KR20160086338A - 전자파 흡수 방열 시트 - Google Patents

전자파 흡수 방열 시트 Download PDF

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타케시 후지와라
유키토 야다
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제이엔씨 주식회사
제이엔씨 석유 화학 주식회사
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Abstract

과제: 열전도성이 높고, 전자파를 흡수하는 복합 기능을 가진 전자파 흡수 방열 시트 및 전자 기기를 제공하는 것. 해결 수단: 적어도 1층의 전자파 흡수재를 포함하는 전자파 흡수층과, 그래파이트 시트로 이루어지는 적어도 1층의 그래파이트층과, 적어도 1층의 금속층을 구비하고, 그래파이트층과 다른 층이 폴리비닐아세탈 수지를 포함하는 조성물에 의해 형성된 접착층을 사용하여 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 방열 시트.

Description

전자파 흡수 방열 시트{ELECTROMAGNETIC-WAVE-ABSORBING HEAT DISSIPATION SHEET}
본 발명은, 반도체 등의 발열체로부터의 열을 전열(傳熱)하면서, 전자파 노이즈를 흡수하는 기능을 가지는 전자파 흡수 방열 시트 및 이것을 사용한 전자 기기에 관한 것이다.
컴퓨터를 비롯한 전자 기기나, 전기 자동차에 탑재되는 IGBT 등의 발열 소자는, 고성능화에 따라 발열량이 증대되고 있을 뿐만 아니라 고주파 노이즈의 방사(放射)가 문제가 되고 있다. 예를 들면, 스마트폰에 탑재된 CPU(중앙 연산 처리 장치)는 특히 발열량이 크기 때문에, 열과 전자파(고주파) 노이즈의 양쪽의 발생원이 되어, 기기의 동작 불량의 원인이 되고 있다.
이에 따라, 반도체 디바이스에는 대형 히트싱크(heat sink)와, 차폐 케이스가 함께 사용되고 있는 경우가 많지만, 하우징이 대형화되거나, 중량이 증가하는 문제가 있다. 고열 전도의 그래파이트를 사용하면, 히트싱크의 경량화를 도모할 수 있다. 이 종류의 그래파이트를 사용한 방열기에 관한 종래 기술로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1이 있다.
전술한 바와 같이 최근의 전자 기기는, 고성능화, 고기능화에 따라 발열량이 증대되어 있으므로, 상기 기기에는, 방열 특성에 또한 우수한 열전도체를 사용하는 것이 요구되고 있다. 이와 같은 열전도체로서, 그래파이트 시트와 금속판을 접착제로 접착한 적층체를 사용하는 방법이 개시되어 있다(특허 문헌 2∼6).
상기 특허 문헌 3에는, 접착제로서, 고무상(狀) 탄성 접착제나 실리콘계 열전도성 접착제를 사용하는 방법이 기재되어 있고, 상기 특허 문헌 4에는, 은, 금, 구리 등의 도전성 필러(filler)가 함유된 접착제를 사용하는 방법이 기재되어 있고, 상기 특허 문헌 5에는, 아크릴계 접착제를 사용하는 방법이 기재되어 있다. 상기 특허 문헌 6에는, 폴리비닐아세탈 수지를 접착층에 사용한 적층체가 기재되어 있다.
또한, 특허 문헌 7에는, 고주파 노이즈를 저감하기 위하여, 금속박과 페라이트(ferrite) 시트를 복합하여 사용하는 방법이 기재되어 있다.
일본공개특허 평11-21117호 공보 일본공개특허 제2001-144237호 공보 일본공개특허 평10-247708호 공보 일본공개특허 제2004-23066호 공보 일본공개특허 제2009-280433호 공보 일본공개특허 제2008-53383호 공보 일본공개특허 제2008-53383호 공보
상기 특허 문헌 2∼7에 기재된 종래의 열전도체(적층체)에서는, 그래파이트 시트와 금속판과의 접착 강도가 충분하지 않은 경우가 있었다.
또한, 접착제로 이루어지는 층(접착층)은, 통상, 열전도율이 작고, 접착층이 두꺼워짐에 따라, 상기 적층체의 적층 방향의 열 저항이 커진다. 접착층의 열 저항이 큰 것은, 설사 도전성 접착층을 사용하더라도 해결할 수 없으며, 이와 같은 도전성의 접착층은 접착력이 약했다. 따라서, 접착 강도가 우수하고, 가능한 얇은 접착층을 사용하는 것이 요구되고 있다.
그러나, 상기 특허 문헌 2∼5에 기재된 접착층은, 그래파이트 시트와 금속판과의 접착 강도가 낮기 때문에, 접착층을 두껍게 하지 않으면, 전자 기기 등에 사용 가능한 열전도체를 얻을 수 없는 경우가 있었다. 이 접착층의 두꺼운 적층체는, 중량이 증가하고, 특히 적층체의 적층 방향의 열 저항이 크고, 방열 특성이 뒤떨어지는 경우가 있었다. 또한, 사용하는 접착층(예를 들면, 상기 특허 문헌 5에 기재된 접착층)에 따라서는, 그래파이트 시트나 금속층과 접착층과의 열팽창율의 상이에 의해, 적층체의 온도가 상승하면, 적층체가 휘어지는 경우가 있었다. 이와 같은 적층체를 전자 회로 등에 사용하면, 상기 적층체와 전자 회로가 쇼트할 가능성이나, 열 수축이나 물리적 충격에 의해 표면에 노출된 그래파이트가 서서히 박리되어 도전성의 가루가 되어, 전자 회로를 쇼트시킬 가능성이 있었다.
상기 특허 문헌 6에 기재된 적층체는, 접착 강도, 방열 특성이 우수하다. 그러나, 전자파 노이즈(특히 고주파의) 흡수 성능에 대한 요구는 더욱 높으며, 이 과제의 해결이 요구되고 있다.
또한, 상기 특허 문헌 7에 기재된 전자파 흡수 기능을 부여한 그래파이트 시트는, 자립성이 없고, 차폐 케이스와 같은 반도체를 덮는 입체적인 구조체를 형성하는 것이 곤란했다.
본 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 행해진 것이며, 경량이며 또한 전자파 흡수능이 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기 문제점을 해결하기 위해 예의(銳意) 검토한 결과, 특정한 구성, 즉 그래파이트층, 금속층, 전자파 흡수층의 적층체로서, 특정한 구조의 시트를 형성함으로써 상기 문제점을 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명은 이하의 구성을 가진다.
[1] 적어도 1층의 전자파 흡수재를 포함하는 전자파 흡수층과, 그래파이트 시트로 이루어지는 적어도 1층의 그래파이트층과, 적어도 1층의 금속층을 구비하고, 그래파이트층과 다른 층이 폴리비닐아세탈 수지를 포함하는 조성물에 의해 형성된 접착층을 사용하여 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 방열 시트.
[2] 상기 전자파 흡수층이, 전자파 흡수재와 수지의 혼합물인, [1]에 기재된 전자파 흡수 방열 시트.
[3] 상기 전자파 흡수재가, 연자성체 또는 페라이트인 [1] 또는 [2]에 기재된 전자파 흡수 방열 시트.
[4] 상기 전자파 흡수재가, 퍼멀로이(permalloy), 센더스트(sendust), 규소강, 합금 알펌(alperm), 퍼멘더(permendur) 및 전자(電磁) 스테인레스강으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합물인, [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 전자파 흡수 방열 시트.
[5] 상기 금속층이 동, 알루미늄, 마그네슘 또는 티탄인 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 전자파 흡수 방열 시트.
[6] 접착층을 형성하는 폴리비닐아세탈 수지가, 하기 구성 단위 A, B 및 C를 포함하는, [1]∼[5] 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 방열 시트.
Figure pct00001
(상기 구성 단위 A 중에서, R은 독립적으로 수소 또는 알킬이다.)
Figure pct00002
Figure pct00003
[7] 상기 폴리비닐아세탈 수지가, 하기 구성 단위 D를 더 포함하는, [6]에 기재된 전자파 흡수 방열 시트.
Figure pct00004
(상기 구성 단위 D 중에서, R1은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1∼5의 알킬이다.)
[8] 상기 그래파이트층의, 평면 방향의 열전도율이 300∼2000 W/m·K인, [1]∼[7] 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 방열 시트.
[9] 상기 접착층의 두께가 5㎛ 이하인, [1]∼[8] 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 방열 시트.
