WO2023177045A1 - 액상 원료 토출기를 이용하는 열전도성 시트의 제조 방법 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method of manufacturing a thermally conductive sheet, and in particular, unlike conventional manufacturing methods, to a method of manufacturing a thermally conductive sheet that can mass-produce large-sized thermally conductive sheets without a separate pressurizing process or adhesion process. .
- heat dissipation fins, heat dissipation sheets, and heat sinks have been used as a means to efficiently control the generated heat.
- the heat dissipation fins and heat sinks are less efficient because the heat sink can emit less heat than the amount of heat emitted from the heating element of electronic products. This was very low, so there was a problem that a heat dissipation fan had to be installed together.
- heat dissipation fans not only causes problems with noise and vibration generated from the heat dissipation fans, but also has the problem of not being applicable to products that require weight reduction and slimness, so it is recently called heat dissipation. Sheets are widely used.
- Heat dissipation sheets used conventionally are a type of thermally conductive sheet, and are widely used in which inorganic fillers such as copper, alumina, ferrite, aluminum nitride, and aluminum hydroxide, which have thermal conductivity, are dispersed in a resin composition.
- Korean Patent Publication Publication No. 10- 2013-0117752 (publication date: October 28, 2013) discloses a technology for manufacturing a heat dissipation sheet by forming a sheet base material by extrusion molding and slicing the cured sheet base material to a predetermined thickness.
- the present invention was devised to solve the above problem, and its purpose is to provide an improved method of manufacturing a thermally conductive sheet so that large-sized thermally conductive sheets can be mass-produced without a separate pressurizing process or adhesion process.
- the method of manufacturing a thermally conductive sheet according to the present invention includes a part extending along the first central axis as a part for discharging a liquid thermally conductive composition containing a polymer, an anisotropic thermally conductive filler, and a filler to the outside.
- the discharge port reciprocates several times along the second central axis with respect to the molding mold, and along a third central axis that intersects the second central axis with respect to the molding mold. It is preferable that the liquid discharged from the discharge port covers at least a portion of the total area of the molding mold by relative movement.
- the discharge port reciprocates several times along the second central axis with respect to the molding mold, and along a third central axis that intersects the second central axis with respect to the molding mold.
- By relative movement it is desirable to move relative to a zigzag pattern.
- the liquid discharged from the discharge port is discharged in a state in which a plurality of layers are stacked in the molding mold.
- the molding mold preferably has a rectangular parallelepiped-shaped internal space extending along the second central axis, and the upper end is open.
- the liquid raw material ejector includes a cylinder accommodating the liquid thermally conductive composition therein; A piston capable of reciprocating within the cylinder is provided, and the discharge port is preferably provided at one end of the cylinder.
- the discharge port preferably includes a pipe-shaped member with an inner diameter of 1 to 5 mm.
- the liquid discharged from the discharge port preferably has a viscosity of 100,000 to 1,000,000 cPs.
- the sheet surface processing step it is preferable to process the surface of the sheet into a smooth surface by pressing the sheet along the thickness direction of the sheet using a press molding machine.
- the polymer preferably contains a silicone resin.
- the filler preferably includes at least one of aluminum oxide, aluminum nitride, zinc oxide, silicon powder, and metal powder.
- the filler preferably contains spherical aluminum oxide particles with an average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 45 ⁇ m.
- the content of the filler in the thermally conductive composition is preferably 20% to 40% by volume.
- the content of the anisotropic thermally conductive filler in the thermally conductive composition is preferably 20% to 50% by volume.
- the anisotropic thermally conductive filler preferably includes at least one selected from the group including boron nitride (BN) powder, graphite, carbon fiber, and carbon nanotube (Carbon nanotube, CNT).
- BN boron nitride
- CNT Carbon nanotube
- a discharge port extending along a first central axis serves as a portion for discharging a liquid thermally conductive composition containing a polymer, an anisotropic thermally conductive filler, and a filler to the outside, and a liquid discharge discharged from the discharge port.
- the sheet Unlike conventional manufacturing methods in which the diameter of the base material is limited, large-sized thermally conductive sheets can be easily manufactured without a separate pressurizing process or adhesive process by simply increasing the size of the molding mold, and rapid mass production is easy. It works.
- FIG. 1 is a diagram showing a liquid raw material ejector used to manufacture a thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view illustrating a process in which a thermally conductive composition is discharged into the molding mold shown in FIG. 1.
- Figure 3 is a cross-sectional view showing a state in which the thermally conductive composition is discharged and stacked in several layers inside the molding mold shown in Figure 2.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing the state of the stacked discharged product shown in FIG. 3 after it has been stabilized for a certain period of time.
- FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the molded product cutting process shown in FIG. 9.
- FIG. 6 is an enlarged view showing a cross section of a thermally conductive sheet completed through the molding cutting process shown in FIG. 5.
- FIG. 7 is a diagram for explaining an example of the sheet surface processing process shown in FIG. 9.
- Figure 8 is a diagram for explaining the change in the orientation angle of the anisotropic thermally conductive filler that occurs when performing the main process of the method for manufacturing a thermally conductive sheet, which is an embodiment of the present invention.
- Figure 9 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.
- Figure 1 is a diagram showing a liquid raw material ejector used to manufacture a thermally conductive sheet, which is an embodiment of the present invention
- Figure 2 illustrates the process of discharging a thermally conductive composition into the inside of the mold shown in Figure 1.
- This is a perspective view for Figure 3 is a cross-sectional view showing a state in which the thermally conductive composition is discharged and laminated in several layers inside the mold for molding shown in Figure 2
- Figure 9 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a thermally conductive sheet, which is an embodiment of the present invention.
- This is a flow chart.
- the method for manufacturing a thermally conductive sheet is a method for manufacturing a thermally conductive sheet 100 used to dissipate excessive heat generated from electronic products such as portable personal terminals and communication devices to the outside, As shown in FIG. 9, it includes a liquid raw material discharge process (S40), a molded product stabilization process (S50), a molded product curing process (S60), and a molded product cutting process (S70).
- S40 liquid raw material discharge process
- S50 a molded product stabilization process
- S60 molded product curing process
- S70 a molded product cutting process
- the liquid raw material ejector 200 shown in FIGS. 1 and 2 and the base material of the thermally conductive sheet 100 are The thermally conductive composition (M) will be described first.
- the liquid raw material ejector 200 is a dispenser capable of discharging the liquid thermally conductive composition (M) at a uniform pressure and flow rate, and as shown in FIG. 1, it consists of a cylinder 210 and a piston 220. ) and a discharge port 230 and a mold 240.
- the cylinder 210 is a container-shaped member that can accommodate the liquid thermally conductive composition (M) therein, and as shown in FIG. 1, in this embodiment, it extends vertically along the first central axis (C1). It is provided in a cylindrical shape.
- the piston 220 is a piston that can reciprocate along the first central axis (C1) inside the cylinder 210, and can pressurize the thermally conductive composition (M) accommodated inside the cylinder 210. It is prepared so that
- the piston 220 may pressurize the liquid thermally conductive composition (M) at a pressure of 1 to 10 kgf.
- the discharge port 230 is a part that discharges the liquid thermally conductive composition (M) contained inside the cylinder 210 to the outside, and in this embodiment, has a predetermined length along the first central axis (C1) ( It extends as much as L).
- the length (L) of the discharge port 230 is preferably determined appropriately in consideration of the viscosity and component ratio of the thermally conductive composition (M).
- the orientation of the anisotropic heat conductive filler 1 improves, but there is a disadvantage in that the discharge pressure increases. If the length (L) of the discharge port 230 is too short, the anisotropic thermoelectric filler 1 increases. There is a disadvantage that the orientation of the conductive filler 1 is reduced.
- the discharge port 230 includes a pipe-shaped member with a circular cross-section having a length (L) of 40 to 60 mm and an inner diameter (d) of 1 to 5 mm.
- the upper end of the discharge port 230 is coupled to the lower end of the cylinder 210 and communicates with the inside of the cylinder 210, and the liquid thermally conductive composition (M) flows through the lower portion of the discharge port 230. It is discharged.
- the molding mold 240 is a container-type mold that can accommodate the liquid discharge (M) discharged from the discharge port 230, and as shown in FIGS. 1 and 2, it has a bottom 241 and It includes a side wall portion 242 and an internal space 243.
- the molding mold 240 has a rectangular parallelepiped-shaped internal space having a second central axis (C2) that intersects perpendicularly to the first central axis (C1) in the longitudinal direction, as shown in FIG. 2. (243) is available.
- the internal space 243 has a third central axis (C3) that intersects perpendicularly to the first central axis (C1) and the second central axis (C2) in the width direction, and the first central axis (C1) It has a central axis C1 in the thickness direction.
- the size and shape of the internal space 243 determine the size and shape of the laminated molded product S shown in FIG. 5.
- the liquid thermally conductive composition (M) discharged from the liquid raw material ejector 200 falls as shown in FIG. 1. It can be put into the internal space 243.
- the bottom portion 241 is a rectangular flat portion extending long along the second central axis C2, as shown in FIG. 1 .
- the side wall portion 242 is a rectangular portion forming the side wall of the mold 240, and its lower end is coupled to the edge of the bottom portion 241.
- the internal space 243 is formed by the bottom part 241 and the side wall part 242.
- liquid raw material ejector 200 is simply expressed in the form of a general syringe, but this is only a conceptual expression and in reality, it can be implemented as a complex automatic device including an electric device or a hydraulic device. .
- the liquid raw material ejector 200 forms the ejection port 230 in the forward and backward directions (A), left and right directions (B), and up and down directions (C), as shown in FIG. 2. It includes an automatic transfer device (not shown) that can move relative to the mold 240.
- the automatic transfer device may include one of various configurations such as a ball screw and a linear motor.
- the liquid raw material ejector 200 is a dispenser that discharges a fixed amount of the liquid thermally conductive composition (M). Since the discharged material (M) discharged through the discharge port 230 is in a liquid state, the discharged material ( In that the cross-sectional contour of M) cannot maintain its original shape, it is clearly distinguished from an extruder used to create an object with a fixed cross-sectional contour required by the designer.
