KR20170043874A - 금속 나노 와이어를 함유한 열전도성 접착제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 나노 와이어를 함유하여 접착성 및 열전도성이 우수한 열전도성 접착제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열전도성 접착제는 전도성 필러로써 나노 크기의 미세한 금속 나노 와이어를 소량 함유하여, 기존의 열전도성 접착제가 나타내지 못한 현저히 높은 열전도성을 나타내며 동시에 우수한 접착성 및 방열특성을 가지는 열전도성 접착제를 제공할 수 있다.

Description

금속 나노 와이어를 함유한 열전도성 접착제{Thermally conductive adhesive containing metal nano wire}

본 발명은 금속 나노 와이어를 함유하여 접착성 및 열전도성이 우수한 열전도성 접착제에 관한 것이다.

전자 기기의 고기능화, 소형 박형화의 요구에 따라서 전자 및 반도체 소자의 방열 문제는 내구성 및 성능에 영향을 미쳐 제품 전체의 기능을 저하시키는 원인으로 지목되고 있다. 이에 따라 전자소자에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 기술은 전자 소자의 성능 및 장기 수명 특성을 확보하는데 중요한 이슈가 되고 있다. 이를 위해, 전자소자 및 반도체 소자의 발열체와 내열판 사이에 위치하여 열을 외부로 방출시키는 열 계면 물질에 대하여 활발하게 연구되고 있다. 상기 열 계면 물질의 예시로는 열전도성 그리스, 열전도성 본드, 열전도성 그라파이트 시트, 열전도성 스페이서, 열전도성 상변이 물질, 액상 용액에 열전도성 무기 분말이 충전된 열전도성 페이스트, 경화성 물질에 열전도성 무기 분말이 충전된 열전도성 접착제 등이 있다. 이들 중 열전도성 페이스트 또는 열전도성 접착제는 박형화가 용이하여 방열 분야에 활발하게 적용되고 있다.

열전도성 접착제는 높은 열전도성을 부여하기 위하여 경화성 물질에 열전도성이 우수한 물질을 충진시킨다. 우수한 열전도성을 갖는 물질로 보론나이트라이드(Boron Nitride, BN), 알루미늄 나이트라이드(Aluminum Nitride, AIN), 알루미늄옥사이드(Aluminum Oxide, Al₂O₃) 등의 무기 필러 등이 있으며, 이들 입자 등을 포함하는 복합 소재의 접착제 개발이 이루어지고 있다. 일례로, AIN 입자와 에폭시 수지의 복합화를 통하여 기존 에폭시 수지보다 증가한 열전도성을 가지는 복합재료를 제조하였고(J. Am. Ceram. Soc. 2008, 91, 1169), 대한민국 공개특허공보 제2010-0055492호에는 무기 필러의 모양을 변형시켜 열전도성을 향상시킨 결과를 보고한 바 있다. 이러한 결과는 매트릭스에 높은 함량의 무기 입자가 필연적으로 사용되며 약 60 중량% 이상 무기 필러의 함량이 요구되는 것이 일반적이다. 하지만 상기와 같이 입자 크기가 큰 무기 필러를 다량 도입할 경우, 제조되는 열전도성 접착제가 향상된 열전도성을 나타낼 수 있으나 그 향상의 정도가 미미하며, 상대적으로 열전도성 접착제에 포함되는 에폭시 수지와 같은 고분자 물질의 함량이 줄어들어 접착성이 저하되는 문제점이 있다.

최근 반도체 디바이스의 회로 소자가 감소함에 따라 크게 증가한 디바이스의 발열량을 줄이기 위해서는, 높은 열전도성 및 기준에 미치는 접착성을 가지는 전자부품 접착제의 개발이 필수적이다.

대한민국 공개특허공보 제2010-0055492호(2010.05.26)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 접착성을 가지는 열경화성 액상 바인더에 전도성 필러로써 열전도성이 우수한 나노 크기의 금속 와이어를 특정 함량 함유하여 접착성 및 열전도성이 획기적으로 향상된 열전도성 접착제를 제공하고자 한다.

