KR20140093457A - 방열 시트 - Google Patents

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KR20140093457A
KR20140093457A KR1020130005836A KR20130005836A KR20140093457A KR 20140093457 A KR20140093457 A KR 20140093457A KR 1020130005836 A KR1020130005836 A KR 1020130005836A KR 20130005836 A KR20130005836 A KR 20130005836A KR 20140093457 A KR20140093457 A KR 20140093457A
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변나미
이동욱
김태형
이성국
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 방열 시트에 관한 것으로 특히, 그래핀 또는 열전달 재료를 이용한 방열 시트에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 제 1면 및 제 2면을 가지는 방열층; 상기 방열층의 제 1면 상에 위치하고, 열원에 부착되며, 열전도 재료를 포함하는 점착층; 및 상기 방열층의 제 2면 상에 위치하고, 열전도 재료를 포함하는 보호층을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

방열 시트 {Heat discharging sheet}
본 발명은 방열 시트에 관한 것으로 특히, 그래핀 또는 열전달 재료를 이용한 방열 시트에 관한 것이다.
탄소 원자들로 구성된 물질로는 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀(graphene), 흑연(Graphite) 등이 존재한다. 이 중에서 그래핀은 탄소 원자들이 2 차원 평면상으로 원자 한 층으로 이루어지는 구조이다.
특히, 그래핀은 전기적, 기계적, 화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐 아니라 우수한 전도성 물질로서 실리콘보다 매우 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 매우 큰 전류를 흐르게 할 수 있는데, 이는 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 실험을 통하여 증명되었으며 현재까지 많은 연구가 진행이 되고 있다.
이러한 그래핀은 대면적으로 형성할 수 있으며, 전기적, 기계적, 화학적인 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라 뛰어난 도전성의 성질을 가지므로, 전자 회로의 기초 소재로 관심을 받고 있다.
또한, 그래핀은 일반적으로 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있으므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있고 이에 따라 쉽게 소자를 디자인할 수 있다. 따라서 그래핀은 탄소계 전기 또는 전자기 소자 등에 효과적으로 이용될 수 있다.
이와 같이, 그래핀은 열전도 특성이 우수하므로 열을 방출하는 방열 재료에 응용될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 열원에서 발생하는 열을 효과적으로 전달하여 방출할 수 있는 방열 시트를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 제 1면 및 제 2면을 가지는 방열층; 상기 방열층의 제 1면 상에 위치하고, 열원에 부착되며, 열전도 재료를 포함하는 점착층; 및 상기 방열층의 제 2면 상에 위치하고, 열전도 재료를 포함하는 보호층을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 점착층 또는 보호층에 포함되는 열전도 재료는, 금속, 무기물, 탄소 재료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 점착층 또는 보호층에 포함되는 열전도 재료는, Cu, Al, Bn, AiN, Al2O3, MgO, 그라파이트 및 탄소 나노 튜브 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 점착층 또는 보호층에 포함되는 열전도 재료는, 그래핀 및 고분자 재료를 포함할 수 있다.
이때, 그래핀은, 상기 고분자 재료에 중량비 10 내지 90 wt%로 혼합되어 구성될 수 있다.
여기서, 점착층 및 보호층 중 적어도 어느 하나는 두께가 5 내지 100 ㎛일 수 있다.
여기서, 방열층은, 열을 측 방향으로 방출하기 위한 것일 수 있다.
이때, 방열층은, 그래핀, 금속 및 그라파이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 본 발명은, 제 1면 및 제 2면을 가지는 방열층; 상기 방열층의 제 1면 상에 위치하고, 열원에 부착되며, 열전도 재료를 포함하는 점착층; 및 상기 방열층의 제 2면 상에 위치하고, 열전도 재료를 포함하는 보호층을 포함하여 구성되고, 상기 점착층 및 보호층 중 적어도 어느 하나는 금속, 무기물, 탄소 재료 및 그래핀 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 본 발명의 방열 시트는 열원에 부착되어 열원에서 발생하는 열을 효율적으로 방출될 수 있도록 한다.
구체적으로, 방열 시트에 포함된 방열층은 점착층에 의하여 열원에 부착되어 열원에서 발생하는 열을 방출하도록 하며, 이때, 점착층은 열원에 부착되어 열원에서 발생하는 열이 방열층으로 전달되도록 할 수 있다.
