KR20210084007A - Core-shell hybrid structured heat dissipating particles, and composites comprising the same - Google Patents

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KR20210084007A
KR20210084007A KR1020190176874A KR20190176874A KR20210084007A KR 20210084007 A KR20210084007 A KR 20210084007A KR 1020190176874 A KR1020190176874 A KR 1020190176874A KR 20190176874 A KR20190176874 A KR 20190176874A KR 20210084007 A KR20210084007 A KR 20210084007A
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heat dissipation
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최돈철
정영준
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마이크로컴퍼지트 주식회사
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Abstract

Disclosed are a heat dissipation particle of a core-shell hybrid structure including: a core; a first coating layer formed by coating an inorganic binder on the core; and a second coating layer formed by coating plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) on the first coating layer, and a composite including the same.

Description

코어-쉘 혼성구조의 방열 입자 및 이를 포함하는 복합체{Core-shell hybrid structured heat dissipating particles, and composites comprising the same}Core-shell hybrid structured heat dissipating particles, and composites comprising the same

본 발명은 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자 및 이를 포함하는 복합체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 폴리머, 세라믹, 금속 등 다양한 코어 소재 표면에 높은 열전도성을 갖는 무기 바인더를 사용하여 높은 열전도성을 갖는 판상형의 육방정 질화붕소(Hexagonal Boron Nitride, 이하에서는 'h-BN'이라고도 함)를 코팅한 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자 및 이를 포함하는 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to heat-dissipating particles having a core-shell hybrid structure and a composite including the same, and more specifically, to a high thermal conductivity by using an inorganic binder having high thermal conductivity on the surface of various core materials such as polymers, ceramics, and metals. It relates to a heat-dissipating particle of a core-shell hybrid structure coated with a plate-shaped hexagonal boron nitride (hereinafter also referred to as 'h-BN') and a composite including the same.

최근 스마트폰, 전기자동차, 디스플레이 등 전자기기와, 반도체 집적회로(IC), 부품/모듈 등 전자소자가 고속화, 고집적화, 적층화, 소형화, 박형화되면서 국부적으로 높은 열에너지가 발생하여 기기의 신뢰성, 수명을 크게 저해하므로 높은 방열 성능이 요구되고 있다.Recently, as electronic devices such as smartphones, electric vehicles, displays, and electronic devices such as semiconductor integrated circuits (ICs) and parts/modules have become high-speed, highly integrated, stacked, miniaturized, and thinned, high thermal energy is generated locally, resulting in device reliability and lifespan. Therefore, high heat dissipation performance is required.

현재 방열 제품은 금속, 질화물, 산화물, 탄화물, 탄소계(CNT, Graphene) 등 다양한 소재로 구성되어 있으며, 전기전도성을 가진 금속 및 탄소계와, 전기절연성을 가진 산화물, 질화물, 탄화물로 구분된다.Current heat dissipation products are composed of various materials such as metals, nitrides, oxides, carbides, and carbon-based materials (CNT, Graphene), and are divided into metals and carbon-based materials with electrical conductivity and oxides, nitrides and carbides with electrical insulation.

고방열 제품은 방열 입자의 충진율을 높여 열전도성을 극대화하거나, 방열 소재의 열전도도 이방성을 활용한 배향 제어를 통해 구현한다. 또한, 전기 자동차의 경우 경량성이 중요하여 전기절연성과 고방열 및 저비중 특성이 동시에 충족되는 소재가 주목받고 있다.High heat dissipation products are realized by maximizing thermal conductivity by increasing the filling rate of heat dissipating particles, or by controlling orientation using the thermal conductivity anisotropy of heat dissipating materials. In addition, since lightness is important for electric vehicles, materials that simultaneously satisfy electrical insulation, high heat dissipation, and low specific gravity characteristics are attracting attention.

고방열 소재인 육방정 질화붕소(h-BN)는 판상형 입자이므로 충진률을 높이기 위해 압력을 인가할 경우 수평 방향으로 배향하는 거동을 가진다. 이에 따라 수평 방향은 단위 면적당 계면 밀도가 낮아 열전도도가 높으나, 수직 방향은 계면 밀도가 매우 높아지므로 열전도도가 크게 감소한다. 즉, 육방정 질화붕소와 같은 판상형 입자를 충진재로 사용할 경우 그 자체로는 등방성 방열 성능을 구현하지 못하는 근본적인 한계가 있다.Hexagonal boron nitride (h-BN), which is a high heat dissipation material, is a plate-shaped particle, so when pressure is applied to increase the filling rate, it is oriented in the horizontal direction. Accordingly, in the horizontal direction, the interface density per unit area is low and thermal conductivity is high, but in the vertical direction, since the interface density is very high, the thermal conductivity is greatly reduced. That is, when plate-shaped particles such as hexagonal boron nitride are used as a filler, there is a fundamental limitation in not being able to realize isotropic heat dissipation performance by itself.

이와 관련하여, 알루미나 또는 이산화규소 등의 무기입자 코어의 표면에 질화붕소를 포함하는 쉘층을 형성하는 코어-쉘 구조의 분말 입자 제조 기술이 선행 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등에 공개되어 있다.In this regard, a core-shell structure powder particle manufacturing technique for forming a shell layer containing boron nitride on the surface of an inorganic particle core such as alumina or silicon dioxide has been disclosed in Prior Patent Documents 1 and 2, and the like.

선행 특허문헌 1에는 도 1에 도시한 바와 같이, 구상 알루미나(Al2O3)와 육방정 질화붕소(h-BN)를 혼합한 후 약 1500℃ 온도로 가열함으로써, 육방정 질화붕소(h-BN)가 녹아 표면 장력에 의해 구상 알루미나(Al2O3)의 표면에 도포 코팅되도록 하는 기술이 개시되어 있으나, 약 1500℃의 고온에서의 가열 공정이 필요하므로 코어로서 사용될 소재의 재질에 한계가 있을 뿐 아니라, 에너지 소모적이며 제조 공정이 복잡해 지는 문제가 있다.In Prior Patent Document 1, as shown in FIG. 1, by mixing spherical alumina (Al2O3) and hexagonal boron nitride (h-BN) and heating to a temperature of about 1500° C., hexagonal boron nitride (h-BN) is There is a technology that melts and coats the surface of spherical alumina (Al2O3) by surface tension. However, since a heating process at a high temperature of about 1500°C is required, there is a limit to the material of the material to be used as a core, as well as energy consumption. And there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.

