KR20230023525A - 열전도성 인터페이스 점착시트 - Google Patents
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Abstract
두께가 얇으면서 자기점착성 및 퍼짐성을 구비하고 제조 및 사용이 용이한 열전도성 인터페이스 점착시트가 개시된다. 구리 시트; 상기 구리 시트의 한 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성이면서 열가소성인 시트 형상의 제1폴리머점착제; 및 상기 구리 시트의 반대 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성이면서 열가소성인 시트 형상의 제2폴리머점착제로 구성되고, 상기 제1 및 제2폴리머점착제는 상기 구리 시트의 두께보다 두껍고, 상온에서 상기 대상물이 누르는 힘에 의해 퍼져서 상기 대상물의 표면에 형성된 미세 홈의 일부를 채운 후 상기 자기점착력에 의해 상기 미세 홈과의 접촉을 유지하여 상기 대상물 표면에 넓게 접촉하고, 상기 대상물의 온도가 높아지면 상기 제1 및 제2폴리머점착제는 연화(softening)되어 더 소프트해진다.
Description
본 발명은 열전도성 인터페이스 점착시트에 관한 것으로, 특히 두께가 얇으면서 자기점착성 및 퍼짐성을 구비하고 열전도가 좋은 열전도성 인터페이스 점착시트에 관련한다.
전자통신 기술이 발전하면서 CPU나 디스플레이 등의 성능이 향상되어 이들로부터 열이 많이 발생하여 발생한 열을 효율적으로 전달하거나 냉각하는 것이 중요해지고 있고 이들 위해 열전도성 고무, 구리 시트, 인조그라파이트 시트, 히트 파이프 또는 베이퍼 챔버 등이 용도에 맞게 적용된다.
열전도성 고무는 대상물 사이에 개재되어 쿠션을 가지며 상하 방향으로 열 전달을 하고, 인조그라파이트 시트는 주로 면방향으로 열 전달을 하며, 히트 파이프와 베이퍼 챔버는 진공에서 냉매가 기체와 액체로 번갈아 상변화(Phase Change)하여 열을 전달하고 방출한다.
일 실시 예로, 열을 발생하는 CPU와 열을 냉각하는 히트싱크 사이에는 고상의 열전도성 실리콘고무 시트, 액상의 열전도성 실리콘고무 겔(gel) 또는 그리스(grease) 등의 열전도성 인터페이스 재료(Interface Material)가 개재되어 CPU에서 발생한 열을 냉각을 위한 히트싱크에 효율적으로 전달한다.
발열체인 CPU의 열을 냉각체인 히트싱크에 잘 전달하기 위해서는 서로 대향하여 위치한 CPU와 히트싱크의 평탄도(flatness)와 표면 거칠기(surface roughness)및 간격 및 이 사이에 개재된 열전도성 인터페이스 재료의 열 전도율, 두께, 점착성 및 퍼짐성이 중요하고, CPU와 히트싱크 사이의 열 저항을 낮추기 위해서는 이들의 간격을 좁게하고 표면이 평편하고 매끄로운 것이 바람직하다.
열전도성 인터페이스 재료로 통상 서멀 갭 패드(Thermal Gap Pad)라 명칭되는 고상으로 된 열전도성 실리콘고무 시트를 사용한다.
이러한, 열전도성 실리콘고무 시트는 탄성에 의한 쿠션을 가져 상하 방향으로의 열 전달은 잘하나 면 방향으로의 열 전달인 열 확산이 적으며, 두께가 얇고, 경도가 낮으며 열 전도율이 좋은 열전도성 실리콘고무 시트는 기계적인 강도가 약하여 제조, 취급 및 가공이 어렵고 자기점착력이 낮다는 단점이 있다.
또한, 열전도성 실리콘고무 시트는 열 경화하여 제조되는 열경화성 제품이므로 이후 제공되는 열에 의해 용융되거나 연화되기 어려워 외부의 힘에 의해 더 이상 퍼지기 어렵다.
다른 실시 예로, 열전도성 인터페이스 재료로 자기점착성과 퍼짐성을 갖는 액상의 겔이나 그리스를 사용하는 경우에 그리스는 비교적 얇게 도포되고 겔은 비교적 두꺼운 두께로 도포된다.
이와 같이, 자기점착력과 퍼짐성이 있는 그리스나 겔은 대향하는 대상물 표면에 형성된 미세 홈과 간격을 메워 대상물 표면의 넓은 면적에 접촉할 수 있어서 결과적으로 대상물과의 열저항이 적어 열전달이 잘 된다.
그러나, CPU 표면의 균일한 면적에 균일한 양의 겔이나 그리스를 도포하기 어렵고, 누르는 힘이나 방법에 의해 겔이나 그리스가 한쪽 방향으로 삐져 나올 수 있다는 단점이 있다.
또한, 주사기 등에 담긴 겔이나 그리스를 CPU 위에 정밀하게 토출하기 위해서는 디스펜서(Dispensor) 등의 장치가 필요하다.