점착층에 그래핀 및 열전달 재료 중 적어도 어느 하나가 포함되는 경우에는 이러한 그래핀 또는 열전달 재료의 열전도성이 우수하므로 열원에서 발생하는 열이 더욱 효과적으로 그래핀 시트로 전달될 수 있다.
방열층은 열을 특히 측 방향으로 방출할 수 있어서 열원에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 방출할 수 있다.
이때, 보호층까지 전달된 열은 이 보호층을 통하여 외부로 방출될 수 있다. 또한, 보호층에 그래핀 및 열전달 재료 중 적어도 어느 하나가 포함되는 경우에는 이러한 그래핀 또는 열전달 재료의 열전도성이 우수하므로 이 보호층을 통하여 효과적으로 방출될 수 있는 것이다.
또한, 외기로부터 이 보호층을 통한 열 교환 작용도 함께 일어날 수 있다.
도 1은 그래핀을 이용한 방열 시트의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 그래핀 형성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 방열 시트가 열원에 부착되어 열이 방출되는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 방열 시트를 응용하는 일례를 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 방열 시트의 일례를 나타내는 단면도이다. 도시하는 바와 같이, 방열 시트(100)는, 제 1면(11) 및 제 2면(12)을 가지는 방열층(10)이 구비된다. 이러한 방열층(10)은 열을 전달하거나 방출하는 특성을 가질 수 있다.
방열층(10)의 제 1면(11)에는, 열원(200; 도 2 참고)에 부착되는 점착층(30)이 위치한다.
또한, 방열층(10)의 제 2면(12)에는 이 방열층(10)을 보호하기 위한 보호층(20)이 위치한다.
점착층(30)에는 그래핀(31)이 포함될 수 있다. 또한, 점착층(30)에는 열전도 재료(32)가 포함될 수 있다. 즉, 점착층(30)에는 그래핀(31) 및 열전도 재료(32) 중 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다.
이와 같은 점착층(30)에 포함되는 그래핀(31) 및 열전도 재료(32) 중 적어도 어느 하나는 점착층(30)을 통한 열의 전도성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 이와 같은 점착층(30)은, 열원과의 부착 특성뿐 아니라 열원과의 간격을 최소화하면서 열을 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
이러한 점착층(30)의 모체는 주로 고분자 계열의 물질을 이용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
점착층(30)의 모체로 고분자 물질을 이용하는 경우에는 폴리 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고분자 수지 등의 각종 고분자 수지가 이용될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 점착층(30)은 그래핀(31) 및 열전도 재료(32) 중 적어도 하나를 포함하여 열원에서 발생되는 열이 더 효과적으로 방열층(10)으로 전달될 수 있도록 할 수 있다.
이러한 열전도 재료(32)는, 금속, 무기물, 탄소 재료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 이러한 열전도 재료(32)는, Cu, Al, Bn, AiN, Al2O3, MgO, 그라파이트(graphite) 및 탄소 나노 튜브(carbon nano tube; CNT) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 점착층(30)에 그래핀(31)이 포함되는 경우에, 이러한 그래핀(31)은, 고분자 재료에 중량비 10 내지 90 wt%로 혼합되어 구성될 수 있다.
또한, 열전도 재료(32)는 고분자 재료에 중량비 10 내지 90 wt%로 혼합되어 구성될 수 있다.
여기서, 점착층(30)은 두께가 수십 nm에서 수백 ㎛의 범위를 가질 수 있으며, 효과적인 열의 방출 및 열원과의 접착을 위하여 두께가 5 내지 100 ㎛일 수 있다.
보다 상세하게는, 점착층(30)이 5 내지 20 ㎛의 두께를 가질 때, 최적의 효과를 발휘할 수 있다.
위에서 언급한 보호층(20)에는 그래핀(21)이 포함될 수 있다. 또한, 보호층(20)에는 열전도 재료(22)가 포함될 수 있다. 즉, 보호층(20)에는 그래핀(21) 및 열전도 재료(22) 중 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다.
이와 같은 보호층(20)에 포함되는 그래핀(21) 및 열전도 재료(22) 중 적어도 어느 하나는 보호층(20)을 통한 열의 전도성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 이러한 그래핀(21) 또는 열전도 재료(22)는 보호층(20)을 통하여 열이 방출되거나 외부와 열교환이 일어날 수 있도록 할 수 있다.
한편, 보호층(20)은 방열층(10)을 이루는 물질의 탈락을 방지하기 위하여 방열층(10) 상에 코팅하여 구성될 수 있다. 그러나 이러한 탈락 방지 특성 이외에도 절연 특성 또는 방사 특성을 향상시킬 수 있다.
