KR20220096774A

KR20220096774A - 저유전 방열 시트 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20220096774A
Application number: KR1020200189520A
Authority: KR
Inventors: 유태현; 윤현우; 박민우; 박덕하
Original assignee: (주)이녹스첨단소재
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2022-07-07
Also published as: CN114683559A

Abstract

본 발명은 방열 시트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 생산성으로 방열 시트를 제조하는 방법, 이 방법으로 제조된 방열 효율 및 저유전 특성이 우수한 방열 시트에 관한 것이다.

Description

저유전 방열 시트 및 이의 제조방법{LOW-DIELECTRIC HEAT DISSIPATION SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 방열 시트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장력 조절을 통해 고밀도를 가지면서, 저유전 특성이 현저히 우수한 방열 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 전기 전자기기의 고성능화, 경박단소화에 따라 그에 내장된 반도체 부품, 발광 부품 등의 열 발생원에서 발생하는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있는 방열 시트에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있고, 전자파 차폐에 대한 복합 기능화가 요구되고 있다.

종래의 방열 시트는 대체적으로 금속 소재의 필러를 사용하여 대부분 유전율이 4 F/m 이상인 고유전율의 소재이기 때문에 방열 시트의 유전율을 상승시킨다.

이와 같은 종래의 방열 시트는 절연 타입으로 제작되더라도 유전율이 높기 때문에, 전자 기기에 부착될 때 상황에 따라 누설전류로 인한 신호의 오작동 및 전력 손실이 발생할 수 있다.

따라서, 방열 특성과 함께 저유전의 특성을 갖는 방열 시트가 요구된다.

아울러, 일반적으로 방열 시트를 제조하기 위해서는 캐스팅, 캘린더링, 압출, 프레스 등의 방법을 통해 B-스테이지(B-stage) 상태의 방열 시트를 제조한다.

그 후, B-스테이지(B-stage) 상태의 방열 시트를 열프레스를 이용하여 가압하면서 가교 공정을 거치는 방법이나 다수의 롤을 이용하는 방법, 고분자 고무롤을 이용하는 방법, 엔드리스 벨트를 이용하는 방법 및 금속롤을 이용하는 방법을 통해서, C-스테이지(C-stage) 상태의 방열 시트를 제조할 수 있다.

하지만, 롤 형태를 가지는 C-스테이지(C-stage) 상태의 방열 시트를 제조하는데 있어서 앞서 언급한 제조방법을 통해서 제조가 된다면 방열 시트가 충분히 치밀화 되지 않을 뿐만 아니라, 저유전 특성이나 방열 특성이 낮은 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 현 업계에서는 공정 난이도가 낮은 핫프레스 공정을 이용하여 방열 시트와 같은 소재를 제조하고 있으나, 핫프레스 공정은 공정 난이도는 쉬운 반면 방열 시트를 제조하는데 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

하지만 핫프레스 공정 외에 다른 공정을 이용하여 방열 시트를 제조하는 경우, 특히 저유전 특성을 부여하기 위한 입자를 포함하는 방열층을 제조하기 위해서는 공정 조건이 매우 까다로운 문제가 있다.

[선행문헌 LIST]

한국 등록특허번호 제10-1516767호(공개일 : 2015.04.24)

한국 등록특허번호 제10-1727256호(공개일 : 2016.11.29)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 박편화 및 고밀도화 되고, 저유전 특성을 가지면서 방열 특성이 우수한 방열 시트를 제공하는데 목적이 있으며, 이를 높은 생산성 및 경제성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 목적이 있다.

본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방열 시트의 제조 방법은,

방열 시트 공급롤, 브레이크 롤부 및 권취롤을 포함하는 고장력 부여기를 이용하여 방열 시트를 제조하며,

방열 시트를 준비하는 1단계;

방열 시트의 MD(machine direction) 방향으로 장력을 가하는 2단계;

열처리를 수행하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하고,

상기 방열 시트는 보호필름층 상부에 세라믹 입자를 포함하는 고분자 소재로 형성된 방열층이 적층되어 있다.

