KR20220132814A - 열전도 시트 복합재 및 그 제조방법 - Google Patents

열전도 시트 복합재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

열전도 시트 복합재는, 평판의 형태로 구성된 제1 본체와, 상기 제1 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체로부터 돌출 형성된 스파이크를 포함하며, 등방성 열전도성을 갖는 금속층과, 평판의 형태로 구성된 제2 본체와, 상기 제2 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제2 본체로부터 오목하게 형성되고 상기 스파이크에 대향하는 노치를 포함하며, 비등방성 열전도성을 갖는 열전도 필름으로 구성된다.
상기 열전도 필름에서, 상기 제2 본체의 평판에 수직인 방향으로의 열전도도가 상기 제2 본체의 평판에 평행한 방향으로의 열전도도보다 작으며, 상기 노치와 상기 스파이크 간의 압착에 의해 상기 금속층 및 상기 열전도 필름이 접합된다.

Description

열전도 시트 복합재 및 그 제조방법{Heat conduction sheet composites and method thereof}
본 발명은 열전도 시트 복합재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 시트 복합재의 수직 방향으로의 열전도도(수직 열전도도)을 제고하면서도 박형화를 유지하기 위해 2종의 서로 다른 재료의 층을 압착에 의해 접합함으로써 제조되는 열전도 시트 복합재에 관한 것이다.
최근 전기 전자기기의 고성능화, 경량화, 박형화, 단소화 경향에 따라 그에 내장된 반도체 부품, 발광 부품 등의 열 발생원에서 발생하는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있는 방열 시트에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있다.
일반적으로 방열 시트는 금속 시트(metal sheet), 그라파이트 필름(graphite film), 금속/그라파이트 복합 적층체 등이 다양하게 사용되고 있다. 그런데, 금속 시트는 방열 특성을 갖추고 있으나, 두께가 두꺼워지면 유연성이 부족하고 수평 방향으로의 열전도도(수평 열전도도)가 그라파이트에 미치지 못하며, 밀도가 높아 경량화에 한계가 있다. 또한, 그 두께가 대략 50㎛를 넘으면 유연성이 부족해 복잡한 형상의 방열 시트로 적용하기에는 한계가 있다. 한편, 그라파이트 필름은 수평 열전도는 금속보다도 월등이 높지만 수직 방향으로의 열전도도가 매우 낮다는 문제가 있다. 이는 그라파이트 자체의 물리적 특정에 기인한 것으로, 그라파이트를 구성하는 탄소(carbon) 육방 결정립이 수평으로 강하게 결합되어(공유결합) 있고, 수직 방향으로는 반데르발스 힘(van der Waals force)으로 약하게 결합되어 있기 때문이다.
이러한 방열 시트의 단점을 보완하기 위해 최근에는 금속/그라파이트 복합 적층체가 제시되고 있다. 예를 들어, 중국공개특허 110552033호는 열전도성이 우수한 구리-흑연 복합재료를 구성을 제시한다. 상기 특허는 소위 마이크로 리벳을 이용하는 방법으로, 먼저 합성 그라파이트(graphite-syn) 필름 표면에 미세 기공(micorpore)을 타발한 후, 그라파이트 필름에 구리(Cu)를 전기 도금한다. 이러한 마이크로 리벳 구조를 통해, 구리-그라파이트의 계면 결합력이 향상되고, 그라파이트가 갖는 우수한 수평 열전도와 더불어 마이크로 리벳에 의한 수직 열전도도 제고될 수 있다.
이와 같이, 상기 특허에 개시된 금속/그라파이트 복합 적층체를 이용하여 그라파이트가 갖는 수직 열전도의 문제를 어느 정도 해소할 수 있다. 그러나, 도금에 의해 마이크로 리벳을 형성할 때까지 많은 시간이 요구될 뿐만 아니라, 그라파이트 필름의 양면을 덮는 금속층의 두께가 두꺼워지게 된다. 이는 가공 시간 증가, 소요되는 금속 양의 증가로 인한 비용 상승, 두꺼운 두께로 인해 유연성 부족을 유발하여, 복잡한 구조나 플렉스 기판에 적용하기 힘들고 전자 기기의 경량화/박형화를 저해하는 요소가 된다.
한편, 상기와 같이 도금에 의해 열전도 시트 복합재를 형성하는 방식 이외에도 금속 시트와 그라파이트 시트를 접착하는 방식도 보편적으로 사용되고 있다. 이는 금속 시트 또는 그라파이트 시트 중 하나에 접착층을 형성한 후 두 시트를 접착하는 가장 단순한 방식이다. 그러나, 일반적으로 접착제는 수지와 같은 열전도도가 낮은 재질로 만들어지므로 열전도 시트 복합재의 열전도를 저해하는 요소가 된다.
