KR20150044682A - 열전도성 수지 조성물 및 이를 이용하는 힛 싱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물은 폴리아미드 수지 20 내지 70wt%, 그리고 세라믹계열의 등방성 무기충전재 30 wt% 내지 80wt%를 포함하며, 상기 등방성 무기충전재는 평균 직경으로 구분되는 제1 무기 충전재 그룹 및 제2 무기충전재 그룹을 포함한다.

Description

열전도성 수지 조성물 및 이를 이용하는 힛 싱크{THERMAL CONDUCTIVE RESIN COMPOSITE AND HEATSINK USING THE SAME}
본 발명은 열전도성 수지 조성물 및 이를 이용하는 힛 싱크에 관한 것이다.
전자 기기의 경량화, 소형화 및 다기능화에 따라 전자 부품도 고집적화 및 고용량화되고 있다. 전자 부품은 발열 소자일 수 있으며, 발열은 전자 부품의 기능 저하, 기판의 열화 및 제품의 수명 단축의 원인이 되고 있다. 이에, 전자 부품의 고집적화 및 고용량화에 따라, 방열 문제에 대한 관심이 커지고 있다.
전자 부품에 사용되는 수지 조성물은 전기 절연성인 동시에 우수한 열전도성을 가져야 한다. 이러한 수지 조성물의 방열 성능을 높이기 위하여 무기 충전재를 고밀도로 충전할 필요가 있다.
이러한 수지 조성물은 면 방향(In-Plane) 방열 특성과 두께 방향(Through-Plane) 방열 특성이 상이한 경향이 있다. 면 방향 방열 특성이 우수하더라도 두께 방향 방열 특성이 양호하지 않으면, 적용되는 전자 부품의 종류에 따라서는 원하는 수준의 방열 성능을 얻지 못할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전도성 수지 조성물 및 이를 이용하는 힛 싱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물은 폴리아미드 수지 20 내지 70wt%, 그리고 세라믹계열의 등방성 무기충전재 30 wt% 내지 80wt%를 포함하며, 상기 등방성 무기충전재는 평균 직경으로 구분되는 제1 무기 충전재 그룹 및 제2 무기충전재 그룹을 포함한다.
상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 세라믹계열의 등방성 무기충전재는 산화마그네슘, 산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 제1 무기 충전재 그룹은 평균 직경이 1 내지 20㎛인 산화마그네슘을 포함하고, 상기 제2 무기 충전재 그룹은 평균 직경이 40 내지 60㎛인 산화마그네슘을 포함할 수 있다.
상기 제1 무기 충전재 그룹 10 중량부에 대하여 상기 제2 무기 충전재 그룹 7.5 내지 70 중량부를 포함할 수 있다.
탄소계열의 무기 충전재 및 글래스화이버 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 탄소계열의 무기 충전재는 그라파이트, 탄소 섬유, 탄소나노튜브 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 힛 싱크는 광원으부터 발생한 열을 전달 받아 외부로 방출하는 방열부를 포함하며, 상기 방열부는 폴리아미드 수지 20 내지 70wt%, 그리고 세라믹계열의 등방성 무기충전재 30 wt% 내지 80wt%를 포함하고, 상기 등방성 무기충전재는 평균 직경으로 구분되는 제1 무기 충전재 그룹 및 제2 무기충전재 그룹을 포함하는 열전도성 수지 조성물을 포함한다.
상기 방열부의 면 방향(In-Plane) 열전도도와 두께 방향(Through-Plane) 열전도도 간의 차이는 0 내지 0.5W/mK일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전도도가 우수한 수지 조성물을 얻을 수 있다. 특히, 면 방향의 방열 특성과 두께 방향의 방열 특성이 유사한 수지 조성물을 얻을 수 있다. 이에 따라, 전자 부품의 방열 성능 및 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 인쇄 회로 기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물이 적용되는 힛싱크의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물이 적용되는 조명용 힛싱크의 상면에 배치된 광원을 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 wt%는 중량부로 대체될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 폴리아미드 수지 및 세라믹계열의 등방성 무기충전재를 포함하는 열전도성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물은 전체 열전도성 수지 조성물에 대하여 20wt% 내지 70wt%, 바람직하게는 30wt% 내지 50wt%의 폴리아미드 수지를 포함할 수 있다.
