KR20170042365A - 열전도성 수지 성형품 - Google Patents

Abstract

염가로 대량 생산이 가능한, 두께 방향에의 우수한 열전도성을 가지는 열전도성 수지 성형품으로서, 변형을 수반하는 부재나 복잡한 표면 형상을 가지는 부재에 대해서도 우수한 방열 효과를 발휘하는 열전도성 수지 성형품을 제공한다. 수지와 열전도성 필러를 가지는 열전도성 수지 성형품으로서, 열전도성 필러는 열전도성 수지 성형품의 대략 두께 방향으로 배향되고, 열전도성 수지 성형품에 있어서의 열전도성 필러의 체적 충전율이 20 ~ 80 체적%이며, 수지의 웰드 라인이 열전도성 수지 성형품의 대략 두께 방향으로 형성되어 있고, 열전도성 수지 성형품에 오일 성분이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.

Description

열전도성 수지 성형품{THERMALLY CONDUCTIVE RESIN MOLDED ARTICLE}

본 발명은 열전도성 수지 성형품에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 염가로 대량 생산이 가능하며 두께 방향에의 우수한 열전도성을 가지는 열전도성 수지 성형품에 관한 것이다.

전자기기의 고밀도화ㆍ박형화가 급속히 진행되고, IC나 파워 부품, 고휘도 LED로부터 발생하는 열의 영향이 중대한 문제가 되고 있다. 이것에 대하여, 발열체와 방열체의 사이에 열을 효율적으로 전달하는 부재로서 열전도성 수지 성형품의 이용이 진행되고 있다.

수지에 높은 열전도성을 부여하는 수단으로서, 효율적으로 열전도 패스를 형성하기 위해서, 열전도성 필러를 수지 중에 배향 분산시키는 것이 알려져 있다. 또한, 전자 부품과 방열판의 사이에 장착하여 양자(兩者)의 열전도를 양호하게 하고, 방열 효과를 증가하는 것을 목적으로 하여, 두께 방향의 열전도성을 향상시킨 열전도성 수지 시트가 제안되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1(일본 공개특허공보 평05-102355호)에 있어서는, 매트릭스 성분 중에, 표면이 커플링제로 피복 처리된 열전도성 필러를 함유하여 이루어지는 열전도 시트로서, 열전도 필러가 두께 방향으로 배향되어 분포되어 있는 이방성 열전도 시트가 개시되어 있다.

상기 특허문헌 1에 기재의 이방성 열전도 시트에 있어서는, 열전도성 필러의 표면에 커플링제로 결합한 매트릭스 성분의 절연성 피막이 형성되기 때문에, 이방성 열전도 시트의 제조 공정에 있어서 열전도성 필러가 배향되도록 직류 전류를 가했을 경우에, 열전도성 필러끼리가 쇼트되어 발화되는 일이 없고, 종래보다 저인가 전압으로 열전도 및 플렉서블성이 우수한 이방성 열전도 시트를 얻을 수 있다고 되어 있다.

또한, 예를 들면, 특허문헌 2(일본 공개특허공보 2003-174127호)에 있어서는, 도전성 열전도성 섬유의 표면에 전기 절연성 재료를 코팅한 열전도성 섬유가, 유기 고분자로 이루어지는 시트의 두께 방향으로 정전 식모(靜電植毛)에 의해서 배향되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 전열 시트가 개시되어 있다.

상기 특허문헌 2에 기재의 이방성 전열 시트에 있어서는, 정전 식모에 의해 열전도성 섬유를 시트의 두께 방향으로 배향할 수 있기 때문에, 두께 방향으로 높은 열전도성을 가지는 이방성 전열 시트가 얻어지고, 섬유 길이에 의해 전열 시트의 두께를 조절할 수 있다고 되어 있다.

일본 공개특허공보 평05-102355호 일본 공개특허공보 2003-174127호

그러나, 상기 특허문헌에 기재되어 있는 열전도성 수지 성형품에 있어서는, 그 제조 공정에 전압의 인가나 정전 식모 등의 전기적인 상호작용을 이용하고 있고, 대량 생산하여 염가로 공급하는 것이 필요한 용도에는 적합하지 않다. 또한, 이용할 수 있는 열전도성 필러의 종류나 그 체적 충전율 등이 제한되기 때문에, 얻어지는 열전도율이 충분하지 않고, 각종 전자기기 등에서 요구되는 방열 특성을 완전하게는 만족시키지 못한다고 하는 문제가 있었다.

또한, 열전도성 수지 성형품을 CPU 칩이나 파워 디바이스용의 방열재로서 이용하는 경우, 열수축에 기인하는 상기 CPU 칩이나 파워 디바이스의 휨이나 변형이 문제가 된다. 구체적으로는, 상기 변형에 의해서 열전도성 수지 시트와 CPU 칩이나 파워 디바이스의 사이에 간극(공기층)이 생기고, 열전도성 수지 성형품에 의한 방열 효과가 현저하게 저하되어 버린다.

