WO2014204204A1 - 도전성 방열시트, 이를 포함하는 전기부품 및 전자제품 - Google Patents

도전성 방열시트, 이를 포함하는 전기부품 및 전자제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속재료에 의하여 형성된 열확산층; 상기 열확산층의 일면 또는 양면상에 배치되며 금속산화물 및 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층; 및 상기 열전도층의 일면 또는 양면 상에 배치되는 점착층을 포함하는 도전성 방열시트 도전성 방열시트, 이를 포함하는 전자부품 및 전자제품을 개시한다.

Description

도전성 방열시트, 이를 포함하는 전기부품 및 전자제품
본 발명은 도전성 방열시트, 이를 포함하는 전기부품 및 전자제품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기재료로 이루어진 열전도층을 추가적으로 포함함에 의하여 전자파차폐능과 전기전도성 외에 향상된 방열특성을 제공하는 도전성 방열시트에 관한 것이다.
최근 전자기기의 경박 단소화에 따라 전자부품 및 전기부품이 소형화되고, 전자기기의 고성능화에 따라 전자부품 및 전기부품에서 많은 열이 발생하게 된다. 이러한 과량의 열은 전자부품 및 전기부품의 오작동, 수명단축 등을 야기한다.
따라서, 상기 전자부품 및 전기부품에서 발생하는 열을 효과적으로 흡수하여 외부로 전달하는 도전성 방열시트가 사용된다.
도전성 방열시트는 전자부품 및 전기부품에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 열확산층 및 상기 열확산층을 전자부품 및 전기부품에 부착시키는 점착층을 포함한다. 상기 열확산층의 재료로서 구리 등의 금속이 주로 사용된다.
점착층의 재료로서는 유기계 고분자가 주로 사용된다. 유기계 고분자는 일반적으로 열전도도가 낮다. 따라서, 상기 점착층을 포함하는 도전성 방열시트의 열확산성이 저하된다.
점착층의 낮은 열전도도를 향상시키기 위하여 열전도성 입자가 첨가되나, 이러한 열전도성 입자의 첨가에 의하여 탄성율이 증가되어 점착층의 점착성이 저하된다.
따라서, 우수한 열확산성과 점착성을 동시에 제공하는 도전성 방열시트가 요구된다.
본 발명의 한 측면은 새로운 구조의 도전성 방열시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 측면은 상기 도전성 방열시트를 포함하는 전기부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 한 측면은 상기 도전성 방열시트를 포함하는 전자제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따라
금속재료에 의하여 형성된 열확산층;
상기 열확산층의 일면 또는 양면상에 배치되며 무기금속, 금속산화물 및 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층을 포함하는 도전성 방열시트가 제시된다.
본 발명의 다른 한 측면에 따라,
발열체; 및
상기 발열체의 일면 또는 양면 상에 배치된 상기 도전성 방열시트를 포함하는 전자부품이 제시된다.
본 발명의 또 다른 한 측면에 따라, 상기 도전성 방열시트를 포함하는 전자제품이 제시된다.
본 발명의 한 측면에 따르면 새로운 조성의 열전도층을 포함함에 의하여 점착층의 점착성 저하 없이 우수한 열확산성 및 전자파차폐능을 동시에 가지는 도전성 방열시트가 얻어질 수 있다.
도 1은 예시적인 일구현예에 따른 도전성 방열시트의 모식도이다.
도 2는 다른 예시적인 일구현예에 따른 도전성 방열시트의 모식도이다.
도 3은 또 다른 예시적인 일구현예에 따른 도전성 방열시트의 모식도이다.
도 4는 또 다른 예시적인 일구현예에 따른 도전성 방열시트의 모식도이다.
도 5는 또 다른 예시적인 일구현예에 따른 도전성 방열시트의 모식도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 일구현예에 따른 도전성 방열시트의 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(100) : 방열시트 (001) : 점착층
(002) : 열전도층 (003) : 열확산층
(004) : 무기금속층 (005) : 이형층
이하에서는 바람직한 구현예들에 따른 도전성 방열시트, 도전성 방열시트를 포함하는 전기부품 및 전자제품에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
예시적인 일구현예에 따른 도전성 방열시트는 금속재료에 의하여 형성된 열확산층; 상기 열확산층의 일면 또는 양면상에 배치되며 무기금속, 금속산화물 및 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층을 포함한다. 상기 금속재료는 특별히 한정되지 않으나 예를 들어 구리, 알루미늄 등일 수 있다. 상기 무기금속은 상기 열확산층을 구성하는 금속재료와 다른 금속이다. 예를 들어, 상기 무기금속은 철, 아연, 니켈 등일 수 있다.
상기 도전성 방열시트는 상기 열전도층의 일면 또는 양면 상에 배치되는 보호층을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 보호층은 고분자를 포함할 수 있다. 상기 보호층은 고분자를 포함함에 의하여 열에 의하여 녹여서 기재 등에 부착하거나 고분자 자체가 점착성을 가져 기재 등에 부착할 수 있다. 상기 보호층에 사용되는 고분자는 특별히 한정되지 않으며 열에 의하여 녹는 열가소성 고분자 또는 점착성을 가지는 점착성 고분자일 수 있다.
예를 들어, 상기 보호층은 점착성 고분자를 포함하는 점착층일 수 있다.
한편, 종래의 일반적인 도전성 방열시트에서는 점착층이 열전도성입자를 포함함에 의하여 점착층의 열전도성은 향상되나 점착성이 저하된다. 이에 반해, 본 발명의 도전성 방열시트는 열전도성입자가 별도의 열전도층을 형성함에 의하여 도전성 방열시트의 열확산 성능을 저하시키지 않으면서도 점착층의 점착층을 향상시킬 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 점착층은 열전도성 입자를 포함하지 않거나 종래의 도전성 방열시트에 비하여 적은 함량의 열전도성 입자를 포함함에 의하여 종래의 도전성 방열시트와 유사한 열확산 성능을 제공할 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 상기 금속산화물은 흑색산화물(black oxide)일 수 있다. 상기 금속산화물이 흑색산화물임에 의하여 도전성 방열시트의 온도변화에 따른 열화를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 상기 열전도층과 점착층의 점착력이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 상기 열전도층이 실질적으로 흑색을 띠게 됨에 의하여 유려한 미관을 제공할 수 있으며 전자기파를 보다 효과적으로 차폐하여 전자기기 내에서 전자기파의 간섭을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 흑색산화물은 하나 이상의 전이금속의 산화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 흑색산화물은 구리, 니켈 및 코발트를 포함하는 산화물일 수 있다. 한편, 상기 금속산화물은 산화구리일 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 상기 무기재료는 합금 및 탄소계재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 무기재료가 합금을 추가적으로 포함함에 의하여 합금이 금속에 비하여 향상된 열전도도를 제공하므로, 열전도층은 보다 향상된 열전도도를 가질 수 있다. 즉, 상기 열전도도층이 실질적으로 새로운 열확산층으로 작용할 수 있다.
