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WO2018117367A1 - 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법 및 이를 이용한 방열시트 - Google Patents

이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법 및 이를 이용한 방열시트 Download PDF

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Publication number
WO2018117367A1
WO2018117367A1 PCT/KR2017/008749 KR2017008749W WO2018117367A1 WO 2018117367 A1 WO2018117367 A1 WO 2018117367A1 KR 2017008749 W KR2017008749 W KR 2017008749W WO 2018117367 A1 WO2018117367 A1 WO 2018117367A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rubber
insulating layer
heat dissipation
flame retardant
styrene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2017/008749
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
손주희
염대훈
김시영
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WAPS CO Ltd
Original Assignee
WAPS CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WAPS CO Ltd filed Critical WAPS CO Ltd
Priority to CN201780001856.2A priority Critical patent/CN108702854A/zh
Priority to US15/579,371 priority patent/US20190217582A1/en
Publication of WO2018117367A1 publication Critical patent/WO2018117367A1/ko
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    • Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation sheet, and more particularly, to a heat dissipation sheet including a double insulation layer having a low hardness insulation heat dissipation layer and a high heat dissipation layer and having a significantly reduced thickness of the multilayer heat dissipation sheet and a simplified manufacturing process.
  • thermo conductivity 350 to 400 W / mK thermal conductivity 350 to 400 W / mK
  • aluminum thermal conductivity 220 to 250 W / mK
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0076761 comprising a thermal conductive layer formed by a composition comprising a polymer and a thermally conductive filler; A heat diffusion layer provided on a surface of the heat conductive layer and formed of a metal material; It is proposed a thermal diffusion sheet comprising a heat insulation layer provided on the surface of the thermal diffusion layer and formed of an electrically insulating material.
  • Korean Patent No. 10-1235541 proposes a multi-functional thin film sheet including a thermal radiation and thermal diffusion layer made of an inorganic material having thermal conductivity, an electromagnetic shielding function layer made of metal foil, and a polymer elastic cushion layer.
  • a thermal diffusion sheet is formed by stacking layers having respective functions to implement a thermal diffusion function, an electrical insulation function, an electromagnetic shielding function, and the like, and the structure and manufacturing procedure are complicated because the multilayer diffusion structure is manufactured.
  • the thickness of the sheet product becomes thicker than necessary.
  • the electrical insulation function and the function of maintaining the appearance of the sheet are required in fewer layers. have.
  • an object of the present invention is to produce a heat dissipation sheet with both a thermal diffusion function and an insulation function, but does not include an adhesive layer to produce a heat dissipation sheet reduced in thickness There is a purpose.
  • an object of the present invention is to use a thermoplastic elastomer (TPE) as the main raw material to produce a heat dissipation sheet that can be easily produced by using a general synthetic resin processing method and simplified the manufacturing process.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • Heat dissipation sheet according to the present invention is provided with a low-hard insulation insulating layer 10 and a high heat insulating insulating layer 20, the low-hard insulation insulating layer 10 and the high heat insulating insulating layer 20 is a thermoplastic elastomer (TPE) , Characterized in that it is prepared by mixing a thermally conductive filler, a flame retardant additive, process oil and additives.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the method for manufacturing a heat dissipation sheet including a double insulation layer may include a first step of preparing a mixture by mixing a thermoplastic elastomer (TPE), a thermally conductive filler, a flame retardant additive, a process oil, and an additive; A second step of melt extruding the mixture to a melt extrusion facility at 120 ° C. to 300 ° C .: a third step of cutting the melt extrudates into pellets; And a fourth step of melt extruding the pellets in a melt extrusion facility and sheeting the sheet into a sheet form.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the present invention has the effect of manufacturing a heat dissipation sheet implemented both of the thermal diffusion function and the insulation function.
  • the present invention does not include an adhesive layer can be produced a heat radiation sheet is reduced in thickness.
  • thermoplastic elastomer TPE
  • a general synthetic resin processing method it is possible to manufacture a heat dissipation sheet with a simplified manufacturing process.
  • FIG. 1 is a block diagram of a heat radiation sheet including a double insulation layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heat dissipation sheet including a double insulation layer.
  • the present invention relates to a heat dissipation sheet, and more specifically, a heat dissipation sheet including a double insulation layer having a low hardness insulation heat dissipation layer 10 and a high heat dissipation insulation layer 20 and having a significantly reduced thickness and a simplified manufacturing process. It is about.
  • FIG. 1 is a block diagram of a heat radiation sheet including a double insulation layer according to an embodiment of the present invention.
  • the heat dissipation sheet including the double insulation layer according to the present invention is composed of a low hardness insulation heat dissipation layer 10 and a high heat dissipation insulation layer 20.
  • the low hardness insulating heat dissipation layer 10 may be provided at a lower end thereof, and the high heat insulation insulating layer 20 may be sequentially stacked on top of the low hardness insulating heat dissipation layer 10. ) Is preferably installed in contact with the heat source.
  • the low hardness insulating layer 10 is preferably provided with a hardness Shore A 30 or less, thermal conductivity of 0.4 to 3 W / mK, flame retardant UL94 V-0, dielectric breakdown voltage of 5 to 30 kV / mm.
  • the hardness of the low hardness insulating layer 10 exceeds Shore A 30, contact with the heat source is not good, so that it is difficult to effectively remove heat, and when the thermal conductivity is 0.4 W / mK or less, the thermal conductivity is too low to provide the heat source. The heat will not be released well.
  • flame retardant properties are required, and when the thermoelectric breakdown voltage is 5 kV / mm or less, current may flow to cause damage to the electronic products.
  • the high heat dissipation insulating layer 20 has a hardness of Shore A 70 or less, a thermal conductivity of 1.1 to 5 W / m ⁇ K, a flame retardant UL94 V-0, and an insulation breakdown voltage of 5 to 30 kV / mm.
  • the low hardness insulating layer 10 affects the contact with the heat source, and thus the contact with the heat source is not good, and thus it is difficult to remove heat effectively. If the thermal conductivity is 1.1 W / mK or less, the thermal conductivity is too low to dissipate heat from the heat source. And since it is mostly used in electronic products, flame retardant properties are required.
  • the low hardness insulating heat dissipating layer 10 and the high heat dissipating insulating layer 20 may be manufactured including a thermoplastic elastomer (TPE), a thermally conductive filler, a flame retardant additive, a process oil, and an additive.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the low hardness insulating heat insulating layer 10 and the high heat insulating insulating layer 20 is 30 to 800 parts by weight of a thermally conductive filler, 30 to 800 parts by weight of a flame retardant additive, based on 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE), It is prepared by mixing 80 to 200 parts by weight of process oil and 0.1 to 10 parts by weight of additive.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • thermoplastic elastomer (TPE) is prepared including 5 to 200 parts by weight of rubber.
  • thermoplastic elastomer is an elastic body that can be melted by applying heat while being elastic like a thermosetting elastomer, and then processed into a predetermined form, and thus, a general synthetic resin processing method can be utilized while having an elastic body of rubber.
