KR20200005763A - 열방사 조성물, 이를 이용한 열방사 시트 제조방법, 열방사 시트 및 상기 열방사 시트를 포함하는디바이스 - Google Patents

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Abstract

입경분포가 불규칙한 실리콘카바이드, 바인더 수지, 경화제, 희석제 및 필러를 포함하고, 상기 실리콘카바이드는 표면처리되지 않은 열방사 조성물, 상기 열방사 조성물을 이용한 열방사 시트 제조방법, 열방사 시트 및 상기 열방사 시트를 포함하는 디바이스가 제공된다.

Description

열방사 조성물, 이를 이용한 열방사 시트 제조방법, 열방사 시트 및 상기 열방사 시트를 포함하는디바이스 {Heat Radiant Paint Composition, Heat Radiant Sheet Using The Same, Heat Radiant Sheet And Device comprising the Heat Radiant Sheet}
본 기재는 열방사 조성물, 이를 이용한 열방사 시트 제조방법, 열방사 시트 및 상기 열방사 시트를 포함하는디바이스에 관한 것이다.
최근 전자기기의 고성능화, 소형화 및 고기능화에 따라 전자부품 회로에서 발열량이 증가함에 따라 기기의 내부온도가 상승하여 반도체 소자의 오작동, 저항체 부품의 특성변화 및 부품의 수명이 저하되는 문제를 수반한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방열대책으로 다양한 기술이 적용되고 있다.
이러한 방열대책으로는 히트싱크(Heat sink)나 방열판을 설치하는 방법이 있다. 또한, 상기 열원과 히트싱크 사이에 방열그리스(Thermal grease), 방열 패드, 방열 테이프 등과 같은 열 전달물질을 삽입하는 방법이 있다.
그런데 상기와 같은 종래의 방열방법은 열원에서 발생하는 열을 단순히 히트씽크로 전달하는 기능만 할 뿐, 히트싱크에 축적된 열을 공기 중으로 방출하는 기능은 수행하지 못하였다. 더구나 전자제품의 열원이나 히트싱크, 방열판 등을 보호하기 위하여 그 표면에다 종래의 액상도료를 코팅하게 되면, 그 피막이 피도체의 열 방출을 차단하여 오히려 상기 전자제품의 성능이나 수명에 악영향을 미치는 결과를 초래하기도 한다.
예컨대, 자동차 등에 LED 헤드램프의 적용이 증가함에 따라 램프의 온도를 낮추고자 하는 기술적 노력이 선행되고 있다. 특히, LED 소자는 온도에 대하여 매우 민감한 반도체 소자로서, 구동시 온도 상승으로 인한 수명, 오작동의 문제가 심각하게 발생할 우려가 있다. 이로 인해, 상기 LED 헤드램프 등의 온도 상승을 억제하여 수명을 연장시키고, 오작동을 억제하는 것이 더욱 요구된다.
현재까지는 이러한 LED 헤드램프 등의 온도 상승을 억제하기 위해, 램프와 브래킷 사이의 팬을 통해 방열 특성을 구현한 경우가 대부분이었다. 그러나, 이러한 방열 구조에서는, 램프의 수명에 비하여 팬의 수명이 짧고, 소음, 먼지 발생 등의 문제와 잦은 고장의 원인이 되어, 고가의 LED 헤드램프를 교체해야 하는 등의 문제점이 발생하였다.
이에 팬 등의 기계적 구조물을 사용하지 않고, LED 헤드램프 등의 주위에서 발생하는 열을 적절히 방출시켜 그 온도 상승을 억제함으로서, 램프의 수명을 보다 길게 하는 기술의 개발이 계속적으로 요구되어 왔다.
최근에는, 상기 LED 헤드램프 등의 주위에 열방사 조성물을 사용하여 열방사 시트 등을 형성함으로서, 상술한 효과를 얻고자 시도된 바 있다. 그러나, 이러한 효과를 바람직하게 구현할 수 있도록, 우수한 방열성과 함께, 뛰어난 광택, 코팅성, 부착성 등을 갖는 열방사 시트의 형성을 가능케 하는 열방사 조성물은 아직까지 제대로 구현되지 않고 있다.
