KR101920706B1 - 절연성 방열 무기재 테이프 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연성 방열 무기재 테이프 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연성 및 점착력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상된 동시에 방열특성이 우수한 절연성 방열 무기재 테이프 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 이에 따라, 절연성 및 방열특성이 요구되는 산업 전반에 널리 응용될 수 있다.

Description

절연성 방열 무기재 테이프 및 이의 제조방법{Electrically insulated and heat radiated non-substrate tape and manufacturing method thereof}
본 발명은 절연성 방열 무기재 테이프 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연성 및 점착력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상된 동시에 방열특성이 우수한 절연성 방열 무기재 테이프 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자 제품을 구동하는 경우 전자 제품에 포함되어 있는 전자 소자 내부에서는 열이 발생하며, 상기와 같이 발생하는 열을 최대한 신속하게 외부로 방출시키지 않는 경우 열이 전자 소자에 영향을 미쳐 전자 소자가 제 기능을 수행하지 못하는 결과가 발생하게 된다.
특히, 전자 제품들이 고성능화와 고기능화를 지향하게 됨에 따라 그에 따른 전자 소자들의 대용량화와 고집적화가 필연적으로 발생하게 되어 다수의 전자 소자들로부터 발생되는 발열 문제를 해결하는 것은 전자 제품의 성능과 품질을 좌우하는 핵심적인 요소이다.
종래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 핀팬(Fin fan) 냉각방식, 열전소자(Peltier) 냉각방식, 액체분사(Water-jet) 냉각방식, 잠수(Immersion) 냉각방식, 히트파이프(Heat pipe) 냉각방식 등을 이용하여 전자 소자들로부터 발생되는 열을 제거하였으나, 최근 슬림화되고 소형화되어가는 전자 제품들의 추세에 맞도록 전자 소자들에 대한 냉각 장치가 요구된다.
종래에는 냉각 수단으로써 열 전도성을 갖는 실리콘 성분으로 구성된 방열 패드가 사용 되었으며, 상기 방열 패드는 회로 기판과 히트 싱커(heat sinker) 사이에서 부착되어 회로 기판에 실장되어 있는 전자 소자로부터 발생되는 열이 방열패드를 거쳐 히트 싱커로 원활하게 방출되도록 한다.
그러나, 상기 실리콘 성분으로 구성된 방열 패드의 경우 열전도성을 높이기 위하여 실리콘에 파우더를 과도하고 혼합시키게 되는데 파우더의 혼합 비율을 높인다 하더라도 향상되는 열전도율은 한계를 가지는 문제점이 있었다. 또한, 상기 실리콘 성분으로 구성된 방열 패드의 경우 점착력 확보를 위해 주로 액상 실리콘 고무를 사용하게 되는데 상기 액상 실리콘 고무의 경우 부착되는 부위에 대한 충분한 점착력을 확보하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 절연성 및 점착력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상된 동시에 방열특성이 우수한 냉각 수단에 대한 연구가 시급한 실정이다.
KR 10-1125743 B1
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 절연성 및 점착력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상된 동시에 방열특성이 우수한 절연성 방열 무기재 테이프 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 제1방열분말 및 제2방열분말을 포함하는 방열분말과 고분자 수지를 포함하는 방열 조성물을 제조하는 단계; (2) 이형필름의 일면에 상기 방열 조성물을 도포하는 단계; (3) 방열 조성물을 도포한 이형필름을 건조 및 안정화시켜서 점착층을 형성시키는 단계; 및 (4) 점착층이 형성된 이형필름을 롤프레스시키는 단계;를 포함하고, 상기 제1방열분말 및 제2방열분말은 하기 조건 1) 및 조건 2)를 만족하는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법을 제공한다.
1) 제1방열분말 및 제2방열분말의 평균입경비가 1 : 0.05 ~ 1
2)
Figure 112016127360471-pat00001
임.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1방열분말은 보론나이트라이드(BN)를 포함할 수 있고, 상기 제2방열분말은 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1방열분말 및 제2방열분말은 하기 조건 1) 및 조건 2)를 만족할 수 있다.
1) 제1방열분말 및 제2방열분말의 평균입경비가 1 : 0.06 ~ 0.8
2)
Figure 112016127360471-pat00002
임.
또한, 상기 방열분말은 제3방열분말을 더 포함하지 않을 수 있다.
또한, 상기 제1방열분말의 형상은 구형일 수 있고, 상기 제1방열분말은 평균입경이 17 ~ 33㎛일 수 있다.
또한, 상기 제2방열분말의 형상은 구형일 수 있고, 상기 제2방열분말은 평균입경이 2 ~ 13㎛일 수 있다.
또한, 상기 방열 조성물은 상기 고분자수지 100 중량부에 대하여 상기 방열분말을 150 ~ 250 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 상기 고분자 수지는 아크릴계 수지, 고무계 수지, 실리콘계 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 (2) 단계의 도포는 15 ~ 40℃에서 2 ~ 8m/min의 라인속도(Line speed)로 수행할 수 있다.
또한, 상기 (3) 단계의 건조는 40 ~ 120℃에서 1 ~ 10분 동안 수행할 수 있고, 상기 안정화는 50 ~ 70℃에서 40 ~ 56 시간 동안 수행할 수 있다.
