(57)【要約】  厚さ方向の熱伝導度に優れた複合黒鉛放熱材及びその製造方法について開示する。本発明による複合黒鉛放熱材は、厚さ方向へ圧縮された膨張黒鉛マトリクスと、前記圧縮された膨張黒鉛マトリクスの内部の空隙に充填され、密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子と、を含むことを特徴とする。
2016522151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向へ圧縮された膨張黒鉛マトリクスと、
前記圧縮された膨張黒鉛マトリクスの内部の空隙に充填され、密度が１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子と、を含み、
前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子が、前記膨張黒鉛マトリクス及び前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の全体重量の５〜５０重量％で含まれることを特徴とする複合黒鉛放熱材。
【請求項２】
前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の粒径が０．０１〜０．２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の複合黒鉛放熱材。
【請求項３】
（ａ）膨張黒鉛を圧縮加工して密度が１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子を形成する段階と、
（ｂ）膨張黒鉛と前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子とを混合して複合黒鉛を形成する段階と、
（ｃ）前記複合黒鉛を圧縮成型する段階と、を含み、
厚さ方向へ圧縮された膨張黒鉛マトリクス及び前記圧縮された膨張黒鉛マトリクスの内部の空隙に充填された高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子を含み、前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子が、前記膨張黒鉛マトリクス及び前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の全体重量の５〜５０重量％で含まれることを特徴とする複合黒鉛放熱材の製造方法。
【請求項４】
前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の粒径が、０．０１〜０．２μｍであることを特徴とする請求項３に記載の複合黒鉛放熱材の製造方法。
【請求項５】
前記（ｃ）段階の圧縮成型は、ローラー圧延方式で行われることを特徴とする請求項３に記載の複合黒鉛放熱材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒鉛放熱材製造技術に関し、より詳しくは、高密度で圧縮加工された膨張黒鉛粒子を含む複合黒鉛放熱材及びその製造方法に関する。
本出願は、２０１３年５月２９日出願の韓国特許出願第１０−２０１３−００６１２１７号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
コンピューター、ノートブックコンピューター、タブレットＰＣ、携帯電話機、ディスプレイパネルなどの各種電子製品に含まれた集積回路や発光素子の駆動時、多い熱が発生する。
【０００３】
このような熱は、適切な放熱手段によって外部へ放出すべきである。そうでない場合、過度な温度上昇によって電子製品の信頼性及び耐久性の低下をもたらし得る。
放熱素材としては、熱伝導性に優れた金属や黒鉛が用いられている。これらの放熱素材のうち黒鉛の場合、軽量化、製造費用の節減などの理由で最近多くの製品の放熱手段として適用されている。
【０００４】
一般に黒鉛放熱材の場合、剥離した天然黒鉛がそのまま圧縮成型されて製造され、シーツまたはガスケットの形態を有する。
【０００５】
なお、圧縮成型された天然黒鉛は、異方性配列を有するようになる。これによって、放熱材の面方向へは熱伝導度が非常に高いが、放熱材の厚さ方向へは熱伝導度があまり高くないという問題点がある。
【０００６】
本発明に係わる背景技術には、韓国登録特許公報第１０−０７５５０１４号（２００７．０８．２８．登録）に開示の熱伝導性粘着剤が塗布されたグラファイト放熱シーツの製造方法及びそれによって製造されたグラファイト放熱シーツがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、放熱材の面方向への熱伝導度に優れ、かつ放熱材の厚さ方向への熱伝導度が向上して全体的に熱伝導特性に優れた黒鉛放熱材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を達成するため、本発明の実施例による放熱材製造用複合黒鉛は、膨張黒鉛と、密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子と、が混合されていることを特徴とする。
【０００９】
この際、前記複合黒鉛は、前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の密度が０．１〜２．２ｇ／ｃｍ３であることが望ましい。
【００１０】
また、前記複合黒鉛は、前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子が、前記膨張黒鉛及び前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の全体重量の５〜５０重量％で含まれることが望ましい。
また、前記複合黒鉛は、前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の粒径が０．０１〜０．２μｍであることが望ましい。
【００１１】
前記課題を達成するため、本発明の実施例による複合黒鉛放熱材の製造方法は、（ａ）膨張黒鉛を圧縮加工して密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子を形成する段階と、（ｂ）膨張黒鉛と前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子とを混合して複合黒鉛を形成する段階と、（ｃ）前記複合黒鉛を圧縮成型する段階と、を含むことを特徴とする。圧縮成型は、ローラー圧延などの方式で行われ得る。
【００１２】
前記課題を達成するため、本発明の実施例による複合黒鉛放熱材は、厚さ方向へ圧縮された膨張黒鉛マトリクスと、前記圧縮された膨張黒鉛マトリクスの内部の空隙に充填され、密度が１．０ｇ／ｃｍ３以上の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子と、を含むことを特徴とする。