중국특허공개공보 110552033호 (2019.12.10 공개)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 박형화를 유지하면서도 충분한 수직 열전도도를 갖는 열전도 시트 복합재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 도금 공정과 같은 가공 시간
상기 열전도 시트 복합재에 추가적으로 부착될 수 있는 시트 재료와의 접착성을 향상시키고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 시트 복합재는, 평판의 형태로 구성된 제1 본체와, 상기 제1 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체로부터 돌출 형성된 스파이크를 포함하며, 등방성 열전도성을 갖는 금속층; 및 평판의 형태로 구성된 제2 본체와, 상기 제2 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제2 본체로부터 오목하게 형성되고 상기 스파이크에 대향하는 노치를 포함하며, 비등방성 열전도성을 갖는 열전도 필름을 포함하되, 상기 열전도 필름에서, 상기 제2 본체의 평판에 수직인 방향으로의 열전도도가 상기 제2 본체의 평판에 평행한 방향으로의 열전도도보다 작으며, 상기 노치와 상기 스파이크 간의 압착에 의해 상기 금속층 및 상기 열전도 필름이 접합된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전도 시트 복합재는, 평판의 형태로 구성된 제1 본체와, 상기 제1 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체로부터 돌출 형성된 스파이크를 포함하며, 등방성 열전도성을 갖는 금속층; 및 평판의 형태로 구성된 제2 본체와, 상기 제2 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제2 본체를 관통하여 형성되는 관통공을 포함하며, 비등방성 열전도성을 갖는 열전도 필름을 포함하되, 상기 열전도 필름에서, 상기 제2 본체의 평판에 수직인 방향으로의 열전도도가 상기 제2 본체의 평판에 평행한 방향으로의 열전도도보다 작으며, 상기 스파이크는 상기 관통공에 삽입된다.
본 발명에 따른 열전도 시트 복합재에 따르면, 박형화를 유지하면서도 충분한 수직 열전도도가 제공되는 효과가 있다.
또한, 상기 열전도 시트 복합재에 추가적으로 부착될 수 있는 시트 재료와의 접착성이 향상되는 효과도 있다.
그리고, 상기 열전도 시트 복합재의 제조시에 그라파이트 필름에 미세 기공을 타발하는 과정에서 발생되는 버어(burr)나 분진이 방지될 수 있다.
또한, 상기 열전도 시트 복합재에 형성된 구리층의 산화를 방지하고 전자기파(EMI)를 차폐하는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도 및 단면도를 함께 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 열전도 시트 복합재에 추가적으로 도금 공정을 적용한 본 발명의 제6 실시예를 도시한 도면이다.
도 7a는 상기 제4 실시예에 따른 금속층을 도시한 도면이고, 도 7b는 도 7a의 금속층에 추가적인 슬릿을 형성한 본 발명의 제7 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 금속층 및 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 제9 실시예에 따른 금속층을 보여주는 사시도이고, 도 9b는 도 9a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 9c는 도 9a의 금속층의 관통공 에지에 형성되는 버어(burr)를 보여주는 단면도이다.
도 10은 열전도 필름 상에 오목부를 갖는, 본 발명의 제10 실시예에 따른 열전도 시트 복합재를 도시한 사시도이다.
도 11a는 상기 제9 실시예에서 추가 금속층을 사용하여 열전도 필름을 샌드위칭(sandwiching)하는 방식으로 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이고, 도 11b는 상기 제9 실시예에서 추가 열전도 필름을 사용하여 금속층을 샌드위칭하는 방식으로 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 12는 프레스 가공을 통해 금속층의 스파이크 에지에 버어를 형성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제11 실시예에 따른 금속층 및 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제12 실시예에 따른 금속층 및 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제13 실시예에 따른 금속층 및 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예들에서 열전도 시트 복합재(30: 30a 내지 30p)는 압착(pressing) 공정을 통해 금속층(10: 10a 내지 10p)과 열전도 필름(20: 20a 내지 20p) 간을 압착하여 생성될 수 있다. 이 때, 금속층(10)은 평판의 형태로 구성된 제1 본체(11: 11a 내지 11p)와, 상기 제1 본체(11)에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체(11)로부터 돌출 형성된 스파이크(15: 15a 내지 15p)를 포함한다. 이러한 금속층(10)은 3축 방향 중에서 어느 방향으로도 동일한 열전도도를 갖는, 즉 등방성 열전도성 재료로서 예를 들어 알루미늄 소재로 만들어질 수 있다. 이러한 알루미늄 소재는 구리나 금과 같은 금속에 비해 열전도도가 상대적으로 낮지만 200 이상의 충분한 수치를 보여주며 단가면에서나 경량화 면에서 유리한 측면이 있다. 그러나, 이에 한하지 않고 상기 금속층은 알루미늄 이외에도 구리, 금, 은, 백금, 니켈, 주석, 크롬 등의 다른 금속으로 만들어질 수도 있을 것이다.