또한, 상기 (4) 단계는 (4)-1 점착층이 형성된 이형필름 상부에 이형기재를 위치시키는 단계; 및 (4)-2 이형기재를 위치시킨 이형필름을 선압력 3 ~ 13kgf으로 80 ~ 120℃에서 2 ~ 8 m/min의 라인속도로 롤프레스 시키는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 제조방법에 의해 제조되며, 수직 열전도도가 1.7 W/m·K 이상인 절연성 방열 무기재 테이프를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절연성 방열 무기재 테이프는 점착력이 450 ~ 750gf/25㎜일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열 무기재 테이프는 두께가 80 ~ 120㎛일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열 무기재 테이프는 체적 저항이 3.5×1011 ~ 6.5×1011 Ω·㎝ 일 수 있다.
본 발명의 절연성 방열 무기재 테이프는 절연성 및 점착력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상된 동시에 방열특성이 우수한 효과를 나타낸다. 이에 따라, 절연성 및 방열특성이 요구되는 산업 전반에 널리 응용될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이 종래에는 실리콘 성분으로 구성된 방열 패드를 개시하고 있는데, 이러한 구성은 열전도성을 높이기 위하여 실리콘에 파우더를 과도하고 혼합시키게 되는데 파우더의 혼합 비율을 높인다 하더라도 향상되는 열전도율은 한계를 가지는 문제점이 있었다. 또한, 상기 실리콘 성분으로 구성된 방열 패드의 경우 점착력 확보를 위해 주로 액상 실리콘 고무를 사용하게 되는데 상기 액상 실리콘 고무의 경우 부착되는 부위에 대한 충분한 점착력을 확보하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 (1) 제1방열분말 및 제2방열분말을 포함하는 방열분말과 고분자 수지를 포함하는 방열 조성물을 제조하는 단계; (2) 이형필름의 일면에 상기 방열 조성물을 도포하는 단계; (3) 방열 조성물을 도포한 이형필름을 건조 및 안정화시켜서 점착층을 형성시키는 단계; 및 (4) 점착층이 형성된 이형필름을 롤프레스시키는 단계;를 포함하는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법을 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 종래의 발명과는 달리 절연성 및 점착력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상된 동시에 방열특성이 우수한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 절연성 방열 무기재 테이프는 (1) 제1방열분말 및 제2방열분말을 포함하는 방열분말과 고분자 수지를 포함하는 방열 조성물을 제조하는 단계; (2) 이형필름의 일면에 상기 방열 조성물을 도포하는 단계; (3) 방열 조성물을 도포한 이형필름을 건조 및 안정화시켜서 점착층을 형성시키는 단계; 및 (4) 점착층이 형성된 이형필름을 롤프레스시키는 단계;를 포함하는 제조방법을 통해 제조된다.
한편, 절연성 및 점착력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상된 동시에 방열특성이 우수한 효과를 나타내는 절연성 방열 무기재 테이프를 제조하기 위하여, 상기 방열분말에 포함되는 제1방열분말 및 제2방열분말은 하기 조건 1) 및 조건 2)를 만족한다.
조건 1)로써, 제1방열분말 및 제2방열분말의 평균입경비가 1 : 0.05 ~ 1이고, 바람직하게는 0.06 ~ 0.8일 수 있으며, 조건 2)로써
Figure 112016127360471-pat00003
이고, 바람직하게는
Figure 112016127360471-pat00004
일 수 있다.
만일, 조건 1)에서 제1방열분말 및 제2방열분말의 평균입경비가 1 : 0.05 미만이면 제조된 절연성 방열 무기재 테이프의 표면에 돌출된 방열 분말이 많을 수 있고, 이에 따라 표면거칠기가 증가하고 표면품질이 저하될 수 있으며, 절연성 방열 무기재 테이프의 점착력이 저하될 수 있다. 또한, 방열분말이 무기재 테이프의 표면에서 묻어나올 수 있고, 열전도도가 저하될 수 있다. 또한, 만일 평균입경비가 1 : 1를 초과하면 제조된 절연성 방열 무기재 테이프 내에 방열분말의 밀도가 저하될 수 있고, 열전도도가 저하될 수 있다.
그리고, 만일 상기 조건 2)에서
Figure 112016127360471-pat00005
이 80 미만이면 방열분말의 밀도가 저하될 수 있고, 열전도도 및 절연성이 저하될 수 있다. 또한, 만일
Figure 112016127360471-pat00006
이 120을 초과하면 방열분말이 무기재 테이프의 표면에서 묻어나올 수 있고, 열전도도 및 점착력이 저하될 수 있다.
먼저, 제1방열분말 및 제2방열분말을 포함하는 방열분말과 고분자 수지를 포함하는 방열 조성물을 제조하는 (1) 단계를 설명한다.