또한, 상기 무기재료가 탄소계재료를 추가적으로 포함함에 의하여 열전도층의 열전도도가 현저히 향상될 수 있다. 따라서, 상기 열전도도층이 실질적으로 새로운 열확산층으로 작용할 수 있다. 또한, 상기 탄소계재료를 추가적으로 포함하는 열전도층은 실질적으로 금속재료로 이루어진 열확산층에 비하여 더욱 향상된 열확산 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소계재료를 포함하는 열전도층은 금속산화물 메트릭스 내에 탄소계재료가 분산된 구조를 가지는 금속산화물-카본 복합층을 형성할 수 있다.
이러한 복합층은 흑연 등으로 이루어진 종래의 탄소계 열확산층트에 비하여 탄소계재료의 분산, 균열, 파쇄 등의 문제가 없으며 별도의 고분자필름 등으로 피복할 필요도 없으므로 간단하면서도 견고한 구조를 구현할 수 있다. 따라서, 상기 복합층은 우수한 열확산성과 내구성을 동시에 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 탄소계재료는 탄소계나노구조체를 포함할 수 있다. 상기 탄소계나노구조체는 나노크기의 구조를 가지는 구조체이다. 예를 들어, 하나의 하나의 차원에 의해서만 크기가 한정되지 않으며, 나머지 두개의 차원에서는 크기가 1000nm 이하로 한정되는 1차원 나노구조체, 두개의 차원에 의해서만 크기가 한정되지 않으며, 나머지 하나의 차원에서만 크기가 1000nm 이하로 한정되는 2차원 나노구조체 등이 있다.
1차원 나노구조체는 길이가 한정되지 않는 나노구조체로서 예를 들어 탄소나노튜브, 탄소나노파이버 등이다. 상기 탄소나노튜브는 특별히 한정되지 않으며 금속성 탄소나노튜브, 반도체성탄소나노튜브, 단일벽탄소나노튜브, 이중벽탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브 등 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 상기 탄소나노파이버는 직경이 1000nm 미만인 탄소섬유로서 일반적인 탄소섬유에 비하여 열전도고 매우 높다. 예를 들어, 기상성장탄소나노파이버(vapor grown carbon nanofiber)의 열전도도는 500 W/mk 이상일 수 있다. 2차원 나노구조체는 면적이 한정되지 않는 나노구조체로서 그래핀 등이다. 상기 그래핀의 면적은 특별히 한정되지 않으면 당해 기술분야에서 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다.
또한, 상기 탄소계재료는 흑연, 팽창흑연, 및 탄소섬유로 이루어진 군에선 선택된 하나 이상을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 흑연은 결정성이 높은 탄소계 재료로서 열전도도가 350~400 W/mk 정도로 높다. 상기 팽창흑연은 흑연을 강산등으로 처리한 후 건조 및/또는 소성시켜 흑연의 면간거리를 증가시킨 것이다. 상기 탄소섬유는 직경이 마이크로 수준인 섬유상 탄소이다.
상기 열확산층 상에 형성되는 열전도층은 접착체 또는 점착제 등의 유기바인더의 사용없이 열확산층 상에 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 열확산층 상에 열전도층이 도금에 의하여 직접 형성될 수 있다. 따라서, 열확산층과 열전도층 사이의 계면에서 접착제 또는 점착제에 의하여 열전도도가 저하되지 않을 수 있다.
상기 열전도층에서 합금의 함량은 열전도층 총 중량의 10중량% 내지 90중량%일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되지 않으며 필요에 따라 적절히 변결될 수 있다.
상기 열전도층에서 탄소계재료의 함량은 열전도층 총 중량의 10중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도층에서 탄소계재료의 함량은 열전도층 총 중량의 0.01중량% 내지 10중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도층에서 탄소계재료의 함량은 열전도층 총 중량의 0.1중량% 내지 10중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도층에서 탄소계재료의 함량은 열전도층 총 중량의 0.5중량% 내지 10중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도층에서 탄소계재료의 함량은 열전도층 총 중량의 1중량% 내지 10중량% 이하일 수 있다. 상기 열전도층에서 탄소계재료의 함량이 지나치게 높으면 금속산화물을 포함하는 열전도층의 균열이 발생할 수 있다.
상기 열전도층은 유기재료를 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 즉, 상기 열전도층은 고분자 바인더 등의 유기재료의 사용 없이 금속산화물, 합금 및 탄소계재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상만으로 형성될 수 있다. 상기 열전도층이 유기바인더를 포함하지 않으므로, 유기바인더를 포함하는 열전도층에 비하여 현저히 향상된 열전도도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도층은 전해도금, 비전해도금 등에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 열전도층은 고온 및/또는 고압 등의 가혹한 조건을 거치지 않고 형성될 수 있다. 따라서, 상기 열전도층을 포함하는 도전성 방열시트는 간단하고 경제적으로 제조할 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 상기 합금은 Cu, Ni, Co, Fe, Zn, Cr, Mo, W, V, Mn, Ti, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 둘 이상의 원소를 포함하는 합금일 수 있다. 예를 들어, 상기 합금은 Cu와 나머지 다른 금속들 중 하나 이상과의 합금일 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 금속산화물은 Cu를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속산화물은 산화구리일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화구리는 CuO, Cu2O 등일 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 금속산화물은 Ni, Co, Fe, Zn, Cr, Mo, W, V, Mn, Ti, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속산화물은 산화니켈, 산화코발트, 산화철, 산화아연, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화바나듐, 산화망간, 산화티탄, 및 산화주석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속산화물은 Co3O4, CoO(OH), CoO, NiO, Ni2O3, Ni(OH)2와 같은 산화물 및/또는 수산화물을 포함할 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 10㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 5㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 0.1㎛ 내지 4㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 0.1㎛ 내지 3㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 0.1㎛ 내지 2㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 0.1㎛ 내지 1㎛ 일 수 있다. 상기 열전도층의 두께가 10㎛ 초과이면 열전도층의 열저항이 높아질 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 열전도층은 유연성(flexibility)을 가질 수 있다. 상기 열전도층은 종래의 일반적인 열전도층에 비하여 유연성을 가질 수 있다. 특히, 상기 열전도층은 탄소계재료를 포함하는 복합층인 경우에도 종래의 탄소계재료를 포함하는 열전도층이 쉽게 균열되는 것과 달리 유연성을 가질 수 있어 내구성이 현저히 높고 다양한 용도에 사용될 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 열확산층의 금속재료는 구리 또는 알루미늄일 수 있다. 상기 구리 및 알루미늄의 열전도도는 200W/mk이상이다. 따라서, 상기 금속재료는 발열체로부터 점착층 및 열전도층을 통과하여 전달된 열을 외부로 효과적으로 확산시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 열확산층은 동박일 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 열확산층의 두께는 4㎛ 내지 100㎛ 일 수 있다. 상기 열확산층의 두께가 4㎛ 이하이면 발열체에 의하여 방출되는 열의 양이 많은 경우 열확산층의 열용량이 포화될 수 있다. 상기 열확산층의 두께가 100㎛ 초과이면 열확산층의 열확산특성이 개선되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 열확산층의 두께는 10 내지 60㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 열확산층의 두께는 20 내지 50㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 열확산층의 두께는 30 내지 45㎛일 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 열확산층의 일면 또는 양면 상에 배치된 철, 아연 및 니켈로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 금속층을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 열확산층의 일면 또는 양면 상에 철금속층, 아연금속층 및/또는 니켈금속층을 추가적으로 포함함에 의하여 열확산층의 열화를 방지할 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 점착층의 두께는 50㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 1㎛ 내지 40㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 5㎛ 내지 30㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 10㎛ 내지 20㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 방열시트에서 열전도층의 두께는 15㎛ 내지 20㎛ 일 수 있다.
