KR20120125365A - 단열 방열 시트 및 장치내 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 회로 기판 등에 실장된 발열 부품을 갖는 전자 기기, 조전지, 발열성 기계 부품 등의 발열 부품에 있어서, 발열 부품으로부터 발생하는 열을 효율적으로 방열하는 것, 및 상기 발열 부품에 인접한 피보호 부품에 대한 열의 전달을 억제함으로써, 피보호 부품이 가열되는 것에 의한 성능의 저하 등을 방지하는 것을 양립시킨다. 이 때문에, 본 발명의 단열 방열 시트는, 이들 발열 부품과 그것에 인접하는 피보호 부품의 사이에 있어서, 이들 부품을 접속하기 위한 것이고, 점착제층 또는 열전도성 점착제층, 열전도성층, 점착제층 또는 단열성 점착제층, 단열성층, 점착제층 또는 단열성 점착제층의 순으로 적층하여 이루어진 것이며, 또한 본 발명의 장치내 구조는, 상기 단열 방열 시트의 열전도성층측의 점착제층을 발열 부품측에 접착하고, 단열성층측의 점착제층을 피보호 부품에 접착하여 이루어진 것이다.

Description

단열 방열 시트 및 장치내 구조 {HEAT INSULATION/HEAT DISSIPATION SHEET AND INTRA-DEVICE STRUCTURE}

본 발명은, 회로 기판 등에 실장된 발열 부품을 갖는 전자 기기, 2차 전지, 혹은 발열 부품을 구비한 전자 기기 이외의 일반 장치에 있어서, 발열 부품이나 2차 전지로부터 발생하는 열을 효율적으로 방열하고, 또한 발열 부품에 인접한 부품, 기기, 장치로의 열의 전달을 억제하는 단열 방열 시트, 및 단열 방열 시트를 이용한 장치 구조에 관한 것이다.

가전제품이나 휴대전화 등의 전자 기기에 있어서, 내부에서 발생하는 열의 방열 대책은, 제품의 신뢰성 향상을 위해 점점 더 중요해지고 있다. 그런데, 최근 기기의 소형화가 진행되어, 부품이 좁은 공간 내에 고밀도로 배치되고 있다. 이 때문에, 히트싱크 등의 방열 부재를 설치할 공간을 확보하는 것이 어려워져, CPU에서의 IC 소자 등의 발열 부품으로부터 발생하는 열을, 열전도성 부재를 통해 직접 케이스로 빠지게 하는 경우가 있다. 이 경우, 발열 부품의 열이 케이스 외부에 전달됨으로써, 케이스 외부가 국소적으로 고온화되거나, 장시간 인체에 접촉하거나 함으로써, 화상을 발생시키는 문제가 있다. 또한, 고밀도 실장에 따라, 열을 싫어하는 부품이나 다른 계통의 제어 IC 등이 발열 부품의 근방에 존재하여, 인접하는 발열 부품의 열을 받아, 오작동이나 수명 저하 등의 악영향을 받는 등의 문제가 있다.

전기 자동차 등의 장치에서 사용되는 니켈ㆍ수소 2차 전지, 리튬 이온 전지 등은 높은 에너지 밀도를 필요로 하고 있고, 또한 탑재 공간은 최소한으로 하는 것을 필요로 하고 있다. 이 때문에 고전압, 고용량의 전지의 경우, 복수의 단전지를 직렬 또는 병렬 접속하는 것이 행해지고, 수개로부터 수십 내지 수백개나 되는 단전지를 접속하는 조전지 장치가 이용되며, 이러한 조전지를 구성하는 단전지 셀은 내부 반응에 의해 발열하는 경우가 있다. 이렇게 하여 발생한 열로 인해, 인접하는 전지 사이에 있어서 서로 가열되므로 고온이 된다.

조전지의 성능이나 수명은 온도 환경에 크게 의존하기 때문에, 고온이 되면 열화가 현저해질 우려가 있었다.

또한, 전자 기기 이외에도 예컨대 마찰열을 발생하는 기계 장치 등, 가열 환경하에 둘 수 없는 기기를 인접하여 설치할 수 없는 장치에 관해서도 같은 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 예컨대 특허문헌 1에는, 발열 부품의 위에, 절취 구멍을 형성한 그래파이트 시트를 설치함으로써, 케이스의 국소적인 고온화를 피하는 방법이 제시되어 있다. 그러나 이 방법에 따르면, 열이 전달되는 부위가 케이스가 아니라 다른 전자부품인 경우, 국소적인 고온화에는 이르지 않더라도, 시스템 전체적으로 큰 열에너지가 유입되므로, 전자부품의 동작이나 수명에 악영향을 미칠 위험성이 있다.

또한 특허문헌 2에는, 발열 부품으로부터의 열에 의해 고온화된 케이스에 있어서, 외표면에 단열성층을 마련함으로써 화상이나 불쾌감의 저감을 꾀하는 것이 기재되어 있다. 그러나 이 방법에 따르면, 단열재에 의해 발열 부품으로부터 발생하는 열이 효율적으로 외기로 방열될 수 없기 때문에, 내부에 열이 갇혀, 결과적으로 다른 부위나 부품에 악영향을 미칠 가능성이 있다.

한편, 특허문헌 3에서는, 열전도성 시트와 단열 시트를 적층시킨 시트를, 발열 부품과 케이스 등의 사이에 설치함으로써, 발열 부품의 방열과 케이스에 대한 단열의 양립을 의도한 구성이 제시되어 있다. 그러나, 특허문헌 3에 기재된 내부 구조에 있어서는, 열전도 부재에 관해서는 유일하게 열전도성 충전재를 혼합한 실리콘 고무가 예시되어 있는 정도이며, 이 실리콘 고무는 방진ㆍ방음과 같은 진동 대책에도 유효하다는 것과, 또한 도면 및 그 설명에 따르면, 실리콘 고무층에 의해 형성되는 열전도 시트는, 발열 소자의 주위에 밀폐 공간을 형성하는 것처럼, 발열 소자의 주위에 있어서 프린트 기판과 접해 있고, 또한 열전도 시트는 발열 부품으로부터의 열을 축적한다는 취지가 기재되어 있으며, 그리고 방열에는 별도의 방열판이나 방열핀, 히트싱크, 히트파이프 등이 요구되고 있다.

이러한 기재에 따르면, 발열 소자는 프린트 기판과 열전도성 시트에 둘러싸이게 위치하는 것으로서, 발열 소자 자체 및 그 주위에는 열기가 정체하는 것은 분명하며, 이 때문에 굳이 방열판이나 방열핀 등을 별도로 필요로 하고 있다고 할 수 있다.

또한, 실리콘 고무층은 진동 대책에도 도움을 주도록 형성되는 것으로서, 그 때문에 예컨대 1 ㎜를 넘을 정도의 두꺼운 층으로 할 필요가 있음은 물론이다. 게다가 상기 실리콘 고무층 단부에 방열핀, 히트싱크 등의 부재를 부착하여 방열을 하는 것이 기재되어 있고, 이러한 기재를 보더라도 상기 실리콘 고무층은 단부에 이러한 부재를 부착하는 것이 가능하다고 할 수 있을 정도의 두께를 가질 필요가 있음을 전제로 하여 이루어진 것이다.

그리고, 특허문헌 3에 있어서는, 발열 부품의 열이 어느 정도 저하되고, 케이스로의 열전달을 어느 정도 억제할 수 있는지에 관해서는 기재되어 있지 않아, 그 효과는 불확실한 면이 많다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2009-094196호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2000-148306호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2000-106495호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 회로 기판 등에 실장된 발열 부품을 갖는 전자 기기, 복수의 2차 전지를 인접하여 설치하는 장치 혹은 일반 장치에 있어서, 발열 부품으로부터 발생하는 열을 효율적으로 방열하는 것과, 상기 발열 부품에 인접한 피보호 부품에 대한 열의 전달을 억제함으로써, 피보호 부품이 가열되는 것에 의한 성능의 저하 등을 방지하는 것을 양립시키기 위한 단열 방열 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 회로 기판 등에 실장된 발열 부품을 갖는 전자 기기에 있어서, 상기 과제를 해결하기 위해 필요한, 단열성을 나타내는 부재와 열전도성을 나타내는 부재를 적층시켜 이루어지고, 단열 기능과 방열 기능을 함께 발휘시키는 시트를 발명했다.

