KR20070003627A - 열전도성 부재 및 이를 사용한 냉각 시스템 - Google Patents

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KR20070003627A
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미츠루 오오타
모토키 오자와
키쿠오 후지와라
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폴리마테크 컴퍼니 리미티드
오츠카 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 내주를 갖는 개구(20)를 1개 이상 갖는 열확산 시트(10); 및 상기 시트의 개구(20)를 관통하는 열전도성 탄성체 편(30)을 구비한 열전도성 부재(100)를 제공한다. 열전도성 탄성체 편(30)은 열확산 시트(10)의 개구(20)의 내주를 갖는 1개 이상의 베이스부(30c), 및 상기 베이스부(30c)에 연결되고 열확산 시트(10)의 표면으로부터 돌출하는 1개 이상의 돌출부(30a,30b)를 포함한다.
열확산 시트, 열전도성 부재, 냉각 시스템

Description

열전도성 부재 및 이를 사용한 냉각 시스템 {THERMALLY CONDUCTIVE MEMBER AND COOLING SYSTEM USING THE SAME}
도1은 열 발생의 종래 대책을 보여주는 모식도이다.
도2는 열 발생의 또 다른 종래 대책을 보여주는 모식도이다.
도3은 본 발명의 실시형태에 따른 열전도성 부재의 사시도이다.
도4는 본 발명의 실시형태에 따른 열전도성 부재의 단면도이다.
도5는 열전도성 부재의 변형예의 사시도이다.
도6은 열전도성 부재의 또 다른 변형예의 사시도이다.
도7은 열전도성 부재의 또 다른 변형예의 사시도이다.
도8은 본 발명의 냉각 시스템의 단면도이다.
본 발명은 열확산 시트를 포함하는 열전도성 부재 및 이를 사용한 냉각 시스템에 관한 것이다.
최근, 노트북형 PC, 휴대전화, 및 디지털 스틸 카메라와 같은 전자 기기는 경량화, 박형화 및 소형화가 점점 진행되고 있다. 동시에, 이 전자 기기는 고기 능화, 정보 기록 용량 증대 및 정보 처리 능력 고도화를 달성하고 있다. 이들 발전과 함께, 전자 기기 내의 IC 및 CPU 와 같은 정밀 전자 부품으로부터 발생하는 열의 문제가 심각해지고 있다.
그와 같은 열에 의해 야기되는 제1 문제점은 이들 정밀 전자 부품의 온도 상승으로 인해 전자 부품 내의 열원일 수 있는 정밀 전자 부품의 고장 또는 오작동, 또는 열원으로부터 발생되는 열에 의해 야기되는 전자 기기 내부 온도 상승으로 인해 열원 이외의 부품에의 악영향을 포함한다. 종래에는, 이들 문제점을 극복하기 위해, 예를 들어 도1에 나타나 있는 대책을 채택했다.
도1을 참조하여, 전자 기기 내에 있어서, 기판 1b의 상면에 열원인 전자 부품 2a, 2b, 2c 및 2d 를 실장한다. 전자 부품 2e 를 기판 1a의 하면에 실장한다. 이 예에서, 히트 싱크(heat sink) 5 를 전자 부품 2d 상에 실장하여 전자 부품 2d 로부터 전자 기기의 내부 공간에 방산시킨다. 또한, 전자 기기의 전자 부품 2c 와 하우징 6 사이, 및 전자 부품 2e에 대향하는 기판 1a의 상면 일부와 하우징 6 사이에 두 개의 열전도성 부재 4 각각을 개재한다. 이들 열전성 부재 4는 열원으로서의 각 전자 부품 2c 및 2e 를 냉각 부재로서의 하우징 6에 접속하여 전자 부품 2c 및 2e의 열 및 전자 기기의 내부의 열을 하우징 6 을 통해 전자 기기의 외부로 방산시킨다. 그와 같은 열전도성 부재로서 유연한 열확산 시트를 종종 사용하여 열원의 불규칙성 및 적산 치수 공차(公差), 및 열에 의한 각 부품의 팽창을 흡수한다. 이 방법은 어느 정도 방열 효과를 제공한다. 그러나, 이 방법은 열을 분산하기 위한 히트 싱크, 또는 전자 부품을 하우징에 열접속하기 위한 열전도성 부재 를 실장하기 위한 공간을 갖지 않는 일부 부품, 예컨대 도1에 나타나 있는 전자 부품 2a 및 2b에 적용될 수 없다. 기판 1a 를 통해 열전도성 부재 4에 의해 하우징 6에 접속된 전자 부품 2의 경우에, 열전도성 부재 4 로부터의 방열 효과는 아주 낮다. 따라서, 열은 충분히 또는 만족스럽게 열을 다루기 어려운 부위에서 상승하고, 수명 또는 성능, 예컨대 전자 부품의 연산 처리 능력의 저하를 야기한다. 또한, 각 열원을 위한 방열 시트 또는 히트 싱크의 설치는 제조 공정에서 다수의 공정을 필요로 하고, 이에 따라 부품의 생산성을 크게 감소시킨다.
열에 의해 야기된 제2 문제점은 사용자와 접촉될 수 있는 노트북형 PC, 휴대전화, 또는 디지털 스틸 카메라와 같은 전자 기기로부터 발생된 열이 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있다는 것이다. 도2는 제2 문제점에 대한 대표적인 대책 예를 보여주는 단면도이다. 이 예에 따라, 전자 기기에서, 열확산 시트 7은 기판 1b의 상면에 실장된 전자 부품 2a, 2b, 3c 및 2d, 및 기판 1a의 하면 상에 실장된 전자 부품 2e에 대향한다. 이 구조에서는, 열을 생성하는 전자 부분 2a - 2e로부터 발생된 열은 열확산 시트에 전도된다. 그 결과, 열은 시트 7의 표면을 따라 고르게 확산되고, 이에 따라 각 전자 부품 주위의 열이 국소적으로 상승하는 것을 방지한다. 마그네슘, 알루미늄 및 구리 시트와 같은 비교적 높은 열전도율을 갖는 금속 시트는 열확산 시트 7 로서 사용될 수 있다. 그러나, 상기의 목적을 위해, 시트의 표면에 평행한 방향에서의 고열전도율을 갖는 흑연 시트가 열확산 시트 7 로서 특히 바람직하다. 예를 들어, 일본공개특허공보 No. 2001-287299는 흑연 시트및 이의 표면 상에 제공된 절연 박층을 포함하는 열전도성 시트를 개시하고 있다. 그러나, 통상, 흑연 시트는 고분자 재료로 만들어진 방열 시트에 비해 낮은 유연성을 갖는다. 따라서, 흑연 시트 및 열원의 표면 사이의 접촉 저항은 충분히 감소될 수 있다. 접촉 저항을 감소시키기 위해 과잉 하중을 전자 부품에 가하면, 전자 부품의 고장이 일어날 수 있다. 낮은 유연성을 갖는 흑연 시트는 열원인 전자 부품의 높이의 변화를 보상할 수 없다. 예를 들어, 공간은, 도2의 전자 부품 2c 와 같이, 흑연시트와, 다른 전자 부품보다 더 작은 높이를 갖는 전자 부품 사이에 생긴다. 그 결과, 전자 부품으로부터 발생된 열은 흑연 시트로 효율적으로 전도될 수 없다. 이 문제점을 극복하기 위해, 일본공개특허공보 No. 2004-243650은 실장될 부품의 접착성을 향상시키기 위해 접착층을 통해 흑연 시트층의 일면 또는 양면 상에 실리콘 탄성체층을 갖는 열전도성 시트를 개시하고 있다.
