WO2019190158A1 - 전파 투과형 방열 시트 및 이를 포함하는 통신 모듈 - Google Patents

전파 투과형 방열 시트 및 이를 포함하는 통신 모듈 Download PDF

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WO2019190158A1
WO2019190158A1 PCT/KR2019/003487 KR2019003487W WO2019190158A1 WO 2019190158 A1 WO2019190158 A1 WO 2019190158A1 KR 2019003487 W KR2019003487 W KR 2019003487W WO 2019190158 A1 WO2019190158 A1 WO 2019190158A1
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WO
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sheet layer
boron nitride
plate
disposed
antenna unit
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PCT/KR2019/003487
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Inventor
윤여은
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엘지이노텍 주식회사
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to a radio wave transmitting heat radiation sheet and a communication module including the same.
  • the portable terminal includes a processor unit and an antenna unit.
  • the processor unit may be implemented in the form of a plurality of electronic components disposed on a printed circuit board (PCB), and some of the plurality of electronic components may emit a large amount of heat. Since heat emitted from the electronic component may affect the performance and durability of the portable terminal, a heat dissipation sheet capable of efficiently dissipating heat may be disposed under the electronic component. In general, the heat dissipation sheet may be a graphite sheet.
  • the GHz band frequency may be used, and thus, the present invention may be variously applied to autonomous vehicles, drones, portable terminals, and the like, which require high transmission speeds.
  • the heat generating electronic component and the antenna unit in the processor unit may be arranged relatively closer than in the related art. Therefore, heat dissipation of the heat-generating electronic component and transmission of electromagnetic waves radiated from the antenna unit are simultaneously required.
  • the graphite sheet is excellent in heat dissipation performance, but has the ability to absorb or reflect electromagnetic waves. Accordingly, electromagnetic waves radiated from the antenna unit may be absorbed or reflected by the heat dissipation sheet, thereby lowering communication performance.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a sheet with high heat dissipation performance and transmission efficiency of electromagnetic waves.
  • a communication module includes a printed circuit board, an antenna unit and an electronic component disposed on the printed circuit board, and a sheet layer disposed on the antenna unit and the electronic component. 5 to 35 wt% of a polymer resin, and 65 to 95 wt% of plate-like boron nitride, wherein the plate-like boron nitride has an average particle size (D50) of 40 to 50 ⁇ m, D10 of 15 to 25 ⁇ m, and D90 75 to 85 mu m, and? 50 of the plate-like boron nitride is disposed at an angle of 40 degrees or less with a horizontal component of the sheet layer.
  • D50 average particle size
  • ⁇ 50 of the plate-like boron nitride may be disposed at an angle of 20 ° or less with a horizontal component of the sheet layer.
  • the sheet layer may have a thickness of about 100 ⁇ m to about 700 ⁇ m.
  • the polymer resin may include an epoxy compound modified with butadiene rubber.
  • the sheet layer may include 15 to 30 wt% of a polymer resin and 70 to 85 wt% of plate-like boron nitride.
  • the horizontal thermal conductivity of the sheet layer may be 5 W / mK or more, and the horizontal thermal conductivity may be three times or more of the vertical thermal conductivity.
  • the horizontal thermal conductivity of the sheet layer is 15 W / mK or more, the horizontal thermal conductivity is 10 times or more of the vertical thermal conductivity, and the loss tangent ( ⁇ ) of the sheet layer is 0.05% or less at 29 GHz. And 1% or less at 39 GHz.
  • the electronic component and the antenna unit may be sequentially disposed on the printed circuit board, or the antenna unit and the electronic component may be sequentially disposed on the printed circuit board.
  • the electronic component may be disposed on the side of the antenna unit on the printed circuit board.
  • the separation distance between the electronic component and the antenna unit may be 5 mm or less.
  • the polymer resin may include an epoxy resin.
  • Sheet layer according to an embodiment of the present invention is a polymer resin; And a plate-like boron nitride bonded with the polymer resin, wherein the content of the polymer resin is 5 to 35 wt%, the content of the plate-like boron nitride is 65 to 95 wt%, and the plate-like boron nitride is an average particle.
  • the size (D50) is 40 to 50 ⁇ m, D10 is 15 to 25 ⁇ m, D90 is 75 to 85 ⁇ m, ⁇ 50 of the plate-like boron nitride forms an angle of 40 ° or less with the horizontal component of the sheet layer Is placed.
  • It may further include a protective layer disposed on one side or both sides of the sheet layer.
  • the protective layer may further include an extension part extending from the side surface of the sheet layer.
  • the distance between the antenna module and the heat generating component in the communication device may not be limited.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a communication module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a sheet layer according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an example of boron nitride included in the sheet layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an example for explaining a shape in which boron nitride included in a sheet layer according to an embodiment of the present invention is disposed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a sheet layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a method of measuring the horizontal thermal conductivity and the vertical thermal conductivity of the sheet layers prepared according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1 and Example 2.
  • FIG. 6 is a view for explaining a method of measuring the horizontal thermal conductivity and the vertical thermal conductivity of the sheet layers prepared according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1 and Example 2.
  • FIG. 7 is a graph measuring horizontal and vertical thermal conductivity of sheet layers prepared according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1 and Example 2.
  • FIG. 7 is a graph measuring horizontal and vertical thermal conductivity of sheet layers prepared according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1 and Example 2.
  • FIG. 8 is an SEM image of a sheet layer prepared according to Example 2.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second components may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a communication module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a communication module according to another embodiment of the present invention.
  • the communication module 100 includes a cover layer 110, a sheet layer 120, an antenna unit 130, an electronic component 140, and a printed circuit board 150.
  • the cover layer 110 may be a cover case of the communication device.
  • the communication device may be various electronic devices having a communication function.
  • the communication device may be a mobile terminal, a tablet PC, or the like, but is not limited thereto.
  • the sheet layer 120 is disposed on the cover layer 110.
  • the sheet layer 120 may be disposed to contact one surface of the cover layer 110.
  • one surface of the cover layer 110 may be a surface disposed in an inner space for accommodating the antenna unit 130, the electronic component 140, and the printed circuit board 150.
  • the antenna unit 130 and the electronic component 140 are disposed on the printed circuit board 150.
  • the cover layer 110 may be disposed to cover the top and side surfaces of the printed circuit board 150 on which the antenna unit 130 and the electronic component 140 are mounted.
  • the antenna unit 130 and the electronic component 140 mounted on the printed circuit board 150 may be disposed to face the sheet layer 120 disposed on one surface of the cover layer 120.
  • the cover layer 110 is disposed to contact the side of the printed circuit board 150, but is not limited thereto, and the cover layer 110 may be disposed to be spaced apart from the side of the printed circuit board 150. .
  • the antenna unit 130 and the electronic component 140 may be disposed to be adjacent to each other on the printed circuit board 150 or to be in close contact with each other.
  • the sheet layer 120 may be disposed on the antenna unit 130 and the electronic component 140.
  • the sheet layer 120 is illustrated to be spaced apart from the antenna unit 130 and the electronic component 140 on the antenna unit 130 and the electronic component 140, but is not limited thereto, and the sheet layer 120 ) May be disposed to contact the antenna unit 130 and the electronic component 140 on the antenna unit 130 and the electronic component 140.
