KR20240022863A - 열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 금속 호일과, 금속 호일에 압착되는 선분산 팽창흑연 혼합액을 포함하는 열전도성 방열 시트로서, 선분산 팽창흑연 혼합액은 셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매에 질량비(증점제/수용성 용매)가 0.005 이상이고 0.01 이하가 되도록 혼합하여 증점제 수용액을 형성한 후, 상기 증점제 수용액에 표면처리된 팽창흑연분말을 혼합하여 팽창흑연 선분산액을 형성하고, 상기 증점제를 수용성 용매에 용해시킨 후 고압 분사하여 증점제 분산액을 형성하고, 상기 증점제 분삭액과 상기 팽창흑연 선분산액을 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트가 개시된다.
본 발명에 따른 방열 시트는 증점제로 수용성 셀룰로오스를 사용하여 팽창흑연 분말을 도전막이 코팅된 집전체에 가압 성형하여 제작하므로 성형이 용이하고 폐기물 발생을 현저히 줄일 수 있고, 휘발성 물질의 함량이 낮고, 열전도율이 우수한 방열 시트를 제공할 수 있게 되었다.
본 발명에서는 금속 호일과, 금속 호일에 압착되는 선분산 팽창흑연 혼합액을 포함하는 열전도성 방열 시트로서, 선분산 팽창흑연 혼합액은 셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매에 질량비(증점제/수용성 용매)가 0.005 이상이고 0.01 이하가 되도록 혼합하여 증점제 수용액을 형성한 후, 상기 증점제 수용액에 표면처리된 팽창흑연분말을 혼합하여 팽창흑연 선분산액을 형성하고, 상기 증점제를 수용성 용매에 용해시킨 후 고압 분사하여 증점제 분산액을 형성하고, 상기 증점제 분삭액과 상기 팽창흑연 선분산액을 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트가 개시된다.
본 발명에 따른 방열 시트는 증점제로 수용성 셀룰로오스를 사용하여 팽창흑연 분말을 도전막이 코팅된 집전체에 가압 성형하여 제작하므로 성형이 용이하고 폐기물 발생을 현저히 줄일 수 있고, 휘발성 물질의 함량이 낮고, 열전도율이 우수한 방열 시트를 제공할 수 있게 되었다.
Description
본 발명은 열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 별도 바인더 없이 셀룰로오스계 고분자 증점제를 수용성 용매에 용해시켜 도전막이 코팅된 집전체에 압연하여 형성하는 열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전자제품이 고성능화, 소형화되면서 내부에 장착되는 전자 부품도 대용량화, 고집적화가 진행되고 있으며, 이로 인해 전자제품에서는 많은 열이 발생하므로, 제품 내부에서 발생한 열을 외부로 방출시키거나 자체 냉각시키는 시스템이 필요하다.
전자제품의 열 냉각 방법으로는 히트파이프나 방열팬을 설치하는 방법이 알려져 있는데, 히트파이프의 경우 전자제품의 발열체에서 나오는 열량보다 히트파이프가 방출할 수 있는 열량이 작아 효율이 떨어진다. 또한, 방열팬을 설치하는 경우에는 소음과 진동, 박형화 및 경량화 요구에 역행하는 문제점이 있다.
따라서, 박형화 및 경량화가 요구되는 전자제품 등에서는 방열 시트를 사용하는 것이 일반적이며, 천연 및 인조 흑연 압축시트, 고분자 세라믹 복합시트 등의 형태로 방열 시트가 제작되고 있는데, 특히 열전도 특성이 우수한 흑연계 방열 시트가 널리 사용되고 있다.
흑연계 시트의 경우, 천연 흑연계 시트는 값은 싸지만 열전도율이 알루미늄과 구리판 사이에 위치하여 상대적으로 높지 않다. 또한, 방열판의 두께를 맞추기 위해서 비교적 두꺼운(대략 0.7mm ~ 2mm) 시트를 사용해야 하는데 이 경우 열전도율이 현저히 낮아지는 한계가 있다.
