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WO2018212611A1 - 방열복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents

방열복합재 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2018212611A1
WO2018212611A1 PCT/KR2018/005678 KR2018005678W WO2018212611A1 WO 2018212611 A1 WO2018212611 A1 WO 2018212611A1 KR 2018005678 W KR2018005678 W KR 2018005678W WO 2018212611 A1 WO2018212611 A1 WO 2018212611A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermally conductive
heat dissipation
polymer matrix
composite material
parts
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/005678
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김문회
Original Assignee
주식회사 아모그린텍
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
Priority claimed from KR1020170127683A external-priority patent/KR20180127148A/ko
Application filed by 주식회사 아모그린텍 filed Critical 주식회사 아모그린텍
Publication of WO2018212611A1 publication Critical patent/WO2018212611A1/ko

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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
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    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/18—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • B32B27/20—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives using fillers, pigments, thixotroping agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/10—Interconnection of layers at least one layer having inter-reactive properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation composite material, and more particularly to a heat dissipation composite material and a manufacturing method thereof.
  • Heat accumulation in electronic components, lights, converter housings and other unwanted heat generating devices can shorten operating life and reduce operating efficiency.
  • a heat sink or a heat sink such as a heat sink or a heat exchanger is used together in a device that generates heat, and a heat sink or a heat sink is usually a metal which is an excellent heat conductor. come.
  • the metal has a problem of heavy weight and high production cost.
  • the present invention has been made in view of the above, the present invention is excellent in the bonding strength between the dissimilar materials, excellent thermal conductivity, heat dissipation performance and mechanical strength excellent heat dissipation composite material that can be applied to the support of the heating source, external housing and the like; It is an object to provide a method for producing the same.
  • the present invention is excellent in water resistance, heat dissipation and durability by preventing the separation or gap at the interface between dissimilar materials due to the difference in thermal expansion rate, shrinkage difference between the dissimilar materials, so that the heat dissipation performance can be fully expressed for a long time even in the outdoor environment.
  • Another object is to provide a heat dissipating composite material and a method of manufacturing the same.
  • the present invention is a polymer matrix comprising a heat dissipation filler; A metal member disposed to form at least one interface with the polymer matrix; And a thermally conductive joint interposed between the polymer matrix and the metal member and including a thermally conductive filler having an adhesive main resin and 65 to 170 parts by weight based on 100 parts by weight of the adhesive main resin.
  • a thermally conductive joint interposed between the polymer matrix and the metal member and including a thermally conductive filler having an adhesive main resin and 65 to 170 parts by weight based on 100 parts by weight of the adhesive main resin.
  • the thermally conductive filler may be included in 70 to 160 parts by weight based on 100 parts by weight of the adhesive main resin.
  • the polymer matrix may be provided with a receiving portion for accommodating at least a portion of the metal member.
  • the heat dissipation filler may include a graphite composite having nanoparticles bonded to the graphite surface and a catecholamine layer covering the nanoparticles.
  • the graphite composite may further include a polymer layer covering at least the catecholamine layer.
  • the graphite composite may have an average particle diameter of 50 ⁇ 600 ⁇ m.
  • the polymer matrix is polyamide, polyester, polyketone, liquid crystal polymer, polyolefin, polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene oxide (PPO), polyether sulfone (PES) It may include one compound selected from the group consisting of polyetherimide (PEI) and polyimide, or mixtures or copolymers of two or more thereof.
  • the metal member may include at least one metal or at least one metal selected from the group consisting of aluminum, magnesium, iron, titanium, and copper.
  • the thermally conductive junction may have a thickness of 10 ⁇ 220 ⁇ m.
  • the thermally conductive filler at least one metal selected from the group consisting of aluminum, silver, copper, nickel, gold and iron; At least one ceramic selected from the group consisting of silicon carbide, magnesium oxide, titanium dioxide, silicon dioxide, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, aluminum oxide, silica, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, beryllium oxide and manganese oxide; And at least one carbon selected from the group consisting of graphite, graphene, carbon nanotubes, fullerene, and carbon black.
  • thermally conductive filler may be silicon carbide.
  • the thermally conductive filler may have an average particle diameter of 3 ⁇ 200 ⁇ m.
  • the thermally conductive filler may have an average particle diameter of 3 ⁇ 30 ⁇ m.
  • the present invention comprises the steps of (1) preparing a polymer matrix and a metal member comprising a heat dissipation filler; (2) treating the thermally conductive bonding composition comprising an adhesive main resin on the surface of the polymer matrix or the metal member and a thermally conductive filler having 65 to 170 parts by weight based on 100 parts by weight of the adhesive main resin, and polymer Assembling the matrix and the metal member; And (3) curing the treated thermally conductive bonding composition.
  • the thermally conductive bonding composition may include 30 to 90 parts by weight of a curing agent based on 100 parts by weight of the adhesive main resin.
  • the curing of the step (3) may be carried out at a temperature of 60 ⁇ 120 °C 0.16 ⁇ 4.5 hours.
  • the heat dissipating composite material has excellent bonding strength between dissimilar materials, excellent heat conduction performance and heat dissipation performance, and mechanical strength is secured, so that the heat dissipating composite material can be applied to a support of an heating source, an external housing, and the like.
  • the shrinkage / expansion characteristics between dissimilar materials it is possible to prevent separation, cracks, and peeling at the interface between dissimilar materials.
  • Physical and chemical stimulation of the heat dissipation performance can be expressed for a long time without deterioration in heat dissipation / mechanical strength, so that heat dissipation and mechanical strength is required, or can be widely applied even when the place of use is outdoors.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a heat dissipating composite material according to the present invention
  • Figure 1a is a cross-sectional view of the heat dissipating composite material according to an embodiment of the present invention
  • Figure 1b is a cross-sectional view of a heat dissipating composite material according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a graphite composite which is an example of a heat dissipation filler included in an embodiment of the present invention
  • FIG. 2a is a perspective view of the graphite composite
  • FIG. 2b is a sectional view taken along the line X-X 'of FIG. 2a
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a graphite composite which is a heat radiation filler included in one embodiment of the present invention.
  • the heat dissipating composite material 1000 and 1000 ′ may include a polymer matrix 200 and 200 ′ including a heat dissipation filler 100; Metal members 300 and 300 'disposed to form at least one interface with the polymer matrix 200 and 200'; And a thermally conductive junction 400, 400 ′ interposed between the polymer matrix 200, 200 ′ and the metal member 300, 300 ′ and including an adhesive main resin 420 and a thermally conductive filler 410. Is implemented.
  • the polymer matrix 200 may include an accommodation part that may form an interface with an upper surface and both sides of the metal member 300, and the metal member 300 may accommodate the accommodation.
  • the heat dissipation composite material 1000 may be implemented in a form inserted into the portion.
  • the polymer matrix 200 ′ includes the first polymer matrix 210 a and the metal member 300 provided with an accommodating portion to form an interface with a part of both sides and an upper surface of the metal member 300 ′.
  • a second polymer matrix 210b having an accommodating portion to form an interface with the remaining portions of both sides and the lower surface of the '), and the first polymer matrix 210a in the up and down directions of the metal member 300'.
  • the second polymer matrix 210b may be assembled to implement the heat dissipation composite material 1000 '.
  • a receiving part is provided to correspond to the shape of the metal member to be provided at the central portion of the polymer matrix, and only the front and / or rear ends of the polymer matrix are opened, and the metal member is opened through the opened front and / or rear ends.
  • the interfacial formation between the polymer matrix and the metal member may be performed in various ways and shapes, such as to insert a heat dissipation composite material, and the present invention is not particularly limited thereto.
  • the polymer matrix (200, 200 ') is a form in which the heat dissipation filler 100 is dispersed in the molded polymer compound 150, and receives heat extracted from the metal member 300 or an external heat source to conduct heat to the outside and And / or perform a radiating function. Since the polymer matrix 200 and 200 ′ may be changed in thickness in consideration of the shape, size, and the like of the heat dissipating composite material 1000 and 1000 ′, the present invention is not particularly limited thereto.
  • the polymer compound 150 has good compatibility with the heat-dissipating filler 100 and the metal members 300 and 300 ', which will be described later, and is preferably a polymer compound that can be injection molded without affecting the dispersion of the heat-dissipating filler 100. If implemented, there is no limitation. As a preferred example for this, the polymer compound 150 may be a known thermoplastic polymer compound.
  • thermoplastic polymer compound is preferably polyamide, polyester, polyketone, liquid crystalline polymer, polyolefin, polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene oxide (PPO), polyether sulfone ( PES), polyetherimide (PEI) and polyimide, and a compound selected from the group consisting of two or more kinds or mixtures or copolymers.
  • the polyamide may be a known polyamide-based compound such as nylon 6, nylon 66, nylon 11, nylon 610, nylon 12, nylon 46, nylon 9T (PA-9T), kina and aramid.
  • the polyester may be a known polyester-based compound such as polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), and polycarbonate.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PTT polytrimethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • polycarbonate polycarbonate
  • the polyolefin may be a known polyolefin-based compound such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyisobutylene, ethylene vinyl alcohol, and the like.
  • the liquid crystal polymer may be used without limitation in the case of a polymer showing liquid crystallinity in a solution or in a dissolved state, and may be a known kind, and thus the present invention is not particularly limited thereto.
  • the heat dissipation filler 100 may be used without limitation when the filler is formed of a material known to have thermal conductivity, and may be a metal, alloy, ceramic, and carbon-based filler.
  • the heat radiation filler 100 is at least one metal selected from the group consisting of aluminum, silver, copper, nickel, gold and iron, magnesium oxide, titanium dioxide, silicon dioxide, aluminum nitride, silicon nitride, nitride At least one ceramic selected from the group consisting of boron, aluminum oxide, silica, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, beryllium oxide and manganese oxide, and graphite, graphene, carbon nanotubes, fullerene and carbon black One or more of one or more carbons may be provided.
  • the heat dissipation filler 100 may be appropriately selected in consideration of required properties or heat dissipation performance of an application field of the heat dissipation composite material (1000, 1000 '), and may include a heat dissipation filler of the ceramic material if insulation is required. have.
  • the heat dissipation filler 100 may be granular, plate-like, needle-like, amorphous.
  • the heat dissipation filler 100 is preferably nanoparticles 20 and the nanoparticles 20 bonded to the graphite surface 10, as shown in Figures 2a and 2b in order to express more improved heat dissipation characteristics.
  • a graphite composite 101 having a catecholamine layer 30 coated thereon is preferably nanoparticles 20 and the nanoparticles 20 bonded to the graphite surface 10, as shown in Figures 2a and 2b in order to express more improved heat dissipation characteristics.
  • Korean application Nos. 10-2017-0051164 and 10-2017-0051169 by the applicant of the present invention are inserted by reference.
  • the graphite 10 may be of a kind known in the art, and specifically, may be natural graphite or artificial graphite of any one of impression graphite, high crystalline graphite, and earth graphite.
  • the shape of the graphite 10 may be a known shape such as spherical shape, plate shape or needle shape, or an amorphous shape, for example, may be a plate shape.
  • the graphite 10 may be a graphite of high purity having a purity of 99% or more, through which it may be advantageous to express more improved physical properties.
  • the nanoparticles 20 bonded to the surface of the graphite 10 is a medium capable of providing the catecholamine layer 30 on the graphite 10, and at the same time, the thermally conductive junction 400 described later by the graphite composite 101.
  • the polymer matrix 200 prevents the separation phenomenon of the metal member 300 from being lifted up. Perform.
  • the nanoparticles 20 may be a metal or a nonmetallic material present as a solid at room temperature.
  • Non-limiting examples thereof include alkali metals, alkaline earth metals, lanthanum groups, actinides, transition metals, transition metals, Metal, and the like.
  • the nanoparticles may be Ni, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sn, In, Pt, Au, Mg, and combinations thereof, preferably Cu, Ni, or Si.
  • the nanoparticles 20 may have an average particle diameter of 10 to 500nm, preferably 10 to 300nm.
  • the nanoparticles 20 is preferably in a crystallized particle state, and may be provided to occupy an area of 10 to 70%, more preferably 30 to 70% of the total surface area of each graphite 10. have.
  • the nanoparticles 20 may be provided with 5 to 70% by weight, preferably 20 to 50% by weight based on the total weight of the graphite composite 101. At this time, the nanoparticles 20 can form a stronger bond by forming a chemical bond with the graphite (10).
  • the catecholamine layer 30 provided on the surface of the nanoparticles 20 described above has excellent fluidity, dispersibility, and interfacial bonding properties between the graphite composite 101 and the polymer compound 150 in heterogeneous polymer compounds.
  • the thermally conductive joint is improved by performing a function of improving the bonding force between the graphite composite 101 and the thermally conductive joint 300 at the interface. The separation phenomenon that may occur at the interface between the 400 and the polymer matrix 200 may be further prevented.
  • the catecholamine layer 30 itself has a reducing power and at the same time, the amine functional group forms a covalent bond by Michael addition reaction to the catechol functional group on the surface of the layer, thereby making the secondary surface modification using the catecholamine layer as an adhesive material.
  • the polymer layer 40 for expressing further improved dispersibility in the polymer compound may function as a bonding material capable of introducing the graphite 10 into the graphite 10.
  • the catecholamine-based compound forming the catecholamine layer 30 has a hydroxy group (-OH) as the ortho-group of the benzene ring, and means a single molecule having various alkylamines as the para-group.
