KR20180001609A

KR20180001609A - 질화보론/폴리머 복합체의 제조방법

Info

Publication number: KR20180001609A
Application number: KR1020160078993A
Authority: KR
Inventors: 김효태; 이미재; 김유진; 이성태; 이성환
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2018-01-05

Abstract

본 발명은 질화보론/폴리머 복합체의 제조방법을 개시한다. 본 발명에 의한 상기 제조방법은 질화보론 출발원료 분말을 용제에 혼합하여 질화보론 슬러리를 제조하는 단계와, 상기 질화보론 슬러리로부터 질화보론 응집체 그래뉼을 형성하고 소결하는 단계와, 소결된 상기 질화보론 응집체 그래뉼을 폴리머 수지와 혼합하여 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 제조하는 단계와, 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리로부터 질화보론/폴리머 복합체를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

질화보론/폴리머 복합체의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF BORON NITRIDE/POLYMER COMPOSITE}

본 발명은 질화보론/폴리머 복합체의 제조방법에 관한 것으로, 상기 복합체의 열 전도도를 크게 향상시키는 질화보론/폴리머 복합체의 제조방법에 관한 것이다.

최근 전자기기와 고방열 부품에 적용되는 TIM(Thermnal Interface Material)의 재료로서 고열전도성 필러(filler) 소재와 고분자 소재가 혼합된 고열전도 복합체가 주목받고 있다.

일반적으로 이러한 고열전도 복합체는 상기 필러 소재가 열전도성이 우수하나 접착력이 없으므로 이를 보강하기 위해 접착력이 우수하지만 열전도성은 낮은 고분자 소재와 결합시켜 복합재로서 구성된다. 즉, 상기 복합체의 조성은 기지상(matrix) 재료인 고분자 소재와, 금속, 카본이나 세라믹 소재 등의 입자로 되는 필러로 구성된다. 상기 복합체는 유동형으로서는 열전도성(thermal) 페이스트로, 비유동형으로서는 열전도성 필름 또는 테이프로 형성되어 사용될 수 있다.

위와 같은 고열전도 복합체는 함유된 필러가 금속이나 카본으로 되면 전도성으로 되고 세라믹 소재로 되면 절연성으로 된다.

예컨대, 전도성 고열전도 복합체에 관한 종래 기술로서, 그래핀(graphene), 그라파이트(graphite), 탄소나노튜브(carbon nano tube) 등과 같은 탄소 나노구조체를 필러로서 사용하는 기술들이 개시된 바 있다[특허 제10-1148784호(2012. 5. 24 공고) "방열시트용 조성물 및 그 제조방법", 특허 제10-1413996호(2014. 7. 4 공고) "카본 하이브리드 필러를 포함하는 방열 복합체 및 그 제조방법" 등].

또한, 절연성 고열전도 복합체에 관한 종래 기술로서, 고분자 재료에 AlN, Al₂O₃, BN, SiC, BeO 등과 같이 높은 열 전도도와 절연특성을 동시에 갖는 세라믹 분말을 혼합한 조성이 개시된 바 있다[특허 제10-1573898호(2015. 12. 2 공고) "방열 시트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 방열 시트를 포함하는 열전도성 복합 시트"].

특히, 주목받는 절연성 고열전도 복합체 조성으로는 알루미나/폴리머 수지 복합체 조성과 질화보론(BN)/폴리머 수지 복합체 조성을 예로 들 수 있다. 그런데, 열 전도도가 알루미나 소재는 18~23W/m·K 정도인 반면에 BN 소재는 50~80W/m·K나 되므로, 알루미나/폴리머 수지 복합체는 질화보론(BN)/폴리머 수지 복합체의 열 전도도에는 미치지 못한다.

일반적으로, 위와 같은 질화보론(BN)/폴리머 수지 복합체 필름에서 필러인 질화보론(BN)은 플레이크(flake) 또는 이를 기계적 또는 물리적 방법으로 더욱 얇게 박리한 나노시트(nano sheet)를 사용한다.

그런데, 이러한 BN 플레이크나 BN 나노시트는 입자가 판상형이므로, 폴리머 수지와의 혼합시 구상형 분말에 비해 입자의 흐름성이 좋지 않고, 또한 복합체 필름 제조공정에서 응고시 입자끼리 서로 유동성이 원활하지 않아 복합체 내의 필러 분산이 비교적 어렵다.

더욱이, TIM 제품 중에서 열전달 페이스트와 같은 유동형 TIM 소재의 경우, 언더필 공정이나 인쇄공정에서는 페이스트의 흐름성과 레올로지 제어가 중요한데, 위와 같은 판상형 필러 소재의 경우에는 입자의 흐름성과 인쇄성이 좋지 않고 더구나 고체분율을 증가시키는 데에도 어려움이 따른다.

이에 따라, 본 발명은 질화보론(BN)/폴리머 복합체에서 필러로서 사용되는 질화보론(BN) 입자의 흐름성을 크게 증진하고 점도를 낮춤으로써 최대한의 BN 필러 로딩을 달성하여 상기 복합체의 열 전도도를 크게 향상시킬 수 있는 질화보론(BN)/폴리머 복합체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 질화보론/폴리머 복합체의 제조방법은 질화보론 출발원료 분말을 용제에 혼합하여 질화보론 슬러리를 제조하는 단계와, 상기 질화보론 슬러리로부터 질화보론 응집체 그래뉼을 형성하고 소결하는 단계와, 소결된 상기 질화보론 응집체 그래뉼을 폴리머 수지와 혼합하여 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 제조하는 단계와, 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리로부터 질화보론/폴리머 복합체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 질화보론 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 질화보론 슬러리에 Y₂O₃를 첨가할 수 있다. 이러한 Y₂O₃의 첨가량은 상기 질화보론 출발원료 분말의 총량대비 1~10wt% 범위로 될 수 있다. 또한, 상기 질화보론 출발원료 분말은 질화보론 플레이크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 질화보론 응집체 그래뉼을 형성하고 소결하는 단계는 상기 질화보론 슬러리를 분무 건조하여 상기 질화보론 응집체 그래뉼을 형성할 수 있다. 또한, 상기 소결의 온도범위는 1600~1850℃로 될 수 있다.

