KR20120073792A

KR20120073792A - 방열 시트

Info

Publication number: KR20120073792A
Application number: KR1020100135662A
Authority: KR
Inventors: 정재철; 강한준; 이성호; 김진호; 이은구
Original assignee: 율촌화학 주식회사
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-05
Also published as: KR101181573B1

Abstract

본 발명은 전자제품 등에 방열(放熱)을 목적으로 사용하는 방열 시트에 관한 것이다.　 본 발명은 금속층; 방열 기재층; 및 방열 코팅층을 포함하고, 상기 방열 기재층은 금속층보다 열전도도가 높은 방열 시트를 제공한다.　 본 발명에 따르면, 방열성을 위한 베이스 기재로서 열전도도가 다른 2개의 복합 기재층, 구체적으로 금속층과, 상기 금속층보다 열전도도가 높은 방열 기재층을 포함하여, 종래의 그라파이트 시트와 대비하여 동등 이상의 우수한 방열성을 갖는다.　 또한, 종래의 그라파이트 시트의 단점인 층간 박리 현상이 없고, 저렴한 가격으로 보급될 수 있다.

Description

방열 시트 {HEAT RADIATING SHEET}

본 발명은 전자제품 등에 방열(放熱)을 목적으로 사용하는 방열 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전도도가 다른 2개의 복합 기재층을 포함하여, 우수한 방열성을 가지는 방열 시트에 관한 것이다.

근래, 노트북이나 휴대전화 등의 각종 전자제품은 고성능화와 소형화가 현저한 속도로 진행되고 있다.　 전자제품의 고성능화ㆍ소형화에 수반하여, 그 내부에 내장된 전자 부품은 대용량화ㆍ고집적화가 진행되고 있으며, 이에 의해 전자제품에서는 많은 열이 발생하고 있다.　 발생한 열은 제품의 수명을 단축하거나 고장, 오동작을 유발하며, 심한 경우에는 폭발이나 화재의 원인이 되기도 한다.　 특히, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), LCD 모니터 등에서는 선명도, 색상도 등을 떨어뜨려 제품에 대한 신뢰성과 안정성을 저하시키고 있다.　 따라서 제품 내부에서 발생한 열은 외부로 방출되거나 자체 냉각되어야 한다.

종래, 전자제품 등의 열 냉각 방법으로는 히트 싱크(heat sink)나 방열 팬(fan)을 설치하는 방법이 사용되었다.　 그러나 히트 싱크의 경우에는 전자제품에서 발생하는 열량보다 히트 싱크가 방출할 수 있는 열량이 작아 방열 효율이 매우 낮다.　 또한, 방열 팬의 경우에는 소음과 진동을 발생하며, 무엇보다 PDP, 노트북 컴퓨터, 휴대용 개인단말기 등과 같이 경량화와 슬림(slim)화가 요구되고 있는 제품에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.　

이에 따라, 경량화와 슬림화가 요구되는 전자제품 등에는 시트(sheet) 상의 방열 시트를 사용하는 것이 보편적이다.　 특히 방열성을 위한 베이스 기재로서 그라파이트 시트(graphite sheet)를 주로 사용하고 있다.　 그라파이트 시트는 경량이고 슬림하면서도, 무엇보다 열전도도가 구리(Cu) 이상으로 매우 높아, 전자 회로를 구성하는 기판과 기판 사이, 플라즈마 텔레비전 등을 구성하는 PDP 등에 유용하게 사용되고 있다.

그러나 그라파이트 시트는 고분자 필름(film)을 열분해하여 제조된 것으로서, 이는 단결정에 가까워 파열 강도 및 인장 강도 등이 낮다.　 이에 따라, 그라파이트 시트는, 제품에 조립 시 발열 부품 간에 끼워 넣고 가압하면 쉽게 부서지거나 훼손되는 등의 취급상의 문제점이 있다.　 또한 점(접)착제를 이용하여 발열 부품에 부착하는 경우, 점(접)착 계면에서 탄소 결정의 이탈로 쉽게 벗겨지는 문제점이 있다.　 최근, 이러한 그라파이트 시트의 결점을 보완하기 위해 보호필름을 적층하는 기술이 시도되었다.　 이를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.　

도 1은 종래 기술에 따른 방열 시트를 보인 단면도이다.　 도 1을 참조하면, 종래 그라파이트 시트의 강도를 보강하기 위해 그라파이트 시트층(1)의 양면에 보호필름층(2)을 합지하는 기술이 제시되었다.　 보호필름층(2)은 주로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름이 사용되고 있다.　 이러한 적층 구조의 방열 시트는, 예를 들어 대한민국 공개특허 제10-2008-0037983호에 제시되어 있다.　 도 1에서, 도면부호 3은 점착제층이고, 도면부호 4는 이형 필름층이다.　 보호필름층(2)은 그라파이트 시트층(1)을 보호하고 강도를 보강하여, 부서짐이나 훼손되는 등의 취급상의 결점을 개선할 수 있다.　

