KR102642936B1 - 고방열 고분자 조성물 및 이를 포함하는 고방열 성형품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자 바인더 및 방열 필러를 포함하는 고방열 고분자 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 상기 방열 필러는 질화붕소 입자, 알루미늄 입자 및 질화붕소 나노튜브를 포함하며, 상기 고방열 고분자 조성물로부터 제조되는 고방열 성형품은 우수한 열전도율을 가져 방열 특성이 매우 우수하다.
Description
본 발명은 고방열 고분자 조성물에 관한 것으로, 더 상세하게는 우수한 방열능 및 저유전율을 가지는 고방열 고분자 조성물에 관한 것이다.
종래, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board:PCB)은 일반적으로 열전도도가 높은 알루미늄, 구리, 규소강판, 아연도금강판 등의 금속 베이스 기판, 상기 베이스 기판 위에 고분자 수지 등으로 이루어진 절연층, 상기 절연층 위에 전극을 형성하는 동박을 접착하기 위한 것으로서 프리프레그(prepreg), 에폭시 수지 등으로 이루어진 접착층, 및 상기 접착층 위에 회로패턴으로 형성된 동박을 포함한다.
이와 같은 인쇄회로기판은 작동에 따라 회로 패턴이 발열됨에 따라, 인쇄회로기판이 설치된 전자기기가 온도가 상승하여, 전자기기의 수명 단축 및 오작동 등의 성능 저하 문제가 발생한다는 단점이 있다. 이에, 인쇄회로기판은 높은 방열 특성이 요구된다. 인쇄회로기판은 회로 패턴 자체에서 직접 방열되는 것 이외에 절연층을 통해 금속 베이스 기판을 통해서도 방열된다. 이에, 금속 베이스 기판의 방열 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는 절열층의 열전도성을 충분히 높게 하는 것이 유리하며, 절열층은 높은 열전도성, 저유전율 및 내열성 등이 요구된다.
특히, FPCB(Flexible Printed Circuit Board:연성인쇄회로기판)의 절연층은 높은 열전도성, 저유전율 및 내열성뿐 아니라, 우수한 유연성을 요구한다. 이에, 종래 연성 인쇄회로기판의 절연층 소재로서 액정 폴리에스테르 소재가 사용되었다.
상술한 바와 같이, 액정 폴리에스테르는 열전도성이 높으며 우수한 내열성을 가짐과 동시에 흡습성이 낮아 인쇄회로기판의 절연층 소재로 사용된다. 그러나, 액정 폴리에스테르를 포함하는 절연층은 인쇄회로기판으로서 요구되는 저유전율을 갖기 위해서 비교적 두꺼운 두께로 형성되어야 한다. 이에, 비교적 유연성이 좋지 못하다는 단점이 있으며, 더욱더 초소형화를 요구하는 최근 전자 디바이스로 사용되기에 한계가 있다는 문제점이 있다.
따라서 얇은 두께를 가지며, 우수한 열전도도 및 저유전율을 구현하는 새로운 유기 필름이 필요한 실정이다.
종래의 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 고분자 바인더 및 방열 필러를 포함하는 고방열 고분자 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 고방열 고분자 조성물로 제조되는 고방열 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 고방열 고분자 조성물은 질화붕소 입자, 알루미나 입자 및 질화붕소 나노튜브로 이루어진 방열필러를 포함함으로써, 열전도도 이방성 특성을 등방성으로 변환시키는 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 방열필러에 포함된 질화붕소, 알루미나 입자 및 질화붕소 나노튜브의 질량비를 변화하여, 이를 포함한 고방열 성형품의 열전도도를 변화를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 고분자 바인더 및 방열 필러를 포함하며, 상기 방열 필러는 질화붕소 입자, 알루미나 입자 및 질화붕소 나노튜브를 포함하는 고방열 고분자 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 질화붕소 입자는 육방정계 질화붕소입자일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 고분자 바인더는 폴리페닐렌옥사이드계 중합체 및 불포화 폴리올레핀계 중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 폴리페닐렌옥사이드계 중합체는 말단에 비닐기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 폴리페닐렌옥사이드계 중합체는 말단기가 스티렌기로 치환된 폴리페닐렌옥사이드계 중합체일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 고방열 고분자 조성물은 고분자 바인더 10 내지 50 중량% 및 방열 필러 50 내지 90 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 방열 필러 총 중량 중, 질화붕소 나노튜브가 0.1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 고방열 고분자 조성물은 중합 개시제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 고방열 수지 조성물로부터 제조되는 고방열성 필름을 제공한다.
