KR20170020700A - 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트, 이의 제조방법에 관한 것으로서, 관통홀이 구비된 그라파이트 시트를 도입함과 동시에 적정 조성 및 조성비를 가지는 방열접착제를 도입하여 플렉서블성을 가지면서도 높은 박리강도를 확보, 우수한 전자파 차폐성 및 내열 충격성을 가지는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트 및 이를 제조한느 방법에 관한 것이다.

Description

전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트 및 이의 제조방법{Composite multi-layer sheet with EMI shield and heat radiation and Manufacturing method thereof}
본 발명은 방열복합시트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수평열전도율, 열충격에 대한 내구성 및 전자파 차폐성이 우수하면서도 박형화된 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전기 전자기기의 고성능화, 경박단소화에 따라 그에 내장된 반도체 부품, 발광 부품 등의 열 발생원에서 발생하는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있는 방열 시트에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있고, 전자파 차폐에 대한 복합 기능화가 요구되고 있다.
일반적으로 방열 시트는 동박, 동박/그라파이트 적층체, 그라파이트 시트 등을 사용하고 있는데, 동박은 방열 특성과 전자파 차폐 특성을 모두 갖추고 있으나 두께가 두꺼워지면 유연성이 부족하고, 수평 방향으로의 열전도가 그라파이트에 미치지 못하며, 밀도가 높아 경량화에 한계가 있다. 또한, 그 두께가 대략 50㎛를 넘으면 유연성이 부족해 복잡한 형상의 방열 시트로 적용하기에는 한계가 있다.
또한, 전자파를 차단하기 위한 전자파 차폐시트로 각종 재질로 구성된 상용 제품이 널리 이용되고 있으나, 종래의 전자파 차폐 시트는 열전도성이 낮아 방열 효과를 충분히 얻을 수가 없으며, 방열 및 전자파 차폐기능을 적용한 다양한 시트가 개발되고 있다. 일례를 들면, 대한민국 등록특허 10-1457914호에 금속박층과 그라파이트층으로 구성된 열확산시트의 일면 또는 양면에 전자파 흡수층이 적층된 전자파 흡수층을 구비한 열확산시트가 개시되어 있는데, 열확산 시트와 전자파 흡수층을 접합시키기 위한 별도의 접착제층을 구비해야 하는 바, 박형화에 불리하여 소형 전자기기인 스마트폰 등의 휴대용 전자기기에 적용하기에는 기술적 한계가 있으며, 유연성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
최근, 휴대용 전자기기에 플렉서블(flexible)이 요구되고, 박형화 되고 있는 바, 이에 사용되는 필수 부품인 방열시트 및 전자파 차폐시트도 플렉서블성 및 박형화 요구가 증대되고 있는 실정이다.
미국 공개특허번호 2007-0246208호(공개일 : 2007.10.25)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특정 조성 및 조성비를 가지는 접착제층 및 메탈시트를 도입하고, 특정 형태의 관통홀이 구비된 그라파이트층의 도입 및 층간 두께를 조절하여, 방열 및 전자파 차폐 기능을 확보하면서 유연성 및 박형화성을 확보한 기능 일체형 다층복합시트 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트는 제1전자파 차폐층, 제1접착제층, 다수개의 관통홀이 구비된 그라파이트층, 제2접착제층 및 제2전자파 차폐층이 차례대로 적층되어 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 그라파이트층의 상부 및 하부에는 패시베이션필름이 구비되지 않은 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 다층복합시트는 제2전자파 차폐층의 상부에 메탈시트층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 그라파이트층은 하기 방정식 1을 만족하는 두께를 가질 수 있다.
[방정식 1]
(d2 + d3) ≤ d1 ≤ 4(d2 + d3)
상기 방정식 1에서 d1은 그라파이트층의 평균두께이고, d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제1접착제층 및 제2접착제층은 하기 방정식 2를 만족할 수 있다.
[방정식 2]
d2≤d3
상기 방정식 2에서 d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 그라파이트층의 관통홀 내부는 제1접착제층 및/또는 제2접착제층으로부터 유래한 접착제로 충진되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제1전자파 차폐층은 동박, 알루미늄박 또는 메탈시트일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제2전자파 차폐층은 동박 또는 알루미늄박일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 그라파이트층은 열분해흑연(pyrolytic graphite) 및 흑연화 폴리이미드 중 1종 이상을 포함하는 그라파이트 시트일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제1접착제층 및/또는 제2접착제층은 각각은 방열접착제층일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제1접착제층 및/또는 제2접착제층은 각각은 열경화성 수지, 고무바인더, 실란커플링제, 불소계 계면활성제, 경화제 및 경화촉진제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제1접착제층 및/또는 제2접착제층 각각은 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 고무 바인더 25 ~ 100 중량부, 실란 커플링제 1 ~ 10 중량부, 불소계 계면활성제 0.01 ~ 2 중량부, 경화제 5 ~ 20 중량부 및 경화촉진제 1 ~ 5 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제1접착제층 및/또는 제2접착제층 각각은 난연제 30 ~ 60 중량부, 내습제 0.5 ~ 10 중량부 및 열전도성 필러 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 열전도성 필러는 그라파이트 분말(graphite powder), 탄소나노튜브(CNT), 카본블랙(carbon black) 분말, 카본섬유(carbon fiber), 세라믹(ceramic) 분말 및 금속 분말(metal powder) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 메탈시트층 및/또는 제1전자파 차폐층의 메탈시트는 열경화성 에폭시 수지, 고무 바인더, 실란커플링제, 불소계 계면활성제, 연자성 분말, 경화제 및 내습제를 포함하는 혼합수지의 경화물일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 메탈시트층 및/또는 제1전자파 차폐층의 메탈시트 형성에 사용되는 혼합수지는 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 고무 바인더 160 ~ 350 중량부, 실란커플링제 4 ~ 25 중량부, 불소계 계면활성제 0.5 ~ 5 중량부, 연자성 분말 700 ~ 1,500 중량부, 경화제 2 ~ 30 중량부 및 내습제 1 ~ 25 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 연자성 분말은 Fe-Si-Al계 합금, Fe-Si-Cr계 합금, Fe-Si-B계 합금, 하이플렉스(highflux), 퍼말로이(permalloy) 합금, Ni-Zn 페라이트(ferrite) 합금 및 Mn-Zn 페라이트(ferrite) 합금 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 그라파이트층의 관통홀 면적은 상기 그라파이트층의 상면 또는 하면의 전체 면적의 2% ~ 30%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 그라파이트층의 관통홀 면적은 상기 그라파이트층의 상면 또는 하면의 전체 면적의 5% ~ 20%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제1접착제층 및 제2접착제층 각각은 평균두께 2㎛ ~ 20㎛이고, 그라파이트층은 8㎛ ~ 50㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 그라파이트층의 관통홀 각각은 박리강도 측정시, 50 ~ 1,200 gf/홀의 박리강도를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 그라파이트층의 관통홀은 하기 방정식 3을 만족하는 이형도를 가지는 단면형상으로 구비된 것일 수 있다.
[방정식 3]
0.500 ≤ 이형도 ≤ 1.300
상기 방적식 3에서, 이형도는 (형상의 내부넓이/ 형상의 둘레길이)1/2이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 관통홀의 단면형상은 원형, 타원형, +형, ×형, ┝형, ┏형, I형 및 선형 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 관통홀의 단면형상이 원형일 때, 평균지름 1 ~ 10mm인 원형이고, 상기 타원형은 내접원 및 외접원의 지름비가 1 : 2 ~ 10이며, 상기 +형은 내접원 및 외접원의 지름비가 1 : 2 ~ 10일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트에 있어서, 상기 그라파이트층과 제2전자파 차폐층의 박리강도는 JIS C 6741 규격에 의거하여 측정시, 300 gf/cm2 ~ 720 gf/cm2 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트는 수평열전도율이 300 ~ 1000 W/m·k이고, 수직열전도율이 1 ~ 15 W/m·k일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 본 발명의 일체형 다층복합시트를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 제1전자파 차폐층, 제1접착제층, 다수개의 관통홀이 구비된 그라파이트층, 제2전자파 차폐층 및 메틸시트층을 적층시킨 적층체를 60℃ ~ 80℃의 핫프레스 장비에 투입하는 1단계; 145℃ ~ 160℃ 및 45 ~ 60 kgf/㎠ 압력 하에서 50분 ~ 70분간 적층체를 가열 및 가압시키는 2단계; 및 핫프레스를 냉각시킨 후, 핫프레스로부터 일체화된 복합시트를 분리하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 2단계의 가온은 10℃ ~ 35℃의 핫프레스를 3℃/분 ~ 5℃/분 속도로 145℃ ~ 160℃까지 가온시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 3단계의 냉각은 145℃ ~ 160℃의 핫프레스를 3℃/분 ~ 5℃/분 속도로 60℃ ~ 80℃까지 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3단계의 일체화된 복합시트의 제1접착제층, 그라파이트층 및 제2방열접착체층은 하기 방정식 1을 만족하는 두께를 가질 수 있다.
