KR20200094298A - 절연기능과 방열기능을 갖는 방열 시트 및 이를 포함하는 방열 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자제품에 적용되는 방열 소재 및 이를 포함하는 방열시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 절연기능과 방열기능을 갖는 방열 소재 및 이를 포함하는 방열시트에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 소재, 이를 포함하는 방열 시트 및 방열 모듈은 우수한 절연기능과 방열기능을 제공함으로써 전자 제품에서 발생하는 열을 효율적으로 방출함과 동시에 절연 기능을 제공하여 전자 제품의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

절연기능과 방열기능을 갖는 방열 소재 및 이를 포함하는 방열 시트{A heat-radiating material having an insulating function and a heat-radiating function, and a heat-radiating sheet comprising the same}
본 발명은 전자제품에 적용되는 방열 소재 및 이를 포함하는 방열시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 절연기능과 방열기능을 갖는 방열 소재 및 이를 포함하는 방열시트에 관한 것이다.
최근 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 등의 휴대 단말기기와 액정, 유기 발광 다이오드, 및 마이크로 LED 기반의 평판형 텔레비전 등을 포함하는 소비자 정보 가전은 기기의 박형화 주요 구동 부품의 고성능화에 수반하여 박형이면서 높은 방열 성능을 제공하는 방열 시트 또는 부품의 요구가 점증하고 있다. 차세대 자동차의 경우에도 배터리 및 자율주행과 관련된 다양한 전자기기를 장착함으로써 자동차의 무게 증가와 발열 문제가 불가피하다.
특히 모바일 기기 등에서 통신 속도가 빨라지면 이를 스위칭하는 반도체 내부에 잔류 전류가 남게 되고, 남은 잔류 전류는 열 발생의 원인이 된다. 기기를 사용할수록 열 발생은 증폭되고, 이는 통신 속도를 저하시키며 소비자 안전에 위협을 줄 수 있다. 또한 마이크로 LED TV의 경우 적색 LED / 녹색 LED / 청색 LED 각 1개씩 3개가 모여 하나의 화소가 된다. 만약 100만 화소의 마이크로 LED TV의 경우 300만개의 LED가 장착되게 되므로 열 발생이 더 큰 문제가 될 수 있다.
전자기기의 고장은 많은 부분에서 온도에 의한 것으로 발열은 전자기기의 내열성 및 장수명화의 관점에서 중요한 문제점 중 하나이다. 따라서 이러한 자동차와 전자기기의 열을 효율적으로 방출시키기 위한 경량 방열부품에 대한 관심이 높아지고 있고, 이로 인하여 고성능 방열 소재 시장은 점점 증가하고 있는 추세이다. 이를 위하여 전자제품에서 열을 방출하면서 절연 기능을 제공할 수 있는 방열 소재 또는 부품의 요구가 증가되고 있다.
방열은 부품에서 발생한 열을 이동시켜 부품의 온도 상승을 억제하는 개념으로, 다양한 방법들이 제안되어 오고 있다. 열을 이동시키는 메커니즘은 크게 전도(Con-duction), 대류(Convection), 복사(Radiation)로 구분할 수 있다. 일반적으로 이용되는 방법은 전도에 의한 방열 방법으로 열을 확산시키기 위한 가장 효과적인 방법이다. 대류를 이용한 예로서 부품의 발열로 발생하는 상승 기류를 부품 표면을 따라 흐르게 해 열을 기기 외부로 방출시키는 방식을 들 수 있는데, 순환시키기 위한 충분한 공간을 확보할 필요가 있어 소형이고 발열량이 큰 제품에는 적합하지 않다. 복사를 이용한 대표적인 것은 원적외선 복사 방식이다. 이것은 열을 직접 원적외선으로 바꾸어 발열체로부터 열을 방출시키는 방법이기 때문에 별도의 방열핀 등을 장착하지 않아도 그 자체로 방열 효과를 높이는 것이 가능하나, 실용화 수준의 방열 효과를 얻기 어려운 수준으로 좀 더 지속적인 연구개발이 필요한 상황이다. 따라서 방열 효과를 얻기 위한 가장 효과적인 접근으로 방열 소재의 열전도성을 이용하는 방법이 주를 이루고 있어 소재의 열전도성을 높이는 기술의 개발이 필요한 상황이다.
지금까지의 방열부품은 우수한 열전도도를 갖는 금속 및 세라믹 소재가 주로 이용되었으나, 무게가 무겁고 성형성이 좋지 않으며 제조단가가 높다는 단점을 지니고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 가볍고 성형성이 좋은 방열 소재의 필요성이 대두되고 있다. 방열 고분자 복합소재는 가볍고 성형성이 좋으며 낮은 제조원가로 인해 방열부품 소재로 주목받고 있다. 그러나 다양한 장점에도 불구하고 금속 및 세라믹 소재와 비교해 낮은 열전도도로 인하여 사용이 제한되고 있어 열전도도를 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
방열 고분자 복합소재는 다양한 열전도성 필러를 고분자 매트릭스와 복합화하여 열전달 경로의 효율적 형성을 통해 최종 소재의 열전도도를 향상시킨다. 일반적으로 방열 고분자 복합소재를 얻기 위해, 열전도성이 우수한 흑연, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀과 같은 탄소계 필러, 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 알루미나 등과 같은 세라믹계 필러를 단독으로 사용하거나 혹은 혼합하여 고분자 매트릭스에 균일하게 분산 및 고충전하여 제조하는 방법을 사용한다. 전기적 절연 특성이 요구되는 제품의 경우 세라믹계 필러를 적용하고 비절연성 제품의 경우 탄소계 필러를 적용하는 것이 일반적이다. 열전도성 필러의 가격차에 기인하여 절연성이 비절연성에 비해 제조원가가 높고 고열전도도의 구현이 어려운 것이 일반적이다(도 1 참조).