아울러, 본 발명의 방열 시트는 위 제조 방법에 의해 제조되며,

순차적으로 적층된 보호필름층 및 방열층을 포함하고, 상기 방열층은 밀도 1.5 ~ 2.5g/cm³ 및 열전도도 40 ~ 50 W/(mK)을 갖는다.

다음으로, 본 발명에 따른 방열 시트의 제조 방법은, 추가적으로 상기 방열 시트의 방열층 일면에 접착제를 도포하여 접착층을 형성시킨 다음, 접착층 상부에 이형필름층을 적층시켜 제조하거나; 또는

상기 방열 시트의 방열층 일면과, 이형필름의 일면에 접착층이 형성된 2층 필름의 접착층을 접착시켜서 제조할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 방열 시트는, 순차적으로 적층된 보호필름층, 방열층, 접착층 및 이형필름층을 포함할 수 있고, 상기 방열층은 밀도 1.5 ~ 2.5g/cm³ 및 열전도도 40 ~ 50 W/(mK)을 갖는다.

본 발명의 제조방법으로 제조한 방열 시트는 밀도가 높을 뿐만 아니라, 적정 저유전 특성 및 적정 열전도율을 확보하고 있어서, 저유전 특성 및 방열 효과가 우수하다. 또한, 본 발명의 방열 시트 제조방법은 높은 생산성으로 방열 시트를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 방열 시트의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른, 방열 시트의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 방열 시트 제조공정에 대한 개략도이다.
도 4는 실험예 2에서 실시한 방열 시트의 입자 탈락 여부를 측정한 사진이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 방열 시트, 보호필름 일체형 방열 시트 및 이의 제조 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용하는 용어 중 "B-스테이지(B-stage) 상태"란, 반경화 상태를 말하며, 구체적으로 물질의 경화 반응 과정 중 중간상태를 말한다. 그리고, "C-스테이지(C-stage) 상태"란 완전 경화된 상태를 말한다.

그리고, 본 발명에 사용하는 용어 중 "보호필름"은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(Polyethylene Terephthalate Film)과 같은 기재 필름에 접착제가 코팅된 복합 필름을 일컫는데, 주로 방열층의 표면을 보호하고 절연하기 위한 용도로 사용되며, "보호필름 일체형 방열 시트"는 방열 효과가 있는 방열층과 상기 보호필름이 일체화된 상태로 제공될 수 있는 방열 시트를 의미한다.

본 발명에 사용하는 용어 중 "필름"은 당업계에서 정의하는 특정 두께의 필름(film)뿐만 아니라, 일반적으로 필름 보다 두께가 두꺼운 시트(sheet)도 포함하는 의미로 사용한다.

이하에서는 본 발명의 방열 시트에 대하여 더욱 구체적으로 설명을 한다.

[방열 시트]

본 발명의 방열 시트는 도 1에 개략적인 단면도로 나타낸 바와 같이, 순차적으로 적층된 보호필름층(10), 방열층(20)을 포함한다.

방열 시트의 상기 보호필름층은 PET(Polyethylene terephthalate) 필름 또는 PEN(Polyethylene naphthalate) 필름으로 구성된 필름을 포함할 수 있으며, 상기 필름 상에 접착제가 코팅되어 있을 수 있다. 상기 접착제는 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계 등 통상적인 접착제를 사용할 수 있다. 상기 보호필름층은 방열층을 보호하는 보호필름 역할을 한다.

방열 시트 및/또는 보호필름 일체형 방열 시트의 상기 방열층(20)은 고분자 수지에 세라믹 입자가 분산되어 형성된 층으로서, 방열층은 C-스테이지(stage) 상태이다.

그리고, 상기 세라믹 입자는 열전도도가 우수한　세라믹　성분이라면 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 보론나이트라이드(BN), 알루미나(Al₂O₃), 보헤마이트(boehmite) 및 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 성분을 이용할 수 있다. 또한 상기 세라믹 입자는 바람직하게는 Hexagonal 구조를 가질 수 있다.