본 발명은 열경화성 액상 바인더 및 접착제 총 중량에 대하여 40 중량% 이상의 금속 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 금속은 금, 은, 니켈, 아연, 주석, 백금 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 금속 나노 와이어는 길이가 1 내지 70 ㎛이며, 굵기가 1 내지 500 ㎚인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에서 상기 금속 나노 와이어는 종횡비가 1:30 내지 1:5,000 인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에서 상기 열경화성 액상 바인더는 페놀계 수지, 요소 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.

본 발명에서 상기 열경화성 액상 바인더는 비스페놀A 디글리시딜 에테르, 비스페놀F 디글리시딜 에테르, 페놀-노볼락 에폭시, 크레졸-노볼락 에폭시, 비스페놀A 노볼락 에폭시 및 디글리시딜 테레프탈레이트를 포함할 수 있다.

본 발명의 열전도성 접착제는 지방족 폴리아민계 화합물, 방향족 폴리아민계 화합물, 산무수물계 화합물, 이미다졸계 화합물, 이소시아네이트계 화합물 및 폴리페놀계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 경화제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 열전도성 접착제는 입자 직경이 1 내지 500 ㎚인 금속 나노 입자를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 열전도성 접착제는 증점제, 가소제, 난연제, 안정화제 및 항산화제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 열전도성 접착제는 전도성 필러로써 나노 크기의 미세한 금속 나노 와이어를 소량 함유하여, 기존의 열전도성 접착제가 나타내지 못한 현저히 높은 열전도성을 나타내며 동시에 우수한 접착성 및 방열특성을 가지는 열전도성 접착제를 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 10으로부터 제조된 열전도성 접착제의 열전도도를 실험 1의 방법으로 측정한 결과 그래프이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명 명세서에서 용어 “종횡비”는 본 발명의 열전도성 접착제에 포함되는 전도성 필러의 ‘가로:세로의 길이 비’, 더욱 상세하게는 금속 나노 와이어의‘굵기(직경):길이 비’ 또는 ‘직경:높이 비’를 뜻하는 단어로 사용되었다.

이하 본 발명의 금속 나노 물질을 함유한 열전도성 접착제를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명은 열경화성 액상 바인더 및 접착제 총 중량에 대하여 40 중량% 이상의 금속 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제에 관한 것이다.

여기서, 상기 열전도성 접착제는 열경화성 액상 바인더 내 전도성 필러를 균질 분산시킴으로써 열전도도 및 전기전도도가 향상되는 효과를 가지며, 접착을 통해 소자(발열체)와 내열판 사이의 기계적 결합을 이룰 수 있을 뿐만 아니라 전기적, 열적 전달통로를 형성할 수 있는 열전도성 열계면 재료(Thermal Interfacing Materials, TIM)이다.

본 발명에서 상기 금속은 금, 은, 니켈, 아연, 주석, 백금 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 금속 나노 와이어는 열전도도 및 전기전도도 향상 효과가 뛰어난 열전도성 접착제의 제조를 위하여 열경화성 액상 바인더 내 균질 분산되는 전도성 필러로, 길이가 1 내지 70 ㎛이며, 굵기가 1 내지 500 ㎚이고, 종횡비가 1:30 내지 1:5,000, 바람직하게는 1:50 내지 1:3,000, 더욱 바람직하게는 1:100 내지 1:1,500 인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제시한 금속 나노 와이어의 크기 및 종횡비는 열전도성 접착제의 접착성능을 저해하지 않는 한 특별히 제한되지 않으나, 상기 금속 나노 와이어의 크기 및 종횡비가 상기 범위를 만족할 경우, 본 발명의 열경화성 액상 바인더 전체에 금속 나노 와이어가 고르게 분산될 수 있어, 제조되는 열전도성 접착제가 뛰어난 열전도도 효과를 나타낼 수 있어 좋다.

