KR20140005512A - 방열수지 조성물 및 이를 이용한 금속 베이스 회로 기판 - Google Patents

방열수지 조성물 및 이를 이용한 금속 베이스 회로 기판 Download PDF

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KR20140005512A
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 (A) 액정 폴리에스테르 수지; (B) 무기열전도체; (C) 나노 크기로 분산된 분산액을 사용하는 충진재; 및 (D) 용제를 포함하는 방열수지 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 방열수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 베이스 회로 기판에 관한 것이다.

Description

방열수지 조성물 및 이를 이용한 금속 베이스 회로 기판{HEAT-DISSIPATING RESIN COMPOSITION AND METAL-BASE CIRCUIT BOARD USING THE SAME}
본 발명은 방열수지 조성물 및 이를 이용한 금속 베이스 회로 기판에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 나노 크기로 분산된 분산액을 사용하는 충진재를 포함하는 방열수지 조성물 및 이를 이용한 금속 베이스 회로 기판에 관한 것이다.
최근 파워 트랜지스터와 하이브리드 IC의 고밀도 실장화가 진행되고 있는 것에 대응하여 이러한 발열 부품에서 발생하는 열을 고려한 금속베이스 회로 기판이 제안되고 있다. 예를 들어, 금속베이스 기판의 방열성을 높여 실장 부품의 동작을 안정시키기 위해 금속 기판 회로 형성용 도전 박 사이에 존재하는 절연 필름에 열전도 충전재를 함유시키는 기술이 보고 되고 있다. 여기서 절연 필름으로서, 에폭시 수지 등의 고분자 화합물로 구성된 것이 이용되며, 열전도 충전재로는 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 붕소 등이 이용되고 있다.
예를 들어, 일본 공개특허 제2011-219749호의 경우, 액정 폴리에스테르 수지를 기지물질로 하고, 무기열전도체를 사용하는 방열수지 조성물을 개시하고 있다. 그러나 이러한 발명 역시 비중이 높은 알루미나 등의 무기열전도체의 침강에 의한 저장안정성 불량 등의 문제가 발생하여, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
JP 2011-219749 A
본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방열수지 조성물의 저장안정성이 향상되고 열전도도도 높은 방열수지 조성물 및 이를 이용한 금속 베이스 회로 기판을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
(A) 액정 폴리에스테르 수지; (B) 무기열전도체; (C) 나노 크기로 분산된 분산액을 사용하는 충진재; 및 (D) 용제를 포함하는 방열수지 조성물을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
상기 방열수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 베이스 회로 기판을 제공한다.
상기한 본 발명에 따른 방열수지 조성물에 의하면, 열전도도가 높을 뿐만 아니라, 침강 안정성이 우수하여 장기간 안정적으로 사용할 수 있는, 저장안정성까지 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 방열수지 조성물을 사용한 금속베이스 회로 기판의 적층구조를 나타낸 그림이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 방열수지 조성물은 (A) 액정 폴리에스테르 수지; (B) 무기열전도체; (C) 나노 크기로 분산된 분산액을 사용하는 충진재; 및 (D) 용제를 포함한다.
(A) 액정 폴리에스테르 수지
절연 필름을 구성하는 액정 폴리 에스테르는 용융 시에 광학 이방성을 나타내며, 450 ℃ 이하의 온도에서 비등방성 용융체를 형성하는 것이다. 상기 액정 폴리에스테르를 용매에 용해하여 얻은 용액(액정 폴리 에스테르 용액)을 사용하여 절연 필름을 형성할 수 있다.
본 발명의 액정 폴리에스테르는 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위(이하「반복 단위 (1)」이라고 하는 경우가 있다)와, 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위(이하 「반복 단위 (2)」라고 하는 경우가 있다)와, 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위(이하, 「반복 단위 (3)」이라고 하는 경우가 있다)를 갖는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
-O-Ar1-CO-
[화학식 2]
-CO-Ar2-CO-
[화학식 3]
-X-Ar3-Y-
여기서 Ar1은 1,4 - 페닐렌, 2,6 - 나프탈렌 또는 4,4 '- 비페닐렌를 나타낸다. 또한 Ar2은 1,4 - 페닐렌, 1,3 - 페닐렌 또는 2,6 - 나프탈렌을 나타낸다. 또한 Ar3은 1,4 - 페닐렌 또는 1,3 - 페닐렌를 나타낸다. 또한 X는 -NH-을 나타내고, Y는-O- 또는 -NH-를 나타낸다.