상기 고분자 수지는 세라믹 필러를 분산시키는 매트릭스로서 세라믹 필러가 이탈하지 않도록 기능하는 고분자 수지를 사용할 수 있다.

상기 고분자 수지는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 페녹시계 수지, 우레탄계 수지, 및 실리콘계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 이용할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 고분자 수지는 에폭시계, 우레탄계 및 아크릴계 수지 가운데 1종 이상일 수 있고, 특히 저유전율 달성 측면에서 무산(acid-free) 타입의 아크릴계 수지를 이용할 수 있다.

그리고, 방열층(20)의 두께는 10㎛ ~ 100㎛, 바람직하게는 15㎛ ~ 80㎛, 더욱 바람직하게는 20㎛ ~ 70㎛, 더 더욱 바람직하게는 25㎛ ~ 50㎛ 정도인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 방열 시트는 도 2에 개락적인 단면도로 나타낸 바와 같이, 순차적으로 적층된 보호필름층(10), 방열층(20), 접착층(30) 및 이형필름층(40)을 포함할 수 있다.

상기 접착층(30)은 당업계에서 사용하는 일반적인 접착제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴 폴리머(Acryl polymer)계를 바인더(binder)로 하는 액상 수지인 PSA 접착제를 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지는 않는다.

그리고, 상기 이형필름층(40)은 이형지(release paper) 또는 PET(Polyethylene terephthalate) 필름을 포함할 수 있다.

[방열 시트의 제조 방법]

도 1과 같은 형태의 방열 시트는 하기와 같은 방법으로 제조할 수 있다.

방열 시트를 준비하는 1단계; 상기 방열 시트의 MD(Machine Direction) 방향으로 장력을 가하는 2단계;를 포함하는 공정을 수행하며, 열처리를 수행하는 3단계를 더 포함할 수 있다.

먼저, 1단계는, 상기 고분자 수지에 세라믹 입자 분말을 분산시켜 액상 조액을 제조하고, 제조한 액상 조액을 보호필름층(10) 일면에 코팅한 후, 코팅된 액상 조액을 일부 경화(또는 건조)시켜서 방열층(20)을 보호필름층(10) 상부에 형성시켜 방열 시트를 준비할 수 있다. 이때, 상기 방열층은 B-스테이지(B-stage) 상태이다.

또한, 별도로 준비된 이형필름(미도시)에 방열층을 형성시킨 후, 별도로 마련된 보호필름에 합지한 후 이형필름을 제거하여 방열 시트를 준비할 수도 있다.

이하에서는, 보호필름층 상부에 B-스테이지(B-stage) 상태로 코팅(또는 적층)된 방열층으로 구성된 필름을 방열 시트로 표현한다.

다음으로, 2단계는, 상기 방열 시트를 도 3에 개략도로 나타낸 고장력 부여기를 이용하여 보호필름층 및 방열층으로 이루어진 2층 구조의 방열 시트를 MD(machine direction) 방향으로 장력을 가하여 방열층의 밀도 및 열전도도를 증대시킬 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 방열 시트 공급롤(101)을 통해 공급되는 방열 시트는 브레이크 롤(brake roll, 103) 및 드라이빙롤(driving roll, 104)로 구성된 브레이크 롤부(105)를 거친 후, 제1가이드롤러(107)를 따라서 권취롤(109)에서 권취된다.

이때, 상기 브레이크 롤부의 브레이크 롤(103)과 드라이빙 롤(104)은 서로 반대방향(예를 들면, 브레이크 롤은 반시계방향, 드라이빙롤은 시계방향)으로 회전하며, 방열 시트가 S자형으로 2개의 롤을 거치게 된다. 그리고, 브레이크 롤부(105)의 브레이크율을 조절 및 권취롤에서의 권취 속도 등을 조절하여 방열 시트 내 부여되는 장력을 조절할 수 있다. 브레이크 율은 브레이크 롤부에서 브레이크 롤의 제동 감속도와 드라이빙 롤의 동력 가속도와의 비율을 의미한다.

