KR20240065705A - 5g fccl용 저유전 고방열 필름 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

5g fccl용 저유전 고방열 필름 조성물 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20240065705A
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Abstract

저유전특성 및 향상된 방열특성을 갖는 우수한 성능의 5G FCCL용 저유전 고방열 필름을 얻을 수 있는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물 및 그의 제조방법이 제안된다. 본 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물은 고분자 수지; 및 단단한 응집 질화붕소(Hard agglomerated boron nitride, Hard a-BN) 및 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브(Boron Nitride Nanotubes, BNNT)를 포함하는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러;를 포함한다.

Description

5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물 및 그의 제조방법{Low dielectric high heat dissipation film composition for 5G FCCL and manufacturing method thereof}
본 발명은 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저유전특성 및 향상된 방열특성을 갖는 우수한 성능의 5G FCCL용 저유전 고방열 필름을 얻을 수 있는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
고주파용 인쇄회로기판에서는 폴리에스테르 등의 절연재료를 사용한다. 폴리에스테르를 사용한 인쇄회로기판은 열전도성이나 내열성이 우수하고, 아울러, 흡습성이 낮아 전자회로기판용 절연필름 형성재료로서 주목받고 있다. 그러나, 종래의 액정폴리에스테르를 사용하여서는 얇은 절연 필름을 성형하기가 곤란한 문제가 있다. 왜냐하면 필름이 얇아질수록, 필름의 열저항이 감소하여 열전도도가 낮아지게 되기 때문이다.
졀연재로로서 사용되는 고열전도성 무기 필러는 열전도성은 우수하나 소재간 접착력이 낮고, 고분자 소재는 접착력은 우수하나 열전도성이 낮은 문제점이 존재한다. 고분자 복합 재료의 높은 열물성을 구현하기 위해서는 다량의 필러가 투입되는데 이는 제조과정에서 필러 투입비의 한계와 제품의 물리적 특성이 저하되는 문제를 야기한다. 따라서, 저유전율을 유지하며 향상된 방열특성, 유연성을 갖는 신규 조성물의 개발이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 저유전특성 및 향상된 방열특성을 갖는 우수한 성능의 5G FCCL용 저유전 고방열 필름을 얻을 수 있는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물은 고분자 수지; 및 단단한 응집 질화붕소(Hard agglomerated boron nitride, Hard a-BN) 및 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브(Boron Nitride Nanotubes, BNNT)를 포함하는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러;를 포함한다.
고분자 수지는 에폭시 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리케톤, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리다이메틸실록세인, 실리콘수지 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브의 일부는 탈리될 수 있다.
본 발명에 따른 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물은 세라믹 입자;를 더 포함할 수 있다. 세라믹 입자는 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 베릴륨 옥사이드, 보론 포스파이드, 알루미늄 나이트라이드, 베릴륨 설파이드, 보론 아제나이드, 실리콘, 갈륨 나이트라이드, 알루미늄 포스파이드 및 갈륨 포스파이드 중 적어도 하나일 수 있다.
Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러는 고분자 수지의 전체 중량을 기준으로 하여 1 내지 20wt%로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브를 혼합하고 질화붕소나노튜브를 단단한 응집 질화붕소의 표면에 부착하여 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻는 단계; 및 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러 및 고분자 수지를 혼합하는 단계;를 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물 제조방법이 제공된다.
Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻는 단계는, 단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브를 혼합하는 단계; 및 혼합물에 회전력, 압력 및 고주파 중 적어도 하나를 인가하여 질화붕소나노튜브를 단단한 응집 질화붕소의 표면에 부착하는 단계;를 포함할 수 있다.
또는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻는 단계는, 단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브를 고에너지 혼합방법에 의해 혼합하여 수행될 수 있다.
Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러 및 고분자 수지를 혼합하면, 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브의 일부는 탈리될 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 고분자 수지; 및 단단한 응집 질화붕소 및 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브를 포함하는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러;를 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물을 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 고분자 수지; 및 단단한 응집 질화붕소 및 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브를 포함하는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러;를 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물을 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름을 포함하는 연성인쇄회로기판이 제공된다.
