KR20190128935A - 유무기 복합 필러, 이를 포함하는 방열성 조성물 및 유무기 복합 필러 제조방법 - Google Patents

유무기 복합 필러, 이를 포함하는 방열성 조성물 및 유무기 복합 필러 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 알루미나; 상기 알루미나 표면에 위치하고, 고분자 바인더를 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상에 위치하고, 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 열전도성 세라믹 화합물을 포함하는 제2 코팅층을 포함하는 유무기 복합 필러 및 이를 포함하는 방열 소재에 관한 것이다.

Description

유무기 복합 필러, 이를 포함하는 방열성 조성물 및 유무기 복합 필러 제조방법{ORGANIC-INORGANIC COMPLEXED FILLER, COMPOSITE COMPRISING THEREOF, AND METHOD FOR MANUFACTURING ORGANIC-INORGANIC COMPLEXED FILLER}
본 발명은 고열전도성이 높은 유무기 복합 필러, 이를 포함하는 방열성 조성물 및 상기 유무기 복합 필러를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 전자기기에서만 아니라 다른 다양한 분야에서 방열 특성이 우수한 방열 제품들이 요구되고 있다. 더욱이, 고속화 집적화가 이루어지는 반도체 디바이스 등은 점차 소형 경량화 및 박형화 되는 반면 발열량은 증가하고 있다. 그러므로 보다 높은 성능의 방열제품들이 요구되고 있다.
현재 방열제품은 전기전도성 방열제품과 비전기전도성 방열제품으로 크게 나뉘며 주로, 금속, 세라믹, 방열 실리콘 등이 사용되고 있다. 비전도성 방열 실리콘의 경우, 수지에 세라믹 필러(filler)를 첨가하여 사용하는데, 주로 사용되는 세라믹 소재가 비전기전도성이면서 열전도성이 우수한 이산화규소(SiO2), 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 등의 무기질 필러가 많이 사용되고 있으며, 용도와 특성에 따라 적용된다. 하지만, 각각의 무기질 필러들은 열전도성의 차이가 크고 가격 차이도 많기 때문에 사용상 다양한 제약이 있다.
이산화규소는 가격이 저렴한 반면에 열전도성이 상대적으로 떨어지는 단점이 있으며, 질화붕소와 질화알루미늄은 열전도율이 높은 반면에 가격이 상당히 높다는 단점이 있다. 그래서 최근에는 이산화규소 보다 상대적으로 열전도율이 높은 알루미나 재질의 필러가 많이 채용되고 있다. 다만, 알루미나는 자체 밀도가 높아 이러한 필러를 포함하는 제품의 질량이 커지고, 경도가 높아 공정 중 장비 마모가 필연적으로 발생한다.
더욱이, 충전율을 높여 열전도성을 극대화하기 위해서는 구상 형태로 형성하는 것이 좋은데, 알루미나 및 이산화규소는 구상형태로 제조할 수 있지만, 질화붕소나 질화알루미늄은 구형화하는 것이 어려워 충전율이 떨어지는 문제가 있다. 대한민국 공개특허 제10-2013-0051456호도 열전도율을 높이기 위해 구상 알루미나와 육방정 질화붕소를 혼합하였으나, 상기에서 지적한 바와 같이 질화붕소는 구형화하는 것이 어려워 충전율이 떨어진다.
또한, 이렇게 충전율이 떨어지면 가격 대비 열전도성에 대한 효과가 떨어져 열전도성에서 큰 효과를 얻기 어렵고, 점도가 급격히 상승하여 추가 공정이 불가능한 문제가 있다. 그럼에도, 최근에는 전자기기의 다양화 및 소형화로 인해 높은 방열 특성을 가지는 소형의 방열제품에 대한 요구가 점점 더 많아지고 있다.