  • thermoplastic elastomer can be applied to any one, but in order to maximize the effect of the present invention, styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) block copolymer, styrene-ethylene- Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene (SEPS) block copolymer, Styrene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene (SEEPS) block copolymer, polypropylene, polyethylene, poly At least one of isobutylene and alpha olefin resin is preferable, but more preferably, styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) block copolymer is most effective.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • the thermally conductive filler is attached to the heat dissipation object through the heat transfer material, so that the heat generated by the heat dissipation object can be easily transferred to another layer.
  • the thermally conductive filler is preferably at least one of carbon black, carbon nanotubes, graphite, alumina, aluminum hydroxide, aluminum nitride, boron nitride, and ceramic-carbon composites.
  • the carbon black, carbon nanotubes and graphite are carbon-based fillers, characterized in that they are light and have excellent thermal conductivity.
  • the alumina, aluminum hydroxide, aluminum nitride, boron nitride, and ceramic-carbon composites are ceramic fillers, and are characterized by excellent electrical insulation.
  • the ceramic-carbon composite has excellent thermal conductivity and excellent electrical insulation
  • the ceramic-carbon composite is preferably mixed with the high heat insulating insulating layer 20 without mixing the low hardness insulating heat dissipating layer 10. Do.
  • the thermally conductive filler is preferably 30 to 800 parts by weight, more specifically 50 to 600 parts by weight, based on 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE). If the content of the thermally conductive filler is less than 30 parts by weight, the thermal conductivity is significantly lowered, and in fact, heat transfer is difficult to be expressed. If the content is more than 800 parts by weight, mechanical properties are significantly reduced or insulation breakdown voltage is low. Therefore, mixing under the above conditions is preferable.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the flame retardant additive is used to ensure the highest level of flame retardancy without lowering the physical properties of the composition.
  • the flame retardant is preferably composed of a nitrogen-based flame retardant, a metal hydroxide and a phosphorus-based flame retardant, and may be used by mixing two of them.
  • the nitrogen-based flame retardant is made of at least one of ammonium phosphate, ammonium carbonate, triadine compound, melamine cyanurate or guanidine compound, and the metal hydroxide comprises magnesium hydroxide,
  • the flame retardant is most preferably composed of at least one of melamine polyphosphate, ammonium polyphosphate, diammonium phosphate, monoammonium phosphate, polyphosphate amide, phosphate amide, melamine phosphate or red phosphate.
  • the content of the flame retardant is preferably 30 to 800 parts by weight, more preferably 50 to 600 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE). If the content of the flame retardant is less than 30 parts by weight, the flame retardancy is significantly lowered, there is a problem in that it is difficult to express the flame retardancy, in fact, if it exceeds 800 parts by weight there is a problem that the mechanical properties of the composition is significantly reduced.
  • the process oil serves to impart fluidity to the composition.
  • the process oil is preferably made of at least one of paraffinic or naphthenic oils, and more preferably, using paraffinic oil is most effective in preventing fluidity deterioration while improving fluidity in the present invention.
  • the process oil preferably has a kinematic viscosity at 40 ° C. of 95 cSt to 120 cSt, a flash point of 220 ° C. to 300 ° C., more preferably, a kinematic viscosity at 40 ° C. of 110 cSt to 120 cSt, and a flash point of 250 ° C. to 270 ° C. It is effective to be. If it is out of this range, there is a problem that it is difficult to give sufficient fluidity or the physical properties and flame retardancy are lowered.
  • the content of the process oil is preferably 80 to 200 parts by weight, and more preferably 100 to 180 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE). If the content is less than 80 parts by weight, the hardness of the composition is increased and fluidity is lowered, resulting in processing problems. If the content is more than 200 parts by weight, the hardness is too low, the mechanical properties may be significantly reduced, and it is difficult to impart flame retardancy. There is.
  • the additive is preferably any one or more selected from thermal stabilizers, antioxidants, UV stabilizers, expansion agents, coupling agents.
  • the heat dissipation sheet including the double insulation layer of the present invention may further include an additive in the thermoplastic elastomer (TPE) to help improve flame retardancy and to improve overall durability.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the heat stabilizer and UV stabilizer not only helps to improve flame retardancy, but also serves to improve overall durability, and antioxidants also improve durability through an antioxidant effect, and pigments may be used for the use of the composition. Therefore, it plays a role to implement proper color.
  • the additive preferably contains 0.1 to 10 parts by weight, and more preferably 0.5 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE). If it is less than 0.1 part by weight, there is a slight problem of synergy due to the addition, and if it exceeds 10 parts by weight, there is a problem that the physical properties of the composition are lowered.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the low hardness insulating heat dissipating layer 10 and the high heat insulating insulating layer 20 are 30 to 800 parts by weight of the thermally conductive filler 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE), and a flame retardant additive 30
  • TPE thermoplastic elastomer
  • a flame retardant additive 30 To 800 parts by weight, 80 to 200 parts by weight of the process oil and 0.1 to 10 parts by weight of the additives are prepared based on the mixture, the rubber may be additionally used to increase the adhesion.
  • the rubber may include isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene-butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (Acrylonitrile-Butadiene Rubber, NBR), Isoprene-Isobutadiene Rubber (IIR), Ethylene-Propylene Rubber (EPR), Silicone Rubber, Fluoro Rubber, Urethane Rubber, Acrylic Rubber It is preferable that it is at least one.
  • IR isoprene rubber
  • BR butadiene rubber
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • CR polychloroprene rubber
  • CR acrylonitrile-butadiene rubber
  • IIR Isoprene-Isobutadiene Rubber
  • EPR Ethylene-Propylene Rubber
  • Silicone Rubber Fluoro Rubber, Urethane Rubber, Acrylic Rubber It is preferable
  • the rubber preferably contains 5 to 200 parts by weight, more preferably 30 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE).
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the mixing concentration may be low, so that the effect of increasing the surface adhesive force may be insignificant, and in excess of 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE).
