KR20220095995A - Coating method of coating solution comprising hexagonal boron nitride particles and heat dissipation member manufactured thereby - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a coating method for a coating solution comprising hexagonal boron nitride particles that includes: a step of preparing a heat dissipation member; a BN coating step of coating a BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles, a binder, and a solvent on the surface of the heat dissipation member; and a high specific gravity particle coating step of coating a high specific gravity particle coating solution containing inorganic or metal powder particles, a binder, and a solvent after the BN coating step.

Description

육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법 및 이에 의하여 제조되는 방열부재{Coating method of coating solution comprising hexagonal boron nitride particles and heat dissipation member manufactured thereby}Coating method of coating solution comprising hexagonal boron nitride particles and heat dissipation member manufactured thereby

본 발명은 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법 및 이에 의하여 제조되는 방열부재에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 알루미늄 금속 등으로 제조되는 방열부재의 표면에 높은 열전도도, 높은 열방사도 및 큰 비표면적을 가진 육방정 질화붕소(Hexagonal Boron Nitride, 이하에서는 'h-BN'이라고도 함) 입자를 직접 접촉하여 고정시키는 코팅을 함으로써 열 방사 에너지를 크게 증가시킨 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법 및 이에 의하여 제조되는 방열부재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for coating a coating solution containing hexagonal boron nitride particles and a heat dissipation member produced thereby, and more particularly, to a surface of a heat dissipation member made of aluminum metal, etc. Coating solution containing hexagonal boron nitride particles having a large specific surface area and greatly increasing thermal radiation energy by applying a coating that directly contacts and fixes hexagonal boron nitride (hereafter referred to as 'h-BN') particles It relates to a coating method and a heat dissipation member manufactured thereby.

본 명세서에서, '방열부재'란 용어는 다양한 형상이나 재질을 갖는 방열 작용을 수행할 수 있는 구조를 포괄적으로 의미하는 것으로 사용된다.In the present specification, the term 'heat dissipation member' is used to comprehensively mean a structure capable of performing a heat dissipation action having various shapes or materials.

경박단소하고 집적도가 높은 전자 부품이나 고출력 전력소자와 같이 단위면적당 많은 열을 발생시키는 발열부에서 하우징, 공기 등 주변부로 열 에너지를 이동시켜 발열부의 안정성, 신뢰성을 높이는 다양한 소재, 구조 및 형상을 가진 방열부재, 히트싱크가 널리 사용되고 있다.It has various materials, structures and shapes that increase the stability and reliability of the heating part by transferring thermal energy from the heating part that generates a lot of heat per unit area, such as light, thin, compact and highly integrated electronic parts or high-output power devices, to the surrounding parts such as the housing and air. Heat dissipation members and heat sinks are widely used.

그 일 예로서 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 패키지(1)의 몸체(1a)에 직접 방열판(2)을 고정 부착하여 그 반도체 패키지(1)에서 발생한 열을 방열시키는 구조가 선행특허 1에 개시되어 있다. 여기서, 상기 방열판(2, 히트싱크)은 일반적으로 열전도부로서 기능하는 메인 플레이트의 일면에 플레이트 또는 막대 형상 등의 방열핀(2a; heat radiation fin)이 복수개 연속적으로 형성되어 외부와의 접촉 표면적을 늘린 구조를 갖는다.As an example thereof, as shown in FIG. 1 , a structure for dissipating heat generated in the semiconductor package 1 by directly attaching the heat sink 2 to the body 1a of the semiconductor package 1 is disclosed in Prior Patent 1. has been Here, the heat sink 2 (heat sink) is generally formed with a plurality of heat radiation fins (heat radiation fins) such as plates or rods continuously formed on one surface of the main plate functioning as a heat conduction unit to increase the contact surface area with the outside. have a structure

한편, 열 방사(thermal radiation)는 복사에 의한 열에너지 이동으로 물질 표면의 열에너지가 전자파 에너지로 변환되어 주변 공간으로 방사되는 현상이다. 열 방사 전자파의 파장은 자외선 일부 영역(0.1um)부터 가시광선, 적외선 전영역(100um) 구간에 걸쳐 존재한다. 열 방사 에너지(E)는 열방사도(α), 표면적(A), 표면 절대온도(T)에 비례하며 다음의 스테판-볼츠만 수식의 거동을 가진다. On the other hand, thermal radiation is a phenomenon in which thermal energy on the surface of a material is converted into electromagnetic wave energy by transfer of thermal energy by radiation and radiated to the surrounding space. The wavelength of the thermal radiation electromagnetic wave is present in the partial range of ultraviolet light (0.1um), visible light, and the entire infrared range (100um). The thermal radiation energy (E) is proportional to the thermal radiance (α), the surface area (A), and the absolute surface temperature (T), and has the behavior of the following Stefan-Boltzmann equation.

E ∝ α * A * T4 E ∝ α * A * T 4

열원과 맞닿은 물질 표면의 열 방사 에너지가 높다는 것은 물질 표면의 열에너지가 전자파 형태로 효과적으로 전환되므로 표면의 온도를 낮추게 된다. 따라서 열원으로부터 표면으로 온도구배가 증가하여 보다 많은 열에너지를 전달하게 되므로 높은 방열성능을 나타낸다. 상기 수식에 의하면 열 방사 에너지(E)를 높이기 위해서는 열 방사 표면의 열방사도(α)가 높아야 하고, 열 방사 표면의 온도(T)가 높아야 하며, 열 방사 표면의 표면적(A)이 커야 한다.The high thermal radiation energy of the surface of the material in contact with the heat source lowers the surface temperature because the thermal energy on the surface of the material is effectively converted into electromagnetic waves. Therefore, the temperature gradient increases from the heat source to the surface, and more heat energy is transferred, thereby showing high heat dissipation performance. According to the above formula, in order to increase the heat radiation energy (E), the heat radiance (α) of the heat radiation surface must be high, the temperature (T) of the heat radiation surface must be high, and the surface area (A) of the heat radiation surface must be large.

일반적으로 방열핀으로 주로 사용하는 알루미늄 금속은, 열전도도는 300W/mK 수준으로 높으나 열방사도(α)는 0.01 수준의 매우 낮은 값을 가지므로 스테판-볼츠만 수식에 의거하여 결과적으로 열 방사 에너지가 적다. 이를 보완하기 위해 알루미늄 표면에 흑색 코팅을 하거나 양극산화 표면처리를 하여 열방사도를 높이지만 동시에 표면온도가 낮아지므로 열방사 에너지를 크게 높이지 못하고 있다. 따라서 알루미늄 금속으로 구성된 방열핀의 경우 단면적을 늘리는 다양한 형태의 핀 구조만으로는 열 방사 에너지를 높이는데 근본적인 한계를 가지므로, 이를 해결하기 위한 획기적인 연구개발이 필요한 상태이다. In general, aluminum metal, which is mainly used as a heat dissipation fin, has a high thermal conductivity of 300 W/mK level, but a thermal radiance (α) has a very low value of 0.01 level, so based on the Stefan-Boltzmann equation, the thermal radiation energy is small as a result. To compensate for this, black coating or anodizing surface treatment is applied to increase the heat radiation, but at the same time, the surface temperature is lowered, so the heat radiation energy cannot be significantly increased. Therefore, in the case of heat dissipation fins made of aluminum metal, there is a fundamental limit in increasing heat radiation energy only with various types of fin structures that increase the cross-sectional area, and thus, innovative research and development is required to solve this problem.

대한민국 등록특허공보 제10-271637호Republic of Korea Patent Publication No. 10-271637

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 금속 등의 방열부재의 표면에 육방정 질화붕소(h-BN) 입자를 직접 접촉하는 코팅을 함으로써 열방사도, 열 방사 표면적, 표면 온도를 동시에 증가시켜 방열부재 표면의 열 방사 에너지를 크게 높일 수 있는 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법 및 이에 의하여 제조되는 방열부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the problems in the prior art as described above, and by coating the surface of a heat dissipating member such as a metal in direct contact with hexagonal boron nitride (h-BN) particles, the thermal radiance, the thermal radiation surface area An object of the present invention is to provide a method for coating a coating solution containing hexagonal boron nitride particles capable of significantly increasing the thermal radiation energy of the surface of a heat dissipating member by simultaneously increasing the surface temperature, and a heat dissipating member manufactured thereby.