또한, 상기 질화보론 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 질화보론 슬러리에 분산제 및 결합제 중의 하나 이상을 첨가할 수 있다. 상기 분산제가 첨가되는 경우, 상기 분산제는 상기 질화보론 출발원료 분말의 함량 대비 0.4~1.0wt% 범위로 첨가될 수 있고, 상기 분산제는 비이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 알킬 암모늄염계 공중합체, 알킬 올모늄염 공중합체, 에스테르 비이온계, 어유, 폴리아크릴레이트 및 암모니움 폴리메타크릴레이트 중의 하나 이상으로 될 수 있다. 상기 결합제가 첨가되는 경우, 상기 결합제는 상기 질화보론 출발원료 분말의 함량 대비 0.3~4.0wt% 범위로 첨가될 수 있고 상기 결합제는 PVA(Poly Vinyl Alcohol)로 될 수 있다. 또한, 상기 질화보론 슬러리에는 소포제를 더 첨가할 수 있다.

또한, 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 소결된 상기 질화보론 응집체 그래뉼은 상기 폴리머 수지와의 상대분율이 10~70 vol% 범위에서 혼합될 수 있다. 또한, 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리에 경화제를 첨가할 수 있다. 상기 폴리머 수지:경화제의 당량비는 1:0.8 ~ 1:1.2의 범위로 조절될 수 있다. 또한, 상기 폴리머 수지는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리아크릴레이트(polyarcrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyarcrylonitrile), 폴리에스터(polyester). 폴리아미드(polyamide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리우레아(polyurea), 폴리(우레탄우레아)(poly(urethaneurea)), 폴리에폭시(polyepoxy), 폴리(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)(poly(arcrylonitrile butadiene styrene)), 폴리이미드(polyimide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리(아릴렌 에테르)(ploy(arylene ether)), 폴리(비닐 아세테이트)(poly(vinyl acetate)), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리페닐렌 설피드(polyphenylene sulfide), 폴리비닐 에스테르(polyvinyl ester), 폴리(비닐 클로라이드)(poly(vinyl chloride)), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 비스말레이미드 폴리머(bismaleimide polymer), 폴리안하이드라이드(polyanhydride), DGEBP(Diglycidylether of 4, 4’-hydroxybisphenol), 액정 결정성 폴리머(liquid crystalline polymer) 및 셀룰로스 폴리머(cellulose polymer)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다.

또한, 상기 질화보론/폴리머 복합체를 형성하는 단계에서 상기 질화보론/폴리머 복합체는 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 테이프 성형하여 필름으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 질화보론/폴리머 복합체는 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 건조한 후 핫 프레스하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 질화보론 출발원료 분말의 입경은 상기 질화보론/폴리머 복합체의 열 전도도 크기와 반비례하여 선택될 수 있다.

또한, 상기 질화보론 응집체 그래뉼을 형성하고 소결하는 단계에서 상기 소결의 온도는 상기 질화보론/폴리머 복합체의 열 전도도 크기와 비례하여 설정될 수 있다.

본 발명의 제조방법에 의하면, 질화보론(BN)/폴리머 복합체에서 필러로서 사용되는 질화보론(BN) 입자의 흐름성을 크게 증진하고 점도를 낮춤으로써 작업 가능한 점도에서 최대한의 BN 필러 로딩이 가능해져 상기 복합체의 열 전도도가 크게 향상된다. 본 발명의 제조방법은 절연성 고열전도 질화보론(BN)/폴리머 복합체의 제조방법으로서 매우 유망하다.

도 1a~1c는 본 발명의 일 실시예에서 입경(D₅₀)= 0.5㎛의 BN 출발원료 분말로부터 제조된 BN 슬러리를 사용하여 얻은 BN 응집체 그래뉼(열처리 전)의 입경을 보이는 전자현미경사진으로서, 도 1a는 ×200배, 도 1b는 ×1000배, 도 1c는 ×20000배 사진이고, 다만 도 1c는 BN 응집체 그래뉼(열처리 전)의 표면 사진이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에서 BN 응집체 그래뉼의 전자현미경 사진으로서, 상기 BN 응집체 그래뉼은 도 1a~1c과 동일하게 입경(D₅₀)= 0.5㎛의 BN 출발원료 분말로부터 제조하되 슬러리 조성과 제조조건에 약간의 변화를 가한 것이다.
도 3a~3c는 도 1a~1c의 BN 응집체 그래뉼을 여러 온도에서 소결한 것의 전자현미경 사진으로서, 각 소결온도는 도 3a는 1650℃, 도 3b는 1700℃, 도 3c는 1750℃이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에서 입경(D₅₀)= 1.5㎛의 BN 출발원료 분말로부터 제조된 BN 슬러리를 사용하여 얻은 BN 응집체 그래뉼(열처리 전)의 입경을 보이는 전자현미경사진으로서, 사용된 BN 슬러리의 조성과 분무 조건은 도 1a~1c와 동일하다.
도 5a~5c는 도 4의 BN 응집체 그래뉼을 여러 온도에서 소결한 것의 전자현미경 사진으로서, 각 소결온도는 도 5a는 1650℃, 도 5b는 1700℃, 도 5c는 1750℃이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에서 입경(D₅₀)= 5.0㎛의 BN 출발원료 분말로부터 제조된 BN 슬러리를 사용하여 얻은 BN 응집체 그래뉼(열처리 전)의 입경을 보이는 전자현미경사진으로서, 사용된 BN 슬러리의 조성과 분무 조건은 도 1a~1c와 동일하다.
도 7a~7c는 도 6의 BN 응집체 그래뉼을 여러 온도에서 소결한 것의 전자현미경 사진으로서, 각 소결온도는 도 7a는 1650℃, 도 7b는 1700℃, 도 7c는 1750℃이다.
이하, 위 도면들을 참조하며 본 발명을 설명한다.

전술한 바와 같이, 질화보론(BN)/폴리머 복합체에서 필러로서 사용되는 BN 플레이크(flake)나 BN 나노 시트(nano sheet)는 판상형이므로 특히 입자의 흐름성이 열악하여 복합체 내의 고체분율을 어느 수준 이상으로 높일 수가 없고 따라서 열 전도도의 향상이 제한될 수밖에 없다.

