KR20140081327A - 방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판 - Google Patents

방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열용 수지 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 방열용 수지 조성물은 절연재, 절연재에 첨가되며, 판상형 탄소재료를 갖는 제1 충진재, 그리고 절연재에 첨가되며 제1 충진재에 비해 높은 종횡비를 갖는 탄소재료를 갖는 제2 충진재를 포함한다.

Description

방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판{RESIN COMPOSITION FOR DISSIPATING HEAT, AND RADIATING SUBSTRATE MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열 효율을 향상시킬 수 있는 방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판에 관한 것이다.
최근 전자 제품의 다기능화 및 고집적화가 진행됨에 따라, 전자 부품으로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출시키는 고효율 방열(放熱) 기술에 대한 요구도 증가하고 있다. 일반적인 전자 칩 부품을 위한 방열 기술로는 방열 대상물에 히트 싱크(heat sink)를 제공하는 기술, 히트 파이프(heat pipe) 또는 히트 채널(channel)과 같은 냉각수가 흐르는 유로를 제공하는 기술, 열의 방출 경로로서 열전도성이 높은 비아(via)를 제공하는 기술 등이 있다. 그러나, 이러한 기술들은 상대적으로 많은 설치 면적이 필요하므로, 전자 부품의 소형화 추세에 부응하기 어렵다. 따라서, 열전도성 충진재(filler)를 함유한 수지 조성물을 방열 재료로 사용하는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 열전도성 필러는 상대적으로 고가이므로, 이를 이용하여 제조된 방열 기판의 제조 단가가 높아지는 문제가 있다. 특히, 방열 효율을 높이기 위하여, 열전도성 필러의 함량을 70wt% 이상으로 높이는 경우, 제작 단가 상승과 더불어, 필러의 분산 효율이 낮아져 기판으로의 제조성이 떨어진다. 또한, 무기물 필러로서 탄소나노튜브, 그래핀, 그리고 탄소 섬유 등의 나노 탄소 재료의 경우, 기존의 무기물 필러를 사용하는 것에 비해 열전도성은 매우 높지만, 탄소 재료 자체가 갖는 높은 전기전도성으로 인하여 절연성과 우수한 열전달 특성이 함께 요구되는 방열 소재의 필러로서의 적용이 어려운 문제가 있다.
일본공개특허 2010-238990
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방열 기판의 방열 효율을 향상시킬 수 있는 수지 조성물을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방열 효율이 향상된 방열 기판을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 방열용 수지 조성물은 절연재, 상기 절연재에 첨가되며, 판상형 탄소재료를 갖는 제1 충진재, 그리고 상기 절연재에 첨가되며, 상기 제1 충진재에 비해 높은 종횡비를 갖는 탄소재료를 갖는 제2 충진재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 충진재는 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함하고, 상기 제2 충진재는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 충진재 및 상기 제2 충진재의 총 함량은 상기 방열용 수지 조성물에 대해 3wt% 미만일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 절연재는 고분자 에폭시 수지(epoxy resin)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 충진재 및 상기 제2 충진재는 무기물로 표면이 코팅될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 무기물은 실리카(silica), 티타늄 다이옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 보론 나이트라이드(BN), 그리고 징크 옥사이드(ZnO) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방열 기판은 절연재, 판상형 탄소재료를 갖는 제1 충진재, 그리고 상기 제1 충진재에 비해 높은 종횡비를 갖는 탄소재료를 갖는 제2 충진재를 갖는 방열용 수지 조성물을 이용하여 제조된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 충진재는 상기 절연재 내에서 1차 열전도성 네트워크를 이루고, 상기 제2 충진재는 상기 절연재 내에서 상기 제1 충진재들 사이에 삽입되어 2차 열전도성 네트워크를 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 충진재는 무기물로 표면이 코팅된 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함하고, 상기 제2 충진재는 무기물로 표면이 코팅된 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판은 절연재에 충진재로서 그래핀과 탄소나노튜브를 함께 첨가하여, 상대적으로 큰 면적을 갖는 그래핀이 1차적인 열전도성 네트워크를 형성하도록 하고, 높은 종횡비를 갖는 탄소나노튜브가 상기 그래핀이 이루는 네트워크에 2차적인 열전도성 네트워크를 형성하도록 하여, 높은 열전도성 특성을 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판은 그래핀과 탄소나노튜브가 다중 열전도성 네트워크를 형성하도록 제공되어 있으므로, 그래핀과 탄소나노튜브 중 어느 하나만을 사용하여 단일 열전도성 네트워크를 형성하는 것에 비해, 상대적으로 낮은 그래핀 및 탄소나노튜브 함량만으로도, 높은 열전도성 특성을 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열용 수지 조성물을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판을 구비한 패키지 구조물을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 방열 기판의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 단계는 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예는 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열용 수지 조성물을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방열용 수지 조성물(100)은 절연재(110), 제1 충진재(120), 그리고 제2 충진재(130)를 포함할 수 있다.