  • the sheet layer 120 may be disposed between the antenna unit 130 and the electronic component 140 and the printed circuit board 150.
  • the electronic component 140 is stacked on the printed circuit board 150
  • the antenna unit 130 is stacked on the electronic component 140
  • the antenna is mounted on the printed circuit board 150.
  • the unit 130 may be stacked, and the electronic component 140 may be stacked on the antenna unit 130.
  • the antenna unit 130 is collectively referred to as the electronic unit 140 and the electronic unit 140 stacked on the antenna unit 130 and the antenna unit 130 stacked on the electronic component 140.
  • / Electronic component 140 may be referred to as a laminate.
  • the sheet layer 120 is a lower portion of the printed circuit board 150, between the printed circuit board 150 and the stack of the antenna unit 130 / electronic component 140, or the antenna unit 130 / electronic component 140 ) May be disposed on the laminate.
  • the antenna unit 130 and the electronic component 140 may be in close contact with each other or have a separation distance of 5 mm or less.
  • the electronic component 140 may be various kinds of electronic components that can be mounted in the communication module 100, and some of them may be heat generating sources.
  • the sheet may absorb or reflect electromagnetic waves radiated from the antenna unit 130, it may adversely affect the performance of the communication device.
  • the sheet layer that transmits electromagnetic waves while having excellent heat dissipation performance it is intended to arrange the sheet layer that transmits electromagnetic waves while having excellent heat dissipation performance.
  • FIG. 2 is a perspective view of a sheet layer according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an example of boron nitride included in the sheet layer according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an embodiment of the present invention It is an example for demonstrating the shape in which boron nitride contained in the sheet layer which concerns on this is arrange
  • the sheet layer 120 may include a resin composition including a resin and an inorganic filler.
  • the thickness of the sheet layer 120 may be 100 ⁇ m to 700 ⁇ m.
  • the thickness of the sheet layer 120 is smaller than 100 ⁇ m, heat dissipation may be degraded.
  • the thickness of the sheet layer 120 is larger than 700 ⁇ m, electromagnetic wave transmission may be deteriorated.
  • the resin may include an epoxy compound and a curing agent. Accordingly, in this specification, the resin may be mixed with the epoxy resin. At this time, it may be included in 1 to 10 volume ratio of the curing agent with respect to 10 volume ratio of the epoxy compound.
  • the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound and a silicon epoxy compound.
  • the crystalline epoxy compound may comprise a mesogen structure. Mesogen is a basic unit of liquid crystal and includes a rigid structure.
  • the amorphous epoxy compound may be a conventional amorphous epoxy compound having two or more epoxy groups in a molecule, and may be, for example, glycidyl etherate derived from bisphenol A or bisphenol F.
  • the curing agent may include at least one of an amine curing agent, a phenol curing agent, an acid anhydride curing agent, a polycapcaptan curing agent, a polyaminoamide curing agent, an isocyanate curing agent, and a block isocyanate curing agent, and two or more kinds of curing agents. It can also be mixed and used.
  • the polymer resin may further include butadiene rubber.
  • the butadiene rubber may be, for example, butadiene acrylonitrile rubber or carboxy terminated butadiene acrylonitrile (CTBN) rubber.
  • CTBN carboxy terminated butadiene acrylonitrile
  • the sheet layer 110 may have flexibility, and may be implemented with a thickness of 100 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the epoxy compound included in the polymer resin may be an epoxy compound modified with butadiene rubber.
  • the butadiene rubber may be, for example, butadiene acrylonitrile rubber or carboxy terminated butadiene acrylonitrile (CTBN) rubber.
  • CTBN carboxy terminated butadiene acrylonitrile
  • Modification or modification of the epoxy compound can be done by reacting the epoxy compound with butadiene rubber.
  • the epoxy compound is reacted with butadiene acrylonitrile rubber
  • the acrylonitrile group as a reactor may react with the epoxy group of the epoxy compound to modify or modify the epoxy compound.
  • the carboxy group of the carboxy terminal butadiene acrylonitrile rubber may react with the epoxy group of the epoxy compound to modify or modify the epoxy compound.
  • the inorganic filler may be boron nitride.
  • Boron nitride has excellent thermal and electrical properties and is lightweight.
  • Table 1 is a table comparing the thermal characteristics, electrical characteristics and specific gravity of boron nitride (BN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • boron nitride has a high thermal conductivity, low dielectric constant, and low specific gravity compared to aluminum oxide and silicon nitride. Accordingly, when the sheet layer 120 according to the embodiment of the present invention contains boron nitride, it is possible to obtain a sheet layer having high heat radiation performance and high electromagnetic wave transmission efficiency.
  • the boron nitride may be a plate-like boron nitride.
  • the plate-like boron nitride may have an average particle size (D50) of 40 to 50 ⁇ m, D10 of 15 to 25 ⁇ m, and D90 of 75 to 85 ⁇ m.
  • D10 means the particle size corresponding to 10% of the passage percentage in the size analysis data
  • D50 means the particle size corresponding to 50% of the passage percentage in the size analysis data
  • D90 means 90% of the passage percentage in the size analysis data. It means the corresponding particle diameter.
  • D50 may be mixed with the average particle size. As shown in FIG.
  • the plate-like boron nitride may have a ratio of one or more long lengths LL to a short length SL in the plane direction, and in this specification, the particle size of the plate-shaped boron nitride is long in the plane direction ( LL).
  • the length in the thickness direction may be significantly shorter than the length in the surface direction, for example, the length in the thickness direction is 0.5 times or less, preferably 0.1 times or less, more preferably 0.1 times or less of the short length SL in the surface direction. Preferably 0.01 times or less.
  • ⁇ 50 of the plate-like boron nitride may be disposed at an angle of 40 ° or less, preferably 20 ° or less, and more preferably 10 ° or less with a horizontal direction (XY direction) component of the sheet layer 120.
  • ⁇ 50 means a corresponding angle when the cumulative percentage reaches 50% in the cumulative distribution of the horizontal angle of the whole particle, ⁇ 50 may be mixed with the average angle.
  • the horizontal (XY direction) thermal conductivity of the sheet layer 120 may be significantly higher than that of the vertical (Z direction) thermal conductivity.
  • heat generated from the electronic component 140 may be emitted to the side of the sheet layer 120, thereby obtaining high heat dissipation performance.
  • the horizontal thermal conductivity of the sheet layer 120 is higher than that of the vertical direction, in particular, in the structure shown in FIG. 1, the heat conducted in the horizontal direction of the sheet layer 120 has a larger area than the sheet layer 120. Since it can be conducted through the surface direction of the cover layer 110, it is possible to further increase the heat dissipation performance.
  • the surface of the plate-like boron nitride may be coated with a polymer resin.
  • Any polymer resin may be used as long as it can be combined with or coated with plate-like boron nitride.
  • the polymer resin may be, for example, acrylic polymer resin, epoxy polymer resin, urethane polymer resin, polyamide polymer resin, polyethylene polymer resin, EVA (ethylene vinyl acetate copolymer) polymer resin, polyester polymer resin and PVC ( polyvinyl chloride) may be selected from the group consisting of polymer resins.
