 내지 100㎛인 것일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 50㎛인 것일 수 있다. 상기 평균 입경이 0.1㎛ 미만인 경우 입자의 비표면적이 너무 커져서 고충전화가 곤란해질 우려가 있고, 충전율이 동일한 경우 시트의 열전도율이 작아질 수 있어 바람직하지 않고, 100㎛를 초과하는 경우 시트 표면에 미소한 요철이 나타나서 접촉 열저항이 커져 버릴 우려가 있어 바람직하지 않다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도성 슬러리 전체 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 필러 60 내지 80 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 열전도성 필러가 60 중량부 미만인 경우 충분한 열전도 성능이 얻어지지 않을 수 있어 바람직하지 않고, 80 중량부를 초과하는 경우 열전도층의 유연성이 없어질 우려가 있어 바람직하지 않다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도성 슬러리 전체 100 중량부에 대하여, 상기 바인더 수지 10 내지 25 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도성 슬러리는 경화제를 더 포함하는 것일 수 있으며, 상기 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 경화제 0 내지 2 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 용매는 점도에 맞게 적절히 조절하여 사용할 수 있으며, 상기 열전도성 필러 100 중량부에 대하여, 상기 용매 20 내지 150 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 용매는 상기 열전도성 필러와 바인더 수지의 혼합을 원활하게 하면서 점도를 조절하는 기능을 한다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도성 필러, 바인더 수지 및 용매는 통상적으로 사용되는 믹서, 예를 들어 임펠러를 사용하여 교반시키는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 교반은 1 내지 5시간 동안 수행되는 것일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 3시간, 보다 바람직하게는 1시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 교반은 500 내지 1,500 RPM으로 수행되는 것일 수 있고, 바람직하게는 700 내지 1,200 RPM, 보다 바람직하게는 1,000 RPM으로 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 콤마코팅한 이후에, 열전도층이 코팅된 이형필름을 적당한 사이즈로 재단하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 약 300mm x 300mm로 재단하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름은, 연자성 금속 분말, 바인더 수지 및 용매를 혼합한 전자파 흡수성 슬러리를 이형필름 상에 콤마코팅하여 제조되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 연자성 금속 분말의 평균 입경(D50)은 0.1 내지 100㎛인 것일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 70㎛인 것일 수 있다. 상기 평균 입경이 0.1㎛ 미만인 경우 입자의 비표면적이 너무 커져서 고충전화가 곤란해질 우려가 있어 바람직하지 않고, 100㎛를 초과하는 경우 시트 표면에 미소한 요철이 나타나서 접촉 열저항이 커져 버릴 우려가 있어 바람직하지 않다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 전자파 흡수성 슬러리 전체 100 중량부에 대하여, 상기 연자성 금속 분말 80 내지 92 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연자성 금속 분말이 80 중량부 미만인 경우 충분한 전자파 흡수 성능이 얻어지지 않을 수 있어 바람직하지 않고, 92 중량부를 초과하는 경우 전자파 흡수층의 유연성이 없어질 우려가 있어 바람직하지 않다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 전자파 흡수성 슬러리 전체 100 중량부에 대하여, 상기 바인더 수지 10 내지 20 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 전자파 흡수성 슬러리는 경화제를 더 포함하는 것일 수 있으며, 상기 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 경화제 0 내지 2 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 용매는 점도에 맞게 적절히 조절하여 사용할 수 있으며, 상기 연자성 금속 분말 100 중량부에 대하여, 상기 용매 50 내지 150 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 용매는 상기 연자성 금속 분말과 바인더 수지의 혼합을 원활하게 하면서 점도를 조절하는 기능을 한다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 연자성 금속 분말, 바인더 수지 및 용매는 통상적으로 사용되는 믹서, 예를 들어 임펠러를 사용하여 교반시키는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 교반은 1 내지 5시간 동안 수행되는 것일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 3시간, 보다 바람직하게는 1시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 교반은 500 내지 1,500 RPM으로 수행되는 것일 수 있고, 바람직하게는 700 내지 1,200 RPM, 보다 바람직하게는 1,000 RPM으로 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 콤마코팅한 이후에, 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름을 적당한 사이즈로 재단하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 약 300mm x 300mm로 재단하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 이형필름 상에 열전도층 또는 전자파 흡수층을 코팅할 때 수행되는 콤마코팅은 각각 5 내지 15m/min의 속도로 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 콤마코팅에 의해 형성된 열전도층 및 전자파 흡수층의 두께는 각각 30 내지 150㎛인 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 콤마코팅한 이후에, 코팅된 열전도층과 전자파 흡수층을 100 내지 150℃에서 건조하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 120 내지 140℃, 보다 바람직하게는 130℃에서 건조되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도층 또는 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름 제조 시 사용되는 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤(MEK), 에틸아세테이트(EA), 아세톤, 사이클로헥산 및 디메틸포름아미드(DMF)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전도층 또는 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름 제조 시 사용되는 이형필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI) 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 이형필름의 두께는 10 내지 100㎛인 것일 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 60㎛, 보다 바람직하게는 50㎛인 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 프레스는 100 내지 200℃의 온도에서 50 내지 150kg/cm2의 압력으로 10 내지 100분 동안 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 프레스는 100 내지 200℃, 바람직하게는 160 내지 180℃, 보다 바람직하게는 170℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 프레스는 50 내지 150kg/cm2, 바람직하게는 90 내지 110kg/cm2, 보다 바람직하게는 100kg/cm2의 압력으로 수행되는 것일 수 있다. 상기 압력이 50 kg/cm2 미만인 경우 열전도층 및 전자파 흡수층이 충분히 압축이 되지 않아 고밀도가 구현되지 않고, 고투자율 특성을 얻기 어려워 바람직하지 않고, 150 kg/cm2을 초과하는 경우 고압에 의해 열전도층 및 전자파 흡수층이 금형 및 고분자 필름에 늘어붙어 이후 이형이 되지 않는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 프레스는 10 내지 100분, 바람직하게는 50 내지 70분, 보다 바람직하게는 60분 동안 수행되는 것일 수 있다.