- the thermally conductive composition (M) contains a polymer (3), an anisotropic thermally conductive filler (1), and a filler (2), as shown in FIG. 8.
- the polymer 3 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the performance required for the thermally conductive sheet 100. Examples include thermoplastic polymers or thermosetting polymers.
- thermoplastic polymer examples include thermoplastic resins, thermoplastic elastomers, and alloys of these polymers.
- the thermoplastic resin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples include ethylene- ⁇ -olefin copolymers such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer; Fluorine-based resins such as polymethyl pentene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl alcohol, polyacetal, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene; Polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polystyrene, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) resin, polyphenylene
- Phenylene ether aliphatic polyamides, aromatic polyamides, polyamidoimide, polymethacrylic acid or its ester, polyacrylic acid or its ester, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyethernitrile. , polyether ketone, polyketone, liquid crystal polymer, silicone resin, ionomer, etc. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
- thermoplastic elastomers include, for example, styrene-based thermoplastic elastomers such as styrene-butadiene copolymer or its hydrogenated polymer, styrene-isoprene block copolymer or its hydrogenated polymer, olefin-based thermoplastic elastomer, vinyl chloride-based thermoplastic elastomer, and polyester-based thermoplastic elastomer.
- Thermoplastic elastomers, polyurethane-based thermoplastic elastomers, and polyamide-based thermoplastic elastomers may be included. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
- thermosetting polymer examples include crosslinked rubber, epoxy resin, polyimide resin, bismaleimide resin, benzoxychlorbutene resin, phenol resin, unsaturated polyester, diallyl phthalate resin, silicone resin, polyurethane, and polyimide. Silicone, thermosetting polyphenylene ether, thermosetting modified polyphenylene ether, etc. are mentioned. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
- cross-linked rubber examples include natural rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene propylene rubber, chlorinated polyethylene, chlorosulfonated polyethylene, butyl rubber, halogenated butyl rubber, fluorine rubber, Examples include urethane rubber, acrylic rubber, polyisobutylene rubber, and silicone rubber. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
- silicone resin is particularly preferable in terms of excellent molding processability and weather resistance, as well as adhesion and followability to electronic components.
- the silicone resin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples include addition reaction type liquid silicone rubber, heat vulcanization type mirrorable type silicone rubber that uses peroxide as vulcanization, and the like.
- addition reaction type liquid silicone rubber is particularly preferable as a heat dissipation member for electronic devices because adhesion between the heating surface and the heat sink surface of the electronic component is required.
- the shape of the anisotropic thermally conductive filler 1 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, for example, flake shape, plate shape, column shape, prismatic shape, oval shape, flat shape, etc. . Among these, a flat shape is particularly preferable in terms of anisotropic thermal conductivity.
- Examples of the filler having the anisotropy include boron nitride (BN) powder, graphite, carbon fiber, and carbon nanotube (CNT).
- BN boron nitride
- CNT carbon nanotube
- carbon fiber is particularly preferable in terms of anisotropic thermal conductivity.
- the carbon fiber for example, those synthesized by pitch-based, PAN-based, arc discharge method, laser evaporation method, CVD method (chemical vapor growth method), CCVD method (catalytic chemical vapor growth method), etc. can be used.
- pitch-based carbon fiber is particularly preferable in terms of thermal conductivity.
- the carbon fiber can be used by subjecting part or all of it to surface treatment, if necessary.
- the surface treatment includes, for example, oxidation treatment, nitridation treatment, nitration, sulfonation, or a functional group introduced to the surface by these treatments, or attaching a metal, metal compound, organic compound, etc. to the surface of the carbon fiber. Or, a combining process may be used.
- the functional group include hydroxyl group, carboxyl group, carbonyl group, nitro group, amino group, etc.
- the average major axis length (average fiber length) of the carbon fiber is preferably 100 ⁇ m or more, and more preferably 120 ⁇ m to 6 mm. If the average major axis length is less than 100 ⁇ m, sufficient anisotropic thermal conductivity may not be obtained and thermal resistance may increase.
- the average minor axis length of the carbon fiber is preferably 6 ⁇ m to 15 ⁇ m, and more preferably 8 ⁇ m to 13 ⁇ m.
- the carbon fiber preferably has an aspect ratio (average major axis length/average minor axis length) of 8 or more, and more preferably 12 to 30. If the aspect ratio is less than 8, the thermal conductivity may decrease because the fiber length (major axis length) of the carbon fiber is short.
- the content of the anisotropic thermally conductive filler in the thermally conductive composition is preferably 20% to 50% by volume.
- the content is less than 20 volume%, sufficient thermal conductivity may not be provided to the molded article, and if it exceeds 50 volume%, moldability and orientation may be affected.
- the filler 2 is not particularly limited in terms of its shape, material, average particle size, etc., and can be appropriately selected depending on the purpose.
- the shape is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples include spherical shape, elliptical shape, block shape, granular shape, flat shape, and needle shape. Among these, spherical and elliptical shapes are preferable in terms of filling properties, and spherical shapes are particularly preferable.
- Examples of the material of the filler 2 include aluminum nitride, silica, alumina, boron nitride, titania, glass, zinc oxide, silicon carbide, silicon powder, silicon oxide, aluminum oxide, metal powder, etc. These may be used individually, or two or more types may be used together. Among these, alumina, boron nitride, aluminum nitride, zinc oxide, and silica are preferable, and alumina and aluminum nitride are particularly preferable in terms of thermal conductivity.
- the filler 2 may be surface treated.
- a coupling agent as the surface treatment, dispersibility is improved and the flexibility of the thermally conductive sheet 100 is improved. Additionally, the surface roughness obtained by cutting can be made smaller.
- the filler 2 contains spherical aluminum oxide particles with an average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 45 ⁇ m. If the average particle diameter is less than 0.1 ⁇ m, it may cause curing failure, and if it exceeds 45 ⁇ m, the orientation of the carbon fiber may be impaired and the thermal conductivity of the cured molded product (S1) may be lowered.
- the content of the filler (2) in the thermally conductive composition is 20% to 40% by volume.
- the thermal conductive composition may further contain, if necessary, solvents, thixotropic agents, dispersants, curing agents, curing accelerators, retardants, non-tackifiers, plasticizers, flame retardants, antioxidants, stabilizers, colorants, etc. External ingredients can be mixed.
- thixotropic is the property of being in a sol (SOL) state close to liquid when flowing and maintaining a gel (GEL) state with increasing viscosity in a stable state. During application, it comes out thin and is applied smoothly. , It is a property that does not flow when applied to the adherend, and is a property that can provide a type of time-dependent viscosity.
- the thermally conductive composition can be prepared by mixing the polymer (3), the anisotropic thermally conductive filler (1), the filler (2), and, if necessary, the other components using a mixer or the like.
- a predetermined amount of raw materials such as the anisotropic heat conductive filler (1), filler (2), and polymer (3) are each input into a planetary mixer, and then mixed relatively slowly at a speed of 5 to 50 rpm. Let me do it. This is a kind of premixing process.
- the planetary mixer is a mixer that can mix raw materials while the mixing blade rotates and rotates in parallel, and stirs the liquid thermally conductive composition (M) having various viscosities from low to high viscosity. It is a mixer that is advantageous for mixing or mixing. Since this mixer is widely used in the industry, detailed description thereof will be omitted. (First mixing process; S10)
- the raw materials premixed through the first mixing process (S10) are put into a mixing defoamer and mixed at a relatively high speed of 50 to 500 rpm, while removing air bubbles present inside the raw materials. do.
- the mixing defoamer is a device that can simultaneously perform mixing and defoaming using a mixing blade, and is equipped with a vacuum pump for removing air bubbles present inside the raw materials to be mixed.
- the mixing and degassing machine simultaneously removes air bubbles present inside the thermally conductive composition (M) and mixes the raw materials. (Second mixing process; S20)
- the raw material storage tank (not shown) is in communication with the cylinder 210.
- the operation of injecting the thermally conductive composition (M) into the raw material storage tank may be performed manually by an operator, or may be performed automatically by an injection pump or the like.
- the molding mold 240 is placed below the discharge port 230, and then the liquid raw material ejector ( 200) is activated.
- the liquid thermally conductive composition (M) is slowly discharged from the ejection port 230 and injected into the internal space 243 of the mold 240.
- the liquid discharge (M) discharged from the discharge port 230 has a viscosity of 100,000 to 1,000,000 cPs.
- the viscosity of the liquid discharged material M discharged from the discharge port 230 is too small, less than 100,000 cPs, and its fluidity becomes excessive, the discharged material M discharged from the discharge port 230 is transferred to the molding mold 240. As soon as it contacts the bottom 241 of ), it immediately loses its cylindrical cross-section as shown in FIG. 3 and is deformed flat, causing a problem of being in close contact with the bottom 241, and as a result, the anisotropic thermally conductive filler (1) )'s orientation also decreases.
- the discharged material M discharged from the discharge port 230 may be Even after being placed on the bottom 241 of the mold 240 as shown in FIG. 3, the cylindrical cross-section is maintained for an excessively long time or permanently, and even after going through the molded product stabilization process (S50) to be described later, the laminated discharge ( A problem arises in that the bubbles (G) present inside the MS are not removed.
- the discharge port 230 extends vertically up and down a predetermined length (L) along the first central axis (C1) and has a relatively small inner diameter (d), so the heat conductive composition (M) While passing through the discharge port 230, due to gravity and the guide effect of the inner peripheral surface of the discharge port 230, the anisotropic thermally conductive filler 1, which was randomly oriented inside the heat conductive composition M, is transferred to the discharge port 230. It is oriented to some extent parallel to the first central axis C1, which is the longitudinal direction of (230), and at an angle within a predetermined angle.