이에 관련하여, 본 발명자들은 질화보론/폴리머 복합체의 필러에 사용하는 질화보론 입자로서 구상의 응집체 그래뉼(grannule) 분말을 사용하면 입자의 흐름성이 크게 개선됨을 발견하였다. 이러한 BN 응집체 분말을 사용하여 질화보론/폴리머 복합체의 슬러리를 제조하면, 상기 슬러리의 점도가 낮아지고 흐름성이 증진되므로 더욱 많은 양의 필러를 분산시킬 수 있어 고체분율을 크게 늘릴 수 있다. 이는 곧 상기 복합체의 열 전도도가 향상됨으로 직결된다.

따라서, 본 발명에 의한 질화보론(BN)/폴리머 복합체의 제조방법은 i) 먼저 BN 응집체 그래뉼을 제조하는 단계와, ii) 상기 BN 응집체 그래뉼을 폴리머 수지와 혼합하여 질화보론(BN)/폴리머 복합체를 제조하는 단계를 포함한다.

즉, 본 발명에 있어서, 먼저 상용의 질화보론(BN) 분말 내지는 플레이크를 출발원료 분말로 하고 이의 슬러리를 제조한 다음, 분무 건조법을 포함한 모든 공지된 방법으로 구상의 그래뉼을 제조한다. 일 실시예로서, 상기 분무 건조법은 통상의 분무 건조기를 사용하여 상기 BN 그래뉼을 제조할 수 있다.

그리고, 위와 같이 제조된 그래뉼 응집체는 바람직하게는 1600~1850℃, 더 바람직하게는 1700~1850℃의 온도범위로 소결됨으로써 최종 제조될 수 있다. 이러한 BN 응집체 그래뉼은 구상으로서 바람직하게는 5~100㎛, 더 바람직하게는 5~50㎛, 더더욱 바람직하게는 5~25㎛의 입경범위를 가지며, 이러한 입경범위는 상기 열처리의 전과 후의 변화는 거의 없다.

이때, 본 발명의 일 구현예로서, 상기 BN 응집체 그래뉼의 소결밀도를 높이고 기공율을 낮추기 위하여 상기 BN 출발원료 분말에 소결조제로서 Y₂O₃를 상기 출발원료 분말의 총량대비 바람직하게는 1~10wt%, 더 바람직하게는 1~3wt% 첨가하여 슬러리를 제조할 수 있다. 이리하면, 상기 BN 응집체 그래뉼의 소결밀도가 증가하여 최종 제조된 질화보론(BN)/폴리머 복합체의 열 전도도가 향상된다.

그리고, 제조된 BN 응집체 그래뉼은 폴리머 수지 용액과 혼합되어 질화보론(BN)/폴리머 복합체 슬러리로 제조된다. 이때, 상기 복합체 슬러리에서의 혼합은 상기 BN 응집체 그래뉼의 폴리머 수지와의 상대분율이 10~50vol% 범위로서 수행될 수 있다.

본 발명에서, 상기 복합체 슬러리는 유동형으로서는 열전도성 페이스트의 형태로, 비유동형으로서는 열전도성 필름 또는 테이프의 형태로 각각 형성되어 질화보론(BN)/폴리머 복합체를 형성할 수 있으나, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고 고열전도 복합체의 공지된 모든 사용형태들을 포함한다. 본 발명의 일 구현예로서, 위의 슬러리는 필름으로 성형될 수 있고 이는 예를 들어 상기 복합체 슬러리를 용액 캐스팅(solution casting)함으로써 수행될 수 있다. 다른 일 구현예로서, 상기 복합체 슬러리는 핫 프레스(hot pressing)하여 질화보론(BN)/폴리머 복합체를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 이외에도 모든 공지된 성형공정을 사용할 수 있다.

위와 같은 본 발명에 의한 제조방법으로 제조된 질화보론(BN)/폴리머 복합체는 필러인 질화보론 입자로 구상의 응집체 그래뉼 분말을 사용함으로써 질화보론(BN)/폴리머 복합체 슬러리에 있어서 입자의 흐름성이 크게 향상되고 점도가 크게 낮아진다. 따라서, 작업이 가능한 점도에서 최대한 질화보론(BN)의 필러 로딩이 가능해지므로, 종래의 판상 질화보론(BN) 분말을 사용한 복합체에 비해 월등히 더 높은 열 전도도를 얻을 수 있다.

아래에서, 위와 같은 본 발명의 제조방법을 여러 실시예들을 통하여 해당 도면들을 참조하며 더 상세히 설명한다.

실시예

i) BN 응집체 그래뉼의 제조

가) BN 슬러리의 제조

본 발명에 의하면, 전술했듯이 상용의 질화보론(BN) 분말 내지는 플레이크를 출발원료 분말로 하여 질화보론(BN) 응집체 그래뉼을 제조한다. 본 발명은 이러한 출발원료 분말의 입경 크기에 한정되지 않으나, 대략 수㎚~10㎛ 범위의 입경을 갖는 출발원료 분말이면 더 바람직하다.

먼저, 용매에 분산제를 혼합한 용액에 상기 출발원료 분말을 혼합하여 질화보론(BN) 슬러리를 제조한다. 이때, 결합제 및/또는 소포제가 상기 용액에 첨가될 수 있다.

상기 용매는 증류수와 에탄올을 포함한 공지된 솔벤트로 될 수 있으나 에탄올을 사용할 경우 특수 제작된 분무 건조기를 추후 사용해야 하므로 증류수로 됨이 바람직하다.

그리고, 상기 분산제는 혼합되는 질화보론 고형분 함량 대비 0.4~1.0wt% 범위로 혼합될 수 있다. 상기 분산제는 비이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 알킬 암모늄염계 공중합체, 알킬 올모늄염 공중합체, 에스테르 비이온계, 어유(fish oil), 폴리아크릴레이트, 암모니움 폴리메타크릴레이트를 포함한 공지된 분산제 중의 하나 이상으로 될 수 있다.

