KR20240051341A - 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 및 그의 제조방법 - Google Patents

수평방열특성이 우수한 방열복합필름 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

보다 간단한 방법으로 수평방열특성을 향상시켜 방열복합필름을 제조할 수 있는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 및 그의 제조방법이 제안된다. 본 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법은 제1방열층 상에 방열필러를 포함하는 방열페이스트를 이용하여 패턴화된 제2방열층을 형성하는 단계; 제3방열층을 제2방열층 상에 위치시키는 단계; 및 고압을 적용하여, 제2방열층을 제3방열층에 함침시키는 단계;를 포함한다.

Description

수평방열특성이 우수한 방열복합필름 및 그의 제조방법{Heat dissipation composite film with excellent horizontal heat dissipation characteristics and manufacturing method thereof}
본 발명은 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 보다 간단한 방법으로 수평방열특성을 향상시켜 방열복합필름을 제조할 수 있는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
전자제품이 점차 소형화 되면서 사용되는 칩이 고집적화되고 배터리의 출력이 증가하면서 작동에 따른 열이 많이 발생하는 문제가 있다. 전자제품의 열은 내부에 축적되면서 고장 및 화재 등을 야기하여 전자제품의 내구성과 신뢰성이 낮아진다. 이러한 문제를 방지하기 위해서 열전도도가 높은 열전달 재료를 전자제품 내의 히트싱크에 부착하여 사용하고 있다.
산화 알루미늄은 낮은 비용, 높은 구상화율, 다양한 입자 크기로 인해 산업체에서 열전달 재료를 제작하는 충진재로 널리 사용되고 있다. 그러나, 산화 알루미늄의 열전도도는 30 W/mK로 비교적 높지 않아, 산화 알루미늄만을 사용하여서는 고방열을 달성하는데 한계가 있다.
이를 극복하기 위하여, 산화 알루미늄 방열체에 열전도도가 500 내지 1000 W/mK인 질화붕소 또는 탄소 동소체를 추가혼합하여 고방열 복합체를 제작하는 기술이 제안되었다. 그러나, 질화붕소나 탄소 동소체의 판상 구조에 의해 소량을 추가하여도 방열체의 점도가 매우 높아져 열전달 충진제의 함량을 높이는데 한계가 있다.
따라서, 방열체의 열전도도가 열전달 충진제의 함량에 비례하여 증가하므로, 방열체 내의 열전달 충진제의 함량을 극대화시키는 기술 개발이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 보다 간단한 방법으로 수평방열특성을 향상시켜 방열복합필름을 제조할 수 있는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법은 제1방열층 상에 방열필러를 포함하는 방열페이스트를 이용하여 패턴화된 제2방열층을 형성하는 단계; 제3방열층을 제2방열층 상에 위치시키는 단계; 및 고압을 적용하여, 제2방열층을 제3방열층에 함침시키는 단계;를 포함한다.
제1방열층은 방열수지 내에 방열입자가 분산된 것일 수 있다.
방열수지는 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 하나일 수 있다.
방열입자는 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 실리콘 카바이드, 산화 마그네슘, 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, h-질화붕소 및 맥신 중 적어도 하나일 수 있다.
제2방열층에 포함되는 방열필러는 2차원 판상형 입자일 수 있다.
2차원 판상형 입자는 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, h-질화붕소 및 맥신 중 적어도 하나일 수 있다.
고압을 적용하면, 제3방열층에 함침된 제2방열층 내의 2차원 판상형 입자는 수직방향보다 수평방향을 향하는 빈도가 높을 수 있다.
제3방열층은 방열수지 내에 방열입자가 분산된 것일 수 있다.
제1방열층 및 제3방열층은 동일한 소재를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1방열층; 제1방열층 상의, 서로 이격되도록 형성된 방열패턴을 포함하는 제2방열층; 및 제1방열층 및 제2방열층 상의, 제2방열층을 내부에 함침하는 제3방열층;을 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 제1방열층; 제1방열층 상의, 서로 이격되도록 형성된 방열패턴을 포함하는 제2방열층; 및 제1방열층 및 제2방열층 상의, 제2방열층을 내부에 함침하는 제3방열층;을 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름을 포함하는 전자디바이스가 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 실리콘 수지 및 방열입자로 산화알루미늄을 포함하는 제1방열층; 제1방열층 상의, 서로 이격되도록 형성된 h-질화붕소 방열패턴을 포함하는 제2방열층; 및 제1방열층 및 제2방열층 상의, 제2방열층을 내부에 함침하는 실리콘 수지 및 방열입자로 산화알루미늄을 포함하는 제3방열층;을 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 높은 열전도도의 2차원 판상형 방열입자를 방열복합필름 내에 포함시켜, 방열복합필름의 열전도 충진제의 함량을 극대화할 수 있고, 2차원 판상형 입자의 수평방향 정렬 특성으로 인하여 높은 수평열전도도를 갖는 방열복합필름을 간단한 공정과 저비용으로 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법의 설명에 제공되는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법의 설명에 제공되는 도면들이다. 본 발명에 따른 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법은 제1방열층 상에 방열필러를 포함하는 방열페이스트를 이용하여 패턴화된 제2방열층을 형성하는 단계; 제3방열층을 제2방열층 상에 위치시키는 단계; 및 고압을 적용하여, 제2방열층을 제3방열층에 함침시키는 단계;를 포함한다.
