KR20170109257A - 방열 시트용 점착제 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 방열 시트 - Google Patents

방열 시트용 점착제 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 방열 시트 Download PDF

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Abstract

방열 시트용 점착제 조성물은 점착용 수지, 및 상기 점착용 수지 내에 구비되고 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 갖는 무기 입자를 포함한다. 방열 시트용 점착제 조성물은 우수한 분산도를 가지며 무기 입자는 점착용 수지 내에서 균일하게 분포되는 특징을 가질 수 있다. 방열 시트용 점착제 조성물은 우수한 열전도도를 가질 수 있으며 가공성, 저비용, 경량화 등을 달성할 수 있다.

Description

방열 시트용 점착제 조성물, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 방열 시트 및 방열 시트의 제조 방법{ADHESIVE COMPOSITION FOR HEAT DISSIPATION SHEET, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, HEAT DISSIPATION SHEET INCLUDING THE SAME AND METHOD OF MANUFACTURING HEAT DISSIPATION SHEET}
본 발명은 방열 시트용 점착제 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 열전도성 입자를 포함하는 방열 시트용 점착제 조성물, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 방열 시트 및 방열 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 지원하는 경제협력권산업 육성사업으로 수행된 연구결과입니다.
(This research was supported by the Ministry of Trade, Industry & Energy(MOTIE), Korea Institute for Advancement of Technology(KIAT) through the Encouragement Program for The Industries of Economic Cooperation Region)
방열 소재는 자동차, 전기 및 전자 기기 등 각종 산업 분야에서 광범위하게 이용되고 있다. 특히, 구조재료의 복합화, 부품 및 구조물의 소형화, 경량화, 고성능화가 가속됨에 따라 상기 방열 소재에 대한 다양한 연구가 계속되고 있다.
예를 들어, 전자소자의 고집적화가 구현됨에 따라, 상기 전자소자에서 발생되는 많은 열은 소자 자체의 기능 저하뿐만 아니라 상기 전자소자의 주변소자의 오작동 및 기판 열화 등의 문제를 발생시키므로 방열 성능이 향상된 방열 소재에 대한 요구가 늘어나고 있다.
최근, 상기 전자소자에서 발생되는 상기 열을 외부로 방출하기 위하여, 열전도성 입자를 포함하는 점착제 조성물을 경화시켜 시트 상으로 성형시킨 방열 시트를 상기 방열 소재로 사용하고 있다. 예를 들어, 상기 방열 시트는 컴퓨터, 모니터, 휴대폰 등의 전자 제품에 내장되는 전자부품 등의 발열체 및 히트 싱크(heat sink), 방열 핀, 금속 방열 판 등의 방열체 사이에 끼워져, 상기 열을 방열하는 용도로 사용되고 있다.
일례로, 방열 시트는 알루미늄과 같은 금속 호일을 주로 사용하고 있으며, 최근에는 열전도도를 높이기 위한 방법으로 열전도도가 다른 2개의 복합 기재층으로 제작되 높은 방열 특성을 갖도록 금속층, 금속 박막 또는 메시로 이루어진 방열 기재층, 및 방열 코팅층으로 이루어진 방열 시트를 제시하고 있다(대한민국 특허공개 제2012-73792호).
또한, 열전도도를 높이기 위해 금속 박막 상에 흑연 재질을 도포한 방열 시트가 제시되었다. 흑연은 알루미늄이나 구리보다 열전도도가 빠르고 우수한 이방성의 열전도 특성을 가지고 있어 흑연을 활용한 방열 시트에 대한 연구가 가속화되고 있다. 그 예로, 국제공개 제2008-53843호에서는 비늘조각상, 타원구상 또는 봉상의 흑연 입자를 포함하는 열전도 시트, 대한민국 특허공개 제2013-43720호는 스마트폰 배면에 장착되는 방열 시트로서, 팽창흑연을 포함하는 흑연 시트, 보호필름층, 점착층, 이형 필름으로 구성된 방열 흑연 시트를 제시하고 있다.
또한, 알루미나 또는 실리카 등의 열전도성 필러를 포함하는 방열 재료용 수지 조성물을 이용하여 제조된 방열 시트를 통해 전자부품에 의해 발생하는 열 문제를 해결하였으나, 전자부품에 의한 열 집적 현상이 심해짐에 따라 종래의 방열 재료보다 방열성이 더욱 향상된 고방열 재료의 개발이 요구되고 있다.
이에 열전도성 입자를 포함하는 상기 점착제 조성물은 상기 열전도성 입자의 분산도를 향상시키고, 이와 더불어, 상기 점착제 조성물의 열전도도를 향상시키기 위한 더욱 심화된 연구가 필요한 실정이다.