  • TPE thermoplastic elastomer
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heat dissipation sheet including a double insulation layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • thermoplastic elastomer TPE
  • thermally conductive filler TPE
  • flame retardant additive a process oil
  • process oil a mixture of organic radicals
  • the low hardness insulating heat dissipating layer 10 and the high heat insulating insulating layer 20 are 30 to 800 parts by weight of thermally conductive fillers, flame retardant additive 30 to 100 parts by weight of thermoplastic elastomer (TPE) To 800 parts by weight, 80 to 200 parts by weight of process oil and 0.1 to 10 parts by weight of the additive is mixed, the low hardness insulating heat-resistant layer 10 is less than the hardness Shore A 30, thermal conductivity 0.4 to 3 W / mK, flame retardant UL94 V-0, it is preferable to mix so as to be provided with an insulation breakdown voltage of 5 to 30kV / mm, the high thermal insulation layer 20 is a hardness Shore A 70 or less, thermal conductivity 1.1 to 5 W / mK, flame retardant UL94 It is preferably V-0 and provided with an insulation breakdown voltage of 5 to 30 kV / mm.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • thermoplastic elastomer can be applied to any one, in order to maximize the effect of the present invention, styrene-ethylene-butylene-styrene (Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene, SEBS) block copolymer, styrene- Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene (SEPS) block copolymer, Styrene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene (SEEPS) block copolymer, polypropylene, polyethylene At least one of polyisobutylene and alpha olefin resin is preferable. More preferably, styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) block copolymer is most effective.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • the thermally conductive filler is preferably at least one of carbon black, carbon nanotubes, graphite, alumina, aluminum hydroxide, aluminum nitride, boron nitride, and ceramic-carbon composites, and the ceramic-carbon composite may include the high heat insulating insulating layer ( It is preferable to selectively mix only 20).
  • the flame retardant additive is at least one of a nitrogen flame retardant, a metal hydroxide and a phosphorus flame retardant.
  • the nitrogen-based flame retardant is at least one selected from ammonium phosphate, ammonium carbonate, triadine compound, melamine cyanurate or guanidine compound
  • the metal hydroxide is at least one selected from aluminum hydroxide, magnesium hydroxide
  • the phosphorus flame retardant is phosphate It is preferable that it is at least one selected from organophosphorus compounds containing.
  • the process oil is preferably made of at least one of paraffinic or naphthenic oils, more preferably paraffinic oils.
  • the additive is any one or more selected from thermal stabilizers, antioxidants, UV stabilizers, lubricants, coupling agents.
  • the rubbers used to increase the adhesive strength are isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene-butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), isoprene -At least one of isobutylene rubber (IIR), ethylene-propylene rubber (EPR), silicone rubber, fluoro rubber, urethane rubber, and acrylic rubber.
  • the second step (S20) is melt-extruded the mixture to a melt extrusion facility at 120 °C to 300 °C.
  • the third step (S30) is to cut the melt extrudate to form a pellet (pellet).
  • the reason for cutting the melt extrudates into pellets is that packaging and transporting are easy and very convenient when processing in the next process.
  • the pellet form is preferably cut to a size of 0.1mm to 20mm, if less than 0.1mm there is a problem that does not achieve a pellet shape, if it exceeds 20mm difficult to process in the next processing step It is preferable to cut under the above conditions because there is a problem.
  • the pellets are melt-extruded with a melt extrusion facility and seated in a sheet form.
  • the low hardness insulating heat insulating layer 10 and the high heat insulating insulating layer 20 are independently seated to heat the low hardness insulating heat insulating layer 10 and the high heat insulating insulating layer 20. It is preferable to include a process of making a sheet by a press or a sheet of low hardness insulating layer 10 and high thermal insulating layer 20 at a time using a coextrusion facility.
  • Sheets of the low hardness insulating layer 10 and the high thermal insulation layer 20 were prepared by sheeting the low hardness insulating layer 10 and the high thermal insulation layer 20 independently, and then using a sheet of heat press. If manufactured as an advantage there is no need for a separate coextrusion facility.
  • the low hardness insulating heat insulating layer 10 and the high heat insulating insulating layer 20 are made of the low hardness insulating heat insulating layer 10 and the high heat insulating insulating layer 20 by using a coextrusion facility, a process step is performed. There is an advantage that can be minimized.
  • the hardness, flame retardancy, thermal conductivity and dielectric breakdown voltage of the heat dissipation sheet manufactured by the present invention were measured, and the physical properties of the test specimens in this experiment were as follows.
  • Insulation breakdown voltage measured at 2mm thickness of specimen by ASTM D 149
  • Table 1 below is a specimen of the low hardness insulating heat dissipating layer (10) composition prepared by the present invention (Examples 1 to 3) and the composition of the low hardness insulating heat dissipating layer (10) outside the scope of the present invention (Comparative Examples 1 to 2) The results of hardness, flame retardant performance, thermal conductivity and dielectric breakdown voltage according to the content of each constituent are shown.
  • Examples 1 and 2 which are the low-hardness insulating heat insulating layer 10 prepared by the mixing ratio of the present invention, are thermoplastic elastomers, and styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) block air. Coalescing was used, and alumina and aluminum hydroxide were used as the thermally conductive fillers. In addition, an organophosphorus compound was used as a flame retardant additive, and antioxidant and lubricant were mixed and used as an additive.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • the hardness is 25 Shore A standard, the flame retardancy is V-1, the thermal conductivity is 0.6 W / mK, and the dielectric breakdown voltage is 18 kV. / mm.
  • the breakdown voltage is very high, the flame retardant grade and the thermal conductivity are excellent, and the hardness is very effective as the low hardness insulating layer 10 of the heat dissipation sheet.
  • Example 2 a styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) block copolymer was used as the thermoplastic elastomer, and aluminum hydroxide was used as the thermally conductive filler.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • an organophosphorus compound was used as a flame retardant, and an additive and an antioxidant were used as an additive.
  • the hardness is 30 Shore A standard, the flame retardant grade is V-0, the thermal conductivity is 0.5 W / mK, and the dielectric breakdown voltage is 19 kV. / mm.
  • the hardness is slightly higher than that of Example 1, it can be seen that the insulation breakdown voltage is very high and the flame retardant grade is very excellent.
  • the excellent thermal conductivity is very effective as a low-hard insulation insulating layer 10 of the heat radiation sheet.
  • Example 3 a styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) block copolymer was used as the thermoplastic elastomer, and aluminum hydroxide was used as the thermally conductive filler.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • aluminum hydroxide was used as the thermally conductive filler.
  • an organophosphorus compound was used as a flame retardant, an antioxidant and a lubricant were used as an additive, and styrene-butadiene rubber (SBR) was used as a rubber.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • the hardness is Shore A standard 23
  • the flame retardant grade is V-0
  • the thermal conductivity is 0.5 W / mK
  • the dielectric breakdown voltage is 20 kV. / mm.
  • the hardness is lower than that of Example 2, the insulation breakdown voltage is high and the surface adhesion is very excellent.
  • the flame retardant grade is high, and the thermal conductivity is very effective as the low-hard insulation insulating layer 10 of the heat dissipation sheet.
  • thermo conductivity and dielectric breakdown voltage can achieve desired properties, but flame retardancy is not found at all, and hardness is high as 33 based on Shore A standard. It can be seen that there is a difficulty in using as a low-hard insulation insulating layer 10 of the heat radiation sheet.
  • Table 2 shows each of the specimens (Examples 1 to 2) of the high thermal insulation insulation layer 20 composition prepared by the present invention and the composition of the high thermal insulation insulation layer 20 (comparative examples 1 to 3) outside the scope of the present invention. The measurement results of hardness, flame retardant performance, thermal conductivity and dielectric breakdown voltage according to the content of constituent materials are shown.