[방정식 1]
(d2 + d3) ≤ d1 ≤ 4(d2 + d3)
상기 방정식 1에서, d1은 그라파이트층의 평균두께이고, d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3단계의 일체화된 복합시트의 제1접착제층 및 제2접착제층은 하기 방정식 2를 만족할 수 있다.
[방정식 2]
d2≤d3
상기 방정식 2에서, d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 본 발명의 일체형 다층복합시트를 포함하는 커버레이 필름 및/또는 연성회로기판을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일체형 다층복합시트를 포함하는 전자기기, 바람직하게는 휴대용 전자기기를 제공하고자 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 전자기기는 플렉서블 전자기기일 수 있다.
본 발명의 일체형 다층복합시트는 특정 조건을 만족하는 다수개의 관통홀이 구비된 그라파이트 시트를 도입함으로써, 수직 열전도율을 최소화시키면서 수평 열전도율을 최대화시켰을 뿐만 아니라, 우수한 전자파 차폐 효과를 가진다. 또한, 본 발명의 일체형 복합시트는 박형화가 가능하면서도, 제2전자파 차폐층과 그라파이트층간 높은 박리강도, 그라파이트층 자체의 층간 박리강도가 우수하여 내충격성이 우수하면서도, 유연성을 가지는 일체형 복합시트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구체적인 일구현예로서, 본 발명의 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 복합시트의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 복합시트를 구성하는 다수개의 관통홀이 구비된 그라파이트층의 바람직한 일구현예에 대한 개략도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 제1접착제층 및/또는 제2접착제층으로부터 유래하는 접착성분이 그라파이트층의 관통홀 내에 충진된 형태에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 복합시트(100)를 도입한 디지타이저 모듈의 개략도를 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 한다.
기존에 방열시트 및/또는 복합시트는 방열 소재로서 동박, 동박/그라파이트 적층체, 그라파이트 시트 등을 사용하고 있으며, 동박은 방열 특성과 전자파 차폐 특성을 모두 갖추고 있지만, 두께가 두꺼워지면 유연성이 부족하고, 수평 방향으로의 열전도도가 그라파이트와 비교할 때 수평 열전도도가 좋지 못하며, 밀도가 높아 경량화에 한계가 있다. 또한, 그 두께가 대략 50㎛를 넘으면 유연성이 부족해 복잡한 형상의 플렉서블 방열 시트로 적용하기에는 한계가 있다. 그리고, 동박과 그라파이트 적층체 간 접착성이 낮고, 그라파이트는 그라파이트 자체 내의 층간 박리가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 도 1에 개략도에 나타낸 바와 같이, 제1전자파 차폐층(30), 제1접착제층(20), 다수개의 관통홀(1,2,3,4) 구비된 그라파이트층(10), 제2접착제층(20') 및 제2전자파 차폐층(30')이 차례대로 적층된 구조를 가지는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 복합시트(100, 이하 "복합시트"로 칭함)에 관한 것이다. 그리고, 일반적으로 그라파이트 시트를 이용하여 방열필름 제조시, 양면 또는 일면에 패시베이션필름이 구비된 그라파이트 시트를 사용하지만, 본 발명의 복합시트의 상기 그라파이트층(10)은 상부 및 하부에는 패시베이션필름이 구비되지 않으며, 그라파이트층의 관통홀에는 제1 접착제층(20) 및/또는 제2 접착제층(20') 으로부터 유래한 접착성분이 관통홀 내부에 충진되어 있을 수 있다.
그리고, 그라파이트층의 평면크기는 제1 전자파 차폐층(30) 및 제2 전자파 차폐층(30')의 평면크기 보다 크기가 작기 때문에, 전자파 차폐층의 평면 방향으로 볼 때, 제1 전자파 차폐층 및 제2 전자파 차폐층 내부에 존재하는 구조이며, 제1접착제층(20) 및/또는 제2 접착제층(20') 유래의 접착성분이 존재하지 않는 경우, 일체형 복합시트의 측면에서 볼 때, 그라파이트층의 두께로 인해 그라파이트층 외부와 제1 전자파 차폐층 및 제2 전자파 차폐층 사이에 이격 공간이 존재한다.
도 2의 a 및 b에 개략적인 평면도를 참고하면, 상기 그라파이트층(10)은 에 구비된 다수개의 관통홀(1,2,3,4)이 존재하며, 상기 관통홀과 제1 전자파 차폐층 및 제2 전자파 차폐층 사이의 이격 공간에 제1접착제층 및/또는 제2 접착제층 유래의 접착성분이 충진됨으로써, 제1전자파 차폐층(30), 그라파이트층(10) 및 제2 전자파 차폐층(30')이 결합되어 일체화된다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 제1접착제층 및/또는 제2 접착제층은 반경화 상태이다. 그리고, 각층을 적층시킨 후, 프레스로 압력을 가하거나, 또는 핫프레스로 열 및 압력을 가하면, 제1 접착제층 및/또는 제2 접착제층 내 접착성분이 일부 녹아서 관통홀 및 상기 이격공간에 충진(25, 25')하게 되는 것이다(도 3의 (a) ~ (b) 참조).
본 발명의 일체형 복합시트(100)를 구성하는 각층에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.
우선 제1 전자파 차폐층 및/또는 제2 전자파 차폐층은 방열 및 전자파 차폐기능이 있는 소재로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 금속박을 사용할 수 있으며, 바람직한 일례를 들면, 동박, 알루미늄박 또는 메탈시트를 사용할 수 있다. 그리고, 제1 전자파 차폐층 및/또는 제2 전자파 차폐층 각각은 동일한 소재의 금속박을 사용하거나, 또는 서로 다른 소재의 금속박 또는 메탈시트를 적용시킬 수도 있다. 일례를 들면, 제1 전자차 차폐층 및 제2 전자파 차폐층 모두 동박일 수 있으며, 도는 제1 전자파 차폐층은 메탈시트이고, 제2 전자파 차폐층은 동박일 수도 있다.
그리고, 제1 전자파 차폐층(40)은 평균두께 5㎛ ~ 70㎛, 바람직하게는 8 ~ 40㎛, 더욱 바람직하게는 8 ~ 35㎛인 것이 좋으며, 이때, 제1 전자파 차폐층의 평균두께가 5㎛ 미만이면 외관 문제 발생 및 찢김 현상이 발생하는 문제가 있을 수 있고, 70㎛를 초과하면 박막화 어려움 및 제품 유연성이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖는 것이 좋다.
[접착제층]
다음으로 제1 접착제층(20) 및/또는 제2 접착제층(20')에 대하여 설명한다.
상기 제1 접착제층과 제2 접착제층은 제1 전자파 차폐층, 그라파이트층 및 제2전자파 차폐층을 서로 결합시키는 역할을 하며, 제1 전자파 차폐층(30) 및/또는 제2 전자파 차폐층(30')으로부터 그라파이트층(10)에 열전달이 잘 이루어질 수 있는 고내열성 방열접착제를 사용하는 것이 좋다. 그리고, 제1 접착제층과 제2 접착제층을 구성하는 방열접착제는 융점이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한, 접착제층(또는 방열접착제)은 열경화성 수지, 고무 바인더, 실란 커플링제, 불소계 계면활성제, 경화제 및 경화촉진제를 포함하며, 필요에 따라 난연제, 내습제 및 열전도성 필러 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
제1 접착제층 및/또는 제2 접착제층(이하, "접착제층"으로 칭함) 성분 중 상기 열경화성 수지는 열경화성 에폭시 수지, 열경화성 페녹시 수지, 열경화성 아미노 수지, 열경화성 폴리에스테르 수지 및 열경화성 폴리우레탄계 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 열경화성 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 노블락 에폭시 수지, 할로겐 함유 에폭시 수지 등 중에서 선택된 1종 단독 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 열경화성 에폭시 수지를 2종 이상 혼합하여 사용하는 경우, 비스페놀 A 에폭시 수지 및 노블락 에폭시 수지를 1 : 0.15 ~ 0.4 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.18 ~ 0.35 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 방열접착제의 융점 향상 및 접착력 향상면에서 유리하다.