인조 흑연계 시트는 원재료(폴리이미드 필름)의 특성상 두꺼운 시트를 만들 수가 없으며, 흑연화시키기 위해 많은 양의 에너지가 필요하기 때문에 가격이 비싸고 넓은 면적에 적용하기 어렵다.
천연 흑연계 방열 시트와 인조 흑연계 방열 시트의 문제점을 해결하고자 한국등록특허 제10-2183485호에서는 폐전지에서 수거한 팽창흑연을 이용하여 방열 시트를 제조하는 기술을 제시하고 있으나, 별도 바인더를 사용함이 없이 가압만으로 시트를 형성하면 시트 형태로 성형이 어려우며 시트 형태로 성형이 되더라도 결합력이 충분치 않고 강도가 높아 잘 부러지는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 기존의 흑연계 방열 시트의 문제점을 해결하기 위하여, 열전도율이 우수하면서 경제적으로 제조 가능한 팽창흑연을 이용한 방열 시트의 개발이 해당 기술 분야에서 요구되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 요구 사항을 충족시키고자 하는 것으로서 별도 유기 용매를 사용함이 없이 팽창흑연 분말을 압연하여 시트로 제작 가능하고 성형성이 우수하고 열전도율이 높은 열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 금속 호일과, 금속 호일에 압착되는 선분산 팽창흑연 혼합액을 포함하는 열전도성 방열 시트로서, 선분산 팽창흑연 혼합액은 셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매에 질량비(증점제/수용성 용매)가 0.005 이상이고 0.01 이하가 되도록 혼합하여 증점제 수용액을 형성한 후, 상기 증점제 수용액에 표면처리된 팽창흑연분말을 혼합하여 팽창흑연 선분산액을 형성하고, 상기 증점제를 수용성 용매에 용해시킨 후 고압 분사하여 증점제 분산액을 형성하고, 상기 증점제 분삭액과 상기 팽창흑연 선분산액을 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트에 의해서 달성 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적은 금속 호일 또는 탄소 동소체로 이루어진 도전막이 형성된 금속 호일을 준비하는 제1단계와, 선분산된 팽창흑연 혼합액을 준비하는 제2단계와, 선분산된 팽창흑연 혼합액을 상기 금속 호일 또는 도전막이 형성된 금속 호일에 압연 형성하는 제3단계를 포함하고, 제1단계 및 제2단계는 순서와 무관하게 수행되는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트 제조방법에 의하여 달성 가능하다.
본 발명에 따른 방열 시트는 에폭시와 같은 유기 바인더를 사용함이 없이 증점제로 수용성 셀룰로오스를 사용하여 제작되므로 친환경적으로 제작이 가능하며, 유기 바인더를 사용하는 방열 시트에 비해 열전도도가 낮지만 시판 중인 방열 패드보다는 훨씬 뛰어난 150 ~ 300W/mk열전도도 특성을 가지므로 아주 높은 열전도도를 갖는 방열 시트가 필요한 곳을 제외하면 대부분의 에폭시 등의 유기 용매를 사용하여 제작되는 방열 시트를 대체하여 사용이 가능하다.
본 발명에 따른 방열 시트는 증점제로 수용성 셀룰로오스를 사용하여 팽창흑연 분말을 도전막이 코팅된 집전체에 가압 성형하여 제작하므로 성형이 용이하고 폐기물 발생을 현저히 줄일 수 있고, 휘발성 물질의 함량이 낮고, 열전도율이 우수한 방열 시트를 제공할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 방열 시트는 탄소 동소체로 이루어진 도전막이 코팅된 집전체 양면에 별도 바인더를 사용함이 없이 셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용액에 용해시켜 사용하고, 팽창흑연을 집전체 양면에 압연함으로써 계면 사이에 발생하는 열전도 저항을 줄여서 열전도도가 우수하고, 계면 결착력이 향상되며 성형이 용이한 이점이 있다.
도 1은 팽창 전 인조 흑연 사진과 본 발명에 따라 제조된 팽창흑연의 사진.