그러나 도 1에 보인 바와 같은 방열 시트는 보호필름층(2)으로 인하여 열전도성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.　 이를 개선하기 위해, 일본공개특허 2002-50725호에서는 그라파이트 시트의 표면에 폴리 파라 크실렌(poly palladium xylene) 막을 증착한 방열 시트를 제시하였다.　 폴리 파라 크실렌 막은 증착에 의해 형성되어 막 두께가 낮아 열전도성의 저하를 어느 정도 방지할 수 있다.

그러나 상기 선행 특허문헌들을 포함하여, 그라파이트 시트를 이용한 종래의 방열 시트는 층간 분리가 발생하는 문제점이 있다.　 그라파이트는 카본이 층 구조를 이룬 것으로서, 각 층의 수평 방향(즉, 도 1에서 x방향)의 분자들은 공유결합에 의해 견고하게 결합되어 있지만, 수직 방향(두께 방향, 즉 도 1에서 y방향)은 분자간력에 의한 약한 결합이기 때문에, 층간 분리가 쉽게 발생하는 문제가 있다.　

또한, 그라파이트 시트는 열 확산원리에 의해 열전달이 수평 방향으로 이루어져 방열성이 떨어지는 문제점이 지적된다.　 구체적으로, 그라파이트 시트는 수평 방향으로의 열전도성은 우수하지만, 수직 방향(두께 방향)의 열전도율이 낮기 때문에 방열 효과가 충분히 얻어지지 않는 문제점이 있다.

[선행 특허문헌 1] 대한민국 공개특허 제10-2008-0037983호

[선행 특허문헌 2] 일본 공개특허 2002-50725호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방열성을 위한 베이스 기재로서 열전도도가 다른 2개의 복합 기재층으로 구성함으로써, 층간 박리현상이 없고, 수평 방향은 물론 수직 방향의 열확산성이 향상되며, 열전도도는 물론 외부로의 열 방출 효율이 높아 우수한 방열성을 가지는 방열 시트를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

금속층;　

방열 기재층; 및

방열 코팅층을 포함하고,

상기 방열 기재층은 금속층보다 열전도도가 높은 방열 시트를 제공한다.

이때, 상기 금속층은 금속 박막 및 금속 메시로부터 선택된 하나 이상으로 구성될 수 있다.　

또한, 상기 방열 기재층은 금속 박막 및 금속 메시로부터 선택된 하나 이상으로 구성되거나, 열전도성의 유기소재가 코팅되어 구성될 수 있다.　 상기 유기소재는 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상이면 좋다.

아울러, 상기 방열 코팅층은 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 열전도성 필러를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 방열성을 위한 베이스 기재로서 열전도도가 다른 2개의 복합 기재층, 구체적으로 금속층과, 상기 금속층보다 열전도도가 높은 방열 기재층을 포함하여, 종래의 그라파이트 시트와 대비하여 동등 이상의 우수한 방열성을 갖는다.　 또한, 그라파이트 시트의 단점인 층간 박리 현상이 없고, 저렴한 가격으로 보급될 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 종래 기술에 따른 방열 시트의 단면도다.
도 2는 본 발명의 제1형태에 따른 방열 시트의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2형태에 따른 방열 시트의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 사용될 수 있는 금속을 보인 것으로서, 금속의 종류별 물성과 열전도도를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.　 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 보인 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 방열 시트는 금속층(10); 방열 기재층(20); 및 방열 코팅층(30)을 포함한다.　 이때, 상기 방열 기재층(20)은 금속층(10)보다 열전도도가 높다.　

상기 금속층(10)은 방열성과 지지력을 갖게 하는 베이스 기재층으로서, 상기 금속층(10)은 예를 들어 금속 박막 및 금속 메시로부터 선택된 하나 이상으로 구성될 수 있다.　 금속층(10)은 구체적으로 금속 박막 또는 금속 메시(mesh)로 구성되거나, 금속 박막과 금속 메시가 혼합 적층되어 구성될 수 있다.　 금속층(10)은, 바람직하게는 금속 박막으로부터 선택되면 좋다.　 이러한 금속층(10)을 구성하는 금속, 즉 금속 박막이나 금속 메시를 구성하는 금속은 열전도성을 갖는 것이면, 그 종류는 제한되지 않는다.　 금속층(10)을 구성하는 금속은, 특별히 한정하는 것은 아니지만 3W/mK 내지 420W/mK의 열전도도를 가지는 금속으로부터 선택될 수 있다.　

도 4에는 금속층(10)으로 사용될 수 있는 금속의 종류와 열전도도를 나타내었다.　 금속층(10)은 도 4에 보인 금속들 중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 합금으로 구성될 수 있다.　 구체적인 예를 들어, 금속층(10)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나(단일 금속) 또는 이들로부터 선택된 2 이상의 합금(일례로, 스테인레스)으로 구성될 수 있다.　 이들 중에서 바람직하게는, 중량 및 가격 등에서 유리한 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al) 합금으로 구성되면 좋다.