일 구현예는 공정성 및 코팅성이 우수하고, 광택, 방열성 및 기재에 대한 접착력이 우수한 열방사조성물을 제공하기 위한 것이다.
다른 일 구현예는 상기 열방사 조성물을 이용한 열방사 시트 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또 다른 일 구현예는 상기 열방사 조성물을 이용하여 제조된 열방사 시트를 제공하기 위한 것이다.
또 다른 일 구현예는 상기 열방사 시트를 포함하는 디바이스를 제공하기 위한 것이다.
일 구현예는 입경분포가 불규칙한 실리콘카바이드, 바인더 수지, 경화제, 희석제 및 필러를 포함하고, 상기 실리콘카바이드는 표면처리되지 않은 열방사 조성물을 제공한다.
상기 바인더 수지는 에폭시 수지일 수 있다.
상기 에폭시 수지는 5,000 g/mol 내지 25,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가질 수 있다.
상기 경화제는 폴리아마이드 및 아미드 아민, 변성 지방족 아민, 변성 지환족 아민 경화제, 변성 방향족 아민 형태의 이미다졸계 경화제를 포함할 수 있다.
상기 희석제는 케톤계 용매 또는 아세테이트계 용매일 수 있다.
상기 필러는 탄소나노튜브, 실리콘나노튜브, 흑연(Graphite), 산화철(Fe3O4), 실리카(SiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 카본블랙(Carbon black), 티탄블랙(Titan Black) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 필러는 상기 열방사 조성물 총량에 대해 0.1 중량% 내지 1.0 중량%로 포함될 수 있다.
상기 실리콘카바이드는 상기 바인더 수지보다 적은 함량으로 포함될 수 있다.
상기 열방사 조성물은, 상기 열방사 조성물 총량에 대해, 상기 실리콘카바이드 24 중량% 내지 65 중량%; 상기 바인더 수지 23 중량% 내지 50 중량%; 상기 경화제 3 중량% 내지 10 중량%; 상기 희석제 3 중량% 내지 30 중량% 및 상기 필러 0.1 중량% 내지 1.0 중량%를 포함할 수 있다.
상기 열방사 조성물은 분산제, 레벨링제, 분산 보조제, pH 조절제, 침강 방지제, 계면 활성제, 습윤제 및 증점제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
다른 일 구현예는 기재를 준비하는 단계; 상기 기재의 일면에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열방사 조성물을 코팅하는 단계 및 상기 코팅 후 100℃ 내지 180℃에서 소성하는 단계를 포함하는 열방사 시트 제조방법을 제공한다.
상기 코팅은 스프레이 코팅, 바 코팅, 콤마 코팅, 스크린 인쇄 또는 브러쉬 코팅일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 기재 및 상기 기재의 일면에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열방사 조성물을 코팅한 후, 100℃ 내지 180℃에서 소성하여 코팅된 열방사층을 포함하는 열방사 시트를 제공한다.
상기 기재는 스테인리스스틸(SUS), 인바(invar), 알루미늄 또는 구리일 수 있다.
상기 열방사 시트는 상기 열방사층이 형성된 반대면에 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 열방사층의 두께는 30㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 상기 열방사 시트를 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 LED 램프, 응축기, 증발기, 엔진, 히터, 보일러배관, 통신장비, 모터, 배터리, 하우징재료, 전극재료, 반도체, 게임기, 디스플레이, 핸드폰, 가전제품, 자동차, 건축, 의료기기, 선박, 비행기, 우주항공기기, 군사시설 및 장비 또는 열교환기를 포함할 수 있다.