상기 반복 단위 (1) 내지 (3)은 전체 반복 단위의 총 함량에 대해 상기 반복 단위 (1)의 함유량이 30 ~ 80 몰 %, 상기 반복 단위 (2)의 함유량이 10 ~ 35 몰 %, 상기 반복 단위 (3)의 함유 양이 10 ~ 35 몰 %의 액정 폴리에스테르인 것이 바람직하다.
상기 반복 단위 (1)은 방향족 히드록시카르복실산에 유래하는 반복 단위이며, 상기 반복 단위 (2)는 방향족 디카르복실산에 유래하는 반복 단위이며, 상기 반복 단위 (3)은 방향족 디올, 방향족 히드록실아민 또는 방향족 디아민에 유래하는 반복 단위이지만, 대신 이의 에스테르 형성 가능 유도체를 이용해도 좋다.
카르본산 에스테르 형성 유도체로는, 예를 들어, 카르복실기가 폴리 에스테르를 생성하는 반응을 촉진하도록 산성 염화물, 산무수물 등의 반응 활성이 높은 유도체로 된 것 또는 카르복실기가 에스테르 교환 반응에 의해 폴리 에스테르를 만들어내도록 알콜류나 에틸렌 글리콜 등으로 에스테르를 형성하고 있는 것 등을 들 수 있다.
페놀성 히드록실기의 에스테르 형성성 유도체로는, 예를 들어, 에스테르 교환 반응에 의해 폴리 에스테르를 생성하도록 페놀성 히드록실기가 카르본산류와 에스테르를 형성하고 있는 것 등을 들 수 있다.
아미노산 에스테르 형성성 유도체로는, 예를 들어, 에스테르 교환 반응에 의해 폴리 에스테르를 생성하도록 아미노기가 카르본산류와 에스테르를 형성하고 있는 것 등을 들 수 있다.
본 발명에 사용되는 액정 폴리 에스테르의 반복 단위로는 다음을 예로 들 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
반복 단위 (1)은 방향족 히드록시카르복실산에 유래하는 반복 단위이며, Ar1로서는 p-페닐렌기(p-히드록시벤조산에 유래) 및 2,6-나프틸렌기(6-히드록시-2-나프토에산에 유래)가 바람직하다.
반복 단위 (1)은 모든 반복 단위에 대해 30~80몰%인 것이 바람직하고, 40~70몰%인 것이 더욱 바람직하고, 45~65몰%인 것이 더욱 바람직하다. 반복 단위 (1)의 함유량이 80몰%를 초과하면 용해성이 현저하게 저하하는 경향이 있으며, 반복 단위 (1) 의 함유량이 30몰% 미만이면 액정성을 나타내지 않는 경향이 있다.
반복 단위 (2)는 방향족 디카르복실산에 유래하는 반복 단위이며, Ar2로서는 p-페닐렌기(테레프탈산에 유래), m-페닐렌기(이소프탈산에 유래), 2,6-나프틸렌기(6-히드록시-2-나프토에산에 유래) 및 디페닐에테르-4,4'-디일기(디페닐에테르-4,4'-디카르복실산에 유래)가 바람직하다.
반복 단위 (2)는 모든 반복 단위에 대해 10~35몰%인 것이 바람직하고, 15~30몰%인 것이 더욱 바람직하고, 17.5~27.5몰%인 것이 더욱 바람직하다. 반복 단위 (2)의 함유량이 35몰%를 초과하면 액정이 저하하는 경향이 있으며, 반복 단위 (2)의 함유량이 10몰% 미만이면 용해성이 저하하는 경향이 있다.