그리고, 접착제층 성분 중 상기 고무 바인더는 내굴곡성을 부여하는 역할을 할 수 있고, 아크릴 고무, 실리콘 고무, 카르복실 니트릴 엘라스토머(carboxylated nitrile elastomer) 및 페녹시(Phenoxy) 중 1종 이상을 포함하며, 바람직하게는 아크릴 고무 및 실리콘 고무 중 1종 단독 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 카르복실계 엘라스토머를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 카르복실 니트릴 엘라스토머를 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 카르복실계 엘라스토머는 중량평균분자량 180,000 ~ 350,000인 것을, 바람직하게는 중량평균분자량 210,000 ~ 280,000인 것을, 더욱 바람직하게는 중량평균분자량 215,000 ~ 255,000인 것을 사용하는 것이 복합시트의 내굴곡성 확보 및 접착제층의 내열성 확보면에서 유리하다. 또한, 상기 고무 바인더의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 25 ~ 100 중량부를, 바람직하게는 35 ~ 80 중량부를 사용할 수 있으며, 고무 바인더를 25 중량부 미만으로 사용시, 경화된 접착제층이 유연성이 떨어져서 복합시트가 굴곡되었을 때, 제1 전자파 차폐층과 그라파이트층간 접합 부위가 일부 박리되는 문제가 있을 수 있고, 100 중량부 초과하여 사용하면 상대적으로 접착제층 내 다른 조성의 사용량이 감소하여 접착제층의 접착성이 감소하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
접착제층 성분 중 상기 실란 커플링제는 입자의 분산 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 실란커플링제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 글리시독시(C2 ~ C5알킬)트리알콕시실란(Glycidoxy(C2 ~ C5 alkyl)trialkoxysilane), 바이닐트리알콕시실란(Vinyltri(C2 ~ C5 alkoxy)silane 및 아미노에틸아미노프로필실란 트리올(Aminoethylaminopropylsilane triol) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 글리시독시에틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필에톡시실란, 바이닐트리메톡시실란, 바이닐트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필실란 트리올 중에서 선택된 1종 단독 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 실란커플링제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 1 ~ 10 중량부를, 바람직하게는 1 ~ 5 중량부를 사용할 수 있으며, 실란커플링제를 1 중량부 미만으로 사용시, 그 사용량이 너무 적어서 입자 분산 효과를 볼 수 없을 수 있고, 10 중량부 초과하여 사용하면 커플링제끼리의 반응으로 입자 뭉침 현상이 발생하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
접착제층 성분 중 상기 불소계 계면활성제는 표면장력을 낮춰 코팅성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 불소계 지방족 폴리머릭 에스테르(Fluoroaliphatic polymeric ester)를 사용하는 것이 좋으며, 구체적인 일례는 3M사의 FC4430, 노벡(Novec)사의 4300, 듀폰사의 캡스톤(DuPont Capstone) 등을 사용할 수 있다. 그리고, 불소계 계면활성제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 2 중량부를, 바람직하게는 0.02 ~ 1.2 중량부를 사용할 수 있으며, 불소계 계면활성제를 0.01 중량부 미만으로 사용시, 그 사용량이 너무 적어서 코팅성 개선 효과를 볼 수 없을 수 있고, 2 중량부 초과하여 사용하면 접착력이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
접착제층 성분 중 상기 경화제로는 아민 타입 경화제(amine type hardener), 산무수물 타입 경화제(Anhydride type hardener) 및 페놀 타입 경화(phenol type hardener) 중 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아민 타입 경화제(amine type hardener) 및 산무수물 타입 경화제(Anhydride type hardener) 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적인 일례를 들면, 4,4'-디아미노디페닐설폰(4,4'-diaminodiphenlysulfone)를 경화제로 사용할 수 있다. 그리고, 상기 경화제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 5 ~ 20 중량부, 바람직하게는 8 ~ 17 중량부를 사용할 수 있으며, 만일 5 중량부 미만으로 사용하면 내구성이 하락되는 문제가 발생할 수 있고, 20 중량부를 초과하여 사용하면 방열접착력이 하락되는 문제가 발생할 수 있다.
접착제층 성분 중 상기 경화촉진제는 방향족 아민, 지방족 아민 및 방향족 3급 아민 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 방향족 아민 및 방향족 3급 아민 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고 경화촉진제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부, 바람직하게는 1.5 ~ 4.5 중량부를 사용할 수 있으며, 만일 1 중량부 미만으로 사용하면 방열접착제의 경화 속도가 너무 느려서 작업성이 떨어질 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 접착제층이 너무 빨리 경화되어 핫프레스 전에 방열경화층이 완전 경화되는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
접착제층 성분 중 상기 난연제는 제품의 난연 효과를 얻기 위한 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 인계 난연제, 무기계 난연제 및 염화계 난연제 등 중에서 선택된 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 구체적인 일례를 들면, 엑솔릿 OP 935(Clariant EXOLIT OP 935), 쇼와덴코(ShowaDenko)사의 H42M, 쇼와덴코사의 H32 및 쇼와덴코사의 H43M 등을 사용할 수 있다. 그리고, 난연제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 30 ~ 60 중량부, 바람직하게는 35 ~ 55 중량부를 사용할 수 있으며, 이때, 난연제 사용량이 30 중량부 미만이면 완벽한 난연 효과를 볼 수 없을 수 있고, 60 중량부를 초과하여 사용하면 과다 사용된 난연제 성분에 의해 제품의 접착력 저하 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
접착제층 성분 중 내습제는 접착제층 내 수분량 조절 및 방열접착제의 점도 조절을 위한 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직한 일례를 들면, 알루미늄 설페이트, 라텍스, 실리콘 에멀전, 폴리(오가노실록산), 소수성 폴리머 에멀전, 실리콘계 내습제 등에서 선택된 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 내습제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 10 중량부, 바람직하게는 1.5 ~ 8 중량부를 사용할 수 있으며, 이때, 내습제 사용량이 0.5 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이를 투입하는 효과를 볼 수 없을 수 있고, 10 중량부를 초과하여 사용하면 과다 사용에 의해 오히려, 접착제층의 적정 수분량 조절에 어려움이 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 접착제층은 열전도성 필러 및/또는 분산제를 더 적용하여 방열접착제 기능을 부여할 수도 있다. 열전도성 필러로는 그라파이트 파우더(graphite powder), 탄소나노튜브(CNT), 카본블랙(carbon black), 카본섬유(carbon fiber), 세라믹(ceramic) 및 금속 파우더(metal powder) 중 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 그라파이트 파우더, 세라믹 및 금속 파우더 중 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 열전도성 필러를 더 사용하는 경우, 상기 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 45 ~ 1,100중량부, 바람직하게는 75 ~ 800 중량부가 포함될 수 있으며, 1100 중량부를 초과하여 사용하면 그라파이트층과의 밀착력이 떨어지고, 복합시트의 수직 열전도율이 크게 증가시킬 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 열전도성 필러는 평균입경 3㎛ ~ 25㎛인 것을 사용하는 것이 좋으며, 평균입경 3㎛ 미만이면 입자 분산의 어려움이 있을 수 있고, 평균입경 25㎛를 초과하면 박막화 코팅 및 접착력 저하를 초래할 수 있으므로 상기 범위 내의 입경크기를 가지는 열전도성 필러를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 분산제는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴 블록 아민계 분산제를 사용할 수 있다.
접착제층은 앞서 설명한 경화성 수지, 고무 바인더, 실란커플링제, 불소계 계면활성제, 경화제, 경화촉진제, 난연제, 내습제 등의 혼합물을 유기용매에 투입하여 접착제의 점도 및 고형분을 조절할 수 있으며, 이와 같은 점도 및 교형분의 조절 과정을 통해 방열접착체층 형성 조성물의 표면 상태가 양호해지며, 기재 밀착력 및 입자 배향을 조절할 수 있다. 이때, 상기 유기용매는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 사이클로헥사논(cyclohexanone) 중 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 조성 및 조성비로 제조한 접착제를 제1 전자파 차폐층의 상부에 도포(또는 코팅)한 후, 건조를 수행하여 반경화시켜서 접착제층을 형성시키며, 이때, 접착제 도포량은 프로스 공정 또는 핫프레스 공정을 수행한 복합시트를 기준으로 접착제층이 평균두께 2㎛ ~ 25㎛, 바람직하게는 평균두께 3 ~ 15㎛, 더욱 바람직하게는 평균두께 4 ~ 8㎛가 되도록 도포하는 것이 좋다. 이때, 복합시트 내 접착제층의 평균두께가 2㎛ 미만이면 제1 전자파 차폐층과 그라파이트층간 결합력(또는 접착력)이 떨어질 수 있고, 25㎛를 초과하는 것을 비경제적이고 복합시트의 박형화에 불리하며, 방열성능이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
[그라파이트층]
다음으로, 본 발명의 복합시트를 구성하는 관통홀이 구비된 그라파이트층(10)에 대하여 설명한다.
그라파이트층은 관통홀이 형성된 그라파이트 시트(또는 필름)로 구성되며, 이러한 관통홀을 통해서 그라파이트층 하부 및 상부의 배치된 제1전자파 차폐층, 제2 전자파 차폐층간에 일체화 및 제2 전자파 차폐층과 그라파이트층간 별도의 접착제층을 생략이 가능하도록하여, 복합시트의 박형화가 가능하다.
또한, 상기 그라파이트 시트는 우수한 수평열전도율 및 제2 전자파 차폐층과 그라파이트층간 높은 박리강도를 구현할 수 있도록, 하기 방정식 3을 만족하는 이형도를 갖도록 관통홀을 형성시킨 그라파이트 시트를 사용한다.
[방정식 3]
0.500 ≤ 이형도 ≤ 1.300, 바람직하게는 0.520 ≤ 이형도 ≤ 1.200
상기 방정식 3에서, 이형도는 (형상의 내부넓이/ 형상의 둘레길이)1/2이다.