도 2는 표면 처리 횟수에 따른 용매에 침전된 본 발명에 따른 일 실시예의 팽창흑연 사진.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동박 호일 사진 및 동박 호일에 탄소 동소체가 코팅된 집전체 사진.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 동소체가 코팅된 집전체 사진 및 집전체에 선분산 팽창흑연 분산액이 압연된 사진.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 동소체가 코팅된 집전체 표면 확대 사진 및 집전체에 선분산 팽창흑연 분산액이 코팅된 방열 시트 표면 확대 사진.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따라 제조된 제1실시예 및 제2실시예의 열전도 그래프.
도 2는 표면 처리 횟수에 따른 용매에 침전된 본 발명에 따른 일 실시예의 팽창흑연 사진.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동박 호일 사진 및 동박 호일에 탄소 동소체가 코팅된 집전체 사진.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 동소체가 코팅된 집전체 사진 및 집전체에 선분산 팽창흑연 분산액이 압연된 사진.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 동소체가 코팅된 집전체 표면 확대 사진 및 집전체에 선분산 팽창흑연 분산액이 코팅된 방열 시트 표면 확대 사진.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따라 제조된 제1실시예 및 제2실시예의 열전도 그래프.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 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.
1. 팽창흑연 선분산액 제조 단계
흑연의 층간에 황산, 질산 등의 화학약품을 전해처리 또는 산화제의 존재하에 인터칼레이션(intercalation)시킨 층간 화합물을 라메랄 화합물(lamellar compound)이라 하며, 이를 다시 열처리하게 되면 흑연 분자가 C축 방향으로 수십 배 내지 수백 배 팽창된 팽창 흑연(expandable graphite)을 제조할 수 있다.
본 발명은 인조흑연을 사용하였으며, 강산으로서 황산 또는 질산 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 산화제로는 이크롬산 나트륨(Na2Cr2O7), 과망간산 칼륨(KMnO4) 및 과산화수소(H2O2) 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 과망간산 칼륨을 사용할 수 있다.
황산 및/또는 질산과 과망간산 칼륨은 인조 흑연 함유 분말의 중량을 기준으로 20% 내지 40%를 첨가할 수 있고, 보다 바람직하게는 25%를 첨가할 수 있다. 이때, 황산 및/또는 질산과 과망간산 칼륨의 비율은 해당 분야의 기술자라면 과망간산 칼륨이 산화제로서 작용함을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
구체적으로 질산 또는 황산 혼합물이 층간에 삽입된 상태로 판매되는 평균입자 크기가 200 ~ 600㎛의 인조 흑연 lamellar compound를 500 ~ 700W 마이크로 웨이브에서 10s ~ 180s 동안 조사한다. 바람직하게는 150s ~ 160s 동안 조사하는 것이 좋다. 도 1은 팽창 전 인조 흑연 사진과 본 발명에 따라 마이크로 웨이브를 이용하여 열처리된 팽창흑연의 비교 사진이다.
다음으로 팽창흑연을 볼밀(ball mill) 등 분쇄기로 평균 크기(D50)가 6㎛가 되도록 분쇄한 후, 002면의 층간 거리가 0.338 ~ 0.380㎚ 이상인 팽창흑연 표면을 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH) 및 에폭시기(-CHCH2O) 등에서 선택된 하나의 극성 그룹으로 표면처리한다. 바람직하게는 하드록시기(-OH) 치환을 위해 NaOH 5M ~ 20M에 분산 후 표면에 -OH가 치환된 표면처리된 팽창흑연용액을 제조한다. 이후 표면처리된 팽창흑연용액을 필터링 후 분말만 건조하여 표면처리된 팽창흑연분 말 을 획득한다. 도 2는 본 발명에 따른 실시예 사진으로서, -OH 계질화 진행 횟수에 따른 계질화된 팽창흑연 분말의 비교 사진이다.
이후 계질화된 팽창흑연을 선분산시킨다. 먼저, 셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매(물)에 질량비(증점제/수용성 용매)가 0.005 이상이고 0.01 이하가 되도록 혼합하여 증점제 수용액을 제조한다. 증점제 수용액에 계질화된 팽창흑연 분말을 혼합하여 팽창흑연 선분산액을 제조한다. 이때 증점제 수용액은 질량 기준으로 계질화된 팽창흑연 분말 대비 45% 이하로 혼합한다.