또한, 상기 금속층(10)은, 특별히 한정하는 것은 아니지만 1㎛(마이크로미터) 내지 300㎛의 두께를 가질 수 있다.　 이때, 금속층(10)의 두께가 1㎛ 미만인 경우 방열성과 지지력이 미미할 수 있고, 300㎛를 초과하는 경우 방열 시트의 유연성(flexible)이 떨어지고 가격 면에서도 바람직하지 않을 수 있다.　 금속층(10)의 두께는, 바람직하게는 5㎛ 내지 200㎛가 좋다.

상기 방열 기재층(20)은 금속층(10)과 함께 방열성을 위한 베이스 기재층으로 작용하며, 이는 열전도도를 가지되, 상기 금속층(10)보다 열전도도가 높은 것이면 본 발명에 포함한다.　

상기 방열 기재층(20)은 본 발명의 제1구현예에 따라서 금속으로부터 선택될 수 있다.　 방열 기재층(20)은 상기 금속층(10)을 설명한 바와 같이, 예를 들어 금속 박막 및 금속 메시로부터 선택된 하나 이상으로 구성될 수 있다.　 보다 구체적으로, 방열 기재층(20)은 금속 박막 또는 금속 메시로 구성되거나, 금속 박막과 금속 메시가 적층되어 구성될 수 있다.　 이러한 방열 기재층(20)을 구성하는 금속은 열전도성을 가지되, 상기 금속층(10)보다 높은 열전도성을 가지는 것이면, 그 종류는 제한되지 않는다.　 방열 기재층(20)은 도 4에 보인 금속들 중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 합금으로 구성될 수 있다.　 구체적인 예를 들어, 방열 기재층(20)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe) 등으로 이루어진 군준에서 선택된 하나(단일 금속) 또는 이들로부터 선택된 2 이상의 합금으로 구성될 수 있다.　 이들 중에서 바람직하게는, 열전도도가 우수하고, 금(Au)이나 은(Ag) 대비 가격 면에서도 유리한 구리(Cu) 또는 구리(Cu) 합금으로 구성되면 좋다.

상기 방열 기재층(20)은 본 발명의 제2구현예에 따라서 열전도성의 유기소재를 포함할 수 있다.　 구체적으로, 상기 방열 기재층(20)은 열전도성의 유기소재 및 바인더(binder)를 포함하는 방열 조성물이 금속층(10) 상에 코팅되어 형성될 수 있다.　 이때, 상기 유기소재는 방열성을 위한 열전도성 유효 물질로 작용하며, 상기 바인더는 입자상의 유기소재 상호간, 그리고 유기소재와 금속층(10)과의 결합력을 도모한다.　

상기 유기소재는 열전도성을 가지되, 금속층(10)보다 높은 열전도도를 갖는 것이면 좋다.　 유기소재는, 바람직하게는 탄소소재로서, 예를 들어 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT, carbon nano tube) 및 탄소나노섬유(CNF, carbon nano fiber) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.　 이러한 유기소재는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 200㎛ 이하, 구체적으로는 5nm(나노미터) 내지 200㎛의 입자 크기를 가지는 것을 사용할 수 있다.

상기 바인더는 접착성을 가지는 것이면 제한되지 않으며, 천연수지나 합성수지로부터 선택될 수 있다.　 바인더는 예를 들어 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계 및 우레아계 등의 수지로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.　

방열 기재층(20)이 상기와 같은 유기소재(탄소소재)를 포함하는 경우, 특별히 한정하는 것은 아니지만 바인더 100중량부에 대하여 유기소재 20 ~ 500중량부를 포함하는 액상 또는 페이스트 상의 방열 조성물이 코팅되어 형성될 수 있다.　 이때, 유기소재의 함량이 20중량부 미만으로서 너무 작으면 열전도도가 미미할 수 있고, 500중량부를 초과하여 너무 많으면 코팅성이 떨어지고 상대적으로 바인더의 함량이 작아 결합력이 떨어질 수 있다.　 아울러, 방열 기재층(20)을 형성하기 위한 방열 조성물은 바인더 및 유기소재 이외에, 필요에 따라 광개시제, 경화제, 분산제, 용제, 산화방지제, 소포제 등을 더 포함할 수 있다.　 이러한 방열 조성물은 금속층(10)의 한 면 또는 양면에 코팅되어도 좋다.　 방열 조성물의 코팅은 예를 들어 그라비아(Gravure) 코팅, 마이크로 그라비아(Micro Gravure) 코팅, 키스 그라비아(Kiss Gravure) 코팅, 콤마 나이프(Comma Knife) 코팅, 롤(Roll) 코팅, 스프레이(Spray) 코팅, 메이어 바(Meyer Bar) 코팅, 슬롯 다이(Slot Die) 코팅, 리버스(Reverser) 코팅, 플렉소 방법 및 오프셋(offset) 방법으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 그라비아 코팅 방법을 사용할 수 있다.