종래 기술의 단점을 극복하기 위해, 본 출원인이 출원한 한국 등록 특허 2092312에 의하면, 서로 대향하는 대상물 사이에 개재되어 열을 전달하는 열전도성 복합시트로서, 일정한 두께를 갖는 금속 베이스 시트; 상기 베이스 시트의 한 면에 경화에 의해 접착된 열전도성 및 열 경화성의 탄성을 구비한 고무층; 및 상기 베이스 시트의 다른 면에 점착된 열전도성 및 열 가소성의 폴리머 시트를 포함하며, 상기 고무층은 하나의 대상물과 접촉하는 접촉면과 상기 베이스 시트에 접착하는 접착면을 구비하고, 상기 폴리머 시트는 다른 대상물과 접촉하는 접촉면과 상기 베이스 시트에 점착하는 점착면을 구비하고, 상기 고무층은, 상기 고무층에 대응하는 액상의 열전도성 고무를 상기 베이스 시트의 한 면에 캐스팅하고 열 또는 UV 경화하여 상기 열 경화성을 구비하며, 상기 고무층과 상기 폴리머 시트는 다음의 조건을 충족하여 상기 대상물 중 어느 하나를 분리할 때 상기 복합시트는 다른 대상물에 부착을 유지함과 동시에 상기 고무층이 상기 베이스 시트로부터 분리되지 않는 것을 특징으로 하는 열전도성 복합 시트가 개시된다.
이러한 구조에 의하면, 고무층은 자기점착력은 약하거나 거의 없어서 다양한 표면 거칠기를 갖는 대상물의 표면에 형성된 다수의 홈을 충분히 메우며 자기점착 하기 어렵다.
또한, 고무층은 경화된 제품으로 고무층이 대상물 사이에 개재된 상태에서 발열체의 온도가 높아져도 고무층의 퍼짐성 등의 물리적인 변화가 적다.
또 다른 종래의 기술에 의하면, 온도가 높아지면 상(Phase)이 변하는 상변화 열전 시트(PCM:Phase Chang Material TIM Sheet)는 통상 폴리머수지에 파라핀(Paraffin) 왁스(Wax)가 적용되는 단일체로 구성되어 대상물 사이에 개재되어 온도가 올라가면 상이 변하면서 열 전달을 하고 일부 열을 소비한다.
그러나 이러한 상변화 열전시트는 상온에서 비교적 딱딱하여 퍼짐성이 적고 자기점착력이 약하여 대향하는 대상물의 표면의 미세 홈을 충분히 채우기 어렵고 미세 홈에 점착된 후 미세 홈과의 지속적인 접촉을 신뢰성 있게 유지하기 어려우며, 대상물의 온도가 올라가도 자기점착력이 작고 상하방향으로 열전달은 잘하나 면 방향으로 열확산이 적다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 대향하는 대상물과의 열저항이 작도록 두께가 얇으며 제조 및 사용이 편리한 열전도성 인터페이스 점착시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상하 방향으로 열 전달을 잘 하면서 면 방향으로도 열 확산을 잘 하는 열전도성 인터페이스 점착시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상온에서도 자기점착력이 크고 퍼짐성이 있어 대향하는 대상물 표면에 넓은 면적으로 탄성을 가지며 신뢰성 있게 접촉할 수 있는 열전도성 인터페이스 점착시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대향하는 대상물 사이에 개재된 상태에서 대상물에서 제공하는 온도가 높아지면 자기점착력 또는 퍼짐성이 향상되어 대상물 표면에 더 넓은 면적으로 탄성을 가지며 신뢰성 있게 접촉할 수 있는 열전도성 인터페이스 점착시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발열체의 온도가 높아지면 열전도성 인터페이스 점착시트의 상태 변화되거나 상변화 되어 발열체의 열을 일부 소비하면서 열 전달하는 열전도성 인터페이스 점착시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 구리 시트의 측벽의 부식을 최소화하고 구리 시트의 측벽과의 전기적인 접촉을 줄일 수 있는 열전도성 인터페이스 점착시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대향하는 대상물 사이에 대상물에 설치나 취급이 용이하고 대상물을 교체시 이를 제거하기 용이한 열전도성 인터페이스 점착시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 발열체와 냉각체로 이루어진 서로 대향하는 대상물 사이의 개재되어 열을 전달하는 열전도성 인터페이스 점착시트로서, 구리 시트; 상기 구리 시트의 한 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성인 시트 형상의 제1폴리머점착제; 및 상기 구리 시트의 반대 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성인 시트 형상의 제2폴리머점착제로 구성되고, 상기 제1 및 제2폴리머점착제는 전기절연의 열전도성 세라믹 파우더가 혼합된 열가소성인 아크릴계 점착제로 상기 금속 시트보다 두껍고 상기 발열체와 상기 냉각체 사이의 탄성 접촉을 제공할 정도의 두께를 구비하고, 상기 대상물이 누르는 힘에 의해 상기 대상물의 표면에 형성된 미세 홈의 일부에 밀려 들어가 채우고, 상기 발열체의 온도가 높아지면 상기 제1 및 제2폴리머점착제의 운동에너지가 커져서 상기 아크릴계 점착제가 연화를 포함하는 상태 변화가 이루어져 상기 미세 홈의 나머지 부분을 더 채우기 용이한 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 발열체와 냉각체로 이루어진 서로 대향하는 대상물 사이의 개재되어 열을 전달하는 열전도성 인터페이스 점착시트로서, 구리 시트; 상기 구리 시트의 한 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성인 시트 형상의 제1폴리머점착제; 및 상기 구리 시트의 반대 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성인 시트 형상의 제2폴리머점착제로 구성되고, 상기 제1 및 제2폴리머점착제는 전기절연의 열전도성 세라믹 파우더가 혼합된 열가소성인 아크릴계 점착제로 상기 구리 시트보다 2배 이상 두껍게 형성되어 상기 발열체와 상기 냉각체 사이의 탄성 접촉을 제공하면서 상기 대상물이 누르는 힘에 의해 상기 대상물의 표면에 형성된 미세 홈의 일부에 밀려 들어가 채우고, 상기 발열체의 온도가 높아지면 상기 제1 및 제2폴리머점착제는 연화를 포함하는 상태 변화가 이루어져 상기 발열체의 온도의 일부를 소비하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트가 제공된다.
