KR20230172133A - 방열시트 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시형태에 따른 방열시트는 그라파이트 시트; 및 상기 그라파이트 시트 상에 배치되는 금속층;을 포함하고, 상기 금속층은 상기 그라파이트 시트와 접하여 배치되며, 상기 금속층 표면의 평균 개구율은 1 % 이하이고, 상기 그라파이트 시트와 금속층 사이 계면의 최대높이 거칠기(Ryi)에 대한 상기 금속층의 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ram)의 비율(Ram/Ryi)은 0.05 이상일 수 있다.
Description
본 발명은 방열시트에 관한 것이다. 본 발명은 중소벤처기업부의 65인치 QD-OLED TV용 대면적 방열시트 제품화 기술개발(과제고유번호: 1711122878, 사업기간: 2021.11.01 ~ 2022.10.31)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 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 있다.
일반적인 방열 시트는 구리 시트, 구리/그라파이트 적층체, 그라파이트 시트 등을 사용하였다. 이 중 구리 시트는 방열 특성과 전자파 차폐 특성을 함께 가지는 장점이 있으나, 두께가 두꺼워지면 유연성이 부족하고, 밀도가 높아 경량화에 한계가 있다. 또한, 그라파이트 시트는 높은 열전도도를 가지며 무게가 가벼운 장점이 있으나, 전자파 차폐를 위한 별도의 시트를 추가하여야 하는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 제안된 것이 구리/그라파이트 적층체이다. 하지만 구리 시트와 그라파이트 시트는 서로 표면 물성이 현저하게 차이가 나는 것으로, 별도의 접착제를 사용하여 이들을 부착시켜야 하나, 접착제를 이루는 고분자의 낮은 열전도도로 인하여 전체적인 열전도 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한 접착층의 두께로 인하여 박형 방열 시트를 구현하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는 열전도도가 개선된 방열시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는 얇은 두께를 가지면서도 기계적 내구성이 우수한 방열시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는 별도의 실링부가 없어도 분진 방지 기능을 가지는 방열시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 방열시트는 그라파이트 시트; 및 상기 그라파이트 시트 상에 배치되는 금속층;을 포함하고, 상기 금속층은 상기 그라파이트 시트와 접하여 배치되며, 상기 금속층 표면의 평균 개구율은 1 % 이하이고, 상기 그라파이트 시트와 금속층 사이 계면의 최대높이 거칠기(Ryi)에 대한 상기 금속층의 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ram)의 비율(Ram/Ryi)은 0.05 이상일 수 있다.
이 때, 상기 그라파이트 시트 및 상기 금속층을 포함하는 방열시트의 두께 방향의 열전도율은 5 W/m·K 이상일 수 있다.
한편, 상기 그라파이트 시트와 상기 금속층 사이에 유기층이 배치되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 상기 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 1 μm 이하일 수 있다.
또한, 상기 금속층의 최대높이 거칠기(Ry)는 5 μm 이하일 수 있다.
또한, 상기 금속층의 평균 두께는 10 nm 이상 및/또는 30.0 μm 이하의 범위 내일 수 있다.
또한, 상기 금속층의 박리 강도는 상기 그라파이트 시트의 파괴 강도 보다 높을 수 있다.
또한, 상기 금속층은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속층은 증착층일 수 있다.
한편, 상기 그라파이트 시트의 평균 두께는 10 μm 이상 및/또는 1000 μm 이하일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 시트는 천연 그라파이트, 인조 그라파이트, 팽창흑연, 그래핀, 키쉬 흑연(kish graphite) 및 탄소 나노 튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 시트는 침상형 및/또는 판상형 구조를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 방열시트는 일면에 금속층이 배치되는 그라파이트 시트의 타면에 배치되는 금속층을 추가로 포함할 수 있다.
이 때, 상기 그라파이트 시트는 상기 2개의 금속층과 직접 접하여 배치될 수 있다.
