KR20140092104A - 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 전자 제품에서 발생하는 열을 방출시키기 위한 방열시트에 관한 것으로, 방열시트로 팽창흑연시트를 사용하되, 상기 팽창흑연시트의 일면 또는 양면에 열전도율이 높은 금속으로 이루어진 백시트를 형성하여 방열성을 높일 수 있으며, 뿐만 아니라 상기 백시트와의 접착시 접착력을 높이기 위한 폴리카졸 성분을 사용함으로써 접착력을 높임과 동시에 팽창흑연시트의 공극을 메울 수 있어 역시 방열성을 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 금속백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트에 관한 것이다.

Description

금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트{HEAT RADIATING SHEET EQUIPPED METAL BACK SHEET}

본 발명은 태양광 발전 모듈을 비롯한 각종 전자 제품에서 발생하는 열을 방출시키기 위한 방열시트에 관한 것으로,

방열시트로 팽창흑연시트를 사용하되, 상기 팽창흑연시트의 일면 또는 양면에 열전도율이 높은 금속으로 이루어진 백시트를 형성하여 방열성을 향상시킬 수 있으며, 뿐만 아니라 백시트와의 접착시 접착력을 높이기 위한 폴리카졸 성분을 사용함으로써 접착력을 높임과 동시에 팽창흑연시트의 공극을 메울 수 있어 역시 방열성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트에 관한 것이다.

현대 사회에서 전자제품이 발전하면서 발열소자에서 발생하는 열로 인하여 각종 전자제품의 오작동이 문제되고 있는바, 상기와 같은 전자 소자에서 열을 방출시키기 위한 방열시트의 도입이 필수적이다.

또한 각종 디스플레이 장치가 슬림화되면서 방열시트의 두께가 얇아져야 하는 당위성이 대두되고 있으며, 이에 적합한 방열시트로는 팽창흑연시트가 언급되고 있다.

그런데 팽창흑연시트의 경우, 흑연시트가 판상으로 되어 있어 이를 다수겹 겹쳐 시트를 구성하는 것이 일반적이고, 이러한 흑연시트의 경우에는 수직으로 다수 겹 적층하여 사용하므로 수직 적층하는 과정 중 발생하는 간극 및 팽창흑연시트의 표면공극으로 인하여 열전도율이 효율적이지 못한 문제점이 있으며,

이에 방열시트로서 팽창흑연시트를 사용하더라도 이의 수직 열전도율을 높일 수 있는 수단이 필요한 실정이다.

한편 대한민국에 출원되어 등록된 특허 제0628031호인 팽창흑연과 탄소나노튜브의 혼합카본을 이용한 고열전도성 카본시트는 소정의 혼합비로 혼합된 팽창흑연분말과 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube) 분말을 고안 가압하여 성형한 단위카본시트 층과, 상기 단위카본시트 층의 적어도 어느 일면에 형성되어 단위 카본시트 층을 보강하고 단위카본시트 층을 전기적으로 절연시키는 합성수지층을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

그런데 상기 고열전도성 카본시트는 팽창흑연 입자와 분산되지 않은 단순한 분말상태인 탄소나노튜브 분말 간의 혼합에 의해 고온 가압하여 제조하는 방법으로서, 팽창흑연 입자 사이에 탄소나노튜브 입자를 코팅하지 못하기 때문에 열전도율을 극대화할 수 없다는 문제점이 예견된다.

또한 팽창흑연층, 탄소나노튜브층, 접착제층, 내열성필름층, 점착제층, 이형지순으로 형성되기 때문에 각기 층마다 높은 접촉저항이 발생하므로 열전도율을 극대화할 수 없다는 문제점 역시 예견된다.

또한 상기 팽창흑연과 탄소나노튜브의 혼합카본을 이용한 고열전도성 카본시트의 경우에는 카본시트 층간에 결합력이 약해 카본이 박리되는 문제점 역시 예견된다.

이에 본 발명자 중의 일인은 팽창흑연시트를 이용한 방열시트에 대해서 연구·개발하여 등록특허 제10-1175764호를 비롯하여 등록특허 제10-0958444호, 등록특허 제10-0958445호 등을 제시한 바 있다.

상기 등록특허 모두가 방열시트로서 팽창흑연시트를 사용하고 있으며, 열전도율을 높이기 위해 폴리카졸 성분의 접착제를 이용하여 백시트와 접합하는 구성을 제시하고 있는데, 상기 백시트로는 PET, OPP 등의 합성수지로 이루어진 시트가 사용된다.

