WO2020141925A1 - 방열 시트 제조방법 - Google Patents

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WO2020141925A1 PCT/KR2020/000108 KR2020000108W WO2020141925A1 WO 2020141925 A1 WO2020141925 A1 WO 2020141925A1 KR 2020000108 W KR2020000108 W KR 2020000108W WO 2020141925 A1 WO2020141925 A1 WO 2020141925A1
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heat
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황승재
이진형
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주식회사 아모그린텍
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a heat dissipation sheet, and more particularly, to a method for manufacturing a heat dissipation sheet in which productivity is significantly improved as the processability is improved while being flexible and excellent in heat dissipation characteristics.
  • heat generated in a device or device having parts that generate heat during operation not only decreases the function of the corresponding parts, but also produces various problems such as deterioration of functions, malfunction, and loss of function due to deterioration. Accordingly, research on the heat dissipation structure to solve the heat problem has been continued for a long time in various industries. As a result of these studies, various heat dissipation devices such as heat dissipation fans, heat dissipation fins, and heat pipes have been developed. Recently, heat dissipation materials such as heat dissipation pads, heat dissipation sheets, heat dissipation paints have been developed to assist or replace conventional heat dissipation devices. Doing.
  • the heat dissipation sheet has better heat dissipation characteristics than the heat dissipation paint, and is thinner, so it can be easily applied to the apparatus or device without any structural design change of the device or device, or even with a slight structural design change.
  • developments have been actively made in various fields such as the automotive field and the medical field.
  • materials known to have high heat dissipation performance generally have low resistance and have a high dielectric constant, thereby deteriorating the performance of other parts in the apparatus or apparatus to which the heat dissipation material is applied, or loss of function through the parts. have.
  • a step may exist on the application surface.
  • the conventional heat dissipation sheet has poor flexibility, and thus there is a problem in that adhesion between the application surface with the step is poor.
  • the content level of the heat dissipation material in the conventional heat dissipation sheet and the heat dissipation level resulting therefrom are still not reaching the required level.
  • the present invention has been made in view of the above points, and has an object to provide a method for manufacturing a heat dissipation sheet having excellent heat dissipation performance despite being designed with a low dielectric constant.
  • the present invention is designed to have excellent heat dissipation performance, but it is another object to provide a method for manufacturing a heat dissipation sheet having excellent flexibility, which is minimized or prevented from cracking, shrinking, and porosity of the sheet.
  • the present invention has another object to provide a method of manufacturing a heat dissipation sheet in which productivity is significantly improved as processability is improved.
  • the present invention provides a heat dissipation sheet by crosslinking (1) a preliminary sheet comprising a matrix forming component, a crosslinking agent, and a heat dissipation filler, and (2) crosslinking the matrix forming component included in the preliminary sheet. It provides a method of manufacturing a heat dissipation sheet comprising the steps of manufacturing.
  • the matrix-forming component in the pre-sheet may be in a non-crosslinked state or a partially crosslinked state.
  • the step (2) may include the step of crosslinking while applying heat and pressure to at least one of the presheets, and cooling the crosslinked presheet while applying pressure.
  • the step of crosslinking may be performed while applying pressure in a state in which 2 to 5 sheets of preliminary sheets are laminated.
  • crosslinking step and the cooling step may be performed through a first press and a second press having different temperatures from each other.
  • the step of crosslinking is performed for 10 to 60 minutes at a temperature of 100 to 180°C
  • the step of cooling may be performed for 10 to 60 minutes at a temperature of 20 to 60°C.
  • the heat dissipation filler has an average particle diameter of 1 to 40 ⁇ m, and may be provided at least 85% by weight based on the total weight of the heat dissipation sheet.
  • the heat dissipation filler has a first heat dissipation filler having a particle diameter of 1 to 5 ⁇ m, a second heat dissipation filler having a particle size of 10 to 20 ⁇ m, and a third heat dissipation filler having a particle size of 25 to 40 ⁇ m: 1.5 to 3: 3.5 to 3.5 It can be included in a weight ratio of 5.
  • the heat dissipation filler may be a surface modified with one or more functional groups selected from the group consisting of hydroxy group, alkyl group, amine group and aniline group.
  • the matrix forming component is isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, acrylic rubber, nitrile-butadiene rubber (NBR) and silicone rubber It may include one or more rubber-based components selected from the group consisting of.
  • crosslinking agent may include one or more selected from the group consisting of isocyanate-based and peroxide-based.
  • the thickness reduction rate calculated according to Equation 1 below may be 20% or more.
  • the matrix-forming component is a rubber-based component
  • the prepared heat-radiating sheet may be left at 40° C. for 50 hours, and the thickness change rate calculated according to Equation 2 below may be less than 10%.
  • the matrix forming component is styrene-butadiene rubber (SBR), and the crosslinking agent may be a peroxide system.
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • the heat dissipation sheet may have a density of 1.6 g/m 3 or more.
  • the heat dissipation sheet manufactured by the present invention is designed with high density, and thus has excellent heat dissipation characteristics. In addition, even though it is designed to have excellent heat dissipation performance, it is possible to minimize or prevent sheet breakage, shrinkage, porosity, thickness change, etc., and have excellent flexibility. Furthermore, as the processability is improved, the productivity is very excellent and may be suitable for mass production.
  • Figure 2 is provided on the heat dissipation sheet according to an embodiment of the present invention, a surface SEM photo of the surface-modified boron nitride,
  • Figure 3 is a SEM photograph of the surface of the heat dissipation sheet according to an embodiment of the present invention without performing a cooling process after crosslinking
  • Figure 4 is a SEM image of the surface of the heat dissipation sheet according to an embodiment of the present invention further performing a cooling process after crosslinking.
  • the heat dissipation sheet comprises: (1) preparing a preliminary sheet including a matrix forming component, a crosslinking agent, and a heat dissipation filler; and (2) crosslinking the matrix forming component included in the preliminary sheet to obtain a heat dissipation sheet. It may be manufactured, including the step of manufacturing.
  • a step of preparing a pre-sheet including a matrix forming component, a crosslinking agent, and a heat dissipation filler is performed.
  • a sheet forming composition including a matrix forming component, a crosslinking agent, and a heat dissipation filler may be implemented in a sheet shape through a conventional sheet forming method.
  • the sheet-forming composition may further include a known solvent suitable for dissolving the matrix-forming component, etc.
  • the pre-sheet may be in a state in which the solvent contained in the sheet composition is dried.
  • the presheet may be in a state in which a part of the matrix forming component is crosslinked through the crosslinking agent.
  • the matrix forming component is a component that is crosslinked through a crosslinking agent to be described later to form a matrix, and is a component that maintains a sheet shape.
  • the matrix forming component may be formed through an organic compound used to manufacture a conventional sheet.
  • the matrix forming component is high density polyethylene, polycarbonate, polyamide, polyimide, polyvinyl chloride, polypropylene, polystyrene, modified polypropylene ether (PPE), polyethyleneimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK) , Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), epoxy based, acrylic based, polyurethane, isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, It may be at least one selected from the group consisting of acrylic rubber, nitrile-butadiene rubber (NBR), and silicone rubber
  • a matrix forming component having a low density in order to further improve the content of the heat dissipation filler in the heat dissipation sheet, it may be preferable to use a matrix forming component having a low density, and for example, the density may be 1 g/m 3 or less. If a matrix-forming component having a high density is used, it may be difficult to increase the content of the heat dissipating filler that can be provided in the sheet, and accordingly, it may be difficult to achieve sufficient heat dissipation characteristics.
  • the matrix-forming component may have a weight-average molecular weight in an appropriate range, thereby significantly improving the content of the heat-radiating filler in the heat-radiating sheet.
  • the matrix-forming component may be a rubber-based component having a weight average molecular weight of 650,000 to 1.25 million. If the weight-average molecular weight of the matrix-forming component is too large, it may be difficult to increase the content of the heat dissipation filler. On the contrary, if it is too small, it is advantageous to significantly improve the heat dissipation filler content, but may be disadvantageous in terms of thermal conductivity.
  • one side of the heating element to which the heat dissipation sheet is applied may be formed with a step difference. If the heat dissipation sheet is small in flexibility, adhesion may not be good to the surface on which the step is formed, and the heat dissipation sheet may be broken when pressed and pressed to increase adhesion. It may be damaged or there is a possibility that the heat dissipation characteristics are significantly reduced. In addition, in the case of some matrix forming components such as polyurethane, flexibility characteristics may be good, but there may be a fear that shrinkage occurs after being manufactured into a sheet or pores in the manufactured sheet are generated.
  • the matrix-forming component may use a rubber-based matrix-forming component to improve flexibility and prevent shrinkage and bubble generation problems.
  • the rubber matrix forming component include isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, acrylic rubber, nitrile-butadiene rubber (NBR), and silicone One or more selected from the group consisting of rubber can be used.
  • the rubber matrix-forming component may be styrene-butadiene rubber, which has excellent solubility in solvents, a low production cost, an increase in the choice of a crosslinking agent, a low density, and a heat dissipation filler as described below.
  • styrene-butadiene rubber which has excellent solubility in solvents, a low production cost, an increase in the choice of a crosslinking agent, a low density, and a heat dissipation filler as described below.
  • the crosslinking agent is included with the matrix forming component in order to supplement the mechanical strength of the sheet and increase the density.
  • the rubber-based matrix-forming component has an elastic restoring force of a certain level or more, and thus it is not easy to realize a thin thickness while providing a high content of the heat-radiating filler in the sheet. That is, in order to increase the density of the heat dissipation sheet, a process of compressing the heat dissipation sheet may be performed.