본 발명은 기재층; 상기 기재층 상에 위치하는 상기 고방열성 필름; 및 상기 고방열성 필름상에 위치하는 금속박;을 포함하는 전자회로 기판을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른, 금속박은 동박일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 기재층은 도전성 금속일 수 있다.
본 발명은 본 발명의 고방열 수지 조성물로부터 제조되는 성형품을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른, 고방열 성형품은 ASTM E1461에 따른 열전도도가 6.0W/m·k 이상일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 성형품은 저유전성 전자회로기판일 수 있다.
본 발명에 따른 고방열 고분자 조성물은 열전도율이 우수하여 전자회로기판에 사용할 때, 전자회로 기판에서 발생하는 열을 방열하는 효과가 우수하여, 고열로 발생하는 전자회로 기판의 파손을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 고방열 고분자 조성물은 저유전율을 가짐에 따라 전자회로 기판으로 사용할 때, 유전 손실 및 전기 배선의 저항을 최소화하고 발열을 억제함으로써 신호의 오작동을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고방열 고분자 조성물에 포함된 방열 필러를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고방열 고분자 조성물의 열전도도 측정 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고방열 고분자 조성물의 열전도도 측정 결과이다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미하고, 중량%는 달리 정의되지 않는 한 전체 조성물 중 어느 하나의 성분이 조성물 내에서 차지하는 중량%를 의미한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.
본 명세서의 용어, '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다' 또는 '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
종래, 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)의 절연층 소재로 사용되는 액정 폴리에스테르는 열전도성이 높으며 우수한 내열성을 가짐과 동시에 흡습성이 낮다. 그러나, 액정 폴리에스테르를 포함하는 절연층은 인쇄회로기판으로서 요구되는 열전도도 및 저유전율을 갖기 위해서 비교적 두꺼운 두께로 형성되어야 한다. 또한 비교적 유연성이 좋지 못하다는 단점이 있으며, 더욱 더 초소형화를 요구하는 최근 전자 디바이스로 사용되기에 한계가 있다는 문제점이 있다. 이에, 더욱 우수한 열전도도 및 저유전율을 가지는 새로운 고방열 고분자 조성물이 필요한 실정이다.
본 발명의 고방열 고분자 조성물은 고분자 바인더 및 방열 필러를 포함하며, 상기 방열 필러는 질화붕소 입자, 알루미나 입자 및 질화붕소 나노튜브를 포함한다. 이와 같은 고방열 고분자 조성물은 높은 열전도도를 가짐과 동시에 저유전율을 가짐에 따라, 전자회로 기판 등의 절연층 소재로서 우수한 절연능 및 방열능을 제공할 수 있다.
본 발명의 고방열 고분자 조성물은 고분자 바인더 10 내지 50 중량% 및 방열 필러 50 내지 90 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로 고방열 고분자 조성물은 20 내지 40 중량% 및 방열 필러 60 내지 80 중량%를 포함할 수 있다. 상기의 중량 범위의 고분자 바인더 및 방열 필러를 포함하는 고방열 고분자 조성물은 우수한 방열효과 및 강도를 구현할 수 있다.
상기 고분자 바인더는 고방열 고분자 조성물에 저유전율을 부여하며, 상기 방열 필러는 고방열 고분자 조성물의 우수한 열전도율을 부여할 수 있다.
일 양태에 따르면, 상기 고분자 바인더는 폴리페닐렌옥사이드계 중합체 및 불포화 폴리올레핀계 중합체를 포함할 수 있다.
상기 폴리페닐렌옥사이드계 중합체 및 불포화 폴리올레핀계 중합체는 중량비 5:5 내지 9:1일 수 있으며, 구체적으로는 6:4 내지 9:1일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 7:3 내지 9:1일 수 있다.