  • Example 1 which is a high heat radiation insulating layer 20 prepared by the mixing ratio of the present invention, used a styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) block copolymer as a thermoplastic elastomer, Alumina and aluminum hydroxide were mixed in the ceramic-carbon composite with a thermally conductive filler.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • the hardness is 43 based on Shore A, flame retardant grade V-0, thermal conductivity 1.3 W / mK, insulation breakdown voltage 5.5 kV / mm Indicated.
  • the flame retardant grade and thermal conductivity is excellent and the hardness is very effective as the high heat radiation insulating layer 20 of the heat radiation sheet.
  • Example 2 a styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) block copolymer was used as the thermoplastic elastomer, and graphite and aluminum hydroxide were mixed with the thermally conductive filler, respectively.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • an organophosphorus compound was used as a flame retardant, and an additive and an antioxidant were used as an additive.
  • the hardness is 48, respectively, Shore A reference, it can be seen that the hardness is very easy to be manufactured as a heat radiation sheet, the flame retardant grade V- 0, thermal conductivity was 1.2 W / mK, and dielectric breakdown voltage was 6 kV / mm.
  • the insulation breakdown voltage is very excellent, the flame retardant grade and the thermal conductivity are excellent, and the hardness is very effective as the high heat radiation insulation layer 20 of the heat dissipation sheet.

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Abstract

본 발명은 방열시트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저경도절연방열층 및 고방열절연층으로 구비되어 다층 방열시트의 두께가 획기적으로 감소되고 제조 공정이 간소화된 이중 절연층을 포함한 방열시트에 관한 것이다.

Description

이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법 및 이를 이용한 방열시트
본 발명은 방열시트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저경도절연방열층 및 고방열절연층으로 구비되어 다층 방열시트의 두께가 획기적으로 감소되고 제조 공정이 간소화된 이중 절연층을 포함한 방열시트에 관한 것이다.
근래의 스마트 폰, 디스플레이, 휴대 컴퓨터 등의 전자 기기 분야에 있어서 고성능화, 소형화에 관한 시장요구는 CPU(중앙처리장치, central processing units), IC(집적회로, integrated circuits)와 같은 전자 부품의 기술 개발을 가속시켜서 소비전력 밀도와 발열량의 증대를 가져왔다. 현재의 기술 개발은 저소비전력화가 성능고속화를 따라 잡지 못하는 상황에 있다. 고방열 재료, 저전력 디바이스, 전자기기용 열유체 해석 소프트웨어 등이 주된 열 문제 대책으로 이슈가 되고 있다.
종래에는 열을 효율적으로 제거하기 위한 방법으로 열전도성이 뛰어난 구리(열전도도 350 내지400 W/mK), 알루미늄(열전도도 220 내지 250 W/mK)등의 금속을 사용해 왔다. 그러나 구리나 알루미늄 같은 금속으로 제조된 시트는 열전도에 있어서 매우 우수한 특성을 나타내지만 열원과의 접착특성이 좋지 못하여 열을 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 있다.
상기 열 확산 시트의 문제점을 해결하기 위한 시트 형태의 종래 기술로서 공개특허 제 10-2008-0076761호에서는 고분자 및 열전도성 충진제를 포함하는 조성물에 의하여 형성된 열전도층; 상기 열전도층의 표면에 제공되고 금속재료에 의하여 형성된 열확산층; 상기 열확산층의 표면에 제공되고 전기절연성 재료에 의하여 형성된 단열층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산시트를 제안한다. 또한, 등록특허 제 10-1235541호에서는 열전도성 성질을 가지는 무기계 물질로 이루어진 열방사 및 열확산층, 금속박으로 이루어진 전자파 차폐 기능 층 및 고분자 탄성 쿠션층을 포함하는 복합기능 박막시트를 제안한다.
상기 선행기술은 열확산 기능, 전기 절연 기능, 전자파 차폐 기능 등을 구현하기 위하여 각각의 기능을 가진 층을 적층하여 열확산시트를 구성하고 있으며, 다층구조로 제작이 되었기에 그 구조와 제조 절차가 복잡하며 열확산시트 제품의 두께가 필요 이상으로 두꺼워지는 기술적 한계를 가지고 있다.
또한, 열확산시트의 두께감소와 경량화, 그리고 제조절차의 간소화를 위한 측면에서 보았을 때, 보다 적은 수의 층에서 전기 절연 기능 및 시트의 외형 유지기능이 요구되고 있으나, 현재까지 적절한 방안이 제시되지 못하고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열확산기능 및 절연기능이 모두 구현된 방열시트를 제조하되, 접착층을 포함하지 않아 단의 두께가 줄어든 방열시트를 제조하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 열가소성탄성체(TPE)를 주요 원료로 사용하여 일반적인 합성수지의 가공방법을 활용하여 간편하게 제작할 수 있고 제조 공정을 간소화한 방열시트를 제조하는데 그 목적이 있다.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 방열시트는 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)으로 구비되고, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1단계; 상기 혼합물을 120℃ 내지 300℃에서 용융압출설비로 용융압출하는 제2단계: 상기 용융압출물을 절단하여 펠렛(pellet)형태로 절단하는 제3단계; 및 상기 펠렛을 용융압출설비로 용융압출하여 시트형태로 시팅하는 제4단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 열확산기능 및 절연기능이 모두 구현된 방열시트를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 접착층을 포함하지 않아 단의 두께가 줄어든 방열시트를 제조할 수 있다.
또한, 열가소성탄성체(TPE)를 주요 원료로 사용하여 일반적인 합성수지의 가공방법을 활용하여 간편하게 제작할 수 있고 제조 공정을 간소화한 방열시트를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 절연층을 포함한 방열시트의 구성도이다.
도 2는 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 방열시트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)으로 구비되어 두께가 획기적으로 감소되고 제조 공정이 간소화된 이중 절연층을 포함한 방열시트에 관한 것이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 일실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
하기에서는 상기 제시된 이중 절연층을 포함한 방열시트를 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 절연층을 포함한 방열시트의 구성도이다.
본 발명에 의한 이중 절연층을 포함한 방열시트는 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)으로 구성된다. 상기 저경도절연방열층(10)이 하단부에 구비되고, 상기 저경도절연방열층(10) 상단에 상기 고방열절연층(20)이 차례로 적층되는 것이 바람직하며, 상기 저경도절연방열층(10)은 열원과 접촉되도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 저경도절연방열층(10)은 경도 Shore A 30 이하, 열전도도 0.4 내지 3 W/m·K, 난연성 UL94 V-0, 절연파괴전압 5 내지 30kV/mm으로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 저경도절연방열층(10)의 경도가 Shore A 30이 넘어가면 열원과의 접촉이 양호하지 않아서 효과적으로 열을 제거하기 어려우며, 열전도도가 0.4W/mK 이하일 경우에는 열전도도가 너무 낮아 열원의 열이 잘 방출되지 않게 된다. 그리고 전자제품에 함께 사용되는 경우가 대부분이어서 난연 특성이 필요하게 되며, 열전파괴전압이 5kV/mm 이하일 경우에는 전류가 흘러서 전자제품의 파손을 가져올 수 있는 문제가 있다.