  • the sheet made of a rubber matrix-forming component is compressed before being compressed by elastic restoring force after a predetermined time has elapsed even after being compressed to a desired predetermined thickness.
  • the thickness recovers, it is not easy to increase the density of the heat dissipation sheet. Accordingly, a cross-linking agent is included in addition to the matrix-forming component, and through this, the density after compression can be maintained over time, and the mechanical strength can be improved by increasing the bonding force between the matrix-forming components.
  • the distance between the heat dissipation fillers may be closer to the thickness direction of the heat dissipation sheet, or contact between the heat dissipation fillers may occur, which may be more advantageous for improving thermal conductivity in the vertical direction.
  • the crosslinking agent may be used without limitation in the case of a known crosslinking agent suitable for crosslinking of the matrix forming component to be selected.
  • the crosslinking agent may be one or more selected from the group consisting of polyolefin-based, isocyanate-based, and peroxide-based components.
  • specific types of the polyolefin-based, isocyanate-based and peroxide-based crosslinking agents can be used, so the present invention is not particularly limited thereto.
  • the isocyanate-based crosslinking agent may be hexamethylene diisocyanate (HDMI).
  • the peroxide-based crosslinking agent may be bis(tert-butylperoxy-2-isopropyl)benzene) (Bis(tert-butylperoxy-2-isopropyl)benzene).
  • the crosslinking agent may be one or more selected from the group consisting of isocyanate-based and peroxide-based, more preferably in terms of advantageously increasing the density of the heat dissipation sheet. Even more preferably, it may be a peroxide-based crosslinking agent. Furthermore, the peroxide crosslinking agent has the advantage of achieving a more elevated effect, such as the above-described effect, shortening of the curing time, when using styrene-butadiene rubber as a rubber-based component.
  • the crosslinking agent may be provided in 0.5 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the matrix forming component, the sheet formability of the heat dissipation sheet when the content of the crosslinking agent is less than 0.5 parts by weight, The shape stability and heat resistance may be deteriorated, and it may be difficult to realize a heat dissipation sheet density at a desired level.
  • the content of the crosslinking agent exceeds 10 parts by weight, there is a fear that hardness increases and flexibility decreases.
  • the heat dissipation filler is a component that imparts thermal conductivity to the heat dissipation sheet.
  • the heat dissipation filler may be used without limitation in the case of a heat dissipation filler known to have thermal conductivity, and may be, for example, a metal, ceramic, or carbon heat dissipation filler.
  • a heat dissipation filler known to have thermal conductivity
  • the metal aluminum, magnesium, copper, nickel, silver, gold, or the like, or a mixture thereof or an alloy thereof may be used.
  • the ceramic alumina, silicon carbide, magnesium oxide, titanium dioxide, silicon dioxide, yttria, zirconia, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, silica, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, beryllium oxide, It may include one or more of monocrystalline silicon and manganese oxide.
  • the carbon-based may include one or more of graphite, graphene, carbon nanotubes, fullerene, carbon black.
  • the heat dissipation filler may be a graphite composite having a nanoparticle that is a metal or ceramic on the graphite surface, or a polydopamine layer further provided on the nanoparticle.
  • the heat dissipation filler may be appropriately selected in consideration of the desired heat dissipation performance or additional insulating performance.
  • the heat dissipation filler may have a spherical shape or a plate-like shape, and may have a plate shape in terms of improving thermal conductivity in the horizontal direction.
  • the heating element may generate heat in all parts constituting the heating element, but there may be a hot spot area in which heat is increased in a specific part, and in this case, the thermal conductivity in the horizontal direction may disperse the heat concentrated in the hot spot to the surroundings. There is an advantage of preventing the concentration of fever.
  • the heat dissipation filler may have an average particle diameter of 1 ⁇ 200 ⁇ m.
  • the heat dissipation filler may have an average particle diameter of 50 ⁇ m or less, more preferably 40 ⁇ m or less, more preferably 20 to 40 ⁇ m, and for example, 20 to 33 ⁇ m.
  • the heat dissipation filler may be provided with a high content of 90% by weight or more in the heat dissipation sheet.
  • the heat dissipation filler When the particle size of the heat dissipation filler is adjusted to an appropriate level, the heat dissipation filler can be easily provided with a high content in the heat dissipation sheet, and the sheet formability is also improved, and the surface quality is prevented by preventing the heat dissipation filler from depositing on the surface after sheet formation. Can be improved. If the average particle diameter of the heat dissipation filler exceeds 40 ⁇ m, it is difficult to equip it with a high content in the matrix realized through an organic compound, and even if it is manufactured to be provided with a high content, sheet formation is not very easy, and surface quality may be deteriorated. There is.
  • the heat dissipation filler may have an average particle diameter of 1 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more, which can further increase the dispersibility and content in the matrix, thereby improving the thermal conductivity.
  • the particle diameter of the heat dissipation filler is a diameter when the shape is spherical, and when the shape is polyhedral or irregular, it means the longest distance among the straight lines between two different points on the surface.
  • the heat dissipation filler may be designed with several particle diameter groups having different particle diameters in order to provide a heat dissipation filler with an improved content in the heat dissipation sheet.
  • the heat dissipation filler may include a first heat dissipation filler having a particle diameter of 1 to 5 ⁇ m, a second heat dissipation filler having a particle diameter of 10 to 20 ⁇ m, and a third heat dissipation filler having a particle diameter of 25 to 40 ⁇ m: 1: 1.5 to 3: 3.5 ⁇ It may be included in a weight ratio of 5, through which it is possible to significantly increase the content of the heat dissipation filler in the heat dissipation sheet. If the particle size distribution of the heat dissipation filler is outside the above range, it may be difficult to provide the heat dissipation filler in the heat dissipation sheet with a high content.
  • the heat dissipation filler is provided in a dispersed form in a matrix formed by crosslinking of matrix forming components, and the interface formed between the matrix and the heat dissipation filler may have poor thermal conductivity characteristics at the interface due to low compatibility due to dissimilar materials. Due to this, even if the heat dissipation filler has excellent thermal conductivity, the heat dissipation performance of the heat dissipation sheet may be low. In addition, there may be an excitation phenomenon at the interface, in this case, the heat dissipation performance may be further reduced, and the durability of the heat dissipation sheet may be deteriorated, such as cracks occurring in the corresponding portion. Accordingly, the heat-dissipating filler may be surface-modified or surface-modified in order to improve interfacial properties with the matrix described later.
  • the surface treatment may be to remove heterogeneous inorganic substances or impurities on the surface of the heat dissipation filler, and through such a surface treatment, the heat conduction properties of the heat dissipation filler itself may be fully exhibited, and it may be advantageous to improve the interfacial properties with the matrix. .
  • the surface modification may be used without limitation in the case of a known modification that can increase the compatibility between the heat dissipation filler and the matrix forming component.
  • the surface modification may be a modification having one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxy group, an alkyl group, an alkane group, an amine group, and an aniline group on the surface of the heat dissipation filler, preferably among hydroxy groups, amine groups and aniline groups.
  • One or more kinds may be used, and more preferably an amine group and an aniline group.
  • the surface treatment or surface modification may be performed by employing a known method, for example, through acid treatment.
  • the acid treatment may be performed by treating an acidic solution such as nitric acid, sulfuric acid, aluminum, and titanium based on a heat dissipation filler, and preferably, sulfuric acid or nitric acid is good for expressing improved thermal conductivity properties.
  • an acidic solution such as nitric acid, sulfuric acid, aluminum, and titanium based on a heat dissipation filler, and preferably, sulfuric acid or nitric acid is good for expressing improved thermal conductivity properties.
  • FIG. 1 is a SEM surface photograph of boron nitride, which is an example of a heat dissipation filler before acid treatment.
  • the surface of boron nitride can be changed roughly after acid treatment.
  • Such a change in surface morphology such as an increase in the roughness of the surface of the heat dissipation filler, has an effect of structurally improving the bonding force at the interface with the matrix, and is advantageous in achieving improved thermal conductivity properties and durability.
  • a heat dissipation filler is introduced in an amount of 6 to 30 g per 100 g of an acidic solution, stirred at 20 to 100°C for 1 to 10 hours, and then neutralized by adding a heat dissipation filler to water.
  • the process of washing with distilled water may be followed.
  • ultrasonic waves may be additionally added during or after stirring.
  • a non-polar solvent such as toluene, xylene, or methyl ethyl ketone may be used as the solvent.
  • the content of the solvent may be 100 to 1,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder resin, and the content may be adjusted in consideration of an appropriate viscosity according to a sheet forming method.
  • the sheet composition may perform a stirring process using a 3-Roll-Mill and/or PL mixer to uniformly disperse the heat dissipating filler and obtain an appropriate viscosity.
  • the stirring process may use a high-power disperser such as 3-Roll-Mill to improve dispersibility of the heat dissipation filler and to improve thermal conductivity, density and flexibility of the heat dissipation sheet.
  • a degassing process for removing bubbles generated in the stirring process may be performed together with the stirring process or after the stirring process.
  • the homogeneously prepared sheet composition may have a viscosity of 1500 ⁇ 3500cps as an example, and may be 2000 ⁇ 3000cps as another example.
  • the sheet-forming composition may be prepared as a preliminary sheet by a conventional method, for example, it may be processed on a substrate to form a sheet.
  • a method of treating the sheet composition on the substrate may employ a known coating method, and knife coating using a comma coater may be used as an example, but is not limited thereto.
  • the sheet composition treated on the substrate on the sheet may be dried at 70°C to 130°C.