또한, 상기 방열 기재층(20)은, 특별히 한정하는 것은 아니지만 수십 나노미터(㎚) 내지 300㎛의 두께를 가지는 것이 좋다.　 방열 기재층(20)의 두께가 너무 낮으면 방열성이 미미할 수 있고, 300㎛를 초과하는 경우 유연성(flexible) 및 가격 면에서 바람직하지 않을 수 있다.　 방열 기재층(20)의 두께는, 바람직하게는 1㎛ 내지 200㎛가 좋다.

상기 방열 기재층(20)은 금속층(10)보다 열전도도가 높은 금속 및 유기소재 중에서 다양하게 선택될 수 있으며, 특별히 한정하는 것은 아니지만 3W/mK 이상의 열전도도를 가지는 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 방열 시트는, 방열성을 위한 베이스 복합 기재로서 상기한 바와 같은 금속층(10)과 방열 기재층(20)을 적어도 포함한다.　 상기 금속층(10)과 방열 기재층(20)은 적용되는 제품(발열 부품)에 따라 본 발명에 따른 방열 시트 내에 각각 1개 또는 2개 이상 형성되어도 좋다.　 예를 들어, 본 발명에 따른 방열 시트는 2개의 금속층(10)과 1개의 방열 기재층(20)을 포함할 수 있다.　 다른 예를 들어, 본 발명에 따른 방열 시트는 2개의 금속층(10)과 2개의 방열 기재층(20)을 포함할 수 있다.　 이때, 이들의 적층 순서는 제한되지 않는다.　 예를 들어, 금속층(10)과 방열 기재층(20)을 각각 2개씩 포함하는 경우, 이들은 금속층(10)//방열 기재층(20)//금속층(10)//방열 기재층(20)의 적층 구조를 가질 수 있다.　 첨부된 도 2 및 도 3은 금속층(10)과 방열 기재층(20)이 각각 1개씩 형성된 모습을 예시한 것이다.

한편, 상기 금속층(10)과 방열 기재층(20) 간의 결합력을 도모함에 있어서, 상기 방열 기재층(20)을 유기소재로 구성하는 경우, 유기소재와 혼합되어 코팅되는 바인더에 의해 금속층(10)과의 결합력이 도모된다.　 즉, 방열 기재층(20)을 구성하는 바인더의 접착성에 의해, 금속층(10)과 방열 기재층(20)은 견고하게 결합된다.　 또한, 상기 방열 기재층(20)을 금속(예를 들어, 금속 박막 및/또는 금속 메시)으로 구성하는 경우에는 별도의 접착제에 의해 금속층(10)과의 결합력이 도모될 수 있다.　 예를 들어, 금속층(10)으로서의 알루미늄(Al) 박막과, 방열 기재층(20)으로서의 구리(Cu) 박막은 접착제에 의해 접합될 수 있다.　 상기 접착제는, 특별히 한정하는 것은 아니지만 예를 들어 우레탄계, 우레아계, 에폭시계 및 아크릴계 등으로부터 선택된 하나 이상의 접착제가 사용될 수 있다.　

또한, 상기 접착제는 열전도성을 가지면 좋다.　 예를 들어, 접착제에 열전도성 필러(filler)를 혼합하여 사용하는 방법이 고려될 수 있다.　 접착제에 혼합되는 상기 열전도성 필러는, 예를 들어 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속 분말이나 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 및 탄소나노섬유(CNF) 등의 탄소소재 입자 등을 사용할 수 있으며, 이러한 열전도성 필러는 접착제의 접착력을 저하시키지 않는 범위에서 적정량 혼합될 수 있다.　 예를 들어, 열전도성 필러는 접착제 100중량부에 대하여 5 ~ 500중량부로 혼합될 수 있다.　 이때, 열전도성 필러의 함량이 5중량부 미만이면 이의 함유에 따른 열전도성이 미미하고, 500중량부를 초과하면 상대적으로 접착제의 함량이 작아져 접착력이 저하될 수 있다.　 열전도성 필러는, 바람직하게는 접착제 100중량부에 대하여 50 ~ 200중량부로 혼합되면 좋다.

상기 방열 코팅층(30)은 본 발명에 따른 방열 시트의 최외각에 형성되어, 이는 외부에 노출된다.　 방열 코팅층(30)은 금속층(10)이나 방열 기재층(20)의 열을 빼앗아 외부로 방출하여 효율적인 방열성을 도모한다.　 방열 코팅층(30)은 금속층(10)과 방열 기재층(20)의 적층 구조에 따라 금속층(10) 상에 형성되거나 방열 기재층(20) 상에 형성된다.　 도 2는 방열 코팅층(30)이 방열 기재층(20) 상에 형성된 모습을 예시한 것이고, 도 3은 방열 코팅층(30)이 금속층(10) 상에 형성된 모습을 예시한 것이다.　