마지막으로, 상기 프레스 상판 및 하판에 접하는 이형필름을 박리하여 복합시트를 제조한다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 교대로 적층되는 열전도층 및 전자파 흡수층의 층수에 의하여 복합시트의 전체 두께가 결정되는 것일 수 있으며, 복합시트의 기능성이 부여되는 것일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
< 실시예 >
제조예 1: 열전도 코팅층의 제조
열전도성 필러로 질화붕소(BN) 파우더(D50 = 5~50㎛) 61 중량부, 바인더 수지로 폴리우레탄 15 중량부, 경화제로 이소시아네이트 경화제 0.1 중량부, 용매로 톨루엔 15 중량부 및 메틸에틸케톤 7.5 중량부를 계량 및 혼합하여 교반기에 넣고 이를 1,000 RPM에서 1시간 동안 교반하여 열전도 성능을 갖는 층을 형성하기 위한 슬러리를 제조하였다.
상기 열전도성 슬러리를 콤마 코터기(comma coater)에 투입하고 50㎛ 두께를 갖는 PET 필름의 실리콘 이형 처리된 일면에 10 m/min의 속도로 도포한 다음, 이를 130℃에서 가열 건조하여 열전도층의 두께가 100㎛가 되도록 성형 하였다. 이후, 열전도층이 코팅된 PET 필름을 300mm x 300mm 가 되도록 절단하였다.
제조예 2: 전자파 흡수 코팅층의 제조
연자성 금속 분말로 Fe-Si-Al 합금파우더(샌더스트, Sendust)(D50 = 70㎛) 65 중량부, 바인더 수지로 폴리우레탄 10 중량부, 경화제로 이소시아네이트 경화제 0.1 중량부, 용매로 톨루엔 16 중량부 및 메틸에틸케톤 9 중량부를 계량 및 혼합하여 교반기에 넣고 이를 1,000 RPM에서 1시간 동안 교반하여 전자파 흡수 성능을 갖는 층을 형성하기 위한 슬러리를 제조하였다.
상기 전자파 흡수성 슬러리를 콤마 코터기(comma coater)에 투입하고 50㎛ 두께를 갖는 PET 필름의 실리콘 이형 처리된 일면에 8 m/min의 속도로 도포한 다음, 이를 130℃에서 가열 건조하여 전자파 흡수층의 두께가 100㎛가 되도록 성형 하였다. 이후, 전자파 흡수층이 코팅된 PET 필름을 300mm x 300mm 가 되도록 절단하였다.
실시예 1: 3층 복합시트 제조
3층 구조의 복합시트 형상을 프레스로 제작하기 위하여, 가운데 층에 삽입되는 층 즉, 전자파 흡수층의 PET 필름이 제거되어야 한다. 열전도층이나 전자파 흡수층의 용도로 코팅된 코팅층은 이형력을 우수하게 하기 위하여 실리콘이 코팅된 PET 필름 위에 콤마코팅 공정으로 형성되므로 열전도 코팅층이나 전자파 흡수 코팅층은 PET 필름으로부터 쉽게 박리된다. 제조예 2에 따라 300mm X 300mm 로 재단된 필름에서 전자파 흡수 코팅층을 박리시키고 제조예 1에 따라 제조된 열전도 코팅층 위에 위치시킨다 (프리폼 형성). 이때 프레스의 상판과 하판이 맞닿는 쪽의 코팅 원단은 열전도 코팅층이 박리되지 않은 제조예 1에 따라 제조된 열전도층이 코팅된 PET 필름을 PET 필름이 바깥쪽으로 위치되어 프레스 상판 및 하판과 맞닿도록 위치 시킨다. 프리폼을 프레스 상판과 하판 사이에 위치시킨 후 100 ㎏f/㎠, 170℃에서 60분간 프레스 공정을 수행하였다. 이후 상면과 하면의 PET 필름을 모두 박리하여 도 1과 같이 3층으로 적층된 복합시트를 제조하였다.