- the automatic transfer device (not shown) The discharge port 230 is moved three-dimensionally in the front-back direction (A), left-right direction (B), and up-down direction (C) with respect to the molding mold 240. This process is explained in detail as follows.
- the discharge port 230 is located in the upper left corner of the molding mold 240 shown in FIG. 2, and then the discharge port 230 is slowly moved along the front-back direction A to remove the molding mold 240. ), the first row of discharges M1 having the shape of straight noodle strands are disposed on the bottom 241.
- a plurality of 'U'-shaped curved discharge materials M1 are formed near both ends of the molding mold 240 where the two rows of discharge materials M1 are connected. Since this part has poor orientation of the anisotropic heat conductive filler 1, it is a part that will be cut and discarded in the molded product cutting process (S70) to be described later.
- the discharge port 230 reciprocates several times along the second central axis C2 with respect to the molding mold 240, and intermittently moves the second central axis with respect to the molding mold 240. 2
- the relative movement occurs in a “zigzag” shape along the third central axis (C3) that intersects the central axis (C2), the liquid discharged from the discharge port 230 as shown in FIG. 2
- One layer of discharged material (M1) covering the entire area of the bottom 241 of the mold 240 is formed.
- a stacked discharge (MS) in the form of a stick is formed, which is received in a stacked state of multiple layers (M1, M2, M3, M4, M5).
- the laminated discharge material MS obtained in a state accommodated in the molding mold 240 through the liquid raw material discharge process (S40) is left at room temperature for approximately 30 minutes to 1 hour.
- the cross-section of the layered discharge (MS) is expressed as a bundle of multiple circular cross-sections, but in reality, before the second layer (M2) is formed, the first layer (M1) is shown in FIG. It does not have a shape, but has the shape of a single sheet from which the bubbles (G) have been removed, as shown in FIG. 4.
- the bubble (G) removal rate may vary depending on conditions such as the viscosity and discharge speed of the thermally conductive composition (M).
- the layered discharged material MS is left in the molding mold 240 for a certain period of time, the layered discharged material MS is still in a liquid state, and the entire layered discharged material MS is Since gravity continuously acts on the discharged material (M1) of the lowest layer, the bubbles (G) inside rise upward due to the density difference and are eliminated by being discharged into the atmosphere one by one, ultimately forming the layered discharged material (M1).
- the laminated discharged product (MS) is stabilized in a degassed state like the laminated molded product (S) shown in FIG. 4.
- the laminated molded product (S) is predetermined for a predetermined time.
- a rectangular rod-shaped cured molding (S1) as shown in FIG. 5 is obtained without a separate pressurizing process or adhesion process for the plurality of layers (M1, M2, M3, M4, M5).
- the method of curing the laminated molded product (S) is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. However, when a thermosetting resin such as a silicone resin is used as the polymer, it is preferable to cure it by heating.
- Devices used for the heating include dry ovens, far infrared furnaces, and hot stoves.
- the heating temperature is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
- the flexibility of the silicone cured molded product (S1) obtained by curing the silicone resin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and can be adjusted by, for example, the crosslink density of the silicone, the amount of heat conductive filler filled, etc.
- the laminated molded product (S) was placed in a dry oven and cured at a temperature of 70 to 150° C. for about 1 to 10 hours. (Molding curing process; S60)
- the cured molding (S1) cured through the molding curing process (S60) is cut using an ultrasonic cutter 400 as shown in FIG. 5 to have a predetermined thickness (t) as shown in FIG. 6. ) A thermally conductive sheet 100 having ) is obtained.
- the thermally conductive sheet 100 After the thermally conductive sheet 100 having the thickness t as described above is obtained, the thermally conductive sheet 100 is formed at a temperature ranging from room temperature to 200° C. using a press molding machine 300 as shown in FIG. 7. When heated and pressed, both surfaces of the thermally conductive sheet 100 are processed to be smooth below a predetermined roughness.
- the press molding machine 300 includes a rectangular pressing member 310 that can descend along the pressing direction (P) or rise in the opposite direction, as shown in FIG. 7, and the pressing member 310 ) and a mold member 320 having a rectangular parallelepiped-shaped internal space of a predetermined shape to correspond to the mold member 320.
- the thermally conductive sheet 100 having the thickness t is transformed into the thermally conductive sheet 100 having a relatively thin thickness t1.
- the thermally conductive sheet 100 with a thickness t of 1.05 to 1.3 mm is transformed into a thermally conductive sheet 100 with a thickness t1 of approximately 1 mm.
- the thermally conductive sheet 100 whose surface treatment has been completed through the sheet surface processing process (S80), is cut into products of various specifications using a device such as a Thompson cutter or a high-speed punching machine, thereby forming the thermally conductive sheet 100. manufacturing is completed. (Sheet cutting process; S90)
- the method of manufacturing a thermally conductive sheet having the above-described structure includes a first part as a part for discharging the liquid thermally conductive composition (M) containing the polymer (3), the anisotropic thermally conductive filler (1), and the filler (2) to the outside.
- a liquid raw material ejector 200 including a discharge port 230 extending along the central axis C1 and a mold 240 for accommodating the liquid discharge material M discharged from the discharge port 230.
- the cured molding (S1) cured through the molding curing process (S60) is cut in a cutting direction that intersects the second central axis (C2) to obtain a sheet 100 having a predetermined thickness (t).
- the discharge port 230 reciprocates several times along the second central axis C2 with respect to the molding mold 240. While moving relative to the molding mold 240 along the third central axis C3 that intersects the second central axis C2, the liquid discharge M discharged from the discharge port 230 Since it covers at least a portion of the total area of the molding mold 240, a lump-shaped material containing the discharge of multiple layers (M1, M2, M3, M4, M5) is formed inside the molding mold 240. There is an advantage that it is easy to form a layered discharge (MS).
- MS layered discharge
- the discharge port 230 reciprocates several times along the second central axis C2 with respect to the mold 240. While doing so, the molding mold 240 moves relative to the molding mold 240 along the third central axis C3 that intersects the second central axis C2, thereby moving relative to the molding mold 240 in a zigzag form, as shown in FIG. 2.
- the discharge M1 of the dog leash is in close contact with each other and can cover the entire area of the bottom 241 uniformly and quickly without any gaps.
- the liquid discharge (M) discharged from the discharge port 230 is formed in the molding mold 240 as shown in FIG. 3.
- M1, M2, M3, M4, M5 is discharged in a state of stacking multiple layers (M1, M2, M3, M4, M5), so that the rectangular rod-shaped mass stacked discharge (MS) as shown in FIG. 4 is discharged without a separate pressurizing process or adhesion process. It has the advantage of being able to be obtained quickly.
- the molding mold 240 has a rectangular parallelepiped-shaped internal space 243 extending along the second central axis C2, and the upper end is open, As shown in FIG. 1, the discharge port 230 of the liquid raw material ejector 200 is disposed above the mold 240 to cause the discharged material M to fall vertically into the mold 240. There is an advantage to being able to inject it.
- the method of manufacturing the thermally conductive sheet includes: the liquid raw material ejector 200 includes a cylinder 210 containing the liquid thermally conductive composition (M) therein; A piston 220 capable of reciprocating within the cylinder 210 is provided, and the discharge port 230 is provided at one end of the cylinder 210, so that the liquid raw material discharger 200 has a relatively simple structure.
- the liquid thermally conductive composition (M) can be discharged at uniform pressure and speed by using .
- the discharge port 230 includes a pipe-shaped member with an inner diameter (d) of 1 to 5 mm, the discharge material M1 is relatively thin and long as shown in FIG. 1. There is an advantage to being able to discharge it.
- the liquid discharge (M) discharged from the discharge port 230 has a viscosity of 100,000 to 1,000,000 cPs, so while maintaining the orientation of the anisotropic thermally conductive filler 1, the internal There is an advantage of obtaining a layered discharge (MS) without bubbles (G).
- the method of manufacturing the thermally conductive sheet further includes a sheet surface processing process (S80) of smoothing the surface of the sheet 100, which is prepared to have a thickness predetermined in the mold cutting process (S70), to a roughness less than a predetermined level. Therefore, there is an advantage in that the durability and tack property of the thermally conductive sheet 100 can be increased by smoothing the surface that has been roughly cut by the ultrasonic cutter 400.
- the sheet 100 is formed along the thickness direction of the sheet 100 using a press molding machine 300 as shown in FIG. 7. By pressing, the surface of the sheet 100 is processed smoothly, so there is an advantage that the sheet surface processing process (S80) can be performed quickly.
- the method of manufacturing the thermally conductive sheet is that the polymer 3 contains a silicone resin, so the thermally conductive sheet 100 has excellent molding processability and weather resistance, and has excellent adhesion and followability to electronic components. There is an advantage.
- the filler 2 includes at least one of aluminum oxide, aluminum nitride, zinc oxide, silicon powder, and metal powder, thereby producing a thermally conductive sheet 100 with excellent thermal conductivity.
- the thermal conductive sheet 100 with excellent thermal conductivity and fillability can be manufactured. There are advantages to this.
- the method for producing the thermally conductive sheet is such that the content of the filler 2 in the thermally conductive composition is 20 to 40% by volume, so that the thermally conductive sheet 100 with appropriate flexibility and thermal conductivity can be manufactured. There is an advantage.
- the anisotropic thermal conductive filler (1) has a content of 20 to 50 vol% in the thermal conductive composition, so that it provides sufficient thermal conductivity to the molded body and at the same time provides formability and orientation. There is an advantage in manufacturing this excellent thermally conductive sheet 100.
- the method of manufacturing the thermally conductive sheet is that the anisotropic thermally conductive filler (1) is selected from the group including boron nitride (BN) powder, graphite, carbon fiber, and carbon nanotube (Carbon nanotube, CNT). Since it includes at least one, there is an advantage in manufacturing a thermally conductive sheet 100 with excellent thermal conductivity and durability.
- the anisotropic thermally conductive filler (1) is selected from the group including boron nitride (BN) powder, graphite, carbon fiber, and carbon nanotube (Carbon nanotube, CNT). Since it includes at least one, there is an advantage in manufacturing a thermally conductive sheet 100 with excellent thermal conductivity and durability.