[10] [1]∼[9] 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 방열 시트가 발열체에 열적(熱的)으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
본 발명에 의하면, 경량이며, 접착층의 두께가 얇고, 금속층과 그래파이트층과의 접착 강도가 높고, 방열성 및 기계적 강도가 우수하고, 또한 전자파 노이즈를 억제할 수 있는 전자파 흡수 방열 시트를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 방열성이 우수하고, 오동작이 적으며, 경량화 가능한, 전자 기기 등을 제공할 수 있다.
도 1은 금속층과 그래파이트층을 접합시킨 방열 시트의 일례를 나타낸 단면 개략도이다(비교예 1).
도 2는 본 발명 실시예 1의 전자파 흡수 방열 시트를 나타낸 단면 개략도이다.
도 3은 비교예 2의 전자파 흡수 방열 시트를 나타낸 단면 개략도이다.
도 4는 본 발명 실시예 2의 전자파 흡수 방열 시트를 나타낸 단면 개략도이다.
도 5는 본 발명의 전자파 흡수 방열 시트의 일례를 나타낸 단면 개략도이다.
도 6은 본 발명의 전자파 흡수 방열 시트의 EMI 시험의 결과이다(실시예 1).
도 7은 노이즈 억제 시트를 부여하지 않은 동과 그래파이트의 적층 시트(비교 샘플 1)의 EMI 시험의 결과이다(비교예 1).
도 8은 본 발명의 전자파 흡수 방열 시트의 EMI 시험의 결과이다(실시예 2).
도 9는 본 발명의 전자파 흡수 방열 시트의 EMI 시험의 결과이다(실시예 3).
본 발명의 전자파 흡수 방열 시트는, 발열체의 열을 평면 방향으로 퍼지게 하는 역할을 가지는 방열부와 ,전자파를 흡수하는 전자파 흡수층으로 구성된다. 방열부는, 적어도 1층의 금속층과 적어도 1층의 그래파이트층을, 폴리비닐아세탈 수지를 포함하는 조성물을 사용하여 형성되는 접착층을 통하여 적층한 적층체이다.
본 발명의 전자파 흡수 방열 시트를 구성하는 각 층을 적층하는 순서는, 원하는 용도에 따라 원하는 방열 특성이나 내(耐)부식성 등을 고려하여 적절하게 선택하면 된다. 적층하는 수도, 원하는 용도에 따라 전자파 흡수 억제 등을 고려하여 적절하게 선택하면 된다.
상기 방열부를 구성하는 적층체의 두께는, 방열부의 방열성, 전자 기기에 요구되는 크기 및 무게 등을 고려하여 적절하게 선택하면 된다. 통상 0.01∼0.5 ㎜, 바람직하게는 0.02∼0.2 ㎜이지만, 본 발명의 원하는 효과가 얻어진다면, 반드시 상기한 범위로 한정되는 것은 아니다.
상기 방열부는, 직접 발열체에 접할 수도 있고, 점착층 등의 종래 공지의 층을 통하여 발열체에 접할 수도 있다. 이러한, 점착층 등의 종래 공지의 층으로서는, 발열체와 방열부가 일체로 되도록, 발열체와 방열부를 접착할 수 있는 층인 것이 바람직하고, 또한, 발열체로부터의 열을 효율적으로 방열부에 전달할 수 있는 층인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 비스(vis) 고정, 클립 고정 등의 방법으로, 상기 방열부를 발열체에 접하도록 배치할 수도 있다.
<발열체>
상기 발열체로서는, 특별히 한정되지 않지만, 전자 디바이스(구체적으로는, IC(집적 회로), 저항기, 컨덴서 등), 배터리, 액정 디스플레이, 발광 소자(LED 소자, 레이저 발광 소자 등), 모터, 센서 등을 예로 들 수 있다.
이하, 상기 전자파 흡수 방열 시트를 구성하는 각 층에 대하여 설명한다.
1. 접착층
상기 접착층은, 폴리비닐아세탈 수지를 포함하는 조성물에 의해 형성되어 있으면 특별히 제한은 없다. 상기 조성물(이하 「접착층 형성용 조성물」이라고도 함)은, 폴리비닐아세탈 수지만으로 이루어지는 조성물일 수도 있고, 상기 수지 외에, 금속층의 종류 등에 따라, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에 있어서, 열전도성 필러(filler), 첨가제 및 용제를 더욱 포함하는 조성물일 수도 있다.
이와 같은 접착층을 사용함으로써, 금속층과 그래파이트층과의 접착 강도가 우수하고, 절곡 가능하며, 인성(靭性), 유연성, 내열성 및 내충격성이 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있다.
1-1. 폴리비닐아세탈 수지
상기 폴리비닐아세탈 수지는, 특별히 한정되지 않지만, 인성, 내열성 및 내충격성이 우수하고, 두께가 얇아도 금속층이나 그래파이트층과의 밀착성이 우수한 접착층을 얻을 수 있는 등의 점을 고려하여, 하기 구성 단위 A, B 및 C를 포함하는 수지인 것이 바람직하다.
Figure pct00005
상기 구성 단위 A는, 아세탈 부위를 가지는 구성 단위이며, 예를 들면, 연속하는 폴리비닐알코올쇄 단위와 알데히드(R-CHO)와의 반응에 의해 형성된다.
구성 단위 A에 있어서의 R은 독립적으로, 수소 또는 알킬이다. 상기 R이 부피가 큰 기(예를 들면, 탄소수가 많은 탄화수소기)이면, 폴리비닐아세탈 수지의 연화점이 저하되는 경향이 있다. 또한, 상기 R이 부피가 큰 기인 폴리비닐아세탈 수지는, 용매로의 용해성은 높지만, 한편으로는 내약품성이 뒤떨어지는 경우가 있다. 그러므로, 상기 R은, 수소 또는 탄소수 1∼5의 알킬인 것이 바람직하고, 얻어지는 접착층의 인성 등의 점을 고려하여 수소 또는 탄소수 1∼3의 알킬인 것이 보다 바람직하고, 수소 또는 프로필인 것이 더욱 바람직하고, 내열성 등의 점을 고려하여 수소인 것이 특히 바람직하다.
Figure pct00006
Figure pct00007
상기 폴리비닐아세탈 수지는, 구성 단위 A∼C에 더하여, 하기 구성 단위 D를 포함하는 것이, 금속층이나 그래파이트층과의 접착 강도가 우수한 접착층을 얻을 수 있는 등의 점에서 바람직하다.
Figure pct00008
상기 구성 단위 D 중에서, R1은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1∼5의 알킬이며, 바람직하게는 수소 또는 탄소수 1∼3의 알킬이며, 더욱 바람직하게는 수소이다.
상기 폴리비닐아세탈 수지에서의 구성 단위 A, B, C 및 D의 총함유율은, 상기 수지의 전체 구성 단위에 대하여 80∼100 mol%인 것이 바람직하다.
폴리비닐아세탈 수지에 포함될 수 있는 그 외의 구성 단위로서는, 구성 단위 A 이외의 비닐 아세탈 쇄 단위(상기 구성 단위 A에 있어서의 R이 수소 또는 알킬 이외인 구성 단위), 하기 분자간 아세탈 단위, 및 하기 헤미아세탈 단위 등을 예로 들 수 있다. 구성 단위 A 이외의 비닐아세탈쇄 단위의 함유율은, 폴리비닐아세탈 수지의 전체 구성 단위에 대하여 5 mol% 미만인 것이 바람직하다.
Figure pct00009
(상기 분자간 아세탈 단위 중의 R은, 상기 구성 단위 A 중의 R과 동일한 의미이다.)
Figure pct00010
(상기 헤미아세탈 단위 중의 R은, 상기 구성 단위 A 중의 R과 동일한 의미이다.)
상기 폴리비닐아세탈 수지에 있어서, 구성 단위 A∼D는, 규칙성을 가지고 배열(블록 공중합체, 교호 공중합체 등)되어 있어도 되고, 랜덤하게 배열(랜덤 공중합체)되어 있어도 되지만, 랜덤하게 배열되어 있는 것이 바람직하다.
상기 폴리비닐아세탈 수지에 있어서의 각각의 구성 단위는, 상기 수지의 전체 구성 단위에 대하여, 구성 단위 A의 함유율이 49.9∼80 mol%이며, 구성 단위 B의 함유율이 0.1∼49.9 mol%이며, 구성 단위 C의 함유율이 0.1∼49.9 mol%이며, 구성 단위 D의 함유율이 0∼49.9 mol%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 폴리비닐아세탈 수지의 전체 구성 단위에 대하여, 구성 단위 A의 함유율이 49.9∼80 mol%이며, 구성 단위 B의 함유율이 1∼30 mol%이며, 구성 단위 C의 함유율이 1∼30 mol%이며, 구성 단위 D의 함유율이 0∼30 mol%이다.
