KR20180049763A - 열의 확산 및 산란을 이용하는 방열 분말과 방열 필름의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 방열 분말과 방열 필름 - Google Patents

열의 확산 및 산란을 이용하는 방열 분말과 방열 필름의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 방열 분말과 방열 필름 Download PDF

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Abstract

방열 분말의 제조 방법은 금속염을 포함하는 나노 입자 전구물질을 물과 혼합하여 제1 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계, 실란계 화합물을 포함하는 개질제를 상기 제1 복합 나노 입자 졸에 혼합하여 제2 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계, 탄화 규소(Silicon carbide) 및 질산 보론(Boron nitrate) 중 하나 이상을 포함하는 담지 입자에 상기 제2 복합 나노 입자 졸을 코팅하여 제3 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계 및 상기 제3 복합 나노 입자 졸을 건조하는 단계를 포함한다.

Description

열의 확산 및 산란을 이용하는 방열 분말과 방열 필름의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 방열 분말과 방열 필름{PREPARING METHOD OF HEAT RADIATING POWDER AND FILM USING DIFFUSION AND SCATTERING OF HEAT AND HEAT RADIATING POWDER AND FILM PREPARED THEREBY}
본 발명은 열의 확산 및 산란을 이용하는 방열 분말과 방열 필름의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 방열 분말과 방열 필름에 관한 것이다.
휴대폰이나 TV와 같은 전자제품에는 전원의 인가에 따라 열을 방출하는 소자들이 존재하는데, 이러한 열원의 냉각을 위해 종래에는 인조 또는 천연의 그라파이트(Graphite), 그래핀(Graphene), 탄소 나노튜브(Carbon-nanotube), 구리 시트(Cu-Sheet), 알루미늄 시트(Al-Sheet) 등과 같이 열 전도를 이용하여 열을 방출하는 소재가 사용되어 왔다.
이와 같은 방열 소재들의 성능은 열 전도율[W/m.k]을 기준으로 평가될 수 있는데, 휴대폰이나 노트북 등의 고급 전자제품에는 600~1500W/m.k 정도의 열 전도율을 갖는 인조 그라파이트를 사용하고, 표면적이 넓은 TV와 같은 제품에는 열 전도율은 상대적으로 낮지만 가격이 보다 저렴한 천연 그라파이트를 사용하거나 구리 시트 등을 함께 사용하기도 한다.
이러한 종래의 방열 소재들은 전기 전도성이 좋을수록 열 전도성도 좋은 경향이 있기 때문에, 방열 성능이 좋을수록 전기 전도성이 두드러진다는 특징이 있다.
한편, 이와 같은 종래의 방열 소재들은 낮은 온도에서 방열 성능이 더 뛰어난 것으로 알려져 있는데, 상술한 낮은 온도란 휴대폰의 경우 35~45℃, 노트북의 경우 50~70℃, TV의 경우 70℃ 이상, 산업용 제품인 모터, 중개기, LED 히트싱크(heat sink) 등의 경우 80℃ 이상을 주로 의미한다.
그러나 종래의 방열 소재들은 사용시간이 길어짐에 따라 온도가 높아질수록 전도된 열이 표면에 머물게 됨으로써 열이 축적되는 축열 현상이 일어나게 되고, 축열된 열은 과다 축열 현상을 야기하여 기존에 의도했던 방열 기능을 기대할 수 없게 만들어, 결국 전자제품의 과열현상을 일으키게 된다는 단점이 있다.
이와 같이, 종래 소재들은 열원에서 발생된 열을 근본적으로 냉각하도록 설계되지 않고 열 전도에 의한 열의 단순 확산 기능만 부여됨에 따라, 위와 같은 축열 현상에 따른 냉각의 역기능을 초래하는 실정이다.
또한, 종래의 방열 소재들은 전기 전도성도 갖기 때문에 전자제품에 적용하기 위해서는 절연에 대한 후처리 공정을 필수적으로 거쳐야 한다는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열 전도가 아닌 열의 확산 및 산란을 이용하여 고온에서도 방열 및 냉각이 가능함으로써 축열 현상을 원천적으로 차단할 수 있는 방열 소재를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 절연성을 가져 전자제품에 안정적으로 적용할 수 있고, 유해성이 없어 친환경적인 방열 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 분말의 제조 방법은 금속염을 포함하는 나노 입자 전구물질을 물과 혼합하여 제1 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계, 실란계 화합물을 포함하는 개질제를 상기 제1 복합 나노 입자 졸에 혼합하여 제2 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계, 탄화 규소(Silicon carbide) 및 질산 보론(Boron nitrate) 중 하나 이상을 포함하는 담지 입자에 상기 제2 복합 나노 입자 졸을 코팅하여 제3 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계 및 상기 제3 복합 나노 입자 졸을 건조하는 단계를 포함한다.