이상과 같은 종래 기술에 있어서의 문제점에 비추어서, 본 발명의 목적은, 염가로 대량 생산이 가능한, 두께 방향에의 우수한 열전도성을 가지는 열전도성 수지 성형품으로서, 변형을 수반하는 부재나 복잡한 표면 형상을 가지는 부재에 대해서도 우수한 방열 효과를 발휘하는 열전도성 수지 성형품을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여, 열전도성 수지 성형품의 구조 및 이용하는 열전도 필러 등에 대해서 예의 연구를 거듭한 결과, 두께 방향으로 열전도 필러가 배향되는 것으로써 두께 방향으로 높은 열전도율을 가지는 열전도성 수지 성형품에 있어서, 오일 성분을 포함하게 하는 것이 극히 효과적인 것을 발견하고, 본 발명에 도달했다.

즉, 본 발명은,

수지와 열전도성 필러를 가지는 열전도성 수지 성형품으로서,

상기 열전도성 필러는 상기 열전도성 수지 성형품의 대략 두께 방향으로 배향되고,

상기 열전도성 수지 성형품에 있어서의 상기 열전도성 필러의 체적 충전율이 20 ~ 80 체적%이며,

상기 수지의 웰드 라인이 상기 열전도성 수지 성형품의 대략 두께 방향으로 형성되어 있고,

상기 열전도성 수지 성형품에 오일 성분이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품을 제공한다.

열전도성 수지 성형품에 오일 성분을 포함하게 하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 함침이나 혼합에 의해서 열전도성 수지 성형품에 오일 성분을 포함하게 할 수 있다. 또한, 오일 성분으로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 종래 공지의 여러 가지의 오일 성분을 이용할 수 있지만, 특히 실리콘 오일을 이용하는 것이 바람직하다.

오일 성분을 함침시키는 영역은 특별히 한정되지 않고, 수지, 열전도성 필러, 및 수지/열전도성 필러 계면 등에 함침되어 있으면 좋다. 또한, 열전도성 수지 성형품에 오일 성분을 함침시키는 경우, 열전도성 수지 성형품에 포함되는 오일 성분의 누유을 방지하는 관점으로부터, 오일 성분의 동점도는 10 ~ 5000 ㎟s(25℃)인 것이 바람직하고, 1000 ~ 3000 ㎟s(25℃)인 것이 보다 바람직하다.

열전도성 수지 성형품에 오일 성분을 혼합시키는 경우, 난연성의 담보(擔保)나 혼련 공정의 작업성 등의 관점으로부터, 오일 성분의 동점도는 10 ~ 10000 ㎟s(25℃)인 것이 바람직하고, 2000 ~ 5000 ㎟s(25℃)인 것이 보다 바람직하다.

또한, 오일 성분의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 열전도성 수지 성형품의 난연성을 담보하는 관점으로부터, 수지 성형품의 총 체적에 대해 40 체적% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 40 체적% 이상의 오일 성분을 이용하는 경우에 대해서도, 난연제의 첨가량을 증가시키는 것으로, 열전도성 수지 성형품의 난연성을 담보하는 것이 가능하다.

웰드 라인이 열전도성 수지 성형품의 대략 두께 방향으로 형성되어 있다는 것은, 상기 열전도성 수지 시트가, 수직 방향으로 접혀서 용착(溶着)된 다수의 수지 시트로 형성되어 있다는 것을 의미하고 있다. 웰드 라인은 완전한 직선으로 한정되지 않고, 원호 형상으로 만곡되어 있어도 좋다.

본 발명의 열전도성 수지 성형품에 있어서는, 상기 열전도성 수지 성형품 중에 분산된 상기 열전도성 필러의 평균 길이가 30μm 이상인 것이 바람직하고, 상기 열전도성 수지 성형품의 두께와 대략 동일한 길이를 가지는 상기 열전도성 필러를 포함하는 것이 보다 바람직하다.

열전도성 필러의 평균 길이는, 예를 들면, 가교 전의 수지 시트를 용제(톨루엔 등)로 수지 성분을 용해시키고, 잔존된 열전도성 필러를 디지털 현미경으로 관찰하고, 임의로 추출한 100개(단, 10μm 이하의 것은 제외하다)의 필러에 대해서 실측하는 것으로 산출할 수 있다. 실측하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 광학 현미경, 레이저 변위 현미경, 주사 전자 현미경 등을 이용하여 얻어지는 관찰상(像)으로부터 실측하면 좋다. 열전도성 수지 성형품의 두께와 대략 동일한 길이를 가지는 열전도성 필러를 포함한다는 것은, 예를 들면, 열전도성 수지 성형품의 두께가 100μm의 경우, 길이가 약 100μm의 열전도성 필러를 적어도 한 개는 포함하고 있는 것을 의미하고 있다. 또한, 열전도성 필러의 평균 길이는, 레이저 회절 산란법, 원심 침강법, 및 전기적 검지체법(檢知體法) 등을 이용하여 측정하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 열전도성 수지 성형품에 있어서는, 상기 열전도성 필러가 피치계의 탄소섬유 또는 질화붕소인 것이 바람직하고, 상기 수지가 유기 과산화물 또는 부가 반응에 의해 가교하는 고무인 것이 바람직하다. 피치계의 탄소섬유 및 질화붕소는 알루미나 등의 구상(球狀) 열전도성 입자에 비해 재료 자체의 열전도성이 우수한 것에 더하여 필러 길이방향의 열전도율이 매우 우수한, 퍼옥사이드 가교계 및 부가 가교계의 가교 고무는 금속 황화물에 의한 단락(短絡)이 발생되지 않는다.