본 발명에서 전도성 필러로써 사용되는 상기 금속 나노 와이어는 본 발명의 열전도성 접착제 총 중량에 대하여 40 중량% 이상 포함될 수 있고, 통상적으로 열전도성 접착제에 포함되는 전도성 필러의 상한 함량(75 중량%)까지 포함될 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 48 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 종래의 열전도성 접착제의 경우, 전도성 필러(금속 입자)의 첨가함량에 따라 열전도도가 미미하게 소폭 상승하는 결과가 나타나며, 또한 상기 전도성 필러가 접착제 총 중량에 대하여 80 중량% 이상 포함될 경우, 제조되는 접착제가 열전도성 접착제로서 사용 가능한 열전도도를 가지나 접착제의 접착성능이 현저히 떨어지는 결과가 나타나게 되어, 상기 전도성 필러의 함량이 제한됨에 따라 뛰어난 열전도도를 나타내는 열전도성 접착제를 제조하기 어려운 문제점이 있다. 그러나 본 발명에서 제시한 크기 및 종횡비를 가지는 금속 나노 와이어는, 열전도성 접착제의 제조 시 전도성 필러로써 상기 함량 포함될 경우, 제조되는 열전도성 접착제에서 쉽게 예상하지 못하는 열전도도의 급격한 향상 효과와 동시에 접착 성능의 향상 효과가 나타나게 되어, 종래 기술로부터 구현할 수 없는 열전도 효율 및 접착 성능이 현저히 향상된 접착제의 제조가 가능하여 좋다.

본 발명에서 열경화성 액상 바인더는 열에 의하여 경화되는 특성 및 접착성을 가지는 수지라면 어떠한 것이든 사용될 수 있으며, 바람직하게는 페놀계 수지, 요소 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민계 수지 및 에폭시계 수지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.

본 발명에서 열경화성 액상 바인더로써 사용되는 상기 페놀계 수지는 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 나프톨 노볼락 수지, 나프톨-페놀 공축 노볼락 수지, 나프톨-크레졸 공축 노볼락 수지, 레졸형 페놀 수지 및 메톡시 방향족 구조를 함유하는 페놀 수지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 상기 멜라민계 수지는 멜라민포름알데히드 수지, 멜라민/페놀포름알데히드 수지 및 폴리에스테르-멜라민 수지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상기 에폭시계 수지는 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 비스페놀S형 에폭시 수지, 비스페놀A형 에폭시 수지, 레조르시놀형 에폭시 수지, 하이드로퀴논형 에폭시 수지, 카테콜형 에폭시 수지, 디히드록시나프탈렌형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 테트라메틸비페닐형 에폭시 수지 등의 2가의 페놀류로부터 유도되는 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 테트라페닐에탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔-페놀 변성형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 비페닐아랄킬형 에폭시 수지, 나프톨노볼락형 에폭시 수지, 나프톨아랄킬형 에폭시 수지, 나프톨-페놀 공축합 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨-크레졸 공축합 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변성 페놀 수지형 에폭시 수지, 비페닐 변성 노볼락형 에폭시 수지 등의 3가 이상의 페놀류로부터 유도되는 에폭시 수지, 유기 인 화합물로 변성된 에폭시 수지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 열경화성 액상 바인더로써 사용 가능한 화합물 중, 본 발명에서 열경화성 액상 바인더로써 바람직하게 사용될 수 있는 화합물로는 비스페놀A 디글리시딜 에테르(bisphenol A diglycidyl ether), 비스페놀F 디글리시딜 에테르(bisphenol F diglycidyl ether), 페놀-노볼락 에폭시(phenol-novolac epoxy), 크레졸-노볼락 에폭시(cresol-novolac epoxy), 비스페놀A 노볼락 에폭시(bisphenol A-novolac epoxy) 및 디글리시딜 테레프탈레이트(diglycidyl terephthalate) 등에서 선택되는 하나 이상의 화합물이 포함될 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 열경화성 액상 바인더의 중량평균분자량은 특별히 제한되지 않으나, 본 발명의 열전도성 접착제에 포함되는 액상 바인더가 100 내지 10,000의 낮은 중량평균분자량을 가질 경우, 상기 열전도성 접착제 내에 전도성 필러를 고르게 분산시키기에 가장 적당한 점도를 가지게 되어 열전도성 접착제의 열전도도 향상 효과를 극대화할 수 있어 좋다.