상기 나노 입자 전구물질은 인산 아연 테트라하이드레이트(Zinc phosphate tetrahydrate), 질산 마그네슘 헥사하이드레이트(Magnesium nitrate hexahydrate) 및 염화 티타늄(Titanium chloride) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 개질제는 메틸트리메톡시 실란(Methyltrimethoxy silan), 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate), 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-아미노프로필트리에톡시 실란(3-aminopropyltriethoxysilane) 및 γ-이소사이아나토프로필트리메톡시 실란(γ-isocyanatopropyltrimethoxysilane) 중 하나 이상을 포함 포함할 수 있다.
상기 나노 입자 전구물질의 양은 20~28중량부이고, 상기 개질제의 양은 4~6중량부이며, 상기 담지 입자의 양은 10~13중량부일 수 있다.
상기 제3 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계는, 상기 담지 입자와 상기 제2 복합 나노 입자 졸을 혼합한 후 밀링(milling)함으로써 상기 담지 입자에 상기 제2 복합 나노 입자 졸을 코팅하는 단계일 수 있다.
상기 제3 복합 나노 입자 졸을 건조하기 전에, 상기 제3 복합 나노 입자 졸에 질산 알루미늄(Aluminum Nitrate)을 포함하는 첨가제를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 나노 입자 전구물질의 양은 20~28중량부이고, 상기 개질제의 양은 4~6중량부이며, 상기 담지 입자의 양은 10~13중량부이고, 상기 첨가제의 양은 2~3중량부일 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 필름의 제조 방법은 상술한 방법으로 제조된 방열 분말에 점도 조절 용매와 점착제를 혼합하여 방열 코팅제를 생성하는 단계 및 플라스틱 필름에 상기 방열 코팅제를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 점착제는 아크릴 점착제 및 우레탄 점착제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 점도 조절 용매는 메틸에틸케톤(Methylethyl ketone), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 톨루엔(Toluene), 부틸셀로솔브(Butyl cellosolve, BC) 및 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 플라스틱 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET) 필름일 수 있다.
상기 방열 코팅제의 점도는 1,500~2,000cps일 수 있다.
상기 방열 분말 100중량부를 기준으로, 상기 점도 조절 용매의 양은 30~50중량부일 수 있다.
상기 방열 분말 100중량부를 기준으로, 상기 점착제의 양은 40~50중량부일 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 분말은 상술한 방법으로 제조된다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 필름은 플라스틱 필름 및 상기 플라스틱 필름 상에 코팅된 상술한 방열 코팅제를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
복합 나노 졸을 사용하여 방열 분말 및 이를 이용하여 방열 필름을 제조할 수 있고, 이를 통해 제조된 방열 분말 및 방열 필름은 열의 확산 및 산란을 통해 고온에서도 열원을 효과적으로 방열 및 냉각함으로써 축열 현상을 원천적으로 차단할 수 있으며, 절연성을 가져 전자제품에 안정적으로 적용할 수 있고, 유해성이 없어 친환경적인 특성을 갖는다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 분말의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 필름의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 실시예들에 따른 방열 필름의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 방열 필름이 열원에 부착된 구조를 나타낸 개략도이다.
도 6 및 7은 실험예 1에서 PCB 기판의 앞면 및 뒷면에 대해 온도를 측정한 결과를 그래프이다.
도 8 및 9는 실험예 2에서 PCB 기판의 앞면 및 뒷면에 대해 온도를 측정한 결과를 그래프이다.
도 10 및 11은 실험예 3에서 PCB 기판의 앞면 및 뒷면에 대해 온도를 측정한 결과를 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 분말의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 방열 분말의 제조 방법은 (a) 나노 입자 성장 단계(S1), (b) 복합 나노 입자 졸(sol) 개질 단계(S2), (c) 담지 입자 코팅 단계(S3) 및 (d) 방열 분말 수득 단계(S4)를 포함한다.
이하, 방열 분말을 제조하기 위한 상기 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다.