그러나, 도2에 개시된 바와 같이 이 흑연 시트가 열확산 시트로서 사용될 경우, 전자 부품 2a - 2e 로부터 발생된 열은 열확산 시트 내부에, 그 다음은 열확산 시트를 통한 기기의 내부 공간에 확산된다. 따라서, 전자 기기의 내부 공간의 열이 포화상태에 달하는 경우, 열이 탈출되지 못한다. 그 결과, 전자 기기를 장기간 사용할 경우에는, 기기의 온도는 전체적으로 상승하는데, 이로 인해 전자 기기의 고장 또는 오작동, 또는 동작 속도의 저하와 같은 불편함이 생길 수 있다. 흑연 시트의 두께 방향에서의 열전도율은 흑연 시트의 표면에 평행한 방향에서의 열전도율보다 더 낮다.
일본공개특허공보 No. 2004-243650에 개시된 바와 같이, 탄성체층은 흑연 시트의 표면 상에 형성되는 열확산 시트에서, 탄성체층으로부터 흑연 시트로의 열 전도의 방향은 흑연 시트의 두께 방향과 일치한다. 따라서, 탄성체층으로부터의 열은 흑연 시트로 효율적으로 전도되지 못한다. 따라서, 흑연 시트는 탄성체층을 통해 열원으로부터 열을 충분히 흡수할 수 없다.
냉각 팬 또는 펠티에(Peltier) 소자를 포함하는 강제 냉각 시스템도 사용할 수 있다. 그러나, 그와 같은 냉각 시스템의 사용으로, 전자 기기가 대형화되고, 전력 소비가 증가하고, 기기 자체의 비용이 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전자 기기 내의 전자 부품과 같은 열원으로부터의 열의 국소적 발생을 방지하고 열을 전자 기기의 외부로 성공적으로 방산하기 위해 기기의 하우징과 같은 냉각 부재로 열을 효율적으로 전도할 수 있는 열전도성 부재를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기의 열전도성 부재를 사용한 냉각 시스템을 제공한다.
하나의 측면에서, 본 발명은 내주를 갖는 개구를 1개 이상 갖는 열확산 시트 및 상기 시트의 개구를 관통하는 열전도성 탄성체 편을 구비한 열전도성 부재를 제공한다. 열전도성 탄성체 편은 열확산 시트의 개구의 내주를 갖는 1개 이상의 베이스(base)부, 및 상기 베이스부에 연결되고 열확산 시트의 표면으로부터 돌출하는 1개 이상의 돌출부를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 내주를 갖는 개구를 1개 이상 갖는 열확산 시트 및 상기 시트의 개구를 관통하는 열전도성 탄성체 편을 포함하는 냉각 시스템을 제공한다. 열전도성 탄성체 편은 열확산 시트의 개구의 내주를 갖는 1개 이상의 베이스(base)부, 및 상기 베이스부에 연결되고 열확산 시트의 표면으로부터 돌출하는 1개 이상의 돌출부를 포함한다. 냉각 시스템은 열전도성 탄성체 편의 돌출부와 밀착한 냉각 부재를 추가로 포함한다.
또한, 본 발명은 상기의 열전도성 부재의 제조 방법을 제공한다. 하나의 측면에서, 상기 방법은 열확산 시트를 관통하는 1개 이상의 개구를 형성하는 공정; 고분자 매트릭스 및 열전도성 충전재를 함유하는 조성물을 조제하는 공정; 및 열확산 시트의 개구 내에 상기 조성물에 의한 열전도성 탄성체 편을 삽입 성형하는 공정을 포함한다.
또 다른 측면에서, 상기 방법은 열확산 시트를 관통하는 1개 이상의 개구를 형성하는 공정; 고분자 매트릭스 및 열전도성 충전재를 함유하는 조성물을 조제하는 공정; 상기 조성물을 소정의 형상으로 성형하여 상기 열전도성 탄성체 편을 형성하는 공정; 및 상기 열확산 시트의 개구에 상기 열전도성 탄성체 편을 조립하는 공정을 포함하다.
본 발명의 다른 측면 및 이점은 수반되는 도면과 함께 본 발명의 원리를 실시예로 설명하는 하기의 명세서로부터 분명해질 것이다.
이하, 도 3, 4 및 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도3의 열전도성 부재 100은 개구 20을 갖는 열확산 시트 10 및 열확산 시트 10의 개구 20을 관통하는 열전도성 탄성체 편 30을 포함한다.
도8에 나타나 있는 바와 같이, 열전도성 탄성체 편 30은 열원인 전자 부품 2c 과 기기의 하우징과 같은 냉각 부재 40의 사이에 밀착하여 배치된다. 열전도성 탄성체 편 30은 열원으로부터 열확산 시트 10 및 냉각 부재 40으로 열을 전도한다. 열전도성 탄성체 편 30 이 각 열원과 및 냉각 부재와 밀착하여 배치될 때(도8), 열전도성 탄성체 편 30은 하중에 의하여 탄성 변형될 수 있다. 그 결과, 열전도성 탄성체 편 30과 각 열원 및 냉각 시스템과의 밀착을 보장할 수 있다.
열확산 시트 10은, 열전도성 탄성체 편 30으로부터 전도된 열을, 시트의 표면에 평행한 방향으로 시트 내에 확산하는 기능을 갖는다. 따라서, 열확산 시트 10의 표면에 평행한 방향에서의 열확산 시트 10의 열전도율은 시트의 두께 방향에서의 열전도율보다 더 높은 것이 바람직하다.
도4에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시태양의 열전도성 탄성체 편 30은 열확산 시트 10의 개구 20의 내주를 갖는 베이스부 30c, 및 베이스부 30c에 연결되고 열확산 시트 10의 상면 10a 및 하면 10b의 각 면으로부터 각각 돌출하는 한 쌍의 돌출부 30a 및 30b 를 갖는다. 또한, 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30a 및 30b는 개구 20의 모서리로부터 외측 방향으로 돌출하고 열확산 시트 10의 상면 10a 및 하면 10b의 상부의 위로 각각 연장된다. 따라서, 돌출부 30a 및 30b의 각 단면은 개구 20보다 큰 면적을 갖는다. 개구 20 및 이에 대응하는 베이스부 30c의 크기 및 형상은 열원의 형상 및 표면적, 및 열확산 시트 10의 강도를 고려하여 변할 수 있다.