대한민국 특허공개 제2012-73792호 국제공개 제2008-53843호 대한민국 특허공개 제2013-43720호
본 발명의 일 과제는 분산도 및 열전도도가 향상된 방열 시트용 점착제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 분산도 및 열전도도가 향상된 방열 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 분산도 및 열전도도가 향상된 방열 시트용 점착제 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 분산도 및 열전도도가 향상된 방열 시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트용 점착제 조성물은 점착용 수지, 및 상기 점착용 수지 내에 구비되고 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 갖는 무기 입자를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 무기 입자의 중량 퍼센트는 5 중량 퍼센트 내지 80 중량 퍼센트의 범위 이내에 있을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 무기 입자의 크기는 500nm 내지 10μm의 범위 이내에 있을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 무기 입자는 구상형(globular) 구조를 가질 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트는 섬유 기재, 상기 섬유 기재 상에 적층되는 금속층, 상기 금속층 상에 배치되는 점착용 수지, 및 상기 점착용 수지 내에 구비되고 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 갖는 무기 입자를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 섬유 기재는 탄소 섬유를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 금속층은 스테인리스 스틸 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 금속층은 스퍼터링 공정에 의해 증착된 것일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 이소시아네이트계 화합물, 에폭시계 화합물, 아지리딘계 화합물 및 금속 킬레이트계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 경화제를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 점착용 수지는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 수지 및 실리콘-우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 또 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트용 점착제 조성물의 제조 방법은 점착용 수지 및 무기 입자를 교반하여 예비 점착제 조성물을 형성한다. 상기 예비 점착제 조성물에 포함된 기포를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 무기 입자는 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 무기 입자의 중량 퍼센트는 5 중량 퍼센트 내지 80 중량 퍼센트의 범위 이내에 있을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 예비 점착제 조성물을 형성하는 것은, 250 rpm 내지 350 rpm으로 상기 점착용 수지 및 상기 무기 입자를 회전 교반시켜 상기 예비 점착제 조성물을 형성하는 것일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 예비 점착제 조성물을 형성하는 단계는 용매를 상기 점착용 수지 및 상기 무기 입자와 교반하는 것일 수 있다.
상술한 본 발명의 또 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 제조 방법은 섬유 기재를 제공한다. 상기 섬유 기재 상에 금속층을 스퍼터링하여 적층한다. 상기 금속층 상에 점착용 수지, 및 상기 점착용 수지 내에 구비되고 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 갖는 무기 입자를 포함하는 방열 시트용 점착제 조성물을 배치한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 금속층은 스테인리스 스틸 또는 알루미늄을 포함하도록 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 섬유 기재는 탄소 섬유를 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방열 시트용 점착제 조성물은 경화제를 더 포함할 수 있다. 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 더 경화시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 경화제는 이소시아네이트계 화합물, 에폭시계 화합물, 아지리딘계 화합물 및 금속 킬레이트계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 예비 점착제 조성물을 경화시키는 것은 상기 예비 점착제 조성물을 70도 내지 90도의 범위 이내의 온도로 건조시키는 것일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르는 발열 시트용 점착제 조성물 및 이의 제조 방법은, 질화 붕소, 질화 알루미늄 또는 탄화 규소와 같은 무기 물질을 포함하는 무기 입자를 열전도성 입자로 이용할 수 있다.
이에 따라, 상기 방열 시트용 점착제 조성물은 우수한 분산도를 가지며 상기 무기 입자는 점착용 수지 내에서 균일하게 분포되는 특징을 가질 수 있다. 또한, 상기 방열 시트용 점착제 조성물은 우수한 열전도도를 가질 수 있으며 가공성, 저비용, 경량화 등을 달성할 수 있다.
또한, 예시적인 실시예들에 따른 방열시트는 탄소 섬유 기재 상에 스테인리스 스틸을 포함하는 금속층을 적층하고, 상기 금속층 상에 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 배치하여 최적의 방열 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트용 점착제 조성물을 나타내는 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트를 나타내는 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 주사 현미경 사진이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 주사 현미경 사진이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 주사 현미경 사진이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 열전도도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 열확산계수를 나타내는 그래프이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 본 발명의 방열 시트용 점착제 조성물에 대하여 주로 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트용 점착제 조성물을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 방열 시트용 점착제 조성물(10)은 점착용 수지(100), 및 점착용 수지(100) 내에 구비되는 무기 입자(110)를 포함할 수 있다.
점착용 수지(100)는 전자 소자에 부착되기 위한 점착력을 제공하는 역할을 할 수 있다. 본 발명에 있어서, 점착용 수지(100)의 종류는 특별히 제한되지 않고, 점착성이 우수한 것이라면 이 분야에서 일반적인 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
예를 들어, 점착용 수지(100)는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 수지 및 실리콘-우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 점착용 수지(100)는 아크릴계 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
무기 입자(110)는 상기 전자 소자에서 발생되는 열을 방열하기 위한 역할을 할 수 있다. 무기 입자(110)는 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 무기 입자(110)는 상기 물질의 표면에 형성되는 코팅층을 더 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 상기 물질의 우수한 열전도성을 그대로 유지하면서도 전기 전도성을 차단하여 방열 시트용 점착용 조성물(10)의 절연성을 더욱 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트는 5 중량 퍼센트 내지 80 중량 퍼센트의 범위 이내에 있을 수 있다. 예를 들어, 점착성 수지(100)가 95 중량 퍼센트일 때, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트는 5 중량 퍼센트일 수 있다. 또한, 점착성 수지(100)가 20 중량 퍼센트일 때, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트는 80 중량 퍼센트일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어인 중량 퍼센트는 물질의 각 성분을 중량의 백분율로 나타낸 것을 의미한다.
무기 입자(110)의 중량 퍼센트가 5 중량 퍼센트보다 작은 경우, 방열 시트용 점착제 조성물(10)의 열전도도가 낮아 상기 전자 소자의 열을 방열하기에 부적합하다.
또한, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트가 80 중량 퍼센트보다 큰 경우, 무기 입자(110)가 점착성 수지(100) 내에서 균일하게 분산되지 않거나 방열 시트용 점착제 조성물(10)이 경화된 후 크랙(crack)이 발생될 가능성이 커진다.
