KR102565178B1 - Soft-rigid-soft multi layer Thermal InterFace material, preparing method of the same, and heat radiating system including the same - Google Patents

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KR102565178B1 KR1020200151003A KR20200151003A KR102565178B1 KR 102565178 B1 KR102565178 B1 KR 102565178B1 KR 1020200151003 A KR1020200151003 A KR 1020200151003A KR 20200151003 A KR20200151003 A KR 20200151003A KR 102565178 B1 KR102565178 B1 KR 102565178B1
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Abstract

본원은 열전도성을 가지는 중심 고분자층; 및 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅된 표면 고분자층; 을 포함하는 열 계면 소재에 있어서, 상기 표면 고분자층이 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅되어 상기 열 계면 소재의 기계적 강도가 낮아지는 것인, 열 계면 소재에 관한 것이다. The present application is a central polymer layer having thermal conductivity; And a surface polymer layer coated on top and bottom of the central polymer layer; In the thermal interface material comprising a, the surface polymer layer is coated on top and bottom of the central polymer layer to lower the mechanical strength of the thermal interface material, it relates to a thermal interface material.

Description

연성-강성-연성 다층 구조 열 계면 소재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 방열 장치 또는 시스템 {Soft-rigid-soft multi layer Thermal InterFace material, preparing method of the same, and heat radiating system including the same}Soft-rigid-soft multi-layer thermal interface material, manufacturing method thereof, and heat dissipation device or system including the same

본원은 연성-강성-연성 다층 구조 열 계면 소재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 방열 시스템에 관한 것이다.The present application relates to a soft-rigid-soft multi-layered thermal interface material, a manufacturing method thereof, and a heat dissipation system including the same.

현대 전자 장비의 기술 개발이 이루어짐에 따라 고집적 CPU, 고전력 전자장비의 사용이 빈번히 이루어지고 있다. 이러한 고성능 전자장비의 신뢰성과 서비스 수명을 보장하기 위해서는 열관리 기술이 필수적이다.As the technology of modern electronic equipment is developed, high-density CPU and high-power electronic equipment are frequently used. Thermal management technology is essential to ensure the reliability and service life of these high-performance electronic equipment.

특히, 열 계면 소재(TIM, Thermal Interface Material)는 열이 발생하는 부분에서 열을 효율적으로 전달 및 제거함으로써 전자장비가 고온에서 작동하는 것을 막아 장비의 수명 및 성능을 보장해준다.In particular, Thermal Interface Material (TIM) guarantees the life and performance of electronic equipment by preventing the operation of electronic equipment at high temperatures by efficiently transferring and removing heat from the heat-generating part.

그러나, 전자 장비의 기술 발전 속도에 비해 열관리 기술 개발의 발전 속도는 한참 못 미치는 실정이다. 현재 상용화된 열 계면 소재의 열전도성은 10 W/mK 정도로 낮은 수치를 가지고 있어, 효율적인 열 전달이 이루어지지 않는다.However, compared to the technological development of electronic equipment, the development speed of thermal management technology is far behind. The thermal conductivity of currently commercialized thermal interface materials is as low as 10 W/mK, so efficient heat transfer is not achieved.

대부분의 열 계면 소재는 고분자를 기반으로 열전도성 충전재를 충전하여 합성된다. 이는 고분자의 연성(softness)과 열전도성 충전재의 높은 열전도성 특성을 활용하기 위함이다.Most thermal interface materials are synthesized by filling a thermally conductive filler based on a polymer. This is to utilize the softness of the polymer and the high thermal conductivity of the thermally conductive filler.

그러나, 고분자 기반 열 계면 소재의 경우, 열전도성을 높이기 위해 충전재의 함량을 증가시키면 열 계면 소재의 기계적 강도 또한 함께 증가하게 된다. 이에 따라, 열 계면 소재가 연성을 잃게 되고, 효율적인 열 전달이 이루어지지 못하는 문제가 발생한다.However, in the case of a polymer-based thermal interface material, when the content of the filler is increased to increase thermal conductivity, the mechanical strength of the thermal interface material also increases. Accordingly, the thermal interface material loses ductility, and a problem occurs in which efficient heat transfer is not achieved.

대한민국 등록특허 제10-1752254호는 다차원 필러를 이용한 열 계면용 조성물 및 상기 열 계면용 조성물을 포함하는 전자 소자에 관한 것이나, 상기 특허에서는 열 계면 소재의 열전도성을 향상시키는 방법에 대해서만 언급하고 있고, 열 계면 소재의 기계적 강도를 낮추는 방법에 대해서는 언급하고 있지 않다.Korean Patent Registration No. 10-1752254 relates to a composition for a thermal interface using a multidimensional filler and an electronic device including the composition for a thermal interface, but the patent only mentions a method for improving the thermal conductivity of a thermal interface material. , it does not mention how to lower the mechanical strength of the thermal interface material.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열전도성을 가지는 중심 고분자층의 상부 및 하부에 표면 고분자층을 코팅하여 높은 열전도성 및 낮은 기계적 강도를 가지는 열 계면 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and to provide a thermal interface material having high thermal conductivity and low mechanical strength by coating a surface polymer layer on the upper and lower parts of the central polymer layer having thermal conductivity. do.

또한, 상기 열 계면 소재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the thermal interface material.