기존의 방식은 이종 필러 간의 융합 문제와 고분자 매트릭스와의 계면에서 발생하는 문제로 인해 비용 대비 열전달 성능이 낮아 고방열 성능을 위한 고열전도성을 구현하는데 어려움이 있다. 또한 필러의 고함량 사용에 따른 복합소재의 기계적 물성 저하 및 취약한 성형성이 상용화 및 시장 확대의 장애 요인이 되고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1658888호(2016.09.13.)
양철민, 기술과 혁신, 한국산업기술진흥협회, "고열전도성 방열 소재 제조 기술", Vol. 412, 2017.12. pp.65-67.
본 발명의 하나의 구체예에 따르는 목적은 전자 제품의 핵심 부품 또는 모듈의 과열을 완화 및 예방함으로써 해당 발열 부품의 정상적인 동작을 보장하고, 상기 부품 및 주변 부품 또는 모듈과 기기 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 방열기능과 절연기능을 갖는 방열 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 목적은 상기 방열 소재를 포함하는 방열 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 목적은 상기 방열 시트를 포함하는 방열 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하나의 양상의 하나의 구체예에서, 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 페이스트 조성물 형태의 방열 소재로서, 상기 열전도성 필러는 다이아몬드이며, 상기 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 90 중량부를 포함하며, 상기 다이아몬드는 평균 입자 지름이 마이크로미터 규모 크기인 마이크로다이아몬드임을 특징으로 하는 방열 소재를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 수지가 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 수지, 및 실리콘-우레탄 수지로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는 방열 소재를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 마이크로다이아몬드의 평균 입자 지름이 10 내지 50 ㎛인 방열 소재를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 열전도성 필러가 마이크로다이아몬드와 나노다이아몬드의 혼합물이며, 상기 나노다이아몬드는 평균 입자 지름이 나노미터 규모 크기이며, 상기 마이크로다이아몬드 대 상기 나노다이아몬드의 중량비는 1:1 내지 10:1인 방열 소재를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 방열 소재가 경화제를 더욱 포함하며, 이때 상기 방열 소재는 상기 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부, 상기 경화제 10 중량부 내지 30 중량부, 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 80 중량부를 포함하는 방열 소재를 제공한다.
본 발명은 또 다른 양상의 하나의 구체예에서, 홀(hole)이 형성된 절연 필름 및 상기 홀에 충진된 방열 소재를 포함하며, 상기 방열 소재는 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 페이스트 조성물 형태이며, 상기 방열 소재는 상기 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 90 중량부를 포함하는 방열 시트를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 절연 필름이 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 필름이며, 상기 열전도성 필러가 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 질화규소(Si3N4) 및 다이아몬드로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는 방열 시트를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 절연 필름이 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 필름이며, 상기 열전도성 필러가 다이아몬드이며, 상기 다이아몬드는 평균 입자 지름이 마이크로미터 규모 크기인 마이크로다이아몬드임을 특징으로 하는 방열 시트를 포함한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 마이크로다이아몬드의 평균 입자 지름이 10 내지 50 ㎛인 방열 시트를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 절연 필름이 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 필름이며, 상기 열전도성 필러가 마이크로다이아몬드와 나노다이아몬드의 혼합물이며, 상기 마이크로다이아몬드의 평균 입자 지름은 10 내지 50 ㎛이며, 상기 나노다이아몬드는 평균 입자 지름이 나노미터 규모 크기이며, 상기 마이크로다이아몬드 대 상기 나노다이아몬드의 중량비는 1:1 내지 10:1인 방열 시트를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 방열 소재가 경화제를 더욱 포함하며, 이때 상기 방열 소재는 상기 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부, 상기 경화제 10 중량부 내지 30 중량부, 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 80 중량부를 포함하는 방열 시트를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 절연 필름의 두께가 50 내지 200 ㎛이며, 상기 홀은 원형 형태로서 지름(Φ)이 0.4 내지 10 ㎜이며, 상기 절연 필름에 형성된 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격은 지름이 가장 큰 홀의 지름 길이 이하인 방열 시트를 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, 상기 절연 필름이 폴리이미드(POLYIMIDE)로부터 제조된 필름이며, 상기 절연 필름의 두께가 50 내지 200 ㎛이며, 상기 홀은 원형 형태로서 지름(Φ)이 0.4 내지 10 ㎜이며, 상기 절연 필름에 형성된 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격은 지름이 가장 큰 홀의 지름 길이 이하이며, 상기 수지는 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 수지, 및 실리콘-우레탄 수지로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되며, 상기 열전도성 필러는 다이아몬드이며, 상기 다이아몬드는 평균 입자 지름이 10 내지 50 ㎛인 마이크로다이아몬드인 방열 시트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양상에서, 전술한 방열 시트 중 어느 하나를 포함하는 절연층; 및 별도의 층으로 형성되는 방열층과 점착층 중 하나 이상의 층을 포함하는 방열 모듈을 제공한다.
본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 소재, 이를 포함하는 방열 시트 및 방열 모듈은 우수한 절연기능과 방열기능을 제공함으로써 전자 제품에서 발생하는 열을 효율적으로 방출함과 동시에 절연 기능을 제공하여 전자 제품의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 방열 시트 및 이를 포함하는 방열 모듈은 절연 필름에 형성된 홀에 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 소재를 적절량 충진함으로써 종래 기술에 비해 우수한 절연 기능 및 방열 기능을 제공하면서도 제조비용을 줄일 수 있다.
도 1은 방열 고분자 복합소재의 원리(좌)와 절연성에 따른 성능 및 가격 비교(우)를 나타낸다.
도 2는 다이아몬드의 입자 크기에 따라 일정 두께의 층에 적층될 수 있는 다이아몬드의 개수를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 홀이 형성된 절연 필름을 도시하는 개략도이다.
도 4는 홀의 크기가 서로 다른 3가지 종류의 절연 필름을 나타낸다.
도 5는 홀의 크기가 서로 다른 3가지 종류의 절연 필름을 더욱 상세하게 나타낸다.
도 6은 홀이 형성된 절연 필름에 방열 소재를 충진하는 방법을 도시하는 개략도이다.