한편, 선행 특허문헌 2에는 도 2에 도시한 바와 같이, 두께 방향의 열전도성이 우수한 방열 시트나 방열 부재를 제조할 수 있는 조립 분말로서, 무기 입자 코어부(310)와 상기 코어부(310)를 피복하는 쉘부(320)를 갖고, 상기 쉘부(320)는 인편(鱗片) 형상의 질화 붕소 입자(20)와 결착수지를 포함하는 조립 분말이 개시되어 있으나, 무기입자 코어 표면에 인편 형상의 질화붕소 입자를 직접 코팅하는 것이 어렵기 때문에 결착용의 수지를 함께 쉘층으로 사용한다는 점에서 문제가 있다.On the other hand, in Prior Patent Document 2, as shown in FIG. 2 , as a granulated powder capable of manufacturing a heat dissipation sheet or a heat dissipation member having excellent thermal conductivity in the thickness direction, the inorganic particle core part 310 and the core part 310 . It has a shell part 320 covering the surface, and the shell part 320 is a scale-shaped boron nitride particle 20 and a granulated powder including a binder resin is disclosed, but the inorganic particle core surface is nitrated in the form of scales. Since it is difficult to directly coat the boron particles, there is a problem in that a resin for binding is used together as a shell layer.

한편, 선행 특허문헌 3에서는 고분자 바인더를 사용하여 구상 알루미나 표면에 질화붕소를 코팅하는 유무기 복합필러에 대해 개시하고 있으나, 고분자 바인더는 질화붕소 입자를 코팅하는데 필수적인 요소인 반면 열전도도를 저하시키므로 방열성능 관점에서 효과적인 바인더 소재가 되지 못하는 단점이 존재한다. 즉 열전도도를 높이기 위해 알루미나 표면에 질화붕소를 두텁게 코팅하려면 비례적으로 고분자 바인더를 더 많이 사용해야 하고 이에 따른 열전도도 성능 저하라는 문제가 발생한다.On the other hand, the prior patent document 3 discloses an organic-inorganic composite filler for coating boron nitride on the surface of spherical alumina using a polymer binder, but the polymer binder is an essential element for coating the boron nitride particles, whereas it lowers the thermal conductivity, so heat dissipation There is a disadvantage in that it does not become an effective binder material in terms of performance. That is, in order to thickly coat boron nitride on the surface of alumina to increase thermal conductivity, more polymer binders must be used proportionally, resulting in a problem of thermal conductivity performance degradation.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0008320호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0008320 일본국 특허공개공보 JP2016-192474AJapanese Patent Laid-Open Publication JP2016-192474A 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0128935호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0128935

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 폴리머, 세라믹, 금속 등 다양한 코어 소재 표면에 높은 열전도성을 갖는 무기 바인더를 사용하여 높은 열전도성을 갖는 판상형의 육방정 질화붕소(h-BN)를 코팅한 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자 및 이를 포함하는 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the problems in the prior art as described above, and is a plate-shaped hexagonal nitride having high thermal conductivity by using an inorganic binder having high thermal conductivity on the surface of various core materials such as polymers, ceramics, and metals. An object of the present invention is to provide a thermal radiation particle having a core-shell hybrid structure coated with boron (h-BN) and a composite including the same.

또한, 본 발명은 선형 형상을 가진 코어 소재 표면에 무기 바인더를 사용하여 판상형의 육방정 질화붕소(h-BN) 소재를 코팅함으로서 효과적인 열전도 네트워크를 구현하여 경량 및 고방열 성능을 갖는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자 및 이를 포함하는 복합체를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention implements an effective heat conduction network by coating a plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) material using an inorganic binder on the surface of a core material having a linear shape to achieve a light weight and high heat dissipation performance. Core-shell hybrid Another object of the present invention is to provide a heat-dissipating particle having a structure and a composite including the same.

또한, 본 발명은 경량의 폴리머 코어 물질에 육방정 질화붕소(h-BN) 물질을 무기 바인더를 사용하여 코팅하여 경량성과 방열성을 동시에 충족하는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자 및 이를 포함하는 복합체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention provides heat-dissipating particles of a core-shell hybrid structure that simultaneously satisfy lightness and heat dissipation by coating a lightweight polymer core material with a hexagonal boron nitride (h-BN) material using an inorganic binder, and a composite including the same. It serves another purpose to provide.

또한, 본 발명은 금속 코어 표면에 무기 바인더를 사용하여 육방정 질화붕소(h-BN) 물질을 코팅하여 전기절연성을 부여함으로서, 높은 열전도성과 내전압 특성을 동시에 충족하는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자 및 이를 포함하는 복합체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention provides electrical insulation by coating a hexagonal boron nitride (h-BN) material on the surface of a metal core using an inorganic binder, thereby satisfying high thermal conductivity and withstand voltage characteristics at the same time. And it is another object to provide a complex comprising the same.

또한, 본 발명은 자성 코어 표면에 무기 바인더를 사용하여 육방정 질화붕소(h-BN) 물질을 코팅하여 와전류손을 억제함으로서, 높은 열전도성과 고주파 대역의 전자파흡수 기능을 동시에 충족하는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자 및 이를 포함하는 복합체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention uses an inorganic binder on the surface of a magnetic core to coat a hexagonal boron nitride (h-BN) material to suppress eddy current loss, thereby satisfying high thermal conductivity and electromagnetic wave absorption in a high frequency band at the same time. Another object of the present invention is to provide a heat-dissipating particle having a structure and a composite including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자는, 코어; 상기 코어에 무기 바인더를 코팅한 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층에 판상형 육방정 질화붕소(h-BN)를 코팅한 제2 코팅층;을 포함한다.In accordance with an embodiment of the present invention for achieving the above object, there is provided a heat dissipation particle having a core-shell hybrid structure, comprising: a core; a first coating layer coated with an inorganic binder on the core; and a second coating layer coated with plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) on the first coating layer.

상기 실시예에서, 상기 코어는 폴리머, 흑연, 다이아몬드, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화마그네슘, 산화아연 및 구상화된 육방정 질화붕소(h-BN)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In the above embodiment, the core is one selected from the group consisting of polymer, graphite, diamond, aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum nitride, silicon carbide, magnesium oxide, zinc oxide, and spheroidized hexagonal boron nitride (h-BN). may include more than one.

또한, 상기 실시예에서, 상기 코어는 구리계, 니켈계, 철계, 코발트계, MnZn계 페라이트, NiZn계 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, in the embodiment, the core may include at least one selected from the group consisting of copper-based, nickel-based, iron-based, cobalt-based, MnZn-based ferrite, and NiZn-based ferrite.

또한, 상기 실시예에서, 상기 무기 바인더는 실리콘 산화물, 마그네슘 산화물, 베릴륨 산화물, 아연 산화물, 칼슘 산화물, 구리 산화물, 니켈 산화물, 인 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Also, in the embodiment, the inorganic binder may include at least one selected from the group consisting of silicon oxide, magnesium oxide, beryllium oxide, zinc oxide, calcium oxide, copper oxide, nickel oxide, and phosphorus oxide.