또한, 상기 열 계면 소재를 포함하는 방열 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a heat dissipation system including the thermal interface material.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the embodiments of the present application is not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 열전도성을 가지는 중심 고분자층; 및 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅된 표면 고분자층; 을 포함하는 열 계면 소재에 있어서, 상기 표면 고분자층이 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅되어 상기 열 계면 소재의 기계적 강도가 낮아지는 것인, 열 계면 소재를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application is a central polymer layer having thermal conductivity; And a surface polymer layer coated on top and bottom of the central polymer layer; In the thermal interface material comprising a, the surface polymer layer is coated on the upper and lower portions of the central polymer layer to provide a thermal interface material that lowers the mechanical strength of the thermal interface material.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중심 고분자층의 열전도성이 상기 표면 고분자층의 열전도성 보다 높은 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the thermal conductivity of the central polymer layer may be higher than the thermal conductivity of the surface polymer layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중심 고분자층 및 상기 표면 고분자층은 충전재를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the central polymer layer and the surface polymer layer may include a filler, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 충전재는 금속 플레이크(metal flake) 및/또는 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the filler may include metal flakes and/or carbon nanotubes coated with metal nanoparticles, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 플레이크 및 상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브의 상기 금속은 각각 독립적으로 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 스테인레스 스틸(SUS), 주석(Sn), 아연(Zn), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metals of the carbon nanotubes coated with the metal flakes and the metal nanoparticles are each independently silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), iron It may include a metal selected from the group consisting of (Fe), gold (Au), platinum (Pt), stainless steel (SUS), tin (Sn), zinc (Zn), and combinations thereof, but is limited thereto. it is not going to be

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 플레이크는 상기 열 계면 소재의 10 부피% 내지 40 부피%로 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal flake may be included in 10% by volume to 40% by volume of the thermal interface material, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 플레이크는 상기 표면 고분자층에 40 부피% 내지 70 부피%로 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal flake may be included in the surface polymer layer in an amount of 40% to 70% by volume, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브는 상기 열 계면 소재의 0.1 부피% 내지 1 부피% 로 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the carbon nanotubes coated with the metal nanoparticles may be included in 0.1% by volume to 1% by volume of the thermal interface material, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소 나노 튜브는 다중벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the carbon nanotubes may include multi-walled carbon nanotubes, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중심 고분자층은 소프트 에폭시, 에폭시, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리노르보넨, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리스타이렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the central polymer layer is soft epoxy, epoxy, polydimethylsiloxane, polyimide, polycarbonate, polyethylene naphthalate, polynorbornene, polyacrylate, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate, polyether It may include a polymer selected from the group consisting of sulfone, polystyrene, polypropylene, polyethylene, polyamide, polybutylene terephthalate, polymethyl methacrylate, and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 표면 고분자층은 폴리에틸렌초산비닐, 폴리우레탄, 에틸렌메틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트, 에틸렌아크릴산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the surface polymer layer may include a polymer selected from the group consisting of polyethylene vinyl acetate, polyurethane, ethylene methyl acrylate, ethylene ethyl acrylate, ethylene acrylic acid, and combinations thereof. , but is not limited thereto.

또한, 본원의 제 2 측면은, 충전재를 포함하는 중심 고분자층을 형성하는 단계; 상기 충전재가 분산된 고분자 용액을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 용액을 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅하여 표면 고분자층을 형성하는 단계; 를 포함하는, 열 계면 소재의 제조 방법을 제공한다.In addition, the second aspect of the present application, forming a central polymer layer containing a filler; preparing a polymer solution in which the filler is dispersed; and forming a surface polymer layer by coating the polymer solution on top and bottom of the central polymer layer. Including, it provides a method for manufacturing a thermal interface material.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 코팅은 스핀코팅 공정을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the coating may include a spin coating process, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 충전재는 금속 플레이크(metal flake) 및/또는 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the filler may include metal flakes and/or carbon nanotubes coated with metal nanoparticles, but is not limited thereto.

또한, 본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 열 계면 소재를 포함하는 방열 시스템을 제공한다.In addition, a third aspect of the present application provides a heat dissipation system including the thermal interface material according to the first aspect of the present application.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as intended to limit the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 열 계면 소재는 성능이 향상된 열 계면 소재를 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, the thermal interface material according to the present application can provide a thermal interface material with improved performance.

구체적으로, 본원에 따른 열 계면 소재는 높은 열전도성을 가지는 중심 고분자층의 상부 및 하부에 낮은 기계적 강도를 가지는 표면 고분자층을 코팅함으로써 높은 열전도성과 낮은 기계적 강도를 동시에 가지게 된다. 이로 인해, 효율적인 열 전달 성능을 가지는 패드 타입의 열 계면 소재를 제조할 수 있다.Specifically, the thermal interface material according to the present invention has high thermal conductivity and low mechanical strength at the same time by coating a surface polymer layer having low mechanical strength on the upper and lower portions of the central polymer layer having high thermal conductivity. Due to this, it is possible to manufacture a pad-type thermal interface material having efficient heat transfer performance.

일반적으로, 열 계면 소재에 이용되는 전도성 충전재는 금속이 주로 사용되는데, 금속은 기계적 강도(rigidity)가 높은 재료이다. 따라서, 종래 기술에 따른 열 계면 소재는 상기 전도성 충전재가 고함량으로 포함될 경우, 상기 열 계면 소재의 기계적 강도가 높아지므로, 간극을 채워주는 계면 소재로서의 활용도가 저하되는 문제가 발생하였다.In general, a metal is mainly used as a conductive filler used in a thermal interface material, and metal is a material having high mechanical strength. Therefore, the thermal interface material according to the prior art has a problem in that when the conductive filler is included in a high content, the mechanical strength of the thermal interface material increases, and thus the usability as an interface material for filling the gap is reduced.