상기 브레이크율은 35 ~ 60%인 것이, 바람직하게는 38 ~ 50%인 것이, 더욱 바람직하게는 38 ~ 43%인 것이 좋다. 이때, 브레이크율이 35% 미만이면 제조된 방열층의 밀도 저하 및 열전도도가 떨어지는 문제가 있을 수 있으며, 브레이크율이 60%를 초과하면 장력 평형이 깨져서 방열 시트인 방열 시트 중간중간에 헌팅(Hunting, 제어 난조)되는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 이러한 브레이크율은 브레이크 롤에 형성되어 있는 라이닝의 표면 마찰력 및 브레이크 롤과 연결되어 있는 제어모터의 힘을 조절하여, 구체적으로는 제어모터(구동모터)에 가해지는 전력의 조절을 통해 조절할 수 있다. 예를 들면, 제어모터에 전력을 100% 가했을 때는 브레이크롤이 움직이지 않고, 0% 가했을 때는 브레이크롤이 부하가 없이 매우 가볍게 돌아가는 원리이다.

그리고, 방열 시트와 접촉되는 상기 브레이크 롤(103)의 표면은 고무 재질로 구성될 수 있으며, 방열 시트와 접촉되는 상기 드라이빙 롤(104)의 표면은 고무 재질 또는 스테인레스 스틸 재질로 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 방열 시트 공급롤부터 브레이크 롤부(105)까지 방열 시트에 가해지는 장력은 80 ~ 160 kgf/cm, 바람직하게는 90 ~ 140 kgf/cm, 더 바람직하게는 100 ~ 140 kgf/cm, 더 더욱 바람직하게는 105 ~ 135 kgf/cm일 수 있다.

또한, 상기 브레이크 롤부(105)부터 권취롤까지 방열 시트에 가해지는 장력은 250 ~ 400 kgf/cm, 285 ~ 380 kgf/cm, 바람직하게는 290 ~ 370 kgf/cm, 더욱 바람직하게는 295 ~ 365 kgf/cm 일 수 있다. 이때, 브레이크 롤부로부터 권취롤까지 방열 시트에 가해지는 장력이 250 kgf/cm 미만이면 방열 시트 내 가해지는 장력이 약해서 두께 눌림이 부족해지는 결과, 제조된 방열층(또는 방열 시트)의 밀도 및 열전도도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 방열층(또는 방열 시트) 내 세라믹 입자 간 응집력이 약해서 세라믹 입자가 다량 탈락되는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 브레이크롤부로부터 권취롤까지 방열 시트에 가해지는 장력이 400 kgf/cm을 초과하면 방열 시트 공급롤의 방열 시트 제어가 되지 않아서 권취롤 쪽으로 방열 시트가 너무 많이 딸려가는 문제가 있어서 작업 자체가 불가능할 수 있다.

이와 같이, 방열층이 완전 경화된 C-스테이지 상태가 아닌 B-스테이지 상태여서 장력을 가함으로써, 밀도가 증가하는 변형이 일어날 수 있게 되는 것이다.

그리고, 제1장력 및/또는 제2장력 통해서 방열 시트 및 방열 시트 내 방열층의 두께를 조절할 수 있으며, 낮은 두께의 방열층을 형성시키고자 하는 경우, 제1장력 및/또는 제2장력을 증대시켜서 조절하되, 앞서 설명한 바와 같이 적정 장력 범위 내에서 제1장력 및/또는 제2장력을 조절하여 적정 밀도 및 투자율을 지니면서 적정 두께를 지닌 방열 시트(방열층) 제조할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 권취롤의 권취 속도는 5 ~ 15 mpm, 바람직하게는 8 ~ 15 mpm, 더욱 바람직하게는 9.5 ~ 15 mpm일 수 있다

다음으로, 3단계는, 권취롤에 권취된 방열 시트를 열처리 공정을 수행하여 B-스테이지 상태인 방열층을 C-스테이지 상태로 전환시켜서 도 1과 같이 보호필름층 상부에 C-스테이지 상태의 방열층이 형성되어 있는 방열 시트를 제조할 수 있다.