  • the sheet composition may be dried at an initial temperature of 70 to 85°C, and then the drying temperature may be increased to end drying at a final temperature of 110 to 130°C.
  • the drying time may vary depending on the drying temperature, so the present invention is not particularly limited.
  • the preliminary sheet that has been dried may have a thickness of 80 to 150 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • a step of manufacturing a heat dissipation sheet is performed by crosslinking the matrix forming component included in the preliminary sheet.
  • the crosslinking of the matrix forming component performed in step (2) may be carried out by a suitable method depending on the type of matrix forming component and the type of crosslinking agent.
  • the crosslinking reaction may be a thermal crosslinking reaction by heat treatment or a photocrosslinking reaction by light irradiation.
  • the step (2) may include a step of crosslinking while applying heat and pressure to at least one of the presheets and cooling the crosslinked presheet.
  • the crosslinking step may induce a thermal crosslinking reaction while applying pressure.
  • the density of the heat dissipation sheet may be increased, and the content of the heat dissipation filler per unit volume may be further increased, and at the same time applied.
  • the distance between the heat dissipation fillers can be shortened, which has the advantage of further improving the heat dissipation characteristics.
  • the shape of the heat dissipation filler is plate-shaped, the orientation in the horizontal direction in the heat dissipation sheet is improved, and the vertical distance between the heat dissipation fillers is shortened, thereby improving the heat dissipation characteristics in both the horizontal and vertical directions.
  • the pressure applied may be 2.5 to 5 kgf/mm 2 , and through this, it may be advantageous to achieve the desired effect of the present invention.
  • the heat applied in the step of crosslinking may be 100 to 180°C, more preferably 110 to 170°C, more preferably 150 to 180°C, and the execution time is 10 to 60 minutes, more preferably 15 It can be ⁇ 55 minutes.
  • the cooling step is a step of preventing density reduction and thickness non-uniformity due to matrix expansion that occurs when left at room temperature after crosslinking through heat, and has the advantage of realizing a heat dissipation sheet having a higher density and uniform thickness.
  • the cooling step may be terminated when the prepared heat-radiating sheet is cooled to a temperature of 60° C. or less, more preferably 18 to 60° C., and more preferably 18 to 50° C.
  • the cooling step may be 10 to 60 minutes, more preferably 15 to 55 minutes.
  • the cooling rate may be, for example, 5 ⁇ 30 °C / min. If the cooling temperature exceeds 60°C, there is a risk of thickness fluctuations.
  • the heat dissipation sheet may stick to the cooling device, for example, the press surface, so that it may not fall well, and as a result, the quality of the heat dissipation sheet surface decreases significantly. Doing so, there is a fear that productivity may decrease.
  • the cooling step may also be performed while applying pressure, and there is an advantage of minimizing variation in the thickness of the heat dissipation sheet.
  • the pressure applied may be, for example, 2.5 to 5 kgf/mm 2 .
  • the step of crosslinking and the step of cooling may be performed while applying pressure through a first press and a second press having different temperatures from each other.
  • the productivity can be further improved in preparation for performing by changing the temperature condition using one press, and the time between the crosslinking step and the cooling step can be minimized or easily adjusted to a desired level, so that the quality of the heat dissipation sheet There is an advantage that can be improved.
  • the temperature and the pressing time of the first press may be the temperature and the execution time in the above-mentioned crosslinking step
  • the temperature and the pressing time of the second press may be the temperature and the execution time in the above-described cooling step.
  • the step of crosslinking may be performed while applying pressure in a state in which 2 to 5 sheets of the preliminary sheet are stacked, and the pressure is applied to the preliminary sheets laminated in multiple sheets rather than crosslinking while applying pressure to the preliminary sheet of 1 sheet.
  • Crosslinking while applying may realize a desired level of heat dissipation sheet thickness, density, etc., and may be more advantageous in improving productivity. If the spare sheets are stacked in excess of 5 sheets, the pressing of the spare sheet may occur in the process of pressing, so uniform pressing may not be performed, and there is a fear of thickness variation for each heat dissipation sheet position.
  • the thickness of one sheet of the preliminary sheet is very thin (for example, 40 ⁇ m or less), it may not be easy in the process to stack the preliminary sheet, so in this case, performing step (2) on one sheet without stacking multiple sheets desirable.
  • the sheet thickness of the heat dissipation sheet produced by performing the step may be, for example, 60 ⁇ m or less, and may be 30 to 60 ⁇ m as another example.
  • the preliminary sheet produced through the above-mentioned step (1) and the heat dissipation sheet produced through the step (2) have a thickness reduction rate of 20% or more, more preferably 25%, more preferably according to Equation 1 below. It may be more than 40%, and through this, there is an advantage that a high content and a high density design of the heat dissipation filler in the heat dissipation sheet are possible, and may be more advantageous in improving heat dissipation characteristics.
  • the thickness change rate calculated according to the following Equation 2 after 10 hours at 40° C. is 10% or less, more preferably 5%.
  • this may be more preferably 2% or less, and more preferably 1% or less, and even more preferably 0.5% or less, through which the quality following the shape deformation in which the thickness fluctuates or becomes non-uniform after the implementation of the heat dissipation sheet.
  • the heat dissipation sheet according to an embodiment of the present invention implemented through the above-described manufacturing method may have a structure in which the heat dissipation filler in the matrix formed by crosslinking the matrix forming components is dispersed.
  • the heat dissipation sheet has a density of 1.6 g/m 2 or more in a state where the heat dissipation filler is provided at 85 wt% or more, more preferably 90 wt% or more, and even more preferably 95 wt% or less of the total weight of the heat dissipation sheet, More preferably, it may be 1.7 g/m 2 or more, and even more preferably 1.8 g/m 2 or more, and through this, the heat dissipation filler may be dispersed at a high filling rate while being implemented with a very thin thickness, thereby achieving excellent heat dissipation characteristics. It can be advantageous. On the other hand, if the heat dissipation filler is provided in excess of 95% by weight in the heat dissipation sheet, there is a fear that sheet formation is difficult and easily breakable.
  • the heat dissipation sheet may have excellent heat dissipation characteristics with a thermal conductivity of 25 W/mk or more, more preferably 29 W/mk or more, and even more preferably 33 W/mk or more.
  • the relative dielectric constant may be implemented to have low dielectric properties of 4 or less.
  • the heat dissipation sheet having low dielectric properties has an advantage of preventing disturbance or signal attenuation of signals transmitted and received due to the heat dissipation sheet when the signal is used adjacent to a component to be transmitted and received.
  • a preliminary sheet was subjected to a pressure of 3.1 kgf/mm 2 using a first press at a temperature of 160° C. to induce a heat crosslinking reaction for 40 minutes. Thereafter, a cooling process was performed for 40 minutes while adding 3.1 kgf/mm 2 using a second press having a temperature of 50° C. to prepare a heat dissipation sheet having a final thickness of 60 ⁇ m and a heat dissipation filler content of 90% by weight. .
  • a sheet was formed by mixing 3 parts by weight of the curing agent DICY and 200 parts by weight of methyl ethyl ketone as a solvent with respect to 100 parts by weight of the bisphenol A epoxy component (National Road, YG-011) as a matrix forming component.
  • a composition was prepared, and the prepared sheet forming composition was treated on a substrate to a predetermined thickness using a comma coater, cured at 150° C. for 30 minutes, and then subjected to a cooling process in the same manner as in Example 1, resulting in a final thickness of 60.
  • a heat-radiating sheet having a ⁇ m and a heat-radiating filler content of about 90% by weight was prepared.
  • Example 2 The same heat dissipation filler as in Example 1 was used, except that the matrix-forming component was changed to thermoplastic polyurethane (TPU), and the final thickness was 60 ⁇ m, and the heat dissipation filler content was about 90 wt. % Heat dissipation sheet was prepared.
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • Example 1 Example 2 Example 3 Matrix-forming component Rubber component (SBR) Epoxy component Polyurethane component Cracking/breaking sheet ratio (%) 0 80 0 Shrinkage and pore generation sheet ratio (%) 2 0 53
  • SBR Matrix-forming component Rubber component
  • the heat dissipation sheet of Example 1 using a rubber-based component as a matrix forming component does not generate cracks or cracks, has no shape change such as shrinkage, and has excellent surface quality.
  • Example 4 Comparative Example 1 Matrix-forming component SBR SBR SBR Type of crosslinking agent Peroxide Isocyanate unused Spare sheet thickness ( ⁇ m) 140 142 140 Immediate heat release sheet thickness ( ⁇ m) 82.0 101.0 82.0 Thickness reduction rate (%) 41.4 28.9 41.4 Density (g/m2) 1.81 1.71 1.81 The thickness of the heat dissipation sheet after leaving for 50 hours ( ⁇ m) 82.2 109.3 138 Thickness change rate (%) 0.3 8.2 68.3
  • Example 4 using a crosslinking agent as a peroxide system and Example 5 using an isocyanate system, it can be seen that the thickness change rate after manufacture is 10% or less, which is superior to Comparative Example 1.
  • the thickness change rate was calculated in the same manner as in Experimental Example 2.
  • the total number of heat dissipation sheets stuck to the second press during the production of a total of 1000 heat dissipation sheets for each example is counted and shown in Table 3 below.