그러나, 본원에 따른 열 계면 소재는 중심부에는 열전도성이 높은 열 계면 소재가 존재하고, 상기 열 계면 소재의 상부 및 하부에 기계적 강도가 낮은 고분자 기재를 코팅함으로써 열 계면 소재의 유연성을 유지할 수 있다.However, in the thermal interface material according to the present disclosure, a thermal interface material having high thermal conductivity exists in the center, and the flexibility of the thermal interface material can be maintained by coating the upper and lower portions of the thermal interface material with a polymer substrate having low mechanical strength.

이에 따라, 종래의 열 계면 소재에서 기계적 강도가 높아져 계면 소재로서의 활용도가 저하되는 문제를 해결할 수 있고, 계면 사이의 간극의 성질 또는 형태에 따른 제약이 적으므로 활용도가 우수하다.Accordingly, it is possible to solve the problem that the mechanical strength of the conventional thermal interface material is increased and the usability as an interface material is lowered, and the usability is excellent because there are few restrictions depending on the nature or shape of the gap between the interfaces.

또한, 표면 고분자층은 연성을 지니고 있으나, 접착성은 없기 때문에 탈부착이 용이하며 재사용이 가능하다.In addition, the surface polymer layer has ductility, but does not have adhesiveness, so it is easy to attach and detach and can be reused.

또한, 본원에 따른 열 계면 소재는 충전재로 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함함으로써, 전도성 충전재로 사용된 금속의 네트워크를 용이하게 형성하여 열전도성을 향상시킬 수 있다.In addition, the thermal interface material according to the present disclosure includes carbon nanotubes coated with metal nanoparticles as a filler, so that a network of metal used as a conductive filler can be easily formed to improve thermal conductivity.

또한, 상기 탄소 나노 튜브로서 다중벽 탄소 나노 튜브(MWCNT)를 사용할 수 있으며, 상기 다중벽 탄소 나노 튜브는 유연성을 가지므로 열 계면 소재의 유연성을 유지할 수 있다.In addition, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) may be used as the carbon nanotubes, and since the multi-walled carbon nanotubes have flexibility, the flexibility of the thermal interface material may be maintained.

또한, 상기 다중벽 탄소 나노 튜브는 안정성이 높은 재료이므로, 제조 및 보관 시 취급이 용이하고 제조된 열 계면 소재 내부에서도 안정하게 존재할 수 있다.In addition, since the multi-walled carbon nanotube is a material with high stability, it is easy to handle during manufacture and storage and can stably exist inside the manufactured thermal interface material.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the effects described above, and other effects may exist.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 열 계면 소재의 단면도이다.
도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 열 계면 소재의 중심 고분자층의 이미지이다.
도 3 은 본원의 일 실시예에 따른 열 계면 소재의 충전재가 분산되어 있는 표면 고분자층 용액의 이미지이다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 열 계면 소재의 단면의 SEM 이미지이다.
도 5 는 본원의 일 실험예에 따른 열 계면 소재의 표면 고분자층의 충전재 함유량에 따른 열 저항 그래프이다.
도 6 은 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 열 계면 소재의 표면 고분자층 형성 전/후의 열전도성 및 기계적 강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a thermal interface material according to an embodiment of the present disclosure.
2 is an image of a central polymer layer of a thermal interface material according to an embodiment of the present application.
3 is an image of a surface polymer layer solution in which a filler of a thermal interface material is dispersed according to an embodiment of the present application.
4 is a SEM image of a cross section of a thermal interface material according to an embodiment of the present disclosure.
5 is a thermal resistance graph according to the filler content of the surface polymer layer of the thermal interface material according to an experimental example of the present application.
Figure 6 is a graph showing the results of measuring the thermal conductivity and mechanical strength before / after forming the surface polymer layer of the thermal interface material according to one embodiment and a comparative example of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice with reference to the accompanying drawings. However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly describe the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element in between. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the present specification, when a member is referred to as being “on,” “above,” “on top of,” “below,” “below,” or “below” another member, this means that a member is located in relation to another member. This includes not only the case of contact but also the case of another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used at or approximating that number when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and are intended to assist in the understanding of this disclosure. Accurate or absolute figures are used to prevent undue exploitation by unscrupulous infringers of the stated disclosure. In addition, throughout the present specification, “steps of” or “steps of” do not mean “steps for”.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout the present specification, the term "combination thereof" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It means including one or more selected from the group consisting of.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, reference to "A and/or B" means "A, B, or A and B".

이하, 본원의 열 계면 소재, 상기 열 계면 소재의 제조 방법 및 상기 열 계면 소재를 포함하는 방열 시스템 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a thermal interface material of the present application, a manufacturing method of the thermal interface material, and a heat dissipation system including the thermal interface material will be described in detail with reference to embodiments and examples and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 열전도성을 가지는 중심 고분자층; 및 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅된 표면 고분자층; 을 포함하는 열 계면 소재에 있어서, 상기 표면 고분자층이 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅되어 상기 열 계면 소재의 기계적 강도가 낮아지는 것인, 열 계면 소재를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application is a central polymer layer having thermal conductivity; And a surface polymer layer coated on top and bottom of the central polymer layer; In the thermal interface material comprising a, the surface polymer layer is coated on the upper and lower portions of the central polymer layer to provide a thermal interface material that lowers the mechanical strength of the thermal interface material.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 열 계면 소재의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a thermal interface material according to an embodiment of the present disclosure.

본원에 따른 열 계면 소재는 성능이 향상된 열 계면 소재를 제공할 수 있다.The thermal interface material according to the present disclosure may provide a thermal interface material with improved performance.