기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
일 구현예에 따른 열방사 조성물을 사용하면, 종래 열방사 조성물을 사용하는 경우보다, 내구성(방열효과)이 우수한 방열소재의 제조가 가능하며, 동시에 공정성 또한 향상(다양한 기재에 대한 우수한 접착력, 낮은 제조단가)시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 열방사 조성물에 사용된 실리콘카바이드의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 실시예 2에 따른 열방사 조성물에 사용된 실리콘카바이드의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 실시예 3에 따른 열방사 조성물에 사용된 실리콘카바이드의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 실시예 4에 따른 열방사 조성물에 사용된 실리콘카바이드의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 실시예 5에 따른 열방사 조성물에 사용된 실리콘카바이드의 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 실시예 6에 따른 열방사 조성물에 사용된 실리콘카바이드의 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 실시예 7에 따른 열방사 조성물에 사용된 실리콘카바이드의 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 비교예 1에 따른 열방사 조성물에 사용된 실리콘카바이드의 주사전자현미경 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.　
본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 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.
최근 전자제품의 고기능화로, 전자부품소자의 소형화 및 집적화 개발이 가속화되고 있다. 그러나 이러한 구조적 변화로 인해 전자제품 내의 열 방출 가용 면적이 감소하고 발열이 심화되었다. 소자의 발열은 전자제품의 오작동을 유발한다는 점에서 수명과 신뢰성을 저하시킨다. 아레니우스 법칙에 따르면, 소자 작용 온도가 10℃ 상승할 때 소자의 효율 감소로 인한 수명 단축이 2배 빠르게 발생한다. 이에 따라 전자부품소자에 적용이 가능한 고방열소재가 각광받고 있다. 이러한 소재 응용을 통한 1℃의 온도 감소가 중요한 요인으로 작용하는 것이다.
방열소재의 효율성을 극대화하기 위해서 열 방출 면적을 최대화하는 히트싱크(Heatsink)에 유무기 복합소재를 코팅하는 것이 주류이다. 유무기 복합소재는 기존의 높은 열전도도를 가지는 세라믹 기판을 대체하는 소재로서, 높은 열전도도 및 열방사 특성과 모재 부착력 및 가공용이성의 장점을 가진다.
이러한 유무기 복합소재로는 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 사용할수 있는데, 그 중 질화붕소나 질화알루미늄 등의 질화화합물은 단가가 높고 복합소재의 내구성이 낮은 단점을 가진다. 또한 산화알루미늄은 높은 열전도도를 가지는 것으로 알려져 있으나, 제조단가가 높다. 특히 구상 산화알루미늄은 일정한 입경 분포 내에서 균일한 열전도율을 나타내지만, 특정 입경(20 μm) 이하로 제조하는 것이 어려워 침강의 문제를 발생시킨다. 반면, 파쇄 산화알루미늄은 비교적 불규칙적이며, 방열 소재의 점도를 현저히 높이므로 가공성이 떨어지게 된다. 이에 따라 본원 발명의 발명자들은 오랜 연구 끝에, 입경분포가 불규칙한 비개질 실리콘카바이드를 활용하여, 방열 소재의 제조공정 및 제조단가를 획기적으로 간소화 및 감소시키는 동시에, 우수한 방열 효과를 가지는 열방사 조성물을 발명해내기에 이르었다. 입경분포가 불규칙하다는 것은 도1 내지 도 8에 나타난 것처럼, 실리콘카바이드의 입경분포, 즉 D10, D50, D100 등의 값이 일정한 값으로 측정될 수 없을 뿐만 아니라, D10~D100의 범위가 200 ㎛μm 정도로 매우 큰 것을 의미한다. 따라서 평균입경 등을 특정할 수 없는 입경분포를 가지는 것을 의미한다. 입경분포가 불규칙하다는 것은 도 1 내지 도 8에 나타난 것처럼, 실리콘카바이드의 입경분포, 즉 D10, D50, D100 등의 값이 일정한 값으로 측정될 수 없는 입경분포를 가지는 것을 의미하며, 따라서 평균입경 등을 특정할 수 없는 입경분포를 가지는 것을 의미한다.
일 구현예에 따른 열방사 조성물은 실리콘카바이드, 바인더 수지, 경화제, 희석제 및 필러를 포함하고, 상기 실리콘카바이드는 입경분포가 불규칙하고, 또한 표면처리가 되어있지 않다(비개질 실리콘카바이드). 따라서, 방열성, 접착력, 코팅성 뿐만 아니라 광택특성이 우수해, 다양한 디바이스에 적용이 가능할 수 있다.