반복 단위 (3)은 방향족 디올, 방향족 히드록실아민 또는 방향족 디아민에 유래하는 반복 단위이며, Ar3로서는 p-페닐렌기(히드로퀴논, p-아미노페놀 또는 p-페닐렌디아민에 유래) 및 4,4'-비페닐릴렌기(4,4'-디히드록시비페닐, 4-아미노-4'-히드록시비페닐 또는 4,4'-디아미노비페닐에 유래)가 바람직하다. 반복 단위 (3)은 모든 반복 단위에 대해 10~35 몰%인 것이 바람직하고, 15~30몰%인 것이 더 바람직하고, 17.5~27.5몰%인 것이 더욱 바람직하다. 반복 단위 (3)의 함유량이 35몰%를 초과하면 액정이 저하하는 경향이 있으며, 반복 단위 (3)의 함유량이 10몰% 미만이면 용해성이 저하하는 경향이 있다.
반복 단위 (3)는 반복 단위 (2)와 실질적으로 동등 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 반복 단위 (3)의 함유량을 반복 단위 (2)의 함유량에 -10 몰 % ~ +10 몰 %로하여, 액정 폴리 에스테르의 중합도를 제어할 수도 있다.
본 발명에서 사용되는 액정 폴리 에스테르의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 반복 단위 (1)에 해당하는 방향족 히드록시산, 반복 단위 (3)에 해당하는 히드록실기를 가지는 방향족 아민, 방향족 디아민의 페놀성 히드록실기와 아미노기를 과량의 지방산 무수물에 의하여 아실화한 아실 화합물을 얻은 후, 얻은 아실화물과 반복 단위 (2)에 해당하는 방향족 디카르본산과 에스테르 교환(중축합)하여 용융 중합하는 방법 등을 들 수 있다. 아실화물은 미리 아실화하여 얻은 지방산 에스테르를 사용해도 좋다(예: 일본 공개특허 제2002-220444호 공보, 일본 공개특허 제2002-146003호 공보 참조).
아실화 반응에서는 지방산 무수물의 사용량은 페놀성 히드록실기와 아미노기의 총 함유량에 1~1.2 배 당량인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.05~1.1 배 당량이다. 지방산 무수물의 사용량이 1배 당량 미만이면 에스테르 교환(중축합) 시에 아실화물 및 원료 모노머 등이 승화하여 반응계가 방해되기 쉬워지는 경향이 있다. 반대로, 지방산 무수물의 사용량이 1.2 배 당량을 초과하는 경우에는 얻을 수 있는 액정 폴리 에스테르의 착색이 현저해지는 경향이 있다.
상기 아실화 반응은 130~180 ℃에서 5 분 ~ 10 시간 반응시키는 것이 바람직하고, 140 ~ 160 ℃에서 10 분 ~ 3 시간 반응시키는 것이 보다 바람직하다.
상기 아실화 반응에 사용되는 지방산 무수물은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 무수 아세트산, 무수 프로피온산, 무수 부틸산, 무수 이소부틸산, 무수 길초산, 무수피발산(Pivalic acid anhydride), 무수2 에틸헥산산, 무수 모노클로로 아세트산, 무수 모노디클로로 아세트산, 무수 트리클로로 아세트산, 무수 모노브로모 아세트산, 무수 디브로모 아세트산, 무수 트리브로모 아세트산, 무수 모노 플루오로 아세트산, 무수 플루오르 아세트산, 무수 트리 플루오로 아세트산, 무수 글루타르 산, 무수 말레인산, 무수 호박산, 무수 β-브로모 프로피온산 등을 들 수 있고, 이들을 두 종류 이상 혼합하여 사용해도 좋다. 가격 및 취급의 관점에서, 무수 아세트, 무수 프로피온산, 무수 부틸산, 무수 이소부틸산이 바람직하고, 보다 바람직하게는 무수 아세트산을 사용할 수 있다.
에스테르 교환에 대해서는 아실화물의 아실기의 함유량이 카르복실기 함량의 0.8 ~ 1.2 배의 당량인 것이 바람직하다.
에스테르 교환은 130~400℃에서 0.1~50 ℃/분의 비율로 승온하면서 행하는 것이 바람직하고, 150~350℃에서 0.3~5 ℃/분의 비율로 승온하면서 행하는 것이 더 바람직하다.