상기 고분자 수지는 당업계에서 통상적으로 점착층을 형성할 수 있는 수지라면 제한 없이 사용할 수 있다. 다만 바람직하게는 방열분말의 분산성 향상 및 균일한 점착층을 제조할 수 있도록 아크릴계 수지, 고무계 수지, 실리콘계 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 아크릴계 수지일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 아크릴산 에스테르계 모노머를 갖는 아크릴계 수지일 수 있다. 한편, 상기 고분자 수지는 전체 고분자 수지 함량 중 고형분의 함량이 30 ~ 70 중량%, 바람직하게는 40 ~ 60 중량%일 수 있다.
한편, 상기 방열 조성물은 절연성 방열 무기재 테이프의 충분한 점착력을 구현하고, 방열 조성물을 용이하게 경화할 수 있도록 경화제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제는 당업계에서 통상적으로 점착층을 형성할 수 있는 경화제라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소시아네이트계 경화제일 수 있다.
상기 경화제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 2 중량부 더 포함될 수 있다. 만일 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 경화제가 0.5 중량부 미만이면 미경화로 인해 충분한 점착력이 구현되지 않을 수 있으며, 절연성 방열 무기재 테이프를 피착면에서 박리하였을 때 잔존하는 테이프가 있을 수 있다. 또한, 상기 경화제가 2 중량부를 초과하면 과도한 경화로 인하여 절연성 방열 무기재 테이프의 유연성이 저하될 수 있다.
상기 방열분말은 절연성 및 방열성을 동시에 가지는 것이라면 제한 없이 선택할 수 있다. 또한, 상기 절연성 방열분말의 형상 및 구조는 제한이 없으나, 바람직하게는 상기 방열분말은 구형일 수 있다.
상기 제1방열분말은 당업계에서 통상적으로 절연 및 방열 특성을 나타낼 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 보론나이트라이드(BN)을 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1방열분말은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 입경의 분말을 사용할 수 있다. 다만, 바람직하게는 방열분말의 밀도를 증가시키고, 우수한 방열특성을 나타내기 위하여, 상기 조건 1)을 만족하도록 제1방열분말은 평균입경이 17 ~ 33㎛, 보다 바람직하게는 평균입경이 20 ~ 30㎛일 수 있다. 만일 상기 제1방열분말의 평균입경이 17㎛ 미만이면 표면에 묻어 나오는 방열분말이 많아질 수 있고, 점착력 및 열전도도가 저하될 수 있다. 또한, 만일 평균입경이 33㎛를 초과하면 방열분말이 밀도가 낮아질 수 있고, 열전도도가 저하될 수 있다. 또한, 제조된 절연성 방열 무기재 테이프의 표면에 돌출된 방열 분말이 많을 수 있고, 이에 따라 표면거칠기가 증가하고 표면품질이 저하될 수 있다.
한편, 상기 제1방열분말의 입경분포에 대한 제한은 없으나, 바람직하게는 D10이 2 ~ 6㎛ 및 D90이 28 ~ 42㎛, 보다 바람직하게는 D10이 3 ~ 5㎛ 및 D90이 30 ~ 40㎛일 수 있다.
상기 제2방열분말은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 방열 및 절연특성을 나타낼 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 알루미나(Al2O3)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 제2방열분말은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 입경의 분말을 사용할 수 있다. 다만, 바람직하게는 방열분말의 밀도를 증가시키고, 우수한 절연 및 방열특성을 나타내기 위하여, 상기 조건 1)을 만족하도록 제1방열분말은 평균입경이 2 ~ 13㎛, 보다 바람직하게는 5 ~ 10㎛일 수 있다. 만일 상기 제2방열분말의 평균입경이 2㎛ 미만이면 표면에 묻어 나오는 방열분말이 많아질 수 있고, 점착력 및 열전도도가 저하될 수 있다. 또한, 만일 평균입경이 13㎛를 초과하면 방열분말이 밀도가 낮아질 수 있고, 열전도도가 저하될 수 있다. 또한, 제조된 절연성 방열 무기재 테이프의 표면에 돌출된 방열 분말이 많을 수 있고, 이에 따라 표면거칠기가 증가하고 표면품질이 저하될 수 있다.
한편, 상기 제2방열분말은 평균입경이 2 ~ 7㎛인, 바람직하게는 평균입경이 3 ~ 6㎛인 제2-1방열분말 및 평균입경이 8 ~ 13㎛인, 바람직하게는 평균입경이 9 ~ 12㎛인 제2-2방열분말을 1 : 0.5 ~ 2의 중량비로 혼합해서 사용할 수 있다. 상기 제2-1방열분말 및 제2-2방열분말의 입경분포에 대한 제한은 없으나, 제2-1방열분말 및 제2-2방열분말을 혼합하여 사용하는 경우, 제2-1방열분말은 D10이 0.1 ~ 1.5㎛ 및 D90이 8 ~ 12㎛, 바람직하게는 D10이 0.1 ~ 1㎛ 및 D90이 9 ~ 11㎛일 수 있고, 제2-2방열분말은 D10이 1 ~ 5㎛ 및 D90이 15 ~ 19㎛, 바람직하게는 D10이 2 ~ 4㎛ 및 D90이 16 ~ 18㎛일 수 있다.