상기 실리콘카바이드의 표면처리(개질)를 할 경우, 방열성은 향상되나, 광택특성이 크게 저하되는 문제가 있으며, 입경분포가 규칙적인 실리콘카바이드의 경우, 광택특성은 우수하나 방열성 및 접착력이 크게 저하되는 문제가 있다.
또한, 필러없이 비개질 실리콘카바이드를 사용할 경우, 아주 소량의 필러를 추가하여도 매우 우수한 방열성을 나타낼 수 있다. 일반적으로 개질된 실리콘카바이드를 필러와 함께 사용하여 방열성을 개선하는데, 이 때 사용되는 필러의 함량이 많아질수록 그만큼 방열성 개선효과는 우수해지나 필러의 함량 증가에 따라 경제성이 저하되는 문제가 있와 함께 비개질 실리콘카바이드를 사용하는 경우보다 방열성이 크게 향상되게 된다.
즉, 종래 열방사 조성물과 달리, 실리콘카바이드의 입경분포 및 표면개질 여부, 그리고 필러를 상기 실리콘카바이드와 함께 사용함으로써, 높은 열방사율 및 방열특성을 가지고, 유사 방열소재에 비해 제조단가를 크게 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 광택 특성 또한 우수해 방열 특성을 나타내는 외장재로도 충분히 사용이 가능하다.
상기 실리콘카바이드는 상기 열방사 조성물 총량에 대해 24 중량% 내지 65 중량%로 포함될 수 있다.
상기 바인더 수지는 에폭시 수지일 수 있다.
예컨대, 상기 에폭시 수지는 고분자 에폭시 수지일 수 있다. 예컨대, 상기 에폭시 수지는 5,000 g/mol 내지 25,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 에폭시 수지의 중량평균 분자량이 상기 범위 내일 경우 내용제성, 내스크래치성 및 내구성이 우수할 수 있다. 상기 중량평균 분자량은 GPC를 사용한 폴리스티렌을 표준으로 하여 측정하여 얻어진 값을 의미한다.
상기 에폭시 수지는 경화가 진행되면 후술하는 경화제와의 상호작용으로 에폭시기끼리 가교 구조를 이루게 되어, 방열 구조체를 형성하게 된다. 그리고 상기 방열 구조체 내에 후술하는 필러가 균일하게 분산되어, 상기 필러의 특정 관능기(예컨대, 아민기, 아미드기, 카르복실기 또는 히드록시기 등)와 상기 에폭시기 유래 산소원자가 수소 결합을 형성하게 되어, 방열성을 향상시킬 수 있다.
상기 바인더 수지는 상기 열방사 조성물 총량에 대해 23 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 상기 바인더 수지가 상기 열방사 조성물 총량에 대해 23 중량% 미만으로 포함될 경우 그 효과가 미미하고균일한 코팅성 및 재현성 확보가 어렵고, 50 중량% 초과로 포함될 경우 건조 온도가 지나치게 높아질 수 있어 방열효과가 미흡해지며 건조 및 경화온도가 지나치게 높아질 수 있어 효율성 측면에서 바람직하지 않다.
예컨대, 상기 실리콘카바이드는 상기 바인더 수지보다 적은 함량으로 포함될 수 있다. 상기 실리콘카바이드가 상기 바인더 수지보다 많은 함량으로 포함될 경우, 광택 특성이 현저하게 나빠지게 되어 바람직하지 않을 수 있다.
상기 경화제는 상기 바인더 수지를 경화시킬 수 있어야 하며, 예컨대 폴리아마이드 및 아미드 아민, 변성 지방족 아민, 변성 지환족 아민 경화제, 변성 방향족 아민 형태의 이미다졸계 경화제를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 경화제는 아민계(이미다졸계) 경화제일 수 있다.