- the discharge port 230 includes a pipe-shaped member with a circular cross-section, but of course, it may also include a pipe-shaped member with a cross-section of any shape, such as a rectangular or square shape.
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Abstract
본 발명은 열전도성 시트의 제조 방법에 관한 것으로서, 액상의 열전도성 조성물을 외부로 토출하는 부분으로서 제1 중심축을 따라 연장되어 있는 토출구와, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물을 수용하는 성형용 금형을 포함하는 액상 원료 토출기를 사용하는 열전도성 시트의 제조 방법으로서, 상기 토출구와 상기 성형용 금형 간의 상대 위치를 제2 중심축을 따라 다수 회 왕복 이동시킴으로써, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물을 상기 제2 중심축을 따라 미리 정한 길이만큼 연장된 상태로 상기 성형용 금형에 수용시키는 액상 원료 토출 공정; 상기 액상 원료 토출 공정을 통하여 상기 성형용 금형에 수용된 상기 액상의 토출물을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에 노출시키는 성형물 안정화 공정; 상기 성형물 안정화 공정을 통하여 안정화된 상기 토출물을 경화시켜 경화 성형물을 획득하는 성형물 경화 공정; 상기 성형물 경화 공정을 통하여 경화된 경화 성형물을, 상기 제2 중심축과 교차하는 절단 방향으로 절단하여 미리 정한 두께를 가지는 시트를 획득하는 성형물 절단 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 별도의 가압 공정이나 접착 공정 없이, 대형 사이즈의 열전도성 시트를 쉽게 제조할 수 있으며, 신속한 대량 생산이 용이하다는 효과가 있다.
Description
본 발명은 열전도성 시트의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 종래의 제조 방법과 달리, 별도의 가압 공정이나 접착 공정 없이 대형 사이즈의 열전도성 시트를 대량으로 생산할 수 있는 열전도성 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 컴퓨터, 휴대용 개인단말기, 통신기 등의 전자제품은 그 시스템 내부에서 발생한 과도한 열을 외부로 확산시키지 못해 잔상문제 및 시스템 안정성에 심각한 우려를 내재하고 있다. 이러한 열은 제품의 수명을 단축하거나 고장, 오동작을 유발하며, 심한 경우에는 폭발 및 화재의 원인을 제공하기도 하므로, 전자부품에서 발생되는 열을 효율적으로 방열하는 것이 중요해지고 있다.
종래에는 발생된 열을 효율적으로 제어하기 위한 수단으로 방열핀, 방열시트 및 히트싱크 등이 사용되고 있으나, 상기 방열핀 및 히트싱크는 전자제품의 발열체에서 나오는 열량보다 히트싱크가 방출할 수 있는 열량이 작아 효율이 매우 낮아 방열팬을 함께 설치해야 하는 문제점이 있었다.
특히, 방열팬의 동시 설치로 인해, 방열팬에서 발생되는 소음 및 진동의 문제점이 발생될 뿐 아니라, 경량화와 슬림(slim)화가 요구되고 있는 제품에는 적용할 수 없는 문제점이 있어, 최근에는 불리는 방열시트가 널리 이용되고 있다.
종래에 사용되고 있는 방열시트는 열전도성 시트의 일종으로서, 수지조성물에 열전도성을 구비하는 구리, 알루미나, 페라이트, 질화알루미늄, 수산화 알루미늄 등의 무기물 필러를 분산 함유시킨 것이 널리 사용되고 있다.
그러나, 이러한 방열시트는 무기물 필러의 함량이 적을 경우, 열전도가 매우 낮고, 무기물 필러의 함량이 높을 경우, 다른 구성성분의 함유량이 적게 되어 분말 상호간의 결합력이 떨어질 뿐 아니라, 시트의 유연성 및 성형성이 저하되는 문제점이 발생되고 있을 뿐 아니라, 무기물 필러가 함유된 종래의 열전도성 시트는 무기물 필러의 함량을 높이더라도 열전도도가 1.5∼5 W/mㆍK 로 매우 낮아 효율적으로 열이 방열되지 못하는 문제점이 있었다.
최근에는 상기와 같은 무기물 필러가 함유된 방열시트의 문제점을 해소하기 위하여, 이방성을 구비하는 탄소섬유 등을 더 함유시켜 열전도성을 증대시킨 방열시트가 제조되고 있으며, 한국공개특허(공개번호 10-2013-0117752 공개일자 2013년10월28일)에는 압출 성형에 의해 시트 모재를 형성하고, 경화된 시트 모재를 소정의 두께로 슬라이스하여 방열시트를 제조하는 기술이 공개되어 있다.
그러나 이렇게 압출 성형에 의해 형성된 시트 모재를 슬라이스하여 방열시트로 제조할 경우, 압출 성형 자체의 한계로 인하여 시트 모재의 직경이 제한되므로, 대형 사이즈의 방열시트를 제조할 수 없으며, 대량 생산이 이루어질 수 없는 등 여러가지 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 별도의 가압 공정이나 접착 공정 없이 대형 사이즈의 열전도성 시트를 대량으로 생산할 수 있도록 개선된 열전도성 시트의 제조 방법을 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열전도성 시트의 제조 방법은, 폴리머, 이방성 열전도성 필러, 충전제를 함유하는 액상의 열전도성 조성물을, 외부로 토출하는 부분으로서 제1 중심축을 따라 연장되어 있는 토출구와, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물을 수용하는 성형용 금형을 포함하는 액상 원료 토출기를 사용하는 열전도성 시트의 제조 방법으로서, 상기 토출구와 상기 성형용 금형 간의 상대 위치를 제2 중심축을 따라 다수 회 왕복 이동시킴으로써, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물을 상기 제2 중심축을 따라 미리 정한 길이만큼 연장된 상태로 상기 성형용 금형에 수용시키는 액상 원료 토출 공정; 상기 액상 원료 토출 공정을 통하여 상기 성형용 금형에 수용된 상기 액상의 토출물을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에 노출시키는 성형물 안정화 공정; 상기 성형물 안정화 공정을 통하여 안정화된 상기 토출물을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에서 경화시켜 경화 성형물을 획득하는 성형물 경화 공정; 상기 성형물 경화 공정을 통하여 경화된 경화 성형물을, 상기 제2 중심축과 교차하는 절단 방향으로 절단하여 미리 정한 두께를 가지는 시트를 획득하는 성형물 절단 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 액상 원료 토출 공정에서는, 상기 토출구가, 상기 성형용 금형에 대하여 상기 제2 중심축을 따라 다수 회 왕복 이동하면서, 상기 성형용 금형에 대하여 상기 제2 중심축과 교차하는 제3 중심축을 따라 상대 이동함으로써, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물이 상기 성형용 금형의 전체 면적 중 적어도 일부를 커버하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 액상 원료 토출 공정에서는, 상기 토출구가, 상기 성형용 금형에 대하여 상기 제2 중심축을 따라 다수 회 왕복 이동하면서, 상기 성형용 금형에 대하여 상기 제2 중심축과 교차하는 제3 중심축을 따라 상대 이동함으로써, 지그재그 형태로 상대 이동하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 액상 원료 토출 공정에서는, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물이, 상기 성형용 금형에 복수 층으로 적층된 상태로 토출되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 성형용 금형은, 상기 제2 중심축을 따라 연장된 직육면체 형상의 내부 공간을 구비하며, 상단부는 개구되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 액상 원료 토출기는, 상기 액상의 열전도성 조성물을 내부에 수용하는 실린더; 상기 실린더의 내부에서 왕복 이동 가능한 피스톤;을 구비하며, 상기 토출구는, 상기 실린더의 일단부에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 토출구는, 내경 1 내지 5mm의 파이프형 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물은, 100,000 내지 1,000,000cPs의 점도를 가지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 성형물 절단 공정에서 미리 정한 두께를 가지도록 마련된 시트의 표면을 미리 정한 거칠기 이하로 매끈하게 가공하는 시트 표면 가공 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 시트 표면 가공 공정에서는, 프레스 성형기를 사용하여 상기 시트의 두께 방향을 따라 상기 시트를 가압함으로써, 상기 시트의 표면을 매끈하게 가공하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 폴리머는, 실리콘 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 충전제는, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화아연, 실리콘 가루, 금속 가루 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 충전제는, 평균 입자경이 0.1μm ~ 45μm 인 구형상의 산화알루미늄 입자를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 충전제는, 상기 열전도성 조성물 중의 함유량이 20 체적% ~ 40 체적%인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 이방성 열전도성 필러는, 상기 열전도성 조성물 중의 함유량이 20 체적% ~ 50 체적%인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 이방성 열전도성 필러는, 질화붕소 (BN) 분말, 흑연(Graphite), 탄소 섬유, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 폴리머, 이방성 열전도성 필러, 충전제를 함유하는 액상의 열전도성 조성물을, 외부로 토출하는 부분으로서 제1 중심축을 따라 연장되어 있는 토출구와, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물을 수용하는 성형용 금형을 포함하는 액상 원료 토출기를 사용하는 열전도성 시트의 제조 방법으로서, 상기 토출구와 상기 성형용 금형 간의 상대 위치를 제2 중심축을 따라 다수 회 왕복 이동시킴으로써, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물을 상기 제2 중심축을 따라 미리 정한 길이만큼 연장된 상태로 상기 성형용 금형에 수용시키는 액상 원료 토출 공정; 상기 액상 원료 토출 공정을 통하여 상기 성형용 금형에 수용된 상기 액상의 토출물을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에 노출시키는 성형물 안정화 공정; 상기 성형물 안정화 공정을 통하여 안정화된 상기 토출물을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에서 경화시켜 경화 성형물을 획득하는 성형물 경화 공정; 상기 성형물 경화 공정을 통하여 경화된 경화 성형물을, 상기 제2 중심축과 교차하는 절단 방향으로 절단하여 미리 정한 두께를 가지는 시트를 획득하는 성형물 절단 공정;을 포함하므로, 압출 성형 자체의 한계로 인하여 시트 모재의 직경이 제한되는 종래의 제조 방법과 달리, 상기 성형용 금형의 크기만 증가시키면 별도의 가압 공정이나 접착 공정 없이, 대형 사이즈의 열전도성 시트를 쉽게 제조할 수 있으며, 신속한 대량 생산이 용이하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 열전도성 시트를 제조하기 위하여 사용되는 액상 원료 토출기를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 성형용 금형의 내부에 열전도성 조성물이 토출되는 과정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 성형용 금형의 내부에 열전도성 조성물이 여러 층으로 토출되어 적층된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 적층 토출물이 일정 시간 안정화된 이후의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 9에 도시된 성형물 절단 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 성형물 절단 공정에 의하여 완성된 열전도성 시트의 단면을 나타내는 확대도이다.
