KR100865771B1 - 방열용 코팅제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 부품의 방열용 코팅제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열이 발생하는 전자부품의 표면에 코팅되어 소자에서 방출되는 열이 충분히 발산되지 못하여 과도하게 가열되는 것을 방지하기 위한 전자부품의 방열용 코팅제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방열용 코팅 조성물은 전자부품 등에 코팅되었을 때, 전자부품에서 발생하는 열을 효과적으로 방출함과 동시에 그 코팅막 자체의 물리적, 화학적 물성이 우수하여, 방열을 필요로 하는 모든 전자제품 및 반도체 소자 등의 부품, 프로브 카드(Probe card), DMB, 네비게이션 등에 유용하게 사용될 수 있다.
방열용 코팅제 조성물, 방열 코팅 복합 시트, 전자부품

Description

방열용 코팅제 조성물 {Coating agent composition for heat sink}
본 발명은 전자 부품의 방열용 코팅제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열이 발생하는 전자 부품의 표면에 코팅되어 소자에서 방출되는 열이 충분히 발산되지 못하여 과도하게 가열되는 것을 방지하기 위한 전자 부품의 방열용 코팅제 조성물에 관한 것이다.
최근 전기 · 전자산업과 정보통신기술이 급속하게 발전함에 따라 전자기기의 경박단소화가 이루어지고 있고, 이에 의하여 이들에 장착되는 회로의 집적도가 증대되고 있다.
또한, 상기 집적 회로에 실장되는 전자부품은 전기 에너지를 기반으로 작동하는데, 이러한 작동 과정에서 필연적으로 열에너지가 발생한다. 특히, CPU 등의 패키지가 고도로 집적화되면서 소비전력과 발열량이 상승하고, 또한 정밀화 될수록 작은 충격과 간섭에도 민감해지기 때문에, 전자부품에서 발생하는 열을 제거하는 위한 방법이 요구되고 있다.
종래 사용되던 방법으로는, 금속판 등으로 이루어지는 IC 패키지 등의 열을 전달하여 외부로 방출시키는 방열판(heat sink)을 이용하거나, 또는 IC 패키지와 방열판 사이의 열전도 효율을 높이기 위하여 양자 사이에 열전도성이 좋은 그리스, 실리콘 고무 시트 등을 끼워 실장하는 방법이 이용되고 있다.
그러나, 상기 열전도성 그리스는 전자부품, 방열판 등의 표면 요철 형상에 영양을 받지 않고, 이들의 피착면에 대응 또는 밀착이 가능하며, 계면 열저항이 낮다는 이점에도 불구하고, 다른 부품의 오염이나 장시간 사용함에 따라 오일이 분리되는 등의 결점이 있었다.
또한, 열전도성 실리콘 고무 시트는 쉽게 장착이 가능하지만, 제조 과정의 가공 측면에서 열전도성 충전제의 함유량에 제한이 있고, 피착면관의 밀착이 불충분해지기 쉬워 실장 시의 계면 열저항이 크기 때문에 방열 특성이 충분히 발휘되지 아니하는 단점이 있었다.
결국, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 주된 목적은 열원 소재에 대하여 방열성, 부착성, 내열성, 내용제성 및 내수성이 우수한 방열용 코팅제 조성물을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 방열용 코팅제 조성물을 이용하여 제조된 방열 코팅 복합 시트를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 바인더 수지, 방열 특성 분말, 산화티탄 및 분산제, 침강방지제, 소포제, 슬립제, 레벨링제, 부착증진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 방열용 코팅제 조성물을 제공한다.
또한, 상기 방열용 코팅제 조성물을 이용하여 제조된 방열 코팅 복합 시트를 제공한다.