상기 도전성 방열시트에서 점착층은 유기계 고분자를 포함할 수 있다. 상기 유기계 고분자는 점착성을 제공하는 것이라면 특별히 한정되지 않으며 예를 들어, 아크릴계 고분자, 스티렌계 고분자, 우레탄계 고분자, 에스테르계 고분자 등일 수 있다.
또한, 상기 도전성 방열시트에서 점착층은 열전도성 재료를 포함하지 않을 수 있다. 다만, 도전성 방열시트의 열전도도를 추가적으로 증가시키기 위하여 입자 형태의 열전도성 재료를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 열전도성 재료로서는, 무기 질화물 입자, 금속 수산화물 입자, 금속 산화물 입자, 금속 입자, 카본 입자 등을 사용할 수 있다. 상기 무기 질화물 입자로서는, 예를 들어 질화붕소 입자, 질화알루미늄 입자, 질화규소 입자, 질화갈륨 입자 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 보다 열전도성이 우수하고 전기 절연성이 우수하다는 점에서, 질화붕소 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 무기 질화물 입자로서는, 적어도 질화붕소 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 금속 수산화물 입자로서는, 예를 들어 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 각 입자를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 금속 수산화물 입자로서는, 열전도성이 보다 높고, 전기 절연성이 우수하다는 점에서, 수산화알루미늄 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 금속 산화물 입자로서는, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화아연, 산화주석, 산화구리, 산화니켈, 안티몬 도프 산화주석 등의 각 입자를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 금속 산화물 입자로서는, 열전도성이 보다 높고, 전기 절연성이 우수하다는 점에서, 산화알루미늄 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열전도성 재료로서는, 그 이외에도 탄화규소, 이산화규소, 탄산칼슘, 티타늄산바륨, 티타늄산칼륨, 구리, 은, 금, 니켈, 알루미늄, 백금, 카본 블랙, 카본 튜브(카본 나노 튜브), 탄소 섬유, 다이아몬드 등의 각 입자를 사용할 수 있다.
상기 열전도성 재료로서는, 상기의 각종 입자의 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 열전도성 입자의 형상으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 구 형상, 바늘 형상 또는 판 형상 등을 들 수 있다.
상기 열전도성 입자의 크기는, 형상이 구 형상인 경우에는, 일차 평균 입자 직경이 바람직하게는 0.1 내지 1000 ㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 20㎛이다. 일차 평균 입자 직경이 1000㎛ 이하이면, 열전도성 점착제층의 두께에 대한 열전도성 입자의 크기의 비가 작아질 수 있다는 점에서, 열전도성 점착제층의 두께의 편차가 발생하기 어렵다.
또한, 상기 열전도성 입자의 크기는, 형상이 바늘 형상 또는 판 형상인 경우에는, 최대 길이가 바람직하게는 0.1 내지 1000㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 20㎛이다. 상기 최대 길이가1000㎛ 이하이면, 열전도성 입자끼리의 응집이 일어나기 어려워져, 취급이 용이해진다는 이점이 있다.
또한, 열전도성 입자의 형상이 바늘 형상인 경우, 장축 길이/단축 길이 또는 장축 길이/두께로 표시되는 종횡비, 또는 형상이 판 형상인 경우, 대각 길이/두께 또는 장변 길이/두께로 표시되는 종횡비는 1 내지 10000인 것이 바람직하고, 10 내지 1000인 것이 보다 바람직하다.
상기 열전도성 입자로서는, 일반적인 시판품을 사용할 수 있다. 질화붕소의 입자로서는, 상품명 「HP-40」(미 즈시마 고킨테츠사제), 상품명 「PT620」(모멘티브사제) 등을, 수산화알루미늄의 입자로서는, 상품명 「하이디
라이트 H-32」, 상품명 「하이디라이트 H-42」(쇼와 덴꼬사제) 등을, 산화알루미늄의 입자로서는, 상품명 「AS-50」(쇼와 덴꼬사제) 등을, 수산화마그네슘의 입자로서는, 상품명 「KISUMA 5A」(교와 가가꾸 고교사제) 등을,안티몬 도프 산화주석의 입자로서는, 상품명 「SN-100S」, 「SN-100P」, 「SN-100D (수분산품)」(이시하라 산교사제) 등을, 산화티타늄의 입자로서는, 상품명 「TTO 시리즈」(이시하라 산교사제) 등을, 산화아연의 입자로서는, 상품명 「SnO-310」, 「SnO-350」, 「SnO-410」(스미또모 오사카 시멘트사제) 등을 예를 들어 사용할 수 있다.