본 발명의 열전도성 접착제는 상기 금속 나노 와이어 및 열경화성 액상 바인더와 더불어 경화제를 더 포함할 수 있으며, 상기 경화제는 열경화성 액상 바인더 내에 포함되어 고온의 온도에서 상기 액상 바인더의 경화반응을 활성화시키는 물질로, 열경화성 액상 바인더의 종류에 따라 달리 사용될 수 있다.

본 발명에서 상기 경화제는 지방족 폴리아민계 화합물, 방향족 폴리아민계 화합물, 산무수물계 화합물, 이미다졸계 화합물, 이소시아네이트계 화합물 및 폴리페놀계 화합물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 화합물일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 열경화성 액상 바인더로써 페놀계 수지가 사용될 경우, 상기 경화제로는 지방족 폴리아민계 화합물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 C1-C10 알킬렌 테트라아민, 더욱 바람직하게는 헥사메틸렌 테트라아민이 사용될 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 열경화성 액상 바인더로써 불포화 폴리에스테르계 수지가 사용될 경우, 상기 경화제는 비닐기(vinyl group)를 포함하는 모노머가 사용될 수 있으며, 상기 열경화성 액상바인더로써 요소 수지 또는 멜라민계 수지가 사용될 경우, 상기 경화제는 염산 및 인산 등의 산 화합물이 사용될 수 있다.

더불어, 본 발명에서 상기 열경화성 액상 바인더로써 에폭시 경화제가 사용될 경우, 상기 경화제로는 지방족 폴리아민계 화합물, 방향족 폴리아민계 화합물, 산무수물계 화합물, 이미다졸계 화합물, 이소시아네이트계 화합물 및 폴리페놀계 화합물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 이소포론디아민(isophorone diamine), 디시안디아미드(dicyandiamide), 메타페닐렌디아민(m-phenylenediamine), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디아미노디페닐설폰(diamino diphenylsulfone), 무수 프탈산(phthalic anhydride), 무수 트리멜리트산(trimellitic anhydride), 무수 피로멜리트산(pyromellitic dianhydride), 무수 말레산(malleic anhydride), 테트라히드로 무수 프탈산(tetrahydrophthalic anhydride), 메틸테트라히드로 무수 프탈산(methyltetrahydrophthalic anhydride), 무수 메틸나드산(methyl nadic anhydride), 헥사히드로 무수 프탈산(hexahydrophthalic anhydride), 메틸헥사히드로 무수 프탈산(methylhexahydrophthalic anhydride), 무수HET산(chlorendic anhydride), 도데세닐 무수숙신산(dodecenyl succinic anhydride), 2-메틸이미다졸(2-methyl imidazole), 2-에틸-4-메틸이미다졸(2-ethyl-4-methyl imidazole), 2-페닐이미다졸(2-phenyl imidazole) 및 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸(2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethyl imidazole)에서 선택되는 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 열전도성 접착제는 상기 금속 나노 와이어 및 열경화성 액상 바인더와 더불어 금속 나노 입자를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 금속 나노 입자는 열경화성 액상 바인더 내에 포함되어 상기 금속 나노 와이어와 함께 전도성 필러의 역할을 하는 물질로, 상기 금속 나노 입자는 본 발명의 금속 나노 와이어와 같이 금, 은, 니켈, 아연, 주석, 백금 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 이루어진, 직경이 1 내지 500 ㎚이며 종횡비가 1:1에 가까운 구형 입자일 수 있다. 상기 제시한 금속 나노 입자의 크기는 특별히 제한되지 않으나, 본 발명의 열전도성 접착제에 포함되는 금속 나노 입자가 상기 크기 범위를 만족할 경우, 일부 전도성 필러가 존재하지 않는 바인더 내의 빈 공간으로 금속 나노 입자가 분산됨으로써 상기 열경화성 액상 바인더 내에 존재하는 금속 나노 와이어 및 금속 나노 입자가 빈 공간을 형성하지 않고 고르게 분산될 수 있어, 금속 나노 입자의 첨가량에 비하여 열전도도가 현저하게 큰 폭으로 향상되는 효과를 얻을 수 있어 바람직하다. 상기 금속 나노 입자는 본 발명의 금속 나노 와이어와 종횡비(aspect ratio) 및 입자의 크기가 달라, 상기 금속 나노 와이어와 동일한 금속으로 구성된 경우에도 서로 상이한 물리적인 속성을 나타낼 수 있다.