도 7은 홀이 형성된 절연 필름에 방열 소재를 충진한 상태를 나타낸다.
도 8 내지 도 14는 각각 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 방열 시트 시료번호 #1, #5 ~ #10(각각 비교예 1, 실시예 1 ~ 6에 대응함)에 대한 LFA에 의해 측정된 열전도율을 나타내는 표이다.
이하에서 본 발명의 구체예를 상세히 설명한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술하는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명은 하나의 양상에서, 방열특성 및 절연 특성이 우수한 방열 소재를 제공한다.
본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 소재는 열전도성은 우수하지만 전기전도성은 없는 조성물일 수 있으며, 이러한 조성물은 절연 특성을 가지면서 전자 제품의 방열 대상체에 의해 발생하는 열을 다른 층이나 외부로 방출할 수 있다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 방열 소재는 수지와 열전도성 필러가 혼합된 페이스트 형태의 조성물일 수 있다.
상기 방열 소재에 사용될 수 있는 수지는 해당 업계에 통상적으로 사용되는 바인더 수지일수 있으며, 바람직하게는 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 수지, 및 실리콘-우레탄 수지로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 여기에 한정되는 것은 아니다. 한편, 예컨대, 본 발명에 사용될 수 있는 에폭시계 수지는 비제한적으로 비스페놀 A 수지, 비스페놀 F 수지, 비스페놀 S 수지, 노볼락 수지(페놀노볼락 및 크레졸노볼락 포함), 지환식 및 변성 에폭시 수지 등을 포함하며, 이들의 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 하나의 구체예에 따르는 상기 방열 소재에 사용될 수 있는 열전도성 필러는 다이아몬드일 수 있다. 다이아몬드의 열전도율은 구리의 4-5배에 해당하며, 일반적으로 수 천 W/mK의 열전도율을 갖지만, 낮은 온도에 순수한 동소체로 구성될 때 40,000 W/mK 일 수 있다. 한편 다이아몬드가 열을 잘 전달하는 것과 반대로 전기 저항은 매우 높다. 다이아몬드는 절연체로서 1011 내지 1018 Ωm의 전기 저항도를 갖는다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 상기 방열 소재에 사용될 수 있는 열전도성 필러로서의 다이아몬드는 마이크로미터 규모 크기 입자를 갖는 마이크로다이아몬드일 수 있다. 본 발명의 하나의 구체예에 따른 방열 소재에 사용되는 마이크로다이아몬드는 입자 크기가 평균 입자 지름으로서, 예컨대 1 내지 50 ㎛, 예컨대 5 내지 25 ㎛, 예컨대 10 내지 20 ㎛, 예컨대 12 내지 18 ㎛, 예컨대 14 내지 16 ㎛ 일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 하나의 구체예에서 마이크로다이아몬드의 평균 입자 지름은 10 내지 50 ㎛이며, 가장 바람직하게는 15 ㎛이다. 마이크로다이아몬드의 크기가 너무 작으면 이를 포함하는 방열 소재의 열전도율이 떨어지는 문제점이 있으며, 마이크로다이아몬드의 크기가 너무 크면 이를 포함하는 방열 소재의 열전도율이 향상될 수는 있으나 후술하는 방열 시트에 충진 시 방열 시트의 베이스 필름의 두께가 얇을 경우 마이크로다이아몬드가 돌출되는 문제점이 있을 수 있다. 따라서 마이크로다이아몬드의 평균 입자 지름이 1 ㎛ 미만이면 열전도율이 낮아지는 문제점이 있으며, 50 ㎛를 초과하면 방열 시트에 충진 시 외부로 돌출되는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명자들은 나노 크기 입자를 갖는 나노다이아몬드보다 마이크로다이아몬드가 방열에 유리함을 밝혀냈다. 또한 마이크로다이아몬드가 나노다이아몬드보다 가격이 저렴하여 제조비용을 감소시킬 수 있다.
도 2는 다이아몬드의 입자 크기에 따라 일정 두께의 층에 적층될 수 있는 다이아몬드의 개수를 개략적으로 도시한 것이다.
나노다이아몬드는 입자 크기가 예컨대 4~6 ㎚ 일 수 있으며, 마이크로다이아몬드는 입자 크기가 예컨대 1~2 ㎛ 일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예컨대 나노다이아몬드의 입자 크기가 6 ㎚이고, 마이크로다이아몬드 입자 크기가 2 ㎛인 경우, 두께 2 ㎛의 층에는 나노다이아몬드가 약 333개 적층될 수 있으나, 마이크로다이아몬드는 1개 적층될 수 있다. 한편 두께 10 ㎛의 층에는 나노다이아몬드가 약 1665개 적층될 수 있으나, 마이크로다이아몬드는 5개 적층될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 입자 크기가 더 큰 마이크로다이아몬드가 나노다이아몬드의 경우보다 열전도율이 더욱 우수할 것으로 고려될 수 있다.
한편 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 상기 방열 소재에 사용될 수 있는 열전도성 필러로서의 다이아몬드는 마이크로다이아몬드와 나노다이아몬드의 혼합일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 마이크로다이아몬드가 적층되어 주된 열전도성 필러로서의 역할을 하고, 나노다이아몬드가 마이크로다이아몬드 사이에 적층됨으로써 더욱 우수한 열전도율을 제공할 수 있는 것으로 고려될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따른 방열 소재에 사용되는 마이크로다이아몬드와 혼합되어 사용될 수 있는 나노다이아몬드는 평균 입자 지름이 나노미터 규모 크기일 수 있다. 상기 나노다이아몬드는 입자 크기가 평균 입자 지름으로서, 예컨대 1 내지 30 ㎚, 예컨대 5 내지 25 ㎚, 예컨대 10 내지 20 ㎚, 예컨대 12 내지 18 ㎚, 예컨대 14 내지 16 ㎚ 일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 하나의 구체예에서 나노다이아몬드의 평균 입자 지름은 10 내지 20 ㎚이다. 나노다이아몬드의 크기가 너무 작으면 이를 포함하는 방열 소재의 열전도율이 떨어지는 문제점이 있으며, 나노다이아몬드의 크기가 너무 크면 이를 포함하는 방열 소재의 열전도율이 향상될 수는 있으나 후술하는 방열 시트에 충진 시 방열 시트의 베이스 필름의 두께가 얇을 경우 나노다이아몬드가 돌출되는 문제점이 있을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 상기 방열 소재는 수지와 열전도성 필러가 혼합된 페이스트 형태의 조성물일 수 있다.
