KR20160024565A - 전자파를 차폐하는 방열 시트 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

전자파를 차폐하는 방열 시트 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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Abstract

전자파를 차폐하는 방열 시트 및 이를 포함하는 전자 장치에서, 전자파를 차폐하는 방열 시트는 탄소나노튜브 및 센더스트(sendust)를 포함하는 전파 흡수체층과, 전파 흡수체층 상에 배치된 금속층을 포함한다.

Description

전자파를 차폐하는 방열 시트 및 이를 포함하는 전자 장치{HEAT-RADIATING SHEET SHIELDING AN ELECTROMAGNETIC WAVE AND ELECTRIC DEVICE INCLUDING THE HEAT-RADIATING SHEET}
본 발명은 전자파를 차폐하는 방열시트 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 전자 제품에 이용되고 전자파 차폐와 방열 기능을 모두 하는 전자파를 차폐하는 방열시트 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
전자제품의 작동시간이 길어질수록 구동부, 예를 들어 전자 회로로부터 열이 발생하고, 전자제품의 구성부품으로 열이 전달된다. 과도한 열의 발생은 전자제품의 기능을 저하시키거나 내구성을 약화시키고, 추가적으로 소음과 지속적인 진동을 유발하기도 한다.
이러한 발열 문제를 해결하기 위해서, 방열 수단으로서 구동부에 히트 싱크(heat sink)를 설치하고 있다. 예를 들어, 컴퓨터에서 CPU 등의 방열을 위해서 메인 보드의 집적 회로 상단에 히트 싱크가 설치된다. 그러나 대부분은 구동부에서 발생되는 열량이 히트 싱크가 흡수할 수 있는 열량보다 많기 때문에 히트 싱크만으로는 발열 문제를 해결할 수 없다. 부가적으로, 히트 싱크에 방열 팬(fan)을 설치하여 열공학적으로 외부로 열을 강제 방출하고 있기는 하지만, 방열 효율을 최적화시키는데 한계가 있다. 또한, 히트 싱크나 방열 팬은 소형의 휴대용 전자제품에는 적용시키기 어렵다.
한편, 전자제품의 구동부는 일반적으로 집적형 전자 회로, 구동칩 등과 같은 잡음성 소자 부품으로 이루어져 있는데, 이러한 잡음성 소자 부품에서 방사되는 전자파는 노이즈로서 심각한 전자파 장해를 유발하기도 한다. 전자파 차폐를 위한 기술이 개발되고 있으나, 전자제품에 방열 수단과 전자파 차폐 수단을 모두 구비하면서 소형화, 경량화 및 슬림화에 대한 소비자의 요구를 만족시키기는 어려운 실정이다.
본 발명의 일 목적은 전자파를 차폐하면서 방열 기능도 수행하는 전자파를 차폐하는 방열 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 전자파를 차폐하는 방열 시트를 포함함으로써 소형화, 경량화 및 슬림화된 전자 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파를 차폐하는 방열 시트는 탄소나노튜브 및 센더스트(sendust)를 포함하는 전파 흡수체층 및 상기 전파 흡수체층 상에 배치된 금속층을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 센더스트 100 중량부에 대해서, 탄소나노튜브 110 내지 120 중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전파 흡수체층 및 상기 금속층을 관통하는 천공이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방열 시트는 상기 전파 흡수체층과 상기 금속층 사이에 배치된 열전도층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 전파 흡수체층, 상기 열전도층 및 상기 금속층을 관통하는 천공이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방열 시트는 상기 금속층의 상기 전파 흡수체층과 마주하는 면의 반대면에 배치된 보호층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 금속층은 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 구동부 및 상기 구동부에 면 접촉하도록 결합되고, 탄소나노튜브 및 센더스트(sendust)를 포함하는 전파 흡수체층 및 상기 전파 흡수체층 상에 배치된 금속층을 포함하는 전자파를 차폐하는 방열 시트를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전파 흡수체층이 상기 구동부와 면접촉하여 결합될 수 있다.
본 발명의 전자파를 차폐하는 방열 시트 및 이를 포함하는 전자 장치에 따르면, 1장의 시트로 전자파 차폐 및 방열 기능을 모두 수행할 수 있다. 이러한 전자파를 차폐하는 방열 시트는 전자 장치에 적용되어 소형화, 경량화, 슬림화시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 장치의 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 시트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 시트를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열 시트를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 방열 시트에 포함되는 전파 흡수체층의 전파 흡수 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 시트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파를 차폐하는 방열 시트(101)는 전파 흡수체층(110) 및 금속층(130)을 포함한다. 상기 방열 시트(101)는 추가적으로 열전도층(130) 및/또는 보호층(140)을 더 포함할 수 있다.
