KR20010104214A - 열전도성 시이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전도성, 성형성(조형성) 및 가공성이 우수하며, 취급성이 우수한 열전도성 시이트에 관한 것이다. 본 발명의 열전도성 시이트는 일정 온도에서 또는 그 이상의 온도에서 유동성을 갖는 결정성 수지중에서 단섬유들을 혼합하여 제조된 결합재와 열전도성 충전제를 혼합하여 혼합물을 형성시킨후, 상기 혼합물을 시이트의 형태로 성형시킴으로써 제조된다.

Description

열전도성 시이트{HEAT CONDUCTIVE SHEET}

본 발명은, 예를 들어 전자 부품 등에서 열을 분산(방사)시키는데에 사용시 효과가 있는 열전도성 시이트에 관한 것이다.

최근들어, 전자 기기의 고속화 및 소형화에 수반하여, 전자 부품으로부터 발산된 발열량을 제어하는 것이 점점 더 중요해 지고 있다. 이와 같이 발열량을 제어하는 한 가지 방법은 발열하는 전자 부품에 방열판(heat sink)을 부착시켜 열을 분산시키는 것이다. 그러나, 발열 전자 부품 및 방열판 사이의 계면이 완전 평면이 아니기 때문에, 상기 계면에는 틈이 존재하게 된다. 이들 틈은 열전도에 방해가 되어, 열전도 성능을 저하시키게 된다. 이러한 틈을 충전시키는 널리 공지된 방법은 상기 발열 전자 부품과 방열판 사이의 틈에 열전도성 재료를 사용하는 것이다.

실리콘 그리스가 상기 계면의 틈을 충분히 충전시킬 수 있으므로 효과적인 열전도성 재료로서 일반적으로 사용된다는 사실은 널리 알려져 있다. 열전도성을 개선시키기 위하여 열전도성 충전제로 충전된 실리콘 그리스 또한 사용될 수 있다. 그러나, 상기 그리스는 균일한 피복 작업을 필요로 하며, 주위에 부착되기 쉬운점등의, 조립 작업성에 있어서 문제점이 있다.

일본 특개평 제 10-204295 호 및 일본 특개평 제 10-189838 호 등에 첨부된 명세서에 따라서 개시되어 있는 바와 같이, 그리스 사용에 따른 작업성을 개선시키기 위하여, 열전도성 충전재로 충전된 실리콘 고무 또는 실리콘 겔이 또한 사용되어 오고 있다. 이러한 경우, 오염성이 거의 없기 때문에 작업성이 우수하다. 그러나, 계면에 존재하는 틈을 완전히 충전시키는 것은 어려운 일이며, 다량으로 발열되는 전자 부품에 사용될 경우, 열전도 성능은 충분하지 못하다.

이외에도, 일정 온도에서 유동화되는 상변화형 열전도성 재료가 공지되어 있다. 이러한 경우, 상기 열전도성 재료는 상온에서 고체상이기 때문에, 작업성이 비교적 양호하다. 더욱이, 기기 작동시 일정한 온도에 도달하게 되면, 결합재 일부는 유동화(액화)되어 계면에 존재하는 틈이 충분히 충전된다. 이러한 재료들은 그리스 재료와 동등한 정도로 우수한 열전도성을 나타낸다. 그러나, 상기 재료의 경우, 그 자체로서 사용될 경우에는 충분한 시이트 강도를 나타내기 어렵다. 그러므로, 충분한 시이트 강도를 나타내기 위하여, 예를 들어 유리 직포와 같은 지지재를 사용하는 방법이 도입되고 있다.

유리 직포 재료의 경우, 직조 밀도가 증가되면 시이트 강도도 증가하게 된다. 그러나, 상기 섬유들 사이 공간의 개구부가 감소되기 때문에 열전도성이 저하된다. 따라서, 메쉬가 엉성하고, 개구부가 큰 재료가 통상적으로 사용되고 있다. 그러나, 메쉬 크기가 큰 유리 직포 재료를 지지재로서 사용하면, 예를 들어 섬유가 늘어지는 등의 문제점이 발생하게 되며, 이로 인하여 성형이 어려워진다. 또한 시이트 강도가 약하면 소정의 치수로 절단하는 기술을 수행하는 것이 어려워진다. 상기 재료를 그리스와 비교하면, 작업성은 양호하지만, 온도를 30℃ 정도로 상승시키기만 하여도 예를 들어, 라이너를 분리하기가 어려워지는 등의 문제점이 생긴다. 한가지 구체적인 문제점은, 상기 재료를 기계적 장치에 사용하고, 부품을 교환 및 해체한 후 다시 분리하면, 부품의 양면에 결합제 성분의 일부가 남게 되어, 이와 같은 잔류 성분을 제거하는 방법이 요구된다는 점이다.