また、前記課題を達成するため、本発明の実施例による複合黒鉛放熱材は、 厚さ方向へ圧縮された膨張黒鉛マトリクスと、前記圧縮された膨張黒鉛マトリクスの内部の空隙に充填され、密度が１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子と、を含み、前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子が、前記膨張黒鉛マトリクス及び前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の全体重量の５〜５０重量％で含まれることを特徴とする。
【００１３】
また、前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の粒径は、０．０１〜０．２μｍであり得る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による複合黒鉛放熱材の場合、圧縮された膨張黒鉛マトリクスの内部の空隙を、同一の黒鉛材質の高密度圧縮加工された膨張黒鉛を満した結果、厚さ方向の熱伝導度を大幅向上させ、高い放熱性を得ることができる。
【００１５】
したがって、本発明による黒鉛放熱材の場合、電子製品の発熱面を介して伝達される熱を、放熱材の面方向のみならず厚さ方向へも速く伝導することで、優れた放熱効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例による複合黒鉛放熱材が発熱面に付着された例を示す図面である。
【図２】本発明の実施例による複合黒鉛放熱材の概略図である。
【図３】本発明の実施例１〜３及び比較例１によって製造された複合黒鉛放熱材の放熱性を測定するための装置を示す図面である。
【図４】図３のテストプラットホーム内に配置される熱源を拡大して示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の利点及び特徴、並びにそれを達成する方法は、添付の図面とともに詳しく後述する実施例を参照すれば、明確となるであろう。しかし、本発明は以下に開示する実施例に限定されず、互いに異なる多様な形態に具現され、ただ本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書全体に亘った同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。
【００１８】
以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施例による高密度圧縮加工膨張黒鉛を含む複合黒鉛放熱材及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施例による複合黒鉛放熱材が発熱面に付着された例を示す。
【００２０】
図１を参照すれば、本発明による複合黒鉛放熱材１１０は、シーツ、ガスケット、または立体の形状などを有し、電子製品などの発熱面１０１に付着されて用いられる。図１において、Ａは放熱材の面方向を示す、Ｂは放熱材の厚さ方向を示す。
【００２１】
図２は、本発明の実施例による複合黒鉛放熱材の概略図である。
【００２２】
図２を参照すれば、本発明による複合黒鉛放熱材１１０は、膨張黒鉛マトリクス２１０及び前記膨張黒鉛マトリクス２１０の粒子間空隙２１５の内部に充填される高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子２２０を含む。
【００２３】
膨張黒鉛マトリクス２１０は、密度が約０．００２５〜０．０１２５ｇ／ｃｍ３の通常の膨張黒鉛が所定の間隔に整列してマトリクス配列を成すように形成されたものであって、複合黒鉛放熱材１１０を圧縮成型する過程で最終的に図２に示したように各粒子が厚さ方向へ平たく圧縮された形態に形成される。
【００２４】
高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子２２０は、膨張黒鉛マトリクス２１０の内部の空隙２１５に充填される。
【００２５】
前記膨張黒鉛マトリクス２１０が厚さ方向へ圧縮される場合、膨張黒鉛マトリクス２１０を成す膨張黒鉛粒子の間には空隙２１５が形成され、このような空隙は厚さ方向の熱伝導特性を阻害する要因となる。これによって膨張黒鉛の圧縮成型によって形成された放熱材の場合、放熱材の面方向Ａへの熱伝導度は約２３０Ｗ／ｍＫ以上であるのに対し、放熱材の厚さ方向Ｂへの熱伝導度は約５Ｗ／ｍＫ以下に過ぎないと知られている。このことから、本発明においては膨張黒鉛マトリクスに用いられる膨張黒鉛と物理的、化学的に完全同一の黒鉛材質であり、かつ高密度で圧縮加工された膨張黒鉛粒子２２０が膨張黒鉛マトリクス２１０内部の空隙を満たす複合構造を有する。
【００２６】
このような高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子２２０が膨張黒鉛マトリクス２１０の内部の空隙２１５に充填され、厚さ方向への熱伝導特性が向上できる。特に、高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子２２０がマトリクス２１０の材質と同一の黒鉛材質であることで、高分子または他の炭素系粒子を充填したものに比べ、より高い厚さ方向への熱伝導度を示すことができる。
【００２７】
高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子２２０は、膨張黒鉛を約８〜４００倍圧縮したものであって、等方性黒鉛に近い。等方性黒鉛の場合、密度が１．７５ｇ／ｃｍ３の場合、熱伝導度が８０Ｗ／ｍｋであるのに対し、密度が１．８５ｇ／ｃｍ３の場合、１６０Ｗ／ｍｋであって、密度の増加につれ熱伝導度が大幅増加する傾向がある。
【００２８】
このような点で、本発明においては高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子２２０として密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上のものに制限した。高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子２２０は、密度が０．１ｇ／ｃｍ３未満の場合、厚さ方向の熱伝導度の向上効果が多少充分でないことがある。ただ、２．２ｇ／ｃｍ３を超過する超高密度で高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子を製造するためには、過多の圧縮加工が要求され粒子の製造費用が過多に増加するため、前記高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の密度が  ０．１〜２．２ｇ／ｃｍ３であることがより望ましい。