구체적으로, 본원에 따른 열 계면 소재는 높은 열전도성을 가지는 중심 고분자층(100)의 상부 및 하부에 낮은 기계적 강도를 가지는 표면 고분자층(200)을 코팅함으로써 높은 열전도성과 낮은 기계적 강도를 동시에 가지게 된다. 이로 인해, 효율적인 열 전달 성능을 가지는 패드 타입의 열 계면 소재를 제공할 수 있다.Specifically, the thermal interface material according to the present invention has high thermal conductivity and low mechanical strength at the same time by coating the surface polymer layer 200 having low mechanical strength on the upper and lower parts of the central polymer layer 100 having high thermal conductivity. . Accordingly, it is possible to provide a pad-type thermal interface material having efficient heat transfer performance.

또한, 종래의 열 계면 소재에서 기계적 강도가 높아져 계면 소재로서의 활용도가 저하되는 것과는 달리, 본원에 따른 열 계면 소재는 표면에 기계적 강도가 낮은 고분자층(200)이 코팅되어 계면 사이의 간극의 성질 또는 형태에 따른 제약이 적어 활용도가 우수하다.In addition, unlike conventional thermal interface materials in which the mechanical strength is increased and the usability as an interface material is lowered, the thermal interface material according to the present application is coated with a polymer layer 200 having low mechanical strength on the surface, so that the properties of the gap between the interfaces or It is highly usable because there are few restrictions on its shape.

또한, 상기 표면 고분자층(200)은 연성을 지니고 있으나, 접착성은 없기 때문에 탈부착이 용이하며 재사용이 가능하다.In addition, the surface polymer layer 200 has ductility, but does not have adhesiveness, so it is easy to attach and detach and can be reused.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중심 고분자층(100)의 열전도성이 상기 표면 고분자층(200)의 열전도성 보다 높은 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the thermal conductivity of the central polymer layer 100 may be higher than the thermal conductivity of the surface polymer layer 200, but is not limited thereto.

본원에 따른 열 계면 소재는 열전도성이 높은 중심 고분자층(100)의 상부 및 하부에, 열전도성은 중심 고분자층(100)보다 낮지만, 기계적 강도가 낮은 특성을 가진 표면 고분자층(200)을 포함하므로, 높은 열전도성을 가지는 것과 동시에 낮은 기계적 강도를 가질 수 있다. 따라서, 효율적인 열 전달이 가능한 열 계면 소재를 제공할 수 있다.The thermal interface material according to the present application includes a surface polymer layer 200 having lower thermal conductivity than the central polymer layer 100 but low mechanical strength on the upper and lower portions of the central polymer layer 100 having high thermal conductivity. Therefore, it can have high thermal conductivity and low mechanical strength at the same time. Therefore, it is possible to provide a thermal interface material capable of efficient heat transfer.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중심 고분자층(100)은 소프트 에폭시, 에폭시, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리노르보넨, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리스타이렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the central polymer layer 100 is soft epoxy, epoxy, polydimethylsiloxane, polyimide, polycarbonate, polyethylene naphthalate, polynorbornene, polyacrylate, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate It may include a polymer selected from the group consisting of polyethersulfone, polystyrene, polypropylene, polyethylene, polyamide, polybutylene terephthalate, polymethyl methacrylate, and combinations thereof, but is limited thereto no.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 표면 고분자층(200)은 폴리에틸렌초산비닐, 폴리우레탄, 에틸렌메틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트, 에틸렌아크릴산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the surface polymer layer 200 comprises a polymer selected from the group consisting of polyethylene vinyl acetate, polyurethane, ethylene methyl acrylate, ethylene ethyl acrylate, ethylene acrylic acid and combinations thereof It may be, but is not limited thereto.

상기 표면 고분자층(200)은 연성을 지니고 있으나, 접착성은 없기 때문에 탈부착이 용이하며 재사용이 가능하다.The surface polymer layer 200 has ductility, but does not have adhesiveness, so it is easy to attach and detach and can be reused.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중심 고분자층(100) 및 상기 표면 고분자층(200)은 충전재를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the central polymer layer 100 and the surface polymer layer 200 may include a filler, but are not limited thereto.

일반적으로, 열 계면 소재는 고분자 기재와 열전도성 충전재를 충전하여 합성된다. 그러나 상기 열전도성 충전재의 함량이 높아질수록 열 전도성은 증가하지만, 열 계면 소재의 기계적 강도 또한 높아지기 때문에, 효율적인 열 전달을 할 수 없다는 문제점이 발생한다.In general, a thermal interface material is synthesized by filling a polymer substrate and a thermally conductive filler. However, since the thermal conductivity increases as the content of the thermally conductive filler increases, but the mechanical strength of the thermal interface material also increases, there is a problem in that efficient heat transfer cannot be performed.

그러나 본원에 따른 열 계면 소재는, 상기 중심 고분자층(100)은 높은 열전도성을 가지는 열 계면 소재가 존재하고, 상기 중심 고분자층(100)의 상부 및 하부에는 낮은 기계적 강도를 가지는 표면 고분자층(200)을 코팅하기 때문에, 충전재의 함량이 높아져도 기계적 강도를 낮게 유지시킬 수 있다.However, in the thermal interface material according to the present application, the central polymer layer 100 has a thermal interface material having high thermal conductivity, and the upper and lower parts of the central polymer layer 100 have surface polymer layers having low mechanical strength ( 200), it is possible to keep the mechanical strength low even when the content of the filler is increased.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 충전재는 금속 플레이크(metal flake) 및/또는 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the filler may include metal flakes and/or carbon nanotubes coated with metal nanoparticles, but is not limited thereto.