상기 방정식 3에서 이형도가 0.500 미만이면 전반적인 열확산능이 우수하지만, 관통홀 당 박리강도 등의 박리강도가 낮을 수 있고, 제2 전자파 차폐층과 그라파이트층간 박리강도가 낮을 수 있고, 1.300을 초과하면 박리강도는 우수하나, 수직 열전도율이 증가하는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 관통홀의 단면형상은 상기 이형도를 만족하는 단면형상으로서, 원형, 타원형, +형, ×형, ┝형, ┏형, I형 및 선형 중에서 선택된 1종 이상을 가질 수 있으며, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 다양한 단면형상을 조합하여 관통홀을 그라파이트 시트에 형성시킬 수 있다. 이해를 돕기 위해 구체적인 일례를 들면, 상기 관통홀의 단면형상이 원형일 때, 평균지름 0.5 ~ 7mm인 원형이고, 상기 타원형은 내접원 및 외접원의 지름비가 1 : 2 ~ 10이며, 상기 +형은 내접원 및 외접원의 지름비가 1 : 2 ~ 10일 수 있다.
구체적인 일례로서, 원형 관통홀인 경우, 원형 단면형상의 평균직경은 0.5 mm ~ 8mm, 바람직하게는 0.5 mm ~ 5mm, 더욱 바람직하게는 1 ~ 4 mm 일 수 있으며, 만일 관통홀의 평균직경이 0.5mm미만이면 그라파이트층이 구비된 관통홀의 개수 증가에 따른 열충격에 대한 내구성이 감소할 수 있는 문제가 발생할 수 있고, 관통홀에 충진되는 접착성분의 충진율이 감소되어 열충격에 대한 내구성이 감소할 수 있는 문제가 발생할 수 있으며, 8mm를 초과하면 그라파이트층의 수평 방향으로의 열확산 성능이 감소하고, 복합시트 제조시, 각각의 층의 형상 유지능력이 감소하여 불량율 증가할 수 있으며, 그라파이트층 자체의 그라파이트 층간 박리 강도가 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 관통홀 간 거리는 관통홀의 크기에 따라 다르나, 바람직한 일례를 들면, 관통홀이 지름이 1mm 미만인 원형일 때, 관통홀의 중심부를 기준으로 장축방향으로 4 mm ~ 16 mm, 단축방향으로 6 mm ~ 18 mm의 이격거리를 가지도록, 바람직하게는 장축방향으로 6 mm ~ 14 mm, 단축방향으로 8 mm ~ 14 mm 정도의 이격거리를 가지도록 형성되어 있는 것 그라파이트층의 수평 열전도율 확보, 제2 전자파 차폐층과 그라파이트층 간의 적정 접착성 확보 및 그라파이트층 자체의 층간 박리 방지면에서 유리하다.
또한, 상기 그라파이트층의 관통홀 면적은 상기 그라파이트층의 상면 또는 하면의 전체 면적의 2% ~ 30%, 바람직하게는 3.5% ~ 15%, 더욱 바람직하게는 3.5% ~ 10%일 수 있으며, 이때, 관통홀 면적이 2% 미만이면 제2 전자파 차폐층과 그라파이트층간 박리강도가 낮은 문제가 있고, 30%를 초과하면 박리강도는 우수하지만, 수직 열전도율이 증가하는 문제가 있을 수 있고, 열확산 성능이 현저하게 감소하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 면적비율을 가지도록 관통홀을 형성시키는 것이 좋다.
그라파이트층을 구성하는 그라파이트 시트(또는 필름)은 당업계에서 사용하는 일반적인 그라파이트 시트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 열분해흑연(pyrolytic graphite) 및 흑연화 폴리이미드 중 1종 이상을 포함하는 그라파이트 시트를 사용할 수 있다.
상기 열분해흑연은 높은 열전도도와 전기전도도를 갖는 고순도의 흑연을 말하고, 고온에서 이용되며, 증기침적방법으로 제조된 것으로 아주 잘 발달된 미세구조를 가질 수 있다.
상기 흑연화 폴리이미드는 다음과 같은 흑연화 과정을 통해 제조된 것일 수 있다.
먼저, 흑연화 과정의 준비단계로 천연 그라파이트 시트에 적층하여 폴리이미드를 소성로에 투입할 수 있다. 이와 같은 준비단계는 폴리이미드가 필름 형태를 가질 수 있는데, 필름 간의 융착을 방지하기 위하여 실시될 수 있다.
다음으로, 흑연화 과정의 1단계로, 2 ~ 7시간동안, 600 ~ 1,800의 온도로 폴리이미드의 탄화처리 단계를 수행할 수 있다. 이와 같은 탄화처리 단계를 통해 폴리이미드 내의 탄소이외에 질소 및 수소, 성분들을 제거할 수 있다.
마지막으로, 흑연화 과정의 2단계로, 2,000 ~ 3,200의 온도에서 열처리 단계를 수행할 수 있다. 이와 같은 열처리 단계를 통해 탄소 원자들의 상이한 정렬을 초래할 수 있다. 구체적으로, 1단계 이후에 폴리이미드 내 탄소의 스택(stack)들 사이에 기공(pore)들이 존재할 수 있는데, 2,000 ~ 3,200℃의 온도의 압연롤을 통과시켜서 기공 제거 및 밀도를 증가시켜서 방열 성능이 극대화된 흑연화 폴리이미드를 제조할 수 있다.
본 발명의 복합시트(100)에서 상기 그라파이트층(10)의 두께는 하기 방정식 1을 만족하는 두께를 가지도록 형성시키는 것이 좋다.
[방정식 1]
(d2 + d3) ≤ d1 ≤ 4(d2 + d3), 바람직하게는 (d2 + d3) ≤ d1 ≤ 3.5(d2 + d3), 더욱 바람직하게는 (d2 + d3) ≤ d1 ≤ 2.5(d2 + d3)
상기 방정식 1에서 d1은 그라파이트층의 평균두께이고, d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다.
이때, d1이 (d2 + d3) 보다 작으면 제1 및 제2접착제층이 전체적으로 너무 두꺼워서 복합시트 박편화에 불리하고, 방열 효과도 오히려 저하될 수 있으며, 복합시트의 플렉서블성을 약하게 만드는 문제가 있을 수 있고, d1이 4(d2 + d3) 보다 크면 상대적으로 제1 및 제2접착제층이 너무 얇아서 그라파이트층 내 홀에 접착성분이 충분하게 충진되지 못해서 그라파이트층의 홀당 박리강도가 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 복합시트의 제1접착제층 및 제2접착제층은 하기 방정식 2를 만족하는 것이 좋다.
[방정식 2]
d2≤d3
상기 방적식 2에서 d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다.
제1접착제층 및 제2접착제층은 방정식 1을 만족하면서, 바람직하게는 상기 방정식 2를 만족하는 것이 좋은데, 방열방향으로 볼 때, 제1접착제층(d2)이 두꺼우면 방열성능이 저하될 수 있고 제1접착제층이 얇은 경우에는 제2접착제층을 충분하게 두껍게 형성시켜서 그라파이트층의 홀에 접착제 성분을 충분하게 충진시켜야 하기 때문에, 제1접착제층과 제2접착제층의 두께를 달리 형성시키는 경우에는 제1접착제층 보다 제2접착제층이 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
[메탈시트층]
또한, 본 발명은 도 1에 개략도와 같이, 제2전자파 차폐층(30')의 상부에 메탈시트층(40)을 더 포함할 수도 있다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 메탈시트(40)는 전자파를 차폐할 수 있을 뿐만 아니라, 전자파를 흡수할 수 있는 층으로서, 열경화성 에폭시 수지, 고무 바인더, 실란커플링제, 불소계 계면활성제, 연자성 분말, 경화제 및 경화촉진제를 포함하는 혼합수지의 경화물일 수 있다.
메탈시트층은 복합시트 제조를 위한 프레스 또는 핫프레스 공정 수행 시, 제2 전자파 차폐층 내 접착성분이 일부 녹아서 제2전자파 차폐층과 결합이 될 수 있다. 따라서, 상기 혼합수지는 핫프레스 공정 온도(145℃ ~ 160℃)와 동일 또는 낮은 융점을 가지거나, 바람직하게는 다소 낮은 융점을 가지는 것이 유리하다.