증점제로는 카르복시메틸기(-CH2CO2H)에 의한 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.9 ~ 1.1이며, 분자량은 MW 기준으로 10,000 ~ 90,000인 CMC(카르복실 메틸 셀룰로오스, carboxyl methyl cellulose)를 사용하는 것이 좋다.
2. 증점제 분산 용액 제조 단계
셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매(물)에 용해시킨 후, 고압 분사하여 증점제 분산액을 형성한다.
증점제로는 카르복시메틸기(-CH2CO2H)에 의한 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.9 ~ 1.1이며, 분자량은 MW 기준으로 10,000 ~ 90,000인 CMC(카르복실 메틸 셀룰로오스, carboxyl methyl cellulose)를 사용하는 것이 좋다.
먼저 CMC를 수용성 용매(물) 대비 2wt% ~ 10wt% 용해시킨 후, 100 내지 1,600 bar 압력 하에서 1 내지 10 분산 패스를 거쳐 고압 분산하여 초기 점도가 6,000cP 이하인 증점제 분산액을 제조한다.
3. 선분산 팽창흑연 혼합액 제조 단계
팽창흑연 선분산액과 별도 공정을 통해 제조된 증점제 분산액을 혼합하여 선분산 팽창흑연 혼합액을 형성한다. 이때 팽창흑연 선분산액과 증점제 분산액의 혼합 비율은 1:1 이상이면서 3:1 이하 범위이고, 4시간 이상 교반하여 팽창흑연분말이 고르게 분산된 선분산 팽창흑연 혼압액을 제조한다.
4. 도전막을 갖는 집전체 형성 단계
구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈 및 티타늄 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어진 금속 호일을 사용하고, 금속 호일 표면의 접착 면적을 증대시키기 위해 탄소나노튜브, 탄소섬유 및 그래핀 중에서 선택된 적어도 하나의 탄소 동소체를 금속 호일 표면에 바인더를 이용하여 가교 결합시켜 도전막을 갖는 집전체를 형성한다.
탄소 동소체의 두께는 0.1 내지 3.0㎛일 수 있으며, 탄소 동소체를 이루는 탄소 분말은 10 내지 500nm의 평균 입경을 가질 수 있다.
금속 호일에 탄소 동소체를 가교 결합시키는 바인더로는 열 또는 UV 가교가 가능한 폴리사카이드, 불소함유 중합체, 폴리아크릴레이트, 키토산 및 아크릴산 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
바인더의 함량은 탄소 동소체 100중량부 대비 20 내지 250중량부 일 수 있으며, 탄소 동소체의 로딩량은 집전체(금속 호일) 양면의 단위 표면적 대비 0.1 내지 2.0g/㎡ 일 수 있다.
준비된 금속 호일 양면에 바인더와 혼합된 탄소 동소체를 코팅한 후 열 또는 UV를 조사하여 가교 결합시켜 도전막을 갖는 집전체를 제조한다.
도 3은 동박 호일 사진 및 본 발명의 일 실시예에 따른 동박 호일에 탄소 동소체가 코팅된 집전체에 관한 사진이다.
5. 방열 시트 제조 단계
도전막이 구비된 집전체 양면에 선분산 팽창흑연 분산 혼합액을 압출 성형한다. 압출 성형은 본 발명의 기술 분야에서 널리 사용되는 임의의 수단을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 온도를 가한 상태에서 롤러 압연을 이용하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 동소체가 코팅된 집전체 사진 및 집전체에 선분산 팽창흑연 분산액이 고압으로 압연된 사진이며, 도 5는 도 4의 표면 확대 사진이다.