본 발명은 방열 제품에 대한 요구를 충족하기 위해 고열전도성이 우수한 유무기 복합 필러, 이를 포함하는 방열성 조성물, 및 유무기 복합 필러를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
발명의 일 구현예에 따르면, 알루미나; 상기 알루미나 표면에 위치하고, 고분자 바인더를 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상에 위치하고, 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 열전도성 세라믹 화합물을 포함하는 제2 코팅층을 포함하는 유무기 복합 필러가 제공될 수 있다.
발명의 다른 구현예에 따르면, 경화 가능한 유기 결합제; 및 상기 유무기 복합 필러를 포함하는 방열성 조성물이 제공될 수 있다.
발명의 또 다른 구현예에 따르면, 알루미나와 고분자 바인더를 교반하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계의 생성물과 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 열전도성 세라믹 화합물을 교반하는 제2 단계를 포함하는 유무기 복합 필러 제조방법이 제공될 수 있다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 유무기 복합 필러, 이를 포함하는 방열성 조성물, 및 유무기 복합 필러를 제조하는 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, '필러'는 방열 소재의 열전도 특성 등을 부여하기 위하여 충진되는 물질을 의미한다.
본 발명자들은, 구상의 알루미나에 고분자 바인더를 코팅하여 코팅층을 형성한 후 열전도성 세라믹 화합물과 혼합하는 경우, 상기 고분자 바인더의 접착력으로 인해 알루미나와 열전도성 세라믹 화합물 간의 부착력이 높아져 혼합 공정 중 발생하는 전단 작용에 의해서도 알루미나로부터 열전도성 세라믹 화합물이 떨어져 나오지 않아 충전율이 높은 동시에 열전도도가 우수하다는 점을 실험을 통해 확인하고 발명을 완성하였다.
구체적으로, 상기 일 구현예의 유무기 복합 필러는 알루미나; 상기 알루미나 표면에 위치하고, 고분자 바인더를 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상에 위치하고, 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 열전도성 세라믹 화합물을 제2 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 유무기 복합 필러는 알루미나, 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 순차적으로 포함할 수 있고, 특히, 제1 코팅층에 포함된 고분자 바인더는 알루미나와 제2 코팅층에 포함된 열전도성 세라믹 화합물을 접착하는 역할을 할 수 있다.
상기 알루미나는 구형인 것으로 구형도가 0.9 내지 1, 0.95 내지 1 또는 0.98 내지 1일 수 있다. 상기 구형도는 입자의 형상이 어느 정도로 구형에 가까운가를 나타내는 지표로서, 3차원 입자의 구형도(sphericity)는 원형도(circularity)의 평균값일 수 있으며, 상기 원형도는 Marvern사의 입형 분석 장비(FPIA-3000)를 이용하여 측정할 수 있다. 구체적으로, 주사전자현미경 사진으로부터 구형 입자의 투영면적(A)과 주위길이(P)를 측정하고, 이를 하기 식 1에 대입하고 계산하여 원형도를 확인할 수 있다.
[식 1]
원형도 = 4πA/P2
한편, 상기 원형도(구형도)는 0에서 1까지의 값으로 나타나고, 1에 근접할수록 진구(眞球)에 가까워질 수 있다. 상기 알루미나의 구형도가 0.9 미만인 경우 열전도성 세라믹 화합물이 알루미나에 부착되기 어려워 필러의 충전율이 낮아지고 고열전도 특성을 얻기 어려울 수 있다.
또한, 상기 알루미나는 평균 입도가 5 내지 100㎛, 10 내지 80㎛ 또는 15 내지 60㎛일 수 있다. 상기 알루미나의 평균 입도가 5㎛ 미만이면 입자 표면적이 적어 열전도성 세라믹 화합물이 부착되기 어려울 수 있고, 100㎛ 초과하면 충전율이 낮아질 수 있다.