아실화하여 얻은 지방산 에스테르와 카르본산을 에스테르 교환시킬 때는, 르 샤토리에-브라운의 법칙(평형 이동의 원리)에 의해, 평형을 이동시키기 때문에, 부생하는 지방산과 미반응 지방산 무수물은 증발시키는 등으로 제거하는 것이 바람직하다.
또한 아실화 반응, 에스테르 교환은 촉매 존재 하에 행해도 좋다. 이 촉매는 기존 폴리 에스테르의 중합 촉매로 공지 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 아세트산 마그네슘, 아세트산 제일 주석, 테트라 부틸 티타네이트, 아세트산 납, 아세트산 나트륨, 아세트산 칼륨, 삼산화 안티몬 등의 금속염 촉매, N, N-디메틸 아미노 피리딘, N-메틸 이미다졸 등의 유기 화합물 촉매 등을 들 수 있다.
이러한 촉매에서, N, N-디메틸 아미노 피리딘, N-메틸 이미다졸 등의 질소 원자를 2 개 이상 포함된 헤테로 고리 화합물이 바람직하게 사용된다(일본 특허공보 제2002-146003호 공보 참조).
이 촉매는 일반적으로 모노머 류의 공급에 투입되며, 아실화 후 제거하는 것이 반드시 필요한 것은 아니고, 이 촉매를 제거하지 않을 경우에는 그대로 에스테르 교환을 할 수 있다.
에스테르 교환의 중축합은 일반적으로 용융 중합에 의해 행해지지만, 용융 중합에 갈음하여 고상 중합을 채용해도 좋다. 이 고상 중합은 용융 중합 공정에서 폴리머를 빼내고 그 후 분쇄하여 분말 또는 플레이크로 한 후, 공지의 고상 중합 방법에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 예를 들면, 질소 등의 불활성 가스 분위기 하에서 20 ~ 350 ℃에서 1 ~ 30 시간 고상 상태로 열처리하는 작업에 의해, 고상 중합을 실시하는 것이 가능하다. 이 고상 중합은 교반하면서 실시해도 좋고, 교반하지 않고 방치한 상태로 실시하여도 상관 없다. 또한 적절한 교반 장치를 제공하여 용융 중합조와 고상 중합조를 동일 반응조로 할 수도 있다. 또한 이렇게 고상 중합 후 얻어진 액정 폴리에스테르는 공지의 방법으로 펠렛화 해도 좋다.
액정 폴리에스테르의 제조는, 예를 들어, 회분 장치, 연속 장치 등을 이용하여 실시 할 수 있다.
(B) 무기열전도체
본 발명에 있어서, 무기열전도체는 방열기판의 수지층 내부에 존재하며, 상층부와 하층부의 열전도도를 원활히 해주기 위해 사용된다. 상기 무기 열전도체는 열전도율이 10W/mK 이상인 무기재료를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 무기 열전도체로는 산화알루미나, 산화마그네슘, 질화붕소, 질화알루미나, 그래핀, 그라파이트, 탄소나노튜브, 플로랜으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 질화 알루미늄 및 산화알루미늄 중 어느 하나 이상, 또는 질화붕소를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 질화 알루미늄 및 산화 알루미늄은 구형 입자의 형태로 사용할 수 있다.
상기 질화 알루미늄 및 산화 알루미늄은 일차 입자의 형태로 분포하고 있어도 좋고, 이차 입자의 형태로 분포하고 있어도 좋다. 또는 질화 알루미늄과 산화 알루미늄의 일부는 일차 입자의 형태로 분포하고 나머지는 이차 입자의 형태로 분포하고 있어도 좋다.
상기 질화 알루미늄 및 산화 알루미늄의 평균 입경은 예를 들어 5 내지 30㎛ 의 범위에 있다. 여기서 "평균 입경"는 레이저 회절 산란 법에 의해 측정된 입자의 평균 입자 지름을 의미한다.