또한, 본 발명은 육방정 질화붕소(h-BN) 나노 및 마이크로 입자와, 무기 또는 금속 분말 입자 등의 고비중 입자를 순차적이고 복합적으로 사용함으로써 육방정 질화붕소(h-BN) 입자를 방열부재 표면에 가능한 많이 접촉시킴으로서, 열방사도, 열 방사 표면적, 표면 온도를 더욱 증가시켜 열 방사 에너지를 더욱 증가시킬 수 있는 육방정 질화붕소 입자를 포함한 코팅액의 코팅 방법 및 이에 의하여 제조되는 방열부재를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention uses hexagonal boron nitride (h-BN) nanoparticles and micro particles and high specific gravity particles such as inorganic or metal powder particles sequentially and complexly by using hexagonal boron nitride (h-BN) particles as a heat dissipation member. By contacting the surface as much as possible, the method of coating a coating solution containing hexagonal boron nitride particles, which can further increase the thermal radiation degree, the thermal radiation surface area, and the surface temperature to further increase the thermal radiation energy, and a heat radiation member manufactured thereby. to serve a different purpose.

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 description below. will be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법은, 방열부재를 준비하는 단계; 상기 방열부재의 표면에 육방정 질화붕소 입자, 바인더, 및 용매를 포함하는 BN 코팅액을 코팅하는 BN 코팅 단계; 및 상기 BN 코팅 단계 후에, 무기 또는 금속 분말 입자, 바인더, 및 용매를 포함하는 고비중 입자 코팅액을 코팅하는 고비중 입자 코팅 단계;를 포함한다.A coating method of a coating solution containing hexagonal boron nitride particles according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, comprising the steps of: preparing a heat dissipation member; BN coating step of coating a BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles, a binder, and a solvent on the surface of the heat dissipation member; and a high specific gravity particle coating step of coating a high specific gravity particle coating solution including inorganic or metal powder particles, a binder, and a solvent after the BN coating step.

상기 실시예에서, 상기 BN 코팅액에 포함되는 상기 육방정 질화붕소 입자는 D50이 10um 이하인 육방정 질화붕소 입자이고, 상기 고비중 입자 코팅액에 포함되는 고비중 입자는 D50이 20um 이하인 고비중 입자인 것이 바람직하다.In the above embodiment, the hexagonal boron nitride particles included in the BN coating solution are hexagonal boron nitride particles having a D50 of 10 μm or less, and the high specific gravity particles included in the high specific gravity particle coating solution are high specific gravity particles having a D50 of 20 μm or less. desirable.

또한, 상기 실시예에서, 상기 BN 코팅액에 포함되는 상기 육방정 질화붕소 입자는, D50이 200nm 이하인 육방정 질화 붕소 나노 입자와, D50이 1 ~ 10um인 육방정 질화붕소 마이크로 입자가 혼합된 육방정 질화붕소 입자인 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, the hexagonal boron nitride particles included in the BN coating solution are hexagonal boron nitride nanoparticles having a D50 of 200 nm or less, and hexagonal boron nitride microparticles having a D50 of 1 to 10 μm. It is preferable that they are boron nitride particles.

또한, 상기 실시예에서, 상기 BN 코팅액은 육방정 질화붕소 입자 0.05 ~ 3 중량부, 바인더 0.005 ~ 0.5 중량부, 용매 96.5 ~ 99.945 중량부 비율로 혼합한 코팅액이고, 상기 고비중 입자 코팅액은 고비중 입자 0.1 ~ 5 중량부, 바인더 0.005 ~ 0.5 중량부, 용매 94.5 ~ 99.895 중량부 비율로 혼합한 코팅액인 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, the BN coating solution is a coating solution mixed in a ratio of 0.05 to 3 parts by weight of hexagonal boron nitride particles, 0.005 to 0.5 parts by weight of binder, and 96.5 to 99.945 parts by weight of solvent, and the high specific gravity particle coating solution has a high specific gravity It is preferable that the coating solution is mixed in a ratio of 0.1 to 5 parts by weight of particles, 0.005 to 0.5 parts by weight of binder, and 94.5 to 99.895 parts by weight of solvent.

또한, 상기 실시예에서, 상기 BN 코팅 단계는, D50이 200nm 이하인 육방정 질화 붕소 입자를 포함하는 나노 BN 코팅액을 코팅한 후, D50이 1 ~ 10um인 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 마이크로 BN 코팅액을 코팅하는 단계인 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, the BN coating step, after coating the nano-BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles having a D50 of 200 nm or less, and a micro BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles having a D50 of 1 to 10 μm It is preferable that the step of coating the

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열부재는, 방열부재의 표면에 육방정 질화붕소 입자가 직접 접촉되어 있고, 상기 실시예에 따른 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the heat dissipation member according to an embodiment of the present invention, the hexagonal boron nitride particles are in direct contact with the surface of the heat dissipation member, and manufactured by the coating method of the coating solution containing the hexagonal boron nitride particles according to the embodiment characterized by being

상기 실시예에서, 방열부재의 표면으로부터 D50이 10um 이하인 육방정 질화붕소 입자, 고비중 입자가 순서대로 배치되는 것이 바람직하다.In the above embodiment, it is preferable that the hexagonal boron nitride particles having a D50 of 10 μm or less and the high specific gravity particles are sequentially arranged from the surface of the heat dissipating member.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열부재 금속 표면에 육방정 질화붕소(h-BN) 입자를 직접 접촉하는 코팅을 함으로써 금속 표면의 단점인 낮은 열방사도(α)를 50배 이상 높이며, 열 방사 표면적(A)을 100배 이상 확대하고 높은 열전도도로 인해 금속 표면의 온도에 근접한 높은 표면 온도를 나타내므로 스테판-볼츠만 거동에 의해 열 방사 에너지(E)를 크게 높일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by coating the surface of the heat dissipating member metal with hexagonal boron nitride (h-BN) particles in direct contact, the low thermal radiance (α), which is a disadvantage of the metal surface, is increased by 50 times or more, and heat radiation Because the surface area (A) is magnified more than 100 times and exhibits a high surface temperature close to that of the metal surface due to high thermal conductivity, the thermal radiation energy (E) can be greatly increased by the Stefan-Boltzmann behavior.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 육방정 질화붕소 나노입자가 방열부재의 표면에 직접 접촉하도록 코팅됨으로써 열 방사 표면의 표면적이 크게 높아져 열 방사 에너지를 더욱 증가시킬 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, since the hexagonal boron nitride nanoparticles are coated to directly contact the surface of the heat dissipating member, the surface area of the heat radiating surface is greatly increased, thereby further increasing the heat radiating energy.

도 1은 종래 기술에 따른 금속 방열판 구조를 나타낸 모식도이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 방열 부재의 최종 건조 전의 방열 입자 코팅층 단면을 나타낸 모식도이고,
도 3은 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 방열 부재의 최종 건조 전의 방열 입자 코팅층 단면을 나타낸 모식도이다.
1 is a schematic diagram showing a structure of a metal heat sink according to the prior art,
2 is a schematic diagram showing a cross section of a heat dissipation particle coating layer before final drying of a heat dissipation member according to Examples 1 and 2 of the present invention;
3 is a schematic view showing a cross section of a heat dissipation particle coating layer before final drying of a heat dissipation member according to Comparative Examples 1 to 4;

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 present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents as those claimed.

종래에 방열부재로 주로 사용되는 알루미늄과 비교할 때, 육방정 질화붕소(h-BN) 물질은 300W/mK 수준의 유사한 열전도도를 나타내면서 동시에 0.9 이상의 높은 열방사도(α)를 나타내므로 열 방사 에너지가 높다는 장점이 있다. 또한 화학적으로 안정된 나노입자로 제조 가능하므로 방열부재의 표면적을 획기적으로 높일 수 있다. 이에 더하여 육방정 질화붕소(h-BN) 입자는 밴드갭 근처의 에너지상태 밀도가 높아 더욱 높은 열방사도(α)를 가진다. Compared to aluminum, which is conventionally mainly used as a heat dissipation member, the hexagonal boron nitride (h-BN) material exhibits a similar thermal conductivity of 300 W/mK level and at the same time a high thermal emissivity (α) of 0.9 or more. It has the advantage of being high. In addition, since it can be manufactured with chemically stable nanoparticles, the surface area of the heat dissipating member can be remarkably increased. In addition, the hexagonal boron nitride (h-BN) particles have a higher thermal emissivity (α) due to high energy state density near the bandgap.