바람직하게, 열전도성 인터페이스 점착시트는 상기 발열체보다 크게 형성되어, 상기 발열체와 상기 냉각체에 점착되는 제1부분과 상기 발열체에 접촉하지 않고 상기 냉각체에만 점착되는 제2부분으로 구성되고, 상기 제1부분에서 상기 열전도성 인터페이스 점착시트는 상기 대상물 사이에서 상하방향으로 열전달하면서 면방향으로 열확산하고, 상기 제2부분에서 상기 구리 시트에 의해 면 방향으로 열확산한다.
상기의 구성에 의하면, 두께가 얇으며 기계적인 지지대의 역할을 하는 구리 시트의 상하 표면 전체에 기계적인 강도가 낮은 열전도성 폴리머점착제가 점착되므로 제조가 용이하고 사용이 편리하다.
또한, 퍼짐성과 탄성이 있는 폴리머점착제에 의해 상하 방향으로 열 전달을 잘 하고 열전도율이 좋은 구리 시트에 의해 면 방향으로 열 확산을 잘하며 열전도성 인터페이스 점착시트의 두께가 얇아서 대상물과의 열저항이 작다.
또한, 폴리머점착제는 두께가 구리 시트보다 2배 이상 두꺼워 상온에서도 퍼짐이 좋아 대상물 표면의 미세 홈에 많이 채워지기 용이하고 채워진 후에도 자기점착력에 의해 미세 홈과 접촉을 유지하기 용이하여 대향하는 대상물 표면에 넓은 면적으로 신뢰성 있게 자기점착되어 접촉하여 열저항이 작다.
또한, 폴리머점착제는 열 가소성 수지이므로 대상물의 온도가 높아지면 기계적인 강도가 낮아져 퍼짐성이 향상되고 부피가 커져서 대향하는 대상물의 표면에 더 넓은 면적으로 보다 신뢰성 있게 접촉할 수 있고 발열체의 온도가 높아지면 발열체의 열은 폴리머점착제의 상태 변화나 상변화에 따른 운동 에너지로 소비되어 상기 열의 일부를 소비한다.
또한, 구리 시트의 측벽의 적어도 일부를 덮도록 형성된 폴리머점착제는 구리 시트의 측벽의 부식을 방지하면서 이 부위에서의 전기적인 연결을 방지한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도성 인터페이스 점착시트를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 2-2를 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 열전도성 인터페이스 점착시트를 적용한 상태를 보여준다.
도 4는 본 발명의 열전도성 인터페이스 점착시트를 적용한 다른 상태를 보여준다.
도 2는 도 1의 2-2를 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 열전도성 인터페이스 점착시트를 적용한 상태를 보여준다.
도 4는 본 발명의 열전도성 인터페이스 점착시트를 적용한 다른 상태를 보여준다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하며, 이들 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 위한 의도로서만 제공된다는 것에 유의해야 한다.
도 1(a)과 1(b)은 각각 본 발명의 실시 예에 따른 열전도성 인터페이스 점착시트를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 2-2를 따라 절단한 단면도이다.
열전도성 인터페이스 점착시트(100)는 대향하는 대상물 사이에 개재되어 한쪽에서 발생한 열을 다른 쪽으로 전달하는 역할을 한다.
일 예로, 열전도성 인터페이스 점착시트(100)는 인쇄회로기판 위에 실장된 전자부품과, 금속으로 구성된 케이스 사이에 개재되어 전자부품으로부터 발생한 열을 케이스로 전달하는 역할을 할 수 있으며, 전자부품으로는 반도체 칩이나 IC 또는 LED 등일 수 있고, 케이스 이외에 알루미늄 히트싱크, 커버 또는 브래킷일 수 있다.
도 2를 참조하면, 열전도성 인터페이스 점착시트(100)는, 구리 시트(130), 구리 시트(130)의 하면에 자기점착되는 시트 형상의 열전도성인 폴리머점착제(110), 및 구리 시트(130)의 상면에 자기점착되는 시트 형상의 열전도성인 폴리머점착제(120)로 구성된다.