상기 절연재(110)로는 다양한 종류의 수지(resin)가 사용될 수 있다. 상기 절연재(110)로는 고분자 에폭시 수지(epoxy resin)가 사용될 수 있다. 상기 고분자 에폭시 수지는 빌드-업 다층 회로기판의 제조시, 방열 기판의 절연 재료로 사용되는 물질일 수 있다. 이에 따라, 상기 고분자 에폭시 수지는 내열성, 내약품성, 그리고 전기적 특성이 우수한 것이 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 일 예로서, 상기 절연재(110)로는 고분자 에폭시 수지(epoxy resin)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노블락형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 그리고 트리글리시딜 이소시아네이트 중 적어도 어느 하나의 복소환식 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 또는, 상기 에폭시 수지로는 브롬 치환된 에폭시 수지가 사용될 수도 있다.
상기 제1 충진재(120)는 상기 제2 충진재(130)에 비해 큰 면적을 갖는 판상형의 나노탄소재료가 사용될 수 있다. 일 예로서, 상기 제1 충진재(120)로는 그래핀(graphene) 또는 그래핀 옥사이드가 사용될 수 있다. 상기 그래핀은 대체로 얇은 박막 형상을 가지어 상대적으로 낮은 종횡비를 가지며, 실리카, 티타늄 다이옥사이드, 알루미늄 옥사이드 등의 무기물 충진재(inorganic filler)에 비해 상대적으로 높은 전기 전도성 및 열전도성을 가질 수 있다. 상기 제1 충진재(120)는 산화물 형태로 제공되어, 전기 전도성을 낮추어 절연 소재로의 적용이 가능하게 하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제2 충진재(130)는 상기 제1 충진재(120)에 비해 상대적으로 높은 종횡비를 갖는 나노탄소재료가 사용될 수 있다. 일 예로서, 상기 제2 충진재(130)로는 탄소나노튜브(carbon nano tube)가 사용될 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 대체로 길고 가는 형상을 가지어 높은 종횡비를 가지며, 상기 무기물 충진재(inorganic filler)에 비해 상대적으로 높은 전기 전도성 및 열전도성을 가질 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 충진재들(120, 130) 각각은 무기물과 같은 절연 물질로 표면이 코팅될 수 있다. 즉, 상기 제1 충진재(120)의 표면에는 무기물 코팅막(122)이 형성되고, 또한 상기 제2 충진재(130)의 표면에는 무기물 코팅막(132)이 형성될 수 있다. 상기 절연 물질은 상대적으로 높은 전기 전도성을 갖는 나노탄소재료를 절연성을 갖는 방열 재료에 적용하기 위하여, 상기 제1 및 제2 충진재를(120, 130)을 절연 물질로 피복하기 위한 것일 수 있다. 