KR20070023212A - Heat sink using prepreg - Google Patents

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Abstract

카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체가 개시된다. 본 발명의 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체는, 금속판; 및 금속판의 일측면에 마련되며, 탄소나노섬유(GNF, Graphite Nano Fiber)와, 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)와, 탄소나노섬유(GNF)와 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 어느 하나의 카본소재 및 매트릭스수지를 일정 비율로 혼합한 후, 소정의 섬유보강재에 함침하여 형성되는 프리프레그(Prepreg)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 부착성이 높아 구조물들이 상호 분리되지 않을 뿐만 아니라 절연특성이 우수하여 절연을 위한 추가의 공정이 필요치 않으며, 금속판에 대한 내화학성 및 내부식성이 개선되고 열전도도, 열안정성, 내화학성, 구조적인 강도, 가공성 및 방열특성이 향상될 수 있다.Disclosed is a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material. The heat dissipation structure using the prepreg impregnated with the carbon material of the present invention, a metal plate; And is provided on one side of the metal plate, selected from carbon nanofibers (GNF, Graphite Nano Fiber), carbon nanotubes (CNT, Carbon Nano Tube), a mixture of carbon nanofibers (GNF) and carbon nanotubes (CNT) After mixing any one carbon material and the matrix resin in a predetermined ratio, characterized in that it comprises a prepreg formed by impregnating a predetermined fiber reinforcement (Prepreg). According to the present invention, not only the structures are not separated from each other due to high adhesion, but also have excellent insulation properties, and thus, no additional process for insulation is required, and chemical resistance and corrosion resistance to the metal plate are improved, and thermal conductivity, thermal stability, and resistance Chemical properties, structural strength, processability and heat dissipation can be improved.

카본, 카본소재, CNT, GNF, 프리프레그, 방열, 방열시트, 히트 싱크 Carbon, carbon material, CNT, GNF, prepreg, heat dissipation, heat dissipation sheet, heat sink

Description

카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체{Heat sink using prepreg}Heat dissipation structure using prepreg impregnated with carbon material {Heat sink using prepreg}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체의 개략적인 사시도,1 is a schematic perspective view of a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material according to an embodiment of the present invention;

도 2 내지 도 4는 각각 도 1의 방열구조체와 종래의 히트 싱크 간의 방열효과를 대비한 그래프,2 to 4 are graphs comparing the heat dissipation effect between the heat dissipation structure of FIG. 1 and the conventional heat sink, respectively;

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체의 개략적인 사시도이다.5 is a schematic perspective view of a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material according to another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10,10a : 방열구조체 11 : 금속판10,10a: heat dissipation structure 11: metal plate

13 : 프리프레그 14 : 점착제13: prepreg 14: adhesive

15 : 이형지15: release paper

본 발명은, 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 부착성이 높아 구조물들이 상호 분리되지 않을 뿐만 아니 라 절연특성이 우수하여 절연을 위한 추가의 공정이 필요치 않으며, 금속판에 대한 내화학성 및 내부식성이 개선되고 열전도도, 열안정성, 내화학성, 구조적인 강도, 가공성 및 방열특성이 향상될 수 있는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material, and more particularly, because the adhesion is high, the structures are not separated from each other, and the insulation properties are excellent, and thus, additional processes for insulation are required. In addition, the present invention relates to a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material which can improve chemical resistance and corrosion resistance to a metal plate and improve thermal conductivity, heat stability, chemical resistance, structural strength, processability, and heat dissipation characteristics.

방열구조체란 PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display) 및 LED(Light-Emitting Diode) 등에서 히트 싱크(Heat Sink)로 활용되는 것을 가리킨다. 발열은 전자제품의 수명에 치명적이므로 방열구조체의 역할은 대단히 중요하다 할 수 있다.The heat dissipation structure refers to a heat sink used in a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD), and a light-emitting diode (LED). Since heat generation is fatal to the life of electronic products, the role of the heat dissipation structure can be very important.

종래의 방열구조체는 대부분 소위, 팽창흑연(Expanded Graphite)이라는 재료의 분말을 이용하여 시트를 만든 후, 금속판에 접착하여 제조되어 왔다. 하지만 이러한 방법으로 방열구조체를 제조하면 그 강도가 상대적으로 약하기 때문에 일정 압력 이상이 가해지면 소성 변형된다. 뿐만 아니라 수평방향과 수직방향의 열전도율의 차이가 상대적으로 크게 벌어지기 때문에 원하는 방열효과를 얻을 수 없다.Conventional heat dissipation structures have been manufactured by making a sheet using powder of a material called expanded graphite (Expanded Graphite), and then attaching to a metal plate. However, when the heat dissipation structure is manufactured in this way, its strength is relatively weak, and thus plastic deformation is applied when a predetermined pressure or more is applied. In addition, since the difference between the thermal conductivity in the horizontal direction and the vertical direction becomes relatively large, a desired heat dissipation effect cannot be obtained.

이에, 이러한 단점을 극복하기 위한 기술이 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 특2003-0062116호에 개시되어 있다. 개시된 기술은 방열판의 표면에 탄소나노튜브층을 접착함으로써 방열효과를 높일 수 있도록 한 것을 요지로 하고 있다.Therefore, a technique for overcoming these disadvantages is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0062116. The disclosed technique is to improve the heat dissipation effect by adhering the carbon nanotube layer on the surface of the heat sink.