구체적으로는, 장치내의 발열 부품과 그것에 인접하는 피보호 부품의 사이에 있어서, 이들 부품을 접속하기 위한, 열전도성층, 점착제층 또는 단열성 점착제층, 단열성층의 순으로 적층하여 이루어진 단열 방열 시트이며, 또한, 장치내에 있어서, 상기 단열 방열 시트의 열전도성층측을 발열 부품을 향하게, 단열성층측을 피보호 부품을 향하게 접속하여 이루어진 장치내 구조이다.

또한, 이들 시트 및 장치내 구조에 있어서, 발열 부품의 설치 면적보다 단열 방열 시트의 면적이 커도 좋고, 혹은 단열 방열 시트가, 피보호 부품의 표면뿐만 아니라, 피보호 부품의 적어도 하나의 단부에도 연속하여 설치되어도 좋다.

본 발명에 의하면, 장치내의 발열 부품과 그것에 인접하는 피보호 부품의 사이에 있어서, 단열 방열 시트를 배치할 수 있기 때문에, 발열 부품으로부터의 열을 방열 및 단열시킴으로써, 열에 의해 영향을 받기 쉬운 피보호 부품이 과잉의 열을 받는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 전자 기기로서 안정적으로 기능하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 단열 방열 시트의 층구성의 개념도.
도 2는 열저항치 측정 장치의 개략도.
도 3은 실시예에서 사용한 발열 부위의 구조.
도 4는 실시예에서 사용한 단열 방열 시트의 시험 장치 개략도.
도 5는 실시예 10에서 사용한 피보호 부품, 발열 부품 및 시험편으로 이루어진 조합의 도면.
도 6은 실시예 10에서 사용한 시험편의 개략도.
도 7의 (A)?(D)는 실시예 10의 시뮬레이션에서 사용한 시험편, 피보호 부품, 발열 부품의 조합의 도면.

본 발명은, 상기와 같이, 발열 부품(발열을 목적으로 한 부품은 아니지만 통전하여 동작시키거나 혹은 작동시킴으로써 발열하는 부품을 포함)과 그것에 인접하는 피보호 부품의 사이에 있어서, 점착제층 또는 열전도성 점착제층, 열전도성층, 점착제층 또는 단열성 점착제층, 단열성층, 점착제층 또는 단열성 점착제층의 순으로 적층하여 이루어지고, 이들 부품과 접착시킬 때에 개재시키는 단열 방열 시트나, 발열 부품이나 피보호 부품에 접착시키지 않고서 밀착시킬 수 있는 등의 경우에는, 열전도성층, 점착제층 또는 단열성 점착제층, 및 단열성층의 순으로 적층하여 이루어진 단열 방열 시트이다.

이에 따라, 상기 발열 부품과 피보호 부품을 단순히 일체화시키는 것이 아니라, 상기 발열 부품으로부터 발생하는 열을, 필요에 따라 점착제층 혹은 열전도성 점착제층을 통해 열전도성층에 전달하여, 상기 열전도성층으로부터 방열시키고, 또한 그 위에 마련한 점착제층 혹은 단열성 점착제층을 개재하여 마련한 단열성층을 마련하며, 또한 그 위에 필요에 따라 점착제층 혹은 단열성 점착제층을 개재하여 피보호 부품과 접착 혹은 밀착시킴으로써, 피보호 부품에까지 전도하는 열을 가능한 한 삭감하고자 하는 것이다.

이와 같이, 단열 방열 시트에 의해 발열 부품과 피보호 부품을 일체화시키고, 발열 부품으로부터 발생한 열을 적극적으로 열전도성층으로 이동시켜, 이것을 열전도성층으로부터 방열시킴으로써 단열성층에까지 전달되는 열량을 삭감시킨다. 그렇게 하면, 상기 단열성층이 단열해야 할 열량도 삭감되기 때문에, 상기 단열성층에 걸리는 단열을 위한 부하가 삭감된다. 따라서, 상기 단열성층은 보다 효과적으로 발열 부품이 발생시키는 열을 단열시키는 것이 가능해진다.

그렇게 하면, 열전도성층과 단열성층의 존재에 의해, 단열 방열 시트 전체로서의 방열 및 단열 효과가 충분히 발휘되게 되고, 피보호 부품이 받는 열량을 삭감함으로써, 피보호 부품의 과도한 온도 상승을 방지하는 것이 가능해진다.

본 발명의 단열 방열 시트의 경우, 각 층의 크기 및 형상은, 발열 부품 및 피보호 부품의 크기 및 형상에 의존하며, 열전도성층과 발열 부품을 접착하기 위해서 점착제층을 마련하는 경우에는, 발열 부품에 대하여 접착 및 열전도성층을 향해 열을 전달하는 작용을 발휘시키기 위한 층이기 때문에, 보다 견고한 접착과, 보다 많은 열량을 열전도성층에 전달할 필요성에 따라, 발열 부품의 크기 및 형상과 동일하게 할 필요가 있다.

이 발열 부품과 열전도성층을 접착시키기 위한 점착제는 열전도성이 양호한 재료로 이루어진 필러 등을 함유시킴으로써, 점착제층 전체의 열전도율이 높아져, 보다 적극적으로 발열 부품으로부터의 열을 열전도성층을 향해 전달하는 것이 가능해진다.

열전도성층은 발열 부품으로부터의 열을 흡열하고 방열시키는 층이기 때문에, 필요에 따라 점착제층을 통해 발열 부품으로부터의 열을 충분히 흡열하고, 또한 방열시키는 것이 요구되므로, 상기 점착제층과 동일한 크기 및 형상이거나, 또는 그것보다 큰 형상을 갖는 것이 요구된다. 특히 열전도성층이 점착제층보다 큰 형상인 경우에는, 열전도성층의 일부가 점착제층에서 불거져 나오게 되어, 이 불거져 나온 부분이 특히 방열에 기여하게 된다. 물론, 열전도성층이 점착제층과 동일한 크기이며 동일한 형상인 경우에 있어서도, 열전도성층의 단부로부터 특히 방열시키는 것이 가능해진다.

이 점은 점착제층을 갖지 않는 경우에 있어서도 마찬가지이며, 발열 부품보다 열전도성층이 큰 경우에는, 튀어 나온 열전도성층의 일부가 특히 방열에 기여한다.

또한, 단열성층과 열전도성층을 접착시키기 위한 점착제층은, 열전도성층과 피보호 부품의 사이에 단열성층을 마련하기 위한 층이며, 열전도성층으로부터 단열성층을 향해 적극적으로 열을 전달할 필요성을 갖지 않은 층이지만, 단열성층과 열전도성층을 견고하게 접착시키기 위해서, 열전도성층 및 단열성층의 형상 또는 크기가 상이한 경우에는, 아무래도 작은 쪽과 동일한 크기 및 형상으로 형성되는 것이 필요하다.

단열성층은 발열 부품으로부터 발생한 열로서, 방열 부재에 의해서도 방열할 수 없었던 열을 피보호 부품에 가능한 한 전달되지 않도록 차단하기 위한 층이며, 종래의 단열 시트 일반에 관한 기술과 같이, 발포층, 공기층 등을 구비하는 것이면 된다.

단열성층은 피보호 부품과 동일한 크기 이상으로 형성되기 때문에, 열전도성층이 받은 열을 충분히 단열하는 것이 가능하다.