본 발명은 선행 기술에 따른 전술한 문제점들을 고려한 것으로서, 실리콘 그리스 재료의 열전도성과 동등한 정도로 우수한 열전도성을 나타내는 열전도성 시이트에 관한 발명이다. 뿐만 아니라, 본 발명은 성형성(조형성)과 가공성이 우수할 뿐만 아니라, 취급성이 우수하여, 전자 부품 조립시 라이너를 분리시킬 수 있으며, 상기 전자 부품으로부터 해체시(예를 들어, 부품 교환으로 인하여) 재분리가 용이해진다.

본 발명은 일정 온도에서 또는 그 이상의 온도에서 유동성인 결정성 수지중에서 단섬유들을 혼합하여 제조된 결합재와 열전도성 충전제를 혼합하여 혼합물을 형성시킨후, 상기 혼합물을 시이트의 형태로 성형시킴으로써 제조된 열전도성 시이트에 관한 것이다.

본 발명의 열전도성 시이트는 혼합물 재료를 사용하여 형성된 재료이다. 상기 혼합물 재료는 일정 온도 또는 그 이상의 온도에서 유동화되는 결정성 수지중에 혼합된, 시이트 보강재인 단섬유들을 결합재로서 포함한다. 이후, 열전도성 충전재를 상기 결합재와 혼합하면, 그 결과 상기 혼합물은 열전도성 시이트로서 제조된다. 이와 같은 열전도성 시이트의 경우, 전자 부품이 발열하여 그 결과 상기 결정성 수지 재료의 융점과 거의 비슷한 온도에 이르면, 결합제는 유동화되며, 이로 인하여 상기 전자 부품과 방열판 사이의 계면이 충분히 습윤되어 상기 계면의 틈을 충전할 수 있으며, 열전도 성능이 우수해 지는 것으로 나타난다. 또한 온도가 결정성 수지 재료의 융점과 거의 비슷한 온도에 이를때까지는 상기 결정성 수지가 고체 상태의 재료이고, 또한 상기 단섬유 재료가 결합재에 혼합되면 내부의 접착 강도가 높아지기 때문에, 시이트의 강도는 충분하게 되며, 전자 부품 조립시 라이너 분리와 전자 부품으로부터 해체시(예를 들어, 부품 교체시) 라이너의 재분리가 용이하게 된다. 뿐만 아니라, 성형성 및 가공성 모두 우수하다.

본 발명에 의하면, 결합재에 사용되는 결정성 수지 재료는 예를 들어, 융점이 약 45℃ ∼ 약 100℃의 범위내인 파라핀 왁스일 수 있다. 또한. 유동성을 증가시키는 첨가제로서는 예를 들어, 폴리부텐과 같은, 파라핀 왁스 재료와의 상용성이 양호한 재료를 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 성형 가공성을 향상시키기 위하여 석유형 수지 재료를 첨가할 수도 있다. 파라핀 왁스와 폴리부텐의 혼합 비율은, 파라핀 왁스 100 중량부에 대해서, 폴리부텐의 양은 약 200 중량부 이하의 범위내인 것이 바람직하다. 상기 폴리부텐의 양이 약 200 중량부를 초과하면, 접착성이 고도로 증가하여, 작업성에 문제가 발생하게 된다.

본 발명에 있어서, 시이트 보강재로서 사용되는 단섬유 재료는 습식 부직포의 원재료로 일반적으로 사용되는 재료로서, 천연 단섬유 재료 및 합성 단섬유 재료를 모두 포함한다. 또한, 상기 단섬유 재료의 길이는 약 5 ∼ 약 40nm의 범위내이며, 이의 두께는 약 0.05 ∼ 약 20 데니어의 범위이다. 상기 단섬유 재료로서는, 예를 들어 융착성 폴리올레핀 섬유 재료와 융착성 폴리에스터 섬유 재료를 포함한다. 상기 융착성 폴리올레핀 섬유 재료의 예로서는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 단독으로 포함하거나, 또는 이들의 코어쉘형(core-shell type)의 섬유 재료를 사용할 수 있다. 상기 결정성 수지 재료 및 단섬유 재료의 혼합 비율은 결정성 수지 재료 100 중량부에 대하여, 단섬유 약 1 ∼ 약 15 중량부의 범위내인 것이 바람직하다. 상기 단섬유 재료의 양이 약 1 중량부 미만인 경우, 충분한 시이트 강도를 얻기 어려우며, 상기 단섬유의 양이 약 15 중량부를 초과하면, 결합재의 유동성 및 열전도성이 저하될 수 있다.