폴리아미드 수지가 전체 열전도성 수지 조성물의 20wt% 이상이고 70wt% 이하로 함유된 경우, 밀착성이 양호하고, 두께 조절이 용이하며, 열전도 효과가 좋다.
폴리아미드 수지는 극성인 아미드기(NHCO-)를 포함하는 수지를 의미한다. 폴리아미드 수지는, 예를 들면 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 610, 폴리아미드 612, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 46, MXD 6 폴리아미드, 공중합 폴리아미드 및 투명 폴리아미드 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 특히, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66 및 폴리아미드 46은 내열성 및 내충격성이 높아 전자 부품에 용이하게 적용될 수 있다. 이 중에서, 폴리아미드 6은 폴리아미드 66 및 폴리아미드 46에 비하여 융점이 낮으으로 성형성이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물은 전체 열전도성 수지 조성물에 대하여 30wt% 내지 80wt%, 바람직하게는 50wt% 내지 70wt%의 세라믹계열의 등방성 무기 충전재를 포함한다. 세라믹계열의 등방성 무기 충전재가 30wt% 내지 80wt%로 함유되면, 열전도성 수지 조성물의 열전도성, 내열성 및 절연성 등이 양호해질 수 있다. 열전도성, 내열성 및 절연성 등은 무기 충전재의 첨가량이 많을수록 좋은데, 그 체적 분율에 따라 향상되는 것은 아니며, 특정 첨가량부터 비약적으로 향상된다. 세라믹계열의 등방성 무기 충전재가 80wt%를 초과하여 함유되면, 점도 상승으로 인하여 성형성이 악화될 수 있다. 그리고, 세라믹계열의 등방성 무기 충전재가 30wt% 미만으로 함유되면, 요구되는 수준의 열전도 효과를 얻을 수 없다.
여기서, 등방성(isotropy)은 방향에 따라 물리적 성질이 달라지지 않는 것을 의미한다. 이에 따라, 세라믹계열의 등방성 무기 충전재는 세라믹 계열의 무기 충전재 중 구형 또는 입방향 무기 충전재를 의미할 수 있다. 세라믹계열의 등방성 무기 충전재는, 예를 들면 산화마그네슘, 산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
이와 같이, 열전도성 수지 조성물의 무기 충전재로 세라믹 계열의 등방성 무기 충전재를 사용하면, 면 방향(In-Plane)의 방열 특성과 두께 방향(Through-Plane)의 방열 특성이 유사한 열전도성 수지 조성물을 얻을 수 있다.
세라믹계열의 등방성 무기 충전재로 산화마그네슘이 사용되는 경우, 다양한 크기의 산화마그네슘이 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 평균 직경이 1㎛ 내지 20㎛인 산화마그네슘 그룹과 평균 직경이 40㎛ 내지 60㎛인 산화마그네슘 그룹을 포함할 수 있다. 이와 같이, 다양한 크기의 산화마그네슘을 혼합하는 경우, 입자 크기가 큰 산화마그네슘 간의 공간에 입자 크기가 작은 산화마그네슘이 채워지는 패킹 효과로 인하여, 충전율 및 열전도도를 높일 수 있다. 이때, 평균 직경이 1㎛ 내지 20㎛인 산화마그네슘 10 중량부에 대하여 평균 직경이 40㎛ 내지 60㎛인 산화마그네슘 7.5 내지 70 중량부가 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 평균 직경이 1㎛ 내지 20㎛인 산화마그네슘 10 중량부에 대하여 평균 직경이 40㎛ 내지 60㎛인 산화마그네슘 11 내지 24 중량부가 첨가될 수 있다. 평균 직경이 1㎛ 내지 20㎛인 산화마그네슘 10 중량부에 대하여 평균 직경이 40㎛ 내지 60㎛인 산화마그네슘의 함량이 7.5 중량부 미만이거나, 70 중량부를 초과하는 경우, 충전율이 낮아져 요구되는 수준의 열전도 효과를 얻을 수 없게 된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물은 탄소계 무기 충전재 및 글래스화이버 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 탄소계 무기 충전재 또는 글래스화이버가 더 함유되면, 세라믹계 무기 충전재 간의 브릿지 역할을 하여 열전도도를 높일 수 있다. 또한, 탄소계 무기 충전재가 함유되면, 상대적으로 비중이 높은 세라믹계 무기 충전재의 양을 줄일 수 있어, 열전도성 수지 조성물의 무게를 줄일 수도 있다. 다만, 탄소계 무기 충전재 및 글래스화이버 중 적어도 하나가 열전도성 수지 조성물의 20wt%를 초과하여 함유되면, 열전도성 수지 조성물의 전기 전도도가 높아져 절연 성능이 낮아질 수 있으며, 면 방향과 두께 방향 간의 방열 특성이 달라질 수 있다.