(a) 나노 입자 성장 단계(S1)
나노 입자 성장 단계(S1)는 나노 입자 전구물질을 물과 혼합하여 제1 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계이다.
금속염(metallic salt)을 포함하는 나노 입자 전구물질을 물과 혼합하여 60~70℃에서 6시간 이상 가수분해 반응시키면 나노 입자를 포함하는 복합 나노 입자 졸을 얻을 수 있다.
금속염은 인산 아연 테트라하이드레이트(Zinc phosphate tetrahydrate), 질산 마그네슘 헥사하이드레이트(Magnesium nitrate hexahydrate) 또는 염화 티타늄(Titanium chloride) 등일 수 있으며, 나노 입자 전구물질은 상술한 화합물들 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로는, 나노 입자 전구물질이 인산 아연 테트라하이드레이트를 7~10중량부, 질산 마그네슘 헥사하이드레이트를 6~8중량부 및 염화 티타늄을 7~10중량부의 비율로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 실시예에서, 염화 티타늄이 다른 금속염과 함께 나노 입자 전구물질로서 사용될 경우, 반응에 민감한 물질인 염화 티타늄은 다른 금속염을 먼저 반응시킨 후에 투입될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 실시예에서, 가수분해 반응을 촉진시키기 위해 산 촉매를 더 첨가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
(b) 복합 나노 입자 졸 개질 단계(S2)
복합 나노 입자 졸 개질 단계(S2)는 제1 복합 나노 입자 졸에 개질제를 혼합하여 제2 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계이다.
실란(silane)계 화합물을 포함하는 개질제를 상기 (a) 단계에서 얻은 제1 복합 나노 입자 졸에 혼합하여 50℃에서 1~2시간 동안 반응시키면, 나노 입자들과 실란 모노머(monomer)가 결합되어 나노 입자간의 공극률이 감소된 복합 나노 입자 졸을 얻을 수 있다. 나노 입자간의 공극률이 감소되면 입자의 격자진동에 의한 열 흐름이 보다 원활해짐으로써 방열 효과가 향상될 수 있다.
실란계 화합물은 메틸트리메톡시 실란(Methyltrimethoxy silan), 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate), 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-아미노프로필트리에톡시 실란(3-aminopropyltriethoxysilane) 또는 γ-이소사이아나토프로필트리메톡시 실란(γ-isocyanatopropyltrimethoxysilane) 등일 수 있으며, 개질제는 상술한 화합물들 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
(c) 담지 입자 코팅 단계(S3)
담지 입자 코팅 단계(S3)는 담지 입자에 제2 복합 나노 입자 졸을 코팅하여 제3 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계이다.
탄화 규소(Silicon carbide) 및 질산 보론(Boron nitrate) 중 하나 이상을 포함하는 담지 입자를 상기 (b) 단계에서 얻은 제2 복합 나노 입자 졸과 혼련한 후 밀링(milling) 과정을 거치면 담지 입자가 제2 복합 나노 입자 졸로 코팅된 제3 복합 나노 입자 졸을 얻을 수 있다.
담지 입자는 구체적으로, 탄화 규소를 5~7중량부 및 질산 보론을 5~6중량부의 비율로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
밀링 과정은 지르코니아 비드(Zirconia bead)를 넣은 비드 밀링 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 밀링 장치에는 온도가 설정된 값 이상으로 상승하지 않도록 조절하는 칠러(chiller)를 설치할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제3 복합 나노 입자 졸은 첨가제와 혼합하는 단계를 더 거칠 수 있다. 구체적으로, 제3 복합 나노 입자 졸과 질산 알루미늄(Aluminum Nitrate)을 포함하는 첨가제를 교반기에 넣고 일정 시간 동안 교반함으로써, 제3 복합 나노 입자 졸에 첨가제를 혼합할 수 있다. 다만, 이와 같은 과정은 생략할 수 있다.
(d) 방열 분말 수득 단계(S4)
방열 분말 수득 단계(S4)는 제3 복합 나노 입자 졸을 건조하여 방열 분말을 얻는 단계이다.
상기 (c) 단계에서 얻은 제3 복합 나노 입자 졸을 150℃에서 3~5시간 동안 1단계 건조 후, 400℃에서 3시간 이상 2단계 건조하면 파우더(powder) 형태의 방열 분말을 얻을 수 있다.
그러나 건조 횟수, 온도 및 시간이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절하게 선택 또는 변경할 수 있다.