6. 실시예 및 비교예
(1) 제1실시예
인조 흑연 10g을 비이커에 넣어 700W 마이크로웨이브에 넣고 160초 동안 가열하여 팽창흑연을 제조하였다. 이러한 가열 공정을 반복하여 다량의 팽창흑연을 획득한 후, 팽창흑연을 볼밀(ball mill)을 이용하여 평균 크기(D50)가 6㎛로 분쇄하였다. 다음으로 분쇄된 팽창흑연 50g을 15 mol NaOH 3리터에 혼합하여 24시간 교반한 후, 필터링 후 건조하여 표면처리된 팽창흑연분말을 제조하였다. 분쇄 과정 및 계질화, 필터링 및 건조 과정을 반복하여 표면처리된 팽창흑연분말 1,500g을 제조하였다. CMC 50g과 물 5,000g을 혼합하여 증점제 수용액을 제조한다. 이와 같이 제조된 증점제 수용액 1,500g에 계질화된 팽창흑연 분말 500g을 혼합하여 팽창흑연 선분산액을 제조하였다.
다음으로 CMC 200g을 물 5,000g에 혼합한 후, 1,200bar에서 고압분사하여 점도 2,000cp 증점제 분산액을 제조하였다. 팽창흑연선분산액과 증점제 분산액을 1.5:1로 혼합한 후, 16시간 교반하여 선분산 팽창흑연 혼합액을 제조하였다.
구리 호일 양면에 선분산 팽창흑연 혼합액을 롤러를 이용하여 압연하여 열전도성 방열 시트를 제작하였다.
두께 320㎛, 무게 0.370g 및 면적 5.065㎠의 시편으로 제작하여 LFA 장치의 홀더에 삽입하여 열전도도를 측정하였다(도 6a).
(2) 제2실시예
인조 흑연 10g을 비이커에 넣어 700W 마이크로웨이브에 넣고 160초 동안 가열하여 팽창흑연을 제조하였다. 이러한 가열 공정을 반복하여 다량의 팽창흑연을 획득한 후, 팽창흑연을 볼밀(ball mill)을 이용하여 평균 크기(D50)가 6㎛로 분쇄하였다. 다음으로 분쇄된 팽창흑연 50g을 15 mol NaOH 3리터에 혼합하여 24시간 교반한 후, 필터링 후 건조하여 표면처리된 팽창흑연분말을 제조하였다. 분쇄 과정 및 계질화, 필터링 및 건조 과정을 반복하여 표면처리된 팽창흑연분말 1,500g을 제조하였다. CMC 50g과 물 5,000g을 혼합하여 증점제 수용액을 제조한다. 이와 같이 제조된 증점제 수용액 1,500g에 계질화된 팽창흑연 분말 500g을 혼합하여 팽창흑연 선분산액을 제조하였다.
다음으로 CMC 200g을 물 5,000g에 혼합한 후, 1,200bar에서 고압분사하여 점도 2,000cp 증점제 분산액을 제조하였다. 팽창흑연선분산액과 증점제 분산액을 1.5:1로 혼합한 후, 16시간 교반하여 선분산 팽창흑연 혼합액을 제조하였다.
별도 공정으로 CNT가 구리호일에 코팅된 카본 코팅 호일을 제작한 후, 카본 코팅 호일 양면에 선분산 팽창흑연 혼합액을 롤러를 이용하여 압연하여 열전도성 방열 시트를 제작하였다
제작된 열전도성 방열 시트를 두께 321㎛, 무게 0.429g 및 면적 5.065㎠의 시편으로 제작하여 LFA 장치의 홀더에 삽입하여 열전도도를 측정하였다(도 6b).
도 6a는 제1실시예의 열전도도 및 도 6b는 제2실시예의 열전도도에 관한 그래프이다. 도 6a에 도시된 바와 같이 제1실시예는 152.73 w/mk의 열전도도를 가지며, 제2실시예의 경우는 310.78 w/mk의 열전도도를 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따라 제작된 방열 시트의 열전도도가 더 뛰어남을 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 LFA 측정기를 이용하여 측정하였다. 비교예 및 실시예에 대한 측정 데이터는 표 1과 같다.
| 측정 항목 | 단위 | 비교예 | 실시예 |
| 열확산도 | ㎟/s | 0.673 | 1.255 |
| 비영 | J/gK | 0.994 | 0.938 |
| 밀도 | g/㎤ | 2.283 | 2.640 |
| 열전도도 | W/mK | 152.724 | 310.778 |
열전도도는 수학식 1에 의해서 계산되며, 수학식 1에 따라 계산하면 비교예는 152.724 W/mK를 보이는 반면 실시예는 310.778 W/mK 특성을 보이는 바 열전도도가 약 2배 뛰어남을 알 수 있다.