상기 고방열절연층(20)은 경도 Shore A 70 이하, 열전도도 1.1 내지 5 W/m·K, 난연성 UL94 V-0이고, 절연파괴전압 5 내지 30 kV/mm으로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 고방열절연층(20)의 경도가 Shore A 70이 넘어가면 저경도절연방열층(10)이 열원과 접촉 시에 영향을 주게 되어 열원과의 접촉이 양호하지 않아서 효과적으로 열을 제거하기 어려우며, 열전도도가 1.1 W/mK 이하일 경우에는 열전도도가 너무 낮아 열원의 열이 잘 방출되지 않게 된다. 그리고 전자제품에 함께 사용되는 경우가 대부분이어서 난연 특성이 필요하게 된다.
상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 포함하여 제조되는 것이 바람직하다.
추가적으로 면접착력을 증가시키기 위하여 고무를 추가로 포함하여 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 30 내지 800 중량부, 난연첨가제 30 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 200 중량부 및 첨가제 0.1 내지 10 중량부를 혼합하여 제조한다.
또한, 추가적으로 필요에 따라 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 고무 5 내지 200 중량부를 포함하여 제조한다.
먼저, 상기 열가소성탄성체(TPE)는 열경화성 탄성체와 같이 탄성을 가지면서도 열을 가하여 녹였다가 다시 일정한 형태로 가공할 수 있는 탄성체로 고무의 탄성체를 가지면서도 일반적인 합성수지의 가공방법을 활용할 수 있도록 한다.
상기 열가소성탄성체(TPE)는 어떤 것이든 적용 가능하나, 본 발명의 효과를 극대화시키기 위해서는, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene, SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene, SEPS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(Stylene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene, SEEPS) 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌, 알파올레핀수지 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스틸렌(SEBS) 블록 공중합체가 가장 효과적이다.
다음으로, 상기 열전도성 필러는 열전달물질을 매개로 방열 대상체에 부착되며, 상기 방열 대상체에 의해 발생된 열이 다른 층으로 쉽게 전달될 수 있도록 한다.
상기 열전도성 필러는 카본블랙, 카본나노튜브, 그라파이트, 알루미나, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 세라믹-탄소 복합체 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 카본블랙, 카본나노튜브 및 그라파이트는 탄소계 필러로서, 가벼우며 열전도도가 우수한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알루미나, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소 및 세라믹-탄소 복합체는 세라믹계 필러로서, 전기절연성이 우수한 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 세라믹-탄소 복합체는 열전도성이 우수하면서 전기절연성 역시 우수한 특징이 있으므로, 상기 저경도절연방열층(10)에는 혼합하지 않고, 상기 고방열절연층(20)에 혼합하여 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전도성 필러는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 30 내지 800 중량부인 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는 50 내지 600 중량부인 것이 바람직하다. 상기 열전도성 필러의 함량이 30 중량부 미만인 경우에는 열전도성이 현저히 저하되어, 사실상 열전달이 발현되기 어려운 문제가 있으며, 800 중량부를 초과하는 경우에는 기계적 물성이 현저히 떨어지거나 절연파괴전압이 낮아질 우려가 있으므로 상기 조건으로 혼합하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 난연첨가제는 조성물의 물성을 저하시키지 않으면서도 최고수준의 난연성을 확보하기 위해 사용된다. 여기서, 난연제는 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제로 이루어진 것이 바람직하며, 이들 중 2개를 혼합하여 사용할 수도 있다.
수차례의 실험결과, 여기서, 상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아누레이트 또는 구아니딘화합물 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 금속수산화물은 수산화마그네슘을 포함하여 이루어지며, 상기 인계 난연제는 멜라민폴리포스페이트, 암모늄폴리포스페이트, 디암모늄포스페이트, 모노암모늄포스페이트, 폴리인산아미드, 인산아미드, 멜라민포스페이트 또는 레드포스페이트 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 본 발명의 효과를 극대화하는데 가장 바람직하다.
또한, 상기 난연제의 함량은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여, 30 내지 800 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50 내지 600 중량부인 것이 가장 효과적이다. 난연제의 함량이 30 중량부 미만인 경우에는 난연성이 현저히 저하되어, 사실상 난연성이 발현되기 어려운 문제가 있으며, 800 중량부를 초과하는 경우에는 조성물의 기계적 물성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.
다음으로, 상기 프로세스오일은 조성물에 유동성을 부여하는 역할을 한다.
상기 프로세스오일은 파라핀계 또는 나프텐계 오일 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 파라핀계 오일을 사용하는 것이 본 발명에서 유동성을 향상시키면서도 난연성의 저하를 막는데 가장 효과적이다.
상기 프로세스오일은 40℃에서의 동점도가 95cSt 내지 120cSt이고, 인화점은 220℃ 내지 300℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 40℃에서의 동점도가 110cSt 내지 120cSt이고, 인화점은 250℃ 내지 270℃인 것이 효과적이다. 이 범위를 벗어나는 경우에는 충분한 유동성을 부여하기 어렵거나 물성 및 난연성이 저하되는 문제가 있다.
상기 프로세스오일의 함량은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여, 80 내지 200 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100 내지 180 중량부인 것이 효과적이다. 80 중량부 미만인 경우에는 조성물의 경도가 상승하고 유동성이 저하되어 가공상 문제가 발생하며, 200 중량부를 초과하는 경우에는 경도가 지나치게 낮아지고 기계적 물성이 현저히 저하될 수 있으며, 난연성을 부여하기 어려운 문제가 있다.
다음으로, 상기 첨가제는 열안정제, 산화방지제, UV안정제, 확제, 커플링제 중 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 본 발명인 이중 절연층을 포함한 방열시트는 상기 열가소성탄성체(TPE)에 첨가제를 더 포함하여 난연성 향상에 도움을 주고 전체적으로 내구성을 향상시키는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 열안정제와 UV안정제는 난연성 향상에 도움을 줄 뿐만 아니라, 전반적인 내구성을 향상시키는 역할을 하며, 산화방지제 또한 산화억제효과를 통해 내구성을 향상시키고, 안료는 조성물이 사용되는 용도에 따라 적절한 색상을 구현하는 역할을 한다.
상기 첨가제는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 0.1 중량부 미만인 경우에는 첨가로 인한 상승효과가 미미한 문제가 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우에는 조성물의 물성이 저하되는 문제가 있다.
상기 기술한 바와 같이, 본 발명은 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 30 내지 800 중량부, 난연첨가제 30 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 200 중량부 및 첨가제 0.1 내지 10 중량부를 혼합하여 제조되는 것을 기본으로 하되, 상기 고무는 면접착력을 증가시키기 위하여 추가적으로 사용될 수 있다.