도 7은 도 9에 도시된 시트 표면 가공 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예인 열전도성 시트의 제조 방법의 주요 공정을 실행했을 때 발생되는 이방성 열전도성 필러의 배향 각도 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예인 열전도성 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 열전도성 시트를 제조하기 위하여 사용되는 액상 원료 토출기를 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 성형용 금형의 내부에 열전도성 조성물이 토출되는 과정을 설명하기 위한 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 성형용 금형의 내부에 열전도성 조성물이 여러 층으로 토출되어 적층된 상태를 나타내는 단면도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예인 열전도성 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전도성 시트의 제조 방법은, 휴대용 개인단말기, 통신기 등의 전자제품에서 발생한 과도한 열을 외부로 방열시키기 위하여 사용되는 열전도성 시트(100)를 제조하기 위한 방법으로서, 도 9에 도시된 바와 같이 액상 원료 토출 공정(S40)과 성형물 안정화 공정(S50)과 성형물 경화 공정(S60)과 성형물 절단 공정(S70)을 포함한다.
먼저, 상기 열전도성 시트의 제조 방법의 공정들(S40 내지 S70)을 설명하기에 앞서서, 도 1 내지 도 2에 도시된 액상 원료 토출기(200) 및 상기 열전도성 시트(100)의 모재가 되는 열전도성 조성물(M)을 먼저 설명하기로 한다.
상기 액상 원료 토출기(200)는, 액상의 열전도성 조성물(M)을 균일한 압력과 유속으로 토출시킬 수 있는 디스펜서(dispenser)로서, 도 1에 도시된 바와 같이 실린더(210)와 피스톤(220)과 토출구(230)와 성형용 금형(240)을 포함한다.
상기 실린더(210)는, 액상의 열전도성 조성물(M)을 내부에 수용할 수 있는 용기형 부재로서, 도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 제1 중심축(C1)을 따라 상하로 연장되어 있는 원통형으로 마련되어 있다.
상기 피스톤(220)은, 상기 실린더(210)의 내부에서 상기 제1 중심축(C1)을 따라 왕복 이동 가능한 피스톤으로서, 상기 실린더(210)의 내부에 수용된 열전도성 조성물(M)을 가압할 수 있도록 마련된다.
본 실시예에서 상기 피스톤(220)은, 액상의 열전도성 조성물(M)을 1 내지 10kgf의 압력으로 가압할 수 있다.
상기 토출구(230)는, 상기 실린더(210)의 내부에 수용된 액상의 열전도성 조성물(M)을 외부로 토출하는 부분으로서, 본 실시예에서는 상기 제1 중심축(C1)을 따라 미리 정한 길이(L)만큼 연장되어 있다.
상기 토출구(230)의 길이(L)는, 상기 열전도성 조성물(M)의 점도와 성분 구성비를 고려하여 적절히 결정되는 것이 바람직하다.
상기 토출구(230)의 길이(L)가 길어질수록 상기 이방성 열전도성 필러(1)의 배향성은 향상되지만 토출 압력 상승하는 단점이 생기고, 상기 토출구(230)의 길이(L)가 너무 짧으면 상기 이방성 열전도성 필러(1)의 배향성이 저하되는 단점이 있다.
본 실시예에서 상기 토출구(230)는, 길이(L)가 40 내지 60mm의 값을 가지며 내경(d)이 1 내지 5mm인 원형 단면의 파이프형 부재를 포함한다.
상기 토출구(230)의 상단부는, 상기 실린더(210) 하단부에 결합되어 있으며, 상기 실린더(210)의 내부와 연통되어 있으며, 상기 토출구(230)의 하단부를 통하여 액상의 열전도성 조성물(M)이 토출된다.
상기 성형용 금형(240)은, 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)을 수용할 수 있는 용기형 금형으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 바닥부(241)와 측벽부(242)와 내부 공간(243)을 포함한다.
본 실시예에서 상기 성형용 금형(240)은, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 중심축(C1)과 수직하게 교차하는 제2 중심축(C2)을 길이 방향으로 가지는 직육면체 형상의 내부 공간(243)을 구비하고 있습니다.
본 실시예에서 상기 내부 공간(243)은, 상기 제1 중심축(C1) 및 상기 제2 중심축(C2)과 수직하게 교차하는 제3 중심축(C3)을 폭 방향으로 가지며, 상기 제1 중심축(C1)을 두께 방향으로 가진다.
결과적으로, 상기 내부 공간(243)의 크기 및 형상이, 도 5에 도시된 적층 성형물(S)의 크기 및 형상을 결정하게 된다.
상기 성형용 금형(240)은 도 2에 도시된 바와 같이 상단부가 개구되어 있으므로, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 액상 원료 토출기(200)로부터 토출되는 액상의 열전도성 조성물(M)이 낙하하여 상기 내부 공간(243)에 투입될 수 있다.
상기 바닥부(241)는, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제2 중심축(C2)을 따라 길게 연장된 직사각형 평면부이다.
상기 측벽부(242)는, 상기 성형용 금형(240)의 측벽을 이루는 직사각형 부분으로서, 하단부가 상기 바닥부(241)의 테두리에 결합되어 있다.
결국 상기 바닥부(241) 및 측벽부(242)에 의하여 상기 내부 공간(243)이 형성된다.
도 1에는 상기 액상 원료 토출기(200)가, 일반적인 주사기 형태로 단순하게 표현되어 있으나, 이는 개념적인 표현일 뿐 실제로는 전기 장치나 유공압 장치를 포함하는 복잡한 자동 장치로 구현될 수 있음은 물론이다.
한편 별도로 도시되어 있지 않으나, 상기 액상 원료 토출기(200)는, 상기 토출구(230)를 도 2에 도시된 바와 같이 전후 방향(A), 좌우 방향(B), 상하 방향(C)으로 상기 성형용 금형(240)에 대하여 상대 이동시킬 수 있는 자동 이송 장치(미도시)를 포함하고 있다.
상기 자동 이송 장치(미도시)는, 볼 스크류(Ball Screw), 리니어 모터 등 다양한 구성 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 액상 원료 토출기(200)는, 액상의 열전도성 조성물(M)을 정량으로 토출하는 디스펜서(dispenser)로서, 상기 토출구(230)로 토출되는 토출물(M)이 액체 상태이므로 상기 토출물(M)의 단면 윤곽이 원형을 유지할 수 없다는 점에서, 설계자가 요구하는 고정된 단면 윤곽의 물체를 만들기 위해 사용하는 압출기(extruder)와는 명확히 구별된다.
상기 열전도성 조성물(M)은, 도 8에 도시된 바와 같이 폴리머(3), 이방성 열전도성 필러(1), 충전제(2)를 함유한다.
상기 폴리머(3)는, 특별히 제한은 없고, 열전도성 시트(100)에 요구되는 성능에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어 열가소성 폴리머 또는 열경화성 폴리머를 들 수 있다.
상기 열가소성 폴리머로는, 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 또는 이들 폴리머 알로이 등을 들 수 있다. 상기 열가소성 수지로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 에틸렌-α-올레핀 공중합체 ; 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아세트산비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리아세탈, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지 ; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴 로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 (ABS) 수지, 폴리페닐렌에테르, 변성 폴리페닐렌에테르, 지방족 폴리아미드류, 방향족 폴리아미드류, 폴리아미드이미드, 폴리메타크릴산 또는 그 에스테르, 폴리아크릴산 또는 그 에스테르, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌술파이드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르니트릴, 폴리에테르케톤, 폴리케톤, 액정 폴리머, 실리콘 수지, 아이오노머 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 열가소성 엘라스토머로는, 예를 들어 스티렌-부타디엔 공중합체 또는 그 수첨 폴리머, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체 또는 그 수첨 폴리머 등의 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 염화비닐계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 열경화성 폴리머로는, 예를 들어 가교 고무, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레이미드 수지, 벤조시 클로부텐 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄, 폴리이미드실리콘, 열경화형 폴리페닐렌에테르, 열경화형 변성 폴리페닐렌에테르 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 가교 고무로는, 예를 들어 천연 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 고무, 수첨 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 염소화폴리에틸렌, 클로로술폰화폴리에틸렌, 부틸 고무, 할로겐화부틸 고무, 불소 고무, 우레탄 고무, 아크릴 고무, 폴리이소부틸렌 고무, 실리콘 고무 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
이들 중에서도, 성형 가공성, 내후성이 우수함과 함께, 전자 부품에 대한 밀착성 및 추종성 면에서, 실리콘 수지가 특히 바람직하다.
상기 실리콘 수지로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 부가 반응형 액상 실리콘 고무, 과산화물을 가황으로 사용하는 열 가황형 미러블 타입의 실리콘 고무 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 전자 기기의 방열 부재로는, 전자 부품의 발열면과 히트 싱크면의 밀착성이 요구되기 때문에, 부가 반응형 액상 실리콘 고무가 특히 바람직하다.
상기 이방성 열전도성 필러(1)는, 그 형상에 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 인편상, 판상, 원주상, 각주상, 타원상, 편평형상 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 이방성 열전도성 면에서 편평형상이 특히 바람직하다.