또한, 상기 실시예에서, 상기 판상형 육방정 질화붕소(h-BN)는 상기 코어의 평균 직경 대비 0.1 이상 5배 이하의 평균 크기를 갖는 것이 바람직하다. 0.1배 미만이면 열전도도 성능 향상에 기여하기 어렵고, 5배를 초과하면 제2 코팅층으로 코팅하기 어렵기 때문이다.In addition, in the embodiment, the plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) preferably has an average size of 0.1 to 5 times the average diameter of the core. If it is less than 0.1 times, it is difficult to contribute to the improvement of thermal conductivity performance, and if it exceeds 5 times, it is difficult to coat with the second coating layer.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자에서는, 상기 실시예에서의 코어가 선형 코어인 것이 바람직하다. 효과적인 열전도 경로가 형성되어 방열 부재의 제조시에 더 적은 량을 투입하여도 일정 수준의 열전도 성능을 얻게 되므로 경량화에 도움이 되기 때문이다.In addition, in the heat dissipation particle of a core-shell hybrid structure according to another embodiment of the present invention, it is preferable that the core in the embodiment is a linear core. This is because an effective heat conduction path is formed so that a certain level of heat conduction performance can be obtained even when a smaller amount is used in manufacturing the heat dissipation member, thereby helping to reduce the weight.

또한, 상기 실시예에서, 상기 코어는 폴리머, 유리섬유, 탄소섬유, 금속, 산화물, 탄화물, 질화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, in the embodiment, the core may include at least one selected from the group consisting of polymer, glass fiber, carbon fiber, metal, oxide, carbide, and nitride.

또한, 상기 실시예에서, 상기 코어는 종횡비 3 이상이고, 0.1 내지 200 um의 평균 직경을 갖는다. 상기 범위를 벗어나면 육방정 질화붕소(h-BN)의 코팅이 어렵기 때문이다.Further, in the above embodiment, the core has an aspect ratio of 3 or more, and has an average diameter of 0.1 to 200 um. If it is outside the above range, it is difficult to coat the hexagonal boron nitride (h-BN).

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자에서는, 상기 실시예에서의 제2 코팅층에 코팅되는 그래핀 코팅층을 더 포함하거나, 또는 상기 코어와 제 1코팅층 사이 또는 상기 제1 코팅층과 상기 제2 코팅층 사이에 코팅되는 그래핀 코팅층을 더 포함한다. 방열 부재(시트)의 폴리머 수지 기재에 유동성 또는 분산성을 강화하여 방열 입자의 충진 밀도를 높이거나 그래핀 고유의 높은 열전도도를 통해 방열 성능을 개선할 수 있기 때문이다.In addition, in the heat dissipation particles of the core-shell hybrid structure according to another embodiment of the present invention, the graphene coating layer is further coated on the second coating layer in the embodiment, or between the core and the first coating layer, or It further includes a graphene coating layer coated between the first coating layer and the second coating layer. This is because the heat dissipation performance can be improved by enhancing the fluidity or dispersibility of the polymer resin substrate of the heat dissipation member (sheet) to increase the packing density of the heat dissipation particles or through high thermal conductivity inherent to graphene.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자에서는, 상기 실시예에서의 상기 제2 코팅층 위에 제1 코팅층 및 제2 코팅층이 반복적으로 코팅된다.In addition, in the heat dissipation particle of the core-shell hybrid structure according to another embodiment of the present invention, the first coating layer and the second coating layer are repeatedly coated on the second coating layer in the embodiment.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합체는, 상기 실시예들에서의 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자를 포함한다.In addition, the composite according to another embodiment of the present invention includes the core-shell hybrid structure of the heat dissipation particles in the above embodiments.

상기 실시예에서, 중공형 글라스비드, 흑연, 탄소섬유, 운모로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.In the above embodiment, it is preferable to further include at least one selected from the group consisting of hollow glass beads, graphite, carbon fiber, and mica.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자로서, 코어; 및 상기 코어의 표면에 무기 바인더를 코팅하는 제1 코팅층, 판상형 육방정 질화붕소(h-BN)로 이루어지는 제2 코팅층을 포함함으로서, 등방성 고방열 성능을 구현한 방열 소재를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as a heat dissipation particle of a core-shell hybrid structure, the core; and a first coating layer for coating an inorganic binder on the surface of the core, and a second coating layer made of plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN), thereby providing a heat dissipation material implementing isotropic high heat dissipation performance.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 경량의 폴리머 코어 물질에 육방정 질화붕소(h-BN) 물질을 무기 바인더를 사용하여 코팅하여 높은 열전도성을 부여함으로서, 경량성과 방열성을 동시에 충족하는 소재를 제공할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, a hexagonal boron nitride (h-BN) material is coated on a lightweight polymer core material using an inorganic binder to provide high thermal conductivity, thereby satisfying both light weight and heat dissipation. material can be provided.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 선형 형상을 가진 폴리머 소재 표면에 무기 바인더를 사용하여 판상형의 육방정 질화붕소(h-BN) 소재를 코팅함으로서 효과적인 열전도 네트워크를 구성하여 경량 및 고방열 성능을 갖는 코어-쉘 구조의 방열 입자를 제공할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, an effective heat conduction network is formed by coating a plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) material on the surface of a polymer material having a linear shape using an inorganic binder to form a lightweight and high heat dissipation It is possible to provide heat dissipating particles having a core-shell structure having performance.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 금속 코어 표면에 무기 바인더를 사용하여 육방정 질화붕소(h-BN) 물질을 코팅하여 전기절연성을 부여함으로서, 높은 열전도성과 내전압 특성을 동시에 충족하는 소재를 제공할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, by coating a hexagonal boron nitride (h-BN) material on the surface of a metal core using an inorganic binder to give electrical insulation, a material that simultaneously satisfies high thermal conductivity and withstand voltage characteristics can provide

도 1은 종래 기술에 따른 질화붕소 코팅 방열 입자의 제조공정 설명도이고,
도 2는 다른 종래 기술에 따른 질화붕소 코팅 방열 입자의 개략적 모식도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 개념도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 코어를 갖는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 개념도이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 코팅층을 추가로 갖는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 개념도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층의 반복 구조를 갖는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 개념도이고,
도 9은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 미세 사진이다.
1 is an explanatory diagram of the manufacturing process of boron nitride coated heat dissipation particles according to the prior art;
2 is a schematic diagram of a boron nitride coated heat dissipation particle according to another prior art,
3 is a conceptual diagram of a heat dissipation particle having a core-shell hybrid structure according to an embodiment of the present invention;
4 is a conceptual diagram of a heat dissipation particle having a core-shell hybrid structure having a linear core according to an embodiment of the present invention;
5 to 7 are conceptual views of heat-dissipating particles having a core-shell hybrid structure additionally having a graphene coating layer according to an embodiment of the present invention;
8 is a conceptual diagram of heat dissipation particles having a core-shell hybrid structure having a repeating structure of a coating layer according to an embodiment of the present invention;
9 is a microphotograph of heat dissipation particles having a core-shell hybrid structure prepared according to Example 2 of the present invention.

