[논문]고방열 절연시트의 기술개발 동향

유명재; 박성대; 임호선; 이우성

doi:10.6117/kmeps.2012.19.1.009

고방열 절연시트의 기술개발 동향
Review of Technology Development of High Heat Dissipative Insulating Sheet 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.19 no.1, 2012년, pp.9 - 16

유명재 , 박성대 , 임호선 , 이우성

Abstract ▼ AI-Helper

Currently due to increasing integration of various electronic devices and need of multi-functions, more and more heat is produced and for electronic devices to achieve maximum performance with optimum life time, heat dissipation is critical. A solution to such problems is use of high heat dissipative insulating sheet. In this paper status of current products are introduced and several technology aspects to meet the demand of increased heat dissipation needs is introduced.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

고방열 절연시트와 관련하여 국내외의 기술개발 동향을 살펴보았다. 고방열 절연시트의 제조에 있어서 종래에는 고방열 세라믹 필러를 고충진하여 열전도도를 높이는 연구가 많았다.
고방열 절연시트의 소재 성분을 살펴보면 고열전도성 필러 소재와 고분자 소재가 혼합된 복합 소재가 대부분이다. 복합 소재를 사용하는 이유는 고분자 소재의 우수한 접착력과 무기 필러 소재의 높은 열전도도 특성을 혼합하여 각 소재의 장점을 살리고자 함이다.
이 중 patternable material은 절연성과 고열전도성을 동시에 가져야하는 소재로서, 고열전도성을 가진 금속이나 흑연을 필러로 사용하기 어렵기 때문에 열전도도를 높이는데 큰 어려움을 나타낸다. 본고에서는 metal PCB 제조기술의 핵심소재인 고방열 절연시트의 개발에 있어서의 일반적인 제조기술의 동향과 더불어, 필러 배향을 이용한 고방열화 기술, 액정성 수지 소재를 이용한 고방열화, 필러 표면처리를 이용한 고방열화 등 새롭게 대두되고 있는 신기술의 동향을 알아보고자 한다.

제안 방법

11(a)). 산화철 코팅된 BN 파우더와 polysiloxane prepolymer 를 균일하게 혼합하여 필름으로 코팅하고 10 T의 자기장을 인가하여 인가 방향을 따라 입자가 배향된 열전도 시트를 구현하였다. Fig.
에폭시 수지 중에서의 고도의 필러의 배향 기술과 충전 기술을 조합하는 것으로, 높은 열전도율과 절연성을 겸비한, 지금까지 없는 유·무기‚ 복합재료를 개발했다.
흑연 시트는 열전도율로 40~90 W/m·K로 금속과 같은 수준의 뛰어난 고열전도율과 저열저항치를 실현하였다.

대상 데이터

에폭시 수지 중에서의 고도의 필러의 배향 기술과 충전 기술을 조합하는 것으로, 높은 열전도율과 절연성을 겸비한, 지금까지 없는 유·무기‚ 복합재료를 개발했다. 필러로는 육방정 질화붕소(h-BN)를 이용했다.

성능/효과

또한 액정성 에폭시 네트워크의 열확산 계수(thermal expansion coefficient), 저장 탄성률(storage modulus) 과 같은 thermomechanical 특성 은 자기장에 의해 배향된 이방성 메소겐기에 기인하여 수직 방향이 수평 방향에 비해 상당히 향상된 특성을 가진다. 실용적인 관점에서 자기장을 낮추는 연구를 진행한 결과 0.7 T 이상의 자기장이면 메소겐기의 배향을 충분히 이루는 것으로 확인하였다.¹³⁾
3 W/m·K의 열전도도를 가지며, 세라믹 충전재를 혼합하는 경우 약 2 W/m·K의 열전도도를 가지고 있다. 절연층의 두께가 두꺼울수록 방열 성능은 크게 저하되지만 내전압성은 증가하게 되며, 같은 두께에서는 절연층의 열전도도가 증가하면 방열 성능은 급격하게 좋아져서 계면온도(junction temperature) 가 크게 낮아지는 결과를 보인다(Fig. 4). 따라서 절연특성이 우수하면서도 높은 열전도도를 가지는 고방열 복합소재 개발은 방열 성능 향상에 있어 매우 중요하면서도 핵심적인 요소이므로 반드시 개발해야할 필요가 있으며, 그 핵심 요구조건은 다음과 같다.
코팅된 BN의 함량을 5~30 vol %로 조절하면서 열전도 특성을 평가한 결과 전반적으로 배향된 시트가 배향되지 않은 시편에 비해 높은 열전도도의 값을 보이는 것을 확인할 수 있으며, 20 vol % 배합에서 열전도도가 0.25 W/m·K 까지 상승하였다.