또한, 상기 열전도 필름(20)은 평판의 형태로 구성된 제2 본체(21: 21a 내지 21p)와, 상기 제2 본체(21)에 대해 수직인 방향으로 상기 제2 본체(21)로부터 오목하게 형성되고 상기 스파이크에 대향하는 노치(25: 25a 내지 25p)를 포함한다. 이러한 열전도 필름(20)은 비등방성 열전도성을 갖는다.
상기 열전도 필름(20)은 예를 들어, 그라파이트 소재로 만들어진다. 상기 그라파이트 소재는 탄소(carbon) 육방 결정립이 수평으로 강하게 결합되어(공유결합) 있고, 수직 방향으로는 반데르발스 힘(van der Waals force)으로 약하게 결합되어 있기 때문에, 상기 제2 본체(21)의 평판에 수직인 방향으로의 열전도도가 상기 제2 본체(21)의 평판에 평행한 방향으로의 열전도도보다 작다.
상기 열전도 필름(20)의 노치(25)는, 상기 노치(25)를 갖지 않는 상기 열전도 필름과 상기 스파이크(15)를 갖는 금속층(10) 간의 압착될 때 비로소 생성될 수 있다. 종래에는 과거에는 열전도 필름과 금속층 사이에 별도의 접착층을 통해 양자를 접합했으나 본 발명에 따르면, 스파이크(15)를 갖는 금속층(10)을 열전도 필름에 대해 프레스로 찍어 눌러 압착하는 방식으로 양자를 접합할 수 있다. 이로 인해, 접착층을 제거함으로써 단가 절감 및 접착층으로 인한 열전도도 저하를 방지할 수 있는 것이다. 또한, 단순히 두 층을 접합하는 경우에 비해, 스파이크 및 노치의 접촉을 통해 접촉 면의 면적이 증대될 뿐만 아니라 금속 스파이크에 의해 열전도 시트 복합재의 수직 방향 열전도도를 향상시킬 수 있는 것이다.
이와 같이, 금속층을 프레스를 찍어 눌러 스파이크가 그라파이트와 같은 열전도 필름과 압착이 가능한 것은, 상기 그라파이트가 섬유(fabric)와 같이 질긴 성질이 있고 상대적으로 매진(brittle) 성질이 적기 때문이다. 다만, 그라파이트가 상기 프레싱 공정 동안 찢어지지 않도록 상기 프레싱 공정은 빠른 속도 및/또는 전체 면적에 대해 균일한 압력이 요구된다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 단면도이다.
금속층(10a)은 평판 형태의 제1 본체(11a)와 상기 제1 본체(11a)에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체(11a)로부터 돌출 형성된 스파이크(15a)를 포함한다. 상기 스파이크(15a)의 종단면은 상기 제1 본체(11a)로부터 멀어질수록 작아지는 테이퍼 형상(tapered shape)을 갖는다. 또한, 상기 스파이크(15a)는, 상기 제1 본체(11a)의 평판상의 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 다른 스파이크(15a)와 이격되어 있다. 특히, 도 1a 및 도 1b에서 상기 스파이크(15a)는 원뿔형으로 예시되어 있다.
도 2a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 단면도이다.
금속층(10b)은 평판 형태의 제1 본체(11b)와 상기 제1 본체(11b)에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체(11b)로부터 돌출 형성된 스파이크(15b)를 포함한다. 상기 스파이크(15b)의 종단면은 상기 제1 본체(11b)로부터 멀어질수록 작아지는 테이퍼 형상을 갖는다. 또한, 상기 스파이크(15b)는, 상기 제1 본체(11b)의 평판상의 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 다른 스파이크(15b)와 이격되어 있다. 특히, 도 2a 및 도 2b에서 상기 스파이크(15b)는 원뿔대 형태로 예시되어 있다.
도 3a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 단면도이다.