탄소계 무기 충전재는 그라파이트(graphite), 탄소섬유(Carbon Fiber), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물을 섬유 기재나 글라스 기재에 코팅 또는 함침시키고, 가열에 의하여 반경화시킴으로써 프리프레그(prepreg)를 제조할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물은 다양한 전자 부품에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물이 적용된 인쇄 회로 기판의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 인쇄 회로 기판(100)은 금속 플레이트(110), 절연층(120) 및 회로 패턴(130)을 포함한다.
금속 플레이트(110)는 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 백금 및 이들로부터 선택된 합금으로 이루어질 수 있다.
금속 플레이트(110) 상에는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물로 이루어진 절연층(120)이 형성된다.
절연층(120) 상에는 회로 패턴(130)이 형성된다. 회로 패턴(130)은 구리, 니켈 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
절연층(120)은 금속 플레이트(110)와 회로 패턴(130) 사이를 절연한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물을 절연층으로 이용함으로써, 방열 성능이 우수한 인쇄 회로 기판을 얻을 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물은 조명의 힛싱크(heatsink)에도 적용될 수 있다. 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물이 적용되는 힛싱크의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물이 적용되는 힛싱크의 상면에 배치된 광원을 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 힛 싱크(200)는 조명 장치에 내장되며, 힛 싱크(200)의 상면에는 조명 장치의 광원(300)이 배치될 수 있다. 광원(300)은, 예를 들면 적어도 하나의 LED(Light Emitting Diode) 패키지를 포함할 수 있다. 광원(300)으로부터 발생한 열은 힛 싱크(200)로 전달되며, 외부로 방출된다. 힛 싱크(200)와 공기 간의 접촉 면적을 넓히기 위하여, 힛 싱크(200)의 표면은 요철 형상(210)을 가질 수 있다.
