[논문]AlN 분말을 이용한 방열 Sheet의 제조와 그 특성

김상문; 이석문

doi:10.4313/jkem.2012.25.6.431

AlN 분말을 이용한 방열 Sheet의 제조와 그 특성
Preparation and Characteristics of Heat-releasing Sheet Containing AlN(alunimum nitride) Powder 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.25 no.6, 2012년, pp.431 - 434

김상문 (아셈) , 이석문 ((주)수퍼나노텍)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, heat-releasing sheets made of AlN powder and acryl binder as thermoset were prepared using tape casting method. The crystal structure and morphology, the thermal properties as nonvolatile solid content and thermal conductivity, and the surface resistance of heat-releasing sheet were measured by using X-ray diffractometer, field emission-scanning electron microscopy, thermo gravimetric analyzer and laser flash instrument, and surface resistance meter. It was proved that thermal conductivity is greatly affected by the content of binder in heat-releasing sheet. Superior thermal conductivity above 3.5 W/mK and suface resistance were obtained at heat-releasing sheet with above 90% of AlN powder.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 AlN 분말을 이용한 방열 시트를 제작 하여 방열시트의 구조분석, 열전도 특성 및 전기 저항 특성을 평가하였다. 그 결과 사용된 AlN 분말은 1∼3 ㎛의 크기를 갖는 hexagonal형 AlN 분말인 것이 확인되었고 방열시트에서 바인더 함량을 줄이고 반면에 85%에서 92%로 AlN 함량을 증가시켰을 경우 방열시트의 미세구조에 변화가 생기면서 열전도 특성이 3.
본 연구에서는 방열특성이 우수한 AlN 분말을 이용한 방열 시트를 제작하여 방열시트의 특성을 평가 하였다.

제안 방법

AlN 분말을 열가소성 아크릴계 바인더와 메칠셀루솔브와 톨루엔을 첨가하여 소정의 비로 혼합 후 3 roll mill을 이용하여 분산시켜 paste를 제조하였다. 그리고 tape casting 방법으로 실리콘 이형제가 도포된 PET 필름 위에 두께 1 mm로 도포 후 105℃에서 1시간 건조시켜 PET 필름에서 도포된 층을 떼어낸 후 2장의 도포층을 포개어 70 pascal 150℃에서 30초 압착하여 두께 1 mm의 방열 시트를 제작하였다. 제작된 방열시트에 대하여 Rigaku사의 X선 회절 분석기 SWXD (X-MAX/2000-PC)를 이용하여 결정상 동정을 시도하였으며, JEOL사 전자현미경 JSM-6701F를 이용하여 방열 시트의 미세 구조 분석을 시도하였고 TA Instrument사의 열분석기 Auto-TGA Q500으로 방열시트의 가열감량 특성을 평가하였고, Netzsch사의 열전도 측정기 LFA 447을 이용하여 방열시트의 열전도도를 측정하고, Vermason사의 H780을 이용하여 방열시트의 표면 전기저항 특성을 평가하였다.
그리고 tape casting 방법으로 실리콘 이형제가 도포된 PET 필름 위에 두께 1 mm로 도포 후 105℃에서 1시간 건조시켜 PET 필름에서 도포된 층을 떼어낸 후 2장의 도포층을 포개어 70 pascal 150℃에서 30초 압착하여 두께 1 mm의 방열 시트를 제작하였다. 제작된 방열시트에 대하여 Rigaku사의 X선 회절 분석기 SWXD (X-MAX/2000-PC)를 이용하여 결정상 동정을 시도하였으며, JEOL사 전자현미경 JSM-6701F를 이용하여 방열 시트의 미세 구조 분석을 시도하였고 TA Instrument사의 열분석기 Auto-TGA Q500으로 방열시트의 가열감량 특성을 평가하였고, Netzsch사의 열전도 측정기 LFA 447을 이용하여 방열시트의 열전도도를 측정하고, Vermason사의 H780을 이용하여 방열시트의 표면 전기저항 특성을 평가하였다.

대상 데이터

AlN 분말을 열가소성 아크릴계 바인더와 메칠셀루솔브와 톨루엔을 첨가하여 소정의 비로 혼합 후 3 roll mill을 이용하여 분산시켜 paste를 제조하였다. 그리고 tape casting 방법으로 실리콘 이형제가 도포된 PET 필름 위에 두께 1 mm로 도포 후 105℃에서 1시간 건조시켜 PET 필름에서 도포된 층을 떼어낸 후 2장의 도포층을 포개어 70 pascal 150℃에서 30초 압착하여 두께 1 mm의 방열 시트를 제작하였다.