그러나 상기 발명자가 등록받은 등록특허 역시 기존의 방열시트에 비해 얇아지고 열전도율이 높아진 효과를 기대할 수는 있으나, 방열효율은 높으면 높을수록 상품성이 좋아지는바, 기존의 방열시트에 비해 더 우수한 방열효율을 구비한 팽창흑연시트에 대해 연구를 계속하게 되었다.

본 발명은 상기 언급된 종래의 팽창흑연시트를 이용한 방열시트를 제시하되 열전도율을 높여 방열시트로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 시트를 제공하고자 하는 것을 제1 목적으로 한다.

특히 팽창흑연시트에 부착되는 백시트로서 금속박판을 사용하여 높은 열전도율을 기대할 수 있고, 나아가 팽창흑연시트와 백시트의 부착을 위한 접착제로 폴라카졸 성분을 사용함으로서 역시 팽창흑연시트의 수직 열전도율을 높여 종국적으로는 우수한 방열시트를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

나아가 상기 금속박판으로 이루어진 백시트 외에, 일면 또는 양면에 카본블랙이 코팅된 합성수지시트를 추가로 백시트로 사용함으로서 역시 열전도율을 높여 방열성을 향상시킨 방열시트를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 방열시트는,

팽창흑연시트 일면에 제1 백시트를 구비하되,

상기 제1 백시트는 금속박판으로 이루어진 것을 특징으로 하고,

상기 금속박판의 일면 또는 양면에는 접착제가 코팅되는 것을 기술적 특징으로 한다.

특히 본 발명에 따른 상기 금속박판은 알루미늄, 구리, 금, 은, 텅스텐, 철 중 선택되는 금속으로 이루어진 박판인 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 접착제는 폴리카졸 용액인 것을 특징으로 하되,

상기 폴리카졸 용액은,

분산제로 물 또는 에틸알콜, 메틸알콜, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 에틸 이소케톤, 에틸렌글리콜류, 아닐린류, 톨루엔, 글로로포름 소디움도데실 설페트, 폴리비닐알코올, 트리톤-x, 하이드로프로필 셀롤로오즈, 하이드록시프로필 메틸셀롤로오즈 중에서 선택되는 하나 또는 2 개 이상의 용액을 이용하여 1차 용액을 만드는 제1 공정과,

바인더 용제로 폴리에스터와 우레탄을 혼합한 우레탄계 용액이나 실레인(접착증강제)와 에폭시계를 혼합하여 2차 용액을 만드는 제2 공정과,

상기 1차 용액 및 2차 용액을 혼합하여 3차 용액을 만드는 제3 공정과,

상기 3차 용액에 단일벽탄소나노튜브, 이중벽탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 나노카본, 그래핀, 플러렌 중에서 선택되는 하나 이상의 탄소나노선재를 혼합하여 4차 용액을 만드는 제4 공정과,

상기 제4 공정에 의한 4차 용액을 비이커 또는 분산용기에 넣은 다음 초음파 기기를 통하여 분산하는 제5 공정을 거쳐 완성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또는 본 발명에 따른 방열시트는 합성수지로 이루어진 합성수지시트 일면 또는 양면에 카본블랙코팅층이 형성된 제2 백시트를 더 구비하되,

상기 제2 백시트는 상기 제1 백시트가 형성된 팽창흑연시트의 타면에 구비되는 것을 기술적 특징으로 한다.

아울러 상기 제2 백시트를 이루는 합성수지시트는 PET 또는 OPP 인 것을 기술적 특징으로 한다.

상기한 구성에 따른 본 발명의 방열시트에 의하면, 기존과 같이 팽창흑연시트를 이용하여 기본적으로 방열기능을 구비하면서도, 백시트로 금속박판을 사용하고 상기 금속박판을 폴리카졸 성분으로 이루어진 접착제로 팽창흑연시트와 접합함으로써 열전도율을 극대화시킨 방열시트를 제공할 수 있다는 효과를 가진다.

특히 금속박판으로 구성되는 방열시트 타면에는 카본블랙이 코팅된 합성수지시트를 더 구비하여 기존의 팽창흑연시트의 단점을 보완하면서 방열시트로의 기능을 극대화할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방열시트로서 제1 백시트가 구비된 상태를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 방열시트로서 제 1 및 제 2 백시트가 구비된 상태를 도시한 단면도.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방열시트를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 방열시트는,

팽창흑연시트(10)의 일면에 제1 백시트를 구비하되 상기 제1 백시트는 접착제(30)가 코팅된 금속박판(20)인 것을 특징으로 한다.

즉, 방열을 위해 구비되는 기존의 백시트는 PET 또는 OPP 등과 같은 합성수시지로 이루어진 합성수지시트가 대부분이고, 상기 합성수지시트를 통상의 접착제로 팽창흑연시트 일면에 부착시키게 된다.