  • Example 4 Example 6 Example 7 Example 8 Matrix-forming component SBR SBR SBR SBR Type of crosslinking agent Peroxide Peroxide Peroxide Peroxide Peroxide Cooling temperature (°C) 50 60 65 70 Spare sheet thickness ( ⁇ m) 140 140 140 140 Immediate heat release sheet thickness ( ⁇ m) 82.0 82.0 82.0 82.0 Thickness reduction rate (%) 41.4 41.4 41.4 41.4 The thickness of the heat dissipation sheet after leaving for 50 hours ( ⁇ m) 82.2 82.74 83.80 86.76 Thickness change rate (%) 0.3 0.9 2.2 5.8 Number of heat dissipation sheets stuck to the second press 0 3 26 100
  • FIG. 3 which is a photograph of the heat dissipation sheet of Example 9 that has not undergone a cooling process, has a smooth and rough surface, whereas the heat dissipation sheet of Example 4 that has undergone a cooling process has a surface quality. It can be confirmed that it is excellent.
  • the heat dissipation sheets according to Examples 4 and 10 to 17 were evaluated in the following physical properties and are shown in Table 4 below.
  • the thermal conductivity was calculated through the thermal diffusivity measured using LFA, the specific heat measured through DSC, and the density of the heat dissipation sheet.
  • thermometer in the center of the circle and manufacturing a measuring device to apply a predetermined voltage to the LED
  • the measurement equipment was placed inside an acrylic chamber having a width of 32 cm ⁇ 30 cm ⁇ 30 cm, respectively, and the temperature inside the acrylic chamber was adjusted to be 25 ⁇ 0.2°C.
  • a predetermined input power was applied to the LED, and after a predetermined time elapsed, the temperature of the thermometer in the thermal imaging and measurement device was measured on the top of the heat dissipation sheet.
  • the average temperature of the portion of the heat dissipation sheet corresponding to the LED was calculated and expressed as the average temperature through the result of the thermal imaging, and the temperature calculated through the thermometer in the measurement equipment was represented as T.C.
  • the same input power is applied to the LED of the measurement equipment without a heat dissipation sheet, and after the same time has elapsed, a thermal image is taken from the top of the LED and the temperature of the thermometer in the measurement equipment is measured to default the result.
  • the average temperature of a thermal image without a heat dissipation sheet was 53.8°C and TC was 66.3°C.
  • an adhesive sheet of the same size as the manufactured heat-radiating sheet was attached to one side of the heat-radiating sheet and then removed.
  • the peeled adhesive sheet was divided into 10 horizontally and vertically divided into a total of 100 cells, and the number of cells exposed to the heat radiation filler was counted.
  • Example 11 As can be seen through Table 4, as shown in Example 11, it can be confirmed that the heat dissipation sheet flexibility is lowered when the heat dissipation filler content is high. In addition, in the case of Example 13, in which the average particle size was rather large, it was confirmed that the surface quality was poor, and as a result, the heat dissipation characteristics were lowered compared to Example 4.

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Abstract

방열시트 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방열시트는 (1) 매트릭스 형성성분, 가교제 및 방열필러를 포함하는 예비시트를 제조하는 단계, 및 (2) 상기 예비시트에 포함된 매트릭스 형성성분을 가교시켜서 방열시트를 제조하는 단계를 포함하여 제조된다. 이에 의하면, 제조된 방열시트는 방열필러를 고함량으로 구비할 수 있어서 방열성능이 현저히 우수하다. 또한, 우수한 방열성능을 갖도록 구현됨에도 매트릭스 형성성분의 재질적 특성과 매트릭스 형성성분이 가교되어 매트릭스를 형성함으로 인해서 시트의 깨짐, 수축, 기공발생, 두께 변화 등이 최소화 또는 방지되며, 우수한 유연성을 가질 수 있다. 나아가 방열시트 제조 시 냉각공정 등을 통해서 공정성이 개선됨에 따라서 생산성이 매우 우수하며, 대량생산에 적합할 수 있다.

Description

방열 시트 제조방법
본 발명은 방열시트 제조방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 유연하고 방열특성이 우수하면서도 공정성이 개선됨에 따라서 생산성이 현격히 향상된 방열시트 제조방법에 관한 것이다.
발열을 목적하지 않았으나 작동 시 발열되는 부품을 갖는 기구, 장치에서 발열은 해당 부품의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 부품의 기능 저하, 오작동 유발, 열화에 따른 기능소실 등 각종 문제를 양산한다. 이에 따라 발열문제를 해결하기 위한 방열구조에 대한 연구는 각종 산업분야에서 오랜 기간 계속되어 왔다. 이러한 연구의 결과물로써 종래에는 방열팬, 방열핀, 히트파이프 등의 다양한 방열 기구들이 개발되었으며, 최근에는 방열패드, 방열시트, 방열도료 등의 다양한 방열 소재들도 개발되어서 종래의 방열 기구를 보조하거나 대체하고 있다.
이 중에서 방열시트는 방열도료 보다 방열특성은 우수하면서도 두께가 얇아 기구나 장치의 구조적 설계변경 없이, 또는 약간의 구조적 설계변경만으로도 쉽게 기구나 장치에 적용될 수 있어서 각종 에너지 분야, 건축분야, 군수분야, 자동차 분야, 의료분야 등 다양한 분야에서 최근 이에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
그러나 방열 성능이 높다고 알려진 재료들은 일반적으로 저항이 낮고, 고유전율을 가짐으로써 방열 소재가 적용되는 기구, 장치 내 다른 부품의 성능을 저하시키거나, 상기 부품을 통한 기능을 상실케 하는 문제점이 발생하고 있다. 또한, 발열원의 구조에 따라서 적용면에 단차가 존재할 수 있는데, 종래의 방열시트는 유연성이 좋지 못해 단차가 있는 적용면과 밀착성이 좋지 못한 문제가 있다. 나아가 종래의 방열시트 내 방열소재의 함량수준 및 이에 기인한 방열수준은 여전히 요구되는 정도에 미치지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 낮은 유전율로 설계됨에도 불구하고 우수한 방열성능을 갖는 방열시트 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 우수한 방열성능을 갖도록 설계됨에도 시트의 깨짐, 수축, 기공발생이 최소화 또는 방지되며, 우수한 유연성을 갖는 방열시트 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
나아가 본 발명은 공정성이 개선됨에 따라 생산성이 현격히 향상된 방열시트 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (1) 매트릭스 형성성분, 가교제 및 방열필러를 포함하는 예비시트를 제조하는 단계, 및 (2) 상기 예비시트에 포함된 매트릭스 형성성분을 가교시켜서 방열시트를 제조하는 단계를 포함하는 방열시트 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 예비시트 내 매트릭스 형성성분은 비가교 상태 또는 일부 가교 상태일 수 있다.
또한, 상기 (2) 단계는 적어도 1장의 상기 예비시트에 대하여 열 및 압력을 가하면서 가교시키는 단계, 및 가교시킨 예비시트를 압력을 가하면서 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가교시키는 단계는 2 ~ 5장의 예비시트를 적층시킨 상태로 압력을 가하면서 수행할 수 있다.
또한, 상기 가교시키는 단계와 냉각시키는 단계는 서로 온도가 상이한 제1프레스 및 제2프레스트를 통해 수행할 수 있다.
또한, 상기 가교시키는 단계는 100 ~ 180℃ 온도로 10 ~ 60분 동안 수행하며, 상기 냉각시키는 단계는 20 ~ 60℃ 온도로 10 ~ 60분 동안 수행할 수 있다.
또한, 상기 방열필러는 평균입경이 1 ~ 40㎛이며, 방열시트 전체 중량 기준하여 85중량% 이상 구비될 수 있다.
또한, 상기 방열필러는 입경이 1 ~ 5㎛인 제1방열필러, 입경이 10 ~ 20㎛인 제2방열필러 및 입경이 25 ~ 40㎛인 제3방열필러를 1: 1.5 ~ 3 : 3.5 ~ 5의 중량비로 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열필러는 히드록시기, 알킬기, 아민기 및 아닐린기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 작용기로 표면개질된 것일 수 있다.
또한, 상기 매트릭스 형성성분은 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무, 아크릴 고무, 니트릴-부타디엔 고무(NBR) 및 실리콘 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무계 성분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 가교제는 이소시아네이트계 및 퍼옥사이드계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 하기 수학식 1에 따라 계산한 두께 감소율이 20% 이상일 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020000108-appb-I000001
또한, 상기 매트릭스 형성성분은 고무계 성분이며, 제조된 방열시트는 40℃에서 50시간 방치 후 하기 수학식 2에 따라 계산한 두께 변화율이 10% 미만일 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2020000108-appb-I000002
또한, 상기 매트릭스 형성성분은 스티렌-부타디엔 고무(SBR)이며, 상기 가교제는 퍼옥사이드계일 수 있다.
또한, 상기 방열시트는 밀도가 1.6g/㎥ 이상일 수 있다.
본 발명에 의하여 제조된 방열시트는 고밀도로 설계됨에 따라서 방열특성이현저히 우수하다. 또한, 우수한 방열성능을 갖도록 설계됨에도 시트의 깨짐, 수축, 기공발생, 두께 변화 등이 최소화 또는 방지되며, 우수한 유연성을 가질 수 있다. 나아가 공정성이 개선됨에 따라서 생산성이 매우 우수하며, 대량생산에 적합할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방열시트에 구비된, 표면 개질되지 않은 질화붕소의 표면 SEM 사진,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 방열시트에 구비된, 표면 개질된 질화붕소의 표면 SEM 사진,
도 3은 가교시킨 뒤 냉각공정을 수행하지 않은 본 발명의 일 실시예에 의한 방열시트의 표면에 대한 SEM 사진, 그리고
도 4는 가교시킨 뒤 냉각공정을 더 수행한 본 발명의 일 실시예에 의한 방열시트의 표면에 대한 SEM 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방열시트는 (1) 매트릭스 형성성분, 가교제 및 방열필러를 포함하는 예비시트를 제조하는 단계 및 (2) 상기 예비시트에 포함된 매트릭스 형성성분을 가교시켜서 방열시트를 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 (1) 단계로서 매트릭스 형성성분, 가교제 및 방열필러를 포함하는 예비시트를 제조하는 단계를 수행한다.