메탈시트층 형성에 사용되는 상기 혼합수지 성분 중 열경화성 에폭시 수지는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 노블락 에폭시 수지, Br 함유 에폭시 수지 등 중에서 선택된 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 혼합수지 성분 중 고무 바인더는 상기 접착제층의 고무 바인더와 동일 또는 이종의 것을 사용할 수 있으며 아크릴 고무, 실리콘 고무, 카르복실 니트릴 엘라스토머(carboxylated nitrile elastomer) 및 페녹시(Phenoxy) 중 1종 이상을 포함하며, 바람직하게는 아크릴 고무 및 실리콘 고무 중 1종 단독 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 카르복실 니트릴 엘라스토머는 접착제층 설명시 언급한 것과 동일하다. 그리고, 혼합수지에서 고무 바인더의 사용량은 상기 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 160 ~ 350 중량부를, 바람직하게는 180 ~ 300 중량부를, 더욱 바람직하게는 200 ~ 280 중량부를 사용할 수 있으며, 이때, 고무 바인더 사용량이 160 중량부 미만이면 메탈시트의 유연성이 떨어져셔 복합시트가 굴곡되었을 때, 메탈시트와 제2전자파 차폐층간 접합 부위가 일부 박리되는 문제가 있을 수 있고, 350 중량부 초과하여 사용하는 것을 비경제적이고, 상대적으로 다른 조성의 사용량이 감소하여 메탈시트의 전자파 차폐성능 및 제2전자파 차폐층과의 접착력이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 혼합수지 성분 중 상기 실란 커플링제는 입자의 분산 역할을 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 실란 커플링제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 글리시독시(C2 ~ C5알킬)트리알콕시실란(Glycidoxy(C2 ~ C5 alkyl)trialkoxysilane), 바이닐트리알콕시실란(Vinyltri(C2 ~ C5 alkoxy)silane 및 아미노에틸아미노프로필실란 트리올(Aminoethylaminopropylsilane triol) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 글리시독시에틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필에톡시실란, 바이닐트리메톡시실란, 바이닐트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필실란 트리올 중에서 선택된 1종 단독 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 실란커플링제의 사용량은 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 4 ~ 25 중량부를, 바람직하게는 4 ~ 18 중량부를, 더욱 바람직하게는 4 ~ 12 중량부를 사용할 수 있으며, 실란커플링제를 4 중량부 미만으로 사용시, 그 사용량이 너무 적어서 혼합 수지 내 조성 입자의 분산 효과를 볼 수 없을 수 있고, 25 중량부 초과하여 사용하면 커플링제끼리의 반응으로 뭉침 현상이 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
혼합수지 성분 중 상기 불소계 계면활성제는 표면장력을 낮춰 코팅성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 불소계 지방족 폴리머릭 에스테르(Fluoroaliphatic polymeric ester)를 사용하는 것이 좋으며, 구체적인 일례는 3M사의 FC4430, 노벡(Novec)사의 4300, 듀폰사의 캡스톤(DuPont Capstone) 등을 사용할 수 있다. 그리고, 불소계 계면활성제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 5 중량부를, 바람직하게는 0.5 ~ 3 중량부를 사용할 수 있으며, 불소계 계면활성제를 0.5 중량부 미만으로 사용시, 그 사용량이 너무 적어서 코팅성이 좋지 않을 수 있고, 5 중량부 초과하여 사용하면 제2 전자파 차폐층과의 접착력이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
혼합수지 성분 상기 연자성 분말은 Fe-Si-Al계 합금, Fe-Si-Cr계 합금, Fe-Si-B계 합금, 하이플렉스(highflux), 퍼말로이(permalloy) 합금, Ni-Zn 페라이트(ferrite), Mn-Zn 페라이트(ferrite) 중 1종 단독 또는 2 종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 Fe-Si-Al계 합금, Fe-Si-Cr계 합금 및 Fe-Si-B계 합금 중 1종 단독 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 상기 연자성 분말은 상기 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 700 ~ 1,500 중량부, 바람직하게는 850 ~ 1,350 중량부를, 더욱 바람직하게는 900 ~ 1,300 중량부를 사용할 수 있으며, 만일 700 중량부 미만으로 포함된다면 투자율 감소로 인한 전자파 흡수 성능이 하락되는 문제가 발생할 수 있고, 1,500 중량부를 초과하여 사용하면 전자파 차폐 효과는 우수하지만, 유연성 등 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 연자성 분말은 평균입경 20㎛ ~ 100㎛인 것을, 바람직하게는 30㎛ ~ 70㎛인 것을 사용하는 것이 좋으며, 평균입경 20㎛ 미만이면 전자파 차폐 또는 흡수 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 평균입경 100㎛를 초과하면 코팅성 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 입경크기를 가지는 연자성 분말을 사용하는 것이 좋다.
혼합수지 성분 상기 경화제는 제1 접착제층 및/또는 제2 접착제층 제조에 사용되는 경화제와 동일 또는 이종의 것을 사용할 수 있다. 그리고, 경화제의 사용량은 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 2 ~ 30 중량부, 바람직하게는 3 ~ 20 중량부를, 더욱 바람직하게는 4 ~ 15 중량부를 사용할 수 있으며, 만일 2 중량부 미만으로 사용하면 경화속도가 너무 길어져서 작업성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 30 중량부를 초과하여 사용하면 핫 프레스 공정시, 메탈시트층에서 유출되는 접착성분이 적어서 제2 전자파 차폐층과의 접착력이 하락하는 문제가 발생할 수 있다.
혼합수지 성분 상기 내습제는 메탈시트 내 수분량 조절 및 점도 조절을 위한 것으로서, 바람직한 일례를 들면, 알루미늄 설페이트, 라텍스, 실리콘 에멀전, 폴리(오가노실록산), 소수성 폴리머 에멀전, 실리콘계 내습제 등에서 선택된 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 내습제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 1 ~ 25 중량부, 바람직하게는 5 ~ 20 중량부를 사용할 수 있으며, 이때, 내습제 사용량이 1 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이를 투입하는 효과를 볼 수 없을 수 있고, 25 중량부를 초과하여 사용하면 과다 사용에 의해 오히려, 메탈시트의 적정 수분량 조절에 어려움이 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 혼합수지는 앞서 설명한 열경화성 에폭시 수지, 고무 바인더, 실란커플링제, 불소계 계면활성제, 연자성 입자, 경화제, 내습제를 혼합한 혼합물을 유기용매를 투입하여 상기 제2전자파차폐층 형성 조성물의 점도 및 고형분을 조절할 수 있다. 이 때, 사용된 유기용매는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 사이클로헥사논(cyclohexanone) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
이때, 상기 혼합수지는 점도 800 ~ 1,200 cps(25℃) 및 고형분 함량 40 ~ 60 중량%가 되도록 조절하는 것이 좋으며, 바람직하게는 점도 950 ~ 1,200 cps(25℃) 및 고형분 함량 48 ~ 56 중량%가 되도록 조절하는 것이 좋다.
상기 메탈시트층은 평균두께 30㎛ ~ 300㎛, 바람직하게는 30㎛ ~ 200㎛, 더욱 바람직하게는 35㎛ ~ 100㎛일 수 있다. 이때, 메탈시트의 평균두께가 30㎛ 미만이면 전자파 차폐 효과 증대가 미비할 수 있고, 300㎛를 초과하는 것은 박형화 측면에서 매우 불리하고 비경제적이다
본 발명의 복합시트는 제1전자파 차폐층, 제1접착제층, 다수개의 관통홀이 구비된 그라파이트층, 제2 접착제층 및 제2전자파 차폐층을 적층시킨 적층체를 프레스 또는 핫프레스 장비에 투입하는 1단계; 적층체를 가열 및 가압시켜서 프레스 또는 핫프레스 공정을 수행하는 2단계; 및 프레스 또는 핫프레스로부터 일체화된 복합시트를 분리하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
1단계에서 상기 제1전자파 차폐층, 제1접착제층, 그라파이트층, 제1접착제층 및 제2 전자파 차폐층 제1접착제층의 조성, 조성비는 앞서 설명한 바와 동일하다.
또한, 1단계에서 상기 제2전자파 차폐층 상부에 메탈시트층을 더 적층시킬 수도 있으며, 메탈시트층의 조성, 조성비는 앞서 설명한 바와 동일하다.
2단계에서 상기 핫프레스 공정은 145℃ ~ 160℃ 및 45 ~ 60 kgf/㎠ 압력 하에서 수행하는 것이 좋으며, 이때, 온도가 145℃ 미만이면 메탈시트층 내 접착성분이 충분하게 녹지 않아서 제2 전자파 차폐층과의 접착력이 떨어질 수 있고, 160℃를 초과하면 메탈시트층 내 접착성분이 너무 많이 녹아서 메탈시트층의 형태 유지가 어렵고 기계적 물성이 떨어질 수 있다. 또한, 2단계의 핫프레스 공정시 압력이 45 kgf/㎠ 미만이면 제1방열접착제 및/또는 제2방열접착제의 접착성분이 그라파이트층의 관통홀 내 유입되는 양이 적을 수 있으며, 60 kgf/㎠를 초과하는 것은 비경제적이다.
그리고, 핫프레스 공정은 상기 압력 및 온도 하에서, 40분 ~ 80분간, 바람직하게는 50분 ~ 70분간 적층체를 가열 및 가압시켜서 핫프레스 공정을 수행하는 것이 좋은데, 이때, 핫프레스 공정 시간이 50분 미만이면 제1방열접착제 및/또는 제2방열접착제의 그라파이트층의 홀 내부로 충진되는 양이 적어서 박리강도가 낮아지는 문제가 있을 수 있으며, 70분을 초과하는 것은 비경제적이다.
그리고, 상기 2단계의 가온은 10℃ ~ 35℃의 핫프레스를 3℃/분 ~ 5℃/분 속도로 145℃ ~ 160℃까지 가온시켜서 수행할 수 있다.
또한, 상기 3단계의 냉각은 145℃ ~ 160℃의 핫프레스를 3℃/분 ~ 5℃/분 속도로 10℃ ~ 35℃까지 냉각시켜서 수행할 수 있다.
앞서 설명한 구조, 각층의 조성 및 조성비 및 제조방법으로 제조된 본 발명의 본 발명의 복합시트는 수평열전도율이 100 ~ 1,000 W/m·k이고, 수직열전도율이 1 ~ 15 W/m·k 이하일 수 있으며, 바람직하게는 수평열전도율이 200 ~ 1,000 W/m·k이고, 수직열전도율이 1 ~ 10 W/m·k일 수 있다.