상기 고무는 이소프렌고무(Isoprene Rubber, IR), 부타디엔고무(Butadiene Rubber, BR), 스티렌-부타디엔고무(Styrene-Butadiene Rubber, SBR), 폴리클로로프렌고무(polyChloroprene Rubber, CR), 아크릴로니트릴-부타디엔고무(Acrylonitrile-Butadiene Rubber, NBR), 이소프렌-이소부틸렌고무(Isoprene-Isobutadiene Rubber, IIR), 에틸렌-프로필렌고무(Ethylene-Propylene Rubber, EPR), 실리콘고무, 플루오로고무, 우레탄고무, 아크릴고무 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 고무는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 5 내지 200 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30 내지 100 중량부인 것이 가장 효과적이다.
상기 고무는 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 혼합 될 경우 혼합 농도가 낮아 면접착력 증가 효과가 미미할 수 있고, 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 200 중량부를 초과하여 혼합할 경우 방열 효과가 떨어질 우려가 있으므로 상기 조건으로 혼합되는 것이 바람직하다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 제1단계(S10)는 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조한다.
구체적으로, 상기 혼합단계(S10)에서 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)은 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 30 내지 800 중량부, 난연첨가제 30 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 200 중량부 및 첨가제 0.1 내지 10 중량부를 혼합하되, 상기 저경도절연방열층(10)은 경도 Shore A 30 이하, 열전도도 0.4 내지 3 W/m·K, 난연성 UL94 V-0, 절연파괴전압 5 내지 30kV/mm으로 구비되도록 혼합하는 것이 바람직하고, 상기 고방열절연층(20)은 경도 Shore A 70 이하, 열전도도 1.1 내지 5 W/m·K, 난연성 UL94 V-0이고, 절연파괴전압 5 내지 30 kV/mm으로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열가소성탄성체(TPE)는 어떤 것이든 적용 가능하나, 본 발명의 효과를 극대화시키기 위해서는, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene, SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene, SEPS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(Stylene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene, SEEPS) 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌, 알파올레핀수지 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스틸렌(SEBS) 블록 공중합체가 가장 효과적이다.
상기 열전도성 필러는 카본블랙, 카본나노튜브, 그라파이트, 알루미나, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 세라믹-탄소 복합체 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하며, 상기 세라믹-탄소 복합체는 상기 고방열절연층(20)에만 선택적으로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 난연첨가제는 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제 중 적어도 하나이다. 상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아뉴레이트 또는 구아니딘 화합물 중 선택된 어느 하나 이상이며, 상기 금속수산화물은 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 중 선택된 어느 하나 이상이며, 상기 인계 난연제는 포스페이트를 함유한 유기 인계화합물 중 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 프로세스오일은 파라핀계 또는 나프텐계 오일 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 파라핀계 오일을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 첨가제는 열안정제, 산화방지제, UV안정제, 활제, 커플링제 중 선택된 어느 하나 이상이다.
추가적으로 면접착력을 증가시키기 위하여 사용되는 상기 고무는 이소프렌고무(IR), 부타디엔고무(BR), 스티렌-부타디엔고무(SBR), 폴리클로로프렌고무(CR), 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR), 이소프렌-이소부틸렌고무(IIR), 에틸렌-프로필렌고무(EPR), 실리콘고무, 플루오로고무, 우레탄고무, 아크릴고무 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
다음으로, 제2단계(S20)는 상기 혼합물을 120℃ 내지 300℃에서 용융압출설비로 용융압출한다.
*상기 혼합물을 120℃ 미만으로 용융압출할 경우 용융이 잘 안되어 혼련이 원활하지 않은 문제점이 있고, 300℃를 초과하여 용융압출할 경우 수지가 분해되어 원하는 물성을 낼 수 없는 문제점이 있으므로 상기 조건으로 용융압출하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제3단계(S30)는 상기 용융압출물을 절단하여 펠렛(pellet)형태로 절단한다.
상기 용융압출물을 절단하여 펠렛(pellet)형태로 절단하는 이유는 포장 및 이송이 용이하며, 다음공정에서 가공할 때 매우 편리하기 때문이다.
보다 구체적으로, 상기 펠렛(pellet)형태는 0.1mm 내지 20mm 크기로 절단하는 하는 것이 바람직한데, 0.1mm 미만일 경우 펠렛 형상을 잘 이루지 못하는 문제점이 있고, 20mm를 초과할 경우 다음 가공단계에서 가공이 어려운 문제점이 있으므로 상기 조건으로 절단하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제4단계(S40)는 상기 펠렛을 용융압출설비로 용융압출하여 시트형태로 시팅한다.
상기 시팅단계(S40)는 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)을 독립적으로 시팅하여, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20) 시트를 가열프레스로 한 장의 시트로 만들거나, 공압출설비를 사용하여 한 번에 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)시트를 만드는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)을 독립적으로 시팅하여 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20) 시트를 제조한 뒤 가열프레스로 한 장의 시트로 제조될 경우 별도의 공압출 설비가 필요 없는 이점이 있다.
또한, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)을 공압출설비를 사용하여 한번에 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20)시트를 만들 경우 공정단계를 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명인 이중 절연층을 포함한 방열시트에 대한 특성을 실험한 실시예 및 비교예를 통해 살펴보기로한다.
하기는 본 발명에 의해 제조된 방열시트의 경도, 난연성, 열전도도, 절연파괴전압을 측정하였고, 본 실험에서 시편의 물성평가 방법으로 하기와 같다.
(1) 경도 : ASTM D 2240 방법으로 시편두께는 3mm로 측정
(2) 난연성 : UL94 VB 방법으로 시편두께 2mm로 측정
(3) 열전도도 : ISO standard 22007-2 방법으로 8T짜리 시편 2종류를 준비하여 측정
(4) 절연파괴전압 : ASTM D 149 방법으로 시편두께 2mm로 측정
ㄱ. 저경도절연방열층(10)
아래 표 1은 본 발명에 의해 제조된 저경도절연방열층(10) 조성물 시편(실시예 1~3)과 본 발명의 범위를 벗어난 저경도절연방열층(10) 조성물(비교예 1~2)의 각 구성물질의 함량에 따른 경도, 난연 성능, 열전도도 및 절연파괴전압의 측정결과를 나타낸 것이다.
분류 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
열가소성탄성체 SEBS 100 100 100 100 100
고무 SBR - - 300 - -
열전도성 필러 그라파이트 - - - 200 -
알루미나 100 - - - 700
수산화알루미늄 300 400 400 - -
난연첨가제 유기인화합물 20 30 30 - -
프로세스오일 100 110 100 100 100
첨가제 산화방지제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
활제 0.1 8 8 0.1 0.1
결과
경도 (Shore A) 25 30 23 45 33
난연등급(UL94, 2mm) V-1 V-0 V-0 NG NG
열전도도(W/m.K) 0.6 0.5 0.5 1.5 0.7
절연파괴전압(kV/mm) 18 19 20 0.2 15
면접착도 ○ ○ ◎ △ ○
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 혼합 비율에 의해 제조된 저경도절연방열층(10)인 실시예 1 및 실시예 2는 열가소성탄성체로 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 사용하였고, 열전도성 필러로 알루미나와 수산화알루미늄을 사용하였다. 또한, 난연첨가제로는 유기인화합물을 사용하고, 첨가제로는 산화방지제 및 활제를 혼합하여 사용하였다.