상기 경화제는 상기 열방사 조성물 총량에 대해 3 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 희석제는 각 성분의 적절한 용해를 가능케 하는 임의의 용매를 사용할 수 있고, 예컨대 케톤계 용매, 아세테이트계 용매, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 알코올계 용매 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
예컨대, 상기 케톤계 용매로는 아세톤, MEK, MIBK, 시클로헥사논 등을 사용할 수 있고, 상기 아세테이트계 용매로는 n-부틸아세테이트, 이소부틸아세테이트, 에틸아세테이트, 셀로솔브아세테이트 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 상기 희석제로 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 알코올계 용매를 사용할 수도 있다. 구체적으로 상기 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 알코올계 용매로는 부탄올, 이소프로판올 등을 들 수 있다. 상기 부탄올이나 이소프로판올의 경우 전술한 케톤계 용매와 유사한 코팅성을 가질 수 있다.
그러나, 상기 희석제로 C1 내지 C2 알코올계 용매는 사용하지 않는다. 상기 희석제에 에탄올 등의 C1 내지 C2 알코올계 용매가 포함될 경우, 에폭시 수지와의 상용성 저하 문제가 발생하여로 불균일한 코팅층이 생성되어 바람직하지 않을 수 있다.
상기 필러는 탄소나노튜브, 실리콘나노튜브, 흑연(Graphite), 산화철(Fe3O4), 실리카(SiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 카본블랙(Carbon black), 티탄블랙(Titan Black) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 필러는 전술한 비개질 실리콘카바이드와 함께 사용되어, 방열성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 필러는 상기 열방사 조성물 총량에 대해 0.1 중량% 내지 1.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 필러가 상기 열방사 조성물 총량에 대해 0.1 중량%로 포함되면 그 효과가 미미하고, 1.0 중량% 초과로 포함되면 코팅성이 크게 불량해지게 된다.
상기 열방사 조성물은 상술한 각 구성 성분 외에도, 분산제, 레벨링제, 분산 보조제, pH 조절제, 침강 방지제, 계면 활성제, 습윤제 및 증점제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제로는 변성 아크릴레이트계 분산제; 변성 폴리우레탄 아크릴 코폴리머 분산제; 폴리아세탈계 분산제; 아크릴산, 메틸메타아크릴레이트, 알킬(C1~C10)아크릴레이트, 비닐 아크릴레이트, 또는 2-에틸헥실아크릴레이트 등의 아크릴계 분산제; 폴리카보네이트계 분산제; 스티렌 또는 알파메틸스티렌 등의 스티렌계 분산제; 폴리에스테르계 분산제; 폴리페닐렌에테르계 분산제; 폴리올레핀계 분산제; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 분산제; 폴리아릴레이트계 분산제; 폴리아미드 계 분산제; 폴리아미드이미드계 분산제; 폴리아릴설폰계 분산제; 폴리에테르이미드계 분산제; 폴리에테르설폰계 분산제; 폴리페닐렌 설피드계 분산제; 폴리이미드계 분산제; 폴리에테르케톤계 분산제; 폴리벤족사졸계 분산제; 폴리옥사디아졸계 분산제; 폴리벤조티아졸계 분산제; 폴리벤즈이미다졸계 분산제; 폴리피리딘계 분산제; 폴리트리아졸계 분산제; 폴리피롤리딘계 분산제; 폴리디벤조퓨란계 분산제; 폴리설폰계 분산제; 폴리우레아계 분산제; 폴리우레탄계 분산제; 또는 폴리포스파젠계 분산제; 등을 들 수 있으며, 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체를 사용할 수도 있다.
상기 레벨링제로는 제품명 BYK 계열 등으로 알려진 첨가제를 대표적으로 사용할 수 있고, 기타 다양한 레벨링제를 사용할 수 있다.
상기 분산 보조제로는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 습윤제 또는 젖음성 향상제 등을 사용할 수 있다.
이러한 각 첨가제로는 당업계에서 알려지거나 상업적으로 입수 가능한 것을 모두 사용할 수 있다.
다른 일 구현예에 따르면, 기재를 준비하는 단계; 상기 기재의 일면에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열방사 조성물을 코팅하는 단계 및 상기 코팅 후 100℃ 내지 180℃에서 소성하는 단계를 포함하는 열방사 시트 제조방법을 제공한다.