금속층(10c)은 평판 형태의 제1 본체(11c)와 상기 제1 본체(11c)에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체(11c)로부터 돌출 형성된 스파이크(15c)를 포함한다. 상기 스파이크(15c)의 종단면은 상기 제1 본체(11c)의 평판상의 제1 방향으로 바라볼 때, 상기 제1 본체(11c)로부터 멀어질수록 작아지는 테이퍼 형상을 갖는다. 또한, 상기 스파이크(15c)는, 상기 제1 방향으로 동일한 단면을 갖도록 연속적으로 연장 형성되고, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로는 다른 스파이크(15c)와 이격된다.
도 4a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 단면도이다.
금속층(10d)은 평판 형태의 제1 본체(11d)와 상기 제1 본체(11d)에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체(11d)로부터 돌출 형성된 스파이크(15d)를 포함한다. 상기 스파이크(15d)의 종단면은 상기 제1 본체(11d)의 평판상의 제1 방향으로 바라볼 때, 상기 제1 본체(11d)로부터 멀어질수록 작아지는 테이퍼 형상을 갖는다. 또한, 상기 스파이크(15d)는, 상기 제1 방향으로 동일한 단면을 갖도록 연속적으로 연장 형성되고, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로는 다른 스파이크(15d)와 이격된다.
특히, 상기 스파이크(15d)는 상기 제1 본체(11d)로부터 일정한 종단면으로 연장되는 연장부(151d)와, 상기 연장부(151d)와 연결되며 상기 제1 본체(11d)로부터 멀어질수록 종단면이 작아지는 테이퍼부(152d)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도 및 단면도를 함께 도시한 도면이다.
금속층(10e)은 평판 형태의 제1 본체(11e)와 상기 제1 본체(11e)에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체(11e)로부터 돌출 형성된 스파이크(15e)를 포함한다. 상기 스파이크(15e)의 종단면은 상기 제1 본체(11e)의 평판상의 제1 방향으로 바라볼 때, 상기 제1 본체(11e)로부터 멀어질수록 종단면이 작아지는 테이퍼부(16e)가 상기 수직인 방향으로 반복 형성된다.
또한, 상기 스파이크(15e)는, 상기 제1 방향으로 동일한 단면을 갖도록 연속적으로 연장 형성되고, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로는 다른 스파이크(15e)와 이격된다.
이상의 제3 내지 제5 실시예에 따른 금속층(10c, 10d, 10e)은 제1 내지 제2 실시예에 따른 금속층(10a, 10b)에 비해 보다 간단한 방식으로 제조될 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 제1 내지 제2 실시예에 따른 금속층(10a, 10b)은 다이캐스팅, 3D 프린팅, MCT 가공 등 정밀 가공이 필요함에 비해, 선형의 스파이크(15c, 15d, 15e)를 갖는 금속층(10c, 10d, 10e)은 상기 제1 방향으로의 압출(extrusion) 또는 인발(drawing) 공정에 의해 신속하게 대량으로 제조될 수 있다. 또한, 선형의 스파이크(15c, 15d, 15e)를 갖는 금속층(10c, 10d, 10e)은 상대적으로 돌출된 스파이크의 개수가 단위 면적과 대비할 때 적기 때문에 벌크성이 높아서 불량률 관리가 용이하다.
도 6는 본 발명의 열전도 시트 복합재에 추가적으로 도금 공정을 적용한 본 발명의 제6 실시예를 도시한 도면이다.
상기 제6 실시예는 도 4b의 열전도 시트 복합재(30d)의 외면에 도금층(33f)을 형성한 구조이다. 다만, 이는 예시에 불과하며 도 4b 이외의 다른 실시예들에 따른 시트 복합재의 외면에도 도금층(33f)을 형성할 수 있음은 물론이다. 이러한 도금층은 내부의 열전도 필름(20d)과 금속층(10d)을 보호함과 더불어 수평 방향 및 수직 방향의 열전도도를 더욱 향상시키는 기능을 갖는다. 또한, 상기 도금층을 통하여 그라파이트 소재의 열전도 필름에서의 분진 발생을 억제할 수 있고, 금속층과 열전도 필름 간의 접합력을 향상시킬 수 있다.
상기 도금층 형성을 위한 도금 공정은 당업계에 알려진 통상의 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 먼저, 열전도 시트 복합재(30d)를 NaOH 용액에 넣어 표면유를 제거하고, 다시 HNO3 용액에 넣어 세척함으로써 표면산화물을 제거한다. 다음으로, 열전도 시트 복합재(30d)를 산성 황산구리 용액에 넣고, 2전극 전해도금을 이용하여 그라파이트 필름 양면이 균일하게 도금되도록 할 수 있다. 이 때, 일정한 전류로 희망하는 도금 두께에 따라 수십분 정도 시간으로 전기 도금한 후, 세척 건조시켜 도 6의 열전도 시트 복합재(30f)를 생성할 수 있다. 이러한 전해도금은 하나의 예에 불과하여 비전해도금 기술을 사용할 수도 있음은 물론이다.