상기 폴리페닐렌옥사이드계 중합체와 불포화 폴리올리핀계 중합체가 고분자 바인더의 일 구성요소로 포함되고 동시에 상기의 중량 범위로 포함됨에 따라 질화붕소 입자, 알루미나 입자 및 질화붕소 나노튜브를 효과적으로 분산시킬 수 있으며, 방열 필러가 분산된 고방열 고분자 조성물은 우수한 저유전율 및 열전도율을 가질 수 있다.
상기 고분자 바인더에 포함된 폴리페닐렌옥사이드계 중합체는 개질된 폴리페닐렌옥사이드계 중합체 또는 비개질된 폴리페닐옥사이드계 중합체 모두를 의미할 수 있으며, 바람직하게 개질된 폴리페닐렌옥사이드계 중합체일 수 있다. 개질된 폴리페닐렌옥사이드계 증합체는 낮은 열팽창계수, 유리전이온도 향상 히드록시기의 감소로 인한 내습성 및 유전특성을 만족시킬뿐 아니라, 기존의 열경화 시스템에서 적용이 가능하도록 하였으며, 가교제에 따른 유전 특성 등의 연구를 통해 다양한 물성 확보와 가공성을 동시에 확보할 수 있다.
상기 개질된 폴리페닐렌옥사이드계 중합체는 하나 또는 양말단에 비닐기를 함유하는 폴리페닐렌옥사이드계 중합체일 수 있으며, 구체적으로 상기 비닐기는 스티렌기, 알킬렌기, 부틸렌기, 프로필렌기, 메타크릴레이트기 및 아크릴레이트기에서 선택되는 하나 이상이며, 더욱 구체적으로 스티렌기 또는 알킬렌기일 수 있다.
본 발명의 고방열 고분자 조성물은 우수한 내화학성, 내충격성, 내화학성 및 방열능을 구현하는 필름 및 성형품으로제조하는 관점에서, 본 발명의 개질된 폴리페닐렌옥사이드 중합체는 말단에 스티렌기를 함유하는 폴리페닐렌옥사이드계 중합체가 더욱 선호될 수 있다.
상기 폴리페닐렌옥사이드계 중합체의 중량평균분자량은 10,000 내지 40,000g/mol일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리페닐렌옥사이드계 중합체의 중량평균분자량은 15,000 내지 30,000 g/mol일 수 있으며, 더욱 구체적으로 15,000 내지 25,000g/mol일 수 있다.
상기 고분자 바인더에 포함된 불포화 폴리올레핀계 중합체는 공액 디엔계 폴리올레핀 중합체일 수 있으며, 일 예로 폴리이소프렌 또는 폴리부타디엔일 수 있고, 구체적으로 폴리부타디엔일 수 있다.
상기 불포화 폴리올레핀계 중합체의 중량평균분자량은 1,000 내지 20,000 g/mol일 수 있으며, 구체적으로 1,000 내지 10,000g/mol, 더욱 구체적으로 1,000 내지 7,000g/mol일 수 있다.
상기 범위의 중량평균분자량인 폴리페닐렌옥사이드계 중합체 및 불포화 폴리올레핀계 중합체는 경화 전의 고방열 고분자 조성물이 높은 유동성을 가지도록 할 수 있다. 또한 상기 고방열 고분자 조성물로 제조된 고방열 성형품 및 전자회로기판은 우수한 내열성 및 박리강도를 향상시키는 효과를 가질 수 있어 선호된다.
상기 고방열 고분자 조성물은 중합 개시제를 포함할 수 있다. 상기 중합 개시제의 구체적인 예로는 유기과산화물, 하이드로 과산화물, 아조화합물, 산화-환원제 또는 유기금속착체를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 유기과산화물 또는 하이드로 과산화물일 수 있다.
상기 유기과산화물 또는 하이드로 과산화물은 열분해 반응으로 라디칼을 형성하는 것으로, 상기 고방열 고분자 조성물을 기재에 도포한 후, 열처리를 통하여 상기 유기과산화물 또는 하이드로 과산화물의 분해를 통해 라디칼을 생성할 수 있다. 상기 고방열 고분자 조성물 내에 생성된 라디칼을 통해 폴리페닐렌옥사이드계 중합체의 말단 비닐기와 불포화 폴리올레핀계 중합체 사이의 경화(가교) 반응이 수행되도록 할 수 있다.
