KR20130117909A - 전기 전도성을 가지는 열전도 테이프 및 그 제조방법 - Google Patents

전기 전도성을 가지는 열전도 테이프 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 아크릴계 고형분에 톨루엔 용제를 첨가한 후, 그라파이트 필러(graphite filler) 및 금속 파우더(metal powder) 중 적어도 하나를 첨가하여 액상 조성물을 조제하는 단계, 상기 액상 조성물을 교반하는 단계, 상기 액상 조성물에 포함된 기포를 탈포하여 점착제를 형성하는 단계, 상기 점착제를 이형필름에 코팅하는 단계 및 상기 점착제가 코팅된 이형필름을 금속시트층에 합지하여 점착시트층을 형성하는 단계를 포함하는 열전도 테이프 제조방법을 제공한다.

Description

전기 전도성을 가지는 열전도 테이프 및 그 제조방법{heat conduction tape having electric conductivity and fabricating method thereof}
본 발명은 열전도 테이프 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전도성 및 전기 전도성을 가지는 열전도 테이프에 관한 것이다.
대부분의 전자제품은 내부의 전자 소자에서 많은 열과 전자파 등이 발생한다. 이러한 열과 전자파 등은 직접적으로 전자 소자의 성능 및 수명을 단축시킬 뿐 아니라 주변의 부품의 성능 및 수명을 단축시키고 노이즈를 유발하여 오작동을 일으킬 수 있는 문제점이 있다.
이러한 열과 전자파 등에 의해 발생되는 문제를 해결하기 위해 두께가 두꺼운 히트싱크(Heat Sink), 팬(Fan), 히트파이프(Heat Pipe), 팰티어 열전소자(Peltier) 등을 이용하여 전자제품의 내부에 존재하는 전자소자를 냉각하였다.
그러나, 상기한 방식은 최근의 제품의 슬림화 및 박막화 등의 요구에 부합하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 간단한 구조의열 및 전기 전도성을 가지는 열전도 테이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 아크릴계 고형분에 톨루엔 용제를 첨가한 후, 그라파이트 필러(graphite filler) 및 금속 파우더(metal powder) 중 적어도 하나를 첨가하여 액상 조성물을 조제하는 단계, 상기 액상 조성물을 교반하는 단계, 상기 액상 조성물에 포함된 기포를 탈포하여 점착제를 형성하는 단계, 상기 점착제를 이형필름에 코팅(coating)하는 단계 및 상기 점착제가 코팅된 이형필름을 금속시트층에 합지하여 점착시트층을 형성하는 단계를 포함하는 열전도 테이프 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 금속시트층의 재질은 알루미늄 또는 구리일 수 있다.
또한, 상기 액상 조성물을 조제하는 단계에서 난연제 및 경화제 중 적어도 하나를 첨가할 수 있다.
이때, 상기 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 인계 난연제로 이루어지는 군 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 경화제는 이소시안, 아민 및 에포시 경화제로 이루어지는 군 중 하나일 수 있다.
여기서, 상기 액상 조성물은 아크릴계 고형분 함량이 35 중량% 내지 50 중량%일 수 있다.
또한, 상기 액상 조성물은 그라파이트 필러 함량이 10 중량% 내지 30 중량%일수 있다.
또한, 상기 액상 조성물은 금속 파우더 함량이 3 중량% 내지 15 중량%일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 필러는 길이가 5um 내지 20um 일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 필러의 밀도는 0.1g/cm3 내지 5g/cm3일 수 있다.
여기서, 상기 금속 파우더는 길이가 5um 내지 20um 일 수 있다.
또한, 상기 금속 파우더의 밀도는 1g/cm3 내지 10g/cm3일 수 있다.
또한, 본 발명은, 알루미늄 또는 구리 재질의 금속시트층과 상기 금속시트층의 하부에 합지되는 점착시트층을 포함하고, 상기 점착시트층은 그라파이트 필러 및 금속 파우더 중 적어도 하나를 포함하는 열전도 테이프를 제공한다.