상기 열전도성 입자는, 유기계 고분자 성분 100중량부에 대하여 10 내지 1000중량부, 예를 들어 50 내지 500중량부, 예를 들어 100 내지 400중량부를 사용할 수 있다. 중합체 성분 100중량부에 대하여 열전도성 입자를 10중량부 이상 사용함으로써, 열전도성 점착제층의 열전도성이 보다 높아진다는 이점이 있고, 열전도성 입자를 1000 중량부 이하 사용함으로써, 열전도성 점착제층의 가요성이 보다 높아지고, 점착력이보다 우수해질 수 있다는 이점이 있다.
상기 도전성 방열시트에서 점착층은 난연성 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 난연제는 예를 들어 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 등이 사용될 수 있으나 반드시 이것으로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 난연제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 상기 수산화마그네슘의 입경은 0.5㎛ 내지 5㎛일 수 있으나, 수산화마그네슘의 입경이 작을수록 난연제로서의 성능이 향상될 수 있다.
상기 수산화마그네슘의 함량은 점착층 총 부피의 10부피% 내지 40부피%일 수 있다. 상기 수산화마그네슘의 함량이 10부피% 미만이면 난연성을 발휘하기 어려우며 상기 수산화마그네슘의 함량이 40부피% 초과이면 열전도성이 저하되고 탄성율이 증가하여 점착성이 저하될 수 있다.
상기 점착층은 열전도층 상에 다양한 방법으로 코팅될 수 있다. 예를 들어 그라비아(Gravure) 코팅,마이크로 그라비아(Micro Gravure) 코팅, 키스 그라비아(Kiss Gravure) 코팅, 콤마 나이프(Comma Knife) 코팅, 롤(Roll) 코팅, 스프레이(Spray) 코팅, 메이어 바(Meyer Bar) 코팅, 슬롯 다이(Slot Die) 코팅, 리버스(Reverser) 코팅, 플렉소 방법 및 오프셋(offset) 방법으로부터 선택될 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 점착층을 형성할 수 있는 방법이라면 모두 가능하다.
상기 도전성 방열시트에서 상기 점착층 상에 배치되는 이형층을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 이형층은 도전성 방열시트를 보호하기 위한 것으로서 종이, 고분자필름 등이 사용될 수 있으며 당해 기술분야에서 이형층으로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 상기 고분자필름은 PET필름, 아크릴필름 등이다.
상기 도전성 방열시트에서 상기 열확산층의 일면 또는 양면 상에 절연층이 추가적으로 배치될 수 있다. 상기 단열층은 열확산층의 표면을 덮고 이에 의하여 금속재료의 특성에 의하여 도전성을 가지는 열확산층 및 도전성 방열시트와 기타 전자제품 내의 부재가 접촉하는 것을 막아주며 상기 도전성 방열시트에 전기절연성을 제공한다.
상기 절연층으로 사용되는 재료는 당해 기술분야에서 전기절연성 재료로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 상기 전기절연성 재료는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴이카보네이트(PC), 실리콘수지 및 우레탄 수지가 사용될 수 있다.
상기 절연층의 열전도율은 낮을수록 바람직하다. 특히, 상기 열전도율은 0.5 W/mㅇK 이하인 것이 바람직하고, 0.2 W/mㅇK 이하인 것이 더욱 바람직하다. PET 및 PI의 열전도율은 약 0.15 W/mㅇK이고, PP의 열전도율은 약 0.12 W/mㅇK이고, PC의 열전도율은 약 0.19 W/mㅇK이고, PE의 열전도율은 약 0.50 W/mㅇK이고, PPS의 열전도율은 약 0.29 W/mㅇK이다. 따라서, 상기 언급된 예들 중, PET, PP, PI 및 PC가 바람직하다.
상기 절연층의 두께는 10 ㎛ ~ 100 ㎛인 것이 바람직하다. 단열층의 두께가 10 ㎛ 미만일 경우, 열확산층에서 두께 방향으로의 열전도가 충분히 차단되지 않고, 이에 따라, 면 방향으로의 열확산층의 열전도성이 충분히 증가할 수 없다. 상기 단열층의 두께가 100 ㎛를 초과하는 경우, 열은 상기 열확산층 및 단열층 사이에 축적되고, 열이 상기 도전성 방열시트의 표면으로부터 확산되지 않을 수 있는 위험이 있다.
상기 도전성 방열시트에서 열확산층은 복수의 금속층과 상기 금속층 사이에 배치된 접착층을 포함할 수 있다. 즉, 상기 열확산층은 하나의 금속층뿐만 아니라 접착층에 의하여 열결된 복수의 금속층으로 이루어질 수 있다. 상기 열확산층이 포함하는 금속층의 개수는 특별히 한정되지 않으며 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 열확산층은 2개의 금속층과 상기 금속층 상이에 배치된 접착층을 포함할 수 있다. 상기 2개의 금속층의 두께의 합은 예를 들어, 10 내지 60㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 2개의 금속층의 두께의 합은 20 내지 50㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 2개의 금속층의 두께의 합은 30 내지 45㎛일 수 있다.
예를 들어, 상기 열확산층은 두께 15 내지 20㎛의 제1금속층 및 두께 13 내지 17㎛의 제2금속층으로 이루어질 수 있다.
상기 금속층 사이에 개재되는 접착층은 고분자 수지일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 수지는 우레탄계 수지, 아크릴게 수지, 에폭시계 수지, 우레아계 수지 등이 사용될 수 있다. 상기 접착층을 형성하는 방법은 상기 점착층의 형성방법과 동일할 수 있다.
다르게는, 상기 도전성 방열시트는 제 1 금속재료에 의하여 형성된 열확산층; 및 상기 열확산층의 일면 또는 양면상에 배치되며 제 2 금속재료를 포함하는 열전도층; 을 포함하며, 상기 제 2 금속재료가 철, 아연 또는 니켈로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이다.
상기 제 1 금속재료는 구리, 알루미늄 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해기술분야에서 열확산층으로 사용될 수 있는 재료라면 모두 가능하다. 상기 제 2 금속재료는 제 1 금속재료와 다른 금속으로서 철, 아연, 니켈 등일 수 있다. 상기 열확산층상에 제 2 금속재료를 포함하는 열전도층이 형성됨에 의하여 열확산성 및 전자파차폐능이 모두 향상될 수 있다.
상기 도전성 방열시트는 상기 도전성 방열시트는 상기 열전도층의 일면 또는 양면 상에 배치되는 보호층을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 보호층은 고분자를 포함할 수 있다. 상기 보호층은 고분자를 포함함에 의하여 열에 의하여 녹여서 기재 등에 부착하거나 고분자 자체가 점착성을 가져 기재 등에 부착할 수 있다. 상기 보호층에 사용되는 고분자는 특별히 한정되지 않으며 열에 의하여 녹는 열가소성 고분자 또는 점착성을 가지는 점착성 고분자일 수 있다.