본 발명의 열전도성 수지 성형품에 있어서는, 외부 응력의 인가에 의해서 상기 오일 성분이 상기 열전도성 수지 성형품의 내부로부터 상기 열전도성 수지 성형품의 표면에 배출되고, 상기 외부 응력의 제거에 의해서 상기 표면에 배출된 상기 오일 성분이 상기 열전도성 수지 성형품에 재함침되는 것이 바람직하다. 피발열재가 변형되는 경우나 복잡한 표면 형상을 가지고 있는 경우, 접촉시키는 열전도성 수지 성형품과의 사이에 공극(공기층)이 생겨 버리고, 열전도성 수지 성형품에 의한 방열 효과가 현저하게 저하되어 버린다. 이것에 비해, 열전도성 수지 성형품에 외부 응력을 인가하는 것에 의해서 오일 성분을 배출시키면, 상기 오일 성분이 상기 공극에 충전되고, 방열 효과의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 오일 성분을 고무 성분에 혼합하고, 균질화시키는 것으로, 수지 성형품 자체의 경도를 저감하여, 상기 문제를 해결할 수 있다.

또한, 열전도성 수지 성형품에 있어서는, 열전도성 필러와 수지와의 간극에 공기층이 형성되기 쉽고, 상기 공기층은 단열 효과가 있고 열저항이 저하되기 어려운 경향이 있다. 이것에 비해, 본 발명의 열전도성 수지 성형품에서는 오일 함침 한 연질의 수지 성분이 상기 간극에 충전된 상태가 되고, 공기층이 배제되어서 열저항을 저하시킬 수 있다.

상기 오일 성분에는 열전도성 필러가 분산되어 있는 것이 바람직하다. 오일 성분에 열전도성 필러가 분산되어 있는 것으로, 열전도성 수지 성형품의 열전도 특성을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 열전도성 필러로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 종래 공지의 여러 가지의 열전도성 필러를 이용할 수 있지만, 카본 나노튜브를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 염가로 대량 생산이 가능한, 두께 방향에의 우수한 열전도성을 가지는 열전도성 수지 성형품으로서, 변형을 수반하는 부재나 복잡한 표면 형상을 가지는 부재에 대해서도 우수한 방열 효과를 발휘하는 열전도성 수지 성형품을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 열전도성 수지 성형품의 두께 방향으로 평행한 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 열전도성 수지 성형품 및 오일 성분을 함유하지 않는 열전도성 수지 성형품을 히트 싱크에 접촉시켰을 경우의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 열전도성 수지 성형품의 제조 방법의 일례를 나타내는 개념도다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 열전도성 수지 성형품의 두께 방향으로 평행한 단면의 SEM 사진이다.
도 5는 도 4에서 나타낸 영역의 고배율 사진이다.
도 6은 실시예 1에서 제조한 열전도성 수지 성형품의 두께 방향으로 수직의 단면의 SEM 사진이다.
도 7은 실리콘 오일을 함침시키기 전의 열전도성 수지 성형품의 두께 방향으로 수직의 단면의 SEM 사진이다.
도 8은 실시예 2에서 제조한 열전도성 수지 성형품에 대해서 외부 응력을 인가·제거했을 때의 외관 사진이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 열전도성 수지 성형품의 적합한 실시형태에 대해서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들만에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한, 도면은, 본 발명을 개념적으로 설명하기 위한의 것이기 때문에, 나타낸 각 구성요소의 치수나 그것들의 비는 실제의 것과는 다른 경우도 있다.

(1) 열전도성 수지 성형품

도 1은, 본 발명의 열전도성 수지 성형품의 두께 방향으로 평행한 개략 단면도이다. 열전도성 수지 성형품(1)은, 수지(2), 열전도성 필러(4), 및 오일 성분(6)을 가지고 있고, 열전도성 필러(4)가 열전도성 수지 성형품(1)의 대략 두께 방향으로 배향되어 있다. 또한, 오일 성분(6)은, 수지(2), 열전도성 필러(4), 및 수지(2)/열전도성 필러(4) 계면 등, 열전도성 수지 성형품(1)의 어느 영역에 함침(含浸)되어 있어도 좋다.

오일 성분(6)은, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 종래 공지의 여러 가지의 오일 성분을 이용할 수 있고, 예를 들면, 나프텐계 오일, 파라핀계 오일, 아로마계 오일, 프탈산 유도체, 아디핀산, 세바신산 유도체, 아젤라인산 유도체, 인산 유도체, 에폭시 유도체, 폴리에스테르 유도체, 염소화 파라핀, 트리멜리트 유도체 등을 예시할 수 있지만, 실리콘 오일을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 오일 성분(6)의 함침량은 특별히 한정되지 않지만, 열전도성 수지 성형품의 난연성을 담보하는 관점으로부터, 함침 전의 수지 성형품의 중량에 대해서 30 wt% 미만으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이, 열전도성 수지 성형품(1) 중에 분산된 열전도성 필러(4)의 평균 길이는 30μm 이상인 것이 바람직하고, 열전도성 수지 성형품(1)의 두께와 대략 동일한 길이를 가지는 열전도성 필러(4)를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 열전도성 필러(4)의 길이가 열전도성 수지 성형품(1)의 두께보다 짧은 경우, 열전도성 수지 성형품(1)을 열전도성 필러(4)의 길이보다 얇은 두께로 슬라이스하는 것으로, 본 발명의 열전도성 수지 성형품(1)을 얻을 수 있다. 또한, 열전도성 수지 성형품(1)의 두께보다 짧은 열전도성 필러(4)끼리가 접촉하여, 열전도성 수지 성형품(1)의 대략 두께 방향으로 열전도 패스를 형성하는 것이 바람직하다.