또한, 상기 결합제는 혼합되는 질화보론 고형분 함량 대비 0.3~4.0wt% 범위로 첨가될 수 있고 PVA(Poly Vinyl Alcohol)를 포함한 공지된 결합제로 될 수 있다.

또한, 상기 소포제는 혼합되는 상기 슬러리에서 발생하는 거품의 양에 따라 임의로 첨가량을 조절 가능하고, 디메틸폴리실록산, 실리콘유, 실리콘 에멀젼과 같은 실리콘계 소포제와, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올과 같은 저급 알콜류, 그리고 옥탄올과 같은 고급알콜류 중의 하나 이상으로 될 수 있다.

본 발명에 의한 질화보론(BN) 슬러리를 제조하기 위한 일 실시예로서, 증류수와 분산제를 혼합하되, 분산제로서 암모니움 폴리메타크릴레이트를 혼합되는 BN 고형분 함량 대비 0.5wt% 정도 첨가하여 약 30분간 교반한 다음, BN 출발원료 분말을 중량비로 1:9로 혼합한다. 그리고, 10wt% PVA 수용액을 BN 고형분 함량 대비1.25wt% 첨가하여 다시 30분간 교반하고, 최종적으로 소포제로서 에탄올을 소량 넣어 약 30분간 교반함으로써 BN 슬러리를 제조할 수 있다.

나) BN 응집체 그래뉼의 제조

그리고, 본 발명에 의하면, 위와 같이 제조된 질화보론(BN) 슬러리를 분무 건조법을 포함한 모든 공지된 방법으로 구상의 그래뉼을 제조할 수 있다.

이러한 분무 건조에는 통상의 분무 건조기(atomizer 또는 spray dryer: DJ-SD011R, DOJNJIN ENG사 또는 B-290, BUCHI사)가 원하는 그래뉼의 입경범위에 따라 임의로 선택되어 사용될 수 있다. 일 실시예로서, 분무 건조기를 사용하여 투입부의 온도는 200℃, 토출부의 온도는 100℃, 구상화제조기(atomizer) 디스크의 회전수는 8,000rpm으로 각각 설정하고 상기 질화보론(BN) 슬러리를 투입하여 구상의 BN 응집체 그래뉼을 제조할 수 있다.

도 1a~1c는 입경(D₅₀)= 0.5㎛의 BN 출발원료 분말로부터 제조된 BN 슬러리를 사용하여 얻은 BN 응집체 그래뉼(열처리 전)의 입경을 보이는 전자현미경사진으로서, 도 1a는 ×200배, 도 1b는 ×1000배, 도 1c는 ×20000배 사진이고, 특히 도 1c는 BN 응집체 그래뉼(열처리 전)의 표면 사진이다.

상세하게는, 도 1a~1c의 슬러리 조성에서는 앞서 가)절의 실시예에서 준비된 질화보론(BN) 슬러리에, 상기 분산제로서 암모니움 폴리메타크릴레이트를 질화보론 고형분 함량 대비 0.5wt% 함량으로 첨가하고, 상기 결합제로서 10wt% PVA를 질화보론 고형분 함량 대비 1.25wt% 함량으로 첨가하고, 상기 소포제로서 에탄올을 소량 첨가하였다.

도 1a~1c를 보면, 형성된 BN 응집체 그래뉼은 구상의 응집체를 이루고 있고 그 입경범위는 대략 37~90㎛이다. 이러한 입경은 사용된 분무 건조기의 노즐과 분사압력, 입자발생기의 디스크 회전수, BN 슬러리의 고형분 분율, 점도 등의 변수 조절에 의해 임의로 변화시킬 수 있다.

예컨대, 도 2는 BN 응집체 그래뉼의 전자현미경 사진으로서, 도 1a~1c과 동일하게 입경(D₅₀)= 0.5㎛의 BN 출발원료 분말로부터 제조하되, 슬러리 조성은 BN 고형분 함량을 13wt%로 하고, 바인더로서 PVA/PEG(1:1) 10wt% 수용액을, 분산제로서 Dolapix PC21 1wt%를 사용하고, 캐리어 가스로서 질소 또는 공기를 유동속도 850L/hr로 하였으며, 소형 분무 건조기를 사용하고 투입부의 온도는 200℃, 토출부의 온도는 100℃로 하여 슬러리 조성과 제조조건에 약간의 변화를 가한 것이다. 도 2의 경우보다 더 작은 입경인 대략 5~25㎛ 입경범위의 BN 응집체 그래뉼을 갖는다.

도 3a~3c는 도 1a~1c의 BN 응집체 그래뉼을 여러 온도에서 소결한 것의 전자현미경 사진으로서, 각 소결온도는 도 3a는 1650℃, 도 3b는 1700℃, 도 3c는 1750℃이다.

한편, 다른 실시예들로서, 다른 입경들(즉, 1.5 및 5.0 ㎛)의 BN 출발원료 분말로부터 제조된 BN 슬러리를 사용하여 얻은 BN 응집체 그래뉼이 위와 마찬가지로 관찰된다.

즉, 도 4는 입경(D₅₀)= 1.5㎛의 BN 출발원료 분말로부터 제조된 BN 슬러리를 사용하여 얻은 BN 응집체 그래뉼(열처리 전)의 입경을 보이는 전자현미경사진으로서, 사용된 BN 슬러리의 조성과 분무 조건은 도 1a~1c와 동일하다. 도 5a~5c는 도 4의 BN 응집체 그래뉼을 여러 온도에서 소결한 것의 전자현미경 사진으로서, 각 소결온도는 도 5a는 1650℃, 도 5b는 1700℃, 도 5c는 1750℃이다.

그리고, 도 6은 입경(D₅₀)= 5.0㎛의 BN 출발원료 분말로부터 제조된 BN 슬러리를 사용하여 얻은 BN 응집체 그래뉼(열처리 전)의 입경을 보이는 전자현미경사진으로서, 사용된 BN 슬러리의 조성과 분무 조건은 도 1a~1c와 동일하다. 도 7a~7c는 도 6의 BN 응집체 그래뉼을 여러 온도에서 소결한 것의 전자현미경 사진으로서, 각 소결온도는 도 7a는 1650℃, 도 7b는 1700℃, 도 7c는 1750℃이다.