  • the polymer resin may be a polymer resin having the following unit 1.
  • Unit 1 is as follows.
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is H, the other is selected from the group consisting of C 1 -C 3 alkyl, C 2 -C 3 alkenes and C 2 -C 3 alkyne, R 5 May be a linear, branched or cyclic divalent organic linker having 1 to 12 carbon atoms.
  • one of R 1 , R 2 , R 3, and R 4 except H is selected from C 2 to C 3 alkenes, and the other and other ones are selected from C 1 to C 3 alkyl.
  • the polymer according to the embodiment of the present invention may include Unit 2 below.
  • R 1 , R 2 , R 3, and R 4 except H may be selected to be different from each other in a group consisting of C 1 -C 3 alkyl, C 2 -C 3 alkenes, and C 2 -C 3 alkyne. have.
  • the resin composition included in the sheet layer 120 according to an embodiment of the present invention includes 5 to 35wt% of polymer resin, and 65 to 95wt% of plate-like boron nitride.
  • the resin composition included in the sheet layer 120 comprises 15 to 35 wt% of epoxy resin, preferably 15 to 30 wt%, more preferably 15 to 25 wt%, and 65 to 75 wt% boron nitride. 85 wt%, preferably 70 to 85 wt%, more preferably 75 to 85 wt%.
  • the plate-like boron nitride is included below the lower limit of this numerical range, the heat dissipation performance and the electromagnetic wave transmission efficiency may be low, and if the plate-like boron nitride is included above the upper limit of this numerical range, that is, 85 wt%, the excess of plate-like boron nitride and Since the bonding strength between the epoxy resins is relatively weak, cracks may occur when the sheet layer is manufactured, and thus, may be difficult to manufacture into the sheet layer.
  • the resin composition included in the sheet layer 120 includes 5 to 30 wt% of a polymer resin, preferably 15 to 25 wt%, more preferably 10 to 20 wt%, and 70 to 70 plate boron nitride. 95 wt%, preferably 75 to 85 wt%, more preferably 80 to 90 wt%.
  • the polymer resin may include an epoxy compound modified with butadiene rubber.
  • the plate-like boron nitride is included lower than the lower limit of this numerical range, the heat radiation performance and the electromagnetic wave transmission efficiency may be low, and if the plate-like boron nitride is included higher than the upper limit of this numerical range, the excess bonding strength between the plate-like boron nitride and the polymer resin Since it is relatively fragile, cracking may occur when the sheet layer is manufactured, and thus may be difficult to manufacture into the sheet layer.
  • the bonding strength with the plate-like boron nitride is improved and the flexibility is high, so that the plate-like boron nitride can be added up to 95 wt%, As a result, higher thermal conductivity can be obtained.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a sheet layer according to another embodiment of the present invention.
  • a protective layer 125 may be further disposed on one surface of the sheet layer 120.
  • the protective layer 125 and the protective layer 126 may be further disposed on both surfaces of the sheet layer 120.
  • both surfaces of the sheet layer 120 may be one surface of the sheet layer 120 and the other surface opposite thereto.
  • an additional sheet layer 121 may be further disposed on the sheet layer 120.
  • the protective layer 125 may be further disposed on one surface of the sheet layer laminate including the sheet layer 120 and the sheet layer 121 stacked on the sheet layer 120.
  • an additional sheet layer 121 may be further disposed on the sheet layer 120.
  • the protective layer 125 and the protective layer 126 may be further disposed on both sides of the sheet layer laminate including the sheet layer 120 and the sheet layer 121 stacked on the sheet layer 120. .
  • the protective layers 125 and 126 may be layers, sheets or films containing polymer resin.
  • the protective layer 125 when the protective layer is disposed on one or both sides of the sheet layer, the separation of the plate-shaped boron nitride included in the sheet layer may be prevented, and damage to the sheet layer may be minimized by external impact.
  • the protective layer 125 when the protective layer 125 is disposed on only one surface of the sheet layer 120 or only one surface of the sheet layer stack, as shown in FIG. 5 (a) or 5 (c), the surface where the protective layer 125 is not disposed It may be a surface in contact with the cover layer 110 disclosed in FIG.
  • the protective layers 125 and 126 do not include an inorganic filler, and the thickness of one protective layer may be 0.001 to 0.1 times the thickness of one sheet layer. According to this, while the protective layer protects the sheet layer, it may not reduce the heat dissipation performance or the electromagnetic wave transmission performance of the sheet layer.
  • an adhesive layer may be further disposed between the sheet layer and the protective layer and between the sheet layer and the sheet layer in FIGS. 5 (a) to 5 (d).
  • the protective layers (125, 126) extends more than the side of the sheet layer (120, 121) (125-1, 126-1) ) May be included.
  • the width W1 of the extensions 125-1 and 126-1 of the protective layers 125 and 126 is 0.001 to 0.5 times, preferably 0.005 to 0.2 times the width W2 of the sheet layers 120 and 121. More preferably, it may be 0.01 to 0.1 times.
  • the extended portions 125-1 and 126-1 extending further than the side surfaces of the sheet layers 120 and 121 may also protect the side surfaces of the sheet layers 120 and 121.
  • the extensions 125-1 and 126-1 extending further than the sides of the sheet layer 120 may surround the sides of the sheet layer 120. have. At this time, as shown in FIGS. 5E and 5F, the extensions 125-1 and 126-1 are wrapped to be in contact with the side surfaces of the sheet layer 120, or FIGS. As shown in FIG. 5 (h), the extensions 125-1 and 126-1 may be wrapped to be spaced apart from the side of the sheet layer 120 without contacting the side of the sheet layer 120.
  • extension portions 125-1 and 126-1 wrap side surfaces of the single sheet layer 120, but are not limited thereto. Extension portions 125-1 and 126-1 are illustrated. ) May surround side surfaces of the sheet layer laminates 120 and 121.
  • the performance of the sheet layer according to the embodiment of the present invention will be described by comparing with the sheet layer according to the comparative example.
  • Example 6 is a view for explaining a method for measuring the horizontal and vertical thermal conductivity of the sheet layer prepared according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Examples 1 to 5,
  • Figure 7 is Comparative Example 1
  • Comparison Example 2 Example 1 and Example 2 is a graph measuring the horizontal and vertical thermal conductivity of the sheet layer produced in accordance with Example 2
  • Figure 8 is a SEM image of the sheet layer prepared in Example 2.
  • Table 2 is a table measuring the thermal properties of the sheet layer prepared according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Examples 1 to 5, Table 3 is the sheet layer and the graphite sheet layer of This table measures the electrical characteristics.
  • the sheet layer according to Comparative Example 1 is a sheet layer prepared by pressing an epoxy resin composition containing 50 wt% of epoxy resin and 50 wt% of plate-shaped boron nitride having a D50 of 45 ⁇ m to a thickness of 200 ⁇ m.
  • the sheet layer according to Comparative Example 2 is a sheet layer prepared by pressing an epoxy resin composition containing 40 wt% epoxy resin and 60 wt% of plate-shaped boron nitride having a D50 of 45 ⁇ m to a thickness of 200 ⁇ m.