그런데, 개시된 종래기술의 경우에는 탄소나노튜브층이 방열판의 표면으로부터 쉽게 이탈될 우려가 높기 때문에 실질적으로 제품화하기에는 다소 무리가 있다. 뿐만 아니라 개시된 기술의 경우, 상대적으로 절연에 약한 탄소나노튜브층이 외부로 노출되어 있기 때문에 별도의 절연층을 더 형성하기 위한 추가의 공정이 필요하 다는 문제점이 있다.However, in the disclosed prior art, there is a high possibility that the carbon nanotube layer is easily detached from the surface of the heat sink, so it is somewhat unreasonable to commercialize. In addition, in the disclosed technology, since the carbon nanotube layer, which is relatively weak in insulation, is exposed to the outside, there is a problem in that an additional process for forming an additional insulation layer is required.

본 발명의 목적은, 부착성이 높아 구조물들이 상호 분리되지 않을 뿐만 아니라 절연특성이 우수하여 절연을 위한 추가의 공정이 필요치 않으며, 금속판에 대한 내화학성 및 내부식성이 개선되고 열전도도, 열안정성, 내화학성, 구조적인 강도, 가공성 및 방열특성이 향상될 수 있는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention that the structures are not separated from each other due to high adhesion, and the insulating properties are excellent, so that no additional process for insulation is required, and chemical resistance and corrosion resistance to the metal plate are improved, and thermal conductivity, thermal stability, It is to provide a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material that can improve the chemical resistance, structural strength, processability and heat dissipation characteristics.

상기 목적은, 금속판; 및 상기 금속판의 일측면에 마련되며, 탄소나노섬유(GNF, Graphite Nano Fiber)와, 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)와, 상기 탄소나노섬유(GNF)와 상기 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 어느 하나의 카본소재 및 매트릭스수지를 일정 비율로 혼합한 후, 소정의 섬유보강재에 함침하여 형성되는 프리프레그(Prepreg)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체에 의해 달성된다.The object is a metal plate; And provided on one side of the metal plate, the carbon nanofibers (GNF, Graphite Nano Fiber), carbon nanotubes (CNT, Carbon Nano Tube), the carbon nanofibers (GNF) and the carbon nanotubes (CNT) Heat dissipation using a prepreg impregnated with a carbon material, characterized in that it comprises a prepreg formed by impregnating a predetermined fiber reinforcing material after mixing any one carbon material and the matrix resin selected from the mixture Achieved by a structure.

여기서, 상기 매트릭스수지는 99.9 중량% 내지 90 중량%, 상기 카본소재는 0.1 중량% 내지 10 중량%가 재료로서 혼합되는 것이 유리하다.Here, the matrix resin is 99.9% to 90% by weight, the carbon material is advantageously 0.1% to 10% by weight is mixed as a material.

상기 프리프레그는 0.35 mm 내지 5 mm의 두께를 가지며, 소정의 온도 및 압력으로 일정시간 유지되어 상기 금속판의 일측면에 적층될 수 있다.The prepreg has a thickness of 0.35 mm to 5 mm, it is maintained for a predetermined time at a predetermined temperature and pressure may be laminated on one side of the metal plate.

이 때, 상기 온도는 상온으로부터 130 ℃ 까지 단계적으로 변온되고, 상기 압력은 1 kgf/㎠ 내지 50 kgf/㎠ 가 사용되며, 상기 시간은 최고온도에서 60분 동 안 유지된다.At this time, the temperature is gradually changed from room temperature to 130 ℃, the pressure is used from 1 kgf / ㎠ to 50 kgf / ㎠, the time is maintained for 60 minutes at the highest temperature.

상기 카본소재는 상기 탄소나노섬유(GNF, Graphite Nano Fiber)일 수 있다.The carbon material may be the carbon nanofibers (GNF, Graphite Nano Fiber).

상기 매트릭스수지는, 에폭시(Epoxy), 비스말리이미드(Bismaleimide), 폴리이미드(Polyimide), 페놀릭(Phenolic), 디시낸트(Dicynante)를 포함하는 열경화성수지와, 폴리에테르텔레프탈라이(PET, polyethylene terephthalate), 탄소섬유강화플라스(PEEK, polyether-etherketone), 폴리페닐린설피스(PPS, polyphenylene sulfice)를 포함하는 열가소성수지와, 상기 열경화성수지와 상기 열가소성수지가 결합된 폴리아미드이미드(PAI, polyamideimide), 서모플라스틱 폴리이미드(TPI, thermoplastic polyimide)와, 상기 열가소성수지의 올리고머(Oligomer)에 용매를 첨가한 수도 서모 플라스틱(Pseudo Thermoplastic) 수지 중 선택된 어느 하나일 수 있다.The matrix resin is a thermosetting resin containing epoxy, bismaleimide, polyimide, phenolic, dicynante, and polyether terephthalate (PET, polyethylene). terephthalate), carbon fiber-reinforced plasma (PEEK, polyether-etherketone), thermoplastic resins including polyphenylene sulfice (PPS, polyphenylene sulfice), and the polyamideimide (PAI, polyamideimide) in which the thermosetting resin and the thermoplastic resin Thermoplastic polyimide (TPI, thermoplastic polyimide), and may be any one selected from Pseudo Thermoplastic (Pseudo Thermoplastic) resin in which a solvent is added to the oligomer (Oligomer) of the thermoplastic resin.