상기 일 구현예의 유무기 복합 필러는 알루미나 표면에 위치하는 제1 코팅층을 포함하고, 상기 제 1 코팅층은 고분자 바인더를 포함할 수 있다. 상기 알루미나와 제2 코팅층 사이에 위치하는 고분자 바인더는 알루미나와 열전도성 세라믹 화합물 간의 접착력을 높여 제조 공정에서 열전도성 세라믹 화합물이 알루미나로부터 떨어져 나와 점도를 높이는 문제점을 방지할 수 있다.
상기 고분자 바인더의 유리 전이 온도(Tg)는 80 내지 150℃, 90 내지 140℃, 또는 100 내지 130℃일 수 있다. 상기 유리 전이 온도가 80℃ 미만이면 알루미나에 고분자 바인더 코팅 시 알루미나 입자간 응집을 유발할 수 있고, 150℃ 초과하면 상기 유무기 복합 필러 제조 과정에서 알루미나와 고분자 바인더 혼합 시 코팅이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
상기 고분자 바인더는 알루미나와 열전도성 세라믹 화합물 간의 접착력을 높일 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB) 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
한편, 상기 알루미나 상에 위치한 제1 코팅층은 평균 두께가 0.1 내지 2㎛, 0.12 내지 1.5㎛, 또는 0.12 내지 1.2㎛일 수 있다. 상기 제1 코팅층의 평균 두께가 0.1㎛ 미만이면 알루미나와 열전도성 세라믹 화합물 간의 접착력이 떨어질 수 있으며, 2㎛ 초과하면 열전도성이 저하될 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 유무기 복합 필러는, 구상 알루미나, 제1 코팅층, 및 제 2 코팅층이 순차적으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 코팅층은 열전도성 세라믹 화합물을 포함할 수 있다. 상기 열전도성 세라믹 화합물은 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
우수한 방열 효과를 갖는 방열 소재를 만들기 위하여 수지 내에 필러를 높은 충전율로 첨가해야 하는데, 구상모양의 필러는 충전율을 높이는데 가장 적합한 형태이다. 그러나, 상기 열전도성 세라믹 화합물 중에서 질화붕소 및 질화알루미늄은 판상이므로 단독으로 사용하는 경우 필러의 충전율이 매우 낮아질 수 있다. 또한, 충전율이 높은 구상의 알루미나와 판상의 질화붕소를 혼합하여 사용하더라도 알루미나로부터 질화붕소가 떨어져 나오기 쉬어 충전율이 낮아지고 이로 인해 열전도성 또한 낮아질 수 있다.
그러나, 상기 일 구현예에 따른 유무기 복합 필러는 고분자 바인더를 이용해 판상의 질화붕소를 알루미나에 부착시킴으로써, 질화붕소가 알루미나로부터 분리되거나 질화붕소 간의 응집이 발생함으로 인해 충전율이 낮아지고 점도가 높아지는 문제점을 방지할 수 있다.
상기 일 구현예의 유무기 복합 필러는, 알루미나 상에 제1 코팅층 및 제2 코팅층이 평편하게 코팅됨으로 인하여, 구형도가 0.9 내지 1, 0.95 내지 1 또는 0.98 내지 1일 수 있다. 상기 유무기 복합 필러의 구형도가 0.9 미만이면 필러의 충전 시 점도가 높아져 달성 가능한 충전율이 낮아지게 되어, 이로 인해 열전도성 또한 낮아질 수 있다. 상기 구형도의 정의 및 측정 방법은 상기 알루미나의 구형도 정의 및 측정방법에 기재된 바와 같다.
발명의 다른 구현예에 따른 유무기 복합 필러 제조방법은, 알루미나와 고분자 바인더를 교반하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계의 생성물과 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 열전도성 세라믹 화합물을 교반하는 제2 단계를 포함한다.
먼저, 알루미나와 고분자 바인더를 믹서에 투입한 후 교반하여 알루미나 표면에 고분자 바인더를 코팅할 수 있다. 이로 인해, 상기 알루미나에 제1 코팅층이 형성될 수 있다. 상기 알루미나와 고분자 바인더에 대한 설명은 앞서 기재한 바와 같다.