일 예로 상기 유기과산화물은 t-헥실 퍼옥시벤조에이트, 2,5-디메틸-2,5-디( 벤조일퍼옥시) 헥산, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디( 2-t-부틸 퍼옥시이소프로필) 벤젠, 디큐밀퍼옥시드, t-부틸 쿠밀(cumyl) 퍼옥사이드, 디이소프로필벤젠 하이드로퍼옥사이드, 디-(3-메틸벤조일) 퍼옥사이드, 벤조일(3-메틸벤조일) 퍼옥사이드 및 디벤조일 퍼옥사이드에서 하나 또는 둘 이상을 사용가능할 수 있으나 이에 제한받지 않는다.
상기 고방열 고분자 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다.
상기 용매는 용해성 관점에서 고방열 고분자 조성물을 용해시킬 수 있는 용매라면 제한받지 않고 사용될 수 있으며, 비한정적인 예로서 톨루엔, 크실렌 등의 방향족계 용매, 메틸에틸케톤, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논 또는 클로로포름 등이 사용될 수 있으나 이에 제한받지 않는다.
이하 방열 필러에 대해 설명한다.
상기의 방열 필러는 상술한 것과 같이 질화붕소 입자, 알루미나 입자 및 질화붕소 나노튜브를 포함한다.
상기 방열 필러 총 중량 중, 질화붕소 입자는 40 내지 80중량%일 수 있으며, 구체적으로 50 내지 80중량%, 더욱 구체적으로 60 내지 80중량%일 수 있다.
상기 방열 필러 총 중량 중, 알루미늄 입자는 19.9 내지 50중량%일 수 있으며, 구체적으로 19.9 내지 45중량%, 더욱 구체적으로 19.9 내지 40중량%일 수 있다.
상기 방열 필러 총 중량 중, 질화붕소 나노튜브는 0.1 내지 10 중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로 0.1 내지 6중량%, 더욱 구체적으로 1 내지 5 중량%일 수 있다.
구체적으로, 방열 필러는 서로 다른 입자상을 가지는 질화붕소 입자 및 알루미나 입자를 포함함과 동시에 질화붕소 입자 및 알루미나 입자에 비해 일축방향으로 연장된 막대 형상의 질화붕소 나노튜브를 포함함에 따라, 이를 포함하는 고분자 조성물의 열전도도 이방성 특성을 등방성으로 변환시킬 수 있다. 상세하게, 방열 필러는 고분자 조성물이 면 방향(X축 및 y축 방향) 뿐만 아니라, 이와 수직방향(Z축 방향)으로도 우수한 방열 성능을 나타내도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 질화붕소 나노튜브의 중량%가 0.1중량% 미만일 경우, 상기 질화붕소 입자의 적층 현상이 촉진되어 수직방향의 열전도도가 낮아지고, 질화붕소 입자가 고방열 고분자 조성물 내에 불균일하게 분산되어 방열특성이 낮아질 수 있다. 또한 상기 질화붕소 나노튜브의 중량%가 10중량% 초과일 경우, 고방열 고분자 수지 조성물에서 분산의 질화붕소 나노튜브는 분산의 어려움을 가지며, 따라서 상기 고방열 고분자 수지 조성물의 기공이 발생하여 전체적인 열전도도 값이 감소할 수 있다.
상기 질화붕소(boron nitride, BN) 입자는 절연성 세라믹으로, 우수한 절연능 뿐만 아니라 우수한 열전도율을 가질 수 있다. 질화붕소 입자는 다이아몬드 구조를 갖는 c-BN 입자, 흑연 구조를 갖는 h-BN 입자 및 난층 구조를 갖는 a-BN 입자일 수 있으나, 바람직하게는 열전도성, 내식성, 내열성 및 전기절연성이 우수한 육방정계 질화붕소(hexagonal BN, h-BN) 입자일 수 있다.