전파 흡수체층(110)은 전파를 흡수하고 높은 열전도율을 갖는다. 전파 흡수체층(110)은 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)와 센더스트(Sendust)를 포함한다. 센더스트는 알루미늄, 실리콘 및 철을 포함하는 투자율(magnetic permeability)가 높은 합금 물질이다.
전파 흡수체층(110)에서, 탄소나노튜브는 센더스트 100 중량부에 대해서 약 110 내지 120 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 탄소나노튜브가 110 중량부 미만인 경우, 전파흡수 대역폭이 좁고 흡수능도 낮다. 탄소나노튜브가 120 중량부 초과인 경우에도, 전파흡수 대역폭이 좁게 나타나고 흡수능도 열화되는 문제점이 있다. 보다 바람직하게는, 전파 흡수층(110)에서 탄소나노튜브의 함량은, 센더스트 100 중량부에 대해서 약 113 내지 117 중량부일 수 있다.
전파 흡수체층(110)은 탄소나노튜브와 센더스트가 분산되고 이들을 지지하는 고분자를 더 포함한다. 상기 고분자에 의해서 전파 흡수체층(110)이 박막 형태가 되고, 전파 흡수체층(110)은 상기 고분자가 형성하는 매트릭스 내에 탄소나노튜브와 센더스트가 분산된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 염화 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene, CPE)을 이용할 수 있다. 전파 흡수체층(110)에서의 상기 고분자의 함량은, 탄소나노튜브 및 센더스트 전체 함량을 100 중량부로 할 때, 상기 전체 함량에 대해서 30 내지 40 중량부일 수 있다.
금속층(130)은 전파 흡수체층(110) 상에 배치되고, 전파 흡수체층(110)으로 흡수된 불요 전파나 열을 외부로 분산하여 방출할 수 있다. 금속층(130)은 열전도율이 높은 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속층(130)은 알루미늄이나 구리로 형성될 수 있다.
열전도층(120)은 전파 흡수체층(110)과 금속층(130) 사이에 개재될 수 있다. 열전도층(120)은 전파 흡수체층(110)과 함께 전파와 열을 흡수하여 전파 흡수체층(110)의 기능을 보조하는 역할을 한다. 열전도층(120)은 세라믹이나 세라믹과 유사한 절연성 및 열전도도를 갖는 코팅 재료로 형성할 수 있다. 열전도층(120)은 액상의 세라믹 물질을 코팅함으로써 형성할 수 있다. 일례로, 열전도층(120)은 탄화규소(SiC), 니켈/구리/니켈(Ni/Cu/Ni) 구조의 층을 포함할 수 있다.
보호층(140)은 금속층(130) 상에 배치된다. 보호층(140)은 상기 방열 시트(101)을 외부의 충격으로부터 보호하는 역할을 한다. 보호층(140)은 고분자 필름으로써 금속층(130)에 점착될 수 있다. 보호층(140)은 점착제를 통해서 금속층(130)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 보호층(140)은 폴리에스터 필름일 수 있다.
이하에서는, 도 2를 도 1과 함께 참조하여 전자 장치에 도 1에서 설명한 방열 시트(101)이 설치되는 방법과, 이때의 전자파 차폐 및 방열 경로에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 전자 장치(500)는 방열 시트(101), 구동부(200) 및 히트 싱크(300)를 포함한다.
방열 시트(101)는 도 1에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
구동부(200)는 전자 장치(500)를 구동하는 신호를 전달하는 집적 회로를 포함할 수 있다. 전자 장치(500)가 동작함에 따라 구동부(200)는 발열하고 불요 전자파를 방출할 수 있다. 구동부(200)에 방열 시트(101)가 결합된다. 구동부(200)와 방열 시트(101)는 면 접촉하도록 결합된다. 실질적으로는, 방열 시트(101)의 전자 차폐층(110)이 구동부(200)와 면 접촉한다. 방열 시트(101)가 구동부(200)와 결합하면, 방열 시트(101)의 보호층(140)이 외부로 노출되도록 배치된다.
히트 싱크(300)는 구동부(200)와 인접하게 배치된다. 히트 싱크(300)는 구동부(200)와 결합한 방열 시트(101)와 마주하도록 배치된다. 즉, 히트 싱크(300)는 방열 시트(101)의 보호층(140)과 마주하여 배치될 수 있다. 히트 싱크(300)는 방열 시트(101)와는 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
구동부(200)에서 발생하는 열이나 불요 전파는 1차적으로 전자 차폐층(110)에 흡수되고, 2차적으로 열전도층(120)에 흡수될 수 있다. 이어서, 금속층(130)에 도달하여 금속층(130)에 전체적으로 분산되어 외부로 방출될 수 있다. 방열 시트(101)에서 방출된 열은 다시 히트 싱크(300)에 의해 방열될 수 있다.