열전도성 수지 성형품(1)은, 수지(2)에 열전도성 필러(4)가 배향 분산된 얇은 수지 시트가 수직 방향으로 접혀서 용착된 것이며, 열전도성 수지 성형품(1)에는 대략 두께 방향으로 다수의 웰드 라인(8)이 형성되어 있다. 여기서, 웰드 라인(8)은 완전한 직선에 한정되지 않고, 원호 형상으로 만곡되어 있어도 좋다.

웰드 라인(8)이 열전도성 수지 성형품(1)의 면방향으로 형성되는 경우는, 열전도성 수지 성형품(1)의 두께 방향에의 열전도를 저해하게 된다. 이것에 비해, 본 발명의 열전도성 수지 성형품(1)에서는, 웰드 라인(8)이 열전도성 수지 성형품(1)의 대략 두께 방향으로 형성되어 있기 때문에, 두께 방향에의 열전도를 저해하는 일이 없다. 또한, 본 발명의 열전도성 수지 성형품(1)은, 수직 방향으로 접혀서 용착되도록 형성되기 때문에, 열전도성 수지 성형품(1)에 형성되는 웰드 라인(8)이 수지 시트의 면방향에 근접한다. 그것에 수반하여, 열전도성 수지 성형품(1)의 두께보다 짧은 열전도성 필러(4)끼리가 접촉하여, 열전도성 수지 성형품(1)의 대략 두께 방향으로 열전도 패스가 형성되므로, 대략 두께 방향으로 열전도율이 향상한다.

수지(2)로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 종래 공지의 여러 가지의 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 또는 이들의 폴리머 알로이 등을 이용할 수 있다. 열가소성 수지로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 대응하여 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 에틸렌-α-올레핀 공중합체; 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리초산비닐, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리아세탈, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 수지, 폴리페닐렌에테르, 변성 폴리페닐렌에테르, 지방족폴리아미드류, 방향족 폴리아미드류, 폴리아미드이미드, 폴리메타크릴산 또는 그 에스테르, 폴리아크릴산 또는 그 에스테르, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에이테르니트릴, 폴리에테르케톤, 폴리케톤, 액정 폴리머, 실리콘 수지, 이오노머 등을 들 수 있다. 이것들은, 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.

열가소성 엘라스토머로서는, 예를 들면 스티렌-부타디엔 공중합체 또는 그 수소 첨가 폴리머, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체 또는 그 수소 첨가 폴리머 등의 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 염화비닐계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있지만, 유황 가교를 이용하지 않는 가교 고무를 이용하는 것이 바람직하다. 이것들은, 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다. 또한, 유황 가교 이외의 가교로서는, 예를 들면 유기 과산화물 가교 또는 부가 가교가 있다.

또한, 상술의 수지에 더하여, 보강제, 충전제, 연화제, 난연제, 가교제, 가교 촉진제, 가교 촉진조제, 노화 방지제, 점착 부여제, 대전 방지제, 반죽 접착제 등의 일반적인 배합·첨가제는 임의로 선택할 수 있지만, 가교제로서는 유황계의 가교제를 이용하지 않는 것이 바람직하다.

열전도성 필러(4)로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 종래 공지의 여러 가지의 재료를 이용할 수 있고, 예를 들면, 질화붕소(BN), 흑연, 탄소섬유, 운모, 알루미나, 질화알루미늄, 탄화규소, 실리카, 산화아연, 2황화몰리브덴, 구리, 알루미늄 등을 들 수 있지만, 질화붕소(BN), 흑연, 탄소섬유를 이용하는 것이 바람직하고, 피치계의 탄소섬유를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 여기서, 질화붕소(h-BN: 인편(鱗片) 형상)는 피치계의 탄소섬유와 마찬가지로 필러 길이방향의 열전도성이 우수하기(면방향 열전도율: 수 W/mK, 길이방향 열전도율: 100W/mK ~ 200 W/mK) 때문에, 시트 두께 방향에의 필러 장축(長軸) 배향에 의해, 상기 방향으로 높은 열전도율을 부여할 수 있다.

열전도성 필러(4)의 형상으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 대응하여 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면 인편 형상, 판 형상, 막 형상, 원기둥 형상, 각기둥 형상, 타원 형상, 편평(扁平) 형상 등을 들 수 있지만, 열전도 패스를 형성하는 관점 및 수지(2) 중에서 배향하기 쉽다고 하는 관점으로부터, 어스펙트비가 2 이상인 것이 바람직하다.