폴리머점착제(110, 120)는 열전도성이 큰 열전도성 세라믹 파우더가 고루 혼합된 유연성이 있고 퍼짐성이 있는 열 가소성의 아크릴계 점착제로 지지대의 역할을 하는 얇은 두께의 구리 시트의 상하면에 점착되어 형성된다.
아크릴계 점착제를 구성하는 아크릴 점착수지는, 가령 주 모노머가 탄소수 2~10 정도의 아크릴 알킬 에스테르(acryl alkyl ester)로 구성되어 가교를 위해 관능성 모노머를 중합한 폴리머가 사용되며 점착 부여제, 가소제 및 경화제의 양을 조절함으로써 적절한 경도, 퍼짐성 및 자기점착력을 갖는다.
폴리머점착제(110, 120)는 상온에서 무르고 퍼짐성이 좋고 자기점착력을 가져 대향하는 대상물의 누르는 힘에 의해 퍼져서 대상물의 표면에 넓은 면적으로 자기점착하여 접촉하며 열 가소성의 성질에 의해 대상물에서 제공되는 열에 의해 상태 변화, 가령 연화(softening)가 용이하여 더 물러지고 퍼짐성이 향상되어 대상물의 표면에 더 신뢰성 있고 더 넓게 접촉할 수 있다.
연화는 결정질의 고체를 구성하지 못하는 고분자에서 관찰되는 현상으로 고분자를 가열하여 온도를 높이면 운동에너지가 증가하면서 유동성을 보이는 순간이 나타나는 유리전이점(연화점)온도, 가령, 열변형 온도(HDT: Heat Deflection Temperature)에서 시작된다.
통상의 열가소성 폴리머도 열에 의해 연화되나 분자량이 높고 경도가 높은 경우에 비교적 연화점이 비교적 높아 본 발명의 목적에는 적당하지 않다.
본 발명에서 폴리머점착제(110, 120)의 연화점은 폴리머점착제(110, 120)를 구성하는 아크릴 점착수지와 열전도성 세라믹 파우더에 의해 결정된다.
바람직하게, 발열체가 제공하는 최대 온도는 95℃이고 폴리머점착제(110, 120)의 연화점은 그 이하의 온도에서 이루어진다.
이를 위해 아크릴 점착수지가 경도 및 내열온도가 낮고 퍼짐성이 좋게 아크릴 점착수지를 중합 및 배합하여 사용하고 이를 위한 아크릴 점착수지는 비교적 분자 간의 거리가 길고 분자량이 낮다.
폴리머점착제(110, 120)가 발열체로부터 발생하는 열에 의해 온도가 높아지면 폴리머점착제(110, 120)의 연화에 의해 더 물러지고 퍼짐성이 향상되어 대상물 표면의 미세 홈에 더 많은 양의 폴리머점착제(110, 120)가 채워질 수 있어 접촉 면적이 증가하여 자기점착력이 증가하고 신뢰성 있는 접촉이 이루어지면서 열저항이 낮아질 수 있다.
또한, 온도가 높아지면서 더 물러지고 퍼김성이 더 좋아져 발열체의 열은 폴리머점착제(110, 120)의 연화에 의한 상태 변화에 따른 운동 에너지로 소비되어 아주 작은 양의 열을 소비할 수 있다.
선택적으로, 폴리머점착제(110, 120)의 적어도 어느 하나에는 폴리머점착제(110, 120)의 연화점을 낮추거나 폴리머점착제(110, 120)를 상변화 하기 위해서 상변화 물질(Phase Changing Material)인 파라핀(Paraffin)이 포함될 수 있다.
여기서 파라핀은 발열체가 제공하는 최대 온도 이내에서 상변화 하는데 바람직하게 이 보다 낮은 온도 가령 45℃에서 상변화 하고, 파라핀을 혼합할 경우 발열체가 제공하는 온도에 파라핀이 녹아 흘러내리지 않도록 파라핀이 내부에 있고 파라핀의 외부를 아크릴 등의 폴리머수지가 감싼 캡슐을 사용한다.
폴리머점착제(110, 120)에 파라핀이 포함된 경우에 폴리머점착제(110, 120)는 보다 낮은 온도에서 상태 변화하고 상변화하면서 발열체의 열을 일부 소비하여 파라핀을 포함하지 않은 열전도성 시트에 비해 발열체의 온도를 조금이라도 낮출 수 있다.
폴리머점착제(110, 120)의 두께는 상온에서 폴리머점착제(110, 120)가 대상물 사이에서 탄성적으로 대상물과 접촉하고 대상물의 표면에 형성된 미세 홈에 충분히 채워지도록 구리 시트(130)의 두께보다 2배 이상 두꺼운 것이 바람직하다.
바람직하게, 폴리머점착제(110, 120)의 두께는 0.020mm 내지 0.05mm이다.
바람직하게, 폴리머점착제(110, 120)의 두께, 열 전도율 및 자기점착력은 제조나 사용의 편의를 위해 서로 같으나 이에 한정하지는 않는다.
상온에서의 폴리머점착제(110, 120)의 자기점착력은 통상의 열전도성 실리콘고무의 갭 패드(Gap Pad)나 상변화 열전시트가 갖는 자기점착력보다 높은 200gf/inch 이상이 바람직하고 동일한 두께 및 동일한 열전도율을 갖는 경우에 자기점착력이 클수록 좋다.