방열 시트(101)를 이용함으로써, 전자 장치(500)에서 전자파 차폐 및 방열 기능을 향상시킬 수 있고, 별도의 방열 팬과 같은 방열 수단을 생략하여 전자 장치(500)를 소형화 및 슬림화할 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(500)의 제작 및 조립을 단순화시키고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 소음과 진동 없이 안정적으로 구동시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 시트를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전자파를 차폐하는 방열 시트(102)는 전자 차폐층(112), 열전도층(122), 금속층(130) 및 보호층(140)을 포함하고, 다수의 천공(OP)을 포함한다.
도 3 및 도 4에 도시된 상기 방열 시트(102)는 천공(OP)을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1에서 설명한 방열 시트(101)와 실질적으로 동일하고, 전자 장치에서도 도 2에서 설명한 것과 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
다수의 천공(OP) 각각은 전자 차폐층(112), 열전도층(122) 및 금속층(130)을 관통한다. 다수의 천공(OP) 각각은 전자 차폐층(112)에 의한 제1 홀, 열전도층(122)에 의한 제2 홀 및 금속층(130)에 의한 제3 홀을 포함할 수 있다. 전자 차폐층(112)에 제1 홀을 형성하고, 열전도층(122) 및 금속층(130)이 합체된 상태에서 제2 홀 및 제3 홀을 형성한 후, 상기 제1 홀과, 제2 및 제3 홀들이 서로 대응되도록 합체할 수도 있고, 금속층(130), 열전도층(122), 전자 차폐층(112)에 한 번에 천공(OP)을 형성할 수도 있다.
전자 차폐층(112), 열전도층(122) 및 금속층(130)에 형성된 천공(OP)에 의해서, 전파 흡수능이 향상되고 방열 시트(102)의 유효 표면적이 증가하므로 열이나 불요 전파를 효율적으로 흡수하고 전달하여 외부로 방출할 수 있다.
도 3 및 도 4에서는, 열전도층(122)을 포함하는 방열 시트에서 천공(OP)이 있는 구조를 설명하였으나, 열전도층(122)이 생략될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열 시트를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 전자파를 차폐하는 방열 시트(103)는 전자 차폐층(112), 열전도층(124), 금속층(130) 및 보호층(140)을 포함하고, 다수의 천공(OP)을 포함한다.
전자 차폐층(112), 금속층(130) 및 보호층(140) 각각은 도 4에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 이때, 천공(OP)은 전자 차폐층(112)만 관통한다.
열전도층(124)은 전자 차폐층(112)과 금속층(130) 사이에 배치되되, 다수의 요철 패턴을 포함한다. 상기 요청 패턴에 의해서 방열 시트(103)의 유효 표면적을 넓힐 수 있다. 열전도층(124)이 요철 패턴을 포함하기 때문에, 그 위에 형성되는 금속층(130) 및 보호층(140)의 표면도 열전도층(124)과 동일하게 요철을 갖게 된다.
이에 따라, 전자 차폐층(112)에는 천공(OP)을 형성하고, 열전도층(124), 금속층(130) 및 보호층(140)은 요철 패턴을 포함함으로써 방열 시트(103)의 전자파 차폐 및 방열 기능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 방열 시트에 포함되는 전파 흡수체층을 제조하고 이에 대해 측정된 전파 흡수 특성을 설명하기로 한다.
전파 흡수체층의 제조
센더스트(Sendust) 100 중량부에 대해서 탄소나노튜브 145 중량부와, 센더스트 및 탄소나노튜브 100 중량부에 대해서 45 중량부의 CPE(Chlorinated polyethylene)가 혼합된 조성물을 이용하여, 두께가 0.85 mm인 전파 흡수체층을 제조하였다.
전파 흡수체층의 특성 평가
상기와 같이 제조된 전파 흡수체층에 대해, 파장(단위 GHz)에 따른 반사 계수(단위 dB)를 측정하였다. 그 결과를 도 6에 시뮬레이션 결과와 함께 나타낸다.
도 6는 본 발명에 따른 방열 시트에 포함되는 전파 흡수체층의 전파 흡수 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 방열 시트에 적용되는 전파 흡수체층의 시뮬레이션 결과를 보면, 약 1.5 GHz 내지 3.5 GHz 대역에서 3 dB 이상의 전파 흡수 능력, 즉 전파 흡수율 50 % 이상을 나타냄을 알 수 있다. 실제로 제작한 전파 흡수체층에 대해서 측정한 결과를 보면, 약 1.4 GHz 내지 약 4.1 GHz 대역에서 전파 흡수율 50% 이상을 나타내고 시뮬레이션 결과와 실질적으로 동일한 성능을 갖는 전파 흡수체층이 제조됨을 확인할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
101, 102, 103: 방열 시트 110, 112: 전파 흡수체층
120, 122, 124: 열전도층 130: 금속층
140: 보호층 500: 전자 장치
200: 구동부 300: 히트 싱크