도 2에 열전도성 수지 성형품(1) 및 오일 성분(6)을 함침시키지 않은 열전도성 수지 성형품을 히트 싱크에 접촉시켰을 경우의 모식도를 나타낸다. 열전도성 수지 성형품(1)에 외부 응력이 인가되었을 경우, 오일 성분(6)이 열전도성 수지 성형품(1)의 내부로부터 열전도성 수지 성형품(1)의 표면에 배출된다. 히트 싱크가 변형되는 경우나 복잡한 표면 형상을 가지고 있는 경우, 접촉시키는 열전도성 수지 성형품(1)과의 사이에 공극(공기층)이 생겨 버리고, 열전도성 수지 성형품(1)에 의한 방열 효과가 현저하게 저하되어 버린다. 이것에 비해, 열전도성 수지 성형품(1)에 외부 응력을 인가하는 것에 의해서 오일 성분(6)을 배출시키면, 오일 성분(6)이 상기 공극에 충전되고, 방열 효과의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다. 혹은 오일 성분을 충분히 함유시키고, 수지 성형품을 연화시키는 것으로 공극을 매립해도 좋고, 이 경우도 방열 효과의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.

여기서, 본 발명의 열전도성 수지 성형품(1)은 열전도성 필러(4)가 막 두께 방향으로 고배향(高配向)되어 있기 때문에, 열전도성 필러(4)와 수지(2)와의 계면이 열전도성 수지 성형품(1)의 표면에 많이 존재한다. 그 결과, 열전도성 필러(4)가 막 두께 방향으로 수직으로 배향되어 있는 경우와 비교하여, 함침시킨 오일 성분(6)의 배출 및 재함침이 용이해진다.

오일 성분(6)에는 열전도성 필러가 분산되어 있는 것이 바람직하다. 오일 성분(6)에 열전도성 필러가 분산되어 있는 것으로, 열전도성 수지 성형품(1)의 열전도 특성을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 열전도성 필러로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 종래 공지의 여러 가지의 열전도성 필러를 이용할 수 있고, 예를 들면, 질화붕소(BN), 흑연, 탄소섬유, 카본 나노튜브, 운모, 알루미나, 질화알루미늄, 탄화규소, 실리카, 산화아연, 2황화몰리브덴, 구리, 알루미늄 등을 들 수 있지만, 카본 나노튜브를 이용하는 것이 바람직하다.

(2) 열전도성 수지 성형품의 제조 방법

도 3은, 본 발명의 열전도성 수지 성형품의 제조 방법의 일례를 나타내는 개념도이며, 압출기의 선단 부분 및 T 다이의 단면 개략도가 나타나고 있다. 열전도성 필러(4)를 포함하는 열전도성 수지 성형품의 수지 조성물은, 스크류(10)에 의해서 교반·혼련되고, 유로(12)를 따라서 제1 갭(14)에 도입된다.

수지 조성물의 흐름은 제1 갭(14)에 의해서 상하 방향(두께 방향)으로 좁혀지고, 얇은 띠 형상이 된다. 제1 갭(14)을 통과할 때, 수지 조성물에 전단력이 작용되고, 수지(2) 중에 혼합되어 있는 열전도성 필러(4)가 수지 조성물의 흐름 방향으로 배향되게 된다. 이 경우, 열전도성 필러(4)는 수지 시트 전구체의 면방향으로 배향된다.

여기서, 제1 갭(14)의 간극은 0.1 mm 이상 5.0 mm 이하인 것이 바람직하다. 제1 갭(14)의 간극이 0.1 mm보다 작으면, 압출 압력이 불필요하게 상승될 뿐만 아니라, 수지 막힘이 발생해 버린다. 한편, 제1 갭(14)의 간극이 5.0 mm보다 크면, 수지 시트 전구체의 면방향에 대한 열전도성 필러(4)의 배향도가 감소되는 결과가 된다.

수지 조성물의 흐름 방향으로 열전도성 필러(4)가 배향된 두께가 얇은 수지 시트 전구체가, 제1 갭(14)을 완전하게 통과하면, 유로(12)의 단면적이 확대되고, 상하 방향의 길이가 길어지기 때문에, 수지 시트 전구체의 흐름은 상하 방향으로 변화된다. 그 후, 상기 수지 시트 전구체는, 제2 갭(16)을 통과할 때에, 제1 갭(14)에 있어서의 흐름의 방향에 대해서 대략 수직인 방향으로 접히면서 융착되어, 열전도성 수지 성형품(1)이 성형된다.

여기서, 제2 갭(16)의 간극은 제1 갭(14)의 간극의 2배 이상 20배 이하인 것이 바람직하다. 제2 갭(16)의 간극이 제1 갭(14)의 간극의 2배보다 작은 경우는, 수지 시트 전구체가 접히지 않기 때문에, 열전도성 필러(4)가 수지 시트의 두께 방향으로 배향되지 않는다. 이것에 비해, 제2 갭(16)의 간극이 제1 갭(14)의 간극의 10배보다 큰 경우도, 수지 시트 전구체가 깔끔하게 접혀지지 않고, 부분적으로 난류(亂流)된 상황이 되고, 수지 시트의 두께 방향으로 배향되는 열전도성 필러(4)의 비율이 감소되어 버린다. 또한, 상기 수지 시트 전구체를 두께 방향으로 균등하게 접기 쉽도록 하는 관점으로부터, 제1 갭(14)의 간극(X)의 두께 방향 중심과, 제2 갭(16)의 간극(Y)의 두께 방향 중심을 대략 동일한 위치로 하는 것이 바람직하다.