따라서 방열부재 금속 표면에 접촉되어 코팅된 육방정 질화붕소(h-BN) 입자는 금속 표면의 단점인 낮은 열방사도(α)를 50배 이상 높이며, 열 방사 표면적(A)을 100배 이상 확대하고 높은 열전도도로 인해 금속 표면의 온도에 근접한 높은 표면 온도를 나타내므로 열 방사 에너지(E)를 획기적으로 높일 수 있다. 이로 인하여 발열원의 열에너지가 누적되지 않고 신속하게 방열부재로 이동시킴으로서 발열원의 안정성, 신뢰성, 수명을 높이게 된다.Therefore, the hexagonal boron nitride (h-BN) particles coated in contact with the metal surface of the heat dissipation member increase the low thermal emissivity (α), which is a disadvantage of the metal surface, by more than 50 times, and the heat radiation surface area (A) is enlarged by more than 100 times and Due to its high thermal conductivity, it exhibits a high surface temperature close to that of the metal surface, so that the thermal radiation energy (E) can be dramatically increased. As a result, the heat energy of the heat generating source is not accumulated and moved to the heat dissipating member quickly, thereby increasing the stability, reliability, and lifespan of the heat generating source.

이와 같은 특성을 갖는 육방정 질화붕소 입자를 열 방사 입자로 활용하고자 하는 경우, 방열 부재의 표면에 스프레이, 도포 등의 방식으로 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액을 코팅하거나, 또는 육방정 질화붕소 입자와 통상적으로 열 방사 입자로 사용되고 있는 무기 또는 금속 분말 입자 등의 고비중 입자를 혼합한 코팅액을 코팅하는 것을 생각할 수 있다.When the hexagonal boron nitride particles having such characteristics are to be used as thermal radiation particles, the coating solution containing the hexagonal boron nitride particles is coated on the surface of the heat dissipating member by spraying, applying, or the like, or hexagonal boron nitride It is conceivable to coat a coating solution in which particles and high specific gravity particles such as inorganic or metal powder particles commonly used as thermal radiation particles are mixed.

도 3의 비교예 1에 개략적으로 도시한 바와 같이, 육방정 질화붕소 입자들만을 사용할 경우에는, 육방정 질화붕소 입자들은 2g/cc의 낮은 비중을 갖고, 나노 입자의 경우 작은 입자 크기에 따른 표면효과, 육방정 질화붕소 입자 고유의 낮은 분산성, 판상형 입자 형상 때문에 방열 부재의 표면에 직접 접촉하기 어렵고 바인더 내에 무작위로 부유하여 고정되는 형태로 코팅층을 형성하게 된다. 또한, 알루미나 등의 고비중 입자와 혼합하여 사용할 경우에는 도 3의 비교예 3에 개략적으로 도시한 바와 같이, 알루미나 입자는 4.0g/cc의 높은 비중, 구형 형상으로 인하여 분산성, 흐름성이 좋아 먼저 가라앉아 방열부재 표면에 접촉하기 때문에 h-BN 입자의 효과가 거의 나타나지 않으므로 열 방사 에너지를 높이는데 큰 한계가 있다. As schematically shown in Comparative Example 1 of FIG. 3, when only hexagonal boron nitride particles are used, the hexagonal boron nitride particles have a low specific gravity of 2 g/cc, and in the case of nanoparticles, the surface according to the small particle size Due to the effect, the inherent low dispersibility of the hexagonal boron nitride particles, and the plate-like particle shape, it is difficult to directly contact the surface of the heat dissipation member, and the coating layer is formed in a form that is randomly suspended and fixed in the binder. In addition, when mixed with high specific gravity particles such as alumina, as schematically shown in Comparative Example 3 of FIG. 3, the alumina particles have good dispersibility and flowability due to their high specific gravity of 4.0 g/cc and spherical shape. Since it sinks first and comes into contact with the surface of the heat dissipation member, the effect of the h-BN particles is hardly seen, so there is a big limit in increasing the heat radiation energy.

본 발명자들을 위와 같은 기술 사상에 착안하여 본 발명에 이르게 된 것이며, 본 발명은 상기의 고비중 입자 특성과 h-BN 특성을 활용한 것으로, 알루미나 등의 고비중 입자의 가라앉는 거동을 통해 h-BN 입자들을 눌러 방열부재 표면에 접촉하도록 하는 것을 특징으로 한다.The present inventors have come to the present invention by paying attention to the above technical idea, and the present invention utilizes the above high specific gravity particle characteristics and h-BN characteristics, and through the sinking behavior of high specific gravity particles such as alumina, h- It is characterized in that the BN particles are pressed to contact the surface of the heat dissipation member.

본 발명의 일 실시예에 따른 육방정 질화붕소 입자가 코팅된 방열부재는, 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 열원에 인접한 방열부재; 및 상기 방열부재에 코팅된 방열 입자로서 그 표면으로부터 D50이 10um 이하인 마이크로 또는 나노 크기의 육방정 질화붕소(h-BN) 입자, 알루미나 등의 고비중 입자를 순차적으로 포함한다. A heat dissipating member coated with hexagonal boron nitride particles according to an embodiment of the present invention, as exemplarily shown in FIG. 2 , includes a heat dissipating member adjacent to a heat source; and micro- or nano-sized hexagonal boron nitride (h-BN) particles having a D50 of 10 μm or less from the surface as heat radiation particles coated on the heat radiation member, and high specific gravity particles such as alumina.

위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 육방정 질화붕소 입자가 코팅된 방열부재는 이하에서 설명하는 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하므로, 이하에서 코팅 방법에 대한 상세한 설명을 통해 그 구조가 명확해 질 것이다.The heat dissipation member coated with hexagonal boron nitride particles according to an embodiment of the present invention as described above is characterized in that it is manufactured by the coating method of the coating solution containing the hexagonal boron nitride particles described below, so the coating method in the following Its structure will become clear through a detailed description of

본 발명의 일 실시예에 따른 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법은, 방열부재를 준비하는 단계; 상기 방열부재의 표면에 육방정 질화붕소 입자, 바인더, 및 용매를 포함하는 BN 코팅액을 코팅하는 BN 코팅 단계; 및 상기 BN 코팅 단계 후에, 무기 또는 금속 분말 입자, 바인더, 및 용매를 포함하는 고비중 입자 코팅액을 코팅하는 고비중 입자 코팅 단계;를 포함한다.A coating method of a coating solution containing hexagonal boron nitride particles according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a heat dissipation member; BN coating step of coating a BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles, a binder, and a solvent on the surface of the heat dissipation member; and a high specific gravity particle coating step of coating a high specific gravity particle coating solution including inorganic or metal powder particles, a binder, and a solvent after the BN coating step.

상기 방열부재를 준비하는 단계에서, 상기 방열부재는, 통상적인 히트싱크 구조에 사용되고 있는 플레이트 또는 막대 형상 등의 다양한 형상이나 재질의 방열부재일 수 있고, 발열부에 열전도부 등을 통하여 또는 직접적으로 접촉되어 사용될 수 있다. 또한 상기 방열부재는 히트싱크가 부착되지 않은 노출된 발열부 및 발열부를 내장한 다양한 패키지가 될 수 있다.In the step of preparing the heat dissipating member, the heat dissipating member may be a heat dissipating member of various shapes or materials, such as a plate or a rod shape used in a conventional heat sink structure, and may be a heat dissipating member through a heat conducting unit or the like directly to the heat generating unit It can be used in contact. In addition, the heat dissipation member may be an exposed heat generating unit to which a heat sink is not attached and various packages in which the heat generating unit is embedded.

다음은 상기 방열부재의 표면에 열방사용 코팅액으로서 육방정 질화붕소 입자, 바인더, 및 용매를 포함하는 BN 코팅액을 코팅한다.Next, a BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles, a binder, and a solvent is coated on the surface of the heat dissipation member as a heat radiation coating solution.

열방사 입자로서 육방정 질화붕소 입자를 사용하는 가장 큰 이유는 전기적 절연특성을 가지며 300W/mK 수준의 높은 열전도도를 나타내면서 동시에 0.9 이상의 높은 열방사도(α)를 나타내므로 전기적 절연이 필요한 많은 적용분야가 존재하며, 열 방사 에너지가 높다는 장점을 지니기 때문이다. The main reason for using hexagonal boron nitride particles as heat radiating particles is that they have electrical insulation properties and high thermal conductivity of 300 W/mK level and at the same time high thermal radiation (α) of 0.9 or higher, so many applications requiring electrical insulation This is because it has the advantage of high thermal radiation energy.