본 발명에 따르면, 저유전율 특성의 고분자 수지소재 폴리머에 고방열 특성 구현을 위한 단단한 응집 질화붕소 표면에 질화붕소나노튜브를 접합시킨 하이브리드 필러를 혼합한 필름 조성물을 얻어 저유전특성 및 향상된 방열특성을 갖는 우수한 성능의 5G FCCL용 저유전 고방열 필름을 얻을 수 있다.
또한, 다중 형상 혼합 필러를 첨가하는 방식은 선형, 판산형, 구형 등 서로 다른 형상의 필러가 혼합될 때 불균일하게 섞여, 분산성이 떨어지는 문제점이 존재하였으나, 본 발명에 따른 결합된 필러가 고분자 수지와 혼합과정에서 탈리되는 단계에서 적절하게 선형 필러가 복합수지 내 분포하여, 열적 경로 형성 및 분산성이 향상되는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물에는 질화붕소계 무기필러에 선형의 질화붕소나노튜브가 부착되어, 질화붕소계 무기필러의 분산성이 향상되고, 질화붕소계 무기필러 간 열브릿지가 형성되어 열전도율이 향상되므로 방열특성이 극대화된 5G FCCL용 저유전 고방열 필름을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 단단한 응집 질화붕소의 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM) 이미지이고, 도 2는 단단한 응집 질화붕소의 모식도이다.
도 3은 질화붕소나노튜브(BNNT)의 주사전자현미경 이미지이고, 도 4는 질화붕소나노튜브의 모식도이다.
도 5는 단단한 응집 질화붕소의 표면에 질화붕소나노튜브가 부착된 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러의 모식도이다.
도 6은 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러와 고분자 수지가 혼합된 혼합물의 모식도이다.
도 7은 종래방식으로 제조된 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 및 본 발명에 따라 제조된 5G FCCL용 저유전 고방열 필름의 열전도도 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 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.
본 발명에 따른 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물(이하, '필름 조성물'이라 한다)은 고분자 수지; 및 단단한 응집 질화붕소(Hard agglomerated boron nitride, Hard a-BN) 및 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브(Boron Nitride Nanotubes, BNNT)를 포함하는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러;를 포함한다.
저유전성의 고방열 필름을 제조하기 위해서는 저유전성을 나타내는 고분자 수지에 방열성을 나타내는 필러를 혼합하여 필름 조성물을 제조한다. 저유전성의 고분자 수지는 에폭시 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리케톤, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리다이메틸실록세인, 실리콘수지 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물은 방열특성을 위하여 무기필러를 포함한다. 고방열 무기필러로는 질화붕소계 무기필러가 사용될 수 있다. 질화붕소계 무기필러는 다양한 형태로 투입될 수 있는데, 육방정 질화붕소(hexagonal boron nitride, h-BN), 응집 질화붕소(agglomerated boron nitride, a-BN) 또는 질화붕소나노튜브(Boron Nitride Nanotubes, BNNT)의 형태로 투입될 수 있다.
도 1은 단단한 응집 질화붕소의 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM) 이미지이고, 도 2는 단단한 응집 질화붕소(110)의 모식도이다. 육방정 질화붕소(hexagonal boron nitride, h-BN)는 판상형이므로 조성물 내에서 균일하게 분산되지 않고 적층되어 응집될 수 있고, 응집 질화붕소(agglomerated boron nitride, a-BN)는 구형일 수 있는데 크기가 비교적 커 조성물 내에서 균일하게 분산되어도 입자간 열전달효율을 최대화할 수 없다.