결합제에 혼합되는 열전도성 충전재로서는, 예를 들어, 질화붕소, 탄화규소, 알루미나, 실리카, 산화마그네슘, 티타늄, 탄화알루미늄, 질화규소, 구리, 알루미늄, 탄소를 포함하는데, 이들이 각각 독립적으로 혼합될 수 있거나, 또는 2 이상의 유형의 충전재와 조합하여 첨가될 수 있다. 결합재와 열전도성 충전재의 혼합 비율에 관하여, 상기 결합재 100 부피부에 대하여, 열전도성 재료는 약 1 ∼ 약 200 부피부의 범위내인 것이 바람직하다. 열전도성 충전재의 사용량이 약 1 부피부 미만인 경우 열전도성이 저하되며, 상기 사용량이 약 200 부피부를 초과하는 경우 시이트 강도가 저하된다.

본 발명에 의한 열전도성 시이트는 예를 들어, 이하에 기술된 방법에 따라서 제조될 수 있다. 우선, 단섬유 재료와 열전도성 충전재를 결합재와 혼합한 후, 이들을 결정성 수지 재료의 액화점 또는 그 이상의 온도에서 혼합시켜, 상기 혼합물을 균일하게 만든다. 이후, 상기 혼합된 재료를 예를 들어, 칼렌더 성형(성형)법 또는 프레스 성형법에 의하여, 소정의 두께로 2장의 필름 사이에 협착한 후 압연시켜 시이트 형태의 재료로 제조한다.

실시예

이하, 본 발명은 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명되지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

시험 방법

열저항 시험

트랜지스터 이면에 평가 대상품을 부착시킨후, 이를 일정 온도에서 보존시킨 냉각판 위에 7.6 N 의 압력으로 고정시키고, 12.6 W 의 전류를 트랜지스터에 공급하면서 트랜지스터 온도와 냉각판의 온도차를 측정한다.

취급성 시험

라이너 분리 특성 및 조립시의 부착감에 의하여 취급성을 평가한다. 라이너로부터 용이하게 분리될 수 있으며 시이트 표면에 대해 점착감이 없는 것을 "양호"라고 표시하며, 라이너로부터 분리될 수 있으며, 점착, 부착 작업이 용이하지 않은 재료를 "가능" 이라고 표시하고, 라이너로부터 분리될 때, 시이트가 늘어나서 파열되는 재료를 "불가능"이라 표시한다.

재분리 특성

열저항을 측정한 후에 평가 대상품을 충분히 냉각시키고, 평가 대상품을 트랜지스터 및 냉각판으로부터 분리시키는 때에, 부착된 재료의 오염 상태를 눈으로 관찰하여 평가한다. 시이트 성분이 잔류하지 않고 완전히 분리될 수 있는 경우를 "양호"라고 표시하고, 시이트 성분이 약간 잔류하게 되지만 닦아서 간단히 제거할 수 있는 경우를 "가능"이라고 표시하며, 시이트 성분이 다량으로 잔류하여 용이하게 닦아낼 수 없는 경우를 "불가능"이라고 표시한다.

성형-가공성

실제로 천공 가공 기술을 사용하여 평가하였다. 천공형에 의하여 천공된 평가 대상품을 "양호"라고 표시하며, 천공형에 의하여 천공되지 않고 모서리 부분이 존재하지 않으며 한번 절단된 부분이 다시 융착되지 않고, 그 정도가 낮은 경우를 "가능"이라고 표시하고, 그 정도가 높은 경우를 "불가능"이라 표시한다.