예를 들어, 폴리머점착제(110, 120)의 퍼지는 정도는 액상의 겔이나 그리스가 퍼지거나 흐르는 정도에 미치지 못하지만, 폴리머점착제(110, 120)의 자기점착력은 액상의 겔이나 그리스의 자기점착력보다 커서 액상의 겔이나 그리스와 유사하게 대상물에 자기점착된 후 대상물과 신뢰성 있는 접촉을 유지할 수 있다.
바람직하게, 폴리머점착제(110, 120)는 대향하는 대상물인 CPU 또는 알루미늄 방열판 등과 전기적인 접촉이나 부식이 발생하지 않게 전기 절연이다.
구리 시트(130)는 열전도율, 유연성 및 연신성이 좋게 불순물이 없는 순동이 바람직하며 두께는 0.005mm 내지 0.012mm일 수 있는데, 구리 시트(130)의 두께가 이보다 두꺼우면 기구적 강도가 커서 폴리머점착제(110, 120)가 대상물과 넓은 면적에서 신뢰성 있게 접촉하는데 방해가 될 수 있고 열전도성 인터페이스 시트(100)의 두께가 두꺼워진다는 단점이 있다.
예를 들어, 구리 시트(130)의 두께는 폴리머점착제(110, 120)를 형성하거나 취급할 수 있는 정도의 얇은 두께가 바람직하고, 이 경우 기계적인 강도가 약하여 대상물이 제공하는 적은 힘에 의해 대상물 표면의 상태에 적합한 대응이 용이하며, 폴리머점착제(110, 120)의 두께, 자기점착력 및 열전도율 등을 효과적으로 선택하기 용이하다.
대상물과 폴리머점착제(110, 120)의 열 저항은 대상물 표면의 면적, 거칠기, 평탄도 및 대상물의 간격 등에 의해 달라지는데, 폴리머점착제(110, 120)의 두께가 너무 두꺼우면 열전도성 인터페이스 시트(100)의 두께가 두꺼워져 열저항이 커진다는 단점이 있고 너무 얇으면 퍼짐성에 의한 퍼짐량이 작아 대향하는 대상물의 간극이나 대상물의 표면에 생긴 미세 홈을 충분히 채우지 못하므로 폴리머점착제(110, 120) 두께는 열 저항이 적게 적절하게 선택한다.
이 실시 예에 의한 열전도성 인터페이스 점착시트(100)가 대상물 사이에 개재된 상태에서 대상물이 서로 결합하여 열전도성 인터페이스 점착시트(100)가 눌리면 폴리머점착제(110, 120)는 대상물이 가하는 힘에 의해 퍼지면서 대상물, 가령 CPU나 히트싱크의 간격을 메꾸면서 CPU나 히트싱크의 표면에 형성되는 미세 홈의 일부를 채우게 된다.
이때, 폴리머점착제(110, 120)에 포함된 전기절연인 열전도성 세라믹 파우더의 입자 크기는 대상물의 표면의 미세 홈의 크기보다 작거나 유사하면 폴리머점착제(110, 120)가 미세 홈에 더 잘 채워질 수 있다.
또한, 열전도율을 크게 하려면 열전도성 세라믹 파우더를 많이 넣어야 하기 때문에 이에 따라 자기점착력은 낮아지므로 적절한 자기점착력을 갖도록 세라믹 파우더의 양을 조정하여 넣는다.
바람직하게, 폴리머점착제(110, 120)의 표면이 매끄럽고 면 방향의 열전도율이 좋도록 열전도성 세라믹 파우더는 입자 크기가 D50 < 8㎛인 판상(Flake) 형태의 질화 보론 파우더(BN: Boron Nitride Powder)이고, 미세 홈을 보다 잘 메우기 위하여 입자 크기가 D50 < 3㎛인 열전도성 알루미나(Al2O3) 파우더가 포함될 수도 있다.
통상 열전도성 세라믹 파우더의 입자 크기가 클수록 이를 적용하는 폴리머점착제(110, 120)의 열전도율이 좋은데 길이나 폭보다 두께가 얇은 질화 보론 파우더에 의해 폴리머점착제(110, 120)는 두께는 얇고 표면은 매끄러우면서 면 방향의 열확산이 좋다.
이와 같이, 폴리머점착제(110, 120)가 대상물, 가령 전자부품이나 히트싱크의 표면에 형성되는 미세 홈의 일부를 채움으로써 대상물과 폴리머점착제(110, 120)가 실질적으로 접촉하는 표면적이 넓어져 대상물에 대한 폴리머점착제(110, 120)의 실질적인 자기점착력이 증가한다.
또한, 폴리머점착제(110, 120)가 경도가 낮고 잘 퍼져서 대상물의 간격을 메우며 미세 홈에 용이하게 채워지고 채워진 후 자기점착력에 의해 넓은 면적으로 신뢰성 있게 접촉하여 결과적으로 열저항이 낮아진다.
한편, 이러한 상태로 사용하는 중에 발열체로부터 발생하는 열에 의해 폴리머점착제(110, 120)는 연화 또는 열 변화하거나 상변화하여 보다 물러져서 퍼짐이 더 용이하여 채워지지 않은 미세 홈의 빈 공간(22a)을 더 채울 수 있다.