또한, 코팅액 조성액 중 육방정 질화붕소에 비해 상대적으로 열전도도가 떨어지는 바인더의 배합 비율은 상기 육방정 질화붕소 입자가 방열부재 표면에 직접적으로 접촉되고 고정하는데 필요한 최소 량으로 제한한다. In addition, the blending ratio of the binder having relatively low thermal conductivity compared to the hexagonal boron nitride in the coating liquid composition is limited to the minimum amount required for the hexagonal boron nitride particles to directly contact and fix the surface of the heat dissipation member.

상기 바인더로는 유기계 수지 또는 무기 바인더가 사용될 수 있다. 상기 유기계 수지로는 열경화성 수지, 열 가소성 수지가 포함되며 무기 바인더는 물유리, 실리케이트, MgO, ZnO 등 무기물의 졸-겔반응에 의한 바인더가 포함된다. 대표적인 열경화성 수지인 에폭시 수지는 상기 육방정 질화붕소 입자, 고비중 입자 입자의 분산성, 흐름성 향상을 위해 상온에서 저점도 액상인 에폭시 수지나 상온에서 고체상인 저연화 에폭시 수지인 것이 바람직하다.As the binder, an organic resin or an inorganic binder may be used. The organic resin includes a thermosetting resin and a thermoplastic resin, and the inorganic binder includes a binder by sol-gel reaction of inorganic materials such as water glass, silicate, MgO, and ZnO. The epoxy resin, which is a typical thermosetting resin, is preferably a low-viscosity liquid epoxy resin at room temperature or a solid low softening epoxy resin at room temperature in order to improve the dispersibility and flowability of the hexagonal boron nitride particles and high specific gravity particles.

상기 열경화성 에폭시 수지는, 예를 들어, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 폴리카르복실산의 글리시딜에테르, 시클로헥산 유도체의 에폭시화에 의해 얻어지는 에폭시 수지 중 1종 이상일 수 있으며, 그 중 내열성 및 작업성 등의 관점에서 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지 또는 시클로헥산 유도체의 에폭시화에 의해 얻어지는 에폭시 수지인 것이 바람직하다. 바람직하게는 1액형 에폭시 수지를 사용한다.The thermosetting epoxy resin may be, for example, at least one of bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, glycidyl ether of polycarboxylic acid, and epoxy resin obtained by epoxidation of a cyclohexane derivative, Among them, the epoxy resin is preferably an epoxy resin obtained by epoxidation of a bisphenol A-type epoxy resin, a bisphenol F-type epoxy resin, or a cyclohexane derivative from the viewpoint of heat resistance and workability. Preferably, a one-component epoxy resin is used.

상기 용매로는 아세트알데히드, 아세틸렌, 아세틸렌 디클로라이드, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 벤젠, 1,3-부타디엔, 부탄, 1-부텐, 2-부텐 , 사염화탄소, 클로로포름, 사이클로헥산, 1, 2-디클로로에탄디에틸아민, 디메틸아민, 에틸렌, 포름알데히드, n-헥산, 이소프로필 알코올, 메탄올, 메틸에틸케톤, 메틸렌클로라이드, 엠티비이(MTBE), 프로필렌, 프로필렌옥사이드, 1, 1, 1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 휘발유, 납사, 원유, 아세트산(초산), 에틸벤젠, 니트로벤젠, 톨루엔, 테트라클로로에틸렌, 자일렌(o-,m-,p-포함), 스틸렌을 사용 할 수 있고, 바람직하게는 에탄올을 사용한다. 또한 바인더의 종류에 따라 물을 용매로서 사용할 수 있다.Examples of the solvent include acetaldehyde, acetylene, acetylene dichloride, acrolein, acrylonitrile, benzene, 1,3-butadiene, butane, 1-butene, 2-butene , carbon tetrachloride, chloroform, cyclohexane, 1,2-dichloroethanediethylamine, dimethylamine, ethylene, formaldehyde, n-hexane, isopropyl alcohol, methanol, methyl ethyl ketone, methylene chloride, MTBE, propylene, Propylene oxide, 1, 1, 1-trichloroethane, trichloroethylene, gasoline, naphtha, crude oil, acetic acid (acetic acid), ethylbenzene, nitrobenzene, toluene, tetrachloroethylene, xylene (o-, m-, p -included), styrene can be used, and ethanol is preferably used. In addition, depending on the type of binder, water may be used as a solvent.

상기 BN 코팅액에 포함되는 상기 육방정 질화붕소 입자는 D50이 10um 이하인 육방정 질화붕소 입자이다. 이들 입자가 D50 기준으로 지정된 크기 이상이 될 경우, 코팅액의 콜로이드 분산성이 나빠지기 때문이다. The hexagonal boron nitride particles included in the BN coating solution are hexagonal boron nitride particles having a D50 of 10 μm or less. This is because, when these particles are larger than the size specified on the basis of D50, the colloidal dispersibility of the coating solution deteriorates.

또한, 바람직하게는, D50이 200nm 이하인 육방정 질화 붕소 나노 입자와, D50이 1 ~ 10um인 육방정 질화붕소 마이크로 입자가 혼합된 육방정 질화붕소 입자이다. 2가지 형태의 입자를 혼합하여 사용하는 것은 표면적과 표면온도를 동시에 높이기 때문이다.Also, preferably, the hexagonal boron nitride particles having a D50 of 200 nm or less and hexagonal boron nitride nanoparticles having a D50 of 1 to 10 μm are mixed. The reason for using a mixture of two types of particles is to increase the surface area and surface temperature at the same time.

또한, 상기 BN 코팅액은 육방정 질화붕소 입자 0.05 ~ 3 중량부, 바인더 0.005 ~ 0.5 중량부, 용매 96.5 ~ 99.945 중량부 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 BN 코팅액은 육방정 질화붕소 입자 0.1 중량부, 바인더 0.01 중량부, 용매 99.89 중량부 비율로 구성한다.In addition, the BN coating solution is preferably mixed in a ratio of 0.05 to 3 parts by weight of hexagonal boron nitride particles, 0.005 to 0.5 parts by weight of binder, and 96.5 to 99.945 parts by weight of solvent. More preferably, the BN coating solution consists of 0.1 parts by weight of the hexagonal boron nitride particles, 0.01 parts by weight of the binder, and 99.89 parts by weight of the solvent.

상기 BN 코팅액 중의 h-BN 입자가 3 중량부 이상이면, 코팅액 내에서의 분산성이 나빠지고 점도가 높아져 고비중 입자의 자중에 의한 누름 효과가 발휘되기 어려워서 방열부재 표면에 직접 접촉되는 입자가 크게 감소한다. 즉, 상기 코팅액 내의 입자 고정용 바인더 및 용매의 비율이 상대적으로 줄어들어 h-BN 입자가 기판에 접촉되지 않아, 기판 표면의 열방사 에너지가 낮아진다. 한편 h-BN 입자가 0.05 중량부 이하이면, h-BN 입자의 효과가 크게 나타나지 않아 기판 표면의 열방사 에너지가 낮아진다.When the amount of h-BN particles in the BN coating solution is 3 parts by weight or more, the dispersibility in the coating solution deteriorates and the viscosity increases, making it difficult to exert the pressing effect due to the weight of the high specific gravity particles. decreases. That is, the ratio of the particle fixing binder and the solvent in the coating solution is relatively reduced, so that the h-BN particles do not come into contact with the substrate, so that the thermal radiation energy of the substrate surface is lowered. On the other hand, when the h-BN particle is 0.05 parts by weight or less, the effect of the h-BN particle is not significantly exhibited, and the heat radiation energy of the substrate surface is lowered.

상기 BN 코팅액의 고정용 바인더의 경우, 0.5 중량부 이상이면 h-BN 입자가 기판에 직접적으로 접촉되지 않아 열방사 에너지가 낮아지고, 0.005 중량부 이하면 h-BN 입자를 기판에 고정시키기 어렵게 된다. In the case of the binder for fixing the BN coating solution, when it is 0.5 parts by weight or more, the h-BN particles do not directly contact the substrate, so that the heat radiation energy is lowered, and when it is 0.005 parts by weight or less, it is difficult to fix the h-BN particles to the substrate. .

상기 BN 코팅액의 용매의 경우, 96.5 중량부 이하면 코팅액 내의 분산성이 나빠지고 점도가 높아져 고비중 입자의 자중에 의한 누름 효과가 발휘되기 어려워서 방열부재 표면에 직접 접촉되는 입자가 크게 감소한다. 또한 코팅액의 점도가 높아 스프레이 코팅이 용이하지 않게 된다. In the case of the solvent of the BN coating solution, when it is 96.5 parts by weight or less, the dispersibility in the coating solution is deteriorated and the viscosity is increased, so that it is difficult to exert the pressing effect due to the weight of the high specific gravity particles. In addition, the high viscosity of the coating solution makes spray coating difficult.