상기 열처리는 40 ~ 200℃, 바람직하게는 40 ~ 160℃ 하에서 온도를 달리하여 단계별로 수행하며, 최종 열처리 온도는 100 ~ 200℃, 바람직하게는 130 ~ 160℃ 하에서 3 ~ 10시간 동안, 더욱 바람직하게는 5 ~ 8시간 동안 온도를 달리하여 수행하며, 최종 열처리 온도가 100℃ 미만이면 방열층이 완전히 경화되지 않는 문제가 있을 수 있고, 200℃를 초과하면 방열층의 제품 특성 및 신뢰성 저하의 문제가 있을 수 있다.

그리고, 상기 열처리 공정은 일정한 챔버 내에서 이루어질 수 있으며, 상기 챔버는 오븐(Oven) 등으로 다양하게 사용될 수 있고, 바람직하게는 일반 오븐 또는 가압 오븐이 사용될 수 있다. 열처리를 오븐에서 진행할 때의 바람직한 일례를 설명하면, 먼저, 40 ~ 60℃에서 5 ~ 15분간 진행하고, 90 ~ 110℃로 승온하여 5 ~ 15분간 진행할 수 있다. 그 후, 다시 140 ~ 160℃로 승온하여 3 ~ 10시간, 바람직하게는 4 ~ 6.5시간 동안 진행하고, 그 다음 35 ~ 65℃로 감온시킨 후 오븐에서 방열 시트를 취출하여 최종적으로 C-스테이지(C-stage) 상태의 방열 시트를 제조할 수 있다. 이와 같은 단계별 진행을 통한 열처리로 인해 제조된 C-스테이지(C-stage) 상태의 방열 시트의 품질이 향상될 수 있다.

이와 같이, 고장력을 가하여 두께가 눌린 채로 열처리를 수행함으로써, 밀도 및 투자율이 증가한 C-스테이지 상태의 방열층을 형성시킬 수 있다. 구체적으로 C-스테이지 상태로 된 방열층은 밀도 1.5 ~ 2.5g/cm³ 및 열전도도 40 ~ 50 W/(mK)를 갖는다.

본 발명은 1단계의 B-스테이지 상태의 방열층 및 열처리된 3단계의 C-스테이지 상태의 방열층은 1: 0.3 ~ 0.7의 두께비를 가질 수 있으며, C-스테이지 상태의 방열층은 10㎛ ~ 100㎛, 바람직하게는 15㎛ ~ 80㎛, 더욱 바람직하게는 20㎛ ~ 70㎛ , 더 더욱 바람직하게는 25㎛ ~ 50㎛의 두께를 가질 수 있다.

상술한 제법에 의해 방열 시트를 제조한 후, 방열층의 일면에 접착제를 도포하여 접착층을 형성시킨 다음, 접착층 상부에 이형필름층을 적층시켜서 도 2와 같은 형태의 방열 시트를 제조할 수 있다.

또한, 다른 방법으로는 상술한 제법에 의해 방열 시트를 제조한 후, 이와는 별도로, 이형필름의 일면에 접착층이 형성된 2층 필름을 준비한 후, 방열 시트의 방열층 일면과 상기 2층 필름의 접착층을 접착시켜서 도 2와 같은 형태의 방열 시트를 제조할 수도 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 구현 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

<실시예>

1. 실시예 1 : 2층 구조의 방열 시트 제조

(1) 아크릴계 접착제를 이용한 접착층이 일면에 형성되어 있는 PET 필름(보호필름층)을 준비하고, 상기 보호필름층의 접착층 상부에 B-스테이지(B-stage) 상태의 방열층(세라믹 입자(Boron nitride 및 알루미나 세라믹 입자 포함)가 함유된 우레탄계 및 에폭시계 수지를 주수지로 하는 조액으로부터 형성된 폴리머 층)을 적층시킨 2층 구조의 방열 시트를 준비하였다.(참고로, 여기서 2층 구조라 함은 보호필름층과 방열층, 2개의 층 구조를 의미한다.)