상기 열방사 조성물을 전자부품 등의 표면에 코팅할 때, 코팅 방법은 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 통상적인 코팅방법인 스프레이 코팅, 바 코팅, 콤마 코팅, 스크린 인쇄 또는 브러쉬 코팅 등으로 코팅하는데, 이때 코팅막의 두께는 80㎛ 내지 120㎛의 두께로 코팅되는 것이 바람직하고, 상기 두께 이상으로 코팅될 경우 비용 상승 및 크랙이 발생할 가능성이 있고, 그 이하일 경우에는 좋은 방열 성능을 발휘할 수 없다.
상기 열방사 조성물의 코팅 과정이 완료되면, 코팅막을 소성 처리하여야 하는데, 바람직하게는 100℃이상, 더욱 바람직하게는 100℃ 내지 180℃의 온도에서 5분 내지 20분 동안 소성하여 완전한 코팅막을 얻을 수 있다.
또한, 일 구현예에 따른 열방사 조성물은 알루미늄, 구리, 인바(invar) 등의 여러 금속 소재, 스테인리스스틸(SUS), 유리, 플라스틱 등에 대해 제한 없이 사용할 수 있으며, 방열성 및 부착성이 우수할 뿐만 아니라 경도, 내용제성 및 내수성도 뛰어나다.
또 다른 일 구현예는 기재 및 상기 기재의 일면에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열방사 조성물을 코팅한 후, 100℃ 내지 180℃에서 소성하여 코팅된 열방사층을 포함하는 열방사 시트를 제공한다.
상기 기재는 스테인리스스틸(SUS), 인바, 알루미늄 또는 구리일 수 있다.
상기 열방사 시트는 상기 열방사층이 형성된 반대면에 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 열방사층의 두께는 80㎛ 내지 120㎛일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 상기 열방사 시트를 포함하는 디바이스를 제공한다.
예컨대, 상기 디바이스는 LED 램프, 응축기, 증발기, 엔진, 히터, 보일러배관, 통신장비, 모터, 배터리, 하우징재료, 전극재료, 반도체, 게임기, 디스플레이, 핸드폰, 가전제품, 자동차, 건축, 의료기기, 선박, 비행기, 우주항공기기, 군사시설 및 장비 또는 열교환기를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(열방사 조성물의 제조)
실시예 1 내지 실시예 6 및 참고예 1 내지 참고예 3
하기 표 1 및 표 2에 따른 조성으로, 개질되지 않고 입경 분포가 불규칙한 실리콘카바이드, 에폭시 수지, 희석제, 필러를 혼합한다. 이를 지르코니아 비드를 활용하여 1000 rpm 에서 분산한 후, 경화제를 투입하여 추가 교반한다.
비교예 1 및 비교예 5
필러를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하였다.
비교예 2
개질되지 않고 입경 분포가 불규칙한 실리콘카바이드를 700℃ 이상에서 산화처리하여 개질시킨 후, 이를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하였다.
비교예 3
개질되지 않고 입경 분포가 불규칙한 실리콘카바이드에 GPTES (3-Glycidyloxypropyltriethoxysilane) 3 중량부를 혼합하여 100℃의 알코올 배치에서 5시간 교반하여 개질시킨 후, 이를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하였다.
비교예 4
개질되지 않고 입경 분포가 규칙적인 실리콘카바이드(D50 = 20㎛)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하였다.
