KR20040032623A - 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트에 관한 것으로, 본 발명의 주요구성은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방열시트는 고분자 발포시트의 양쪽 표면에 자기점착성이 있는 열전도성 실리콘겔층을 형성시킨 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트는 PDP(플라즈마 디스플레이패널) 패널와 히트싱크 사이에 부착되어 패널에서 방출되는 열을 히트싱크로 전달하는 방열시트로서 고분자 발포시트의 양쪽 표면에 자기점착성이 있는 열전도성 실리콘겔층을 형성시킴으로써 열전도성과 함께 우수한 열적, 화학적 안정성을 갖는다.

Description

고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트 및 그 제조방법{SILICONE HEAT-RELEASING SHEET AND MANUFACTURING METHOD USING POLYMER FORM}

본 발명은 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PDP(플라즈마 디스플레이패널) 패널과 히트싱크 사이에 부착되어 패널에서 방출되는 열을 히트싱크로 전달하는 방열시트로서 고분자 발포시트의 양쪽 표면에 자기점착성이 있는 열전도성 실리콘겔층을 형성시킴으로써 열전도성과 함께 우수한 열적, 화학적 안정성을 갖는 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트에 관한 것이다.

최근 전기, 전자기기의 고성능화, 고기능화, TV 대형화로 전기, 전자부품 자체에서 발생되는 많은 열에 의하여 기기의 오동작 또는 품질을 열화시키거나 해당 전자부품을 손상시킬 수 있기 때문에 열을 제거하기 위하여 알루미늄 등 금속제의 히트싱크(Heat Sink)와 같이 냉각기능을 하는 기구물을 설치하고 있다.

특히, 대형 화면인 PDP 패널은 온도차가 크게 발생할 경우는 외부적인 요인에 의해서 크랙을 발생할 수 있으므로 패널에서 방출되는 열을 히트싱크에서 외부로 방열시키기 위해서는 발열부위인 평판유리와 굴곡형태를 가진 히트싱크와의 양자 사이에 열을 균일하게 효율적으로 전달할 수 있도록 점착성을 가지는 열전도 매개체를 부착하여야 한다.

대한민국공개특허 제2001-110652호에서는 방열시트로서 실리콘 방열층에 아크릴계 감압점착제(점착제)를 도포시키거나 또는 아크릴계 양면테이프를 부착시킨방열시트 등을 제시하였다.

그러나, 이러한 방열시트는 PDP 패널에서 발생하는 높은 열에 의해 최외층에 도포된 아크릴계 감압점착제 또는 아크릴계 양면테이프의 물성이 변화되어 열전달효율이 떨어지는 문제점과 함께 실리콘 고무 방열층의 사용으로 유연성이 결여되어 히트싱크의 굴곡진 공간에는 밀착이 되지 않아 열을 효율적으로 전달하지 못하는 문제점이 있다. 또한 점착성이 없는 실리콘 방열층의 표면에 접착력을 갖게 하기 위해서 아크릴계 점착제를 얇게 도포시킨 방열시트는 아크릴계 점착제가 필요 이상으로 접착성이 강하기 때문에 표면끼리 달라붙어 현장 작업상의 지장을 줄뿐만 아니라 리사이클링(Recycling)과 리페어(Repair) 작업성에도 어려운 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 고분자물질을 발포시킨 발포체의 양쪽면을 실리콘 방열층으로 접착시킨 후에 표면에 접착력을 갖게 하기 위해서 다시 아크릴 점착제를 도포하거나 또는 아크릴 양면 점착테이프를 부착한 방열시트가 제시되고 있다.