상기 방열층은 세라믹 입자를 포함한다.

(2) 도 3에 개략도로 나타낸 공정을 통해 상기 방열 시트를 준비하였다.

구체적으로는, 상기 준비된 방열 시트는 도 3의 방열 시트 공급롤(101)을 통해서 공급하고, 공급된 방열 시트가 서로 반시계 방향으로 회전하는 브레이크 롤 및 드라이빙 롤(브레이크 롤부, 105)을 통과한 후, 제1가이드롤러(107)를 통과하도록 하였다.

이때, 상기 브레이크 롤부의 브레이크율은 40%가 되도록 제어모터(구동모터)에 가해지는 전력을 조절하였으며, 방열 시트 공급롤부터 브레이크 롤까지 방열 시트에 가해진 장력(제1장력)은 120 kgf/cm이고, 브레이크 롤부로부터 권취롤까지 방열 시트에 가해지는 장력(제2장력)은 320 kgf/cm이 되도록 하였으며, 권취되는 방열 시트의 권취속도는 10 mpm이였다.

(3) 다음으로, 롤 형태로 권취된 방열 시트를 오븐에 투입한 다음, 50℃에서 10분간 열을 가한 후, 100℃로 승온하여 10분간 열을 가한 다음, 150℃로 승온하여 5시간 동안 열을 가하였다. 다음으로, 60℃로 천천히 감온시킨 다음 오븐에서 방열 시트를 취출하여 B-스테이지 상태였던 방열층을 C-스테이지(C-stage) 상태로 전환시켜서, 보호필름층(PET 필름), 방열층이 적층된 2층 구조의 방열 시트를 제조하였다.

2. 실시예 2 ~ 5 및 비교예 1 ~ 6

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 2층 구조의 방열 시트를 제조하되, 하기 표 1과 같이 브레이크 롤부의 브레이크율을 조절하고, 각각 서로 다른 장력이 가해지도록 조절하여 각각의 방열 시트를 제조하였다.

구분	제1장력 (kgf/cm)	제2장력 (kgf/cm)	브레이크율 (%)	권취롤 권취속도 (mpm)	평균두께(㎛) (방열층)
실시예 1	120	320	45	10	29.0~30.5
실시예 2	130	350	48	10	28.0~29.5
실시예 3	120	330	46	10	28.5~30.0
실시예 4	120	285	40	10	31.5~33.0
실시예 5	125	370	50	10	28.0~29.5
비교예 1	120	420	50	측정불가	슬립(Sleep) 현상으로 작업 불가
비교예 2	165	320	45	10	헌팅 (Hunting) 발생으로 공정성 저하
비교예 3	75	260	38	10	슬립(Sleep) 현상으로 작업 불가
비교예 4	100	230	33	10	37.0~39.0
비교예 5	120	480	62	측정불가	원단 파단 발생
비교예 6	87	242	45	17	작업 불가

상기 표 1의 실험결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 5의 경우, 적정 두께의 방열 시트가 효율적으로 제조됨을 확인할 수 있다.

이에 반해, 제2장력이 400 kgf/cm을 초과한 비교예 1의 경우, 슬립(sleep) 현상이 발생하여 방열 시트 제조가 불가능하였다.

그리고, 제1장력이 160 kgf/cm을 초과한 비교예 2의 경우, 공정 진행 중 헌팅(Hunting)되는 문제가 있었고, 제1장력이 80 kgf/cm 미만인 비교예 3의 경우, 공정 진행 중 슬립(Sleep)되는 문제가 있었다.

또한, 브레이크율이 35% 미만인 비교예 4의 경우, 제2장력이 250 kgf/cm 미만으로 낮아졌으며, 실시예 1과 비교할 때, 제조된 방열 시트의 두께가 급격하게 두꺼워지는 문제가 있었다.