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.Hereinafter, specific embodiments in which the present invention may be practiced will be described in detail by way of illustration. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention with respect to one embodiment. Accordingly, the detailed description set forth below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents to those claimed.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 코어를 갖는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a heat dissipation particle having a core-shell hybrid structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a conceptual diagram of a heat dissipation particle having a core-shell hybrid structure having a linear core according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자는 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 코어(100)와; 상기 코어(100) 표면에 무기 바인더를 코팅한 제1 코팅층(200); 및 상기 제1 코팅층(200)에 판상형의 육방정 질화붕소(h-BN) 소재가 코팅되어 이루어지는 제2 코팅층(300)을 포함하여, 등방성의 높은 열전도도를 갖도록 제조한다.As schematically shown in FIG. 3 , the heat dissipation particle of a core-shell hybrid structure according to an embodiment of the present invention includes a core 100; a first coating layer 200 coated with an inorganic binder on the surface of the core 100; and a second coating layer 300 formed by coating the first coating layer 200 with a plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) material, and is manufactured to have isotropic high thermal conductivity.

상기 코어(100)는 폴리머, 흑연, 다이아몬드, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화마그네슘, 산화아연 및 구상화된 육방정 질화붕소(h-BN)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 또는 구리계, 니켈계, 철계, 코발트계, MnZn계 페라이트, NiZn계 페라이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 코어(100)는 열전도도 뿐만 아니라 경량성, 전자파 흡수능, 내전압 등 요구되는 특성에 부합할 수 있도록 적절한 소재의 코어를 선택하여 사용할 수 있도록 함이 바람직하다.The core 100 is at least one selected from the group consisting of polymer, graphite, diamond, aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum nitride, silicon carbide, magnesium oxide, zinc oxide, and spheroidized hexagonal boron nitride (h-BN), Or it may be at least one selected from the group consisting of copper-based, nickel-based, iron-based, cobalt-based, MnZn-based ferrite, and NiZn-based ferrite. It is preferable that the core 100 selects and uses a core of an appropriate material to meet the required characteristics such as lightness, electromagnetic wave absorption ability, and withstand voltage as well as thermal conductivity.

또한, 상기 코어(100)는 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 구상형 뿐 아니라, 선형, 판상형, 무정형 등 임의의 형상의 코어 소재를 다양하게 선정하여 사용할 수 있다.In addition, as schematically shown in FIG. 3 , the core 100 may be used by selecting variously selected core materials of arbitrary shapes such as linear, plate, and amorphous as well as spherical.

상기 무기 바인더로 이루어지는 제1 코팅층(200)은 코어와 판상형 육방정 질화붕소(hBN)간의 접착력을 높일 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 실리콘 산화물, 마그네슘 산화물, 베릴륨 산화물, 아연 산화물, 칼슘 산화물, 구리 산화물, 니켈 산화물, 인 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다.The first coating layer 200 made of the inorganic binder is not particularly limited as long as it is a material capable of increasing the adhesion between the core and the plate-shaped hexagonal boron nitride (hBN), but for example, silicon oxide, magnesium oxide, beryllium oxide, zinc oxide. , calcium oxide, copper oxide, nickel oxide, and at least one selected from the group consisting of phosphorus oxide.

상기 무기 바인더는 상기 코어(100) 상에 균일하게 도포하기 위하여 졸-겔(Sol-Gel)법으로 코팅을 진행하는 것이 바람직하다. 졸을 형성하게 되는 분자 단위의 전구체를 사용하여 용액 상태가 수화-축합 반응을 거쳐 고상화된 물질을 얻을 수 있다. 이는 저온 합성이 가능하고, 각종 형상 및 미세구조 조절이 가능하며, 균질성 향상, 환경친화적인 공정이 가능하고, -OH기가 생성되는 원료는 모두 재료로 쓸 수 있으며, 소결 온도가 200℃ 이하로 폴리머 코어에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. The inorganic binder is preferably coated by a sol-gel method in order to be uniformly applied on the core 100 . A material in which a solution state undergoes a hydration-condensation reaction can be obtained by using a molecular precursor that forms a sol. It can be synthesized at low temperature, can control various shapes and microstructures, can improve homogeneity, and can be environmentally friendly, and all raw materials that generate -OH groups can be used as materials, and the sintering temperature of the polymer is below 200℃. It has the advantage that it can be applied to the core.

상기 코어(100) 표면에 위치한 제1 코팅층(200)의 두께는 제한할 필요는 없으나 상기 제1 코팅층(200)의 평균 두께가 0.1um 미만이면 코어와 판상형 육방정 질화붕소(h-BN)간의 접착력이 떨어질 수 있다. 또한 종래 기술에서와 같이 유기 바인더의 경우 그 두께가 2um를 초과하면 열전도성이 저하되지만 상기와 같은 무기 바인더의 경우 열전도성 저하가 없으므로 그 두께에 제한을 받지 않는다. 따라서 코어와 h-BN 사이의 접착력을 높이면서도 두터운 h-BN 코팅층이 가능하여 높은 열전도성을 구현할 수 있다는 장점이 있다.The thickness of the first coating layer 200 located on the surface of the core 100 does not need to be limited, but if the average thickness of the first coating layer 200 is less than 0.1 μm, between the core and the plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) Adhesion may decrease. In addition, as in the prior art, when the thickness of the organic binder exceeds 2 μm, thermal conductivity is reduced, but in the case of the inorganic binder as described above, there is no reduction in thermal conductivity, so the thickness is not limited. Therefore, there is an advantage that high thermal conductivity can be realized by enabling a thick h-BN coating layer while increasing the adhesion between the core and h-BN.

상기 제2 코팅층(300)을 형성하는 각각의 상기 판상형 육방정 질화붕소(h-BN) 입자는 상기 코어(100)의 평균 직경 대비 0.1 이상 5배 이하의 평균 크기를 갖는다. 0.1배 미만이면 열전도도 성능이 저하되고, 5배를 초과하면 제2 코팅층으로 코팅하기 어렵기 때문이다. 도 3에는 개략적으로 도시되어 있지만, 상기 제2 코팅층(300)은 상기 판상형 육방정 질화붕소 입자들이 상기 제1 코팅층(200) 위에 하나 또는 복수의 층을 이루면서 코팅된 전체의 층 구조를 의미한다. 전체적인 제2 코팅층(300)의 두께 또는 코팅 량은 혼합 과정에서의 상기 판상형 육방정 질화붕소 입자의 투입 량에 의하여 결정된다.Each of the plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) particles forming the second coating layer 300 has an average size of 0.1 to 5 times the average diameter of the core 100 . If it is less than 0.1 times, the thermal conductivity performance is lowered, and if it exceeds 5 times, it is difficult to coat with the second coating layer. Although schematically shown in FIG. 3 , the second coating layer 300 means the entire layer structure in which the plate-shaped hexagonal boron nitride particles are coated while forming one or a plurality of layers on the first coating layer 200 . The overall thickness or coating amount of the second coating layer 300 is determined by the input amount of the plate-shaped hexagonal boron nitride particles in the mixing process.