상기 섬유보강재는, 아라미드 섬유, 초고분자량의 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 유기 고분자 재료와, 탄소, 세라믹, 금속, 유리를 포함하는 무기 섬유 재료 중 선택된 어느 하나일 수 있다.The fiber reinforcing material may be any one selected from organic polymer materials including aramid fibers, ultra high molecular weight polyethylene fibers, and inorganic fiber materials including carbon, ceramics, metals, and glass.

상기 금속판은 알루미늄, 구리, 스테인리스 및 철 중 선택된 어느 하나일 수 있다.The metal plate may be any one selected from aluminum, copper, stainless steel, and iron.

상기 금속판의 노출면에 점착되는 점착제에 착탈가능하게 결합되는 이형지를 더 포함할 수 있다.It may further include a release paper detachably coupled to the pressure-sensitive adhesive to the exposed surface of the metal plate.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대해 상세히 설명한다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for each embodiment of the present invention. In the description, the same reference numerals are given to the same configurations.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체의 개략적인 사시도이다. 이 도면을 참조할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조체(10)는 크게 금속판(11)과, 금속판(11)의 일측면에 적층되는 프리프레그(13, prepreg)를 갖는다.1 is a schematic perspective view of a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material according to an embodiment of the present invention. When referring to the figure, the heat radiating structure 10 in accordance with one embodiment of the present invention has a prepreg (13, prep r eg) greatly to be laminated on one side of the metal plate 11, metal plate 11.

금속판(11)은 본 방열구조체(10)의 외형 틀을 형성하는 부분이다. 사용처에 맞게 두께는 적절하게 조절될 수 있으나, 보통 프리프레그(13)에 비해서는 두껍게 형성된다. 이러한 금속판(11)으로는 알루미늄, 구리, 스테인리스 및 철 중 어느 하나가 선택되어 사용될 수 있다. 필요시, 위에서 기재한 금속들을 복합한 복합금속이 채용될 수도 있다. 도 1을 보면, 금속판(11)이 상대적으로 얇은 사각 판상체로 형성되어 있지만, 사용처에 따라 그 외형은 적절하게 변경될 수 있다.The metal plate 11 is a part which forms the outer frame of the heat dissipation structure 10. The thickness can be adjusted appropriately to the intended use, but is usually formed thicker than the prepreg (13). As the metal plate 11, any one of aluminum, copper, stainless steel, and iron may be selected and used. If necessary, a composite metal composite of the metals described above may be employed. 1, although the metal plate 11 is formed with the relatively thin square plate-shaped object, the external shape can be changed suitably according to a use place.

프리프레그(13)는 소정의 카본소재 및 매트릭스수지를 일정 비율로 혼합한 다음, 이 혼합물을 소정의 섬유보강재에 함침하여 형성된다. 매트릭스수지는 99.9 중량% 내지 90 중량%, 카본소재는 0.1 중량% 내지 10 중량%가 재료로서 혼합된다.The prepreg 13 is formed by mixing a predetermined carbon material and a matrix resin in a predetermined ratio, and then impregnating the mixture into a predetermined fiber reinforcement material. The matrix resin is 99.9% to 90% by weight, and the carbon material is 0.1% to 10% by weight as a material.

이 때, 프리프레그(13)의 재료 중 하나인 카본소재로는 탄소나노섬유(GNF, Graphite Nano Fiber), 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 탄소나노섬유(GNF) 및 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 본 실시예의 경우, 탄소나노섬유(GNF, Graphite Nano Fiber)를 카본소재로 활용하고 있다.At this time, as one of the materials of the prepreg 13, carbon materials include carbon nanofibers (GNF, Graphite Nano Fiber), carbon nanotubes (CNT, Carbon Nano Tube), carbon nanofibers (GNF) and carbon nanotubes ( Either mixture of CNTs) can be selected. In this embodiment, carbon nanofibers (GNF, Graphite Nano Fibers) are used as the carbon material.

참고로, 탄소나노섬유(GNF)는, 전이 금속(transition metal)을 촉매로 한 열화학 기상 증착법(thermal chemical vapor deposition)으로 합성한다. 일반적인 탄소나노섬유(GNF)는 직경이 100 나노미터(㎚) 정도이고 길이는 30 마이크로미터(㎛) 영역을 갖는다. 탄소육각망면이 섬유축에 대하여 직각으로 배열하여 있는 구조(칼럼 구조 혹은 플레이트리트구조라 하기도 함) 또는 섬유축에 대하여 20도 이상 80도 미만의 일정한 경사를 지니고 있는 구조(깃털구조 혹은 헤링본구조라 하기도 함)를 지니고 있다. 섬유의 내부에 나노튜브와 같은 튜브의 공간을 나타내지 않는 것이 특징이다.For reference, carbon nanofibers (GNF) are synthesized by thermal chemical vapor deposition using a transition metal as a catalyst. Typical carbon nanofibers (GNF) have a diameter of about 100 nanometers (nm) and a length of 30 micrometers (μm). Carbon hexagonal net surface arranged at right angles to the fiber axis (also called column structure or platelet structure) or structure having a constant inclination of 20 to 80 degrees with respect to the fiber axis (also called feather structure or herringbone structure) ) It is characterized by not showing the space of the tube such as nanotube inside the fiber.