단열성층은, 가열되는 것에 의해 어떠한 악영향을 받는 부품, 즉 피보호 부품을 열로부터 보호하는 것을 목적으로 한 층이기 때문에, 열전도성층과 동일한 크기이거나 혹은 열전도성층 이상의 크기이고, 또한 피보호 부품과 동일한 크기 혹은 피보호 부품보다 크게 하는 것이 필요하고, 그 결과, 열전도성층이 받은 열을 충분히 단열함으로써, 다른 피보호 부품에 대하여 충분한 단열 작용을 발휘하는 것이 가능하다.

필요에 따라서 단열성층과 피보호 부품의 사이에 형성되는 점착제층은, 피보호 부품과 동일한 크기 및 형상이면 되고, 경우에 따라서는, 열전도성층과 단열성층의 사이에 형성되는 점착제층과 동일하게, 단열성층으로부터 피보호 부품에 대하여 열을 전달할 필요성을 갖지 않은 층이다. 따라서, 이 단열성층과 피보호 물품의 사이의 점착제층은, 열전도성층과 단열성층의 사이의 점착제층과 마찬가지로, 발포층이나 공기층 등을 구비하고 있어도 좋다.

물론, 이와 같은 점착제층을 갖지 않더라도 단열 방열 시트가 피보호 부품에 밀착, 혹은 접촉할 수 있는 것이라면 점착제층을 마련하는 것은 필수적인 것은 아니고, 나아가, 피보호 부품은 단열 방열 시트와 떨어져 있어도 좋다. 즉, 본 발명은, 발열 부품과 그것에 인접하는 피보호 부품의 사이에 있어서, 이들 부품을 접속하는 것이지만, 단열성층과 피보호 부품은 그 사이의 점착제층의 유무에 상관없이 떨어져 있는 것도 가능하다. 본 발명에 있어서 접속하는 것은 단열성층과 피보호 부품이 직접 또는 점착제층을 통해 접촉하지 않은 경우도 포함한다.

(발열 부품 및 피보호 부품)

발열 부품으로는, 전자 기기의 운전에 의해 통전되어 특별히 발열하는 성질을 갖는, 예컨대 CPU, IC, 트랜지스터, 코일, 콘덴서, 트랜스, 음극관 등의 전자부품, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지 등과 같이 전자 기기의 운전에 의해 발열하는 부품이어도 좋다. 나아가, 베어링 등의 슬라이딩에 의해 발열하는 기계부품 등의 작동에 의해 발열하는 부품이어도 좋다.

피보호 부품으로는, 전자 기기의 운전에 의해 통전하더라도 특별히 발열하는 것은 아니고, 게다가, 고온하에서는 안정된 성능을 발휘할 수 없을 가능성을 갖는 전자부품이며, 예컨대, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지, 액정이나 유기 EL 소자 등의 디스플레이부, LED, 다이오드, 촬상 소자 등, 혹은 온도 관리를 요하는 측정 장치 등을 들 수 있다.

이들 발열 부품 및 피보호 부품이 근접하여 배치되는 기기로서, 예컨대, 무선 전력 전송 모듈을 들 수 있다. 휴대기기나 퍼스널 컴퓨터 등의 소형 전자 기기에, 무선 전송 모듈을 설치할 때에는, 코일이나 제어 IC 등의 발열 부위와, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지의 피보호 부품이 좁은 공간내에 근접하여 설치되기 때문에, 열대책이 중요하다. 특히, 소형화를 위해 2차 전지팩과 무선 전송 모듈을 일체화시킨 기기에 관해서는, 특히 열대책이 중요하다.

또한, 니켈ㆍ수소 전지, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지를 병렬 또는 직렬로 접속하여 사용하는 조전지에 관해서는, 구성하는 전지 자체가 발열 부품이고, 또한 피보호 부품이기도 하다.

이 때문에 본 발명의 단열 방열 시트는, 이러한 용도 등에 있어서 사용된다.

(점착제층)

본 발명에서의 점착제층은, 하기의 열전도성 점착제나 하기의 단열성 점착제에 포함되지 않는 점착제층이며, 바꿔 말하면, 열전도성 향상이나 단열성 향상을 위해 첨가제나 충전제를 배합하거나, 혹은 기포를 함유하거나 점착제 도포부와 점착제 비도포부의 패턴이 형성되는 등의 단열을 위해 특정한 층의 구조를 채택하지 않는 것이다.

본 발명에 있어서 이용되는 점착제층에 사용하는 수지는, 특별히 한정되지 않지만, (메트)아크릴계, 천연고무계, 합성고무계, 실리콘계, 우레탄계 점착제 등을 이용할 수 있다. 이들 점착제는, 모두 동일한 것을 이용해도 좋고, 부위에 따라 구별해서 이용해도 좋다.

이 점착제층을 발열 부품과 열전도성층의 접착에 사용하는 경우에는, 점착제층의 두께는 0.5 ㎜ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 ㎜ 이하이며, 더 바람직하게는 0.050 ㎜ 이하이다.

또한 열전도성층과 단열성층의 접착, 및 단열성층과 피보호 부품의 접착에 사용하는 경우에는, 점착제층의 두께는 0.05 ㎜ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 ㎜ 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.0 ㎜ 이상이다.

본 발명에서 이용되는 점착제에 배합되는 첨가제 등은, 특별히 한정되지 않지만, 분산제, 노화방지제, 산화방지제, 가공조제, 안정제, 소포제, 난연제, 증점제, 안료 등과 같은 고무, 플라스틱 배합 약품으로서 일반적으로 이용되는 것을 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서 적절하게 첨가할 수 있다.

또한, 상기 수지 및 각 첨가제에 공통적으로, 발열 부품으로부터 발생하는 열에 의해 변질되지 않는다는 성질이 요구된다.

(열전도성 점착제층)

열전도성이나 방열을 의식한 부위에 사용되는 점착제에서는, 박층의 점착제를 사용하는 것이 바람직하다. 그 때의 점착제층의 두께로는 0.5 ㎜ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 ㎜ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.050 ㎜ 이하이다.

열전도성이나 방열을 의식한 부위에 사용되는 점착제에 있어서, 보다 열전도성이나 방열성을 높이고자 하는 경우나, 박층의 점착제로는 단차나 클리어런스를 충전할 수 없어, 점착제를 두껍게 하는 것이 필요한 경우에는, 열전도성 필러를 함유한 점착제를 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서 열전도성 필러 함유 점착제에 이용되는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 열전도성과 접착성을 양립시킬 수 있는 재료가 바람직하고, 예컨대, 에폭시계 수지, 열가소성 엘라스토머, 실리콘 고무, 아크릴 폴리머 등의 폴리머 성분에 열전도성 필러가 함유되어 있는 열전도성 유기 수지 조성물이 바람직하게 이용된다.

본 발명에 있어서 이용되는 열전도성 필러는, 특별히 한정되지 않지만 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화갈륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄화규소, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화아연, 산화주석, 산화구리, 산화니켈, 안티몬산 도핑 산화주석, 탄산칼슘, 티탄산바륨, 티탄산칼륨, 구리, 은, 금, 니켈, 알루미늄, 백금, 카본블랙, 카본튜브(카본나노튜브), 카본화이버, 다이아몬드 등의 입자를 이용할 수 있다. 이들 열전도성 필러는, 단독으로 이용해도 좋고 2종 이상을 병용해도 좋다.

본 발명에 있어서 이용하는 열전도성 필러의 형상은 특별히 한정되지 않고, 벌크형, 바늘형상, 판형상, 층형이어도 좋다. 벌크 형상에는, 예컨대 구형상, 직방체형상, 파쇄형 또는 이들의 이형(異形) 형상이 포함된다.

본 발명에 있어서 열전도성 필러의 사이즈는, 벌크형(구형)의 열전도성 필러의 경우에는, 1차 평균 입경으로서 0.1?1000 ㎛, 바람직하게는 1?100 ㎛, 더욱 바람직하게는 2?20 ㎛이다. 1차 평균 입경이 1000 ㎛를 넘으면, 열전도성 필러가 열전도 수지층의 두께를 넘어 두께 불균일의 원인이 된다는 문제가 있다.