상기 조성물은 상기 수지와 상기 열전도성 필러가 혼합된 페이스트 형태일 수 있으며, 상기 페이스트 조성물은 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 90 중량부를 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필러가 30 중량부 미만이면 요구되는 열전도성을 확보하지 못하는 문제점이 생길 수 있으며, 90 중량부를 초과하면 상기 페이스트 조성물을 절연 필름에 충진시켜 방열 시트를 제조하는 경우 방열 시트에 크랙(crack)이 발생하여 누설 전류로 인한 회로 기판에서 합선이 야기될 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
한편 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 상기 방열 소재에 사용될 수 있는 열전도성 필러로서 마이크로다이아몬드와 나노다이아몬드가 혼합되어 사용되는 경우, 마이크로다이아몬드 대 나노다이아몬드의 중량비는 예컨대 1:1 내지 10:1, 예컨대 2:1 내지 9:1, 예컨대 3:1 내지 8:1, 예컨대 4:1 내지 7:1, 예컨대 5:1 내지 6:1일 수 있다. 마이크로다이아몬드 대 나노다이아몬드의 중량비가, 나노다이아몬드의 중량을 1로 하여, 1:1 미만이면 이를 포함하는 방열 소재의 열전도율이 떨어지고 점도가 높아지는 문제가 있을 수 있으며, 10:1을 초과하면 이를 포함하는 방열 소재의 열전도율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
상기 페이스트 조성물은 상기 수지 및 상기 열전도성 필러를 상기 중량부 비율로 혼합하고, 이를 게이트 믹서, 유성형 믹서, 플래너터리 믹서(Planetary Mixer), 3-롤 비드 밀(3-roll Bead Mill) 등의 혼합기를 이용하여 혼합하여 제조될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본 발명의 방열 소재는 경화제를 더욱 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 경화제는 특별히 한정되지 않고, 본 발명에 사용되는 수지와 반응이 가능한 경화제는 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대 산무수물경화제, 이소시아눌산 경화제, 페놀계 경화제, 아민계 경화제 등을 사용할 수 있으며, 경화제는 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
따라서 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 방열 소재는 수지, 경화제 및 열전도성 필러가 혼합된 페이스트 형태의 조성물일 수 있으며, 상기 페이스트 조성물은 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부, 상기 경화제 10 중량부 내지 30 중량부, 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 80 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명은 또 다른 양상에서, 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 소재를 포함하는 방열 시트를 제공한다.
본 발명의 하나의 구체예에서 방열 시트는 일정 간격으로 일정 크기의 홀(hole)이 형성된 일정 두께의 절연 필름을 포함하며, 상기 홀에는 방열 소재가 충진될 수 있다.
본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 시트에 사용될 수 있는 절연 필름은 절연성이 우수하고 TG가 높아 고온에서도 치수 변형이 적고, 내열성이 우수해야 하며 동시에 유연성도 우수해야 한다. 또한, 내약품성이나 내습성도 우수해야 한다. 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 시트에 사용될 수 있는 절연 필름은 해당 분야에서 통상적을 사용되는 절연 필름이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 PI(Poly Imide), PET(Polyethylene Terephthalate), PC(Polycarbonate), PEN(Polyethylene Naphthalate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), MPPE(Modified Polyphenylene Ether), MPPO(Modified polyphenylene oxide) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 구체예에 따르는 절연 필름은 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 필름일 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 절연 필름은 폴리이미드(POLYIMIDE) 절연 필름이다. 폴리이미드 필름의 종류는 상품명으로 KAPTON(DU PONT), UPILEX(일본), APICAL(일본) 등이 있다. 폴리이미드 필름은 특히 가요성(flexibility)이 요구되는 전자 제품에 특히 유용할 수 있다. 한편, PET 필름은 폴리이미드 필름에 비해 가격이 저렴하며(약 25% 저렴), 80℃ 이상에 노출되지 않는 곳(Tg 100℃ 이하)에서 사용 가능하며, 내굴곡성이 요구되지 않는 용도 제약이 있으며, 복사기, 자동차용 대시 보드 등에서 사용된다.
아래에서 폴리이미드 필름과 PET 필름의 제조 반응식을 간략하게 제시한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
본 발명의 하나의 구체예에서, 방열 시트는 일정 간격으로 일정 크기의 홀(hole)이 형성된 일정 두께의 절연 필름을 포함할 수 있다.
상기 절연 필름의 두께는 예컨대 약 50 내지 200 ㎛, 예컨대 약 60 내지 90 ㎛, 예컨대 약 70 내지 80 ㎛, 예컨대 약 75 ㎛일 수 있다. 절연 필름이 얇을수록 열전도 측면에서 유리할 수 있으나 절연 필름의 두께가 50 ㎛ 미만이면 상기 절연 필름이 회로기판과 접촉 시 쇼트가 발생하는 등 요구되는 절연성을 충족시키지 못하는 문제가 생길 수 있으며, 200 ㎛를 초과하면 크랙이 발생할 수도 있으며 특히 요구되는 가요성(flexibility)을 충족시키지 못하는 문제가 발생할 수도 있다. 또한 절연 필름의 두께가 증가할수록 제조 단가 상승의 원인이 될 수 있다. 즉 상기 절연 필름이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 우수한 절연성을 나타내며, 크랙 방지 성능이 우수할 수 있다. 또한, 상기 절연 필름이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 인쇄회로기판(PCB)과 접촉 시 우수한 쇼트 방지 효과를 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 구체예에 따르는 방열 시트의 크랙을 방지하기 위하여 홀에 페블릭 등의 지지 성분을 추가할 수도 있다.