이러한 탄소나노섬유(GNF)는, 상기의 구조적인 특징으로 높은 비표면적, 전기 전도성, 열전도성, 그리고 기계적 특성이 우수하다. 정전기 방지 및 전자파 차폐 복합재의 충진재, 2차전지의 음극소재, 해수담수화의 전극소재, 그리고 수소 저장 소재에 응용 가능한 소재로 각광 받고 있는 소재이다. 탄소나노섬유(GNF)의 종류에는 직선형(straight), 꼬인형(spiral), 나선형(helical), 가지형(branched) 4가지의 형상이 있다. 이 중에서 직선형과 꼬인형이 가장 많이 응용분야에 적용되고 있다.The carbon nanofibers (GNF) are excellent in high specific surface area, electrical conductivity, thermal conductivity, and mechanical properties due to the above structural features. It is a material that is widely used as an application material for antistatic and electromagnetic shielding composites, negative electrode materials for secondary batteries, electrode materials for seawater desalination, and hydrogen storage materials. There are four types of carbon nanofibers (GNF): straight, spiral, helical, and branched. Among them, straight type and twisted type are applied to the most applications.

이에 반해, 탄소나노튜브(CNT)는 수 내지 수 백 마이크로미터(㎛)의 직경과 수 내지 수백 마이크로미터(㎛)의 길이를 가진 비등방성의 소재이다. 탄소나노튜브(CNT)에서 하나의 탄소원자는 3개의 다른 탄소원자와 결합되어 있고 육각형 벌집무늬를 이루고 있다. 평평한 종이 위에 이러한 벌집무늬를 그린 다음 종이를 둥글게 말면 나노튜브 구조가 된다. 즉 나노튜브 하나는 속이 빈 튜브 혹은 실린더와 같은 모양을 갖고 있다. 이것을 나노튜브라고 부르는 이유는 그 튜브의 직경이 보통 1나노미터(10억분의 1미터) 정도로 극히 작기 때문이다. 종이에 벌집무늬를 그리고 둥글게 말면 나노튜브가 되는데 이때 종이를 어느 각도로 말 것인가에 따라서 탄소나 노튜브(CNT)는 금속과 같은 전기적 도체(Armchair 구조)가 되기도 하고 반도체(Zigzag 구조)가 되기도 한다.In contrast, carbon nanotubes (CNTs) are anisotropic materials having diameters of several to several hundred micrometers (µm) and lengths of several to several hundred micrometers (µm). In carbon nanotubes (CNT), one carbon atom is bonded to three other carbon atoms and forms a hexagonal honeycomb pattern. Draw this honeycomb pattern on flat paper, then roll the paper round to form a nanotube structure. In other words, one nanotube has the shape of a hollow tube or cylinder. This is called nanotubes because they are extremely small, usually one nanometer (one billionth of a meter) in diameter. The honeycomb pattern on the paper is rounded to form a nanotube. Depending on the angle at which the paper is rolled, carbon or notube (CNT) may be an electrical conductor such as a metal (Armchair structure) or a semiconductor (Zigzag structure).

이러한 탄소나노튜브(CNT)는 높은 길이/직경 비를 가지고 있어 단위면적당 표면적이 매우 크고 물리적으로는 강철의 약 100배에 달하는 강도를 지니면서 화학적으로도 안정한 특성을 지닌다. 특히, 탄소나노튜브(CNT)는 지구상에 존재하는 물질 중 상온에서 열전도도가 가장 높은 다이아몬드(33.3W/cm K)보다도 더 큰 열전도도(1500~6000 W/mk)를 가지므로 일반적으로 방열판에 사용되어지는 알루미늄(0.243W/cm K)이나 구리(4.01W/cm K)에 비해 수십에서 수백 배의 열전도도를 가진다. 본 실시예에서 사용되는 탄소나노튜브(CNT)는 단층벽 탄소나노튜브(SWNT : Single-Wall Nanotube)와 다층벽 탄소나노튜브(MWNT : Multi-Wall Nanotube) 등이다.These carbon nanotubes (CNTs) have a high length / diameter ratio, and have a very large surface area per unit area and physically stable properties that are about 100 times stronger than steel, and are chemically stable. In particular, carbon nanotubes (CNT) have a thermal conductivity (1500 ~ 6000 W / mk) larger than the diamond (33.3 W / cm K) of the highest thermal conductivity at room temperature among the materials present on the earth, so in general It has tens to hundreds of times more thermal conductivity than aluminum (0.243 W / cm K) or copper (4.01 W / cm K). Carbon nanotubes (CNT) used in this embodiment are single-walled carbon nanotubes (SWNT: Single-Wall Nanotube) and multi-walled carbon nanotubes (MWNT: Multi-Wall Nanotube).

프리프레그(13)의 재료 중 다른 하나인 매트릭스수지는, 열경화성수지, 열가소성수지, 열경화성수지와 열가소성수지가 결합된 수지, 열가소성수지의 올리고머(Oligomer)에 용매를 첨가한 수지 중에서 선택되어 사용될 수 있다.The matrix resin, which is one of the materials of the prepreg 13, may be selected from among thermosetting resins, thermoplastic resins, resins in which thermosetting resins and thermoplastic resins are combined, and resins in which a solvent is added to oligomers of thermoplastic resins. .