본 발명에 있어서, 질화 붕소는 비늘 조각 모양 또는 판 모양의 입자 형태로 사용할 수 있다. 상기 질화 붕소는 비늘 조각 모양 또는 판 모양의 일차 입자의 형태로 분포하고 있어도 좋다. 또는 상기 질화 붕소는 비늘 조각 모양 또는 판 모양의 일차 입자를 그 법선 방향이 임의 배향하도록 응집 못하게 이차 입자의 형태로 분포하고 있어도 좋다. 일반적으로 질화 붕소의 일부는 비늘 조각 모양 또는 판 모양의 일차 입자의 형태로 분포하고 다른 일부는 위의 이차 입자의 형태로 분포하고 있다.
질화 붕소의 평균 입경 예를 들어, 10 내지 50㎛의 범위에 있다. 상기 평균 입경은 질화 알루미늄 및 알루미늄 산화물에 위에서 언급한 것과 같은 방법으로 얻을 수 있는 것이다.
무기 충전재의 적어도 일부로서, 액정 폴리에스테르와의 밀착성 및 분산 중에서의 분산성을 향상시키기 위해 표면 처리를 한 것을 사용할 수 있다. 이 표면 처리에 사용 가능한 표면 처리제로서 예를 들어, 실란커플링제, 티탄커플링제, 알루미늄 또는 지르코늄 계의 커플링제, 긴 사슬 지방산, 이소시아 네이트 화합물 및, 예를 들어, 에폭시기, 메톡시 실란기, 아미노기 또는 수산기를 포함한 극성고분자 또는 반응성 고분자를 들 수 있다.
상기 무기 열전도체의 비율은, 상기 액정 폴리에스테르 수지와 무기열전도체의 합계에 대하여 40 내지 80 부피%의 범위이고, 더욱 바람직하게는 50 내지 65 부피%의 범위 내에 있다. 무기 열전도체의 비율이 40 부피%보다 작으면, 열저항이 커지거나 또는 내전압이 저하되는 문제가 있고, 80 부피%보다 크면, 접착 강도가 현저히 저하되는 문제가 발생된다.
(C) 충진재
본 발명에서 사용되는 충진재로는, 예를 들면, 에폭시 수지 분말, 멜라민 수지 분말, 요소 수지 분말, 벤조구아나민 수지분말, 스티렌수지 등의 유기 충진재 또는, 실리카, 알루미나, 산화 티탄, 산화 지르코늄, 카올린, 탄산칼슘, 인산칼슘 등의 무기 충진재 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 실리카, 알루미나를 들 수 있다.
상기 충진재가 본 발명의 방열수지 조성물에 포함될 때, 나노 크기로 분산되어 분산액의 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 분산을 실시하는 경우, 일반적으로 충진재의 분산에 사용되는 장치, 예를 들어 고속 교반기를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 비드를 함께 사용할 수 있다.
상기 충진재가 나노 크기로 분산되는 경우, 상기 충진재는 1,000nm 이하의 입도를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 500nm이하로 사용할 수 있다. 상기 충진재의 입도가 1,000nm이상이면 점도상승의 효과가 부족하여 침강안정성에 문제를 야기할 수 있다.
상기 충진재의 함량은 사용되는 전체 조성물에 대하여 1~10중량%의 범위 내에 있고, 더욱 바람직하게는 1~5중량%의 범위 내에 있다.
무기 충진재의 함량이 전체 조성물에 대하여 1 중량% 미만이면 점도조절제로서의 역할을 할 수 없고, 10 중량%를 초과하면, 방열기판의 열전도 특성을 떨어뜨리는 문제가 있다.
(D) 용제
본 발명에서 사용되는 용매로서는 비양성자성 용매인 것이 바람직하다. 용매로 액정 폴리 에스테르를 용해하는 것이 바람직하지만, 용해하지 않는 것(분산)을 사용할 수도 있다. 상기 용매의 사용량은 특별히 한정되는 것이 아니라 용도에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 용매 100 중량부에 액정 폴리에스테르 0.01~100 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 액정 폴리에스테르가 0.01 중량부 미만이면 용액 점도가 너무 낮아 균일하게 도공할 수 없는 경향이 있고, 액정 폴리에스테르 100 질량부를 초과하면 고점도화 되는 경향이 있다. 작업성이나 경제성의 관점에서 용매 100 중량부에 대해 액정 폴리에스테르가 1~50 중량부인 것이 더욱 바람직하고, 2~40 중량부인 것이 더욱 바람직하다.