이상에서와 같은 방열 분말의 제조에 사용된 각 성분들의 중량 비율은 나노 입자 전구물질 20~28중량부, 개질제 4~6중량부, 담지 입자 10~13중량부 및 첨가제 2~3중량부일 수 있다.
각 성분들의 비율이 상기 범위 내일 때 방열 효과를 극대화할 수 있고, 반응 안정성을 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 필름의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 방열 필름의 제조 방법은 (e) 코팅제 제조 단계(S5) 및 (f) 방열 필름 제조 단계(S6)를 포함한다.
이하, 방열 필름을 제조하기 위한 상기 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다.
(e) 코팅제 제조 단계(S5)
코팅제 제조 단계(S5)는 방열 분말에 점도 조절 용매와 점착제를 혼합하여 방열 코팅제를 생성하는 단계이다.
상기 (d) 단계에서 얻은 방열 분말에 점도 조절 용매와 점착제를 투입한 후 약 2시간 동안 교반하면 1,500~2,000cps의 점도와 1,000~2,000gf/25mm의 점착력을 갖는 방열 코팅제를 얻을 수 있다.
점도 조절 용매는 메틸에틸케톤(Methylethyl ketone), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 톨루엔(Toluene), 부틸셀로솔브(Butyl cellosolve, BC) 및 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol) 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
점착제는 아크릴 점착제 및 우레탄 점착제 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
점도 조절 용매 및 점착제와의 혼합은 동시에 수행하거나 순차적으로 수행할 수 있다. 순차적으로 수행할 경우 그 순서에는 제한되지 않는다.
방열 분말 100중량부를 기준으로, 점도 조절 용매의 혼합량은 30~50중량부일 수 있고, 점착제의 혼합량은 40~50중량부일 수 있다. 점도 조절 용매 및 점착제의 중량 비율이 상기 범위 내일 때 상술한 점도와 점착력을 달성할 수 있다.
(f) 방열 필름 제조 단계(S6)
방열 필름 제조 단계(S6)는 플라스틱 필름에 방열 코팅제를 코팅하여 방열 필름을 얻는 단계이다.
롤투롤(Roll-to-roll) 공법 등의 방식을 사용하는 코팅 장비를 사용하여 상기 (e) 단계에서 얻은 방열 코팅제를 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET) 등의 플라스틱 필름 상에 코팅하면 열원에 적용할 수 있는 방열 필름을 얻을 수 있다.
코팅 시, 콤마나이프를 이용하면 방열 코팅층의 두께를 조절할 수 있다.
방열 필름은 건조 단계를 더 거칠 수 있다. 구체적으로, 방열 필름을 80~200℃의 건조 부스(drying booth)에서 3단계에 걸쳐 건조할 수 있다. 다만, 건조 횟수 및 온도 등이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절하게 선택 또는 변경할 수 있다.
도 3 및 4는 본 발명의 실시예들에 따른 방열 필름의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3을 참조하면, 방열 필름(10)은 플라스틱 필름(1) 및 플라스틱 필름(1) 상에 배치된 방열 코팅층(2)을 포함한다.
플라스틱 필름(1)과 방열 코팅층(2)의 두께 비율은 1:1~10일 수 있고, 방열 필름(10)의 전체 두께는 30~100㎛일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 그 두께를 적절하게 선택할 수 있다.
도 4를 참조하면, 방열 필름(11)은 도 3과 달리 방열 코팅층(2) 상에 배치된 이형 필름(3)을 더 포함한다.
이형 필름(3)은 방열 필름(11)을 열원에 적용하기 전에 방열 코팅층(2)이 외기나 이물질에 의해 점착력을 상실하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이형 필름(3)은 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 플라스틱 소재로 구성될 수 있다.
방열 필름(11)을 열원에 적용할 때는 이형 필름(3)을 제거한 후, 노출된 방열 코팅층(2)을 열원에 부착하는 방식으로 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 방열 필름이 열원에 부착된 구조를 나타낸 개략도이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 전자제품 등의 열원(4)에서 발생하는 열을 효과적으로 확산, 방출, 산란 및/또는 냉각하기 위해, 방열 코팅층(2)이 열원(4)과 접하는 방향으로 하여 방열 필름(10)을 열원(4)에 부착할 수 있다.
이하, 본 발명의 방열 필름의 열 산란 및 냉각 효과를 평가하기 위한 구체적인 실험예에 대해 서술한다.