내약품성, 가요성(可撓性), 내마모성 및 기계적 강도가 우수한 폴리비닐아세탈 수지를 얻는 등의 점에서, 구성 단위 A의 함유율은 49.9 mol% 이상인 것이 바람직하다.
상기 구성 단위 B의 함유율이 0.1 mol% 이상이면, 폴리비닐아세탈 수지의 용매로의 용해성이 양호하게 되므로 바람직하다. 또한, 구성 단위 B의 함유율이 49.9 mol% 이하이면, 폴리비닐아세탈 수지의 내약품성, 가요성, 내마모성, 및 기계적 강도가 쉽게 저하되지 않으므로 바람직하다.
상기 구성 단위 C는, 폴리비닐아세탈 수지의 용매로의 용해성이나 얻어지는 접착층의 금속층이나 그래파이트층과의 접착성 등의 점을 고려하여, 함유율이 49.9 mol% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 폴리비닐아세탈 수지의 제조에 있어서, 폴리비닐알코올 쇄를 아세탈화할 때, 구성 단위 B와 구성 단위 C가 평형 관계가 되므로, 구성 단위 C의 함유율은 0.1 mol% 이상인 것이 바람직하다.
금속층이나 그래파이트층과의 접착 강도가 우수한 접착층을 얻을 수 있는 등의 점을 고려하여, 구성 단위 D의 함유율은 전술한 범위에 있는 것이 바람직하다.
상기 폴리비닐아세탈 수지에 있어서의 구성 단위 A∼C의 각각의 함유율은, JIS K 6728 또는 JIS K 6729에 준하여 측정할 수 있다.
상기 폴리비닐아세탈 수지에 있어서의 구성 단위 D의 함유율은, 이하에서 설명하는 방법으로 측정할 수 있다.
1 mol/l 수산화나트륨 수용액 중에서, 폴리비닐아세탈 수지를, 2시간, 80℃로 가온한다. 이 조작에 의해, 카르복실기에 나트륨이 부가되어, -COONa를 가지는 폴리머를 얻을 수 있다. 상기 폴리머로부터 과잉의 수산화나트륨을 추출한 후, 탈수 건조를 행한다. 그 후, 탄화시키고 원자 흡광 분석을 행하여, 나트륨의 부가량을 구하여 정량(定量)한다.
그리고, 구성 단위 B(비닐아세테이트 쇄)의 함유율을 분석할 때, 구성 단위 D는, 비닐아세테이트 쇄로서 정량되므로, 상기 JIS K 6728 또는 JIS K 6729에 준 하여 측정된 구성 단위 B의 함유율로부터, 정량한 구성 단위 D의 함유율을 차감하여, 구성 단위 B의 함유율을 보정한다.
상기 폴리비닐아세탈 수지의 중량 평균 분자량은, 5,000∼300,000인 것이 바람직하고, 10,000∼150,000인 것이 더욱 바람직하다. 중량 평균 분자량이 전술한 범위에 있는 폴리비닐아세탈 수지를 사용하면, 전자파 흡수 방열 시트를 용이하게 제조할 수 있고, 성형 가공성이나 굴곡 강도가 우수한 방열부나 히트싱크를 얻을 수 있으므로, 바람직하다.
상기 폴리비닐아세탈 수지의 중량 평균 분자량은, 원하는 목적에 따라 적절하게 선택하면 되지만, 전자파 흡수 방열 시트를 제조할 때의 온도를 낮게 억제할 수 있고, 높은 열전도율을 가지는 접착층을 얻을 수 있는 등의 점에서, 10,000∼40,000인 것이 더욱 바람직하고, 내열 온도가 높은 접착층을 얻을 수 있는 등의 점에서, 50,000∼150,000인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서, 폴리비닐아세탈 수지의 중량 평균 분자량은, 겔투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정할 수 있다. 구체적인 측정 조건은 하기와 같다.
검출기: 830-RI(일본 분광(주) 제조)
오븐: 니시오사 제조 NFL-700M
분리 컬럼: Shodex KF-805L×2개
펌프: PU-980(일본 분광(주) 제조)
온도: 30℃
캐리어(carrier): 테트라하이드로퓨란
표준 시료: 폴리스티렌
상기 폴리비닐아세탈 수지의 오스트왈드 점도는, 1∼100 mPa·s인 것이 바람직하다. 오스트왈드 점도가 전술한 범위에 있는 폴리비닐아세탈 수지를 사용하면, 전자파 흡수 방열 시트를 용이하게 제조할 수 있고, 인성이 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있으므로, 바람직하다.
오스트왈드 점도는, 폴리비닐아세탈 수지 5 g을 디클로로에탄 100 ml에 용해한 용액을 사용하고, 20℃에서, Ostwald-Cannon Fenske Viscometer를 사용하여 측정할 수 있다.
상기 폴리비닐아세탈 수지로서는, 구체적으로는, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐 포르말, 폴리비닐아세트아세탈 및 이들의 유도체 등을 예로 들 수 있고, 그래파이트층과의 접착성 및 접착층의 내열성 등의 점을 고려하면, 폴리비닐포르말이 바람직하다. 상기 폴리비닐아세탈 수지를 단독으로 사용할 수도 있고, 구조 단위의 결합의 순번이나 결합의 수 등이 상이한 수지를 2종 이상 병용할 수도 있다.
상기 폴리비닐아세탈 수지는, 합성하여 얻을 수도 있고, 시판품일 수도 있다.
상기 구성 단위 A, B 및 C를 포함하는 수지의 합성 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 일본공개특허 제2009-298833호 공보에 기재된 방법이 있다. 또한, 상기 구성 단위 A, B, C 및 D를 포함하는 수지의 합성 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 일본공개특허 제2010-202862호 공보에 기재된 방법이 있다.
상기 폴리비닐아세탈 수지의 시판품으로서는, 폴리비닐 포르말로서, 비닐렉 C, 비닐렉 K(JNC(주) 제조) 등을 예로 들 수 있고, 폴리비닐부티랄로서, 덴카부티랄 3000-K(덴키 가가쿠 공업(주) 제조) 등을 예로 들 수 있다.
1-2. 열전도성 필러
상기 접착층이, 열전도성 필러를 포함함으로써, 접착층의 열전도성이 향상되고, 특히, 상기 적층체의 적층 방향으로의 열전도성이 향상된다.
열전도성 필러를 포함하는 접착층을 사용함으로써, 접착층의 두께가 얇고, 방열 특성 및 가공성이 우수하고, 금속층과 그래파이트층과의 접착 강도가 높으며, (절곡) 가공성이 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 제공할 수 있다. 또한, 발열체로부터 발해지는 열이 충분히 제거되며, 경량화, 소형화 가능한 전자 디바이스나, 고에너지 밀도에서도 발열에 의한 트러블 등이 억제된 배터리 등을 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명에 있어서, 「적층체의 적층 방향」이란, 예를 들면, 도 1에 있어서, 세로 방향, 즉 적층체의 두께 방향을 가리킨다.
상기 열전도성 필러로서는, 특별히 한정되지 않지만, 금속분, 금속 산화물분, 금속 질화물분, 금속 수산화물분, 금속 산질화물분 및 금속 탄화물분 등의 금속 또는 금속 화합물 함유 필러, 및 탄소 재료를 포함하는 필러 등을 예로 들 수 있다.
상기 금속분으로서는, 금, 은, 동, 알루미늄, 니켈 등의 금속 및 이들 금속을 함유하는 합금으로 이루어지는 가루 등을 들 수 있다. 상기 금속 산화물분으로서는, 산화 알루미늄분, 산화 아연분, 산화 마그네슘분, 산화 규소분, 규산염분 등을 들 수 있다. 상기 금속 질화물분으로서는, 질화 알루미늄분, 질화 붕소분, 질화 규소분 등을 예로 들 수 있다. 상기 금속 수산화물분으로서는, 수산화 알루미늄분, 수산화 마그네슘분 등을 예로 들 수 있다. 상기 금속 산질화물로서는, 산화 질화 알루미늄분 등을 예로 들 수 있고, 상기 금속 탄화물분으로서는, 탄화 규소분, 탄화 텅스분 등을 예로 들 수 있다.
이들 중에서도, 열 전도성 및 입수 용이성 등의 점을 고려하여 질화 알루미늄분, 산화 알루미늄분, 산화 아연분, 산화 마그네슘분, 탄화 규소분 및 탄화 텅스텐분이 바람직하다.