이처럼 코어(100)에 무기 바인더를 코팅하여 제1 코팅층(200)을 형성한 후 판상형 육방정 질화붕소(h-BN)로 제2 코팅층(300)을 형성하는 경우, 상기 무기 바인더의 접착력으로 인해 코어와 판상형 육방정 질화붕소(h-BN) 간의 부착력이 높아진다. 이로부터 코팅 방열 입자와 폴리머 수지를 혼합하여 방열 복합체 부재를 제조하는 혼련 공정에서 발생하는 전단력에 의해 코어로부터 판상형 육방정 질화붕소(hBN)입자가 이탈하지 않아 혼합액 슬러리의 유동성이 저하되지 않고 방열 입자의 충진율을 높일 수 있게 된다. In this way, when the inorganic binder is coated on the core 100 to form the first coating layer 200 and then the second coating layer 300 is formed with plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN), due to the adhesive force of the inorganic binder The adhesion between the core and the plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) is increased. From this, the plate-shaped hexagonal boron nitride (hBN) particles do not separate from the core by the shear force generated in the kneading process of manufacturing the heat dissipation composite member by mixing the coated heat dissipating particles and the polymer resin, so the fluidity of the mixed solution slurry does not decrease and the heat dissipation particles It is possible to increase the filling rate of

또한, 높은 열전도도를 가지는 무기 바인더를 사용하므로(예를 들어, SiO2 1.2W/mK, MgO 30W/mK, ZnO 50W/mK), 고분자 기반의 유기 바인더(예를 들어, 0.2-0.4W/mK)를 사용하여 h-BN을 코팅한 종래 기술에 따른 방열 입자보다 열전도도가 한층 우수하게 된다. In addition, since an inorganic binder with high thermal conductivity is used (eg, SiO2 1.2W/mK, MgO 30W/mK, ZnO 50W/mK), a polymer-based organic binder (eg, 0.2-0.4W/mK) ), and the thermal conductivity is much better than that of the heat-dissipating particles according to the prior art coated with h-BN.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자에서는, 상기 실시예에서의 코어가 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 선형의 코어(100)로 이루어진 것을 특징으로 한다. In the heat dissipation particle of the core-shell hybrid structure according to another embodiment of the present invention, the core in the embodiment is characterized in that it consists of a linear core 100 as schematically shown in FIG. 4 .

이 경우 선형의 코어에 의해 효과적인 열전도 경로가 형성되어 방열 복합체 부재의 제조시에 더 적은 량의 방열 입자를 투입하여도 일정 수준의 열전도 성능을 얻게 되므로 경량화, 원가경쟁력에 유리하다.In this case, an effective heat conduction path is formed by the linear core, so that a certain level of heat conduction performance is obtained even when a smaller amount of heat radiating particles are injected during the manufacture of the heat dissipation composite member, which is advantageous for weight reduction and cost competitiveness.

또한, 상기 실시예에서, 상기 선형의 코어(100)는 제조의 편의성 등을 고려하여 폴리머, 유리섬유, 탄소섬유, 금속, 산화물, 탄화물, 질화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, the linear core 100 preferably includes at least one selected from the group consisting of polymers, glass fibers, carbon fibers, metals, oxides, carbides, and nitrides in consideration of the convenience of manufacturing. Do.

또한, 상기 실시예에서, 상기 선형 코어(100)는 종횡비 3 이상이고, 0.1 내지 200 um의 평균 직경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나면 h-BN 코팅이 어렵기 때문이다.In addition, in the above embodiment, the linear core 100 preferably has an aspect ratio of 3 or more, and has an average diameter of 0.1 to 200 um. If it is out of the above range, it is because h-BN coating is difficult.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 코팅층을 추가로 갖는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 개념도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층의 반복 구조를 갖는 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자의 개념도이다.5 to 7 are conceptual views of heat dissipation particles having a core-shell hybrid structure additionally having a graphene coating layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a coating layer having a repeating structure according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram of a heat dissipation particle of a core-shell hybrid structure.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자에서는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 실시예에서의 최외곽층이었던 제2 코팅층(300)에 코팅된 그래핀 코팅층(400)을 더 포함하거나, 또는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 코어(100)와 상기 제 1코팅층(200) 사이에 코팅된 그래핀 코팅층(400)을 더 포함하거나, 또는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 코팅층(200)과 상기 제2 코팅층(300) 사이에 코팅되는 그래핀 코팅층(400)을 더 포함한다. In the heat dissipation particle of the core-shell hybrid structure according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5 , the graphene coating layer 400 coated on the second coating layer 300 which was the outermost layer in the embodiment ), or further comprising a graphene coating layer 400 coated between the core 100 and the first coating layer 200 as shown in FIG. 6, or as shown in FIG. A graphene coating layer 400 coated between the first coating layer 200 and the second coating layer 300 is further included.

방열 부재(시트)의 폴리머 수지 기재 내에서의 유동성 또는 분산성을 강화하여 방열 입자의 충진 밀도를 높이거나, 그래핀 고유의 높은 열전도도를 통해 방열 성능을 개선할 수 있기 때문이다.This is because the heat dissipation performance can be improved by enhancing the fluidity or dispersibility of the heat dissipating member (sheet) in the polymer resin substrate to increase the packing density of the heat dissipating particles, or through high thermal conductivity inherent to graphene.

또한, 추가적인 열전도도의 개선을 위한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자에서는, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 실시예에서의 상기 제2 코팅층(300) 위에, 제1 코팅층(200) 및 제2 코팅층(300)이 반복적으로 코팅 적층될 수 있다. 필요하다면 추가적인 반복 적층도 물론 가능하다.In addition, in the heat dissipation particle of a core-shell hybrid structure according to another embodiment of the present invention for further improvement of thermal conductivity, as shown in FIG. 8 , on the second coating layer 300 in the embodiment , the first coating layer 200 and the second coating layer 300 may be repeatedly coated and laminated. Additional repeated laminations are of course possible if necessary.

한편, 높은 열전도도를 가지는 방열 소재를 만들기 위해서는 경화 가능한 폴리머 매트릭스 내에 방열 입자를 최대로 충진해야 하는데 코어 및 판상형 육방정 질화붕소(h-BN) 입자를 단순 혼합하면 효과적인 열전달 네트워크가 형성되지 못하고 충진율이 이론치에 크게 밑돌게 된다. On the other hand, in order to make a heat dissipation material with high thermal conductivity, heat dissipation particles must be maximally filled in a curable polymer matrix. If the core and plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) particles are simply mixed, an effective heat transfer network cannot be formed and the filling rate It falls far short of this theory.