열전도성 필러가 바늘형상 또는 판형상인 열전도성 필러의 경우에는, 최대 길이가 0.1?1000 ㎛, 바람직하게는 1?100 ㎛, 더욱 바람직하게는 2?20 ㎛이다. 최대 길이가 1000 ㎛를 넘으면 열전도성 필러끼리 응집하기 쉬워져, 취급이 어려워진다고 하는 문제가 있다.

또한 이들의 애스펙트비(바늘형 결정의 경우에는, 장축 길이/단축 길이, 또는 장축 길이/두께로 표현된다. 또한 판형 결정의 경우에는, 대각 길이/두께, 또는 긴변 길이/두께로 표현된다)가 1?10000, 바람직하게는 10?1000이다.

이러한 열전도성 필러는, 일반 시판품을 이용할 수 있고, 예컨대, 질화붕소로는 미즈시마합금철사 제조 「HP-40」, 모멘티브사 제조 「PT620」 등을, 수산화알루미늄으로는, 쇼와덴꼬사 제조 「하이디라이트 HS-32」 「하이디라이트 H-42」 등을, 산화알루미늄으로는, 쇼와덴꼬사 제조 「AS-50」 등을, 수산화마그네슘으로는, 교와화학공업사 제조 「KISUMA 5A」 등을, 안티몬산 도핑 산화주석으로는, 이시하라산업사 제조의 「SN-100S」, 「SN-100P」, 「SN-100D(수분산품)」 등을, 산화티탄으로는, 이시하라산업사 제조의 「TTO 시리즈」 등을, 산화아연으로는, 스미토모오사카시멘트사 제조의 「SnO-310」, 「SnO-350」, 「SnO-410」 등을 들 수 있다.

본 발명에 있어서 열전도성 필러의 사용량은, 폴리머 성분 100 중량부에 대하여, 10?1000 중량부, 바람직하게는 50?500 중량부, 더욱 바람직하게는 100?400 중량부이다. 열전도성 필러의 사용량이 1000 중량부를 넘으면 가요성이 낮아져, 점착력이 저하된다는 문제가 있고, 10 중량부 미만이면 충분한 열전도성을 부여할 수 없는 경우가 있다.

또한 본 발명의 열전도성 유기 수지 조성물에는 접착력, 내구력, 열전도성 필러 입자와 아크릴 폴리머 등의 폴리머 성분의 친화성을 보다 향상시킬 목적으로 실란커플링제를 이용할 수 있다. 실란커플링제로는, 공지의 것을 특별히 제한없이 적절하게 이용할 수 있다.

구체적으로는, 예컨대, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등의 에폭시기 함유 실란커플링제, 3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸부틸리덴)프로필아민 등의 아미노기 함유 실란커플링제, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란 등의 (메트)아크릴기 함유 실란커플링제, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등의 이소시아네이트기 함유 실란커플링제 등을 들 수 있다. 이러한 실란커플링제를 사용하는 것은, 내구성의 향상에 바람직하다.

상기 실란커플링제는, 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋지만, 전체적인 함유량은 상기 아크릴 폴리머 100 중량부에 대하여, 상기 실란커플링제 0.01?10 중량부 함유하는 것이 바람직하고, 0.02?5 중량부 함유하는 것이 보다 바람직하며, 0.05?2 중량부 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 실란커플링제를 상기 범위로 이용함으로써, 보다 확실하게 응집력이나 내구성이 향상된 것으로 할 수 있지만, 한편 0.01 중량부 미만이면, 열전도성 유기 수지 조성물에 함유되는 열전도성 필러 입자의 표면을 피복할 수 없어, 친화성이 향상되지 않는 경우가 있고, 한편 10 중량부를 넘으면, 열전도성을 저하시키는 경우가 있다.

(단열성 점착제층)

단열성을 의식한 부위에 사용되는 점착제에서는, 두꺼운 점착제를 사용하는 것이 바람직하다. 이 때의 점착제층의 두께로는 0.05 ㎜ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 ㎜ 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.0 ㎜ 이상이다. 단열성 점착제층은 1층의 점착제층으로 해도 좋지만, 수지 등의 기재 필름의 양면에 단열성 점착제층을 마련하여 이루어진 양면 점착 테이프로 이루어진 층이어도 좋다.

단열성을 의식한 부위에 사용되는 점착제에 있어서, 보다 단열성을 높이고자 하는 경우나, 두꺼운 점착제에서는 충분한 공간을 확보할 수 없어, 점착제를 얇게 하는 것이 필요한 경우에는, 공기나 가스를 함유한 점착제를 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서 이용되는 공기나 가스를 함유한 점착제는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 공기나 가스의 기포를 함유한 발포성 점착제, 공기나 가스를 내포한 마이크로캡슐을 함유한 점착제, 스프레이나 노즐로 랜덤하게 분무함으로써 메쉬형상으로 형성된 점착제, 줄무늬나 지그재그 격자, 바둑판 무늬 등으로 형성된 점착제 도포부와 점착제 비도포부의 패턴이 형성된 점착제층 등을 들 수 있다. 어느 점착제라도, 층내에 공기나 가스를 함유함으로써 및/또는 열전도성층에 대한 단열성 점착제층의 접촉 면적을 저감시킴으로써, 공기나 가스가 단열성을 향상시켜, 전면에 형성된 점착제보다 열전도성을 저하시키는 효과를 기대할 수 있다.

(열전도성층)

본 발명에 있어서 이용되는 열전도성층은, 특별히 한정되지 않지만, 구리나 알루미늄과 같은 금속 시트, 그래파이트 시트, 열전도성 필러를 함유한 고무 시트나 수지 시트를 들 수 있다. 그 중에서도, 보다 바람직하게는 열전도율이 높은 기재인 금속 시트나 그래파이트 시트이다.

(단열성층)

본 발명에 있어서 이용되는 단열성층은, 특별히 한정되지 않지만, 우레탄폼, 폴리에틸렌폼, 실리콘폼, 폴리스티렌폼, 페놀폼 등의 발포 시트, 글라스울 시트, 록울 시트, 세라믹섬유 시트, 유리섬유 시트, 펠트 시트, 부직포 시트, 글라스비드 등의 공기를 내포한 마이크로캡슐을 함유한 수지 시트 등을 이용할 수 있다. 그 중에서도 열전도율이 낮은 재료인 폴리에틸렌폼 등의 발포 시트가 바람직하다.

(단열 방열 시트의 층구성)

본 발명의 단열 방열 시트 및 장치내 구조는 상기 각 재료를 적층시킴으로써 구성되는 것이다.

본 발명의 단열 방열 시트를 발열 부품과 피보호 부품에 사용한 경우에는, 하기의 장치내 구조를 구성하게 된다.

도 1에 있어서 점착제(19)를 사용하지 않는 경우이며, 발열 부품(18) 상에, 열전도성층(21)으로 이루어진 층을 접촉시키고, 열전도성층(21)에 점착제(19) 또는 단열성 점착제로 이루어진 층을 개재하여 단열성층(20)으로 이루어진 층을 마련하며, 이 단열성층(20)을 피보호 부품(17)에 접촉 또는 비접촉을 막론하고 향하게 하여 이루어진 구성이며, 그 중에서, 발열 부품(18)과 피보호 부품(17)을 제외하고 이루어진 층구성이 본 발명의 단열 방열 시트이다.

본 발명의 단열 방열 시트를 발열 부품과 피보호 부품에 접착시킨 경우에는, 하기의 장치내 구조를 구성하게 된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 발열 부품(18) 상에 점착제(19) 또는 열전도성 점착제로 이루어진 층을 개재하여 열전도성층(21)으로 이루어진 층을 마련하고, 또한 그 위에 점착제(19) 또는 단열성 점착제로 이루어진 층을 개재하여 단열성층(20)으로 이루어진 층을 마련하며, 또한 그 위에 점착제(19) 또는 단열성 점착제로 이루어진 층을 개재하여 피보호 부품(17)을 접착시켜 이루어진 구성을 포함하는 장치내 구조이다.