  • a hydroxy group (-OH) as the ortho-group of the benzene ring
  • various derivatives of these constructs dopamine, dopaminequinone, epinephrine, alpha-methyldopamine, norepinephrine, alpha-methyl Dopa (alphamethyldopa), droxidopa (droxidopa), indolamine (indolamine), serotonin (serotonin) or 5-hydroxy dopamine (5-Hydroxydopamine) and the like, for example, the catecholamine layer 30 is dopamine (dopamine) Layer).
  • the thickness of the catecholamine layer 30 may be 5 ⁇ 100nm, but is not limited thereto.
  • the polymer layer 40 ′ may be further coated on the catecholamine layer 30 ′ of the graphite composite 101 ′, thereby forming a matrix of the composite material due to the polymer layer 40 ′.
  • the compatibility with the polymer compound is increased, thereby further improving the fluidity, dispersibility and interfacial bonding characteristics of the heat dissipation filler.
  • the polymer layer 40 ′ may be implemented with a thermosetting polymer compound or a thermoplastic polymer compound, and specific types of the thermosetting polymer compound and the thermoplastic polymer compound may be known.
  • the thermosetting polymer compound may be one compound selected from the group consisting of epoxy, urethane, ester, and polyimide resins, or a mixture or copolymer of two or more thereof.
  • the thermoplastic polymer compound is polyamide, polyester, polyketone, liquid crystalline polymer, polyolefin, polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene oxide (PPO), polyether sulfone (PES), It may be one compound selected from the group consisting of polyetherimide (PEI) and polyimide, or mixtures or copolymers of two or more thereof.
  • the polymer layer may be a rubber elastomer including natural rubber and / or synthetic rubber and a similar material thereof.
  • the polymer layer 40 may have a thickness of 0.1 to 1000 nm.
  • the polymer layer 40 ′ may be included in an amount of 0.01 to 20 wt% based on the total weight of the graphite composite 101 ′.
  • the graphite composite may have an average particle diameter of 50 ⁇ 600 ⁇ m, preferably 100 ⁇ 550 ⁇ m.
  • the heat dissipation filler 100 may further include any one or more of graphite flake, expanded graphite and spherical graphite. These fillers, which are further included, suppress unintentional cohesion between the graphite composites 101 and 101 'due to the catecholamine layer provided in the graphite composites 101 and 101' so that the graphite composite 101 can be more dispersed in the polymer matrix 200. And further enhanced vertical and / or horizontal thermal conductivity. Any one or more of the graphite flakes, expanded graphite and spherical graphite may have an average particle diameter of 50 ⁇ 300 ⁇ m.
  • any one or more of the graphite flakes, expanded graphite and spherical graphite may be included in 5 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the graphite composite. If less than 5 parts by weight of the heat dissipation filler is provided in addition to the graphite composite is less than the improvement of the heat dissipation performance according to the mixed use of the heat dissipation filler, it may be difficult to prevent the aggregation of the graphite composite, most of the heat dissipation filler There is a risk of cost increase as it should be provided with a graphite composite, it may be undesirable to reduce the weight of the composite material to be implemented.
  • the composite material may not be able to express the desired level of thermal conductivity and mechanical strength, and the interfacial bonding properties may deteriorate and the polymer matrix and the thermal conductivity may be reduced. There is a risk of causing separation between the junction 400.
  • the heat dissipation filler fluidity decreases in the manufacturing process of the polymer matrix 200, it may be concentrated in the center of the polymer matrix 200 composite rather than the surface portion thereof, and thus the radiation property of the conducted heat may be significantly reduced.
  • the polymer matrix (200,200 ') may further include other additives such as strength improver, impact improver, antioxidant, heat stabilizer, light stabilizer, plasticizer, dispersant, work improver, coupling agent, UV absorber, antistatic agent, flame retardant. have.
  • the strength improving agent can be used without limitation in the case of known components that can improve the strength of the polymer matrix (200,200 '), and as a non-limiting example, carbon fiber, glass fiber, glass beads, zirconium oxide, ulasto Consisting of nitrate, gibbsite, boehmite, magnesium aluminate, dolomite, calcium carbonate, magnesium carbonate, mica, talc, silicon carbide, kaolin, calcium sulfate, barium sulfate, silicon dioxide, ammonium hydroxide, magnesium hydroxide and aluminum hydroxide
  • One or more components selected from the group may be included as strength enhancers.
  • the strength improving agent may be included in an amount of 0.5 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the heat dissipation filler, but is not limited thereto.
  • the diameter of the glass fiber may be 2 to 8 mm.
  • the impact modifier may be used without limitation in the case of known components that can improve the impact resistance by expressing the flexibility and stress relaxation of the polymer matrix (200, 200 '), for example, may be a thermoplastic resin. In addition, it may be a rubber-based resin as an example. The rubber resin may be natural rubber or synthetic rubber.
  • the synthetic rubber is styrene butadien rubber (SBR), butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), isoprene rubber (ISoprene rubber (IR), isobutene isoprene rubber (isobutene isoprene rubber) , IIR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), ethylene propylene rubber (EPR), ethylene propylene diene monomer rubber, acrylic rubber, silicone rubber, fluorine It may be one or more selected from the group consisting of rubber and urethane rubber, but is not limited thereto.
  • the impact modifier may be an elastic particle of the core / shell structure.
  • the core may be an allyl-based resin
  • the shell portion may be a polymer resin having a functional group capable of reacting to increase compatibility with a thermoplastic polymer compound and increase bonding strength.
  • the impact improving agent may be included in 0.5 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the heat dissipation filler is not limited thereto.
  • the antioxidant is prevented from breaking the main chain of the polymer compound, for example, the thermoplastic polymer compound to form a polymer matrix by shearing during extrusion, injection, it is provided for prevention of heat discoloration.
  • the antioxidant may be used without limitation known known antioxidants, non-limiting examples thereof include tris (nonyl phenyl) phosphite, tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, bis (2 Organic phosphites such as, 4-di-t-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite, distearyl pentaerythritol diphosphite or the like; Alkylated monophenols or polyphenols; Alkylated reaction products of polyphenols with dienes, such as tetrakis [methylene (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)] methane, or the like; Butylated reaction products of
  • thermal stabilizer may be used without limitation in the case of known thermal stabilizers, but non-limiting examples thereof include triphenyl phosphite, tris- (2,6-dimethylphenyl) phosphite, tris- (mixed mono- Organic phosphites such as tris- (mixed mono-and di-nonylphenyl) phosphate) or the like; Phosphonates such as dimethylbenzene phosphonate or the like, phosphates such as trimethyl phosphate, or else similar, or mixtures thereof.
  • the heat stabilizer may be included in an amount of 0.01 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer compound forming the polymer matrix.
  • the light stabilizer may be used without limitation in the case of known light stabilizers, but non-limiting examples thereof include 2- (2-hydroxy-5-methylphenyl) benzotriazole, 2- (2-hydroxy-5 Benzotriazoles or mixtures thereof, such as -tert-octylphenyl) -benzotriazole and 2-hydroxy-4-n-octoxybenzophenone or the like.
  • the light stabilizer may be included in an amount of 0.1 to 1.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer compound forming the polymer matrix.
  • the plasticizer may be used without limitation in the case of known plasticizers, but non-limiting examples thereof include dioctyl-4,5-epoxy-hexahydrophthalate, tris- (octoxycarbonylethyl) isocyanurate, Phthalic acid esters or mixtures thereof such as tristearin, epoxidized soybean oil or the like.
  • the plasticizer may be included in an amount of 0.5 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer compound forming the polymer matrix.
  • the antistatic agent may use a known antistatic agent without limitation, and as a non-limiting example, glycerol monostearate, sodium stearyl sulfonate, sodium dodecylbenzenesulfonate, polyether block Amides, or mixtures thereof, these include, for example, BASF under the trade name Irgastat; Arkema under the trade name PEBAX; And Sanyo Chemical Industries under the trade name Pelestat.
  • the antistatic agent may be included in an amount of 0.1 to 1.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer compound forming the polymer matrix.
  • the work improving agent may use any known work improving agent without limitation, as a non-limiting example, metal stearate, stearyl stearate, pentaerythritol tetrastearate, beeswax, montan wax (montan) wax), paraffin wax, polyethylene wax or the like or mixtures thereof.
  • the work improving agent may be included in an amount of 0.1 to 1.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer compound forming the polymer matrix.
  • UV absorber known UV absorbers can be used without limitation, non-limiting examples thereof, hydroxybenzophenone; Hydroxybenzotriazole; Hydroxybenzotriazine; Cyanoacrylate; Oxanilides; Benzoxazinones; 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -4- (1,1,3,3, -tetramethylbutyl) -phenol; 2-hydroxy-4-n-octyloxybenzophenone; 2- [4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1,3,5-triazin-2-yl] -5- (octyloxy) -phenol; 2,2 '-(1,4-phenylene) bis (4H-3,1-benzoxazine-4-one); 1,3-bis [(2-cyano-3,3-diphenylacryloyl) oxy] -2,2-bis [[(2-cyano-3,3-biphenylacryloyl) oxy] Methyl]
  • the coupling agent may use a known coupling agent without limitation, and as an example thereof, may be maleic acid grafted polypropylene.
  • the coupling agent may be included in an amount of 0.01 to 10.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer compound forming the polymer matrix.
  • the flame retardant may also be, for example, halogenated flame retardants, like tretabromo bisphenol A oligomers such as BC58 and BC52, brominated polystyrene or poly (dibromo-styrene), brominated epoxy, Decabromodiphenylene oxide, pentabrom penzyl acrylate monomer, pentabromobenzyl acrylate polymer, ethylene-bis (tetrabromophthalimide, bis (pentabromobenzyl) ethane, Mg (OH) 2 and Al ( Metal hydroxides such as OH) 3, melamine cyanurate, phosphor based FR systems such as red phosphorus, melamine polyphosphates, phosphate esters, metal phosphinates, ammonium polyphosphates, expandable graphite , Sodium or potassium perfluorobutane sulfate, sodium or potassium perfluorooctane sulfate, sodium or potassium dipe Nyl
  • the metal member 300, 300 ′ is a metal member, and serves as a housing along with a role of a heat sink that directly transfers heat extracted through a heat source to the outside or to the above-described polymer matrix 200, 200 ′. It can have a role as a support for collateral.
  • the metal members 300 and 300 ′ may be used without limitation in the case of a metal material capable of securing a predetermined thermal conductivity, mechanical strength, and the like.
  • the metal member 300 may be one metal selected from the group consisting of aluminum, magnesium, iron, titanium, and copper, or an alloy containing at least one metal.
  • the metal members 300 and 300 ′ may have any shape within a range capable of molding and manufacturing.
  • a plurality of wires or bars are spaced apart at predetermined intervals inside a bar-shaped wire having a predetermined aspect ratio, a plate-shaped shape having a predetermined width, or having a predetermined shape such as a square or a circle.
  • the honeycomb structure may have a shape having various structures in which they are combined with each other.
  • the size of the metal member 300 may be appropriately changed in consideration of the size of the desired composite radiator.
  • the thickness of the metal member 300 may also be appropriately changed in consideration of the desired strength, thermal conductivity, complexity of the shape, the thickness may be 0.5 to 90% of the total thickness of the heat dissipating composite (1000, 1000 '). . If the thickness of the metal member 300 is less than 0.5% of the total thickness of the heat dissipating composite material 1000, it may be difficult to ensure the desired level of mechanical strength, and if the thickness exceeds 90%, the desired level of heat dissipation performance. In particular, it is difficult to express the radiation characteristics, and the moldability to a complicated shape may also be lowered.
  • the present invention is not limited thereto, and the thickness of the metal member 300 may be appropriately changed in consideration of the mechanical strength required for the heat dissipating composite.
  • It may further include a microscale irregularities or protrusions.
  • the fine roughness may have a centerline average roughness (Ra) of 5 to 100 ⁇ m, more preferably 5 to 50 ⁇ m, thereby expressing more improved bonding properties and mechanical strength of the metal member 300, 300 ′. The fall can be prevented.
  • thermally conductive junctions 400 and 400 'interposed between the polymer matrix 200 and 200' and the metal members 300 and 300 ' will be described.
  • the thermally conductive junction 400, 400 ′ bonds the heterogeneous material between the polymer matrix 200, 200 ′ and the metal member 300, 300 ′ and at the same time, from one side of the polymer matrix 200, 200 ′ and the metal member 300, 300 ′. It removes the empty space of the corresponding interface between them so that it can conduct heat quickly, and it is responsible for minimizing the resistance of conducted heat by expressing excellent thermal conductivity on its own.
  • the thermally conductive junctions 400 and 400 ' are preferably configured to have similar thermal expansion coefficients as those of the metal members 300 and 300' so that the degree of shrinkage expansion according to the use temperature becomes similar between the polymer matrices 200 and 200 '. ) And the effect of minimizing the occurrence of bond breakage at the interface between the metal member (300, 300 ').
  • the thermally conductive junctions 400 and 400 ′ may include a thermally conductive filler 410 as shown in FIGS. 1A and 1B, and thermal conductivity through the thermally conductive filler 410.
  • a thermally conductive filler 410 as shown in FIGS. 1A and 1B
  • thermal conductivity through the thermally conductive filler 410 by making the thermal expansion rate of the thermally conductive joints 400 and 400 'similar to the metal members 300 and 300', cracks between the metal member and the thermally conductive joint due to thermal expansion and contraction can be prevented.
  • the thermally conductive joints 400 and 400 ′ may be formed by solidifying a thermally conductive bonding composition including an adhesive main resin 420 and a thermally conductive filler 410 through cooling or curing.