또한, 판상형 육방정 질화붕소(hBN)가 코팅된 코어-쉘 방열 입자를 사용하더라도 폴리머 수지와 혼련 중에 발생하는 고전단력에 의해 hBN 입자가 코어 표면에서 이탈하여 점도가 크게 높아져 충진율이 낮아지고 이로 인해 열전도도가 크게 저하된다. 그러나, 본 발명에서는 위에서 설명하였듯이 고열전도성, 고접착성의 무기 바인더를 이용해 판상형 육방정 질화붕소(hBN) 입자를 코팅함으로써 상기의 문제점을 해결할 수 있게 된 것이다.In addition, even when the plate-shaped hexagonal boron nitride (hBN) coated core-shell heat dissipation particles are used, the hBN particles are separated from the core surface due to the high shear force generated during kneading with the polymer resin, and the viscosity is greatly increased, thereby lowering the filling rate. The thermal conductivity is greatly reduced. However, in the present invention, as described above, the above problems can be solved by coating the plate-shaped hexagonal boron nitride (hBN) particles using an inorganic binder having high thermal conductivity and high adhesion.

이러한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합체는, 상기 실시예들에서의 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자를 포함한다.The composite according to another embodiment of the present invention includes the heat dissipation particles of the core-shell hybrid structure in the above embodiments.

위에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자를, 열경화성 또는 열가소성 폴리머 매트릭스와 혼합하여 방열 복합체를 제조한다. As described above, the heat dissipation particles of the core-shell hybrid structure prepared according to an embodiment of the present invention are mixed with a thermosetting or thermoplastic polymer matrix to prepare a heat dissipation composite.

상기 폴리머로는, 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate; PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에스테르(polyester, PE), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloane, PDMS) 등과 같은 본 기술분야에서 알려져 있는 열가소성 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있다.As the polymer, polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polymethyl methacrylate (PMMA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyethylene (polyethylene) , PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyester (PE), polyvinyl alcohol (PVA), polydimethylsiloane (PDMS), etc. A thermoplastic or thermosetting resin known in the art may be used.

경화제의 경우 경화 가능한 폴리머 매트릭스 대비 1 : 99 - 10 : 90의 질량비로 혼합하는 것이 바람직하다. In the case of the curing agent, it is preferable to mix it in a mass ratio of 1:99 to 10:90 compared to the curable polymer matrix.

코어-쉘 혼성구조의 방열 입자와 경화 가능한 폴리머 매트릭스의 혼합은 물리적 교반으로 진행하며, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자는 폴리머 매트릭스 대비 30 - 95% 부피비를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. Mixing of the heat dissipating particles of the core-shell hybrid structure and the curable polymer matrix is performed by physical stirring, and it is preferable that the heat dissipation particles of the core-shell hybrid structure have a volume ratio of 30 to 95% compared to the polymer matrix.

한편, 상기 복합체는, 중공형 글라스비드, 흑연, 탄소섬유, 운모로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, the composite, it is preferable to further include at least one selected from the group consisting of hollow glass beads, graphite, carbon fiber, and mica.

이 경우, 추가적인 경량화, 방열 부재의 기계적 특성, 전기적 특성을 개량할 수 있으며, 혼합 비율은 요구되는 열전도도, 비중, 기계적 특성(강도, 인성 등), 전기적 특성(내전압, 전자파 흡수능, 전자파 노이즈 저감 효과 등)을 종합적으로 고려하여 결정할 수 있다.In this case, additional weight reduction, mechanical properties and electrical properties of the heat dissipation member can be improved, and the mixing ratio is required for thermal conductivity, specific gravity, mechanical properties (strength, toughness, etc.), electrical properties (withstanding voltage, electromagnetic wave absorption capacity, electromagnetic wave noise reduction). effect, etc.) can be comprehensively considered.

(실시예 1) 알루미나 코어 hBN 코팅(Example 1) Alumina core hBN coating

70um 평균 입도의 알루미나 코어(50g)와 ZnO 졸겔 무기 바인더(1mL)를 150cc 교반기에 넣고 상온에서 5분 혼합한 후, 170℃에서 열처리하여 코팅 방열 입자를 제조한다. 이때 ZnO 졸겔 무기 바인더는 에탄올아민(ethanolamine) 용매에 아연초산염 무수물(1g)을 주성분으로 제작한다. 이후, 15um 평균 입도의 판상형 h-BN 입자(중량비 10%)를 분말혼합기에 투입한 후 순차적으로 500 - 2000rpm까지 회전속도를 높여 코팅한다. 이후 PDMS 실리콘 수지 내에 상기 코팅 방열 입자를 65% 부피비로 투입하여 방열 시트를 제조한다.Put an alumina core (50 g) with an average particle size of 70 μm and a ZnO sol-gel inorganic binder (1 mL) into a 150 cc stirrer, mix at room temperature for 5 minutes, and heat-treat at 170° C. to prepare coated heat-dissipating particles. In this case, the ZnO sol-gel inorganic binder is prepared mainly from zinc acetate anhydride (1 g) in an ethanolamine solvent. Thereafter, the plate-shaped h-BN particles (10% by weight) having an average particle size of 15 μm are put into the powder mixer, and the rotation speed is sequentially increased to 500 - 2000 rpm for coating. Then, the heat dissipation sheet is prepared by injecting the coated heat dissipation particles in the PDMS silicone resin at a volume ratio of 65%.

(실시예 2) 구형 폴리머 코어 hBN 코팅(Example 2) spherical polymer core hBN coating

20um 평균 입도의 폴리머 코어(3g)와 MgO 졸겔 무기 바인더(1mL)를 150cc 교반기에 넣고 상온에서 5분 혼합한 후, 150℃에서 열처리하여 코팅 방열 입자를 제조한다. 이때 MgO 졸겔 무기 바인더는 마그네슘초산 무수물(1g, Mg acetate dehydrate), 에탄올아민(ethanolamine) 0.25g을 주성분으로 교반하여 제작한다. 이후, 5um 평균 입도의 판상형 h-BN 입자(중량비 20%)를 분말혼합기에 투입한 후 순차적으로 500 - 2000rpm까지 회전속도를 높여 코팅한다. 이후 PDMS 실리콘 수지내 상기 코팅 방열 입자를 65% 부피비로 투입하여 방열 시트를 제조한다.A polymer core (3g) having an average particle size of 20um and an MgO sol-gel inorganic binder (1mL) are put in a 150cc stirrer, mixed at room temperature for 5 minutes, and then heat-treated at 150° C. to prepare coated heat dissipation particles. At this time, the MgO sol-gel inorganic binder is prepared by stirring magnesium acetic anhydride (1 g, Mg acetate dehydrate) and 0.25 g of ethanolamine as main components. After that, plate-shaped h-BN particles (20% by weight) having an average particle size of 5 μm are added to the powder mixer and then coated by sequentially increasing the rotation speed up to 500 - 2000 rpm. Thereafter, the coated heat radiation particles in the PDMS silicone resin are added in a 65% volume ratio to prepare a heat radiation sheet.