상기 절연 물질로는 실리카(silica), 보론 나이트라이드(BN) 또는 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 금속 산화물로는 티타늄 다이옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 그리고 징크 옥사이드(ZnO) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방열용 수지 조성물(100)은 절연재(110), 그래핀과 같은 판상형 나노탄소재료인 제1 충진재(120), 높은 종횡비를 갖는 탄소나노튜브인 제2 충진재(130)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상대적으로 큰 면적을 차지하는 상기 제1 충진재(120)가 상기 방열용 수지 조성물(100) 내에서 1차적인 열전도성 네트워크를 이루고, 상기 제2 충진재(130)가 상기 그래핀 옥사이들 사이에 삽입되어 2차적인 열전도성 네트워크를 형성하여, 전자의 평균 자유 이동 경로를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판은 절연재에 충진재로서 그래핀과 탄소나노튜브를 함께 첨가하여, 상대적으로 큰 면적을 갖는 그래핀이 1차적인 열전도성 네트워크를 형성하도록 하고, 높은 종횡비를 갖는 탄소나노튜브가 상기 그래핀이 이루는 네트워크에 2차적인 열전도성 네트워크를 형성하도록 하여, 높은 열전도성 특성을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방열용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 방열 기판은 그래핀과 탄소나노튜브가 다중 열전도성 네트워크를 형성하도록 제공되어 있으므로, 그래핀과 탄소나노튜브 중 어느 하나만을 사용하여 단일 열전도성 네트워크를 형성하는 것에 비해, 상대적으로 낮은 그래핀 및 탄소나노튜브 함량만으로도, 높은 열전도성 특성을 발휘할 수 있다.
계속해서, 상술한 방열용 수지 조성물(100)을 이용하여 제조된 방열 기판 및 패키지 구조물 등에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 설명되는 방열 기판 및 패키지 구조물은 본 발명의 기술적 사상을 보여주기 위한 하나의 실시예일 뿐이므로, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판을 구비한 패키지 구조물을 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 방열 기판의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 패키지 구조물(200)은 방열 기판(210), 상기 방열 기판(210) 상에 구비된 칩 부품(220), 그리고 상기 칩 부품(220)을 덮는 몰딩막(230)을 구비할 수 있다.
상기 방열 기판(210)은 앞서 살펴본 방열용 수지 조성물(100)을 절연 재료로 이용하여 제조된 것일 수 있다. 상기 방열 기판(210)은 코어층(212) 및 상기 코어층(212)을 덮는 빌드업 필름(214)으로 구성될 수 있다. 상기 방열 기판(210)에는 상기 칩 부품(220)과 전기적으로 연결되는 회로 패턴(216)이 형성되어 있다. 상기 칩 부품(220)은 다양한 종류의 전자 부품일 수 있으며, 상기 몰딩막(230)은 상기 칩 부품(220)을 커버(cover)하여 외부 환경으로부터 상기 칩 부품(220)을 보호할 수 있다.
상기와 같은 방열 기판(200)은 앞서 살펴본 방열용 수지 조성물(100)을 이용하여 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 절연재(110)와 제1 및 제2 충진재들(120, 130)을 소정의 용매에 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다. 여기서, 상기 혼합물을 제조하는 과정에서, 다양한 종류의 경화제, 경화촉진제, 그리고 그 밖의 다양한 첨가제들을 더 첨가할 수 있다.