도3의 실시형태에서는, 개구 20 및 베이스부 30c의 단면 형상은 직사각형이다. 그러나, 개구 20 및 베이스부 30c는 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 예 를 들어, 도5에 나타나 있는 바와 같이 원형 단면일 수 있다. 개구 20의 수 및 베이스부 30c의 수는 특별히 제한되지는 않는다. 도6에 나타나 있는 바와 같이, 열확산 시트 10은 복수의 개구 20을 가질 수 있다. 이 경우에, 열전도성 탄성체 편 30은 개구 20의 수에 일치하는 복수의 베이스부 30c를 갖는다. 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30a 및 30b는 외부로 열을 방산하기 위해 열원 및 냉각 부재, 예를 들어 히트 싱크 또는 하우징과의 접촉 면적을 고려하여 설계되는 것이 바람직하다. 돌출부 30a 및 30b는 열원 및 냉각 부재와의 접촉면보다 더 큰 표면적을 갖는 것이 특히 바람직하다.
본 실시형태의 열전도성 부재 100은 열존도성 탄성체 30의 돌출부 30b 가 열원, 예컨대 전자 부품과 밀착하고 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30a는 냉각 부재, 예컨대 전자 기기의 하우징과 밀착하는 방식으로 전자 기기 내에 배치된다.
도3의 열전도성 부재 100에서, 열전도성 탄성체 편 30은 개구 20을 관통하여 열확산 시트 10 과 통합되고, 이에 따라, 열전도성 탄성체 편 30의 일부는 열확산 시트 10의 개구 20의 내주면(內周面)과 접촉한다. 따라서, 열원으로부터 열전도성 탄성체 편 30으로 전도된 열은 열확산 시트 10의 개구 20의 내주면을 통하여 열확산 시트 10에 전도되고, 추가로 시트 10으로 신속하게 확산된다. 이에 따라, 열원과 대향하는 위치에서, 국부적 온도 상승을 갖는 부분, 소위 "열점(heat spot)"의 발생을 방지할 수 있다.
도3의 열전도성 탄성체 편 30으로부터 열확산 시트 10으로부터의 열의 전도는 상기에 기재된 개구 20의 내주면을 통해 수행되기 때문에, 상기의 열의 전도 방 향은 열확산 시트 10의 표면에 평행한 방향(예를 들어 X 또는 Y 방향)과 일치한다. 따라서, 두께 방향에서의 열전도율보다 더 높은, 표면에 평행한 방향에서의 열전도율을 갖는 열확산 시트가 열확산 시트 10으로서 사용될 경우, 열전도성 탄성체 편 30으로부터 열확산 시트 10으로의 열 전도는 더욱 효율적으로 수행될 수 있다.
열전도성 부재 100에서, 열전도성 탄성체 편 30은 시트의 두께 방향(Z 방향)으로 열확산 시트 10을 통해 연장한다. 이 구조에 의해, 열전도성 탄성체 편 30은 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30b에 접촉하는 열원으로부터 열을 효율적으로 흡수하여 흡수된 열을 상기의 열확산 시트 10으로 전도한다. 또한, 열전도성 탄성체 편 30은 흡수된 열을 돌출부 30a 를 통하여 열전도성 부재 100에 인접한 냉각 부재로 추가로 전도할 수 있다.
상기에서 기재된 바와 같이, 본 실시형태의 열전도성 부재 100은 열원으로부터 열을 효과적으로 확산할 수 있고 동시에 냉각 부재로 열을 효과적으로 전도할 수 있다. 이 경우에, 열원으로부터의 열의 일부는 상기의 열확산 시트 10을 따라 신속하게 그리고 고르게 확산된다. 따라서, 전자 기기의 하우징을 냉각 부재로서 사용할 경우, 열전도성 탄성체 편 30을 통하여 열원으로부터 하우징에 전도되는 열에 의해 하우징 상에 열점을 생성하기 어렵다.
열전도성 탄성체 편 30을 열원 및 냉각 부재와 밀착하는 경우에, 열전도성 탄성체 편 30을, 하중을 가하여 탄성 변형할 수 있다. 그 결과, 열전도성 탄성체 편 30과, 각 열원 및 냉각 부재와의 밀착성을 보장할 수 있다.
도3 ~ 7에 나타나 있는 바와 같이, 열전도성 탄성체 편 30은 열확산 시트 10 의 양면 상에 개구 20의 단면적보다 더 큰 단면적을 갖는 돌출부 30a 및 30b를 가질 수 있다. 이 구조는 열전도성 탄성체 편 30이 열확산 시트 10으로부터 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
도7에 나타나 있는 바와 같이, 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30b를 생략할 수 있다. 이 경우에, 개구 20 내에 위치한 열전도성 탄성체 편 30의 하면은 열원과 접하여 배치된다. 이 구조에 따라, 상기 실시형태의 효과에 추가하여, 열전도성 부재 100은 전자 기기 내의 좁은 실장 공간 내에 배치될 수 있다.
도8은 도 3 및 4에 나타나 있는 열전도성 부재 100을 포함하는 냉각 시스템 200을 보여준다. 이 냉각 시스템 200은 전자 부품 2a, 2b, 2c, 2d 및 2e 를 갖는 기판 1a 및 1b에 배치된다. 냉각 시스템 200은 도3의 열전도성 부재 100 및 냉각 부재 40으로 구성된다. 더욱 상세하게는, 냉각 시스템 200은 개구 20을 갖는 열확산 시트 10, 개구 20을 관통하는 열전도성 탄성체 편 30, 및 열전도성 탄성체 편 30에 접하는 냉각 부재 40을 포함한다. 냉각 부재 40은 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30a의 상면에 접하여 제공된다. 냉각 부재 40은 열전도성 탄성체 편 30으로부터 외부로 열을 방산하는 기능을 갖는 부재이다. 도8의 냉각 시스템 200에서, 냉각 부재 40은 냉각 시스템 200이 실장된 전자 기기의 하우징이다. 그러나, 냉각 부재 40은 히트 싱크와 같은 종래의 냉각 장치일 수 있다. 본 실시형태에서, 냉각 시스템 200은 기판 1a 및 1b에 대향하여 배치되고, 이에 따라, 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30b의 하면은 반도체 소자와 같은, 다량의 열을 발생하는 전자 부품 2c의 상면과 밀착하고, 한편 열확산 시트 10은 다른 전자 부품 2a, 2b, 2d 및 2e에 접촉한다. 전자 부품 2c로부터 발생된 열은 열전도성 탄성체 편 30을 통해 열확산 시트 10에 확산되고, 열전도성 탄성체 편 30으로부터 냉각 부재 40에 전도되고, 추가로 냉각 부재40으로부터 외부로 방산된다. 전자 부품 2a, 2b, 2d 및 2e로부터 발생된 열은 열확산 시트 10에 직접 전도되어 시트 10 내에 확산되고, 열전도성 탄성체 편 30을 통해 열확산 시트 10으로부터 냉각 부재 40에 전도되고, 이로부터 외부로 방산될 수 있다.
상기 실시형태의 냉각 시스템 200은 열전도성 부재 100에 의한 효과에 추가하여 하기 효과를 갖는다.