【００２９】
この際、高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子は、黒鉛マトリクス及び高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の全体重量の５〜５０重量％で含まれることが望ましい。高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の量が５重量％未満の場合は、マトリクスの内部の空隙を充分満たせず厚さ方向の熱伝導度の向上効果が十分でないことがある。これに対し、高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の量が５０重量％を超過する場合は、安定的な生産性及び器具的信頼性に乏しい結果が得られることがある。
【００３０】
なお、高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子は、０．０１〜０．２μｍの粒径を有することが望ましい。高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の粒径が０．２μｍを超過する場合、空隙に入れなくなることがあり、高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子の粒径が０．０１μｍ未満の場合、粒子の製造費用が過多に増加し得る。
【００３１】
本発明による複合黒鉛放熱材の場合、膨張黒鉛マトリクス内部の空隙を高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子を用いて最小化することで、放熱材の面方向の熱伝導度のみならず、放熱材の厚さ方向の熱伝導率をともに向上させることができる。
【００３２】
したがって、本発明による複合黒鉛放熱材の場合、各種電子製品の印刷回路基板（ＰＣＢ）の各種集積回路の上端や、表示装置の光源から発生する熱をパネルと機構物であるケースに直・間接に接触することで熱を拡散させるとき、放熱部材として有用に活用可能である。
【００３３】
前記のような厚さ方向へ圧縮された膨張黒鉛マトリクスと、マトリクスの内部に充填される高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子と、を含む構造の複合黒鉛放熱材は、膨張黒鉛と、密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子とが混合している複合黒鉛から製造することができる。
【００３４】
より具体的に、本発明による複合黒鉛放熱材の製造方法は次のようである。まず、膨張黒鉛を約８〜５００倍に圧縮加工し、密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上の高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子を形成する。次に、膨張黒鉛と高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子とを混合し、複合黒鉛を形成する。その後、複合黒鉛を厚さ方向へ圧縮成型する過程を含む。圧縮成型は、約１００ＭＰａ以上の加圧力で行われ得、金型の形態に応じて立体加工となり得る。また、圧縮成型はローラー圧延方式で行われ得る。
【００３５】
実施例
以下、本発明の望ましい実施例を挙げて本発明の構成及び作用をより詳しく説明する。但し、これは本発明の望ましい例示であるだけで、如何なる意味からもこれによって本発明が限定されると解釈されてはならない。ここに記載しない内容は、この技術分野における熟練者であれば、技術的に十分類推できるため、その説明を省略する。
【００３６】
１．複合黒鉛の製造
表１のように、膨張黒鉛に高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子を混合し、複合黒鉛を製造した。膨張黒鉛は、密度０．００８ｇ／ｃｍ３のものを用い、高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子は、密度１．０ｇ／ｃｍ３のものを用いた。
【００３７】
【表１】
2016522151.tif 000003
【００３８】
２．複合黒鉛放熱材の製造
実施例１〜３及び比較例１による複合黒鉛を金型に入れ、２００ＭＰａの加圧力で厚さ１．５ｍｍとなるように圧縮成型することで、シーツ状の複合黒鉛放熱材を製造した。
【００３９】
３．放熱性の評価
実施例１〜３によって製造された複合黒鉛放熱材の放熱性及び比較例１によって製造された黒鉛放熱材の放熱性を、図３に示した装置で測定した。図４は、図３のテストプラットホーム内に配置された熱源を拡大して示した図面である。
【００４０】
放熱性テストの条件を表２に示した。
【００４１】
【表２】
2016522151.tif 000004
【００４２】
放熱性の評価結果を表３に示した。
【００４３】
【表３】
2016522151.tif 000005
【００４４】
表３を参照すれば、高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子が含まれていない比較例  １による黒鉛放熱材の場合、初期放熱性（第１区間）に対し、後期放熱性（第  ６区間）が３．９１％維持された。
【００４５】
しかし、高密度圧縮加工膨張黒鉛粒子が含まれた実施例１〜３による複合黒鉛放熱材の場合、比較例１に比べて全体的に後期放熱性が向上し、特に実施例  ３は、比較例１に比べて１８７％に増加した後期放熱性を示した。
【００４６】
以上、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明は前記実施例によって限定されず、互いに異なる多様な形態に変更可能であり、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者は、本発明の技術的事項や必須的な特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施可能であることを理解できるであろう。
【００４７】
したがって、以上で記述した実施例はすべての面から例示的なものであって、限定的に解釈されてはならない。
【符号の説明】
【００４８】
１０１    発熱面
１１０    複合黒鉛放熱材
２１０    厚さ方向へ圧縮された膨張黒鉛
２１５    空隙
２２０    高密度圧縮加工膨張黒鉛
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016522151.tif 000008
【図４】
2016522151.tif 000009
【国際調査報告】
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