그러나, 이와 같은 방열시트는 고분자 발포체를 사용하여 히트싱크의 굴곡진 공간에 효과적으로 밀착시킬 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 실리콘 방열층에 부착된 아크릴계 점착제로 인하여 현장 작업상의 지장을 줄뿐만 아니라 리사이클링(Recycling)과 리페어(Repair) 작업성에도 어려운 단점이 여전히 존재할 뿐만아니라, PDP 패널에서 발생하는 높은 열에 의해 아크릴계 감압점착제 또는 아크릴계 양면테이프의 물성이 변화되어 효과적으로 열을 전달시킬 수 없는 문제점이 여전히 남아 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 별도의 아크릴 점착제를 사용하지 않으면서도 우수한 열전도성과 함께 열적, 화학적 안정성을 갖는 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 고분자 발포시트의 양쪽 표면에 자기점착성이 있는 열전도성 실리콘겔층을 형성시킴으로써 히트싱크의 굴곡진 공간에도 이상적으로 밀착되며, 우수한 열전도성과 함께 리사이클링과 리페어 작업성도 양호한 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 구조를 나타낸 단면 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 제조방법에 대한 플로우챠트.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 실리콘 방열시트의 단면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 제조장치에 대한 개략도.

도 5는 본 발명의 실리콘 방열시트가 PDP 패널과 히트싱크 사이에 설치되는 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 방열시트2 : 고분자 발포체층

3,4 : 열전도성 실리콘겔층5,6 : PET 필름

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방열시트는 고분자 발포시트의 양쪽 표면에 자기점착성이 있는 열전도성 실리콘겔층을 형성시킨 것에 의해 달성할 수 있다.

바람직하게, 상기 열전도성 실리콘겔은 2액 가열경화성 실리콘겔 100중량부에 충전재로서 산화알루미늄, 탄화규소, 흑연, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화베릴륨, 불화알루미늄 등에서 선택한 1종 이상의 분말을 100 내지 300중량부로 혼합한 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 고분자 발포시트는 폴리우레탄 발포체, EPDM 발포체 중에서 선택한 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 구조를 나타낸 단면 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 제조방법에 대한 플로우챠트이고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 실리콘 방열시트의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 제조장치에 대한 개략도이며, 도 5는 본 발명의 실리콘 방열시트가 PDP 패널과 히트싱크 사이에 설치되는 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실리콘 방열시트(1)는 고분자 발포시트층(2)과 자기점착성을 갖는 열전도성 실리콘겔층(3,4)으로 구성된다.

고분자 발포시트층(2)은 많은 기공이 있어 가볍고 유연하기 때문에 히트싱크의 굴곡형태에 따라 대응하여 밀착할 수 있도록 경량성과 소음흡수 기능을 담당한다.

열전도성 실리콘겔층(3,4)은 고분자 발포시트층(2)의 외부 양쪽면에 위치하며 PDP 패널과 알루미늄 소재의 히트싱크(Heat-Sink)를 고정시키는 접착기능과 함께 PDP 패널에서 방출되는 열을 히트싱크로 전달시키는 열전달기능을 가진다.

한편, 열전도성 실리콘겔층(3,4)은 2액 가열경화성 실리콘겔에 열전도율이 높은 산화알루미늄(Al₂O₃), 탄화규소(SiC), 흑연(C), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 산화베릴륨(BeO), 불화알루미늄 등의 분말에서 선택한 1종 이상의 충전재로 혼합한 것이다. 이러한 충전재는 실리콘겔 100중량부에 대하여 100내지 300중량부의 배합량이 적당하다. 또한 발포시트층은 폴리우레탄 발포체, EPDM(ETHYLENE-PROPYLENE COPOLYMER) 발포체 등 고분자물질의 발포체를 말한다.

본 발명의 실리콘 방열시트(1)를 형성하는 내부의 고분자 발포시트층(2)과 표면의 열전도성 실리콘겔층(3,4)은 이형용 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름 위에 열전도성 실리콘겔을 도포한 후에 고분자 발포시트를 적층한 다음 그 위에 다시 열전도성 실리콘겔을 도포하고, 다시 PET 필름을 덮어 가열, 경화시켜 실리콘겔층과 발포시트층이 복합체로 일체화되어 형성된다. 이러한 실리콘 방열시트(1)는 외부 양쪽면의 실리콘겔층(3,4)에 의해 점착기능 및 열전도기능을 수행함과 동시에 내부의 고분자 발포시트층에 의해 히트싱크의 굴곡형태에 따라 대응하여 밀착할 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명인 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 제조방법에 대하여 자세히 살펴본다.