본 발명의 여러 효과 중 하나는 우수한 열전도도와 전자파 차폐 기능을 함께 가지는 방열시트를 제공할 수 있는 것이다.
본 발명의 여러 효과 중 하나는 방열시트의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 여러 효과 중 하나는 방열시트의 두께를 줄일 수 있는 것이다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전자파 차폐 및 방열 복합 시트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제조한 전자파 차폐 및 방열 복합 시트를 FIB(Focused Ion Beam) 밀링한 후 경계면을 촬영한 SEM 이미지이고, 도 3은 도 2의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 제조한 전자파 차폐 및 방열 복합 시트를 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제조한 전자파 차폐 및 방열 복합 시트에 대한 박리 테스트 후 표면을 촬영한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제조한 전자파 차폐 및 방열 복합 시트를 FIB(Focused Ion Beam) 밀링한 후 경계면을 촬영한 SEM 이미지이고, 도 3은 도 2의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 제조한 전자파 차폐 및 방열 복합 시트를 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제조한 전자파 차폐 및 방열 복합 시트에 대한 박리 테스트 후 표면을 촬영한 이미지이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이는 본 명세서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경 (modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물 (alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명할 수 있다.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
도면에서, X 방향은 제1 방향, L 방향 또는 길이 방향, Y 방향은 제2 방향, W 방향 또는 폭 방향, Z 방향은 제3 방향, T 방향 또는 두께 방향으로 정의될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명은 방열시트에 관한 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 방열시트를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방열시트(1)는 그라파이트 시트(10); 및 상기 그라파이트 시트(10) 상에 배치되는 금속층(20);을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 금속층(20)은 상기 그라파이트 시트(10)와 접하여 배치될 수 있다. 상기 금속층(20)이 상기 그라파이트 시트(10)와 접하여 배치된다는 것은, 상기 금속층(20)과 상기 그라파이트 시트(10)가 형성하는 계면이 존재하는 것을 의미할 수 있으며, 본 발명에 따른 방열시트(1)의 상기 금속층(20)이 상기 그라파이트 시트(10)에 부착된 구조를 가지는 것을 의미할 수 있다. 본 발명에 따른 방열시트는 상기와 같이 금속층과 그라파이트 시트가 접하도록 배치됨으로써 전체 두께를 낮출 수 있다.
그라파이트 시트와 구리 포일을 포함하는 종래의 적층형 방열 시트는 상기 그라파이트 시트와 구리 포일을 결합시키기 위해 접착제를 사용하였다. 그라파이트 시트와 구리 포일은 모두 표면 접착력을 가지지 못하기 때문에, 단일 시트 형태로 방열 시트를 제조하기 위한 방안이었으나, 상기 접착제는 다양한 문제점의 원인이 되었다. 우선 접착제를 구성하는 주성분인 고분자는 열전도도가 매우 낮은 특성이 있다. 이를 보완하기 위해 방열 필러 등을 접착제가 혼합하여 사용하는 경우가 있으나, 제품 비용이 상승하게 되고 무게가 증가하는 문제점이 발생한다. 