(단위: 중량%)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
실리콘카바이드 (A-1) 24.5 24.5 24.5 24.5 24.5 24.0
(A-2) - - - - - -
바인더 수지 45.0 45.0 45.0 45.0 45.0 45.0
희석제 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0
경화제 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0
필러 (E-1) 0.5 - - - - 1.0
(E-2) - 0.5 - - - -
(E-3) - - 0.5 - - -
(E-4) - - - 0.5 - -
(E-5) - - - - 0.5 -
(단위: 중량%)
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 참고예 1 참고예 2 참고예 3
실리콘카바이드 (A-1) 25.0 - - 25.0 65.0 23.5 22.5 20.0
(A-2) - 25.0 25.0 - - - - -
바인더 수지 45.0 45.0 45.0 45.0 23.0 45.0 45.0 45.0
희석제 25.0 25.0 2.0 25.0 7.0 25.0 25.0 25.0
경화제 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0
필러 (E-1) - - - - - 1.5 2.5 5.0
(E-2) - - - - - - - -
(E-3) - - - - - - - -
(E-4) - - - - - - - -
(E-5) - - - - - - - -
실리콘카바이드
A-1: 비개질 실리콘카바이드 (대정화금, Silicon Carbide powder)
A-2: 개질 실리콘카바이드
비교예 2에 사용된 개질 실리콘카바이드는 A-1의 비개질 실리콘카바이드를 산화처리한 것임
비교예 3에 사용된 개질 실리콘카바이드는 A-1의 비개질 실리콘카바이드를 실란 표면처리한 것임
바인더 수지
Bisphenol-A 형 에폭시 수지 (국도화학, YD-011)
희석제
메틸에틸케톤(MEK) (대정화금)
경화제
아민계 열경화제 (국도화학, Isophorone Diamine)
필러
E-1: 카본나노튜브 (CNANO Technology Limited, Carbon nanotube)
E-2: 실리콘나노튜브 (풍원화학)
E-3: 그라파이트 (삼정씨앤지, SG20)
E-4: 산화철(Fe3O4) (대정화금, Iron Oxide)
E-5: 티탄블랙 (한국야마모토트레이딩㈜, TM-F)
(열방사 시트의 제조)
실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 내지 비교예 5 및 참고예 1 내지 참고예 3에서 제조된 조성물을 알루미늄 모재에 100㎛으로 바 코팅한다. 코팅한 시편을 120℃에서 10분 간 경화시킨다.
(평가)
광택, 도막두께, 코팅성, 방열효과, 모재 접착력, 열방사율 및 열확산도(수평방향, 25℃)를 하기 방법으로 평가하여, 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
광택
육안으로 광택의 유무를 평가
도막두께
A456 BASIC(elcometer/영국) 측정
코팅성
도막을 확대경으로 관찰하여 핀홀(pinhole) 유무와 두께 균일성을 확인하고, 육안으로 코팅성의 우수/불량을 평가
방열효과
도막이 코팅된 알루미늄 판 (50 x 50 mm)에 LED 칩을 부착하였을 때, LED 칩의 안정화온도 확인. 약 5℃의 방열효과에 의해 전자부품소자의 효율이 20% 이상 개선됨.
모재 접착력
ASTM D 3359에 따라, 부착성이 우수한 경우인 5B에서 부착성이 열악한 0B로 6단계로 나뉘며 정량적으로 판단
열방사율
40℃에서 FT-IR spectrometer를 이용해 방사에너지를 측정하여, 흑체의 방사에너지와 비교. 흑체의 방사율이 1이므로, 조성물의 열방사율은 1보다 작음
열확산도
열확산도는 Netzsch 사의 LFA 457 MicroFlash 장비를 활용하여 25℃에서의 열확산도를 확인하였으며, 시편은 10 x 10 mm 으로 절단 후 그라파이트 코팅하여 준비
도막 색상 광택 도막두께(㎛) 코팅성 방열효과(℃) 모재 접착력
실시예 1 진회색 있음 100 우수 9.3 5B
실시예 2 회갈색 있음 100 우수 8.2 5B
실시예 3 회갈색 있음 100 우수 6.1 5B
실시예 4 회갈색 있음 100 우수 6.6 5B
실시예 5 회갈색 있음 100 우수 6.3 5B
실시예 6 진회색 있음 100 우수 4.6 5B
비교예 1 회갈색 있음 100 우수 4.5 5B
비교예 2 진회색 없음 100 우수 5.2 5B
비교예 3 진회색 없음 100 우수 5.8 5B
비교예 4 진회색 있음 100 우수 3.1 1B
비교예 5 진회색 없음 100 우수 4.1 5B
참고예 1 검회색 없음 139 불량 5.3 5B
참고예 2 검회색 없음 167 불량 5.7 5B
참고예 3 검정색 없음 348 불량 - 5B
열방사율 열확산도
비교예 1 0.905 85.7
비교예 5 0.873 72.2
상기 표 3 및 표 4로부터, 비개질 실리콘카바이드는 필러와 함께 사용될 때 방열효과 개선이 가능하며, 필러 함량이 조성물 총량에 대해 1.0 중량% 초과인 경우 조성물의 코팅성이 유지되지 못하며, 실리콘 카바이드 입경분포가 규칙적인 경우 방열효과 및 모재에 대한 접착력이 감소됨을 확인할 수 있다. 또한, 실리콘카바이드 함량이 바인더 수지 함량보다 적을 경우 열방사율 및 열전도도가 우수해짐도 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.

