KR20230044638A - 포팅재 조성물, 이 포팅재 조성물을 이용하여 포팅 몰드를 제조하는 방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 포팅 몰드 - Google Patents

포팅재 조성물, 이 포팅재 조성물을 이용하여 포팅 몰드를 제조하는 방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 포팅 몰드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핫멜트 고분자를 이용하여 높은 열전도도를 유지하면서 점도를 낮추어 작업성이 향상되고 내부 기공이 생성되지 않는 성형물을 제공할 수 있는 포팅재 조성물 및 이 포팅재 조성물을 이용하여 포팅 몰드를 제조하는 방법을 제공하는 것이 특징이다.

Description

포팅재 조성물, 이 포팅재 조성물을 이용하여 포팅 몰드를 제조하는 방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 포팅 몰드{A potting material composition, a method of manufacturing a potting mold using the potting material composition, and a potting mold manufactured by the manufacturing method}
본 발명은 핫멜트 고분자를 이용하여 높은 열전도도를 유지하면서 점도를 낮추어 작업성이 향상되고 내부 기공이 생성되지 않는 성형물을 제공할 수 있는 포팅재 조성물 및 이 포팅재 조성물을 이용하여 포팅 몰드를 제조하는 방법을 제공하는 것이 특징이다.
방열 포팅재의 열전도도를 높이기 위해서, 알루미늄, 은, 알루미나와 같은 열전도성 필러를 수지에 배합을 한다. 고방열을 위해서 열전도성 필러를 첨가하게 되는데 필러 배합비가 높아질수록, 수지의 점도가 높아져 포팅재의 작업성 저하 및 내부기공으로 인한 단품 신뢰성이 악화된다. 이를 해결하기 위해 BNNT(Boron Nitride Nanotubes)와 같은 침상형 필러를 같이 배합하여 열전도도를 높이고 열전도 필러의 총 함량을 낮춰 수지의 점도를 낮춘다.
하지만, 위와 같은 종래기술은 BNNT와 같은 침상형 필러를 배합하는 과정에서 침상형 필러의 배향이 틀어질 경우, 열전도도 향상 효과가 저하되고, BNNT와 같은 특수 필러의 재료비가 비싸 상용화 하기 어려운 단점이 있다.
한국등록특허 제10-1754775호는 에폭시 포팅재에 입자크기가 서로 다른 필러를 첨가함으로써 내열특성, 내열충격성 및 기계적 물성을 향상시킴과 동시에 부품에 적용하기 위해 요구되는 점도 특성을 향상시킬 목적을 가지나, 여전히 성형 작업등을 현저히 개선할 수 있을 정도의 점도 특성을 갖는 포팅재를 제시하지 못하고 있다.
한국등록특허 제10-1754775호
본 발명에 의하면, 높은 열전도성을 가지며 점도를 낮출 수 있는 포팅재 조성물을 제공할 목적이 있다.
본 발명에 의하면, 성형물 내부에 기공을 생성시키지 않는 포팅재 조성물을 제공할 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 의하면, 베이스 수지; 핫멜트 고분자; 및 필러; 를 포함하고, 상기 핫멜트 고분자는 고체상인 것을 특징으로 하는 포팅재 조성물을 제공한다.
상기 베이스 수지는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 핫멜트 고분자는 폴리아마이드계, 폴리올레핀계 및 폴리스타이렌계 중 어느 하나의 고분자를 포함하는 포함하는 것일 수 있다.
상기 핫멜트 고분자는 폴리아마이드계 고분자를 포함하고, 상기 폴리아마이드계 고분자는 다이머산 및 에틸렌 디아민을 포함하는 것일 수 있다.
상기 폴리아마이드계 고분자는 다이머산 50 내지 70 중량% 및 에틸렌 디아민 30 내지 50 중량% 포함하는 것일 수 있다.
상기 핫멜트 고분자는 수산화기(-OH)를 갖는 다이머를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 다이머는 상기 폴리아마이드계 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 1.00 중량부 포함되는 것일 수 있다.
상기 필러는 열전도성 필러를 포함하는 것일 수 있다.
상기 열전도성 필러는 알루미나 및 은 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 핫멜트 고분자의 융점(melting point)이 상기 베이스 수지의 경화온도 보다 낮은 것일 수 있다.
상기 핫멜트 고분자의 융점은 60℃ 이하이고, 상기 베이스 수지의 경화온도는 110℃ 이상인 것일 수 있다.
상기 포팅재 조성물은 베이스 수지 18 내지 32 중량%, 핫멜트 고분자 10 내지 20 중량% 및 필러 58 내지 62 중량% 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 포팅재 조성물을 준비하는 준비 단계; 상기 포팅재 조성물을 가열하여 액상 혼합물을 제조하는 용융 단계; 및 상기 액상 혼합물을 포팅하는 성형 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 포팅 몰드 제조방법을 제공한다.