비양성자성 용매로는, 예를 들어, 1-클로로부탄, 클로로벤젠, 1,1-디클로로에탄, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 1,1,2,2-테트라 클로로에탄 등의 할로겐계 용매, 디에틸 에테르, 테트라히드로 퓨란, 1,4-디옥산 등의 에테르계 용매, 아세톤, 시클로헥사논 등의 케톤 용매, 아세트산 에틸 등의 에스테르계 용매, γ-부티로락톤 등의 락톤계 용매, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트 등의 카르보네이트계 용매, 트리에틸 아민, 피리딘 등의 아민계 용매, 아세토 니트릴, 석시노니트릴(Succinonitrile) 등의 니트릴계 용매, N,N'-디메틸 포름아미드, N,N'-디메틸 아세트아미드, 테트라 메틸우레아, N-메틸 피롤리돈 등 아미드계 용매, 니트로 메탄, 니트로 벤젠 등 니트로계 용매, 디메틸 설폭시드, 술폴란 등의 설폭사이드계 용매, 헥사메틸 인산 아미드, 트리n부틸인산 등의 인산계 용매 등을 들 수 있다.
상기 용매들 중에서도, 할로겐 원자를 포함하지 않는 용매가 환경에 미치는 영향 면에서 바람직하게 사용할 수 있고, 쌍극자 모멘트가 3 이상 5 이하의 용매가 용해 관점에서 바람직하게 사용될 수 있다. 특히, N,N'-디메틸 포름 아미드, N,N'-디메틸 아세트 아미드, 테트라 메틸 우레아, N-메틸 피롤리돈 등의 아미드계 용매, γ-부틸올락톤 등의 락톤계 용매가 보다 바람직하게 사용될 수 있고, N, N'-디메틸 포름 아미드, N, N'-디메틸 아세트 아미드, N-메틸 피롤리돈이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 도 1에서와 같이 상기 방열수지 조성물을 이용한 금속 베이스 회로 기판을 제공한다. 상기 금속 베이스 회로 기판을 제조하기 위해서는, 먼저 상기 방열수지 조성물(2)을 도전박(1) 상에 100 내지 500㎛의 두께로 도포한 후, 이를 20~ 100℃에서 30분 내지 2시간 동안 건조 한 후, 200~400℃에서 2~4시간 열처리한다. 이후 이를 금속 기판(3) 상에서 표면과 접하게 적층한 후, 10 내지 30MPa의 압력으로 200 내지 400℃의 온도에서 10분 내지 1시간 동안 가열 처리하여 금속 베이스 회로 기판을 제조한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1~4 및 비교예 1~2:
액정 폴리에스테르 수지의 제조
교반 장치, 토오크 미터, 질소 가스 도입관, 온도계 및 환류 냉각기를 가지는 반응기에, 2-히드록시-6-나후토에산 1976g(10.5몰), 4-히드록시 아세트아닐리드 1474g(9.75몰), 이소프탈산 1620g(9.75몰) 및 무수 아세트산 2374g(23.25몰)을 첨가하였다. 이후, 반응기 내를 충분히 질소 가스로 치환한 뒤, 질소 가스 기류 하에서 15분 동안 150℃까지 승온한 후, 150℃를 유지하면서 3시간 동안 환류하였다.
그 뒤, 유출하는 부생 아세트산 및 미 반응의 무수 아세트산을 제거하면서, 170분 동안 300℃까지 승온하고, 토크의 상승이 안정화되는 시점을 반응 종료점으로 간주하여, 결과물을 얻은 후, 이를 실온까지 냉각하고, 분쇄기로 분쇄하여, 저분자량의 액정 폴리에스테르 분말을 얻었다. 이렇게 얻어지는 액정 폴리에스테르 분말에 대해서, flow 테스터「CFT-500 형」(시마즈 제작소 제품)을 이용하여, 유동 개시 온도를 측정한 결과 235℃인 것을 확인하였다. 이 액정 폴리에스테르 분말에 대하여, 질소 분위기에 있어서 223℃에서 3시간의 가열 처리를 가하여, 고체 상태 중합을 실시했다. 고체 상태 중합 후의 액정 폴리에스테르의 유동 개시 온도는 270℃인 것을 확인 하였다.