  • the adhesive main resin 420 has no problem in compatibility with the polymer compound 150 and the metal members 300 and 300 'of the polymer matrix 200 and 200' described above, and it is known that the adhesive main resin 420 can express excellent adhesion performance with each of them.
  • ingredients they can be used without limitation.
  • polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride are considered in consideration of adhesiveness, heat resistance which is not embrittled by incoming heat, insulation that is not embrittled by electrical stimulation, compatibility with mechanical strength and thermal conductive filler, and thermal conductivity.
  • Polyacrylonitrile resin acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), styrene-acrylonitrile (SAN), acrylic resin, methacrylic resin, polyamide, polyester, polycarbonate, polyphenyl Lensulfide, polyamideimide, polyvinylbutyral, polyvinyl formal, polyhydroxypolyether, polyether, polyphthalamide, phenoxy resin, polyurethane, nitrile butadiene resin, urea resin (UF ), Melamine-based resin (MF), unsaturated polyester resin (UP), silicone resin and one selected from the group consisting of epoxy resin, mixtures thereof or It may include a copolymer thereof. Specific types corresponding to each of the above resins may be resins known in the art, and thus the detailed description thereof will be omitted.
  • the resin when the resin is an epoxy resin, a glycidyl ether type epoxy resin, a glycidyl amine type epoxy resin, a glycidyl ester type epoxy resin, a linear aliphatic type epoxy resin, a rubber modified epoxy resin, and derivatives thereof It may include any one or more epoxy resin selected from the group.
  • the glycidyl ether type epoxy resin includes glycidyl ethers of phenols and glycidyl ethers of alcohols.
  • glycidyl ethers of the phenols bisphenol A type, bisphenol B type, bisphenol AD type, and bisphenol Bisphenol-based epoxys such as S-type, bisphenol-F and resorcinol, phenol novolac epoxy, aralkylphenol novolac, phenolic novolacs and terpene-phenol novolacs and o-cresolnovolac
  • cresol novolak-type epoxy resins such as epoxy, and these can be used individually or in combination of 2 or more types.
  • glycidyl amine type epoxy resin diglycidyl aniline, tetraglycidyl diaminodiphenylmethane, N, N, N ', N'- tetraglycidyl-m-xylylenediamine, 1 And triglycidyl-m-aminophenol and triglycidyl-p-aminophenol having both the structures of 3-bis (diglycidylaminomethyl) cyclohexane, glycidyl ether and glycidylamine, It can be used alone or in combination of two or more.
  • the glycidyl ester type epoxy resin may be an epoxy resin such as hydroxycarboxylic acid such as p-hydroxybenzoic acid or ⁇ -hydroxy naphthoic acid and polycarboxylic acid such as phthalic acid or terephthalic acid. It can be used together.
  • the rubber-modified epoxy resin is not particularly limited as long as it is an epoxy resin having rubber and / or polyether in its skeleton.
  • an epoxy resin chemically bonded to a carboxyl group-modified butadiene-acrylonitrile elastomer in a molecule ( CTBN-modified epoxy resins), acrylonitrile-butadiene rubber-modified epoxy resins (NBR-modified epoxy resins), urethane-modified epoxy resins, and silicone-modified epoxy resins such as silicone modified epoxy resins, and may be used alone or in combination of two or more. can do.
  • the thermally conductive bonding composition may further include a curing agent capable of crosslinking the adhesive main resin, and in this case, the thermally conductive bonding parts 400 and 400 'may be formed of the adhesive main resin.
  • the curing agent may be an adhesive polymer matrix including a crosslinked polymer compound.
  • the curing agent may be changed according to the specific type of the selected epoxy resin, and the specific type may use a curing agent known in the art.
  • a curing agent known in the art.
  • an acid anhydride type Preferably an acid anhydride type, an amine type, an imidazole type, a polyamide type, and a polymercaptan type.
  • anhydrides of compounds having a plurality of carboxyl groups in one molecule are preferable.
  • the acid anhydride is phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenonetetracarboxylic acid, ethylene glycol bistrimellitate, glycerol tristrimellitate, maleic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyl Tetrahydrophthalic anhydride, endo methylene tetrahydro phthalic anhydride, methyl endo methylene tetrahydro phthalic anhydride, methyl butenyl tetrahydro phthalic anhydride, dodecenyl anhydrous succinic acid, hexahydro phthalic anhydride, methyl hexahydro phthalic anhydride, succinic anhydride, methylcyclohexene Dicarboxylic acid an
  • the amine system may be aromatic amines, aliphatic amines, or modified substances thereof.
  • aromatic amines for example, metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, azomethylphenol and the like may be used alone or in combination of two or more.
  • the aliphatic amines can be used alone or in combination of two or more diethylenetriamine, triethylenetetramine, for example.
  • the polyamides may be, for example, a reactant produced by condensation of a dimer acid and a polyamine having a fatty acid dimer, and may be a polyamideamine having a plurality of amino groups in a molecule and having at least one amide group.
  • the imidazole type is, for example, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecyl imidazolium trimellitate and epoxyimidazole adduct. (adduct) and the like.
  • the polymercaptan-based may be, for example, a mercaptan group is present at the end of the polypropylene glycol chain, or a mercaptan group is present at the end of the polyethylene glycol chain.
  • a known curing agent such as a phenol resin, an amino resin, a polysulfide resin or the like may be included depending on the purpose instead of or in combination with the curing agent described above.
  • the content of the curing agent may be appropriately changed in consideration of the type, equivalent, and the like of the curable resin to be selected, for example, 30 to 90 parts by weight, preferably 40 to 30, based on 100 parts by weight of the adhesive main resin. 80 parts by weight may be provided. If the curing agent is provided in less than 30 parts by weight there is a problem of uncured problems, durability degradation. In addition, when the amount of the curing agent exceeds 90 parts by weight, cracking or cracking may easily occur due to excessive curing, which may reduce durability, thermal conductivity, heat dissipation performance, and waterproof performance.
  • the thermally conductive bonding composition may further include a curing accelerator in addition to the curing agent.
  • the curing accelerator plays a role for adjusting the curing rate, the properties of the cured product, etc., and may be used by selecting a known curing accelerator according to the type of curing agent selected, and as a non-limiting example, amines, imidazoles , Organic phosphines, Lewis acid curing accelerators.
  • a polyamide-based curing agent may be used in combination with a curing accelerator of phenols and amines, for example, the addition amount may be appropriately changed in consideration of the equivalent of the epoxy resin.
  • the curing catalyst may be selected from the known curing catalyst in consideration of the type of the main resin, the type of curing agent, etc., the addition amount may be appropriately changed in consideration of the content of the main resin and the curing agent, curing conditions, etc. Is not particularly limited thereto.
  • thermally conductive joints 400 and 400 ′ may further include other additives such as antioxidants, heat stabilizers, light stabilizers, plasticizers, dispersants, work improving agents, coupling agents, UV absorbers, antistatic agents, flame retardants, and the like.
  • additives such as antioxidants, heat stabilizers, light stabilizers, plasticizers, dispersants, work improving agents, coupling agents, UV absorbers, antistatic agents, flame retardants, and the like.
  • the specific type and content of each of these additives can be used in the appropriate content of the known components in a range that does not lower the bonding performance or increase the thermal resistance, the present invention is not particularly limited thereto.
  • the thermally conductive filler 410 is to reduce the thermal resistance by the thermally conductive junction (400,400 ') to express the thermal conductivity, it can be used without limitation in the case of known thermal conductive filler, preferably insulating thermoelectric It may be a conductive filler and / or a non-insulating thermally conductive filler, more preferably a metal, alloy, ceramic and carbon-based filler.
  • the thermally conductive filler 410 is silicon carbide (SiC May be).
  • the thermally conductive filler 410 may be in the shape of granular, plate, needle, amorphous, or the like, but is not limited thereto.
  • the thermally conductive filler 410 may improve the thermal conductivity, improve the bonding strength, and reduce the thermal expansion and shrinkage difference between the metal members 300 and 300 'and the thermally conductive joints 400 and 400'. 75 to 170 parts by weight based on parts by weight, preferably 70 to 160 parts by weight. If the thermally conductive filler 410 is less than 75 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the adhesive main resin 420, it is difficult to have a desired level of thermal conductivity. Accordingly, the heat dissipation of the heat dissipating composite due to the thermal resistance of the thermally conductive joint. Performance can be significantly reduced.
  • thermally conductive filler 410 exceeds 170 parts by weight, it may cause a decrease in the adhesive performance of the thermally conductive joint.
  • the thermally conductive filler 410 may have an average particle diameter of 3 ⁇ 200 ⁇ m, preferably an average particle diameter of 3 ⁇ 30 ⁇ m. If the average particle diameter of the thermally conductive filler 410 is less than 3 ⁇ m, as the dispersibility decreases, the thermally conductive filler 410 having a small particle size may be disposed on the surface side of the thermally conductive joints 400 and 400 ′, thereby providing a thermally conductive joint. May cause a decrease in the adhesion performance, the thermal conductivity may be lowered, and if the average particle diameter exceeds 200 ⁇ m, the thermal conductive filler 410 protruding from the surface of the thermally conductive junction 400, 400 ′ exists. It may cause a decrease in the adhesive performance of the joint.
  • the thermally conductive junctions 400 and 400 ′ may have a thickness of 10 ⁇ m to 220 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. If the thickness is less than 10 ⁇ m it may be difficult to express the desired level of adhesive performance, if the thickness exceeds 220 ⁇ m may increase the thermal resistance may lead to a decrease in the heat radiation performance of the heat dissipating composite material.
  • the thermally conductive joints 400 and 400 ′ may further include a filler to reduce a difference in thermal expansion and contraction between the thermally conductive joint and the metal member, and the filler may include 100 parts by weight of the adhesive main resin.
  • the total weight of the filler and the thermally conductive filler may be included in an amount of 65 parts by weight or more.
  • the polymer matrix 200 and 200 ′ and the metal members 300 and 300 ′ form a body of a heat dissipating composite material 1000 and 1000 ′, and a coating layer 500 and 500 on at least a portion of the body. ') May be further provided.
  • the coating layer (500, 500 ') covers the outside of the polymer matrix (200, 200') to prevent the separation of the heat dissipation filler 100 located on the surface of the polymer matrix (200, 200 '), and scratches due to physical stimulus applied to the surface Etc., and can be used in applications such as electronic devices that require insulation and heat dissipation by providing an insulation function depending on the material.
  • the coating layer (500, 500 ') is provided on the exposed surface of the metal member (300,300') to prevent scratches due to the physical stimulus applied to the surface, and provides insulation function and heat dissipation at the same time by providing an insulating function depending on the material It can also be used in applications such as electronic devices.
  • the coating layer 500, 500 ′ when the coating layer 500, 500 ′ is provided on the front surface of the body, the coating layer 500, 500 ′ may further perform a function of supplementing the bonding force between the polymer matrix 200, 200 ′ and the metal member 300, 300 ′.
  • the coating layer 500, 500 ' may be implemented by a known thermosetting polymer compound or a thermoplastic polymer compound.
  • the thermosetting polymer compound may be at least one compound selected from the group consisting of epoxy, urethane, ester, and polyimide resins, or mixtures or copolymers of two or more thereof.
  • the thermoplastic polymer compound is polyamide, polyester, polyketone, liquid crystal polymer, polyolefin, polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene oxide (PPO), polyether sulfone (PES) ), One compound selected from the group consisting of polyetherimide (PEI) and polyimide, or mixtures or copolymers of two or more thereof.
  • the coating layer (500, 500 ') may have a thickness of 0.1 ⁇ 1000 ⁇ m but is not limited thereto, and may be implemented by changing according to the purpose.
  • the heat dissipation composite material (1000, 1000 ') according to an embodiment of the present invention described above (1) preparing a polymer matrix and a metal member, each comprising a heat dissipation filler; (2) treating the thermally conductive bonding composition comprising an adhesive main resin and a thermally conductive filler on the surface of the polymer matrix or the metal member, and assembling the polymer matrix and the metal member; And (3) curing the treated thermally conductive bonding composition.
  • step (1) a polymer matrix including a heat dissipation filler and a metal member are prepared, respectively.
  • the polymer matrix 200 and 200 ′ may be formed by dissolving the melt or melt of the polymer compound 150 including the heat dissipation filler 100 into a predetermined shape.
  • a known molding method such as extrusion or injection may be employed, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the thermally conductive bonding composition comprising an adhesive main resin and a thermally conductive filler on the surface of the polymer matrix (200,200 ') or the metal member (300,300'), and the polymer matrix (200,200 ') ) And metal members 300 and 300 '.
  • the thermally conductive bonding composition may include the components described in the above-described thermally conductive bonding parts 400 and 400 ', and may further include a solvent for dissolving and dispersing these components, and the solvent may be water or an organic solvent.
  • a known solvent can be appropriately selected.
  • the solvent may be dimethylformamide (DMF).
  • the content of the solvent may vary depending on the treatment method of the thermally conductive bonding composition, the present invention is not particularly limited thereto.
  • the treatment method may be a method of employing a known coating method or a thin coating through a spray coating method or a member such as a brush, but is not limited thereto.
  • the assembly may be a method of inserting the metal member 300 in the receiving portion of the polymer matrix 200 as shown in FIG. 1A, and in the case of FIG. 1B, the metal member 300 ′ may be inserted into the polymer matrix 200 ′. It may be coupled to be accommodated therein, in addition to this may be assembled in a variety of ways in consideration of the shape of the metal member, the shape, size, etc. of the desired heat dissipation composite material.