본 발명에 따른 방열용 코팅 조성물은 전자부품 등에 코팅되었을 때, 전자부품에서 발생하는 열을 효과적으로 방출함과 동시에 그 코팅막 자체의 물리적, 화학적 물성이 우수하여, 방열을 필요로 하는 모든 전자제품 및 반도체 소자 등의 부품, 프로브 카드(Probe card), DMB, 네비게이션 등에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 바인더 수지, 방열 특성 분말, 산화티탄 및 분산제, 침강방지제, 소포제, 슬립제, 레벨링제, 부착증진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 방열용 코팅제 조성물을 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 바인더 수지 40 내지 70 중량%, 산화알루미늄(Aluminum oxide, 알루미나) 5 내지 20 중량%, 질화붕소(Boron nitride) 5 내지 50 중량%, 규산지르코늄(Zirconium silicate) 5 내지 10 중량%, 산화티탄(Titanium oxide) 5 내지 10 중량% 및 분산제, 침강방지제, 소포제, 슬립제, 레벨링제, 부착증진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제 10 내지 40 중량%를 포함하는 방열용 코팅제 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 바인더 수지는 TEOS(Tetraethylorthosilicate), MTMS(Methyltrimethoxysilane), 규산나트륨(Sodium silicate), 규산칼륨(Potassium silicate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 가수분해하여 사용하는 것이 바람직하며, 가수분해 된 바인더 수지는 방열용 코팅제 조성물에 대해 40 내지 70 중량%의 범위로 첨가되는 것이 좋다.
상기 바인더 수지의 함량이 40 중량% 이하일 경우, 코팅막 형성 시 안료를 고정시키지 못하여 부착성이 떨어지며, 내용제성 및 내수성에서도 만족할 만한 결과를 얻을 수가 없고, 70 중량% 이상을 첨가하였을 경우에는 상대적으로 방열 안료의 양이 감소하여 방열 특성을 만족시키지 못한다.
또한, 본 발명에 있어서, 방열 특성 분말은 산화알루미늄 5 내지 20 중량%, 질화붕소 5 내지 50 중량%, 및 규산지르코늄(Zirconium silicate)을 5 내지 10 중 량%의 범위로 사용하는 것이 바람직한데, 이는 코팅막에서 많은 공극이 발생하지 않고, 안료들끼리 연속성을 가지기 위한 가장 이상적인 배합이다. 특히, 산화알루미늄은 방열성능이 우수한 육방결정(hexagonal) 구조를 가진 제품을 사용하는 것이 좋으며, 산화티탄은 백색을 나타내기 위한 원료로서 내후성을 위해 루틸(rutile) 결정을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 방열 특성을 나타내는 분말을 혼합한 후, 10 ~ 30분 동안 건식 혼련하는 단계; 상기 방열 특성 분말 혼합물에 산화티탄을 첨가하고 30분 ~ 1시간 동안 건식 혼련하는 단계; 상기 혼합물에 바인더 수지를 첨가하여 30분 ~ 2시간 동안 혼련하는 단계; 및 통상적인 분산제, 침강방지제, 소포제, 슬립제, 레벨링제, 부착증진제 등으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 첨가하여 10 ~ 30분 동안 혼련하는 단계;를 포함하는 방열용 코팅제 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기에서 방열 특성을 나타내는 분말은 산화알루미늄, 질화붕소 및 규산지르코늄에서 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 바인더 수지는 TEOS(Tetraethylorthosilicate), MTMS(Methyltrimethoxysilane), 규산나트륨(Sodium silicate), 규산칼륨(Potassium silicate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 가수분해하여 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 TEOS와 MTMS를 가수분해하여 상기 방열 특성 분말 혼합물과 동량으로 혼합하는 것이 좋다.
본 발명에서 상기 방열용 코팅제 조성물을 전자부품 등의 표면에 코팅할 때, 코팅 방법은 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 통상적인 코팅 방법인 스프레 이(spray)나 디핑(dipping) 방법 등으로 코팅하는데, 이때 코팅막의 두께는 20 ~ 30 ㎛의 두께로 코팅되는 것이 바람직하고, 상기 두께 이상으로 코팅될 경우 비용 상승 및 크랙이 발생할 가능성이 있고, 그 이하일 경우에는 좋은 방열 성능을 발휘할 수 없다.