상기 방열 조성물은 상기 고분자수지 100 중량부에 대하여 상기 방열분말을 150 ~ 250 중량부로, 바람직하게는 180 ~ 245 중량부로 포함할 수 있다. 만일 상기 고분자수지 100 중량부에 대하여 상기 방열분말이 150 중량부 미만이면 목적하는 열전도도 특성이 발현되지 않고, 방열 및 절연 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 방열분말이 250 중량부를 초과하면 구현된 절연성 방열 무기재 테이프의 점착력이 저하될 수 있고, 방열분말 간의 응집현상이 발생하여 분산성이 저하될 수 있으며, 무기재 테이프의 표면에 돌출된 방열분말이 많아짐에 따라서 표면거칠기가 증가하여 테이프의 표면품질이 저하될 수 있다. 더불어, 방열분말이 더 구비되더라도 절연 및 방열 성능의 향상정도는 미미할 수 있다.
한편, 상기 제1방열분말 및 제2방열분말을 포함하는 상기 방열분말은 제3방열분말을 더 포함하지 않을 수 있다. 만일, 제3방열분말을 포함하더라도, 열전도도가 향상되지 않거나, 동일한 함량의 방열분말을 사용할 경우 상대적으로 제1방열분말 및 제2방열분말의 함량이 감소하게 되고, 이에 따라 오히려 절연 및 방열 특성이 저하되거나 테이프의 점착력이 저하될 수 있다.
상기 방열 조성물의 제조방법은 당업계에서 통상적으로 점착 조성물을 제조하는 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상술한 제1방열분말 및 제2방열분말을 포함하는 방열분말과 고분자 수지를 페이스트 믹서(paste mixer)를 통해 5 ~ 15분 동안 혼합하여 제조할 수 있다.
다음으로, 이형필름의 일면에 상기 방열 조성물을 도포하는 (2) 단계를 설명한다.
상기 이형필름은 당업계에서 통상적으로 테이프를 제조하는데 사용될 수 있는 소재의 이형필름이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 PET 필름을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 일면 또는 양면이 실리콘 처리된 PET 필름을 사용할 수 있다. 상기 이형필름의 두께는 제한이 없으며 목적에 따라 달리 선택할 수 있다. 일예로, 상기 이형필름의 두께는 30 ~ 60㎛, 보다 바람직하게는 38 ~ 50㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 도포는 당업계에서 통상적으로 테이프를 제조할 때 도포하는 방법이라면 제한 되지 않으며, 바람직하게는 상술한 방열 조성물을 콤마코터를 통해 상기 이형필름에 도포할 수 있다. 또한, 상기 도포는 15 ~ 40℃에서 2 ~ 8m/min의 라인속도(Line speed)로, 바람직하게는 15 ~ 35℃에서 3 ~ 7 m/min의 라인속도로 수행할 수 있다. 만일 상기 도포의 온도가 15℃ 미만이거나, 라인속도가 2 m/min 미만이면 생산 수율이 좋지 않을 수 있다. 또한, 만일 상기 도포의 온도가 40℃를 초과하거나, 라인속도가 8m/min을 초과하면 단일 공정에서 건조를 진행할 경우, 건조 또한 빠르게 진행되기 때문에 점착층 내에 잔존할 수 있는 기포가 터질 수 있고, 이에 따라 제조된 절연성 방열 무기재 테이프의 표면에 기포가 형성되어 표면품질이 좋지 않을 수 있고, 열전도도 및 점착력이 저하될 수 있다.
다음으로, 방열 조성물을 도포한 이형필름을 건조 및 안정화시켜서 점착층을 형성시키는 (3) 단계를 설명한다.
상기 건조는 당업계에서 통상적으로 테이프를 제조하는 공정에서 건조하는 조건이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 40 ~ 120℃에서 1 ~ 10분 동안, 보다 바람직하게는 45 ~ 115℃에서 3 ~ 7분 동안 수행할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 상기 건조는 45 ~ 55℃에서 1차건조, 65 ~ 75℃에서 2차건조, 85 ~ 95℃에서 3차건조, 105℃ ~ 115℃에서 4차건조 및 105 ~ 115℃에서 5차건조하여 건조할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 상기 안정화는 당업계에서 통상적으로 테이프를 제조하는 공정에서 안정화하는 조건이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 50 ~ 70℃에서 40 ~ 56시간 동안, 보다 바람직하게는 50 ~ 66℃에서 44 ~ 52시간 동안 수행하여 점착층을 형성시킬 수 있다.
다음으로, 점착층이 형성된 이형필름을 롤프레스시키는 (4) 단계를 설명한다.
상기 (4) 단계는 (4)-1 점착층이 형성된 이형필름 상부에 이형기재를 위치시키는 단계 및 (4)-2 이형기재를 위치시킨 이형필름을 롤프레스 시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 롤프레스는 형성된 점착층에 포함된 방열분말의 밀착성을 향상시키고, 열을 가하여 점착력을 향상시키기 위해 진행한다. 이 때 점착층이 캘린더링 롤에 전이되는 것을 방지하기 위하여, 이형필름 상부면에 형성된 점착층의 상부에 이형기재를 합지하여 롤프레스를 수행할 수 있다. 상기 이형기재는 상술한 이형필름과이형력이 상이한 동일한 소재의 이형기재일 수 있으며, 바람직하게는 상술한 이형필름과 이형력이 상이하고, 일면 또는 양면이 실리콘 처리된 PET 필름을 사용할 수 있다.