상기 방열 코팅층(30)은, 특별히 한정하는 것은 아니지만 5㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있다.　 방열 코팅층(30)의 두께가 5㎛ 미만으로서 너무 낮으면 외력에 의한 균열이 생길 수 있고 열 방출 효율이 떨어질 수 있으며, 200㎛를 초과하여 너무 두꺼우면 방열 시트의 유연성(flexible)이 떨어지고 가격 면에서도 바람직하지 않을 수 있다.　 방열 코팅층(30)은, 바람직하게는 10㎛ 내지 90㎛의 두께를 가지면 좋다.

상기 방열 코팅층(30)은 금속층(10)이나 방열 기재층(20)의 열을 빼앗아 외부로 방출하여 효율적인 방열성을 도모할 수 있도록, 열전도성 필러를 포함한다.　 구체적으로, 방열 코팅층(30)은 열전도성 필러와 바인더를 포함하는 열전도성 조성물이 코팅되어 형성된다.

상기 방열 코팅층(30)에 포함되는 열전도성 필러는 열전도성을 가지는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다.　 열전도성 필러는 입자상으로서 수십 나노미터(㎚) 내지 90㎛의 입자 크기를 가질 수 있다.　 열전도성 필러는 금속, 무기물, 유기물 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있다.　 열전도성 필러는 구체적으로 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 철(Fe), 은(Ag), 금(Au) 등의 금속 분말; 탄산칼슘(CaCO₃), 산화알루미늄(Al₂O₃), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 탄화규소(SiC); 질화붕소(BN) 및 질화알루미늄(AlN) 등의 무기 분말; 그리고 탄소소재로서 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 및 탄소나노섬유(CNF) 등의 유기 분말 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.　 열전도성 필러는, 바람직하게는 상기 나열한 물질 중에서 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 및 탄소나노섬유(CNF) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 탄소소재를 포함하는 것이 좋다.　

또한, 방열 코팅층(30)을 구성하는 상기 바인더는 접착성을 가지는 것이면 제한되지 않으며, 천연수지나 합성수지로부터 선택될 수 있다.　 바인더는 예를 들어 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계 및 우레아계 등의 수지로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기 방열 코팅층(30)은, 특별히 한정하는 것은 아니지만 바인더 100중량부에 대하여 열전도성 필러 5 ~ 200중량부를 포함하는 열전도성 조성물이 코팅되어 형성될 수 있다.　 이때, 열전도성 필러의 함량이 5중량부 미만인 경우 열전도도가 미미하여 열 방출 효율이 약할 수 있고, 200중량부를 초과하는 경우 코팅성 및 표면성이 떨어지고 상대적으로 바인더의 함량이 작아 금속층(10)이나 방열 기재층(20)과의 결합력이 떨어질 수 있다.　 아울러, 방열 코팅층(30)을 형성하기 위한 열전도성 조성물은 열전도성 필러 및 바인더 이외에, 필요에 따라 광개시제, 경화제, 분산제, 용제, 산화방지제, 소포제, 안료, 광택제, 난연제, 표면 평활제 등이 더 포함할 수 있다.　 열전도성 조성물의 코팅은 전술한 바와 같은 코팅방법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 그라비아 코팅 방법을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방열 시트는 이상에서 설명한 금속층(10), 방열 기재층(20) 및 내열 코팅층(30)을 적어도 포함하되, 사용 목적 및 용도에 따라 점착제층(40)을 더 포함할 수 있다.　 그리고 상기 점착제층(40)에는 이형 필름층(50)이 부착되어 보호될 수 있다.　 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 점착제층(40)은 금속층(10) 또는 방열 기재층(20)에 코팅된다.　　

상기 점착제층(40)은 당업계에서 통상적으로 사용되고 있는 점착제로 구성될 수 있으며, 예를 들어 아크릴계, 우레탄계 및 실리콘계 점착제 등으로부터 선택될 수 있다.　 바람직하게는 아크릴계 점착제로부터 선택될 수 있다.　 또한, 점착제층(40)은, 바람직하게는 방열성을 가지면 좋다.　 예를 들어, 점착제층40)은 점착제와 열전도성 필러를 포함하는 열전도성 점착제가 코팅되어 형성될 수 있다.　