실시예 2: 다층 복합시트 제조
다층 구조의 복합시트 형상을 프레스로 제작하기 위하여, 중간 층에 삽입되는 열전도층과 전자파 흡수층의 PET 필름은 모두 제거되어야 한다. 열전도층이나 전자파 흡수층의 용도로 코팅된 코팅층은 이형력을 우수하게 하기 위하여 실리콘이 코팅된 PET 필름 위에 콤마코팅 공정으로 형성되므로 열전도 코팅층이나 전자파 흡수 코팅층은 PET 필름으로부터 쉽게 박리된다. 제조예 1 및 제조예 2에 따라 300mm X 300mm 로 재단된 필름에서 열전도 코팅층 및 전자파 흡수 코팅층을 박리시키고 열전도 코팅층과 전자파 흡수 코팅층의 원단을 교차로 적층 배열하여 위치시킨다. 이때 프레스의 상판과 하판이 맞닿는 쪽의 코팅 원단은 열전도 코팅층이 박리되지 않은 제조예 1에 따라 제조된 열전도층이 코팅된 PET 필름을 PET 필름이 바깥쪽으로 위치되어 프레스 상판 및 하판과 맞닿도록 위치 시킨다 (프리폼 형성). 프리폼을 프레스 상판과 하판 사이에 위치시킨 후 100 ㎏f/㎠, 170℃에서 60분간 프레스 공정을 수행하였다. 이후 상면과 하면의 PET 필름을 모두 박리하여 도 2와 같은 두가지 특성의 층이 교차적으로 적층된 복합시트를 제조하였다.
비교예 1
시중에 판매되는 실리콘에 세라믹 분말이 충전된 시트를 구입하여 비교예 1로 사용하였다.
비교예 2
시중에 판매되는 그라파이트 시트를 구입하여 비교예 2로 사용하였다.
비교예 3
시중에 판매되는 도 2와 같이 열전도성 필러와 연자성 금속 분말이 혼합된 구조의 시트를 구입하여 비교예 3으로 사용하였다.
비교예 4
도 6을 참조하면, 제조예 1에 따라 제조된 열전도층이 형성된 PET 필름이 프레스 상판에 접하도록 위치시키고, 제조예 2에 따라 제조된 전자파 흡수층이 형성된 PET 필름이 프레스 하판에 접하도록 위치시킨 후 100 ㎏f/㎠, 170℃에서 60분간 프레스 공정을 수행하였다. 프레스 상판과 하판에 가해지는 압력은 동일하기 때문에 상기 두 종류 필름의 위아래 방향이 바뀌어도 결과는 동일하다. 이후 PET 필름을 모두 박리하여 도 4와 같이 2층으로 적층된 복합시트를 제조하였다.
< 실험예 >
실험예 1: 열전도율 및 최소 투자율 실수(μ
r
')값 측정
열전도율
열전도율은 ASTM E 1530에 기초하여 측정하였다. (NETZSCH ; LFA-447)
투자율 실수(μ
r
')값
투자율 실수(μr')값은 임피던스 분석기 (Impedance Analyzer ; Agilent 4294A) 와 투자율 측정 치구 (Agilent 16454A)를 이용하여 내경 6mm, 외경 19mm의 도너츠 형상의 시편을 준비하여 측정치구에 삽입하고 측정하였다.
| 열전도율 (W/mK) |
투자율 실수 (μr') |
||
| 수직방향 | 수평방향 | ||
| 제조예 2(전자파 흡수층 단독) | 0.3 | 0.5 | 250 |
| 실시예 1(3층 구조) | 2.1 | 68 | 105 |
| 실시예 2(다층 구조) | 2.0 | 58 | 130 |
| 비교예 1(실리콘에 세라믹 분말 충전) | 1.8 | 1.5 | 1 |
| 비교예 2(그라파이트 시트) | 2.3 | 350 | 1 |
| 비교예 3(혼합된 복합시트) | 0.8 | 0.6 | 30 |
| 비교예 4(2층 구조) | 1.9 | 42 | 160 |
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합시트 즉, 3층 구조의 실시예 1과 다층 구조의 실시예 2는 실리콘에 세라믹 분말이 충전된 기존 제품(비교예 1)에 비해 수직방향의 열전도율이 더 우수한 것을 확인할 수 있었다. 실리콘에 세라믹 분말이 충전된 기존 제품의 경우 절연성능은 있지만 부피가 커서 협소한 전자기기 내에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 기존의 그라파이트 시트(비교예 2)의 경우 수평방향의 열전도율이 우수하나, 전기적 절연성능이 없어 전자파로 인한 기기의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 복합시트 즉, 3층 구조의 실시예 1과 다층 구조의 실시예 2는 열전도성 필러와 연자성 금속 분말이 혼합된 구조의 기존 제품(비교예 3)에 비해 수직방향과 수평방향의 열전도율 및 전자파 흡수 성능이 모두 현저히 우수한 것을 확인할 수 있었다. 비교예 3의 경우, 연자성 금속 분말에 의해 절연 성능을 기대하기 어렵다.