더불어, 본 발명의 상기 열전도성 접착제는 증점제, 가소제, 난연제, 안정화제 및 항산화제 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 열전도성 접착제의 점도를 적정 수준으로 증가시키기 위하여 상기 증점제를 더 포함할 수 있으며, 상기 증점제는 로진 에스테르, 로진산 및 이들의 수소첨가물과 같은 로진계 증점제, 폴리비닐에테르, 지방족 및 방향족 탄화수소 수지 등과 같이 통상적으로 사용되는 증점제는 모두 사용이 가능하다. 본 발명에서 부착되는 소자(발열체) 및 내열판 간의 일반적인 팽창 불일치에 의해 생성되는 응력을 흡수하기 위하여, 열전도성 접착제에 가소제를 더 포함할 수 있으며, 상기 가소제는 통상의 당업자에 의해 사용될 수 있는 가소제라면 모두 사용이 가능하고, 바람직하게는 낮은 모듈러스의 탄성중합체, 고무 실리콘 및 열가소성 물질 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다. 또한, 높은 온도에서 본 발명 열전도성 접착제의 연소를 방지하기 위하여, 본 발명 열전도성 접착제의 제조 시 난연제를 더 포함할 수 있다. 상기 난연제 또한, 인계 난연제, 트리크레실포스페이트, 염소화파라핀, 산화안티몬, 모노암모늄 포스페이트, 브롬화폴리올, 함인폴리올 및 할로겐화프탈산 무수물 등과 같이 통상의 당업자에 의해 사용될 수 있는 난연제라면 모두 사용이 가능하다. 더불어, 본 발명의 접착제는 안정화제 및 항산화제를 더 포함하여, 산소와의 반응에 의해 유발되는 접착제의 성능 저하를 방지할 수 있다. 본 발명의 열전도성 접착제에 포함될 수 있는 안정화제 및 항산화제로는 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)-벤젠, 펜타에리트리틸 테트라키스-3(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트, n-옥타데실-3(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트, 4,4'-메틸렌비스 (2,6-tert-부틸-페놀), 4,4'-티오비스 (6-tert-부틸-o-크레졸), 2,6-디-tert부틸페놀, 6-(4-히드록시페녹시)-2,4-비스(n-옥틸-티오)-1,3,5 트리아진, 디-n-옥틸티오)에틸 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시-벤조에이트 및 소르비톨 헥사[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시-페닐)-프로피오네이트] 등이 있으며, 이에 제한되는 것이 아니라, 통상의 당업자에 의해 사용될 수 있는 안정화제 및 항산화제라면 모두 사용이 가능하다.