상기 예비시트는 매트릭스 형성성분, 가교제 및 방열필러를 포함하는 시트 형성 조성물이 통상의 시트 형성방법을 통해 시트 형상으로 구현된 것일 수 있다.
또한, 상기 시트 형성 조성물은 매트릭스 형성성분 등을 용해하기에 적합한 공지된 용매를 더 포함할 수 있으며, 상기 예비시트는 시트 조성물에 포함된 용매가 건조된 상태일 수 있다. 또는 상기 예비시트는 상기 가교제를 통해 상기 매트릭스 형성성분의 일부가 가교된 상태일 수도 있다.
상기 매트릭스 형성성분은 후술하는 가교제를 통해 가교되어 매트릭스를 형성하는 성분으로서, 시트 형상을 유지하도록 하는 성분이다. 상기 매트릭스 형성성분은 통상적인 시트를 제조하는데 사용되는 유기화합물을 통해 형성된 것일 수 있다. 일예로 상기 매트릭스 형성성분은 고밀도폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 변성 폴리프로필렌에테르(PPE), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리이더이더케톤(PEEK), 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 에폭시계, 아크릴계, 폴리우레탄, 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무, 아크릴 고무, 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 및 실리콘 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 방열시트 내 방열필러의 함량을 보다 향상시키기 위해서 낮은 밀도를 갖는 매트릭스 형성성분을 사용하는 것이 좋을 수 있고, 일예로 밀도가 1g/㎥ 이하인 것일 수 있다. 만일 밀도가 큰 매트릭스 형성성분을 사용할 경우 시트내 구비시킬 수 있는 방열필러의 함량을 높이기 어려울 수 있고, 이에 따라서 충분한 방열특성의 달성이 어려울 수 있다.
또한, 상기 매트릭스 형성성분은 적정 범위의 중량평균분자량을 가질 수 있고, 이를 통해 방열시트 내 방열필러의 함량을 현저히 향상시킬 수 있다. 일예로 상기 매트릭스 형성성분은 중량평균분자량이 65만 ~ 125만인 고무계 성분일 수 있다. 만일 매트릭스 형성성분의 중량평균분자량이 너무 크면 방열필러의 함량을 높이기 어려울 수 있고, 반대로 너무 작으면 방열필러의 함량을 현저히 향상시키기에 유리하나 열전도도 측면에서 불리할 수 있다.
한편, 방열시트가 적용되는 발열체의 일면은 단차가 형성된 것일 수 있는데, 만일 방열시트가 유연성이 작은 경우 단차가 형성된 면에 밀착력이 좋지 않을 있고, 밀착력을 높이기 위해 가압하여 밀착시킬 경우 방열시트가 깨지거나 손상될 수 있으며, 이로 인해 방열특성이 현저히 저하될 우려가 있다. 또한, 폴리우레탄과 같은 일부 매트릭스 형성성분의 경우 유연성 특성은 좋을 수 있으나 시트로 제조된 후 수축현상이 발생하거나, 제조된 시트 내 기공이 발생하는 등의 우려가 있을 수 있다.
이에 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 형성성분은 유연성의 향상 및 위와 같은 수축문제, 기포발생 문제를 방지하기 위해 고무계 매트릭스 형성성분을 사용할 수 있다. 상기 고무계 매트릭스 형성성분은 일예로 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무, 아크릴 고무, 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 및 실리콘 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 일예로 상기 고무계 매트릭스 형성성분은 스티렌-부타디엔 고무일 수 있는데, 다른 종류에 대비해 용매에 대한 우수한 용해성, 생산단가가 낮고, 가교제 선택의 폭이 증가하고, 밀도가 낮으며, 후술하는 방열필러와의 계면특성과 구현된 시트품질이 다른 종류의 고무계 성분보다 우수한 이점이 있다.
다음으로 가교제에 대해 설명한다. 상기 가교제는 시트의 기계적 강도를 보완하고 밀도를 증가시키기 위해서 매트릭스 형성성분과 함께 포함된다. 특히, 매트릭스 형성성분 중 고무계 매트릭스 형성성분은 일정수준 이상의 탄성복원력을 가짐에 따라서 시트 내 방열필러를 고함량으로 구비시키면서도 얇은 두께로 구현하기 용이하지 않다. 즉, 방열시트의 밀도를 높이기 위해서 방열시트를 압착시키는 공정을 거칠 수 있는데, 고무계 매트릭스 형성성분으로 구현된 시트는 목적하는 소정의 두께로 압착 후에도 소정의 시간이 경과한 뒤에는 탄성복원력에 의해 압착 전 두께로 회복됨에 따라서 방열시트의 밀도를 증가시키기 용이하지 않다. 이에 매트릭스 형성성분 이외에 가교제를 포함하며, 이를 통해 압착 후 밀도를 시간이 경과하더라도 유지할 수 있으며 매트릭스 형성성분 간 결합력의 증가로 기계적 강도가 향상될 수 있는 이점이 있다. 또한, 방열시트의 두께방향으로 방열필러 간 거리가 가까워지거나 방열필러간 접촉이 발생할 수 있어서 수직방향으로의 열전도도 향상에 보다 유리할 수 있다.
상기 가교제는 선택되는 매트릭스 형성성분의 가교에 적합한 공지된 가교제의 경우 제한없이 사용할 수 있다. 상기 매트릭스 형성성분이 고무계 매트릭스 형성성분일 경우 상기 가교제는 폴리올레핀계, 이소시아네이트계 및 퍼옥사이드계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것일 수 있다. 상기 폴리올레핀계, 이소시아네이트계 및 퍼옥사이드계 가교제의 구체적 종류는 공지된 종류를 사용할 수 있어서 본 발명은 이에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 일예로 상기 이소시아네이트계 가교제는 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDMI)일 수 있다. 또한, 상기 퍼옥사이드계 가교제는 비스(터트-부틸퍼옥시-2-아이소프로필)벤젠)(Bis(tert-butylperoxy-2-isopropyl)benzene)일 수 있다.
한편, 상기 가교제는 방열시트의 밀도를 현저히 증가시키기 유리한 측면에서 보다 바람직하게는 이소시아네이트계 및 퍼옥사이드계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 퍼옥사이드계 가교제일 수 있다. 나아가 퍼옥사이드 가교제는 고무계 성분으로써 스타이렌-부타디엔 고무를 사용할 때 상술한 효과, 경화시간 단축 등에 더욱 상승된 효과를 달성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 가교제는 상기 매트릭스 형성성분 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 10 중량부, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 5중량부로 구비될 수 있으며, 가교제의 함량이 0.5 중량부 미만일 경우 방열시트의 시트형성성, 형태 안정성, 및 내열성이 저하될 수 있으며, 목적하는 수준으로의 방열시트 밀도를 구현하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 가교제의 함량이 10중량부를 초과할 경우 경도가 커지고 유연성이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 방열필러는 방열시트에 열전도성을 부여하는 성분이다. 상기 방열필러는 열전도성이 있다고 공지된 방열필러의 경우 제한 없이 사용할 수 있고, 일예로 금속, 세라믹, 탄소계 방열필러일 수 있다. 상기 금속의 경우 알루미늄, 마그네슘, 구리, 니켈, 은, 금 등 1종 또는 이들의 혼합물 또는 이들의 합금일 수 있다. 또한, 상기 세라믹의 경우 일 예로서 알루미나, 탄화규소, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 이트리아, 지르코니아, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 단결정 실리콘 및 산화망간 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄소계의 경우 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러린, 카본블랙 등 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방열필러는 그라파이트 표면에 금속이나 세라믹인 나노입자를 구비하거나, 상기 나노입자 상에 폴리도파민층이 더 구비된 그라파이트 복합체일 수 있다. 한편, 상기 방열필러는 목적하는 방열성능이나, 부가적인 절연성능을 고려해서 적절히 선택할 수 있다.
또한, 상기 방열필러는 형상이 구상 또는 판상의 입상일 수 있으며, 수평방향으로의 열전도도 향상의 측면에서 판상형일 수 있다. 발열체는 발열체를 구성하는 모든 부품에서 발열이 발생할 수 있지만, 어느 특정 부품에서 발열이 증가되는 핫스팟 영역이 있을 수 있고, 이 경우 수평방향으로의 열전도도는 상기 핫 스팟에 집중된 열을 주변으로 분산시켜 발열이 집중되는 것을 방지하는 이점이 있다.