Claims (9)

  1. 탄소나노튜브 및 센더스트(sendust)를 포함하는 전파 흡수체층; 및
    상기 전파 흡수체층 상에 배치된 금속층을 포함하는,
    전자파를 차폐하는 방열 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센더스트 100 중량부에 대해서, 탄소나노튜브 110 내지 120 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자파를 차폐하는 방열 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전파 흡수체층 및 상기 금속층을 관통하는 천공이 형성된 것을 특징으로 하는,
    전자파를 차폐하는 방열 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전파 흡수체층과 상기 금속층 사이에 배치된 열전도층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자파를 차폐하는 방열 시트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전파 흡수체층, 상기 열전도층 및 상기 금속층을 관통하는 천공이 형성된 것을 특징으로 하는,
    전자파를 차폐하는 방열 시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 상기 전파 흡수체층과 마주하는 면의 반대면에 배치된 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자파를 차폐하는 방열 시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 알루미늄 또는 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자파를 차폐하는 방열 시트.
  8. 구동부; 및
    상기 구동부에 면 접촉하도록 결합되고, 탄소나노튜브 및 센더스트(sendust)를 포함하는 전파 흡수체층 및 상기 전파 흡수체층 상에 배치된 금속층을 포함하는 전자파를 차폐하는 방열 시트를 포함하는,
    전자 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전파 흡수체층이 상기 구동부와 면접촉하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
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CN110031114A (zh) * 2018-01-11 2019-07-19 清华大学 面源黑体

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