본 발명에서 상기 열전도성 접착제는 접착제 총 중량에 대하여 유기용매 1 내지 55 중량%, 열경화성 액상 바인더 1 내지 20 중량% 및 금속 나노 와이어 40 중량% 이상, 바람직하게는 40 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 48 내지 60 중량% 포함하여 제조될 수 있으며, 더불어 경화제, 첨가제 및 금속 나노 입자를 더 포함하여 제조될 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 발명 열전도성 접착제의 제조 시 사용되는 상기 유기용매는 상기 열경화성 액상 바인더의 점성을 감소시켜, 상기 액상 바인더에 보다 많은 금속 나노 물질이 함유되는 것을 가능하게 할 수 있다. 본 발명에서 상기 유기용매는 열경화성 액상 바인더와 반응하지 않고, 상기 열경화성 액상 바인더를 용해시킬 수 있는 물질이라면 어떠한 것이든지 사용할 수 있으며, 상온에서 0.01 내지 0.02 ㎜Hg 의 증기압을 가져 열경화성 액상 바인더와 쉽게 분리될 수 있는 용매를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 상기 유기용매는 알코올, 에테르, 에스테르 및 케톤 등과 같이 통상적으로 접착제의 제조 시 용매로 사용되는 물질이라면 모두 사용할 수 있으며, 열전도성 접착제 총 중량에 대하여 1 내지 55 중량%, 바람직하게는 15 내지 50 중량% 포함될 수 있다. 상기 유기용매의 함량 범위는 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 범위에서는 본 발명의 금속 나노 와이어가 고루 분산된 열전도성 접착제의 효율적인 제조가 가능하며, 접착제의 열 경화 시 접착제에 잔류하는 유기용매의 증발로 인해 발생하는 기포의 양을 최소화할 수 있어, 접착력 및 물성의 저하 효과가 거의 일어나지 않는 열전도성 접착제의 제조가 가능하여 좋다.

본 발명에서 상기 경화제는 열전도성 접착제 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량% 포함될 수 있으나, 본 발명 열전도성 접착제의 열전도성을 저해하지 않는 한 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 첨가제는 열전도성 접착제 총 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량% 포함될 수 있다. 상기 첨가제의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 범위 내에서는 열전도성 접착제의 사용 시, 고착물의 가장자리에 존재하는 접착제에 발생하는 결함인 레진 블리딩 현상이 개선될 수 있으며, 접착제의 열전도성 및 접착성이 극대화되는 효과를 얻을 수 있어 좋다.

본 발명에서 전도성 필러로써 포함되는 상기 금속 나노 와이어는 열전도성 접착제 총 중량에 대하여 40 중량% 이상, 바람직하게는 40 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 48 내지 60 중량% 포함될 수 있으며, 본 발명에서 전도성 필러로써 상기 금속 나노 와이어와 함께 더 포함될 수 있는 상기 금속 나노 입자는 전도성 접착제 총 중량에 대하여 0.001 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 금속 나노 와이어 및 금속 나노 입자의 함량은 이에 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 범위를 만족할 경우 본 발명의 열경화성 액상 바인더 내에 존재하는 전도성 필러의 분산성이 극대화되어 쉽게 예상하지 못하는 열전도성의 현저한 향상효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 하기 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니며, 다양한 다른 변형 및 변경이 가능할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

먼저, 본 발명에서 실시한 실험의 방법에 대하여 제시한다.

실험 1) 열전도도 측정

하기 실시예 및 비교예로부터 제조된 열전도성 접착제가 나타내는 열전도도를 열전도도 측정기(LFA 447 Nanoflash, NETZCH, Germany)를 이용하여 측정하였다.

[실시예 1] 40 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

배합기에 열경화성 액상 바인더로써 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르(Bisphenol A diglycidylether, 이하 DGEBA) 30 g, 경화제로써 트리에틸렌 테트라아민(Triethylene tetraamine) 3 g 및 굵기(직경)가 180 내지 250 ㎚이며, 길이가 10 ~ 51 ㎛인 구리 나노 와이어(종횡비 = 1:240) 80 g을 첨가하여 혼합하고, 상기 배합기에 혼합물 총 중량이 200 g이 되도록 에탄올을 첨가한 후 상기 배합기 내 혼합물질을 3,000 rpm의 회전속도로 3시간 교반하여 열전도성 접착제를 제조하였다.