도 7a는 상기 제4 실시예에 따른 금속층을 도시한 도면이고, 도 7b는 도 7a의 금속층에 추가적인 슬릿을 형성한 본 발명의 제7 실시예에 따른 금속층을 도시한 사시도이다.
도 7b를 참조하면, 금속층(10g)의 스파이크(15g)는 도 7a에 도시된 바와 같이 제1 방향으로 동일한 단면을 갖도록 연속적으로 연장 형성된 스파이크(15d)에, 상기 제2 방향으로 추가적인 슬릿(19g)을 형성함으로써 만들어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 금속층 및 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
제8 실시예에서 스파이크(15h)는 미세 돌기로 금속층(10h)의 평판 전체적으로 고르게 분포될 수 있다. 이러한 스파이크(15h)가 형성된 금속층(10h)에 열전도 필름(20h)을 압착하는 방식으로 열전도 시트 복합재(30h)가 생성된다.
예를 들어, 상기 스파이크(15h) 내지 미세 돌기는 상기 금속층(10h)의 평판 상에 샌딩 블라스트(sanding blast)을 통해 형성될 수 있다. 상기 샌딩 블라스트 공법은 샌딩노즐을 통하여 평평한 금속 판재(9h)(예: 알루미늄)의 표면에 표면 거칠기를 갖는 조도면을 형성하는 부여하는 방식이다. 이러한 샌딩 블라스트공법은 블라스트에 사용되는 연마재 입자와 같은 투사재를 고속도로 상기 금속 판재(9h)의 표면으로 분사하여 상기 표면에 부착된 이물질과 오물 등을 제거함과 동시에 이른바 "앵커 패턴"이라 불리우는 조면을 형성시켜 표면 거칠기를 부여하는 것이다.
또한, 상기 금속 판재(9h)의 표면 전체에 일정크기의 표면 거칠기를 갖는 조도면을 형성하는 공정은 상기 샌딩노즐을 정지한 상태에서 상기 금속 판재(9h)를 일방향으로 미도시된 롤러의 회전동력에 의해 상대이동시키는 것에 의해서 이루어지는 것으로 이에 한정되는 것은 아니며, 반대로 금속 판재(9h)를 정지시킨 상태에서 상기 샌딩노즐을 일방향의 정반대방향으로 상대이동시키는 것에 의해서 이루어질 수도 있다.
이때, 상기 금속 판재(9h) 또는 샌딩노즐의 이동속도 및 상기 금속 판재(9h)와 샌딩노즐의 출구단간의 간격은 부여하고자 하는 거칠기의 정도에 따라 가변될 수 있다.
이러한 샌딩 블라스트 공법은, 열전도 시트 복합재(30h)의 두께가 얇아야 하는 조건으로 인해, 금속층(10h)에 충분히 큰 크기의 스파이크를 형성할 수 없는 경우에 유용하게 사용될 수 있다.
도 9a는 본 발명의 제9 실시예에 따른 금속층을 보여주는 사시도이고, 도 9b는 도 9a의 금속층과 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 9c는 도 9a의 금속층의 관통공 에지에 형성되는 버어(burr)를 보여주는 단면도이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(10i)의 제1 본체(11i)는 상기 수직인 방향으로 관통되는 복수의 관통공(13i)을 포함한다. 이러한 관통공(13i)은 금속 판재에 타공을 통해 형성될 수 있으며, 그 패턴이나 형상도 다양하게 형성할 수 있음은 물론이다.
이 때, 상기 관통공(13i)의 에지 부근에는 도 9c와 같이 상기 수직인 방향으로 돌출되는 버어(burr)(18i)가 형성될 수 있다. 또한, 금속층(10i)에는 추가적으로 전술한 샌딩 블라스트에 의한 미세 돌기(15i)가 형성될 수 있다. 이러한 버어(18i) 및/또는 미세 돌기(15i)가 금속층(10i)과 열전도 필름(20i) 간의 압착시 전술한 실시예 들에서의 스파이크의 역할을 할 수 있다.