상기 절연 필름은 일정 간격으로 일정 크기로 형성된 홀(hole)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 홀이 형성된 절연 필름을 도시하는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 절연 필름(301)은 전술한 바와 같이 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 필름일 수 있다. 절연 필름의 두께는 전술한 바와 같이 예컨대 약 50 내지 200 ㎛, 예컨대 약 60 내지 90 ㎛, 예컨대 약 70 내지 80 ㎛, 예컨대 약 75 ㎛일 수 있다.
상기 절연 필름(301)에 형성된 홀(302)은 예컨대 레이저를 사용하여 여러 가지 서로 다른 크기 및 모양의 홀로 형성될 수 있으며, 하나의 절연 필름에 크기와 모양이 서로 다른 다수의 홀을 형성할 수도 있다.
도 4는 예컨대 홀의 크기가 서로 다른 3가지 종류의 절연 필름을 나타낸다. 도 4에서는 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 홀의 형태를 나타낸 것으로, 예컨대 원형 홀의 형상을 나타낸 것으로 여기에 한정되는 것은 아니며 사각형, 삼각형, 타원형, 마름모형 등 원하는 형상으로 제조될 수 있다. 절연 필름에 형성되는 홀의 크기는 예컨대 원형 홀의 경우, 예컨대 지름(Φ)이 0.4 내지 10 mm, 예컨대 0.4 내지 2 ㎜, 예컨대 지름(Φ)이 0.5 내지 1.5 ㎜, 예컨대 지름(Φ)이 0.5 내지 1.0 ㎜일 수 있다. 후술하는 실시예에서는 절연 필름에 형성되는 홀의 크기가 홀의 지름으로 각각 0.5 ㎜, 1.0 ㎜, 및 1.5 ㎜의 원형 홀의 실시예를 설명한다. 절연 필름에 형성되는 홀의 크기가 너무 작으면 방열 소재가 충분히 충진되지 않고 열전도율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 홀의 크기가 크면 열전도율 측면에서는 유리할 수 있으나 홀의 크기가 너무 크면 방열 소재와 절연 필름의 접합부 면적이 증가하므로 박리 현상이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 따라서 절연 필름에 형성되는 홀의 지름이 0.4 ㎜ 미만이면 전술한 방열 소재가 충분히 충진되지 않고 열전도율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 홀의 지름이 10 ㎜를 초과하면 충진되는 방열 소재와 절연 필름의 접합부에 박리 현상이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 그러나 이러한 경우 접착 성분 또는 페블릭 등을 이용하여 박리를 예방할 수 있다.
한편 본 발명의 하나의 구체예에서, 전술한 바와 같이 하나의 절연 필름에 크기와 모양이 서로 다른 여러 개의 홀을 형성할 수 있으며, 예컨대 절연 필름에 형성된 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격은 지름이 가장 큰 홀의 지름 길이 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.5 mm 내지 지름이 가장 큰 홀의 지름 길이 이하일 수 있다. 절연 필름에 형성된 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격이 지름이 가장 큰 홀의 지름 길이를 초과하면 방열 소재가 충진된 절연 필름의 열전도율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
도 5는 홀의 크기가 서로 다른 3가지 종류의 절연 필름을 더욱 상세하게 나타낸다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C는 각각 지름(Φ)이 0.5 ㎜, 1.0 ㎜, 및 1.5 ㎜의 원형 홀을 나타낸다. 도 5A에서 원형 홀의 지름은 0.5 mm이며, 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격은 2.0 mm이며, 각 원형 홀의 중심 사이의 간격은 2.5 mm이다. 도 5B에서 원형 홀의 지름은 1.0 mm이며, 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격은 1.5 mm이며, 각 원형 홀의 중심 사이의 간격은 2.5 mm이다. 도 5C에서 원형 홀의 지름은 1.5 mm이며, 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격은 1.0 mm이며, 각 원형 홀의 중심 사이의 간격은 2.5 mm이다.
상기 홀에는 방열 소재가 충진될 수 있다.
상기 방열 소재는 전술한 본 발명의 하나의 양상에 따르는 방열 소재일 수 있다.
또한 상기 방열 소재에 사용될 수 있는 열전도성 필러는 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 질화규소(Si3N4) 및 다이아몬드로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 여기에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 방열 소재에 사용되는 열전도성 필러는 다이아몬드 또는 질화붕소(BN)일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 다이아몬드일 수 있다.
상기 방열 소재와 관련하여 수지, 열전도성 필러로서의 다이아몬드, 및 제조 방법 등 기타 구성요소는 전술한 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 소재에서 설명한 것과 동일하다.
이하에서 발명의 하나의 구체예에 따르는 홀이 형성된 절연 필름을 제조하는 방법을 설명한다.
전술한 바와 같이 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 절연 필름에 예컨대 레이저를 사용하여 3가지의 서로 다른 크기의 홀을 형성할 수 있다. 절연 필름에 홀을 형성하는 방법은 예컨대 레이저를 사용할 수도 있으며 기타 해당 분야에 공지된 방법을 사용하여 홀을 형성할 수도 있다. 절연 필름에 형성된 상기 홀의 크기는 예컨대 지름(Φ)이 각각 약 0.5 ㎜, 약 1.0 ㎜, 및 약 1.5 ㎜의 원형 홀일 수 있다.
상기 절연 필름에 형성된 홀에 본 발명의 하나의 양상에 따르는 방열 소재를 예컨대 헤라를 이용하여 채워 넣는 방열 소재 충진 작업을 수행한다. 절연 필름에 형성된 홀에 본 발명의 하나의 양상에 따르는 방열 소재를 충진하는 방법은 예컨대 헤라를 이용하여 충진하거나, 또는 기타 해당 분야에 공지된 또 다른 방법으로 충진할 수도 있다.