또한 경화형 접착제는 경화 후 유연성이 크게 떨어지는 문제가 있으며, 열가소성 고분자를 사용하는 경우 가열 시 구리 포일과 그라파이트 시트를 고정시키지 못하는 문제가 발생한다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 따른 방열시트는 금속층과 그라파이트 시트가 서로 접하여 배치되도록 하여 열전도도와 기계적 내구성을 동시에 향상시킬 수 있으며, 금속층이 가지는 고유의 전자파 차폐 기능을 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방열시트의 금속층 표면의 개구율은 1 % 이하이고, 그라파이트 시트와 상기 금속층 사이 계면의 최대높이 거칠기(Ryi)에 대한 상기 금속층의 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ram)의 비율(Ram/Ryi)은 0.05 이상일 수 있다. 본 명세서에서 「개구율」은 일정 범위의 금속층의 면적에 대한 하부의 그라파이트 시트가 노출되는 면적의 비율을 의미할 수 있으며, 예를 들어 상기 금속층의 외표면적의 중심으로부터 단부까지의 최단 거리의 1/2를 반지름으로 하는 원 내부의 면적에 대하여 측정한 값을 의미할 수 있다. 상기 그라파이트 시트와 상기 금속층 사이 계면의 최대높이 거칠기(Ryi)에 대한 상기 금속층의 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ram)의 비율(Ram/Ryi)은 0.05 이상, 0.055 이상 또는 0.06 이상일 수 있으며, 0.20 이하, 0.19 이하 또는 0.18 이하일 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 전자파 차폐 및 방열 복합 시트의 두께 방향의 열전도율은 5 W/m·K 이상일 수 있다. 본 발명에 따른 전자파 차폐 및 방열 복합 시트는 전술한 바와 같이 금속층과 그라파이트층 사이에 별도의 층이 배치되지 않으므로, 전자파 차폐 및 방열 복합 시트의 열전도율은 상기 금속층과 그라파이트층의 열전도율에만 영향을 받을 수 있다. 이에 따라 종래의 방열 시트에 비해 높은 열전도율을 가질 수 있다. 상기 전자파 차폐 및 방열 복합 시트의 두께 방향의 열전도율은 예를 들어 5.0 W/m·K 이상, 6.0 W/m·K 이상, 7.0 W/m·K 이상, 8.0 W/m·K 이상, 9.0 W/m·K 이상 또는 10.0 W/m·K 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 7000 W/m·K 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 방열시트의 그라파이트 시트와 금속층 사이에 유기층이 배치되지 않을 수 있다. 상기 그라파이트 시트와 금속층 사이에 유기층이 배치되지 않는다는 것은 본 발명에 따른 방열시트의 내부에 일정 면적 이상, 예를 들어 100 μm2 이상의 면적을 가지는 유기층이 존재하지 않는 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 그라파이트 시트와 상기 금속층 사이에 유기층이 배치되지 않는 다는 것은 본 발명에 따른 방열시트의 그라파이트 시트와 금속층의 사이에 접착층이 배치되지 않는 것을 의미할 수 있다. 상기 유기층은 예를 들어 접착층일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 방열시트는 그라파이트 시트와 금속층이 접하도록 배치되며, 별도의 접착층을 포함하지 않는 구조를 가짐으로써 얇은 두께를 가지면서도 열전도도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 본 발명에 따른 방열시트의 그라파이트 시트 상에 배치되는 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 1 μm 이하일 수 있다. 본 명세서에서 중심선 평균 거칠기(Ra)는 상기 금속층의 중심을 지나는 절단면 상에서 측정한 값일 수 있으며, 또는 상기 금속층의 최외각 단부에서 측정한 값일 수 있다. 상기 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 1.0 μm 이하, 0.9 μm 이하, 0.8 μm 이하 또는 0.7 μm 이하일 수 있으며, 0.1 μm 이상, 0.15 μm 이상 또는 0.2 μm 이상일 수 있다.