또한, 상기 방열필러는 평균입경이 1 ~ 200㎛일 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 방열필러는 평균입경이 50㎛이하, 보다 바람직하게는 40㎛이하, 더 바람직하게는 20 ~ 40㎛, 일예로 20 ~ 33㎛일 수 있으며, 이러한 입경의 방열필러가 방열시트 내 90중량% 이상의 고함량으로 구비될 수 있다. 방열필러의 입경을 적절한 수준으로 조절할 경우 방열시트 내 고함량으로 방열필러를 구비시키기 용이해지고, 시트형성성도 향상되는 이점이 있으며, 시트 형성 후 방열필러가 표면에 묻어나는 현상이 방지되어 표면품질이 향상될 수 있다. 만일 방열필러의 평균입경이 40㎛를 초과할 경우 유기화합물을 통해 구현되는 매트릭스 내 고함량으로 구비시키기도 어려울뿐더러, 고함량으로 구비되도록 제조하더라도 시트 형성이 매우 용이하지 않고, 표면품질이 저하될 우려가 있다. 다만, 상기 방열필러는 평균입경이 1㎛ 이상, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상일 수 있는데, 이를 통해 매트릭스 내 분산성 및 함유량을 더욱 증가시킬 수 있어서 이를 통해 열전도성을 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 한편, 본 발명에서 방열필러의 입경은 형상이 구상인 경우 직경이며, 형상이 다면체이거나 비정형일 경우 표면의 서로 다른 두 지점 간 직선거리 중 최장거리를 의미한다.
또한, 방열시트 내 보다 향상된 함량으로 방열필러가 구비되기 위하여 상기 방열필러는 서로 다른 입경을 갖는 몇 개의 입경군으로 설계될 수 있다. 일예로 상기 방열필러는 입경이 1 ~ 5㎛인 제1방열필러, 입경이 10 ~ 20㎛인 제2방열필러 및 입경이 25 ~ 40㎛인 제3방열필러를 1: 1.5 ~ 3 : 3.5 ~ 5의 중량비로 포함될 수 있고, 이를 통해 방열시트 내 방열필러의 함량을 현저히 증가시킬 수 있다. 만일 방열필러의 입경분포가 위와 같은 범위를 벗어는 경우 방열시트 내 방열필러를 고함량으로 구비시키기 어려울 수 있다.
또한, 상기 방열필러는 매트릭스 형성성분이 가교되어 구현된 매트릭스 내 분산된 형태로 구비되는데, 매트릭스와 방열필러 간 형성된 계면은 이종재질로 인한 낮은 상용성으로 인해서 계면에서의 열전도도 특성이 좋지 않을 수 있고, 이로 인해 방열필러가 우수한 열전도도를 갖더라도 방열시트의 방열성능이 낮게 구현될 수 있다. 또한, 상기 계면에서는 들뜸현상도 있을 수 있는데, 이 경우 방열성능이 더욱 저하될 수 있고, 해당 부분에서 크랙이 발생하는 등 방열시트의 내구성이 저하될 우려가 있다. 이에 따라서 상기 방열필러는 후술하는 매트릭스와 계면특성의 향상을 위해서 표면처리 되거나 표면개질 된 것을 사용할 수 있다.
상기 표면처리는 방열필러의 표면에 묻어있는 이종의 무기물이나 불순물을 제거하는 것일 수 있고, 이러한 표면처리를 통해 방열필러 자체의 열전도 특성을 온전히 발휘시키고, 상기 매트릭스와의 계면특성 향상에 유리할 수 있다.
또한, 상기 표면개질은 방열필러와 매트릭스 형성성분 간 상용성을 증가시킬 수 있는 공지된 개질의 경우 제한없이 이용될 수 있다. 일예로 상기 표면개질은 방열필러의 표면에 히드록시기, 알킬기, 알칸기, 아민기 및 아닐린기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 작용기를 구비시키는 개질일 수 있고, 바람직하게는 히드록시기, 아민기 및 아닐린기 중 1종 이상을 사용할 수 있으며, 더 바람직하게는 아민기 및 아닐린기일 수 있다.
상기 표면처리나 표면개질은 공지된 방법을 채용하여 수행할 수 있는데, 일예로 산처리를 통해 수행할 수 있다. 상기 산처리는 질산계, 황산계, 알루미늄계, 및 타이타늄계 등의 산성용액을 방열필러에 처리하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 황산계나, 질산계가 보다 향상된 열전도 특성을 발현시키기에 좋다. 상기 산처리를 통해 방열필러의 표면에 묻어 있는 무기물이나 오염물질의 제거뿐만 아니라 히드록시기 작용기를 표면에 구비시킬 수 있다.
한편 도 1은 산처리 전 방열필러의 일예인 질화붕소의 SEM 표면 사진인데, 도 2에서 확인할 수 있듯이 산처리 후 질화붕소의 표면을 보다 거칠게 변화시킬 수있다. 이와 같은 방열필러 표면의 거칠기 증가와 같은 표면 모폴로지 변화는 매트릭스와의 계면에서의 결합력을 구조적으로 향상시키는 효과가 있고, 이를 통해 향상된 열전도 특성과 내구성 등을 달성하기에 유리하다.
일예로 상기 산처리 수행방법에 대해 설명하면, 방열필러를 산성용액 100g 당 6 ~ 30g 투입한 뒤, 20 ~ 100℃ 조건에서 1 ~ 10시간 동안 교반하고, 이후 물에 방열필러를 투입하여 중화 시킨 뒤 증류수로 세척하는 공정을 거칠 수 있다. 이때 상기 산성용액에 투입한 뒤 교반하는 단계에서는 교반 중 또는 교반 후 부가적으로 초음파를 더 가할 수 있다.
또한, 상기 용매는 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤 등과 같은 비극성 용매가 사용될 수 있다. 일예로, 상기 용매의 함량은 상기 바인더 수지 100 중량부에 대하여 100 내지 1,000 중량부일 수 있으며, 시트 형성방법에 따라서 적절한 점도를 고려하여 그 함량은 조절될 수 있다.
상기 시트 조성물은 방열필러를 균일하게 분산하고 적절한 점도를 얻기 위하여 3-Roll-Mill 및/또는 PL mixer를 사용하여 교반공정을 수행할 수 있다. 상기 교반공정은 방열필러의 분산성을 향상시키고, 방열시트의 열전도도, 밀도 및 유연성을 향상시키기 위해 3-Roll-Mill과 같은 고출력 분산기를 사용할 수 있다.
또한, 교반 공정에서 발생하는 기포를 제거하기 위한 탈포공정을 상기 교반공정과 함께, 또는 교반공정 후 수행할 수 있다.
이후 균질하게 제조된 시트 조성물은 점도가 일예로 1500 ~ 3500cps일 수 있으며, 다른 일예로 2000 ~ 3000cps일 수 있다. 또한, 시트 형성 조성물은 통상의 방법으로 예비시트로 제조될 수 있는데, 일예로 기판 상에 처리하여 시트 형상을 할 수 있다. 상기 시트 조성물을 기판상에 처리하는 방법은 공지된 코팅방법을 채용할 수 있으며, 일예로 콤마 코터를 이용한 나이프 코팅이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 기판 상에 시트 상으로 처리된 시트 조성물은 70℃ 내지 130℃에서 건조될 수 있다. 다른 일예로 상기 시트 조성물은 초기 온도 70 ~ 85℃에서 건조가 시작된 후 건조온도를 상승시켜 최종 110 ~ 130℃ 온도에서 건조를 종료할 수 있다. 또한, 건조시간은 건조온도에 따라서 달라질 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 한편, 건조까지 완료된 예비시트는 낱 장의 두께가 80 ~ 150㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 (2) 단계로서 예비시트에 포함된 매트릭스 형성성분을 가교시켜 방열시트를 제조하는 단계를 수행한다.
상기 (2) 단계에서 수행되는 매트릭스 형성성분의 가교는 매트릭스 형성성분의 종류와 가교제의 종류에 따라서 적절한 방법으로 가교반응이 수행될 수 있다. 일예로 가교반응은 열처리에 의한 열 가교반응이나 광 조사에 의한 광 가교반응일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 상기 (2) 단계는 적어도 1장의 상기 예비시트에 대하여 열 및 압력을 가하면서 가교시키는 단계 및 가교시킨 예비시트를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가교시키는 단계는 압력을 가하면서 열 가교반응을 유도할 수 있는데, 이를 통해 목적하는 두께를 구현하는 것 이외에 방열시트의 밀도를 높이고, 단위부피 당 방열필러의 함량을 더욱 높일 수 있는 동시에, 가해지는 압력에 따라서 방열필러간 거리가 짧아질 수 있어서 방열특성을 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 방열필러의 형상이 판상형일 경우 방열시트 내에서 수평방향으로의 배향성이 향상되고, 방열필러 간 수직거리는 짧아져서 수평방향 및 수직방향의 방열특성을 모두 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 이때 가해지는 압력은 2.5 ~ 5kgf/㎜2의 일 수 있으며, 이를 통해 본 발명이 목적하는 효과를 달성하기 유리할 수 있다.
또한, 상기 가교시키는 단계에서 가해지는 열은 100 내지 180℃, 보다 바람직하게는 110 ~ 170℃, 더 바람직하게는 150 ~ 180℃일 수 있고, 수행시간은 10 ~ 60분, 보다 바람직하게는 15 ~ 55분일 수 있다.
또한, 상기 냉각시키는 단계는 열을 통한 가교 후에 실온에서 방치 시 발생하는 매트릭스 팽창에 따른 밀도감소, 두께 불균일 문제를 방지하는 단계로서, 보다 고밀도이면서 균일한 두께 갖는 방열시트를 구현시키는 이점이 있다. 또한, 냉각시키는 단계를 통해서 보다 우수한 표면품질을 갖는 방열시트를 구현시킬 수 있는데, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이 열을 통해 가교 시킨 뒤 냉각시키는 단계를 수행하지 않은 도 3의 방열시트 표면에 대비해서 냉각시키는 단계를 수행한 도 4의 방열시트의 표면품질이 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
상기 냉각시키는 단계는 제조된 방열시트를 60℃이하의 온도, 보다 바람직하게는 18 ~ 60℃, 더 바람직하게는 18 ~ 50℃로 냉각되었을 때 종료될 수 있다. 또한, 냉각시키는 단계는 수행시간이 10 ~ 60분, 보다 바람직하게는 15 ~ 55분일 수 있다. 또한, 냉각속도는 일예로 5 ~ 30℃/분일 수 있다. 만일 냉각온도가 60℃를 초과하면 두께 변동의 우려가 있으며, 냉각 시키는 공정에서 방열시트가 냉각장치, 일예로 프레스 표면에 들러붙어서 잘 떨어지지 않을 수 있고, 이로 인해 방열시트 표면 품질의 저하가 현격히 증가하며, 생산성이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 냉각시키는 단계 역시 압력을 가하면서 수행될 수 있고, 이를 통해 방열시트의 두께 변동을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 이때 가해지는 압력은 일예로 2.5 ~ 5kgf/㎜2의 일 수 있다.