상기 롤프레스는 선압력 3 ~ 13 kgf, 바람직하게는 5 ~ 10 kgf으로, 80 ~ 120℃에서, 바람직하게는 90 ~ 110℃에서 2 ~ 8 m/min의 라인속도로, 바람직하게는 3 ~ 7 m/min의 라인속도로 수행할 수 있다. 만일 상기 롤프레스의 선압력이 3 kgf 미만이면 목적하는 수준으로 방열분말의 밀착성이 향상되지 않을 수 있고, 점착력이 저하될 수 있으며, 선압력이 13 kgf를 초과하면 목적하는 두께의 절연성 방열 무기재 테이프를 제조할 수 없고, PET 외부로 점착층이 밀려나오는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 제조방법에 의해 제조되는 절연성 방열 무기재 테이프를 제공한다.
상기 절연성 방열 무기재 테이프는 수직 열전도도가 1.7 W/m·K 이상이고, 바람직하게는 1.8 ~ 2.2 W/m·K일 수 있다. 만일 상기 수직 열전도도가 1.7 W/m·K 미만이면 목적하는 수준의 방열 특성을 발현할 수 없기 때문에, 이를 부착한 피착면의 열을 원활하게 방열시킬 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열 무기재 테이프는 두께가 80 ~ 120㎛, 바람직하게는 90 ~ 110㎛일 수 있다. 만일 상기 절연성 방열 무기재 테이프의 두께가 80㎛ 미만이면 표면에 돌출된 방열 분말이 많을 수 있고, 이에 따라 표면거칠기가 증가하고 표면품질이 저하될 수 있다. 또한, 만일 두께가 120㎛를 초과하면 절연성 방열 무기재 테이프의 밀도가 낮아지고, 이에 따라 목적하는 절연 및 방열 특성을 발현할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열 무기재 테이프는 점착력이 450 ~ 750gf/25㎜, 바람직하게는 점착력이 500 ~ 700gf/25㎜일 수 있다. 만일 상기 절연성 방열 무기재 테이프의 점착력이 450gf/25㎜ 미만이면 피착면과의 부착성이 좋지 않을 수 있고, 만일 점착력이 750gf/25㎜를 초과하면 점착력이 과도하기 때문에, 피착면에서 절연성 방열 무기재 테이프를 박리하기 용이하지 않을 수 있다.
그리고, 상기 절연성 방열 무기재 테이프는 체적 저항이 3.5×1011 ~ 6.5×1011 Ω·㎝, 바람직하게는 4×1011 ~ 6×1011 Ω·㎝ 일 수 있다. 만일 상기 절연성 방열 무기재 테이프의 체적 저항이 3.5×1011 Ω·㎝ 미만이면, 목적하는 수준의 절연성을 발현할 수 없기 때문에, 상기 절연성 방열 무기재 테이프가 회로기판과 같은 전기적 부품에 직접 접촉하도록 배치되었을 경우 전기적 단락 등의 문제가 발생할 수 있음에 따라, 전기적 절연이 요구되는 적용처에 사용하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 절연성 방열 무기재 테이프는 절연성 및 점착력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상된 동시에 방열특성이 우수한 효과를 나타낸다. 이에 따라, 절연성 및 방열특성이 요구되는 산업 전반에 널리 응용될 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
(1) 방열 조성물의 제조
고분자 수지로 아크릴산 에스테르계 모노머를 갖는 고형분 함량이 50 중량%인 아크릴계 수지, 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 제1방열분말로써 평균입경이 25㎛인 보론나이트라이드(BN) 2.28 중량부 및 제2방열분말로써 평균입경이 7.5㎛인 알루미나(Al2O3)를 227.72 중량부를 페이스트 믹서(paste mixer)를 사용하여 10분 동안 혼합하여 방열 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 제2방열분말은 D10이 0.5㎛ 및 D90이 10㎛이며, 평균입경이 5㎛인 제2-1방열분말 및 D10이 3㎛ 및 D90이 17㎛이며 평균입경이 10㎛인 제2-2방열분말을 1 : 1로 혼합하여 사용하였다.
(2) 점착층의 형성
상기 제조한 방열 조성물을 이형필름으로 이형력이 10 gf/25mm 이고, 양면 실리콘 처리된 두께 50㎛의 PET 필름에 도포하고 건조 및 안정화 시켜서 이형필름의 상부에 점착층을 형성시켰다. 구체적으로 콤마코터를 이용하여 25℃에서 5m/min의 라인속도로 방열 조성물을 도포하고, 온도 50℃에서 1분 동안 1차건조, 온도 70℃에서 1분 동안 2차건조, 온도 90℃에서 1분 동안 3차건조, 온도 110℃에서 1분 동안 4차건조 및 온도 110℃에서 1분 동안 5차건조를 수행한 후 55℃에서 48 시간 동안 안정화 시켜서 이형필름의 상부면에 점착층을 형성시켰다.