육방정계 질화붕소 입자는 판상(plate)형으로 구비될 수 있으며, 판상형의 육방정계 질화붕소 입자는 매우 우수한 방열 성능을 나타낼 수 있다. 이 때, 육방정계 질화붕소 입자의 평균 직경은 특별히 한정되지 않으나, 100㎛ 이하, 구체적으로 10㎚ 내지 50㎛, 더욱 구체적으로 70㎚ 내지 30㎛의 일 수 있다.
상기 육방정계 질화붕소 입자의 평균 종횡비는 2 내지 100일 수 있고, 구체적으로 5 내지 50일 수 있다. 이때 종횡비는 판상 입자의 면 방향 최대 장축 직경을 두께로 나눈 값을 의미한다.
상기 알루미나 입자는 α, β, γ, δ, κ, θ 및 χ 등의 결정구조를 가지는 알루미나 입자일 수 있다. 다만, 알루미나 입자는 비교적 구형 또는 유사 구형을 가지는 것이 유리하다. 이와 같은 알루미나 입자는 비교적 높은 절연성 및 열전도도뿐만 아니라, 상술한 판상형의 육방정계 질화붕소 입자와 혼합 시, 질화붕소 입자 간 적층을 억제하여 질화붕소 입자의 분산성을 높일 수 있다. 따라서 질화붕소 입자는 적층되지 않고, 고방열 고분자 수지 내에서 수평, 수직 또는 여러 각도 상으로 존재할 수 있으며, 등방성 열전도도가 구현될 수 있다. 상기 알루미나 입자의 평균 직경은 0.5 내지 100㎛, 상세하게는 1 내지 70㎛일 수 있으나 이에 한정되진 않는다. 또한, 상기 구형의 알루미나의 평균 종횡비는, 0.7 이상일 수 있고, 상세하게는 0.7 내지 1.0으로, 입자의 대부분이 구형 또는 유사 구형의 형상을 가지는 것일 수 있다.
상기 질화붕소 나노튜브는 상술한 질화붕소 입자 및 알루미나 입자와 달리, 일축방향으로 연장된 막대(rod)형 형상을 가진다. 이와 같은 질화붕소 나노튜브를 포함하는 방열필러는 질화붕소 입자 및 알루미나 입자 만을 포함하는 방열필러 보다 수직방향의 열전도도를 더욱 높일 수 있도록 한다. 구체적으로, 판상형의 질화붕소 입자의 적층을 더욱 억제할 뿐만 아니라, 알루미나 입자 간의 응집을 방지하여 고분자 조성물의 열전도도 이방성 특성을 더욱 향상시키며, 수직방향의 열전도도 특성을 극대화시킬 수 있다. 질화붕소 나노튜브의 지름은 5 내지 100nm일 수 있으며, 구체적으로 10 내지 80nm, 더욱 구체적으로 10 내지 50nm일 수 있다. 또한 질화붕소 나노튜브의 입자길이는 20 내지 500nm일 수 있으며, 구체적으로는 30 내지 300nm, 더욱 구체적으로는 50 내지 100nm일 수 있다. 상기 질화붕소 나노튜브의 평균 종횡비는 2 내지 100일 수 있고, 구체적으로 5 내지 50일 수 있으나 이에 제한받지 않는다.
질화붕소 입자, 알루미나 입자 및 질화붕소 나노튜브가 상술한 바와 같은 함량 및 입경을 포함함에 따라 고방열 고분자 조성물 내에 균질하게 분산될 수 있으며, 등방성 열전도도가 구현될 수 있다.
본 발명은 고방열 수지 조성물을 경화하여 제조되는 고방열성 필름을 제공한다. 상기 고방열성 필름은 고방열 수지 조성물을 통상의 방법으로 캐스팅하여 제조된 필름일 수 있고, 필요에 따라 건조 공정이 더 포함될 수 있다.
또한 본 발명은 기재층, 고방열성 필름 및 금속박을 포함하며, 기재층 상에는 고방열성 필름이 위치하며, 고방열성 필름 상에는 금속박이 위치하는 전자회로 기판을 제공한다.
상기 전자회로 기판은 기재층, 고방열성 필름 및 금속박을 포함하며, 기재층 상에는 고방열성 필름이 위치하며, 고방열성 필름 상에는 금속박이 위치할 수 있다.