제1 갭(14)에 있어서의 개구부의 형상은, 특별히 규정되지 않지만, 상류측 측면은 압력 손실이 적도록 경사면으로 하는 것이 바람직하고, 하류측 측면에 대해서는 가장 효율적으로 열전도성 필러를 수지 시트의 두께 방향으로 배향시키기 위해서, 경사 각도를 조정하는 것이 바람직하다. 상기 경사 각도로서는, 예를 들면, 10° ~ 50°로 할 수 있고, 나아가서는, 20° ~ 25°인 것이 바람직하다. 또한, 상하 모두 경사를 가지고 있을 필요는 없고, 어느 한 쪽만이 경사를 가지고 있어도 좋다. 또한, 제1 갭(14) 및 제2 갭(16)의 개구부의 깊이(즉, 도 1에 있어서 지면에 대략 수직인 방향에 있어서의 제1 갭(14) 및 제2 갭(16)의 간극)는, T 다이의 전체에 걸쳐서 대략 동일하다. 또한, 제1 갭(14) 및 제2 갭(16)에 있어서의 개구부의 간극은 특별히 규정되지 않고, 수지 시트의 제품 폭에 대응하여 여러 가지의 설계 변경이 가능하다.

수지(2)에 대한 열전도성 필러(4)의 비율은 20 ~ 80 체적%로 할 수 있고, 필요해지는 열전도율 등에 대응하여, 적절히 결정할 수 있다. 열전도성 필러의 비율이 20 체적% 미만의 경우는, 열전도 효과가 작아진다. 또한, 열전도성 필러의 비율이 80 체적%를 초과하면, 수지 시트 전구체가 제1 갭을 통과할 때에, 제1 갭에 있어서의 흐름의 방향에 대해서 대략 수직 방향으로 접히지만, 수지간이 융착되기 어려워진다고 하는 문제가 생긴다. 열전도성 필러의 비율이 20 체적% 미만의 경우는, 열전도 효과가 작아진다. 또한, 열전도성 필러의 비율이 80 체적%를 초과하면, 수지 시트 전구체가 제1 갭을 통과할 때에, 제1 갭에 있어서의 흐름의 방향에 대해서 대략 수직 방향으로 접히지만, 수지간이 융착되기 어려워진다고 하는 문제가 생긴다. 따라서, 수지 시트의 열전도 효과를 높이고, 또한 압출 성형을 용이하게 하기 위해서, 수지 기재(基材)에 대한 열전도성 필러의 비율은 30 ~ 70 체적%로 하는 것이 바람직하고, 50 ~ 65 체적%로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 가공시의 융착 촉진이나 성형품의 유연화를 목적으로 하여, 0 체적% 초과 ~ 50 체적%의 오일 성분을 함유해도 좋다. 또한, 보다 바람직한 오일 성분의 함유량은 10 체적% ~ 40 체적%이다.

상술의 방법으로 제조된 수지 성형품에 오일 성분(6)을 함유시키는 것으로, 본 발명의 열전도성 수지 성형품(1)을 얻을 수 있다. 오일 성분(6)을 상기 수지 성형품에 함침시킬 수 있으면 그 방법은 한정되지 않지만, 예를 들면, 오일을 함침시키기 위해서, 딥(침지) 처리, 스프레이 도공, 코터에 의한 도공, 그라비어 롤 등에 의한 전사(轉寫) 도공 등으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 필요 충분의 오일 성분을 상술의 제조 과정에서 투입했을 경우는, 당 항에 기재된 함침을 행하지 않아도, 본 발명의 열전도 수지 성형품(1)을 얻을 수 있다.

이상, 본 발명의 대표적인 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이들만으로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 설계 변경이 가능하고, 상기 설계 변경도 본 발명에 포함된다. 이하에 있어서, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

<<실시예 1>>

표 1에 기재의 배합에서, 실리콘 수지 성분에 가교제 및 열전도성 필러를 2 롤 밀(two roll mill)로 반죽하여, 리본 시트를 얻었다. 실리콘 수지 성분으로서 토레다우코닝가부시키가이샤(Dow Corning Toray Co.,Ltd.)제 실리콘 고무 DY32 1005U 및 난연제 성분을, 열전도성 필러로서 니혼그라파이트파이버가부시키가이샤(Nippon Graphite Fiber Co., Ltd.)제 그라녹크 XN100(피치계 탄소섬유, 섬유 길이 3 mm)를 이용했다. 가교제로서는, 토레다우코닝가부시키가이샤제 RC-4, 동일사제 MR-53, Momenntive사제 ME400-FR를 이용했다. 난연제 성분으로서는, 산화철 등의 금속 화합물을 함유한 것이 바람직하고, Momenntive사제 ME-41F 및 동일사제 XC-87을 이용했다.

다음에, 상기 리본 시트를 고무용 단축(短軸) 압출기에서, 1 mm의 제1 갭 및 10 mm의 제2 갭을 가지는 수직 배향 금형(꼭지쇠)을 이용하여, 피치계 탄소섬유가 두께 방향으로 배향된 두께 10 mm의 시트를 제작하고, 180℃에서 30분간의 가교 처리를 실시했다. 상기 시트를 슬라이스 가공하고, 두께 200μm의 열전도성 수지 성형품을 제작했다. 또한, 실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤(信越化學工業株式會社)제, 신에츠 실리콘, KF-96-100CS)을 실리콘 수지와 피치계 탄소섬유 및 실리콘 오일로 구성되는 수지 성형품에 대해 8.0 체적%가 되도록 딥(침지) 처리에서 함침·흡수시켰다.