또한, 본 발명의 복합시트는 JIS C 6741 규격에 의거하여 그라파이트층의 박리강도를 180° 필 테스트(180° Peel Test)로 측정시 300 gf/cm2 ~ 700gf/cm2 일 수 있으며, 바람직하게는 350 gf/cm2 ~ 650gf/cm2, 더욱 바람직하게는 400 gf/cm2 ~ 620gf/cm2, 일 수 있다.
또한, 본 발명의 복합시트는 JIS C 6741 규격에 의거하여, 관통홀 당 박리강도를 90° 필 테스트(90° Peel Test)로 측정시, 50 ~ 1,200 gf/홀, 바람직하게는 100 ~ 900 gf/홀, 더욱 바람직하게는 200 ~ 750 gf/홀 일 수 있다.
이러한 본 발명의 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 복합시트는 전자기기의 전자파 차폐 및 방열 부품으로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 박형화가 요구되는 디지타이저(digitizer), 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 페블릿, PMP(portable multimedia player) 등의 휴대용 전자기기 또는 VR(Virtual Reality), 스마트워치(smart watch) 등의 웨어러블 전자기기 전자폐 차폐 및 방열 부품으로 사용할 수 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 예시된 범위로 제한되지는 않는다.
[ 실시예 ]
준비예 1-1 : 접착제의 제조
비스페놀 A 에폭시 수지(K화학사, 상품명 YD시리즈계 수지) 및 노블락 에폭시 수지(국도화학, YDCN 시리즈계 수지) 1 : 0.25 중량비로 포함하는 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 카르복실 니트릴 엘라스토머(중량평균분자량 235,500~236,500) 65 중량부, 실란커플링제(다우코닝사, 상품명 Z6106) 1.7 중량부, 불소계 계면활성제(3M, 상품명 FC시리즈계 계면활성제) 0.15 중량부, 경화제인 4,4'-디아미노디페닐설폰 15 중량부, 경화촉진제 (Shikoku사 제품) 3.2 중량부, 내습제 (일본 S사, KP 시리즈) 5.2 중량부, 난연제(스위스 C사의 OP 시리즈) 42 중량부를 혼합한 혼합물을 유기용매인 메틸에틸케톤에 투입 및 교반하여 방열접착제를 제조하였다.
준비예 1-2 ~ 1-3 및 비교준비예 1-1 ~ 1-2
상기 준비예 1-1과 동일한 방법으로 접착제를 제조하되 하기 표 1과 같은 조성을 가지는 접착제를 제조하여 준비예 1-2 ~ 준비예 1-3 및 비교준비예 1-1 ~ 비교준비예 1-2를 각각 실시하였다.
구분
(중량부)		 준비예 1-1 준비예 1-2 준비예 1-3 비교준비예 1-1 비교준비예 1-2
열경화성 수지　 비스페놀A에폭시 수지 및
노볼락 에폭시 수지
혼합수지		 1 : 0.25
중량비		 1 : 0.25
중량비		 비스페놀A에폭시 수지
단독		 1 : 0.25
중량비		 1 : 0.25
중량비
합계(중량부) 100 100 100 100 100
고무 바인더 65 78 65 10 120
실란커플링제　 1.7 3.9 1.7 1.7 1.7
불소계 계면활성제　 0.15 0.35 0.15 0.15 0.15
경화제　 15 9 15 15 15
경화촉진제　 3.2 1.6 3.2 3.2 3.2
난연제　 42 38 42 42 42
내습제 5.2 2.7 5.2 5.2 5.2
준비예 2-1: 관통홀이 구비된 그라파이트 시트의 제조
평균두께 17㎛의 그라파이트 시트(T사, TGS17)에 복수의 원형의 관통홀(11)을 형성하였다(도 4a의 개략도 참조).
타공된 관통홀(1)은 3mm의 평균직경을 가지며, 관통홀 중심부 간의 장축방향 간격은 10 mm이며, 단축방향 간격은 12 mm이고, 관통홀 전체 면적은 상기 그라파이트(10)의 시트 상면의 전체면적의 3.9 ~ 4.1%가 되게 형성시켰으며, 관통홀의 이형도는 하기 방정식 1에 의거할 때, 1.256이였다.
[수학식 1]
이형도 = (형상의 내부넓이/ 형상의 둘레길이)1/2이다.
준비예 2-2 ~ 준비예 2-9 및 비교준비예 2-1 ~ 비교준비예 2-2
상기 준비예 2-1의 그라파이트 시트와 동일한 그라파이트 시트에 하기 표 3과 같은 단면형상의 관통홀이 형성된 그라파이트 시트를 각각 제조하였으며, 이들 그라파이트 시트의 특징을 하기 표 2에 나타내었다.
하기 표 2에서 관통홀 전체면적을 만족하도록 관통홀의 개수, 간격 등을 조절하여 관통홀이 형성되게 하였다.
구분 관통홀 단면형태 이형도 관통홀 중심부
간 간격
(장축방향)		 관통홀 중심부
간 간격
(단축방향)		 시트 상부 전체면적 중
관통홀 전체면적
준비예 2-1 원형
(지름 3mm)		 0.866 10 mm 12 mm 4.0%
준비예 2-2 원형 0.866 8 mm 12 mm 5.1%
준비예 2-3 원형 0.866 6 mm 12 mm 7.5%
준비예 2-4 원형 0.866 6 mm 10.5 mm 9.4%
준비예 2-5 + 형
(폭 1mm)		 0.678 13 mm 13 mm 5.2%
준비예 2-6 + 형
(폭 1mm)		 0.678 11 mm 13 mm 6.5%
준비예 2-7 + 형
(폭 1.5mm)		 0.812 13 mm 13 mm 7.4%
준비예 2-8 + 형
(폭 1.5mm)		 0.812 11 mm 13 mm 9.3%
준비예 2-9 ┏형
(폭 1mm)		 0.678 13 13 5.2%
준비예 2-10 ┏형
(폭 1mm)		 0.678 11 13 6.5%
준비예 2-11 ┏형
(폭 1.5mm)		 0.812 13 13 7.4%
준비예 2-12 ┏형
(폭 1.5mm)		 0.812 11 11 9.3%
비교준비예 2-1 원형
(지름 9mm)		 1.500 10 mm 12 mm 14.8%
비교준비예 2-2 원형
(지름 0.94mm)		 0.485 10 mm 12 mm 3.3%
비교준비예 2-3
준비예 2-1의 관통홀이 없는 그라파이트 시트(대만 T사, TGS시리즈 제품) 자체를 비교준비예 2-3으로 준비하였다.
준비예 3-1 : 메탈시트의 제조
열경화성 에폭시 수지인 비스페놀A 에폭시 수지 (K화학사, 상품명 YD시리즈계 수지) 100 중량부에 대하여, 고분자 바인더인 카르복실 니트릴 엘라스토머(중량평균분자량 235,500~236,500) 265.2 중량부, 실란 커플링제 (미국 D 사의 상품명 Z시리즈계 커플링제) 8.5 중량부, 불소계 계면활성제 (미국 M사의 상품명 FC시리즈계 계면활성제) 2.05 중량부, 평균입경 42 ~ 44㎛인 Fe-Si-Al 계 샌더스트 분말 978 중량부, 경화제인4,4'-디아미노디페닐설폰(4,4'-diaminodiphenlysulfone) 9.7 중량부, 내습제(일본 S사, KP 392) 10.5 중량부를 혼합한 혼합수지를 유기용매인 메틸에틸케톤에 투입한 다음, 점도 1,050 ~ 1,080 cps 및 고형분 함량 53 중량%로 조절한 후, 이형 기재에 도포한 다음, 60℃에서 24 시간 동안 숙성하여 반경화 상태의 메탈시트를 제조하였다.
준비예 3-2 ~ 준비예 3-3
상기 준비예 3-1과 동일한 방법으로 제2전자파 차폐층인 메탈시트를 제조하되 하기 표 3과 같은 조성을 가지는 메탈시트를 각각 제조하였다.
구분
(중량부)		 준비예
3-1		 준비예
3-2		 준비예
3-3
열경화성 에폭시 수지 100 100 100
고무 바인더 265.2 300 200
실란커플링제 8.5 6.0 8.5
불소계
계면활성제		 2.05 1.87 1.98
연자성 분말 978 978 1,290
경화제 9.7 9.7 8.6
내습제 10.5 10.5 13.0
실시예 1 : 일체형 다층복합시트 제조
평균두께 9㎛의 동박(제1전자파 차폐층) 일면에 상기 준비예 1-1에서 제조한 접착제를 도포한 후, 반경화시켜서 제1접착제층을 형성시켰다.
이와는 별도로 평균두께 12㎛의 동박(제2전자파 차폐층)의 일면에 상기 준비예 1-1에서 제조한 접착제를 도포한 후, 반경화시켜서 제2접착제층을 형성시켰다.
다음으로 상기 제1전자파 차폐층을 가접합시켜서 적층시킨 후, 상기 접착제층의 상부에 준비예 2-1의 그라파이트 시트가 적층되도록 하였다. 이때, 상기 그라파이트 시트는 패시베이션 필름이 형성되어 있지 않은 것이다.