(실시예 3) 선형 폴리머 코어 hBN 코팅(Example 3) Linear polymer core hBN coating

10um 평균 지름 및 300um 평균 길이를 갖는 선형 폴리머(2g)와 ZnO 졸겔 무기 바인더(1mL)를 150cc 교반기에 넣고 상온에서 5분 혼합한 후, 170℃에서 열처리하여 코팅 방열 입자를 제조한다. 이때 ZnO 졸겔 무기 바인더는 아연초산염 무수물 0.8g, 에탄올아민(ethanolamine) 0.25g을 주성분으로 교반하여 제작한다. 이후, 2um 평균 입도의 판상형 h-BN 입자(중량비 20%)를 분말혼합기에 투입한 후 순차적으로 500 - 2500rpm까지 회전속도를 높여 코팅한다. 이후 PDMS 실리콘 수지내 상기 코팅 방열 입자를 55% 부피비로 투입하여 방열 시트를 제조한다.A linear polymer (2 g) having an average diameter of 10 μm and an average length of 300 μm and a ZnO sol-gel inorganic binder (1 mL) are put in a 150 cc stirrer, mixed at room temperature for 5 minutes, and then heat-treated at 170° C. to prepare coated heat radiation particles. At this time, the ZnO sol-gel inorganic binder is prepared by stirring 0.8 g of zinc acetate anhydride and 0.25 g of ethanolamine as main components. Thereafter, plate-shaped h-BN particles (20% by weight) having an average particle size of 2 μm are added to the powder mixer and then coated by sequentially increasing the rotation speed up to 500 - 2500 rpm. Thereafter, the coated heat dissipation particles in the PDMS silicone resin are added at a volume ratio of 55% to prepare a heat dissipation sheet.

(실시예 4) CIP 코어 hBN 코팅(Example 4) CIP core hBN coating

5um 평균 지름을 갖는 CIP 분말(70g; Carbonyl Iron Powder)과 MgO 졸겔 무기 바인더(1mL)를 150cc 교반기에 넣고 상온에서 5분 혼합한 후, 150℃에서 열처리하여 코팅 방열 입자를 제조한다. 이때 MgO 졸겔 무기 바인더는 마그네슘초산 무수물(Mg acetate dehydrate) 0.5g, 에탄올아민(ethanolamine) 0.1g을 주성분으로 교반하여 제작한다. 이후, 2um 평균입도의 판상형 h-BN 입자(중량비 5%)를 분말혼합기에 투입한 후 순차적으로 500-1500rpm까지 회전속도를 높여 코팅한다. 이후 PDMS 실리콘 수지내 상기 코팅 방열 입자를 65% 부피비로 투입하여 방열 시트를 제조한다.CIP powder (70g; Carbonyl Iron Powder) having an average diameter of 5um and MgO sol-gel inorganic binder (1mL) are put in a 150cc stirrer, mixed at room temperature for 5 minutes, and then heat-treated at 150°C to prepare coated heat dissipation particles. At this time, the MgO sol-gel inorganic binder is prepared by stirring 0.5 g of Mg acetate dehydrate and 0.1 g of ethanolamine as main components. Then, plate-shaped h-BN particles (weight ratio 5%) of 2um average particle size are put into the powder mixer, and the rotation speed is sequentially increased to 500-1500rpm for coating. Thereafter, the coated heat radiation particles in the PDMS silicone resin are added in a 65% volume ratio to prepare a heat radiation sheet.

(비교예 1) 유기 바인더를 사용한 hBN 코팅(Comparative Example 1) hBN coating using organic binder

70um 평균 입도의 알루미나 코어(50g)와 폴리비닐피롤리돈(PVP) 분말(0.5g)을 150cc 교반기에 넣고 상온에서 10분간 혼합한다. 이후, 15um 평균 입도의 판상형 h-BN 입자(중량비 10%)를 분말혼합기에 투입한 후 순차적으로 500 - 2000rpm까지 회전속도를 높여 코팅한다. 이후 PDMS 실리콘 수지내 상기 코팅 방열 입자를 65% 부피비로(실시예 1과 동일) 투입하여 방열 시트를 제조한다.Put an alumina core (50g) with an average particle size of 70um and polyvinylpyrrolidone (PVP) powder (0.5g) into a 150cc stirrer and mix at room temperature for 10 minutes. Thereafter, the plate-shaped h-BN particles (10% by weight) having an average particle size of 15 μm are put into the powder mixer, and the rotation speed is sequentially increased to 500 - 2000 rpm for coating. Thereafter, the coated heat dissipation particles in the PDMS silicone resin were added in a 65% volume ratio (same as in Example 1) to prepare a heat dissipation sheet.

(비교예 2) hBN 코팅되지 않은 폴리머 분말(Comparative Example 2) Polymer powder not coated with hBN

hBN 코팅하지 않은 20um 평균 입도의 폴리머 코어(3g)를 사용하여 PDMS 실리콘 수지내 상기 폴리머 분말을 65% 부피비로(실시예 2와 동일) 투입하여 방열 시트를 제조한다.Using a non-hBN-coated polymer core (3 g) having an average particle size of 20 μm, the polymer powder in the PDMS silicone resin was added in a 65% volume ratio (same as in Example 2) to prepare a heat dissipation sheet.

(비교예 3) hBN 코팅되지 않은 CIP(Comparative Example 3) hBN uncoated CIP

hBN 코팅하지 않은 5um 평균 지름을 갖는 CIP 분말(70g)을 사용하여 PDMS 실리콘 수지내 상기 CIP 분말을 65% 부피비로(실시예 4와 동일) 투입하여 방열 시트를 제조한다.Using CIP powder (70 g) having an average diameter of 5 μm not coated with hBN, the CIP powder in the PDMS silicone resin was added in a 65% volume ratio (same as Example 4) to prepare a heat dissipation sheet.

위와 같이 제조된 실시예 및 비교예 각각의 방열 시트에 대하여, 열전도도 측정은 열확산계수(ai-Phase사 M3), 비열(Shimadzu사 DSC60), 비중(Precisa사 320XT), 내전압(Chroma사 19052)을 각각 측정하여 상호 곱하여 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다. For each of the heat dissipation sheets of Examples and Comparative Examples prepared as above, thermal conductivity was measured as thermal diffusion coefficient (ai-Phase, M3), specific heat (Shimadzu, DSC60), specific gravity (Precisa, 320XT), and withstand voltage (Chroma, 19052) were respectively measured and multiplied by each other, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 2Comparative Example 2 실시예 4Example 4 비교예 3Comparative Example 3 열전도도
(W/mK)
thermal conductivity
(W/mK)
3.23.2 2.52.5 1.21.2 1.41.4 0.50.5 4.24.2 2.52.5
비중
(g/cc)
importance
(g/cc)
3.03.0 3.03.0 1.31.3 1.31.3 1.31.3 3.53.5 3.53.5
내전압
(V)
withstand voltage
(V)
40004000 40004000 40004000 40004000 40004000 10001000 00

비교예 1(유기 바인더 사용) 대비 실시예 1(무기 바인더 사용)의 열전도도 측정 결과를 통해 hBN 입자를 코팅한 분말을 방열 필러로 사용한 동일한 조건에서 무기 바인더의 열전도도 개선 효과가 25% 증가한 것으로 나타난다. The thermal conductivity improvement effect of the inorganic binder was increased by 25% under the same conditions in which the powder coated with hBN particles was used as a heat dissipation filler through the thermal conductivity measurement results of Example 1 (using an inorganic binder) compared to Comparative Example 1 (using an organic binder) appear.