상기 도전성 방열시트는 예를 들어 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 도전성 방열시트(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 금속재료에 의하여 형성된 열확산층(003); 상기 열확산층(003)의 일면상에 배치되며 금속산화물을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층(002); 및 상기 열전도층(002)의 일면상에 배치되는 점착층(001)으로 이루어진 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 도전성 방열시트(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 도전성 방열시트(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 금속재료에 의하여 형성된 열확산층(003); 상기 열확산층(003)의 일면상에 배치되며 금속산화물을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층(002); 상기 열전도층(002)의 일면상에 배치되는 점착층(001); 및 상기 열확산층(003)의 다른 일면 상에 배치된 열전도층(002)으로 이루어진 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 도전성 방열시트(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 금속재료에 의하여 형성된 열확산층(003); 상기 열확산층(003)의 일면상에 배치되며 금속산화물을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층(002); 상기 열전도층(002)의 일면상에 배치되는 점착층(001); 상기 열확산층(003)의 다른 일면 상에 배치된 열전도층(002); 및 상기 열전도층(002)의 일면 상에 배치된 점착층(001)으로 이루어진 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 도전성 방열시트(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 금속재료에 의하여 형성된 열확산층(003); 상기 열확산층(003)의 일면상에 배치되며 금속산화물을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층(002); 상기 열전도층(002)의 일면상에 배치되는 점착층(001); 및 상기 열확산층(003)의 다른 일면 상에 배치된 니켈층(004);으로 이루어진 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 도전성 방열시트(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 금속재료에 의하여 형성된 열확산층(003); 상기 열확산층(003)의 일면상에 배치된 니켈층 (004); 상기 니켈층(004)의 일면상에 배치되는 점착층(001); 및 상기 열확산층(003)의 다른 일면 상에 배치된 니켈층(004);으로 이루어진 구조를 가질 수 있다.예를 들어, 도전성 방열시트(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 금속재료에 의하여 형성된 열확산층(003); 상기 열확산층(003)의 일면상에 배치되며 금속산화물을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층(002); 상기 열전도층의 일면상에 배치되는 이형층(005); 상기 열확산층(003)의 다른 일면 상에 배치된 열전도층(002); 상기 열전도층(002)의 일면 상에 배치된 점착층(001); 및 상기 점착층(001)의 일면상에 배치되는 이형층(005);으로 이루어진 구조를 가질 수 있다.
또한, 도면에 도시되지 않았으나 기술적으로 가능한 범위내에서 상기 방열시트를 구성하는 각각의 층들은 상기 방열시트를 구성하는 다른 층의 양면에 배치될 수 있다.
다른 예시적인 일구현예에 따른 전자부품은 발열체; 및 상기 발열체의 일면 또는 양면 상에 배치된 상술한 도전성 방열시트를 포함한다. 상기 발열체는 특별히 한정하지 않으며 열을 발생하는 것이라면 모두 가능하다. 상기 발열체 및/또는 전자부품은 예를 들어 배터리, 모터, IC 칩 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 방열이 필요한 것이라면 모두 가능하다.
또 다른 예시적인 일구현예에 따른 전자제품은 상술한 도전성 방열시트를 채용한다.
상기 전자제품은 예를 들어, 평판 TV와 같은 박막 평판표시장치, 스마트폰, 스마트패드와 같은 휴대용 전자기기 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 방열이 필요한 것이라면 모두 가능하다.
예를 들어, 상기 전자제품은 유연성 TV와 같은 유연성 표시장치(flexible display device)일 수 있다. 상기 도전성 방열시트는 우수한 유연성을 가짐에 의하여 유연성이 요구되는 전자제품에 광범위하게 사용될 수 있다.
또 다른 예시적인 일구현예에 따른 도전성 방열시트의 제조방법은 금속박막을 준비하는 단계; 상기 금속박막상에 금속산화물층을 형성시키는 단계; 상기 금속산화물층 상에 점착층을 형성시키는 단계를 포함한다.
먼저, 금속박막이 준비된다.
상기 금속박막은 동박 또는 알루미늄박일 수 있다. 예를 들어, 동박이 사용될 수 있다. 상기 동박은 전해동박, 압연동박 등일 수 있다.
상기 동박은 광폭 생산이 가능한 전해동박으로서 동박의 두께는 4~100㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 동박의 두께는 1~35㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 동박의 두께는 6~18㎛일 수 있다. 상기 동박의 표면조도(Rz : DIN)는 0.1~2.0 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 동박의 표면조도는 0.5~1.5㎛일 수 있다. 상기 동박의 표면조도가 0.1 ㎛보다 작은 경우 접착층과의 점착성이 저하될 수 있다. 상기 동박의 표면조도가 2.0 ㎛보다 균일한 금속산화물층이 얻어지지 않을 수 있다.
다음으로, 상기 금속박막 상에 금속산화물층이 형성된다.
상기 금속산화물층은 흑색을 유발하는 금속이 포함된 전해도금욕에서 동박을 음극에 배치하고 상기 음극의 동박표면 상에 상기 금속산화물 도금층을 석출시킴으로써 행해진다. 흑색을 유발한다고 알려진 금속으로는 Cu, Cr, Co, Ni 등이 있다. Cu, Co, Ni 등의 도금층이 흑색을 띠기 위해서는, 한계전류밀도 근처에서 전해도금하여 동박표면 상에 Co3O4, CoO(OH), CoO, NiO, Ni2O3, Ni(OH)2와 같은 산화물의 형태로 석출되어야 한다.
상기 금속산화물층은 Cu, Co, Ni 등을 포함하는 전해도금욕에 암모늄 화합물를 첨가하고, 중심금속이온인 Cu, Co, Ni에 암모늄이 리간드로서 결합하여 착화합물을 형성하도록 하는 이른바 착이온도금경로를 거치도록 하여 동박에 금속산화물 도금층을 형성시킴으로써, 균일한 외관의 금속산화물 도금층을 얻을 수 있다.
최초 반응물 투입후 최종적인 반응생성물이 생성되기까지의 중간반응과정이 복잡하므로, 구체적인 반응경로는 정확하게 파악하기 힘들지만, Cu, Co, Ni이 착이온도금경로를 거쳐 동박 상에 도금되면, Cu, Co, Ni의 도금경로가 암모늄 화합물이 개입되지 않은 종래의 도금경로와 전혀 달라지기 때문에 종래와 같은 불균일한 금속산화물 도금이 방지되는 것으로 여겨진다.