한편, 알루미나와 고분자 바인더는 100 : 1내지 15, 100 : 3 내지 12.5, 또는 100 : 6.25 내지 10의 중량비로 교반될 수 있다. 상기 알루미나와 고분자 바인더의 중량비가 100:1 미만이면 알루미나와 열전도성 세라믹 화합물 간의 접착력이 떨어질 수 있으며, 100:15 초과하면 열전도성이 저하되고 알루미나 입자간 응집이 유발될 수 있다.
상기 제1 단계를 통해 상기 알루미나에 고분자 바인더를 코팅한 후, 믹서에 상기 열전도성 세라믹 화합물을 투입하여 교반할 수 있으며, 이로 인해 상기 고분자 바인더에 열전도성 세라믹 화합물이 부착되어 제2 코팅층을 형성될 수 있다. 즉, 상기 제조 방법으로 제조되는 유무기 복합 필러는 알루미나; 상기 알루미나 상에 형성되고, 고분자 바인더를 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상에 형성되고, 열전도성 세라믹 화합물을 포함하는 제2 코팅층을 포함하는 3층 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 열전도성 세라믹 화합물은 알루미나와 고분자 바인더의 교반으로 생성된 생성물100중량부에 대해 1 내지 15중량부로 투입될 수 있다. 상기 열전도성 세라믹 화합물의 함량이 1중량부 미만이면 방열성 조성물의 열전도도 향상을 기대하기 어렵고, 15중량부 초과하면 알루미나에 코팅이 되지 않은 열전도성 세라믹 화합물의 양이 많아져 방열성 조성물 제조 시 점도가 크게 증가하여 공정성이 저하될 수 있다.
발명의 또 다른 구현예에 따른 방열성 조성물은 경화 가능한 유기 결합제; 및 상기 유무기 복합 필러를 포함할 수 있다.
본 발명자들은, 상기 조성물에 상기 유무기 복합 필러를 적용하면, 조성물의 밀도를 낮추고, 방열 소재에 충진되는 필러의 충전률을 높일 수 있어 열전도도를 향상시킬 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 조성물의 특유의 작용 또는 효과는 상기 유무기 복합 필러로부터 기인한 것으로 보인다. 이러한, 유무기 복합 필러는 열전도성이 우수한 알루미나 및 열전도성 세라믹 화합물을 함께 사용하여 각각으로부터의 특성을 구형할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 알루미나와 열전도성 세라믹 화합물이 고분자 바인더를 통해 강하게 부착되어 구상의 형상을 유지할 수 있음으로 인하여, 필러의 밀도를 낮추고 방열 소재에 충진되는 필러의 충전률을 높여, 최종 제품이 방열 소재의 밀도를 낮추고 열전도 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 경화 가능한 유기 결합제는 방열 소재의 기재 역할을 할 수 있는데, 우수한 방열 특성 및 충격 흡수 특성을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유기 결합제에 사용될 수 있는 물질의 구체적인 예로는 열경화성 실리콘 고무 화합물, 일액형 열경화성 실리콘 바인더, 이액형 열경화성 실리콘 바인더, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있는데, 이러한 물질들은 자체의 우수한 점착력으로 인하여 별도의 점착층 등을 구비할 필요 없어서 작업 고정을 단순화 할 수 있고 최종 제품의 생산 단가를 절감시킬 수 있다.
상기 방열성 조성물은 상기 경화 가능한 유기 결합제 100중량부 대비 상기 유무기 복합 필러를 500 내지 1000중량부, 600 내지 1000중량부, 또는 700 내지 1000중량부로 포함할 수 있다. 상기 유무기 복합 필러가 적용됨에 따라, 유기 결합제와의 상용성이 향상될 수 있고 동일한 열전도도를 구형하기 위해서 필요한 복합 필러의 체적함량(volume %)을 낮출 수 있기 때문에 필러의 충진량을 크게 증가시킬 수 있다. 한편, 상기 유무기 복합 필러의 함량이 500중량부 미만이면 열전도 특성을 구현하기 어려울 수 있고, 1000중량부 초과하면 조성물의 점도가 너무 높아 교반이 원활하지 않게 되어 조성물 내에 갇히는 기포가 많아져 조성물의 열전도도를 떨어뜨릴 수 있다.