상기 점착제층(40)에 포함되는 열전도성 필러는 열전도성을 가지는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다.　 열전도성 필러는 입자상으로서 수십 나노미터(㎚) 내지 90㎛의 입자 크기를 가질 수 있다.　 열전도성 필러는 금속, 무기물, 유기물 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있다.　 열전도성 필러는 구체적으로 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 철(Fe), 은(Ag), 금(Au) 등의 금속 분말; 탄산칼슘(CaCO₃), 산화알루미늄(Al₂O₃), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 탄화규소(SiC); 질화붕소(BN) 및 질화알루미늄(AlN) 등의 무기 분말; 그리고 탄소소재로서 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 및 탄소나노섬유(CNF) 등의 유기 분말 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.　 열전도성 필러는, 바람직하게는 상기 나열한 물질 중에서 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 및 탄소나노섬유(CNF) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 탄소소재를 포함하는 것이 좋다.　 이러한 열전도성 필러는 점착제의 점착력을 저하시키지 않는 범위에서 적정량 혼합될 수 있다.　 예를 들어, 열전도성 필러는 점착제 100중량부에 대하여 0.5 ~ 500중량부로 포함될 수 있다.　 이때, 열전도성 필러의 함량이 0.5중량부 미만이면 이의 함유에 따른 열전도성이 미미하고, 500중량부를 초과하면 상대적으로 점착제의 함량이 작아져 점착력이 저하될 수 있다.　 열전도성 필러는, 바람직하게는 점착제 100중량부에 대하여 20 ~ 200중량부로 포함되면 좋다.　 또한, 상기 열전도성 점착제에는 열전도성 필러의 균일한 분산을 위한 분산제나, 점착 특성을 조절하기 위한 가교제 등이 더 포함될 수 있다.　 아울러, 열전도성 점착제에는 점착력에 악영향을 미치지 않는 범위에서 임의 선택적으로 산화 방지제, 소포제, 증점제 및 난연제 등이 더 포함될 수 있다.

상기 점착제층(40)은, 바람직하게는 5 ~ 60㎛ 범위의 두께를 가지는 것이 좋다.　 점착제층(40)의 두께가 5㎛ 미만인 경우 점착력이 떨어질 수 있고, 60㎛를 초과하는 경우 방열 효과가 떨어질 수 있다.

상기 이형 필름층(50)은 전자제품 등의 발열체에 부착 시 제거되며, 이는 점착제층(40)과 자유롭게 착탈(着脫) 가능한 것이면 좋다.　 이형 필름층(50)은, 예를 들어 이형성의 플라스틱 필름(폴리비닐, 폴리에스터, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등)이나 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 실리콘 등의 이형성의 피복물이 코팅된 종이재 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 방열성을 위한 베이스 기재로서 열전도도가 다른 2개의 복합 기재층, 구체적으로 금속층(10)과, 상기 금속층(10)보다 열전도도가 높은 방열 기재층(20)을 포함하여 우수한 방열성을 갖는다.　 이를 금속층(10)으로서 알루미늄(Al) 박막과, 방열 기재층(20)으로서 구리(Cu) 박막을 사용한 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

방열 시트는 발열체(전자 제품 등)로부터 열을 빠르게 흡수하여 신속하게 열을 외부로 방출할 수 있어야 한다.　 즉, 방열 시트는, 열전도도와 열확산성은 물론 외부로의 열 방출 효율이 좋아야한다.　 열전도도가 아무리 뛰어난 금속이라도 금속은 열을 가지고 있으려는 성질을 가지고 있다.　 이에 따라, 금속은 처음 가열했을 때에는 열이 빠르게 전달되어 골고루 퍼지다가 어느 한계점이 지나면 금속 자체의 열이 상승된다.　 따라서 열전도도가 아무리 뛰어난 금속이라 하더라도 일정시간이 지나면 위와 같은 이유로 외부로의 열 방출 효율이 떨어진다.　

구리(Cu)는 알루미늄(Al)보다 열전도도가 크다.　 이때, 방열성을 위한 베이스 기재로서 구리(Cu)만 사용하는 경우, 구리(Cu)는 열전도도가 높아 발열체로부터 열을 빠르게 흡수할 수 있다.　 그러나 구리(Cu)는 열을 가지고 있으려는 성질이 커 외부로의 열 방출 효율(열 전달 효과)이 알루미늄(Al)보다 떨어진다.　 또한, 알루미늄(Al)은 구리(Cu)와는 반대로 외부로의 열 방출 효율은 좋으나, 발열체로부터의 열 흡수능이 구리(Cu)보다 떨어진다.　

따라서, 본 발명에 따르면, 방열성을 위한 베이스 기재로서, 열전도도가 다른 2개의 복합 기재, 즉 구리(Cu)와 알루미늄(Al)의 복합에 의해 열전도도(발열체로부터의 열 흡수능)와 외부로의 열 방출 효율이 상호 보완되어 우수한 방열성을 갖는다.　 즉, 구리(Cu)는 방열체로부터 열을 빠르게 흡수하는 역할을 주로 담당하고, 알루미늄(Al)은 전달된 열은 외부로 신속히 방출하는 역할을 주로 담당하여, 우수한 방열성을 도모한다.　 이는 하기의 실시예에 의해서도 확인된다.　 이때, 구리(Cu)와 알루미늄(Al)을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명에 따라서 상대적으로 열전도도가 낮은 금속층(10)과, 이 금속층(10)보다 열전도도가 높은 방열 기재층(20), 예를 들어 금속이나 유기소재(그라파이트 등)를 적층 복합하면, 상기한 바와 같은 이유로 우수한 방열성(열 흡수능 및 열 방출 효율)을 갖는다.　 이에 더하여, 본 발명에 따르면, 최외각에 배치된 방열 코팅층(30)이 상기 금속층(10)이나 방열 기재층(20)의 열을 빼앗아 외부로 방출하여 더욱 효율적인 방열성을 도모한다.