한편 본 발명에 따른 방열시트의 금속층의 최대높이 거칠기(Ry)는 5 μm 이하일 수 있다. 상기 최대높이 거칠기(Ry)는 상기 금속층의 중심을 지나는 절단면 상에서 측정한 값일 수 있으며, 또는 상기 금속층의 최외각 단부에서 측정한 값일 수 있다. 상기 금속층의 최대높이 거칠기(Ry)는 5.0 μm 이하, 4.5 μm 이하, 4.0μm 이하 또는 3.5 μm 이하일 수 있으며, 0.5 μm 이상, 0.7 μm 이상 또는 1.0 μm 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 전자파 차폐 및 방열 복합 시트의 금속층의 평균 두께는 10 nm 이상 및/또는 30.0 μm 이하의 범위 내일 수 있다. 본 명세서에서 어느 층의 두께는 상기 층의 중심을 지나는 절단면 상에서 측정한 값일 수 있으며, 또는 상기 층의 최외각 단부에서 측정한 값일 수 있다. 또한 본 명세서에서 어느 층의 평균 두께는 상기 층에 대하여 등 간격으로 10곳에서 측정한 값의 산술 평균을 의미할 수 있다. 상기 금속층의 평균 두께는 30.0 μm 이하, 25.5 μm 이하 또는 20.0 μm 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속층의 평균 두께가 10 nm 미만인 경우 충분한 전자파 차폐 기능을 가지지 못할 수 있으며, 30 μm를 초과하는 경우 복합 시트의 전체 무게가 증가하여 박막 소자에 적용이 어려우며 유연성이 저하되어 밴딩 시 금속층에 크랙이 발생할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 방열시트의 금속층의 박리 강도는 그라파이트 시트의 파괴 강도 보다 높을 수 있다. 상기 금속층의 박리 강도가 상기 그라파이트 시트의 파괴 강도 보다 높다는 것은, 상기 금속층을 상기 그라파이트 시트로부터 분리되도록 기계적인 힘을 인가하였을 때 상기 금속층이 박리되는 것 보다 피착제인 상기 그라파이트 시트가 먼저 파괴되는 것을 의미할 수 있다. 즉, 상기 금속층에 대한 박리 테스트에서 피착제 파괴가 일어나는 값 이상의 박리 강도를 가지는 것을 의미할 수 있다. 상기 그라파이트 시트가 파괴된다는 것은, 예를 들어 상기 금속층을 박리시킬 때, 상기 금속층과 결합되어 있던 상기 그라파이트 시트 면적의 30% 이상이 파괴되는 것을 의미할 수 있다. 상기 금속층의 박리 강도는 예를 들어 ASTM D3330에 준하는 방법으로 테스트한 것일 수 있으며, 90° 각도로 박리 강도를 측정한 것일 수 있다. 접착제를 이용하여 그라파이트 시트와 금속 포일을 결합시키는 종래 방열 시트가 접착층의 접착력을 기준으로 박리 강도가 정해지는 것에 비해, 본 발명에 따른 방열시트는 그라파이트 시트 상에 금속층을 직접 형성하여 접착층 없이도 높은 기계적 강도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 방열시트의 금속층의 금속은 전술한 열전도도를 만족한다면 그 성분은 특별히 제한되지 않는다. 상기 금속은 예를 들어 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 방열시트의 금속층은 증착층일 수 있다. 상기 금속층은 그라파이트 시트 상에 전술한 금속 성분을 직접 증착하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 금속층은 증착층일 수 있다. 상기 금속층을 증착하는 방법은 전술한 금속층의 특성을 만족시킬 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 전자파 차폐 및 방열 복합 시트의 그라파이트층의 평균 두께는 10 μm 이상 및/또는 1000 μm 이하일 수 있다. 상기 그라파이트층의 평균 두께는 전술한 금속층의 평균 두께와 같은 방법으로 측정한 값일 수 있다. 상기 그라파이트층의 평균 두께가 10 μm 미만인 경우 목적하는 수준의 방열 성능을 구현하지 못할 수 있으며, 1000 μm를 초과하는 경우 박막 디스플레이 등에 적용이 어려울 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 충분한 방열 기능을 가지는 것이면 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 상기 그라파이트 시트는 예를 들어, 천연 그라파이트, 인조 그라파이트, 팽창흑연, 그래핀, 키쉬 흑연(kish graphite) 및 탄소 나노 튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 방열시트의 그라파이트 시트는 침상형 및/또는 판상형 구조를 포함할 수 있다. 상기 침상형 및/또는 판상형 구조는 상기 그라파이트 시트의 내부에 포함되는 구조일 수 있으며, 현미경 등으로 관찰할 경우 육안으로 보이는 형상을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 방열시트는 일면에 금속층이 배치되는 그라파이트 시트의 타면에 배치되는 금속층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 추가로 배치되는 금속층은, 그라파이트 시트 상에 배치된 금속층과 다른 면에 배치될 수 있으며, 금속층이 배치되지 않은 그라파이트 시트의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 방열시트는 그라파이트 시트의 두께 방향의 양면에 각각 금속층이 배치될 수 있다.