성능/효과

본 연구에서는 AlN 분말을 이용한 방열 시트를 제작 하여 방열시트의 구조분석, 열전도 특성 및 전기 저항 특성을 평가하였다. 그 결과 사용된 AlN 분말은 1∼3 ㎛의 크기를 갖는 hexagonal형 AlN 분말인 것이 확인되었고 방열시트에서 바인더 함량을 줄이고 반면에 85%에서 92%로 AlN 함량을 증가시켰을 경우 방열시트의 미세구조에 변화가 생기면서 열전도 특성이 3.5 W/mK 이상으로 증가하였고 표면전기 저항은 모두 10¹² Ω으로 나타난 결과를 얻었다. 이로써 AlN 분말을 방열시트에 적용할 경우 우수한 방열특성을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
그림 2는 방열 시트에 대하여 X선 회절 분석한 것을 나타낸 결과이다. 그 결과, 측정된 회절 peak와 hexagonal AlN의 결정면에서의 회절 peak가 일치하는 것으로 보아 방열 시트에서는 hexagonal AlN 분말이 사용된 것으로 확인되었다.
5 W/mK 이상으로 증가하였고 표면전기 저항은 모두 10¹² Ω으로 나타난 결과를 얻었다. 이로써 AlN 분말을 방열시트에 적용할 경우 우수한 방열특성을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
무기 고형분의 함량이 92%일 경우 평면사진 (e)에서는 평면사진 (a), (c) 보다 훨씬 더 뚜렷하게 입자들의 형상과 입자들 간의 경계가 보이며 단면사진 (d) 에서도 입자들 간의 형상과 경계가 (b), (d) 보다 더 명확하게 나타나고 있음을 볼 수 있다. 이처럼 무기고형분 함량이 증가함에 따라 입자들의 형상과 경계가 뚜렷하게 나타나는 이유는 방열시트 내에서 아크릴 바인더의 함량이 줄어든 결과라고 판단되며 무기 고형분 85%일 경우 바인더에 둘러싸여 있는 관계로 입자들의 형상이 잘 나타나지 않았으며 바인더의 함량이 줄어듦에 따라서 입자들의 형상과 입자들 간의 경계가 잘 나타나게 되었다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반도체 소자에서 회로의 높은 집적도와 전력의 대용량화로 인해 사용 시 소자에서 상당한 열이 발생하는데 이로 인해 어떤 문제점이 있는가?	반도체 칩의 고집적화에 수반하여 전기전자 부품의 소형화가 시장에서 요구되고 있으며, 소형화 결과로 발생되는 부품의 방열문제로 야기되는 부품의 품질저하와 같은 문제들을 극복한 방열특성을 향상시킨 부품들이 그 부품을 이용하는 제품과 사용자들에게 주목받고 있다. 특히 반도체 소자에서 회로의 높은 집적도와 전력의 대용량화로 인해 사용 시 소자에서 상당한 열이 발생하여 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변소자의 오동작, 기판의 열화 등의 원인이 되고 또한 방열을 효율적으로 하지 않을 경우 충분한 방열을 위한 공간이 소요되므로 기기를 소형화, 경량화 시키기가 어려워 방열이 효과적으로 잘 이루어지는 기구적 방열 수단과 방열 재료의 개발에 대한 연구에 관심이 집중되고 있다 [1]. 방열 문제의 해결 수단으로써 소형 전기 부품의 표면에 방열 유닛을 설치하는 방법들이 이 기술 영역에 있어 폭넓게 이용되고 있지만 종래의 방열 장치와 전기 부품과의 접촉 표면에는 요철이 있어, 긴밀히 접촉을 이루기 어렵고，전기 부품의 방열 효율을 효과적으로 향상시키기에는 한계가 있다.
	전기전자 부품의 소형화로 발생하는 문제점은?	반도체 칩의 고집적화에 수반하여 전기전자 부품의 소형화가 시장에서 요구되고 있으며, 소형화 결과로 발생되는 부품의 방열문제로 야기되는 부품의 품질저하와 같은 문제들을 극복한 방열특성을 향상시킨 부품들이 그 부품을 이용하는 제품과 사용자들에게 주목받고 있다. 특히 반도체 소자에서 회로의 높은 집적도와 전력의 대용량화로 인해 사용 시 소자에서 상당한 열이 발생하여 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변소자의 오동작, 기판의 열화 등의 원인이 되고 또한 방열을 효율적으로 하지 않을 경우 충분한
	반도체 칩 방열문제의 해결수단으로써 폭넓게 이용되고 있는 방법은?	방열을 위한 공간이 소요되므로 기기를 소형화, 경량화 시키기가 어려워 방열이 효과적으로 잘 이루어지는 기구적 방열 수단과 방열 재료의 개발에 대한 연구에 관심이 집중되고 있다 [1]. 방열 문제의 해결 수단으로써 소형 전기 부품의 표면에 방열 유닛을 설치하는 방법들이 이 기술 영역에 있어 폭넓게 이용되고 있지만 종래의 방열 장치와 전기 부품과의 접촉 표면에는 요철이 있어, 긴밀히 접촉을 이루기 어렵고，전기 부품의 방열 효율을 효과적으로 향상시키기에는 한계가 있다. 따라서 방열 장치와 전기 부품과의 접촉 표면의 사이에 고열 전도 재료를 이용한 시트를 설치함으로써, 이 양쪽의 접촉면적을 증가시켜 방열 효과를 향상시키려는 여러 가지 연구들이 진행되고 있다 [2].

참고문헌 (5)

H. C. Mun, Weekly Technical Trend, 1405, 1 (2009).
M. J. Shin, Phys. & High Tech., 11, 11 (2008).
Y. Tomoyoshi, Jpn. Pat. App., 211055 (2005).
J. S. Lee and D. Y. Jeon, Poly. Sci. and Tech., 18, 542 (2007).
Y. Akio and K. Yasuhiro, Jpn. Pat. App., 142638 (2003).

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