제조예 1~3: 방열 필름의 제조
<제조예 1>
증류수 1,000ml를 투입한 유리 반응기에 인산 아연 테트라하이드레이트, 질산 마그네슘 헥사하이드레이트 및 염화 티타늄을 투입하여 60~70℃에서 6시간 동안 가수분해 반응시켜 제1 복합 나노 입자 졸을 얻었다. 이때, 가수분해 반응의 촉진을 위해 산 촉매를 사용하였다.
이어, 상기 제1 복합 나노 입자 졸에 메틸트리메톡시 실란 및 테트라에틸 오르소실리케이트를 혼합한 후, 50℃에서 약 1시간 동안 반응시켜 제2 복합 나노 입자 졸을 얻었다.
이어, 상기 제2 복합 나노 입자 졸에 질산 보론과 탄화 규소를 혼련한 후, 지르코니아 비드를 넣고, 온도가 50℃이상 올라가지 않도록 칠러가 장치된 일반 super mill을 사용하여 3시간 동안 밀링함으로써 제3 복합 나노 입자 졸을 얻었다. 밀링 후, 질산 알루미늄을 투여하고 약 30분 동안 교반하였다.
이어, 상기 제3 복합 나노 입자 졸을 150℃에서 약 3시간 동안 건조한 후, 400℃에서 3시간 이상 최종적으로 건조하여 방열 분말을 얻었다.
이어, 상기 방열 분말에 메틸에틸케톤을 혼합하여 점도를 조절한 후, 아크릴 점착제를 혼합하고 2시간 동안 분산시켜 점도가 1,700cps이고 점착력이 1,500gf/25mm인 방열 코팅제를 제조하였다.
이어, 상기 방열 코팅제를 4.5㎛ 두께의 PET 필름에 롤투롤(Roll-to-roll) 공법으로 코팅하여 방열 필름을 제조하였다. 이때, 콤마나이프를 이용하여 방열 코팅층의 두께가 25.5㎛가 되도록 조절하였다.
이후, 25m의 Drying Booth를 통해 80℃에서 15분(1단계), 150℃에서 10분(2단계) 및 180℃에서 5분(3단계)의 건조 과정을 거쳐 방열 필름의 제조를 완료하였다.
<제조예 2>
방열 코팅층의 두께가 40.5㎛가 되도록 조절한 점을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 방열 필름을 제조하였다.
<제조예 3>
PET 필름의 두께가 38㎛이고, 방열 코팅층의 두께가 62㎛가 되도록 조절한 점을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 방열 필름을 제조하였다.
실험예 1~3: 방열 필름의 열 산란 및 냉각 효과 평가
<실험예 1>
출력 27W, 전류 2.5A, 전력 25V의 LED 전구가 설치된 PCB 기판의 앞면과 뒷면에 온도 측정 센서를 부착하고, PCB 기판의 상기 앞면과 뒷면에 방열 코팅층이 점착되도록 제조예 1의 방열 필름을 부착하였다. 이어, 전원을 연결하고 시간에 따른 온도를 측정하였다. 측정 후, PCB 기판을 냉각시킨 다음 방열 필름이 부착되지 않은 상태에서 다시 전원을 연결하고 시간에 따른 온도를 측정하였다.
대조군으로서 53㎛ 두께의 이그라프텍 방열 제품을 동일한 PCB 기판의 앞면과 뒷면에 부착하고 시간 경과에 따른 온도 변화를 측정하였다. 마찬가지로, PCB 기판을 냉각시킨 다음 이그라프텍 방열 제품이 부착되지 않은 상태에서 다시 시간에 따른 온도를 측정하였다.
표 1 및 도 6은 PCB 기판의 앞면에 대해 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이고, 표 2 및 도 7은 PCB 기판의 뒷면에 대해 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
표 1 및 2와 도 6 및 7에서 Ⅰ과 Petra-Cool Coat은 제조예 1의 방열 필름을 부착한 상태에서 측정한 온도이고, Ⅱ와 No-coated Petra는 제조예 1의 방열 필름을 제거한 상태에서 측정한 온도이며, Ⅲ과 이그라프텍은 이그라프텍 방열 제품을 부착한 상태에서 측정한 온도이고, Ⅳ과 No-coated 이그라프텍은 이그라프텍 방열 제품을 제거한 상태에서 측정한 온도이다.