실시예 1

결합재 100 부피부에 대하여, 80 중량부의 파라핀 왁스(Nippon Petrol Company, 125o Paraffin), 20 중량부의 폴리부텐(Nippon Petro-Chemical Company, HV-1900F) 및 5 중량부의 융착성 폴리에틸렌/폴리프로필렌 섬유(Chisso Company, EAC (2d ×5 ㎜)), 25 부피부의 질화붕소(Mizujima Gosei Tetsu Company, HP-1)를 혼합하여 65℃에서 배합하였으며, 70℃의 온도에서 프레스 성형시켜 두께 0.17 ㎜의 열전도성 시이트 재료를 얻었다. 이와 같이 얻은 열전도성 시이트에 대하여 열 저항성, 취급성, 재분리 특성 및 성형-가공성 평가를 수행하였으며, 그 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 이하에 기술된 바에 따라서 평가를 수행하였다.

비교실시예 1

결합재 100 부피부에 대하여, 80 중량부의 파라핀 왁스(Nippon Petrol Company, 125o Paraffin), 20 중량부의 폴리부텐(Nippon Petro-Chemical Company) 및 25 부피부의 질화붕소(Mizujima Gosei Tetsu Company, HP-1)를 충분히 혼합하여 이를 65℃의 온도에서 조합하였으며, 이후 70℃의 온도에서 프레스 성형시켜 두께 0.17 ㎜의 열전도성 시이트 재료를 얻었다. 이와 같이 얻은 열전도성 시이트에 대하여 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 평가를 수행하였으며, 그 결과를 이하의 표1에 나타내었다.

비교실시예 2

종래 기술로부터 널리 공지된 알루미나 충전 실리콘 그리스(Toray-Dow Corning Company, SE4490CV)를 사용하여 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 평가를 수행하였으며, 그 결과를 이하의 표1에 나타내었다.

비교실시예 3

종래 기술로부터 널리 공지된 상변화형 열전도성 재료(Comerix Company, T-710)를 사용하여 전술한 실시예 1에 기술된 바와 동일한 방법으로 평가를 수행하였으며, 그 결과를 이하의 표1에 나타내었다.

	실시예 1	비교실시예 1	비교실시예 2	비교실시예 3
시이트 두께(㎜)	0.17	0.17	측정불가	0.17
열 저항성(oC.㎠/W)	2.58	1.94	1.29	2.58
취급성	양호	가능	불가능	가능
재분리 특성	양호	가능	불가능	불가능
성형-가공성	양호	가능	-	-

상기 표1에 표시된 평가 결과로부터, 본 발명에 관한 실시예의 열전도성 시이트는 실리콘 그리스 사용시와 동등하게 우수한 열전도 성능을 보유할 뿐만 아니라, 취급성, 재분리 특성, 성형-가공성에서도 우수한 것을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 열전도성 시이트는 실리콘 그리스가 사용되었을 때와 동등한 열전도성을 보유함과 동시에, 성형성 및 가공성에서도 우수할 뿐만 아니라, 특히 전자 부품 조립시 라이너가 분리되고, 또한 부품 교환 등으로 인하여 전자 부품으로부터 해체시 재분리가 용이하다는 것과 같은 우수한 취급성을 보유하는 재료이며, 본 발명의 열전도성 시이트는 전자 부품 등에서 사용되는 경우와 같이 방열 용도로서 탁월한 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 일정 온도 이상에서 유동화되는 결정성 수지중에 단섬유들을 포함하는 결합재와 열전도성 충전제를 포함하는 혼합물을 형성하고, 이후 상기 혼합물을 시이트 형태로 제조하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시이트.
2. 제1항에 있어서, 상기 결정성 수지가 융점이 약 45 ∼ 약 100℃인 파라핀 왁스인 것을 특징으로 하는 열전도성 시이트.
3. 제2항에 있어서, 100 중량부의 파라핀 왁스와 200 중량부 이하의 폴리부텐을 추가로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 열전도성 시이트.
4. 제1항에 있어서, 상기 단섬유가 융착성 폴리올레핀 섬유, 융착성 폴리에스터 섬유 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 열전도성 시이트.
5. 제1항에 있어서, 상기 결정성 수지 재료 100 중량부를 기준으로 상기 단섬유를 약 1 ∼ 약 15 중량부의 범위로 혼합하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시이트.
6. 제1항에 있어서, 상기 결합제 100 부피부를 기준으로 상기 열전도성 충전제를 약 1 ∼ 약 200 부피부의 범위로 혼합하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시이트.