상기 절연재(110)로는 에폭시 수지(epoxy resin)가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노블락형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 그리고 트리글리시딜 이소시아네이트 중 적어도 어느 하나의 복소환식 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 또는, 상기 에폭시 수지는 브롬 치환된 에폭시 수지 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 경화제로는 아민계, 이미다졸계, 구아닌계, 산무수물계, 디시안디아 마이드계, 그리고 폴리아민계 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 또는, 상기 경화제로는 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-페닐 이미다졸, 비스(2-에틸-4-메틸이미다졸), 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸, 트리아진 첨가 타입 이미다졸, 2-페닐-4,5-디히드폭시메틸이미다졸, 프탈산 무수물, 테트라하이드로프탈산 무수물, 메틸부테닐테트라 하이드로 프탈산 무수물, 헥사하이드로프탈산 무수물, 메틸하이드로프탈산 무수물, 트리멜리트산 무수물, 피로멜리트산 무수물, 그리고 벤조페논테트라카르복시산 무수물 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 경화촉진제로는 페놀(phenol), 시안 에스테르(cyanate ester), 아민(amine), 그리고 이미다졸(imidazole) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 첨가제들은 상기 고분자 수지 조성물을 이용하여 절연 필름을 제조하는 경우, 또한 더 나아가 상기 절연 필름을 이용하여 다층 회로기판을 제조하는 경우에 있어서, 제조 특성 및 기판 특성을 향상시키기 위해 제공될 수 있다. 예컨대, 상기 첨가제들은 보조 충진재, 반응성 희석제, 그리고 바인더 등을 포함할 수 있다.
상기 보조 충진재로는 무기 또는 유기 충진제가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 보조 충진재로는 바륨 술페이트, 바륨 티타네이트, 실리콘 옥사이드 분말, 무정형 실리카, 탈크, 점토, 그리고 마이카 분말 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 반응성 희석제는 상기 고분자 수지 조성물의 제조시 점도를 조절하여 제조 작업성을 원활하게 하기 위한 물질일 수 있다. 상기 반응성 희석제로는 페닐 글리시딜 에테르, 레조르신 디글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜디글리시딜 에테르, 글리세롤 트리글리시딜 에테르, 레졸형 노블락 타입 페놀수지, 그리고 이소시아네이트 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 바인더는 상기 고분자 수지 조성물로 제조된 절연 필름의 가요성을 향상시키고, 또한 물질 특성을 향상시키기 위해 제공될 수 있다. 상기 바인더는 폴리아크릴 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리시아네이트 수지, 그리고 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고분자 수지 조성물은 상기 첨가제로서, 소정의 고무(rubber)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 내층 회로에 라미네이션되는 절연 필름은 가경화(precure)후 도금층과의 접착강도를 개선하기 위해 산화제를 사용하여 습식 조화공정을 수행한다. 따라서, 산화제에 가용성인 고무나 에폭시 변성 고무수지 등이 조화성분(고무)으로 절연필름 조성물에 사용될 수 있다. 사용되는 고무의 예로는 이로써 특히 한정하는 것은 아니나, 폴리 부타디엔 고무, 에폭시 변성, 아크릴로니트릴 변성, 우레탄 변성 폴리 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 아크릴 고무 분산형 에폭시수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 충진재(120)로는 실리카로 코팅된 그래핀 옥사이드가 사용되고, 상기 제2 충진재(130)로는 탄소나노튜브가 사용될 수 있다. 상기 그래핀 옥사이드와 상기 탄소나노튜브는 모두 표면이 무기물로 코팅될 수 있다. 상기 무기물로는 실리카가 사용될 수 있다. 이러한 무기물의 코팅은 무기물 전구체의 졸-겔법을 이용하거나, 용매 내에 무기물 입자와 상기 나노탄소소재를 분산시킨 후 화학적 환원법을 이용하여 직접 제조할 수 있다. 한편, 상기 제1 및 제2 충진재들(120, 130) 각각의 전기 전도성의 조절은 상기 무기물의 코팅 두께를 조절하는 것으로 조절할 수 있다. 상기 무기물의 코팅 두께는 상기 나노탄소재료와 상기 무기물의 비율을 1 : 0.1 내지 1 : 1 중량비로 변화시켜 조절될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 방열 기판의 제조를 위한 고분자 조성물을 믹싱 및 분산시킨 후, 캐스팅(casting)하여 필름 형태로 제조할 수 있다. 상기 고분자 조성물의 믹싱 및 분산은 3-볼 밀 롤 장치(3-ball mill roller)를 이용하여 수행될 수 있다. 상기와 같은 방식으로 제조된 절연 필름들을 적층 및 소성하여, 빌드-업 다층 회로기판을 형성할 수 있다. 이 과정에서, 상기 절연 필름들 각각에 금속 회로 패턴을 형성하는 단계가 부가될 수 있다. 이에 따라, 코어층(212) 상에서 적어도 하나의 절연 필름(214)이 적층된 구조를 가지며, 상기 칩 부품(220)과 전기적으로 연결되는 회로 패턴(216)을 갖는 상기 방열 기판(210)이 제조될 수 있다.