비교예 2(hBN 코팅 안 된 폴리머 코어 사용) 대비 실시예 2(hBN 코팅된 폴리머 코어 사용)의 열전도도 측정 결과를 통해 열전도도가 2배 이상 증가한 것으로 개선 효과가 크다. 또한 비교예 1 대비 비중이 1/2 이하이므로 폴리머 코어 사용에 따른 경량성 개선 효과가 나타난다.Comparative Example 2 (using hBN-coated polymer core) compared to Example 2 (using hBN-coated polymer core) compared to Comparative Example 2 (using hBN-coated polymer core) showed that the thermal conductivity increased by more than 2 times, and the improvement effect is large. In addition, since the specific gravity of Comparative Example 1 is 1/2 or less, the lightness improvement effect according to the use of the polymer core appears.

실시예 2(구형 폴리머 코어 사용) 대비 실시예 3(선형 폴리머 코어 사용)의 열전도도 측정 결과를 통해 투입량은 65%에서 55%로 감소했음에도 열전도도가 17% 증가한 효과가 측정되었다.Through the measurement result of the thermal conductivity of Example 3 (using a linear polymer core) compared to Example 2 (using a spherical polymer core), the effect of increasing the thermal conductivity by 17% was measured even though the input amount decreased from 65% to 55%.

비교예 3(hBN 코팅 안 된 CIP 코어 사용) 대비 실시예 4의(hBN 코팅된 CIP 코어 사용) 열전도도 측정 결과를 통해 열전도도는 68% 개선되었고 내전압은 1000V까지 증가하여 무기 바인더 및 hBN 코팅 효과가 크게 나타남을 확인하였다.Comparative Example 3 (using CIP core without hBN coating) compared to Example 4 (using hBN coated CIP core) Through the measurement result, the thermal conductivity was improved by 68% and the withstand voltage increased to 1000V, so the inorganic binder and hBN coating effect was confirmed to be large.

100 : 코어
200 : 제1 코팅층
300 : 제2 코팅층
400 : 그래핀 코팅층
100: core
200: first coating layer
300: second coating layer
400: graphene coating layer

Claims (14)

코어;
상기 코어에 무기 바인더를 코팅한 제1 코팅층; 및
상기 제1 코팅층에 판상형 육방정 질화붕소(h-BN)를 코팅한 제2 코팅층;을 포함하는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
core;
a first coating layer coated with an inorganic binder on the core; and
A second coating layer coated with plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) on the first coating layer; including, a core-shell hybrid structure of heat dissipation particles.
청구항 1에 있어서,
상기 코어는 폴리머, 흑연, 다이아몬드, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화마그네슘, 산화아연 및 구상화된 육방정 질화붕소(h-BN)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
The core comprises at least one selected from the group consisting of polymer, graphite, diamond, aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum nitride, silicon carbide, magnesium oxide, zinc oxide, and spheroidized hexagonal boron nitride (h-BN), Heat dissipation particles with a core-shell hybrid structure.
청구항 1에 있어서,
상기 코어는 구리계, 니켈계, 철계, 코발트계, MnZn계 페라이트, NiZn계 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
The core includes at least one selected from the group consisting of copper-based, nickel-based, iron-based, cobalt-based, MnZn-based ferrite, and NiZn-based ferrite.
청구항 1에 있어서,
상기 무기 바인더는 실리콘 산화물, 마그네슘 산화물, 베릴륨 산화물, 아연 산화물, 칼슘 산화물, 구리 산화물, 니켈 산화물, 인 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
The inorganic binder comprises at least one selected from the group consisting of silicon oxide, magnesium oxide, beryllium oxide, zinc oxide, calcium oxide, copper oxide, nickel oxide, and phosphorus oxide, a core-shell hybrid structure of heat dissipation particles.
청구항 1에 있어서,
상기 판상형 육방정 질화붕소(h-BN)는 상기 코어의 평균 직경 대비 0.1 이상 5배 이하의 평균 크기를 갖는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
The plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) has an average size of 0.1 or more and 5 times or less compared to the average diameter of the core, a core-shell hybrid structure of heat dissipation particles.
청구항 1에 있어서,
상기 코어는 선형 코어인, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
The core is a linear core, core-shell hybrid structure heat dissipation particles.
청구항 6에 있어서,
상기 코어는 폴리머, 유리섬유, 탄소섬유, 금속, 산화물, 탄화물, 질화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
7. The method of claim 6,
The core comprises at least one selected from the group consisting of polymers, glass fibers, carbon fibers, metals, oxides, carbides, and nitrides, core-shell hybrid heat dissipation particles.
청구항 6에 있어서,
상기 코어는 종횡비 3 이상이고, 0.1 내지 200 um의 평균 직경을 갖는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
7. The method of claim 6,
The core has an aspect ratio of 3 or more, and has an average diameter of 0.1 to 200 um, a core-shell hybrid structure of heat dissipation particles.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 코팅층에 코팅되는 그래핀 코팅층을 더 포함하는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
Further comprising a graphene coating layer coated on the second coating layer, core-shell hybrid structure heat dissipation particles.
청구항 1에 있어서,
상기 코어와 상기 제1 코팅층 사이에 코팅되는 그래핀 코팅층을 더 포함하는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
Further comprising a graphene coating layer coated between the core and the first coating layer, the core-shell hybrid structure of heat dissipation particles.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 코팅층과 상기 제2 코팅층 사이에 코팅되는 그래핀 코팅층을 더 포함하는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
Further comprising a graphene coating layer coated between the first coating layer and the second coating layer, the core-shell hybrid structure of heat dissipation particles.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 코팅층 위에 제1 코팅층 및 제2 코팅층이 반복적으로 적층되는, 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자.
The method according to claim 1,
A heat dissipation particle having a core-shell hybrid structure in which a first coating layer and a second coating layer are repeatedly stacked on the second coating layer.
청구항 1 내지 청구항 12 중의 어느 하나의 청구항에 기재된 코어-쉘 혼성구조의 방열 입자를 포함하는, 복합체.A composite comprising the heat dissipating particles of the core-shell hybrid structure according to any one of claims 1 to 12. 청구항 13에 있어서,
중공형 글라스비드, 흑연, 탄소섬유, 운모로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는, 복합체.
14. The method of claim 13,
The composite, further comprising at least one selected from the group consisting of hollow glass beads, graphite, carbon fiber, and mica.
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