수학식 1에서 λ는 열전도도, α는 열확산율, Cp는 비열 및 ρ는 밀도를 나타낸다.
본 발명에 따른 제1실시예 및 제2실시예의 경우 각각 열전도도가 152.73 W/mk 및 310.78 W/mk를 제공하므로 시판 중인 방열패드보다 높은 열전도도 특성을 보임을 알 수 있다. 예를 들어, (주) 이송이엠씨에서 판매 중인 실리콘 써머 패드(Part Number: TH792S-65-70-OO-BT)의 경우 열전도도가 7W/mK이고, 시판 중인 방열패드의 열전도도가 20 W/mk를 넘지 못하므로 이러한 방열 패드보다 더 뛰어난 열전도도 특성을 보임을 알 수 있다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
Claims (13)
- 금속 호일과,
상기 금속 호일에 압착되는 선분산 팽창흑연 혼합액을 포함하는 열전도성 방열 시트로서,
상기 선분산 팽창흑연 혼합액은 셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매에 질량비(증점제/수용성 용매)가 0.005 이상이고 0.01 이하가 되도록 혼합하여 증점제 수용액을 형성한 후, 상기 증점제 수용액에 표면처리된 팽창흑연분말을 혼합하여 팽창흑연 선분산액을 형성하고, 상기 증점제를 수용성 용매에 용해시킨 후 고압 분사하여 증점제 분산액을 형성하고, 상기 증점제 분삭액과 상기 팽창흑연 선분산액을 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 호일 양면에 바인더에 의해 가교 결합되는 탄소 동소체로 이루어진 도전막을 더 구비하고,
상기 선분산 팽창흑연 혼합액을 탄소 동소체로 이루어진 도전막이 구비되는 금속 호일에 압착하여 형성하는 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제는 카르복시메틸기(-CH2CO2H)에 의한 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.9 ~ 1.1이며, 분자량은 MW 기준으로 10,000 ~ 90,000인 CMC(카르복실 메틸 셀룰로오스, carboxyl methyl cellulose))인 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 제3항에 있어서,
상기 표면처리된 팽창흑연분말은 질산 또는 황산 혼합물이 층간에 삽입된 평균입자 크기가 200 ~ 600㎛의 인조 흑연 라멜라 화합물(lamellar compound)을 500 ~ 700W 마이크로 웨이브에서 10s ~ 180s 동안 조사하여 제조한 후, 볼밀로 분쇄하여 팽창흑연분말을 형성하고, 상기 팽창흑연분말을 NaOH 5M ~ 20M 용액에 분산시켜 계질화 시킨 후 건조하여 형성하는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 제3항에 있어서,
상기 팽창흑연 선분산액을 형성하는 상기 증점제 수용액은 상기 표면처리된 팽창흑연분말 대비 45% 이하로 혼합되는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 제3항에 있어서,
상기 증점제 분산액은 CMC를 수용성 용매 대비 2wt% ~ 10wt% 용해시킨 후, 100 내지 1,600 bar 압력 하에서 1 내지 10 분산 패스를 거쳐 고압 분산하여 초기 점도가 6,000cP 이하로 제조하는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 제2항에 있어서,
상기 금속 호일은 구리, 스테인레스스틸, 알루미늄, 니켈 및 티타늄 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지고,
상기 탄소 통소체는 탄소나노튜브, 탄소섬유 및 그래핀 중에서 선택된 저겅도 어느 하나이며,
상기 탄소 동소체의 두께는 0.1 내지 3.0㎛일 수 있으며, 탄소 동소체를 이루는 탄소 분말은 10 내지 500nm의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 제7항에 있어서,
상기 탄소 동소체는 바인더에 의해 상기 금속 호일 표면에 가교 결합되어 도전막을 형성하며,
상기 바인더는 열 또는 UV 가교가 가능한 폴리사카이드, 불소함유 중합체, 폴리아크릴레이트, 키토산 및 아크릴산 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하며,
상기 바인더는 탄소 동소체 100중량부 대비 20 내지 250중량부이며, 탄소 동소체의 로딩량은 금속 호일 양면의 단위 표면적 대비 0.1 내지 2.0g/㎡ 인 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 금속 호일 또는 탄소 동소체로 이루어진 도전막이 형성된 금속 호일을 준비하는 제1단계와,