이러한 구성에 있어서는 열전도성층 및 단열성층은 각각 1층으로 이루어지지만, 열전도성층으로 이루어진 층으로서, 2장 이상의 열전도성층을 열전도성 점착제층에 의해 적층시켜 이루어진 층을 채택하는 것도 가능하고, 단열성층으로 이루어진 층으로서, 2장 이상의 단열성층을 점착제층 및/또는 단열성 점착제층에 의해 적층시켜 이루어진 층을 채택하는 것, 혹은, 단열성층과 1층 또는 2층의 단열성 점착제층을 동일한 재료로 구성시키는 것도 가능하다.

(단열 방열 시트의 제조방법)

본 발명의 단열 방열 시트를 제조하는 방법은, 통상의 적층체의 제조방법 일반의 방법을 채택할 수 있다.

예컨대 점착제층 또는 열전도성 점착제층, 및 점착제층 또는 단열성 점착제층을 마련하는 경우에는, 박리 시트의 박리성면 상에 점착제층 또는 열전도성 점착제층을 형성하고, 이 위에 열전도성층을 접합해 놓는다. 이와는 별도로, 단열성층의 양면에 점착제층 또는 단열성 점착제층을 형성하여 이루어지고, 한쪽 점착제층 또는 단열성 점착제층 상에는 박리 시트를 적층하여 이루어진 시트를 준비한다.

상기 열전도성층 표면에, 별도로 준비한 시트에 있어서 박리 시트를 적층시키지 않은 측의 점착제층 또는 단열성 점착제층을 접합하여 가압함으로써, 본 발명의 단열 방열 시트를 제조할 수 있다.

물론, 본 발명의 단열 방열 시트의 각 층의 적층 방법에 관해서는 이 예에 한정되지 않는다.

실시예

(열저항치의 측정)

열특성 평가 장치[에스펙(주) 제조, TCS-200]를 이용하여, 열유량법에 의해 단열성층의 열저항치를 측정했다. 도 2에 간이도를 나타낸다. 시험편(1)을 20 ㎜×20 ㎜의 크기로 절단하고, 상부 조인트 블록(4)과 하부 조인트 블록(5)에 의해, 상부 로드(2)와 하부 로드(3)의 사이에 기포가 물려 들어가지 않도록 끼워 넣었다. 5개의 온도 센서(6)를 상부 로드(2)와 하부 로드(3)에 각 2개씩 매립하고, 히터(7)에도 1개의 온도 센서(6)를 매립한 후, 히터(7) 상부로부터 100 N의 하중을 가하여 시험편을 고정했다. 단위면적당의 압착 하중은 25 N/㎠였다. 그 후, 히터(7)를 80℃로 가열하고, 5초 간격으로 각 스팟의 온도를 측정했다. 열유량이 안정된 상태를 정상상태라고 판단하고, 그 때의 100초간의 측정치의 평균을 산출하여, 열저항치((㎠ㆍK)/W)로 했다.

(방열 및 단열성 평가)

도 3 및 도 4에 나타내는 장치를 이용하여, 방열성 및 단열성을 평가했다.

우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 단열 보드(8)[세로 30 ㎜×가로 30 ㎜×두께 10 ㎜, (주)미스미 제조, HIPAL-30-30-10]의 위에, 열전도성 접착제(신에쓰실리콘 제조, KE-3493)를 이용하여 면형 세라믹 히터(9)[세로 20 ㎜×가로 15 ㎜×두께 1.27 ㎜, (주)미스미 제조, MMCPH-20-15]를 설치했다. 세라믹 히터(9)는, 단자 부분 5 ㎜를 비가열부로 하여, 단열 보드(8)의 외측으로 나온 상태로 접착했다(접착면은 15 ㎜×15 ㎜). 다음에 알루미늄판(10)(세로 15 ㎜×가로 25 ㎜×두께 1 ㎜)의 평면 중심 부분에서, 두께 0.07 ㎜의 시트형 열전대(11)(치노 제조, 시트커플 C060-K)를 폴리이미드 테이프(12)(기재 두께 25 ㎛, 점착제 두께 10 ㎛)로 협지하여 고정했다.

이 알루미늄판(10)과 면형 세라믹 히터(9)를, 도 4에 도시한 바와 같이, 알루미늄판에서 볼 때 시트형 열전대(11)가 고정된 면이 세라믹 히터(9)측이 되도록, 오일컴파운드(신에쓰실리콘 제조, G-746)를 이용하여 고정했다. 그 후, 하기 실시예에서 나타내는 시험편(13)을, 전술한 알루미늄판(10)(두께 1 ㎜)(열전대가 고정되어 있지 않은 면)과 아크릴판(14)[두께 2 ㎜, 미쓰비시레이온(주) 제조, 아크릴라이트]으로 협지하여 설치했다. 이때, 시험편(13)과 아크릴판(14)의 사이에 시트형 열전대(15)를 설치하여, 시험편 온도를 측정할 수 있도록 했다. 그 후, 아크릴판(14)의 위에 단열 보드(8)와 추(16)를 설치하여, 시험편(13)에 하중을 가했다[단열 보드(8)와 추(16)의 합계 중량은 190.78 g]. 25℃의 분위기 온도하에서, 세라믹 히터(9)에 전류 0.14 A, 전압 7.0 V를 인가하여 가열하고, 정상상태로 된 후(30분후), 알루미늄판(10)의 온도와, 시험편(13)의 표면 온도를 각각의 열전대(11 및 15)로 계측하여 기록했다.

이 평가방법에 있어서, 알루미늄판(10)은 본 발명 중의 발열 부품에 해당하고, 아크릴판(14)은 본 발명 중의 피보호 부품에 해당한다. 하기의 실시예 및 비교예의 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 1)

단열성층으로서 두께 1.0 ㎜, 열저항치 20.26 ㎠ㆍK/W의 폴리에틸렌 발포체 시트[세키스이화학공업(주) 제조, 소프트론S #1001]를 이용하고, 그 양면에 두께 0.10 ㎜의 합성 고무계 점착제층을 형성했다. 단열성층에 형성한 한쪽의 점착제면에, 열전도성층으로서 두께 0.040 ㎜, 열저항치 1.13 ㎠ㆍK/W의 알루미늄박[스미케이알루미늄호일(주) 제조, 베스파]을 접합했다. 그 후, 방열 및 단열성 평가를 실시하기 위해, 단열성층에 형성한 다른 한쪽의 점착제면을, 세로 30 ㎜×가로 30 ㎜의 사이즈의 아크릴판에 접합했다. 이때, 샘플과 아크릴판의 사이에 시트형 열전대를 설치하여, 시험편 온도를 측정할 수 있도록 했다. 그 후, 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판(세로 15 ㎜×가로 25 ㎜)과 알루미늄박면을, 두께 0.05 ㎜, 열저항치 3.99 ㎠ㆍK/W의 아크릴계 점착제(세로 15 ㎜×가로 25 ㎜)로 고정하고, 전술한 방법으로 방열 및 단열성을 평가했다.

(실시예 2)

실시예 1에 있어서, 열전도성층을 두께 0.025 ㎜, 열저항치 0.35 ㎠ㆍK/W의 그래파이트 시트[파나소닉전공(주) 제조, EYGS182303]로 변경한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 평가했다.

(실시예 3)

실시예 1에 있어서, 열전도성층으로서 두께 0.035 ㎜, 열저항치 1.46 ㎠ㆍK/W의 동박으로 변경한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 평가했다.

(실시예 4)

냉각관, 질소 도입관, 온도계 및 교반기를 구비한 반응 용기를 이용하고, 아크릴산부틸 70 중량부, 2-에틸헥실아크릴레이트 30 중량부, 아크릴산 3 중량부, 4-히드록시부틸아크릴레이트 0.05 중량부, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(개시제) 0.1 중량부, 톨루엔(용매) 155 중량부를 첨가하며, 계내를 충분히 질소가스로 치환한 후, 80℃에서 3시간 가열하여 고형분이 40.0 중량%인 아크릴 폴리머 용액을 얻었다.