이하, 앞서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 방열용 수지 조성물 및 그 제조 방법에 대한 구체적인 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
[ 비교예1 ]
열전도성 필러로서 직경이 대략 20 내지 30nm이고, 길이가 수㎛인 탄소나노튜브를 준비한 후, 황산과 질산을 3:1로 혼합된 케미칼을 이용하여 표면 처리하였다. 이러한 표면처리된 탄소나노튜브를 실리카로 표면을 코팅하였다. 실리카의 코팅 방법으로서, 상기 탄소나노튜브와 실리카를 대략 1 :0.5 비율로 혼합한 혼합물을 증류수에 첨가한 후, 약 1시간 동안 초음파 처리하여 분산시킨 후, 혼합액에 환원제로 하이드라진을 첨가하여 150℃에서 12시간 교반하여 반응시켰다. 이러한 반응물을 세척 및 건조 작업을 통해, 실리카층이 도입된 탄소나노튜브 충진재를 제조하였다. 제조된 탄소나노튜브 충진재를 에폭시 수지 조성물에 첨가하여 분산시킨 후 이를 경화시켜 고분자 절연재료를 제조하였다. 이렇게 제조된 고분자 복합체를 필름화하여 방열 특성을 측정하였다
[ 비교예2 ]
비교예2는 앞서 살펴본 비교예1에 비해, 열전도성 필러로서 탄소나노튜브를 그래핀 옥사이드로 교체하였고, 나머지 조건은 동일하게 하여 방열 특성을 측정하였다. 이때 사용되는 그래핀 옥사이드는 10층 이내의 흑연 층으로 이루어진 구조를 갖는 것을 사용하였다.
[ 실시예1 ]
열전도성 필러로서 실리카로 표면이 코팅된 탄소나노튜브와 그래핀 옥사이드를 사용하였다. 상기 실리카 코팅된 그래핀 옥사이드를 대략 2wt%로 에폭시 수지 조성물에 첨가하여 1시간 동안 교반하여 분산시킨 후, 이에 상기 탄소나노튜브를 대략 0.25wt%를 추가로 첨가하여 1시간 동안 교반하면서, 상기 그래핀 옥사이드 층간에 상기 탄소나노튜브가 삽입되도록 하였다. 이러한 그래핀 옥사이드와 탄소나노튜브를 함유한 에폭시 조성물을 경화 반응을 통해 고분자 절연재료로 제조하였고, 이렇게 제조된 고분자 복합재를 필름화하여 방열 특성을 측정하였다
[ 실시예2 ]
앞서 살펴본 실시예1에 비해, 상기 실리카로 코팅된 탄소나노튜브의 함량을 0.5wt%로 첨가하는 것 이외에 다른 조건들을 동일하게 하여 제조된 고분자 복합재를 필름화하여 방열 특성을 측정하였다.
[ 실시예3 ]
앞서 살펴본 실시예1에 비해, 상기 실리카로 코팅된 탄소나노튜브의 함량을 0.75wt%로 첨가하는 것 이외에 다른 조건들을 동일하게 하여 제조된 고분자 복합재를 필름화하여 방열 특성을 측정하였다.
[ 실시예4 ]
앞서 살펴본 실시예1에 비해, 상기 실리카로 코팅된 탄소나노튜브의 함량을 1.0wt%로 첨가하는 것 이외에 다른 조건들을 동일하게 하여 제조된 고분자 복합재를 필름화하여 방열 특성을 측정하였다.