그러나 본 발명에 따른 방열시트는 기존의 합성수지시트 대신 금속박판(20)을 백시트로 사용하였다는 점이 기존 방열시트와 차이점을 가진다.

특히 상기 금속박판을 구성하는 금속으로는 알루미늄을 비롯하여 금, 은, 텅스텐, 구리, 철 등이 고려될 수 있는데, 이하 설명에서는 열전도율이 높은 측에 속하면서도 제조단가를 높이지 않을 수 있다는 점을 고려하여 금속박판으로 알루미늄을 선택하여 이에 한정하여 설명한다. 물론 전술된 바와 같이 본 발명에 적용되는 백시트는 앞서 언급된 금, 은, 구리 등의 다양한 금속박판들이 고려될 수 있다.

상기 알루미늄 시트의 일면에 팽창흑연시트와의 접합을 위한 접착제(30)를 코팅하게 되는데, 상기 접착제로는 폴리카졸 용액이 바람직하다.

즉 상기 접착제와 관련하여,

분산제로 물 또는 에틸알콜, 메틸알콜, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 에틸 이소케톤, 에틸렌글리콜류, 아닐린류, 톨루엔, 글로로포름 소디움도데실 설페트, 폴리비닐알코올, 트리톤-x, 하이드로프로필 셀롤로오즈, 하이드록시프로필 메틸셀롤로오즈 중에서 선택되는 하나 또는 2 개 이상의 용액을 이용하여 일정 비율을 1차 용액을 만들고,

바인더 용제로 폴리에스터와 우레탄을 일정 비율로 혼합한 우레탄계 용액이나 실레인(접착증강제)와 에폭시계를 일정 비율로 혼합하여 2차 용액을 만들고,

상기 1차 용액 및 2차 용액을 일정 비율로 혼합하여 3차 용액을 만든 다음,

상기 3차 용액에 단일벽탄소나노튜브, 이중벽탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 나노카본, 그래핀, 플러렌 중에서 선택되는 하나 또는 2 개 이상의 탄소나노선재를 일정 비율로 혼합하여 4차(최종) 용액을 만든 후,

4차 용액을 비이커 또는 분산용기에 넣은 다음 초음파 기기를 통하여 분산하여 혼합분산용액인 폴리카졸 용액을 제조하는데,

상기 폴라키졸 용액이 본 발명에 따른 접착제로 기능하게 된다.

특히 2개 이상의 용액을 이용하여 1차 용액을 만들 경우에는 선택된 분산제 각각 50중량부에, 50중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하고,

2차 용액 제조와 관련하여 폴리에스터와 우레탄을 혼합하여 2차 용액을 만들경우에는 폴리에스터 20중량부에 우레탄 80중량부를 혼합하거나, 실레인과 에폭시계를 일정 비율로 혼합하여 2차 용액을 만들 경우에는 실레인 2중량부에 에폭시계 98중량부를 혼합하여 2차 용액을 완성한다.

그리고 제조된 1차 용액 70 중량부에 제조된 2차 용액 30 중량부를 혼합하여 3차 용액을 완성하고,

4차 용액 제조와 관련해서는 3차 용액 97중량부 내지 80중량부에 단일벽탄소나노튜브, 이중벽탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 나노카본, 그래핀, 플러렌 중에서 선택되는 탄소나노선재 3 중량부 내지 20 중량부를 혼합하거나, 선택되는 탄소나노선재가 2개일 경우에는 선택된 탄소나노선재 각각 1.5중량부 내지 10중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

상기 과정을 거쳐 접착제인 폴리카졸 용액이 완성되면, 이를 알루미늄 시트 일면 또는 양면에 코팅하게 되고(도 1에서는 일면에만 코팅이 되는 것으로 도시됨),

이후 폴리카졸이 코팅된 백시트를 팽창흑연시트에 합지함으로써 본 발명에 따른 방열시트가 완성된다.

물론, 상기 제1 백시트는 팽창흑연시트 일면만이 아닌 양 면에 형성될 수 있음은 물론이다.

참고로 팽창흑연시트의 경우 팽창된 흑연입자가 적층을 이룰 때 많은 공극을 형성하게 되고 바로 그 공극 때문에 열 및 전기 전도율이 저하되는 결과가 된다.

특히 수직 방향으로 저하가 심해지는데, 본 발명에서는 접착제로 폴리카졸 용액을 사용함으로서 이러한 문제를 해소하게 된다.