상기 금속박은 예를 들어 동박이 선택될 수 있다. 금속박에는, 예를 들어 에칭 등에 의해 회로의 배선 패턴이 형성되어 있어도 좋다. 상기 금속박의 두께는 10 내지 100㎛일 수 있으며, 구체적으로 40 내지 100㎛일 수 있으며, 더욱 구체적으로 50 내지 70㎛일 수 있다.
상기 기재층은 도전성 금속일 수 있으며, 구체적으로 알루미늄, 구리, 스테인리스 등 또는 이들 합금 등의 금속판일 수 있다. 또한 상기 기재층은 평판 또는 굽힘 가공한 것도 사용할 수 있다. 상기 기재층의 두께는 0.1 내지 5mm일 수 있으며, 구체적으로 0.5 내지 5mm일 수 있으며, 더욱 구체적으로 1 내지 3mm일 수 있다.
상기 고방열성 필름의 두께는 50 내지 500㎛일 수 있으며, 구체적으로 100 내지 400㎛, 더욱 구체적으로 100 내지 300㎛일 수 있다.
상술한 고방열성 필름은 저유전율 및 고방열성을 가지며, 따라서 이를 포함하는 전자회로 기판은 우수한 내구성을 가질 수 있다.
본 발명은상기 고방열 고분자 조성물로부터 제조되는 고방열 성형품을 제공한다.
상기 고방열 성형품은 ASTM E1461에 따른 열전도도가 6.0W/m·k 이상일 수 있다. 이에 따라 상기 고방열성 필름은 전자회로 기판의 소재로 바람직하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 들어 설명한다. 즉, 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이다. 그러나 본 발명의 실시예가 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
<측정방법>
1. 열전도율 측정
ASTM E1461의 규격으로 측정하였으며, 열전도율은 측정법의 방법으로 열확산율, 비열 및 밀도를 구하고, 하기식의 연산을 행함으로써 산출하였다. 대기압에서 측정하였으며, 열전도율은 온도 파열 분석법에 의해, 실온에서 측정하였다. 측정 장치로서는, 아이 페이즈 사제의 아이-페이즈 모바일(ai-Phase Mobile)을 사용하였으며, 밀도는 아르키메데스법을 사용하여 측정하였다.
열전도율=열확산율×비열× 밀도
실시예 1 내지 3 : 방열 필러를 포함하는 고방열성 필름 제조
하기 표 1의 조성물의 함량으로 고방열 고분자 조성물을 제조 하였다.
톨루엔 용매(500g)에 스티렌-말단치환된 폴리페닐렌옥사이드(MW: 20,000g/mol, Styrene-terinated PPO, 합성 소재) 및 폴리부타디엔(MW: 5,000g/mol, PB, Sigma-aldrich) 24:6으로 용해하고, 추가적으로 t-헥실퍼옥시벤조에이트를 용해하였다.
상기 제조된 용액에 Al2O3 입자(스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤제, 스미코램덤 AA-0.3), h-질화붕소(Sigma-Aldrich사) 및 질화붕소 나노튜브(Merck사)를 첨가 후, 5분간 교반하여 고방열 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)상에 도포 한 후, 열경화 온도는 40℃에서 가온하였으며, 105 ℃에서 5 시간동안 진공 건조하여 고방열성 필름을 제조하였다.
