KR20080037183A

KR20080037183A - 열전도성 점착제

Info

Publication number: KR20080037183A
Application number: KR1020060103909A
Authority: KR
Inventors: 윤경섭; 김병희
Original assignee: 실리콘밸리(주); 다미폴리켐 주식회사
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-04-30

Abstract

본 발명은 열전도성 점착제에 관한 것으로, 폴리디메틸실록산과 실리콘 레진으로 이루어진 실리콘 점착제에 열전도성 필라를 혼합 제조하여 열전도성 점착제를 제작함으로써 전자부품에 쉽게 점착되면서도 충분한 열전도성을 가진 특징이 있다.

본 발명은 크게 세 가지 물질이 혼합된 형태로 구성되는바, 말단이 수산기로 봉쇄된 평균중합도 6000인 폴리디메틸실록산 100g과 (CH₃)₃SiO₁ _/2 단위 0.8몰과 SiO₂ 단위 0.1몰 비율로 이루어진 폴리메틸실록산 110g을 톨루엔 140g에 용해하여 10% 수산화나트륨 수용액을 실록산 전체 양에 대하여 5ppm 넣고 6시간 동안 가열환류 시킨 후, 10% 농도의 인산/이소프로판올 용액을 실록산 전체 양에 대하여 10ppm 넣고 중화하여 고형분 농도 60%, 점도 110000cSt의 무색투명한 점착제를 얻은 다음, 이에 열전도성 필라를 투입하여 1시간 동안 교반함으로써 점착성과 열전도성이 뛰어난 대략적인 구성을 갖는다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 폴리디메틸실록산과 실리콘 레진을 이용하여 실리콘 점착제를 제조한 후, 이를 열전도성 필라를 혼합하여 열전도성 점착제 제작함으로써 견고한 점착력과 우수한 열전도성을 가진 열전도성 점착제를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의해 얻어진 열전도성 점착제를 방열체에 도포하여 이를 전자부품 발열체에 부착하여 사용할 경우, 장기간 사용시에도 열적 안정성이 우수하고, 점착제의 응집력이 저하되지 않으며, 방열체와 발열체 사이가 박리되지 않아 장기간 사용할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

열전도성 점착제, 실리콘 점착제, 방열체, 발열체, 접착제

Description

열전도성 점착제 { THE HEAT-CONDUCTIVE ADHESIVE }

본 발명은 열전도성 점착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 폴리디메틸실록산과 실리콘 레진으로 이루어진 실리콘 점착제에 열전도성 필라를 혼합 제조하여 열전도성 점착제를 제작함으로써 전자부품에 쉽게 점착되면서도 충분한 열전도성을 가진 열전도성 점착제에 관한 것이다.

근래에 들어 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel), 직접회로(Integrated Circuit) 칩 등에 의한 전자부품의 발열량의 증대와 더불어 온도상승에 의한 전자제품의 기능장애 대책의 필요성이 요구되고 있다.

이러한 전자부품의 발열량을 줄이기 위해서는 전자부품의 발열체에 히트싱크(Heat Sink)와 방열 금속판, 방열 핀 등의 방열체를 부착시켜 열을 확산시키는 방법을 사용하고 있다.

상기와 같은 방열체를 발열체에 부착시키기 위해서는 발열체의 표면에 방열 체를 부착하는 점착제가 반드시 필요한바, 이러한 점착제는 점착성과 열전도성이 우수할수록 우수한 점착제라 할 수 있다.

근래에 들어서 점착제의 중요성을 인식하고 이를 개발하기 위해 많은 연구와 노력을 하고 있는바, 대표적인 예를 몇 가지 살펴보면 다음과 같다.

우선, 일본특허공개공보 평06-88061호를 살펴보면, 알킬기 중에 1개 내지 12개의 탄소 원자를 가진 메타아크릴산 에스터 및 그것과 공중합 가능한 모노머를 함유하는 모노머 혼합물로부터 제조되는 폴리머 및 모노머 혼합물 100중량부에 대하여 20 내지 400중량부의 열전도성 필라를 함유하는 열전도성 점착제를 제조하는 방법이 제안되어 있으나 이는 장기간 열적 충격을 줄 경우 내구성이 현저히 저하되는 문제점이 있어서 장기간 사용이 불가능한 문제점을 내포하고 있었다.