아래 표 1은 위의 도 1a~1c 및 도 3a~3c (입경(D₅₀)= 0.5㎛), 도 4 및 도 5a~5c (입경(D₅₀)= 1.5㎛), 그리고 도 6 및 도 7a~7c (입경(D₅₀)= 5.0㎛)의 각 BN 응집체 그래뉼로부터 얻은 소결전과 소결후의 각 비표면적 데이터를 정리한 것이다.

물질	입경 (㎛)	표면적 (m²/g)
물질	입경 (㎛)	소결전	1600 ℃ 소결	1650 ℃ 소결	1700 ℃ 소결	1750 ℃ 소결
질화보론 (BN)	0.5	18.041	23.232	23.195	21.014	16.933
	1.5	15.707	-	19.589	16.180	14.324
	5.0	8.051	-	10.910	9.757	8.027

표 1을 보면, BN 응집체 그래뉼의 비표면적은 소결온도가 높아짐에 따라 감소함을 알 수 있고, 이는 BN 그래뉼의 치밀화가 증가함을 나타낸다. 그리고, BN 출발원료 분말의 입경이 클수록 BN 응집체 그래뉼의 비표면적이 낮아짐을 알 수 있다.

또한, BN 출발원료 분말의 입도가 작을수록 BN 응집체 그래뉼의 소결온도 증가에 따른 비표면적 감소율은 약간 커진다. 즉, 0.5㎛ BN 출발원료 분말의 경우 1,650℃ 열처리시 비표면적이 23.195m²/g에서 1,750℃ 열처리시 16.933m²/g으로 약 27% 감소하지만, 5㎛ BN 출발원료 분말의 경우에는 1,650℃ 열처리시 비표면적이 10,91m²/g 에서 1,750℃ 열처리시 8.027m²/g으로 약 26% 감소하였다.

ii) 질화보론 ( BN )/ 폴리머 복합체의 제조

그리고, 앞 절과 같이 제조된 BN 응집체 그래뉼은 폴리머 수지 용액과 혼합되어 질화보론(BN)/폴리머 복합체 슬러리로 제조되며, 이러한 슬러리는 유동형인 열전도성 페이스트, 또는 비유동형인 열전도성 필름이나 테이프의 형태로 각각 형성되어 질화보론(BN)/폴리머 복합체를 형성한다. 전술했듯이 비유동형인 열전도성 필름 또는 테이프의 형태는 본 발명의 일 구현예로서 용액 캐스팅(solution casting)으로, 다른 일 구현예로서 핫프레스(hot pressing)로 제조될 수 있다.

먼저 용액 캐스팅에 의한 본 발명의 일 구현예로서, 폴리머 수지와 경화제를 용제에 교반 혼합하여(예컨대, 60~150℃의 온도범위에서) 폴리머 수지 용액을 제조한 후, 이러한 폴리머 수지 용액에 앞 절에서 제조된 BN 응집체 그래뉼을 상기 폴리머 수지 와의 상대분율이 10~70 vol%, 더 바람직하게는 10~50 vol%의 범위로 되도록 첨가하여 교반 혼합함으로써(예컨대, 60~150℃의 온도범위에서) 질화보론(BN)/폴리머 복합체 슬러리를 제조한다. 그리고, 이러한 슬러리는 통상의 테이프 형성기(tape casting M/C)를 거쳐 필름으로 성형된다.

이 구현예에서, 사용 가능한 상기 폴리머 수지는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리아크릴레이트(polyarcrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyarcrylonitrile), 폴리에스터(polyester). 폴리아미드(polyamide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리우레아(polyurea), 폴리(우레탄우레아)(poly(urethaneurea)), 폴리에폭시(polyepoxy), 폴리(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)(poly(arcrylonitrile butadiene styrene)), 폴리이미드(polyimide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리(아릴렌 에테르)(ploy(arylene ether)), 폴리(비닐 아세테이트)(poly(vinyl acetate)), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리페닐렌 설피드(polyphenylene sulfide), 폴리비닐 에스테르(polyvinyl ester), 폴리(비닐 클로라이드)(poly(vinyl chloride)), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 비스말레이미드 폴리머(bismaleimide polymer), 폴리안하이드라이드(polyanhydride), DGEBP(Diglycidylether of 4, 4’-hydroxybisphenol), 액정 결정성 폴리머(liquid crystalline polymer) 및 셀룰로스 폴리머(cellulose polymer)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다.

또한, 사용 가능한 상기 경화제는 m-톨리딘(m-tolidin, 4,4’-diamino-2,2’-dimethylbiphenyl), 다이아미노다이페닐설폰(DDS, diaminodiphenyl sulphone) 및 4,4’-다이아미노다이페닐메탄(DDM, 4,4’-diaminodiphenyl methane)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있고, 일반적으로 혼합시 상기 폴리머 수지와의 당량비(폴리머 수지:경화제)를 1:0.8 ~ 1:1.2의 범위로 조절함이 바람직하다. 또한, 사용 가능한 상기 용제는 다이메틸포름아미드(DMF, dimethylformamide), 테트라히드로푸란(THF, tetrahydrofuran), 아세톤(acetone) 및 포름산(formic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다.

일 실시예로서, 아래 화학식 I의 DGEBP(Diglycidylether of 4, 4’-hydroxybisphenol) (149g/eq) 에폭시 솔루션에 앞서 i).나)절에서 제조된 BN 응집체 그래뉼을 상기 에폭시 수지와의 상대분율이 10~50 vol%이 되도록 첨가한 다음, 60℃에서 6시간 정도 교반 혼합하고, 이를 테이프 성형기를 거쳐 100~150℃로 약 3시간 정도 필름으로 성형함으로써, 질화보론(BN)/폴리머 복합체를 제조할 수 있다.

(화학식 I)

한편, 핫 프레스에 의한 본 발명의 일 구현예는 전술한 대로 제조된 질화보론(BN)/폴리머 복합체 슬러리를 건조한 후 핫 프레스함으로써 질화보론(BN)/폴리머 복합체를 제조하는 것이다. 일 실시예로서, 이러한 핫 프레스는 100~140℃에서 15~150MPa의 압력으로 30분~4시간 가압성형하여 수행될 수 있다.

iii) 질화보론 ( BN )/ 폴리머 복합체의 열전도 특성 평가

앞 절에서 제조된 질화보론(BN)/폴리머 복합체들의 특성을 평가한다.