또한, 이러한 버어나 미세 돌기 이외에도, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 열전도 필름(20i)은 상기 금속층(10i)과의 압착시에, 상기 열전도 필름(20i)의 평판으로부터 상기 관통공(13i) 내부로 외향 굴곡(convex)되는 엠보싱(embossing)(22i)이 형성된다. 이러한 엠보싱에 의해 금속층(10i)과 열전도 필름(20i) 간의 견고한 접합이 이루어질 수 있다.
도 10은 열전도 필름 상에 오목부를 갖는, 본 발명의 제10 실시예에 따른 열전도 시트 복합재를 도시한 사시도이다. 상기 열전도 시트 복합재(30j)는 다른 실시예들에서의 열전도 시트 복합재(30)에 추가적으로 오목부(23j)를 형성함으로써 생성될 수 있다. 상기 오목부(23j)는 상기 열전도 필름(20j)의 양면 중에서 상기 금속층(10j)과 접합된 면과 반대쪽 면에 형성된다. 이 때, 상기 오목부(23j)의 두께는 상기 오목부(23j) 이외의 부분의 두께보다 작다.
또한, 상기 오목부(23j)는 상기 열전도 필름(20j)의 평판상에서 제1 방향으로 동일한 단면을 갖도록 연속적으로 연장되도록 프레싱에 의해 형성될 수 있다. 이러한 오목부(23j)는 열전도 시트 복합재(30j)의 방열 면적을 증가시켜 방열 효율을 증가시키는 데에 기여한다.
도 11a는 상기 제9 실시예에서 추가 금속층을 사용하여 열전도 필름을 샌드위칭(sandwiching)하는 방식으로 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이고, 도 11b는 상기 제9 실시예에서 추가 열전도 필름을 사용하여 금속층을 샌드위칭하는 방식으로 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 11a를 참조하면, 도 9a의 금속층(10i)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 2개의 금속층(10k)이 사용된다. 도 11a의 열전도 시트 복합재(30k)는 이러한 2개의 금속층(10k)이 그 사이에 배치된 열전도 필름(20k)을 샌드위칭하는 구조로 생성될 수 있다. 즉, 열전도 필름(20k)의 양면이 2개의 금속층(10k)에 의해 각각 접합되는 것이다. 이러한 접합(압착)은, 2개의 금속층(10k) 각각을 양방향에서 프레싱함으로써 이루어질 수 있다.
반대로, 도 11b를 참조하면, 도 9a의 열전도 필름(20i)과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 2개의 열전도 필름(20l)이 사용된다. 도 11b의 열전도 시트 복합재(30l)는 이러한 2개의 열전도 필름(20l)이 그 사이에 배치된 금속층(10l)을 샌드위칭하는 구조로 생성될 수 있다. 즉, 금속층(10l)의 양면에 2개의 열전도 필름(20l)이 각각 접합되는 것이다. 이러한 접합(압착)은, 2개의 열전도 필름(20l) 각각을 양방향에서 프레싱함으로써 이루어질 수 있다.
도 12는 프레스 가공을 통해 금속층의 스파이크 에지에 버어를 형성하는 과정을 보여주는 도면이다.
평평한 금속층(9m)에, 수직 방향 돌기(55)를 갖는 프레스(50)로 찍어 누르면 상기 돌기(55)에 대응되는 노치(14m)를 갖는 금속층(10m)이 생성된다. 이 때, 노치(14m) 이외의 부분은 상방으로 돌출된 스파이크(15m)로서 기능할 수 있으며, 프레싱 공정 후 프레스(50)를 후퇴시킬 때, 상기 스파이크(15m)의 말단 에지에는 상방으로 돌출된 버어(18m)가 형성될 수 있다. 이러한 간단한 프레싱 공정에 의해 스파이크(15m) 및 버어(18m)가 형성된 금속층(10m)을 얻을 수 있다. 이러한 금속층(10m)에 형성된 스파이크(15m) 및 버어(18m)는 열전도 필름과의 압착시 보다 견고한 접합이 이루어질 수 있도록 해 준다.
도 13은 본 발명의 제11 실시예에 따른 금속층 및 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 13을 참조하면, 금속층(10n)은 평판의 형태로 구성된 제1 본체(11n)와, 상기 제1 본체(11n)에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체(11n)로부터 돌출 형성된 스파이크(15n)를 포함한다. 또한, 열전도 필름(20n)은 평판의 형태로 구성된 제2 본체(21n)와, 상기 제2 본체(21n)에 대해 수직인 방향으로 상기 제2 본체(21n)를 관통하여 형성되는 관통공(26n)을 포함한다.