순번 5
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min		 15
min		 20
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min		 30
min		 35
min		 40
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min		 50
min		 55
min		 60
min		 65
min		 70
min
Ⅰ
(℃)		 26.5 35.7 43 49 53.6 57.5 60.5 62.9 64.8 66.4 67.8 69 69.8 70.7
Ⅱ
(℃)		 26.7 36.4 44.8 51.9 57.5 62.2 66 69.1 71.6 73.7 75.5 77.1 78.2 79.4
편차
(℃)		 0.2 0.7 1.8 2.9 3.9 4.7 5.5 6.2 6.8 7.3 7.7 8.1 8.4 8.7
Ⅲ
(℃)		 26.7 36 43.3 49.7 54.4 58.4 61.5 64.1 66.2 67.9 69.4 70.7 71.8 72.7
Ⅳ
(℃)		 26.5 36.8 45.2 52.4 58 62.7 66.6 69.7 72.3 74.6 76.4 78 79.3 80.4
편차
(℃)		 -0.2 0.8 1.9 2.7 3.6 4.3 5.1 5.6 6.1 6.7 7 7.3 7.5 7.7
순번 5
min		 10
min		 15
min		 20
min		 25
min		 30
min		 35
min		 40
min		 45
min		 50
min		 55
min		 60
min		 65
min		 70
min
Ⅰ
(℃)		 26.6 34.7 41.7 47.6 51.9 55.6 58.7 60.8 62.6 64.3 65.5 66.7 67.6 68.4
Ⅱ
(℃)		 26.8 35.2 43.2 50 55.3 59.9 63.8 66.6 69 71.2 72.8 74.3 75.5 76.5
편차
(℃)		 0.2 0.5 1.5 2.4 3.4 4.3 5.1 5.8 6.4 6.9 7.3 7.6 7.9 8.1
Ⅲ
(℃)		 26.5 34.9 42.1 48.2 53 56.9 59.9 62.5 64.5 66.4 68 69.2 70.2 71.4
Ⅳ
(℃)		 26.4 35.6 43.7 50.5 56 60.6 64.3 67.5 69.9 72.1 74 75.5 76.7 78
편차
(℃)		 -0.1 0.7 1.6 2.3 3 3.7 4.4 5 5.4 5.7 6 6.3 6.5 6.6
표 1 및 2와 도 6 및 7을 참조하면, 약 30℃을 기준으로 저온에서는 제조예 1의 방열 필름을 부착했을 때와 이그라프텍 방열 제품을 부착했을 때 간의 온도 차이가 크지 않았으나, 고온으로 갈수록 온도 차이가 커졌음을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
방열 필름으로서 제조예 2의 방열 필름을 사용한 점을 제외하고 실험예 1과 동일한 방식으로 PCB 기판의 시간에 따른 온도를 측정하였다.
표 3 및 도 8은 PCB 기판의 앞면에 대해 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이고, 표 4 및 도 9는 PCB 기판의 뒷면에 대해 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
표 3 및 4와 도 8 및 9에서 Ⅰ과 Petra-Cool Coat은 제조예 2의 방열 필름을 부착한 상태에서 측정한 온도이고, Ⅱ와 No-coated Petra는 제조예 2의 방열 필름을 제거한 상태에서 측정한 온도이며, Ⅲ과 이그라프텍은 이그라프텍 방열 제품을 부착한 상태에서 측정한 온도이고, Ⅳ과 No-coated 이그라프텍은 이그라프텍 방열 제품을 제거한 상태에서 측정한 온도이다.