  • the treated thermally conductive bonding composition is cured.
  • the curing may be used without limitation as long as it is a condition commonly available in the art, preferably performed for 0.16 to 4.5 hours at a temperature of 60 to 120 °C, more preferably for 1.5 to 4 hours at a temperature of 70 to 110 °C can do. If the curing temperature is less than 60 °C or the curing time is less than 0.16 hours, the adhesive strength may be lowered as there is an uncured portion or the solvent may remain in the formed thermally conductive junction, the curing temperature exceeds 120 °C Alternatively, when the curing time exceeds 4.5 hours, the polymer matrix may be peeled and / or warped, thereby causing peeling between the polymer matrix and the metal member.
  • the heat dissipating composite material and its manufacturing method according to the present invention is excellent in bonding strength between different materials, excellent thermal conductivity and heat dissipation performance, and at the same time secured mechanical strength can be applied as a support, an external housing, etc. of a heating source.
  • Physical and chemical stimulation of the heat dissipation performance can be expressed for a long time without deterioration in heat dissipation / mechanical strength, so that heat dissipation and mechanical strength is required, or can be widely applied even when the place of use is outdoors.
  • a polymer matrix composition including polyamide-6, which is a thermoplastic polymer, as a polymer compound and 50 parts by weight of a heat dissipation filler, which is the graphite composite is prepared based on 100 parts by weight of the polymer compound.
  • a polymer matrix composition including polyamide-6, which is a thermoplastic polymer, as a polymer compound and 50 parts by weight of a heat dissipation filler, which is the graphite composite is prepared based on 100 parts by weight of the polymer compound.
  • a polymer matrix having a structure as shown in Figure 1 by injecting a masterbatch manufactured using a conventional injection device to have a receiving portion of 12cm wide, 6cm long and 1.5mm
  • the thermally conductive bonding composition is spray-coated with the thermally conductive bonding composition in a region where the metal member is in contact with the polymer matrix of an aluminum plate having a width of 12 cm, a length of 6 cm, and a thickness of 1.5 mm, and then the thermally conductive bonding composition prepared with the polymer matrix.
  • the spray-coated metal member was assembled into a structure as shown in FIG. 1, and heat-treated at a temperature of 90 ° C. for 3 hours to cure the thermally conductive bonding composition to prepare a heat dissipating composite.
  • the average thickness of the polymer matrix surrounding the metal member of the produced heat dissipating composite was 3 mm, and the thickness of the formed thermally conductive joint was 15 ⁇ m.
  • Example 2 Manufactured in the same manner as in Example 1, the content of the thermally conductive fillers, average particle diameter, inclusion, type, thickness and inclusion of the thermally conductive junction as shown in Table 1 to Table 3 by changing the table 1 to Table 4 A heat dissipating composite such as was prepared.
  • the heat dissipating composite material was prepared by joining a metal member having a width, length, and height of 40 mm ⁇ 77 mm ⁇ 1 mm, and a polymer matrix having a width, length, and height of 40 mm ⁇ 77 mm ⁇ 2 mm with a thermally conductive adhesive.
  • the metal matrix was placed under the metal matrix, and the planar heating element was attached to the lower part and heat was generated by applying a current of 350 mA. After maintaining for 60 minutes, the heat radiation performance was evaluated by measuring the temperature of the planar heating element.
  • high measurement temperature means that the heat dissipation performance is not good
  • low measurement temperature means that the heat dissipation performance is excellent
  • Crosscutting was performed with a knife so as to be 1 mm apart with respect to the specimen. After attaching the scotch tape to the cut surface and pulled at an angle of 60 ° to check the state of the polymer matrix peeled off.
  • the area of the polymer matrix peeled off the surface of the specimen was calculated, and the peeled area was expressed as a percentage. Specifically, in the case of 0%, there is no peeling, and in the case of 100%, all means peeling.
  • the surface state of the heat dissipating composite material was visually evaluated after 480 hours. As a result of the evaluation, cracks in the polymer matrix and the presence or absence of delamination (lifting) were confirmed.
  • Example 2 Example 3
  • Example 4 Example 5
  • Thermal conductive filler Content (parts by weight) 115 70 160 115 115 115 115 Average particle size ( ⁇ m) 5 5 5
  • One 12 25 kindss SiC SiC SiC SiC SiC SiC Thermally conductive junctions Thickness ( ⁇ m) 15 15 15 15 50 75
  • Heat dissipation performance (°C) 66.0 68.8 65.4 86.4 69.2 65.8 Interfacial Adhesion Performance (%) 29 28 34 68 27
  • Waterproof ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ durability ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Example 7 Example 8
  • Example 9 Example 10
  • Example 11 Thermal conductive filler Content (parts by weight) 115 115 115 115 115 115 115 115 115 Average particle size ( ⁇ m) 35 150 250 5 5 5 Kinds SiC Graphene Graphene SiC SiC SiC Thermally conductive junctions Thickness ( ⁇ m) 100 180 300 8 50 100 Heat dissipation performance (°C) 65.8 71.0 76.2 71.6 68.7 68.4 Interfacial Adhesion Performance (%) 47 54 80 70 28 28 Waterproof ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ durability ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Example 16 Thermal conductive filler Content (parts by weight) 115 115 115 115 115 115 Average particle size ( ⁇ m) 5 5 5 5 5 Kinds SiC SiC Al 2 O 3 ZrO 2 Thermally conductive junctions Thickness ( ⁇ m) 150 250 15 15 Heat dissipation performance (°C) 77.5 84.2 75.8 85.6 Interfacial Adhesion Performance (%) 28 27 30 32 Waterproof ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ durability ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Examples 1 to 3, 5 to satisfy the content, average particle diameter, inclusion, type, thickness and inclusion of the thermally conductive junction of the thermally conductive filler according to the present invention 8, 11 to 13 and 15 are all excellent at the same time excellent heat dissipation performance, interfacial adhesion between the heterogeneous, waterproof and durability compared to Examples 4, 9, 10, 14, 16 and Comparative Examples 1 to 4, which any one of them is missing. You can see that.

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Abstract

방열복합재 및 이의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방열복합재는 방열필러를 포함하는 고분자매트릭스; 상기 고분자매트릭스와 적어도 하나의 계면을 형성하도록 배치된 금속부재; 및 상기 고분자매트릭스와 상기 금속부재 사이에 개재되고, 접착성 주제수지 및 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 65 ~ 170 중량부로 구비되는 열전도성 필러를 포함하여 형성된 열전도성 접합부;를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 본 발명의 방열복합재는 이종재질 간의 접합력이 우수하고, 열전도성능 및 방열성능이 우수한 동시에 기계적 강도가 담보되어 발열원의 지지체, 외부 하우징 등으로 응용이 가능하다. 또한, 가열과 냉각이 반복되더라도 이종재질 간 수축/팽창 특성을 조절함으로써, 접합된 이종재질간 계면에서의 이격, 크랙, 박리를 방지할 수 있어서 방수성 및 내구성이 우수함에 따라서 외부의 수분, 열 등의 물리/화학적 자극에도 방열성/기계적 강도의 저하 없이 장시간 방열성능을 발현할 수 있음에 따라서 방열 및 기계적 강도가 요구되거나, 사용장소가 옥외인 경우에도 널리 응용될 수 있다.

Description

방열복합재 및 이의 제조방법
본 발명은 방열복합재에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 방열복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전자부품, 전등, 변환기 하우징 및 기타 원하지 않는 열을 발생시키는 장치에 있어서의 열 축적은 작동 수명을 단축하고, 작동 효율을 감소시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여 히트싱크(heat sink), 열 교환기와 같은 방열부재나 방열장치가 발열이 있는 장치에 함께 사용이 되고 있으며, 방열부재나 방열장치는 통상적으로 우수한 열 전도체인 금속이 주제로 사용되어 왔다. 그러나, 상기 금속은 무게가 무겁고 생산 비용이 높은 문제가 있다.
이에 최근에는 사출 성형이나 압출 가능한 고분자 수지를 이용하여 제조되는 방열부재가 제안되고 있으며, 고분자 수지 자체의 재질적 특성으로 인한 경량성, 저렴한 단가 등의 이점으로 인하여 많은 연구가 계속되고 있다.
그 중에서도 위와 같은 방열부재의 우수한 성형성 및 방열성을 고려하여 방열부재 그 자체로 발열원의 외부 하우징 기능을 수행하거나 지지체의 기능을 겸비하도록 하는 시도들이 있으나 주제가 되는 고분자 수지 자체의 약한 기계적 강도로 인하여 그 자체로는 발열원을 보호하는 외부 하우징이나 지지체의 기능을 수행하기 어려운 문제가 있다.
이를 해결하고자 최근에는 지지체 기능을 수행할 수 있는 지지부재를 방열부재에 포함시켜 성형하는 시도들이 있는데, 몸체가 되는 고분자 화합물 및 지지부재 간의 이종재질로 인한 상용성 부족으로 고분자 화합물과 지지부재 계면에서 이격이 발생하는 문제가 있다.
이에 이종재질 간 계면특성을 향상시켜 이종재질 간의 접합력이 우수하고, 열전도성능, 방열성능 및 기계적 강도가 우수한 동시에 내구성이 우수한 방열부재에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명은 이종재질 간의 접합력이 우수하고, 열전도성능, 방열성능 및 기계적 강도가 우수하여 발열원의 지지체, 외부 하우징 등으로 응용이 가능한 방열복합재 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이종재질 간 열팽창율, 수축률 차이 등으로 인한 이종재질 간 계면에서의 이격이나 틈새를 방지함으로써 방수성, 방열성 및 내구성이 우수함에 따라서 옥외 등의 환경에서도 장시간 방열성능을 온전히 발현할 수 있는 방열복합재 및 이의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 방열필러를 포함하는 고분자매트릭스; 상기 고분자매트릭스와 적어도 하나의 계면을 형성하도록 배치된 금속부재; 및 상기 고분자매트릭스와 상기 금속부재 사이에 개재되고, 접착성 주제수지 및 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 65 ~ 170 중량부로 구비되는 열전도성 필러를 포함하여 형성된 열전도성 접합부;를 포함하는 방열복합재를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열전도성 필러는 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 70 ~ 160 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 고분자매트릭스는 상기 금속부재의 적어도 일부를 수용할 수 있는 수용부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 방열필러는 그라파이트 표면에 결합된 나노입자 및 상기 나노입자를 피복한 카테콜아민층을 구비한 그라파이트 복합체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 복합체는 적어도 상기 카테콜아민층을 피복하는 고분자층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 복합체는 평균입경이 50 ~ 600 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 고분자매트릭스는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머를 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속부재는 알루미늄, 마그네슘, 철, 티타늄, 구리로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속 또는 적어도 1종의 금속이 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전도성 접합부는 두께가 10 ~ 220㎛일 수 있다.
또한, 상기 열전도성 필러는, 알루미늄, 은, 구리, 니켈, 금 및 철로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속; 탄화규소, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 세라믹; 및 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소;로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 구비할 수 있다.
또한, 상기 열전도성 필러는 탄화규소일 수 있다.
또한, 상기 열전도성 필러는 평균입경이 3 ~ 200㎛일 수 있다.
또한, 상기 열전도성 필러는 평균입경이 3 ~ 30㎛일 수 있다.
또한, 본 발명은 (1) 방열필러를 포함하는 고분자매트릭스 및, 금속부재를 각각 준비하는 단계; (2) 상기 고분자매트릭스 또는 금속부재의 표면 상에 접착성 주제수지 및 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 65 ~ 170 중량부로 구비되는 열전도성 필러를 포함하는 열전도성 접합조성물을 처리하고, 고분자매트릭스와 금속부재를 조립하는 단계; 및 (3) 처리한 열전도성 접합조성물을 경화시키는 단계;를 포함하는 방열복합재 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열전도성 접합조성물은 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 경화제를 30 ~ 90 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 상기 (3) 단계의 경화는, 온도 60 ~ 120℃로 0.16 ~ 4.5 시간 동안 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면 방열복합재는 이종재질 간의 접합력이 우수하고, 열전도성능 및 방열성능이 우수한 동시에 기계적 강도가 담보되어 발열원의 지지체, 외부 하우징 등으로 응용이 가능하다. 또한, 가열과 냉각이 반복되더라도 이종재질 간 수축/팽창 특성을 조절함으로써, 접합된 이종재질간 계면에서의 이격, 크랙, 박리를 방지할 수 있어서 방수성 및 내구성이 우수함에 따라서 외부의 수분, 열 등의 물리/화학적 자극에도 방열성/기계적 강도의 저하 없이 장시간 방열성능을 발현할 수 있음에 따라서 방열 및 기계적 강도가 요구되거나, 사용장소가 옥외인 경우에도 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방열복합재의 단면도로, 도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 방열복합재의 단면도, 도 1b는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 방열복합재의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 방열필러의 일예인 그라파이트 복합체에 대한 도면으로써, 도 2a는 그라파이트 복합체의 사시도, 도 2b는 도 2a의 X-X'경계선에 따른 단면도를 나타낸 도면, 그리고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 방열필러인 그라파이트 복합체의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 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. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방열 복합재(1000,1000')는 방열필러(100)를 포함하는 고분자매트릭스(200,200'); 상기 고분자매트릭스(200,200')와 적어도 하나의 계면을 형성하도록 배치된 금속부재(300,300'); 및 상기 고분자매트릭스(200,200')와 상기 금속부재(300,300') 사이에 개재되고, 접착성 주제수지(420) 및 열전도성 필러(410)를 포함하여 형성된 열전도성 접합부(400,400');를 포함하여 구현된다.