용융 단계에서 상기 가열로 상기 고체상의 핫멜트 고분자가 용융되어 액체상으로 변형되는 것일 수 있다.
상기 액체상의 핫멜트 고분자의 점도는 1,000cps 이하인 것일 수 있다.
용융 단계에서 상기 가열은 상기 핫멜트 고분자의 융점 이상이고, 상기 베이스 수지의 경화온도 이하인 것일 수 있다.
용융 단계에서 상기 가열은 70 내지 100℃에서 진행되는 것일 수 있다.
상기 액상 혼합물의 점도는 15,000cps 이하인 것일 수 있다.
상기 액상 혼합물의 접착강도는 7.5MPa 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 포팅 폴드의 제조방법에 의해 제조되고, 열전도도가 2.5W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 포팅 몰드를 제공한다.
본 발명에 따르면, 높은 열전도성을 가지며 점도를 낮출 수 있는 포팅재 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 성형물 내부에 기공을 생성시키지 않는 포팅재 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 포팅재 조성물을 가열할 경우 핫멜트 고분자의 상변화를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예1에서 제조된 포팅 몰드의 내부 품질을 관찰한 것이다.
도 3은 본 발명의 비교예1에서 제조된 포팅 몰드의 내부 품질을 관찰한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 발명은 핫멜트 고분자를 이용하여 높은 열전도도를 유지하면서 점도를 낮추어 작업성이 향상되고 내부 기공이 생성되지 않는 성형물을 제공할 수 있는 포팅재 조성물 및 이 포팅재 조성물을 이용하여 포팅 몰드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 포팅재 조성물에 포함되는 각 구성 성분에 대해 설명하고, 이후 상기 포팅재 조성물을 이용하여 포팅 몰드를 제조하는 방법에 대해 설명하도록 하겠다.
포팅재 조성물
본 발명의 포팅재 조성물은 베이스 수지, 핫멜트 고분자 및 필러를 포함하는 것이 특징이다.
베이스 수지
본 발명의 베이스 수지는 바람직하게 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 베이스 수지의 경화온도는 110℃ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 포팅재 조성물은 상기 베이스 수지를 18 내지 32 중량% 로 포함할 수 있다.
핫멜트 고분자
본 발명의 포팅재 조성물은 고체상을 갖는 핫멜트 고분자를 포함하는 것이 특징이다.
상기 핫멜트 고분자의 융점(melting point)은 상기 베이스 수지의 경화온도 보다 낮은 것이 바람직하며, 구체적으로 상기 핫멜트 고분자의 융점은 60℃ 이하인 것이 바람직하다.
상기 핫멜트 고분자는 폴리아마이드계, 폴리올레핀계 및 폴리스타이렌계 중 어느 하나의 고분자를 포함하고, 바람직하게 상기 핫멜트 고분자는 폴리아마이드계 고분자를 포함한다.
상기 폴리아마이드계 고분자는 다이머산 및 에틸렌 디아민을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 다이머산 50 내지 70 중량% 및 에틸렌 디아민 30 내지 50 중량% 포함한다.
상기 핫멜트 고분자는 바람직하게 수산화기(-OH)를 갖는 다이머를 더 포함하는 것이 특징이다. 이때 상기 다이머는 폴리아마이드계 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 1.00 중량부 포함된다. 이때 상기 다이머가 0.01 중량부 미만이면 액상 혼합물의 접착강도가 저하되는 문제가 생기면, 1.00 중량부 초과하면 수산화기의 가수분해 특성으로 인해 고온 고습 조건에서 내가수분해가 일어나 포팅 몰드 표면이 녹는 현상이 발생할 있다.
본 발명의 포팅재 조성물은 상기 핫멜트 고분자를 10 내지 20 중량% 로 포함할 수 있다. 이때 상기 핫멜트 고분자의 함량이 10 중량% 미만이면 액상 혼합물의 점도 개선 효과를 얻을 수 없으며, 20 중량% 초과하면 포팅 몰드의 내열충격성이 약화될 수 있다.
필러
본 발명의 필러는 열전도성 필러를 포함할 수 있으며, 바람직하게 알루미나 및 은 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 필러는 구형, 침형 또는 막대형 등의 형상일 수 있으며, 바람직하게 구형의 형상을 갖는다. 이때 상기 구형의 형상을 갖는 필러의 직경은 바람직하게 50㎛ 이하이다.
본 발명의 포팅재 조성물은 상기 필러를 58 내지 62 중량% 로 포함할 수 있다.