힛 싱크(200)는 본 발명의 실시예에 따른 열전도성 수지 조성물을 포함할 수 있다. 이에 따라, 방열 성능이 우수한 힛 싱크를 얻을 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 18wt%와 폴리아미드 6 70wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 12wt%를 사이드 피더로 투입한 후, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 2>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 24wt%와 폴리아미드 6 60wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 16wt%를 사이드 피더로 투입한 후, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 3>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 30wt%와 폴리아미드 6 50wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 20wt%를 사이드 피더로 투입한 후, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 4>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 36wt%와 폴리아미드 6 40wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 24wt%를 사이드 피더로 투입한 후, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 5>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 30wt%와 폴리아미드 6 30wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 20wt%를 한 사이드 피더로 투입한 후, 그라파이트 10wt%와 글래스화이버 10wt%를 다른 사이드피더로 더 투입하고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 6>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 20wt%와 폴리아미드 6 40wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 40wt%를 사이드 피더로 투입한 후, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 7>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 25wt%와 폴리아미드 6 40wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 35wt%를 사이드 피더로 투입한 후, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 8>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 54wt%와 폴리아미드 6 40wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 6wt%를 사이드 피더로 투입한 후, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 9>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 53wt%와 폴리아미드 6 40wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 7wt%를 사이드 피더로 투입한 후, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 10>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 17wt%와 폴리아미드 6 30wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 33wt%를 한 사이드 피더로 투입한 후, 그라파이트 10wt%와 글래스화이버 10wt%를 다른 사이드피더로 더 투입하고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 11>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 20wt%와 폴리아미드 6 30wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 30wt%를 한 사이드 피더로 투입한 후, 그라파이트 10wt%와 글래스화이버 10wt%를 다른 사이드피더로 더 투입하고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 12>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 45wt%와 폴리아미드 6 30wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 5wt%를 한 사이드 피더로 투입한 후, 그라파이트 10wt%와 글래스화이버 10wt%를 다른 사이드피더로 더 투입하고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<실시예 13>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 44wt%와 폴리아미드 6 30wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 직경이 10㎛ 산화마그네슘 6wt%를 한 사이드 피더로 투입한 후, 그라파이트 10wt%와 글래스화이버 10wt%를 다른 사이드피더로 더 투입하고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 1>
이축압출기의 배럴 온도를 270℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 80W/mK 인 질화붕소 30wt%와 폴리아미드 6 70wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 스크루 속도 220rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 컨베이어를 이용하여 대기 중에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 445rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 2>
이축압출기의 배럴 온도를 270℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 80W/mK 인 질화붕소 40wt%와 폴리아미드 6 60wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 스크루 속도 220rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 컨베이어를 이용하여 대기 중에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 445rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 3>
이축압출기의 배럴 온도를 270℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 80W/mK 인 질화붕소 50wt%와 폴리아미드 6 50wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 스크루 속도 220rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 컨베이어를 이용하여 대기 중에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 445rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 4>
이축압출기의 배럴 온도를 270℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 80W/mK 인 질화붕소 60wt%와 폴리아미드 6 40wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 스크루 속도 220rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 컨베이어를 이용하여 대기 중에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 445rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 5>
이축압출기의 배럴 온도를 270℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 80W/mK 인 질화붕소 50wt%와 폴리아미드 6 30wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 그라파이트 10wt%와 글래스화이버 10wt%를 사이드 피더로 더 투입하여, 스크루 속도 220rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 컨베이어를 이용하여 대기 중에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 445rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 6>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 30wt%와 폴리아미드 6 70wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 7>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 40wt%와 폴리아미드 6 60wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 8>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 50wt%와 폴리아미드 6 50wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 9>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 60wt%와 폴리아미드 6 40wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 스크루 속도 140rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
<비교예 10>
이축압출기의 배럴 온도를 240~250℃로 유지하면서, 상온에서 열전도도가 60W/mK이며 직경이 50㎛인 산화마그네슘 50wt%와 폴리아미드 6 30wt%를 메인 호퍼에 투입하였다. 그리고, 그라파이트 10wt%와 글래스화이버 10wt%를 사이드 피더로 더 투입하여, 스크루 속도 220rpm, 벤트 압력 600mmHg에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 컨베이어를 이용하여 대기 중에서 냉각시킨 후, 회전 절단기의 속도 55rpm으로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
표 1 내지 5는 실시예 및 비교예에 따른 조성물로부터 사출된 샘플을 이용하여 열전도도를 비교한 결과이다. 여기서, 열전도도는 두께가 0.5T인 샘플로부터 측정한 면방향(In Plane) 열전도도와 두께가 1T인 샘플로부터 측정한 두께 방향(Through Plane) 열전도도로 나타내었다.
표 1은 폴리아미드 수지와 무기 충전재의 중량비가 70:30인 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 6의 결과이다.
실험번호 열전도도(W/m.K) (Through Plane) 열전도도(W/m.K) (In Plane)
실시예 1 0.38 0.30
비교예 1 0.29 1.03
비교예 6 0.19 0.18
표 2는 폴리아미드 수지와 무기 충전재의 중량비가 60:40인 실시예 2, 비교예 2 및 비교예 7의 결과이다.