한편, 상기 가교시키는 단계는 및 냉각시키는 단계는 서로 온도가 상이한 제1프레스 및 제2프레스를 통해 압력을 가하면서 수행될 수 있다. 이 경우 1개의 프레스를 이용해서 온도 조건을 변경하여 수행할 때에 대비해 생산성을 보다 향상시킬 수 있고, 가교시키는 단계와 냉각시키는 단계 사이의 시간을 최소화하거나 목적하는 수준으로 쉽게 조절할 수 있어서 방열시트의 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 상기 제1프레스의 온도 및 가압시간은 상술한 가교시키는 단계에서의 온도 및 수행 시간일 수 있고, 제2프레스의 온도 및 가압시간은 상술한 냉각시키는 단계에서의 온도 및 수행 시간일 수 있다.
한편, 가교시키는 단계는 2 ~ 5장의 예비시트를 적층시킨 상태로 압력을 가하면서 수행될 수 있는데, 1장의 예비시트에 대해서 압력을 가하면서 가교시키는 것보다 여러 장으로 적층된 예비시트에 압력을 가하면서 가교 시키는 것이 목적하는 수준의 방열시트 두께, 밀도 등을 구현하고, 생산성을 향상시키는데 있어서 보다 유리할 수 있다. 만일 예비시트가 5장을 초과해 적층될 경우 가압하는 과정에서 예비시트의 밀림이 발생할 수 있어서 균일한 가압이 수행되지 않을 수 있고, 방열시트 위치 별로 두께 편차가 발생할 우려가 있다.
한편, 예비시트 1장의 두께가 매우 얇은 경우(예를 들어 40㎛ 이하) 예비시트를 적층시키는 것이 공정상 용이하지 않을 수 있어서 이 경우 여러 장 적층시키지 않고 1장에 대해 (2) 단계를 수행함이 바람직하다.
(2) 단계를 수행해서 제조된 방열시트의 낱장 두께는 일예로 60㎛이하 일 수 있고, 다른 일예로 30 ~ 60㎛일 수 있다.
한편, 상술한 (1)단계를 통해 제조되는 예비시트와 (2) 단계를 통해 제조된 방열시트는 하기의 수학식 1에 따른 두께 감소율이 20%이상, 보다 바람직하게는 25%, 더욱 바람직하게는 40% 이상일 수 있으며, 이를 통해 방열시트 내 방열필러의 고함량 및 고밀도 설계가 가능한 이점이 있고, 방열특성 향상에 보다 유리할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020000108-appb-I000003
또한, (2) 단계를 통해서 제조된 방열시트는 매트릭스 형성성분이 고무계 성분인 경우에도 40℃에서 50시간 방치 후 하기 수학식 2에 따라 계산한 두께 변화율이 10% 이하, 보다 바람직하게는 5% 이하, 이 보다 바람직하게는 2% 이하일 수 있고, 이 보다 바람직하게는 1% 이하, 더 바람직하게는 0.5% 이하일 수 있으며, 이를 통해 방열시트의 구현 후 두꼐가 변동하거나 불균일해지는 형상 변형에 따른 품질저하나 두께가 커짐에 따라서 발생하는 방열특성 저하를 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2020000108-appb-I000004
한편, 상술한 제조방법을 통해서 구현된 본 발명의 일 실시예에 의한 방열시트는 매트릭스 형성성분이 가교되어 형성된 매트릭스 내 방열필러가 분산된 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 방열시트는 방열필러가 방열시트 전체 중량의 85중량% 이상, 보다 바람직하게는 90중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 95중량% 이하로 구비된 상태로 밀도가 1.6g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 1.7g/㎡ 이상, 보다 더 바람직하게는 1.8g/㎡ 이상 일 수 있고, 이를 통해 매우 얇은 두께로 구현되면서도 방열필러가 높은 충진율로 분산된 것일 수 있어서 우수한 방열특성을 달성하기에 유리할 수 있다. 한편, 방열필러가 방열시트 내 95중량%를 초과해서 구비되는 경우 시트형성이 어렵고, 쉽게 깨질 수 있는 우려가 있다.
또한, 방열시트는 열전도도가 25W/mk 이상, 보다 바람직하게는 29W/mk 이상, 보다 더 바람직하게는 33W/mk 이상으로 방열특성이 우수할 수 있다.
또한, 소정의 주파수, 일예로 1GHz, 5GHz, 10GHz, 15GHz, 20GHz, 25GHz, 28GHz, 30GHz, 또는 35GHz에서 비유전율이 4이하로 저유전 특성을 가지도록 구현될 수 있다. 저유전 특성을 갖는 방열시트는 신호가 송수신 되는 부품에 인접해서 사용되는 경우에 방열시트에 기인해서 송수신 되는 신호의 교란이나 신호의 감쇄를 방지하는 이점이 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
SBR(200℃ MFR 5g/min, 중량평균분자량 90만) 100 중량부에 대해서 퍼옥사이드계 가교제인 비스(터트-부틸페녹시-2-이소프로필)벤젠 1중량부, 방열필러로 입경이 90㎛인 그라파이트를 900 중량부, 용매로써 톨루엔을 혼합한 뒤 교반하여 점도가 약 2500cps인 시트 형성 조성물을 제조하였다. 제조된 시트 형성조성물을 기재 상에 콤마코터를 이용해 소정의 두께로 처리한 뒤, 100℃에서 5분 간 건조시켜 두께가 약 100㎛인 예비시트를 제조하였다. 이후 예비시트를 160℃ 온도의 제1프레스를 이용해서 3.1kgf/㎜2의 압력을 가해 40분 간 열가교 반응을 유도했다. 이후 온도 50℃인 제2프레스를 이용해서 3.1kgf/㎜2을 가한 상태에서 40분간 냉각공정을 수행하여 낱 장의 최종 두께가 60㎛이고, 방열필러의 함량이 90중량%인 방열시트를 제조하였다.
<실시예 2>
실시예1과 동일한 방열필러를 사용하되, 매트릭스 형성성분으로 비스페놀A에폭시 성분(국도, YG-011) 100 중량부에 대하여 경화제 DICY를 3 중량부, 용매로써 메틸에틸케톤 200 중량부 혼합하여 시트 형성조성물을 제조하였고, 제조된 시트 형성조성물을 기재 상에 콤마코터를 이용해 소정의 두께로 처리한 뒤, 150℃로 30분 간 경화시킨 뒤 실시예1과 동일하게 냉각공정을 수행하여 최종두께가 60㎛이고, 방열필러의 함량이 약 90중량%인 방열시트를 제조하였다.
<실시예 3>
실시예1과 동일한 방열필러를 사용하되, 매트릭스 형성성분을 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 변경한 것을 제외하고 실시예1과 동일하게 실시하여 최종두께가 60㎛이고, 방열필러의 함량이 약 90중량%인 방열시트를 제조하였다.
<실험예1>
실시예 1 ~ 3 에 따른 방열시트를 동일 크기로 각각 100개씩 제조한 뒤 100개의 시편 중 크랙이나 깨짐이 발생한 시편의 개수, 시트가 수축되거나 표면에 기공이 발생한 시편의 개수를 카운팅하여 하기 표 1에 백분율로 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3
매트릭스 형성성분 고무계 성분(SBR) 에폭시 성분 폴리우레탄 성분
크랙/깨짐 발생 시트비율(%) 0 80 0
수축 및 기공 발생 시트비율(%) 2 0 53
표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 매트릭스 형성성분으로 고무계 성분을 사용한 실시예1의 방열시트가 크랙이나 깨짐 발생이 없고, 수축 등의 형상 변화가 없으며, 표면품질이 우수한 것을 확인할 수 있다.
<실시예4>
SBR(200℃ MFR 5g/min, 중량평균분자량 90만) 100 중량부에 대해서 퍼옥사이드계 가교제인 비스(터트-부틸페녹시-2-이소프로필)벤젠 1중량부, 방열필러로 입경이 32㎛인 판상형 질화붕소를 1329 중량부를 투입하고, 용매로써 톨루엔을 혼합한 뒤 교반하여 점도가 약 2500cps인 시트 형성 조성물을 제조하였다. 제조된 시트 형성조성물을 기재 상에 콤마코터를 이용해 소정의 두께로 처리한 뒤, 100℃에서 5분 간 건조시켜 예비시트를 제조하였다. 이후 예비시트를 3장 적층시킨 뒤 160℃ 온도의 제1프레스를 이용해서 3.1kgf/㎜2의 압력을 가해 40분 간 열가교 반응을 유도했다. 이후 온도 50℃인 제2프레스를 이용해서 3.1kgf/㎜2의 압력을 가한 상태에서 40분간 냉각공정을 수행하여 하기 표 2와 같은 열전도도가 33.7W/mK인 방열시트를 제조하였다.