도 6은 홀이 형성된 절연 필름에 방열 소재를 충진하는 방법을 도시하는 개략도이다. 절연 필름(601)에 일정 크기의 홀(602)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 절열 필름(601) 상부에 페이스트 형태의 방열 소재(603)를 위치시키기 이를 헤라(604)를 이용하여 진행 방향으로 이동시키면서 방열 소재(603)를 홀(602)에 충진시킨다. 한편 방열 소재(603)는 홀(602)에만 충진되고, 절연 필름(601) 상부에는 잔류하지 않는 것이 바람직하다.
도 7은 홀이 형성된 절연 필름에 방열 소재를 충진한 상태를 나타낸다.
본 발명의 하나의 양상에 따르는 방열시트는 슬림하고 유연한 구조를 가진 디스플레이 장치나 구부러지기 쉬운 핸드폰 등의 디스플레이 장치에 적용이 가능하며, 고집적화로 인한 국부적인 발열을 효과적으로 넓은 영역으로 분포시켜, 디스플레이 장치 내 특정 영역에 열이 집중되지 않도록 할 수 있다. 또한, 굴곡을 가진 제품에 적용되기에 적합한 유연성 및 가공성을 갖는 것으로 제품 후면에 휘어져 부착될 수 있고, 이 경우 열전도 및 분포의 효과가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명은 또 다른 양상에서, 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 시트를 포함하는 방열 모듈을 제공한다.
본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 모듈은 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 시트를 포함하는 절연층을 포함하며, 이에 부가하여 별도의 층으로 형성되는 방열층 및/또는 점착층을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 모듈은 상기 절연층이 열원, 즉 방열 대상체에 가까이 위치하도록 예컨대 디스플레이 장치 내에 장착될 수 있다. 상기 절연층은 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 소재가 홀에 충진된 방열 시트일 수 있다.
상기 방열층은 상기 절연층에 부가하여 방열 기능을 제공하는 층일 수 있으며, 바인더 수지에 열전도성 필러가 분산된 페이스트를 시트 형상으로 성형한 층일 수 있다. 상기 방열층은 바인더 수지로 폴리에스터계 수지, 고무계 수지, 또는 실리콘계 수지를 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지에 분산된 열전도성 필러를 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필러는 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 그 대신에 또는 이에 부가하여, 상기 방열층은 열전도성 탄소구조체를 포함할 수 있고, 구체적으로, 상기 열전도성 탄소구조체는 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene), 풀러린(fullerene), 카본블랙(carbon black) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 방열층은 상기 바인더 100 중량부에 대하여 상기 열전도성 필러를 약 40 중량부 내지 약 60 중량부 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필러의 함량이 약 60 중량부를 초과하는 경우에는, 상기 절연층에 크랙(Crack)이 발생하여 누설 전류로 인해 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)에서 합선이 야기될 수 있으며, 약 40 중량부 미만인 경우에는 요구되는 열전도성을 확보하지 못하는 문제가 생길 수 있다.
또한, 상기 방열층의 두께는 약 25 ㎛ 내지 약 100 ㎛일 수 있다. 상기 방열층의 두께를 상기 범위로 한정함으로써 수평 방향의 열전도율을 높이는데 유리하고, 열분포가 균일해지는 효과를 용이하게 확보할 수 있다. 상기 방열층의 두께가 약 25㎛ 미만인 경우에는 수평 열전도율이 증가하지 않고, 약 100 ㎛를 초과하는 경우에는 수직 열전도율이 크게 떨어져 디스플레이 장치의 외부로 열이 잘 빠져나가지 못하는 문제가 생길 수 있다.
상기 점착층은 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 방열 모듈이 예컨대 디스플레이 장치 내에 위치할 때 가장 외부에 놓인 층으로 상기 절연층 및 방열층으로부터 전도받은 열을 최종적으로 외부로 배출하는 역할을 할 수 있다. 상기 점착층은 아크릴계 점착 수지 및 열전도성 필러를 포함할 수 있고, 이로써 점착성 및 우수한 열전도성을 동시에 확보할 수 있다. 상기 점착층은 디스플레이 장치의 백 커버(Back Cover)에 부착될 수 있고, 동시에 방열 대상체에서 발생하여 전달된 열을 골고루 방출하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 점착층을 형성하기 위한 점착제는 아크릴계 점착 수지에 열전도성 필러를 첨가하여 형성될 수 있다.
상기 아크릴계 점착 수지는 상기 백 커버와 우수한 밀착성을 확보하기 위해서 (메타)아크릴레이트계 모노머의 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 (메타)아크릴레이트계 모노머는 탄소수 1 내지 12의 알킬기를 가지는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 사용할 수 있다. 상기 아크릴계 점착 수지는 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 데실아크릴레이트, 데실메타크릴레이트, 도데실메타크릴레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 모노머를 포함하는 모노머 성분을 중합 또는 공중합하여 제조될 수 있고, 이 경우 상기 점착층에 의해 상기 방열시트가 우수한 유연성 및 가공성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 점착층의 열전도성 필러는 니켈, 질화알루미늄, 질화붕소, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 열전도도가 우수한 질화알루미늄 또는 질화붕소를 사용함으로써 상기 점착층이 우수한 점착성과 열전도성을 동시에 확보할 수 있다.
상기 점착층은 상기 아크릴계 점착 수지 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 필러를 약 30 중량부 내지 약 50 중량부 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필러의 함량이 약 30 중량부 미만인 경우에는 열전도도가 낮아져 상기 점착층이 백 커버에 부착되는 경우 열의 방출이 어려우며, 약 50 중량부를 초과하는 경우에는 상기 백커버와 계면 점착력이 낮아져 열전도도가 낮은 공기층이 많아지고, 방열 효과가 저하되는 문제가 있다. 즉, 상기 열전도성 필러가 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써 상기 백 커버와 적절한 계면 점착력을 확보할 수 있고, 동시에 열전도도가 낮은 공기층을 줄여 주어 상기 백 커버에 부착되어 이를 통한 외부로의 열방출 효과를 용이하게 구현할 수 있다.