구체적으로, 도 1a에 도시된 것과 같이 상기 고분자매트릭스(200)는 금속부재(300)의 상부면 및 양측면과 계면을 형성할 수 있는 수용부를 구비할 수 있고, 상기 금속부재(300)는 상기 수용부에 삽입된 형태로 방열복합재(1000)를 구현할 수 있다. 또는, 도 1b에 도시된 것과 같이 고분자매트릭스(200')는 금속부재(300')의 양측면 일부 및 상부면과 계면을 형성하도록 수용부가 구비된 제1고분자매트릭스(210a)와 상기 금속부재(300')의 양측면 나머지 부분 및 하부면과 계면을 형성하도록 수용부가 구비된 제2고분자매트릭스(210b)를 구비하고, 금속부재(300')의 상, 하 방향에서 상기 제1고분자매트릭스(210a)와 제2고분자매트릭스(210b)가 조립되어 방열복합재(1000')를 구현할 수도 있다.
또는, 도 1a 및 도 1b와 다르게 고분자매트릭스 중앙부에 구비될 금속부재의형상에 대응되도록 수용부를 구비하고, 고분자매트릭스의 선단 및/또는 후단만 개방되며, 개방된 상기 선단 및/또는 후단을 통해 금속부재가 삽입되어 방열복합재를 구현할 수 있는 등 다양한 방법과 형상으로 고분자매트릭스와 금속부재간 계면형성이 가능하며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 방열복합재(1000,1000')의 각 구성에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 상기 고분자매트릭스(200,200')는 성형된 고분자화합물(150) 내에 방열필러(100)가 분산된 형태로써, 금속부재(300) 또는 외부 열원으로부터 추출된 열을 전달받아 외부로 열을 전도 및/또는 방사하는 기능을 수행한다. 상기 고분자매트릭스(200,200')는 구현되는 방열복합재(1000,1000')의 형상, 크기 등을 고려하여 두께가 변경될 수 있음에 따라, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
상기 고분자화합물(150)은 후술하는 방열필러(100) 및 금속부재(300,300')와 상용성이 좋고, 방열필러(100)의 분산에 영향을 미치지 않으면서도 바람직하게는 사출성형이 가능한 고분자화합물로 구현된 경우 그 제한은 없다. 이에 대한 바람직한 일예로, 상기 고분자화합물(150)은 공지된 열가소성 고분자화합물일 수 있다. 상기 열가소성 고분자화합물은 바람직하게는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머를 포함할 수 있다.
일예로, 상기 폴리아미드는 나일론6, 나일론66, 나일론11, 나일론610, 나일론12, 나일론46, 나일론9T(PA-9T), 키아나 및 아라미드 등 공지된 폴리아미드계 화합물일 수 있다.
일예로, 상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트 등 공지된 폴리에스테르계 화합물일 수 있다.
일예로, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아이소뷰틸렌, 에틸렌비닐알코올 등 공지된 폴리올레핀계 화합물일 수 있다.
상기 액정고분자는 용액 혹은 용해된 상태에서 액정성을 나타내는 고분자의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 공지된 종류일 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 방열필러(100)는 열전도성이 있는 것으로 공지된 재질로 형성된 필러인 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 금속, 합금, 세라믹 및 탄소계 필러일 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 방열필러(100)는 알루미늄, 은, 구리, 니켈, 금 및 철로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 세라믹, 및 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소 중 어느 하나 이상을 구비할 수 있다. 상기 방열필러(100)는 방열복합재(1000,1000')의 적용분야의 요구물성이나 방열성능을 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 일예로 절연성이 요구되는 경우 상기 세라믹 재질의 방열필러를 구비할 수 있다. 또한, 상기 방열필러(100)는 형상이 입상, 판상, 침상, 무정형 등일 수 있다.
다만, 바람직하게는 보다 향상된 방열특성의 발현을 위하여 상기 방열필러(100)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 그라파이트 표면(10)에 결합된 나노입자(20) 및 상기 나노입자(20)를 피복한 카테콜아민층(30)을 구비한 그라파이트 복합체(101)를 포함할 수 있다.
상기 그라파이트 복합체(101)와 관련하여, 본 발명의 출원인에 의한 대한민국 출원번호 제10-2017-0051164호 및 10-2017-0051169호가 참조로 삽입된다.
상기 그라파이트(10)는 당업계에 공지된 종류일 수 있으며, 구체적으로 인상흑연, 고결정질 흑연 및 토상흑연 중 어느 하나의 천연흑연이거나 인조흑연일 수 있다. 또한, 상기 그라파이트(10)의 형상은 구상, 판상 또는 침상 등 공지된 형상이거나 비정형의 형상일 수 있으며, 일예로 판상일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트(10)는 순도가 99% 이상인 고순도의 그라파이트일 수 있으며, 이를 통해 보다 향상된 물성을 발현하기에 유리할 수 있다.
또한, 상기 그라파이트(10)의 표면에 결합된 나노입자(20)는 그라파이트(10)에 카테콜아민층(30)을 구비시킬 수 있는 매개체이며, 동시에 그라파이트 복합체(101)가 후술하는 열전도성 접합부(400)와 계면을 형성할 경우 앵커로써 기능함으로써 그라파이트 복합체(101)로 인하여 열전도성 접합부(400)가 구비됨에도 불구하고, 고분자매트릭스(200)가 금속부재(300)에서 들뜨는 이격현상을 방지하는 기능을 수행한다.
상기 나노입자(20)는 상온에서 고체로 존재하는 금속 또는 비금속 물질일 수 있고, 이에 대한 비제한적이 예로써, 주기율표상의 알칼리 금속, 알칼리토금속, 란타늄족, 악티늄족, 전이금속, 전이후금속, 준금속류 등으로부터 선택될 수 있다. 일예로, 상기 나노입자는 Ni, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sn, In, Pt, Au, Mg 및 이들의 조합일 수 있고, Cu, Ni 또는 Si인 것이 바람직하다.
또한, 상기 나노입자(20)는 평균입경이 10 ~ 500㎚, 바람직하게는 10 ~ 300 ㎚일 수 있다.
또한, 상기 나노입자(20)는 바람직하게는 결정화된 입자상태로, 낱개의 그라파이트(10) 전체 표면적에 대해 10 ~ 70% 면적, 보다 바람직하게는 30 ~ 70%의 면적을 차지하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 나노입자(20)는 그라파이트 복합체(101) 전체 중량에 대해 5 ~ 70중량%, 바람직하게는 20 ~ 50중량%로 구비될 수 있다. 이때, 상기 나노입자(20)는 그라파이트(10)와 화학결합을 이룸으로써 더욱 강한 결합력을 발현할 수 있다.
또한, 상술한 나노입자(20)의 표면상에 구비되는 카테콜아민층(30)은 이종재질의 고분자화합물 내에 그라파이트의 우수한 유동성, 분산성 및 그라파이트 복합체(101)와 고분자화합물(150) 간 계면결합 특성을 향상시키며, 동시에 그라파이트 복합체(101)가 열전도성 접합부(400)와 계면을 형성할 때 상기 계면에서 그라파이트 복합체(101)와 열전도성 접합부(300) 간의 접합력을 향상시키는 기능을 수행하여 열전도성 접합부(400)와 고분자매트릭스(200) 간의 계면에서 발생할 수 있는 이격 현상을 더욱 방지할 수 있다. 또한, 상기 카테콜아민층(30)은 그 자체로 환원력을 가짐과 동시에 층 표면의 카테콜작용기에 아민작용기가 Michael 첨가 반응에 의한 공유결합을 형성함으로써, 카테콜아민층을 접착물질로 사용하는 2차 표면개질이 가능하며, 일예로, 보다 더 향상된 고분자화합물 내 분산성을 발현하기 위한 고분자층(40)을 그라파이트(10)에 도입시킬 수 있는 접합물질로써 기능할 수도 있다.
상기 카테콜아민층(30)을 형성하는 카테콜아민계 화합물은 벤젠 고리의 오르쏘(ortho)-그룹으로 하이드록시 그룹 (-OH)을 가지고, 파라(para)-그룹으로 다양한 알킬아민을 갖는 단분자를 의미하는 용어로써, 이러한 구조체의 다양한 파생물에 대한 비제한적인 예로써, 도파민(dopamine), 도파민퀴논(dopaminequinone), 에피네프린(epinephrine), 알파-메틸도파민(alphamethyldopamine), 노르에피네프린(norepinephrine), 알파-메틸도파(alphamethyldopa), 드록시도파(droxidopa), 인돌아민(indolamine), 세로토닌(serotonin) 또는 5-하이드록시도파민(5-Hydroxydopamine) 등일 수 있고, 일예로써, 상기 카테콜아민층(30)은 도파민(dopamine)층일 수 있다.
또한, 상기 카테콜아민층(30)의 두께는 5 ~ 100㎚일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편 도 3에 도시된 바와 같이, 그라파이트 복합체(101')의 카테콜아민층(30') 상에는 고분자층(40')이 더 피복될 수 있으며, 상기 고분자층(40')으로 인하여 복합재의 매트릭스를 형성하는 고분자화합물과 상용성이 증가하고, 이에 더욱 향상된 유동성, 방열필러의 분산성 및 계면결합 특성을 구현할 수 있다. 상기 고분자층(40')은 열경화성 고분자화합물 또는 열가소성 고분자화합물로 구현된 것일 수 있고, 열경화성 고분자화합물 및 열가소성 고분자화합물의 구체적 종류는 공지된 것일 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 열경화성 고분자화합물은 에폭시계, 우레탄계, 에스테르계 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다. 상기 열가소성 고분자 화합물은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다. 또는 상기 고분자층은 천연고무 및/또는 합성고무를 포함하는 고무탄성체 및 이의 유사물질일 수도 있다.
상기 고분자층(40)이 더 구비될 경우 고분자층은 두께가 0.1 ~ 1000 ㎚로 형성될 수 있다. 또한, 상기 고분자층(40')은 그라파이트 복합체(101') 전체 중량을 기준으로 0.01 ~ 20 중량% 포함될 수 있다.
한편, 상기 그라파이트 복합체는 평균입경이 50 ~ 600 ㎛, 바람직하게는 100 ~ 550㎛일 수 있다.
한편, 방열필러(100)에 상술한 그라파이트 복합체(101,101')를 구비하는 경우 상기 방열필러(100)는 그라파이트 플레이크, 팽창흑연 및 구형 그라파이트 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 더 포함되는 이들 필러들은 그라파이트 복합체(101,101')에 구비된 카테콜아민층으로 인한 의도하지 않은 그라파이트 복합체(101,101')간 응집을 억제하여 그라파이트 복합체(101)가 고분자매트릭스(200) 내 더욱 잘 분산되도록 하며, 더욱 상승된 수직 및/또는 수평 열전도도 향상 등의 이점이 있다. 상기 그라파이트 플레이크, 팽창흑연 및 구형 그라파이트 중 어느 하나 이상은 평균입경이 50 ~ 300㎛일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 플레이크, 팽창흑연 및 구형 그라파이트 중 어느 하나 이상은 그라파이트 복합체 100 중량부에 대하여 5 ~ 200 중량부로 포함될 수 있다. 만일 그라파이트 복합체 이외로 더 구비되는 방열필러가 5 중량부 미만으로 구비되는 경우 방열필러의 혼합사용에 따른 방열성능의 향상 정도가 미미하며, 그라파이트 복합체의 응집을 막기 어려울 수 있고, 방열필러의 대부분을 그라파이트 복합체로 구비해야 함에 따른 원가상승의 우려가 있으며, 구현되는 복합재의 경량화에 바람직하지 못할 수 있다. 또한, 만일 더 구비되는 방열필러가 200 중량부를 초과하여 구비되는 경우 이를 통해 구현되는 복합재가 목적하는 수준의 열전도성 및 기계적 강도를 발현하지 못할 수 있으며, 계면결합특성이 저하되어 고분자매트릭스와 열전도성 접합부(400)간 이격을 유발시킬 우려가 있다. 나아가 고분자매트릭스(200) 제조과정에서 방열필러 유동성 저하로 고분자매트릭스(200) 복합재의 표면부보다 중심부에 집중배치될 수 있어서 전도되는 열의 방사특성이 현저히 저하될 수 있다.
한편, 상기 고분자매트릭스(200,200')는 강도개선제, 충격개선제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 가소제, 분산제, 작업개선제, 커플링제, UV흡수제, 대전방지제, 난연제 등 기타 첨가제를 더 구비할 수 있다.
상기 강도개선제는 고분자매트릭스(200,200')의 강도를 개선할 수 있는 공지된 성분의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 탄소섬유, 유리섬유, 유리구슬, 산화지르코늄, 울라스토나이트, 깁사이트, 베마이트, 마그네슘 알루미네이트, 돌로마인트, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 운모, 탈크, 탄화규소, 고령토, 황산칼슘, 황산바륨, 이산화규소, 수산화암모늄, 수산화마그네슘 및 수산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 강도개선제로 포함할 수 있다. 상기 강도개선제는 방열필러 100 중량부에 대해 0.5 ~ 200 중량부로 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 일예로, 상기 강도개선제로 유리섬유가 사용되는 경우 유리섬유의 직경은 2 ~ 8㎜일 수 있다.