먼저, 2액 가열경화형 실리콘겔에 산화알루미늄, 탄화규소, 흑연, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화베릴륨, 불화알루미늄 등에서 선택한 1종 이상의 열전도성 충전재를 혼합하여 열전도성 실리콘겔을 형성한다(단계 S101).

이와 같은 형성된 열전도성 실리콘겔을 이형용 PET 필름(6) 위에 소정의 두께로 코팅하여 열전도성 실리콘겔층(4)을 형성하고(단계 S103), 열전도성 실리콘겔 층(4) 상부에 폴리우레탄 발포체, EPDM 발포제 등에서 선택한 고분자 발포시트를 적층하여 고분자 발포시트층(2)을 형성한다(단계 S105).

그 후, 별도로 동일한 과정을 통해 열전도성 실리콘겔층(3)이 형성된 이형용PET 필름(5)을 고분자 발포시트층(2) 상부에 적층하고 압착한다(단계 S107).

이와 같이 과정을 통해 적층된 열전도성 실리콘겔층(3,4)과 고분자 발포체시트층(2)을 가열, 경화시켜 완성한다(단계 S109,S111).

도 4를 참조하여 이러한 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 성형과정을 살펴보면, 먼저 PET 필름 롤러(10)를 풀면서 PET 필름(6)이 공급되는 측의 반대쪽으로 주행시켜 공급한다. 이어서 열전도성 충전재와 혼합된 열전도성 실리콘겔을 슬릿(Slit) 형태의 틀(11)에 공급하여 PET 필름(6) 위에 소정의 두께로 코팅된 열전도성 실리콘겔층(4)을 형성한다. 이 위에 고분자 발포시트 롤러(12)를 풀면서 공급하여 고분자 발포시트층(2)으로 적층시킨다.

그 후, 별도로 준비된 PET 필름 롤러(14)를 풀면서 PET 필름(5)을 공급하고, 그 위에 슬릿(Slit) 형태의 틀(13)에 공급된 열전도성 실리콘겔이 소정의 두께로 코팅되어 열전도성 실리콘겔층(3)을 형성시킨 후, 고분자 발포시트층(2) 위를 적층하여 압착하고 건조오븐(15)을 통과시켜 열전도성 실리콘겔층(3,4)과 고분자 발포시트층(2)을 일체화시킨다.

이와 같은 공정으로 제조된 실리콘 방열시트(1)는 도 5에 도시한 바와 같이 발열부위인 PDP 패널(16)과 냉각기능을 하는 굴곡진 히트싱크(17) 사이에 PET 필름(5,6)을 제거한 상태에서 부착시켜 사용된다. 따라서, 본 발명에 의한 고분자 발포체는 내부에 많은 기공으로 이루어져 있어 가볍고 유연하여 히트싱크의 굴곡진 공간에도 완전히 밀착되어 열을 효과적으로 전달할 수 있으며, 양쪽면의 열전도성 실리콘겔층은 자기점착성을 가지고 있기 때문에 PDP 패널(16)과 히트싱크(17) 사이에서 양자를 충분히 고정시킬 수 있다

< 실시예>

(1) 2액 가열경화형 실리콘겔(Gel)과 열전도성 분말의 혼합

2액 가열경화형 실리콘겔과 열전도성 분말을 교반기에 표 1의 배합비로 혼합하였다.

구 분	물 질 명	배합비(g중량)
2액 경화형 실리콘겔	RTV6166A (GE실리콘)RTV6166B (GE실리콘)	100100
열전도성 분말	탄화규소(SiC) #240불화알루미늄(AlF₃)	300300

(2) 고분자 발포시트

고분자 발포시트로서 폴리우레탄수지를 이용하여 발포시킨 후에 약 1.5㎜의 두께를 갖는 발포체로 제작하였다.