상기의 냉각 시스템 200에서, 열전도성 탄성체 편 20은 시트 10의 두께 방향으로 시트 10의 개구 20을 관통하여 열확산 시트 10과 통합되고 냉각 부재 40과 밀착된다. 이러한 구조로 인해, 열전도성 탄성체 편 30은 돌출부 30b에 접하는 열원으로부터 열을 효율적으로 흡수할 수 있고 상기의 열확산 시트 10에 열을 전도하여 상기의 시트를 따라 열을 확산하고, 또한 돌출부 30a 를 통해 냉각 부재로 열을 효율적으로 전도하여 냉각 부재로부터 외부로 열을 효율적으로 방산할 수 있다.
이하, 본 발명의 열전도성 부재의 각 구성 요소를 상세히 설명한다.
<열확산 시트>
열확산 시트 10은 시트 10의 표면에 평행한 방향으로 열을 확산하고 시트의 주변 및 표면으로부터 외부로 열을 추가로 방산한다. 이러한 열확산 기능을 보장하기 위해, 열확산 시트 10은 시트의 표면에 평행한 방향에서 열전도율 100 W/m·K 이상, 바람직하게는 150 ~ 900 W/m·K 을 가져야 한다. 바람직하게는, 열확산 시 트 10은 시트의 두께 방향의 열전도율보다 표면에 평행한 방향에서 더 높은 열전도율을 갖는다.
일반적으로, 구리 또는 알루미늄과 같은 금속만으로 만들어진 금속 시트는 비교적 높은 열전도율(구리: 약 400 W/m·K, 알루미늄: 180 ~ 200 W/m·K)을 갖지만, 그와 같은 금속 시트는 등방적 열전도율을 갖는다. 열확산 시트로서 사용될 때의 그와 같은 금속 시트는 예를 들어 도8의 전자 부품 2a, 2b 및 2d 로부터 발생된 열을 표면에 평행한 방향으로 확산하고, 또한 이들 열원에 대향하는 부분에서 두께 방향으로 열을 전도한다. 그 결과, 이들 열원에 대향하는 각 부분의 온도는 국소적으로 상승하고, 이에 따라 열점을 생성한다.
이와는 반대로, 흑연 시트는 일반적으로 두께 방향과 비교하여 표면에 평행한 방향에서 극히 높은 열전도율(100 ~ 800 W/m·K)을 갖는다. 따라서, 흑연 시트는 시트의 두께 방향에서보다 오히려 표면에 평행한 방향에서 열을 신속히 전도하여 확산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 열전도성 부재에 사용된 열확산 시트 10으로서 흑연 시트가 특히 바람직하다.
표면에 평행한 방향으로 높은 열전도율을 갖는 흑연 시트, 및 열확산 시트 10으로서 탁월한 등방적 열전도성을 갖는 알루미늄박(箔)과 같은 금속층으로 이루어진 복합 시트를 사용하는 것이 효과적이다. 이 경우에, 알루미늄박은 흑연 시트의 일면 또는 양면 상에 적층될 수 있다. 알루미늄박은 흑연 시트의 표면 일부 또는 전체에 적층될 수 있다. 예를 들어, 구리, 구리 합금 및 금으로 만들어진 다른 금속박도 복합 시트의 금속층으로서 사용할 수 있다. 그와 같은 복합 시트 가 열확산 시트 10으로서 사용되는 경우, 열확산 시트 10의 표면 상에 적층된 알루미늄박은 열전도성 탄성체 편 30으로부터의 열을 열확산 시트 10의 내부에 잔류하는 흑연 시트로 효율적으로 전도한다. 알루미늄박은 또한 흑연 시트 내에 확산된 열을 흑연 시트의 표면으로부터 외부로 방산할 수 있다. 흑연 시트 및 알루미늄박으로 구성된 상기 복합 시트는 흑연 시트만으로 만들어진 시트와 비교하여 개선된 기계적 강도 및 형상 유지성을 갖는다.
흑연 시트는 상기의 두께 방향에서의 열전도율보다 표면에 평행한 방향에서 훨씬 더 높은 열전도율을 갖는다. 한편, 열전도성 탄성체 편 30으로부터 열확산 시트 10으로의 열전도는 개구 20의 내주면을 통해 수행되기 때문에, 상기 열전도의 방향은 열확산 시트 10의 표면에 평행한 방향과 일치한다. 따라서, 흑연 시트, 또는 흑연 시트 또는 알루미늄박으로 이루어진 복합 시트가 열확산 시트 10으로서 사용되는 경우, 열전도성 탄성체 편 30으로부터 열확산 시트 10으로의 열전도는 열확산 시트 10의 표면을 통해 수행될 때와 비교하여 극히 효율적이다.
열확산 시트 10의 두께는 특별히 한정되지는 않고, 전자 기기의 한정된 실장 공간에서의 설치를 고려하여 10 ~ 550 ㎛가 바람직하다. 열확산 시트 10이 5 ㎛보다 더 얇은 경우, 쉽게 파손될 수 있고, 불리하게도 작은 열용량을 갖는다. 열확산 시트 10의 두께가 550 ㎛ 초과인 경우, 시트의 강성은 더 높게 되고, 이에 따라 작업 효율성은 저하된다. 또한, 그와 같은 더 두꺼운 열확산 시트는 경제적으로 바람직하지 않다.
<열전도성 탄성체>
열전도성 탄성체 편 30은 고분자 매트릭스 재료 및 열전도성 충전재를 포함하는 조성물로 만들어진다.
열전도성 탄성체 편 30은 등방적 또는 이방적 열전도성을 가질 수 있다. 열전도성 탄성체 편 30이 이방성 열전도성을 가지는 경우, 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방향(예를 들어, 도3의 Z 방향)에서의 열전도율은 표면에 평행한 방향(예를 들어, 도3의 X 또는 Y 방향)에서의 열전도율보다 더 높도록 설정되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 열전도성 탄성체 편 30은 돌출부 30b에 접하는 열원으로부터 열을 효율적으로 흡수하고 열을 열확산 시트 10에 신속히 전도하고, 추가로 돌출부 30a를 통해 돌출부 30a에 접하는 냉각 부재에 열을 효율적으로 전도할 수 있다.
일본 공업 표준 "JIS" K6253(ISO 7619-1에 해당)에 따라 타입 A 경도계로 측정된 열전도성 탄성체 편의 경도가 50 이하인 경우, 열전도성 탄성체 편은 유익하게는 열원 및 냉각 부재의 접촉면에 대해서 양호한 추종성을 갖는다.
열전도성 탄성체 편 30은 전기 절연성을 가질 수 있다. 이는, 열원과의 전기적 실패(electric failure)가 발생할 수 있는 경우, 예를 들어 냉각 부재가 전기 도전체인 경우에 특히 효과적이다.
<열전도성 탄성체 중의 열전도성 충전재>
열전도성 탄성체 편 30에 함유된 열전도성 충전재는 바람직하게는 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 질화금속, 산화금속, 탄화금속 및 수산화금속으로부터 선택된 1종 이상이다.