구체적인 도금과정은 예컨대, Ir 전극을 양극으로 사용하고, 음극을 동박으로 하여 도금을 행함으로써 이루어지며, 전해도금욕의 구체적인 조성은 다음과 같다.
Cu, Co 및 Ni의 농도가 각각 1 g/l 미만인 경우 도금층이 완전한 흑색이 되지 않으며, 상기 성분의 농도가 각각 20 g/l 를 초과하는 경우에는 묻어남에 의한 잔사가 발생할 염려가 있다. 따라서, 전해도금욕에 포함되는 Cu, Co, Ni는 각각 1 ~ 20 g/l의 범위에 있는 것이 바람직하다.
한편, 열확산에 필요한 물리적특성 또는 기계적특성을 추가하거나, 점착층과 열확산층과의 점착력을 향상시키거나 하는 등의 목적을 위하여, Cu, Co, Ni 외에 Fe, Zn, Cr, Mo, W, V, Mn, Ti, Sn 중 하나 이상의 성분을 도금욕에 추가적으로 첨가할 수도 있다.
리간드인 암모늄 화합물로서는, 황산암모늄, 염화암모늄, 아세트산암모늄 등의 암모늄염을 첨가할 수 있으며, 암모늄 착화합물 형태의 암모늄 화합물도 가능하다. 도금욕 중의 암모늄 화합물 농도가 50 g/l 를 초과하는 경우에는 금속산화물층이 완전한 흑색이 되지 않게 되므로, 암모늄 화합물의 농도는 50 g/l 이하인 것이 바람직하다. 또한, 암모늄 화합물 농도가 1 g/l 미만인 경우에는 도금욕의 용해저항이 커서 비경제적이므로, 더욱 바람직한 암모늄 화합물의 농도는 1 ~ 50 g/l인 것이 좋다.
암모늄을 금속이온과 결합시키기 위한 착화제로서는, 글리신, 구연산염, 파이로인산 등이 적당하다. 상기 착화제의 농도가 100g/l을 초과하는 경우에는 완전한 흑색이 되지 않을 뿐 아니라 동박 표면에 얼룩이 발생하므로 100 g/l 이하의 농도가 바람직하다. 또한, 암모늄 화합물과 금속이온과의 반응을 활발히 하기 위해서는, 상기 착화제의 농도가 5 g/l 이상인 것이 좋으며, 따라서 착화제의 농도는 5 ~ 100 g/l인 것이 더욱 바람직하다.
상기 도금욕은 탄소계 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 탄소계 재료는 탄소나노튜브, 탄소나노파이버, 그래핀, 초분산다이아몬드(UDD, ultra dispersed diamond), 다이아몬드유사카본(UDC, diamond-like carbon), 흑연, 팽창흑연, 및 탄소섬유로 이루어진 군에선 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 도금욕에서 탄소계 재료의 함량은 1 내지 100g/L 일 수 있다. 예를 들어, 상기 도금욕에서 탄소계 재료의 함량은 1 내지 50g/L일 수 있다. 예를 들어, 상기 도금욕에서 탄소계 재료의 함량은 1 내지 20g/L일 수 있다. 예를 들어, 상기 도금욕에서 탄소계 재료의 함량은 1 내지 20g/L일 수 있다. 예를 들어, 상기 도금욕에서 탄소계 재료의 함량은 2 내지 15g/L일 수 있다. 예를 들어, 상기 도금욕에서 탄소계 재료의 함량은 3 내지 15g/L일 수 있다. 예를 들어, 상기 도금욕에서 탄소계 재료의 함량은 7 내지 15g/L일 수 있다.
공업적으로 경제적인 도금욕의 전류밀도는 0.1 ~ 60 A/dm2이고, 특히 5 ~ 45 A/dm2의 전류밀도가 바람직하다. 전류밀도가 0.1 A/dm2 미만이면 원하는 흑색의 금속산화물층을 얻을 수 없으며, 60 A/dm2 이상에서는 과도금되어 묻어남 현상이 발생하기 때문이다. 도금욕의 pH는 2.5~6.0 범위인 것이 바람직하며, 특히, 4.0~5.8 범위의 pH가 바람직하다. pH가 2.5 미만인 경우 도금된 흑화층이 녹아나오게 되며, pH가 6.0 이상인 경우에는 흑화표면처리되지 않은 반대쪽 면이 변색되는 문제가 있으며 도금액이 침전되어 액의 안정성이 저하된다.
또한, 도금시간은 1 ~ 40초 범위에서 가능하나, 전류밀도, 전해액 농도 등을 고려하여 상기 범위 이외도 가능하다.
한편, 반사율을 작게 하고 투명기재와의 접착성을 향상시키기 위해 금속산화물 도금을 행하기 전에, 동박의 표면에 미세 동입자층을 석출부착시킬 수 있다. 석출된 동입자는 앵커(anchor)역할을 하여 점착층재에 동박을 적층시킬 때 박리강도를 상승시켜 접착성을 향상시킬 수 있다.
상기 미세 동입자층의 형성은 동박에 사용되는 조화(粗化)처리를 이용하여 행할 수 있다. 조화처리는 황산동 도금욕에서 행하는 것이 보통이며, 조화처리 시의 동입자 부착량은 0.1 ~ 10 g/㎡ 범위가 바람직하며 더욱 바람직한 범위는 0.5 ~ 8 g/㎡이다. 미세 동입자층 형성, 금속산화물 도금층 형성의 모든 표면처리공정에 걸쳐서 표면조도는 상술한 바와 같이, Rz(DIN 규격)로 0.1 ~ 2.0 ㎛이내로 유지되어야 한다. 상술한 미세 동입자층 형성조건, 흑화도금조건의 범위 내에서 표면처리할 경우 표면조도를 상기 범위 이내로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 동박에 전해 크로메이트(chromate)처리 등의 방청처리를 할 수 있다. 그리고, 흑화 도금을 행하지 않은 쪽의 표면에 Ni, Zn, Ni 합금 또는 Zn 합금으로 이루어진 도금 피막을 형성하면, 가열공정에서 가열 변색을 방지할 수 있다.
마지막으로, 상기 금속산화물층 상에 점착층을 형성시킨다.