또한, 상기 충격개선제는 고분자매트릭스(200,200')의 유연성, 응력 완화성을 발현하여 내충격성을 개선할 수 있는 공지된 성분의 경우 제한없이 사용할 수 있으며, 일예로, 열가소성 수지일 수 있다. 또한, 일예로, 고무계 수지일 수 있다. 상기 고무계 수지는 천연고무 또는 합성고무일 수 있다. 상기 합성고무는 스티렌 부타디엔고무(styrene butadien rubber, SBR), 부타디엔고무(butadiene rubber, BR), 클로로프렌 고무(chloroprene rubber, CR), 이소프렌 고무(isoprene rubber, IR), 이소부텐 이소프렌 고무(isobutene isoprene rubber, IIR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber, EPR), 에틸렌프로필렌다이엔 모노머 고무(ethylene propylenediene monomer rubber), 아크릴고무(acrylic rubber), 실리콘고무, 불소고무 및 우레탄고무(urethane rubber)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 충격개선제는 코어/쉘 구조의 탄성입자일 수 있다. 일예로 상기 코어를 알릴계 수지를 사용할 수 있고, 쉘 부분은 열가소성 고분자화합물과의 상용성, 결합력을 증가시킬 수 있도록 반응할 수 있는 관능기를 구비한 고분자 수지일 수 있다. 또한, 상기 충격개선제는 방열필러 100 중량부에 대해 0.5 ~ 200 중량부로 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 산화방지제는 압출, 사출 시 전단에 의한 고분자매트릭스를 형성하는 고분자 화합물, 일예로 열가소성 고분자 화합물의 주쇄가 끊어지는 것을 방지하며, 열변색에 대한 방지 등을 위해 구비된다. 상기 산화방지제는 공지된 산화방지제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 트리스(노닐 페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 비스(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트, 디스테아릴 펜타에리트리톨 디포스파이트 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 유기포스파이트; 알킬화된 모노페놀 또는 폴리페놀; 테트라키스[메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트)] 메탄, 또는 그밖에 유사한 것과 같은 것으로서, 디엔을 갖는 폴리페놀의 알킬화된 반응 생산물; 파라-크레졸 또는 디사이클로펜타디엔의 부틸화된 반응 생산물; 알킬화된 하이드로퀴논; 수산화된 티오디페닐 에테르; 알킬리덴-비스페놀; 벤질화합물; 모노하이드릭 또는 폴리하이드릭 알코올과 베타-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피온산의 에스테르; 모노하이드릭 또는 폴리하이드릭 알코올과 베타-(5-터트-부틸-4-하이드록시-3-메틸페닐)-프로피온산의 에스테르; 디스테아릴티오프로피오네이트, 디라우릴티오프로피오네이트, 디트리데실티오프로피오네이트,옥타데실-3-(3,5-디-터트-부틸-l-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 펜타에리스리틸-테트라키스 [3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 티오알킬 또는 티오아릴 화합물의 에스테르; 베타-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오닉산의 아미드 또는 그 밖에 유사한 것들, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 산화방지제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.5 중량부로 구비될 수 있다.
또한, 상기 열안정제는 공지된 열안정제의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나 이에 대한 비제한적이 예로써, 트리페닐 포스파이트, 트리스-(2,6-디메틸페닐)포스파이트, 트리스-(믹스드 모노-앤드 디노닐페닐)포스파이트(tris-(mixed mono-and di-nonylphenyl)phosphate) 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 유기 포스파이트; 디메틸벤젠 포스포네이트 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 포스포네이트, 트리메틸 포스페이트, 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 포스페이트, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 열 안정제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.5 중량부 포함될 수 있다.
또한, 상기 광안정제는 공지된 광안정제의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나 이에 대한 비제한적이 예로써, 2-(2-하이드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-하이드록시-5-터트-옥틸페닐)-벤조트리아졸 및 2-하이드록시-4-n-옥톡시벤조페논 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 벤조트리아졸 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 광 안정제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1.0 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 가소제는 공지된 가소제의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나 이에 대한 비제한적이 예로써, 디옥틸-4,5-에폭시-헥사하이드로프탈레이트, 트리스-(옥톡시카르보닐에틸)이소시아누레이트, 트리스테아린, 에폭시화된 콩기름(soybean oil) 또는 그 밖의 유사한 것들과 같은 프탈산 에스테르 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 가소제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3.0 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 대전방지제는, 공지된 대전방지제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 글리세롤 모노스테아레이트(monostearate), 소디움 스테아릴 설포네이트, 소디움 도데실벤젠설포네이트, 폴레에테르 블록 아미드, 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 이들은 예를 들어, 상표명 이르가스탯(Irgastat)의 BASF; 상표명 PEBAX의 알케마(Arkema); 및 상표명 펠레스탯(Pelestat)의 산요 케미컬 인더스트리즈(Sanyo Chemical industries) 로부터 상업적으로 얻을 수 있다. 상기 대전방지제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1.0 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 작업개선제는 공지된 작업개선제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 금속 스테아레이트, 스테아릴 스테아레이트, 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트, 밀납(beeswax), 몬탄 왁스(montan wax), 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 또는 그 밖에 유사한 것들 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 작업개선제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1.0 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 UV 흡수제는, 공지된 UV 흡수제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 하이드록시벤조페논; 하이드록시벤조트리아졸; 하이드록시벤조트리아진; 시아노아크릴레이트; 옥사닐라이드(oxanilides); 벤족사지논(benzoxazinones); 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3,-테트라메틸부틸)-페놀; 2-하이드록시-4-n-옥틸옥시벤조페논; 2-[4,6-비스(2,4-디메틸페닐)-1,3,5-트리아진-2-일]-5-(옥틸옥시)-페놀; 2,2'-(1,4-페닐렌)비스(4H-3,1-벤족사진-4-원); 1,3-비스[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시]-2,2-비스[[(2-시아노-3, 3-비페닐아크릴로일)옥시]메틸]프로판; 2,2'-(1,4-페닐렌) 비스(4H-3,1-벤족사진-4-원); 1,3-비스[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시]-2,2-비스[[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시]메틸]프로판; 입경이 100㎚미만인 산화 티타늄, 산화 세륨 및 산화 아연과 같은 나노 크기 무기 물질; 또는 그 밖에 유사한 것들, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 상기 UV 흡수제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 3.0 중량부 포함될 수 있다.
또한, 상기 커플링제는 공지된 커플링제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 일 예로써, 말레산 그래프트된 폴리프로필렌일 수 있다. 상기 커플링제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10.0 중량부 포함될 수 있다.
또한, 상기 난연제는 예를 들어, 할로겐화된 난연제, BC58 및 BC52와 같은 유사 테트라브로모 비스페놀 A 올리고머(like tretabromo bisphenol A oligomers), 브롬화된 폴리스티렌 또는 폴리(디브로모-스티렌), 브롬화된 에폭시, 데카브로모디페닐렌옥사이드, 펜타브롬펜질 아크릴레이트 모노머, 펜타브로모벤질 아크릴레이트 폴리머, 에틸렌-비스(테트라브로모프탈이미드, 비스(펜타브로모벤질)에탄, Mg(OH)2 및 Al(OH)3 와 같은 금속 하이드록사이드, 멜라민 시아누레이트, 레드 포스포러스(red phosphorus)와 같은 포스퍼 기반 FR 시스템, 멜라민 폴리포스페이트, 포스페이트 에스테르, 금속 포스피네이트, 암모니움 폴리포스페이트, 팽창가능한 그래파이트, 소디움 또는 포타슘 퍼플루오로부탄 설페이트, 소디움 또는 포타슘 퍼플루오로옥탄 설페이트, 소디움 또는 포타슘 디페닐설폰설포네이트 및 소디움- 또는 포타슘-2,4,6,-트리클로로벤조네이트 및 N-(p-톨릴설포닐)-p-톨루엔설피미드 포타늄 염, N-(N'-벤질아미노카르보닐) 설파닐이미드 포타슘 염, 또는 이들의 혼합물 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 난연제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 50 중량부 포함될 수 있다.
다음, 상기 금속부재(300,300')는 금속재질의 부재로써, 열원을 통해 추출된 열을 외부로 직접 또는 상술한 고분자매트릭스(200,200')로 전달하는 히트싱크로써의 역할과 함께 하우징으로써 기계적 강도를 담보하는 지지체로써의 역할을 가질 수 있다.
상기 금속부재(300,300')는 소정의 열전도도, 기계적 강도 등을 담보할 수 있는 금속재질인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 금속부재(300)은 알루미늄, 마그네슘, 철, 티타늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속 또는 적어도 1종의 금속이 포함된 합금일 수 있다.
또한, 상기 금속부재(300,300')는 성형 및 제조 가능한 범위 내 임의의 형상일 수 있다. 일예로, 소정의 종횡비를 갖는 봉형, 소정의 넓이를 갖는 판상 형태이거나 사각 또는 원형 등 소정의 형상을 갖는 테두리 와이어 또는 바 내측에 복수개의 와이어 또는 바가 소정의 간격으로 이격되어, 평행구조, 격자구조, 허니컴 구조 및 이들이 상호 조합된 다양한 구조를 갖는 형상일 수 있다.
또한, 상기 금속부재(300)의 크기는 목적하는 복합방열재의 크기를 고려하여 적절히 변경될 수 있다. 또한 상기 금속부재(300)의 두께 역시 목적하는 강도, 열전도성, 형상의 복잡성을 고려하여 적절히 변경될 수 있으며, 방열복합재(1000,1000') 전체두께에 대하여 두께가 0.5 ~ 90%일 수 있다. 만일 금속부재(300)의 두께가 방열복합재(1000) 전체두께에 대하여 두께가 0.5%미만일 경우 목적하는 수준의 기계적 강도를 담보하기 어려울 수 있으며, 만일 90%를 초과할 경우 목적하는 수준의 방열성능, 특히 방사특성을 발현하기 어렵고, 복잡한 형상으로의 성형성도 저하될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 금속부재(300)의 두께는 방열복합재에 요구되는 기계적 강도를 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
또한, 상기 금속부재(300,300') 고분자매트릭스(200,200')와의 보다 향상된 결합력을 담보하기 위하여 적어도 고분자매트릭스(200,200')와 계면을 형성하게 될 부분의 표면에 소정의 거칠기를 갖는 나노스케일 및/또는 마이크로스케일의 미세요철이나 돌출부를 더 구비할 수 있다. 상기 미세요철은 중심선 평균거칠기(Ra)가 5 ~ 100㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 ~ 50㎛일 수 있고, 이를 통해 보다 향상된 결합력 특성을 발현하는 동시에 금속부재(300,300')의 기계적 강도저하를 방지할 수 있다.
다음, 상기 고분자매트릭스(200,200')와 금속부재(300,300') 사이에 개재되는 열전도성 접합부(400,400')에 대해 설명한다.
상기 열전도성 접합부(400,400')는 이종재질인 고분자매트릭스(200,200')와 금속부재(300,300') 간을 결합시키는 동시에 고분자배트릭스(200,200') 및 금속부재(300,300') 중 일방에서 타방으로 보다 빠르게 열을 전도시킬 수 있도록 이들 간 대응되는 계면의 빈 공간을 제거하며, 자체적으로 우수한 열전도성을 발현하여 전도되는 열의 저항을 최소화하는 기능을 담당한다.
한편, 열전도성 접합부와 금속부재 간 열팽창 및 수축에 따른 차이가 발생할 경우 열전도성 접합부에 크랙이 발생하고, 이로 인해 목적하는 수준의 접합강도가 발현되지 않을 수 있고, 크랙이 발생한 부분으로 수분의 침투가 가속화되며, 열 전도 저항으로 작용해 열전도성 및/또는 방열성능의 저하를 유발할 수 있다.
이에 따라서, 바람직하게는 상기 열전도성 접합부(400,400')를 금속부재(300,300')와 유사한 열팽창율을 가지도록 구성시켜서 사용온도에 따른 수축팽창의 정도가 양자간에 비슷해지도록 함으로써, 고분자매트릭스(200,200')와 금속부재(300,300') 간의 계면에서의 접합파괴의 발생을 최소화하는 효과를 발현할 수 있다.
이를 위하여 본 발명의 일 실시예 의한 열전도성 접합부(400,400')는 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 같이 열전도성 필러(410)를 포함할 수 있고, 상기 열전도성 필러(410)를 통해 열전도도를 높임과 더불어 열전도성 접합부(400,400')의 선팽창율을 금속부재(300,300')와 유사하게 만들어 줌으로써 열팽창 및 수축에 따른 금속부재와 열전도성 접합부 간의 크랙을 방지할 수 있다.
구체적으로 상기 열전도성 접합부(400,400')는 접착성 주제수지(420) 및 열전도성 필러(410)를 포함하는 열전도성 접합조성물이 냉각 또는 경화를 통해 고화되어 형성된 것일 수 있다.
상기 접착성 주제수지(420)는 상술한 고분자매트릭스(200,200')의 고분자화합물(150) 및 금속부재(300,300')와 상용성에서 문제가 없고, 이들 각각과 우수한 접착성능을 발현할 수 있는 공지된 성분의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 다만, 접착성, 유입되는 열에 의해 취화 되지 않는 내열성, 전기적 자극에 의해 취화되지 않는 절연성, 기계적 강도 및 열전도성 필러와의 상용성 및 열전도도 등을 고려하여 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 스트렌-아크릴로나이트릴(SAN), 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아미드이미드, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐포르말, 폴리히드록시폴리에테르, 폴리에테르, 폴리프탈아마이드(polypthalamide), 페녹시 수지, 폴리우레탄, 나이트릴부타디엔 수지, 우레아계 수지(UF), 멜라민계 수지(MF), 불포화 폴리에스테르 수지(UP), 실리콘수지 및 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종, 이들의 혼합물 또는 이들의 공중합체를 구비할 수 있다. 상기 각 수지에 해당하는 구체적인 종류는 당업계에 공지된 수지들일 수 있어서 본 발명은 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.