상기 이방성을 갖는 필러로는, 예를 들어 질화붕소 (BN) 분말, 흑연(Graphite), 탄소 섬유, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 이방성 열전도성 면에서 탄소 섬유가 특히 바람직하다.
상기 탄소 섬유로는, 예를 들어 피치계, PAN 계, 아크 방전법, 레이저 증발법, CVD 법 (화학 기상 성장법), CCVD 법 (촉매 화학 기상 성장법) 등에 의해 합성된 것을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 열전도성 면에서 피치계 탄소 섬유가 특히 바람직하다.
상기 탄소 섬유는, 필요에 따라, 그 일부 또는 전부를 표면 처리하여 사용할 수 있다. 상기 표면 처리로는, 예를 들어, 산화 처리, 질화 처리, 니트로화, 술폰화, 혹은 이들의 처리에 의해 표면에 도입된 관능기 혹은 탄소 섬유의 표면에, 금속, 금속 화합물, 유기 화합물 등을 부착 혹은 결합시키는 처리 등을 들 수 있다. 상기 관능기로는, 예를 들어 수산기, 카르복실기, 카르보닐기, 니트로기, 아미노기 등을 들 수 있다.
상기 탄소 섬유의 평균 장축 길이 (평균 섬유 길이) 는 100 ㎛ 이상이 바람직하고, 120 ㎛ ∼ 6 ㎜ 가 보다 바람직하다. 상기 평균 장축 길이가 100 ㎛ 미만이면, 이방성 열전도성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있고, 열저항이 높아지는 경우가 있다. 상기 탄소 섬유의 평균 단축 길이는 6 ㎛ ∼ 15 ㎛ 가 바람직하고, 8 ㎛ ∼ 13 ㎛ 가 보다 바람직하다.
상기 탄소 섬유는, 애스팩트비 (평균 장축 길이/평균 단축 길이) 가 8 이상이 바람직하고, 12 ∼ 30 이 보다 바람직하다. 상기 애스팩트비가, 8 미만이면, 탄소 섬유의 섬유 길이 (장축 길이) 가 짧기 때문에, 열전도율이 저하되는 경우가 있다.
상기 이방성 열전도성 필러는, 상기 열전도성 조성물 중의 함유량이 20 체적% ~ 50 체적%인 것이 바람직하다. 여기서 상기 함유량이 20 체적% 미만이면, 성형체에 충분한 열전도성을 부여할 수 없는 경우가 있고, 50 체적%를 초과하면, 성형성 및 배향성에 영향을 미치는 경우가 있다.
상기 충전제(2)는, 그 형상, 재질, 평균 입경 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 형상으로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 구상, 타원 구상, 괴상, 입상, 편평상, 침 형상 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 구상, 타원 형상이 충전성 면에서 바람직하고, 구상이 특히 바람직하다.
상기 충전제(2)의 재질로는, 예를 들어 질화알루미늄, 실리카, 알루미나, 질화붕소, 티타니아, 유리, 산화아연, 탄화규소, 실리콘 가루, 산화규소, 산화알루미늄, 금속 가루 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용 해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도, 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화아연, 실리카가 바람직하고, 열전도율 면에서 알루미나, 질화알루미늄이 특히 바람직하다.
또한, 상기 충전제(2)는, 표면 처리를 실시해도 된다. 상기 표면 처리로서 커플링제로 처리하면 분산성이 향상되고, 열전도성 시트(100)의 유연성이 향상된다. 또한, 절단에 의해 얻어진 표면 조도를 보다 작게 할 수 있다.
본 실시예에서 상기 충전제(2)는, 평균 입자경이 0.1μm ~ 45μm 인 구형상의 산화알루미늄 입자를 포함하고 있다. 상기 평균 입자경이, 0.1 ㎛ 미만이면, 경화 불량의 원인이 되는 경우가 있고, 45 ㎛를 초과하면, 탄소 섬유의 배향을 저해하여 경화 성형물(S1)의 열전도율이 낮아지는 경우가 있다.
본 실시예에서 상기 충전제(2)는, 상기 열전도성 조성물 중의 함유량이 20 체적% ~ 40 체적%이다.
상기 열전도성 조성물에는, 추가로 필요에 따라, 예를 들어 용제, 칙소성 부여제, 분산제, 경화제, 경화 촉진제, 지연제, 미점착 부여제, 가소제, 난연제, 산화 방지제, 안정제, 착색제 등의 그 밖의 성분을 배합할 수 있다.
여기서, 칙소성(Thixotropic)은, 유동시 액체성 가까운 졸(SOL) 상태가 되고, 안정된 상태에서는 점도가 올라가는 겔(GEL) 상태를 유지하는 성질로서, 도포 작업시에는 묽게 잘 나오고 도포가 매끄럽게 되며, 피착재에 도포된 상태에서는 흘러내리지 않는 성질로서, 일종의 시간 의존성 점도를 부여할 수 있는 성질이다.
상기 열전도성 조성물은, 상기 폴리머(3), 상기 이방성 열전도성 필러(1), 및 상기 충전제(2), 또한 필요에 따라 상기 그 밖의 성분을, 믹서 등을 사용하여 혼합함으로써 조제할 수 있다.
이하에서는, 상기 열전도성 시트의 제조 방법에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.
먼저, 미리 정한 분량의 상기 이방성 열전도성 필러(1), 충전제(2), 폴리머(3) 등의 원재료를 각각 플래너터리 믹서(planetary mixer)에 투입한 후, 5 내지 50rpm의 속도로 비교적 천천히 혼합시켜 준다. 이는 일종의 프리 믹싱 공정이다.
여기서 상기 플래너터리 믹서(planetary mixer)는, 믹싱 블레이드가 공전 운동과 자전 운동을 병행하면서 원재료를 혼합시킬 수 있는 믹서로서, 저점도부터 고점도까지 다양한 점도를 가지는 액상의 열전도성 조성물(M)을 교반하거나 혼련하는데 유리한 믹서이다. 이 믹서는 당업계에서 널리 사용되고 있으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. (1차 혼합 공정; S10)
이렇게 상기 1차 혼합 공정(S10)에 의하여 프리 믹싱된 원재료는, 믹싱 탈포기(defoamer)에 투입한 후 50 내지 500rpm의 비교적 고속으로 혼합시켜 주면서, 원재료의 내부에 존재하는 기포의 제거도 함께 수행한다.
여기서, 상기 믹싱 탈포기(defoamer)는, 믹싱 블레이드에 의한 혼합과 탈포를 동시에 수행할 수 있는 장치로서, 혼합 대상 원재료의 내부에 존재하는 기포의 제거를 위한 진공 펌프를 구비하고 있다.
따라서, 상기 믹싱 탈포기에 의하여, 상기 열전도성 조성물(M)의 내부에 존재하는 기포의 제거 및 원재료 혼합이 동시에 이루어지게 된다. (2차 혼합 공정; S20)
이렇게 상기 2차 혼합 공정(S20)을 통하여 충분히 탈포와 혼합이 이루어진 열전도성 조성물(M)은, 상기 액상 원료 토출기(200)의 원재료 저장 탱크(미도시)로 투입된다. 여기서 상기 원재료 저장 탱크(미도시)는 상기 실린더(210)와 연통되어 있다.
상기 열전도성 조성물(M)을 상기 원재료 저장 탱크(미도시)로 주입시키는 작업은, 작업자에 의하여 수작업으로 수행될 수도 있고, 주입 펌프 등에 의하여 자동적으로 수행될 수도 있다.
본 실시예에서는, 열전도성 조성물(M)이 상기 원재료 저장 탱크(미도시)에 투입된 상태에서, 진공 펌프를 통한 추가적인 탈포 작업을 수행하여 열전도성 조성물(M)의 내부 기포를 완전히 제거한다. (원료 탱크 주입 공정; S30)
이렇게 상기 원료 탱크 주입 공정(S30)을 통하여 열전도성 조성물(M)의 토출 준비가 완료된 후, 상기 토출구(230)의 아래에 상기 성형용 금형(240)을 배치한 후, 상기 액상 원료 토출기(200)를 작동시키게 된다.
상기 액상 원료 토출기(200)를 작동시키면, 상기 토출구(230)로부터 액상의 열전도성 조성물(M)이 서서히 토출되면서 상기 성형용 금형(240)의 내부 공간(243)에 주입된다.
본 실시예에서, 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)은, 100,000 내지 1,000,000cPs의 점도를 가지고 있다.
상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)의 점도가 100,000cPs 미만으로 너무 작아서 그 유동성이 과도해지면, 상기 토출구(230)로부터 배출된 토출물(M)이 상기 성형용 금형(240)의 바닥부(241)에 접촉하자마자 도 3에 도시된 바와 같은 원기둥 형상의 단면을 즉시 상실하고 납작하게 변형되어 상기 바닥부(241)에 밀착되는 문제점이 생기고, 이에 따라 이방성 열전도성 필러(1)의 배향성도 저하된다.
반대로, 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)의 점도가 1,000,000cPs를 초과하여 너무 커서 그 유동성이 감소하게 되면, 상기 토출구(230)로부터 배출된 토출물(M)이 상기 성형용 금형(240)의 바닥부(241)에 도 3에 도시된 바와 같이 배치된 후에도 원기둥 형상의 단면을 지나치게 장시간 또는 영구히 유지하게 되어, 후술할 성형물 안정화 공정(S50)을 거치더라도 적층 토출물(MS)의 내부에 존재하는 기포(G)가 제거되지 않는 문제점이 생긴다.
한편, 상기 토출구(230)는 상기 제1 중심축(C1)을 따라 미리 정한 길이(L)만큼 상하로 수직하게 연장되어 있고 비교적 내경(d)도 작은 값을 가지므로, 열전도성 조성물(M)이 상기 토출구(230)를 거치면서 중력과 토출구(230)의 내주면에 의한 가이드 효과로 인하여, 열전도성 조성물(M)의 내부에서 무질서하게 배향되어 있던 상기 이방성 열전도성 필러(1)가, 상기 토출구(230)의 길이 방향인 제1 중심축(C1)과 미리 정한 각도 이내의 각도를 가지도록 어느 정도 나란하게 배향된다.