한편, 상기 방열성 조성물은 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화마그네슘, 산화아연 및 수산화알미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 필러 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 필러 유닛은, 상기 유무기 복합 필러에 포함되는 알루미나 및 열전도성 세라믹 화합물과 구분되는 것으로, 상기 유기 결합제에 분산될 수 있으며, 방열 소재의 열전도 특성 및/또는 전자파 흡수 성능을 향상시키기 위한 부수적인 필러로 첨가될 수 있다.
이에 따라, 상기 방열성 조성물은 상기 유무기 복합 필러 및 필러 유닛을 1:0.4 내지 1.5의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 유무기 복합 필러 및 필러 유닛의 중량비가 1:0.4 미만이면 추가적으로 필러 유닛을 첨가함으로 인한 효과가 나타나지 않을 수 있고, 1:1.5 초과하면 조성물의 점도를 증가시켜 공정성을 저해할 수 있다.
발명의 또 다른 구현예에 따른 방열 소재는, 기재; 및 상기 기재에 분산된 상기 유무기 복합 필러를 포함한다.
상기 기재는 상기 조성물에 포함된 유기 결합제가 경화되어 시트(Sheet) 상으로 성형된 것이고, 상기 유기 결합제가 경화된 시트인 기재에 유무기 복합 필러가 입자들이 분산되어 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 유기 결합제 기재 내에 분산된 유무기 복합 필러를 포함하는 방열 소재는, 저밀도의 유무기 복합 필러가 높은 충진율로 충전되어 있어, 낮은 밀도 및 높은 열전도 특성을 구현할 수 있다.
상기 방열 소재는 0.1 내지 10.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 상기 방열 소재의 두께가 0.1mm 미만이면 열전도 특성을 구현하기가 어려우며, 10.0mm 초과하면 열저항이 증가하여 방열 소재 고유의 성능이 반감될 수 있으며, 중량이 증가하여 제품의 경량화 측면에서도 바람직하지 않다.
한편, 상기 방열 소재는 단일층의 시트일 수 있고, 동일한 시트가 2개 이상이 부착된 복합 시트일 수 있으며, 또는, 단일층 시트의 일면 이상에 상이한 물성을 갖는 시트가 추가적으로 부착될 수 있다.
한편, 상기 기재에는 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화마그네슘, 산화아연 및 수산화알미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 이상의 필러 유닛을 더 분산될 수 있다. 상술한 바와 같이, 추가적으로 포함되는 필러 유닛은 상기 유무기 복합 필러에 포함되는 알루미나 및 열전도성 세라믹 화합물과 구분되는 것으로서, 방열 소재의 열전도 특성 및/또는 전자파 흡수 성능을 향상시키기 위한 부수적인 필러로 첨가될 수 있다.
상기 복합 필러는 기재 20 내지 80 중량% 및 유무기 복합 필러 방열재 80 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
상기 방열 소재는 또한 필요에 따라 산화방지제, 형광증백제, 광안정제, 윤활제, 안료, 염료, 이형제, 가교제, 내마찰 마모제, 반응형 화합물, 난연제, 금속 불활성제, 대전 방지제, 커플링제 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 방열제품에 대한 요구를 충족하며, 고열전도성이 우수한 유무기 복합 필러, 이를 포함하는 방열성 조성물 및 유무기 복합 필러 제조방법이 제공될 수 있다.