또한, 상기 점착층의 두께는 약 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 점착층이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 백 커버에 부착 시 우수한 부착력이 유지되며, 동시에 상기 백 커버를 통한 열 방출 효과를 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예
실시예 1
방열 소재를 제조하기 위하여 다이아몬드 입자, 수지 및 경화제를 준비하였다. 상기 다이아몬드 입자는 Kay Diamond Products, LLC(1080 Holland Drive, Suite 2, Boca Raton, FL USA 33487)로부터 구입한 KDMTM 다이아몬드 입자를 사용하였다. 한편 에폭시계 수지로는 비스페놀 A 수지를 사용하였으며, 경화제로는 산무수물 경화제를 사용하였다.
실시예 1에 따르는 방열 소재는 방열 소재 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 다이아몬드 입자 60 중량부, 수지 20 중량부 및 경화제 20 중량부를 혼합하여 유성형 믹서를 사용하여 혼합하였다. 상기 다이아몬드 입자는 입자 지름이 10 내지 25 ㎛이었으며 평균 입경이 15㎛이었다.
방열 시트를 제조하기 위하여 두께가 75㎛인 폴리이미드 절연 필름을 준비하고, 레이저를 사용하여 상기 절연 필름에 지름(Φ)이 0.5 ㎜인 홀을 형성하였다.
제조된 상기 방열 소재는 페이스트 형태의 조성물이었으며, 이러한 페이스트 조성물을 상기 홀이 형성된 절연 필름에 헤라를 사용하여 충진하여 방열 시트를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 방열 소재를 제조하였다.
방열 시트를 제조하기 위하여 두께가 75㎛인 폴리이미드 절연 필름을 준비하고, 레이저를 사용하여 상기 절연 필름에 지름(Φ)이 1.0 ㎜인 홀을 형성하였다.
제조된 상기 방열 소재는 페이스트 형태의 조성물이었으며, 이러한 페이스트 조성물을 상기 홀이 형성된 절연 필름에 헤라를 사용하여 충진하여 방열 시트를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 방열 소재를 제조하였다.
방열 시트를 제조하기 위하여 두께가 75㎛인 폴리이미드 절연 필름을 준비하고, 레이저를 사용하여 상기 절연 필름에 지름(Φ)이 1.5 ㎜인 홀을 형성하였다.
제조된 상기 방열 소재는 페이스트 형태의 조성물이었으며, 이러한 페이스트 조성물을 상기 홀이 형성된 절연 필름에 헤라를 사용하여 충진하여 방열 시트를 제조하였다.
실시예 4
방열 소재를 제조하기 위하여 질화붕소(BN) 입자, 수지 및 경화제를 준비하였다. 에폭시계 수지로는 비스페놀 A 수지를 사용하였으며, 경화제로는 산무수물 경화제를 사용하였다.
실시예 4에 따르는 방열 소재는 방열 소재 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 질화붕소(BN) 입자 40 중량부, 수지 30 중량부 및 경화제 30 중량부를 혼합하여 유성형 믹서를 사용하여 혼합하였다. 상기 질화붕소(BN)의 평균 입경은 50㎛이었다.
방열 시트를 제조하기 위하여 두께가 75㎛인 폴리이미드 절연 필름을 준비하고, 레이저를 사용하여 상기 절연 필름에 지름(Φ)이 0.5 ㎜인 홀을 형성하였다.
제조된 상기 방열 소재는 페이스트 형태의 조성물이었으며, 이러한 페이스트 조성물을 상기 홀이 형성된 절연 필름에 헤라를 사용하여 충진하여 방열 시트를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 4와 동일하게 방열 소재를 제조하였다.
방열 시트를 제조하기 위하여 두께가 75㎛인 폴리이미드 절연 필름을 준비하고, 레이저를 사용하여 상기 절연 필름에 지름(Φ)이 1.0 ㎜인 홀을 형성하였다.
제조된 상기 방열 소재는 페이스트 형태의 조성물이었으며, 이러한 페이스트 조성물을 상기 홀이 형성된 절연 필름에 헤라를 사용하여 충진하여 방열 시트를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 4와 동일하게 방열 소재를 제조하였다.
방열 시트를 제조하기 위하여 두께가 75㎛인 폴리이미드 절연 필름을 준비하고, 레이저를 사용하여 상기 절연 필름에 지름(Φ)이 1.5 ㎜인 홀을 형성하였다.
제조된 상기 방열 소재는 페이스트 형태의 조성물이었으며, 이러한 페이스트 조성물을 상기 홀이 형성된 절연 필름에 헤라를 사용하여 충진하여 방열 시트를 제조하였다.
비교예
비교예 1
방열 시트를 제조하기 위하여 두께가 75㎛인 폴리이미드 절연 필름을 준비하였다.
비교예 1에서는 홀이 없으며, 방열 소재의 충진이 없는 절연 필름 그대로를 사용하였다.
열전도율 측정
실시예 1 내지 실시예 6, 그리고 비교예 1에서 제조한 방열 시트에 대하여 열전도율을 측정하였다. 열전도율은 LFA(Laser flash analysis)를 사용하여 측정하였다.
LFA 측정방법은 고체, 분말 및 액체의 열확산도 및 열전도도 측정을 위한 기술로 가장 널리 사용되었으며, 이 기술은 작은 원판형 디스크 모양의 재료의 한쪽 면에 레이저를 투사하여 가열하고, 반대편에 열이 전달되는 시간을 적외선 센서로 측정하게 된다. 시료 준비가 쉽고 작은 크기의 시료를 사용할 수 있으며 빠른 측정 시간, 높은 정확도 등의 특징은 비접촉식 측정 방법인 레이저법의 장점이다. 비열과 밀도만 알고 있으면 열확산도 및 열전도도를 쉽게 측정할 수 있다.
LFA에 의한 열전도율 측정
아래 표는 비교예 1 및 실시예 1 내지 실시예 6에서 제조한 방열 시트에 대하여 LFA를 사용하여 측정한 열전도율을 제시하였다. LFA 측정에서는 열전도율이 높을수록 우수한 성능을 나타내는 방열 시트이다.