그 결과, 폴리머점착제(110, 120)는 대상물 표면과의 더 넓은 면적에서 신뢰성 있는 접촉을 이룰 수 있어 열저항이 적어 열 전달이 더욱 잘 된다.
이와 같은 상태에서 전자부품에서 발생한 열은, 폴리머점착제(120) - 구리 시트(130) - 폴리머점착제(110)를 통하여 히트 싱크에 잘 전달되어 열이 잘 방출된다.
한편, CPU와 같은 발열체가 아이들 상태가 되어 열을 적게 발생하여 높아진 온도가 다시 상온으로 내려가더라도 폴리머점착제(110, 120)는 미세 홈을 채워 얻은 자기점착력에 의해 미세 홈과의 접촉을 유지한다.
바람직하게, 열전도성 인터페이스 점착시트(100)는 대향하는 대상물과 열저항이 적게 두께는 0.05mm 내지 0.11mm이고 열전도성은 상하 방향으로 1W/m.K 이상이다.
이와 같이, 열전도성 인터페이스 점착시트(100)는 대상물 사이에 개재되어 폴리머점착제(110, 120)에 의해 상하방향으로 열 전달을 잘하며 구리 시트에 의해 면 방향으로의 열 확산을 잘한다.
또한, 열전도성 인터페이스 점착시트(100)의 기구적 강도는 주로 구리 시트(130)가 제공하고 퍼짐 및 자기점착의 성능은 폴리머점착제(110, 120)가 제공하여 대상물 사이에서 열 저항이 최소화되고 열 전달이 최대화되며 전체적으로 기구적인 강도가 있어서 사용 및 취급이 용이하다.
이하, 열전도성 인터페이스 점착시트를 제조하는 방법을 설명한다.
롤(Roll)로 된 구리 시트(130)의 한 면과 다른 면에 미리 준비된 자기점착력과 퍼짐성을 갖는 각각의 폴리머점착제(110)과 폴리머점착제(120)를 롤-투-롤 방식으로 적층하고 합지하여 적층체를 구성한다. 여기서, 폴리머점착제(110)와 폴리머점착제(120)는 기계적인 강도를 갖는 PET 이형 필름 위에 캐스팅 공정 및 설비에 의해 제조되어 일정한 두께를 갖는다.
바람직하게, 폴리머점착제(110, 120)는 두께가 일정하고 기포가 덜 발생하고 얇은 두께에서 자기점착력과 탄성이 좋도록 무용제 타입을 UV 경화로 제조된다.
이후 롤-투-롤 방식으로 만들어진 넓은 크기의 적층체를 칼날 금형에 의해 정해진 크기로 절단되어 단위 시트(10)인 열전도성 인터페이스 점착시트(100)를 제조한다.
이때, 폴리머점착제(110)과 폴리머점착제(120)는 두께가 얇고 기계적인 강도가 약하여 연신되기 용이하며 자기점착력을 가지므로 외부로 노출되는 폴리머점착제(110)과 폴리머점착제(120)에는 각각의 보호 필름이 점착된다.
상기의 실시 예에 의하면, 열전도성 인터페이스 점착시트(100)를 롤-투-롤 방식으로 폴리머점착제(110, 120)와 구리 시트(130)를 적층하고 합지한 후 칼날 절단하여 생산하므로 제조가 쉽고 경제적이다.
도 2에 따르면, 폴리머점착제(110, 120)가 물러서 퍼짐이 잘되고 자기점착력이 크고 두께가 비교적 두꺼운 경우, 도 2의 확대한 원안에 점선으로 나타낸 것처럼, 절단과정에서 폴리머점착제(120)의 측면 부분이 칼날에 점착된 상태로 칼날 진행방향, 즉 하방으로 연신하고 연신된 부분이 폴리머점착제(110)의 측면의 일부분에 겹쳐 서로 자기점착되거나 측벽의 일부분에 점착되어 형성될 수 있다.
또는, 절단 공정이 완료된 후, 절단된 단위 복합시트를, 가령 열을 가하면서 등수압 압착하면, 두께방향에서 점선으로 나타낸 상면과 하면이 화살표를 따라 이동하여 압축되고, 수평방향에서 점선으로 나타낸 연신된 부분을 포함하는 폴리머점착제(110, 120)의 측면이 화살표를 따라 밀려나면서 확장 부분(140)을 일부 형성하여 사선으로 해칭된 형상으로 변할 수 있다.
이와 같이, 확장 부분(140)은 폴리머점착제(110, 120)가 서로 자기점착된 부분이거나 측벽에만 자기점착된 부분으로 확장 부분(140)에 의해 구리 시트(130)의 측벽의 부식이 최소화되고 측벽에서의 다른 부품과의 전기적 접촉을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 열전도성 인터페이스 점착시트를 적용한 상태를 보여준다.
확대된 원은 발열체(20)와 폴리머점착제(110) 사이의 자기점착 상태를 확대하여 보여준다.
발열체(20)의 표면에는 다수의 미세 홈(22)이 형성되어 울퉁불퉁한 면을 이루는데, 잘 알려진 것처럼, 미세 홈(22)의 크기와 형태에 의해 표면 거칠기가 결정된다.