이때, 상기 금속 파우더는 구리 또는 니켈 재질일 수 있다.
본 발명은 박막화 및 슬림화된 전기기기, 전자기기, 조명기기의 특정 부위에서 발생하는 열을 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 전자기파를 효과적으로 차폐하고 통전(Earth)시켜 열과 전자기적인 문제를 동시에 해결할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 실험예 1에 사용된 시험제품과 비교제품의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 실험예 1의 측정에 사용된 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 실험예 1의 측정결과 그래프이다.
도 6 및 도 7은 전기 전도율 측정장비를 나타낸 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프는 금속시트층(10)과 상기 금속시트층(10)의 하부에 합지되는 점착시트층(20)를 포함한다.
상기 금속시트층(10)은 열 전도성 및 전기 전도성이 높은 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 금속시트층(10)은 아주 얇은 호일(foil)로 구성될 수 있다. 더불어, 상기 금속시트층(10)의 재질은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)일 수 있다.
상기 금속시트층(10)의 하부에는 점착시트층(20)이 합지된다. 상기 점착시트층(20)은 열 전도성 및 전기 전도성이 높은 물질을 포함한다. 상기 점착시트층(20)은 그라파이트 필러(graphite filler) 및 금속 파우더(metal powder) 중 적어도 하나의 성분을 포함하고 있으며 바람직하게는 그라파이트 필러 및 금속파우더 성분을 모두 포함한다. 상기 금속 파우더는 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 재질일 수 있다. 상기 점착시트층(20)의 제조과정에 대해서는 뒤에서 상술한다.
상술한 열전도 테이프에서 상기 금속시트층(10)의 두께는 12um 내지 70um일 수 있으며 바람직하게는 35um이다. 더불어, 점착시트층(20)의 두께는 8um 내지 40um일 수 있으며 바람직하게는 25um이다. 따라서, 열전도 테이프는 20um 내지 110um로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 60um이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프는 상기 금속시트층(10)의 상부에 절연층(30)을 구비할 수 있다. 상기 절연층(30)은 상기 금속시트층(10)의 상부에 합지된다. 상기 절연층(30)은 타 부품과 열전도 테이프 사이를 절연시켜 타 부품과의 접촉이나 간섭을 방지한다. 상기 절연층(30)은 PET 또는 PE 필름일 수 있다. 이와 같이 상기 금속시트층(10)의 상부에 절연층(30)을 형성하여 타 부품과의 절연을 달성할 수 있으며 열전도 테이프를 보호할 수 있다. 상기 절연층(30)은 상기 금속시트층(10)의 상부에 점착제 또는 접착제를 이용하여 별도로 합지하거나, 점착처리가 되어 있는 단면 테이프 등을 이용하여 합지할 수 있다.
이하 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프 제조방법은, 아크릴계 고형분에 톨루엔 용제를 첨가한 후, 그라파이트 필러(graphite filler) 및 금속 파우더 중 적어도 하나를 첨가하여 액상 조성물을 조제하는 단계(S10)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 액상 조성물을 교반하는 단계(S20)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 액상 조성물에 포함된 기포를 탈포하여 점착제를 형성하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. 또한, 점착제를 이형필름에 코팅(coating)하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 이형필름을 건조하는 단계(S40)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 점착제가 코팅된 이형필름을 금속시트층(10)에 합지하여 점착시트층(20)을 형성하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
액상 조성물을 조제하는 단계(S10)에서, 아크릴계 고형분에 톨루엔 용제를 첨가하면서 교반한다. 그리고, 교반 중인 아크릴계 고형분과 톨루엔 용제에 그라파이트 필러 및 금속 파우더 중 적어도 하나를 첨가하며, 바람직하게는 그라파이트 필러 및 금속 파우더를 첨가한다. 이때, 첨가되는 상기 그라파이트 필러는 입자의 길이가 5um 내지 20um이며, 바람직하게는 15um 이하이다. 또한, 첨가되는 상기 금속 파우더는 입자의 크기가 5um 내지 20um이며, 바람직하게는 15um 이하이다. 또한, 상기 그라파이트 필러의 밀도는 0.1g/cm3 내지 5g/cm3이며, 바람직하게는 2g/cm3이하이다. 또한, 상기 금속 파우더의 밀도는 1g/cm3 내지 10g/cm3이며, 바람직하게는 5/cm3이다. 이때, 그라파이트 필러를 첨가하고 후에 금속파우더를 첨가할 수 있다. 상기와 같이 아크릴계 고형분, 톨루엔 용제, 그라파이트 필러, 금속 파우더를 혼합하여 1시간 내지 2시간 정도 고속 교반기나 호모 믹서를 이용하여 교반 및 분산시킨다.