일예로, 상기 수지가 에폭시 수지일 경우 글리시딜에테르형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 선형 지방족형 에폭시 수지, 고무변성 에폭시 수지 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 글리시딜에테르형 에폭시 수지는 페놀류의 글리시딜에테르와 알코올류의 글리시딜에테르를 포함하며, 상기 페놀류의 글리시딜 에테르로 비스페놀 A형, 비스페놀 B형, 비스페놀AD형, 비스페놀 S형, 비스페놀 F형 및 레조르시놀 등과 같은 비스페놀계 에폭시, 페놀 노볼락(Phenol novolac) 에폭시, 아르알킬페놀 노볼락, 테르펜페놀 노볼락과 같은 페놀계 노볼락 및 o-크레졸 노볼락(Cresolnovolac) 에폭시와 같은 크레졸 노볼락계 에폭시 수지 등이 있고, 이들을 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 글리시딜 아민형 에폭시 수지로 디글리시딜아닐린, 테트라글리시딜디아미노디페닐메탄, N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-크실릴렌디아민, 1,3-비스(디글리시딜아미노메틸)시클로헥산, 글리시딜에테르와 글리시딜아민의 양구조를 겸비한 트리글리시딜-m-아미노페놀, 트리글리시딜-p-아미노페놀 등이 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 글리시딜에스테르형 에폭시수지로 p-하이드록시벤조산, β-하이드록시나프토에산과 같은 하이드록시카본산과 프탈산, 테레프탈산과 같은 폴리카본산 등에 의한 에폭시 수지일 수 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 선형 지방족형 에폭시 수지로 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 시클로헥산디메탄올, 글리세린, 트리메틸올에탄, 티리메틸올프로판, 펜타에리트리롤, 도데카히드로 비스페놀 A, 도데카히드로 비스페놀 F, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등에 의한 글리시딜 에테르일 수 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 고무변성 에폭시 수지는 골격에 고무 및/또는 폴리에테르를 갖는 에폭시 수지이면 특별히 한정되지 않으며, 일예로, 카르복시기 변성 부타다이엔-아크릴로나이트릴 엘라스토머와 분자 내에서 화학적으로 결합한 에폭시 수지(CTBN 변성 에폭시 수지), 아크릴로나이트릴-부타다이엔 고무 변성 에폭시 수지(NBR 변성 에폭시수지), 우레탄 변성 에폭시 수지, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 고무 변성 에폭시 수지일 수 있으며, 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
상기 접착성 주제수지가 경화형 수지인 경우 상기 열전도성 접합조성물은 상기 접착성 주제수지를 가교시킬 수 있는 경화제를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 열전도성 접합부(400,400')는 상기 접착성 주제수지와 상기 경화제가 가교결합된 고분자화합물을 포함하는 접착성 고분자매트릭스일 수 있다.
상기 접착성 주제수지가 에폭시 수지인 경우를 예시적으로 설명하면, 상기 경화제는 선택되는 에폭시 수지의 구체적인 종류에 따라 그 종류를 달리 할 수 있으며, 구체적인 종류는 당업계에 공지된 경화제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 산무수물계, 아민계, 이미다졸계, 폴리아미드계 및 폴리메르캅탄계 중 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 산무수물계의 경우 일 분자 중에 복수의 카르복실기를 갖는 화합물의 무수물이 바람직하다. 일예로, 상기 산무수물은 무수프탈산, 무수트리멜리트산, 무수피로멜리트산, 무수벤조페논테트라카르본산, 에틸렌글리콜 비스트리멜리테이트, 글리세롤트리스트리멜리테이트, 무수말레산, 테트라하이드로 무수프탈산, 메틸테트라하이드로무수프탈산, 엔도메틸렌테트라하이드로무수프탈산, 메틸엔도메틸렌테트라하이드로무수프탈산, 메틸부테닐테트라하이드로무수프탈산, 도데세닐무수숙신산, 헥사하이드로무수프탈산, 메틸헥사하이드로무수프탈산, 무수숙신산, 메틸시클로헥센디카르본산 무수물, 클로렌드산 무수물 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
또한, 상기 아민계는 방향족 아민류, 지방족 아민류, 또는 이들의 변성물일 수 있다. 상기 방향족 아민류는 일 예로써, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰, 아조메틸페놀 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 지방족 아민류는 일예로써, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
또한, 상기 폴리아미드류는 일예로, 지방산이 이량체인 다이머산과 폴리아민의 축합에 의해 생성된 반응물로 분자 중 복수의 아미노기를 갖고, 아미드기를 1개 이상 갖는 폴리아미드아민일 수 있다.
또한, 상기 이미다졸계는 일예로, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸리움트리멜리테이트 및 에폭시이미다졸 어덕트(adduct) 등일 수 있다.
또한, 상기 폴리메르캅탄계는 일예로, 폴리프로필렌글리콜쇄의 말단에 메르캅탄기가 존재하거나, 폴리에틸렌글리콜쇄의 말단에 메르캅탄기가 존재하는 것일 수 있다.
또한, 상술한 경화제 대신 또는 이와 병용하여 페놀 수지, 아미노수지, 폴리설파이드 수지 등의 공지된 경화제를 목적에 따라 포함할 수 있다.
또한, 상기 경화제의 함량은 선택되는 경화형 수지의 종류, 당량 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있고, 일예로 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 경화제를 30 ~ 90 중량부로, 바람직하게는 40 ~ 80 중량부로 구비될 수 있다. 만일 경화제가 30 중량부 미만으로 구비되는 경우 미경화 문제, 내구성 저하의 문제점이 있다. 또한, 경화제가 90 중량부를 초과할 경우 지나친 경화로 쉽게 크랙이나 깨짐 현상을 발생시켜 내구성, 열전도성, 방열성능 및 방수성능 저하 우려가 있다.
또한, 상기 열전도성 접합조성물은 접착성 주제수지가 경화형 수지일 경우, 경화제 이외에 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제는 경화 속도나 경화물의 물성 등을 조정하기 위한 역할을 하며, 선택되는 경화제의 종류에 맞추어 공지된 경화촉진제를 선택하여 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 아민류, 이미다졸류, 유기 포스핀류, 루이스산 경화촉진제 일 수 있다. 경화촉진제의 사용 일예는, 폴리아미드계 경화제를 사용할 경우 예를 들면 페놀류나 아민류의 경화 촉진제가 병용될 수 있고, 이때, 첨가량은 에폭시 수지의 당량 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다. 또한, 경화촉매 역시 선택되는 주제수지의 종류, 경화제의 종류 등을 고려하여 공지된 경화촉매를 선택할 수 있으며, 첨가량은 주제수지와 경화제의 함량, 경화조건 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 열전도성 접합부(400,400')는 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 가소제, 분산제, 작업개선제, 커플링제, UV흡수제, 대전방지제, 난연제 등 기타 첨가제를 더 구비할 수 있다. 이들 각 첨가제의 구체적 종류와 함량은 접합성능을 저하시키거나 열저항을 증가시키지 않는 범위 내에서 공지의 성분을 적절한 함량으로 사용할 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 열전도성 필러(410)는 열전도성 접합부(400,400')가 열전도성을 발현하여 열저항이 감소되도록 하는 것으로써, 공지된 열전도성 필러인 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 절연 열전도성 필러 및/또는 비절연 열전도성 필러일 수 있고, 보다 바람직하게는 금속, 합금, 세라믹 및 탄소계 필러일 수 있다. 구체적으로 알루미늄, 은, 구리, 니켈, 금 및 철로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속, 탄화규소, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 세라믹, 및 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 구비할 수 있고, 더욱 바람직하게는 우수한 열전도성, 열전도성 접합부 형성 용이성, 균일한 열전도성 발현 및 열전도성 접합부의 접착성능 등을 고려하여 상기 열전도성 필러(410)는 탄화규소(SiC)일 수 있다. 또한, 상기 열전도성 필러(410)는 형상이 입상, 판상, 침상, 무정형 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 열전도성 필러(410)는 열전도성 향상, 접합강도 향상, 금속부재(300,300')와 열전도성 접합부(400,400') 간 열팽창 및 수축 차이 감소를 위하여, 상기 접착성 주제수지(420) 100 중량부에 대하여 75 ~ 170 중량부로 구비되고, 바람직하게는 70 ~ 160 중량부로 구비될 수 있다. 만일 상기 열전도성 필러(410)가 상기 접착성 주제수지(420) 100 중량부에 대하여 75 중량부 미만이면 목적하는 수준의 열전도도를 가지기 어려우며 이에 따라서 열전도성 접합부의 열저항으로 인하여 방열복합재의 방열성능이 현저히 감소할 수 있다. 또한, 열전도성 접합부와 금속부재 간의 열팽창 및 수축 차이를 감소시키기 어려워서 사용 중 열에 의한 수축 및 팽창에 따른 열전도성 접합부의 크랙을 초래할 수 있다. 또한, 상기 열전도성 필러(410)가 170 중량부를 초과하면 열전도성 접합부의 접착성능의 저하를 유발할 수 있다.
한편, 상기 열전도성 필러(410)는 평균입경이 3 ~ 200㎛, 바람직하게는 평균입경이 3 ~ 30㎛일 수 있다. 만일 상기 열전도성 필러(410)의 평균입경이 3㎛ 미만이면 분산성이 저하됨에 따라 입경이 작은 열전도성 필러(410)가 열전도성 접합부(400,400')의 표면 측에 배치될 수 있어 열전도성 접합부의 접착성능의 저하를 유발할 수 있고, 열전도도가 저하될 수 있으며, 평균입경이 200㎛를 초과하면 열전도성 접합부(400,400')의 표면에 돌출되는 열전도성 필러(410)가 존재함에 따라 열전도성 접합부의 접착성능의 저하를 유발할 수 있다.
또한, 상기 열전도성 접합부(400,400')는 두께가 10 ~ 220㎛일 수 있고, 바람직하게는 두께가 10 ~ 100㎛일 수 있다. 만일 두께가 10㎛ 미만이면 목적하는 수준의 접착성능을 발현하기 어려울 수 있고, 두께가 220㎛를 초과하면 열저항이 증가하여 방열복합재의 방열성능 저하를 초래할 수 있다.
또한, 상기 열전도성 접합부(400,400')는 열전도성 접합부와 금속부재 간의 열팽창 및 수축 차이를 감소시키기 위하여 충진재를 더 포함할 수 있고, 충진재를 포함하는 경우 상기 충진재는 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 충진재와 열전도성 필러의 중량 총합이 65 중량부 이상이 되도록 포함될 수 있다.
또한, 도 1a와 도 1b에 도시된 것과 같이 상기 고분자매트릭스(200,200') 및 금속부재(300,300')는 방열복합재(1000,1000')의 몸체를 형성하며, 상기 몸체의 적어도 일부에 코팅층(500,500')을 더 구비할 수 있다. 상기 코팅층(500,500')이 고분자매트릭스(200,200')의 외부를 피복할 경우 고분자매트릭스(200,200')의 표면부에 위치한 방열필러(100)의 이탈을 방지하고, 표면에 가해지는 물리적 자극으로 인한 스크래치 등을 방지하며, 재질에 따라서 절연기능을 제공하여 절연 및 방열이 동시에 요구되는 전자장치 등의 적용처에도 사용이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 코팅층(500,500')이 금속부재(300,300')의 노출면에 구비되는 경우 표면에 가해는 물리적 자극으로 인한 스크래치 등을 방지하며, 재질에 따라서 절연기능을 제공하여 절연 및 방열이 동시에 요구되는 전자장치 등의 적용처에도 사용이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 코팅층(500,500')이 몸체의 전면에 구비되는 경우 고분자매트릭스(200,200') 및 금속부재(300,300')의 결합력을 보완해주는 기능을 더 수행할 수 있다.
상기 코팅층(500,500')은 공지된 열경화성 고분자화합물 또는 열가소성 고분자화합물로 구현될 수 있다. 상기 상기 열경화성 고분자화합물은 에폭시계, 우레탄계, 에스테르계 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다. 또한, 상기 열가소성 고분자화합물은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코팅층(500,500')은 두께가 0.1 ~ 1000㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적에 따라 변경하여 구현할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 방열복합재(1000,1000')는 (1) 방열필러를 포함하는 고분자매트릭스 및, 금속부재를 각각 준비하는 단계; (2) 상기 고분자매트릭스 또는 금속부재의 표면 상에 접착성 주제수지 및 열전도성 필러를 포함하는 열전도성 접합조성물을 처리하고, 고분자매트릭스와 금속부재를 조립하는 단계; 및 (3) 처리한 열전도성 접합조성물을 경화시키는 단계;를 포함하여 제조된다.
후술하는 방열복합재의 제조방법에 대한 설명 중, 상술한 방열복합재와 동일한 내용에 대해서는 생략하고 설명하도록 한다.
먼저, (1) 단계로써, 방열필러를 포함하는 고분자매트릭스 및, 금속부재를 각각 준비한다.
상기 고분자매트릭스(200,200')는 방열필러(100)를 포함하는 고분자화합물(150)의 용해액 또는 용융액이 소정의 형상으로 성형되어 구현된 것일 수 있다. 상기 성형의 방법은 압출, 사출 등 공지의 성형방법을 채용할 수 있고, 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.