열전도성 인터페이스 점착시트(100)가 회로기판(10) 위에 실장된 발열체(20)와 히트싱크(30) 사이에 개재되어 히트싱크(30)는, 가령 도시되지 않은 브래킷에 의해 탄성적으로 회로기판(10)에 고정된다.
이때, 히트싱크(30)가 회로기판(10)에 장착될 때 가해지는 누르는 힘에 의해 열전도성 인터페이스 점착시트(100)가 눌리면 폴리머점착제(110, 120)는 이 힘에 의해 빈 공간으로 퍼지면서 발열체(20) 및 히트싱크(30) 사이의 간격을 메꾸면서 발열체(20)의 표면에 형성된 미세 홈(22)의 일부를 채우게 되는데, 미세 홈(22)을 완전하게 채우지는 못하여 빈 공간(22a)이 잔류할 수 있다.
그럼에도 폴리머점착제(110)가 미세 홈(22)의 일부를 채움으로써 발열체(20)의 실질적인 표면적이 넓어져 발열체(20)에 대한 폴리머점착제(110)의 자기점착력이 증가한다.
한편, 이러한 상태로 사용하는 중 발열체(20)로부터 발생하는 열에 의해 폴리머점착제(110)는 연화하여 더 물러져 미세 홈(22)의 빈 공간(22a)을 추가로 채울 수 있다.
이때, 열에 의해 폴리머점착제(110)는 더 물러져 퍼짐성이 향상되어 빈 공간(22a)을 추가로 채울 수 있으며 추가로 채운 후 증가한 자기점착력에 의해 빈 공간(22a)에 형성된 대상물의 표면과 신뢰성 있게 점착하여 결과적으로 대상물과 보다 넓은 면적에서 신뢰성 있게 접촉할 수 있다.
그 결과, 발열체(20)에 대한 폴리머점착제(110)의 자기점착력이 더욱 증가하여 발열체(20)와의 대부분에서 밀착을 이룰 수 있어 열 전달이 더욱 잘 된다.
한편, 발열체(20)의 온도가 높아지면 연화 등과 같이 폴리머점착제(110, 120)의 상태가 변화하는데, 이와 같은 상태 변화에 필요한 운동 에너지로 발열체(20)에서 발생한 열을 소비할 수 있어 열 방출 효율을 일부 높일 수 있다.
여기서, 히트싱크(30)에 자기점착된 폴리머점착제(120)도 상기와 비슷한 특성이 구현된다.
도 4는 본 발명의 열전도성 인터페이스 점착시트를 적용한 다른 상태를 보여준다.
열전도성 인터페이스 점착시트(100)의 일부분이 회로기판(10) 위에 실장된 발열체(20)와 히트싱크(30) 사이에 개재되어 히트싱크(30)는, 가령 도시되지 않은 브래킷에 의해 탄성적으로 회로기판(10)에 고정된다.
여기서, 발열체(20)의 크기가 히트싱크(30)의 크기보다 작은데 점착시트(100)는 히트싱크(30)의 크기에 맞추어 공용되거나 발열체(20)의 크기보다 크다.
따라서, 발열체(20)의 크기는 점착시트(100)보다 작을 수밖에 없고 점착시트(100)에서 발열체(20, 21)와 접촉하지 않는 부분(102)은 히트싱크(30)에만 점착된다.
이러한 구조에 의하면, 발열체(20)로부터 발생한 열은 점착시트(100)를 통하여 상하방향으로 열 전달이 이루어지면서 구리 시트(130)를 통하여 면방향(수평방향)으로 열 확산이 이루어진다.
그 결과, 발열체(20)로부터 발생한 열은 열전도성 인터페이스 점착시트(100)에 의해 발열체(20)로부터 열확산에 의해 신속하게 다른 위치로 이동하기 때문에 발열체(20)의 온도가 증가하는 것을 빠르게 전달할 수 있다.
다른 실시 예로서, 면 방향으로의 열 확산을 위해 구리 시트(130)의 적어도 한 면에는 스퍼터링에 의해 그라파이트를 코팅하여 면방향으로의 열 전달 특성을 향상시킬 수 있다.