한편, 상기 액상 조성물은 아크릴계 고형분 함량이 35 중량% 내지 50 중량%이며, 바람직하게는 45 중량%이다. 더불어, 그라파이트 필러 함량은 10 중량% 내지 30 중량%이며 바람직하게는 15 중량%이다. 또한, 금속 파우더 함량은 3 중량% 내지 15 중량%이며 바람직하게는 5 중량% 이하이다. 본 출원인은 중량이 1Kg인 아크릴 고형분에 그라파이트 필러를 200g 이하로 첨가하고 더불어 금속 파우더를 50g 이하로 첨가하여 액상 조성물을 조제하였다.
그리고, 상기 액상 조성물의 제조 시 난연제 또는 경화제를 첨가하여 제조할 수 있다. 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 인계 난연제로 이루어지는 군 중 하나일 수 있으며, 상기 경화제는 이소시안, 아민 및 에폭시 경화제로 이루어지는 군 중 하나일 수 있다.
액상 조성물을 조제하고 교반(S20)한 후 액상 조성물에 포함된 기포를 제거하는 탈포단계(S30)를 거친다. 탈포단계에서는 교반단계에서 발생한 기포 등을 제거하여 점착제를 형성한다. 이때 탈포단계는 상기 교반과정에서 탈포제를 첨가할 수 있다. 또는 교반단계 후 액상 조성물을 상온에 방치하여 자연적으로 탈포할 수 있다. 이때, 액상 조성물을 약 30분 정도 24℃의 상온에 노출시킬 수 있다.
한편, 액상 조성물에 탈포제를 첨가하거나 상온에 방치함으로써 탈포단계를 수행한 후에 추가 탈포과정을 거칠 수 있다. 추가 탈포과정에서는 액상 조성물을 메시(mesh)에 통과시켜 남아있는 기포를 제거할 수 있다. 이때, 액상 조성물을 메시(mesh)에 통과시킴으로써 분산이 덜 된 필러들을 걸러낼 수 있으며 액상 조성물의 안정성과 균일성을 달성할 수 있다.
다음으로 상기 점착제를 이형필름에 코팅한다.(S40) 이때 콤마코터를 이용하여 상기 점착제를 실리콘 코팅이 되어 이형처리가 된 이형필름 또는 이형종이에 코팅한다. 한편, 이하에 설명되는 건조단계를 거치면서 톨루엔 용제의 증발로 인해 점착제의 코팅두께가 감소되는 것을 고려하여 점착제 코팅두께는 건조 후 점착제의 두께보다 30% 내지 40% 두껍게 형성하는 것이 바람직하다. 더불어, 이형필름의 두께는 80um 내지 120um일 수 있으며, 바람직하게는 100um이다.