  • the sheet layer according to Example 1 is a sheet layer prepared by pressing an epoxy resin composition containing 30 wt% epoxy resin and 70 wt% of plate-like boron nitride having a D50 of 45 ⁇ m to a thickness of 200 ⁇ m.
  • the sheet layer according to Example 2 is a sheet layer prepared by pressing an epoxy resin composition containing 20 wt% epoxy resin and 80 wt% of plate-shaped boron nitride having a D50 of 45 ⁇ m to a thickness of 200 ⁇ m.
  • the sheet layer according to Example 3 is a sheet layer prepared by pressing an epoxy resin composition containing 20 wt% of butadiene rubber and 80 wt% of a plate-like boron nitride having a D50 of 45 ⁇ m to a thickness of 500 ⁇ m.
  • the sheet layer according to Example 4 was pressurized to an epoxy resin composition containing an epoxy compound modified with 10wt% of carboxy terminal butadiene acrylonitrile (CTBN) rubber and 90wt% of plate-shaped boron nitride having a D50 of 45 ⁇ m to a thickness of 200 ⁇ m. It is a sheet layer produced by.
  • CBN carboxy terminal butadiene acrylonitrile
  • the sheet layer according to Example 5 was pressed to an epoxy resin composition containing 20 wt% of carboxy-terminated butadiene acrylonitrile (CTBN) rubber and an epoxy resin composition containing 80 wt% of plate-like boron nitride having a D50 of 45 ⁇ m to a thickness of 200 ⁇ m. It is a sheet layer produced by.
  • CBN carboxy-terminated butadiene acrylonitrile
  • the sheet layers prepared according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Examples 1 to 5 were cut to 200 ⁇ m width and rotated 90 degrees, and then the total width width * length width. It was arrange
  • the heat generating source was placed under the sheet layer and the thermal diffusivity on the sheet layer was measured, and then the horizontal thermal conductivity was detected therefrom.
  • thermal conductivity is detected by the method according to Figs. 6 (a) and 6 (b), it is possible to accurately measure not only the vertical thermal conductivity but also the horizontal thermal conductivity.
  • the horizontal thermal conductivity of the sheet layers according to Embodiments 1 to 5 may be 5 W / mK or more, and the horizontal thermal conductivity may be three times or more of the vertical thermal conductivity.
  • the horizontal thermal conductivity of the sheet layer according to Example 2 is 15 W / mK or more
  • the horizontal thermal conductivity is 10 times or more of the vertical thermal conductivity
  • the loss tangent is 0.05% or less at 29 GHz, and 1% at 39 GHz.
  • the electromagnetic wave transmittance is significantly higher than that of the graphite sheet layer.
  • the sheet layers according to the embodiments 3 to 5 have flexibility, they can be applied to communication modules of various designs.
  • the sheet layers according to the embodiments 4 to 5 not only have flexibility, but also have a horizontal thermal conductivity of 15 W. It can be seen that / mK or more and the horizontal thermal conductivity is more than 10 times the vertical thermal conductivity.
  • the sheet layer according to the embodiment of the present invention not only has excellent heat dissipation characteristics, but also has excellent performance of transmitting electromagnetic waves and has flexibility, and thus affects the radiation performance of the antenna even when a heating component is disposed in close proximity to the antenna. May not have.

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 통신 모듈은 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판 상에 배치된 안테나 유닛 및 전자부품, 상기 안테나 유닛 및 전자부품 상에 배치된 시트층을 포함하고, 상기 시트층은, 15 내지 35%의 고분자 수지, 그리고 65 내지 85wt%의 판상의 질화붕소를 포함하며, 상기 판상의 질화붕소는 평균 입자 크기(D50)이 40 내지 50㎛이고, D10이 15 내지 25㎛이며, D90이 75 내지 85㎛이고, 상기 판상 질화붕소의 θ50은 상기 시트층의 수평 방향 성분과 40°이하의 각도를 이루며 배치된다.

Description

전파 투과형 방열 시트 및 이를 포함하는 통신 모듈
본 발명은 전파 투과형 방열 시트 및 이를 포함하는 통신 모듈에 관한 것이다.
휴대 단말은 프로세서 유닛 및 안테나 유닛을 포함한다. 프로세서 유닛은 PCB(Printed Circuit Board)에 배치된 복수의 전자부품의 형태로 구현될 수 있으며, 이들 복수의 전자부품 중 일부는 다량의 열을 방출할 수 있다. 전자부품으로부터 방출된 열은 휴대 단말의 성능 및 내구성에 영향을 미칠 수 있으므로, 전자부품 아래에는 열을 효율적으로 방출할 수 있는 방열 시트가 배치될 수 있다. 일반적으로, 방열 시트는 그라파이트 시트일 수 있다.
한편, 통신 기술이 발전함에 따라, GHz대역 주파수를 이용하며, 이에 따라 높은 전송 속도가 요구되는 자율 주행 차량, 드론, 휴대 단말 등에 다양하게 적용될 수 있다.
GHz 대역의 주파수를 사용하는 통신 모듈에서는 프로세서 유닛 내 발열하는 전자부품과 안테나 유닛이 종래 대비하여 상대적으로 더 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 발열하는 전자부품의 방열 및 안테나 유닛으로부터 방사되는 전자기파의 투과가 동시에 요구된다. 이때, 그라파이트 시트는 방열 성능은 우수하나, 전자기파를 흡수 또는 반사하는 성능을 가진다. 이에 따라, 안테나 유닛으로부터 방사되는 전자기파가 방열 시트에 흡수 또는 반사될 수 있으며, 이로 인하여 통신 성능이 낮아질 수 있다.
이에 따라, 방열 성능이 우수하면서도 전자기파의 투과 효율이 높은 시트가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방열 성능 및 전자기파의 투과 효율이 높은 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 통신 모듈은 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판 상에 배치된 안테나 유닛 및 전자부품, 상기 안테나 유닛 및 전자부품 상에 배치된 시트층을 포함하고, 상기 시트층은, 5 내지 35wt%의 고분자 수지, 그리고 65 내지 95wt%의 판상의 질화붕소를 포함하며, 상기 판상의 질화붕소는 평균 입자 크기(D50)이 40 내지 50㎛이고, D10이 15 내지 25㎛이며, D90이 75 내지 85㎛이고, 상기 판상 질화붕소의 θ50은 상기 시트층의 수평 방향 성분과 40°이하의 각도를 이루며 배치된다.
상기 판상 질화붕소의 θ50은 상기 시트층의 수평 방향 성분과 20°이하의 각도를 이루며 배치될 수 있다.
상기 시트층의 두께는 100 내지 700㎛일 수 있다.
상기 고분자 수지는 부타디엔 고무로 변성된 에폭시 화합물을 포함할 수 있다.
상기 시트층은 15 내지 30wt%의 고분자 수지, 그리고 70 내지 85wt%의 판상 질화붕소를 포함할 수 있다.
상기 시트층의 수평 방향 열전도도는 5W/mK 이상이고, 상기 수평 방향 열전도도는 상기 수직 방향 열전도도의 3배 이상일 수 있다.