상기 점착층은 아크릴계 고분자, 스티렌계 고분자, 우레탄계 고분자, 에스테르계 고분자 등을 포함하는 용액을 금속산화물 층 상에 도포한 후 건조시켜 형성될 수 있다. 상기 용액을 필요에 따라 열전도성 입자, 난연성 입자를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 점착층 상에 필요에 따라 보호층 필름 및/또는 절연성 필름이 배치될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 아래의 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 아래의 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
(도전성 방열시트의 제조)
실시예 1: 금속산화물 열전도층
(열전도층의 형성)
두께 35㎛인 전해동박(일진머티리얼즈)을 100g/l 황산에서 5초동안 침지하고 산세처리 후 순수(純水)로 세척한 후에, 통상적으로 광택면이라 칭하는 동박 표면에 아래의 조건으로 금속산화물 도금처리를 실시하였다. 도금 결과 동박 표면에 두께 1㎛의 Cu, Co 및 Ni을 포함하는 흑색 금속산화물층이 형성되었다.
전해욕조성 및 도금조건;
Cu 이온 (CuSO4ㆍ5H2O)농도 4 g/l
Co 이온 (CoSO4ㆍ7H2O)농도 4 g/l
Ni 이온(NiSO4ㆍ6H2O)농도 5 g/l
황산암모늄((NH4)2SO4)의 농도 15 g/l
구연산 나트륨(C6H5Na3O7ㆍ2H2O)의 농도 25 g/l
전해액 pH; 5.4
전해액의 온도; 25 ℃
전류밀도; 20 A/dm2
도금 시간; 8 초.
(점착층의 형성)
상기 흑색금속산화물층 상에 아크릴계 점착제(robond PS-61, Industrial Coatings)를 코팅하여 약 10㎛ 두께의 점착층을 형성시켰다.
실시예 2: 금속산화물+탄소계재료(CNT) 열전도층
전해욕에 카본나노튜브 농도 10g/L을 추가적으로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 방열시트를 제조하였다.
실시예 3: 금속산화물+탄소계재료(카본나노파이버) 열전도층
전해욕에 카본나노파이버 농도 10g/L을 추가적으로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 방열시트를 제조하였다.
실시예 4: 금속산화물+탄소계재료(그래핀) 열전도층
전해욕에 그래핀 농도 5g/L을 추가적으로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 방열시트를 제조하였다.
실시예 5: 금속산화물+탄소계재료(팽창흑연) 열전도층
전해욕에 팽창흑연 분말 농도 5g/L을 추가적으로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 방열시트를 제조하였다.
실시예 6: 니켈도금 열전도층
(열전도층의 형성)
두께 35㎛인 전해동박(일진머티리얼즈)을 100g/l 황산에서 5초동안 침지하고 산세처리 후 순수(純水)로 세척한 후에, 동박 양면의 표면에 아래의 조건으로 금속산화물 도금처리를 실시하였다. 도금 결과 동박 표면에 두께 0.21㎛의 Ni 층이 형성되었다.
전해욕조성 또는 도금조건;
Ni 이온 (NiSO4ㆍ7H2O)농도 200 g/l
황산(H2SO4)의 농도 100 g/l
전해액 pH ; 1.0
전해액의 온도; 30 ℃
전류밀도; 10 A/dm2
도금 시간; 10 초
(점착층의 형성)
상기 니켈층 상에 아크릴계 점착제(robond PS-61, Industrial Coatings)를 코팅하여 약 10㎛ 두께의 점착층을 형성시켰다.
실시예 7: 금속산화물 열전도층 + 니켈 금속층
(열전도층의 형성)
두께 35㎛인 전해동박(일진머티리얼즈)을 100g/l 황산에서 5초동안 침지하고 산세처리 후 순수(純水)로 세척한 후에, 동박 양면의 표면에 아래의 조건으로 금속산화물 도금처리를 실시하였다. 도금 결과 동박 표면에 두께 1㎛의 Cu, Co 및 Ni을 포함하는 흑색 금속산화물층이 형성되었다.
전해욕조성 및 도금조건;
Cu 이온 (CuSO4ㆍ5H2O)농도 4 g/l
Co 이온 (CoSO4ㆍ7H2O)농도 4 g/l
Ni 이온(NiSO4ㆍ6H2O)농도 5 g/l
황산암모늄((NH4)2SO4)의 농도 15 g/l
구연산 나트륨(C6H5Na3O7ㆍ2H2O)의 농도 25 g/l
전해액 pH; 5.4
전해액의 온도; 25 ℃
전류밀도; 20 A/dm2
도금 시간; 8 초.
(Ni 금속층의 형성)
상기 흑색 금속산화물층이 형성된 동박을 100g/l 황산에서 5초동안 침지하고 산세처리 후 순수(純水)로 세척한 후에, 상기 흑색 산화물층의 표면에 아래의 조건으로 금속산화물 도금처리를 실시하였다. 도금 결과 흑색산화물층 표면에 두께 0.2㎛의 Ni 층이 형성되었다.
전해욕조성 또는 도금조건;
Ni 이온 (NiSO4ㆍ7H2O)농도 200 g/l
황산(H2SO4)의 농도 100 g/l
전해액 pH ; 1.0
전해액의 온도 ; 30 ℃
전류밀도 ; 10 A/dm2
도금 시간 ; 10 초
(점착층의 형성)
상기 니켈층 상에 아크릴계 점착제(robond PS-61, Industrial Coatings)를 코팅하여 약 10㎛ 두께의 점착층을 형성시켰다.
실시예 8: 금속산화물+탄소계재료(카본나노파이버) 열전도층
열전도층 형성용 전해욕에 카본나노파이버 농도 10g/L을 추가적으로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 도전성 방열시트를 제조하였다.
비교예 1: 카본 열전도성 입자를 포함하는 점착층
금속산화물층을 형성시키는 단계를 생략하고,
동박상에 직접 점착층을 형성시키며,
상기 점착층에 함량 5중량%가 되도록 열전도성입자인 평균입경 1㎛의 카본입자를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 방열시트를 제조하였다.
비교예 2: Ni 금속 열전도성 입자를 포함하는 점착층
금속산화물층을 형성시키는 단계를 생략하고,
동박상에 직접 점착층을 형성시키며,
상기 점착층에 함량 5중량%의 열전도성입자인 평균입경 1㎛의 니켈(Ni) 금속입자를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 방열시트를 제조하였다.
평가예 1: 열확산성 평가
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 도전성 방열시트의 열확산성을 ASTM E 1461에 따라 레이저플레쉬(Laser Flash)법으로 평가하였다. 사용된 측정기기는 MEZSCH Model No. LFA447이었다.