상기 실시예 1의 제조방법에 의해 제조된 저경도절연방열층(10) 경우, 경도가 각각 Shore A 기준 25, 난연등급이 V-1, 열전도도는 0.6 W/m.K, 절연파괴전압이 18 kV/mm을 나타내었다. 상기 실시예 1의 경우, 절연파괴전압이 매우 높음에도 난연등급 및 열전도도가 우수하며 경도가 용이하여 방열시트의 저경도절연방열층(10)으로써 매우 효과적임을 알 수 있다.
또한, 실시예 2는 열가소성탄성체로 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 사용하였고, 열전도성 필러로 수산화알루미늄을 사용하였다. 또한, 난연천가제로는 유기인화합물을 사용하고, 첨가제로는 산화방지제 및 활제를 혼합하여 사용하였다.
상기 실시예 2의 제조방법에 의해 제조된 저경도절연방열층(10)의 경우, 경도가 Shore A 기준 30, 난연등급이 V-0, 열전도도는 0.5 W/m.K, 절연파괴전압이 19 kV/mm을 나타내었다. 상기 실시예 2의 경우, 상기 실시예 1에 비해 경도가 약간 높으나, 절연파괴전압이 매우 높으면서 난연등급이 매우 우수함을 알 수 있다. 또한, 열전도도가 우수하여 방열시트의 저경도절연방열층(10)으로써 매우 효과적임을 알 수 있다.
또한, 실시예 3은 열가소성탄성체로 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 사용하였고, 열전도성 필러로 수산화알루미늄을 사용하였다. 또한, 난연천가제로는 유기인화합물을 사용하고, 첨가제로는 산화방지제 및 활제를 혼합하여 사용하였으며, 고무는 스티렌-부타디엔고무(SBR)를 사용하였다.
상기 실시예 3의 제조방법에 의해 제조된 저경도절연방열층(10)의 경우, 경도가 Shore A 기준 23, 난연등급이 V-0, 열전도도는 0.5 W/m.K, 절연파괴전압이 20 kV/mm을 나타내었다. 상기 실시예 3의 경우, 상기 실시예 2에 비해 경도가 낮고, 절연파괴전압이 높으면서 면접착력이 매우 우수함을 알 수 있다. 또한, 난연등급이 높고, 열전도도가 우수하여 방열시트의 저경도절연방열층(10)으로써 매우 효과적임을 알 수 있다.
한편, 상기 비교예 1의 경우, 탄소계 열전도성 필러인 그라파이트를 사용하였으나, 난연성이 전혀 나오지 않았으며, 절연파괴전압도 0.2 kV/mm로 절연이 전혀 되지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 경도도 Shore A 기준 45로 매우 높은 수준을 유지하고 있어 방열시트의 저경도절연방열층(10)으로써 사용하기에는 어려움이 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 비교예 2의 경우, 열전도성 필러로 알루미나를 사용하여 열전도도 및 절연파괴전압은 원하는 물성달성이 가능하나, 난연성이 전혀 나오지 않는 것을 알 수 있으며, 경도도 Shore A 기준 33으로 높은 수준을 유지하고 있어 방열시트의 저경도절연방열층(10)으로써 사용하기에는 어려움이 있음을 알 수 있다.
ㄴ. 고방열절연층(20)
아래 표 2는 본 발명에 의해 제조된 고방열절연층(20) 조성물 시편(실시예 1~2)과 본 발명의 범위를 벗어난 고방열절연층(20) 조성물(비교예 1~3)의 각 구성물질의 함량에 따른 경도, 난연 성능, 열전도도 및 절연파괴전압의 측정결과를 나타낸 것이다.
분류 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
열가소성탄성체 SEBS 100 100 100 100 100
열전도성 필러 그라파이트 - - 300 - -
알루미나 - 100 - - 250
수산화알루미늄 250 200 200 500 250
세라믹-탄소 복합체 250 200 - - -
난연첨가제 유기인화합물 20 30 30 - -
프로세스오일 100 100 100 100 100
첨가제 산화방지제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
활제 0.1 8 0.1 0.1 0.1
결과
경도 (Shore A) 43 48 50 30 40
난연등급(UL94, 2mm) V-0 V-0 V-0 V-0 V-1
열전도도(W/m.K) 1.3 1.2 1.6 0.5 0.6
절연파괴전압(kV/mm) 5.5 6 0.1 15 18
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 혼합 비율에 의해 제조된 고방열절연층(20)인 실시예 1은 열가소성탄성체로 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 사용하였고, 열전도성 필러로 세라믹-탄소 복합체에 알루미나와 수산화알루미늄을 혼합하였다. 또한, 난연천가제로는 유기인화합물을 사용하고, 첨가제로는 산화방지제 및 활제를 혼합하여 사용하였다.
상기 실시예 1의 제조방법에 의해 제조된 고방열절연층(20)의 경우, 경도가 Shore A 기준 43로, 난연등급 V-0, 열전도도 1.3 W/m.K, 절연파괴전압 5.5 kV/mm을 나타내었다. 상기 실시예 1의 경우, 난연등급 및 열전도도가 우수하며 경도가 용이하여 방열시트의 고방열절연층(20)으로써 매우 효과적임을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 2는 열가소성탄성체로 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 사용하였고, 열전도성 필러로 그라파이트와 수산화알루미늄을 각각 혼합하였다. 또한, 난연천가제로는 유기인화합물을 사용하고, 첨가제로는 산화방지제 및 활제를 혼합하여 사용하였다.
상기 실시예 2의 제조방법에 의해 제조된 고방열절연층(20)의 경우, 경도가 각각 Shore A 기준 48로, 방열시트로 제조되기에 매우 용이한 경도임을 알 수 있고, 난연등급이 V-0이며, 열전도도는 1.2 W/m.K이고, 절연파괴전압이 6 kV/mm을 나타내었다. 상기 실시예 2의 경우, 상기 실시예 1과 마찬가지로 절연파괴전압이 매우 우수하면서 난연등급 및 열전도도가 우수하며 경도가 용이하여 방열시트의 고방열절연층(20)으로써 매우 효과적임을 알 수 있다.