여기서, 금속층(10n)에 형성된 스파이크(15n)는 열전도 필름(20n)에 형성된 관통공(26n)에 여유(clearance)를 가진 상태로 삽입될 수 있다. 이와 같이, 상기 관통공(26n)에서 스파이크(15n)가 삽입된 부분 이외의 공간에는 접착제가 충진되어 접착층(미도시 됨)이 형성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 제12 실시예에 따른 금속층 및 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 14에서 스파이크(15o)는 도 13의 스파이크(15n)에 비해 제2 방향으로 연속적으로 연장된 형상을 가지며, 관통공(26o)도 스파이크(15o)에 대응하여 긴 슬롯 형상을 가진다.
이 때, 상기 금속층(10o)과 상기 열전도 필름(20o) 사이에는 양자를 접착하기 위한 접착층(35)이 형성된다. 이와 같이 접착층(35)이 형성되더라도 종래의 기술들과는 달리 스파이크(15o)가 그 접착층(35)을 뚫고 그라파이트 쪽으로 연장되므로 열전도도 저하의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 접착층(35)을 금속층(10o)에 형성하여 열전도 필름(20o)과 접합하거나, 열전도 필름(20o)에 형성하여 금속층(10o)과 접합하는 경우 모두 가능하다. 또한, 상기 접착층(35)과 별도로, 상기 관통공(26o)에서 스파이크(15o)가 삽입된 부분 이외의 공간에 접착제를 추가적으로 충진할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 제13 실시예에 따른 금속층 및 열전도 필름을 접합하여 열전도 시트 복합재를 생성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 15를 참조하면, 열전도 필름(20p)에는 제1 본체(21p)를 관통하는 도 13과 같은 관통공(26p)이 형성되어 있고, 금속층(10p)의 제2 본체(11p)에는 스파이크들(15p) 사이에서 제2 본체(11p)를 관통하는 대응 관통공(13p)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 금속층(10p)과 상기 열전도 필름(20p)이 접합될 때, 상기 관통공(26p)의 적어도 일부는 상기 대응 관통공(13p)과 중첩될 수 있다.
이 때, 접착제가 상기 관통공(26p)에서 상기 스파이크(15p)가 삽입된 부분 이외의 공간 및 상기 관통공(26p)과 중첩되는 상기 대응 관통공(13p)까지 충진될 수 있다. 즉, 접착제가 금속층(10p)의 하단까지 스며 들어갈 수 있기 때문에 금속층(10p)과 열전도 필름(20p) 간의 접합력이 한층 더 높아질 수 있는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
10, 10a 내지 10p: 금속층
11, 11a 내지 11p: 제1 본체
13i, 13k, 13l, 13p: 관통공
15, 15a 내지 15p: 스파이크
18i, 18m: 버어
19g: 슬릿
20, 20a 내지 20p: 열전도 필름
21, 21a 내지 21p: 제2 본체
23j: 오목부
50: 프레스
25, 25a 내지 25p: 노치
26n, 26o, 26p: 관통공
30, 30a 내지 30p: 열전도 시트 복합재
33f: 도금층
35: 접착층

Claims (25)

  1. 평판의 형태로 구성된 제1 본체와, 상기 제1 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체로부터 돌출 형성된 스파이크를 포함하며, 등방성 열전도성을 갖는 금속층; 및
    평판의 형태로 구성된 제2 본체와, 상기 제2 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제2 본체로부터 오목하게 형성되고 상기 스파이크에 대향하는 노치를 포함하며, 비등방성 열전도성을 갖는 열전도 필름을 포함하는 열전도 시트 복합재로서,
    상기 열전도 필름에서, 상기 제2 본체의 평판에 수직인 방향으로의 열전도도가 상기 제2 본체의 평판에 평행한 방향으로의 열전도도보다 작으며,
    상기 노치와 상기 스파이크 간의 압착에 의해 상기 금속층 및 상기 열전도 필름이 접합되는, 열전도 시트 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노치는, 상기 노치를 갖지 않는 상기 열전도 필름과 상기 스파이크를 갖는 금속층 간의 압착에 의해 생성되는, 열전도 시트 복합재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 필름은 그라파이트 필름이고 상기 금속층은 알루미늄 층 또는 구리층인, 열전도 시트 복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    스파이크의 종단면은 상기 제1 본체로부터 멀어질수록 작아지는, 열전도 시트 복합재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스파이크는, 상기 제1 본체의 평판상의 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 다른 스파이크와 이격되어 있는, 열전도 시트 복합재.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스파이크는, 상기 제1 본체의 평판상의 제1 방향으로 동일한 단면을 갖도록 연속적으로 연장 형성되고, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로는 다른 스파이크와 이격되어 있는, 열전도 시트 복합재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스파이크는 상기 제1 방향으로의 압출(extrusion) 또는 인발(drawing) 공정에 의해 생성되는, 열전도 시트 복합재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스파이크는 상기 제1 본체로부터 일정한 종단면으로 연장되는 연장부와, 상기 연장부와 연결되며 상기 제1 본체로부터 멀어질수록 종단면이 작아지는 테이퍼부를 포함하는, 열전도 시트 복합재.