다음으로, 그라파이트 시트 상부에 상기 제2전자파 차폐층을 가접합시켜서 적층시키되, 제2 접착제층과 그라파이트 시트가 접합되도록 적층시켰다.
다음으로 제1전자파 차폐층-제1접착제층-그라파이트층-제2접착제층-제2전자파 차폐층으로 적층된 시트를 핫 플레스(hot press) 장비를 투입하였다.
다음으로, 핫 플레스를 70℃부터 150℃까지 4℃/분의 속도로 승온시킨 후, 150 및 50 kgf/㎠ 압력의 조건에서 60분간 열압착을 수행하였다.
다음으로, 60℃까지 4.5℃/분의 속도로 냉각시킨 후, 열압착된 시트를 핫 프레스로부터 꺼내서 도 2(a)와 같은 형태의 그라파이트층의 관통홀에 제1접착제층 및 제2접착제층으로부터 유래한 접착성분 및 충진된 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트를 제조하였다.
제조된 일체형 다층복합시트(100)의 전체 두께는 48㎛였으며, 제1전자파 차폐층(40)의 평균두께는 9㎛, 접착제층(30) 평균두께는 5㎛, 그라파이트층(10) 평균두께는 17㎛, 제2방열접착체층의 평균두께는 5㎛이고, 제2전자파 차폐층(30)의 평균두께는 12㎛였다.
실시예 2 ~ 실시예 13
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하기 표 4와 같은 조합의 일체형 다층복합시트를 각각 제조하여, 실시예 2 ~ 실시예 13을 각각 실시하였다.
실시예 14 : 메탈시트층 형성된 일체형 다층복합시트
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 일체형 다층복합시트를 제조하되, 핫 프레스 전에 제1전자파 차폐층-제1접착제층-그라파이트층-제2접착제층-제2전자파 차폐층으로 적층된 시트의 제2전자파 차폐층 상부에 준비예 3-1에서 제조한 메탈시트를 적층시킨 후, 핫 프레스 장비에 투입하여 실시예 1과 동일한 방법으로 핫 프레스 공정을 수행하였다.
제조된 일체형 다층복합시트(100)의 전체 두께는 98㎛였으며, 제1전자파 차폐층(40)의 평균두께는 9㎛, 접착제층(30) 평균두께는 5㎛, 그라파이트층(10) 평균두께는 17㎛, 제2방열접착체층의 평균두께는 5㎛이고, 제2전자파 차폐층(30) 평균두께는 12㎛였으며, 메탈시트층의 평균두께는 50㎛였다(도 1 참조).
실시예 15 ~ 실시예 16
상기 실시예 14와 동일한 방법으로 하기 표 4와 같은 조합의 일체형 다층복합시트를 각각 제조하여, 실시예 15 ~ 실시예 16을 각각 실시하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트를 제조하되, 준비예 2-1의 그라파이트 시트 대신 비교준비예 3-1의 그라파이트 시트를 사용하여 다층복합시트를 제조하였다.
제조된 일체형 다층복합시트(100)의 전체 두께는 48㎛였으며, 제1전자파 차폐층(40)의 평균두께는 9㎛, 접착제층(30) 평균두께는 5㎛, 그라파이트층(10) 평균두께는 17㎛, 제2방열접착체층의 평균두께는 5㎛이고, 제2전자파 차폐층(30)의 평균두께는 12㎛였다.
비교예 2 ~ 비교예 6
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하기 표 5와 같은 조합의 일체형 다층복합시트를 각각 제조하여, 비교예 2 ~ 비교예 6을 각각 실시하였다.
구분 제1및 제2 전자파
차폐층		 제1 및 제2접착제층 그라파이트
시트층		 메탈시트층 복합시트
전체두께		 층간 두께(1)
(㎛)
실시예 1 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 2 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 - 53㎛ 9/3/17/5/12
실시예 3 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 - 54㎛ 9/4/17/12/12
실시예 4 동박 준비예
1-1		 준비예
2-2		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 5 동박 준비예
1-1		 준비예
2-3		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 6 동박 준비예
1-1		 준비예
2-4		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 7 동박 준비예
1-1		 준비예
2-5		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 8 동박 준비예
1-1		 준비예
2-6		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 9 동박 준비예
1-1		 준비예
2-7		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 10 동박 준비예
1-1		 준비예
2-8		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 11 동박 준비예
1-1		 준비예
2-9		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 12 동박 준비예
1-2		 준비예
2-1		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 13 동박 준비예
1-3		 준비예
2-1		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
실시예 14 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 준비예
3-1		 98㎛ 9/5/17/5/12/50
실시예 15 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 준비예
3-2		 98㎛ 9/5/17/5/12/50
실시예 16 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 준비예
3-3		 98㎛ 9/5/17/5/12/50
(1) 층간 두께비 순서는 제1전자파차폐층, 제1접착제층, 그라파이트시트층, 제2접착제층, 제2전자파차폐층 및 메탈시트층순이다.
구분 제1및 제2 전자파
차폐층		 제1 및 제2접착제층 그라파이트
시트층		 메탈시트층 복합시트
전체두께		 층간 두께(1)
(㎛)
비교예 1 동박 준비예
1-1		 비교준비예
2-1		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
비교예 2 동박 준비예
1-1		 비교준비예
2-2		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
비교예 3 동박 준비예
1-1		 비교준비예
2-3		 - 48㎛ 9/5/17/5/12
비교예 4 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 - 41㎛ 9/1.5/17/1.5/12
비교예 5 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 - 58㎛ 9/10/17/10/12
비교예 6 동박 준비예
1-1		 준비예
2-1		 - 48㎛ 9/12/17/4/12
(1) 층간 두께비 순서는 제1전자파차폐층, 제1접착제층, 그라파이트시트층, 제2접착제층, 제2전자파차폐층 및 메탈시트층순이다.
실험예 : 박리강도 및 열확산능 측정
(1) 그라파이트층 전체 박리강도( gf / cm 2 ) 및 관통홀당 박리강도( gf /Hole)
각각의 실시예 및 비교예에서 제조된 일체형 복합시트를 JIS C 6741 규격에 따라 시편을 준비하여 그라파이트층 전체의 박리강도(Peel Strength)를 180° 필 테스트(180° Peel Test)로 측정하였고 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
또한, 관통홀당 박리강도를 90° 필 테스트(90° Peel Test)로 수행하여 측정하였다.
(2) 열확산능 측정
각각의 실시예 및 비교예에서 제조된 일체형 복합시트를 100mm×10mm(가로, 세로)의 크기로 절단하고, 동박(Cu) 일면에 양면 테이프를 부착한다.
다음으로, 준비된 시료를 히팅블록(Heating Block) 위에 부착시키고 히팅블록의 온도를 80℃로 상승시킨다(Smart Phone내 AP칩 발열온도 수준의 온도인 80℃로 상승시켜 평가 진행).
다음으로, 히팅블록을 박스(Box)에 밀폐시킨 후 10 분간 안정화를 진행한 후, IR 카메라를 이용해 온도를 측정하여 복합시트의 가장 높은 온도(hot spot) 및 가장 낮은 온도(cold spot) 부분을 측정하였고, 이들의 온도차를 구하여 복합시트의 열확산능을 측정하였다. 이때, 두 온도의 차이 ㅿT값이 작을수록 방열성능이 우수한 것을 나타낸다.
구분 전체박리강도
(gf/cm2)		 관통홀당
박리강도
(gf/hole)		 Hot spot
(℃)		 Cold spot
(℃)		 △T
(Hot spot - Cold spot)
실시예 1 562 346 78.12 57.52 20.60
실시예 2 535 342 78.15 57.40 20.75
실시예 3 552 349 78.24 57.35 20.89
실시예 4 588 350 78.31 57.11 21.20
실시예 5 602 350 78.34 56.83 21.51
실시예 6 627 345 78.42 56.68 21.74
실시예 7 583 353 78.29 57.06 21.23
실시예 8 594 348 78.22 56.84 21.38
실시예 9 605 350 78.36 56.81 21.55
실시예 10 621 352 78.39 56.67 21.72
실시예 11 586 345 78.27 57.13 21.17
실시예 12 550 337 78.13 57.51 20.62
실시예 13 555 340 78.15 57.48 20.67
실시예 14 550 345 77.92 55.84 22.08
실시예 15 553 352 77.97 55.86 22.11
실시예 16 556 348 77.94 55.82 22.12
비교예 1 1182 817 81.43 57.12 24.31
비교예 2 310 123 78.10 57.63 20.47
비교예 3 55 - 77.93 57.92 20.01
비교예 4 385 155 78.15 57.67 20.48
비교예 5 823 404 79.35 55.13 24.22
비교예 6 715 368 78.09 56.49 21.60
상기 표 6의 측정결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 16의 경우, 전체박리강도가 400 gf/cm2 이상이고, 관통홀당 박리강도가 320 gf/hole 이상으로 전박적으로 높은 박리강도를 가지며, 핫스팟과 콜드스팟의 차이가 22.50 이하로 전반적으로 우수한 열확산능을 보임을 확인할 수 있었다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 실시예 1 ~ 3의 비교를 통해, 제1접착제층 및 제2접착제층의 두께 변화가 박리강도 및 열확산능에 영향을 줌을 확인할 수 있는데, 제2접착제층이 두꺼워지면 박리강도는 증가하지만, 열확산능은 반대로 다소 떨어지는 경향을 보임을 확인할 수 있었다.