한편, 일본특허공개공보 평11-269438호를 살펴보면, 탄소 수가 4개 내지 14개의 알킬기를 가진 메타아크릴산 알킬 에스터 모노머 50중량부 이상 및 공중합 가능한 극성 비닐 모노머 0.5 내지 10중량부를 필수성분으로 하는 모노머 혼합물로부터 제조되는 아크릴 공중합체 100중량부에 대하여 수화 금속화합물 50 내지 200중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 제조방법이 제안되어 있으나 이는 사용시 점착제의 응집력이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 일본특허공개공보 제2000-281997호를 살펴보면, 메타이크릴산 모노머 로부터 만들어진 공중합체 100중량부, 열전도성 필라와 질소함유 인화합물의 비율이 8:2~3:7 비율로 50~200중량부를 함유하는 열전도성 점착제가 제안되어 있으나, 이 또한 열전도성이 0.3W/m.K 이상이기는 하나 필라의 첨가에 따라 점착력이 저하되는 문제와 높은 열을 받을 경우 기재와의 층간 내열성이 저하되어 박리되는 문제점을 내포하고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 폴리디메틸실록산과 실리콘 레진을 이용하여 실리콘 점착제를 제조한 후, 이를 열전도성 필라를 혼합하여 열전도성 점착제 제작함으로써 견고한 점착력과 우수한 열전도성을 가진 열전도성 점착제를 얻을 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 의해 얻어진 열전도성 점착제를 방열체에 도포하여 이를 전자부품 발열체에 부착하여 사용할 경우, 장기간 사용시에도 열적 안정성이 우수하고, 점착제의 응집력이 저하되지 않으며, 방열체와 발열체 사이가 박리되지 않아 장기간 사용할 수 있도록 함을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명에 사용되는 폴리디메틸실록산과 실리콘 레진 및 열전도성 필라의 중량비를 살펴보면, 폴리디메틸실록산은 20 내지 45중량%이고, 실리콘 레진은 20 내지 30중량%이며, 열전도성 필라는 25 내지 55중량%로 이루어진다.

우선, 폴리디메틸실록산과 실리콘 레진의 혼합물인 실리콘 점착제의 상세한 구성을 살펴보면, 실리콘 점착제는 일반식 (R₁)_aSiO_(4-a)/2로 나타내어 지는 폴리디메틸실록산과 일반식 (R₂)₃SiO₁ _/2로 나타내어지는 실록산 단위와 SiO₂로 나타내는 실록산 단위로 이루어진 폴리실록산 공중합체 반응물로 이루어진다.

상기 일반식 (R₁)_aSiO_(4-a)/2로 나타내어지는 폴리디메틸실록산의 (R₁)은 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소로서, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등의 알킬기; 시클로헥실 등의 시클로알킬기; 비닐, 알릴 등의 알케닐기; 페닐 등의 아릴기 등으로부터 선택되는 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소이며, a는 1.8 내지 2.1 사이로 정해지는바, a가 1.8보다 작으면 겔화가 되기 쉽고, 2.1보다 크면 생고무상이 되기 쉬우므로 a의 범위는 상기와 같이 한정되도록 구성되어 중합도가 100 내지 10000의 범위가 되고, 이 분자의 말단기는 수산기, 비닐기 등으로 봉쇄되어 있는 구성을 갖는다.

한편, 상기 일반식 (R₂)는 상기 (R₁)과 마찬가지로 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소이며, SiO2가 많으면 점착성이 저하되는 경향이 있어서 (R₂)₃SiO₁ _/2 단위와 SiO₂단위의 몰비는 0.5:1 내지 1:1의 비율이 바람직하다.

상기 각각의 조성물로 구성된 실리콘 점착제는 알칼리 촉매 반응을 통해 얻을 수 있는바, 사용되는 알칼리 촉매는 수산화나트륨과 수산화칼륨 중 어느 하나를 선택하여 사용가능하며 사용량은 실록산 전체 양에 대하여 5 내지 10ppm 정도 사용하도록 하고, 반응용매는 탄화수소계, 톨루엔, 크실렌 중 어느 하나를 사용하여 용매의 끓는점 근처에서 용이하게 반응시키도록 하며, 인산으로 중화시키도록 구성된다.

위와 같은 방법으로 얻어진 실리콘 점착제에 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 질화알루미늄 및 보론나이트 중 어느 하나를 선택하여 혼합되는 열전도성 필라는, 그 입도가 1 내지 120㎛가 적당하며, 바람직하기로는 열전도성 향상을 위해 입도가 작은 것에서부터 큰 것까지 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘 점착제와 열전도성 필라의 교반은 유성믹서기(planetary mixer)를 사용하여 1시간 동안 교반함으로써 액체상태의 실리콘 점착제와 고체상태의 열전도성 필라가 균일하게 교반될 수 있도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시 예와 비교 예를 살펴보면 다음과 같다.