다음에는 상기 BN 코팅액을 코팅하는 단계 이후에, 고비중 입자, 바인더, 및 용매를 포함하는 고비중 입자 코팅액을 코팅한다.Next, after the step of coating the BN coating solution, a high specific gravity particle coating solution containing high specific gravity particles, a binder, and a solvent is coated.

상기 고비중 입자는 비중이 3g/cc 이상인 무기 또는 금속 분말 입자일 수 있고, WO3, SiO2, SnO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, Ti2O, MgO, ZnO, SiC, SiN, 알루미늄, 구리, 니켈, 은을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상의 입자인 것이 바람직하다. 이러한 고비중 입자는 자중에 의해 먼저 코팅된 육방정 질화 붕소 입자가 방열부재의 표면에 직접 접촉될 수 있도록 눌러 주는 역할을 수행할 수 있다면 충분하다. 이하에서는 대표적으로 사용될 수 있는 알루미나를 상기 고비중 입자의 예로서 설명한다.The high specific gravity particles may be inorganic or metal powder particles having a specific gravity of 3 g/cc or more, and include WO3, SiO2, SnO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, Ti2O, MgO, ZnO, SiC, SiN, aluminum, copper, nickel, and silver. It is preferably at least one particle selected from the group comprising. It is sufficient if these high specific gravity particles can perform the role of pressing so that the hexagonal boron nitride particles coated first by their own weight can come into direct contact with the surface of the heat dissipation member. Hereinafter, alumina, which can be typically used, will be described as an example of the high specific gravity particles.

상기 고비중 입자 코팅액에 포함되는 고비중 입자는 D50이 20um 이하인 고비중 입자인 것이 바람직하다. 그 이상일 경우 코팅액의 콜로이드 분산성이 나빠지기 때문이다. The high specific gravity particles included in the high specific gravity particle coating solution are preferably high specific gravity particles having a D50 of 20 μm or less. If it is more than that, the colloidal dispersibility of the coating solution is deteriorated.

또한, 상기 고비중 입자 코팅액은 상기 고비중 입자 0.1 ~ 5 중량부, 바인더 0.005 ~ 0.5 중량부, 용매 94.5 ~ 99.895 중량부 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 고비중 입자 코팅액은 고비중 입자 0.5 중량부, 바인더 0.03 중량부, 용매 99.47 중량부 비율로 구성한다. In addition, the high specific gravity particle coating solution is preferably mixed in a ratio of 0.1 to 5 parts by weight of the high specific gravity particles, 0.005 to 0.5 parts by weight of the binder, and 94.5 to 99.895 parts by weight of the solvent. More preferably, the high specific gravity particle coating solution comprises 0.5 parts by weight of the high specific gravity particles, 0.03 parts by weight of the binder, and 99.47 parts by weight of the solvent.

상기 고비중 입자 코팅액 중의 고비중 입자가 5 중량부 이상이면, 코팅액 내에서의 분산성이 나빠지고 점도가 높아져 고비중 입자 입자의 자중에 의한 누름 효과가 발휘되기 어렵고, h-BN 입자가 0.05 중량부 이하이면, 고비중 입자 입자를 코팅하는 효과가 크게 나타나지 않아 기판 표면의 열방사 에너지가 낮아진다.When the high specific gravity particles in the high specific gravity particle coating solution are 5 parts by weight or more, the dispersibility in the coating solution deteriorates and the viscosity increases, so that it is difficult to exert the pressing effect due to the weight of the high specific gravity particles particles, and the h-BN particles are 0.05 weight part If it is less than negative, the effect of coating the particles with high specific gravity does not appear significantly, and the heat radiation energy of the surface of the substrate is lowered.

또한, 본 발명에서는 상기 BN 코팅액을 D50이 200nm 이하인 육방정 질화 붕소 입자를 포함하는 나노 BN 코팅액과, D50이 1 ~ 10um인 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 마이크로 BN 코팅액을 각각 준비하고, 이들을 순차적으로, 즉 나노 BN 코팅액, 다음에 마이크로 BN 코팅액 순으로 코팅하는 것이 바람직하다. 그 위에 코팅되는 고비중 입자의 자중에 의한 누름 효과가 판상형의 마이크로 육방정 질화붕소 입자를 통해, 그 아래의 나노 육방정 질화붕소 입자에 전달되어 더욱 방열부재의 표면에 잘 부착될 수 있기 때문이다. 또한 BN 코팅액의 코팅 후, 이어지는 추가적인 고비중 입자 코팅액의 분사에 따른 분사압에 의해 먼저 코팅된 입자의 표면 접촉이 강화되는 요인도 존재한다.In addition, in the present invention, the BN coating solution is a nano BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles having a D50 of 200 nm or less, and a micro BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles having a D50 of 1 to 10 μm. In other words, it is preferable to coat in the order of the nano BN coating solution, then the micro BN coating solution. This is because the pressing effect due to the weight of the high specific gravity particles coated thereon is transmitted to the nano hexagonal boron nitride particles below through the plate-shaped micro-hexagonal boron nitride particles, so that they can be better attached to the surface of the heat dissipation member. . In addition, there is also a factor in which the surface contact of the previously coated particles is strengthened by the injection pressure following the injection of the additional high specific gravity particle coating solution after the coating of the BN coating solution.

위와 같이 방열부재의 표면에 스프레이 분사, 붓으로 칠하는 도포, 및 딥핑 방식 등으로 BN 코팅액을 도포하고 상온에서 건조한 후 1시간 이내에 고비중 입자 코팅액을 도포하여 h-BN 입자가 방열부재의 표면에 직접 접촉되도록 한다. 이후 150℃ 이하의 온도에서 건조하여 h-BN 입자를 고정, 부착하도록 바인더를 경화시킨다.As above, the BN coating solution is applied to the surface of the heat dissipation member by spraying, brush painting, or dipping method, and after drying at room temperature, apply the high specific gravity particle coating solution within 1 hour so that the h-BN particles are deposited on the surface of the heat dissipation member. make direct contact. After drying at a temperature of 150° C. or less, the binder is cured to fix and attach the h-BN particles.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라서, BN 코팅액, 고비중 입자 코팅액을 순차적으로 코팅하여 알루미늄 기판 방열부재의 표면에 접촉된 육방정 질화붕소 입자, 그 상부에 고비중 입자(알루미나 입자)가 위치하는 모식도가 도시되어 있다. 실시예 1처럼, 10um 이하의 육방정 질화붕소(h-BN) 입자 및 20um 이하의 고비중 입자를 사용하여 열방사가 필요한 방열부재 또는 물체 표면에 순차적으로 도포함으로서 알루미늄 기판 방열부재의 표면에 직접 접촉된 육방정 질화붕소 입자를 통해 표면의 열방사 에너지를 높여 표면의 온도를 낮추게 된다. 즉, h-BN 입자들이 방열부재의 표면에 직접 접촉하여 열방사 표면적을 확대하고 h-BN 고유의 높은 열전도도를 통해 표면 온도를 높여 열방사 에너지를 획기적으로 증가시킬 수 있게 된다.In Figure 2, according to an embodiment of the present invention, the hexagonal boron nitride particles contacted to the surface of the aluminum substrate heat dissipation member by sequentially coating the BN coating solution and the high specific gravity particle coating solution, and the high specific gravity particles (alumina particles) thereon A schematic diagram of the location is shown. As in Example 1, using hexagonal boron nitride (h-BN) particles of 10 μm or less and high specific gravity particles of 20 μm or less, by sequentially applying to the surface of a heat dissipating member or object requiring heat radiation, direct contact with the surface of the aluminum substrate heat dissipation member Through the hexagonal boron nitride particles, the surface temperature is lowered by increasing the thermal radiation energy of the surface. That is, the h-BN particles directly contact the surface of the heat dissipation member to enlarge the heat radiation surface area and increase the surface temperature through h-BN's inherent high thermal conductivity to dramatically increase heat radiation energy.