종래의 열 계면 소재에서 상기 금속 플레이크의 함량이 높아질수록 열 계면 소재의 열전도성이 높아질 수 있고, 기계적 강도 또한 증가될 수 있다. 그러나, 본원에 따른 열 계면 소재는 기계적 강도가 낮은 표면 고분자층(200)을 중심 고분자층(100)의 상부 및 하부에 코팅함으로써 기계적 강도를 낮게 유지시킬 수 있다.In a conventional thermal interface material, as the content of the metal flake increases, thermal conductivity of the thermal interface material may increase and mechanical strength may also increase. However, the thermal interface material according to the present application can maintain low mechanical strength by coating the surface polymer layer 200 having low mechanical strength on the upper and lower portions of the central polymer layer 100.

상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함함으로써, 전도성 충전재로 사용된 금속 나노 입자들 사이의 열전도 네트워크를 용이하게 형성하여 본원에 따른 열 계면 소재의 열 전도성을 향상시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.By including the carbon nanotubes coated with the metal nanoparticles, it is possible to easily form a thermal conduction network between the metal nanoparticles used as conductive fillers to improve the thermal conductivity of the thermal interface material according to the present invention, but are limited thereto. It is not.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 플레이크 및 상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소나노튜브의 상기 금속은 각각 독립적으로 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 스테인레스 스틸(SUS), 주석(Sn), 아연(Zn), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metals of the carbon nanotubes coated with the metal flakes and the metal nanoparticles are each independently silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), iron It may include a metal selected from the group consisting of (Fe), gold (Au), platinum (Pt), stainless steel (SUS), tin (Sn), zinc (Zn), and combinations thereof, but is limited thereto. it is not going to be

예를 들면, 상기 금속은 은(Ag)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the metal may be silver (Ag), but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 플레이크는 상기 열 계면 소재의 10 부피% 내지 40 부피%로 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal flake may be included in 10% by volume to 40% by volume of the thermal interface material, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 플레이크는 상기 표면 고분자층에 40 부피% 내지 70 부피%로 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal flake may be included in the surface polymer layer in an amount of 40% to 70% by volume, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브는 상기 열 계면 소재의 0.1 부피% 내지 1 부피% 로 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the carbon nanotubes coated with the metal nanoparticles may be included in 0.1% by volume to 1% by volume of the thermal interface material, but are not limited thereto.

본원에 따른 열 계면 소재는, 일정 부피비 범위 내에서 상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브의 부피비가 증가함에 따라 열전도성이 향상되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The thermal interface material according to the present disclosure may have improved thermal conductivity as the volume ratio of the carbon nanotubes coated with the metal nanoparticles increases within a certain volume ratio range, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소 나노 튜브는 다중벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the carbon nanotubes may include multi-walled carbon nanotubes, but are not limited thereto.

상기 다중벽 탄소 나노 튜브는 유연성을 가지므로 본원에 따른 열 계면 소재의 유연성을 유지할 수 있다. 또한, 상기 다중벽 탄소 나노 튜브는 은나노와이어 등에 비하여 안정성이 높은 재료이므로, 제조 및 보관 시 취급이 용이하고 제조된 열 계면 소재 내부에서도 안정하게 존재할 수 있다. Since the multi-walled carbon nanotubes have flexibility, the flexibility of the thermal interface material according to the present disclosure may be maintained. In addition, since the multi-walled carbon nanotubes are materials with higher stability than silver nanowires, etc., they are easy to handle during manufacturing and storage, and can stably exist inside the manufactured thermal interface material.

상기 탄소 나노 튜브는 제조하거나 시판되는 것을 구매하여 사용할 수 있다. 상기 다중벽 탄소 나노 튜브는 단일벽 탄소 나노 튜브에 비하여 제조 공정이 단순하고, 제조 단가가 낮으며, 구매하여 사용할 경우에는 저렴한 가격에 구매할 수 있다. The carbon nanotubes may be manufactured or purchased commercially. Compared to single-walled carbon nanotubes, the multi-walled carbon nanotubes have a simpler manufacturing process, lower manufacturing cost, and can be purchased at a lower price when purchased and used.

또한, 본원의 제 2 측면은, 충전재를 포함하는 중심 고분자층을 형성하는 단계; 상기 충전재가 분산된 고분자 용액을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 용액을 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅하여 표면 고분자층을 형성하는 단계; 를 포함하는, 열 계면 소재의 제조 방법을 제공한다.In addition, the second aspect of the present application, forming a central polymer layer containing a filler; Preparing a polymer solution in which the filler is dispersed; and forming a surface polymer layer by coating the polymer solution on top and bottom of the central polymer layer. Including, it provides a method for manufacturing a thermal interface material.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 코팅은 스핀코팅 공정을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the coating may include a spin coating process, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 충전재는 금속 플레이크(metal flake) 및/또는 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the filler may include metal flakes and/or carbon nanotubes coated with metal nanoparticles, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면에 따른 열 계면 소재의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the manufacturing method of the thermal interface material according to the second aspect of the present application, a detailed description of parts overlapping with the first aspect of the present application has been omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application The same can be applied to the second aspect.

또한, 본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 열 계면 소재를 포함하는 방열 시스템을 제공한다.In addition, a third aspect of the present application provides a heat dissipation system including the thermal interface material according to the first aspect of the present application.

본원에 따른 방열 시스템은 상기 열 계면 소재가 발열부 및 방열판 계면 사이의 간극을 채워주어, 발열부에서 발생한 열을 방열판으로 효과적으로 전달할 수 있게 한다.In the heat dissipation system according to the present disclosure, the thermal interface material fills a gap between the heating part and the heat sink interface, so that heat generated from the heating part can be effectively transferred to the heat sink.

또한, 상기 열 계면 소재는 유연하므로 상기 발열부 및 방열판 계면의 성질 또는 형태에 따른 제약이 적다. 이에 따라, 상기 시스템에 있어서 활용도가 우수하다.In addition, since the thermal interface material is flexible, there are few restrictions depending on the nature or shape of the interface between the heating part and the heat sink. Accordingly, utilization is excellent in the system.