얻어진 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항을 TIM TESTER 1300를 이용하여 측정하고, 계측된 값을 표 1에 나타냈다. 또한, 상기 측정은 정상법으로 미국 규격 ASTM D5470에 준거했다. 또한 난연성에 관해서는, UL94 난연성 시험 20 mm 수직 연소 시험(IEC60695-11-10 B법, ASTM D3801)에 준하여 평가를 행하고, 얻어진 열전도성 수지 성형품의 길이방향의 난연성을 평가했다. 난연성의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

얻어진 열전도성 수지 성형품의 두께 방향으로 평행한 단면 사진을 도 4에 나타낸다. 또한, 도 4에 나타내는 열전도성 수지 성형품을, 두께 200μm로 슬라이스 가공한 후의 단면 사진을 도 5에 나타낸다. 도 4 및 도 5에 있어서 관찰되는 검은 원호 형상의 줄무늬가 웰드 라인이며, 다수의 웰드 라인이 열전도성 수지 성형품의 대략 두께 방향으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향(SEM 사진의 상하 방향)으로 피치계 탄소섬유 필러가 배향되어 있고, 두께 방향으로 필러가 고배향된 열전도성 수지 성형품이 얻어지고 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 더하여, 열전도성 수지 성형품의 두께와 대략 동일한 길이를 가지는 피치계 탄소섬유 필러가 존재하고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, SEM 관찰에는 HITACHI제의 주사형 전자 현미경(S-4800)을 이용했다.

얻어진 열전도성 수지 성형품의 두께 방향으로 수직의 단면 사진(저배율 및 고배율)을 도 6에, 실리콘 오일을 함침시키기 전의 열전도성 수지 성형품의 두께 방향으로 수직의 단면 사진(저배율 및 고배율)을 도 7에, 각각 나타낸다. 실리콘 오일을 함침시키는 것으로 피치계 탄소섬유 필러간의 공극이 없어지고, 풍부하게 부풀은 표면으로 되어 있고, 열저항을 저감시키는 공기층을 배제한 표면 구조로 되어 있다. 또한, 두께 방향으로 필러가 고배향된 열전도성 수지 성형품이 얻어지고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, SEM 관찰에는 HITACHI제의 주사형 전자 현미경(S-4800)을 이용했다.

<<실시예 2>>

실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤제, 신에츠 실리콘, KF-96-100CS)을 실리콘 수지와 피치계 탄소섬유 및 실리콘 오일로 구성되는 수지 성형품에 대해 14.8 체적%가 되도록 함침·흡수시킨 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 열전도성 수지 성형품을 얻었다. 실시예 1과 마찬가지로, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항 및 길이방향의 난연성을 평가하고, 결과를 표 1에 나타냈다.

실시예 2에서 얻어진 열전도성 수지 성형품에 외부 응력(20% 압축)을 인가·제거했을 때의 광학 현미경 사진을 도 8에 나타낸다. 압축에 의해 실리콘 오일이 배출(브리드 아웃)되고, 스테인리스(SUS) 판과 열전도성 수지 성형품의 밀착성이 향상되어 있다. 또한, 상기 응력을 제거하면 실리콘 오일이 열전도성 수지 성형품에 재흡수되고, 브리드 아웃이 소실되고 있다. 그 결과로부터, 본 발명의 열전도성 수지 성형품은, CPU 칩 및 파워 디바이스 등의 온 오프에 의한 열수축에 기인하는 기판의 휨 및 스트레인이 발생해도, 상대 기재와의 밀착성을 안정적으로 확보할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 브리드 아웃에 의해서 오일 성분이 유출 상실되는 일 없이, 열전도성 수지 성형품의 특성을 장기간 유지할 수 있다.

<<실시예 3>>

실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤제, 신에츠 실리콘, KF-96-100CS)을 실리콘 수지와 피치계 탄소섬유 및 실리콘 오일로 구성되는 수지 성형품에 대해 25.8 체적%가 되도록 함침·흡수시킨 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 열전도성 수지 성형품을 얻었다. 실시예 1과 마찬가지로, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항 및 길이방향의 난연성을 평가하고, 결과를 표 1에 나타냈다.

<<실시예 4>>

실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤제, 신에츠 실리콘, KF-96-100CS)을 실리콘 수지와 피치계 탄소섬유 및 실리콘 오일로 구성되는 수지 성형품에 대해 14.2 체적%(실리콘 오일: 13.5 체적%, 카본 나노튜브: 0.7 체적%)함침·흡수시킨 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 열전도성 수지 성형품을 얻었다. 실시예 1과 마찬가지로, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항 및 길이방향의 난연성을 평가하고, 결과를 표 1에 나타냈다.

<<실시예 5>>

실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤제, 신에츠 실리콘, KF-96-100CS)을 실리콘 수지와 피치계 탄소섬유 및 실리콘 오일로 구성되는 수지 성형품에 대해 34.3 체적%가 되도록 함침·흡수시킨 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 열전도성 수지 성형품을 얻었다. 실시예 1과 마찬가지로, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항 및 길이방향의 난연성을 평가하고, 결과를 표 1에 나타냈다.