상기 시트층의 수평 방향 열전도도는 15W/mK 이상이고, 상기 수평 방향 열전도도는 상기 수직 방향 열전도도의 10배 이상이며, 상기 시트층의 손실탄젠트(Loss Tangent, Δ)는 29GHz에서 0.05% 이하이고, 39GHz에서 1% 이하일 수 있다.
상기 인쇄회로기판 상에 상기 전자부품 및 상기 안테나 유닛이 순차적으로 배치되거나, 상기 인쇄회로기판 상에 상기 안테나 유닛 및 상기 전자부품이 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 전자부품은 상기 인쇄회로기판 상에서 상기 안테나 유닛의 측면에 배치될 수 있다.
상기 전자부품과 상기 안테나 유닛 간의 이격 거리는 5mm이하일 수 있다.
상기 고분자 수지는 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 시트층은 고분자 수지; 그리고 상기 고분자 수지와 결합된 판상의 질화붕소;를 포함하고, 상기 고분자 수지의 함량은 5 내지 35wt%이고, 상기 판상의 질화붕소의 함량은 65 내지 95wt%이고, 상기 판상의 질화붕소는 평균 입자 크기(D50)이 40 내지 50㎛이고, D10이 15 내지 25㎛이며, D90이 75 내지 85㎛이고, 상기 판상의 질화붕소의 θ50은 상기 시트층의 수평 방향 성분과 40°이하의 각도를 이루며 배치된다.
상기 시트층의 일면 또는 양면 상에 배치된 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 보호층은 상기 시트층의 측면보다 연장된 연장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방열 성능이 우수하면서도 전자기파의 투과 효율이 높은 시트층을 얻을 수 있다. 이에 따라, 통신 장치 내 안테나 모듈과 발열 부품 간의 거리에 제약을 받지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 통신 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층에 포함되는 질화붕소의 한 예이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층에 포함되는 질화붕소가 배치되는 형상을 설명하기 위한 예이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층의 단면도이다.
도 6은 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제작된 시트층의 수평 방향 열전도율 및 수직 방향 열전도율을 측정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제작된 시트층의 수평 방향 열전도율 및 수직 방향 열전도율을 측정한 그래프이다.
도 8은 실시예 2에 따라 제작된 시트층의 SEM 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 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 출원에서, "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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 통신 모듈의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 모듈의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 통신 모듈(100)은 커버층(110), 시트층(120), 안테나 유닛(130), 전자부품(140), 인쇄회로기판(150)을 포함한다.
커버층(110)은 통신 장치의 커버 케이스일 수 있다. 여기서, 통신 장치는 통신 기능을 가지는 다양한 전자 장치일 수 있으며, 예를 들어, 휴대 단말, 태블릿 PC 등일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
시트층(120)은 커버층(110)에 배치된다. 시트층(120)은 커버층(110)의 한 면에 접촉하도록 배치될 수 있다. 여기서, 커버층(110)의 한 면은 안테나 유닛(130), 전자부품(140) 및 인쇄회로기판(150)을 수용하기 위한 내부 공간에 배치된 면일 수 있다.
한편, 인쇄회로기판(150) 상에는 안테나 유닛(130) 및 전자부품(140)이 배치된다.
커버층(110)은 안테나 유닛(130) 및 전자부품(140)이 탑재된 인쇄회로기판(150)의 상면 및 측면을 덮도록 배치될 수 있다. 그리고, 인쇄회로기판(150) 상에 탑재된 안테나 유닛(130) 및 전자부품(140)은 커버층(120)의 한 면에 배치된 시트층(120)을 향하도록 배치될 수 있다. 여기서, 커버층(110)이 인쇄회로기판(150)의 측면과 접촉하도록 배치되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 커버층(110)은 인쇄회로기판(150)의 측면과 이격되도록 배치될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 유닛(130)과 전자부품(140)은 인쇄회로기판(150) 상에서 서로 인접하도록 배치되거나, 밀착하도록 배치될 수 있다. 그리고, 시트층(120)은 안테나 유닛(130)과 전자부품(140) 상에 배치될 수 있다. 여기서, 시트층(120)이 안테나 유닛(130)과 전자부품(140) 상에서 안테나 유닛(130) 및 전자부품(140)과 이격되어 배치되도록 도시하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 시트층(120)이 안테나 유닛(130)과 전자부품(140) 상에서 안테나 유닛(130) 및 전자부품(140)과 접촉하도록 배치될 수도 있다. 또는, 도면에 개시되지 않았으나, 시트층(120)은 안테나 유닛(130) 및 전자부품(140)과 인쇄회로기판(150) 사이에 배치될 수도 있다.
또는, 도면에 개시되지 않았으나, 인쇄회로기판(150) 상에 전자부품(140)이 적층되고, 전자부품(140) 상에 안테나 유닛(130)이 적층되거나, 인쇄회로기판(150) 상에 안테나 유닛(130)이 적층되고, 안테나 유닛(130) 상에 전자부품(140)이 적층될 수도 있다. 여기서, 전자부품(140) 및 전자부품(140) 상에 적층된 안테나 유닛(130)과 안테나 유닛(130) 및 안테나 유닛(130) 상에 적층된 전자부품(140)을 통칭하여 안테나 유닛(130)/전자부품(140) 적층체라고 지칭할 수 있다. 이때, 시트층(120)은 인쇄회로기판(150)의 하부, 인쇄회로기판(150)과 안테나 유닛(130)/전자부품(140) 적층체 사이, 또는 안테나 유닛(130)/전자부품(140) 적층체 상부에 배치될 수 있다.
이때, 안테나 유닛(130)과 전자부품(140)은 서로 밀착되거나 5mm 이하의 이격 거리를 가질 수 있다.
여기서, 전자부품(140)은 통신 모듈(100)에 탑재될 수 있는 다양한 종류의 전자부품일 수 있으며, 이들 중 일부는 발열 소스가 될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 유닛(130)과 전자부품(140) 간의 거리가 가까워질 경우, 통신 장치의 크기를 소형화할 수는 있으나, 전자부품(140)으로부터 발생한 열을 방출하기 위한 방열 시트가 안테나 유닛(130)으로부터 방사된 전자기파를 흡수 또는 반사할 수 있으므로, 통신 장치의 성능에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.
이에, 본 발명의 실시예에서는 방열 성능이 우수하면서도 전자기파를 투과하는 시트층을 배치하고자 한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층에 포함되는 질화붕소의 한 예이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층에 포함되는 질화붕소가 배치되는 형상을 설명하기 위한 예이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층(120)은 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물을 포함할 수 있다. 여기서, 시트층(120)의 두께는 100㎛ 내지 700㎛일 수 있다. 시트층(120)의 두께가 100㎛보다 작으면, 방열 성능이 떨어질 수 있으며, 시트층(120)의 두께가 700㎛보다 크면, 전자기파 투과 성능이 떨어질 수 있다.