상기 방열용 코팅제 조성물의 코팅 과정이 완료되면, 코팅막을 소성 처리하여야 하는데, 바람직하게는 100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 150℃의 온도에서 40 ~ 50분 동안 소성하여 완전한 코팅막을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 방열용 코팅제 조성물은 알루미늄, 구리 등의 여러 금속 소재에 대해 제한 없이 사용할 수 있으며, 방열성 및 부착성이 우수할 뿐만 아니라 경도, 내용제성 및 내수성도 뛰어나다.
또한, 본 발명은 상기의 방열용 코팅제 조성물을 이용하여 제조된 열전도도 2.5 W/mK 이상의 방열 코팅 복합 시트를 제공한다.
이하, 실시 예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 4. 방열용 코팅제 조성물의 제조
방열 특성을 나타내는 분말 3종류, 즉 산화알루미늄, 질화붕소 및 규산지르코늄을 평량, 혼합하여 30분 동안 건식 혼련하여 방열 특성 분말 혼합물을 제조하 였다. 상기 방열 특성 분말 혼합물에 산화티탄과 더 첨가하여 혼합한 후 1시간 동안 건식 혼련한 다음 상기 혼합물에 바인더 수지를 첨가하였다.
이때, 바인더 수지로는 TEOS(Tetraethylorthosilicate) 20 ~ 50 중량%와 MTMS(Methyltrimethoxysilane) 40 ~ 60 중량%, 물 10 ~ 50중량% 및 에탄올 10 ~ 50 중량% 범위로 가수분해하여 사용하였으며, 상기의 방열 특성 분말 혼합물과 동량의 비율로 첨가한 후 잘 혼합되도록 2시간 동안 혼련하고, 마지막으로 통상적인 분산제, 침강방지제, 소포제, 슬립제, 레벨링제, 부착증진제 등으로 구성된 첨가제를 첨가하여 30분 동안 혼합하여 제조하였다. 실시예 1 ~ 4에서 사용된 각 성분의 종류 및 함량은 하기 표 1에 나타내었다.
한편, 하기 표 1에 나타낸 각 성분의 특징들을 간략히 설명하면 다음과 같다.
(1) 바인더 : TEOS와 MTMS를 가수분해한 수지
(2) 산화알루미늄 : 입자 지름이 10 ~ 45 ㎛의 방열 특성이 우수한 육방결정(hexagonal)구조를 가진 분말
(3) 질화붕소 : 입자 지름이 10 ㎛의 판상과 구형의 분말
(4) 산화티탄 : 백색분말의 rutile 결정구조를 가진 분말
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
바인더 50중량% 50중량% 50중량% 50중량%
필러 산화알루미늄 50중량% 20 50중량% 10 50중량% 15 50중량% 20
질화붕소 10 20 10 5
규산지르코늄 5 5 10 5
산화티탄 5 5 5 10
첨가제 10 10 10 10
실험예. 방열 코팅 복합 시트의 제조
상기 실시예 1 ~ 4에서 제조한 방열용 코팅제 조성물을 이용하여, 금속 스프레이 방식으로 알루미늄 판에 20 ~ 30 ㎛ 두께로 코팅한 것을 150℃ 온도에서 40 ~ 50분간 소성 처리하여 방열 코팅 복합 시트를 제조한 후 하기와 같은 방식으로 특성을 평가하였다.
(1) 방열특성 평가
본 발명에 따른 방열 코팅 복합 시트의 방열 특성을 평가하기 위하여, 방열성, 부착성, 경도, 내용제성, 내수성 등을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기에서 방열성은 상기 실시예 5에서 제조한 방열 코팅 복합 시트 시편에 LED 소자를 부착하고, 1.2A의 전류를 흘려서 시간에 따른 온도 변화를 측정하였고(도 1 참조), 하기 표 3에는 온도 측정 후 50 ~ 60분 사이의 평균 온도(T) 및 평균 온도와 초기 온도와의 차이(ΔT = T - T초기)를 나타내었다.