부가적으로, 본 발명에 따르면, 종래의 그라파이트 시트와 대비하여 수평 방향은 물론 수직 방향(두께 방향)으로의 열확산성이 높다.　 특히, 방열 기재층(20)을 금속으로 구성하는 경우 수직 방향(두께 방향)으로의 열확산성이 향상되어 우수한 방열성을 갖는다.　 아울러, 본 발명에 따른 방열 시트는 파열 강도 및 인장 강도가 높아 종래의 그라파이트 시트에서 발생하는 부서짐이나 훼손되는 등의 취급상의 문제점이 없으며, 그라파이트 시트의 가장 큰 단점인 층간 분리 현상이 없다.　

또한, 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따라서, 금속층(10)을 알루미늄(Al)으로 구성하고, 방열 기재층(20)을 구리(Cu)로 구성하는 경우, 우수한 방열성을 가짐은 물론 저렴한 기격으로 보급될 수 있다.　 일반적으로, 알루미늄(Al)의 가격은 구리(Cu)의 1/10 정도로 보급되고 있다.　 이에, 방열 시트의 베이스 기재층으로서 금속층(10)을 저렴한 알루미늄(Al)으로 구성하고, 방열 기재층(20)으로서 열전도도가 높은 구리(Cu)를 합지하면, 우수한 방열성의 확보와 함께 저렴한 가격으로 보급될 수 있다.

본 발명에 따른 방열 시트는, 바람직하게는 유연성(flexible)을 가지며, 비유연성(non-flexible)이어도 좋다.　 본 발명에 따른 적용되는 제품에 따라 적당한 크기로 재단되어 보급될 수 있으며, 또한 롤 와인더(roll winder)에 의해 권취되어 테이프(tape) 형태로 보관 및 보급될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 방열 시트는, 열을 발생하는 제품(발열체)에 방열을 목적으로 적용되며, 제품의 종류는 제한되지 않는다.　 예를 들어, 노트북, 휴대전화, 텔레비전, 비디오, 컴퓨터, 통신 기기 등의 각종 전기, 전자제품은 물론 의료 기구, 자동차용 부품 등 다양하게 적용될 수 있다.　

이하, 본 발명의 실시예를 예시한다.　 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

먼저, 금속층(10)으로서 두께 80㎛의 알루미늄(Al) 박막을 준비하고, 상기 알루미늄(Al) 박막의 한 면에 방열 기재층(20)으로서 두께 22㎛의 구리(Cu) 박막을 접착제로 접착하였다.　 다음으로, 상기 구리(Cu) 박막 상에 방열 코팅층(30)을 형성하였다.　 이때, 방열 코팅층(30)은 아크릴 수지와 그라파이트 분말이 1 : 1의 중량비로 포함된 액상의 조성물을 구리(Cu) 박막 상에 35㎛ 두께로 그라비아 코팅한 후, 경화시켜 형성하였다.　 또한, 피시험체(열원이 설치된 알루미늄 샤시)에 부착하기 위해 상기 알루미늄(A) 박막의 타면에는 아크릴 점착제를 코팅하였다.　 본 실시예 1에 따라 제조된 시편(방열 시트)은 방열 코팅층//Cu 박막(22㎛)//접착제//Al 박막(80㎛)//점착제의 적층 구조를 갖는다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 대비하여, 방열 기재층(20)으로서 두께 40㎛의 구리(Cu) 박막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.(실시예 1보다 두꺼운 Cu 박막 사용)　 본 실시예 2에 따라 제조된 시편(방열 시트)은 방열 코팅층//Cu 박막(40㎛)//접착제//Al 박막(80㎛)//점착제의 적층 구조를 갖는다.

[실시예 3]

상기 실시예 1과 대비하여, 방열 기재층(20)으로서 유기소재(그라파이트)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.　 구체적으로, 금속층(10)으로서 두께 80㎛의 알루미늄(Al) 박막을 준비하고, 상기 알루미늄(Al) 박막의 한 면에 방열 조성물을 코팅하여 방열 기재층(20)을 형성하였다.　 이때, 상기 방열 기재층(20)은 아크릴 수지와 그라파이트 분말이 1 : 4의 중량비로 포함된 방열 조성물을 알루미늄(Al) 박막 상에 120㎛ 두께로 그라비아 코팅한 후, 경화시켜 형성하였다.　 그리고 방열 코팅층(30)과 점착제는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.　 본 실시예 3에 제조된 시편(방열 시트)은 방열 코팅층//유기소재층(그라파이트)//Al 박막(80㎛)//점착제의 적층 구조를 갖는다.