포팅 몰드 제조방법
본 발명의 포팅재 제조방법은 포팅재 조성물을 준비하는 준비 단계, 상기 포팅재 조성물을 가열하여 액상 혼합물을 제조하는 용융 단계 및 상기 액상 혼합물을 포팅하는 성형 단계를 포함하는 것이 특징이다.
이하, 각 단계별로 설명하도록 하겠다.
준비 단계
본 발명의 포팅재 조성물을 준비하는 단계로, 상기 포팅재 조성물은 바람직하게 베이스 수지, 핫멜트 고분자 및 필러를 포함한다. 보다 구체적으로 상기 베이스 수지, 핫멜트 고분자 및 필러를 균일하게 혼합하여 포팅재 조성물을 준비하게 된다.
상기 포팅재 조성물은 고체상의 핫멜트 고분자를 포함하고 있는데, 혼합 시 상기 핫멜트 고분자의 깨짐을 방지하기 위해 물리적은 충격을 가하여 진행하지 않으며, 바람직하게 상기 혼합은 탈포장치를 이용하여 진행할 수 있으며, 이를 통해 교반뿐만 아니라 포팅재 조성물 내부에 갇힌 기포 등을 제거하는 효과도 얻을 수 있다.
용융 단계
포팅재 조성물을 가열하여 액상 혼합물을 제조하는 단계이다. 구체적으로 액체상의 베이스 수지 및 고체상의 핫멜트 고분자를 포함하는 포팅재 조성물에 열을 가하여 상기 핫멜트 고분자를 용융시키는 단계이다. 이때 가열은 베이스 수지가 경화되지 않는 정도로 진행되는 것이 바람직하다. 가열에 의해 핫멜트 고분자가 액체상으로 변형되게 되는데, 바람직하게 상기 가열은 핫멜트 고분자의 융점 이상 및 베이스 수지의 경화 온도의 이하 온도에서 진행된다.
도 1에는 포팅재 조성물을 가열할 때, 고체상을 가지며 베이스 수지 내에 분산되어 있는 핫멜트 고분자가 액체상으로 용융되는 과정이 간단히 나타나 있다. 액체상으로 변한 핫멜트 고분자는 베이스 수지 내에 균일하게 분산되어 존재할 수 있다.
상기 가열은 바람직하게 70 내지 100℃에서 진행된다.
상기 가열에 의해 용융된 액체상의 핫멜트 고분자의 점도는 1,000cps 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 핫멜트 고분자는 액상화가 진행되어 점도가 매우 낮아지며, 이로 인해 액상 혼합물 전체의 윤활유 역할을 하는 것이 특징이다.
상기 액상 혼합물의 점도는 15,000cps 이하이며, 접착강도는 7.5MPa 이상인 것이 특징이다.
성형 단계
액상 혼합물을 포팅하는 단계이다. 상기 포팅(potting)은 반도체 또는 전기부품 분야에서 패키징을 하는 일반적인 방법으로 진행될 수 있으며, 본 발명에서 이 과정에 대해 특별히 한정하지는 않겠다.
상기 성형 단계에서 액상 혼합물을 목적하는 부위에 도포 또는 주입한 후, 상기 액상 혼합물을 경화시키는 단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 경화는 자연적인 경화 또는 인위적인 열을 가하여 진행될 수 있다.
상기 경화에 의해 본 발명의 포팅 몰드가 완성될 수 있다.
포팅 몰드
본 발명의 포팅 몰드 제조방법에 의해 제조된 포팅 몰드는 열전도도가 2.5W/mK 이상인 것이 특징이다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예1 내지 실시예7 , 비교예1 내지 비교예7
하기 포팅재 조성물을 하기 표 1과 같이 준비하였다.
구분 베이스 수지*
(wt%)
필러*
(wt%)
핫멜트*
(wt%)
실시예1 30 60 10
실시예2 25 60 15
실시예3 20 60 20
실시예4 22 58 18
실시예5 25 58 18
실시예6 20 62 18
실시예7 25 62 13
비교예1 40 60 -
비교예2 15 60 25
비교예3 35 60 5
비교예4 30 57 13
비교예5 27 63 10
비교예6 19 60 21
비교예7 31 60 9
*베이스 수지 = 에폭시 수지
*필러 = 구형 알루미나 필러(직경 약 50㎛)
*핫멜트 고분자 =
폴리아마이드(다이머산 60wt%, 에틸렌 디아민 40wt%) + 수산화기(-OH)를 포함하는 고순도 다이머(폴리아마이드 100중량부 대비 1중량부)
비교예8
수산화기를 포함하는 고순도 다이머를 첨가하지 않은 핫멜트 고분자를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예1과 동일한 구성으로 핫멜트 조성물을 제조하였다.