제조된 고방열성 필름은 10mm×10mm×0.1mm(가로×세로×두께)으로 재단하여, 상기에 상술한 열전도율 측정을 하여, 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 1: 질화붕소 나노튜브를 포함하지 않는 방열성 필름 제조
상기 실시예 1에서 질화붕소 나노튜브를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
비교예 2: h-질화붕소를 포함하지 않는 방열성 필름 제조
상기 실시예 1에서 h-질화붕소를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
비교예 3: Al
2
0
3
입자를 포함하지 않는 방열성 필름 제조
상기 실시예 1에서 Al2O3 입자를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
| 고분자 바인더 | h-질화붕소 (중량%) |
질화붕소 나노튜브 (중량%) |
Al2O3 (중량%) |
|
| (SPPO:PB) (중량%) |
||||
| 실시예 1 | 24:6 | 45 | 1 | 24 |
| 실시예 2 | 24:6 | 50 | 2 | 18 |
| 실시예 3 | 24:6 | 42 | 3 | 25 |
| 비교예 1 | 24:6 | 40 | 0 | 30 |
| 비교예 2 | 24:6 | 0 | 3 | 67 |
| 비교예 3 | 24:6 | 67 | 3 | 0 |
| 밀도 (g/cm2) |
비열 | 열 확산율 (mm2/s) |
열전도율 (W/mk) |
|
| 실시예 1 | 1.765 | 1.16 | 3.649 | 7.470 |
| 실시예 2 | 1.733 | 1.16 | 3.043 | 6.116 |
| 실시예 3 | 1.788 | 1.16 | 3.043 | 6.809 |
| 비교예 1 | 1.736 | 1.16 | 1.665 | 4.343 |
| 비교예 2 | 1.732 | 1.16 | 1.763 | 3.443 |
| 비교예 3 | 1.759 | 1.16 | 1.792 | 4.511 |
상기 표 2의 실시예 1 내지 3의 샘플 모두 열전도율 값이 6.0W/m·k 이상, 열 확산율은 3.0mm2/s 이상으로 확인되었다. 이는 상기 고방열성 필름에 질화붕소, 질화붕소 나노튜브 및 Al2O3가 모두 포함됨에 따라 발생되는 현저한 효과이다.
이에 반해, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 경우, 상기 실시예 1에서 각각 질화붕소 나노튜브, h-질화붕소 또는 Al2O3가 포함되지 않음에 따라 상기 필름들의 경우 열전도율 및 열 확산율이 모두 감소한 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 고방열 고분자 조성물이 육방정계 판상 화합물 형태의 h-질화붕소, 긴 막대모양의 질화붕소 나노튜브 및 전도성이 우수한 Al2O3의 입자가 모두 포함되어 혼합됨에 따라, 각 조성물이 적층되는 것을 억제하여 분산성이 향상되며, 특히 상기 고방열 고분자 조성물이 모든 입방축의 열전도율이 증가하여 효과적으로 구리도선의 열을 방열할 수 있음을 시사한다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (15)
- 고분자 바인더 및 방열 필러를 포함하며,
상기 방열 필러는 질화붕소 입자, 알루미나 입자 및 질화붕소 나노튜브를 포함하는, 고방열 고분자 조성물로서,
상기 질화붕소 입자는 육방정계 질화붕소입자이고,
상기 고분자 바인더는 폴리옥사이드계 중합체 및 불포화 폴리올레핀계 중합체를 포함하고,
상기 폴리옥사이드계 중합체는 말단기가 스티렌기로 치환된 폴리페닐렌옥사이드계 중합체이고,
상기 방열필러는 총 중량 중 질화붕소 나노튜브가 0.1 내지 10 중량%로 포함되는 것인 고방열 고분자 조성물. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 고방열 고분자 조성물은 고분자 바인더 10 내지 50 중량% 및 방열 필러 50 내지 90 중량%를 포함하는, 고방열 고분자 조성물. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 고방열 고분자 조성물은 중합 개시제를 더 포함하는, 고방열 고분자 조성물. - 제1 항, 제6 항 및 제8 항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 고방열 고분자 조성물을 경화하여 제조되는 고방열성 필름.
- 기재층;
상기 기재층 상에 위치하는 제9항에 따른 고방열성 필름; 및
상기 고방열성 필름 상에 위치하는 금속박;
을 포함하는 전자회로 기판. - 제 10항에 있어서,
상기 금속박은 동박인, 전자회로 기판. - 제 10항에 있어서,
상기 기재층은 도전성 금속인, 전자회로 기판. - 제1 항, 제6 항 및 제 8항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 고방열 고분자 조성물로부터 제조되는 고방열 성형품.
- 제 13항에 있어서,
상기 성형품은 ASTM E1461에 따른 열전도도가 6.0W/m·k 이상인 고방열 성형품. - 제 13항에 있어서,
상기 성형품은 저유전성 전자회로기판인, 고방열 성형품.
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