(3) 절연성 방열 무기재 테이프의 제조
점착층이 캘린더링 롤에 전이되는 것을 방지하기 위하여, 이형필름 상부면에 형성된 점착층의 상부에 이형기재로 이형력이 30gf/25mm 이고, 양면 실리콘 처리된 두께 50㎛의 PET 필름을 합지하고, 선압력 8 kgf로 100℃에서 5m/min의 라인속도로 롤프레스를 수행하였다. 이 후 롤프레스한 점착층의 상부면 및 하부면에 합지되어 있는 이형기재 및 이형필름을 제거하여 두께 100㎛의 절연성 방열 무기재 테이프를 제조하였다.
<실시예 2 ~ 21 및 비교예 1 ~ 4>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1 내지 표 4와 같이 방열분말의 평균입경, 함량 및 종류 등을 변경하여 표 1 내지 표 4와 같은 절연성 방열 무기재 테이프를 제조하였다.
<실험예 >
1. 수직 열전도도 평가
실시예 1 ~ 21 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 절연성 방열 무기재 테이프에 대하여 열확산계수, 비열 및 밀도를 측정하여 수직 열전도도를 계산하였다.
먼저 실시예 1 ~ 21 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 절연성 방열 무기재 테이프를 가로×세로 12.7mm×12.7mm의 정사각형으로 재단하고, 이를, 스탠다드 홀더(standard holder, 수직측정용)에 위치시킨 후, 준비한 홀더(holder)를 열확산계수 측정장비(NETZSCH, LFA467) 내 퍼니스(furnace)에 위치시키고, 10회의 레이저(laser)을 가하여 열확산계수를 측정하였다.
그리고, 실시예 1 ~ 21 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 절연성 방열 무기재 테이프를 지름 4㎜의 원형으로 재단하고, 알루미늄 팬(Aluminium pan)에 위치시킨 후 리드(lid)로 덮었다. 이를 비열 측정장비(NETZSCH, DSC214) 내 퍼니스(furnace)에 위치시키고, 25℃에서의 비열을 측정하였다.
그리고, 아르키메데스법을 통해 실시예 1 ~ 21 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 절연성 방열 무기재 테이프의 밀도를 측정한 뒤, 하기 수학식을 통해 수직 열전도도를 계산하였다. 이를 하기 표 1 ~ 4에 나타내었다.
[수학식]
열전도도(W/mK) = 열확산계수(mm2/s)*비열(J/g/K)*밀도(g/cm3)
2. 절연성 평가
가전압 DC 500V, 전극면적 20㎝2, 전극 가압조건 1.0N/㎝2 및 온도 23℃의 조건에서 실시예 1 ~ 21 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 절연성 방열 무기재 테이프를 극 사이에 위치시킨 후, 체적 저항 측정장비(Mitsubishi, MCP-HT450)를 통해 체적 저항을 측정하여 절연성을 평가하였다. 이를 하기 표 1 ~ 4에 나타내었다.
3. 점착력 평가
실시예 1 ~ 21 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 절연성 방열 무기재 테이프를 가로×세로 25㎜×150㎜로 재단하고, 재단한 방열 무기재 테이프를 피착제(SUS304)에 부착한 후 2kg 롤러로 300㎜/min의 속도로 1회 왕복하여 압착하였다. 압착 30분 후 300㎜/min의 속도로 90°각도로 박리하여 점착력 측정장비(Tinius olsen, Peel adhesion strength tester)를 통해 이형기재와 접해있던 상면 및 이형필름과 접해있던 하면의 점착력을 측정하였다. 이를 하기 표 1 ~ 4에 나타내었다.
4. 표면품질평가
실시예 1 ~ 21 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 절연성 방열 무기재 테이프의 표면품질을 확인하기 위하여, 손으로 표면을 만져보아 울퉁불퉁한 느낌이 있는지 확인하였다. 표면에 울퉁불퉁한 느낌이 없는 경우 5, 울퉁불퉁한 느낌이 있는 부분의 면적이 절연성 방열 무기재 테이프 외부면 전체 면적 중 2% 이하일 경우 4, 2% 초과 5% 이하의 면적일 경우 3, 5%초과 10% 이하의 면적일 경우 2, 10%초과 20% 이하의 면적일 경우 1, 20%초과의 면적일 경우 0으로 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
제1
방열
분말		 종류 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드
평균입경(㎛) 25 13 20 30 45 19 30
함량
(중량부)		 2.28 2.28 2.28 2.28 2.28 2.28 2.28
제2
방열
분말		 종류 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나
평균입경 (㎛) 7.5 12 12 3 2.5 1 5
함량
(중량부)		 227.72 227.72 227.72 227.72 227.72 227.72 227.72
제3
방열
분말		 종류 - - - - - - -
평균입경 (㎛) - - - - - - -
함량
(중량부)		 - - - - - - -
방열분말 총 함량(중량부) 230 230 230 230 230 230 230
조건1) 1:0.3 1:0.92 1:0.6 1:0.1 1:0.056 1:0.053 1:0.17
조건2) 99.88 99.88 99.88 99.88 99.88 99.88 99.88
수직열전도도 (W/m·K) 2.127 1.549 1.988 1.914 1.610 1.552 1.893
체적 저항(Ω·㎝) 5.7×1011 2.9×1011 4.9×1011 4.8×1011 3.3×1011 3.0×1011 4.6×1011