그라파이트 시트를 적용한 종래의 방열시트는 그라파이트 시트에서 발생하는 분진 등이 발생하는 문제가 있었다. 이러한 분진은 타발, 합지 작업을 수행하는 과정이나, 방열시트를 포함하는 물건에 가해지는 진동 등에 의해 발생하게 되며, 최종 제품의 품질을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 종래의 경우 이를 방지하기 위해 별도의 실링 부재를 사용하였으나, 이는 접착층과 마찬가지로 열전도율을 저하시키는 문제가 있었다. 반면 본 발명에 따른 방열시트는 그라파이트 시트 상에 직접 금속층을 형성하기 때문에 별도의 실링부재 없이도 분진을 방지할 수 있어 우수한 열전도도를 가질 수 있다.
상기 실시형태에서, 그라파이트 시트는 상기 2개의 금속층과 직접 접하여 배치될 수 있다. 즉 상기 그라파이트 시트의 두께 방향의 양면에 배치되는 금속층과 상기 그라파이트 시트 사이에는 별도의 접착층이 배치되지 않을 수 있다. 이 경우 본 발명에 따른 방열시트는 금속층; 그라파이트 시트; 및 금속층이 순차 적층된 구조를 가질 수 있으며, 상기 금속층; 그라파이트 시트; 및 금속층이 직접 접하여 배치되는 구조일 수 있다.
이하 하기의 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 후술하는 실시예들로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
두께가 0.82 mm인 그라파이트 시트(SS260-082, 네오그라프 사제)를 150 mm ⅹ 100 mm 크기로 준비하고, 상기 시트의 표면에 알루미늄(Al)으로 금속층을 형성하였다. 상기 금속층은 100 sccm의 아르곤(Ar)을 캐리어로 하고 2.5 ⅹ 10-3 Torr의 압력에서 준비한 그라파이트 시트 상에 알루미늄을 스퍼터링하여 형성하였다.
도 4는 그라파이트 시트 상에 알루미늄층을 형성한 실시예의 방열시트를 촬영한 이미지이다. 도 4를 참조하면, 그라파이트 시트 상에 고르게 알루미늄층이 증착되어 배치된 것을 확인할 수 있다.
실시예 2 내지 4
스퍼터링 과정에서 증착 시간을 조건을 조절하여 형성되는 금속층의 두께를 다르게 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 알루미늄을 이용하여 금속층을 형성하였다.
도 2는 상기 실시예 1에서 제조한 방열 시트를 10 μm ⅹ 10 μm의 크기로 FIB(Focused Ion Beam) 밀링한 후 경계면을 촬영한 SEM 이미지이고, 도 3은 상기 도 2의 확대도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 그라파이트층(10)과 금속층(20)이 접하여 배치된 것을 확인할 수 있다. 또한 상기 그라파이트층(10)과 금속층(20)의 사이에 다른 유기층을 포함하지 않는 것을 확인할 수 있다.
하기 표 1은 실시예 1 내지 4에서 제조된 방열 시트의 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대높이 거칠기(Ry)와, 그라파이트층 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대높이 거칠기(Ry)를 측정한 결과를 기재한 것이다.