먼저, 아래 표 2와 표 3은 0.5㎛ 질화보론(BN) 출발원료 분말을 사용하여 BN 응집체 그래뉼을 제조하고 1750℃에서 4시간 소결한 다음, DGEBP 에폭시 수지와 혼합하여 제조한 질화보론(BN)/폴리머 복합체 슬러리의 데이터이다.

표 2는 상기 복합체 슬러리를 용액 캐스팅하여 형성한 BN/폴리머 복합체의 열전도 특성을, 표 3은 상기 복합체 슬러리를 핫 프레스하여 형성한 BN/폴리머 복합체의 열전도 특성을 각각 나타낸다. 표 2 및 표 3에서, 열 확산율(thermal diffusivity: ㎜²/s)은 열 에너지의 확산계수로서 재료 주위의 온도가 변화할 때 상기 재료의 온도 변화속도를 나타내는 정수로서, 복합체의 열 전도도(thermal conductivity: W/m·K)는 다음 식 1과 같이 구해진다:

열 전도도 = 열 확산율 × 비열 × 밀도 (식 1)

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.301	1.556	1.313	0.615
20	0.374	1.213	1.511	0.685
30	0.716	1.103	1.668	1.319
40	1.148	0.969	1.800	2.003
50	1.457	0.901	1.913	2.512

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.328	1.498	1.313	0.645
20	0.418	1.289	1.511	0.815
30	0.854	1.121	1.668	1.597
40	1.541	0.958	1.800	2.658
50	1.937	0.899	1.913	3.331

표 2를 참조하면, 순수 에폭시 필름의 열 전도도가 0.591W/m·K인 것이 BN 응집체 그래뉼의 함량이 10 내지 50 vol%로 증가함에 따라 2.512W/m·K로 증가함을 알 수 있다. 한편, 표 2와 동일 소재로 구성된 복합체 필름을 핫 프레스로 제조한 경우는 표 3과 같이 BN 응집체 그래뉼의 함량이 50vol%일 경우 3.331W/m·K로 증가하였음을 관찰할 수 있다.

또한, 아래 표 4와 표 5는 다만 1.5㎛ 질화보론(BN) 출발원료 분말을 사용한다는 점만이 위의 표 2 및 표 3과 다를 뿐이고 나머지 모든 것, 즉 복합체 슬러리 조성과 제조공정은 모두 표 2 및 표 3의 것과 동일하다. 표 4는 상기 복합체 슬러리를 용액 캐스팅하여 형성한 BN/폴리머 복합체의 열전도 특성을, 표 5는 상기 복합체 슬러리를 핫 프레스하여 형성한 BN/폴리머 복합체의 열전도 특성을 각각 나타낸다.

아울러, 아래 표 6과 표 7도 마찬가지로 다만 5.0㎛ 질화보론(BN) 출발원료 분말을 사용한다는 점만이 위의 표 2 및 표 3과 다를 뿐이고 나머지 모든 것, 즉 복합체 슬러리 조성과 제조공정은 모두 표 2 및 표 3의 것과 동일하다. 표 6은 상기 복합체 슬러리를 용액 캐스팅하여 형성한 BN/폴리머 복합체의 열전도 특성을, 표 7은 상기 복합체 슬러리를 핫 프레스하여 형성한 BN/폴리머 복합체의 열전도 특성을 각각 나타낸다.

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.312	1.583	1.221	0.603
20	0.365	1.315	1.388	0.666
30	0.699	1.220	1.526	1.301
40	1.092	0.963	1.701	1.789
50	1.409	0.884	1.789	2.228

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.328	1.544	1.236	0.626
20	0.403	1.300	1.401	0.734
30	0.801	1.111	1.591	1.416
40	1.416	0.988	1.727	2.417
50	1.835	0.885	1.851	3.006

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.320	1.541	1.221	0.602
20	0.351	1.278	1.369	0.614
30	0.681	1.124	1.502	1.150
40	1.009	0.934	1.699	1.601
50	1.215	0.912	1.756	1.946

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.325	1.603	1.184	0.617
20	0.395	1.289	1.367	0.696
30	0.754	1.087	1.541	1.263
40	1.187	0.928	1.713	1.887
50	1.412	0.899	1.828	2.320

위의 표 2~7에 기초하면, BN 응집체 그래뉼의 출발원료 분말의 입경이 가장 작은 0.5㎛급 원료분말을 사용한 복합체의 열 전도도가 가장 높았다. 즉, BN 응집체 그래뉼의 출발원료 분말의 입경이 작을수록 BN 응집체 그래뉼의 소결밀도가 좋아지고 따라서 소결된 BN 응집체 그래뉼의 밀도가 높아져 결과적으로 이러한 그래뉼을 사용한 BN/폴리머 복합체의 열 전도도가 증가함을 알 수 있다.

또한, BN 응집체 그래뉼의 소결온도를 상승시키면 BN/폴리머 복합체의 열 전도도는 증가한다. 이를 아래 표 8과 표 9에 나타낸다.

표 8과 표 9는 다만 BN 응집체 그래뉼의 소결온도를 상승시켜 1800℃에서 4시간으로 수행한 것만 제외하고는 표 2 및 표 3과 모든 것이 동일하며, 표 8은 제조된 복합체 슬러리를 용액 캐스팅하여 형성한 BN/폴리머 복합체의 열전도 특성을, 표 9는 상기 복합체 슬러리를 핫 프레스하여 형성한 BN/폴리머 복합체의 열전도 특성을 각각 나타낸다.