상기와 같이 제조된 비교예1 및 2, 실시예1 내지 4에 대한 방열 특성을 아래의 표1에 정리하여 표시하였다.
구분 절연재 그래핀 옥사이드 탄소나노튜브 방열 특성
(열전도도W/mK)
비교예1 에폭시 수지 2wt% 無 0.265
비교예2 에폭시 수지 無 1wt% 0.246
실시예1 에폭시 수지 2wt% 0.25wt% 0.271
실시예2 에폭시 수지 2wt% 0.50wt% 0.314
실시예3 에폭시 수지 2wt% 0.75wt% 0.335
실시예4 에폭시 수지 2wt% 1.00wt% 0.339
상기 표 1을 참조하면, 실시예1 내지 4에서와 같이, 방열용 수지 조성물로서 실리카로 코팅된 그래핀 옥사이드와 탄소나노튜브를 충진재로 사용한 고분자 수지 조성물의 경우, 그래핀 옥사이드만을 충진재로 사용하는 비교예1 또는 탄소나노튜브만을 충진재로 사용하는 비교예2에 비해, 높은 방열 효율을 나타내었다. 특히, 실시예1 내지 4에 따르면, 그래핀 옥사이드의 함량을 대략 2wt%로 첨가하고, 탄소나노튜브를 0.25wt% 내지 1.0wt%로 첨가하는 것만으로도, 기존의 무기물 충진재를 70wt% 이상, 더 나아가 90wt% 이상으로 첨가하는 방열용 수지 조성물에 비해, 유사거나 더 나은 방열 효율을 발휘하는 것을 확인하였다. 이에 따라, 상기 실리카로 코팅된 그래핀 옥사이드와 탄소나노튜브의 총 함량을 대략 3wt% 미만으로 첨가하는 경우, 기존의 무기물 충진재를 사용하는 것에 비해, 크게 향상된 방열 효율을 발휘할 수 있다
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 방열용 수지 조성물
110 : 절연재
120 : 그래핀
122 : 실리카 코팅막
130 : 탄소나노튜브
132 : 실리카 코팅막
200 : 패키지 구조물
210 : 방열 기판
212 : 코어층
214 : 빌드업 필름층
216 : 회로 패턴
220 : 칩 부품
230 : 몰딩막

Claims (9)

  1. 절연재;
    상기 절연재에 첨가되며, 판상형 탄소재료를 갖는 제1 충진재; 및
    상기 절연재에 첨가되며, 상기 제1 충진재에 비해 높은 종횡비를 갖는 탄소재료를 갖는 제2 충진재를 포함하는 방열용 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 충진재는 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함하고,
    상기 제2 충진재는 탄소나노튜브를 포함하는 방열용 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 충진재 및 상기 제2 충진재의 총 함량은 상기 방열용 수지 조성물에 대해 3wt% 미만인 방열용 수지 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연재는 고분자 에폭시 수지(epoxy resin)를 포함하는 방열용 수지 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 충진재 및 상기 제2 충진재는 무기물로 표면이 코팅된 방열용 수지 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 무기물은 실리카(silica), 티타늄 다이옥사이드(TiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 보론 나이트라이드(BN), 그리고 징크 옥사이드(ZnO) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 방열용 수지 조성물.
  7. 절연재, 판상형 탄소재료를 갖는 제1 충진재, 그리고 상기 제1 충진재에 비해 높은 종횡비를 갖는 탄소재료를 갖는 제2 충진재를 갖는 방열용 수지 조성물을 이용하여 제조된 방열 기판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 충진재는 상기 절연재 내에서 1차 열전도성 네트워크를 이루고,
    상기 제2 충진재는 상기 절연재 내에서 상기 제1 충진재들 사이에 삽입되어 2차 열전도성 네트워크를 이루는 방열 기판.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 충진재는 무기물로 표면이 코팅된 그래핀 또는 그래핀 산화물을 포함하고,
    상기 제2 충진재는 무기물로 표면이 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 방열 기판.
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