도 1은 실시예 1의 반응물로 사용된 알루미나를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2는 실시예 1의 유무기 복합 필러를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 3은 비교예 1의 필러를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
40㎛의 평균입도 및 0.95의 구형도를 갖는 알루미나 25g; 및 폴리비닐피롤리돈 분말(PVP K15, ASHLAND社, 유리전이 온도 130℃) 1.1g을 플랜터리 믹서(planetary mixer)에 투입하고, 1200rpm/600rpm(자전/공전)의 속도 및 상온에서 5분간 교반하였다. 이후, 5㎛의 평균직경을 갖는 판상의 질화붕소 2.8g을 투입하고, 1200rpm/600rpm(자전/공전)의 속도 및 상온에서 5분간 교반하여 유무기 복합 필러를 제조했다.
도 1은 상기 알루미나를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이고, 도 2는 상기 유무기 복합 필러를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
실시예 2
20㎛의 평균입도를 갖는 구형의 알루미나를 사용하였다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유무기 복합 필러를 제조했다.
비교예 1
40㎛의 평균입도를 갖는 구형의 알루미나 28.8g 및 5㎛의 평균직경을 갖는 판상의 질화붕소 3.2g을 플랜터리 믹서(planetary mixer)에 투입하고, 1200rpm/600rpm(자전/공전)의 속도 및 상온에서 5분간 교반하여 필러를 제조했다.
도 3은 상기 필러를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
비교예 2
20㎛의 평균입도를 갖는 구형의 알루미나를 사용하였다는 점을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 필러를 제조했다.
실시예 3 내지 6 및 비교예 3 내지 5
하기 표 1에 개시된 함량으로 우레탄 수지에 필러(알루미나, 질화붕소, 실시예 1, 2, 비교예 1 및/또는 2)를 분산하여 방열성 조성물을 제조했다.
평가
1. 필러의 구형도 평가
3차원 입자인 필러의 구형도(sphericity)는 원형도(circularity)의 평균값인 것으로, 상기 원형도는 Marvern사의 입형 분석 장비(FPIA-3000)를 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 주사전자현미경 사진으로부터 필러의 투영면적(A)과 주위길이(P)를 측정하고, 이를 하기 식 1에 대입하여 계산하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재했다. 한편, 상기 구형도(원형도)는 0에서 1까지의 값으로 나타나고, 1에 근접할수록 진구(眞球)에 가까워진다.
[식 1]
원형도 = 4πA/P2
2. 밀도 측정
비중계(GeoPyc 1360, Micromeritics社)를 이용하여 실시예 3 내지 6 및 비교예 3 내지 5의 방열성 조성물의 밀도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재했다.
3. 열전도도 측정
열전도 측정장치(NETZSCH, HFM436 Lambda)를 이용하여 상온(25℃)에서 실시예 3 내지 6 및 비교예 3 내지 5의 방열성 조성물의 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재했다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
구형도 0.93 0.96 0.84 0.88
단위: g 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예3 비교예4 비교예5
알루미나 11) 32 29.6
알루미나 22) 24 24 22.4
알루미나 33) 24 24 21 24 22.4 24
실시예 1 32 32 28 50
실시예 2 24 21
비교예 1 32
비교예 2 24
질화붕소4) 5.6
우레탄 수지5) 10 10 10 10 10 10 10
필러 함량(phr) 6) 800 800 700 500 800 800 800
밀도(g/㎤) 2.95 2.86 2.79 2.61 3.08 2.96 2.96
열전도도(W/m·K) 2.94 3.17 2.63 2.46 2.65 2.35 2.44
1) 알루미나 1: 40㎛의 평균입도를 갖는 구형의 알루미나
2) 알루미나 2: 20㎛의 평균입도를 갖는 구형의 알루미나
3) 알루미나 3: 무정형 알루미나
4) 질화붕소: 5㎛의 평균 직경을 갖는 판상의 질화붕소
5) 우레탄 수지: 2액형 우레탄계 접착제 조성물(주제: TA-360(BASF사), 경화제: TLA-100(아사이카제))
6) 필러 함량(phr): 우레탄 수지 100중량부에 대한 필러의 총 함량, part per hundred resin
상기 표 1에 따르면, 실시예 1 및 2의 구형도는 0.93 이상으로, 비교예 1 및 2에 비해, 구형도가 높음을 확인했다. 비교예 1 및 2는 필러에 부착되지 못한 판상의 질화붕소로 인하여 구형도가 낮음을 예측할 수 있다.