여기서, 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서, 수지는 에폭시 수지와 혼용될 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 결정성 에폭시 화합물은 메조겐(mesogen) 구조를 포함할 수 있다. 메조겐(mesogen)은 액정(liquid crystal)의 기본 단위이며, 강성(rigid) 구조를 포함한다. 그리고, 비결정성 에폭시 화합물은 분자 중 에폭시기를 2개 이상 가지는 통상의 비결정성 에폭시 화합물일 수 있으며, 예를 들면 비스페놀 A 또는 비스페놀 F로부터 유도되는 글리시딜에테르화물일 수 있다. 여기서, 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산무수물계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 폴리아미노아미드계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 블록 이소시아네이트계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 2 종류 이상의 경화제를 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고분자 수지는 부타디엔(butadiene) 고무를 더 포함할 수 있다. 여기서, 부타디엔 고무는, 예를 들어 부타디엔 아크로니트릴(butadiene acrylonitrile) 고무 또는 카복시 말단 부타디엔 아크로니트릴(carboxlic terminated butadiene acrylonitrile, CTBN) 고무일 수 있다. 이와 같이, 고분자 수지가 부타디엔 고무를 포함하는 경우, 시트층(110)은 유연성을 가질 수 있으며, 100㎛ 내지 300㎛의 두께로 구현되는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고분자 수지에 포함되는 에폭시 화합물은 부타디엔 고무로 변성된 에폭시 화합물일 수 있다. 이와 같이, 에폭시 화합물이 부타디엔 고무로 변성된 에폭시 화합물인 경우, 시트층(110)의 강인성 및 인장강도가 향상될 수 있다. 여기서, 부타디엔 고무는, 예를 들어 부타디엔 아크로니트릴(butadiene acrylonitrile) 고무 또는 카복시 말단 부타디엔 아크로니트릴(carboxlic terminated butadiene acrylonitrile, CTBN) 고무일 수 있다. 에폭시 화합물의 변성 또는 개질은 에폭시 화합물과 부타디엔 고무를 반응시키는 것에 의하여 행해질 수 있다. 예를 들어, 에폭시 화합물과 부타디엔 아크로니트릴 고무를 반응시킬 경우, 반응기인 아크로니트릴기는 에폭시 화합물의 에폭시기와 반응하여 에폭시 화합물을 변성 또는 개질시킬 수 있다. 또는, 에폭시 화합물과 카복시 말단 부타디엔 아크로니트릴 고무를 에스테르화 반응시킬 경우, 카복시 말단 부타디엔 아크로니트릴 고무의 카르복시기는 에폭시 화합물의 에폭시기와 반응하여 에폭시 화합물이 변성 또는 개질될 수 있다.
무기충전재는 질화붕소일 수 있다. 질화붕소는 열 특성 및 전기 특성이 우수하며, 경량이다. 표 1은 질화붕소(BN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4)의 열 특성, 전기 특성 및 비중을 비교한 표이다.
특성 BN Al2O3 Si3N4
열특성 열전도율 W(mK) 40~80 26 33
열팽창계수 10-6/K 2.8 7.1 3.0
전기특성 저항률 Ωcm >1014 >1014 >1014
유전율 - 4.5 9.8 8.6
비중 g/cm3 2.3 4.0 3.2
표 1을 참조하면, 질화붕소는 산화알루미늄 및 질화규소에 비하여 열전도율이 높으면서도 유전율이 낮고, 비중이 낮다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 시트층(120)이 질화붕소를 포함할 경우, 방열 성능이 높으면서도 전자기파 투과 효율이 높은 시트층을 얻을 수 있다.
이때, 질화붕소는 판상 질화붕소일 수 있다. 여기서, 판상 질화붕소는 평균 입자 크기(D50)이 40 내지 50㎛이고, D10이 15 내지 25㎛이며, D90이 75 내지 85㎛일 수 있다. D10은 입도분석자료에서 통과 백분율의 10%에 대응하는 입경을 의미하고, D50은 입도분석자료에서 통과 백분율의 50%에 대응하는 입경을 의미하며, D90은 입도분석자료에서 통과 백분율의 90%에 대응하는 입경을 의미한다. D50은 평균 입자 크기와 혼용될 수도 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 판상 질화붕소는 면 방향에서 짧은 길이(SL)에 대한 긴 길이(LL)의 비가 1 이상일 수 있고, 본 명세서에서 판상 질화붕소의 입자 크기는 면 방향에서 긴 길이(LL)를 의미할 수 있다. 그리고, 두께 방향의 길이는 면 방향의 길이에 비하여 현저하게 짧을 수 있으며, 예를 들어, 두께 방향의 길이는 면 방향에서 짧은 길이(SL)의 0.5배 이하, 바람직하게는 0.1 배 이하, 더욱 바람직하게는 0.01배 이하일 수 있다.
그리고, 판상 질화붕소의 θ50은 시트층(120)의 수평 방향(XY 방향) 성분과 40°이하, 바람직하게는 20°이하, 더욱 바람직하게는 10°이하의 각도를 이루며 배치될 수 있다. 여기서, θ50은 전체 입자의 수평 방향 각도의 누적분포에서 누적 백분율이 50%에 도달될 때의 해당 각도를 의미하며, θ50은 평균 각도와 혼용될 수 있다.
이에 따르면, 시트층(120)의 수평 방향(XY 방향) 열전도도가 수직 방향(Z 방향) 열전도도에 비하여 현저하게 높아질 수 있다. 시트층(120)의 수평 방향 열전도도가 수직 방향 열전도도에 비하여 높으면, 전자부품(140)으로부터 발생한 열이 시트층(120)의 측면으로 방출될 수 있으므로, 높은 방열 성능을 얻을 수 있다. 시트층(120)의 수평 방향 열전도도가 수직 방향 열전도도에 비하여 높으면, 특히 도 1에 도시된 구조에서 시트층(120)의 수평 방향으로 전도된 열이 시트층(120)보다 넓은 면적을 가지는 커버층(110)의 면방향을 통하여 전도될 수 있으므로, 방열 성능을 더욱 높일 수 있다.
여기서, 판상 질화붕소의 표면은 고분자 수지로 코팅될 수 있다. 판상 질화붕소와 결합되거나 판상 질화붕소를 코팅할 수 있으면 어떠한 고분자 수지도 이용될 수 있다. 고분자 수지는, 예를 들어 아크릴계 고분자 수지, 에폭시계 고분자 수지, 우레탄계 고분자 수지, 폴리아미드계 고분자 수지, 폴리에틸렌계 고분자 수지, EVA(ethylene vinyl acetate copolymer)계 고분자 수지, 폴리에스테르계 고분자 수지 및 PVC(polyvinyl chloride)계 고분자 수지로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 그리고, 고분자 수지는 하기 단위체 1을 가지는 고분자 수지일 수도 있다.
단위체 1은 다음과 같다.
[단위체 1]
Figure PCTKR2019003487-appb-I000001
여기서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나는 H이고, 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고, R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다.
한 실시예로, R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 C2~C3 알켄에서 선택되며, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 C1~C3 알킬에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 고분자는 하기 단위체 2를 포함할 수 있다.
[단위체 2]
Figure PCTKR2019003487-appb-I000002
또는, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 서로 상이하도록 선택될 수도 있다.
이와 같이, 단위체 1 또는 단위체 2에 따른 고분자가 판상 질화붕소 상에 코팅되면, 작용기를 형성하기 용이해지며, 이에 따라 수지와의 친화도가 높아질 수 있다.
한편, 본 발명의 한 실시예에 따른 시트층(120)에 포함되는 수지 조성물은 5 내지 35wt%의 고분자 수지, 그리고 65 내지 95wt%의 판상의 질화붕소를 포함한다.