상기 아크릴 폴리머 용액 100 중량부(고형분)에, 점착 부여 수지로서 로진계 수지인 아라카와화학사 제조, 상품명 「펜셀 D-125」 30 중량부, 열전도성 수산화알루미늄 분말인 쇼와덴꼬사 제조, 상품명 「하이디라이트 HS-32」(형상: 파쇄형, 입경: 8 ㎛) 100 중량부, 분산제로서 다이이치공업제약사 제조, 상품명 「플라이서프 A212E」 1 중량부와, 가교제로서 다관능 이소시아네이트 화합물인 니뽄폴리우레탄공업사 제조, 상품명 「콜로네이트 L」 2 중량부를 배합하고, 디스퍼로 15분간 교반하여, 열전도성 유기 수지 조성물을 조절했다.

얻어진 열전도성 유기 수지 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트의 한면을 실리콘 박리제로 처리한 박리 필름의 박리 처리면에 건조후의 두께가 0.050 ㎜가 되도록 도포하고, 70℃에서 15분간 건조하여, 열전도성 점착제층으로 했다. 이 열전도성 점착제층의 열저항치는 3.99 ㎠ㆍK/W였다.

실시예 1에 있어서, 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판(세로 15 ㎜×가로 25 ㎜)과 알루미늄박면의 접합에, 이 열전도성 점착제층을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 평가했다.

(실시예 5)

실시예 1에서 사용한 아크릴계 점착제(점착제층), 폴리에틸렌 발포체 시트(단열성층), 알루미늄박(열전도성층)을, 점착제층, 단열성층, 점착제층, 단열성층, 점착제층, 열전도성층의 순으로 접합하여 적층시켰다. 그 후, 제1 점착제면을 세로 30 ㎜×가로 30 ㎜의 사이즈의 아크릴판에 접합했다. 이때, 샘플과 아크릴판의 사이에 시트형 열전대를 설치하여, 시험편 온도를 측정할 수 있도록 했다. 그 후, 실시예 1과 마찬가지로, 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판과 알루미늄박면을 아크릴계 점착제로 고정하고, 전술한 방법으로 방열 및 단열성을 평가했다.

(실시예 6)

실시예 1과 마찬가지로, 단열성층으로서 두께 1.0 ㎜, 열저항치 20.26 ㎠ㆍK/W의 폴리에틸렌 발포체 시트[세키스이화학공업(주) 제조, 소프트론S #1001]를 이용하고, 그 양면에 두께 0.10 ㎜의 합성 고무계 점착제층을 형성했다. 단열성층에 형성한 한쪽의 점착제면에, 열전도성층으로서, 두께 0.025 ㎜, 열저항치 0.35 ㎠ㆍK/W의 그래파이트 시트[파나소닉전공(주) 제조, EYGS182303]를 접합했다. 이 그래파이트 시트에, 실시예 4에 기재한 두께 0.050 ㎜의 열전도성 점착제를 이용하여, 두께 0.070 ㎜의 그래파이트 시트[파나소닉전공(주) 제조, EYG182307]를 접합했다. 그 후, 실시예 1과 마찬가지로, 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판과 알루미늄 호일을 아크릴계 점착제로 고정하고, 전술한 방법으로 방열 및 단열성을 평가했다.

(실시예 7)

두께 0.025 ㎜의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 상에, SIS(스티렌ㆍ이소프렌계 열가소성 엘라스토머)계 점착제를, 0.030 ㎜의 두께가 되도록 핫멜트 방식으로 도공(塗工)했다. 그 후, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 반대면에, 두께 0.030 ㎜의 SIS계 점착제를, 도공폭 2 ㎜, 무도공폭 2 ㎜의 패턴 간격으로 줄무늬로 형성시킴으로써, 한쪽 면에 전면을 도포한 층, 한쪽 면에 줄무늬로 도포한 층을 갖는 양면 점착 테이프를 작성했다.

실시예 1에 있어서, 폴리에틸렌 발포체 시트의 양면에, 합성 고무계 점착제층 대신에 상기 양면 점착 테이프를 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 평가했다.

이때, 아크릴판과 폴리에틸렌 발포체 시트의 사이에는, 줄무늬로 도포한 면이 폴리에틸렌 발포 시트측이 되도록 상기 양면 테이프를 배치하고, 폴리에틸렌 시트와 알루미늄박의 사이에는, 줄무늬로 도포한 면이 알루미늄박측이 되도록 상기 양면 테이프를 배치했다.

(실시예 8)

폴리에틸렌테레프탈레이트의 한면을 실리콘 박리제로 처리한 박리 필름의 박리 처리면에, 예컨대 일본 특허 공개 평성09-048460에 기재되어 있는 방법 등으로, 1 ㎡당 4 g의 도포량으로 SIS(스티렌ㆍ이소프렌계 열가소성 엘라스토머)계 점착제를 스프레이 도포하고, 공기층을 함유하며 통기성을 갖는 점착제층을 형성했다.

실시예 1에 있어서, 폴리에틸렌 발포체 시트의 양면에, 합성 고무계 점착제층 대신에, 상기 공기층을 함유하며 통기성을 갖는 점착제층을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 평가했다.

(실시예 9)

실시예 7에 있어서, 열전도성층으로서, 알루미늄박 대신에, 두께 0.025 ㎜, 열저항치 0.35 ㎠ㆍK/W의 그래파이트 시트[파나소닉전공(주) 제조, EYGS182303]를 사용하여 시험편을 제작했다. 이때, 시험편이 접착되는 아크릴판, 시험편 자체의 사이즈를, 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판과 동일하게, 세로 15 ㎜×가로 25 ㎜의 사이즈로 하여, 방열성 및 단열성을 평가했다.

(비교예 1)

열전도성층으로서 두께 0.040 ㎜, 열저항치 1.13 ㎠ㆍK/W의 알루미늄박[스미케이알루미늄호일(주) 제조, 베스파]에, 두께 0.05 ㎜, 열저항치 3.99 ㎠ㆍK/W의 아크릴계 점착제를 접합한 후, 세로 30 ㎜×가로 30 ㎜의 아크릴판에 접합했다. 이 때, 샘플과 아크릴판의 사이에 시트형 열전대를 설치하여, 시험편 온도를 측정할 수 있도록 했다. 그 후, 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판(세로 15 ㎜×가로 25 ㎜)과 알루미늄박면을, 두께 0.05 ㎜, 열저항치 3.99 ㎠ㆍK/W의 아크릴계 점착제(세로 15 ㎜×가로 25 ㎜)로 고정하고, 전술한 방법으로 방열 및 단열성을 평가했다.

(비교예 2)

비교예 1에 있어서, 열전도 기재 대신에, 단열성층으로서 두께 1.0 ㎜, 열저항치 20.26 ㎠ㆍK/W의 폴리에틸렌 발포체 시트[세키스이화학공업(주) 제조, 소프트론S #1001]를 이용한 것 외에는, 비교예 1과 동일하게 하여 평가했다.

(비교예 3)

두께 0.05 ㎜, 열저항치 3.99 ㎠ㆍK/W의 아크릴계 점착제(세로 15 ㎜×가로 25 ㎜)를 이용하여, 아크릴판과 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판을 고정하고, 방열성 및 단열성을 평가했다. 이때, 시험편이 접착되는 아크릴판, 시험편 자체의 사이즈를, 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판과 동일하게, 세로 15 ㎜×가로 25 ㎜의 사이즈로 하여 평가했다.

(비교예 4)

비교예 2에 있어서, 시험편이 접착되는 아크릴판, 시험편 자체의 사이즈를, 세라믹 히터를 구비한 발열 알루미늄판과 동일하게, 세로 15 ㎜×가로 25 ㎜의 사이즈로 한 것 외에는, 비교예 2와 동일하게 하여 평가했다.