바람직하게는, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트가 25 중량 퍼센트 내지 60 중량 퍼센트의 범위 이내에 있을 수 있다. 이 경우에, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트가 25 중량 퍼센트 미만인 경우에 비해, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트가 25 중량 퍼센트 이상인 경우에 방열 시트용 점착제 조성물(10)의 열전도도는 급격히 증가할 수 있다.
또한, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트가 60 중량 퍼센트 초과인 경우에 비해, 무기 입자(110)의 중량 퍼센트가 60 중량 퍼센트 미만인 경우 방열 시트용 점착제 조성물(10)의 분산도가 향상되고, 크랙 가능성이 급격히 줄어들 수 있다.
또한, 무기 입자(110)의 크기는 500nm 내지 10μm의 범위 이내에 있다. 무기 입자(110)의 크기가 500nm보다 작게 제조하기 위해서는 제조 공정이 복잡해지며, 무기 입자(110)의 크기가 10μm보다 큰 경우에 무기 입자(110)의 단위 부피당 표면적이 작아지므로 방열 시트용 점착제 조성물(10)의 열전도도가 낮아질 수 있다.
무기 입자(110)는 globular, crystal, irregular, hexagonal 등의 다양한 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는, 무기 입자(110)는 globular 구조를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 방열 시트용 점착제 조성물(10)은 무기 입자(110) 및 점착성 수지(100)와는 별도로 경화제를 더 포함할 수 있으며, 상기 경화제는 방열 시트용 점착제 조성물(10)이 경화되었을 때의 응집력 및 접착 특성 등의 물성을 조절하는 역할을 할 수 있고, 상기 경화제의 종류는 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 경화제는 이소시아네이트계 화합물, 에폭시계 화합물, 아지리딘계 화합물 및 금속 킬레이트계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기에서 이소시아네이트계 화합물의 예로는 톨리렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소보론 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트 또는 나프탈렌 디이소시아네이트나, 상기 중 하나 이상의 이소시아네이트와 폴리올(ex. 트리메틸롤프로판)의 반응물의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다.
에폭시계 화합물의 예로는 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 트리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, N,N,N’,N’-테트라글리시딜 에틸렌디아민 및 글리세린 디글리시딜에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다.
아지리딘계 화합물의 예로는 N,N’-톨루엔-2,4-비스(1-아지리딘카르복사미드), N,N’-디페닐메탄-4,4’-비스(1-아지리딘카르복사미드), 트리에틸렌 멜라민, 비스이소프로탈로일-1-(2-메틸아지리딘) 및 트리-1-아지리디닐포스핀옥시드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다.
또한, 상기 금속 킬레이트계 화합물의 예로는, 알루미늄, 철, 아연, 주석, 티탄, 안티몬, 마그네슘 및/또는 바나듐과 같은 다가 금속이 아세틸 아세톤 또는 아세토초산에틸 등에 배위하고 있는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 경화제는 점착성 수지(100)의 중량이 100 중량이라고 가정했을 경우에, 상기 경화제의 중량은 0.01 중량 내지 10 중량으로 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제의 함량이 0.01 중량 미만이면, 방열 시트용 점착제 조성물(10)이 경화되었을 때의 응집력이 떨어져 고온 신뢰성 측정 시 기포가 발생할 우려가 있고, 상기 경화제의 함량이 10 중량 초과하면, 방열 시트용 점착제 조성물(10)의 경화도가 너무 높아 접착력 및 박리력이 저하되어 층간 박리나 들뜸 현상이 발생하는 등 내구신뢰성이 저하될 우려가 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 방열 시트용 점착제 조성물(10)은 무기 입자(110)의 교반을 위하여 상기 경화제, 무기 입자(110) 및 점착성 수지(100)와는 별도로 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 용매를 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 용매는 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 용매는 점착성 수지(100)의 중량이 100 중량이라고 가정했을 경우에, 상기 용매의 중량은 여, 0.1 중량 내지 10 중량으로 포함될 수 있다. 상기 용매가 0.1 중량 미만으로 투입되는 경우에 무기 입자(110)가 균일하게 교반되지 않을 가능성이 있으며, 상기 용매가 10 중량 초과하여 투입되는 경우에 방열 시트용 점착제 조성물(10)의 유동성이 너무 커지고 점착력이 저하될 가능성이 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 방열 시트는 섬유 기재(20), 섬유 기재(20) 상에 적층되는 금속층(30) 및 금속층(30) 상에 배치되는 방열 시트용 점착제 조성물(10)을 포함한다. 방열 시트용 점착제 조성물(10)은 도 1에서 상술한 내용과 동일하거나 유사할 수 있으며, 동일한 참조 번호를 부여하고 자세한 설명은 생략한다.
섬유 기재(20)는 상기 방열 시트의 열전도도를 향상시키기 위한 것으로, 직물, 편물 또는 부직포일 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 섬유 기재(20)는 탄소 섬유(carbon fiber)를 포함할 수 있다.
이와는 달리, 섬유 기재(20)는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래파이트(graphite) 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수도 있다.
금속층(30)은 섬유 기재(20) 상에 적층될 수 있다. 구체적으로, 금속층(30)은 섬유 기재(20) 상에 연속적으로 연장되어 적층될 수 있다.
금속층(30)은 스테인리스 스틸(SUS) 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 금속층(30)의 종류는 특별히 제한되지 않고, 높은 열전도성을 갖는 금속이라면 어떠한 것이라도 사용될 수 있다.
예를 들어, 금속층(30)은 스퍼터링(Sputtering) 공정에 의해 섬유 기재(20) 상에 적층될 수 있다. 이와는 달리, 금속층(30)은 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition: PVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 공정, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정에 의해 섬유 기재(20) 상에 적층될 수 있다.