그리고, 비교예 5의 경우, 방열 시트 공급롤에 감겨있던 방열 시트의 공급 제어가 안되고, 권취롤쪽으로 방열 시트가 너무 심하게 딸려가며, 원단이 파단되는 문제가 있어서, 방열 시트 제조가 불가능하였다.

또한, 권취롤의 권취속도가 15 mpm을 초과한 비교예 6은 장력평형이 깨져서 제1 및 제2 장력이 갑자기 급격하게 낮아지고, 그 결과 방열 시트 제조 작업이 불가능한 문제가 발생하였다.

3. 실험예 1: 방열층의 밀도 및 열전도도 측정

상기 실시예 1 ~ 5 및 비교예 2, 비교예 4에서 제조한 2층 구조의 방열 시트에서 방열층의 밀도 및 열전도도를 각각 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 밀도는 아르키메데스법을 이용하여 밀도를 측정하였고, 열전도도는 상온에서 ASTM E 1461에 따라 시트 수평 방향의 열전도도를 측정하였다.

아울러, 유전율은 네트워크 아날라이져(안리츠사)와 레조네이터를 이용하여 유전율을 측정하였다(시험 주파수 10 GHz).

구분	제1장력, 제2장력 가하고, 열처리 수행한 C-stage의 방열층
구분	밀도 (g/cm³)	열전도도 [W/(mK)]	유전율 (Dk, @10GHz)
실시예 1	1.75~1.85	43.5~44.5	3.7
실시예 2	1.85~1.95	46.0~47.0	3.7
실시예 3	1.80~1.90	44.5~45.5	3.7
실시예 4	1.60~1.70	41.0~42.0	3.8
실시예 5	2.00~2.10	48.0~49.0	3.7
비교예 2	1.65~1.75	40.5~41.5	4.2
비교예 4	1.10~1.20	30.0~31.0	4.1

상기 표 2의 밀도 및 열전도도 측정 결과를 살펴보면, 특히 실시예 1 ~ 5의 방열층의 경우, 전반적으로 1.6 g/cm³ 이상의 높은 밀도를 가지면서, 41 이상의 높은 열전도도를 가지는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 실시예와 비교할 때, 브레이크율이 낮아서 두께가 두꺼웠던 비교예 4의 경우, 실시예 1 ~ 5 및 비교예 2와 비교할 때 상대적으로 밀도 및 열전도도가 매우 낮은 경향을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 유전율 역시 실시예들이 비교예 대비 다소 낮은 것으로 확인된다.

4. 실험예 2: 방열층 내 세라믹 입자 탈락 여부 실험

상기 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 4에서 제조한 2층 구조의 방열층의 방열층 내 세라믹 입자 탈락 여부를 측정하였고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

그리고, 자성입자 탈락 여부는 동박에 접착제를 코팅한 후, 이를 방열층과 부착시킨 다음, 방열층을 동박으로부터 박리시켰을 때, 동박에 방열층으로부터 이탈한 세라믹 입자가 묻어나는지 여부를 기준으로 판단하였으며, 이의 사진을 도 4에 나타내었다.

구분	세라믹 입자 탈락 여부
실시예 1	세라믹 입자 탈락 X
비교예 2	세라믹 입자 탈락 O
비교예 4	세라믹 입자 탈락 O

상기 표 3의 측정 결과를 살펴보면, 비교예 2, 비교예 4는 실시예 1 대비세라믹 입자가 탈락하는 문제가 있었다.

5. 실험예 3: 시간당 생산량 검토

본 발명의 공정을 이용하여 1시간 동안 방열 시트를 제조하는 공정의 생산량과, 핫프레스 공정을 이용하여 1시간 동안 방열 시트를 제조하는 공정의 생산량을 서로 대비하여 보았다.