이러한 보호층(20)은 주로 고분자 계열의 물질을 이용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
보호층(20)으로 고분자 물질을 이용하는 경우에는 폴리 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고분자 수지, PET, PT 등의 각종 고분자 수지가 이용될 수 있다.
한편, 보호층(20)은 방열층(10)의 보호성 및 외부로 열의 방사를 고려하여, 두께가 수십 nm에서 수백 ㎛의 범위를 가질 수 있으며, 효과적인 열의 방출 및 열원과의 접착을 위하여 두께가 5 내지 100 ㎛일 수 있다.
보다 상세하게는, 보호층(20)이 5 내지 20 ㎛의 두께를 가질 때, 최적의 효과를 발휘할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 보호층(20)은 그래핀(21) 또는 열전달 물질(22)을 포함할 수 있다. 또한, 보호층(20)은, 고분자 물질을 이용하는 경우에, 이러한 고분자 보호층 재료에 그래핀(21)이 중량비 10 내지 90 wt%로 혼합되어 구성될 수 있다.
또한, 열전도 재료(22)는 고분자 재료에 중량비 10 내지 90 wt%로 혼합되어 구성될 수 있다.
한편, 방열층(10)은 점착층(30)에 의하여 열원에 부착되어 열을 방출할 수 있으며, 특히, 전달된 열을 측 방향으로 방출할 수 있다.
이러한 방열층(10)은, 그래핀, 금속 및 그라파이트 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
위에서 언급한 방열층(10), 보호층(20) 또는 점착층(30)에 포함될 수 있는 그래핀은, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 촉매 금속층(14) 상에 그래핀 층(13)을 형성하여 제작할 수도 있다.
이러한 그래핀 층(13)을 일정 두께가 되도록 적층하여 방열층(10)을 구성할 수 있다. 이때, 방열층(10)의 두께는 5 내지 100 ㎛일 수 있으며, 이러한 두께를 이루도록 그래핀 층(13)을 적층하여 구성할 수 있다.
이와 같은 그래핀은 열전도도가 3000 내지 5000 W/mK 정도로 매우 높으므로, 방열층(10)을 통하여 열원으로부터 전달되는 열을 효과적으로 방출할 수 있으며, 특히 측 방향으로 방출될 수 있도록 할 수 있다.
한편, 이러한 그래핀은 산화 그래핀을 환원하여 제작할 수도 있다.
산화 그래핀은 탄소 입자가 산에 의하여 산화된 상태를 말한다. 산화 그래핀은 보통 흑연을 황산과 같은 강산에 의하여 산화시킴으로써 제조할 수 있다. 경우에 따라 황산에 과산화수소수가 섞인 물질이 산화에 이용될 수 있다.
흑연은 판상 구조를 가지며, 이러한 흑연에 강산을 가하면 산화되는데, 이러한 흑연을 화학적으로 작은 입자 상태로 제조된 상태가 산화 그래핀(Graphene oxide)이다.
산화 그래핀은 전기가 통하지 않는 부도체 특성과 수십 W/mK의 열전도도를 가지므로, 열원에서 발생하는 열을 효과적으로 전달할 수 있다.
상술한 바와 같이, 이와 같은 산화 그래핀은 환원 과정을 거쳐 그래핀으로 제작될 수 있으며, 이러한 그래핀을 방열층(10), 보호층(20) 또는 점착층(30)에 첨가할 수 있는 것이다.
도 3은 방열 시트가 열원에 부착되어 열이 방출되는 상태를 개략적으로 나타내고 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 방열 시트(100)는 열원(200)에 부착되어 열원(200)에서 발생하는 열을 효율적으로 방출될 수 있도록 한다.
방열층(10)은 열원(200)에 부착되어 열원(200)에서 발생하는 열을 방출하도록 하며, 이때, 점착층(30)은 열원(200)에 부착되어 열원(200)에서 발생하는 열이 방열층(10)으로 전달되도록 할 수 있다.
점착층(30)에 그래핀(31) 및 열전달 재료(32) 중 적어도 어느 하나가 포함되는 경우에는 이러한 그래핀(31) 또는 열전달 재료(32)의 열전도성이 우수하므로 열원(200)에서 발생하는 열이 더욱 효과적으로 방열층(10)으로 전달될 수 있다.
방열층(10)은 열을 특히 측 방향으로 방출할 수 있어서 열원(200)에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 방출할 수 있다.