한 실시예로, 시트층(120)에 포함되는 수지 조성물은 에폭시 수지를 15 내지 35wt%, 바람직하게는 15 내지 30wt%, 더욱 바람직하게는 15 내지 25wt%로 포함하고, 판상 질화붕소를 65 내지 85wt%, 바람직하게는 70 내지 85wt%, 더욱 바람직하게는 75 내지 85wt%로 포함할 수 있다.
판상 질화붕소가 이러한 수치 범위의 하한치보다 낮게 포함될 경우, 방열 성능 및 전자기파의 투과 효율이 낮을 수 있고, 판상 질화붕소가 이러한 수치 범위의 상한치, 즉 85wt%보다 높게 포함될 경우, 과량의 판상 질화붕소와 에폭시 수지 간 결합력이 상대적으로 취약하므로, 시트층 제조 시 깨짐이 발생할 수 있으며, 이에 따라 시트층으로 제조하기 어려워질 수 있다.
다른 실시예로, 시트층(120)에 포함되는 수지 조성물은 고분자 수지를 5 내지 30wt%, 바람직하게는 15 내지 25wt%, 더욱 바람직하게는 10 내지 20wt%로 포함하고, 판상 질화붕소를 70 내지 95wt%, 바람직하게는 75 내지 85wt%, 더욱 바람직하게는 80 내지 90wt%로 포함할 수 있다. 이때, 고분자 수지는 부타디엔 고무로 변성된 에폭시 화합물을 포함할 수 있다.
판상 질화붕소가 이러한 수치 범위의 하한치보다 낮게 포함될 경우, 방열 성능 및 전자기파의 투과 효율이 낮을 수 있고, 판상 질화붕소가 이러한 수치 범위의 상한치보다 높게 포함될 경우, 과량의 판상 질화붕소와 고분자 수지 간 결합력이 상대적으로 취약하므로, 시트층 제조 시 깨짐이 발생할 수 있으며, 이에 따라 시트층으로 제조하기 어려워질 수 있다. 본 발명의 실시예와 같이, 고분자 수지가 부타디엔 고무로 변성된 에폭시 화합물을 포함하는 경우, 판상 질화붕소와의 결합력이 개선되고, 유연성이 높아지므로, 판상 질화붕소를 95wt%까지 첨가할 수 있고, 이에 따라 더욱 높은 열전도도를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시트층의 단면도이다.
도 5(a)를 참조하면, 시트층(120)의 한면에는 보호층(125)이 더 배치될 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 시트층(120)의 양면에는 보호층(125) 및 보호층(126)이 각각 더 배치될 수도 있다. 여기서, 시트층(120)의 양면은 시트층(120)의 한면 및 이에 대향하는 타면일 수 있다.
도 5(c)를 참조하면, 시트층(120) 상에는 추가의 시트층(121)이 더 배치될 수도 있다. 그리고, 시트층(120) 및 시트층(120) 상에 적층된 시트층(121)을 포함하는 시트층 적층체의 한면에는 보호층(125)이 더 배치될 수 있다.
도 5(d)를 참조하면, 시트층(120) 상에는 추가의 시트층(121)이 더 배치될 수도 있다. 그리고, 시트층(120) 및 시트층(120) 상에 적층된 시트층(121)을 포함하는 시트층 적층체의 양면에는 보호층(125) 및 보호층(126)이 각각 더 배치될 수도 있다.
이때, 보호층(125, 126)은 고분자 수지를 포함하는 레이어, 시트 또는 필름일 수 있다. 이와 같이, 시트층의 한면 또는 양면에 보호층이 배치되면 시트층에 포함된 판상 질화붕소의 이탈을 방지할 수 있으며, 외부 충격에 의하여 시트층에 가해지는 손상을 최소화할 수 있다. 이때, 도 5(a) 또는 도 5(c)와 같이 시트층(120)의 한면 또는 시트층 적층체의 한면에만 보호층(125)이 배치된 경우, 보호층(125)이 배치되지 않은 면이 도 1에 개시된 커버층(110)과 접촉하는 면일 수 있다.
이때, 보호층(125, 126)은 무기충전재를 포함하지 않으며, 하나의 보호층의 두께는 하나의 시트층의 두께의 0.001 내지 0.1배일 수 있다. 이에 따르면, 보호층이 시트층을 보호하면서도, 시트층의 방열 성능 또는 전자기파 투과 성능을 저하시키지 않을 수 있다.
도시되지 않았으나, 도 5(a) 내지 도 5(d)에서 시트층과 보호층 사이 및 시트층과 시트층 사이에는 접착층이 더 배치될 수 있다.
한편, 도 5(a) 내지 도5(d)에 도시된 바와 같이, 보호층(125, 126)은 시트층(120, 121)의 측면보다 더 연장된 연장부(125-1, 126-1)를 포함할 수도 있다. 보호층(125, 126)의 연장부(125-1, 126-1)의 폭(W1)은 시트층(120, 121)의 폭(W2)의 0.001 내지 0.5배, 바람직하게는 0.005 내지 0.2배, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1배일 수 있다. 이와 같이, 시트층(120, 121)의 측면보다 더 연장된 연장부(125-1, 126-1)는 시트층(120, 121)의 측면도 보호할 수 있다.
도 5(e) 내지 도 5(h)에 도시된 바와 같이, 시트층(120)의 측면보다 더 연장된 연장부(125-1, 126-1)는 시트층(120)의 측면을 감쌀 수도 있다. 이때, 도 5(e) 및 도 5(f)에 도시된 바와 같이, 연장부(125-1, 126-1)가 시트층(120)의 측면과 접촉하도록 감싸거나, 도 5(g) 및 도 5(h)에 도시된 바와 같이, 연장부(125-1, 126-1)가 시트층(120)의 측면과 접촉하지 않고 시트층(120)의 측면과 이격되도록 감쌀 수도 있다.
설명의 편의를 위하여 연장부(125-1, 126-1)가 단일의 시트층(120)의 측면을 감싸는 예만을 도시하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 연장부(125-1, 126-1)는 시트층 적층제(120, 121)의 측면을 감쌀 수도 있다. 이하, 본 발명의 실시예에 따른 시트층의 성능을 비교예에 따른 시트층과 비교하여 설명하고자 한다.
도 6은 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제작된 시트층의 수평 방향 열전도율 및 수직 방향 열전도율을 측정하는 방법을 설명하는 도면이며, 도 7은 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제작된 시트층의 수평 방향 열전도율 및 수직 방향 열전도율을 측정한 그래프이고, 도 8은 실시예 2에 따라 제작된 시트층의 SEM 이미지이다. 표 2는 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제작된 시트층의 열적 특성을 측정한 표이고, 표 3은 실시예 2에 따라 제작된 시트층과 그라파이트 시트층의 전기 특성을 측정한 표이다.
비교예 1에 따른 시트층은 50wt%의 에폭시 수지 및 D50이 45㎛인 판상의 질화붕소 50wt%를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 200㎛의 두께로 가압하여 제작된 시트층이다.
비교예 2에 따른 시트층은 40wt%의 에폭시 수지 및 D50이 45㎛인 판상의 질화붕소 60wt%를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 200㎛의 두께로 가압하여 제작된 시트층이다.