또한, 상기 표 2에 따르면, 실시예 1 및/또는 2의 유무기 복합 필러를 포함하는 실시예 3 및 4는, 비교예 3 내지 5에 비해, 열전도도가 높음을 확인했다. 또한, 실시예 5는 비교예 3 내지 5 보다 필러 함량이 100phr정도 적고 실시예 6은 비교예 3 내지 5보다 필러 함량이 300phr이 적음에도 불구하고, 비교예 대비 동일 이상으로 열전도도가 높은 효과가 나타난다는 점을 확인했다.
한편, 알루미나 1 내지 3만을 포함하는 비교예 3은 밀도가 매우 높은 문제점이 있음을 확인했다.
나아가, 주사전자현미경을 통해 촬영한 실시예 1 및 비교예 1의 필러 표면을 비교한 결과, 실시예 1은 알루미나 상에 질화붕소가 평편하게 코팅되었음을 확인했다. 반면, 비교예 1은 폴리비닐피롤리돈과 같은 고분자 바인더가 사용되지 않음으로 인해, 제조 공정 중에 질화붕소가 알루미나로부터 분리되고, 또한 분리된 질화붕소 간의 응집으로 응집체가 형성되어 있음을 확인했다.

Claims (15)

  1. 알루미나;
    상기 알루미나 표면에 위치하고, 고분자 바인더를 포함하는 제1 코팅층; 및
    상기 제1 코팅층 상에 위치하고, 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 열전도성 세라믹 화합물을 포함하는 제2 코팅층을 포함하는, 유무기 복합 필러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알루미나는 평균 입도가 5 내지 100㎛인, 유무기 복합 필러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알루미나는 구형도가 0.9 내지 1인, 유무기 복합 필러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 바인더는 유리 전이 온도(Tg)가 80 내지 150℃인, 유무기 복합 필러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 바인더는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB) 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 유무기 복합 필러.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코팅층은 평균 두께가 0.1 내지 2㎛인, 유무기 복합 필러.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유무기 복합 필러는 구형도가 0.9 내지 1인, 유무기 복합 필러.
  8. 알루미나와 고분자 바인더를 교반하는 제1 단계; 및
    상기 제1 단계의 생성물과 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 열전도성 세라믹 화합물을 교반하는 제2 단계를 포함하는, 유무기 복합 필러 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 알루미나와 고분자 바인더는 100 : 1내지 15의 중량비로 교반되는, 유무기 복합 필러 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 열전도성 세라믹 화합물은 상기 생성물 100중량부에 대해 1 내지 15중량부로 투입되어 교반되는, 유무기 복합 필러 제조방법.
  11. 경화 가능한 유기 결합제; 및 제1항의 유무기 복합 필러를 포함하는, 방열성 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 경화 가능한 유기 결합제는 열경화성 실리콘 고무 화합물, 일액형 열경화성 실리콘 바인더, 이액형 열경화성 실리콘 바인더, 아크릴계 수지, 에폭시 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 방열성 조성물.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 방열성 조성물은 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화마그네슘, 산화아연 및 수산화알미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 이상의 필러 유닛을 더 포함하는, 방열성 조성물.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 경화 가능한 유기 결합제 100중량부 대비 상기 유무기 복합 필러 500 내지 1000중량부를 포함하는, 방열성 조성물.
  15. 고분자 기재; 및 상기 기재에 분산된 제1항의 유무기 복합 필러를 포함하는, 방열 소재.
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