그리고, 상기 토출구(230)로부터 배출되는 토출물(M)이 상기 성형용 금형(240)의 바닥부(241)에 접촉하는 순간부터, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 자동 이송 장치(미도시)가 상기 토출구(230)를 상기 성형용 금형(240)에 대하여 전후 방향(A), 좌우 방향(B), 상하 방향(C)으로 3차원 위치 이동을 시키게 된다. 이 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 상기 성형용 금형(240)의 좌측 상단 구석에 상기 토출구(230)를 위치시킨 후 천천히 상기 전후 방향(A)을 따라 토출구(230)를 이동시켜 상기 성형용 금형(240)의 우측 상단 구석까지 이동시키면, 직선형 국수 가닥 형상을 가지는 첫번째 1개 줄의 토출물(M1)이 상기 바닥부(241)에 배치된다.
이어서, 상기 토출구(230)를 상기 좌우 방향(B)을 따라 살짝 이동시킨 후, 상기 전후 방향(A)을 따라 상기 성형용 금형(240)의 좌측으로 끝까지 이동시키면, 직선형 국수 가닥 형상을 가지는 두번째 1개 줄의 토출물(M1)이 상기 바닥부(241)에 놓이게 된다. 이때 2개 줄의 토출물(M1)은 도 3에 도시된 바와 같이 빈틈없이 서로 밀착되어 있다.
물론 상기 2개 줄의 토출물(M1)이 연결되는 상기 성형용 금형(240)의 양단 근처에는 도 2에 도시된 바와 같이 'U'자형의 곡선부 토출물(M1)이 다수개 형성되지만, 이 부분은 이방성 열전도성 필러(1)의 배향성이 열악하므로 후술할 성형물 절단 공정(S70)에서 절단 후 폐기하게 될 부분이다.
이와 같은 방식으로, 상기 토출구(230)가, 상기 성형용 금형(240)에 대하여 상기 제2 중심축(C2)을 따라 다수 회 왕복 이동하면서, 간헐적으로 상기 성형용 금형(240)에 대하여 상기 제2 중심축(C2)과 교차하는 제3 중심축(C3)을 따라 상대 이동하는 "지그재그" 형태로 상대 이동하게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M1)이 상기 성형용 금형(240)의 바닥부(241) 전체 면적을 커버하는 1개 층의 토출물(M1)이 형성된다.
이렇게 1개 층의 토출물(M1)을 형성한 후, 마찬가지의 방식으로 상기 토출구(230)를 이동시키면, 도 3에 도시된 바와 같이 액상의 토출물(M)이, 상기 성형용 금형(240)에 복수 층(M1, M2, M3, M4, M5)으로 적층된 상태로 수용되는 막대 덩어리 형태의 적층 토출물(MS)이 형성된다.
다만, 상기 적층 토출물(MS)은 여전히 액체의 성질을 어느 정도 가지고 있으므로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 적층 토출물(MS)의 내부에 존재하는 기포(G)는 수분 내지 수십분의 시간동안 다수 개 존재하게 된다. (액상 원료 토출 공정; S40)
이어서, 상기 액상 원료 토출 공정(S40)을 통하여 상기 성형용 금형(240)에 수용된 상태로 획득된 상기 적층 토출물(MS)은, 상온에서 대략 30분 내지 1시간 정도 방치한다.
도 3에서는 상기 적층 토출물(MS)의 단면이 다수 개의 원형 단면이 모여있는 다발로 표현되어 있으나, 실제로는 2번째 층(M2)이 형성되기 전에 1번째 층(M1)은 도 3에 도시된 형상을 가지는 것이 아니라 도 4에 도시된 바와 같이 기포(G)가 제거된 하나의 시트 형상을 가진다. 다만 이러한 기포(G) 제거 속도는 열전도성 조성물(M)의 점도와 토출 속도 등의 조건에 따라 달라질 수 있다.
이렇게 상기 적층 토출물(MS)을 상기 성형용 금형(240)에 수용한 상태로 일정 시간 방치하면, 상기 적층 토출물(MS)이 아직은 액상의 상태를 가지고 있고, 상기 적층 토출물(MS) 전체에 중력이 지속적으로 작용하므로, 최하단에 위치한 층의 토출물(M1)부터 내부에 있던 기포(G)가, 밀도차에 의하여 위로 상승하여 차례 차례 대기 중으로 배출됨으로써 제거되며, 결국 상기 적층 토출물(MS)의 내부에 있던 기포(G) 전체가 제거됨으로써, 상기 적층 토출물(MS)이 도 4에 도시된 적층 성형물(S)처럼 탈포된 상태로 안정화된다.
한편, 기포(G)가 제거되는 과정에서 빠져나간 기포(G)로 인하여 상기 적층 성형물(S)의 부피는 상기 적층 토출물(MS)의 부피보다 살짝 작은 값을 가지게 되는데, 이러한 효과는 마치 프레스 가공과 비슷한 효과를 유발하게 되어, 도 8에 도시된 바와 같이 이방성 열전도성 필러(1)의 배향성도 추가적으로 향상된다. (성형물 안정화 공정; S50)
상기 성형물 안정화 공정(S50)을 통하여 상기 적층 토출물(MS)의 내부에 있는 기포(G)를 완전히 제거한 적층 성형물(S)을 획득한 후에, 상기 적층 성형물(S)을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에서 경화시키면, 상기 복수 층(M1, M2, M3, M4, M5)에 대한 별도의 가압 공정이나 접착 공정 없이, 도 5에 도시된 바와 같은 직육면체 막대형 경화 성형물(S1)을 획득하게 된다.
상기 적층 성형물(S)의 경화 방법으로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있는데, 폴리머로서 실리콘 수지 등의 열경화성 수지를 사용한 경우에는, 가열에 의해 경화시키는 것이 바람직하다.
상기 가열에 사용하는 장치로는, 드라이 오븐(Dry Oven), 원적외로, 열풍로 등을 들 수 있다. 상기 가열 온도로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
상기 실리콘 수지가 경화된 실리콘 경화 성형물(S1)의 유연성은, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 실리콘의 가교 밀도, 열전도성 필러의 충전량 등에 의해 조정할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 적층 성형물(S)을 드라이 오븐(Dry Oven)에 투입하여 70 내지 150℃의 온도에서 1 내지 10시간 정도 경화시켰다. (성형물 경화 공정; S60)
이어서, 상기 성형물 경화 공정(S60)을 통하여 경화된 경화 성형물(S1)은, 도 5에 도시된 바와 같이 초음파 커터(400)를 사용하여 절단됨으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 미리 정한 두께(t)를 가지는 열전도성 시트(100)가 얻어진다.
이때, 상기 초음파 커터(400)의 칼날은, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 경화 성형물(S1)의 길이 방향(C2)과 실질적으로 수직한 진동 방향(V)을 따라 진동하면서 서서히 하강함으로써, 상기 경화 성형물(S1)이 절단된다. (성형물 경화 공정; S60)
위와 같이 상기 두께(t)를 가지는 열전도성 시트(100)가 얻어진 후, 도 7에 도시된 바와 같이 프레스 성형기(300)를 사용하여, 상온 내지 200℃의 온도 하에서 상기 열전도성 시트(100)를 가온 및 가압하게 되면, 상기 열전도성 시트(100)의 양 표면이 미리 정한 거칠기 이하로 매끈하게 가공된다.
본 실시예에서 상기 프레스 성형기(300)는, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 가압 방향(P)을 따라 하강하거나 그 반대 방향으로 상승할 수 있는 직사각형 가압 부재(310)와, 상기 가압 부재(310)와 대응되도록 미리 정한 형상의 직육면체형 내부 공간을 가진 금형 부재(320)를 포함한다.
이렇게 상기 프레스 성형기(300)를 통한 가압 공정을 수행하게 되면, 상기 두께(t)를 가진 열전도성 시트(100)가 비교적 얇은 두께(t1)을 가지는 열전도성 시트(100)로 변형된다. 예컨대, 1.05 내지 1.3mm의 두께(t)를 가진 열전도성 시트(100)가 대략 1mm의 두께(t1)를 가지는 열전도성 시트(100)로 변형된다. (시트 표면 가공 공정; S80)
이렇게 상기 시트 표면 가공 공정(S80)을 통하여 표면 처리가 완료된 열전도성 시트(100)는, 톰슨 재단기나 고속 타발기 등과 같은 장치를 이용하여 다양한 규격의 제품으로 재단됨으로써, 상기 열전도성 시트(100)의 제조가 완료된다. (시트 절단 공정; S90)
상술한 구성의 열전도성 시트의 제조 방법은, 폴리머(3), 이방성 열전도성 필러(1), 충전제(2)를 함유하는 액상의 열전도성 조성물(M)을, 외부로 토출하는 부분으로서 제1 중심축(C1)을 따라 연장되어 있는 토출구(230)와, 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)을 수용하는 성형용 금형(240)을 포함하는 액상 원료 토출기(200)를 사용하는 열전도성 시트의 제조 방법으로서, 상기 토출구(230)와 상기 성형용 금형(240) 간의 상대 위치를 제2 중심축(C2)을 따라 다수 회 왕복 이동시킴으로써, 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)을 상기 제2 중심축(C2)을 따라 미리 정한 길이만큼 연장된 상태로 상기 성형용 금형(240)에 수용시키는 액상 원료 토출 공정(S40); 상기 액상 원료 토출 공정(S40)을 통하여 상기 성형용 금형(240)에 수용된 상기 액상의 토출물(M)을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에 노출시키는 성형물 안정화 공정(S50); 상기 성형물 안정화 공정(S50)을 통하여 안정화된 상기 토출물(M)을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에서 경화시켜 경화 성형물(S1)을 획득하는 성형물 경화 공정(S60); 상기 성형물 경화 공정(S60)을 통하여 경화된 경화 성형물(S1)을, 상기 제2 중심축(C2)과 교차하는 절단 방향으로 절단하여 미리 정한 두께(t)를 가지는 시트(100)를 획득하는 성형물 절단 공정(S70);을 포함하므로, 압출 성형 자체의 한계로 인하여 시트 모재의 직경이 제한되는 종래의 제조 방법과 달리, 상기 성형용 금형(240)의 크기만 증가시키면 별도의 가압 공정이나 접착 공정 없이, 대형 사이즈의 열전도성 시트(100)를 쉽게 제조할 수 있으며, 신속한 대량 생산이 용이하다는 장점이 있다.