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.352	1.488	1.313	0.688
20	0.463	1.319	1.511	0.922
30	0.833	1.113	1.668	1.546
40	1.655	0.911	1.800	2.714
50	1.963	0.878	1.913	3.297

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.411	1.456	1.313	0.786
20	0.787	1.214	1.511	1.443
30	1.283	1.100	1.668	2.354
40	2.149	0.921	1.800	3.562
50	2.354	0.907	1.913	4.085

위의 표 8과 표 9에 나타나듯이, BN 응집체 그래뉼의 열처리 온도를 상승시키면, BN 응집체 그래뉼을 구성하는 개별 BN 입자들끼리의 결속력이 더욱 좋아지고 결과적으로 BN 응집체 그래뉼의 치밀도가 증가하고 그래뉼의 비표면적은 줄어드는 효과로 인하여 종국적으로 BN/폴리머 복합체의 열 전도도가 증가한다. BN 응집체 그래뉼을 50vol% 로딩시 열 전도도는, 용액 캐스팅에 의한 표 8은 3.297W/m·K까지, 핫 프레스에 의한 표 9는 4.085W/m·K까지 증가함을 보인다.

iv) Y ₂ O ₃ 첨가에 따른 질화보론 ( BN )/ 폴리머 복합체의 열전도 특성의 평가

또한, 본 발명에 의하면, BN 슬러리의 조성에 소결조제로서 Y₂O₃를 첨가하면 최종 BN/폴리머 복합체의 열 전도도가 향상될 수 있다.

이의 실시예들로서, BN 출발원료 분말에 Y₂O₃를 각각 1wt%, 2wt%, 3w% 첨가하여 1600℃, 2%H₂-N₂ 분위기에서 4시간 소결한 BN 응집체 그래뉼을 BN/폴리머 복합체의 제조에 사용할 수 있다. 이의 열전도 특성을 표 10~13에 나타낸다. 표 10은 Y₂O₃를 첨가하지 않은 조성, 표 11은 1wt% Y₂O₃를 첨가한 조성, 표 12는 2wt% Y₂O₃를 첨가한 조성, 표 13은 3wt% Y₂O₃를 첨가한 조성의 각 복합체의 열 전도도를 나타낸다.

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.320	1.582	1.215	0.615
20	0.571	1.104	1.426	0.899
30	0.871	1.142	1.599	1.591
40	1.578	0.916	1.715	2.478
50	1.832	0.920	1.838	3.009

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.332	1.537	1.229	0.627
20	0.652	1.001	1.433	0.934
30	0.991	1.036	1.552	1.593
40	1.609	0.919	1.701	2.514
50	1.851	0.899	1.816	3.022

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.338	1.531	1.235	0.639
20	0.633	1.028	1.446	0.941
30	0.990	1.015	1.601	1.608
40	1.623	0.893	1.735	2.515
50	1.885	0.911	1.851	3.178

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.343	1.531	1.100	0.651
20	0.683	1.001	1.239	0.993
30	0.989	1.023	1.453	1.611
40	1.585	0.911	1.592	2.536
50	1.926	0.903	1.751	3.210

위의 표 10~13으로부터, BN/폴리머 복합체의 열 전도도는 함유된 BN 함량이 50vol%인 경우, 3.009W/m·K에서 Y₂O₃ 첨가량을 점차 증가함에 따라 각각 3.022, 3.178 및 3.210W/m·K로 증가함을 알 수 있다.

한편으로, 표 10~13에서의 소결온도를 상승시켜 1650℃, 2%H₂-N₂ 분위기에서 4시간 소결 제조한 BN 응집체 그래뉼을 사용하여 BN/폴리머 복합체를 제조하는 경우, 이의 열전도도는 앞서 살폈듯이 증가한다. 이를 아래 표 14~17에 나타내며, 표 14는 Y₂O₃를 첨가하지 않은 조성, 표 15는 1wt% Y₂O₃를 첨가한 조성, 표 16은 2wt% Y₂O₃를 첨가한 조성, 표 17은 3wt% Y₂O₃를 첨가한 조성의 각 복합체의 열 전도도를 나타낸다.

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.323	1.520	1.261	0.619
20	0.586	1.095	1.401	0.899
30	0.870	1.203	1.531	1.603
40	1.581	0.927	1.706	2.501
50	1.860	0.902	1.812	3.039

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.333	1.520	1.245	0.630
20	0.630	1.006	1.421	0.901
30	0.902	1.187	1.521	1.629
40	1.661	0.897	1.711	2.549
50	1.878	0.909	1.831	3.126

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.351	1.435	1.261	0.635
20	0.526	1.201	1.429	0.903
30	0.899	1.189	1.591	1.700
40	1.662	0.952	1.700	2.691
50	1.921	0.932	1.829	3.275

에폭시 내 BN 함량 (vol%)	열 확산율 (mm²/s)	Cp (J/gK)	밀도 (g/cm³)	열 전도도 (W/m·K)
0	0.314	1.712	1.100	0.591
10	0.364	1.423	1.270	0.658
20	0.632	1.022	1.433	0.927
30	0.866	1.319	1.589	1.815
40	1.731	0.942	1.721	2.806
50	2.012	0.954	1.838	3.528

위의 표 14~17을 보면, 소결온도를 상승시킴에 따라 표 10~13과 대비하여 Y₂O₃가 첨가된 조성에서 3.126~3.528W/m·K로 증가함을 알 수 있다. 이는 앞서도 살폈지만 Y₂O₃가 첨가된 조성에서도 BN 응집체 그래뉼의 소결온도를 증가시킴으로써 BN/폴리머 복합체의 열전도도가 향상됨을 나타낸다.

v) 질화보론 ( BN )/ 폴리머 복합체의 점도 특성의 평가

앞서 살폈듯이, 질화보론(BN)/폴리머 복합체에서 필러로서 사용되는 BN 플레이크는 판상형이므로 입자의 흐름성이 열악하여 복합체 내의 고체분율을 어느 수준 이상으로 높일 수가 없고 따라서 열 전도도의 향상이 제한될 수밖에 없다.

반면에, 본 발명은 상기 필러에 사용하는 질화보론 입자로서 구상의 BN 응집체 그래뉼을 사용함으로써 입자의 흐름성을 크게 개선한다. 이러한 BN 응집체 분말을 사용하여 질화보론/폴리머 복합체의 슬러리를 제조함으로써 슬러리의 점도가 낮아지고 흐름성이 증진되므로 더욱 많은 양의 필러를 분산시킬 수 있어 고체분율을 크게 늘릴 수 있고 상기 복합체의 열 전도도가 크게 향상된다.