여기서, 열경화성수지는 에폭시(Epoxy), 비스말리이미드(Bismaleimide), 폴리이미드(Polyimide), 페놀릭(Phenolic), 디시낸트(Dicynante) 등을 포함한다. 열가소성수지는 폴리에테르텔레프탈라이(PET, polyethylene terephthalate), 탄소섬유강화플라스(PEEK, polyether-etherketone), 폴리페닐린설피스(PPS, polyphenylene sulfice)를 포함한다. 열경화성수지와 열가소성수지가 결합된 수지는 폴리아미드이미드(PAI, polyamideimide), 서모플라스틱 폴리이미드(TPI, thermoplastic polyimide)를 포함한다. 그리고 열가소성수지의 올리고머(Oligomer)에 용매를 첨가한 수지로는 수도 서모 플라스틱(Pseudo Thermoplastic)이 존재한다.Here, the thermosetting resin includes epoxy, bismaleimide, polyimide, phenolic, dicynante, and the like. Thermoplastic resins include polyethylene terephthalate (PET), carbon fiber reinforced plasma (PEEK, polyether-etherketone), and polyphenylene sulfice (PPS). Thermosetting resin and thermoplastic resin combined resin includes polyamideimide (PAI, polyamideimide), thermoplastic polyimide (TPI). Pseudo thermoplastics exist as a resin in which a solvent is added to an oligomer of a thermoplastic resin.

한편, 전술한 카본소재와 매트릭스수지가 혼합되어 함침되는 섬유보강재로는 유기 고분자 재료 또는 무기 섬유 재료가 사용될 수 있다. 유기 고분자 재료에는 아라미드 섬유{듀퐁사의 케블라(Kevlar)가 사용될 수 있음}, 초고분자량의 폴리에틸렌 섬유{스펙트라(spectra)가 사용될 수 있음} 등이 포함되고, 무기 섬유 재료에는 탄소, 세라믹, 금속, 유리 등이 포함된다. 참고로, 케블라(Kevlar)는 항공우주구조물, 압력용기, 타이어, 방탄부품, 브레이크 패드, 스포츠 용품 등 산업전반에 걸쳐 광범위하게 이용되고 있다고 보고 되고 있다.Meanwhile, an organic polymer material or an inorganic fiber material may be used as the fiber reinforcing material in which the aforementioned carbon material and the matrix resin are mixed and impregnated. Organic polymer materials include aramid fibers (Kevlar from DuPont can be used), ultra-high molecular weight polyethylene fibers (spectra can be used) and the like, and inorganic fiber materials include carbon, ceramics, metals and glass. Etc. are included. For reference, Kevlar is reported to be widely used throughout the industry, such as aerospace structures, pressure vessels, tires, bulletproof parts, brake pads, sporting goods.

이처럼 카본소재 및 매트릭스수지를 일정 비율로 혼합한 다음, 이 혼합물을 소정의 섬유보강재에 함침하여 형성되는 프리프레그(13)는, 수지와 섬유가 최종제품에서 요구하는 비율로 이미 함침되어 있기 때문에 부수적인 화학처리가 불필요하고, 복잡한 형상을 용이하게 제작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 프리프레그(13)는 사용되는 섬유보강재의 종류에 따라 분류되기도 하고, 섬유의 짜여진 형태에 따라 분류되기도 한다. 물론, 섬유의 종류와 형태는 사용하여 제작하고자 하는 최종제품에서 요구되는 강도, 인성, 탄성률 등 기계적 물성 이외에 접촉면에서의 부식, 전기저항 등 설계에서 요구되는 물리화학적 물성을 고려하여 적절하게 채용되는 것이 바람직하다.As such, the prepreg 13 formed by mixing the carbon material and the matrix resin in a predetermined ratio and then impregnating the mixture into a predetermined fiber reinforcement is additionally impregnated because the resin and the fiber are already impregnated at the ratio required by the final product. Phosphorus chemical treatment is unnecessary, and it has an advantage that a complicated shape can be easily manufactured. The prepreg 13 may be classified according to the type of fiber reinforcement used, or may be classified according to the woven form of the fiber. Of course, the type and shape of the fiber is appropriately adopted in consideration of the physical and physical properties required in the design, such as corrosion on the contact surface, electrical resistance in addition to the mechanical properties such as strength, toughness, elastic modulus required in the final product to be manufactured. desirable.

한편, 위의 구성을 갖는 프리프레그(13)는 금속판(11)의 일측면에 적층된다. 위에서 언급한 바와 같이, 종래기술에서는 접착제를 이용하여 방열판의 표면에 탄소나노튜브층을 접착하였기 때문에 탄소나노튜브층이 쉽게 분리되는 단점을 보였다. 이에, 본 실시예의 경우에는 금속판(11)의 일측면에 프리프레그(13)를 적층하고 있는 것이다.On the other hand, the prepreg 13 having the above configuration is laminated on one side of the metal plate 11. As mentioned above, in the related art, since the carbon nanotube layer is adhered to the surface of the heat sink using an adhesive, the carbon nanotube layer is easily separated. Therefore, in the present embodiment, the prepreg 13 is laminated on one side of the metal plate 11.

전술한 바와 같이, 금속판(11)에 비해 상대적으로 두께가 얇게 형성되는 프리프레그(13)는 0.35 mm 내지 5 mm의 두께(t, 도 1 참조)를 갖는데, 소정의 온도 및 압력으로 일정시간 유지되어 금속판(11)의 일측면에 적층된다. 이 때, 온도는 상온으로부터 130 ℃ 까지 단계적으로 변온되고, 압력은 1 kgf/㎠ 내지 50 kgf/㎠ 가 사용되며, 시간은 최고온도에서 60분 동안 유지되는 것으로 한다.As described above, the prepreg 13, which is formed to be relatively thin compared to the metal plate 11, has a thickness (t, see FIG. 1) of 0.35 mm to 5 mm, and is maintained at a predetermined temperature and pressure for a predetermined time. And laminated on one side of the metal plate 11. At this time, the temperature is gradually changed from room temperature to 130 ℃, the pressure is 1 kgf / cm 2 to 50 kgf / cm 2 is used, the time is to be maintained for 60 minutes at the highest temperature.