선분산된 팽창흑연 혼합액을 준비하는 제2단계와,
상기 선분산된 팽창흑연 혼합액을 상기 금속 호일 또는 도전막이 형성된 금속 호일에 압연 형성하는 제3단계를 포함하고,
상기 제1단계 및 상기 제2단계는 순서와 무관하게 수행되는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제2단계는
계질화된 팽창흑연을 제조하는 제2-1단계와,
계질화된 팽창흑연이 분산된 팽창흑연 선분산액을 제조하는 제2-2단계와,
증점제 분산액을 제조하는 제2-3단계 및
상기 증점제 분산액에 상기 팽창흑연 선분산액을 혼합하여 선분산된 팽창흑연 혼합액을 제조하는 제2-4단계
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 제2-1단계는
질산 또는 황산 혼합물이 층간에 삽입된 평균입자 크기가 200 ~ 600㎛의 인조 흑연 라멜라 화합물(lamellar compound)을 500 ~ 700W 마이크로 웨이브에서 10s ~ 180s 동안 조사하여 팽창흑연을 제조하는 제2-1-1단계 및
상기 제2-1단계에서 제조된 팽창흑연을 볼밀로 분쇄하여 팽창흑연분말을 형성하고, 상기 팽창흑연분말을 NaOH 5M ~ 20M 용액에 분산시켜 계질화 시킨 후 건조시키는 제2-1-2단계를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 계질화된 팽창흑연이 분산된 팽창흑연 선분산액을 제조하는 제2-2단계는
셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매에 질량비(증점제/수용성 용매)가 0.005 이상이고 0.01 이하가 되도록 혼합하여 증점제 수용액을 형성하는 제2-2-1단계와,
상기 증점제 수용액에 표면처리된 팽창흑연분말을 혼합하여 팽창흑연 선분산액을 형성하는 제2-2-2단계와,
셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매에 용해시킨 후 고압 분사하여 증점제 분산액을 형성하는 제2-2-3단계 및
상기 증점제 분삭액과 상기 팽창흑연 선분산액을 혼합하는 제2-2-4단계
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
- 제10항에 있어서,
상기 증점제 분산액을 제조하는 제2-3단계는
셀룰로우스계 고분자로 이루어진 증점제를 수용성 용매 대비 2wt% ~ 10wt% 용해시킨 후, 100 내지 1,600 bar 압력 하에서 1 내지 10 분산 패스를 거쳐 고압 분산하여 초기 점도가 6,000cP 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 열전도성 방열 시트.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220101456A KR20240022863A (ko) | 2022-08-12 | 2022-08-12 | 열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220101456A KR20240022863A (ko) | 2022-08-12 | 2022-08-12 | 열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240022863A true KR20240022863A (ko) | 2024-02-20 |
Family
ID=90056881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220101456A KR20240022863A (ko) | 2022-08-12 | 2022-08-12 | 열전도성 방열 시트 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20240022863A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102183485B1 (ko) | 2020-07-30 | 2020-11-26 | 주식회사 엔티에스 | 폐흑연을 이용한 방열 시트의 제조 방법 |
-
2022
- 2022-08-12 KR KR1020220101456A patent/KR20240022863A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102183485B1 (ko) | 2020-07-30 | 2020-11-26 | 주식회사 엔티에스 | 폐흑연을 이용한 방열 시트의 제조 방법 |
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