상면점착력 (gf/25㎜) 689.0 516.3 679.8 647.6 371.6 524.5 661.6
하면점착력 (gf/25㎜) 627.0 487.8 618.3 601.5 351.4 473.2 608.7
표면품질 ○ ○ ○ ○ × ○ ○
구분 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12 실시예13
제1
방열
분말		 종류 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드
평균입경(㎛) 18 18 25 25 25 25
함량(중량부) 2.28 2.28 2.57 2.38 2.19 2.08
제2
방열
분말		 종류 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나
평균입경(㎛) 10 17 7.5 7.5 7.5 7.5
함량(중량부) 227.72 227.72 227.43 227.62 227.81 229.92
제3
방열
분말		 종류 - - - - - -
평균입경(㎛) - - - - - -
함량(중량부) - - - - - -
방열분말 총 함량(중량부) 230 230 230 230 230 230
조건1) 1:0.56 1:0.94 1:0.3 1:0.3 1:0.3 1:0.3
조건2) 99.88 99.88 88.49 95.64 104.02 110.54
수직열전도도(W/m·K) 2.074 1.584 1.617 2.108 2.089 1.599
체적 저항(Ω·㎝) 5.1×1011 3.0×1011 3.3×1011 5.2×1011 5.2×1011 3.9×1011
상면점착력(gf/25㎜) 652.2 429.1 592.9 663.1 679.2 488.6
하면점착력(gf/25㎜) 600.4 402.6 551.6 621.9 621.5 454.4
표면품질 ○ × ○ ○ ○ ○
구분 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17 실시예18 실시예19
제1
방열
분말		 종류 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 질화
알루미늄
평균입경(㎛) 25 25 25 25 25 25
함량(중량부) 1.20 1.80 2.45 2.70 2.28 2.28
제2
방열
분말		 종류 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나 질화
알루미늄		 알루미나
평균입경(㎛) 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5
함량(중량부) 118.8 178.2 242.55 267.3 227.72 227.72
제3
방열
분말		 종류 - - - - - -
평균입경(㎛) - - - - - -
함량(중량부) - - - - - -
방열분말 총 함량(중량부) 120 180 245 270 230 230
조건1) 1:0.3 1:0.3 1:0.3 1:0.3 1:0.3 1:0.3
조건2) 99 99 99 99 99.88 99.88
수직열전도도(W/m·K) 1.419 1.983 2.031 2.192 1.670 1.509
체적 저항(Ω·㎝) 2.6×1011 4.9×1011 5.1×1011 5.9×1011 3.4×1011 2.8×1011
상면점착력(gf/25㎜) 748.4 739.0 651.5 434.9 683.8 691.23
하면점착력(gf/25㎜) 699.6 681.7 605.2 386.6 629.3 640.4
표면품질 ○ ○ ○ × ○ ○
구분 실시예20 실시예21 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
제1
방열
분말		 종류 보론나이
트라이드		 알루미나 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드		 보론나이
트라이드
평균입경(㎛) 25 25 13 35 25 25
함량(중량부) 2.00 2.28 2.28 2.28 3.01 1.80
제2
방열
분말		 종류 알루미나 보론나이
트라이드		 알루미나 알루미나 알루미나 알루미나
평균입경(㎛) 7.5 7.5 17 1 7.5 7.5
함량(중량부) 198.00 227.72 227.72 227.72 226.99 228.2
제3
방열
분말		 종류 질화
알루미늄		 - - - - -
평균입경(㎛) 5 - - - - -
함량(중량부) 30 - - - - -
방열분말 총 함량(중량부) 230 230 230 230 230 230
조건1) 1:0.3 1:0.3 1:1.31 1:0.029 1:0.3 1:0.3
조건2) 99 99 99.88 99.88 75.41 126.78
수직열전도도(W/m·K) 1.587 1.211 1.025 1.136 1.581 1.489
체적 저항(Ω·㎝) 3.0×1011 2.1×1011 1.5×1011 1.9×1011 3.0×1011 2.7×1011
상면점착력(gf/25㎜) 679.6 688.9 505.0 441.5 478.9 489.1
하면점착력(gf/25㎜) 623.1 631.8 456.7 408.6 431.3 443.9
표면품질 ○ ○ ○ × ○ ○
상기 표 1 내지 표 4에서 볼 수 있듯이,
본 발명에 따른 제1방열분말의 입경 범위를 만족하는 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 4가, 이를 만족하지 못하는 실시예 2에 비하여 수직 열전도도, 체적 저항 및 점착력이 우수하였고, 실시예 5에 비하여 수직 열전도도, 체적 저항, 점착력 및 표면품질이 우수하였다.
또한, 본 발명에 따른 제2방열분말의 입경범위를 만족하는 실시예 1, 실시예 7 및 실시예 8이, 이를 만족하지 못하는 실시예 6에 비하여 수직 열전도도, 체적 저항 및 점착력이 우수하였고, 실시예 9에 비하여 수직 열전도도, 체적 저항, 점착력 및 표면품질이 우수하였다.