폴리에스테르용액의 제조
상기에서 얻어진 액정 폴리에스테르 2200g을 N-메틸 피롤리돈 7800g에 첨가한 후, 100℃에서 2 시간 동안 가열하여, 액정 폴리에스테르 용액을 얻었다. 이 때 얻어진 용액의 점도는 25℃에서 브룩필드 점도계(Brookfield Viscometer DV-I+, BROOKFIELD사 제조)로 측정한 결과, 320cP였다.
나노실리카 분산액의 제조
[제조예 1]
상기에서 얻어진 폴리에스테르용액 497.5g과 비표면적이 200m2/g인 퓸드 실리카 2.5g을 1000ml 용기에 넣고, 여기에 비중이 3.6인 1.0mm 지르코니아비드 1200g를 투입한 후 고속 분산기(Dispermat TU, 독일 게츠만사 제조)를 이용하여, 선속도 8m/s 조건에서 60분 동안 분산을 실시한 후, 100메쉬 필터를 이용하여 지르코니아비드를 제거하여, 분산실리카 1을 얻었다. 분산실리카 1의 점도를 25℃에서 브룩필드 점도계(Brookfield Viscometer DV-I+, BROOKFIELD사 제조)로 측정한 결과값은 1425cP 였다. 또한 오츠카사제 입도 분석기 ELS 8000으로 측정한 결과, 입도는 230nm인 것을 확인하였다.
[제조예 2 내지 4]
하기 표 1에서와 같이 액정 폴리에스테르용액 및 실리카의 양을 변경한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 분산실리카 2 내지 4를 제조하였다. 또한, 얻어진 분산실리카 2 내지 4의 입도 및 점도를 하기 표 2에 기재하였다.
[제조예 5]
액정 폴리에스테르용액 및 실리카를 혼합한 후 지르코니아 비드를 사용하지 않고, 고속 교반기(신원산업제조, 0.5 Hp HighspeedMixer)를 이용하여, 선속도 8m/s 조건에서 60분 동안 교반한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 미분산실리카 1을 제조하였다. 또한, 얻어진 미분산실리카 1의 입도 및 점도를 하기 표 2에 기재하였다.
분산 실리카 제조 제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5
분산실리카 1 분산실리카 2 분산실리카 3 분산실리카 4 미분산실리카
Silica 2.5 20 40 60 20
액정폴리에스테르
용액(b)		 497.5 480 460 440 480
분산 실리카 제조 분산실리카 1 분산실리카 2 분산실리카 3 분산실리카 4 미분산 실리카
입 도(nm) 230 218 243 287 60,000
점 도(cp) 1425 2987 5946 8706 1142
방열수지 조성물의 제조
[실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2]
500ml 용기에 하기 표 3의 재료를 투입하여, 고속 교반기(신원산업제조, 0.5 Hp HighspeedMixer)를 이용하여, 선속도 8m/s 조건에서 30분간 교반하여 방열수지 조성물을 수득하였다.
분산 실리카 제조 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
실리카 제조예1 제조예2 제조예3 제조예4 제조예5 -
110 110 110 110 110 0
액정폴리에스테르용액 0 0 0 0 0 110
질화붕소* 20 20 20 20 20 20
산화알루미나** 70 70 70 70 70 70
질화붕소: 미주시마 합금철주식 회사제,「HP-40
산화알루미나: 스미토모 화학주식 회사제,「AA-5」
실험예
상기 얻어진 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 방열수지 조성물을 하기의 방법으로 실험하고 그 결과를 표 4에 나타내었다.
<점도>
25℃에서 브룩필드 점도계(Brookfield Viscometer DV-I+, BROOKFIELD사 제조)로 측정하였다.