상기의 열전도성 충전재는 등방적 또는 이방적 열전도성을 가질 수 있다. 열전도성 충전재가 이방적 열전도성을 가지는 경우, 열전도성 충전재는 열전도성 탄성체에서 일정한 방향으로 배향되어, 수득한 열전도성 탄성체의 일정한 방향에서의 열전도율을 향상시킨다. 예를 들어, 탄소 섬유는 섬유의 직경 방향보다 축 방향에서 높은 열전도율을 갖는다. 그와 같은 탄소 섬유는, 각 섬유의 축 방향이 열전도성 탄성체 중에 도3의 Z 방향, 즉 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방향에 실질적으로 평행하게 정렬되도록 배향된다. 이에 따라, 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방향에서의 열전도성 탄성체 편 30의 열전도율은 열확산 시트 10의 표면에 평행한 방향에서의 열전도율보다 더 높도록 용이하게 설정될 수 있다.
열전도성 탄성체 중 열전도성 충전재를 배향하는 방법의 예는 유동장, 전단장, 자기장 및 전기장을 이용하는 방법을 포함한다. 특히, 열전도성 충전재가 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 질화금속, 산화금속, 탄화금속 및 수산화금속으로부터 선택된 1종 이상인 경우, 열전도성 충전재는 이들 열전도성 충전재 각각에 고유한 자기 이방성을 이용하는 자기장에 의해 배향되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기의 열전도성 충전재를 함유하는 열전도성 고분자 조성물에 외부로부터 자장을 인가하여 자력선에 실질적으로 평행한 또는 수직인 방향에서 열전도성 충전재를 배향한다. 이 방법은 열전도성 충전재의 효율적 배향 및 원하는 배향 방향으로의 용이한 제어를 제공할 수 있다.
탄소 섬유의 섬유 직경은 바람직하게는 5 ~ 20 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 ~ 15 ㎛, 특히 바람직하게는 8 ~ 12 ㎛ 이다. 섬유 직경이 5 ㎛ 미만 또는 20 ㎛ 초과이면, 탄소 섬유의 생산성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 탄소 섬유의 평균 길이는 바람직하게는 5 ~ 500 ㎛, 더욱 바람직하게는 15 ~ 100 ㎛, 특히 바람직하게는 15 ~ 45 ㎛ 이다. 평균 길이가 5 ㎛ 미만이면, 열 전도 경로를 확립하기 위한 열전도성 탄성체 편 30에서의 탄소 섬유 사이의 접촉이 감소되어, 열전도성 탄성체 편 30의 열전도율이 저하된다. 평균 길이가 500 ㎛ 초과이면, 탄소 섬유는 부피가 너무 커서 고농도로 고분자 매트릭스 재료에 화합되기 어렵다. 탄소 섬유의 평균 길이 값은 레이저 회절 시스템에 의해 측정된 입자 크기 분포로부터 산출될 수 있다.
탄소 섬유는 전해 산화와 같은 산화 처리 또는 커플링제 또는 사이징제(sizing agent)에 의해 개질된 표면을 가질 수 있다. 이러한 표면 개질은 고분자 매트릭스 재료와의 습윤성 또는 계면 박리 강도를 향상시킬 수 있거나, 고분자 매트릭스로 혼합될 수 있는 충전재의 양을 증가시킬 수 있다. 표면이 금속 또는 세라믹으로 도포된 탄소 섬유도 사용할 수 있다. 그와 같은 도포는 물리적 증착, 또는 화학적 증착, 예컨대 무전해 도금, 전해 도금, 진공 증착, 스퍼터링, 이온 도금, 도포, 침지, 또는 미세 입자의 기계적 고착을 위한 기계-화학적 공정에 의해 달성될 수 있다.
질화 금속의 예는 질화규소 및 질화알루미늄을 포함한다. 산화금속의 예는 산화알루미늄, 산화규소, 산화아연 및 산화마그네슘을 포함한다. 탄화금속의 예는 탄화규소를 포함한다. 수산화금속의 예는 수산화알루미늄 및 수산화마그네 슘을 포함한다. 열전도성 충전재로서 사용되는 이들 질화금속, 산화금속, 탄화금속 및 수산화금속은 수득한 열전도성 탄성체에 전기 절연성을 제공할 수 있다.
열전도성 탄성체 중의 열전도성 충전재의 양은 30 체적% 이상, 특히 바람직하게는 30 ~ 55 체적% 이다. 상기 범위의 열전도성 충전제의 혼합에 의해, 열전도성 탄성체의 열전도율은 열전도성 충전제의 유연성을 손상하지 않으면서 향상될 수 있다.
<열전도성 탄성체 편 중의 고분자 매트릭스 재료>
열전도성 탄성체 편 30 중의 고분자 매트릭스 재료는 특별히 제한되지 않고 수득한 열전도성 탄성체에 필요한 특성, 예컨대 내열성, 내약품성, 생산성, 전기 절연성 및 유연성에 따라 적합하게 선택될 수 있다. 고분자 매트릭스 재료의 예는 열가소성 탄성체 및 가교결합 고무를 포함한다.
열가소성 탄성체의 예는 스티렌-부타디엔 블록 공중합체 및 그의 수첨 중합체, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체 및 그의 수첨 중합체, 스티렌계 열가소성 탄성체, 올레핀계 열가소성 탄성체, 염화비닐계 열가소성 탄성체, 폴리에스테르계 열가소성 탄성체, 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 및 폴리아미드계 열가소성 탄성체를 포함한다.
가교결합 고무의 예는 천연 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 스티렌-부타디엔 공중합체 고무, 니트릴 고무, 수첨 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무, 염소화 폴리에틸렌 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무, 부틸 고무, 할로겐화 부틸 고무, 불소 고무, 우레탄 고무 및 실리콘 고무를 포함한 다.
본 발명의 열전도성 부재를 제조하는 방법은 하기 공정을 포함할 수 있다: 고분자 매트릭스 재료 및 열전도성 충전제를 포함하는 조성물을 조제하는 공정; 및 개구 20을 갖는 열확산 시트 10에 상기 조성물을 삽입 성형하여 열전도성 탄성체편와 열확산 시트 10을 통합하는 공정. 대안적으로, 소정의 형상을 갖는 열전도성 탄성체 편 30은 상기 조성물로부터 개별로 형성될 수 있다. 수득한 열전도성 탄성체 편 30은 개구 20을 갖는 열확산 시트 10와 조립되어 열전도성 부재를 얻는다.
본 발명의 열전도성 부재는 전자 부품과 같은 열원으로부터의 열에 기인한 전자 기기 내의 국소적 열 발생을 억제할 수 있고 전자 기기의 하우징과 같은 냉각 부재로 열을 효과적으로 전도할 수 있다. 또한, 본 발명의 냉각 시스템은 전자 부품과 같은 열원으로부터의 열에 기인한 전자 기기 내의 국소적 열 발생을 억제할 수 있고 전자 기기의 외부로 상기와 같은 열을 효율적으로 방산할 수 있다.
본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않으면서 많은 다른 특정 실시형태로 본 발명을 구제화될 수 있다는 것은 당업자에게 명확하다. 특히 본 발명은 하기 실시형태로 구체화될 수 있다는 것으로 이해된다.