한편, 상기 비교예 1의 경우, 탄소계 열전도성 필러인 그라파이트를 사용하였으나, 본 발명의 구성과 같이 탄소-실리카 복합체를 혼합하지 않았기 때문에 절연파괴전압이 0.1 kV/mm으로 전혀 나오지 않았으며, 방열시트의 고방열절연층(20)으로써 사용하기에는 어려움이 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 비교예 2의 경우, 난연제로 수산화알루미늄을 사용하여 난연성을 달성하였으나, 열전도도가 0.5 W/m.K로 매우 낮은 수치를 나타내고 있어 방열시트의 고방열절연층(20)으로써 사용하기에는 어려움이 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 비교예 3의 경우, 열전도성 필러로 알루미나를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄을 사용하여 난연성은 어느 정도 달성하였으나, 상기 비교예 2와 마찬가지로 열전도도가 매우 낮은 수치를 나타내고 있어 방열시트의 고방열절연층(20)으로써 사용하기에는 어려움이 있음을 알 수 있다.
당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 저경도절연방열층 및 고방열절연층으로 구비되고,
    상기 저경도절연방열층 및 고방열절연층은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 포함하여 제조하되,
    상기 저경도절연방열층은 경도 Shore A 30 이하, 열전도도 0.4 내지 3 W/m·K, 난연성 UL94 V-0, 절연파괴전압 5 내지 30kV/mm이고,
    상기 고방열절연층은 경도 Shore A 70 이하, 열전도도 1.1 내지 5 W/m·K, 난연성 UL94 V-0이고, 절연파괴전압 5 내지 30 kV/mm이며,
    상기 열가소성탄성체(TPE)는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene, SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene, SEPS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(Stylene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene, SEEPS) 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌, 알파올레핀수지 중 적어도 어느 하나이고,
    상기 난연첨가제는 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제 중 적어도 하나이며,
    상기 첨가제는 열안정제, 산화방지제, UV안정제, 활제, 커플링제 중 선택된 어느 하나 이상인 이중 절연층을 포함한 방열시트
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저경도절연방열층 및 고방열절연층은
    상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 30 내지 800 중량부, 난연첨가제 30 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 200 중량부 및 첨가제 0.1 내지 10 중량부인 이중 절연층을 포함한 방열시트
  3. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저경도절연방열층 및 고방열절연층은,
    고무를 추가로 포함하여 제조할 수 있는 것을 특징으로 하며,
    상기 고무는 이소프렌고무(IR), 부타디엔고무(BR), 스티렌-부타디엔고무(SBR), 폴리클로로프렌고무(CR), 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR), 이소프렌-이소부틸렌고무(IIR), 에틸렌-프로필렌고무(EPR), 실리콘고무, 플루오로고무, 우레탄고무, 아크릴고무 중 적어도 어느 하나이며,
    상기 고무는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 5 내지 200 중량부를 혼합하여 제조되는 절연방열층을 포함한 방열시트
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아뉴레이트 또는 구아니딘 화합물 중 선택된 어느 하나 이상이며,
    상기 금속수산화물은 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 중 선택된 어느 하나 이상이며,
    상기 인계 난연제는 포스페이트를 함유한 유기 인계화합물 중 선택된 어느 하나 이상인 이중 절연층을 포함한 방열시트
  5. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저경도절연방열층의 열전도성 필러는
    카본블랙, 카본나노튜브, 그라파이트, 알루미나, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소 중 적어도 어느 하나인 이중 절연층을 포함한 방열시트
  6. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고방열절연층의 열전도성 필러는
    카본블랙, 카본나노튜브, 그라파이트, 알루미나, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 세라믹-탄소 복합체 중 적어도 어느 하나 이상인 이중 절연층을 포함한 방열시트
  7. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스오일은 파라핀계 또는 나프텐계 오일 중 적어도 어느 하나이고, 40℃에서 동점도가 95 내지 120cSt이고, 인화점은 220 내지 300℃인 이중 절연층을 포함한 방열시트
  8. 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1단계;
    상기 혼합물을 120℃ 내지 300℃에서 용융압출설비로 용융압출하는 제2단계;
    상기 용융압출물을 절단하여 펠렛(pellet)형태로 절단하는 제3단계; 및
    상기 펠렛을 용융압출설비로 용융압출하여 시트형태로 시팅하는 제4단계;를 포함하여 저경도절연방열층 및 고방열절연층을 제조하되,
    상기 저경도절연방열층은 경도 Shore A 30 이하, 열전도도 0.4 내지 3 W/mK, 난연성 UL94 V-0, 절연파괴전압 5 내지 30kV/mm이고,
    상기 고방열절연층은 경도 Shore A 70 이하, 열전도도 1.1 내지 5 W/mK, 난연성 UL94 V-0이고, 절연파괴전압 5 내지 30 kV/mm이며,
    상기 열가소성탄성체(TPE)는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene, SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene, SEPS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(Stylene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene, SEEPS) 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌, 알파올레핀수지 중 적어도 어느 하나이고,
    상기 난연첨가제는 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제 중 적어도 하나이며,
    상기 첨가제는 열안정제, 산화방지제, UV안정제, 활제, 커플링제 중 선택된 어느 하나 이상인 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 저경도절연방열층 및 고방열절연층은,
    상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 30 내지 800 중량부, 난연첨가제 30 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 200 중량부 및 첨가제 0.1 내지 10 중량부인 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아뉴레이트 또는 구아니딘 화합물 중 선택된 어느 하나 이상이며,
    상기 금속수산화물은 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 중 선택된 어느 하나 이상이며,
    상기 인계 난연제는 포스페이트를 함유한 유기 인계화합물 중 선택된 어느 하나 이상인 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 저경도절연방열층 및 고방열절연층 열전도성 필러는,
    카본블랙, 카본나노튜브, 그라파이트, 알루미나, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 세라믹-탄소복합체 중 적어도 어느 하나인 저경도절연방열층(10)을 포함한 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세스오일은 파라핀계 또는 나프텐계 오일 중 적어도 어느 하나이고, 40℃에서 동점도가 95 내지 120cSt이고, 인화점은 220 내지 300℃인 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 저경도절연방열층 및 고방열절연층은,
    고무를 추가로 포함하여 제조할 수 있는 것을 특징으로 하며,
    상기 고무는 이소프렌고무(IR), 부타디엔고무(BR), 스티렌-부타디엔고무(SBR), 폴리클로로프렌고무(CR), 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR), 이소프렌-이소부틸렌고무(IIR), 에틸렌-프로필렌고무(EPR), 실리콘고무, 플루오로고무, 우레탄고무, 아크릴고무 중 적어도 어느 하나이며,
    상기 고무는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 5 내지 200 중량부를 혼합하여 제조되는 절연방열층을 포함한 방열시트
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 시팅단계는 상기 저경도절연방열층 및 고방열절연층을 독립적으로 시팅하여, 상기 저경도절연방열층 및 고방열절연층 시트를 가열프레스로 한 장의 시트로 만들거나, 공압출설비를 사용하여 한번에 저경도절연방열층 및 고방열절연층 시트를 만드는 공정을 포함하는 이중 절연층을 포함한 방열시트 제조방법
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