| 측정 위치 | 실시예 1 (0.5μm) |
실시예 2 (1.0μm) |
실시예 3 (3.0μm) |
실시예 4 (5.0μm) |
그라파이트 시트① | |
| Ra [μm] | 1 | 0.367 | 0.321 | 0.320 | 0.263 | 0.511 |
| 2 | 0.300 | 0.250 | 0.307 | 0.349 | 0.673 | |
| 3 | 0.459 | 0.367 | 0.200 | 0.283 | 0.526 | |
| 4 | 0.285 | 0.313 | 0.246 | 0.263 | 0.575 | |
| Ry [μm] | 1 | 2.231 | 2.114 | 2.102 | 1.554 | 2.835 |
| 2 | 2.110 | 1.513 | 1.945 | 1.99 | 3.391 | |
| 3 | 2.720 | 2.157 | 1.290 | 1.939 | 3.008 | |
| 4 | 1.524 | 2.278 | 1.642 | 1.642 | 3.392 | |
| Ram/Ryi | 1 | 0.129 | 0.113 | 0.113 | 0.093 | 0.180 |
| 2 | 0.088 | 0.074 | 0.091 | 0.103 | 0.198 | |
| 3 | 0.153 | 0.122 | 0.066 | 0.094 | 0.175 | |
| 4 | 0.084 | 0.092 | 0.073 | 0.078 | 0.170 | |
| 평균 | 0.114 | 0.100 | 0.086 | 0.092 | 0.181 |
상기 표 1을 참조하면, 그라파이트 시트 외표면의 최대높이 거칠기(Ryi)에 대한 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ram)의 값은 0.05 이상의 값을 가지는 것을 알 수 있다.
<실험예 1>
상기 실시예 1에서 제조된 방열시트에 대하여 박리 강도 테스트를 수행하였다. 박리 강도 테스트는 시료를 금속 플레이트에 고정시킨 후 ASTM D3330의 시험방법 F에 따라 90° 각도로 금속층에 힘을 가하여 박리하여 진행하였으며, 박리 후 계면이 파괴되는지 여부를 광학 현미경을 통해 관찰하였다.
도 5는 그라파이트 시트의 표면에 직접 금속층을 형성한 방열시트에 대하여 박리 강도 테스트를 진행한 후 표면을 촬영한 이미지이다. 도 5에서 A 영역은 그라파이트 시트가 파괴된 영역이다. 상기 도 5의 A 영역을 살펴보면, 증착된 금속층을 박리한 후의 그라파이트 시트의 표면은 불규칙적으로 융기된 형상을 가지는 것을 확인할 수 있다. 표면 거칠기가 수 μm 이하인 그라파이트 시트를 육안으로 관찰할 경우 표면은 매끄러운 형상으로 보이는데, 상기와 같은 불규칙적 형상으로 융기된 구조가 보이는 것은 금속층을 박리하는 과정에서 그라파이트 시트의 표면이 파괴되어 발생하는 현상이다. 이와 같이 박리 테스트를 위해 힘을 인가한 A 영역의 경우 금속층과 그라파이트 시트의 계면이 박리되는 것이 아니라 그라파이트 시트의 일부가 금속층에 부착된채로 파단되는 결과를 통해 본 발명에 따른 방열시트의 금속층의 박리 강도는 상기 그라파이트층의 파괴 강도 보다 높은 것을 확인할 수 있다.
<실시예 5>
두께가 0.82 mm인 그라파이트 시트(QBC 0.82T, 방하이 사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 알루미늄을 이용하여 금속층을 형성하였다.
실시예 6 내지 8
스퍼터링 과정에서 증착 시간을 조건을 조절하여 형성되는 금속층의 두께를 다르게 한 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일하게 알루미늄을 이용하여 금속층을 형성하였다.