또한, 본 발명에 따른 방열분말의 함량을 만족하는 실시예 1, 실시예 15 및 실시예 16이, 이를 만족하지 못하는 실시예 14에 비하여 수직 열전도도 및 체적 저항이 우수하였고, 실시예 17에 비하여 점착력 및 표면품질이 우수하였다.
또한, 제1방열분말로 보론나이트라이드를 포함하고, 제2방열분말로 알루미나를 포함하는 실시예 1이, 제1방열분말로 보론나이트라이드를 포함하고, 제2방열분말로 질화알루미늄을 포함하는 실시예 18에 비하여 수직 열전도도 및 체적 저항이 우수하였고, 제1방열분말로 질화알루미늄을 포함하고, 제2방열분말로 알루미나를 포함하는 실시예 19에 비하여 수직 열전도도 및 체적 저항이 우수하였다.
또한, 방열분말로 제1방열분말인 보론나이트라이드를 포함하고, 제2방열분말인 알루미나를 포함하는 실시예 1이, 제1방열분말인 보론나이트라이드를 포함하고, 제2방열분말인 알루미나를 포함하며, 제3방열분말로 질화알루미늄을 더 포함하는 실시예 20에 비하여 수직 열전도도 및 체적 저항이 우수하였다.
또한, 제1방열분말로 보론나이트라이드를 포함하고, 제2방열분말로 알루미나를 포함하는 실시예 1이, 제1방열분말로 알루미나를 포함하고, 제2방열분말로 보론나이트라이드를 포함하는 실시예 21에 비하여 수직 열전도도 및 체적 저항이 우수하였다.
또한, 본 발명에 따른 조건 1)을 만족하는 실시예 1은, 본 발명에 따른 조건 1)의 수치 미만인 비교예 1에 비하여 수직 열전도도 및 체적 저항이 현저히 우수하였으며, 점착력이 우수하였다. 그리고, 본 발명에 따른 조건 1)의 수치를 초과하는 비교예 2에 비하여 수직 열전도도, 체적 저항 및 점착력 및 표면품질이 현저히 우수하였다.
또한, 본 발명에 따른 조건 2)를 만족하는 실시예 1은, 본 발명에 따른 조건 2)의 수치 미만인 비교예 3에 비하여 수직 열전도도, 체적 저항 및 점착력이 우수하였다. 그리고, 본 발명에 따른 조건 2)의 수치를 초과하는 비교예 4에 비하여 수직 열전도도, 체적 저항 및 점착력이 우수하였다.

Claims (15)

  1. (1) 보론나이트라이드(BN)인 구형의 제1방열분말 및 알루미나(Al2O3)인 구형의 제2방열분말을 포함하는 방열분말과 고분자 수지를 포함하는 방열 조성물을 제조하는 단계;
    (2) 이형필름의 일면에 상기 방열 조성물을 도포하는 단계;
    (3) 방열 조성물을 도포한 이형필름을 건조 및 안정화시켜서 점착층을 형성시키는 단계; 및
    (4) 점착층이 형성된 이형필름을 롤프레스시키는 단계;를 포함하고,
    상기 제1방열분말 및 제2방열분말은 하기 조건 1) 및 조건 2)를 만족하는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
    1) 제1방열분말 및 제2방열분말의 평균입경비가 1 : 0.06 ~ 0.8
    2)
    Figure 112018039063307-pat00009
    임.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열분말은 제3방열분말을 더 포함하지 않는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1방열분말의 형상은 구형이고,
    상기 제1방열분말은 평균입경이 17 ~ 33㎛인 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2방열분말의 형상은 구형이고,
    상기 제2방열분말은 평균입경이 2 ~ 13㎛인 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열 조성물은 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 상기 방열분말을 150 ~ 250 중량부로 포함하는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 아크릴계 수지, 고무계 수지, 실리콘계 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (2) 단계의 도포는 15 ~ 40℃에서 2 ~ 8m/min의 라인속도(Line speed)로 수행하는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (3) 단계의 건조는 40 ~ 120℃에서 1 ~ 10분 동안 수행하고,
    상기 안정화는 50 ~ 70℃에서 40 ~ 56 시간 동안 수행하는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (4) 단계는
    (4)-1 점착층이 형성된 이형필름 상부에 이형기재를 위치시키는 단계; 및
    (4)-2 이형기재를 위치시킨 이형필름을 선압력 3 ~ 13kgf으로 80 ~ 120℃에서 2 ~ 8 m/min의 라인속도로 롤프레스 시키는 단계;를 포함하는 절연성 방열 무기재 테이프의 제조방법.
  12. 제1항, 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되며,
    수직 열전도도가 1.7 W/m·K 이상인 절연성 방열 무기재 테이프.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 절연성 방열 무기재 테이프는 점착력이 450 ~ 750gf/25㎜인 절연성 방열 무기재 테이프.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 절연성 방열 무기재 테이프는 두께가 80 ~ 120㎛인 절연성 방열 무기재 테이프.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 절연성 방열 무기재 테이프는 체적 저항이 3.5×1011 ~ 6.5×1011 Ω·㎝인 절연성 방열 무기재 테이프.
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