[실시 예 1]

말단이 수산기로 봉쇄된 평균 중합도 6000인 폴리디메틸실록산 100g과 (CH₃)₃SiO_1/2 단위 0.8몰과 SiO₂ 단위 1.0몰 비율로 이루어진 폴리메틸실록산 110g을 톨루엔 140g에 용해하여 10% 수산화나트륨 수용액을 실록산 전체 양에 대하여 5ppm 넣고 6시간 동안 가열환류 시킨 후 10% 농도의 인산/이소프로판올 용액을 실록산 전체 양에 대하여 10ppm 넣고 중화하여 고형분 농도 60%, 점도 110000cSt의 무색투명한 실리콘 점착제를 얻은 다음, 이를 유성믹서기에 넣고 필라의 입도가 50㎛인 알루미나를 100g 투입한 후 1시간 동안 교반함으로써 열전도성 점착제의 제조를 완 료한다.

[실시 예 2]

말단이 수산기로 봉쇄된 평균 중합도 6000인 폴리디메틸실록산 100g과 (CH₃)₃SiO_1/2 단위 0.8몰과 SiO₂ 단위 1.0몰 비율로 이루어진 폴리메틸실록산 110g을 톨루엔 140g에 용해하여 10% 수산화나트륨 수용액을 실록산 전체 양에 대하여 5ppm 넣고 6시간 동안 가열환류 시킨 후 10% 농도의 인산/이소프로판올 용액을 실록산 전체 양에 대하여 10ppm 넣고 중화하여 고형분 농도 60%, 점도 110000cSt의 무색투명한 실리콘 점착제를 얻은 다음, 이를 유성믹서기에 넣고 필라의 입도가 5㎛인 것과 필라의 입도가 50㎛인 것을 3:7의 비율로 계량한 알루미나를 100g 투입한 후 1시간 동안 교반함으로써 열전도성 점착제의 제조를 완료한다.

[실시 예 3]

말단이 수산기로 봉쇄되어 있고 R₂SiO(R₂는 페닐)로 나타내는 평균 중합도 6000인 폴리디메틸실록산 100g과 (CH₃)₃SiO₁ _/2 단위 0.8몰과 SiO₂ 단위 1.0몰 비율로 이루어진 폴리메틸실록산 200g을 톨루엔 260g에 용해하여 10% 수산화나트륨 수용액을 실록산 전체 양에 대하여 5ppm 넣고 6시간 동안 가열환류 시킨 후 10% 농도의 인산/이소프로판올 용액을 실록산 전체 양에 대하여 10ppm 넣고 중화하여 고형분 농도 60%, 점도 95000cSt의 무색투명한 실리콘 점착제를 얻은 다음, 이를 유성믹서 기에 넣고 필라의 입도가 50㎛인 알루미나를 100g 투입한 후 1시간 동안 교반함으로써 열전도성 점착제의 제조를 완료한다.

[실시 예 4]

말단이 수산기로 봉쇄되어 있고 R₂SiO(R₂는 페닐)로 나타내는 평균 중합도 6000인 폴리디메틸실록산 100g과 (CH₃)₃SiO₁ _/2 단위 0.8몰과 SiO₂ 단위 1.0몰 비율로 이루어진 폴리메틸실록산 200g을 톨루엔 260g에 용해하여 10% 수산화나트륨 수용액을 실록산 전체 양에 대하여 5ppm 넣고 6시간 동안 가열환류 시킨 후 10% 농도의 인산/이소프로판올 용액을 실록산 전체 양에 대하여 10ppm 넣고 중화하여 고형분 농도 60%, 점도 95000cSt의 무색투명한 실리콘 점착제를 얻은 다음, 이를 유성믹서기에 넣고 필라의 입도가 5㎛인 것과 필라의 입도가 50㎛인 것 3:7의 비율로 계량한 알루미나를 100g 투입한 후 1시간 동안 교반함으로써 열전도성 점착제의 제조를 완료한다.