Figure pat00003
상기 표에 제시된 바와 같이, 시료번호 #1(비교예 1)은 폴리이미드 필름 자체의 열전도율을 측정한 것으로 홀이 없는 절연 필름이다. 시료번호 #1의 열전도율은 0.184로서 시료번호 #5 내지 시료번호 #10의 열전도율에 비하여 매우 낮다.
시료번호 #5(실시예 1) 내지 시료번호 #7(실시예 3)은 본 발명의 실시예에 따라 다이아몬드를 열전도성 필러로서 사용하여 제조된 방열 시트에 대하여 측정한 열전도율을 나타낸다. 상기 표에 제시된 바와 같이, 홀의 크기가 커질수록 열전도율이 높아지는 것을 알 수 있다.
시료번호 #8(실시예 4) 내지 시료번호 #10(실시예 6)은 본 발명의 실시예에 따라 질화붕소(BN)를 열전도성 필러로서 사용하여 제조된 방열 시트에 대하여 측정한 열전도율을 나타낸다. 상기 표에 제시된 바와 같이, 홀의 크기가 커질수록 열전도율이 높아지는 것을 알 수 있다.
열전도성 필러로서 다이아몬드와 BN을 사용한 방열 시트의 열전도율을 비교하면 다이아몬드를 열전도성 필러로서 사용한 방열 시트의 열전도율이 높음을 알 수 있다.
도 8 내지 도 14는 각각 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 방열 시트 시료번호 #1, #5 ~ #10(각각 비교예 1, 실시예 1 ~ 6에 대응함)에 대한 LFA에 의해 측정된 열전도율을 나타내는 표이며, 상기 표에서는 평균 열전도성 수치(Mean Conductivity, W/(mK))를 사용하였다.

Claims (14)

  1. 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 페이스트 조성물 형태의 방열 소재로서,
    상기 열전도성 필러는 다이아몬드이며,
    상기 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 90 중량부를 포함하며,
    상기 다이아몬드는 평균 입자 지름이 마이크로미터 규모 크기인 마이크로다이아몬드임을 특징으로 하는, 방열 소재.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 수지는 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 수지, 및 실리콘-우레탄 수지로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는, 방열 소재.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로다이아몬드의 평균 입자 지름은 10 내지 50 ㎛인, 방열 소재.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 열전도성 필러는 마이크로다이아몬드와 나노다이아몬드의 혼합물이며, 상기 나노다이아몬드는 평균 입자 지름이 나노미터 규모 크기이며, 상기 마이크로다이아몬드 대 상기 나노다이아몬드의 중량비는 1:1 내지 10:1인, 방열 소재.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열 소재는 경화제를 더욱 포함하며, 이때 상기 방열 소재는 상기 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부, 상기 경화제 10 중량부 내지 30 중량부, 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 80 중량부를 포함하는, 방열 소재.
  6. 홀(hole)이 형성된 절연 필름; 및
    상기 홀에 충진된 방열 소재;
    를 포함하며,
    상기 방열 소재는 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 페이스트 조성물 형태이며,
    상기 방열 소재는 상기 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 90 중량부를 포함하는, 방열 시트.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 절연 필름은 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 필름이며,
    상기 열전도성 필러는 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 질화규소(Si3N4) 및 다이아몬드로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는, 방열 시트.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 절연 필름은 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 필름이며,
    상기 열전도성 필러는 다이아몬드이며, 상기 다이아몬드는 평균 입자 지름이 마이크로미터 규모 크기인 마이크로다이아몬드임을 특징으로 하는, 방열 시트.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 마이크로다이아몬드의 평균 입자 지름은 10 내지 50 ㎛인, 방열 시트.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 절연 필름은 폴리이미드(POLYIMIDE) 및 PET(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 물질로부터 제조된 필름이며,
    상기 열전도성 필러는 마이크로다이아몬드와 나노다이아몬드의 혼합물이며, 상기 마이크로다이아몬드의 평균 입자 지름은 10 내지 50 ㎛이며, 상기 나노다이아몬드는 평균 입자 지름이 나노미터 규모 크기이며, 상기 마이크로다이아몬드 대 상기 나노다이아몬드의 중량비는 1:1 내지 10:1인, 방열 시트.
  11. 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열 소재는 경화제를 더욱 포함하며, 이때 상기 방열 소재는 상기 페이스트 조성물 전체 중량을 100 중량부로 하여, 상기 수지 10 중량부 내지 70 중량부, 상기 경화제 10 중량부 내지 30 중량부, 및 상기 열전도성 필러 30 중량부 내지 80 중량부를 포함하는, 방열 시트.
  12. 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 필름의 두께는 50 내지 200 ㎛이며,
    상기 홀은 원형 형태로서 지름(Φ)이 0.4 내지 10 ㎜이며, 상기 절연 필름에 형성된 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격은 지름이 가장 큰 홀의 지름 길이 이하인, 방열 시트.
  13. 청구항 6에 있어서, 상기 절연 필름은 폴리이미드(POLYIMIDE)로부터 제조된 필름이며;
    상기 절연 필름의 두께는 50 내지 200 ㎛이며,
    상기 홀은 원형 형태로서 지름(Φ)이 0.4 내지 10 ㎜이며, 상기 절연 필름에 형성된 하나의 원형 홀과 이웃하는 또 다른 원형 홀의 원주 사이의 간격은 지름이 가장 큰 홀의 지름 길이 이하이며,
    상기 수지는 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 수지, 및 실리콘-우레탄 수지로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되며;
    상기 열전도성 필러는 다이아몬드이며, 상기 다이아몬드는 평균 입자 지름이 10 내지 50 ㎛인 마이크로다이아몬드인, 방열 시트.
  14. 청구항 6 내지 청구항 10, 및 청구항 13 중 어느 한 항에 따르는 방열 시트를 포함하는 절연층; 및
    별도의 층으로 형성되는 방열층과 점착층 중 하나 이상의 층;
    을 포함하는 방열 모듈.
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