그리고, 상기 열전도성 필러로서 금속 또는 금속 화합물 함유 필러를 사용하는 경우에는, 상기 금속층을 구성하는 금속과 동종의 금속을 함유하는 필러를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 열전도성 필러로서 상기 금속층을 구성하는 금속과 다른 금속 또는 금속 화합물 함유 필러를 사용하면, 금속층과 필러의 사이에 국부 전지가 구성되어, 금속층 또는 필러가 부식되는 경우가 있다.
상기 금속 또는 금속 화합물 함유 필러의 형상으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 입자형(구형(球形), 타원 구형을 포함함), 편평형, 기둥형, 침형(테트라포드 형상, 수지형을 포함함) 및 부정 형상 등을 예로 들 수 있다. 이들 형상은, 레이저 회절/산란식 입자 직경 분포 측정 장치나 SEM(주사형 전자 현미경)을 사용하여 확인할 수 있다.
상기 금속 또는 금속 화합물 함유 필러로서는, 질화 알루미늄분, 산화 알루미늄분, 및 침형(특히 테트라포드 형상)의 산화 아연분을 사용하는 것이 바람직하다. 산화 아연은, 질화 알루미늄에 비하여, 열전도율은 낮지만, 테트라포드 형상의 산화 아연분을 사용하면, 입자형의 산화 아연분을 사용하는 경우보다 방열 특성이 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있다. 또한, 테트라포드 형상의 산화 아연분을 사용함으로써, 앵커 효과에 의해, 상기 금속층과 그래파이트층과의 층간 박리의 발생을 저감할 수 있다.
또한, 산화 알루미늄은, 질화 알루미늄이나 산화 아연에 비해, 열전도율은 낮지만, 화학적으로 안정적이며, 물이나 산에 의해 반응하지 않고, 물이나 산에 용해되지 않기 때문에, 높은 내후성(耐候性)을 가지는 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있다. 상기 금속 또는 금속 화합물 함유 필러로서 질화 알루미늄분을 사용하면, 방열 특성이 보다 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있다.
상기 금속 또는 금속 화합물 함유 필러의 1차 입자의 평균 직경은, 형성하고자 하는 전자파 흡수 방열 시트의 크기, 접착층의 두께 등에 따라 적절하게 선택하면 되지만, 상기 접착층의, 상기 적층체의 적층 방향으로의 열전도성 등의 점을 고려하면, 바람직하게는 0.001∼30 ㎛이며, 더욱 바람직하게는 0.01∼20 ㎛이다. 금속 또는 금속 화합물 함유 필러의 평균 직경은, 레이저 회절/산란식 입자 직경 분포 측정 장치나 SEM(주사형 전자 현미경) 등을 사용하여 확인할 수 있다.
그리고, 금속 또는 금속 화합물 함유 필러의 평균 직경이란, 상기 필러가 입자형인 경우에는, 입자의 직경(타원 구형인 경우에는 장축의 길이)을 지칭하며, 상기 필러가 편평형인 경우에는, 가장 긴 변을 지칭하며, 상기 필러가 기둥형인 경우에는, 원의 직경(타원의 장축) 또는 기둥의 길이 중 긴 것을 지칭하며, 상기 필러가 침형인 경우에는, 침의 길이를 지칭한다.
상기 탄소 재료를 포함하는 필러로서는, 그래파이트분(천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 케첸 블랙), 카본 나노 튜브, 다이아몬드분, 탄소 섬유 및 플러렌 등을 예로 들 수 있고, 이들 중에서도 열전도성이 우수한 등의 점을 고려하여, 그래파이트분, 카본 나노 튜브 및 다이아몬드분이 바람직하다.
상기 탄소 재료를 포함하는 필러의 1차 입자의 평균 직경은, 형성하고자 하는 전자파 흡수 방열 시트의 크기, 접착층의 두께 등에 따라 적절하게 선택하면 되지만, 상기 접착층의, 상기 적층체의 적층 방향으로의 열전도성 등의 점을 고려하여, 바람직하게는 0.001∼20 ㎛이며, 더욱 바람직하게는 0.002∼10 ㎛이다. 탄소 재료로 이루어지는 필러의 평균 직경은, 레이저 회절/산란식 입자 직경 분포 측정 장치나 SEM(주사형 전자 현미경) 등을 사용하여 확인할 수 있다. 그리고, 카본 나노 튜브나 탄소 섬유에 대한 평균 직경은, 튜브나 섬유의 길이에 의해 대신한다.
상기 열전도성 필러는, 평균 직경이나 형상이 원하는 범위에 있는 시판품을 그대로 사용할 수도 있고, 평균 직경이나 형상이 원하는 범위로 되도록 시판품을 분쇄, 분급, 가열 등을 행한 것을 사용할 수도 있다. 그리고, 상기 열전도성 필러의 평균 직경이나 형상은, 전자파 흡수 방열 시트의 제조 과정에서 변화하는 경우가 있지만, 이와 같은 과정을 거쳐 상기 평균 직경이나 형상으로 되어 있으면 바람직하며, 본 발명의 효과가 손상되지 않는 한 문제가 되는 것은 아니다.
상기 열전도성 필러로서는, 분산 처리, 방수 처리 등의 표면 처리된 시판품을 그대로 사용할 수도 있고, 상기 시판품으로부터 표면 처리제를 제거한 것을 사용할 수도 있다. 또한, 표면 처리되어 있지 않은 시판품을 표면 처리하여 사용할 수도 있다. 특히 질화 알루미늄 및 산화 마그네슘은 공기 중의 수분에 의해 열화되기 쉬우므로, 방수 처리된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열전도성 필러로서는, 전술한 필러를 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
상기 열전도성 필러의 배합량은, 접착층 100 체적%에 대하여, 바람직하게는 1∼80 체적%, 보다 바람직하게는 2∼40 체적%, 더욱 바람직하게는 2∼30 체적%이다. 상기 열전도성 필러가 접착층 중에 전술한 양으로 포함되어 있으면, 접착성을 유지하면서, 접착층의 열전도성이 향상되므로, 바람직하다. 상기 열전도성 필러의 배합량이 전술한 범위의 상한 이하이면, 금속층이나 그래파이트층에 대한 접착 강도가 높은 접착층을 얻을 수 있고, 상기 열전도성 필러의 배합량이 전술한 범위의 하한 이상이면, 열전도성이 높은 접착층을 얻을 수 있으므로, 바람직하다.
1-3. 첨가제
첨가제로서는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한 특별히 한정되지 않지만, 산화 방지제, 실란 커플링제, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지, 경화제, 동해(銅害) 방지제, 금속 불활성화제, 방청제, 점착성 부여제, 노화 방지제, 소포제(消泡劑), 대전 방지제, 내후제 등을 예로 들 수 있다.
예를 들면, 접착층을 형성하는 수지가 금속과의 접촉에 의해 열화되는 경우에는, 일본공개특허 평5-48265호 공보에 예로 든 동해 방지제 또는 금속 불활성화제를 첨가하는 것이 바람직하고, 열전도성 필러와 폴리비닐아세탈 수지와의 밀착성을 향상시키기 위해서는 실란 커플링제를 첨가하는 것이 바람직하고, 접착층의 내열성(유리 전이 온도)을 향상시키기 위해서는 에폭시 수지를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 실란 커플링제로서는, JNC(주)에서 제조한 실란 커플링제(상품명 S330, S510, S520, S530) 등이 바람직하다. 상기 실란 커플링제의 첨가량은, 접착층의 금속층과의 밀착성을 향상시킬 수 있는 등의 점을 고려하여, 접착층에 포함되는 수지의 총량 100 중량부에 대하여 바람직하게는 1∼10 중량부이다.
상기 에폭시 수지로서는, 미쓰비시화학(주)에서 제조한, jER828, jER827, jER806, jER807, jER4004P, jER152, jER154; (주)다이셀에서 제조한, 셀록사이드 2021P, 셀록사이드 3000; 신일본제철 스미킨 화학(주)에서 제조한 YH-434; 일본 화약(주)에서 제조한, EPPN-201, EOCN-102S, EOCN-103S, EOCN-104S, EOCN-1020, EOCN-1025, EOCN-1027 DPPN-503, DPPN-502H, DPPN-501H, NC6000 및 EPPN-202; (주)ADEKA에서 제조한 DD-503; 신일본 이화(주)에서 제조한 리카레진 W-100; 등이 바람직하다. 상기 에폭시 수지의 첨가량은, 접착층의 유리 전이 온도를 높이는 등의 점을 고려하여, 접착층에 포함되는 수지의 총량 100 중량%에 대하여 바람직하게는 1∼49 중량%이다.
상기 에폭시 수지를 첨가할 때는, 경화제를 더욱 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 경화제로서는, 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 페놀노볼락계 경화제, 이미다졸계 경화제 등이 바람직하다.