이 실시 예에서, 발열체(20)와 접촉하지 않는 부분(102)의 열전도성 인터페이스 점착시트(100)의 노출면에는 절연 필름(200)이 폴리머점착제의 자기점착력에 의해 부착될 수 있다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 열전도성 인터페이스 점착시트
110, 120: 폴리머점착제
130: 구리 시트
110, 120: 폴리머점착제
130: 구리 시트
Claims (16)
- 발열체와 냉각체로 이루어진 서로 대향하는 대상물 사이의 개재되어 열을 전달하는 열전도성 인터페이스 점착시트로서,
구리 시트;
상기 구리 시트의 한 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성인 시트 형상의 제1폴리머점착제; 및
상기 구리 시트의 반대 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성인 시트 형상의 제2폴리머점착제로 구성되고,
상기 제1 및 제2폴리머점착제는 전기절연의 열전도성 세라믹 파우더가 혼합된 열가소성인 아크릴계 점착제로 상기 금속 시트보다 두껍고 상기 발열체와 상기 냉각체 사이의 탄성 접촉을 제공할 정도의 두께를 구비하고, 상기 대상물이 누르는 힘에 의해 상기 대상물의 표면에 형성된 미세 홈의 일부에 밀려 들어가 채우고,
상기 발열체의 온도가 높아지면 상기 제1 및 제2폴리머점착제의 운동에너지가 커져서 상기 아크릴계 점착제가 연화를 포함하는 상태 변화가 이루어져 상기 미세 홈의 나머지 부분을 더 채우기 용이한 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 미세 홈의 일부를 채움으로써 상기 대상물과 상기 제1 및 제2폴리머점착제가 실질적으로 접촉하는 표면적이 넓어져 상기 대상물에 대한 상기 제1 및 제2폴리머점착제와 실질적인 자기점착력이 증가하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 미세 홈의 나머지를 채움으로써 상기 대상물과 상기 제1 및 제2폴리머점착제가 실질적으로 접촉하는 표면적이 더 넓어져 상기 대상물에 대한 상기 제1 및 제2폴리머점착제의 실질적인 자기점착력이 더 증가하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 높아진 온도가 다시 상온으로 내려가면 상기 제1 및 제2폴리머점착제는 상기 자기점착력에 의해 상기 미세 홈의 일부와 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 발열체에서 발생한 열의 일부는, 상기 제1 및 제2폴리머점착제의 상태 변화에 따른 운동 에너지로 소비되는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 열전도성 세라믹 파우더는 적어도 질화 붕소 파우더(BN: Boron Nitride Powder)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 구리 시트의 적어도 한 면 위에는 스퍼터링에 의해 그라파이트 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 제1 및 제2폴리머점착제의 두께, 열 전도율 및 자기점착력은 서로 같은 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 제1 및 제2폴리머점착제의 적어도 하나에는 상변화 물질인 파라핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 시트. - 청구항 9에서,
상기 파라핀은 상기 파라핀의 외부를 아크릴수지가 감싼 캡슐 형상인 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 시트. - 청구항 9에서,
상기 파라핀은 상기 발열체가 제공하는 온도 이내에서 상변화 하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 9에서,
상기 발열체에서 발생한 열의 일부는, 상기 파라핀의 상변화에 따른 운동 에너지로 소모되어 상기 열의 일부를 소비하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1에서,
상기 제1 및 제2폴리머점착제의 가장자리는 등수압 압착에 의해 연신되거나 칼날 절단에 의해 연신되어 상기 자기점착력에 의해 서로 자기점착되어 확장 부분을 형성하고, 상기 확장 부분이 상기 구리 시트의 측벽을 따라 상기 구리 시트의 측벽의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 발열체와 냉각체로 이루어진 서로 대향하는 대상물 사이의 개재되어 열을 전달하는 열전도성 인터페이스 점착시트로서,
구리 시트;
상기 구리 시트의 한 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성인 시트 형상의 제1폴리머점착제; 및
상기 구리 시트의 반대 면에 적층되어 자기점착력에 의해 자기점착되고, 열전도성인 시트 형상의 제2폴리머점착제로 구성되고,
상기 제1 및 제2폴리머점착제는 전기절연의 열전도성 세라믹 파우더가 혼합된 열가소성인 아크릴계 점착제로 상기 구리 시트보다 2배 이상 두껍게 형성되어 상기 발열체와 상기 냉각체 사이의 탄성 접촉을 제공하면서 상기 대상물이 누르는 힘에 의해 상기 대상물의 표면에 형성된 미세 홈의 일부에 밀려 들어가 채우고, 상기 발열체의 온도가 높아지면 상기 제1 및 제2폴리머점착제는 연화를 포함하는 상태 변화가 이루어져 상기 발열체의 온도의 일부를 소비하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 14에서,
상기 제1 및 제2폴리머점착제의 적어도 어느 하나에는 파라핀을 포함하여 상기 발열체의 온도에서 상변화하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트. - 청구항 1 또는 14의 열전도성 인터페이스 점착시트를 적용하고,
상기 열전도성 인터페이스 점착시트는 상기 발열체보다 크게 형성되어, 상기 발열체와 상기 냉각체에 점착되는 제1부분과 상기 발열체에 접촉하지 않고 상기 냉각체에만 점착되는 제2부분으로 구성되고,
상기 제1부분에서 상기 열전도성 인터페이스 점착시트는 상기 대상물 사이에서 상하방향으로 열전달하면서 면방향으로 열확산하고, 상기 제2부분에서 상기 구리 시트에 의해 면 방향으로 열확산하는 것을 특징으로 하는 열전도성 인터페이스 점착시트의 부착 구조.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117895210A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 北京钧天航宇技术有限公司 | 一种热控装置及制备方法、t/r组件、有源相控阵天线 |
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2021
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117895210A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 北京钧天航宇技术有限公司 | 一种热控装置及制备方法、t/r组件、有源相控阵天线 |
| CN117895210B (zh) * | 2024-03-15 | 2024-05-10 | 北京钧天航宇技术有限公司 | 一种热控装置及制备方法、t/r组件、有源相控阵天线 |
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