본 발명에 따른 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물은 질화붕소나노튜브(Boron Nitride Nanotubes, BNNT)를 포함한다. 도 3은 질화붕소나노튜브(BNNT)의 주사전자현미경 이미지이고, 도 4는 질화붕소나노튜브의 모식도이다. 질화붕소나노튜브(120)는 선형 나노입자이므로, 질화붕소나노튜브가 투입되면 필름 조성물 내에서 구형의 단단한 응집 질화붕소의 분산효율 및 열전달효율을 높일 수 있다. 아울러, 질화붕소나노튜브가 구형의 단단한 응집 질화붕소 사이에 위치하여 열브릿지로 기능하여 열전도성을 높여 필름 조성물의 방열특성을 극대화할 수 있다.
질화붕소나노튜브는 고분자 수지 내에서 균일하게 분산된다면 필름 조성물의 방열특성을 극대화할 수 있으나, 입자 특성 상 고분자 수지 내에서의 응집 등에 따라 분산성이 높지 않은 경우가 있다. 이러한 질화붕소나노튜브의 특성을 고려하여 본 발명에 따른 필름 조성물은 질화붕소나노튜브가 단단한 응집 질화붕소의 표면에 부착된 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 포함한다. 고분자 수지와 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러가 혼합되면, 고분자 수지 내에서 방열필러간 응집을 최소화하고 균일한 분산이 가능하여 방열특성이 극대화될 수 있다.
본 발명에 따른 필름 조성물은 단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브를 혼합하고 질화붕소나노튜브를 단단한 응집 질화붕소의 표면에 부착하여 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻는 단계; 및 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러 및 고분자 수지를 혼합하는 단계;가 수행되어 제조될 수 있다.
Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻기 위하여, 고에너지 혼합기(High-E 나노믹서)를 사용할 수 있다. 고에너지 혼합기는 Acoustic 믹싱 기술을 기반으로 Acoustic기술을 도입하여 회전력, 압력, 또는 고주파를 인가하여 혼합하는 기기이다. Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻기 위해서는 단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브를 혼합하고, 혼합물에 고에너지 혼합기를 이용하여 회전력, 압력 및 고주파 중 적어도 하나를 인가하여, 질화붕소나노튜브를 단단한 응집 질화붕소의 표면에 부착시킬 수 있다(도 5).
질화붕소나노튜브가 표면에 부착된 단단한 응집 질화붕소는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러(130)로서, 단단한 응집 질화붕소(110)의 높은 분산성과 질화붕소나노튜브(120)의 높은 열전달성을 모두 나타낸다.
이후, Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러(130)를 고분자 수지(140)를 혼합하여 필름 조성물(100)을 얻을 수 있다(도 6). Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러(130) 및 고분자 수지(140)는 고에너지 혼합방법에 의해 혼합될 수 있다. 고상의 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러(130) 및 고상의 고분자 수지(140)를 분말 혼합방식으로 혼합시켜 복합체를 제조한다. 고에너지 혼합법은 고상의 분말들을 혼합시키므로, 건식 공정이 수행되는 방식이다. 고에너지 혼합법은 고에너지 혼합기에서 입자들에 의한 강한 전단력과 압축력 등의 기계적 힘을 가하여 이로 인해 발생하는 열에너지를 통해 입자표면에서 반응이 일어나도록 유도한다. Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러(130) 및 고분자 수지(140) 분말소재 간 최적 배합비를 적용하여 입자간 응집을 최소화하고 균일한 분산성을 갖는 복합소재를 제조할 수 있다.
Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러(130) 및 고분자 수지(140)가 혼합될 때, 도 6과 같이 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브의 일부가 탈리될 수 있다. 단단한 응집 질화붕소로부터 탈리된 질화붕소나노튜브(121)는 단단한 응집 질화붕소의 분산성을 향상시키고, 필름 조성물 내에서 열브릿지로 기능하여 열전도성을 높여 필름 조성물의 방열특성을 극대화시킬 수 있다.
Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러는 고분자 수지의 전체 중량을 기준으로 하여 1 내지 20wt%로 포함할 수 있다.