상기 접착층을 구성하는 폴리비닐아세탈 수지는, 예로부터 에나멜선 등에 사용되고 있으며, 금속과 접촉함으로써 열화되지 않고, 금속을 열화시키기 어려운 수지이지만, 전자파 흡수 방열 시트를 고온 다습 환경에서 사용하는 경우 등에는, 동해 방지제나 금속 불활성화제를 첨가할 수도 있다. 상기 동해 방지제로서는, (주)ADEKA에서 제조한, Mark ZS-27, Mark CDA-16; 산코화학 공업(주)에서 제조한 SANKO-EPOCLEAN; BASF사에서 제조한 Irganox MD1024; 등이 바람직하다.
상기 동해 방지제의 첨가량은, 접착층의 금속과 접촉하는 부분의 수지의 열화를 방지할 수 있는 등의 점을 고려하여, 접착층에 포함되는 수지의 총량 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1∼3 중량부이다.
1-4. 용제
용제로서는, 상기 폴리비닐아세탈 수지를 용해할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 열전도성 필러를 분산시킬 수 있는 것이 바람직하고, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, iso-프로판올, n-부탄올, sec-부탄올, n-옥탄올, 디아세톤알코올, 벤질알코올 등의 알코올계 용매; 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브, 부틸 셀로솔브 등의 셀로솔브계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 이소포론 등의 케톤계 용매; N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈 등의 아미드계 용매; 아세트산 메틸, 아세트산 에틸 등의 에스테르계 용매; 디옥산, 테트라하이드로퓨란 등의 에테르계 용매; 디클로로메탄, 메틸렌클로라이드, 클로로포름 등의 염소화 탄화수소계 용매; 톨루엔, 피리딘 등의 방향족계 용매; 디메틸술폭시드; 아세트산; 테르피네올; 부틸카르비톨; 부틸카르비톨아세테이트 등을 예로 들 수 있다. 이들 용제는, 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
상기 용제는, 접착층 형성용 조성물 중의 수지 농도가, 바람직하게는 3∼30 질량%, 더욱 바람직하게는 5∼20 질량%로 되는 양으로 사용하는 것이, 전자파 흡수 방열 시트의 제조 용이성 및 방열 특성 등의 점에서 바람직하다.
상기 접착층의 두께는, 특별히 제한되지 않으며, 상기 금속층과 그래파이트층을 접착할 수 있을 만큼의 두께를 가지면, 열 저항을 저감할 수 있는 등의 점으로부터 가능한 한 얇은 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이하이며, 특히 바람직하게는 7㎛ 이하이다. 상기 전자파 흡수 방열 시트는, 접착층이 폴리비닐아세탈 수지를 포함하는 조성물을 사용하여 형성되므로, 상기 접착층의 두께가 1㎛ 이하의 두께라도 금속층과 그래파이트층을 접착할 수 있다.
그리고, 상기 접착층의 두께란, 1층의 접착층의 한쪽 면에 접하는 금속층 또는 그래파이트층과, 상기 접착층의 금속층 또는 그래파이트층이 접한 면과 반대의 면에 접하는, 금속층 또는 그래파이트층의 사이의 두께를 일컫는다. 또한, 상기 접착층에 포함될 수 있는 열전도성 필러는, 그래파이트층에 꽂혀져 있는 경우 등이 있지만, 이 경우라도, 접착층의 두께는, 그래파이트층에 꽂힌 필러 부분을 고려하지 않고, 금속층 및/또는 그래파이트층의 사이의 두께를 일컫는다.
2. 금속층
상기 금속층은, 방열부의 열용량, 기계적 강도 및 가공성의 향상 등을 위해 적층된다. 상기 금속층으로서는, 열전도성이 우수한 금속을 포함하는 층인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 금, 은, 동, 알루미늄, 티탄 및 이들 중 적어도 어느 하나의 금속을 함유하는 합금을 포함하는 층을 예로 들 수 있고, 더욱 바람직하게는 은, 동, 알루미늄, 티탄 및 이들 중 적어도 어느 하나의 금속을 함유하는 합금을 포함하는 층을 예로 들 수 있고, 특히 바람직하게는 동, 알루미늄, 티탄 및 이들 중 적어도 어느 하나의 금속을 함유하는 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속을 포함하는 층을 예로 들 수 있다.
상기 합금은, 고용체(固溶體), 공정(共晶) 또는 금속간 화합물 중 어느 상태에 있어도 된다. 상기 합금으로서는, 구체적으로는, 인 청동, 동 니켈, 두랄루민 등을 예로 들 수 있다.
상기 금속층의 두께는, 특별히 제한되지 않으며, 얻어지는 전자파 흡수 방열 시트의 용도, 무게, 열전도성 등을 고려하여 적절하게 선택하면 되지만, 바람직하게는 그래파이트층의 0.01∼100 배의 두께, 더욱 바람직하게는 0.1∼10 배의 두께이다. 금속층의 두께가 전술한 범위에 있으면, 방열 특성, 기계적 강도가 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있다.
3. 그래파이트층
상기 그래파이트층은, 큰 열전도율을 가지고, 가벼우며 유연성이 우수하다. 이와 같은 그래파이트층을 사용함으로써, 방열 특성이 우수하여, 경량인 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있다. 상기 그래파이트층은, 그래파이트로 이루어지는 층 이면, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 일본공개특허 제 소61-275117호 공보 및 일본공개특허 평11-21117호 공보에 기재된 방법으로 제조한 것을 사용할 수도 있고, 시판품을 사용할 수도 있다.
시판품으로서는, 합성 수지 시트로부터 제조된 인공 그래파이트 시트로서, eGRAF SPREADERSHIELD SS-1500(GrafTECH International 제조), 그라피니티((주)가네카 제조), PGS 그래파이트 시트(파나소닉(주) 제조) 등을 예로 들 수 있고, 천연 그래파이트로부터 제조된 천연 그래파이트 시트로서는 eGRAF SPREADERSHIELD SS-500(GrafTECH International 제조) 등을 예로 들 수 있다.
상기 그래파이트층은, 상기 적층체의 적층 방향에 대하여 대략 수직인 방향의 열전도율이, 바람직하게는 200∼2000 W/m·K이며, 더욱 바람직하게는 300∼2000 W/m·K이다. 그래파이트층의 열전도율이 전술한 범위에 있으면, 방열성, 균열성이 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있다. 상기 그래파이트층의, 적층체의 적층 방향에 대하여 대략 수직인 방향의 열전도율은, 레이저 플래시 또는 크세논 플래시 열확산율 측정 장치, DSC 및 아르키메데스법으로, 각각 열확산율, 비열, 밀도를 측정하고, 이들을 곱하는 것에 의해 측정할 수 있다.
상기 그래파이트층의 두께는, 특별히 한정되지 않는다. 방열 특성이 우수한 전자파 흡수 방열 시트를 얻기 위해서는, 적절한 두께를 가지고 있는 것이 바람직하며, 구체적으로는 10∼600 ㎛이며, 더욱 바람직하게는 15∼500 ㎛이며, 특히 바람직하게는 20∼300 ㎛이다.
4. 전자파 흡수층
본 발명의 전자파 흡수 방열 시트는 전자파 흡수 특성을 고려하면 상기 적층체의 최외층(最外層)의 한쪽 면 또는 양면에 전자파 흡수 수지층을 가지는 것이 바람직하다. 전자파 흡수 수지층은, 전자파 흡수 특성을 가지는 필러와 수지를 포함하는 조성물로 구성된다.
4-1. 전자파 흡수층 구성 수지
전자파 흡수 수지층을 구성하는 수지로서는 전자파 흡수 특성을 가지는 필러와 균일하게 분산 혼합할 수 있는 1종 또는 2종 이상의 수지의 조성물이다. 상기 수지로서는, 고무나 수지 등의 유기의 전기 절연물이면 되며, 예를 들면, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 알키드 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드, 니트로 셀룰로오스, 폴리비닐아세탈, 실리콘 고무, 폴리에테르, 폴리올레핀 등이 있고, 이들 중에서도 내열성이 있는 수지가 바람직하다. 또한, 절연성이 높은 것이 바람직하다.
4-2. 전자파 흡수 필러
전자파 흡수 필러로서는, MeFe2O4(Me=NiZn, MnZn, NiZnCu, MgMn 등)의 조성을 가지는 공지의 스피넬(spinel)형 페라이트 재료를 예로 들 수 있다.
전자파 흡수 필러의 입경이 0.01㎛보다 큰 것이 바람직하다. 특히, 시트를 혼련할 때 점도가 지나치게 높아지지 않고, 시트 성상(性狀)이 양호한 점에서 0.1㎛ 이상인 것이 바람직하다.