이하에서는, 상기 방열 시트의 제조 방법을 주로 설명하고자 한다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 점착성 수지, 무기 입자 및 경화제를 교반하여 예비 점착제 조성물을 형성한다(S100). 상기 무기 입자 및 상기 경화제에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
예를 들어, 상기 점착성 수지, 상기 무기 입자 및 상기 경화제를 회전 교반기에 넣고, 250 rpm 내지 350 rpm의 범위 이내의 회전속도로 30분 내지 90분 사이의 범위 이내의 시간동안 교반시켜 상기 예비 점착제 조성물을 형성할 수 있다.
예를 들어, 250 rpm 보다 낮은 회전 속도 또는 30분보다 낮은 시간동안 상기 점착성 수지, 상기 무기 입자 및 상기 경화제를 섞는 경우에 균일하게 섞이지 않을 수 있다. 또한, 350 rpm 보다 높은 회전 속도 또는 90분보다 높은 시간동안 상기 점착성 수지, 상기 무기 입자 및 상기 경화제를 섞는 경우에 상기 무기 입자가 손상될 가능성이 있다.
상기 점착성 수지, 상기 무기 입자 및 상기 경화제를 적절히 교반시키기 위하여 용매를 더 포함시켜 회전 교반할 수도 있다. 상기 용매에 관한 구체적은 내용은 전술한 바와 동일하다.
이어서, 상기 예비 점착제 조성물에 포함된 기포를 제거하여 방열 시트용 점착제 조성물을 형성한다(S120).
예를 들어, 상기 예비 점착제 조성물을 진공 오븐에 넣고 탈포공정을 진행할 수 있다. 상기 탈포공정을 통하여 상기 예비 점착제 조성물에 형성될 수 있는 기포를 제거하여 열전도성 및 점착력을 강화시킬 수 있다.
이이서, 섬유 기재 상에 금속층을 적층한다(S140).
상기 금속층은 스테인리스 스틸(SUS) 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 상기 금속층의 종류는 특별히 제한되지 않고, 높은 열전도성을 갖는 금속이라면 어떠한 것이라도 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속층은 스퍼터링(Sputtering) 공정에 의해 상기 섬유 기재 상에 적층될 수 있다. 이와는 달리, 상기 금속층은 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition: PVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 공정, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정에 의해 상기 섬유 기재 상에 적층될 수 있다.
이어서, 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 금속층이 형성된 섬유 기재 상에 배치하고 상기 점착제 조성물을 경화시킨다(S160).
예를 들어, 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 금속층이 형성된 섬유 기재 상에 시트상으로 형성한 다음, 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 경화시킬 수 있으며 경화 방법 및 경화 장치 등은 특별히 제한되지 않는다. 상기 방열 시트용 점착제 조성물은 상기 조성물에 상기 조성물에 함유되어 있는 상기 경화제와 상기 점착용 수지 간의 가교 반응을 통해 경화될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 사출성형 금형 또는 배치식 금형에 투입하고, 압출기 또는 주형 등의 방법에 의해 시트상으로 경화시킬 수도 있다.
상기 방열 시트용 점착제 조성물을 경화시키기 위한 온도는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 70도 내지 90도의 범위 이내일 수 있다. 또한, 본 발명의 점착제 조성물이 시트상으로 성형되어 방열 시트를 구성할 때 상기 방열 시트의 두께가 0.1 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 5 mm일 수 있다.
상기 방열 시트용 점착제 조성물은 전술한 예비 점착제 조성물이 경화된 것으로, 상기 점착제 조성물의 유동성이 크게 저하된 상태의 것을 의미하고, 완전히 유동성이 없는 고화된 상태 이외에, 약간 유동성이 남아 있는 상태(조청상 또는 퍼티상)를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방열 시트의 열전도도는 요구 성능에 의해 적절히 설계될 수 있지만, 바람직하게는 0.3 W/mK 내지 3 W/mK일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.5 W/mK 내지 3 W/mK일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 W/mK 내지 3 W/mK일 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<방열 시트의 제조>
실시예 1
아크릴계 수지 95 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 5 중량 퍼센트를 배합하고, 상기 아크릴계 수지 및 상기 탄화 규소와는 별도로 경화제를 더 배합하였다. 상기 경화제는 아크릴계 수지 100 중량에 대해 1 중량의 비율로 배합되었다. 이어서, 상기 물질들을 회전 교반기에 투입하고 300rpm의 회전속도로 1시간동안 회전 교반하여 예비 점착제 조성물을 제조하였다. 상기 예비 점착제 조성물을 진공 오븐에 투입하여 탈포공정을 진행하여 상기 예비 점착제 조성물 내의 기포를 제거하여 방열 시트용 점착제 조성물을 제조하였다. 이어서, 실리콘 이형제가 도포된 PET 필름 상에 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 부은 후, hot press로 80도에서 5분간 압착 경화한 뒤, film casting기를 이용하여 사출하였다. 이어서, 24시간 동안 80도의 온도에서 경화시켜 두께 0.5mm를 갖는 방열 시트(A1)를 제조하였다. 상기 탄화 규소(SiC)의 입자의 크기는 약 1μm이며, 상기 탄화 규소(SiC)의 형상은 globular이다.
실시예 2
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 90 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 10 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열시트(A2)를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 85 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 15 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A3)를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 80 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 20 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A4)를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 75 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 25 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A5)를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 5에서 상기 탄화 규소(SiC)의 크기가 6μm인 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 방열 시트(A6)를 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 5에서 상기 탄화 규소(SiC)의 구조가 Crystal 구조인 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 방열 시트(A7)를 제조하였다.