본 발명의 다른 일 실시예는 D50 기준으로 200nm 이하인 나노 h-BN 입자를 포함하는 제 1 BN 코팅액, D50 기준으로 1 ~ 10um 범위의 마이크로 h-BN 입자를 포함하는 제 2 BN 코팅액, 무기 또는 금속 분말 입자 등의 고비중 입자를 포함하는 고비중 입자 코팅액을 순차적으로 코팅함으로서 열방사 에너지를 더욱 증가시킬 수 있다. 이는 방열부재 표면에 높은 비표면적을 가진 나노 BN 입자가 직접 접촉하고 이들을 마이크로 BN 입자가 접촉하는 구조에 의한 것으로, 세번째 코팅액내 존재하는 고비중 입자의 중력에 의한 가라앉음에 의해 마이크로 h-BN 입자, 나노 h-BN 입자들이 순차적으로 눌림에 의해 구현된 것이다. 또한 BN 코팅액의 코팅 후, 이어지는 추가적인 분사에 따른 분사압에 의해 먼저 코팅된 입자의 표면 접촉이 강화되는 요인도 존재한다.Another embodiment of the present invention is a first BN coating solution containing nano h-BN particles having a size of 200 nm or less based on D50, a second BN coating solution containing micro h-BN particles having a range of 1 to 10 μm based on D50, inorganic or metal Heat radiation energy can be further increased by sequentially coating the high specific gravity particle coating solution containing high specific gravity particles such as powder particles. This is due to the structure in which nano BN particles having a high specific surface area are in direct contact with the surface of the heat dissipation member and micro BN particles are in contact with them. , the nano h-BN particles were sequentially pressed. In addition, after coating of the BN coating solution, there is also a factor in which the surface contact of the particles coated first is strengthened by the spraying pressure according to the subsequent additional spraying.

이하에서는 구체적인 실시예 및 이와 대비되는 비교예들을 통하여, 코팅액의 조성 및 코팅 방법에 따른 특성을 비교 설명한다. 이때 실시예, 비교예 모두 코팅 두께는 스프레이 분사 횟수에 의해 조절되므로 코팅 두께에 따라 코팅층에 존재하는 입자의 갯수, 즉 필러의 양은 비례하여 증가한다. Hereinafter, the composition of the coating solution and the properties according to the coating method will be comparatively described through specific examples and comparative examples. In this case, in both Examples and Comparative Examples, since the coating thickness is controlled by the number of spray sprays, the number of particles present in the coating layer, ie, the amount of filler, increases proportionally according to the coating thickness.

열원과 맞닿는 방열부재는, 가로*세로*두께가 20*100*2 mm인 알루미늄 기판을 공통으로 사용하였고, 각각의 코팅층 단면의 모식도를 도 2 및 도 3에 도시하였다.As the heat dissipation member in contact with the heat source, an aluminum substrate having a width*length*thickness of 20*100*2 mm was commonly used, and schematic views of the cross-section of each coating layer are shown in FIGS. 2 and 3 .

(실시예 1)(Example 1)

알루미늄 방열부재 금속표면에 h-BN 입자가 직접 접촉하여 부착되어 고정되도록 D50 기준으로 200nm 이하의 h-BN 입자, 1 ~ 10um 범위 내의 h-BN 입자가 1:3 중량비로 혼합된 10um 이하 h-BN 입자 및 20um 이하의 알루미나 입자를 순차적으로 코팅한 실시예이다. h-BN particles of 200 nm or less and h-BN particles within the range of 1 to 10 μm are mixed at a weight ratio of 1:3 h- This is an example in which BN particles and alumina particles of 20 μm or less are sequentially coated.

이를 위해 우선 용매 MEK (Methyl Ethyl Ketone) 100g, 에폭시 수지 Epoxy Adhesive 2214 (3M 社) 0.01g 및 상기 h-BN 입자 0.1g을 포함하는 BN 코팅액을 만든다. 이때 고분산 교반기를 사용하여 분산성을 높인다. 또한 상기 용매 100g, 상기 에폭시 수지 0.02g 및 상기 알루미나 입자 0.5g을 포함하는 알루미나 코팅액을 만든다. 이때 고분산 교반기를 사용하여 분산성을 높인다. BN 코팅액을 스프레이 방식으로 금속 표면에 20um 두께로 도포한 후 상온 건조한다. 이후, 1시간 이내에 알루미나 코팅액을 20um 두께로 도포한 후, 1시간 동안 상온 건조 및 150℃에서 30분 동안 건조한다. To this end, first, a BN coating solution containing 100 g of solvent MEK (Methyl Ethyl Ketone), 0.01 g of epoxy resin Epoxy Adhesive 2214 (3M), and 0.1 g of the h-BN particles is prepared. At this time, use a high-dispersion stirrer to increase the dispersibility. In addition, an alumina coating solution containing 100 g of the solvent, 0.02 g of the epoxy resin, and 0.5 g of the alumina particles is prepared. At this time, use a high-dispersion stirrer to increase the dispersibility. After applying the BN coating solution to the metal surface in a 20um thickness by spraying, it is dried at room temperature. After that, the alumina coating solution is applied to a thickness of 20 μm within 1 hour, then dried at room temperature for 1 hour and dried at 150° C. for 30 minutes.

(실시예 2)(Example 2)

알루미늄 방열부재 금속표면에 나노 h-BN 입자가 직접 접촉하여 부착되어 고정되도록 D50 기준으로 200nm 이하의 h-BN 입자, 1 ~ 10um 범위 내의 h-BN 입자 및 20um 이하의 알루미나 입자를 순차적으로 코팅한 실시예이다. To ensure that the nano h-BN particles are attached to and fixed in direct contact with the metal surface of the aluminum heat dissipation member, h-BN particles of 200 nm or less, h-BN particles within the range of 1 to 10 μm, and alumina particles of 20 μm or less are sequentially coated. Example.

이를 위해 우선 상기 용매 100g, 상기 에폭시 수지 0.01g 및 상기 200nm 이하 h-BN 입자 0.1g을 포함하는 제 1 BN 코팅액을 만든다. 상기 용매 100g, 상기 에폭시 수지 0.01g 및 상기 1 ~ 10um 범위 내의 h-BN 입자 0.1g을 포함하는 제 2 BN 코팅액을 만든다. 상기 용매 100g, 상기 에폭시 수지 0.02g 및 상기 알루미나 입자 0.5g을 포함하는 알루미나 코팅액을 만든다. 이때 각각의 코팅액을 만들때 고분산 교반기를 사용하여 분산성을 높인다. 제 1 BN 코팅액을 스프레이 방식으로 금속 표면에 5um 두께로 도포한 후 상온 건조한다. 이후, 30분 이내에 제 2 BN 코팅액을 스프레이 방식으로 금속 표면에 15um 두께로 도포한 후 상온 건조한다. 이후, 1시간 이내에 알루미나 코팅액을 20um 두께로 도포한 후, 1시간 동안 상온 건조 및 150℃에서 30분 동안 건조한다. To this end, first, a first BN coating solution containing 100 g of the solvent, 0.01 g of the epoxy resin, and 0.1 g of the h-BN particles of 200 nm or less is prepared. A second BN coating solution containing 100 g of the solvent, 0.01 g of the epoxy resin, and 0.1 g of h-BN particles within the range of 1 to 10 μm is prepared. An alumina coating solution containing 100 g of the solvent, 0.02 g of the epoxy resin, and 0.5 g of the alumina particles is prepared. At this time, when making each coating solution, use a high-dispersion stirrer to increase the dispersibility. The first BN coating solution is applied to the metal surface to a thickness of 5 μm by spraying, and then dried at room temperature. After that, the second BN coating solution is applied to the metal surface to a thickness of 15 μm by spraying within 30 minutes, and then dried at room temperature. After that, the alumina coating solution is applied to a thickness of 20 μm within 1 hour, then dried at room temperature for 1 hour and dried at 150° C. for 30 minutes.

(비교예 1) (Comparative Example 1)

알루미늄 방열부재 금속표면에 D50 기준으로 200nm 이하의 h-BN 입자, 1 ~ 10um 범위 내의 h-BN 입자가 1:3 중량비로 혼합된 10um 이하의 h-BN 입자를 코팅한 비교예이다. This is a comparative example in which h-BN particles of 200 nm or less and h-BN particles of 1 to 10 μm in a 1:3 weight ratio are coated on the metal surface of an aluminum heat dissipation member with h-BN particles of 10 μm or less, based on D50.

이를 위해 우선 상기 용매 100g, 상기 에폭시 수지 0.01g 및 상기 hBN 입자 0.1g을 포함하는 코팅액을 만든다. 이때 고분산 교반기를 사용하여 분산성을 높인다. 이 코팅액을 스프레이 방식으로 금속 표면에 40um 두께로 도포하고 1시간 상온건조 후, 150℃에서 30분 동안 건조한다.To this end, first, a coating solution containing 100 g of the solvent, 0.01 g of the epoxy resin, and 0.1 g of the hBN particles is prepared. At this time, use a high-dispersion stirrer to increase the dispersibility. This coating solution is applied to the metal surface with a thickness of 40 μm by spraying, dried at room temperature for 1 hour, and then dried at 150° C. for 30 minutes.