열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30a 및 30b의 각 단면적은 열확산 시트 10의 개구 20의 면적과 동일할 수 있다.
이하, 본 발명의 열전도성 부재 및 이를 포함하는 냉각 시스템의 구체적인 예를 설명한다.
(실시예 1)
먼저, 열전도성 충전재로서 70 중량부의 흑연화 탄소 섬유 (Nippon Graphite Fiber Corporation 제조, 평균 섬유 직경: 9 ㎛, 평균 섬유 길이: 100 ㎛) 및 150 중량부의 산화알루미늄 분말(Showa Denko K.K.)을 고분자 매트릭스 재료로서 100 중량부의 액상 실리콘 고무(GE Toshiba Silicone Co., Ltd. 제조, 구형, 평균 입경: 3.5 ㎛)와 혼합했다. 수득한 혼합물을 진공 탈포(脫泡)하여 열전도성 고분자 조성물을 조제했다.
0.13 mm의 두께, 30 mm의 길이 및 60 mm의 폭을 갖는 흑연 시트(GrafTech International Ltd. 제조)로 이루어진 열확산 시트 10을 제공했다. 두께 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 7 W/m·K 였고, 시트의 표면에 평행한 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 240 W/m·K 였다. 길이 6 mm × 폭 6 mm 인 개구를, 열전도성 탄성체 편 30 이 배치될 위치에서 열확산 시트 10를 관통하여 형성했다. 열확산 시트 10을, 개구 20이 공동의 내부에 완전히 위치하는 방식으로 금형의 공동에 배치했다. 그 다음, 열전도성 고분자 조성물을 금형의 공동에 주입하고 열경화시켰다. 그 결과, 판상 열전도성 탄성체 편 30 (경도 40)가 개구 20을 커버하기 위해 열확산 시트 10과 통합되는 도3의 열전도성 부재 100 를 수득했다. 열전도성 탄성체 편 30은 부분 30a, 30b 및 30c 전체에서 0.4 mm의 두께, 및 돌출부 30a 및 30 b 부분에서 10 mm의 폭 및 10 mm의 길이를 가졌다.
수득한 열전도성 부재 100에서, 열확산 시트 100의 표면에 직교하고 상기 표면에 평행하는 방향에서의 열전도성 탄성체 편 30의 열전도율을 측정했다. 상기 열전도율 모두는 3.8 W/m·K 였다.
수득한 열전도성 부재 100의 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30a의 상면을, 냉각 부재 40 으로서 알루미늄판(Al-Mg계 5052, 두께 0.5 mm)으로 만들어진 하우징과 밀착시켜서 냉각 시스템 200 을 구성했다. 이 냉각 시스템 200을, 열원으로서 세라믹 히터(마이크로 세라믹 히터 MS-3, SAKAGUCHI E.H VOC CORP. 제조, 열용량: 9W) 상에, 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30b의 하면이 세라믹 히터에 밀착하는 방식으로 배치했다. 10분 후, 세라믹 히터의 상면의 중심부(즉, 돌출부 30b와의 계면)의 온도 t1과, 열확산 시트 10의 주위부의 온도 t2(온도 t1 및 t2의 측정 위치 사이의 간격: 40 mm)를 측정했다. 온도 t1은 72.1 ℃ 이고, 온도 t2는 29.6 ℃ 였다.
(실시예 2)
먼저, 열전도성 충전재로서 70 중량부의 흑연화 탄소 섬유 (Nippon Graphite Fiber Corporation 제조, 평균 섬유 직경: 9 ㎛, 평균 섬유 길이: 100 ㎛) 및 150 중량부의 산화알루미늄 분말(Showa Denko K.K.)을 고분자 매트릭스 재료로서 100 중량부의 액상 실리콘 고무(GE Toshiba Silicone Co., Ltd. 제조, 구형, 평균 입경: 3.5 ㎛)와 혼합했다. 수득한 혼합물을 진공 탈포(脫泡)하여 열전도성 고분자 조성물을 조제했다.
0.13 mm의 두께, 30 mm의 길이 및 60 mm의 폭을 갖는 흑연 시트(GrafTech International Ltd. 제조)로 이루어진 열확산 시트 10을 제공했다. 두께 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 7 W/m·K 였고, 시트의 표면에 평행한 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 240 W/m·K 였다. 길이 6 mm × 폭 6 mm 인 개구를, 열전 도성 탄성체 편 30 이 배치될 위치에서 열확산 시트 10를 관통하여 형성했다. 열확산 시트 10을, 개구 20이 공동의 내부에 완전히 위치하는 방식으로 금형의 공동에 배치했다. 그 다음, 열전도성 고분자 조성물을 금형의 공동에 주입했다. 공동 중의 열전도성 고분자 조성물에, 자력선이 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방식으로 자기장(자속 밀도: 10 테슬라)을 가했다. 그것에 의해, 열전도성 고분자 조성물에 함유된 흑연화 탄소 섬유를, 흑연화 탄소 섬유의 세로축이 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하여 정렬되도록 배향시켰다. 그 다음, 흑연화 탄소 섬유의 배향을 유지하면서 상기 조성물을 열경화시켰다. 그 결과, 판상 열전도성 탄성체 편 30 (경도 40)가 개구 20을 커버하기 위해 열확산 시트 10과 통합되는 도3의 열전도성 부재 100 를 수득했다. 열전도성 탄성체 편 30은 부분 30a, 30b 및 30c 전체에서 0.4 mm의 두께, 및 돌출부 30a 및 30 b 부분에서 10 mm의 폭 및 10 mm의 길이를 가졌다.
열전도성 탄성체 편 30에 함유된 흑연화 탄소 섬유를, 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방향(도3의 Z 방향)으로 배향했다.
수득한 열전도성 부재 100에서, 열확산 시트 100의 표면에 직교하고 상기 표면에 평행하는 방향에서의 열전도성 탄성체 편 30의 열전도율은 각각 5.7 W/m·K 및 2.2 W/m·K 였다.
수득한 열전도성 부재 100의 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30a의 상면을, 냉각 부재 40 으로서 알루미늄판(Al-Mg계 5052, 두께 0.5 mm)으로 만들어진 하우징과 밀착시켜서 냉각 시스템 200 을 구성했다. 이 냉각 시스템 200을, 열원으로서 세라믹 히터(마이크로 세라믹 히터 MS-3, SAKAGUCHI E.H VOC CORP. 제조, 열용량: 9W) 상에, 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30b의 하면이 세라믹 히터에 밀착하는 방식으로 배치했다. 이 상태에서, 세라믹 히터를 켰다. 10분 후, 세라믹 히터의 상면의 중심부(즉, 돌출부 30b와의 계면)의 온도 t1과, 열확산 시트 10의 주위부의 온도 t2(온도 t1 및 t2의 측정 위치 사이의 간격: 40 mm)를 측정했다. 온도 t1은 64.2 ℃ 이고, 온도 t2는 35.1 ℃ 였다.