실시예 8
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 70 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 30 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A8)를 제조하였다.
실시예 9
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 60 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 40 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A9)를 제조하였다.
실시예 10
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 50 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 50 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A10)를 제조하였다.
실시예 11
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 40 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 60 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A11)를 제조하였다.
실시예 12
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 30 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 70 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A12)를 제조하였다.
실시예 13
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 20 중량 퍼센트에 대하여, 탄화 규소(SiC) 80 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(A13)를 제조하였다.
실시예 14
상기 실시예 13에서 상기 탄화 규소(SiC)의 크기가 6μm인 것을 제외하고는, 실시예 13과 동일한 방법으로 방열 시트(A14)를 제조하였다.
실시예 15
상기 실시예 13에서 상기 탄화 규소(SiC)의 구조가 Crystal 구조인 것을 제외하고는, 실시예 13과 동일한 방법으로 방열 시트(A15)를 제조하였다.
실시예 16
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 95 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 5 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(B1)를 제조하였다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 입자의 크기는 약 1μm이며, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 형상은 globular이다.
실시예 17
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 90 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 10 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B2)를 제조하였다.
실시예 18
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 85 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 15 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B3)를 제조하였다.
실시예 19
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 80 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 20 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B4)를 제조하였다.
실시예 20
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 75 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 25 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B5)를 제조하였다.
실시예 21
상기 실시예 20에서 상기 질화 알루미늄(AlN)의 크기가 6μm인 것을 제외하고는, 실시예 20과 동일한 방법으로 방열 시트(B6)를 제조하였다.
실시예 22
상기 실시예 20에서 상기 질화 알루미늄(AlN)의 구조가 Irregular 구조인 것을 제외하고는, 실시예 20과 동일한 방법으로 방열 시트(B7)를 제조하였다.
실시예 23
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 70 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 30 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B8)를 제조하였다.
실시예 24
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 60 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 40 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B9)를 제조하였다.
실시예 25
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 50 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 50 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B10)를 제조하였다.
실시예 26
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 40 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 60 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B11)를 제조하였다.
실시예 27
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 30 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 70 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B12)를 제조하였다.
실시예 28
상기 실시예 16에서, 아크릴계 수지 20 중량 퍼센트에 대하여, 질화 알루미늄(AlN) 80 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 방열 시트(B13)를 제조하였다.
실시예 29
상기 실시예 28에서 상기 질화 알루미늄(AlN)의 크기가 6μm인 것을 제외하고는, 실시예 28과 동일한 방법으로 방열 시트(B14)를 제조하였다.
실시예 30
상기 실시예 28에서 상기 질화 알루미늄(AlN)의 구조가 Irregular 구조인 것을 제외하고는, 실시예 28과 동일한 방법으로 방열 시트(B15)를 제조하였다.
실시예 31
상기 실시예 1에서, 아크릴계 수지 95 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 5 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 방열 시트(C1)를 제조하였다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 입자의 크기는 약 4μm이며, 상기 질화 붕소(BN)의 형상은 globular이다.
실시예 32
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 90 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 10 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C2)를 제조하였다.
실시예 33
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 85 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 15 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C3)를 제조하였다.
실시예 34
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 80 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 20 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C4)를 제조하였다.
실시예 35
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 75 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 25 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C5)를 제조하였다.
실시예 36
상기 실시예 35에서 상기 질화 알루미늄(AlN)의 크기가 10μm인 것을 제외하고는, 실시예 35와 동일한 방법으로 방열 시트(C6)를 제조하였다.
실시예 37
상기 실시예 35에서 상기 질화 알루미늄(AlN)의 구조가 Hexagonal 구조인 것을 제외하고는, 실시예 35와 동일한 방법으로 방열 시트(C7)를 제조하였다.
실시예 38
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 70 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 30 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C8)를 제조하였다.
실시예 39
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 60 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 40 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C9)를 제조하였다.
실시예 40
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 50 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 50 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C10)를 제조하였다.
실시예 41
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 40 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 60 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C11)를 제조하였다.
실시예 42
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 30 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 70 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C12)를 제조하였다.
실시예 43
상기 실시예 31에서, 아크릴계 수지 20 중량 퍼센트에 대하여, 질화 붕소(BN) 80 중량 퍼센트를 배합한 것을 제외하고는, 실시예 31과 동일한 방법으로 방열 시트(C13)를 제조하였다.
실시예 44
상기 실시예 43에서 상기 질화 붕소(BN)의 크기가 10μm인 것을 제외하고는, 실시예 43과 동일한 방법으로 방열 시트(C14)를 제조하였다.
실시예 45
상기 실시예 43에서 상기 질화 붕소(BN)의 구조가 Hexagonal 구조인 것을 제외하고는, 실시예 43과 동일한 방법으로 방열 시트(C15)를 제조하였다.
실시예 46
상기 실시예 35에서 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 탄소 섬유 기재 상에 부은 후 경화시킨 점을 제외하고, 실시예 35와 동일한 방법으로 방열 시트(C16)를 제조하였다.
실시예 47
상기 실시예 35에서 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 스퍼터링 공정에 의해 스테인리스 스틸 층이 형성된 탄소 섬유 기재 상에 부은 후 경화시킨 점을 제외하고, 실시예 35와 동일한 방법으로 방열 시트(C17)를 제조하였다.
실시예 48
상기 실시예 43에서 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 탄소 섬유 기재 상에 부은 후 경화시킨 점을 제외하고, 실시예 43와 동일한 방법으로 방열 시트(C18)를 제조하였다.