이때, 보호층(20)까지 전달된 열은 이 보호층(20)을 통하여 외부로 방출될 수 있다. 또한, 보호층(20)에 그래핀(21) 및 열전달 재료(22) 중 적어도 어느 하나가 포함되는 경우에는 이러한 그래핀(21) 또는 열전달 재료(22)의 열전도성이 우수하므로 이 보호층(20)을 통하여 효과적으로 방출될 수 있는 것이다.
또한, 외기로부터 이 보호층(20)을 통한 열 교환 작용도 함께 일어날 수 있다.
통상, 보호층(20)과 점착층(30)에는 열전도도 향상을 위하여 산화물 필러가 포함되었으나, 이러한 산화물 필러는 무게가 무겁고 열전도도가 낮아, 열전도도를 일정 정도로 향상시키기 위해서는 고함량을 첨가하여야 하므로 수 내지 수십 ㎛ 정도의 두께를 가지는 제품에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
그러나 위에서 설명한 그래핀(21, 31) 및 열전달 재료(22, 32) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 보호층(20) 또는 점착층(30)은 이러한 문제점 없이 더욱 효과적으로 열을 전달하거나 방사할 수 있는 것이다.
도 4에서는 방열 시트를 응용하는 일례로서, 휴대폰과 같은 응용 제품에 방열 시트(100)가 이용되는 예를 나타내고 있다.
도 4에서는, 구동칩(210)과, 이 구동칩(210) 상에 있는 금속 프레임(220)으로 이루어지는 열원(200)에 방열 시트(100)가 부착되고, 방열 시트(100) 상에는 디스플레이(300)가 위치하는 상태를 나타내고 있다.
구동칩(210) 상에 위치하는 금속 프레임(220)은 보통 알루미늄(SUS) 프레임(220)이 이용될 수 있다.
이러한 금속 프레임(220)은 구동칩(210)에서 발생하는 열이 수평 방향으로는 잘 퍼지지 않고 진행방향으로 열을 전달하는 특성이 있다. 따라서, 금속 프레임(220)으로부터 전달되는 열은 방열 시트(100)를 통하여 수평 방향으로 퍼지게 되어 방출될 수 있다.
즉, 금속 프레임(220)으로 전달된 열은 방열 시트(100)의 점착층(30)을 통하여 방열층(10)으로 전달되며, 방열층(10)에서는 열이 측 방향으로 퍼지면서 외부로 방출되게 되는 것이다.
도 4와 같은 구성에서는, 방열 시트(100)에서 디스플레이(300) 측으로 열이 방출되지 않고 측 방향으로 방출될 수 있는 것이다.
이때, 디스플레이(300)에서 방출되는 열도 보호층(20)을 통하여 방열층(10)으로 전달되어 방출될 수도 있음은 물론이다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 방열층 11: 제 1면
12: 제 2면 20: 보호층
21: 그래핀 22: 열전달 재료
30: 점착층 31: 그래핀
32: 열전달 재료 100: 방열 시트
200: 열원 300: 디스플레이

Claims (9)

  1. 제 1면 및 제 2면을 가지는 방열층;
    상기 방열층의 제 1면 상에 위치하고, 열원에 부착되며, 열전도 재료를 포함하는 점착층; 및
    상기 방열층의 제 2면 상에 위치하고, 열전도 재료를 포함하는 보호층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 점착층 또는 보호층에 포함되는 열전도 재료는, 금속, 무기물, 탄소 재료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 점착층 또는 보호층에 포함되는 열전도 재료는, Cu, Al, Bn, AiN, Al2O3, MgO, 그라파이트 및 탄소 나노 튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 점착층 또는 보호층에 포함되는 열전도 재료는, 그래핀 및 고분자 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 그래핀은, 상기 고분자 재료에 상기 그래핀이 중량비 10 내지 90 wt%로 혼합된 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 점착층 및 보호층 중 적어도 어느 하나는 두께가 5 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 방열층은, 열을 측 방향으로 방출하기 위한 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 방열층은, 그래핀, 금속 및 그라파이트 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  9. 제 1면 및 제 2면을 가지는 방열층;
    상기 방열층의 제 1면 상에 위치하고, 열원에 부착되며, 열전도 재료를 포함하는 점착층; 및
    상기 방열층의 제 2면 상에 위치하고, 열전도 재료를 포함하는 보호층을 포함하여 구성되고,
    상기 점착층 및 보호층 중 적어도 어느 하나는 금속, 무기물, 탄소 재료 및 그래핀 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
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