[비교 예 1]

아크릴산에스테르 모노머로서 2-에틸헥실아크릴레이트 100g과 광개시제로서 Irgacure 651 0.04g을 유리용기에 넣고 질소가스로 치환한 후 저압 수은램프로 수분간 조사하여 점도가 1500cSt인 점성 약체를 얻은 후 조성물 100g에 대하여 극성 모노머인 아크릴산 30g, 가교제로서 1,6-헥산디올디아크릴레이트 0.08g, 광개시제 로서 Irgacure 651 0.1g을 넣고, 톨루엔 260g에 용해하여 10% 수산화나트륨 수용액을 전체에 5ppm 넣고 6시간 동안 가열환류 시킨 후 10% 농도의 인산/이소프로판올 용액을 전체 양에 대하여 10ppm 넣고 중화한 다음, 이를 유성믹서기에 넣고 필라의 입도가 50㎛인 수산화알루미늄과 필라의 입도가 80㎛인 알루미나를 3:7의 비율로 계량하여 100g 투입한 후 1시간 동안 교반함으로써 열전도성 점착제의 제조를 완료한다.

상기와 같은 실시 예와 비교 예를 통해 얻어진 각각의 열전도성 점착제의 점착력과 열전도성 및 열 안정성을 다음과 같은 시험방법을 통해 각각 실험하였다.

[점착력 시험]

열전도성 점착제를 1mm 두께의 그라파이트 시트에 50㎛ 두께로 도포하여 건조한 후 20분간 방치하여 JIS Z1541에 준하여 점착력을 측정하였다.

[열전도성 시험]

ASTM E-1530 방법에 의해 열전도도를 측정하였다.

[열 안정성 시험]

그라파이트 시트 위에 열전도성 점착제가 도포된 시편을 20mm × 20mm 크기로 잘라 260℃로 유지된 납조 위에 1분간 띄운 후 열전도성 점착제 층과 그라파이트 사이의 층간 들뜸 여부를 판단하였다.

상기와 같이 각각의 열전도성 점착제를 시험해 본 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

	실시 예 1	실시 예 2	실시 예 3	실시 예 4	비교 예 1
점착력 (N/cm)	5.3	5.2	4.9	4.9	4.4
열전도도 (W/m.K)	120	146	100	132	120
열 안정성 (박리 유무)	박리 안 됨	박리 안 됨	박리 안 됨	박리 안 됨	박리 됨

상기 표에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시 예 1 내지 실시 예 4는 점착력과 열전도도가 양호함은 물론, 열 안정성에 있어서도 박리되지 않는 결과를 얻은 반면, 기존의 방식에 따른 비교 예 1은 열전도도는 양호하나 점착력이 낮으며, 열 안정성에 있어서 박리 현상이 일어나는 문제점이 있었다.

Claims

열전도성 점착제에 있어서,

실리콘 점착제 45 내지 75중량%와 열전도성 필라 25 내지 55중량%로 구성된 무색투명한 점성을 가진 겔 형태인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제.
제 1항에 있어서,

실리콘 점착제는, 수산기 말단 폴리디메틸실록산 38 내지 70중량%와 실리콘 레진 30 내지 46중량%를 알칼리 촉매하에서 반응시킨 것으로 구성됨을 특징으로 하는 열전도성 점착제.
제 1 또는 2항에 있어서,

실리콘 점착제에 사용되는 폴리디메틸실록산는 알킬기와 시클로알킬기 및 아릴기 중 어느 하나를 선택하여 얻어진 1가 탄화수소를 포함하며, 중합도가 100 내지 10000의 범위로 구성되며,

실리콘 레진은 트리알킬실록시기와 실리카로 구성되되, 알킬기와 시클로알킬기 및 아릴기 중 어느 하나를 선택하여 얻어진 1가 탄화수소를 포함하도록 구성되며,

열전도성 필라는 알루미나를 필수 성분으로 구성됨을 특징으로 하는 열전도성 점착제.
제 1 내지 3항 중 어느 1항에 있어서,

열전도성 필라는 입도가 1 내지 120㎛로 구성된 산화알루미늄과 수산화알루미늄, 질화알루미늄 및 보론나이트 중 어느 하나를 선택하여 사용하되, 입도가 큰 것과 작은 것을 혼합하여 사용하도록 함을 특징으로 하는 열전도성 점착제.
제 1 내지 4항 중 어느 1항에 있어서,

폴리디메틸실록산과 실리콘 레진의 혼합시 사용되는 반응용매는 탄화수소계, 톨루엔, 크실렌 중 어느 하나를 선택하여 사용하며,

사용되는 알칼리 촉매는 수산화나트륨, 수산화칼슘 중 어느 하나를 선택하여 사용함을 특징으로 하는 열전도성 점착제.