실험예1
상기 실시예 및 비교예의 포팅재 조성물을 90℃ 온도로 가열하여 액상 혼합물을 제조하고, 상기 액상 혼합물에 대한 물성을 하기 표 2에 기재하였다.
구분 열전도
(W/mK)
점도
(cps)
열충격 평가
실시예1 2.8 20,000 OK
실시예2 2.8 19,000 OK
실시예3 2.8 14,000 OK
실시예4 2.6 16,000 OK
실시예5 2.6 17,000 OK
실시예6 2.8 16,000 OK
실시예7 2.8 19,000 OK
비교예1 2.8 38,000 OK
비교예2 2.8 13,000 crack
비교예3 2.8 30,000 OK
비교예4 2.1 25,000 OK
비교예5 2.9 35,000 OK
비교예6 2.8 15,000 crack
비교예7 2.8 28,000 OK
*평가 방법
- 점도 : ISO 2555
- 열전도도 : ASTM E1461 Laser flash
- 열충격 : -30℃(30분) ↔ 110℃(30분), 770cycle
실험예2
상기 실시예1 및 비교예8의 포팅재 조성물을 90℃ 온도로 가열하여 액상 혼합물을 제조하고 접착강도를 측정하여 하기 표 3에 기재하였다.
구분 접착강도
(MPa)
실시예1 7.8
비교예8 7.0
실험예3
상기 실시예1 및 비교예1의 포팅재 조성물을 90℃ 온도로 가열하여 액상 혼합물을 제조하고, 이를 경화시켜 포팅 몰드를 제조하고, 그 내부를 관찰하여 도 2 및 도 3에 각각 나타내었다.
도 2는 실시예1의 포팅재 조성물을 이용하여 제조된 포팅 몰드로 내부에 기공이 없는 것을 확인할 수 있다. 반면 도 3은 비교예1의 포팅재 조성물을 이용하여 제조된 포팅 몰드로 내부에 발생한 기포로 인해 품질에 문제가 있는 것을 확인할 수 있다.

Claims (20)

  1. 베이스 수지;
    핫멜트 고분자; 및
    필러; 를 포함하고,
    상기 핫멜트 고분자는 고체상인 것을 특징으로 하는 포팅재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인 포팅재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 핫멜트 고분자는 폴리아마이드계, 폴리올레핀계 및 폴리스타이렌계 중 어느 하나의 고분자를 포함하는 포함하는 것인 포팅재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 핫멜트 고분자는 폴리아마이드계 고분자를 포함하고,
    상기 폴리아마이드계 고분자는 다이머산 및 에틸렌 디아민을 포함하는 것인 포팅재 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폴리아마이드계 고분자는 다이머산 50 내지 70 중량% 및 에틸렌 디아민 30 내지 50 중량% 포함하는 것인 포팅재 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 핫멜트 고분자는 수산화기(-OH)를 갖는 다이머를 더 포함하는 것인 포팅재 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다이머는 상기 폴리아마이드계 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 1.00 중량부 포함되는 것인 포팅재 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필러는 열전도성 필러를 포함하는 것인 포팅재 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 알루미나 및 은 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인 포팅재 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 핫멜트 고분자의 융점(melting point)이 상기 베이스 수지의 경화온도 보다 낮은 것인 포팅재 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 핫멜트 고분자의 융점은 60℃ 이하이고,
    상기 베이스 수지의 경화온도는 110℃ 이상인 것인 포팅재 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 포팅재 조성물은 베이스 수지 18 내지 32 중량%, 핫멜트 고분자 10 내지 20 중량% 및 필러 58 내지 62 중량% 포함하는 것인 포팅재 조성물.
  13. 제1항의 포팅재 조성물을 준비하는 준비 단계;
    상기 포팅재 조성물을 가열하여 액상 혼합물을 제조하는 용융 단계; 및
    상기 액상 혼합물을 포팅하는 성형 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 포팅 몰드 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    용융 단계에서 상기 가열로 상기 고체상의 핫멜트 고분자가 용융되어 액체상으로 변형되는 것인 포팅 몰드 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 액체상의 핫멜트 고분자의 점도는 1,000cps 이하인 것인 포팅 몰드 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    용융 단계에서 상기 가열은 상기 핫멜트 고분자의 융점 이상이고, 상기 베이스 수지의 경화온도 이하인 것인 포팅 몰드 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    용융 단계에서 상기 가열은 70 내지 100℃에서 진행되는 것인 포팅 몰드 제조방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 액상 혼합물의 점도는 15,000cps 이하인 것인 포팅 몰드 제조방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 액상 혼합물의 접착강도는 7.5MPa 이상인 것인 포팅 몰드 제조방법.
  20. 제13항의 제조방법에 의해 제조되고,
    열전도도가 2.5W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 포팅 몰드.
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