(비교예 5)

비교예 5는, 특허문헌 3에 기재된 발명을 추시한 예이며, 발열 부품 상에 열전도성 실리콘 시트를 마련하고, 그 위에 단열성층을 더 마련하여 이루어지고, 상기 열전도성 실리콘 시트의 가장자리는 발열 부품의 주위에서, 발열 부품을 지지하는 기판면에 접해 있는 구조이다. 층의 구성과 알루미늄판을 15 ㎜×15 ㎜로 하고, 열전도성 실리콘 시트가 알루미늄판 주변의 부재와 접촉하도록 한 것 외에는, 실시예 및 다른 비교예와 동일한 조건으로 평가했다.

	알루미늄판(발열 부품으로서의) 온도(℃)	피착체(피보호 부품으로서의) 온도(℃)
실시예1	62.2	53.5
실시예2	61.6	52.3
실시예3	62.0	52.1
실시예4	62.4	52.6
실시예5	63.2	47.4
실시예6	60.9	50.9
실시예7	62.3	50.8
실시예8	62.7	52.4
실시예9	75.0	58.5
비교예1	62.1	57.1
비교예2	77.4	60.2
비교예3	71.7	69.3
비교예4	75.6	60.0
비교예5	71.4	57.6

실시예 1?3은 열전도성층의 재질 및 두께가 상이한 것 외에는 공통되는 예이며, 이들 예에 의하면, 열전도성층으로서 그래파이트 시트를 이용한 경우가 알루미늄판의 온도가 가장 낮아, 보다 효과적으로 방열이 이루어진 것으로 이해할 수 있다.

실시예 4는, 실시예 1에 있어서 열전도성층과 알루미늄판을 접착시키는 점착제층을, 열전도성 점착제층으로 변경한 것이며, 이 예에 있어서는 실시예 1의 결과에 비해 알루미늄판의 온도는 그다지 변함없지만, 피착체 온도는 분명히 저하되었다. 이것은, 알루미늄판으로부터 열전도성 점착제층 및 열전도성층인 알루미늄박에 전달된 열량 중, 단열성층에 전달되는 열량이 보다 더 적어, 열전도성 점착제층 및 알루미늄박으로부터 효율적으로 방열되었다고 할 수 있다.

실시예 5는, 실시예 1에서의 단열성층에 관해 폴리에틸렌 발포 시트를 1층 더 증가시켜 이루어진 예이며, 그 결과, 실시예 1에 비해 알루미늄판의 온도는 약간 높아지지만, 피착체 온도가 크게 저하되어 있는 것이 분명하다. 이것은, 2층의 폴리에틸렌 발포 시트에 의한 강화된 단열 효과 때문에, 알루미늄판으로부터 열전도성층에 전달된 열이 단열성층에 의해 차폐되어, 피착체에까지 조금밖에 전달되지 않은 것이 반영되어 있다.

실시예 6은, 실시예 2에 있어서 그래파이트 시트 1층으로 이루어진 열전도성층을, 열전도성 점착제층을 개재하여 그래파이트 시트를 2장 적층시켜 이루어진 것으로 변경하여 된 예이다. 그 결과, 알루미늄판 온도와 피착체 온도가 모두 더 저하되었고, 그래파이트 시트의 층수가 증가하며, 열전도성 점착제층도 더해짐으로써, 2장의 그래파이트 시트와 열전도성 점착제층으로 이루어진 열전도성층이, 발열물인 알루미늄판으로부터의 열량을 보다 많이 흡열하고, 또한 흡열한 열량을 효과적으로 방열했다고 이해할 수 있다.

실시예 7은, 실시예 1에서의 폴리에틸렌 발포 시트의 양면에 형성된 합성 고무 점착제층을, PET 필름의 한쪽 면에 SIS계 점착제층을 마련하고, 다른쪽 면에 SIS계 점착제를 줄무늬로 도포하여 이루어진 줄무늬 도포 점착 테이프로 대체한 것이며, 그 결과 피착체의 온도는 실시예 1의 결과보다 크게 저하되었다. 이것은, 줄무늬 도포 점착 테이프의 특히 줄무늬로 도포된 면이 공간을 형성하여, 열의 전도를 억제하는 효과를 가짐으로써, 알루미늄박에까지 전달된 열이 2장의 줄무늬 도포 점착 테이프와 폴리에틸렌 발포 시트에 의해 단열된 것을 나타내고 있다.

실시예 8은, 실시예 1의 합성 고무 점착제층을 메쉬 도공된 SIS계 점착제로 한 예이다. 이 결과에 의하면, 피착체의 온도는 실시예 1에 의한 온도보다 저하되었고, 이것도 알루미늄박에까지 전도된 열이, 메쉬 도공되어 내부에 기포가 함유된 2층의 점착제층의 존재에 의해, 피착체에까지 전달되는 것이 방지된 것에 따른 것이 분명하다.

실시예 9는, 실시예 7에서의 알루미늄박을 두께 0.025 ㎜의 그래파이트 시트로 하고, 발열 알루미늄판(세로 15 ㎜×가로 25 ㎜)과 시험편을 동일한 크기로 한 예이다.

이 결과에 의하면, 발열 알루미늄판(알루미늄판)보다 그래파이트 시트가 크게 되지 않아, 그래파이트 시트가 모두 발열 알루미늄판과 PET 필름 사이에 끼워지는 구조가 된다. 즉, 열전도성층인 그래파이트 시트의 아주 작은 단부면 이외의 넓은 면이 외기에 닿지 않은 상태이다.

이 결과에 따르면, 열전도 기재인 알루미늄박의 면이 외기에 닿은 실시예 7의 시험편보다, 발열 알루미늄판의 온도 및 피착체의 온도가 높아져, 시험편에 발열 알루미늄판으로부터의 열이 정체되는 것을 보여주고 있다.

그렇기는 해도, 발열 알루미늄판과 시험편이 동일한 크기인 점에서 공통되는 비교예 4와 비교하면, 보호되어야 하는 피착체의 온도가 비교예의 60.0℃보다 낮은 58.5℃에 그치고 있어, 피착체를 보다 보호할 수 있다고 하는 효과를 나타낼 수 있다.

이들 실시예에 비해, 비교예 1은 발열 부품, 알루미늄박 및 피착체인 아크릴판을 아크릴계 점착제에 의해 적층한 것에 그치는 예이며, 그 결과, 발열 부품이 발생시키는 열은 알루미늄박을 통하여 피착체에까지 전달되어 버리기 때문에, 발열 부품의 온도는 저하되지만 피착체의 온도는 상승해버려, 단열 효과를 볼 수 없다.

또한, 비교예 2는 발열 부품, 폴리에틸렌 발포 시트 및 피착체인 아크릴판을 아크릴계 점착제에 의해 적층한 예이며, 발열 부품이 발생시키는 열은 폴리에틸렌 발포 시트에 의해 단열되기 때문에, 발열 부품 자체의 온도가 매우 높아지는 동시에, 폴리에틸렌 발포 시트로는 높아진 발열 부품의 온도를 단열하기에 불충분한 것이었는지 피착체의 온도도 상승했다.

비교예 3은, 발열 부품과 아크릴판을 아크릴계 점착제에 의해 접착하고, 이들 층의 크기가 동일한 예이며, 이 경우에는, 발열 부품이 발생시키는 열이 아크릴계 점착제층만을 통해 아크릴판에 전달되기 때문에, 발열 부품 및 피착체의 온도는 모두 상승한다.

비교예 4는, 비교예 2의 각 층의 크기를 동일한 것으로 한 예이며, 폴리에틸렌 발포 시트의 크기가 비교예 2보다 작기 때문에, 발열 부품이 발생시키는 열이 갇혀 있지 않으므로, 발열 부품의 온도는 비교예 2에 의한 온도보다 약간 저하되지만, 발열 부품 및 피착체 모두 고온이 되었다.

비교예 5는, 오로지 상기 열전도성 실리콘 시트의 가장자리는 발열 부품의 주위에서, 발열 부품을 지지하는 기판면에 접해 있는 구조의 예이며, 열전도성 실리콘 시트는 발열 소자보다 더 큼에도 불구하고, 발열 부품 및 피착체의 온도가 모두 고온이 되었다.