그리고 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 액상 원료 토출 공정(S40)에서는, 상기 토출구(230)가, 상기 성형용 금형(240)에 대하여 상기 제2 중심축(C2)을 따라 다수 회 왕복 이동하면서, 상기 성형용 금형(240)에 대하여 상기 제2 중심축(C2)과 교차하는 제3 중심축(C3)을 따라 상대 이동함으로써, 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)이 상기 성형용 금형(240)의 전체 면적 중 적어도 일부를 커버하므로, 상기 성형용 금형(240)의 내부에 복수 층(M1, M2, M3, M4, M5)의 토출물을 포함하는 덩어리 형태의 적층 토출물(MS)을 형성하기 용이하다는 장점이 있다.
또한 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 액상 원료 토출 공정(S40)에서는, 상기 토출구(230)가, 상기 성형용 금형(240)에 대하여 상기 제2 중심축(C2)을 따라 다수 회 왕복 이동하면서, 상기 성형용 금형(240)에 대하여 상기 제2 중심축(C2)과 교차하는 제3 중심축(C3)을 따라 상대 이동함으로써, 지그재그 형태로 상대 이동하므로, 도 2에 도시된 바와 같이 다수개 줄의 토출물(M1)이 서로 밀착하여 상기 바닥부(241) 전체 면적을 균일하고 빈틈없이 신속하게 커버할 수 있는 장점이 있다.
그리고 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 액상 원료 토출 공정(S40)에서는, 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)이, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 성형용 금형(240)에 복수 층(M1, M2, M3, M4, M5)으로 적층된 상태로 토출되므로, 별도의 가압 공정이나 접착 공정 없이, 도 4에 도시된 바와 같은 직육면체 막대형 덩어리 적층 토출물(MS)을 신속하게 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 성형용 금형(240)이, 상기 제2 중심축(C2)을 따라 연장된 직육면체 형상의 내부 공간(243)을 구비하며, 상단부는 개구되어 있으므로, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 액상 원료 토출기(200)의 토출구(230)를 상기 성형용 금형(240)의 상방에 배치하여 토출물(M)을 수직 낙하시켜 상기 성형용 금형(240)에 주입시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 액상 원료 토출기(200)가, 상기 액상의 열전도성 조성물(M)을 내부에 수용하는 실린더(210); 상기 실린더(210)의 내부에서 왕복 이동 가능한 피스톤(220);을 구비하며, 상기 토출구(230)는, 상기 실린더(210)의 일단부에 마련되어 있으므로, 비교적 단순한 구성의 액상 원료 토출기(200)를 사용하여 액상의 열전도성 조성물(M)을 균일한 압력과 속도로 토출시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 토출구(230)가, 내경(d) 1 내지 5mm의 파이프형 부재를 포함하므로, 도 1에 도시된 바와 같이 비교적 가늘고 긴 형태의 토출물(M1)을 배출할 수 있는 장점이 있다.
그리고 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 토출구(230)로부터 토출되는 액상의 토출물(M)은, 100,000 내지 1,000,000cPs의 점도를 가지므로, 이방성 열전도성 필러(1)의 배향성을 유지하면서도 내부에 기포(G)가 없는 적층 토출물(MS)을 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 성형물 절단 공정(S70)에서 미리 정한 두께를 가지도록 마련된 시트(100)의 표면을 미리 정한 거칠기 이하로 매끈하게 가공하는 시트 표면 가공 공정(S80)을 더 포함하므로, 초음파 커터(400)에 의하여 거칠게 절단된 표면을 매끄럽게 가공함으로써 상기 열전도성 시트(100)의 내구성 및 점착성(tack property)을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 시트 표면 가공 공정(S80)에서, 도 7에 도시된 바와 같이 프레스 성형기(300)를 사용하여 상기 시트(100)의 두께 방향을 따라 상기 시트(100)를 가압함으로써, 상기 시트(100)의 표면을 매끈하게 가공하므로, 상기 시트 표면 가공 공정(S80)을 신속하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 폴리머(3)가, 실리콘 수지를 포함하므로, 상기 열전도성 시트(100)의 성형 가공성, 내후성이 우수하고, 전자 부품에 대한 밀착성 및 추종성이 우수하다는 장점이 있다.
또한 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 충전제(2)가, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화아연, 실리콘 가루, 금속 가루 중 적어도 하나를 포함하므로, 열전도성이 우수한 열전도성 시트(100)를 제조할 수 있는 장점이 있다.
그리고 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 충전제(2)가, 평균 입자경이 0.1μm ~ 45μm 인 구형상의 산화알루미늄 입자를 포함하므로, 열전도성 및 충전성이 우수한 열전도성 시트(100)를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 충전제(2)가, 상기 열전도성 조성물 중의 함유량이 20 체적% ~ 40 체적%이므로, 적정한 유연성과 열전도율을 가진 열전도성 시트(100)를 제조할 수 있는 장점이 있다.
그리고 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 이방성 열전도성 필러(1)가, 상기 열전도성 조성물 중의 함유량이 20 체적% ~ 50 체적%이므로, 성형체에 충분한 열전도성을 부여하면서도, 동시에 성형성 및 배향성이 우수한 열전도성 시트(100)를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 열전도성 시트의 제조 방법은, 상기 이방성 열전도성 필러(1)가, 질화붕소 (BN) 분말, 흑연(Graphite), 탄소 섬유, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하므로, 열전도성 및 내구성이 우수한 열전도성 시트(100)를 제조할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예에서 상기 토출구(230)는, 원형 단면의 파이프형 부재를 포함하고 있으나, 직사각형, 정사각형 등 임의 형상의 단면을 가지는 파이프형 부재를 포함할 수도 있음은 물론이다.
이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.
Claims (16)
- 폴리머, 이방성 열전도성 필러, 충전제를 함유하는 액상의 열전도성 조성물을, 외부로 토출하는 부분으로서 제1 중심축을 따라 연장되어 있는 토출구와, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물을 수용하는 성형용 금형을 포함하는 액상 원료 토출기를 사용하는 열전도성 시트의 제조 방법으로서,상기 토출구와 상기 성형용 금형 간의 상대 위치를 제2 중심축을 따라 다수 회 왕복 이동시킴으로써, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물을 상기 제2 중심축을 따라 미리 정한 길이만큼 연장된 상태로 상기 성형용 금형에 수용시키는 액상 원료 토출 공정;상기 액상 원료 토출 공정을 통하여 상기 성형용 금형에 수용된 상기 액상의 토출물을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에 노출시키는 성형물 안정화 공정;상기 성형물 안정화 공정을 통하여 안정화된 상기 토출물을 미리 정한 시간 동안 미리 정한 온도에서 경화시켜 경화 성형물을 획득하는 성형물 경화 공정;상기 성형물 경화 공정을 통하여 경화된 경화 성형물을, 상기 제2 중심축과 교차하는 절단 방향으로 절단하여 미리 정한 두께를 가지는 시트를 획득하는 성형물 절단 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 액상 원료 토출 공정에서는,상기 토출구가, 상기 성형용 금형에 대하여 상기 제2 중심축을 따라 다수 회 왕복 이동하면서, 상기 성형용 금형에 대하여 상기 제2 중심축과 교차하는 제3 중심축을 따라 상대 이동함으로써, 상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물이 상기 성형용 금형의 전체 면적 중 적어도 일부를 커버하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 액상 원료 토출 공정에서는,상기 토출구가, 상기 성형용 금형에 대하여 상기 제2 중심축을 따라 다수 회 왕복 이동하면서, 상기 성형용 금형에 대하여 상기 제2 중심축과 교차하는 제3 중심축을 따라 상대 이동함으로써, 지그재그 형태로 상대 이동하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 액상 원료 토출 공정에서는,상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물이, 상기 성형용 금형에 복수 층으로 적층된 상태로 토출되는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 성형용 금형은, 상기 제2 중심축을 따라 연장된 직육면체 형상의 내부 공간을 구비하며, 상단부는 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 액상 원료 토출기는,상기 액상의 열전도성 조성물을 내부에 수용하는 실린더; 상기 실린더의 내부에서 왕복 이동 가능한 피스톤;을 구비하며,상기 토출구는, 상기 실린더의 일단부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 토출구는, 내경 1 내지 5mm의 파이프형 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 토출구로부터 토출되는 액상의 토출물은, 100,000 내지 1,000,000cPs의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 성형물 절단 공정에서 미리 정한 두께를 가지도록 마련된 시트의 표면을 미리 정한 거칠기 이하로 매끈하게 가공하는 시트 표면 가공 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 시트 표면 가공 공정에서는,프레스 성형기를 사용하여 상기 시트의 두께 방향을 따라 상기 시트를 가압함으로써, 상기 시트의 표면을 매끈하게 가공하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 폴리머는, 실리콘 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 충전제는, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화아연, 실리콘 가루, 금속 가루 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 충전제는, 평균 입자경이 0.1μm ~ 45μm 인 구형상의 산화알루미늄 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 충전제는, 상기 열전도성 조성물 중의 함유량이 20 체적% ~ 40 체적%인 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 이방성 열전도성 필러는, 상기 열전도성 조성물 중의 함유량이 20 체적% ~ 50 체적%인 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 이방성 열전도성 필러는, 질화붕소 (BN) 분말, 흑연(Graphite), 탄소 섬유, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트의 제조 방법.
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