본원의 제 3 측면에 따른 방열 시스템에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the heat dissipation system according to the third aspect of the present application, detailed descriptions of portions overlapping with those of the first aspect of the present application have been omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application are in the third aspect of the present application. The same can be applied.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as intended to limit the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.

[실시예 1: 중심 고분자층 합성][Example 1: Central polymer layer synthesis]

소프트 에폭시(Soft epoxy) 0.852 g에 경화제로 헥사하이드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드(hexahydro-4-methylphthalic anhydride) 0.691 g과 촉매제로 2-에틸-4-메틸-1-이미다졸-1-프로판나이트릴 (2-ethyl-4-methyl-1H-imidazole-1-propanenitrile) 0.034g을 첨가하여 섞었다. 이후, 은 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브 0.03679 g과 은 플레이크(Ag flake) 9.3111 g을 차례대로 섞었다.0.852 g Soft epoxy, 0.691 g hexahydro-4-methylphthalic anhydride as hardener and 2-ethyl-4-methyl-1-imidazole-1- as catalyst 0.034 g of propanenitrile (2-ethyl-4-methyl-1H-imidazole-1-propanenitrile) was added and mixed. Then, 0.03679 g of silver nanoparticle-coated carbon nanotubes and 9.3111 g of silver flakes were sequentially mixed.

이를 1일간 진공 데시케이터에 보관하여 탈포 과정을 진행하고, 4일간 고습 조건에 보관하여 가습을 진행했다. 마지막으로, 5일간 탈포 및 가습을 진행한 복합체를 방전 플라즈마 소결(Spark plasma sintering)을 180 °C에서 20분간 수행하여 두께 0.5 내지 0.7 mm의 디스크 형태의 열 계면 소재의 중심 고분자층을 합성했다.This was stored in a vacuum desiccator for 1 day to perform a degassing process, and stored in high humidity conditions for 4 days to humidify. Finally, the degassed and humidified composite for 5 days was subjected to spark plasma sintering at 180 °C for 20 minutes to synthesize a central polymer layer of a disc-shaped thermal interface material with a thickness of 0.5 to 0.7 mm.

상기 중심 고분자층은 100 W/mK 이하의 높은 열 전도성을 가지고 있다.The central polymer layer has a high thermal conductivity of 100 W/mK or less.

도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 소프트 에폭시 기반 열 계면 소재(SE TIM)의 광학 이미지이다.2 is an optical image of a soft epoxy-based thermal interface material (SE TIM) according to an embodiment of the present disclosure.

[실시예 2: 표면 고분자층 용액의 합성] [Example 2: Synthesis of Surface Polymer Layer Solution]

폴리에틸렌 초산비닐(Poly ethylene co vinyl acetate, PEVA) 0.7 g을 테르라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 7 g을 이용하여 녹였다. 이후, 은 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브 0.02927 g과 은 플레이크(Ag flake) 10.4817 g을 첨가하였고, 공자전기를 이용하여 20분간 섞어주고, 5분간 탈포 과정을 진행하여 상기 은 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브 및 상기 은 플레이크가 균일하게 분산된 PEVA용액을 제작하였다.0.7 g of polyethylene co vinyl acetate (PEVA) was dissolved using 7 g of tetrahydrofuran. After that, 0.02927 g of silver nanoparticle-coated carbon nanotubes and 10.4817 g of silver flakes were added, and mixed for 20 minutes using electron magnetism, and a defoaming process was performed for 5 minutes to obtain the silver nanoparticles-coated silver nanotubes. A PEVA solution in which the carbon nanotubes and the silver flakes were uniformly dispersed was prepared.

도3 은 본원의 일 실시예에 따른 은 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브 및 은 플레이크가 균일하게 분산된 용액의 광학 이미지이다.3 is an optical image of a solution in which silver flakes and carbon nanotubes coated with silver nanoparticles are uniformly dispersed according to an embodiment of the present disclosure.

[실시예 3: 열 계면 소재의 제조][Example 3: Preparation of thermal interface material]

상기 실시예 1 에서 제작된 100 W/mK 이하의 고열전도성을 가지는 중심 고분자층(소프트 에폭시 기반 열 계면 소재, SE TIM)을 스핀 코터(spin coater)에 놓고, 상기 중심 고분자층의 표면에 상기 실시예 2 에서 제작된 상기 은 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브 및 상기 은 플레이크가 균일하게 분산된 PEVA 용액을 도포 후 스핀 코팅(spin coating)을 진행하였다.The central polymer layer (soft epoxy-based thermal interface material, SE TIM) having high thermal conductivity of 100 W/mK or less prepared in Example 1 was placed on a spin coater, and the above-described embodiment was applied to the surface of the central polymer layer. After coating the carbon nanotubes coated with the silver nanoparticles prepared in Example 2 and the PEVA solution in which the silver flakes were uniformly dispersed, spin coating was performed.

이때, 상기 표면 고분자층이 두께 20 내지 40μm로 코팅될 수 있도록 2000 rpm으로 스핀 코팅을 수행 했다.At this time, spin coating was performed at 2000 rpm so that the surface polymer layer could be coated with a thickness of 20 to 40 μm.

한쪽 면의 코팅을 완료한 후, 반대쪽 면도 상기 과정과 동일하게 코팅을 진행하였고, 하루 동안 건조 과정을 거쳐서 표면 고분자층을 형성했다.After completing the coating on one side, the opposite side was coated in the same manner as above, and a surface polymer layer was formed through a drying process for one day.