그리고, 실시예 1, 실시예 4 ~ 실시예 11을 보면, 관통홀의 단면형태, 관통홀 간 간격 및 관통홀 전체면적에 의해 박리강도 및 열확산성능에 영향을 미치는 경향을 확인할 수 있었다.
또한, 메탈시트층을 형성시킨 복합시트인 실시예 14 ~ 16이 실시예 1과 비교할 때, 핫스팟과 콜드스팟의 차이값이 상대적으로 더 높지만, 핫스팟 온도 자체는 상대적으로 더 낮았으며, 메탈시트층 존부에 따른 전자파차폐 효과도 확보할 수 있는 장점이 있다.
이에 반해, 이형도 1.5 및 관통홀 전체면적이 14.8%인 관통홀이 구비된 비교준비예 2-1의 그라파이트 시트로 제조한 일체형 복합시트(비교예 1)의 경우, 실시예와 비교할 때, 박리강도가 매우 우수하나, 핫스팟과 콜드스팟의 차이가 24.31로 열확산능이 떨어지는 결과를 보였다.
또한, 이형도가 0.500 미만인 비교준비예 2-2의 그라파이트 시트를 도입한 비교예 2의 일체형 복합시트 및 관통홀이 없는 비교준비예 2-3의 그라파이트 시트를 도입한 비교예 3의 일체형 복합시트의 경우, 열확산능은 매우 우수하지만, 전체 박리강도가 낮은 결과를 보였다.
그리고, 그라파이트층의 평균두께(D1)값이4(제1접착제층(d2) 두께+제2접착제층 두께(d3))를 초과한 비교예 4의 경우, 제1 및 제2접착제층이 너무 얇아서 그라파이트층 내 홀에 접착성분이 충분하게 충진되지 못해서 그라파이트층의 홀당 박리강도가 너무 낮은 문제가 있었다.
또한, 그라파이트층의 평균두께(d1)값이 제1접착제층 두께(d2) 및 제2접착제층 두께(d3)의 합 보다 작은 비교예 5의 경우, 전체박리강도 및 홀당 박리강도 값은 우수한 결과를 보였으나, 핫스팟과 콜드스팟의 차이가 24.22로 방열 효과가 오히려 저하되는 문제가 있었고, 복합시트 박편화에 불리하고, 복합시트의 플렉서블성이 좋지 않은 문제가 발견되었다.
그리고, 방정식 1은 만족하지만, 제2접착제층 두께(d3)가 제1접착제층 두께(d2) 보다 두꺼웠던 비교예 6의 경우, 핫스팟과 콜드스팟의 차이가 21.60으로서, 핫스팟과 콜드스팟의 차이가 20.76인 실시예 3과 비교할 때, 오히려 열확산능이 감소하는 문제가 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1,2,3,4 : 관통홀 10 : 관통홀이 구비된 그라파이트 시트층
20 : 제1접착제층 또는 제1방열접착제
20': 제2접착제층 또는 제2방열접착제
25: 제1 접착제층 유래 접착성분 25': 제2 접착제층 유래 접착성분
30 : 제1 전자파 차폐층 30 : 제2 전자파 차폐층
40 : 메탈시트 100 : 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 복합시트

Claims (20)

  1. 제1전자파 차폐층, 제1접착제층, 다수개의 관통홀이 구비된 그라파이트층, 제2접착제층 및 제2전자파 차폐층이 차례대로 적층되어 있으며,
    상기 그라파이트층의 상부 및 하부에는 패시베이션필름이 구비되지 않은 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그라파이트층은 하기 방정식 1을 만족하는 것을 특징?으로 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트;
    [방정식 1]
    (d2 + d3) ≤ d1 ≤ 4(d2 + d3)
    상기 방정식 1에서 d1은 그라파이트층의 평균두께이고, d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다.
  3. 제2항에 있어서, 제1접착제층 및 제2접착제층은 하기 방정식 2를 만족하는 것을 특징으로 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트;
    [방정식 2]
    d2≤d3
    d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다.
  4. 제1항에 있어서, 상기 그라파이트층의 관통홀 내부는 제1접착제층 및 제2접착제층으로부터 유래한 접착제로 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2전자파 차폐층의 상부에 메탈시트층이 더 적층된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  6. 제1항에 있어서, 제1전자파 차폐층은 동박, 알루미늄박 또는 메탈시트이고,
    제2전자파 차폐층은 동박 또는 알루미늄박이고,
    상기 그라파이트층은 열분해흑연(pyrolytic graphite) 및 흑연화 폴리이미드 중 1종 이상을 포함하는 그라파이트 시트이고,
    상기 제1접착제층 및 제2접착제층은 열경화성 수지, 고무 바인더, 실란커플링제, 불소계 계면활성제, 경화제 및 경화촉진제를 포함하며,
    상기 메탈시트는 열경화성 에폭시 수지, 고무 바인더, 실란커플링제, 불소계 계면활성제, 연자성 분말, 경화제 및 내습제를 포함하는 혼합수지의 경화물인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  7. 제5항에 있어서, 상기 혼합수지는 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 고무 바인더 160 ~ 350 중량부, 실란커플링제 4 ~ 25 중량부, 불소계 계면활성제 0.5 ~ 5 중량부, 연자성 분말 700 ~ 1,500 중량부, 경화제 2 ~ 30 중량부 및 내습제 1 ~ 25 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1접착제층 및 제2접착제층 각각은 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 고무 바인더 25 ~ 100 중량부, 실란 커플링제 1 ~ 10 중량부, 불소계 계면활성제 0.01 ~ 2 중량부, 경화제 5 ~ 20 중량부, 경화촉진제 1 ~ 5 중량부, 난연제 30 ~ 60 중량부 및 내습제 0.5 ~ 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1접착제층 및 제2접착제층 각각은 열경화성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 난연제 30 ~ 60 중량부, 내습제 0.5 ~ 10 중량부 및 열전도성 필러 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  10. 제6항에 있어서, 상기 연자성 분말은 Fe-Si-Al계 합금, Fe-Si-Cr계 합금, Fe-Si-B계 합금, 하이플렉스(highflux), 퍼말로이(permalloy) 합금, Ni-Zn 페라이트(ferrite) 합금 및 Mn-Zn 페라이트(ferrite) 합금 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연자성 분말은 평균입경 20㎛ ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  12. 제1항에 있어서, 그라파이트층의 관통홀 면적은 상기 그라파이트층의 상면 또는 하면의 전체 면적의 2% ~ 30%인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  13. 제1항에 있어서, JIS C 6741 규격에 의거하여, 관통홀 당 박리강도 측정시, 50 ~ 1,200 gf/홀인 것을 특징으로 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트.
  14. 제1항에 있어서, 상기 관통홀은 하기 방정식 3을 만족하는 이형도를 가지는 단면형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트;
    [방정식 3]
    0.500 ≤ 이형도 ≤ 1.300
    상기 방적식 3에서, 이형도는 (형상의 내부넓이/ 형상의 둘레길이)1/2이다.
  15. 제1전자파 차폐층, 제1접착제층, 다수개의 관통홀이 구비된 그라파이트층, 제2전자파 차폐층 및 메틸시트층을 차례대로 적층시킨 적층체를 핫프레스 장비에 투입하는 1단계;
    145℃ ~ 160℃ 및 45 ~ 60 kgf/㎠ 압력 하에서 50분 ~ 70분간 적층체를 가열 및 가압시키는 2단계; 및
    핫프레스를 냉각시킨 후, 핫프레스로부터 일체화된 복합시트를 분리하는 3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 3단계의 일체화된 복합시트의 제1접착제층, 그라파이트층 및 제2방열접착체층은 하기 방정식 1을 만족하는 것을 특징으로 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트의 제조방법;
    [방정식 1]
    (d2 + d3) ≤ d1 ≤ 4(d2 + d3)
    상기 방정식 1에서 d1은 그라파이트층의 평균두께이고, d2는 제1접착제층의 평균두께이고, d3는 제2접착제층의 평균두께이다
  17. 제16항에 있어서, 상기 2단계의 가온은 10℃ ~ 35℃의 핫프레스를 3℃/분 ~ 5℃/분 속도로 145℃ ~ 160℃까지 가온시키며,
    상기 3단계의 냉각은 145℃ ~ 160℃의 핫프레스를 3℃/분 ~ 5℃/분 속도로 60℃ ~ 80℃까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 기능 일체형 다층복합시트의 제조방법.
  18. 제1항 내지 제14항 중에서 선택된 어느 한 항의 일체형 다층복합시트를 포함하는 커버레이 필름.
  19. 제1항 내지 제14항 중에서 선택된 어느 한 항의 일체형 다층복합시트를 포함하는 연성회로기판.
  20. 제1항 내지 제14항 중에서 선택된 어느 한 항의 일체형 다층복합시트를 포함하는 휴대용 전자기기.
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