도 1에는 제1방열층(110)이 도시되어 있다. 제1방열층(110)은 방열수지 내에 방열입자가 분산된 것일 수 있다. 제1방열층(110)의 방열수지로는 열전도도가 비교적 높은 수지가 사용될 수 있는데, 예를 들어, 방열수지는 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 하나의 수지일 수 있다.
제1방열층(110)에 사용될 수 있는 방열입자로는 열전도도가 높은 입자가 사용될 수 있는데, 예를 들어, 방열입자는 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 실리콘 카바이드, 산화 마그네슘, 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, h-질화붕소 및 맥신 중 적어도 하나일 수 있다. 방열입자는 열전도도가 높은 입자로서, 방열수지 내에 분산되어 사용된다.
방열수지 내에 방열입자의 함량이 높아지면 열전도도가 높은 방열층을 구성할 수 있으나, 방열입자가 응집되거나 작업성이 낮아질 수 있다. 이와 달리, 방열수지 내에 방열입자의 함량이 낮아지면 방열입자의 분산성이 높아지고 작업성이 우수하나 방열특성이 낮아지게 된다. 특히, 방열입자가 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, h-질화붕소 및 맥신 등과 같은 2차원 판상형 입자인 경우에는 소량 투입하는 경우 열전도도 향상에 유리하나 다량 투입하는 경우 방열입자가 응집하거나 판상으로 적층되어 방열수지 내에 균일한 분산이 어려워지면서 점도가 높아져 작업성이 낮아질 수 있다.
제1방열층(110) 상에는 방열필러를 포함하는 방열페이스트를 이용하여 패턴화된 제2방열층(120)이 형성된다(도 2). 방열페이스트는 방열필러를 포함하는데, 제1방열층(110)과 같이 하나의 시트로 형성하는 것이 아니라 도 2에서와 같이 패턴으로 형성한다. 제2방열층(120)은 마스크(200)를 통하여 방열페이스트를 코팅하고, 마스크(200)를 제거하면 패턴이 형성된다.
제2방열층(120)에 포함되는 방열필러는 2차원 판상형 입자일 수 있다. 전술한 바와 같이 2차원 판상형 입자는 열전도도는 높으나 방열수지에 다량을 분산시키기 어려울 수 있다. 그러나, 본 실시예에서와 같이 용매에 방열필러를 혼합하고, 방열필러 용액으로 패턴화시킨 제2방열층(120)을 형성하면 제1방열층(110) 상에 2차원 판상형 입자를 다량 포함하는 제2방열층(120)이 형성될 수 있다.
제2방열층(120)에 사용될 수 있는 2차원 판상형 입자는 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, h-질화붕소 및 맥신 중 적어도 하나일 수 있다.
제1방열층(110) 상에 패턴화된 제2방열층(120)이 형성되면, 제3방열층(130)을 제2방열층(120) 상에 위치시킨다(도 3). 제2방열층(120)은 패턴화되어 제1방열층(110)의 일부가 노출될 수 있다. 이후, 고온 프레스 공정으로 고압을 적용하면, 제2방열층(120)은 제3방열층(130) 내에 함침된다(도 4).
고압을 적용하면, 제3방열층(130)에 함침된 제2방열층(120) 내의 2차원 판상형 입자는 수직방향보다 수평방향을 향하는 빈도가 높을 수 있으므로, 방열복합필름(100)은 수평방향 열전도도가 향상될 수 있다.
제3방열층(130)은 방열수지 내에 방열입자가 분산된 것일 수 있다. 제1방열층(110) 및 제3방열층(130)은 동일한 소재를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1방열층; 제1방열층 상의, 서로 이격되도록 형성된 방열패턴을 포함하는 제2방열층; 및 제1방열층 및 제2방열층 상의, 제2방열층을 내부에 함침하는 제3방열층;을 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 제1방열층; 제1방열층 상의, 서로 이격되도록 형성된 방열패턴을 포함하는 제2방열층; 및 제1방열층 및 제2방열층 상의, 제2방열층을 내부에 함침하는 제3방열층;을 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름을 포함하는 전자디바이스가 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 실리콘 수지 및 방열입자로 산화알루미늄을 포함하는 제1방열층; 제1방열층 상의, 서로 이격되도록 형성된 h-질화붕소 방열패턴을 포함하는 제2방열층; 및 제1방열층 및 제2방열층 상의, 제2방열층을 내부에 함침하는 실리콘 수지 및 방열입자로 산화알루미늄을 포함하는 제3방열층;을 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름이 제공된다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
<실시예>
[방열복합필름 제조]
실리콘 수지와 산화 알루미늄이 20:80 중량비로 혼합된 조성물을 코팅 및 건조하여 제1방열층을 제작한다. 제1방열층에 h-질화붕소를 50 중량비 포함하는 용액을 3 mm x 3 mm 크기 패턴을 갖는 메탈 마스크를 통하여 코팅하고 건조하여 h-질화붕소 패턴을 갖는 제2방열층을 형성한다. 이후, 실리콘 수지와 산화 알루미늄이 20:80 중량비로 혼합된 조성물을 코팅 및 건조하여 제3방열층을 제작하여 제2방열층 상에 고온 프레스 공정으로 합지시킨다. 이에 따라, 제3방열층 내에 h-질화붕소패턴이 함침된 방열복합필름을 얻는다.
[평가]
제조된 방열복합필름은 레이저 플래시 방법으로 열전도도를 측정한 결과, kx 및 kz 값은 각각 4.99± 0.15 W/mK 및 1.68±0.2W/mK였다. 본 발명에 따라 방열층과 방열층 사이 패턴화된 h-질화붕소 방열층을 포함하는 방열복합필름은 높은 열전도도를 갖는 h-질화붕소를 다량 포함할 수 있어 종래의 산화 알루미늄과 수지를 포함하는 방열필름에 비해 높은 열전도도를 나타내었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 방열복합필름은 2차원 판상형 입자를 포함하는 방열층이 다른 방열층 내부에 함침된 상태로 복합화되어 2차원 판상형 입자를 고함량으로 포함할 수 있으므로 방열수지와 혼합하는 방식에서 발생하는 고점도 문제점을 회피할 수 있다. 또한, 2차원 판상형 입자는 프레스 공정 시 수평방향으로 정렬되어 적층되기 때문에 높은 수평 열전도도를 구현하여 본 발명에 따른 방열복합필름은 높은 수직 열전도도 및 수평 열전도도를 동시에 확보할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 방열복합필름
110: 제1방열층
120: 제2방열층
130: 제3방열층
200: 마스크