또한 전자파 흡수 필러의 입경이 100㎛보다 작으면, 시트로부터 입자가 떨어지지 않고(가루가 떨어지지 않고), 시트 성상이 양호하다.
또한, 필러로서의 전자파 흡수재는, 전술한 페라이트 재료 이외에도, 예를 들면, 순 Fe, Ni-Fe 합금(퍼멀로이), Fe-Al-Si 합금(센더스트), Fe-Si 합금(규소강), Fe-Al 합금(합금 알펌), Fe-Co합금(퍼멘더) 및 전자 스테인레스강으로부터 선택한 연자성 금속 중 어느 1종 또는 복수의 연자성 금속으로 구성되는 플레이크상 분말이며, 입경이 0.01∼100 ㎛이며, 어스펙트비(직경/두께)가 5∼100인 편평 분말을, 전자파 흡수층 구성 수지 중에 체적 충전율 30∼65 vol% 함유하고, 배향 분산시켜서 두께를 0.05∼3 ㎜의 임의의 두께로 조정한 재료라도 된다. 이 필러는 페라이트 분말보다 자기(磁氣) 손실이 높으므로, 전자파 흡수 특성이 향상된다. 열전도율이 높은 금속계의 필러는 방열에도 기여한다.
전자파 흡수 필러의 어스펙트비가 5보다 크면, 흡수 주파수가 적절하여 바람직하다. 어스펙트비가 100보다 작으면, 흡수 주파수가 높은 영역으로 시프트하기 때문에, 바람직하다. 편평 분말의 체적 충전율이 30 vol%보다 크면, 흡수 성능이 양호하여 바람직하다. 체적 충전율이 65 vol%보다 작으면, 혼련이 용이하며, 또한 가루가 떨어지지 않아, 바람직하다. 전자파 흡수층은 전자파 흡수 필러와 수지를 사전에 혼련하고, 시트형으로 가공하여, 방열부와 라미네이팅할 수도 있다. 이 때, 시트 두께가 0.05 ㎜보다 두꺼우면, 시트 형성이 용이하게 되고, 또한 핸들링이 용이해지는 점에서 바람직하다, 두께가 3 ㎜보다 얇으면, 기기 측 스페이스에 여유가 생기므로, 바람직하다.
전자파 흡수층의 두께가 두꺼울수록, 전자파 흡수 특성이 향상되지만, 그래파이트 시트와 비교하면 열전도율이 낮기 때문에, 열이 가득 차게 되므로, 바람직하게는 0.01 ㎜∼2 ㎜ 정도의 두께로 하는 것이 바람직하다.
5. 그 외의 층
본 발명의 전자파 흡수 시트는, 원하는 용도에 따라, 이들 금속층, 전자파 흡수층, 접착층, 그래파이트층 이외의 다른 층 등을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 페라이트층으로부터의 전자파 흡수 필러의 가루가 떨어지는 것을 방지할 목적으로, 수지층을 형성할 수도 있다. 또한 절연성을 확보할 목적으로 최외면에 종래 공지의 필름을 접합하는 것도 바람직하며, 열전도율을 고려한 필름이면 더욱 바람직하다. 이와 같은 필름으로서는, 전자파 흡수 방열 시트가 고온 조건 하에서 사용되는 경우, 예를 들면, 폴리이미드 등의 내열성 필름인 것이 바람직하다. 상기 필름 두께는 통상은 취급이 용이한 5∼200 ㎛ 중에서 선택되며, 10㎛ 이상인 것이 바람직하고, 열저항 값이 작은 것을 고려하면 50㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 금속층, 접착층, 전자파 흡수층, 그래파이트층 이외의 다른 층으로서는, 예를 들면, 종래 공지의 접착성을 가지는 층이 있다. 이와 같은 층을 가지는 적층체로서는, 구체적으로는, 상기 적층체의 최외층인 금속층이나 그래파이트층의 편면(片面) 또는 양면에, 사전에 형성된, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 염화 비닐 등으로 이루어지는 수지제 필름을, 아크릴계 또는 실리콘계의 점착제로 이루어지는, 시판 중인 점착 시트(접착성을 가지는 층)를 통하여 적층한 적층체를 예로 들 수 있다.
상기 수지층은, 전자파 흡수층 상에 직접 형성될 수도 있고, 방열부상에 형성되어 있어도 된다. 어느 경우에도 시판 중인 점착 시트를 통하여 접착해도 된다.
5. 적층체의 제조 방법
상기 적층체 중, 금속과 그래파이트의 접합에 대하여 이하에서 상세하게 설명한다.
상기 접착층 형성용 조성물을, 상기 금속층을 형성하는 금속판 또는 그래파이트층을 형성하는 그래파이트 판에 도포하고, 필요에 따라 예비 건조한 후, 금속판과 그래파이트 판을, 상기 조성물을 협지하도록 배치하고, 압력을 가하면서 가열함으로써 제조할 수 있다. 또한, 상기 적층체를 제조할 때는, 금속판과 그래파이트 판의 양쪽에 상기 접착층 형성용 조성물을 도포하는 것이, 금속층 및 그래파이트층의 접착 강도가 높은 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있는 등의 점에서 바람직하다.
상기 접착층 형성용 조성물을 도포하기 전에는, 금속층 및 그래파이트층의 접착 강도가 높은 전자파 흡수 방열 시트를 얻는 등의 점에서, 금속층은, 표면의 산화층을 제거하거나, 표면을 탈지 세정해 두는 것이 바람직하고, 그래파이트층은, 산소 플라즈마 장치나 강산 처리 등에 의해 표면을 이접착(易接着) 처리해 두는 것이 바람직하다.
상기 접착층 형성용 조성물을 금속판 또는 그래파이트 판에 도포하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 조성물을 균일하게 코팅 가능한 웨트 코팅법을 사용하는 것이 바람직하다. 웨트 코팅법 중, 막 두께가 얇은 접착층을 형성하는 경우에는, 간편하며 균질인 막을 성막 가능한 스핀 코팅법이 바람직하다. 생산성을 중시하는 경우에는, 그라비아 코팅법, 다이(die) 코팅법, 바 코팅법, 리버스 코팅법, 롤 코팅법, 슬릿 코팅법, 스프레이 코팅법, 키스 코팅법, 리버스 키스 코팅법, 에어 나이프 코팅법, 커텐 코팅법, 로트 코팅법 등이 바람직하다.
상기 예비 건조는, 특별히 제한되지 않으며, 실온에서 1∼7 일간 정도 정치(靜置)함으로써 행할 수도 있지만, 핫 플레이트나 건조로 등에 의해 80∼120 ℃ 정도의 온도에서, 1분∼10분간 정도 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 예비 건조는, 대기 중에서 행하면 되지만, 원한다면, 질소나 희가스 등의 불활성 가스 분위기 하에서 행할 수도 있고, 감압 하에서 행할 수도 있다. 특히, 높은 온도에서 단시간에 건조시키는 경우에는 불활성 가스 분위기 하에서 행하는 것이 바람직하다.
상기 압력을 가하면서 가열하는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 압력으로서는, 바람직하게는 0.1∼30 MPa이며, 가열 온도로서는, 바람직하게는 200∼250 ℃이며, 가열 가압 시간은, 바람직하게는 1분∼1시간이다. 또한, 가열은, 대기 중에서 행하면 되지만, 원한다면, 질소나 희가스 등의 불활성 가스 분위기 하에서 행할 수도 있고, 감압 하에서 행할 수도 있다. 특히, 높은 온도에서 단시간에 가열하는 경우에는 불활성 가스 분위기 하에서 또는 감압 하에서 행하는 것이 바람직하다.
전자파 흡수의 효과를 감안하면, 본 발명의 전자파 흡수 방열 시트는, 최외층의 편면 또는 양면에 전자파 흡수층을 가지는 것이 바람직하다. 전자파 흡수층은, 상기 적층체의 최외층인 금속층이나 그래파이트층의 편면 또는 양면에 전자파 흡수층을 구성하는 전자파 흡수 수지와 전자파 흡수 필러를 포함하는 전자파 흡수 조성물을 형성하기 위한 전자파 흡수 조성물을 도료로서 도포하고, 필요에 따라 건조시키고, 그 후 상기 도료를 경화시킴으로써 제조할 수도 있다.