(실시예 3)
먼저, 열전도성 충전재로서 70 중량부의 흑연화 탄소 섬유 (Nippon Graphite Fiber Corporation 제조, 평균 섬유 직경: 9 ㎛, 평균 섬유 길이: 100 ㎛) 및 150 중량부의 산화알루미늄 분말(Showa Denko K.K.)을 고분자 매트릭스 재료로서 100 중량부의 액상 실리콘 고무(GE Toshiba Silicone Co., Ltd. 제조, 구형, 평균 입경: 3.5 ㎛)와 혼합했다. 수득한 혼합물을 진공 탈포(脫泡)하여 열전도성 고분자 조성물을 조제했다.
0.13 mm의 두께, 30 mm의 길이 및 60 mm의 폭을 갖는 흑연 시트(GrafTech International Ltd. 제조) 및 이의 양면에 적층된 0.015 mm의 두께를 갖는 알루미늄박으로 이루어진 열확산 시트 10을 제공했다. 두께 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 7 W/m·K 였고, 시트의 표면에 평행한 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 240 W/m·K 였다. 길이 6 mm × 폭 6 mm 인 개구를, 열전도성 탄성체 편 30 이 배치될 위치에서 열확산 시트 10를 관통하여 형성했다. 열확산 시트 10을, 개구 20이 공동의 내부에 완전히 위치하는 방식으로 금형의 공동에 배치했다. 그 다음, 열전도성 고분자 조성물을 금형의 공동에 주입했다. 공동 중의 조성물에, 자력선이 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방식으로 자기장(자속 밀도: 10 테슬라)을 가했다. 그것에 의해, 열전도성 고분자 조성물에 함유된 흑연화 탄소 섬유를, 흑연화 탄소 섬유의 세로축이 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하여 정렬되도록 배향시켰다. 그 다음, 흑연화 탄소 섬유의 배향을 유지하면서 상기 조성물을 열경화시켰다. 그 결과, 판상 열전도성 탄성체 편 30 (경도 40)가 개구 20을 커버하기 위해 열확산 시트 10과 통합되는 도3의 열전도성 부재 100 를 수득했다. 열전도성 탄성체 편 30은 부분 30a, 30b 및 30c 전체에서 0.4 mm의 두께, 및 돌출부 30a 및 30 b 부분에서 10 mm의 폭 및 10 mm의 길이를 가졌다.
수득한 열전도성 부재 100 의 열전도성 탄성체 편 30에 함유된 흑연화 탄소 섬유를, 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방향(도3의 Z 방향)으로 정렬했다. 수득한 열전도성 부재 100에서, 열확산 시트 100의 표면에 직교하고 상기 표면에 평행하는 방향에서의 열전도성 탄성체 편 30의 열전도율은 각각 5.7 W/m·K 및 2.2 W/m·K 였다.
그 다음, 수득한 열전도성 부재 100의 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30a의 상면을, 냉각 부재 40 으로서 알루미늄판(Al-Mg계 5052, 두께 0.5 mm)으로 만들어진 하우징과 밀착시켜서 냉각 시스템 200 을 구성했다. 이 냉각 시스템 200을, 열원으로서 세라믹 히터(마이크로 세라믹 히터 MS-3, SAKAGUCHI E.H VOC CORP. 제조, 열용량: 9W) 상에, 열전도성 탄성체 편 30의 돌출부 30b의 하면이 세라믹 히터 에 밀착하는 방식으로 배치했다. 이 상태에서, 세라믹 히터를 켰다. 10분 후, 세라믹 히터의 상면의 중심부(즉, 돌출부 30b와의 계면)의 온도 t1과, 열확산 시트 10의 주위부의 온도 t2(온도 t1 및 t2의 측정 위치 사이의 간격: 40 mm)를 측정했다. 온도 t1은 60.9 ℃ 이고, 온도 t2는 38.8 ℃ 였다.
(실시예 4)
0.13 mm의 두께, 30 mm의 길이 및 60 mm의 폭을 갖는 흑연 시트(GrafTech International Ltd. 제조)로 이루어진 열확산 시트 10을 제공했다. 두께 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 7 W/m·K 였고, 시트의 표면에 평행한 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 240 W/m·K 였다. 길이 6 mm × 폭 6 mm 인 개구를, 열전도성 탄성체 편 30 이 배치될 위치에서 열확산 시트 10를 관통하여 형성했다.
한편, 70 중량부의 흑연화 탄소 섬유 (Nippon Graphite Fiber Corporation 제조, 평균 섬유 직경: 9 ㎛, 평균 섬유 길이: 100 ㎛) 및 150 중량부의 산화알루미늄 분말(Showa Denko K.K. 제조, 구형, 평균 입경: 3.5 ㎛)을 100 중량부의 액상 실리콘 고무(GE Toshiba Silicone Co., Ltd. 제조)와 혼합했다. 수득한 혼합물을 진공 탈포(脫泡)하여 열전도성 고분자 조성물을 조제했다. 계속해서, 열전도성 고분자 조성물을 원하는 시트 형상에 대응하는 금형의 공동에 주입했다. 공동 중의 열전도성 고분자 조성물에, 자력선이 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방식으로 자기장(자속 밀도: 10 테슬라)을 가했다. 그것에 의해, 열전도성 고분자 조성물에 함유된 흑연화 탄소 섬유를 시트의 두께 방향으로 배향했다. 그 다음, 흑연화 탄소 섬유의 배향을 유지하면서 상기 조성물을 열경화시켰다. 그 결과, 0.4 mm의 두께, 10 mm의 길이 및 10 mm의 폭, 및 베이스부 30c 를 둘러싸는 외주 측면 상에 형성된 연속 슬릿을 갖는 판상 열전도성 탄성체 편 30 (경도 40)를 수득했다. 이 열전도성 탄성체 편 30을 개구 20을 통해 열확산 시트 10과 조립하여 도3의 열전도성 부재 100을 수득했다.
수득한 열전도성 부재의 열전도성 탄성체 편 30에 함유된 흑연화 탄소 섬유를, 열확산 시트 10의 표면에 실질적으로 직교하는 방향(도3의 Z 방향)으로 배향했다.
수득한 열전도성 부재 100에서, 열확산 시트 100의 표면에 직교하고 상기 표면에 평행하는 방향에서의 열전도성 탄성체 편 30의 열전도율은 각각 5.7 W/m·K 및 2.2 W/m·K 였다.
실시예 4에서 수득한 열전도성 부재에 있어서, 사용된 흑연 시트, 열전도성 탄성체 편의 조성물, 및 열전도성 충전재의 배향 조건은 실시예 2와 동일하지만, 실시예 4의 제조 방법은 실시예 2와 상이했다. 따라서, 실시예 4에서 수득한 열전도성 부재는 실시예 2에서 수득한 열전도성 부재와 동일한 특성을 갖는다. 따라서, 방열 평가를 생략했다.