이것은, 열전도성 실리콘 시트의 가장자리가 발열 부품의 주위에서, 발열 부품을 지지하는 기판면에 접해 있기 때문에, 발열 부품 및 그 주위에서 열이 갇혀 있고, 그것을 열전도성 실리콘 시트에 의해서도 방열할 수 없었기 때문에, 피착체의 온도도 상승했다고 고려된다.

실시예 10은, 본 발명에 의한 단열 방열 효과에 관해, 시뮬레이션에 의한 실험을 한 예이다.

이 실험을 함에 있어서, 세로 37 ㎜, 가로 35 ㎜, 두께 5 ㎜이고 열전도율이 0.67 W/mk인 피보호 부품(17)과, 세로 20 ㎜, 가로 15 ㎜, 두께 1 ㎜이고 열전도율이 137 W/mk, 발열량이 1.345 MW/㎥인 발열 부품(18)을 이용하며, 이들을 시험편(1)과 적층하고, 외기온을 25℃로 한 것을 조건으로 하여, 도 5에 나타내는 구조의 조합으로 했다.

또한 사용하는 시험편(1)의 형상 및 사용 부위를 바꿔 시뮬레이션을 행했다. 범용 유한요소 해석 소프트웨어 「MSC Marc」를 사용하여 시뮬레이션(전열 해석)을 실시했다.

또한, 상기 발열 부품(18)의 발열량인 1.345 MW/㎥은, 하기 형상 1에 있어서, 피보호 부품(17) 및 시험편(1)의 열전도율이 0.2 W/mk인 경우에, 발열 부품(18)의 중심 온도가 약 70℃가 되는 발열량이다.

사용하는 시험편(1)은 도 6에 나타내는 구조를 갖는 본 발명의 단열 방열 시트인 점에서 공통되며, 이 시험편(1)의 피보호 부품(17)과 발열 부품(18)에 대한 상대적인 크기를 바꿔, 형상 1?4에 나타내는 피보호 부품(17), 발열 부품(18) 및 시험편(1)의 조합으로 이루어진 해석 모델을 작성했다. 도 6에 나타내는 시험편은, 위로부터 순서대로 점착제층(19), 단열성층(20), 점착제층(19), 열전도성층(21), 점착제층(19)을 적층하여 이루어진다.

이들 시험편(1)에 공통되는 각 층의 성질을 이하의 표 2에 나타낸다.

	두께(㎜)	열전도율(W/mk)	비고
점착제층(19)	0.10	0.2	피보호 부재측
단열 기재층(20)	1.00	0.032
점착제층(19)	0.10	0.2
열전도성 기재층(21)	0.025	면방향 700 두께방향 5
점착제층(19)	0.050	0.2	발열체측

이러한 성질을 갖는 각 층으로 이루어진 시험편을 이용하여, 도 7의 (A)?(D)에 나타내는 형상이 되도록 피보호 부품, 시험편과 발열 부품을 조합하여, 각각을 형상 1?4로 했다.

이들의 형상에서의 시뮬레이션 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

	시험편 접착 면적 (㎟)	(가) 발열체 중심온도 (℃)	(나) 피보호 부재 최대 온도(℃)	(가)-(나)
형상1	1295	52.24	47.02	5.22
형상2	900	56.71	48.60	8.11
형상3	625	62.67	50.47	12.20
형상4	2198.6	48.28	44.54	3.74

상기 표 3의 결과에 따르면, 형상 3부터 형상 1에 걸쳐서, 시험편 접착 면적, 즉 시험편(1)의 면적이 증가하면, (가) 발열 부품 중심 온도 및 (나) 피보호 부품 최대 온도가 저하되어, 이 (가)와 (나)의 차이, 즉 발열 부품(18)의 중심 온도와 피보호 부품(17)의 최대 온도의 차이가 축소하는 경향이 있다.

이 경향은 시험편(1)의 면적이 증가하면, 발열 부품(18)으로부터 전열된 열을 방열할 수 있는 면적도 증가하기 때문에 시험편(1) 자체의 온도가 저하되고, 이 때문에, 발열 부품(18)으로부터 전달되는 열량이 더 증가하는 것을 나타낸다. 그리고 시험편(1) 자체의 온도가 저하되면, 시험편(1)으로부터 피보호 부품(17)에 전달되는 열량이 감소하기 때문에, 피보호 부품(17)의 온도 상승이 억제되는 것을 나타내고 있다.

이때, 발열 부품(18)의 온도 저하의 정도가 피보호 부품(17)의 온도 저하보다 크기 때문에, 발열 부품(18)과 피보호 부품(17)의 온도차가 축소, 즉 시험편(1)이 충분히 발열 부품(18)으로부터의 열을 받아 방열하는 작용이 커지는 것을 알 수 있다.

특히 형상 1과 같이, 시험편(1)이 피보호 부품(17)과 동일한 크기인 경우에는, 발열 부품 중심 온도와 피보호 부품 최대 온도의 온도차가 5.22℃로 작은 것이었다.

또한 형상 4와 같이, 형상 1의 시험편의 형상을 피보호 부품(17)의 표면뿐만 아니라, 피보호 부품의 단부, 즉 측면도 피복하도록 변형시키면, 결과적으로 시험편(1)의 접착 면적이 더 증대되기 때문에, 발열 부품(18)으로부터의 열을 보다 많이 전열하고, 이것을 또한 방열하는 것이 가능해진다. 이 때문에 발열 부품 중심 온도와 피보호 부품 최대 온도는 모두 저하되어, 이들의 온도차가 겨우 3.74℃가 된다.

그리고, 발열 부품(18)의 발열량 및 피보호 부품(17)의 내열성을 고려하여, 본 발명의 단열 방열 시트의 형상이나 피보호 부품(17)에 대한 접착 부위 등을 결정할 수 있는 것은 분명하다.

이러한 결과에 따르면, 본 발명의 단열 방열 시트에 있어서, 열전도성층이나 단열성층으로 이루어진 층을 적층시킨 조합을 복수 사용하더라도, 방열 효과나 단열 효과를 발휘할 수 있다. 그리고, 피착체의 온도 저하는 단순히 단열 효과에 의한 것이 아니라, 단열해야 할 열량을 낮추는 것에, 즉 열전도성층이나 열전도성 점착제층에 의한 방열도 함께 피착체의 온도 저하에 기여하는 것에 기인하며, 본 발명에 의한 효과는 단열 방열 시트를 구성하는 각 층의 특성이 복합하여 발휘된 것이다.

1: 시험편 2: 상부 로드
3: 하부 로드 4: 상부 조인트 블록
5: 하부 조인트 블록 6: 온도 센서
7: 히터 8: 단열 보드
9: 세라믹 히터 10: 알루미늄판
11: 시트형 열전대 12: 폴리이미드 테이프
13: 시험편 14: 아크릴판
15: 시트형 열전대 16: 추
17: 피보호 부품 18: 발열 부품
19: 점착제층 20: 단열성층
21: 열전도성층

Claims (4)

1. 발열 부품과 그것에 인접하는 피보호 부품의 사이에 있어서, 이들 부품을 접속하기 위한 것이고, 열전도성층, 점착제층 또는 단열성 점착제층, 단열성층의 순으로 적층하여 이루어지는 것인 단열 방열 시트.
2. 장치내에 있어서, 제1항에 기재된 단열 방열 시트의 열전도성층측을 발열 부품측을 향하게, 그리고 단열성층측을 피보호 부품을 향하게 하여 접속하여 이루어지는 것인 장치내 구조.
3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 발열 부품의 설치 면적보다, 단열 방열 시트의 면적이 큰 것을 특징으로 하는 방열 단열 시트 및 장치내 구조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항에 기재된 단열 방열 시트가, 피보호 부품의 표면뿐만 아니라, 피보호 부품의 적어도 하나의 단부에도 연속하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 단열 시트 및 장치내 구조.

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