하기 표 2는 실시예 5 내지 8에서 제조된 방열 시트의 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대높이 거칠기(Ry)와, 그라파이트층 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대높이 거칠기(Ry)를 측정한 결과를 기재한 것이다.
| 측정 위치 | 실시예 5 (0.5μm) |
실시예 6 (1.0μm) |
실시예 7 (3.0μm) |
실시예 8 (5.0μm) |
그라파이트 시트② | |
| Ra [μm] | 1 | 0.278 | 0.314 | 0.23 | 0.283 | 0.437 |
| 2 | 0.256 | 0.332 | 0.171 | 0.328 | 0.362 | |
| 3 | 0.272 | 0.302 | 0.198 | 0.247 | 0.442 | |
| 4 | 0.276 | 0.314 | 0.278 | 0.26 | 0.409 | |
| Ry [μm] | 1 | 1.567 | 1.951 | 1.637 | 2.05 | 2.361 |
| 2 | 1.496 | 2.333 | 1.067 | 2.102 | 2.255 | |
| 3 | 1.484 | 1.942 | 1.409 | 1.615 | 2.676 | |
| 4 | 1.891 | 1.907 | 1.458 | 1.704 | 2.295 | |
| Ram/Ryi | 1 | 0.118 | 0.133 | 0.097 | 0.120 | 0.185 |
| 2 | 0.114 | 0.147 | 0.076 | 0.145 | 0.161 | |
| 3 | 0.102 | 0.113 | 0.074 | 0.092 | 0.165 | |
| 4 | 0.120 | 0.137 | 0.121 | 0.113 | 0.178 | |
| 평균 | 0.113 | 0.132 | 0.092 | 0.118 | 0.172 |
<실시예 9>
두께가 0.20 mm인 그라파이트 시트(TG771, 네오그라프 사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 알루미늄을 이용하여 금속층을 형성하였다.
실시예 10 내지 12
스퍼터링 과정에서 증착 시간을 조건을 조절하여 형성되는 금속층의 두께를 다르게 한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일하게 알루미늄을 이용하여 금속층을 형성하였다.
하기 표 3은 실시예 9 내지 12에서 제조된 방열 시트의 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대높이 거칠기(Ry)와, 그라파이트층 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대높이 거칠기(Ry)를 측정한 결과를 기재한 것이다.
| 측정 위치 | 실시예 5 (0.5μm) |
실시예 6 (1.0μm) |
실시예 7 (3.0μm) |
실시예 8 (5.0μm) |
그라파이트 시트② | |
| Ra [μm] | 1 | 0.299 | 0.251 | 0.194 | 0.362 | 0.466 |
| 2 | 0.272 | 0.303 | 0.39 | 0.31 | 0.328 | |
| 3 | 0.335 | 0.218 | 0.203 | 0.257 | 0.413 | |
| 4 | 0.302 | 0.224 | 0.343 | 0.204 | 0.399 | |
| Ry [μm] | 1 | 2.379 | 1.348 | 0.936 | 1.94 | 2.665 |
| 2 | 1.776 | 1.834 | 2.419 | 1.684 | 1.84 | |
| 3 | 2.379 | 1.569 | 1.327 | 1.436 | 2.374 | |
| 4 | 1.792 | 1.317 | 2.512 | 1.229 | 2.422 | |
| Ram/Ryi | 1 | 0.105 | 0.089 | 0.068 | 0.128 | 0.164 |
| 2 | 0.080 | 0.089 | 0.115 | 0.091 | 0.097 | |
| 3 | 0.111 | 0.072 | 0.067 | 0.085 | 0.137 | |
| 4 | 0.089 | 0.066 | 0.101 | 0.060 | 0.118 | |
| 평균 | 0.097 | 0.079 | 0.088 | 0.091 | 0.129 |
<실시예 13>
두께가 0.032 mm인 그라파이트 시트(DSN5032, DASEN 사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 알루미늄을 이용하여 금속층을 형성하였다.
실시예 14 내지 16
스퍼터링 과정에서 증착 시간을 조건을 조절하여 형성되는 금속층의 두께를 다르게 한 것을 제외하고는, 실시예 13과 동일하게 알루미늄를 이용하여 금속층을 형성하였다.