다음, (2) 단계로써, 상기 고분자매트릭스(200,200') 또는 금속부재(300,300')의 표면 상에 접착성 주제수지 및 열전도성 필러를 포함하는 열전도성 접합조성물을 처리하고, 고분자매트릭스(200,200')와 금속부재(300,300')를 조립한다.
상기 열전도성 접합조성물은 상술한 열전도성 접합부(400,400')에서 설명된 성분들을 포함할 수 있고, 이들 성분을 용해 및 분산시키기 위한 용매가 더 포함될 수 있으며, 상기 용매는 물이나 유기용매일 수 있고, 선택된 접착성 주제수지의 종류 등을 고려하여 적절히 공지의 용매를 선택할 수 있다. 일예로, 상기 용매는 디메틸포름아미드(DMF)일 수 있다. 또한, 상기 용매의 함량은 상기 열전도성 접합조성물의 처리방법에 따라 달라질 수 있어, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
상기 처리방법은 공지된 코팅방법을 채용하거나 스프레이 코팅 방법 또는 붓과 같은 부재를 통해 얇게 도포시키는 방법일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 조립은 도 1a와 같은 경우 금속부재(300)를 고분자매트릭스(200)의 수용부에 삽입하는 방식일 수 있고, 도 1b와 같은 경우 금속부재(300')를 고분자매트릭스(200') 내부에 수용되도록 결합하는 방식일 수 있으며, 이 이외에도 금속부재의 형상, 목적하는 방열복합재의 형상, 크기 등을 고려하여 다양한 방법으로 조립될 수 있다.
다음 (3) 단계로써, 처리한 열전도성 접합조성물을 경화시킨다.
상기 경화는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 조건이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 온도 60 ~ 120℃로 0.16 ~ 4.5 시간 동안, 보다 바람직하게는 온도 70 ~ 110℃로 1.5 ~ 4 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 경화 온도가 60℃ 미만이거나 경화 시간이 0.16 시간 미만이면 형성된 열전도성 접합부에 미경화된 부분이 있거나 용매가 잔존할 수 있음에 따라 접착강도가 저하될 수 있고, 경화 온도가 120℃를 초과하거나 경화 시간이 4.5 시간을 초과하면 고분자매트릭스의 뒤틀림 및/또는 휨 현상이 발생함에 따라 고분자매트릭스와 금속부재 간의 박리가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 방열복합재 및 이의 제조방법은 이종재질 간의 접합력이 우수하고, 열전도성능 및 방열성능이 우수한 동시에 기계적 강도가 담보되어 발열원의 지지체, 외부 하우징 등으로 응용이 가능하다. 또한, 가열과 냉각이 반복되더라도 이종재질 간 수축/팽창 특성을 조절함으로써, 접합된 이종재질간 계면에서의 이격, 크랙, 박리를 방지할 수 있어서 방수성 및 내구성이 우수함에 따라서 외부의 수분, 열 등의 물리/화학적 자극에도 방열성/기계적 강도의 저하 없이 장시간 방열성능을 발현할 수 있음에 따라서 방열 및 기계적 강도가 요구되거나, 사용장소가 옥외인 경우에도 널리 응용될 수 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.
<실시예 1>
먼저, 고분자매트릭스에 구비되는 방열필러를 제조하기 위하여, 23℃ 및 대기 상태에서 표면에 니켈(Ni) 나노입자가 형성된 그라파이트를, 순수(DI water) 65 중량% 및 메탄올 35 중량%를 포함하는 용매에 농도 2 mM로 구비되는 도파민과 상기 도파민 100 중량부에 대하여 산화제로 과요오드산나트륨(Na2S2O8) 13 중량부 및 버퍼용액(Tris-base, Fisher) 20 중량부를 혼합한 코팅조성물에 침지하여 2.5 시간 동안 교반한 후, 여과 및 순수(DI water)로 세척 후 23℃에서 건조하여 그라파이트 표면에 카테콜아민층을 형성시켜서 그라파이트 복합체를 제조하였다.
그리고, 고분자매트릭스를 형성하기 위하여, 먼저 고분자화합물로 열가소성 고분자인 폴리아미드-6을, 상기 고분자화합물 100 중량부에 대하여 상기 제조한 그라파이트 복합체인 방열필러를 50 중량부로 포함하는 고분자매트릭스 조성물을 동방향 이축 압출기의 메인 호퍼 및 사이트 피더에 투입한 다음 압출기 배럴 온도 280℃ 조건 하에서 용융하여 Strand 컷팅방법을 사용해 펠렛을 제조하고, 이후 열풍건조기에서 건조시켜 방열복합재용 마스터배치를 제조하였다. 이후, 가로 12㎝, 세로 6cm 및 두께 1.5㎜의 수용부를 구비하도록, 통상의 사출장치를 이용해 제조된 마스터배치를 사출하여 도 1과 같은 구조의 고분자매트릭스를 제조하였다.
그리고, 접착성 주제수지로 비스페놀 A형 에폭시수지(YD-127, 국도화학)를, 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 열전도성 필러로 평균입경이 5㎛인 탄화규소(SiC)를 115 중량부, 경화제로 아민계경화제(KH-816, 국도화학)를 60 중량부 및 용매로 디메틸포름아미드(DMF)를 30 중량부 포함하는 열전도성 접합조성물을, 금속부재로 가로 12㎝, 세로 6cm 및 두께 1.5㎜의 알루미늄판의 상기 고분자매트릭스와 맞닿는 영역에 상기 열전도성 접합조성물을 스프레이 코팅한 후, 상기 제조한 고분자매트릭스와 열전도성 접합조성물을 스프레이 코팅한 금속부재를 도 1과 같은 구조로 조립하고, 온도 90℃로 3 시간 동안 열처리하여 열전도성 접합조성물을 경화시켜서 방열복합재를 제조하였다.
이때, 제조된 방열복합재의 금속부재를 둘러싸는 고분자매트릭스의 평균두께는 3㎜였고, 형성된 열전도성 접합부의 두께는 15㎛였다.
<실시예 2 ~ 16 및 비교예 1 ~ 4>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1 내지 표 3과 같이 열전도성 필러의 함량, 평균입경, 포함여부, 종류, 열전도성 접합부의 두께 및 포함여부 등을 변경하여 표 1 내지 표 4와 같은 방열복합재를 제조하였다.
<실험예>
실시예 및 비교예에서 제조된 방열복합재에 대하여 하기의 물성을 평가하여 표 1 내지 표 4에 나타내었다.
1, 방열성능 평가
외부 영향을 방지하기 위해 가로, 세로, 높이 각각 30㎝×30㎝×30㎝인 밀페챔버에서 성능평가를 실시하였다. 방열복합재는 가로, 세로, 높이 40mm×77mm×1mm의 금속부재와 가로, 세로, 높이 40mm×77mm×2mm의 고분자매트릭스를 열전도성 접착제로 접합하여 제조 하였다. 금속부재를 하부로 고분자매트릭스를 상부로 위치하여 하부에 면상발열체를 부착하여 350mA의 전류를 인가하여 열을 발생시키고, 60분 유지한 후 면상발열체의 온도를 측정 하여 방열성능을 평가하였다.
이때, 측정 온도가 높다는 것은 방열성능이 좋지 않은 것을 의미하고, 측정 온도가 낮다는 것은 방열성능이 우수하다는 것을 의미한다.
2. 계면 접착성능 평가
시편에 대하여 1㎜ 간격이 되도록 나이프로 크로스 컷팅을 했다. 이후 컷팅된 면에 스카치테이프를 부착하고 60° 각도로 잡아당겨 고분자매트릭스가 박리되는 상태를 확인한다.
평가된 전체 면적 중 스카치테이프를 탈착한 후 시편의 표면에 박리된 고분자매트릭스의 면적을 계산하여 박리된 면적을 백분율로 나타냈다. 구체적으로 0%인 경우 박리가 없는 경우이며, 100%인 경우 모두 박리된 경우를 의미한다.
3. 방수성 평가
물이 담긴 수조에 실시예 및 비교예에 따른 방열복합재가 완전히 잠기도록 침지시켜서 30분을 유지한 후 고분자매트릭스와 금속부재 사이에 물이 침투하는지 평가하였으며, 물이 침투하지 않는 경우 - ○, 물이 침투한 경우 - ×로 하여 방수성을 평가하였다.
4. 내구성 평가
온도가 60℃, 상대습도가 90%인 챔버내 방열복합재를 배치한 후 480시간 경과 후 방열복합재의 표면상태를 육안으로 평가하였다. 평가결과 고분자매트릭스의 크랙, 층간 박리(들뜸) 유무를 확인하여 이상이 없는 경우 ○, 이상이 발생한 경우 ×로 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
열전도성 필러 함량(중량부) 115 70 160 115 115 115
평균입경(㎛) 5 5 5 1 12 25
종류 SiC SiC SiC SiC SiC SiC
열전도성 접합부 두께(㎛) 15 15 15 15 50 75
방열성능(℃) 66.0 68.8 65.4 86.4 69.2 65.8
계면 접착성능(%) 29 28 34 68 27 32
방수성 ○ ○ ○ × ○ ○
내구성 ○ ○ ○ ○ ○ ○
구분 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12
열전도성 필러 함량(중량부) 115 115 115 115 115 115
평균입경(㎛) 35 150 250 5 5 5
종류 SiC 그래핀 그래핀 SiC SiC SiC
열전도성 접합부 두께(㎛) 100 180 300 8 50 100
방열성능(℃) 65.8 71.0 76.2 71.6 68.7 68.4
계면 접착성능(%) 47 54 80 70 28 28
방수성 ○ ○ × × ○ ○
내구성 ○ ○ × × ○ ○
구분 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16
열전도성 필러 함량(중량부) 115 115 115 115
평균입경(㎛) 5 5 5 5
종류 SiC SiC Al2O3 ZrO2
열전도성 접합부 두께(㎛) 150 250 15 15
방열성능(℃) 77.5 84.2 75.8 85.6
계면 접착성능(%) 28 27 30 32
방수성 ○ ○ ○ ○
내구성 ○ ○ ○ ○
구분 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
열전도성 필러 함량(중량부) 50 200 - -
평균입경(㎛) 5 5 - -
종류 SiC SiC - -
열전도성 접합부 두께(㎛) 15 15 15 -
방열성능(℃) 90.5 65.2 97.9 107.2
계면 접착성능(%) 28 85 27 92
방수성 ○ × ○ ×
내구성 × × ○ ×
상기 표 1 내지 표 4에서 알 수 있듯이,본 발명에 따른 열전도성 필러의 함량, 평균입경, 포함여부, 종류, 열전도성 접합부의 두께 및 포함여부 등을 모두 만족하는 실시예 1 ~ 3, 5 ~ 8, 11 ~ 13 및 15가, 이 중에서 하나라도 누락된 실시예 4, 9, 10, 14, 16 및 비교예 1 ~ 4에 비하여 방열성능, 이종 간의 계면 접착성능, 방수성 및 내구성이 모두 동시에 우수한 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 (16)

  1. 방열필러를 포함하는 고분자매트릭스;
    상기 고분자매트릭스와 적어도 하나의 계면을 형성하도록 배치된 금속부재; 및
    상기 고분자매트릭스와 상기 금속부재 사이에 개재되고, 접착성 주제수지 및 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 65 ~ 170 중량부로 구비되는 열전도성 필러를 포함하여 형성된 열전도성 접합부;를 포함하는 방열복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 70 ~ 160 중량부로 포함되는 방열복합재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자매트릭스는 상기 금속부재의 적어도 일부를 수용할 수 있는 수용부를 구비하는 방열복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열필러는 그라파이트 표면에 결합된 나노입자 및 상기 나노입자를 피복한 카테콜아민층을 구비한 그라파이트 복합체를 포함하는 방열복합재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 그라파이트 복합체는 적어도 상기 카테콜아민층을 피복하는 고분자층을 더 포함하는 방열복합재.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 그라파이트 복합체는 평균입경이 50 ~ 600 ㎛인 방열복합재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고분자매트릭스는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머를 포함하는 방열복합재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속부재는 알루미늄, 마그네슘, 철, 티타늄, 구리로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속 또는 적어도 1종의 금속이 포함된 합금인 방열복합재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 접합부는 두께가 10 ~ 220㎛인 방열복합재.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열전도성 필러는,
    알루미늄, 은, 구리, 니켈, 금 및 철로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속;
    탄화규소, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 세라믹; 및
    그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소;로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 구비하는 방열복합재.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 탄화규소인 방열복합재.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 평균입경이 3 ~ 200㎛인 방열복합재.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 필러는 평균입경이 3 ~ 30㎛인 방열복합재.
  14. (1) 방열필러를 포함하는 고분자매트릭스 및, 금속부재를 각각 준비하는 단계;
    (2) 상기 고분자매트릭스 또는 금속부재의 표면 상에 접착성 주제수지 및 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 65 ~ 170 중량부로 구비되는 열전도성 필러를 포함하는 열전도성 접합조성물을 처리하고, 고분자매트릭스와 금속부재를 조립하는 단계; 및
    (3) 처리한 열전도성 접합조성물을 경화시키는 단계;를 포함하는 방열복합재 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열전도성 접합조성물은 상기 접착성 주제수지 100 중량부에 대하여 경화제를 30 ~ 90 중량부로 포함하는 방열복합재 제조방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 (3) 단계의 경화는,
    온도 60 ~ 120℃로 0.16 ~ 4.5 시간 동안 수행하는 방열복합재 제조방법.
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