(비교예 4)
0.13 mm의 두께, 30 mm의 길이 및 60 mm의 폭을 갖는 흑연 시트(GrafTech International Ltd. 제조)인 열확산 시트 7에, 아크릴 수지계 민감성 점착제를 두께 5 ㎛로 도포하고, 상기 열확산 시트 7을 열원으로서 세라믹 히터(마이크로 세라믹 히터 MS-3, SAKAGUCHI E.H VOC CORP. 제조, 열용량: 9W) 상에 배치했다. 두께 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 7 W/m·K 였고, 시트의 표면에 평행한 방향에서의 흑연 시트의 열전도율은 240 W/m·K 였다. 열확산 시트 7의 상면을 냉각 부재로서 알루미늄판(Al-Mg계 5052, 두께 0.5 mm)으로 만들어진 하우징과 직접 접촉시켜서 냉각 시스템을 구성했다. 이 경우에, 실시예 1의 열전도성 탄성체를 사용하지 않았다.
이 상태에서, 세라믹 히터를 켰다. 10분 후, 세라믹 히터의 상면의 중심부(즉, 돌출부 30b와의 계면)의 온도 t1과, 열확산 시트 10의 주위부의 온도 t2(온도 t1 및 t2의 측정 위치 사이의 간격: 40 mm)를 측정했다. 온도 t1은 88.0 ℃ 이고, 온도 t2는 25.5 ℃ 였다. 이들 결과는, 세라믹 히터와 열확산 시트의 열등한 접촉, 및 세라믹 히터로부터의 열이 열확산 시트의 표면을 통해 열확산 시트로 전도된다는 사실에 기인한 낮은 열전도율 때문에, 열원으로서 세라믹 히터로부터의 열이 열확산 시트로 충분히 전도 및 확산되지 못한다는 것을 보여준다.
본 실시예 및 실시형태는 예시적인 것이지 제한적인 것은 아니고 본 발명은 본 명세서의 상세한 설명으로 한정되지 않고 부가되는 특허청구범위 및 균등 범위 내에서 변경될 수 있다.
본 발명의 열전도성 부재는 전자 부품과 같은 열원으로부터의 열에 기인한 전자 기기 내의 국소적 열 발생을 억제할 수 있고 전자 기기의 하우징과 같은 냉각 부재로 열을 효과적으로 전도할 수 있다. 또한, 본 발명의 냉각 시스템은 전자 부품과 같은 열원으로부터의 열에 기인한 전자 기기 내의 국소적 열 발생을 억제할 수 있고 전자 기기의 외부로 상기와 같은 열을 효율적으로 방산할 수 있다.

Claims (13)

  1. 내주를 갖는 개구(20)를 1개 이상 갖는 열확산 시트(10); 및 상기 시트의 개구(20)를 관통하는 열전도성 탄성체 편(30)을 구비한 열전도성 부재(100)에 있어서,
    열전도성 탄성체 편(30)은 열확산 시트(10)의 개구(20)의 내주를 갖는 1개 이상의 베이스부(30c), 및 상기 베이스부(30c)에 연결되고 열확산 시트(10)의 표면으로부터 돌출하는 1개 이상의 돌출부(30a,30b)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100).
  2. 제 1 항에 있어서, 열전도성 탄성체 편(30)의 돌출부(30a,30b)의 단면은 열확산 시트(10)의 개구(20)보다 더 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100).
  3. 제 1 항에 있어서, 열확산 시트(10)의 표면에 평행한 방향에서의 열확산 시트(10)의 열전도율은 열확산 시트(10)의 두께 방향에서의 열확산 시트(10)의 열전도율보다 큰 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100).
  4. 제 1 항에 있어서, 열확산 시트(10)은 흑연 시트, 및 이의 표면에 알루미늄박이 적층된 복합 시트 중의 하나인 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100).
  5. 제 1 항에 있어서, 열전도성 탄성체 편(30)은 전기 절연성을 갖는 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100).
  6. 제 1 항에 있어서, 열전도성 탄성체 편(30)은 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 질화금속, 산화금속, 탄화금속 및 수산화금속으로부터 선택된 열전도성 충전재를 1종 이상으로 함유하는 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100).
  7. 제 6 항에 있어서, 열전도성 탄성체 편(30) 중 열전도성 충전재는 일정한 방향으로 배향되고, 이에 따라 열확산 시트(10)의 표면에 실질적으로 직교하는 방향에서의 열전도성 탄성체 편(30)의 열전도율은 열확산 시트(10)의 표면에 평행한 방향에서의 열전도율보다 더 높은 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100).
  8. 내주를 갖는 개구(20)를 1개 이상 갖는 열확산 시트(10);
    상기 시트의 개구(20)를 관통하는 열전도성 탄성체 편(30), 여기서, 열전도성 탄성체 편(30)은 열확산 시트의 개구(20)의 내주를 갖는 1개 이상의 베이스부(30c), 및 상기 베이스부(30c)에 연결되고 열확산 시트(10)의 표면으로부터 돌출하는 1개 이상의 돌출부(30a,30b)를 포함함; 및
    열전도성 탄성체 편(30)의 돌출부(30a,30b)와 밀착한 냉각 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 냉각 부재(40)은 냉각 시스템이 실장된 기기의 하우징인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  10. 내주를 갖는 개구(20)를 1개 이상 갖는 열확산 시트(10); 및 상기 시트의 개구(20)를 관통하는 열전도성 탄성체 편(30)을 구비하고, 여기서 열전도성 탄성체 편(30)은 열확산 시트(10)의 개구(20)의 내주를 갖는 1개 이상의 베이스부(30c), 및 상기 베이스부(30c)에 연결되고 열확산 시트(10)의 표면으로부터 돌출하는 1개 이상의 돌출부(30a,30b)를 포함하는 열전도성 부재(100)의 제조 방법에 있어서,
    열확산 시트(10)를 관통하는 1개 이상의 개구(20)를 형성하는 공정;
    고분자 매트릭스 및 열전도성 충전재를 함유하는 조성물을 조제하는 공정; 및
    열확산 시트(10)의 개구(20) 내에 상기 조성물에 의한 열전도성 탄성체 편(30)을 삽입 성형하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100)의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 삽입 성형하는 동안에, 상기 조성물 중 열전도성 충전재는 자기장의 적용에 의해 일정한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 내주를 갖는 개구(20)를 1개 이상 갖는 열확산 시트(10); 및 상기 시트의 개 구(20)를 관통하는 열전도성 탄성체 편(30)을 구비하고, 여기서 열전도성 탄성체 편(30)은 열확산 시트(10)의 개구(20)의 내주를 갖는 1개 이상의 베이스부(30c), 및 상기 베이스부(30c)에 연결되고 열확산 시트(10)의 표면으로부터 돌출하는 1개 이상의 돌출부(30a,30b)를 포함하는 열전도성 부재(100)의 제조 방법에 있어서,
    열확산 시트(10)를 관통하는 1개 이상의 개구(20)를 형성하는 공정;
    고분자 매트릭스 및 열전도성 충전재를 함유하는 조성물을 조제하는 공정;
    상기 조성물을 소정의 형상으로 성형하여 상기 열전도성 탄성체 편(30)을 형성하는 공정; 및
    상기 열확산 시트(10)의 개구(20)에 상기 열전도성 탄성체 편(30)을 조립하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 부재(100)의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 삽입 성형하는 동안에, 상기 조성물 중 열전도성 충전재는 자기장의 적용에 의해 일정한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 방법.
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