<실시예5>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 가교제의 종류를 헥사메틸렌디이소시아네이트로 변경하여 예비시트를 제조하였고, 가교 및 냉각 공정을 거쳐 하기 표 2와 같은 방열시트를 제조하였다.
<비교예1>
실시예4와 동일하게 실시하여 제조하되, 가교제를 투입하지 않고 하기 표 2와 같은 방열시트를 제조하였다.
<실험예2>
실시예 4 ~ 5 및 비교예1에 따른 방열시트에 대하여 하기의 물성을 평가한 뒤 그 결과를 표 2에 나타내었다. 구체적으로 방열시트 제조 직후의 두께 등 치수와 중량을 측정한 뒤, 하기 수학식 1에 따른 두께감소율을 계산했다. 또한, 제조된 방열시트를 40℃에서 50시간 방치 후 하기 수학식 2에 따라 두께 변화율을 계산했다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020000108-appb-I000005
[수학식 2]
Figure PCTKR2020000108-appb-I000006
실시예4 실시예5 비교예1
매트릭스형성성분 SBR SBR SBR
가교제 종류 퍼옥사이드계 이소시아네이트계 미사용
예비시트 두께(㎛) 140 142 140
제조 직후방열시트 두께(㎛) 82.0 101.0 82.0
두께감소율(%) 41.4 28.9 41.4
밀도(g/㎡) 1.81 1.71 1.81
50시간 방치후 방열시트 두께(㎛) 82.2 109.3 138
두께 변화율(%) 0.3 8.2 68.3
표 2를 통해 확인할 수 있듯이 가교제를 퍼옥사이드계로 사용한 실시예4 및 이소시아네이트계를 사용한 실시예5의 경우 제조한 후 두께변화율이 10%이하로 비교예1 보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
<실시예 6 ~ 8>
실시예4와 동일하게 실시하여 제조하되, 냉각온도를 하기 표 3과 같이 변경하여 하기 표 3과 같은 방열시트를 제조하였다.
<실험예3>
실시예4, 실시예6 ~ 8의 방열시트에 대해서 실험예2와 동일방법으로 두께변화율을 계산했다. 또한, 각 실시예 별로 총 1000개의 방열시트를 제조하는 중 제2프레스에 들러붙은 방열시트의 개수를 카운팅하여 하기 표 3에 나타내었다.
실시예4 실시예6 실시예7 실시예8
매트릭스형성성분 SBR SBR SBR SBR
가교제 종류 퍼옥사이드계 퍼옥사이드계 퍼옥사이드계 퍼옥사이드계
냉각온도(℃) 50 60 65 70
예비시트 두께(㎛) 140 140 140 140
제조 직후방열시트 두께(㎛) 82.0 82.0 82.0 82.0
두께감소율(%) 41.4 41.4 41.4 41.4
50시간 방치후 방열시트 두께(㎛) 82.2 82.74 83.80 86.76
두께 변화율(%) 0.3 0.9 2.2 5.8
제2프레스에 들러붙은 방열시트 개수 0 3 26 100
표 3을 통해 확인할 수 있듯이, 냉각온도가 60℃를 초과하는 경우 제2프레스에 들러 붙는 방열시트의 개수가 증가하고, 두께 변화율도 커지는 것을 알 수 있다.
<실시예9>
실시예4와 동일하게 실시하여 제조하되, 냉각공정을 수행하지 않고 방열시트를 제조하였다.
<실험예3>
실시예4 및 실시예9에 따른 방열시트에 대해서 표면 SEM 사진을 촬영하여 그 결과를 도 3(실시예9) 및 도 4(실시예4)에 나타내었다.
도 3 및 도 4를 통해 알 수 있듯이, 냉각공정을 거치지 않은 실시예9의 방열시트에 대한 사진인 도 3은 표면이 매끄럽지 못하고 거친 반면에 냉각공정을 거친 실시예4의 방열시트는 표면품질이 우수한 것을 확인할 수 있다.
<실시예 10 ~ 17>
실시예 4와 동일하게 실시하여 제조하되, 방열필러의 입경 및 방열필러 함량을 하기 표 4와 같이 변경하여 하기 표 4와 같은 방열시트를 제조하였다.
<실험예4>
실시예4, 실시예 10 ~ 17에 따른 방열시트에 대해서 하기 물성을 평가하여 하기 표 4에 나타내었다.
1. 방열특성 평가
열전도도는 LFA를 이용해서 측정한 열확산도, DSC를 통해 측정된 비열, 및 방열시트의 밀도를 통해서 산출하였다.
또한, LED를 직경이 25㎜인 원의 원주 상에 소정의 간격을 두고 이격해서 배치시킨 뒤, 상기 원의 중심에 온도계를 배치시키고 LED에 소정의 전압을 인가할 수 있도록 측정장비를 제조한 뒤, 상기 측정장비를 가로, 세로, 높이 각각 32㎝×30㎝×30㎝인 아크릴 챔버 내부에 위치시키고, 아크릴 챔버 내부의 온도를 25±0.2℃가 되도록 조절하였다. 이후 상기 측정장비의 LED 상에 방열시트를 올려놓은 뒤 LED에 소정의 입력전력을 인가하였고, 소정의 시간 경과 후 방열시트 상부에서 열화상 촬영 및 측정 장비 내 온도계의 온도를 측정하였다. 이후 열화상 촬영의 결과를 통해 LED에 대응되는 방열시트 부분의 평균온도를 산출하여 평균온도로 나타내었고, 측정 장비 내 온도계를 통해 산출된 온도를 T.C 값으로 각각 나타내었다.
또한, 방열성능을 평가하는 기준으로 방열시트가 없는 상태에서 측정 장비 LED에 동일한 입력전력을 인가하고, 동일 시간 경과 후 LED 상부에서 열화상 촬영 및 측정 장비 내 온도계의 온도를 측정하여 그 결과를 디폴트 값으로 하였고, 방열시트 없는 상태의 열화상 촬영된 평균온도는 53.8℃, T.C.는 66.3℃ 이었다.
한편, 실시예 11의 경우 측정과정에서 시편의 깨짐이 심하여 측정이 불가했다.
2. 표면품질
방열시트 표면에서 묻어나오는 방열필러의 양을 평가하기 위해서 제조된 방열시트와 동일크기의 점착시트를 방열시트 일면에 부착 후 떼어 내었다. 떼어 낸 점착시트를 가로, 세로 10등분하여 총 100개의 셀로 구획하고, 방열필러가 묻어나온 셀의 개수를 카운팅하였다.
3. 유연성 평가
각 실시예별 총 1000개의 방열시트에 대해서 곡률 20㎜로 휘었을 때 크랙, 깨짐이 발생하는지를 관찰하여 발생한 시트의 개수를 카운팅하였다.
Figure PCTKR2020000108-appb-T000001
(※ 표 4에서 T.C와 평균온도에서 "(-X)" 표시의 의미는 디폴트 값에 대비한 해당 실시예의 T.C와 평균온도 감소 정도를 나타낸다.)
표 4를 통해 확인할 수 있듯이, 실시예 11과 같이 방열필러 함량이 고충진되는 경우 방열시트 유연성이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 평균입경이 다소 큰 실시예 13의 경우 표면품질이 좋지 않고, 이로 인해 방열특성이 실시예4에 대비해서 저하된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. (1) 매트릭스 형성성분, 가교제 및 방열필러를 포함하는 예비시트를 제조하는 단계; 및
    (2) 상기 예비시트에 포함된 매트릭스 형성성분을 가교시켜서 방열시트를 제조하는 단계;를 포함하는 방열시트 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예비시트 내 매트릭스 형성성분은 비가교 상태 또는 일부 가교 상태인 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (2) 단계는
    적어도 1장의 상기 예비시트에 대하여 열 및 압력을 가하면서 가교시키는 단계; 및
    가교시킨 예비시트를 압력을 가하면서 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    2 ~ 5장의 예비시트를 적층시킨 상태로 압력을 가하면서 가교시키는 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가교시키는 단계와 냉각시키는 단계는 서로 온도가 상이한 제1프레스 및 제2프레스트를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 가교시키는 단계는 100 ~ 180℃ 온도로 10 ~ 60분 동안 수행하며,
    상기 냉각시키는 단계는 18 ~ 60℃ 온도로 10 ~ 60분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열필러는 평균입경이 1 ~ 40㎛이며, 방열시트 전체 중량 기준하여 85중량% 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방열필러는 입경이 1 ~ 5㎛인 제1방열필러, 입경이 10 ~ 20㎛인 제2방열필러 및 입경이 25 ~ 40㎛인 제3방열필러를 1: 1.5 ~ 3 : 3.5 ~ 5의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방열필러는 히드록시기, 알킬기, 아민기 및 아닐린기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 작용기로 표면개질된 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스 형성성분은 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무, 아크릴 고무, 니트릴-부타디엔 고무(NBR) 및 실리콘 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무게 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는 이소시아네이트계 및 퍼옥사이드계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    하기 수학식 1에 따라 계산한 두께 감소율이 20% 이상인 방열시트 제조방법:
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2020000108-appb-I000007
  13. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스 형성성분은 고무계 성분이며, 제조된 방열시트는 40℃에서 50시간 방치 후 하기 수학식 2에 따라 계산한 두께 변화율이 10% 미만인 방열시트 제조방법:
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2020000108-appb-I000008
  14. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스 형성성분은 스티렌-부타디엔 고무(SBR)이며, 상기 가교제는 퍼옥사이드계인 것을 특징으로 하는 방열시트 제조방법.
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