실험번호 열전도도(W/m.K) (Through Plane) 열전도도(W/m.K) (In Plane)
실시예 2 0.55 0.61
비교예 2 0.38 1.88
비교예 7 0.25 0.30
표 3은 폴리아미드 수지와 무기 충전재의 중량비가 50:50인 실시예 3, 비교예 3 및 비교예 8의 결과이다.
실험번호 열전도도(W/m.K) (Through Plane) 열전도도(W/m.K) (In Plane)
실시예 3 0.72 0.72
비교예 3 0.55 2.54
비교예 8 0.26 0.37
표 4는 폴리아미드 수지와 무기 충전재의 중량비가 40:60인 실시예 4, 실시예 6 내지 9, 비교예 4 및 비교예 9의 결과이다.
실험번호 열전도도(W/m.K) (Through Plane) 열전도도(W/m.K) (In Plane)
실시예 4 0.95 1.07
실시예 6 0.52 0.65
실시예 7 0.75 0.72
실시예 8 0.60 0.59
실시예 9 0.69 0.72
비교예 4 0.51 2.46
비교예 9 0.32 0.38
표 5는 폴리아미드 수지와 세라믹계 무기 충전재의 중량비가 30:50이고, 그라파이트 및 글래프파이버를 더 포함하는 실시예 5, 실시예 실시예 10 내지 13, 비교예 5 및 비교예 10의 결과이다.
실험번호 열전도도(W/m.K) (Through Plane) 열전도도(W/m.K) (In Plane)
실시예 5 1.99 2.04
실시예 10 1.34 1.07
실시예 11 1.45 1.24
실시예 12 1.10 0.70
실시예 13 1.37 1.09
비교예 5 0.39 3.00
비교예 10 0.35 0.35
표 1 내지 표 5를 참조하면, 등방성 무기충전재인 산화마그네슘을 포함하는 실시예 1 내지 실시예 13 및 비교예 6 내지 10의 두께 방향 열전도도와 면방향 열전도도 간의 차는 0.5W/mK이하이나, 이방성 무기충전재인 질화붕소를 포함하는 비교예 1 내지 비교예 5의 두께 방향 열전도도와 면방향 열전도도간의 차는 0.5W/mK보다 크다.
특히, 이방성 무기충전재인 질화붕소를 사용하는 비교예 1 내지 비교예 5에서는 면방향 열전도도는 우수하나 두께방향 열전도도가 낮다. 이와 같이, 면방향 열전도도와 두께방향 열전도도 간의 편차가 클 경우 열이 사방으로 고르게 전달되기 어려운 문제가 있다. 특히, 면방향 열전도도는 우수하더라도 두께방향 열전도도가 양호하지 못한 경우, 인쇄회로기판의 절연층과 같이 시트(sheet), 레이어(layer)의 형태로 구현되는 부품에는 적용이 가능하지만, 조명용 힛싱크와 같이 두꺼운 두께로 구현되는 부품에는 적용이 어려운 문제가 있다.
한편, 표 1 내지 5의 실시예 1과 비교예 6, 실시예 2와 비교예 7, 실시예 3과 비교예 8, 실시예 4와 비교예 9 및 실시예 5와 비교예 10을 각각 살펴보면, 모두 등방성 무기충전재인 산화마그네슘을 포함하므로 두께방향 열전도도와 면방향 열전도도간의 편차는 적으나, 비교예 6 내지 10과 같이 단일 크기의 산화마그네슘을 사용하는 경우 두께방향 열전도도 및 면방향 열전도도가 모두 매우 낮아 적절한 방열 성능을 얻기 어려운 문제가 있다. 이에 따라, 실시예 1 내지 5와 같이 크기로 구분되는 적어도 2이상의 산화마그네슘 그룹을 혼합하여 사용하면 높은 열전도도를 얻을 수 있다.