(3) 이형용 PET 필름

두께 50㎛의 이형용 PET필름을 사용했다

(4) 열전도성 실리콘겔과 우레탄 발포시트와의 일체화 성형가공

롤러를 이용하여 이형용 PET 필름을 균일한 속도로 이동시키면서 필름 상부에 슬릿 형태의 틀로부터 열전도성 실리콘겔을 이동하는 PET 필름에 약 0.1mm의 두께로서 균일하게 도포시켰다. 실리콘겔을 도포한 후에 즉시 상부의 롤러에 감겨있는 1.5mm의 두께를 갖는 우레탄 발포시트를 풀면서 공급하여 실리콘겔 위에 적층시켰다. 그 후, 별도의 PET 필름과 슬릿 형태의 틀로부터 전술한 것과 같은 방법으로 실리콘겔이 0.1mm의 두께로 도포된 PET 필름을 우레탄 발포체 상부에 적층하여 압착시킨 후에 120℃에서 10분간 가열오븐을 통과시켜 발포시트와 열전도성 실리콘겔을 일체화시키고, 소정의 크기로 절단하여 방열시트로 제작하였다.

(5) 제작된 방열시트의 평가

상기 제작된 방열시트로부터 이형용 PET 필름을 제거하고 두께, 밀도, 열전도율, 전단접착력의 물성값을 측정하여 표 2에 나타내었다. 이때, 방열시트의 열전도율 측정은 Quick열전도도 미터 모델 QTM-500을 사용하였으며, 전단접착력은 ASTM D 1002의 방법으로 측정했다

두께(㎜)	밀도(g/㎤)	열전도율(W/m.k)	전단접착력(g/㎠)
1.7	1.63	0.85	200

표 2에 나타낸 바와 같이, 고분자 발포체를 매개로 한 방열시트는 순수 실리콘겔을 기재로 한 것이므로 열적, 화학적으로 안정성을 가지며, 비중이 1.63으로서 종래의 방열시트보다 가볍고, 열전도율이 0.8 W/m.k 이상이므로 PDP 패널의 방열시트로 적용할 수 있는 수준인 0.5 ~1.0 W/m.k 범위에 포함된다.

또한 전단접착력이 200 g/㎠ 수준의 자기점착성을 가지고 있기 때문에 종래의 실리콘 방열시트에서와 같이 표면에 접착력을 갖게 하기위해서 별도로 아크릴점착제를 도포할 필요가 없다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 본 발명을 여러 가지로 설계 변경하거나 또는 변형하여 실시할 경우 모두 본 발명의 범주에 속한다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 고분자 발포체를 매개로 한 방열시트는 고분자 발포체의 양쪽면에 열전도성분말 등이 함유된 2액 가열경화형 실리콘겔(Gel)을 얇게 도포하여 가열, 경화시키므로서 별도의 아크릴 점착제를 사용하지 않고도 자기점착성을 함유하면서도 열적, 화학적 안정성과 제조공정의 간략화를 함께 실현한 방열시트를 제공할 수 있는 이점이 있다.

또한, 순수 실리콘겔을 기재로 사용하여 열적, 화학적으로 안정성을 유지하면서 0.8 W/m.k 이상의 높은 열전도율을 가지고 있으면서 가볍고 부드럽기 때문에 히트싱크의 굴곡진 공간에도 이상적으로 밀착될 수 있으므로 PDP 패널에서 방출되는 열을 알루미늄 소재의 히트싱크로 균일하고 효율적으로 전달할 수 있는 이점이 있다.

또한, 종래 아크릴점착제가 도포된 방열시트에서 아크릴점착제의 높은 접착성질로 인하여 현장에서 리사이클링(Recycling)과 리페어(Repair) 작업성이 떨어지는 것을 완전히 해결할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 고분자 발포시트의 양쪽 표면에 열전도성 실리콘겔층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도성 실리콘겔은 2액 가열경화성 실리콘겔 100중량부에 충전재로서 산화알루미늄, 탄화규소, 흑연, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화베릴륨, 불화알루미늄에서 선택한 1종 이상의 분말 100 내지 300중량부를 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 발포시트는 폴리우레탄 발포체, EPDM 발포제 중에서 선택한 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트.
4. 이형필름 상부에 열전도성 실리콘겔을 도포하고 고분자 발포시트를 적층시키는 단계;

   상기 고분자 발포시트 상부에 상기 열전도성 실리콘겔이 도포된 별도의 이형필름을 서로 마주보게 적층시키는 단계;

   상기 상부와 하부의 이형필름을 압착시킨 후 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 발포체를 매개로 한 실리콘 방열시트의 제조방법.