아래 표 18은 비교예로서 BN 플레이크와 본 발명의 실시예로서 BN 응집체 그래뉼을 각각 30vol% 동일량으로 사용하여 BN/폴리머 복합체 페이스트를 제조하고 서로의 점도를 대비한 것이다.

필러로서 사용된 BN 입자	스핀들 속도(rpm)	점도(cps)
0.5㎛ 플레이크	0.1	46,500
	0.5	22,500
	0.6	20,416
	1.0	17,300
	2.0	16,400
	3.0	16,000
	5.0	15,770
	6.0	14,920
	10.0	14,808
	20.0	12,592
	30.0	11,738
	50.0	11,043
0.5㎛ 그래뉼	0.1	38,500
	0.5	16,100
	0.6	15,083
	1.0	12,580
	2.0	12,450
	3.0	11,375
	2.0	11,316
	6.0	10,825
	10.0	10,375
	20.0	9,197
	30.0	9,130
	50.0	9,078

위의 표 18로부터, BN 응집체 그래뉼을 사용한 본 발명의 실시예는 BN 플레이크를 사용한 비교예보다 BN/폴리머 복합체 페이스트의 점도가 더 낮음을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 표 18에서는 기재하지 않았으나, 전술한 소결조제인 Y₂O₃를 첨가한 조성의 경우 표 18보다 더 낮은 점도를 나타내어 최소 8520cps(50.0 rpm에서)까지 육박함이 관찰된다.

위와 같이, 본 발명에 따른 BN/폴리머 복합체 페이스트는 종래보다 크게 낮은 점도를 제공하므로, 방열 패키징 언더필(underfill)이나 방열 필름을 제조함에 있어서 필러 입자의 흐름성이 상대적으로 더 좋을 뿐 아니라, 작업 가능한 점도에서 최대한의 BN 필러 로딩이 가능해져 BN/폴리머의 복합체 페이스트나 복합체 필름의 열전도도를 크게 높일 수 있어 매우 유리하다.

상술한 본 발명의 바람직한 실시예들의 제반 특성은 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

질화보론/폴리머 복합체의 제조방법에 있어서,
질화보론 출발원료 분말을 용제에 혼합하여 질화보론 슬러리를 제조하는 단계와;
상기 질화보론 슬러리로부터 질화보론 응집체 그래뉼을 형성하고 소결하는 단계와;
소결된 상기 질화보론 응집체 그래뉼을 폴리머 수지와 혼합하여 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 제조하는 단계와;
상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리로부터 질화보론/폴리머 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 질화보론 슬러리를 제조하는 단계는 상기 질화보론 슬러리에 Y₂O₃를 첨가하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 Y₂O₃의 첨가량은 상기 질화보론 출발원료 분말의 총량대비 1~10wt% 범위로 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 질화보론 출발원료 분말은 질화보론 플레이크를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론 응집체 그래뉼을 형성하고 소결하는 단계에서 상기 질화보론 응집체 그래뉼은 상기 질화보론 슬러리를 분무 건조함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론 슬러리를 제조하는 단계는 상기 질화보론 슬러리에 분산제 및 결합제 중의 하나 이상을 첨가하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 질화보론 슬러리를 제조하는 단계는 상기 질화보론 슬러리에 소포제를 첨가하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 분산제가 첨가되는 경우, 상기 분산제는 상기 질화보론 출발원료 분말의 함량 대비 0.4~1.0wt% 범위로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 분산제가 첨가되는 경우, 상기 분산제는 비이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 알킬 암모늄염계 공중합체, 알킬 올모늄염 공중합체, 에스테르 비이온계, 어유, 폴리아크릴레이트 및 암모니움 폴리메타크릴레이트 중의 하나 이상으로 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 결합제가 첨가되는 경우, 상기 결합제는 상기 질화보론 출발원료 분말의 함량 대비 0.3~4.0wt% 범위로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 결합제가 첨가되는 경우, 상기 결합제는 PVA(Poly Vinyl Alcohol)로 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론 응집체 그래뉼을 형성하고 소결하는 단계에서 상기 소결의 온도범위는 1600~1850℃인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 소결된 상기 질화보론 응집체 그래뉼은 상기 폴리머 수지와의 상대분율이 10~70 vol% 범위에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 제조하는 단계는 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리에 경화제를 첨가하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 폴리머 수지는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리아크릴레이트(polyarcrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyarcrylonitrile), 폴리에스터(polyester). 폴리아미드(polyamide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리우레아(polyurea), 폴리(우레탄우레아)(poly(urethaneurea)), 폴리에폭시(polyepoxy), 폴리(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)(poly(arcrylonitrile butadiene styrene)), 폴리이미드(polyimide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리(아릴렌 에테르)(ploy(arylene ether)), 폴리(비닐 아세테이트)(poly(vinyl acetate)), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리페닐렌 설피드(polyphenylene sulfide), 폴리비닐 에스테르(polyvinyl ester), 폴리(비닐 클로라이드)(poly(vinyl chloride)), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 비스말레이미드 폴리머(bismaleimide polymer), 폴리안하이드라이드(polyanhydride), DGEBP(Diglycidylether of 4, 4’-hydroxybisphenol), 액정 결정성 폴리머(liquid crystalline polymer) 및 셀룰로스 폴리머(cellulose polymer)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 폴리머 수지:경화제의 당량비는 1:0.8 ~ 1:1.2의 범위로 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론/폴리머 복합체를 형성하는 단계에서 상기 질화보론/폴리머 복합체는 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 테이프 성형하여 필름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론/폴리머 복합체를 형성하는 단계에서 상기 질화보론/폴리머 복합체는 상기 질화보론/폴리머 복합체 슬러리를 건조한 후 핫 프레스하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론 출발원료 분말의 입경은 상기 질화보론/폴리머 복합체의 열 전도도 크기와 반비례하여 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화보론 응집체 그래뉼을 형성하고 소결하는 단계에서 상기 소결의 온도는 상기 질화보론/폴리머 복합체의 열 전도도 크기와 비례하여 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.