Claims (18)

  1. 입경분포가 불규칙한 실리콘카바이드, 바인더 수지, 경화제, 희석제 및 필러를 포함하고,
    상기 실리콘카바이드는 표면처리되지 않은 열방사 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 에폭시 수지인 열방사 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 5,000 g/mol 내지 25,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가지는 열방사 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경화제는 폴리아마이드 및 아미드 아민, 변성 지방족 아민, 변성 지환족 아민 경화제, 변성 방향족 아민 형태의 이미다졸계 경화제를 포함하는 열방사 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 희석제는 케톤계 용매, 또는 아세테이트계 용매 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 알코올계용매인 열방사 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 필러는 탄소나노튜브, 실리콘나노튜브, 흑연(Graphite), 산화철(Fe3O4), 실리카(SiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 카본블랙(Carbon black), 티탄블랙(Titan Black) 또는 이들의 조합을 포함하는 열방사 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필러는 상기 열방사 조성물 총량에 대해 0.1 중량% 내지 1.0 중량%로 포함되는 열방사 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘카바이드는 상기 바인더 수지보다 적은 함량으로 포함되는 열방사 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열방사 조성물은, 상기 열방사 조성물 총량에 대해,
    상기 실리콘카바이드 24 중량% 내지 65 중량%;
    상기 바인더 수지 23 중량% 내지 50 중량%;
    상기 경화제 3 중량% 내지 10 중량%;
    상기 희석제 3 중량% 내지 30 중량% 및
    상기 필러 0.1 중량% 내지 1.0 중량%
    를 포함하는 열방사 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열방사 조성물은 분산제, 레벨링제, 분산 보조제, pH 조절제, 침강 방지제, 계면 활성제, 습윤제 및 증점제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 열방사 조성물.
  11. 기재를 준비하는 단계
    상기 기재의 일면에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열방사 조성물을 코팅하는 단계 및
    상기 코팅 후 100℃ 내지 180℃에서 소성하는 단계
    를 포함하는 열방사 시트 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 코팅은 스프레이 코팅, 바 코팅, 콤마 코팅, 스크린 인쇄 또는 브러쉬 코팅인 열방사 시트 제조방법.
  13. 기재 및
    상기 기재의 일면에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열방사 조성물을 코팅한 후, 100℃ 내지 180℃에서 소성하여 코팅된 열방사층
    을 포함하는 열방사 시트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기재는 스테인리스스틸(SUS), 인바, 알루미늄 또는 구리인 열방사 시트.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 열방사 시트는 상기 열방사층이 형성된 반대면에 접착층을 더 포함하는 열방사 시트.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 열방사층의 두께는 30㎛ 내지 300㎛인 열방사 시트.
  17. 제13항에 따른 열방사 시트를 포함하는 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 디바이스는 LED 램프, 응축기, 증발기, 엔진, 히터, 보일러배관, 통신장비, 모터, 배터리, 하우징재료, 전극재료, 반도체, 게임기, 디스플레이, 핸드폰, 가전제품, 자동차, 건축, 의료기기, 선박, 비행기, 우주항공기기, 군사시설 및 장비 또는 열교환기를 포함하는 디바이스.
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