<저장안정성>
직경이 20mm이고, 높이가 200mm인 유리관에 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 수지조성물을 180mm까지 충진하고, 용제의 휘발을 방지하기 위해 입구를 밀봉한 후 실온조건에서 방치하고, 48시간 동안 침강특성을 확인하였다.
침강특성:
◎: 2mm 미만 침강
○: 2mm 이상 5mm 미만 침강
△: 5mm 이상 10mm 미만 침강
X: 10mm 이상 침강
<열전도특성>
상기 얻어진 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 방열수지 조성물을, 두께 70㎛의 동박(도전박)위에 두께 350㎛가 되도록 도포한 후, 이것을 40℃에서 1시간 건조한 후, 300℃에서 3시간 열처리하였다. 그 뒤, 열전도율 140W/(m·K), 두께 2mm의 알루미늄 합금판(금속 기판) 위에 적층했다. 이 때, 방열수지 조성물층이 알루미늄 합금판의 표면과 접하게 했다. 그리고, 압력 19.6MPa(200kgf/m2), 온도 340℃에서 20분 간 가열 처리를 하여 금속 베이스 회로 기판을 제작했다.
제작된 금속 베이스 회로기판은 다음의 식(1)을 이용하여 절연 필름의 열전도율(단위:W/(m·K))을 산출했다.
(열전도율)=(열 확산률)×(비열)×(밀도) - 식(1)
여기에서, 열 확산률은, 금속 베이스 회로 기판으로부터 세로 10mm×가로 10mm×두께 0.1mm의 샘플을 「ai-Phase Mobile」(아이페이즈사 제품)을 이용한, 온도파열분석법에 의하여 실온에서 측정했다. 또, 비열은, 시차 주사 열량계(DSC)을 이용하여, 사파이어 표준 물질과의 비교에 의하여 측정했다. 밀도는 아르키메데스법에 의하여 측정했다.
열전도율 평가:
◎: 10W/mK 이상
○: 7 W/mK 이상 10 W/mK 미만
△: 4 W/mK 이상 7W/mK 미만
X : 4 W/mK 이하
방열수지조성물 성능 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
점도(cP) 1989 4336 7138 9867 1578 513
침강안정성(mm) △ ○ ◎ ◎ X X
열전도도(W/mK) ○ ◎ ○ △ △ △
상기 표 4에서 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 나노 분산된 실리카 분산체를 충진제로 사용하는 방열수지 조성물은 비교예 1 내지 2의 방열수지 조성물에 비하여, 침강안정성이 우수하여 장기간 안정적으로 사용할 수 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 실시예 2와 비교예 1의 비교를 통하여 열전도도도 향상됨을 확인할 수 있었다.

Claims (7)

  1. (A) 액정 폴리에스테르 수지;
    (B) 무기열전도체;
    (C) 나노 크기로 분산된 분산액을 사용하는 충진재; 및
    (D) 용제를 포함하는 방열수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (B) 무기열전도체를 (A) 액정 폴리에스테르 수지 및 (B) 무기열전도체 합계에 대하여 40 내지 80 부피%로 포함하고,
    상기 (C) 나노 크기로 분산된 분산액을 사용하는 충진재를 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 10 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 (B) 무기열전도체는 열전도율이 10W/mK 이상인 무기재료를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 무기재료는 산화알루미나, 산화마그네슘, 질화붕소, 질화알루미나, 그래핀, 그라파이트, 탄소나노튜브, 플로랜으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 충진재는 에폭시 수지 분말, 멜라민 수지 분말, 요소 수지 분말, 벤조구아나민 수지 분말, 스티렌수지, 실리카, 알루미나, 산화 티탄, 산화 지르코늄, 카올린, 탄산칼슘, 인산칼슘로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 충진재는 1,000 nm이하의 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  7. 청구항 1의 방열수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 베이스 회로 기판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514065A (zh) * 2015-12-29 2016-04-20 东莞市青麦田数码科技有限公司 一种导热胶/石墨烯复合多层散热膜及其制备方法

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