(비교예 2) (Comparative Example 2)

알루미늄 방열부재 금속표면에 D50 기준으로 20um 이하의 알루미나를 코팅한 비교예이다.This is a comparative example in which alumina of 20 μm or less was coated on the metal surface of an aluminum heat dissipation member based on D50.

이를 위해 우선 상기 용매 100g, 상기 에폭시 수지 0.02g 및 상기 알루미나 입자 0.5g을 포함하는 코팅액을 만든다. 이때 고분산 교반기를 사용하여 분산성을 높인다. 이 코팅액을 스프레이 방식으로 금속 표면에 40um 두께로 도포하고 1시간 상온건조 후, 150℃에서 30분 동안 건조한다.To this end, first, a coating solution containing 100 g of the solvent, 0.02 g of the epoxy resin, and 0.5 g of the alumina particles is prepared. At this time, use a high-dispersion stirrer to increase the dispersibility. This coating solution is applied to the metal surface with a thickness of 40 μm by spraying, dried at room temperature for 1 hour, and then dried at 150° C. for 30 minutes.

(비교예 3) (Comparative Example 3)

알루미늄 방열부재 금속표면에 D50 기준으로 200nm 이하의 h-BN 입자, 1 ~ 10um 범위 내의 h-BN 입자가 1:3 중량비로 혼합된 10um 이하 h-BN 입자 및 20um 알루미나를 혼합하여 단일 코팅한 비교예이다. Comparison of single coating by mixing h-BN particles of 200 nm or less, h-BN particles within the range of 1 to 10 μm in a 1:3 weight ratio on the metal surface of aluminum heat dissipation member, and 20 μm alumina Yes.

이를 위해 우선 상기 용매 100g, 상기 에폭시 수지 0.015g, 상기 h-BN 입자 0.1g 및 상기 알루미나 입자 0.5g을 포함하는 코팅액을 만든다. 이때 고분산 교반기를 사용하여 분산성을 높인다. 이 코팅액을 스프레이 방식으로 금속 표면에 40um 두께로 도포하고 1시간 상온건조 후, 150℃에서 30분 동안 건조한다.To this end, first, a coating solution containing 100 g of the solvent, 0.015 g of the epoxy resin, 0.1 g of the h-BN particles, and 0.5 g of the alumina particles is prepared. At this time, use a high-dispersion stirrer to increase the dispersibility. This coating solution is applied to the metal surface with a thickness of 40 μm by spraying, dried at room temperature for 1 hour, and then dried at 150° C. for 30 minutes.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

열원과 맞닿는 알루미늄 기판 표면에 상기의 코팅액을 코팅하지 않고 알루미늄 기판만 존재하는 예이다. This is an example in which only the aluminum substrate is present without coating the coating solution on the surface of the aluminum substrate in contact with the heat source.

총 코팅층 두께(um)Total coating layer thickness (um) 코팅층에 존재하는 h-BN 입자 갯수The number of h-BN particles present in the coating layer 코팅층에 존재하는 알루미나 입자 갯수The number of alumina particles present in the coating layer 코팅층에 존재하는 총 입자 갯수Total number of particles present in the coating layer 실시예 1Example 1 4040 AA BB A + BA + B 실시예 2Example 2 4040 AA BB A + BA + B 비교예 1Comparative Example 1 4040 2*A2*A 00 2*A2*A 비교예 2Comparative Example 2 4040 00 2*B2*B 2*B2*B 비교예 3Comparative Example 3 4040 AA BB A + BA + B 비교예 4Comparative Example 4 00 00 00 00

표 1에 코팅층에 존재하는 입자의 총 무게를 상대적인 값으로 나타내었다. 이때 A는 해당 두께의 코팅층에 존재하는 h-BN 입자의 갯수, B는 해당 두께의 코팅층에 존재하는 알루미나 입자의 갯수를 의미한다. 해당 입자의 갯수는 해당 입자의 무게에 비례한다. 여기서 물질 고유의 열전도도 성능은 무작위 배열을 가정할 경우 A가 B보다 3배 이상 높은 것으로 알려져 있다.Table 1 shows the total weight of the particles present in the coating layer as a relative value. In this case, A is the number of h-BN particles present in the coating layer of the corresponding thickness, and B is the number of alumina particles present in the coating layer of the corresponding thickness. The number of the particles is proportional to the weight of the particles. Here, it is known that the intrinsic thermal conductivity performance of material A is three times higher than that of B, assuming a random arrangement.

위와 같이 제조하여 열방사 코팅액이 분사되어 건조가 완료된 알루미늄 기판 방열부재를 준비하고, 열원으로는 디지털 온도 설정이 가능한 핫 플레이트를 사용하여 목표 온도를 120℃로 설정한다. 목표 온도에 도달한 후, 핫 플레이트 상부에 코팅된 방열부재를 위치시킨다. 열전대 온도계로 코팅된 방열부재 표면의 온도를 측정함으로서, 열방사 에너지를 간접적으로 평가하였다. 5회 측정한 평균값을 아래 표 2에 비교하여 나타내었다. Prepare the aluminum substrate heat-dissipating member manufactured as above and dried by spraying the heat-radiating coating solution, and set the target temperature to 120°C using a hot plate with digital temperature setting as a heat source. After reaching the target temperature, the coated heat dissipation member is placed on the hot plate. By measuring the temperature of the surface of the heat dissipation member coated with a thermocouple thermometer, the heat radiation energy was indirectly evaluated. The average value measured 5 times is shown in comparison to Table 2 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 코팅입자
(D50 기준)
coating particles
(based on D50)
- 10um 이하 h-BN
- 20um 이하 알루미나
- h-BN under 10um
- 20um or less alumina
- 200nm 이하 나노 h-BN
- 10um 마이크로 h-BN
- 20um 이하 알루미나
- Nano h-BN under 200nm
- 10um micro h-BN
- 20um or less alumina
- 10um 이하 h-BN- h-BN under 10um - 20um 이하 알루미나- 20um or less alumina 실시예 1과 동일Same as Example 1 XX
코팅방법Coating method BN 코팅액, 알루미나 코팅액 순차 코팅BN coating solution, alumina coating solution sequential coating 제 1 BN 코팅액,
제 2 BN 코팅액, 알루미나 코팅액 순차 코팅
1 BN coating solution,
2nd BN coating solution, alumina coating solution sequentially coating
1회 코팅1 coat 1회 코팅1 coat 입자 혼합액
1회 코팅
particle mixture
1 coat
XX
알루미늄 기판 표면온도 (℃)Aluminum substrate surface temperature (℃) 80.380.3 78.578.5 88.188.1 87.287.2 84.284.2 92.092.0

위와 같이 방열부재 표면의 온도를 측정함으로서, 개별 코팅액을 순차적으로 코팅한 실시예 1, 실시예 2가 비교예들에 비해 열 방사 효과가 우수하다는 것을 확인하였다. By measuring the temperature of the surface of the heat dissipation member as described above, it was confirmed that Examples 1 and 2, in which individual coating solutions were sequentially coated, had superior heat radiation effect compared to Comparative Examples.

비교예 1, 비교예 3의 경우, 육방정 질화붕소 입자들은 2g/cc의 낮은 비중 및 작은 입자 크기에 따른 표면효과, 육방정 질화붕소 입자 고유의 낮은 분산성, 판상 형상에 의한 낮은 흐름성 때문에 열원과 맞닿는 방열부재의 표면에 직접 접촉하지 않고 부유한 상태로 고정되어 열 방사 효과에 한계가 있는 것으로 보인다. 이를 극복하기 위해 본 발명의 실시예 1, 실시예 2에 따른 개별 코팅액의 순차적 코팅 방법을 제안하는 것이다. 알루미나 입자들은 높은 비중, 구형의 형상이 가진 높은 흐름성에 의해 중력으로 가라앉는 과정에서, 먼저 코팅되어 방열부재 기판에 근접해 있는 h-BN 입자들을 눌러 표면에 직접 접촉시킴으로서 열방사 에너지가 크게 높아진다. 또한 BN 코팅액의 코팅후, 이어지는 추가적인 분사에 따른 분사압에 의해 먼저 코팅된 입자의 표면 접촉이 강화되는 요인도 존재한다. 비교예 1, 비교예 3의 경우는 혼합액 1회 단일 코팅으로서, 알루미늄 기판 표면에 직접 접촉한 h-BN 입자들이 상대적으로 매우 적어 열방사 에너지가 낮아진다. In the case of Comparative Examples 1 and 3, the hexagonal boron nitride particles had a low specific gravity of 2 g/cc and a surface effect due to a small particle size, low dispersibility inherent in the hexagonal boron nitride particles, and low flowability due to the plate shape. It seems that there is a limit to the heat radiation effect because it is fixed in a floating state without direct contact with the surface of the heat dissipating member in contact with the heat source. To overcome this, a sequential coating method of individual coating solutions according to Examples 1 and 2 of the present invention is proposed. In the process of sinking by gravity due to the high specific gravity and high flowability of the spherical shape of the alumina particles, the heat radiation energy is greatly increased by pressing the h-BN particles that are coated first and are close to the heat dissipating member substrate and directly contact the surface. In addition, after coating of the BN coating solution, there is also a factor in which the surface contact of the particles coated first is strengthened by the spraying pressure according to the subsequent additional spraying. In Comparative Examples 1 and 3, as a single coating of the mixed solution, the number of h-BN particles in direct contact with the surface of the aluminum substrate is relatively very small, so that the heat radiation energy is lowered.