상기 전자파 흡수 조성물 도료를 방열부에 도포하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 조성물을 균일하게 코팅 가능한 웨트 코팅법을 사용하는 것이 바람직하다. 웨트 코팅법 중, 막 두께가 얇은 접착층을 형성하는 경우에는, 간편하며 균질인 막을 성막 가능한 스핀 코팅법이 바람직하다. 생산성을 중시하는 경우에는, 그라비아 코팅법, 다이 코팅법, 바 코팅법, 리버스 코팅법, 롤 코팅법, 슬릿 코팅법, 스프레이 코팅법, 키스 코팅법, 리버스 키스 코팅법, 에어 나이프 코팅법, 커텐 코팅법, 로트 코팅법 등이 바람직하다.
또한, 사전에 전자파 흡층 시트를 수지와 전자파 흡수재의 혼련, 압출에 의해 형성하고, 상기 적층체의 최외층인 금속층이나 그래파이트층의 편면 또는 양면에 상기 접착층 형성용 조성물이나 종래 공지의 접착제를 도포하고, 필요에 따라 예비 건조한 후, 상기 도포면에 전자파 흡층 시트를 접촉시키고, 필요에 따라 압력을 가하고 가열하는 등에 의해 제조할 수도 있다. 또한 전자파 흡층 시트를 상기 적층체의 최외층인 금속층이나 그래파이트층의 편면 또는 양면에 열 직접 압착시킬 수도 있다. 이 때는 기기에 용융한 전자파 흡수층 시트가 부착되지 않도록 내열성의 이형(離型) 필름 또는 종이를 사용하는 것이 바람직하다.
전자파 흡수층 시트는 시판품을 그대로 사용할 수도 된다.
실시예
이하에서 본 발명을, 실시예를 사용하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은, 이하의 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 사용한 재료는 하기와 같다.
<그래파이트 시트>
·그래파이트 시트(인공 그래파이트): GrafTECH International 제조, SS-1500(상품명), 두께 25㎛, (시트의 면 방향의 열전도율: 1500 W/m·K)
<금속판>
·전해 동박(銅箔): 후루카와 전기공업(주) 제조, 18㎛
·압연 동박: (주)니라코 제조, 두께 50㎛
·경질 알루미늄박: 스미케이 알루미늄 박(주) 제조, 두께 20㎛
<폴리비닐아세탈 수지>
·「PVF-K」: 폴리비닐포르말 수지, JNC(주) 제조, 비닐렉 K(상품명)
상기 「PVF-K」의 구조 등을 하기 표 1에 기재한다.
[표 1]
Figure pct00011
<열전도 양면 점착 테이프>
·닛토 전공(주) 제조, TR-5310F, 두께 0.100 ㎜
<전자파 흡수 시트>
·노이즈 억제 시트 1(연자성체 시트), TDK(주) 제조, IRJ09재, 두께 0.1 ㎜, 두께 30㎛의 양면 테이프 부착, 투자율(1 MHz) 180(Digi Key사 파트 넘버(part number) 445-8699-ND)
·노이즈 억제 시트 2(연자성체 시트), TDK(주) 제조 IRJ09재, 두께 0.1 ㎜, 양면 테이프 없음, 투자율(1 MHz) 180(Digi Key사 파트 넘버 445-8712-ND)
<페라이트분>
·JFE 케미컬(주) 제조, MnZn계 페라이트분, LD-M
<폴리에스테르-폴리우레탄 수지 디스퍼젼액>
·스미카 바이엘 우레탄(주) 제조, 임플라닐 DLP-R
[실시예 1]
<적층체의 조제>
200 ml의 3구 플라스크에 시클로펜타논을 80 g 넣고, 불소 수지제의 교반 날개를 상부로부터 세팅하고, 모터에 의해 교반 날개를 회전시켰다. 회전수는 용액의 점도에 따라 적시(適時) 조절하였다. 이 플라스크에 유리제의 깔때기를 사용하여 폴리비닐포르말 수지(PVF-K)를 10 g 투입하였다. 깔때기에 부착된 PVF-K를 20 g의 시클로펜타논으로 씻어낸 후, 깔때기를 분리하고, 유리로 마개를 했다. 얻어진 용액을 80℃로 설정한 워터 배스(bath)로 4시간 교반하면서 가열하여, PVF-K를 시클로펜타논에 완전히 용해시켰다. 교반 후의 플라스크를 워터 배스로부터 꺼내어, 접착층 형성용 조성물을 얻었다.
이 접착층 형성용 조성물을, 크기 100 ㎜×100 ㎜, 두께 18㎛의 동박에, 얻어지는 접착층의 두께가 2㎛로 되도록 스핀코터(미카사(주) 제조: 1H-D3형)를 사용하여 1500 회전/분으로 도포한 후, 80℃로 설정한 핫 플레이트 상에서 3분간 예비 건조하여, 접착 도막이 형성된 동박을 얻었다. 그리고, 동박의 접착면은, 접착성을 양호하게 하기 위하여 러프화(roughening) 처리되어 있고 막 두께의 측정이 곤란하므로, 사전에 경면 연마한 두께 0.5 ㎜의 동판을 사용하여, 그 동 시트 상의 접착층의 두께가, 대략 2㎛로 되도록 접착층 형성용 조성물의 농도와, 스핀코터의 회전수를 결정했다.
이 접착 도막이 형성된 2장의 동박을, 접착 도막을 내측으로 하고, 사전에 100 ㎜×100 ㎜로 절단한 두께 25㎛의 그래파이트 시트(SS-1500)를 협지하고, 소형 가열 프레스(이모토 제작소 제조: IMC-19EC형 소형 가열 수동 프레스)의 열판 상에 정치했다. 동박과 그래파이트 시트가 어긋나지 않도록 주의하면서, 가압과 감압을 수회 반복함으로써 접착 도막을 탈기(脫氣)한 후, 6 MPa가 될 때까지 가압하였다. 그 후, 가열 히터에 의해 220℃까지 열판을 가열하고, 30분간 온도와 압력을 유지하였다. 30분 경과한 후, 압력은 유지한 채 가열 히터의 전원을 끄고, 대략 50℃가 될 때까지 자연 냉각하였다. 냉각 후, 압력을 개방하고, 적층체 1을 얻었다.
얻어진 적층체와 100×100 ㎜로 자른 TDK제 노이즈 억제 시트 1을, 노이즈 억제 시트 부속의 점착제를 사용하여, 기포가 들어가지 않도록 주의하면서 접합하여, 전자파 흡수 방열 시트 1(도 2에 나타냄)을 얻었다.
EMI 시험은, 전자파 흡수 방열 시트 1을 100 ㎜×50 ㎜로 잘라낸 시료를, Agilent사에서 제조한 E8361A 네트워크 아날라이저와 키콤 주식회사에서 제조한 측정 키트(IEC 규격 No.: IEC62333-1, IEC62333-2에 규정)를 사용하여, 전송 감쇠율(Transmission attenuation power ratio; Rtp)를 측정하였다.
실시예 1에서 얻어진 전자파 흡수 방열 시트의 EMI 시험의 결과를 도 6에 나타낸다.
[비교예 1]
실시예 1에 있어서, 노이즈 억제 시트를 접합하는 전의 동과 그래파이트 적층체(적층체(1))만을 비교 샘플 1로 하여, EMI 시험을 행하였다. 그 결과를 도 7에 나타낸다.
실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 실시예 1에서는 시트 표면의 노이즈 억제층의 효과로, 효과적으로 전자파의 노이즈를 억제하고 있는 것에 비해, 비교예 1과 같이 표면이 금속인 채로는, 전자파는 그 대부분이 금속에 반사되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 전자파 흡수 방열 시트를 사용함으로써, 전자파 노이즈를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
[비교예 2]
100×100 ㎜로 자른 TDK사 노이즈 억제 시트 1과, 100 ㎜×100 ㎜로 절단한 두께 25㎛의 그래파이트 시트(SS-1500)를, 노이즈 억제 시트 부속의 점착제를 사용하여, 기포가 들어가지 않도록 주의하면서 접합하여, 비교 샘플 2(도 3에 나타냄)를 얻었다.
[비교예 3]
100×50 ㎜로 자른 TDK사 노이즈 억제 시트 1과, 100 ㎜×100 ㎜로 절단한 두께 50㎛의 동박을, 노이즈 억제 시트 부속의 점착제를 사용하여, 기포가 들어가지 않도록 주의하면서 접합하여, 비교 샘플 3을 얻었다.
[전자파 흡수 방열 시트 방열 특성의 평가]
실시예 1에서 얻어진 전자파 흡수 방열 시트 1과 비교 샘플 1, 비교 샘플 2, 및 TDK제 노이즈 억제 시트 2의 방열 실험을 실시하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 그리고, 방열 실험의 수순은 하기와 같다.