또한, 표 4의 실시예 4 및 실시예 6 내지 9 및 표 5의 실시예 5 및 실시예 10 내지 13을 각각 살펴보면, 실시예 4 및 실시예 5에서는 직경이 10㎛인 산화마그네슘 10 중량부에 대하여 직경이 50㎛인 산화마그네슘이 7.5 내지 70 중량부로 포함되어 있으나, 실시예 6 내지 9 및 실시예 10 내지 13에서는 이러한 범위를 벗어나도록 포함되어 있다. 이에 따라, 실시예 4는 실시예 6 내지 9에 비하여 우수한 열전도도를 나타내고, 실시예 5는 실시예 10 내지 13에 비하여 우수한 열전도도를 나타냄을 알 수 있다.
이와 같이, 열전도도가 좋을수록 열이 잘 전달되며, 외부로 열이 잘 방출된다.
한편, 표 6은 실시예 5 및 비교예 5로부터 얻어진 수지 조성물을 이용하여 힛 싱크를 제작한 후, 힛 싱크의 여러 지점에서의 온도를 측정한 결과이다. 제작된 힛 싱크는 소모전력이 10W인 조명 장치에 연결되었으며, 도 3에서 도시하고 있는 힛 싱크의 상면의 P1, P2 및 P3 지점에서 각각 온도를 측정하였다.
실험번호 P1(℃) P2(℃) P3(℃)
실시예 5 77.0 68.9 70.8
비교예 5 87.3 75.5 79.0
표 6을 참조하면, 비교예 5로부터 얻어진 수지 조성물을 이용하여 제작한 힛 싱크의 상면의 각 지점에서의 온도에 비하여 실시예 5로부터 얻어진 수지 조성물을 이용하여 제작한 힛 싱크의 상면의 각 지점에서의 온도가 낮다. 이에 따라, 비교예 5와 같이 면방향 열전도도가 높더라도 두께방향 열전도도가 양호하지 못하면 열이 사방으로 전달되지 못하여 외부로 효율적으로 방출되지 않음을 알 수 있다. 그리고, 실시예 5와 같이 면 방향과 두께 방향의 방열 특성이 유사한 수지 조성물을 이용하면, 더욱 우수한 방열 성능을 가지는 전자 부품을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 폴리아미드 수지 20 내지 70wt%, 그리고
    세라믹계열의 등방성 무기충전재 30 wt% 내지 80wt%를 포함하며,
    상기 등방성 무기충전재는 평균 직경으로 구분되는 제1 무기 충전재 그룹 및 제2 무기충전재 그룹을 포함하는 열전도성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 열전도성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹계열의 등방성 무기충전재는 산화마그네슘, 산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 열전도성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기 충전재 그룹은 평균 직경이 1 내지 20㎛인산화마그네슘을 포함하고,
    상기 제2 무기 충전재 그룹은 평균 직경이 40 내지 60㎛인산화마그네슘을 포함하는 열전도성 수지 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 무기 충전재 그룹 10 중량부에 대하여 상기 제2 무기 충전재 그룹 7.5 내지 70 중량부를 포함하는 열전도성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    탄소계열의 무기 충전재 및 글래스화이버 중 적어도 하나를 더 포함하는 열전도성 수지 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄소계열의 무기 충전재는 그라파이트, 탄소 섬유, 탄소나노튜브 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 열전도성 수지 조성물.
  8. 광원으부터 발생한 열을 전달 받아 외부로 방출하는 방열부를 포함하며,
    상기 방열부는 폴리아미드 수지 20 내지 70wt%, 그리고 세라믹계열의 등방성 무기충전재 30 wt% 내지 80wt%를 포함하고, 상기 등방성 무기충전재는 평균 직경으로 구분되는 제1 무기 충전재 그룹 및 제2 무기충전재 그룹을 포함하는 열전도성 수지 조성물을 포함하는 힛 싱크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방열부의 면 방향(In-Plane) 열전도도와 두께 방향(Through-Plane) 열전도도 간의 차이는 0 내지 0.5W/mK인 힛 싱크.
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