실시예 49
상기 실시예 43에서 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 스퍼터링 공정에 의해 스테인리스 스틸 층이 형성된 탄소 섬유 기재 상에 부은 후 경화시킨 점을 제외하고, 실시예 43와 동일한 방법으로 방열 시트(C19)를 제조하였다.
비교예
상기 실시예 1에서 무기 입자를 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 방열 시트(D)를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 49 및 비교예에서 제조된 방열 시트의 조성물 함량을 하기의 표 1에 정리하여 기재하였다.
구분 조성물의 함량
점착용 수지
(중량 퍼센트)		 무기 입자
(중량 퍼센트)		 크기
(m)		 구조 기재
실시예 1 95 5 (SiC) 1 globular PET film
실시예 2 90 10 (SiC) 1 globular PET film
실시예 3 85 15 (SiC) 1 globular PET film
실시예 4 80 20 (SiC) 1 globular PET film
실시예 5 75 25 (SiC) 1 globular PET film
실시예 6 75 25 (SiC) 6 globular PET film
실시예 7 75 25 (SiC) 1 crystal PET film
실시예 8 70 30 (SiC) 1 globular PET film
실시예 9 60 40 (SiC) 1 globular PET film
실시예 10 50 50 (SiC) 1 globular PET film
실시예 11 40 60 (SiC) 1 globular PET film
실시예 12 30 70 (SiC) 1 globular PET film
실시예 13 20 80 (SiC) 1 globular PET film
실시예 14 20 80 (SiC) 6 globular PET film
실시예 15 20 80 (SiC) 1 crystal PET film
실시예 16 95 5 (AlN) 1 globular PET film
실시예 17 90 10 (AlN) 1 globular PET film
실시예 18 85 15 (AlN) 1 globular PET film
실시예 19 80 20 (AlN) 1 globular PET film
실시예 20 75 25 (AlN) 1 globular PET film
실시예 21 75 25 (AlN) 6 globular PET film
실시예 22 75 25 (AlN) 1 irregular PET film
실시예 23 70 30 (AlN) 1 globular PET film
실시예 24 60 40 (AlN) 1 globular PET film
실시예 25 50 50 (AlN) 1 globular PET film
실시예 26 40 60 (AlN) 1 globular PET film
실시예 27 30 70 (AlN) 1 globular PET film
실시예 28 20 80 (AlN) 1 globular PET film
실시예 29 20 80 (AlN) 6 globular PET film
실시예 30 20 80 (AlN) 1 irregular PET film
실시예 31 95 5 (BN) 4 globular PET film
실시예 32 90 10 (BN) 4 globular PET film
실시예 33 85 15 (BN) 4 globular PET film
실시예 34 80 20 (BN) 4 globular PET film
실시예 35 75 25 (BN) 4 globular PET film
실시예 36 75 25 (BN) 10 globular PET film
실시예 37 75 25 (BN) 4 hexagonal PET film
실시예 38 70 30 (BN) 4 globular PET film
실시예 39 60 40 (BN) 4 globular PET film
실시예 40 50 50 (BN) 4 globular PET film
실시예 41 40 60 (BN) 4 globular PET film
실시예 42 30 70 (BN) 4 globular PET film
실시예 43 20 80 (BN) 4 globular PET film
실시예 44 20 80 (BN) 10 globular PET film
실시예 45 20 80 (BN) 4 hexagonal PET film
실시예 46 20 80 (BN) 4 globular carbon fiber
실시예 47 20 80 (BN) 4 globular carbon fiber
sus layer
실시예 48 20 80 (BN) 4 globular carbon fiber
실시예 49 20 80 (BN) 4 globular carbon fiber
sus layer
비교예 100 0 N/A N/A N/A
비고
점착성 수지 : 아크릴계 수지 (NH-9300, (주)영우)
별도의 경화제가 첨가되었음. 경화제 : Butylated Melamin계 경화제 ((주)영우)
<방열 시트의 물성 측정 및 결과>
1. 분산도 측정 및 결과
도 4 내지 도 6는 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트의 주사 현미경 사진들이다. 전자 현미경(FE SEM-6500F)을 이용하여 무기 입자의 분산도를 관찰하였다.
구체적으로, 도 4는 실시예 5에 따른 탄화 규소를 갖는 무기 입자를 포함하는 방열 시트(A5) 샘플의 파단면을 상기 전자 현미경으로 촬영한 사진이다. 도 5는 실시예 20에 따른 질화 알루미늄을 갖는 무기 입자를 포함한 방열 시트(B5) 샘플의 파단면을 상기 전자 현미경으로 촬영한 사진이다. 도 6은 실시예 35에 따른 질화 붕소를 갖는 무기 입자를 포함한 방열 시트(C5) 샘플의 파단면을 상기 전자 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 각 샘플들을 촬영한 사진들을 살펴보면, 각각의 무기 입자들이 골고루 분산되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 양호한 분산도를 가짐을 알 수 있다.
2. 열전도도 및 열확산계수 측정 및 결과
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 방열 시트의 전면에 레이저를 조사하여 가열시키고, 그 이면에서 방사계를 이용하여 온도 변화를 측정한 후, 측정된 온도 변화 데이터를 곡선 보간법을 이용하여 해석함으로써 열확산계수를 측정하였다.
또한, 하기의 일반식 1을 이용하여, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 방열 시트에 대한 열전도도를 측정하였다.