도4 는 본원의 일 실시예에 따른 열 계면 소재의 단면 SEM 이미지이다. 중심 고분자 층(소프트 에폭시 기반 열 계면 소재, SE TIM)을 중심으로 하여, 상기 중심 고분자 층의 상부 및 하부에 표면 고분자층(폴리에틸렌 초산비닐 용액, PEVA 용액)이 코팅되어 있는 것을 명확하게 확인할 수 있다.4 is a cross-sectional SEM image of a thermal interface material according to an embodiment of the present application. It can be clearly seen that the surface polymer layer (polyethylene vinyl acetate solution, PEVA solution) is coated on the upper and lower parts of the central polymer layer (soft epoxy-based thermal interface material, SE TIM) as the center. .

상기 중심 고분자층은 약 500μm의 두께를 가지며, 상기 표면 고분자층은 약 40μm의 두께를 가진다.The central polymer layer has a thickness of about 500 μm, and the surface polymer layer has a thickness of about 40 μm.

[실험예 1] [Experimental Example 1]

도 5 는 본원의 일 실험예에 따른, 표면 고분자층 용액(PEVA 용액)의 충전재 함유량에 따른 열 저항을 측정한 결과이다. 5 is a result of measuring thermal resistance according to a filler content of a surface polymer layer solution (PEVA solution) according to an experimental example of the present application.

중심 고분자층(SE TIM)의 충전재 함유량은 34 부피%로 고정하여 실험을 진행하였다.The experiment was conducted with the filler content of the central polymer layer (SE TIM) fixed at 34 vol%.

도 5 를 참조하면, 표면 고분자층을 형성하기 위해 코팅에 사용된 은 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브 및 상기 은 플레이크가 균일하게 분산된 PEVA 용액의 충전재 함유량을 42 부피% 내지 62 부피%로 하여 열 저항을 측정하였고, 그 결과 58 부피% 조건에서 가장 낮은 열 저항 값을 갖는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 5, the filler content of the carbon nanotubes coated with silver nanoparticles used for coating to form the surface polymer layer and the PEVA solution in which the silver flakes are uniformly dispersed is 42% to 62% by volume, Thermal resistance was measured, and as a result, it was confirmed that it had the lowest thermal resistance value at 58% by volume.

[실험예 2] [Experimental Example 2]

도 6 은 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 열 계면 소재의 표면 고분자층 형성 전/후의 열전도성 및 기계적 강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the results of measuring the thermal conductivity and mechanical strength before / after forming the surface polymer layer of the thermal interface material according to one embodiment and a comparative example of the present application.

도 6 을 참조하면, 코팅 전(Before coating) 그래프는 중심 고분자층(소프트 에폭시 기반 열 계면 소재, SE TIM)만 존재할 때의 열전도성 및 기계적 강도를 측정한 그래프이다. 상기 중심 고분자층(SE TIM)에는 은 플레이크(Ag flake) 33.5 부피% 및 은 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브 0.5 부피%가 함유되어 있다.Referring to FIG. 6, a before coating graph is a graph measuring thermal conductivity and mechanical strength when only a central polymer layer (soft epoxy-based thermal interface material, SE TIM) is present. The central polymer layer (SE TIM) contains 33.5% by volume of silver flakes and 0.5% by volume of carbon nanotubes coated with silver nanoparticles.

상기 중심 고분자층(SE TIM)은 약 100 W/mK의 높은 열전도성을 보유하고 있는 것으로 확인되었으나, 30 GPa라는 높은 기계적 강도를 가지고 있어서 열 계면 소재로써의 사용이 부적합하다.The central polymer layer (SE TIM) has been confirmed to have high thermal conductivity of about 100 W/mK, but has a high mechanical strength of 30 GPa, making it unsuitable for use as a thermal interface material.

본원에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해서 낮은 기계적 강도를 가지는 소재인 폴리에틸렌초산비닐(PEVA)을 표면에 코팅하였다.In the present application, polyethylene vinyl acetate (PEVA), a material having low mechanical strength, was coated on the surface in order to improve these problems.

도 6 을 참조하면, 코팅 후(After coating) 그래프에서 측정된 열전도성은 약 80 W/mK로 코팅 전과 비교하여 약 20 W/mK가 감소하였지만, 기계적 강도인 탄성 계수(Elastic modulus)가 약 1 GPa로 약 29 GPa가 감소한 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 6, the thermal conductivity measured in the graph after coating was about 80 W/mK, which was reduced by about 20 W/mK compared to before coating, but the elastic modulus, which is mechanical strength, was about 1 GPa. It was confirmed that about 29 GPa decreased.

상기 코팅을 통해서 높은 열전도성 및 낮은 기계적 강도를 가지는 월등한 성능을 낼 수 있는 열 계면 소재를 제조할 수 있었다.Through the coating, it was possible to manufacture a thermal interface material capable of producing excellent performance with high thermal conductivity and low mechanical strength.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present application.