이러한 구성을 갖는 방열구조체(10)의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of the heat dissipation structure 10 having such a configuration as follows.

우선, 알루미늄, 구리, 스테인리스 및 철 중에서 어느 하나를 선택한 후, 일정한 크기로 가공하여 금속판(11)을 준비한다. 전술한 바와 같이, 금속판(11)의 두께와 크기는 사용처에 맞게 제작된다.First, any one of aluminum, copper, stainless steel, and iron is selected, and then processed into a predetermined size to prepare a metal plate 11. As described above, the thickness and size of the metal plate 11 is manufactured according to the intended use.

다음, 카본소재 중 하나인 탄소나노섬유(GNF)를 0.1 중량% 내지 10 중량% 준비하고, 매트릭스수지를 90 중량% 내지 99.9 중량% 준비하여 각각의 비율로 혼합한다. 혼합한 후, 섬유보강재에 함침하여 프리프레그(13)를 제조한다. 그런 다음, 준비된 금속판(11)의 크기에 맞게 가공한다.Next, 0.1 wt% to 10 wt% of carbon nanofibers (GNF), which is one of the carbon materials, is prepared, and 90 wt% to 99.9 wt% of the matrix resin is prepared and mixed in each ratio. After mixing, the prepreg 13 is manufactured by impregnating the fiber reinforcing material. Then, it is processed to the size of the prepared metal plate (11).

그런 다음, 금속판(11)의 일측면에 프리프레그(13)를 배치하고, 상온에서 130 ℃ 까지 단계적으로 변온하면서 50 kgf/cm2 이하의 압력을 60분 동안 가하고, 다시 최고온도인 130 ℃에서 60분 동안 유지한다. 그러면, 프리프레그(13)는 금속판(11)의 일측면에 적층될 수 있다.Then, the prepreg 13 is disposed on one side of the metal plate 11, and a pressure of 50 kgf / cm 2 or less is applied for 60 minutes while gradually changing the temperature from 130 ° C to 130 ° C, and again at 130 ° C, the highest temperature. Hold for 60 minutes. Then, the prepreg 13 may be stacked on one side of the metal plate 11.

이러한 과정으로 제조된 방열구조체(10)는 부착성이 높아 구조물들(프리프레그(13) 및 금속판(11))이 상호 분리되지 않을 뿐만 아니라 절연특성이 우수하다. 또한 금속판(11)에 대한 내화학성 및 내부식성이 개선되고 열전도도, 열안정성, 내화학성, 구조적인 강도, 가공성 및 방열특성이 향상될 수 있게 된다.The heat dissipation structure 10 manufactured by this process has high adhesiveness, and the structures (prepreg 13 and the metal plate 11) are not separated from each other and have excellent insulation characteristics. In addition, chemical resistance and corrosion resistance of the metal plate 11 may be improved, and thermal conductivity, thermal stability, chemical resistance, structural strength, processability, and heat dissipation characteristics may be improved.

아래의 [표 1]은 종래기술에서 개시한 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 특2003-0062116호의 방열구조체와 본 실시예의 방열구조체(10)를 각각 비교한 것을 간략하게 도표화하고 있다.[Table 1] below briefly shows a comparison of the heat dissipation structure of the Korean Patent Office Publication No. 2003-0062116 disclosed in the prior art and the heat dissipation structure 10 of the present embodiment.

Figure 112005046513749-PAT00001
Figure 112005046513749-PAT00001

위의 [표 1]에 개시된 바와 같이, 본 발명의 방열구조체(10)는 종래의 방열구조체(10)에 비해 내마모도가 훨씬 뛰어나고 표면 경도 역시 높은 것으로 확인되었다. 뿐만 아니라 내수성에 있어서는 투습이 불가하고, 절연층 박리 현상도 불가능한 것으로 확인되었다.As disclosed in Table 1 above, the heat dissipation structure 10 of the present invention was found to be much superior in wear resistance and high surface hardness as compared with the conventional heat dissipation structure 10. In addition, it was confirmed that moisture permeability was impossible in the water resistance, and that the insulation layer peeling phenomenon was also impossible.

참고로, 도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 방열구조체와 종래의 방열구조체 간의 방열효과를 대비한 그래프이다.For reference, Figures 2 to 4 are graphs for the heat radiation effect between the heat dissipation structure of the present invention and the conventional heat dissipation structure, respectively.