코팅된 이형필름은 건조단계(S50)를 거친다. 상기 이형필름을 건조기에 통과시켜 점착제에 포함된 톨루엔 등을 증발시킨다. 이때, 건조기의 건조로 길이는 20미터 내지 30미터이며 온도는 80℃ 내지 120℃로 유지하는 것이 바람직하다. 더불어 건조로 통과시간은 30초 내지 60초로 설정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 점착제가 코팅된 이형필름을 상기 금속시트층(10)에 합지하여 금속시트층(10)의 하부에 점착시트층(20)을 형성한다.(S60) 이때, 롤러 등을 이용하여 상기 이형필름을 금속시트층(10)에 합지할 수 있다.
안정화 단계로서 합지된 이형필름과 금속시트층(10)을 약 40℃ 정도의 챔버에 24시간 내지 48시간 보관하여 잔존하는 톨루엔 용제 등을 제거하고 아크릴계 고분자를 안정화시키는 것이 바람직하다. 이러한 안정화 단계를 거치게되면 금속시트층(10)과 점착제가 보다 강력하게 점착이 되며 후에 이형필름이 점착시트층(20)과 쉽게 분리된다.
[실험예 1]
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프와 종래의 열전도 테이프의 열확산 성능 비교실험 결과에 대해 설명한다.
도 3은 실험예 1에 사용된 본 발명에 따른 열전도 테이프(이하 ‘시험제품’)와 종래의 열전도 테이프(이하 ‘비교제품’)의 구조를 간략히 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 시험제품은 금속시트층의 재질로서 구리를 이용하였으며, 상기 금속시트층의 하부에는 상술한 실시예에서 설명한 방법으로 제조한 점착시트층이 구비된다. 비교제품은 구리 재질의 금속시트층 하부에 일반점착제가 구비되어 있다. 도 4는 비교실험에 사용된 장비의 개략적인 구조를 나타낸 것으로서, 시험제품과 비교제품의 점착시트층 하부의 좌측에 열원(Heat source)를 구비하여 열을 발생시킨다.
비교제품과 시험제품의 폭은 200mm로 설정하였으며, 열원의 길이는 100mm로 설정하였다. 열원은 점착시트층의 좌측 끝단에서 우측으로 100mm 지점까지 위치하도록 설정하였다.
상기 열원에서 발생한 열이 금속시트층의 상부면에 전달되는 효율을 측정하기 위하여 점착시트층의 하부면의 두 지점에서 온도를 측정하였다. 제1지점은 점착시트층의 좌측 끝단에서 150mm 이격된 지점이며, 제2지점은 점착시트층의 좌측에서 200mm 이격된 지점으로서 우측 끝단에 위치한다.
도 5는 제1지점과 제2지점에서 시험제품과 비교제품의 온도를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제1지점과 제2지점의 온도가 비교제품에 비해 시험제품에서 더 높게 측정되었다. 더불어, 시간이 지남에 따라 시험제품과 비교제품의 제1지점과 제2지점에서 온도 차이는 커지는 것을 볼 수 있다.
즉, 시험제품이 비교제품에 비해 동일한 지점에서 더 높은 온도가 측정되는 결과에서 알 수 있듯이, 시험제품은 상기 열원에서 발생한 열을 금속시트층으로 보다 빨리 확산시키는 것을 알 수 있다. 더불어, 시험제품은 비교제품에 비해 열원의 온도가 더 빨리 감소시킴을 알 수 있다. 즉, 시험제품의 점착시트층은 비교제품에 비해 열전달 효율이 더 높은 것을 알 수 있다.
[실험예 2]
이하 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프의 두께에 따른 열 전도율을 측정한 표이다. 측정방법은 레이저 플래시법을 이용하여 측정하였으며, 측정장비는 넷츠(NETZSCH)사의 LFA 457 장비를 사용하였다. 두께 60um의 제품은 구리 재질의 금속시트층 35um와 점착시트층 25um로 구성되며, 두께 40um의 제품은 구리 재질의 금속시트층 18um와 점착시트층 22um로 구성된다.