Claims (12)

  1. 제1방열층 상에 방열필러를 포함하는 방열페이스트를 이용하여 패턴화된 제2방열층을 형성하는 단계;
    제3방열층을 제2방열층 상에 위치시키는 단계; 및
    고압을 적용하여, 제2방열층을 제3방열층에 함침시키는 단계;를 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1방열층은 방열수지 내에 방열입자가 분산된 것을 특징으로 하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    방열수지는 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    방열입자는 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 실리콘 카바이드, 산화 마그네슘, 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, h-질화붕소 및 맥신 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제2방열층에 포함되는 방열필러는 2차원 판상형 입자인 것을 특징으로 하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    2차원 판상형 입자는 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, h-질화붕소 및 맥신 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    고압을 적용하면, 제3방열층에 함침된 제2방열층 내의 2차원 판상형 입자는 수직방향보다 수평방향을 향하는 빈도가 높은 것을 특징으로 하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제3방열층은 방열수지 내에 방열입자가 분산된 것을 특징으로 하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제1방열층 및 제3방열층은 동일한 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름 제조방법.
  10. 제1방열층;
    제1방열층 상의, 서로 이격되도록 형성된 방열패턴을 포함하는 제2방열층; 및
    제1방열층 및 제2방열층 상의, 제2방열층을 내부에 함침하는 제3방열층;을 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름.
  11. 청구항 10의 수평방열특성이 우수한 방열복합필름을 포함하는 전자디바이스.
  12. 실리콘 수지 및 방열입자로 산화알루미늄을 포함하는 제1방열층;
    제1방열층 상의, 서로 이격되도록 형성된 h-질화붕소 방열패턴을 포함하는 제2방열층; 및
    제1방열층 및 제2방열층 상의, 제2방열층을 내부에 함침하는 실리콘 수지 및 방열입자로 산화알루미늄을 포함하는 제3방열층;을 포함하는 수평방열특성이 우수한 방열복합필름.
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