본 발명의 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물은 세라믹 입자를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 세라믹 입자는 세라믹 입자는 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 베릴륨 옥사이드, 보론 포스파이드, 알루미늄 나이트라이드, 베릴륨 설파이드, 보론 아제나이드, 실리콘, 갈륨 나이트라이드, 알루미늄 포스파이드 및 갈륨 포스파이드 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 고분자 수지; 및 단단한 응집 질화붕소 및 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브를 포함하는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러;를 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물을 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 고분자 수지; 및 단단한 응집 질화붕소 및 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브를 포함하는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러;를 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물을 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름을 포함하는 연성인쇄회로기판이 제공된다. 연성인쇄회로기판은 저유전체 연성필름과 동박이 번갈아 위치하며, 동박간 비아홀을 통해 전기적 신호가 연결된다.
도 7은 종래방식으로 제조된 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 및 본 발명에 따라 제조된 5G FCCL용 저유전 고방열 필름의 열전도도 그래프이다. 본 발명에 따라 제조된 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러 분말의 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물에 대한 열전도성 향상 영향을 확인하기 위해, 본 발명에 따른 저유전 고방열 필름(실시예)를 제조하고, 종래기술에 따른 저유전 고방열 필름(비교예)를 제조하였다. 고분자 수지로는 에폭시 수지를 사용하였고, 실시예에서는 단단한 응집 질화붕소의 표면에 질화붕소나노튜브를 부착시킨 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러가 사용되었고, 비교예에서는 단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브가 각각 혼합되었다.
실시예 및 비교예의 복합소재를 레이저법(Laser Flash Method), ASTM E1461)을 통한 재료의 열전도율 측정시험을 하여 열전도도를 비교 평가하였더니 실시예의 복합소재(13.879 W/(mK))가 비교예의 복합소재(11.527 W/(mK))보다 높은 열전도도를 나타내었다.
또한, 실시예에 따른 저유전 고방열 필름이 비교예에 따른 저유전 고방열 필름과 비교하여 질화붕소계 무기필러의 함량과 분산성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
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: 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물
110: 단단한 응집 질화붕소
120: 질화붕소나노튜브
121: 탈리된 질화붕소나노튜브
130: Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러
140: 고분자 수지

Claims (12)

  1. 고분자 수지; 및
    단단한 응집 질화붕소(Hard agglomerated boron nitride, Hard a-BN) 및 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브(Boron Nitride Nanotubes, BNNT)를 포함하는 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러;를 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    고분자 수지는 에폭시 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리케톤, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리다이메틸실록세인, 실리콘수지 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브의 일부는 탈리된 것을 특징으로 하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    세라믹 입자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    세라믹 입자는 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 베릴륨 옥사이드, 보론 포스파이드, 알루미늄 나이트라이드, 베릴륨 설파이드, 보론 아제나이드, 실리콘, 갈륨 나이트라이드, 알루미늄 포스파이드 및 갈륨 포스파이드 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러는 고분자 수지의 전체 중량을 기준으로 하여 1 내지 20wt%로 포함되는 것을 특징으로 하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물.
  7. 단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브를 혼합하고 질화붕소나노튜브를 단단한 응집 질화붕소의 표면에 부착하여 Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻는 단계; 및
    Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러 및 고분자 수지를 혼합하는 단계;를 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조물성 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻는 단계는,
    단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브를 혼합하는 단계; 및
    혼합물에 회전력, 압력 및 고주파 중 적어도 하나를 인가하여 질화붕소나노튜브를 단단한 응집 질화붕소의 표면에 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러를 얻는 단계는,
    단단한 응집 질화붕소 및 질화붕소나노튜브를 고에너지 혼합방법에 의해 혼합하여 수행되는 것을 특징으로 하는 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    Hard a-BN-BNNT 하이브리드 필러 및 고분자 수지를 혼합하면, 단단한 응집 질화붕소 표면에 부착된 질화붕소나노튜브의 일부는 탈리되는 것을 특징으로 하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름 조성물 제조방법.
  11. 청구항 1에 따른 5G FCCL용 저유전 고방열 조성물을 포함하는 5G FCCL용 저유전 고방열 필름.
  12. 청구항 11에 따른 5G FCCL용 저유전 고방열 필름을 포함하는 연성인쇄회로기판.
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