도 2는 동일한 열원(Source) 하에서 본 발명에 따른 방열구조체(10)와 각각 0.3mm(종래1) 및 0.1mm(종래2)의 두께를 갖는 알루미늄(AL)으로 된 종래의 방열구조체 간의 방열효과를 비교한 것이다. 열원(Source)은 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB)과 같이 열이 발생하는 부품 중에서도 직사각형의 블록형태를 갖는 것을 도시하고 있다. 측정 기준의 온도를 113.5 ℃라 가정할 때, 본 발명에 따른 방열구조체(10)나 종래의 방열구조체 모두는 열원 대비 크기가 커지면 커질수록 방열효과가 높게 나타난다. 하지만, 크기가 동일할 경우, 종래의 방열구조체보다는 본 발명에 따른 방열구조체(10)가 훨씬 더 높은 방열효과를 나타내고 있음을 그래프로 확인할 수 있다.2 is a heat dissipation effect between the heat dissipation structure 10 according to the present invention and a conventional heat dissipation structure of aluminum (AL) having a thickness of 0.3 mm (conventional 1) and 0.1 mm (conventional 2) under the same heat source. Is a comparison. The heat source has a rectangular block shape among components that generate heat, for example, a printed circuit board (PCB). When the temperature of the measurement reference is assumed to be 113.5 ° C, both the heat dissipation structure 10 or the conventional heat dissipation structure according to the present invention shows a higher heat dissipation effect as the size of the heat dissipation structure increases. However, when the size is the same, it can be confirmed by graph that the heat dissipation structure 10 according to the present invention exhibits a much higher heat dissipation effect than the conventional heat dissipation structure.

도 3은 열원의 형태가 지름 6Φ로 된 원기둥 형태로 되어 있으며, 열원에 직접 접촉하지 않고 별도의 연결부를 통해 접촉하고 있는 본 발명에 따른 방열구조체(10)와 종래(1 및 2)의 방열구조체 간의 방열효과를 비교한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 열원의 크기가 동일할 경우, 종래의 방열구조체보다는 본 발명에 따른 방열구조체(10)가 훨씬 더 높은 방열효과를 나타내고 있음을 그래프로 확인할 수 있다. 참고로, 종래 1은 소위, 히트 싱크(Heat Sink)라 하여 통상적으로 사용하고 있는 방열구조체를 나타내고 있으며, 종래 2는 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 특허2003-0062116호의 방열구조체를 가리키고 있다.3 shows a heat source having a cylindrical shape having a diameter of 6 Φ, the heat dissipation structure 10 and the heat dissipation structure of the prior art (1 and 2) according to the present invention, which are not in direct contact with the heat source but are contacted through separate connections. The heat dissipation effect is compared. As shown in Figure 3, when the size of the heat source is the same, it can be confirmed in the graph that the heat dissipation structure 10 according to the present invention exhibits a much higher heat dissipation effect than the conventional heat dissipation structure. For reference, the prior art 1 represents a heat dissipation structure that is commonly used as a so-called heat sink, and the prior art 2 refers to the heat dissipation structure of Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0062116.

도 4는 도 2 및 도 3과는 다른 형태의 방열구조체(10')를 도시하고 있다. 열원은 도 2에 도시된 것과 그 형태가 동일하며, 가로 X 세로 X 높이가 각각 27 X 27 X 8mm 인 것이 사용되고 있다. 이러한 열원 위로 두께가 8t 혹은 5t의 알루미늄(AL)으로 된 종래의 방열구조체(HS, Heat Sink)를 올려놓을 경우, 두께가 클수록 방열효과가 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 하지만, 알루미늄(AL)으로 된 종래의 방열구조체(HS, Heat Sink)보다는 프리프레그(13)가 적층된 본 발명의 방열구조체(10')의 방열효과가 더 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 특히, 열원의 크기가 동일할 경우, 본 발명의 방열구조체(10')의 크기가 크면 클수록 훨씬 더 높은 방열효과를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.4 illustrates a heat dissipation structure 10 ′ different from that of FIGS. 2 and 3. The heat source has the same shape as that shown in FIG. 2, and a horizontal X vertical X height of 27 X 27 X 8 mm is used. When the heat dissipation structure (HS, Heat Sink) made of aluminum (AL) of 8t or 5t thick is placed on the heat source, it can be seen that the heat dissipation effect is higher as the thickness increases. However, it can be seen that the heat dissipation effect of the heat dissipation structure 10 'of the present invention in which the prepreg 13 is laminated is higher than that of the heat dissipation structure HS (Heat Sink) made of aluminum (AL). In particular, when the size of the heat source is the same, it can be seen that the larger the size of the heat dissipation structure 10 'of the present invention shows a much higher heat dissipation effect.

한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체의 개략적인 사시도이다.On the other hand, Figure 5 is a schematic perspective view of a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material according to another embodiment of the present invention.

방열구조체(10a)는 주로 PDP(Plasma Display Panel)나 LCD(Liquid Crystal Display), 그리고 LED(Light-Emitting Diode)의 히트 싱크(Heat Sink)로 활용되기 때문에 해당 물건이나 부품에 쉽게 접착될 수 있으면 사용하기가 더욱 편리할 것이다.The heat dissipation structure 10a is mainly used as a heat sink of a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD), and a light-emitting diode (LED). It will be more convenient to use.

이에, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속판(11)의 노출면으로 점착제(14)를 도포하고 점착제(14) 위로 이형지(15)를 붙여놓을 수도 있다. 따라서 본 방열구조체(10a)를 사용할 경우에는, 이형지(15)를 떼어내고 점착제(14)의 점착력을 이용하여 원하는 물건이나 부품에 붙여 사용하면 된다.Thus, as shown in FIG. 5, the adhesive 14 may be applied to the exposed surface of the metal plate 11, and the release paper 15 may be pasted onto the adhesive 14. Therefore, when using this heat dissipation structure 10a, the release paper 15 may be peeled off and pasted to a desired object or part using the adhesive force of the adhesive 14, and may be used.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention, which will be apparent to those skilled in the art. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 부착성이 높아 구조물들이 상호 분리되지 않을 뿐만 아니라 절연특성이 우수하여 절연을 위한 추가의 공정이 필요치 않으며, 금속판에 대한 내화학성 및 내부식성이 개선되고 열전도도, 열안정성, 내화학성, 구조적인 강도, 가공성 및 방열특성이 향상될 수 있다.As described above, according to the present invention, not only the structures are not separated from each other because of high adhesion, but also excellent insulation properties, no additional process for insulation is required, chemical resistance and corrosion resistance to the metal plate is improved and thermal conductivity Thermal stability, chemical resistance, structural strength, processability and heat dissipation can be improved.