순번 5
min		 10
min		 15
min		 20
min		 25
min		 30
min		 35
min		 40
min		 45
min		 50
min		 55
min		 60
min		 65
min		 70
min
Ⅰ
(℃)		 28.5 37.8 45.1 51.2 55.9 59.7 62.7 65 66.8 68.4 69.8 71.1 71.9 72.8
Ⅱ
(℃)		 28.7 38.4 46.8 53.9 59.5 64.2 68 71.1 73.6 75.7 77.5 79.1 80.2 81.4
편차
(℃)		 0.2 0.6 1.7 2.7 3.6 4.5 5.3 6.1 6.8 7.3 7.7 8.0 8.3 8.6
Ⅲ
(℃)		 28.7 38 45.4 51.7 56.5 60.4 63.5 66 68.1 70 71.4 72.7 73.8 74.7
Ⅳ
(℃)		 28.5 38.8 47.2 54.4 60 64.7 68.6 71.7 74.3 76.6 78.4 80 81.3 82.4
편차
(℃)		 -0.2 0.8 1.8 2.7 3.5 4.3 5.1 5.7 6.2 6.6 7.0 7.3 7.5 7.7
순번 5
min		 10
min		 15
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min		 30
min		 35
min		 40
min		 45
min		 50
min		 55
min		 60
min		 65
min		 70
min
Ⅰ
(℃)		 28.5 36.6 43.6 49.5 53.9 57.7 60.8 63.0 64.9 66.4 67.5 68.7 69.7 70.5
Ⅱ
(℃)		 28.8 37.2 45.2 52.0 57.3 61.9 65.8 68.6 71.0 73.2 74.8 76.3 77.5 78.5
편차
(℃)		 0.3 0.6 1.6 2.5 3.4 4.2 5.0 5.6 6.1 6.8 7.3 7.6 7.8 8.0
Ⅲ
(℃)		 28.5 37 44 50.2 55 58.9 61.9 64.5 66.5 68.3 69.9 71.1 72.1 73.3
Ⅳ
(℃)		 28.4 37.6 45.7 52.5 58 62.6 66.3 69.5 71.9 74.1 76 77.5 78.7 80
편차
(℃)		 -0.1 0.6 1.7 2.3 3 3.7 4.4 5 5.4 5.8 6.1 6.4 6.6 6.7
표 3 및 4와 도 8 및 9를 참조하면, 실험예 1과 마찬가지로 약 30℃을 기준으로 저온에서는 제조예 2의 방열 필름을 부착했을 때와 이그라프텍 방열 제품을 부착했을 때 간의 온도 차이가 크지 않았으나, 고온으로 갈수록 온도 차이가 커졌음을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
방열 필름으로서 제조예 3의 방열 필름을 사용하고, 이그라프텍 방열 제품의 두께가 100㎛인 점을 제외하고 실험예 1과 동일한 방식으로 PCB 기판의 시간에 따른 온도를 측정하였다.
표 5 및 도 10은 PCB 기판의 앞면에 대해 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이고, 표 6 및 도 11은 PCB 기판의 뒷면에 대해 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
표 5 및 6와 도 10 및 11에서 Ⅰ과 Petra-Cool Coat은 제조예 3의 방열 필름을 부착한 상태에서 측정한 온도이고, Ⅱ와 No-coated Petra는 제조예 3의 방열 필름을 제거한 상태에서 측정한 온도이며, Ⅲ과 이그라프텍은 이그라프텍 방열 제품을 부착한 상태에서 측정한 온도이고, Ⅳ과 No-coated 이그라프텍은 이그라프텍 방열 제품을 제거한 상태에서 측정한 온도이다.
순번 5
min		 10
min		 15
min		 20
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min		 35
min		 40
min		 45
min		 50
min		 55
min		 60
min		 65
min		 70
min
Ⅰ
(℃)		 25.4 32.7 39.9 45.7 50.2 54 57.1 59.6 61.6 63.4 64.8 66.2 67.3 68.5
Ⅱ
(℃)		 25.8 33.2 41.5 48.5 54.3 59.1 63 66.3 69 71.3 73.3 75.2 76.7 78.1
편차
(℃)		 0.4 0.5 1.6 2.8 4.1 5.1 5.9 6.7 7.4 7.9 8.5 9 9.4 9.6
Ⅲ
(℃)		 28.1 36.8 43.2 49.2 53.7 57.4 60.5 62.8 65 66.7 68.4 69.7 70.8 71.8
Ⅳ
(℃)		 27.4 37 45.1 52 57.6 62.3 66.1 69.2 72 74.2 76.4 78 79.5 80.8
편차
(℃)		 -0.7 0.2 1.9 2.8 3.9 4.9 5.6 6.4 7 7.5 8 8.3 8.7 9
순번 5
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min		 45
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min		 55
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min		 65
min		 70
min
Ⅰ
(℃)		 25.7 31.7 38.9 44.7 49.1 53 55.7 58.2 60.2 61.9 63.2 64.6 65.7 66.7
Ⅱ
(℃)		 25.8 32 39.7 46.3 51.8 56.5 60.1 63.2 65.7 67.9 69.8 71.6 72.9 74.3
편차
(℃)		 0.1 0.3 0.8 1.6 2.7 3.5 4.4 5 5.5 6 6.6 7 7.2 7.6
Ⅲ
(℃)		 28.1 35.7 42.4 47.9 52.3 55.9 58.8 61.3 63.4 65 66.7 68 69.1 70.1
Ⅳ
(℃)		 27.4 35.7 43.3 49.7 55 59.4 63.2 66.2 68.5 70.9 72.8 74.6 75.9 76.9
편차
(℃)		 -0.7 0 0.9 1.8 2.7 3.5 4.4 4.9 5.1 5.9 6.1 6.6 6.8 6.8