<<실시예 6>>

표 1에 기재의 배합에서, 실리콘 수지 성분에 가교제 및 열전도성 필러, 실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤제, 신에츠 실리콘, KF-96-3000CS)을 2 롤 밀로 반죽하고, 리본 시트를 얻었다. 다음에, 상기 리본 시트를 고무용 단축 압출기에서, 1 mm의 제1 갭 및 10 mm의 제2 갭을 가지는 수직 배향 금형(꼭지쇠)을 이용하여, 피치계 탄소섬유가 두께 방향으로 배향된 두께 10 mm의 시트를 제작하고, 180℃에서 30분간의 가교 처리를 실시했다. 상기 시트를 슬라이스 가공하고, 두께 200μm의 열전도성 수지 성형품을 제작했다. 실시예 1과 마찬가지로, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항 및 길이방향의 난연성을 평가하고, 결과를 표 1에 나타냈다.

<<실시예 7>>

표 1에 기재의 배합에서, 실리콘 수지 성분에 가교제 및 열전도성 필러, 실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤제, 신에츠 실리콘, KF-96-3000CS)을 2 롤 밀로 반죽하고, 리본 시트를 얻었다. 열전도성 필러로서 덴키가가쿠고교가부시키가이샤(電氣化學工業株式會社)제 질화붕소(XGP, D5030μm)를 이용했다. 다음에, 상기 리본 시트를 고무용 단축 압출기에서, 1 mm의 제1 갭 및 10 mm의 제2 갭을 가지는 수직 배향 금형(꼭지쇠)을 이용하여, 피치계 탄소섬유가 두께 방향으로 배향된 두께 10 mm의 시트를 제작하고, 180℃에서 30분간의 가교 처리를 실시했다. 상기 시트를 슬라이스 가공하고, 두께 300μm의 열전도성 수지 성형품을 제작했다. 실시예 1과 마찬가지로, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항 및 길이방향의 난연성을 평가하고, 결과를 표 1에 나타냈다.

≪비교예 1≫

실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤제, 신에츠 실리콘, KF-96-100CS 및 KF-96-3000CS)을 함침·흡수 또는 혼합시키지 않았던 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 열전도성 수지 성형품을 얻었다. 실시예 1과 마찬가지로, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항 및 길이방향의 난연성을 평가하고, 결과를 표 1에 나타냈다.

≪비교예 2≫

실리콘 오일(신에츠가가쿠고교가부시키가이샤제, 신에츠 실리콘, KF-96-3000CS)을 혼합시키지 않았던 것 외에는 실시예 7과 마찬가지로 하여, 열전도성 수지 성형품을 얻었다. 실시예 1과 마찬가지로, 열전도성 수지 성형품의 두께 방향의 열저항 및 길이방향의 난연성을 평가하고, 결과를 표 1에 나타냈다.

본 발명의 열전도성 수지 성형품(실시예 1 ~ 7)은 모두, 낮은 열저항치를 나타내고 있다. 이것에 비해, 오일 성분(실리콘 오일)을 함유(함침 또는 혼합)시키지 않은 비교예 1 및 2에서는 열저항치가 높아지고 있다. 또한, 실시예 1 ~ 4, 6, 7의 열전도성 수지 성형품은 우수한 난연성(V0 또는 V1)을 가지고 있지만, 오일 성분(실리콘 오일)을 많이 함유하는 실시예 5의 열전도성 수지 성형품은 난연성이 저하되고 있다(V2). 또한, V0>V1>V2의 순서로, 난연성이 우수한 것을 의미하고 있다.

또한, 실시예 2와 실시예 4에 관한 열전도성 수지 성형품의 비교에 있어서, 실시예 4에 관한 열전도성 수지 성형품의 열저항치가 보다 낮은 값을 나타내고 있다. 이것은, 실리콘 오일 1 wt%를 카본 나노튜브로 치환한(오일 성분에 열전도성 필러를 첨가한) 효과이다.

1…열전도성 수지 성형품,
2…수지,
4…열전도성 필러,
6…오일 성분,
8…웰드 라인,
10…스크류,
12…유로,
14…제1 갭,
16…제2 갭.

Claims (8)

1. 수지와 열전도성 필러를 가지는 열전도성 수지 성형품으로서,
   상기 열전도성 필러는 상기 열전도성 수지 성형품의 대략 두께 방향으로 배향되고,
   상기 열전도성 수지 성형품에 있어서의 상기 열전도성 필러의 체적 충전율이 20 ~ 80 체적%이며,
   상기 수지의 웰드 라인이 상기 열전도성 수지 성형품의 대략 두께 방향으로 형성되어 있고,
   상기 열전도성 수지 성형품에 오일 성분이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열전도성 수지 성형품의 두께와 대략 동일한 길이를 가지는 상기 열전도성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 열전도성 필러가 열전도율에 이방성을 가지는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수지가 유기 과산화물 가교 또는 부가 가교에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 오일 성분이 실리콘 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   외부 응력의 인가에 의해서 상기 오일 성분이 상기 열전도성 수지 성형품의 내부로부터 상기 열전도성 수지 성형품의 표면에 배출되고, 상기 외부 응력의 제거에 의해서 상기 표면에 배출된 상기 오일 성분이 상기 열전도성 수지 성형품에 재함침되는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 오일 성분에 상기 열전도성 필러가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 오일 성분에 분산된 상기 열전도성 필러가 카본 나노튜브인 것을 특징으로 하는 열전도성 수지 성형품.

Images