즉, 팽창된 흑연 입자의 크기보다 훨씬 작은 탄소나노선재를 이용하여 그 공극에 위치하게 함으로써 밀도가 더 높아지게 할 수 있고, 열 및 전기 전도율을 향상시킬 수 있으며, 표면부에 이러한 탄소나노선재를 위치하게 되면 전도율을 더욱 극대화할 수 있고, 박리 현상도 현저하게 줄일 수 있게 된다.

다음으로 도 2에서와 같이 본 발명에 따른 방열시트는 상기 제1 백시트가 형성된 팽창흑연시트 타면으로 다른 구성의 제2 백시트가 구비될 수 있는데,

제2 백시트는 합성수지로 이루어진 시트(이하, 합성수지시트)(40) 일면 또는 양면에 카본블랙(50)이 코팅되어 형성된다.

상기 합성수지시트로는 기존의 방열시트에 자주 사용되는 PET시트 또는 OPP시트를 고려할 수 있으며,

기존 언급된 백시트와의 차이점은 상기 PET시트 또는 OPP 시트 일면 또는 양면에 카본블랙코팅층이 형성된다는 점이다.

참고로 전술된 시트 재질들에 대한 열전도율을 살펴보면, 팽창흑연시트의 주 성분을 이루는 그라파이트가 가장 높고, 알루미늄과 그리고 PET(또는 OPP)의 순으로 낮아진다.

이에 상기 제2 백시트의 경우 PET시트(40)의 일면 또는 양면에 카본블랙(50)이 코팅됨으로서 열 전도율을 높이게 된다.

물론 도면에 도시되지 않았으나 팽창흑연시트 양면에 상기 제1 백시트 모두를 형성할 수도 있고, 다르게는 팽창흑연시트 양면에 상기 제2 백시트 모두를 형성하여 방열시트를 제조할 수도 있다.

그리고 도 2에서와 같이 방열시트가 형성되는 경우 알루미늄의 제1 백시트에서 온도를 1℃ 떨어뜨리게 되고, 카본블랙코팅층이 형성된 제2 백시트에서 온도를 1℃ 떨어뜨리게 되어 최종적으로 2℃ 내리게 할 수 있다는 효과를 기대할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "방열시트"를 설명하였으나 본 발명은 이하 기술되는 청구범위를 변경하지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 팽창흑연시트 20: 금속박판(알루미늄시트)
30: 접착제
40: 합성수지시트(PET시트) 50: 카본블랙

Claims (6)

1. 팽창흑연시트 일면에 제1 백시트를 구비하되,
   상기 제1 백시트는 금속박판으로 이루어진 것을 특징으로 하고,
   상기 금속박판의 일면 또는 양면에는 접착제가 코팅되는 것을 특징으로 하는 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속박판은 알루미늄, 구리, 금, 은, 텅스텐, 철 중 선택되는 금속으로 이루어진 박판인 것을 특징으로 하는 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 접착제는 폴리카졸 용액인 것을 특징으로 하는 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 폴리카졸 용액은,
   분산제로 물 또는 에틸알콜, 메틸알콜, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 에틸 이소케톤, 에틸렌글리콜류, 아닐린류, 톨루엔, 글로로포름 소디움도데실 설페트, 폴리비닐알코올, 트리톤-x, 하이드로프로필 셀롤로오즈, 하이드록시프로필 메틸셀롤로오즈 중에서 선택되는 하나 또는 2 개 이상의 용액을 이용하여 1차 용액을 만드는 제1 공정과,
   바인더 용제로 폴리에스터와 우레탄을 혼합한 우레탄계 용액이나 실레인(접착증강제)와 에폭시계를 혼합하여 2차 용액을 만드는 제2 공정과,
   상기 1차 용액 및 2차 용액을 혼합하여 3차 용액을 만드는 제3 공정과,
   상기 3차 용액에 단일벽탄소나노튜브, 이중벽탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 나노카본, 그래핀, 플러렌 중에서 선택되는 하나 이상의 탄소나노선재를 혼합하여 4차 용액을 만드는 제4 공정과,
   상기 제4 공정에 의한 4차 용액을 비이커 또는 분산용기에 넣은 다음 초음파 기기를 통하여 분산하는 제5 공정을 거쳐 완성되는 것을 특징으로 하는 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트.
5. 제 1 항에 있어서.
   상기 방열시트는 합성수지로 이루어진 합성수지시트 일면 또는 양면에 카본블랙코팅층이 형성된 제2 백시트를 더 구비하되,
   상기 제2 백시트는 상기 제1 백시트가 형성된 팽창흑연시트의 타면에 구비되는 것을 특징으로 하는 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제2 백시트를 이루는 합성수지시트는 PET 또는 OPP 인 것을 특징으로 하는 금속 백시트를 구비하여 열전도율을 높인 방열시트.

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