두께 열 전도율(W/m?K)
두께 60um 두께 40um
1차 226.026 171.956
2차 228.631 166.309
3차 231.603 165.753
4차 223.447 168.703
5차 230.237 -
평균 227.999 168.18
상기 표 1을 참조하면, 60um인 경우 평균 227.99W/mK의 열 전도율이 측정되었으며, 40um인 경우 168.18 W/mK의 열 전도율이 측정되었다. 동일한 조건에서 시중에서 통상 사용되는 금속 호일 제품의 열 전도율을 측정했을 때 평균 100W/mK의 열 전도율의 측정되는 것에 비해 본 발명에 따른 열전도 테이프의 열 전도율은 두께에 따라 약 70% 내지 230% 향상된 것을 알 수 있다.
[실험예 3]
이하 표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 테이프의 전기 전도율을 측정한 표이다. 측정방법은 MIL DTL 83528C 방법에 의해 측정하였다.
도 6는 수평 전기 전도율의 측정방법 및 장비를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 7은 수직 전기 전도율의 측정방법 및 장비를 개략적으로 나타낸 도면이다. 실험예 3에 사용된 열전도 테이프는 구리 재질의 금속시트층 35um와 점착시트층 22um로 구성된 제품을 대상으로 하였다.
측정 수평 전기 전도율 수직 전기 전도율
금속시트층 점착시트층
1회 0.01 ohm 0.15 ohm 0.12 ohm
2회 0.01 ohm 0.12 ohm 0.11 ohm
3회 0.01 ohm 0.21 ohm 0.09 ohm
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열전도 테이프의 전기 전도율은 수평 및 수직 모두 1 ohm 이하로 측정되었다. 전기 전도성에 특화되어 제작된 제품에서 전기 전도율이 0.5 ohm 이하인 것을 고려하면 본 발명에 따른 열전도 테이프의 전기 전도성이 우수한 것을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 금속시트층
20 점착시트층
30 절연층

Claims (14)

  1. 아크릴계 고형분에 톨루엔 용제를 첨가한 후, 그라파이트 필러(graphite filler) 및 금속 파우더(metal powder) 중 적어도 하나를 첨가하여 액상 조성물을 조제하는 단계;
    상기 액상 조성물을 교반하는 단계;
    상기 액상 조성물에 포함된 기포를 탈포하여 점착제를 형성하는 단계;
    상기 점착제를 이형필름에 코팅하는 단계; 및
    상기 점착제가 코팅된 이형필름을 금속시트층에 합지하여 점착시트층을 형성하는 단계;를 포함하는 열전도 테이프 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속시트층의 재질은 알루미늄 또는 구리인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액상 조성물을 조제하는 단계에서 난연제 및 경화제 중 적어도 하나를 첨가하는 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 인계 난연제로 이루어지는 군 중 하나인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 경화제는 이소시안, 아민 및 에포시 경화제로 이루어지는 군 중 하나인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액상 조성물은 아크릴계 고형분 함량이 35 중량% 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액상 조성물은 그라파이트 필러 함량이 10 중량% 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액상 조성물은 금속 파우더 함량이 3 중량% 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 하나의 항에 있어서,
    상기 그라파이트 필러는 길이가 5um 내지 20um 인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  10. 제6항 내지 제8항 중 하나의 항에 있어서,
    상기 그라파이트 필러의 밀도는 0.1g/cm3 내지 5g/cm3인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  11. 제6항 내지 제8항 중 하나의 항에 있어서,
    상기 금속 파우더는 길이가 5um 내지 20um 인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  12. 제6항 내지 제8항 중 하나의 항에 있어서,
    상기 금속 파우더의 밀도는 1g/cm3 내지 10g/cm3인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프 제조방법.
  13. 알루미늄 또는 구리 재질의 금속시트층;과
    상기 금속시트층의 하부에 합지되는 점착시트층;을 포함하고,
    상기 점착시트층은 그라파이트 필러 및 금속 파우더 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도 테이프.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 금속 파우더는 구리 또는 니켈 재질인 것을 특징으로 하는 열전도 테이프.
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