[비교예 1]

상기 실시예 1과 대비하여, 방열 기재층(20)으로서 구리(Cu) 박막을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.　 본 비교예 1에 따라 제조된 시편은 방열 코팅층//Al 박막(80㎛)//점착제의 적층 구조를 갖는다.

[비교예 2]

상기 실시예 1과 대비하여, 금속층(10)으로서 알루미늄(Al) 박막을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.　 본 비교예 2에 따라 제조된 시편은 방열 코팅층//Cu 박막(22㎛)//점착제의 적층 구조를 갖는다.

[비교예 3]

통상적으로 사용되고 있는 그라파이트 시트 제품(e-graf社)을 구입하여 본 비교예 3의 시편으로 사용하였다.　

<　 방열성 평가 >

열원(LED 램프)이 설치된 알루미늄 샤시를 피시험체로 하여, 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 시편에 대하여 방열성을 평가하였다.　 초기 100℃로 설정된 피시험체에 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 시편을 붙이고, 1시간 후의 피시험체 온도를 측정하였다.　 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

<　방열성 평가 결과 >

비 고	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
시편의 층 구조	방열 코팅층 Cu(22㎛) 접착제 Al(80㎛) 점착제	방열 코팅층 Cu(40㎛) 접착제 Al(80㎛) 점착제	방열 코팅층 그라파이트층 Al(80㎛) 점착제	방열 코팅층 Al(80㎛) 점착제	방열 코팅층 Cu(22㎛) 점착제	그라파이트시트
피시험체 온도 (Before)	100℃	100℃	100℃	100℃	100℃	100℃
피시험체 온도 (After 1 hr)	73.8℃	73.1℃	73.5℃	76.4℃	85.5℃	77.8℃
<　열전도도 > 　　　　　　　　　Al : 약 226W/mK,　　　 Cu : 약 395W/mK,　　　 그라파이트 : 약 400W/mK

상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시편들이 종래 일반적으로 사용되고 있는 그라파이트 시트(비교예 3)보다 우수한 방열성을 가짐을 알 수 있다.　

또한, 실시예 1 및 2와, 비교예 1 및 2를 대비해 보면, 본 발명에 따라서 열전도도가 작은 금속층(Al)과, 이 금속층(Al)보다 열전도도가 큰 금속층(Cu)을 동시에 포함하는 경우(실시예 1 및 2), 하나의 금속층(Al 또는 Cu)을 가지는 경우(비교예 1 및 2)보다 우수한 방열성을 가짐을 알 수 있다.　 아울러, 실시예 3에서와 같이 금속층(Al)과, 이 금속층(Al)보다 높은 열전도도를 가지는 그라파이트층이 형성된 경우에도 우수한 방열성을 가짐을 알 수 있다.

10 : 금속층　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 20 : 방열 기재층
30 : 방열 코팅층　　　　　　　　　　　　　　　 40 : 점착제층
50 : 이형 필름층

Claims

금속층;　
방열 기재층; 및
방열 코팅층을 포함하고,
상기 방열 기재층은 금속층보다 열전도도가 높은 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 금속층은 금속 박막 및 금속 메시로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속층은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe)로 이루어진 군중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 합금인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
　
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속층의 두께는 5㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 방열 기재층은 금속 박막 및 금속 메시로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제5항에 있어서,
상기 방열 기재층은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe)로 이루어진 군중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 합금인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 방열 기재층은 열전도성의 유기소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 방열 기재층은 열전도성의 유기소재와 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제8항에 있어서,
상기 방열 기재층은 바인더 100중량부에 대하여 유기소재 20 ~ 500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 유기소재는 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 방열 기재층의 두께는 1㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 금속층은 알루미늄(Al) 박막이고, 상기 방열 기재층은 구리(Cu) 박막인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제5항, 제6항 또는 제12항에 있어서,
상기 금속층과 방열 기재층은 접착제에 의해 접합된 것을 특징으로 하는 방열 시트.
　
제13항에 있어서,
상기 접착제는 열전도성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 방열 코팅층은 열전도성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 방열 코팅층은 열전도성 필러와 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제16항에 있어서,
상기 방열 코팅층은 바인더 100중량부에 대하여 열전도성 필러 5 ~ 200중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제15항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 열전도성 필러는 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 방열 코팅층의 두께는 10㎛ 내지 90㎛인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제1항에 있어서,
상기 방열 시트는 점착제층을 더 포함하는 것을 특징으로 방열 시트.
제20항에 있어서,
상기 점착제층은 열전도성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제21항에 있어서,
상기 열전도성 필러는 점착제 100중량부에 대하여 0.5 ~ 500중량부로 포함된 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제21항 또는 제22항에 있어서,
상기 열전도성 필러는 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
제20항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 점착제층의 두께는 5 ~ 60㎛인 것을 특징으로 하는 방열 시트.