Claims (9)

금속판; 및plate; And 상기 금속판의 일측면에 마련되며, 탄소나노섬유(GNF, Graphite Nano Fiber)와, 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)와, 상기 탄소나노섬유(GNF)와 상기 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 어느 하나의 카본소재 및 매트릭스수지를 일정 비율로 혼합한 후, 소정의 섬유보강재에 함침하여 형성되는 프리프레그(Prepreg)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.It is provided on one side of the metal plate, a mixture of carbon nanofibers (GNF, Graphite Nano Fiber), carbon nanotubes (CNT, Carbon Nano Tube), the carbon nanofibers (GNF) and the carbon nanotubes (CNT) A heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material, characterized in that it comprises a prepreg formed by impregnating a predetermined fiber reinforcing material after mixing any one of the carbon material and the matrix resin selected from among . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카본소재는 0.1 중량% 내지 10 중량%, 상기 매트릭스수지는 90 중량% 내지 99.9 중량%가 재료로서 혼합되는 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.The carbon material is 0.1 to 10% by weight, the heat dissipation structure using a prepreg impregnated with the carbon material, characterized in that 90% to 99.9% by weight of the matrix resin is mixed as a material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프리프레그는 0.35 mm 내지 5 mm의 두께를 가지며, 소정의 온도 및 압력으로 일정시간 유지되어 상기 금속판의 일측면에 적층되는 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.The prepreg has a thickness of 0.35 mm to 5 mm, the heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material, characterized in that it is maintained at a predetermined temperature and pressure for a predetermined time to be laminated on one side of the metal plate. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 온도는 상온으로부터 130 ℃ 까지 단계적으로 변온되고, 상기 압력은 1 kgf/㎠ 내지 50 kgf/㎠ 가 사용되며, 상기 시간은 최고온도에서 60분 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.The temperature is gradually changed from room temperature to 130 ℃, the pressure is 1 kgf / ㎠ to 50 kgf / ㎠ is used, the time is maintained for 60 minutes at the maximum temperature prepreg impregnated with carbon material Heat dissipation structure using legs. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카본소재는 상기 탄소나노섬유(GNF, Graphite Nano Fiber)인 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.The carbon material is a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with carbon material, characterized in that the carbon nanofibers (GNF, Graphite Nano Fiber). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 매트릭스수지는, 에폭시(Epoxy), 비스말리이미드(Bismaleimide), 폴리이미드(Polyimide), 페놀릭(Phenolic), 디시낸트(Dicynante)를 포함하는 열경화성수지와, 폴리에테르텔레프탈라이(PET, polyethylene terephthalate), 탄소섬유강화플라스(PEEK, polyether-etherketone), 폴리페닐린설피스(PPS, polyphenylene sulfice)를 포함하는 열가소성수지와, 상기 열경화성수지와 상기 열가소성수지가 결합된 폴리아미드이미드(PAI, polyamideimide), 서모플라스틱 폴리이미드(TPI, thermoplastic polyimide)와, 상기 열가소성수지의 올리고머(Oligomer)에 용매를 첨가한 수도 서모 플라스틱(Pseudo Thermoplastic) 수지 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.The matrix resin is a thermosetting resin containing epoxy, bismaleimide, polyimide, phenolic, dicynante, and polyether terephthalate (PET, polyethylene). terephthalate), carbon fiber-reinforced plasma (PEEK, polyether-etherketone), thermoplastic resins including polyphenylene sulfice (PPS, polyphenylene sulfice), and the polyamideimide (PAI, polyamideimide) in which the thermosetting resin and the thermoplastic resin Prepreg impregnated with a carbon material, characterized in that any one selected from thermoplastic polyimide (TPI) and a pseudo thermoplastic resin in which a solvent is added to an oligomer of the thermoplastic resin. Heat dissipation structure using. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 섬유보강재는, 아라미드 섬유, 초고분자량의 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 유기 고분자 재료와, 탄소, 세라믹, 금속, 유리를 포함하는 무기 섬유 재료 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.The fiber reinforcing material is a prepreg impregnated with a carbon material, characterized in that any one selected from an organic polymer material containing aramid fibers, ultra-high molecular weight polyethylene fibers, and an inorganic fiber material containing carbon, ceramic, metal, glass Heat dissipation structure using. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속판은 알루미늄, 구리, 스테인리스 및 철 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.The metal plate is a heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material, characterized in that any one selected from aluminum, copper, stainless steel and iron. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속판의 노출면에 점착되는 점착제에 착탈가능하게 결합되는 이형지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카본소재가 함침된 프리프레그를 이용한 방열구조체.A heat dissipation structure using a prepreg impregnated with a carbon material, characterized in that it further comprises a release paper detachably coupled to the pressure-sensitive adhesive to the exposed surface of the metal plate.
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