실시예 1에 따른 시트층은 30wt%의 에폭시 수지 및 D50이 45㎛인 판상의 질화붕소 70wt%를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 200㎛의 두께로 가압하여 제작된 시트층이다.
실시예 2에 따른 시트층은 20wt%의 에폭시 수지 및 D50이 45㎛인 판상의 질화붕소 80wt%를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 200㎛의 두께로 가압하여 제작된 시트층이다.
실시예 3에 따른 시트층은 20wt%의 부타디엔 고무로 변성된 에폭시 화합물 및 D50이 45㎛인 판상의 질화붕소 80wt%를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 500㎛의 두께로 가압하여 제작된 시트층이다.
실시예 4에 따른 시트층은 10wt%의 카복시 말단 부타디엔 아크로니트릴(CTBN) 고무로 변성된 에폭시 화합물 및 D50이 45㎛인 판상의 질화붕소 90wt%를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 200㎛의 두께로 가압하여 제작된 시트층이다.
실시예 5에 따른 시트층은 20wt%의 카복시 말단 부타디엔 아크로니트릴(CTBN) 고무로 변성된 에폭시 화합물 및 D50이 45㎛인 판상의 질화붕소 80wt%를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 200㎛의 두께로 가압하여 제작된 시트층이다.
도 6(a)를 참조하면, 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 각각 제작된 시트층을 200㎛ 폭으로 재단하고 90도 회전한 후, 총 가로 폭*세로 폭이 1cm*1cm가 되도록 배치하였다. 시트층 아래에 발열 소스를 배치하고, 시트층 위에서의 열확산도를 측정한 후, 이로부터 수평 방향 열전도율을 검출하였다.
도 6(b)를 참조하면, 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 각각 제작된 시트층 아래에 발열 소스를 배치하고, 시트층 위에서의 열확산도를 측정한 후, 이로부터 수직 방향 열전도율을 검출하였다.
도 6(a) 및 도 6(b)에 따른 방법으로 열전도율을 검출하면, 수직 방향 열전도율뿐만 아니라 수평 방향 열전도율도 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
실험 번호 측정 결과
밀도 비열 수직 열확산도 수평 열확산도 수직 열전도도 수평 열전도도 유연성(flexibility)
아르키메데스 DSC LFA LFA 밀도*비열*열확산도 밀도*비열*열확산도 45도 이상 굽힘
g/cm3 J/(gK) mm2/s mm2/s W/mK W/mK O/X
비교예 1 1.362 1.219 0.322 1.499 0.53 2.49 X
비교예 2 1.434 1.169 0.380 1.868 0.65 3.13 X
실시예 1 1.522 1.137 0.878 3.227 1.52 5.58 X
실시예 2 1.720 0.982 0.953 10.282 1.61 17.37 X
실시예 3 1.425 1.137 0.906 4.243 1.47 6.87 O
실시예 4 1.568 0.9844 0.932 15.203 1.44 23.47 O
실시예 5 1.58 1.146 0.496 10.274 0.90 18.60 O
측정 결과
Loss TangentΔ(%) Conductivity(S/m)
28GHz 39GHz 28GHz 39GHz
실시예 2 0.023 0.031 0.001 0.0019
그라파이트 시트층 0.057(2.5배↑) 6.04(195배↑) 0.005(5배↑) 0.77(405배↑)
표 2 및 표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 시트층의 수평 방향 열전도도는 5W/mK 이상이고, 수평 방향 열전도도는 수직 방향 열전도도의 3배 이상일 수 있다. 특히, 실시예 2에 따른 시트층의 수평 방향 열전도도는 15W/mK 이상이고, 수평 방향 열전도도는 수직 방향 열전도도의 10배 이상이며, 손실 탄젠트는 29GHz에서 0.05% 이하이고, 39GHz에서 1% 이하로 그라파이트 시트층에 비하여 전자기파 투과율이 현저하게 높음을 알 수 있다. 또한, 실시예 3 내지 5에 따른 시트층은 유연성을 가지므로, 다양한 디자인의 통신 모듈에 적용될 수 있으며, 특히 실시예 4 내지 5에 따른 시트층은 유연성을 가질 뿐만 아니라, 수평 방향 열전도도가 15W/mK 이상이고 수평 방향 열전도도는 수직 방향 열전도도의 10배 이상임을 알 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 시트층은 방열 특성이 우수할 뿐만 아니라, 전자기파를 투과하는 성능도 우수하며, 유연성이 있으므로, 안테나와 가까운 거리에 발열 부품이 배치되더라도 안테나의 방사 성능에 영향을 미치지 않을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 인쇄회로기판,
    상기 인쇄회로기판 상에 배치된 안테나 유닛 및 전자부품,
    상기 안테나 유닛 및 전자부품 상에 배치된 시트층을 포함하고,
    상기 시트층은,
    5 내지 35wt%의 고분자 수지, 그리고 65 내지 95wt%의 판상의 질화붕소를 포함하며,
    상기 판상의 질화붕소는 평균 입자 크기(D50)이 40 내지 50㎛이고, D10이 15 내지 25㎛이며, D90이 75 내지 85㎛이고,
    상기 판상의 질화붕소의 θ50은 상기 시트층의 수평 방향 성분과 40°이하의 각도를 이루며 배치되는 통신 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판상의 질화붕소의 θ50은 상기 시트층의 수평 방향 성분과 20°이하의 각도를 이루며 배치되는 통신 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시트층의 두께는 100 내지 700㎛인 통신 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 부타디엔 고무로 변성된 에폭시 화합물을 포함하는 통신 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시트층의 수평 방향 열전도도는 5W/mK 이상이고, 상기 수평 방향 열전도도는 상기 수직 방향 열전도도의 3배 이상인 통신 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시트층의 수평 방향 열전도도는 15W/mK 이상이고, 상기 수평 방향 열전도도는 상기 수직 방향 열전도도의 10배 이상이며, 상기 시트층의 손실탄젠트(Loss Tangent, Δ)는 29GHz에서 0.05% 이하이고, 39GHz에서 1% 이하인 통신 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판 상에 상기 전자부품 및 상기 안테나 유닛이 순차적으로 배치되거나, 상기 인쇄회로기판 상에 상기 안테나 유닛 및 상기 전자부품이 순차적으로 배치되는 통신 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자부품은 상기 인쇄회로기판 상에서 상기 안테나 유닛의 측면에 배치되는 통신 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자부품과 상기 안테나 유닛 간의 이격 거리는 5mm이하인 통신 모듈.
  10. 고분자 수지; 그리고,
    상기 고분자 수지와 결합된 판상의 질화붕소;를 포함하고,
    상기 고분자 수지의 함량은 5 내지 35wt%이고,
    상기 판상의 질화붕소의 함량은 65 내지 95wt%이고,
    상기 판상의 질화붕소는 평균 입자 크기(D50)이 40 내지 50㎛이고, D10이 15 내지 25㎛이며, D90이 75 내지 85㎛이고,
    상기 판상의 질화붕소의 θ50은 상기 시트층의 수평 방향 성분과 40°이하의 각도를 이루며 배치되는 시트층.
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