더불어, 2층 구조의 복합시트인 비교예 4는 전자파 흡수 성능이 우수하나, 본 발명에 따른 3층 이상의 복합시트에 비해 수직방향 및 수평방향의 열전도성이 낮은 것을 확인할 수 있었다.
이상, 도면을 참조하여 바람직한 실시예와 함께 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이러한 도면과 실시예로 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형예 또는 균등한 범위의 실시예가 존재할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 기술적 사상의 권리범위는 청구범위에 의해 해석되어야 하고, 이와 동등하거나 균등한 범위 내의 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 열전도층
200: 전자파 흡수층
200: 전자파 흡수층
Claims (13)
- 열전도성 필러를 포함하는 열전도층; 및
연자성 금속 분말을 포함하는 전자파 흡수층;을 포함하는 복합시트로서,
상기 복합시트는 상기 열전도층 및 전자파 흡수층이 총 3층 이상 교대로 적층되고,
상기 교대로 적층된 열전도층 및 전자파 흡수층은 일체화된 것이고,
상기 복합시트의 최외각층이 상기 열전도층인 것을 특징하고,
상기 열전도층 및 전자파 흡수층의 한층의 두께는 각각 30 내지 150㎛인 것을 특징으로 하는 복합시트. - 제1항에 있어서,
상기 열전도성 필러는 질화붕소, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 탄화규소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 산화규소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트. - 제1항에 있어서,
상기 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Al계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Si계 합금, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Fe-Cr-Si계 합금 및 Fe-Si-Cr-Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트. - 제1항에 있어서,
상기 열전도층 및 전자파 흡수층은 각각 바인더 수지를 포함하고,
상기 바인더 수지는 아크릴 고무, 우레탄 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 오르가노폴리실록산, 에틸렌 프로필렌 고무 및 불소 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트. - 제1항에 있어서,
상기 열전도층 및 전자파 흡수층은 각각 경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 복합시트는 수직 방향으로 2 내지 10W/mK의 열전도율을 가지고,
수평 방향으로 30 내지 80W/mK의 열전도율을 가지는 것을 특징으로 하는 복합시트. - 프레스 상판 및 하판에 각각 열전도층이 코팅된 이형필름을 배치시키되, 상기 이형필름이 상기 프레스 상판 및 하판에 접하도록 배치시키는 단계;
상기 배치된 열전도층이 코팅된 이형필름 사이에 열전도층 및 전자파 흡수층이 총 3층 이상 교대로 적층되도록 프리폼을 형성하고, 프레스하는 단계; 및
상기 프레스 상판 및 하판에 접하는 이형필름을 박리하여 복합시트를 제조하는 단계;를 포함하는 복합시트의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 프리폼은 열전도층이 코팅된 이형필름 및 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름으로부터 각각 박리된 열전도층 및 전자파 흡수층이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 복합시트의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 열전도층이 코팅된 이형필름은,
열전도성 필러, 바인더 수지 및 용매를 혼합한 열전도성 슬러리를 이형필름 상에 콤마코팅하여 제조되는 것이고,
상기 전자파 흡수층이 코팅된 이형필름은,
연자성 금속 분말, 바인더 수지 및 용매를 혼합한 전자파 흡수성 슬러리를 이형필름 상에 콤마코팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 콤마코팅은 5 내지 15m/min의 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 콤마코팅 후 100 내지 150℃에서 건조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 프레스는 100 내지 200℃의 온도에서 50 내지 150kg/cm2의 압력으로 10 내지 100분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
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| KR1020220045488A KR102644508B1 (ko) | 2022-04-13 | 2022-04-13 | 열전도 및 전자파 흡수 특성을 갖는 복합시트 및 이의 제조방법 |
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| KR100743819B1 (ko) * | 2002-10-11 | 2007-07-30 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | 전자파 흡수성 열전도성 시트 |
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| JP2004200534A (ja) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 電磁波吸収性熱伝導性シート |
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2022
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