구분	온도	압력	시간	생산 단위면적 (m²)	시간당 생산량 (m²/hr)
핫프레스 공정	120℃	360 kgf	1hr	0.16	0.16
실시예에 따른 공정	120℃	285 ~350 kgf	1hr	156	93600
* 계산 기준 근거 H/P(Hot Press): 개발/양산 press 기준, 단위면적 40cm40cm 및 면압 100 기준 Roll To Roll (HTM, High Tension Machine): 양산 기준, 520cm폭외각PET 1/2반영, 속도 10mpm

위 표 4를 통해서 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 방열 시트의 제조 공정 생산량은 기존의 제조 공정인 핫프레스 공정의 생산량 대비 비교할 수 없을 정도로 매우 높다는 것을 확인할 수 있다.

상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 방열 시트의 방열층이 높은 밀도를 가지면서 우수한 방열 특성 및 적정 열전도도를 확보하고 있는 바, 우수한 전자파 흡수 효과를 가짐을 확인할 수 있었으며, 이러한, 방열 시트를 높은 경제성을 확보한 방법으로 양산이 가능하며, 이렇게 제조한 방열 시트를 보호필름 일체형 방열 시트로 제공할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10 : 보호필름층 20 : 방열층 30 : 접착층 40: 이형필름층
101 : 방열 시트 공급롤
105 : 브레이크롤부 103 : 브레이크롤 104 : 드라이빙롤
107 : 제1가이드롤러 109 : 권취롤

Claims

방열 시트 공급롤, 브레이크 롤부 및 권취롤을 포함하는 고장력 부여기를 이용하여 방열 시트를 제조하며,
방열 시트를 준비하는 1단계;
방열 시트의 MD(machine direction) 방향으로 장력을 가하는 2단계;
열처리를 수행하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하고,
상기 방열 시트는 보호필름층 상부에 세라믹 입자를 포함하는 고분자 소재로 형성된 방열층이 적층되어 있는
방열 시트의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 브레이크 롤부는 서로 반대방향으로 회전하는 2개의 브레이크 롤을 포함하는 것을 특징으로 하는
방열 시트의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 브레이크 롤부는 브레이크율이 35 ~ 60%인 것을 특징으로 하는
방열 시트의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 방열 시트 공급롤부터 브레이크 롤부까지 방열 시트에 가해지는 장력은 80 ~ 160 kgf/cm이고,
상기 브레이크 롤부로부터 권취롤까지 방열 시트에 가해지는 장력은 250 ~ 400 kgf/cm인 것을 특징으로 하는
방열 시트의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 권취롤의 권취 속도는 5 ~ 15 mpm인 것을 특징으로 하는
방열 시트의 제조방법.
제1항에 있어서,
1단계 및 2단계의 상기 방열층은 B-스테이지(B-stage) 상태이며,
3단계의 열처리 수행 후, 상기 방열층은 C-스테이지 상태인 것을 특징으로 하는
방열 시트의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 세라믹 입자는
보론나이트라이드(BN), 알루미나(Al₂O₃), 보헤마이트(boehmite) 및 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 성분을 포함하고,
상기 고분자 수지는
아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 페녹시계 수지, 우레탄계 수지, 및 실리콘계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
방열 시트의 제조방법.
제1항의 방법으로 제조된 방열 시트의 방열층 일면에 접착제를 도포하여 접착층을 형성시킨 다음, 접착층 상부에 이형필름층을 적층시켜 제조하거나; 또는
제1항의 방법으로 제조된 방열 시트의 방열층 일면과, 이형필름층의 일면에 접착층이 형성된 2층 필름의 접착층을 접착시켜서 제조하는;
방열 시트의 제조방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 방열 시트.
순차적으로 적층된 보호필름층 및 방열층을 포함하고,
상기 방열층은 밀도 1.5 ~ 2.5g/cm³ 및 열전도도 40 ~ 50 W/(mK)을 가지는
방열 시트.
제10항에 있어서,
상기 방열층의 일면에 접착층이 더 형성되어 있고, 상기 접착층 상부에 이형필름층이 더 형성되어 있는 방열 시트.