100 : 중심 고분자층
200 : 표면 고분자층100: central polymer layer
200: surface polymer layer

Claims (15)

열전도성을 가지는 중심 고분자층; 및
상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅된 표면 고분자층;
을 포함하는 열 계면 소재에 있어서,
상기 중심 고분자층의 열전도성 및 기계적 강도가 상기 표면 고분자층의 열전도성 및 기계적 강도보다 높은 것이고,
상기 표면 고분자층이 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅되어 상기 열 계면 소재의 기계적 강도가 낮아지는 것이며,
상기 중심 고분자층 및 상기 표면 고분자층은 충전재를 포함하는 것이고,
상기 충전재는 금속 플레이크(metal flake) 및/또는 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것이고,
상기 금속 플레이크는 상기 중심 고분자층에 10 부피% 내지 40 부피%로 포함되는 것이고,
상기 금속 플레이크는 상기 표면 고분자층에 40 부피% 내지 70 부피%로 포함되는 것이고,
상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브는 상기 열 계면 소재의 0.1 부피% 내지 1 부피% 로 포함되는 것인,
열 계면 소재.
A central polymer layer having thermal conductivity; and
Surface polymer layers coated on top and bottom of the central polymer layer;
In the thermal interface material comprising a,
The thermal conductivity and mechanical strength of the central polymer layer are higher than the thermal conductivity and mechanical strength of the surface polymer layer,
The surface polymer layer is coated on top and bottom of the central polymer layer to lower the mechanical strength of the thermal interface material,
The central polymer layer and the surface polymer layer include a filler,
The filler includes carbon nanotubes coated with metal flakes and/or metal nanoparticles,
The metal flake is contained in 10% by volume to 40% by volume in the central polymer layer,
The metal flake is contained in 40% by volume to 70% by volume in the surface polymer layer,
The carbon nanotubes coated with the metal nanoparticles are contained in 0.1% to 1% by volume of the thermal interface material,
thermal interface material.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 금속 플레이크 및 상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브의 상기 금속은 각각 독립적으로 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 스테인레스 스틸(SUS), 주석(Sn), 아연(Zn), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 열 계면 소재.
According to claim 1,
The metals of the carbon nanotubes coated with the metal flakes and the metal nanoparticles are each independently silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), iron (Fe), gold (Au) , Platinum (Pt), stainless steel (SUS), tin (Sn), zinc (Zn), and a thermal interface material comprising a metal selected from the group consisting of combinations thereof.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 탄소 나노 튜브는 다중벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 것인, 열 계면 소재.
According to claim 1,
The carbon nanotube is a thermal interface material comprising a multi-walled carbon nanotube.
 제 1 항에 있어서,
상기 중심 고분자층은 소프트 에폭시, 에폭시, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리노르보넨, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리스타이렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자를 포함하는 것인, 열 계면 소재.
According to claim 1,
The central polymer layer is soft epoxy, epoxy, polydimethylsiloxane, polyimide, polycarbonate, polyethylene naphthalate, polynorbornene, polyacrylate, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate, polyethersulfone, polystyrene, polypropylene, polyethylene , A thermal interface material comprising a polymer selected from the group consisting of polyamide, polybutylene terephthalate, polymethyl methacrylate, and combinations thereof.
 제 1 항에 있어서,
상기 표면 고분자층은 폴리에틸렌초산비닐, 폴리우레탄, 에틸렌메틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트, 에틸렌아크릴산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하는 것인, 열 계면 소재.
According to claim 1,
The surface polymer layer is a thermal interface material comprising a polymer selected from the group consisting of polyethylene vinyl acetate, polyurethane, ethylene methyl acrylate, ethylene ethyl acrylate, ethylene acrylic acid, and combinations thereof.
 충전재를 포함하는 중심 고분자층을 형성하는 단계;
상기 충전재가 분산된 고분자 용액을 제조하는 단계; 및
상기 고분자 용액을 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅하여 표면 고분자층을 형성하는 단계;
를 포함하는,
제 1 항에 따른 열 계면 소재의 제조 방법에 있어서,
상기 중심 고분자층의 열전도성 및 기계적 강도가 상기 표면 고분자층의 열전도성 및 기계적 강도 보다 높은 것이고,
상기 표면 고분자층이 상기 중심 고분자층의 상부 및 하부에 코팅되어 상기 열 계면 소재의 기계적 강도가 낮아지는 것이며,
상기 충전재는 금속 플레이크(metal flake) 및/또는 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것이고,
상기 금속 플레이크는 상기 중심 고분자층에 10 부피% 내지 40 부피%로 포함되는 것이고,
상기 금속 플레이크는 상기 표면 고분자층에 40 부피% 내지 70 부피%로 포함되는 것이고,
상기 금속 나노 입자가 코팅된 탄소 나노 튜브는 상기 열 계면 소재의 0.1 부피% 내지 1 부피% 로 포함되는 것인,
제 1 항에 따른 열 계면 소재의 제조 방법.
Forming a central polymer layer including a filler;
preparing a polymer solution in which the filler is dispersed; and
forming a surface polymer layer by coating the polymer solution on top and bottom of the central polymer layer;
including,
In the manufacturing method of the thermal interface material according to claim 1,
The thermal conductivity and mechanical strength of the central polymer layer are higher than the thermal conductivity and mechanical strength of the surface polymer layer,
The surface polymer layer is coated on top and bottom of the central polymer layer to lower the mechanical strength of the thermal interface material,
The filler includes carbon nanotubes coated with metal flakes and/or metal nanoparticles,
The metal flake is contained in 10% by volume to 40% by volume in the central polymer layer,
The metal flake is contained in 40% by volume to 70% by volume in the surface polymer layer,
The carbon nanotubes coated with the metal nanoparticles are contained in 0.1% to 1% by volume of the thermal interface material,
A method of manufacturing the thermal interface material according to claim 1.
 제 12 항에 있어서,
상기 코팅은 스핀코팅 공정을 포함하는 것인, 제 1 항에 따른 열 계면 소재의 제조 방법.
According to claim 12,
The method of manufacturing a thermal interface material according to claim 1, wherein the coating comprises a spin coating process.
 삭제delete 제 1 항, 제 5 항, 및 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 열 계면 소재를 포함하는,
방열 시스템.
Comprising the thermal interface material according to any one of claims 1, 5, and 9 to 11,
heat dissipation system.
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