표 5 및 6와 도 10 및 11을 참조하면, 실험예 1 및 2보다 낮은 온도인 약 15℃을 기준으로 저온에서는 제조예 3의 방열 필름을 부착했을 때와 이그라프텍 방열 제품을 부착했을 때 간의 온도 차이가 크지 않았으나, 고온으로 갈수록 온도 차이가 커졌음을 확인할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 플라스틱 필름
2: 방열 코팅층
3: 이형 필름
4: 열원
10: 방열 필름

Claims (16)

  1. 금속염을 포함하는 나노 입자 전구물질을 물과 혼합하여 제1 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계;
    실란계 화합물을 포함하는 개질제를 상기 제1 복합 나노 입자 졸에 혼합하여 제2 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계;
    탄화 규소(Silicon carbide) 및 질산 보론(Boron nitrate) 중 하나 이상을 포함하는 담지 입자에 상기 제2 복합 나노 입자 졸을 코팅하여 제3 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계; 및
    상기 제3 복합 나노 입자 졸을 건조하는 단계를 포함하는 방열 분말의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 입자 전구물질은 인산 아연 테트라하이드레이트(Zinc phosphate tetrahydrate), 질산 마그네슘 헥사하이드레이트(Magnesium nitrate hexahydrate) 및 염화 티타늄(Titanium chloride) 중 하나 이상을 포함하는 방열 분말의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개질제는 메틸트리메톡시 실란(Methyltrimethoxy silan), 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate), 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-아미노프로필트리에톡시 실란(3-aminopropyltriethoxysilane) 및 γ-이소사이아나토프로필트리메톡시 실란(γ-isocyanatopropyltrimethoxysilane) 중 하나 이상을 포함하는 방열 분말의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노 입자 전구물질의 양은 20~28중량부이고,
    상기 개질제의 양은 4~6중량부이며,
    상기 담지 입자의 양은 10~13중량부인 방열 분말의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 복합 나노 입자 졸을 생성하는 단계는,
    상기 담지 입자와 상기 제2 복합 나노 입자 졸을 혼합한 후 밀링(milling)함으로써 상기 담지 입자에 상기 제2 복합 나노 입자 졸을 코팅하는 단계인 방열 분말의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 복합 나노 입자 졸을 건조하기 전에,
    상기 제3 복합 나노 입자 졸에 질산 알루미늄(Aluminum Nitrate)을 포함하는 첨가제를 혼합하는 단계를 더 포함하는 방열 분말의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 나노 입자 전구물질의 양은 20~28중량부이고,
    상기 개질제의 양은 4~6중량부이며,
    상기 담지 입자의 양은 10~13중량부이고,
    상기 첨가제의 양은 2~3중량부인 방열 분말의 제조 방법.
  8. 제1 내지 7항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 방열 분말에 점도 조절 용매와 점착제를 혼합하여 방열 코팅제를 생성하는 단계; 및
    플라스틱 필름에 상기 방열 코팅제를 코팅하는 단계를 포함하는 방열 필름의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 점착제는 아크릴 점착제 및 우레탄 점착제 중 하나 이상을 포함하는 방열 필름의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 점도 조절 용매는 메틸에틸케톤(Methylethyl ketone), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 톨루엔(Toluene), 부틸셀로솔브(Butyl cellosolve, BC) 및 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol) 중 하나 이상을 포함하는 방열 필름의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 플라스틱 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET) 필름인 방열 필름의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 방열 코팅제의 점도는 1,500~2,000cps인 방열 필름의 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 방열 분말 100중량부를 기준으로,
    상기 점도 조절 용매의 양은 30~50중량부인 방열 필름의 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 방열 분말 100중량부를 기준으로,
    상기 점착제의 양은 40~50중량부인 방열 필름의 제조 방법.
  15. 제1 내지 7항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 방열 분말.
  16. 플라스틱 필름; 및
    상기 플라스틱 필름 상에 코팅된 제8 내지 15항 중 어느 한 항의 방열 코팅제를 포함하는 방열 필름.
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