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스파이크는 상기 제1 본체로부터 멀어질수록 종단면이 작아지는 테이퍼부가 상기 수직인 방향으로 반복 형성되는, 열전도 시트 복합재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 접합된 금속층 및 열전도 필름의 외면에 형성되는 도금층을 더 포함하는, 열전도 시트 복합재.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 방향으로 동일한 단면을 갖도록 연속적으로 연장 형성된 스파이크에, 상기 제2 방향으로 추가적인 슬릿이 형성되는, 열전도 시트 복합재.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스파이크는 상기 금속층의 상기 제1 본체의 평판 상에 샌딩 블라스트(sanding blast)을 통해 형성되는, 열전도 시트 복합재.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 제1 본체는 상기 수직인 방향으로 관통되는 복수의 관통공을 포함하고,
    상기 스파이크는 상기 관통공의 에지 부근에서 돌출되는 버어(burr)인, 열전도 시트 복합재.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열전도 필름의 제2 본체는, 상기 열전도 필름의 제2 본체로부터 상기 관통공 내부로 외향 굴곡(convex)되는 엠보싱(embossing)을 포함하는, 열전도 시트 복합재.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 금속층과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 상기 열전도 필름의 양면 중에서 상기 금속층과 상기 열전도 필름이 접합된 면과 반대쪽 면에 접합되는 추가 금속층을 더 포함하는, 열전도 시트 복합재.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 열전도 필름과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 상기 금속층의 양면 중에서 상기 금속층과 상기 열전도 필름이 접합된 면과 반대쪽 면에 접합되는 추가 열전도 필름을 더 포함하는, 열전도 시트 복합재.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 필름은, 상기 열전도 필름의 양면 중에서 상기 금속층과 접합된 면과 반대쪽 면에 오목부를 포함하고,
    상기 오목부의 두께는 상기 오목부 이외의 부분의 두께보다 작은, 열전도 시트 복합재.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 제2 본체의 평판상에서 일축 방향으로 동일한 단면을 갖도록 연속적으로 연장 형성되는, 열전도 시트 복합재.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 스파이크는 상기 스파이크의 말단 에지로부터 상기 수직인 방향으로 돌출되는 버어(burr)를 포함하는, 열전도 시트 복합재.
  20. 평판의 형태로 구성된 제1 본체와, 상기 제1 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 본체로부터 돌출 형성된 스파이크를 포함하며, 등방성 열전도성을 갖는 금속층; 및
    평판의 형태로 구성된 제2 본체와, 상기 제2 본체에 대해 수직인 방향으로 상기 제2 본체를 관통하여 형성되는 관통공을 포함하며, 비등방성 열전도성을 갖는 열전도 필름을 포함하는 열전도 시트 복합재로서,
    상기 열전도 필름에서, 상기 제2 본체의 평판에 수직인 방향으로의 열전도도가 상기 제2 본체의 평판에 평행한 방향으로의 열전도도보다 작으며,
    상기 스파이크는 상기 관통공에 삽입되는, 열전도 시트 복합재.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 금속층의 제1 본체와 상기 열전도 필름의 제2 본체 사이에 상기 금속층과 상기 열전도 필름을 접착하기 위한 접착층을 더 포함하는, 열전도 시트 복합재.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 접착층은 상기 관통공에서 상기 스파이크가 삽입된 부분 이외의 공간을 충진하는, 열전도 시트 복합재.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제2 본체는 상기 스파이크와 다른 스파이크 사이에서 제2 본체를 관통하는 대응 관통공을 포함하는, 열전도 시트 복합재.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 금속층과 상기 열전도 필름이 접합될 때, 상기 관통공의 적어도 일부는 상기 대응 관통공과 중첩되는, 열전도 시트 복합재.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 접착층은 상기 관통공에서 상기 스파이크가 삽입된 부분 이외의 공간 및 상기 관통공과 중첩되는 상기 대응 관통공까지 충진하는, 열전도 시트 복합재.


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