하기 표 4는 실시예 13 내지 16에서 제조된 방열 시트의 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대높이 거칠기(Ry)와, 그라파이트층 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대높이 거칠기(Ry)를 측정한 결과를 기재한 것이다.
| 측정 위치 | 실시예 13 (0.5μm) |
실시예 14 (1.0μm) |
실시예 15 (3.0μm) |
실시예 16 (5.0μm) |
그라파이트층④ | |
| Ra [μm] | 1 | 0.388 | 0.382 | 0.172 | 0.529 | 0.268 |
| 2 | 0.349 | 0.502 | 0.195 | 0.279 | 0.342 | |
| 3 | 0.265 | 0.294 | 0.300 | 0.425 | 0.505 | |
| 4 | 0.323 | 0.491 | 0.282 | 0.439 | 0.581 | |
| Ry [μm] | 1 | 2.509 | 2.017 | 1.100 | 3.354 | 1.617 |
| 2 | 1.904 | 2.811 | 1.327 | 1.854 | 1.880 | |
| 3 | 1.834 | 1.659 | 1.938 | 2.198 | 2.687 | |
| 4 | 2.083 | 2.907 | 1.491 | 2.729 | 2.931 | |
| Ram/Ryi | 1 | 0.095 | 0.137 | 0.135 | 0.061 | 0.187 |
| 2 | 0.101 | 0.103 | 0.148 | 0.058 | 0.082 | |
| 3 | 0.168 | 0.088 | 0.098 | 0.100 | 0.141 | |
| 4 | 0.171 | 0.095 | 0.145 | 0.083 | 0.129 | |
| 평균 | 0.106 | 0.131 | 0.075 | 0.135 | 0.134 |
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 방열시트
10: 그라파이트 시트
20: 금속층
10: 그라파이트 시트
20: 금속층
Claims (14)
- 그라파이트 시트; 및
상기 그라파이트 시트 상에 배치되는 금속층;을 포함하고,
상기 금속층은 상기 그라파이트 시트와 접하여 배치되며,
상기 금속층 표면의 평균 개구율은 1 % 이하이고,
상기 그라파이트 시트와 상기 금속층 사이 계면의 최대높이 거칠기(Ryi)에 대한 상기 금속층의 외표면의 중심선 평균 거칠기(Ram)의 비율(Ram/Ryi)은 0.05 이상인 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 그라파이트 시트 및 상기 금속층을 포함하는 복합 시트의 두께 방향의 열전도율은 5 W/m·K 이상인 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 그라파이트 시트와 상기 금속층 사이에 유기층이 배치되지 않는 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 1 μm 이하인 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층의 최대높이 거칠기(Ry)는 5 μm 이하인 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층의 평균 두께는 10 nm 이상 및/또는 30.0 μm 이하의 범위 내인 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층의 박리 강도는 상기 그라파이트 시트의 파괴 강도 보다 높은 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은 증착층인 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 그라파이트 시트의 평균 두께는 10 μm 이상 및/또는 1000 μm 이하인 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 그라파이트 시트는 천연 그라파이트, 인조 그라파이트, 팽창흑연, 그래핀, 키쉬 흑연(kish graphite) 및 탄소 나노 튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 그라파이트 시트는 침상형 및/또는 판상형 구조를 포함하는 방열시트.
- 제1항에 있어서,
일면에 상기 금속층이 배치되는 상기 그라파이트 시트의 타면에 배치되는 금속층을 추가로 포함하는 방열시트.
- 제13항에 있어서,
상기 그라파이트 시트는 상기 2개의 금속층과 직접 접하여 배치되는 방열시트.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6793296B2 (ja) * | 2015-07-16 | 2020-12-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | グラファイトプレート及びその製造方法 |
| JP6814267B2 (ja) * | 2015-02-12 | 2021-01-13 | 株式会社カネカ | グラファイトシート、高熱伝導性放熱基板、及びグラファイトシートの製造方法 |
| JP2022026160A (ja) * | 2020-07-30 | 2022-02-10 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ヒートシンク及びその製造方法 |
-
2022
- 2022-06-15 KR KR1020220072569A patent/KR102644757B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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