<방열 특성의 평가>
시험편의 편면에, 내열 도료(오키츠모(주) 제조: 내열 도료 원터치)를 도막의 두께가 약 20㎛로 되도록 스프레이하고, 건조시켰다. 이 방열 부재의 내열 도료미도장면 측의 중심부에 T0220 패키지의 트랜지스터((주)토시바 제조: 2SD2013)를 양면 테이프(닛토 전공(주) 제조, TR-5310F)를 사용하여 접합하였다. 트랜지스터의 방열 부재를 접합한 면의 이면(裏面)에는 K열전대(리카공업(주) 제조, ST-50)가 장착되어 있고, 온도 데이터 로거(그라프텍(주) 제조, GL220)을 사용하여, PC로, 트랜지스터의 방열 부재가 접합된 면과는 반대 측의 면의 온도를 기록할 수 있다. 이 열전대가 장착된 트랜지스터를 40℃로 설정한 항온조 중앙에 정치하고, 트랜지스터의 온도가 40℃로 일정하게 된 것을 확인한 후, 트랜지스터에 직류 안정화 전원을 사용하여 1.25 V를 인가하고, 표면의 온도 변화를 측정하였다. 전압 인가 1800초 후의 트랜지스터의 온도를 측정하였다. 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
트랜지스터는 동일한 와트수가 인가되어 있으면 일정한 열량을 발생하고 있으므로, 장착되어 있는 방열 부재의 방열 효과가 높을수록 온도는 저하된다. 즉, 트랜지스터의 온도가 낮아지는 방열 부재일수록 방열 효과가 높다고 할 수 있다.
[표 2]
Figure pct00012
표 2와 EMI 시험의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 금속층 전자파 흡수 방열 시트를 사용함으로써, 높은 방열 능력과 전자파 노이즈 억제 능력을 양립할 수 있는 것을 알 수 있다.
[실시예 2]
스미카 바이엘 우레탄에서 제조한 임플라닐 DLP-R 100(g)에 JFE 케미컬에서 제조한 MnZn계 페라이트분(LD-M) 250(g)을 혼합하여 전자파 흡수 조성물 도료 1을 조정하였다. 실시예 1과 마찬가지로 동박 대신 2장의 경질 알루미늄박(0.02 ㎜) 두께 및 그래파이트 SS-1500(25㎛)을 사용하여 적층체 2를 얻었다. 적층체 2에 전술한 전자파 흡수 조성물 도료를 스핀코터로 도포하고, 80℃로 설정한 오븐에 의해 가열 건조하여 전자파 흡수 방열 시트 2(도 4에 나타냄)를 조정하였다. 그리고, 전자파 흡수층의 두께가 100㎛로 되도록, 수회로 나누어 도포, 건조를 반복하였다.
[실시예 3]
실시예 1에서 사용한 접착층 형성용 조성물 100(g)에 JFE 케미컬사에서 제조한 MnZn계 페라이트분(LD-M) 15.5(g)을 혼합하여 전자파 흡수 조성물 도료 2를 조정하였다. 실시예 2와 마찬가지로 2장의 경질 알루미늄박(0.02 ㎜) 두께 및 그래파이트 SS-1500(25㎛)을 사용하여 적층체 2를 얻었다. 적층체 2에 전술한 전자파 흡수 조성물 도료를 도포하고, 80℃로 설정한 오븐에 의해 가열 건조하여 전자파 흡수 방열 시트 2를 조정하였다. 그리고, 전자파 흡수층의 두께가 100㎛로 되도록, 수회로 나누어 도포, 건조를 반복하였다.
[실시예 4]
스미카 바이엘 우레탄에서 제조한 임플라닐 DLP-R 100(g)에 JFE 케미컬에서 제조한 NiZn계 페라이트분(KNI-106) 250(g)을 혼합하여 전자파 흡수 조성물 도료 3을 조정하였다. 상기 적층체 2에 전술한 전자파 흡수 조성물 도료 3을 스핀코터로 도포하고, 80℃로 설정한 오븐에 의해 가열 건조하여 전자파 흡수 방열 시트 3(도 4에 나타냄)를 조정하였다. 그리고, 전자파 흡수층의 두께가 100㎛로 되도록, 수회로 나누어 도포, 건조를 반복하였다.
[비교 샘플 4, 5]
실시예 2, 3과 마찬가지로 그래파이트 SS-1500(25㎛)에 전술한 전자파 흡수 조성물 도료를 도포하고, 80℃로 설정한 오븐에 의해 가열 건조하여 비교 샘플 4, 5를 조정하였다. 그리고, 전자파 흡수층의 두께가 100㎛로 되도록, 수회로 나누어 도포, 건조를 반복하였다.
[실시예 5]
실시예 2 및 3에서 제작한 시료와, 비교 샘플 4와 5에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 방열 측정을 행하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Figure pct00013
실시예 1에서는 이미 성형된 전자파 억제 시트를 사용하였으나, 실시예 2나 실시예 3과 같이, 전자파 흡수 조성물 도료를 금속과 그래파이트 시트에 도포·고화(固化)시키는 것에 의해서도, 목적으로 하는 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 일반적으로 그래파이트 표면은 접착제나 도료와의 밀착성이 매우 좋지 못하여, 도료를 튕겨 버리거나, 도막이 간단하게 박리되지만, (1) 본 발명과 같이 사전에 금속층으로 적층한 시트에 전자파 흡수 조성물 도료를 도포함으로써 많은 수지와의 밀착성이 양호하게 되고, 혹은 (2) 본 발명의 접착층에 사용한 폴리비닐아세탈 수지를 바인더 또는 프라이머(primer)로서 사용하여, 전자파 흡수 조성물 도료로 제막함으로써 밀착성의 문제점을 해결할 수 있다(도 5).
실시예 2, 실시예 3의 샘플에 대해서도, 네트워크 아날라이저를 사용하여 실시예 1과 마찬가지로 EMI 시험을 행하였다. 그 결과를, 각각 도 8과 도 9에 나타낸다.
방열 시험의 결과와 EMI 시험의 결과로부터, 고성능이며 취급하기 쉬운 전자파 흡수 방열 시트를 얻을 수 있는 것을 알았다.
[도 1] 1: 적층체 1
2: 동박
3: 접착층
4: 그래파이트층
5: 접착층
6: 동박
[도 2] 7: 노이즈 억제 시트
8: 노이즈 억제 시트 고정용의 시판 점착제층
9: 금속박
10: 접착층
11: 그래파이트층
12: 접착층
13: 금속박
[도 3] 14: 노이즈 억제 시트
15: 노이즈 억제 시트 고정용의 시판 점착제층
16: 그래파이트층
[도 4] 19: 전자파 흡수 조성물 도막
20: 금속박
21: 접착층
22: 그래파이트층
23: 접착층
24: 금속박
[도 5] 25: 전자파 흡수 조성물 도막
26: 접착층(프라이머층)
27: 그래파이트층
28: 접착층
29: 금속박

Claims (10)

  1. 적어도 1층의 전자파 흡수재를 포함하는 전자파 흡수층; 그래파이트 시트로 이루어지는 적어도 1층의 그래파이트층; 및 적어도 1층의 금속층을 포함하고, 그래파이트층과 다른 층이 폴리비닐아세탈 수지를 포함하는 조성물에 의해 형성된 접착층을 사용하여 접착되어 있는, 전자파 흡수 방열 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 흡수층이, 전자파 흡수재와 수지의 혼합물인, 전자파 흡수 방열 시트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자파 흡수재가, 연자성체 또는 페라이트(ferrite)인, 전자파 흡수 방열 시트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자파 흡수재가, 퍼멀로이(permalloy), 센더스트(sendust), 규소강, 합금 알펌(alperm), 퍼멘더(permendur) 및 전자(電磁) 스테인레스강으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합물인, 전자파 흡수 방열 시트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층이 동, 알루미늄, 마그네슘 또는 티탄인, 전자파 흡수 방열 시트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    접착층을 형성하는 폴리비닐아세탈 수지가, 하기 구성 단위 A, B 및 C를 포함하는, 전자파 흡수 방열 시트:
    Figure pct00014

    (상기 구성 단위 A 중에서, R은 독립적으로 수소 또는 알킬임)
    Figure pct00015

    Figure pct00016
    .
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리비닐아세탈 수지가, 하기 구성 단위 D를 더 포함하는, 전자파 흡수 방열 시트:
    Figure pct00017

    (상기 구성 단위 D 중에서, R1은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1∼5의 알킬임).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그래파이트층의, 평면 방향의 열전도율이 300∼2000 W/m·K인, 전자파 흡수 방열 시트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착층의 두께가 5㎛ 이하인, 전자파 흡수 방열 시트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 방열 시트가 발열체에 열적(熱的)으로 접촉하는, 전자 기기.
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