KR20200080961A - 절연 방열 나노와이어, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합체 - Google Patents

절연 방열 나노와이어, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 나노와이어 코어 및 h-BN 쉘로 구성된, 절연 방열 나노와이어, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합체를 개시한다. 상기 금속 나노와이어는 구리(Cu) 나노와이어이거나, 또는 구리(Cu) 나노와이어 코어에 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 규소(Si), 백금(Pt)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상이 코팅된 코어-쉘 구조의 나노와이어일 수 있다.

Description

절연 방열 나노와이어, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합체{Insulated heat dissipating nanowires, methods of making the same, and composites comprising the same}
본 발명은 절연 방열 나노와이어, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속 나노와이어를 코어로 하고 육방정 질화붕소 (Hexagonal Boron Nitride, 이하에서는 'h-BN'이라고도 함) 물질을 쉘로 하는 코어-쉘 구조의 절연 방열 나노와이어, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합체에 관한 것이다.
최근 스마트폰, 전기자동차, 디스플레이 등 전자기기의 능동단 부품/모듈 및 신호처리/전력 집적회로(IC) 등 고밀도 전자소자가 고속화, 고집적화, 다기능화, 소형화, 박형화, 경량화 추세로 변화하면서 단위면적당 많은 열이 발생하게 되어 기기 신뢰성을 유지하기 위해 높은 방열 성능이 요구되고 있다.
현재 방열 소재는 알루미늄, 알루미나, h-BN, BNNT, CNT, 그래핀 등 다양한 무기물 소재로 구성되어 있으며 전기전도성을 가진 금속 및 탄소계와, 전기절연성을 가진 산화물, 질화물로 크게 구분된다.
최근 주목받고 있는 BNNT(Boron Nitride Nanotube)는 질화물계 나노소재로서, CNT(Carbon Nanotube) 구조의 C-C pair가 B-N pair로 대체된 5.5eV 밴드갭을 가진 높은 전기절연성과 튜브 길이 방향의 높은 열전도도, 열적/화학적 안정성을 가진 우수한 방열 소재이다. 그러나 합성 및 정제 등 제조 공정이 복잡하여 생산단가가 매우 높아 범용화에 큰 걸림돌이 되고 있다.
한편, 알루미나 또는 이산화규소 등의 무기입자 코어의 표면에 질화붕소와 수지로 이루어진 쉘층을 형성하는 코어-쉘 구조의 분말 입자 제조 기술이 선행 특허문헌 1 및 특허문헌 2로 공개되어 있으나, 이들 특허문헌들에서는 무기입자 코어 표면에 질화붕소를 직접 코팅하는 것이 어렵기 때문에 결착용의 수지를 함께 쉘층으로 사용한다는 점에서 문제가 있다.
일본국 특허공개공보 JP2016-192474A 국제특허공개공보 WO2017/012119A1
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술 상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 절연 방열 나노와이어 소재를 제조하기 위해 금속 나노와이어 표면에 h-BN 소재를 코팅한 코어-쉘 구조를 형성함으로써, 고가의 BNNT 방열소재와 유사한 높은 종횡비, 높은 열전도성, 우수한 전기절연성, 열적/화학적 안정성을 가진 절연 방열 나노와이어를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 금속 나노와이어를 코어로 하고 그 표면에 저압 또는 상압 화학기상증착법을 이용하여 h-BN 소재를 코팅함으로써 코어-쉘 구조의 절연 방열 나노와이어를 제조하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 금속 나노와이어 표면에 h-BN 소재를 코팅한 코어-쉘 구조의 절연 방열 나노와이어를 포함하는 복합체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 방열 나노와이어는, 금속 나노와이어 코어 및 h-BN 쉘로 구성된다.
또한, 상기 금속 나노와이어는 구리(Cu) 나노와이어이거나, 또는 구리(Cu) 나노와이어 코어에 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 규소(Si), 백금(Pt)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상이 코팅된 코어-쉘 구조의 나노와이어일 수 있다.