레이저 플레쉬법은 시료 전면에 순간적인 섬광으로 균일하게 가열하여, 시간에 따른 시료 배면의 온도 상승을 적외선 센서(IR sensor)에 의하여 감지하여, 센서에 측정된 데이터를 소프트웨어에 의하여 계산된 시료의 열확산계수(Thermal Diffusivity: α)를 측정하였다. 측정결과의 일부를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1
열확산계수 (Thermal Diffusivity: α) [W/mk]
실시예1 343
실시예2 351
실시예3 350
실시예4 341
실시예5 337
실시예6 344
실시예7 359
비교예1 332
비교예2 331
측정 결과, 실시예 1 내지 7의 도전성 방열시트는 비교예 1 내지 2의 도전성 방열시트에 비하여 향상된 열확산성을 보여주었다.
실시예 1 내지 7의 도전성 방열시트의 제조시에 전해동박 대신에 동일한 두께의 압연동박을 사용한 경우에도 실질적으로 동일한 열확산성 결과를 보여주었다. 상기 압연동박은 상업적으로 입수가능한 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
실시예 8은 실시예 7에 비하여 더욱 향상된 열확산성을 보여주었다.
또한, 실시예 3의 도전성 방열시트 제조시에 전해욕에 카본나노튜브 농도를 1g/L, 5g/L, 20g/L, 50g/L 로 변경한 경우에, 카본나노튜브 농도가 5g/L, 10g/L 20g/L의 경우가 카본나노튜브 농도 1g/L, 50 g/L인 경우에 비하여 열확산산계수가 상대적으로 더욱 증가하였다.
평가예 2: 전자파 차폐 특성 평가
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 도전성 방열시트에 대하여 도전성 방열시트의 전자파 차폐특성을 네트워크 어낼라이저(Network analyzer, Agilent, E5701A)를 사용하여 측정하였다. 상기 방열시트에 가해지는 소정의 전기적 신호의 값과 방열시트로부터 반사되는 전기적 신호의 값을 측정하여, 이들의 비율로부터 차폐율을 계산하였다. 예를 들어, 가해지는 신호가 전부 반사되면 차폐율은 100%이다. 측정결과의 일부를 하기 표 2에 나타내었다.
표 2
차페율 [%]
실시예1 99.9
실시예2 99.8
실시예3 99.8
실시예4 99.8
실시예5 99.8
실시예6 99.9
실시예7 99.9
비교예1 80.3
비교예2 84.1
측정 결과, 상기 표 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 1 내지 7의 도전성 방열시트는 비교예 1 내지 2의 도전성 방열시트에 비하여 향상된 전자파 차폐 특성을 보여주었다.
실시예 8은 실시예 7에 비하여 더욱 향상된 전자파 차폐 특성을 보여주었다.
실시예 1 내지 7의 도전성 방열시트의 제조시에 전해동박 대신에 동일한 두께의 압연동박을 사용한 경우에도 실질적으로 동일한 전자파 차폐 특성 결과를 보여주었다. 상기 압연동박은 상업적으로 입수가능한 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 한 측면에 따르면 새로운 조성의 열전도층을 포함함에 의하여 점착층의 점착성 저하 없이 우수한 열확산성 및 전자파차폐능을 동시에 가지는 도전성 방열시트가 얻어질 수 있다.

Claims (26)

  1. 금속재료에 의하여 형성된 하나 이상의 열확산층; 및
    상기 열확산층의 일면 또는 양면상에 배치되며 무기금속, 금속산화물 및 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 무기재료에 의하여 형성된 열전도층; 을 포함하는 도전성 방열시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도층의 일면 또는 양면 상에 배치되는 보호층을 추가적으로 포함하는 도전성 방열시트.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 보호층이 고분자를 포함하는 도전성 방열시트.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 보호층이 점착층인 도전성 방열시트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물이 흑색산화물인 도전성 방열시트.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 무기재료가 탄소계재료를 추가적으로 포함하는 도전성 방열시트.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 탄소계재료가 탄소계나노구조체를 포함하는 도전성 방열시트.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 탄소계나노구조체가 탄소나노튜브, 탄소나노파이버 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 도전성 방열시트.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 탄소계재료가 초분산다이아몬드(UDD, ultra dispersed diamond), 다이아몬드유사카본(UDC, diamond-like carbon), 흑연, 팽창흑연, 및 탄소섬유로 이루어진 군에선 선택된 하나 이상을 추가적으로 포함하는 도전성 방열시트.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 탄소계재료의 함량이 열전도층 총 중량의 10중량% 이하인 도전성 방열시트.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 합금이 Cu, Ni, Co, Fe, Zn, Cr, Mo, W, V, Mn, Ti, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 둘 이상의 원소를 포함하는 도전성 방열시트.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물이 Cu를 포함하는 도전성 방열시트.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물이 Ni, Co, Fe, Zn, Cr, Mo, W, V, Mn, Ti, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 추가적으로 포함하는 도전성 방열시트.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도층의 두께가 10㎛ 이하인 열확산층.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도층이 유연성(flexibility)을 가지는 도전성 방열시트.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 금속재료가 구리 또는 알루미늄인 도전성 방열시트.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 열확산층이 전해동박 또는 압연동박인 도전성 방열시트.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 열확산층의 두께가 4㎛ 내지 100㎛ 인 도전성 방열시트.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도층이 상기 열확산층 상에 일체로 형성되는 도전성 방열시트.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 열확산층의 일면 또는 양면 상에 배치된 철, 아연 및 니켈로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속층을 추가적으로 포함하는 도전성 방열시트.
  21. 제 4 항에 있어서, 상기 점착층이 난연성 재료를 포함하는 도전성 방열시트.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 점착층 상에 배치되는 이형층(離型層)을 추가적으로 포함하는 도전성 방열시트.
  23. 제 1 금속재료에 의하여 형성된 열확산층; 및
    상기 열확산층의 일면 또는 양면상에 배치되며 제 2 금속재료를 포함하는 열전도층; 을 포함하며,
    상기 제 2 금속재료가 철, 아연 또는 니켈로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며,
    제 1 금속재료와 제 2 금속재료가 서로 다른 재료인 도전성 방열시트.
  24. 발열체; 및
    상기 발열체의 일면 또는 양면 상에 배치된 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 도전성 방열시트를 포함하는 전자부품.
  25. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 도전성 방열시트를 채용한 전자제품.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 전자제품이 유연성 표시장치(flexible display device)인 전자제품.
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