[일반식 1]
k = α × ρ × Cp
상기 일반식 1에서, k는 열전도도(단위: W/mK)를 나타내고, α는 열확산계수를(단위: mm2/s) 나타내며, ρ는 밀도(단위: kg/m3)를 나타내고, Cp는 열용량(단위: J/kgK)을 나타낸다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 방열 시트의 밀도 및 열용량을 측정한 후, 상기에서 측정된 열확산계수를 상기 측정된 밀도 및 열용량과 함께 상기 일반식 1에 대입함으로써, 각각의 열전도도를 측정하였다.
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 방열 시트의 열전도도의 측정 결과를 하기의 표 2에 정리하여 기재하였다. 또한, 표 2의 결과를 도 7에 그래프로 도시하였다.
구분 열전도도(W/mK) 구분 열전도도(W/mK) 구분 열전도도(W/mK)
실시예 1 0.17 실시예 16 0.12 실시예 31 0.15
실시예 2 0.19 실시예 17 0.14 실시예 32 0.18
실시예 3 0.22 실시예 18 0.16 실시예 33 0.21
실시예 4 0.29 실시예 19 0.20 실시예 34 0.32
실시예 5 0.53 실시예 20 0.33 실시예 35 0.35
실시예 8 0.75 실시예 23 0.50 실시예 38 0.36
실시예 9 1.10 실시예 24 0.63 실시예 39 0.56
실시예 10 1.35 실시예 25 0.94 실시예 40 1.11
실시예 11 1.55 실시예 26 1.13 실시예 41 1.79
실시예 12 2.03 실시예 27 1.26 실시예 42 1.95
실시예 13 2.21 실시예 28 1.60 실시예 43 2.26
비교예 0.09
상기 표 2 및 도 7에 나타난 바와 같이, 무기 입자들의 함량이 높을수록 열전도도가 향상되는 점을 확인할 수 있다.
구체적으로, 각각의 무기 입자들의 중량 퍼센트가 5 중량 퍼센트 내지 80 중량 퍼센트의 범위 이내일 때, 열전도도가 향상되며, 각각의 무기 입자들의 중량 퍼센트가 5 중량 퍼센트 미만일 때는 열전도 효과가 미미하며 각각의 무기 입자들의 중량 퍼센트가 80 중량 퍼센트 초과일 때는 응집력이 떨어져 샘플이 크랙(crack)되는 문제가 발생하였다.
특히, 실시예 5 내지 실시예 11 및 실시예 41에서 열전도도가 급격히 향상되는 점을 확인할 수 있으며, 이는 탄화 규소를 갖는 무기 입자의 중량 퍼센트가 25 중량 퍼센트 내지 55 중량 퍼센트이거나, 질화 붕소를 갖는 무기 입자의 중량 퍼센트가 60 중량 퍼센트일 때 열전도도가 급격히 향상되는 점을 확인할 수 있다.
탄화 규소를 갖는 무기 입자의 중량 퍼센트가 20 중량 퍼센트인 경우인 실시예 4의 열전도도는 0.29이며, 탄화 규소를 갖는 무기 입자의 중량 퍼센트가 25 중량 퍼센트인 경우인 실시예 5의 열전도도는 0.53으로 열전도도가 1.83배 향상됨을 알 수 있다. 이는 무기 입자를 포함하지 않은 비교예의 열전도도가 3.22배 향상됨을 알 수 있다.
질화 붕소를 갖는 무기 입자의 중량 퍼센트가 60 중량 퍼센트인 경우인 실시예 41의 열전도도는 1.79이며, 질화 붕소를 갖는 무기 입자의 중량 퍼센트가 55 중량 퍼센트인 경우인 실시예 40의 열전도도는 1.11로 열전도도가 1.6배 향상됨을 알 수 있다.
따라서, 예시적인 실시예들에 따른 방열 시트는 무기 입자의 중량 퍼센트가 5 중량 퍼센트 내지 80 중량 퍼센트의 범위 이내에 있을 때, 열전도도가 향상됨을 알 수 있다. 바람직하게는 무기 입자의 중량 퍼센트가 25 중량 퍼센트 내지 60 중량 퍼센트의 범위 이내에 있을 때, 무기 입자 함유량을 대비하여 열전도도의 상승이 효과적임을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 방열 시트의 열확산계수의 측정 결과를 하기의 표 3에 정리하여 기재하였다.
구분 열확산계수 (mm2/s)
실시예 5 0.203
실시예 6 0.095
실시예 7 0.176
실시예 13 0.142
실시예 14 0.115
실시예 15 0.098
실시예 20 0.177
실시예 21 0.150
실시예 22 0.147
실시예 28 0.789
실시예 29 0.696
실시예 30 0.793
실시예 35 0.563
실시예 36 0.709
실시예 37 0.718
실시예 43 1.092
실시예 44 0.898
실시예 45 1.764
실시예 46 0.236
실시예 47 0.283
실시예 48 0.512
실시예 49 1.028
비교예 0.375
실시예 5, 실시예 20, 실시예 35의 각각의 열확산계수들을 살펴보면, 실시예 6, 실시예 21, 실시예 36의 각각의 열확산계수들보다 큰 것을 알 수 있다. 구체적으로, 무기 입자가 25 중량 퍼센트 포함되는 경우에, 실시예 5, 실시예 20, 실시예 35의 무기 입자의 크기가 1μm 인 경우가 실시예 6, 실시예 21, 실시예 36의 무기 입자의 크기가 6μm 인 경우보다 열전도도가 더 큰 것을 알 수 있다. 무기 입자의 크기가 더 작은 경우에 단위 부피당 표면적이 더 크기 때문에 열확산이 더 용이하게 일어나는 것으로부터 기인하는 것이다.