또한, 상기 금속 나노와이어는 표면이 울퉁불퉁한 엠보싱 구조를 갖는 나노와이어일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 절연 방열 나노와이어의 제조방법은, 위와 같은 절연 방열 나노와이어의 제조방법으로서, 금속 나노와이어를 준비하는 단계; 및 화학기상증착법으로 상기 금속 나노와이어의 표면에 h-BN 소재를 코팅하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 방열 나노와이어를 포함하는 복합체는 위와 같은 절연 방열 나노와이어를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 금속 나노와이어 표면에 h-BN 물질을 저압 또는 상압 화학기상증착법을 이용하여 도입함으로써, 높은 종횡비, 높은 열전도성, 높은 전기절연성, 열적/화학적 안정성을 가진 절연 방열 나노와어어를 낮은 단가로 제조할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 절연 방열 나노와이어 소재를 포함하는 복합체에서 절연 방열 나노와이어의 투입량을 최대화하지 않더라도 높은 방열성능을 나타내는 복합체를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 방열 나노와이어의 개략적 모식도,
도 2는 hBN 표면코팅에 사용되는 플라즈마 화학기상증착 장비의 챔버 모식도이다.
이하에서는 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 상세히 설명한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연 방열 나노와이어는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 금속 나노와이어를 코어로 하고 그 표면에 h-BN 소재가 코팅되어 이루어진다.
상기 금속 나노와이어는 구리(Cu) 나노와이어이거나, 또는 구리(Cu) 나노와이어 코어에 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 규소(Si), 백금(Pt)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상이 코팅된 코어-쉘 구조의 나노와이어일 수 있다.
이와 관련하여, 구리 나노와이어를 제조하는 기술이나, 구리 나노와이어에 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 규소(Si), 백금(Pt) 등을 코팅하는 기술은 본 기술분야에서 널리 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 금속 나노와이어는 표면이 울퉁불퉁한 엠보싱 구조를 갖는 것이 바람직하다. 상기 금속 나노와이어의 표면은 후술하는 h-BN 소재가 코팅될 때 코팅이 용이하게 또한 효율적으로 이루어질 수 있도록 돕기 위함이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 방열 나노와이어의 제조방법은, 위와 같은 다양한 형태의 절연 방열 나노와이어를 준비하는 단계; 및 도 2에 예시적으로 도시한 플라즈마 화학기상증착장치를 사용하여 화학기상증착법으로 상기 금속 나노와이어의 표면에 h-BN 소재를 코팅하는 단계;를 포함한다.
이와 같이 본 발명에서는 플라즈마 화학기상증착법을 사용하여 낮은 공정 온도에서 코어 표면에 직접적으로 단일층 또는 다수층의 hBN 물질을 코팅하는 공정 방법을 제공한다. 코어-쉘 구조엥서 쉘 층을 형성하는 h-BN 전구체로는 보라진(B3H6N3) 가스를 사용할 수 있고, 수소 가스와 적정 비율로 예를 들어 500℃의 챔버에 주입된다. 주입된 보라진 가스는 챔버내에서 확산되고 플라즈마에 의해 낮은 온도에서 열분해된 후, 코어의 표면에 흡착하여 단일층 또는 다수층의 h-BN 쉘 층이 형성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 방열 나노와이어를 포함하는 복합체는 위와 같은 절연 방열 나노와이어를 포함하도록 제조된다. 기지에 다양한 형상 및 재질의 방열 소자들을 분산 배치하여 이루어지는 복합체의 구조는 본 기술분야에서 널리 알려져 있으므로, 이의 제조에 대한 상세한 설명은 생략한다.

Claims (6)

  1. 금속 나노와이어 코어 및 h-BN 쉘로 구성된, 절연 방열 나노와이어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 구리(Cu) 나노와이어인, 절연 방열 나노와이어.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 구리(Cu) 나노와이어 코어에 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 규소(Si), 백금(Pt)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상이 코팅된 코어-쉘 구조의 나노와이어인, 절연 방열 나노와이어.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 표면이 울퉁불퉁한 엠보싱 구조를 갖는, 절연 방열 나노와이어.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 하나의 청구항에 기재된 절연 방열 나노와이어의 제조방법으로서,
    금속 나노와이어를 준비하는 단계; 및
    화학기상증착법으로 상기 금속 나노와이어의 표면에 h-BN 소재를 코팅하는 단계;
    를 포함하는 절연 방열 나노와이어의 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 하나의 청구항에 기재된 절연 방열 나노와이어를 포함하는 복합체
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