[실시예 2] 48 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 입자 96 g 을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[실시예 3] 55 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 입자 110 g 을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[실시예 4] 60 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 입자 120 g 을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[실시예 5 내지 8] 0.1 중량%의 구리 나노 입자를 더 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1 내지 실시예 4에서 상기 구리 나노 와이어와 함께 입자직경이 318 ㎚인 구리 나노 입자(종횡비 = 1:1) 0.2 g을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[실시예 9 내지 12] 3 중량%의 구리 나노 입자를 더 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1 내지 실시예 4에서 상기 구리 나노 와이어와 함께 입자직경이 318 ㎚인 구리 나노 입자(종횡비 = 1:1) 6 g을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[비교예 1] 전도성 필러를 포함하지 않는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 와이어 및 구리 나노 입자를 첨가하지 않는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였으며, 상기 실험 2의 방법을 통하여 열전도성 접착제의 열전도도를 측정하였다.

[비교예 2] 3.1 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 입자 6.2 g 을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[비교예 3] 10 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 입자 20 g 을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[비교예 4] 22 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 입자 44 g 을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[비교예 5] 25 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 입자 50 g 을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[비교예 6] 30 중량%의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 실시예 1에서 상기 구리 나노 입자 60 g 을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

[비교예 7 내지 10] 판(flake)상 구리 파우더를 포함하는 열전도성 접착제 제조

상기 비교예 2 내지 비교예 4 및 실시예 2에서 상기 구리 나노 와이어를 대신하여 직경이 276 ㎍ 이고, 높이가 150 ㎚인 판상(flake shape) 구리 파우더(종횡비 = 1:0.0005)를 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 열전도성 접착제를 제조하였다.

상기 실험 1)의 방법을 통하여 상기 실시예 1 내지 실시예 12 및 비교예 1 내지 비교예 10로부터 제조된 열전도성 접착제의 열전도도 측정 결과를 하기 표 1 및 도 1에 도시하였다.

	전도성 필러 함량 (중량%)		열전도도 (W/mK)
	구리 나노 와이어 또는 판상 구리 파우더	구리 나노 입자
실시예 1	40	-	1.211
실시예 2	48	-	1.403
실시예 3	55	-	1.517
실시예 4	60	-	1.608
실시예 5	40	0.1	1.296
실시예 6	48	0.1	1.471
실시예 7	55	0.1	1.524
실시예 8	60	0.1	1.629
실시예 9	40	3	1.337
실시예 10	48	3	1.493
실시예 11	55	3	1.570
실시예 12	60	3	1.742
비교예 1	-	-	0.259
비교예 2	3.1	-	0.304
비교예 3	10	-	0.206
비교예 4	22	-	0.328
비교예 5	25	-	0.421
비교예 6	30	-	0.516
비교예 7	3.1 (판상)	-	0.364
비교예 8	10 (판상)	-	0.369
비교예 9	22 (판상)	-	0.385
비교예 10	48 (판상)	-	0.425

상기 표 1의 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 6의 결과를 통하여, 본 발명의 구리 나노 와이어의 함량비를 만족할 경우 상기 구리 나노 와이어의 함량이 증가함에 따라 열전도성 접착제의 열전도도가 현저히 향상됨을 확인할 수 있다. 특히 그 중, 구리 나노 와이어가 열전도성 접착제 총 중량에 대하여 40 중량% 포함된 실시예 1의 경우, 구리 나노 와이어를 30 중량% 포함하는 비교예 6의 열전도성 접착제에 비해 접착제의 열전도도가 230 % 이상 향상되는, 쉽게 예상치 못한 현저한 열전도도 향상 효과를 보임을 확인할 수 있으며, 이에 따라 본 발명에서 제시하는 바와 같이 구리 나노 와이어를 접착제 총 중량에 대하여 40 내지 60 중량% 포함함으로써 열전도도가 현저히 향상된 접착제의 제조가 가능함을 알 수 있다.