후속연구

또한 10 T의 높은 자기장을 사용하여야 한다는 점은 산업적인 생산성 측면에서 부정적인 역할을 한다. 따라서 자기장을 이용한 배향 기술은 1 T 이하의 낮은 자기장에 응답할 수 있는 고열전도율 소재를 개발하고, 이를 효과적으로 고분자 매트릭스 내부에서 균일하게 배향시키는 방향으로 나아가야 할 것이다.
그러나 고충진에 의한 동박 접합력의 저하나 점성 증가에 의한 성형성의 악화 등의 단점을 극복하기 위하여 새로운 기술적 접근이 시도되기 시작하였으며, 일본에서는 이와 관련한 결과물들이 이미 보고되고 있다. 수지 구조의 제어를 통한 고열전도화, 전기장이나 자기장을 이용한 필러의 배향 기술 등 아직 해결해야할 문제가 많은 새로운 기술들에 있어서는 아직 상용화가 이루어지고 있지 않았기 때문에 신속한 접근을 통하여 핵심 기술을 선점할 필요가 있으며, 이러한 기술의 확보는 고방열 절연시트의 한계를 극복할 방안으로 향후 크게 주목받을 것으로 기대된다.
아직까지는 기존의 열전도도 특성이 우수한 필러를 고충진화하여 만든 고방열 절연 복합 재료보다는 더 특성이 우수한 보고 사례는 없지만 향후 적은 필러 양을 활용하여 이방성 구조를 만드는 연구가 더 진행됨에 따라 우수한 열적 특성을 구현하면서 기타 요구 특성과 필러의 사용량을 줄임으로서 저가격화도 달성할 것으로 기대되고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Metal PCB(MCPCB)는 무엇인가?	Metal PCB(MCPCB)는 열전도성이 좋은 금속기판을 이용한 인쇄회로기판으로서, 일반적인 단층 PCB의 구조와 유사하나, 기존 FR-4 등의 PCB 와는 다른 소재로 이루어져 사용 방법이나 공정 적용에 있어 다른 특성을 보이는 소재이다.3) Fig.
	고방열 복합소재 개발의 핵심 요구 조건은?	- 높은 열전도성 - 계면의 낮은 열저항 - 높은 접착력 - 우수한 절연성
	현재 사용이 가능한 Metal PCB 제품은?	현재 상용으로 사용이 가능한 Metal PCB는 Bergquist 사의 Insulated Metal Substrate(using Thermal Clad)와 Laird Technologies 사의 T-Preg, T-Lam, T-Clad, Denka 사의 HITTPlate Boards, 그리고 TT Electronics 사의 Anotherm Board 등이 있으며, 이 중 앞의 세 가지 기판들은 열전도도가 좋은 입자들을 충전재로 사용하는 절연층을 가지고 있다.

참고문헌 (22)

E. J .Hahm, W. I .Son and J .M. Hong, "Fabrication of Microheat sinks using nanotemplate", J.Microelectron.Packag.Soc, 10(1), 7 (2003).
W. S. Lee, Y. W. Ko and C. S. Yoo, "A study on the thermal behaviour of via design in the ceramic package", J.Microelectron. Package.Soc, 10(1), 39 (2003).
W. K. C. Yung, "Using Metal Core Printed Circuit Board (MCPCB) as a Solution for Thermal Management", Journal of the HKPCA, No.24, Q2 (2007).
Denka Ltd, 2012 from www.denka.co.jp/eng/denzai/product/2.html
Lairdtech, 2011 from http://lairdtech.thomasnet.com/category/ thermally-conductive-pcb-materials?&plpver10
Bergquits, 2011 from www.bergquistcompany.com/thermal_ substrates/index.htm
Doosan, 2011 from http://www.doosan.com/dse/kr/products/
Coresem, 2011 from www.coresem.com
T. Kato, T. Nagahara, Y. Agari and M. Ochi, "High thermal conductivity of polymerizable liquid-crystal acrylic film having a twisted molecular orientation", J. Polym. Sci., B, 44, 1419 (2006).

상세보기
K. Fukushima, H. Takahashi, Y. Takezawa, M .Hattori, M. Itoh and M. Yonekura, "High thermal conductive epoxy resins with controlled high order structure", 2004 Annual Conf. Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, at Boulder, Colorado USA pp.340, (2004).
Y. Ohki, "Development of Epoxy Resin Composites with High Thermal Conductivity", IEEE Electrical Insulation Magazine, 26(1), 48 (2010).

상세보기
대한민국 공개특허공보 10-2004-0096419, "열전도성 에폭시 수지 성형체 및 이의 제조방법"
M. Harada, M. Ochi, M. Tobita, T. Kimura, T. Ishigaki, N. Shimoyama and H. Aoki, "Thermal-conductivity properties of liquid-crystalline epoxy resin cured under a magnetic field", Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, 41, 1739 (2003).

상세보기
H. B. Cho, Y. Tokoi, S. Tanaka, H. Suematsu, T. Suzuki, W. Jiang, K. Niihara and T. Nakayama, "Modification of BN nanosheets and their thermal conducting properties in nanocomposite film with polysiloxane according to the orientation of BN", Compos. Sci. Technol., 71, 1046 (2011).

상세보기
J. Hone, M. C. Liagno, N. M. Nemes, A. T. Johnson, J. E. Fischer, D. A. Walters, M. J. Casavant, J. Schmidt and R. E. Smalley, "Electrical and thermal transport properties of magnetically aligned single wall carbon nanotube films", Appl. Phys. Lett., 77, 666 (2000).

상세보기
H. Morgan and N. G Green, "AC Electrokinetics : colloids and nanoparticles", Research studies Press Ltd, (2003).
일본 공개특허공보, JP19970321185A2, "열전도성 고분자 쉬트의 제법"
일본 공개특허공보, 특개 2010-114421, "열전 시트 및 그 열전도 시트의 제조 방법"
유럽 공개 특허 EP 0944098B1, "Thermally conductive electrical insulating composition"
Hitachi Chemical, 2012 from www.hitachi-chem.co.jp/ english/information/2009/n_090623.html
K. Myata, T. Yamagata and T. Adschiri., "Effect of Filler Orientation on the Thermal Conductivity in Composites" Proc. The 30th Japan Symposium on Thermophysical Properties, at Denkoku-no mori p.136-138, (2009).
일본 공개특허공보, 특개 2010-260225, "열전 성형체와 그 용도"

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