KR20200025067A - 방열특성이 우수한 방열패드용 하이브리드 충전재 및 이를 포함하는 중합체 방열패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 방열패드용 충전재 및 이를 포함하는 중합체 방열패드에 관한 것으로, 특히, 판상흑연이 탄소나노튜브에 의해 서로 연결되어 열전도성이 뛰어난 중합체 방열패드용 충전재 및 이를 포함하는 중합체 방열패드에 관한 것이다.

Description

방열특성이 우수한 방열패드용 하이브리드 충전재 및 이를 포함하는 중합체 방열패드 {HYBRID FILLER FOR THERMALLY CONDUCTIVE PAD WITH EXCELLENT THERMAL CONDUCTIVTY AND THERMALLY CONDUCTIVE PAD INCLUDING THE SAME}

본 발명은 방열패드용 하이브리드 충전재 및 이를 포함하는 중합체 방열패드에 관한 것으로, 특히, 판상흑연이 탄소나노튜브에 의해 서로 연결되어 열전도성이 뛰어난 방열패드용 하이브리드 충전재 및 이를 포함하는 중합체 방열패드에 관한 것이다.

전자기기의 고집적화, 고성능화와 함께 LED 조명의 발달로 기기 내에 더욱 많은 열이 발생하고 있다. 이러한 방출열은 소자의 기능저하, 기기오작동 및 기기의 수명을 단축시키고 있어 이를 방지하는 방열대책이 시급하다.

한편, 방열패드는 전자기기의 열원과 heat sink 사이에 위치해 열원으로부터 발생하는 열을 heat sink로 전달해주는 TIM (Thermal Interface Materials) 역할을 하는 구조물을 가리킨다.

현재 시장을 형성하고 있는 방열패드의 주재료는 대부분 (수산화)알루미나 (Al₂O₃)가 사용되며, 실리콘 레진에 첨가하여 패드형태로 제작해 방열패드 혹은 실리콘패드라는 명칭으로 판매되고 있다.

이러한 방열패드는 열전도도, 강도, 밀착성, 절연성 등이 요구되며, 이 중 방열에 있어 핵심이라고 할 수 있는 열전도도는 대부분 1 내지 2 W/mK에 그치고 있다.

한국공개특허 제 2016-0095519 호 (2016년 08월 11일 공개)의 방열시트는 흑연과 탄소나노튜브 또는 금속 입자를 혼합하여 방열특성을 개선하고자 하나, 흑연과 탄소나노튜브의 접촉을 보장하기 어려워 원하는 수준의 열전도성을 얻기 어렵다.

따라서, 경제성이 뛰어나면서도 열전도성이 뛰어난 방열패드용 소재에 대한 시장의 요구가 점증하는 실정이다.

한국공개특허 제 2016-0095519 호 (2016년 08월 11일 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

판상흑연이 탄소나노튜브에 의해 서로 연결되어 열전도성이 뛰어난 방열패드용 충전재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방열패드용 충전재 및 바인더 수지를 포함한 방열패드를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

본 발명의 방열패드용 충전재는 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,

흑연, 및

상기 흑연 표면에 성장시킨 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흑연은 판상일 수 있다.

또한, 상기 방열패드용 충전재는 구상흑연을 추가로 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 방열패드는 상기 방열패드용 충전재, 및 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바인더 수지는 규소수지일 수 있다.

또한, 상기 방열패드의 열전도도는 7 W/mK 이상일 수 있다.

그리고, 상기 방열패드용 충전재 및 바인더 수지는 공자전 혼합방식으로 혼합할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 방열패드는 흑연이 탄소나노튜브에 의해 서로 연결됨으로써 열전도성이 7 W/mK 이상에 달한다.

이러한 우수한 열적, 전기적 물성을 달성하면서도 저가의 소재를 사용함으로써 경제성 또한 뛰어난 장점이 있다.

도 1은 판상흑연과 탄소나노튜브를 충전재로 포함하는 본 발명 방열패드의 일 실시예이다.
도 2는 판상흑연과 탄소나노튜브 및 구상흑연을 충전재로 포함하는 본 발명 방열패드의 일 실시예이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

다만, 아래는 특정 실시예들을 예시하여 상세히 설명하는 것일 뿐, 본 발명은 다양하게 변경될 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에, 예시된 특정 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서, '포함하다', '함유하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소(또는 구성성분) 등이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.

본 발명의 방열패드용 충전재는 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,

흑연, 및

상기 흑연 표면에 성장시킨 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

흑연의 일반적인 형태는 판상이므로, 판에 평행한 방향으로는 열전달이 원활하나 판에 수직인 방향으로는 원활하지 못하다. 이러한 단점의 극복을 위해 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 흑연 표면에 사상의 탄소나노튜브를 성장시킨 것을 가장 주요한 특징으로 한다. 이를 통해 판상의 흑연에 수직 방향으로도 열전달이 용이하게 이루어질 수 있다.

흑연 표면에 탄소나노튜브의 성장은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 내용으로서 흑연 표면에 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있는 내용이라면 별도의 제한은 없다.

예컨대,

1) 흑연 표면에 산화마그네슘 버퍼층을 형성시키고,

2) 마그네슘 나이트레이트, 시트르산, 암모늄 몰리브데이트 및 질산철을 포함하여 제조되는 탄소나노튜브 합성용 금속촉매를 상기 산화마그네슘 버퍼층과 반응시켜 상기 흑연 내부에 철/몰리브덴 금속촉매를 형성시키고,

3) 열화학기상증착법을 이용하여 상기 흑연 상에 상기 철/몰리브덴 금속촉매로부터 탄소나노튜브를 성장시키되, 복수의 상기 흑연이 복수의 상기 탄소나노튜브를 매개로 연결된 형태를 갖도록 한다.

본 발명의 방열패드용 충전재는 또한 구상흑연을 추가로 포함할 수 있다.

이러한 구상흑연은 도 2에 도시된 바와 같이 판상흑연 사이에 개재되어 흑연 사이의 열전달을 매개하고, 그 결과 전체적인 열전달 효율을 제고한다.

한편, 본 발명의 방열패드는 상기 방열패드용 충전재, 및 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 상기 바인더 수지는 특히 규소수지인 것이 바람직하다.

이렇게 제조된 상기 방열패드의 열전도도는 7 W/mK 이상일 수 있다.

그리고, 상기 방열패드용 충전재 및 바인더 수지는 별도의 블레이드 바가 없이 유동이 회전축과 평행하게 이루어져 혼합 시 필러의 손상이 없는 공자전 혼합기 예컨대, 씽키 페이스트 믹서 (thinky paste mixer)로 혼합하는 것이 바람직하다. 이를 통해 흑연과 흑연을 연결하는 탄소나노튜브가 끊어지는 현상을 예방할 수 있어, 열전도도의 저하를 사전에 방지하는 것이 가능하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 판상흑연
12 : 구상흑연
20 ; 탄소나노튜브
30 : 바인더 수지

Claims (5)

1. 흑연, 및
   상기 흑연 표면에 성장시킨 탄소나노튜브를 포함하는, 방열패드용 충전재.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 흑연은 판상인 것을 특징으로 하는, 방열패드용 충전재.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 방열패드용 충전재는 구상흑연을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 방열패드용 충전재.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 청구항의 방열패드용 충전재, 및
   바인더 수지를 포함하는, 방열패드.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 바인더 수지는 규소수지인 것을 특징으로 하는, 방열패드.
   

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