또한, 상기 표 1 및 도 1을 통하여, 와이어 형태의 전도성 필러를 40 내지 60 중량% 포함함으로써 접착제가 나타내는 열전도도가 현저히 향상됨을 알 수 있다. 상세하게는, 구리 나노 와이어를 48 중량% 포함하는 본 발명 실시예 2의 열전도성 접착제의 경우, 동일 함량의 판(flake)상 구리 파우더를 포함하는 비교예 10의 열전도성 접착제에 비해 330 % 높은 열전도도를 가짐을 확인할 수 있다. 상기 결과는, 25 중량% 미만의 구리 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제(비교예 2 내지 4)의 경우, 동일 함량의 판(flake)상 구리 파우더를 포함하는 접착제(비교예 7 내지 9)에 비해 낮은 열전도도를 나타내는 결과를 고려할 때, 열전도도가 급격하게 향상된 것임을 알 수 있다. 상기 결과를 통하여, 본 발명에서 제시한 종횡비를 가지는 와이어 형태의 금속물질을 40 내지 60 중량% 포함함으로써 열전도성 접착제가 나타내는 열전도도를 효과적으로 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

더불어, 상기 표 1의 실시예 1 내지 실시예 12의 결과를 통하여, 전도성 필러로써 본 발명의 구리 나노 와이어와 함께 소량의 구리 나노 입자를 더 포함할 경우 첨가하는 구리 나노 입자의 함량에 비해 열전도도가 현저히 향상되는 효과가 나타나, 본 발명의 구리 나노 와이어 함량을 만족하며 구리 나노 입자를 더 포함할 경우 1.4 W/mK 이상의 열전도도를 나타내는 열전도성 접착제가 용이하게 제조될 수 있음을 알 수 있다.

상기 실험 2의 결과인 표 1로부터, 본 발명을 통해 높은 열전도도를 위한 전도성 필러의 다량 첨가로 인해 열경화성 바인더의 함량이 줄어들어 접착성능이 저하되는 종래 열전도성 접착제 기술의 문제점이 효과적으로 개선되어, 높은 접착성능 및 방열효과를 동시에 나타내는 열전도성 접착제를 제조할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

Claims (9)

1. 열경화성 액상 바인더 및 접착제 총 중량에 대하여 40 중량% 이상의 금속 나노 와이어를 포함하는 열전도성 접착제.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속은 금, 은, 니켈, 아연, 주석, 백금 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 접착제.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 금속 나노 와이어는 길이가 1 내지 70 ㎛이며, 굵기가 1 내지 500 ㎚인 것을 특징으로 하는 열전도성 접착제.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 금속 나노 와이어는 종횡비가 1:30 내지 1:5,000 인 것을 특징으로 하는 열전도성 접착제.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 열경화성 액상 바인더는 페놀계 수지, 요소 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 접착제.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 열경화성 액상 바인더는 비스페놀A 디글리시딜 에테르, 비스페놀F 디글리시딜 에테르, 페놀-노볼락 에폭시, 크레졸-노볼락 에폭시, 비스페놀A 노볼락 에폭시 및 디글리시딜 테레프탈레이트를 포함하는 열전도성 접착제.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 열전도성 접착제는 지방족 폴리아민계 화합물, 방향족 폴리아민계 화합물, 산무수물계 화합물, 이미다졸계 화합물, 이소시아네이트계 화합물 및 폴리페놀계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 경화제를 더 포함하는 열전도성 접착제.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 열전도성 접착제는 입자 직경이 1 내지 500 ㎚인 금속 나노 입자를 더 포함하는 열전도성 접착제.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 열전도성 접착제는 증점제, 가소제, 난연제, 안정화제 및 항산화제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 열전도성 접착제.
   

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