이때, 본 발명의 방열용 코팅제 조성물의 방열 특성을 평가를 위해 비교예 1로는 코팅하지 아니한 알루미늄판을 시편으로 사용하였다.
조성물 50~60분 사이의 평균 온도(T) 온도 변화(ΔT = T - T초기)
실시예 1 60.0 37.7
실시예 2 60.6 38.3
실시예 3 61.0 38.7
실시예 4 60.8 38.5
비교예 1 67.7 45.4
(2) 물리적 특성 평가
상기 실시예 1 ~ 4에서 제조한 방열용 코팅제 조성물을 이용하여, 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 방열 코팅 복합 시트를 제조하고, 상기 방열 코팅 복합 시트에 대하여 하기와 같이 물리적 특성을 평가하였다(표 3 참조).
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
외관 양호 양호 양호 양호
코팅막 두께 30 ㎛ 30 ㎛ 30 ㎛ 30 ㎛
부착성 100/100 100/100 100/100 100/100
경도 2H 2H 2H 2H
단, 상기에서 외관은 육안으로 평가하였으며, 코팅막 두께는 도막 두께 측정기(독일 Elektro사, MiniTest 2100 제품)를 사용하여 측정하였고, 부착성은 JIS-D0202법에 따라 측정하였으며, 경도를 연필을 이용한 연경도로 측정하였다.
(3) 화학적 특성 평가
상기 실시예 1 ~ 4에서 제조한 방열용 코팅제 조성물을 이용하여, 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 방열 코팅 복합 시트를 제조하고, 상기 방열 코팅 복합 시트에 대하여 하기와 같이 화학적 특성을 평가하였다(표 4 참조).
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
내용제성 도막박리없음 도막박리없음 도막박리없음 도막박리없음
내수성 양호 양호 양호 양호
단, 상기에서 내용제성은 이소프로판올(IPA)에 7일간 침지시킨 다음 측정하였으며, 내수성은 물에 7일간 침지시킨 후 코팅막의 상태를 관찰하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방열 코팅 복합 시트의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (6)

  1. 바인더 수지 40 내지 70 중량%, 산화알루미늄(Aluminum oxide, 알루미나) 5 내지 20 중량%, 질화붕소(Boron nitride) 5 내지 30 중량%, 규산지르코늄(Zirconium silicate) 5 내지 10 중량%, 산화티탄(Titanium oxide) 5 내지 10 중량% 및 분산제, 침강방지제, 소포제, 슬립제, 레벨링제, 부착증진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제 10 내지 40 중량%를 포함하는 방열용 코팅제 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 TEOS(Tetraethylorthisilicate), MTMS(Methyltrimethoxysilane), 규산나트륨(Sodium silicate), 규산칼륨(Potassium silicate)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방열용 코팅제 조성물.
  3. 산화알루미늄, 질화붕소 및 규산지르코늄으로 이루어진 방열 특성을 나타내는 분말을 혼합한 후, 10 ~ 30분 동안 건식 혼련하는 단계;
    상기 방열 특성 분말 혼합물에 산화티탄을 첨가하고 30분 ~ 1시간 동안 건식 혼련하는 단계;
    상기 혼합물에 바인더 수지를 첨가하여 30분 ~ 2시간 동안 혼련하는 단계; 및
    통상적인 분산제, 침강방지제, 소포제, 슬립제, 레벨링제, 부착증진제로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 첨가하여 10 ~ 30분 동안 혼련하는 단계;를 포함하는 방열용 코팅제 조성물의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 TEOS(Tetraethylorthosilicate), MTMS(Methyltrimethoxysilane), 규산나트륨(Sodium silicate), 규산칼륨(Potassium silicate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 3항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 TEOS(Tetraethylorthosilicate)와 MTMS(Methyltrimethoxysilane)를 가수분해하여 상기 방열 특성 분말 혼합물과 동량으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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