실시예 1 대비 실시예 2의 경우, 먼저 코팅된 나노 h-BN 입자가 나중에 코팅된 마이크로 판상형 h-BN 입자에 의해 눌려지고 이들이 다시 알루미나 입자에 의해 눌려지는 효과로 인하여 알루미늄 기판 표면에 직접 접촉한 h-BN 나노 입자들이 크게 증가하므로 열방사 에너지를 더욱 높이게 된다. In the case of Example 2 compared to Example 1, the first coated nano h-BN particles were later pressed by the coated microplate-shaped h-BN particles, and due to the effect that they were pressed again by the alumina particles, it was in direct contact with the aluminum substrate surface. Since the h-BN nanoparticles are greatly increased, the heat radiation energy is further increased.

결과적으로 방열부재 금속 표면에 육방정 질화붕소(h-BN) 입자를 직접 접촉한 상태로 고정시키는 코팅을 함으로써 금속 표면의 단점인 낮은 열방사도(α)를 50배 이상 높이며, 열 방사 표면적(A)을 100배 이상 확대하고 높은 열전도도로 인해 금속 표면의 온도에 근접한 표면 온도를 나타내므로 열 방사 에너지(E)를 크게 높일 수 있다. 또한, 육방정 질화붕소 나노입자 및 마이크로 입자가 방열부재의 표면에 순차적으로 직접 접촉하도록 코팅됨으로써 열 방사 표면의 표면적과 표면온도가 높아지게 되어 열 방사 에너지를 크게 증가시킬 수 있다. As a result, by applying a coating that fixes the hexagonal boron nitride (h-BN) particles in direct contact with the metal surface of the heat dissipating member, the low thermal emissivity (α), which is a disadvantage of the metal surface, is increased by more than 50 times, and the heat radiation surface area (A ) is magnified by more than 100 times and exhibits a surface temperature close to that of the metal surface due to high thermal conductivity, so that the thermal radiation energy (E) can be greatly increased. In addition, since the hexagonal boron nitride nanoparticles and microparticles are coated to sequentially directly contact the surface of the heat dissipating member, the surface area and surface temperature of the heat radiation surface are increased, thereby greatly increasing heat radiation energy.

이로 인해, 열원과 맞닿은 방열부재 표면의 열 방사 에너지가 높아져 표면의 온도를 낮추게 되므로, 열원으로부터 보다 많은 열에너지를 표면으로 전달하는 방열 효과가 증가한다.Due to this, the heat radiation energy of the surface of the heat dissipating member in contact with the heat source is increased to lower the temperature of the surface, so that the heat dissipation effect of transferring more heat energy from the heat source to the surface is increased.

Claims (7)

방열부재를 준비하는 단계;
상기 방열부재의 표면에 육방정 질화붕소 입자, 바인더, 및 용매를 포함하는 BN 코팅액을 코팅하는 BN 코팅 단계; 및
상기 BN 코팅 단계 후에, 무기 또는 금속 분말 입자, 바인더, 및 용매를 포함하는 고비중 입자 코팅액을 코팅하는 고비중 입자 코팅 단계;를 포함하는,
육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법.
preparing a heat dissipation member;
BN coating step of coating a BN coating solution containing hexagonal boron nitride particles, a binder, and a solvent on the surface of the heat dissipation member; and
After the BN coating step, a high specific gravity particle coating step of coating a high specific gravity particle coating solution containing inorganic or metal powder particles, a binder, and a solvent;
A method of coating a coating solution containing hexagonal boron nitride particles.
청구항 1에 있어서,
상기 BN 코팅액에 포함되는 상기 육방정 질화붕소 입자는 D50이 10um 이하인 육방정 질화붕소 입자이고, 상기 고비중 입자 코팅액에 포함되는 무기 또는 금속 분말 입자는 D50이 20um 이하의 입자인, 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법.
The method according to claim 1,
The hexagonal boron nitride particles included in the BN coating solution are hexagonal boron nitride particles having a D50 of 10 μm or less, and the inorganic or metal powder particles included in the high specific gravity particle coating solution have a D50 of 20 μm or less. A method of coating a coating solution containing particles.
청구항 2에 있어서,
상기 BN 코팅액에 포함되는 상기 육방정 질화붕소 입자는, D50이 200nm 이하인 육방정 질화 붕소 나노 입자와, D50이 1 ~ 10um인 육방정 질화붕소 마이크로 입자가 혼합된 육방정 질화붕소 입자인, 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법.
3. The method according to claim 2,
The hexagonal boron nitride particles contained in the BN coating solution are hexagonal boron nitride particles in which hexagonal boron nitride nanoparticles having a D50 of 200 nm or less and hexagonal boron nitride microparticles having a D50 of 1 to 10 μm are mixed. A method of coating a coating solution containing boron nitride particles.
청구항 1에 있어서,
상기 BN 코팅액은 육방정 질화붕소 입자 0.05 ~ 3 중량부, 바인더 0.005 ~ 0.5 중량부, 용매 96.5 ~ 99.945 중량부 비율로 혼합한 코팅액이고, 상기 고비중 입자 코팅액은 고비중 입자 0.1 ~ 5 중량부, 바인더 0.005 ~ 0.5 중량부, 용매 94.5 ~ 99.895 중량부 비율로 혼합한 코팅액인, 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법.
The method according to claim 1,
The BN coating solution is a coating solution mixed in a ratio of 0.05 to 3 parts by weight of hexagonal boron nitride particles, 0.005 to 0.5 parts by weight of binder, and 96.5 to 99.945 parts by weight of solvent, and the high specific gravity particle coating solution is 0.1 to 5 parts by weight of high specific gravity particles, A coating method of a coating solution containing hexagonal boron nitride particles, which is a coating solution mixed in a ratio of 0.005 to 0.5 parts by weight of a binder and 94.5 to 99.895 parts by weight of a solvent.
청구항 1에 있어서,
상기 BN 코팅 단계는, D50이 200nm 이하인 육방정 질화 붕소 입자를 포함하는 나노 BN 코팅액을 코팅한 후, D50이 1 ~ 10um인 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 마이크로 BN 코팅액을 코팅하는 단계인, 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법.
The method according to claim 1,
The BN coating step is a step of coating the nano BN coating solution containing the hexagonal boron nitride particles having a D50 of 200 nm or less, and then coating the micro BN coating solution containing the hexagonal boron nitride particles having a D50 of 1 to 10 μm. A method of coating a coating solution containing crystal boron nitride particles.
방열부재의 표면에 육방정 질화붕소 입자가 직접 접촉되어 있고,
청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 하나의 청구항에 기재된 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법에 의하여 제조되는 방열부재.
Hexagonal boron nitride particles are in direct contact with the surface of the heat dissipation member,
A heat dissipation member manufactured by the coating method of the coating solution containing the hexagonal boron nitride particles according to any one of claims 1 to 5.
청구항 6에 있어서,
방열부재의 표면으로부터 D50이 10um 이하인 육방정 질화붕소 입자, 고비중 입자가 순서대로 배치되는, 육방정 질화붕소 입자를 포함하는 코팅액의 코팅 방법에 의하여 제조되는 방열부재.
7. The method of claim 6,
A heat dissipating member manufactured by a coating method of a coating solution containing hexagonal boron nitride particles, wherein hexagonal boron nitride particles having a D50 of 10 μm or less and high specific gravity particles are sequentially disposed from the surface of the heat dissipating member.
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