또한, 실시예 5, 실시예 20, 실시예 35의 각각의 열확산계수들을 살펴보면, 실시예 7, 실시예 22, 실시예 37의 각각의 열확산계수들보다 큰 것을 알 수 있다. 실시예 5, 실시예 20, 실시예 35의 globular 구조를 갖는 무기 입자가 실시예 7, 실시예 22, 실시예 37의 crystal, irregular, hexagonal의 각각의 구조를 갖는 무기 입자보다 열확산계수가 보다 큰 것을 알 수 있다. 구체적으로, 무기 입자가 25 중량 퍼센트 포함되는 경우에는 globular 구조가 열확산계수가 더 큰 것을 알 수 있다.
도 8은 표 3의 실시예 46 내지 49의 방열 시트의 열확산계수를 나타내는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 실시예 46 및 실시예 48은 금속층이 탄소 섬유 상에 형성되지 않은 방열 시트에 대한 것이며, 실시예 47 및 49는 금속층이 탄소 섬유 상에 형성된 방열 시트에 관한 것이다.
구체적으로, 탄소 섬유 상에 금속층이 스퍼터링되어 적층되며, 상기 금속층 상에 방열 시트용 점착제 조성물이 배치되는 경우에 열확산계수가 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 48 및 실시예 49를 통하여 살펴보면, 상기 금속층이 스퍼터링되어 탄소 섬유 상에 적층되는 경우에 열확산계수가 2배 가까이 증가하여 우수한 효과가 있음을 나타내고 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르는 발열 시트 및 이의 제조 방법은, 질화 붕소, 질화 알루미늄 또는 탄화 규소와 같은 무기 물질을 포함하는 무기 입자를 열전도성 입자로 이용할 수 있다.
이에 따라, 상기 방열 시트용 점착제 조성물은 우수한 분산도를 가지며 상기 무기 입자는 점착용 수지 내에서 균일하게 분포되는 특징을 가질 수 있다. 또한, 상기 방열 시트용 점착제 조성물은 우수한 열전도도를 가질 수 있으며 가공성, 저비용, 경량화 등을 달성할 수 있다.
또한, 예시적인 실시예들에 따른 방열시트는 탄소 섬유 기재 상에 스테인리스 스틸을 포함하는 금속층을 적층하고, 상기 금속층 상에 상기 방열 시트용 점착제 조성물을 배치하여 최적의 방열 효과를 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 점착용 수지; 및
    상기 점착용 수지 내에 구비되고, 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 갖는 무기 입자를 포함하는 방열 시트용 점착제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 입자의 중량 퍼센트는 5 중량 퍼센트 내지 80 중량 퍼센트의 범위 이내에 있는 것을 특징으로 하는 방열 시트용 점착제 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 입자의 크기는 500nm 내지 10μm의 범위 이내에 있는 것을 특징으로 하는 방열 시트용 점착제 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 입자는 구상형(globular) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 방열 시트용 점착제 조성물.
  5. 섬유 기재;
    상기 섬유 기재 상에 적층되는 금속층;
    상기 금속층 상에 배치되는 점착용 수지; 및
    상기 점착용 수지 내에 구비되고, 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 갖는 무기 입자를 포함하는 방열 시트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 섬유 기재는 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 금속층은 스테인리스 스틸 또는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속층은 스퍼터링 공정에 의해 증착된 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  9. 제 5 항에 있어서, 이소시아네이트계 화합물, 에폭시계 화합물, 아지리딘계 화합물 및 금속 킬레이트계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 점착용 수지는,
    에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 수지 및 실리콘-우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  11. 점착용 수지 및 무기 입자를 교반하여 예비 점착제 조성물을 형성하는 단계; 및
    상기 예비 점착제 조성물에 포함된 기포를 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 무기 입자는 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트용 점착제 조성물의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 무기 입자의 중량 퍼센트는 5 중량 퍼센트 내지 80 중량 퍼센트의 범위 이내에 있는 것을 특징으로 하는 방열 시트용 점착제 조성물의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 예비 점착제 조성물을 형성하는 단계는,
    250 rpm 내지 350 rpm으로 상기 점착용 수지 및 상기 무기 입자를 회전 교반시켜 상기 예비 점착제 조성물을 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 시트용 점착제 조성물의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 예비 점착제 조성물을 형성하는 단계는,
    용매를 상기 점착용 수지 및 상기 무기 입자와 교반하는 것을 특징으로 하는 방열 시트용 점착제 조성물의 제조 방법.
  15. 섬유 기재를 제공하는 단계;
    상기 섬유 기재 상에 금속층을 스퍼터링하여 적층하는 단계; 및
    상기 금속층 상에 점착용 수지, 및 상기 점착용 수지 내에 구비되고 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN) 및 탄화 규소(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 갖는 무기 입자를 포함하는 방열 시트용 점착제 조성물을 배치하는 단계를 포함하는 방열 시트의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속층은 스테인리스 스틸 또는 알루미늄을 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 시트의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 섬유 기재는 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트의 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 방열 시트용 점착제 조성물은 경화제를 더 포함하고,
    상기 방열 시트용 점착제 조성물을 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 경화제는 이소시아네이트계 화합물, 에폭시계 화합물, 아지리딘계 화합물 및 금속 킬레이트계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트의 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 예비 점착제 조성물을 경화시키는 단계는,
    상기 예비 점착제 조성물을 70도 내지 90도의 범위 이내의 온도로 건조시키는 것을 특징으로 하는 방열 시트의 제조 방법.
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