벌크 열 전도성을 향상시키기 위한 나노물질을 함유하는유기 매트릭스 document_id A220623044235

많은 전기 부품은 작동 기간동안에 열을 발생한다. 이 열이 효율적인 방식으로 전기 부품으로부터 제거되지 않을 경우, 이는 축적될 것이다. 이런 경우 전기 부품에 대한 고장이나 영구적인 손상이 발생할 수 있다. 따라서, 작동 기간동안 열 제거를 촉진시키는 열 관리 기법이 종종 전기 회로 및 시스템에서 실시된다. 열 관리 기법은 종종 전기 시스템의 고온 영역으로부터 열을 전도시키는 일부 형태의 열 싱크의 이용을 포함한다. 열 싱크는 열 제거를 돕기 위해 전기 부품과 기계적으로 커플링된 높은 열 전도성 물질(예를 들면 전형적으로 금속)로 형성된 구조체이다. 비교적 단순한 형태로, 열 싱크는 작동되는 동안 전기 회로와 접촉하는 한 조각의 금속(예를 들면 알루미늄 또는 구리)을 포함할 수 있다. 전기 회로에서 나온 열은 유니트들 사이의 기계적인 계면을 통해 열 싱크로 흘러간다. 전형적인 전기 부품에서, 열 싱크의 평평한 표면을 전기 부품의 평평한 표면에 위치시키고, 일부 형태의 접착제 또는 패스너를 이용하여 열 싱크를 제자리에 유지시킴으로써 작동중에 열 생성 요소에 열 싱크를 기계적으로 커플링시킨다. 알 수 있는 바와 같이 열 싱크의 표면 및 상기 요소의 표면이 완벽하게 평면이거나 매끄러운 경우는 거의 없어서 일반적으로 공기 간극이 표면들 사이에 존재할 것이다. 일반적으로 잘 알려진 바와 같이, 2개의 마주보는 표면들 사이의 공기 간극의 존재는 열이 표면들 사이의 계면을 통해 전달되는 능력을 감소시킨다. 따라서, 이들 공기 간극은 열 관리 장치로서 열 싱크의 효율성과 가치를 감소시킨다. 이 문제를 해결하기 위해서, 열 전달 표면들 사이에 배치하여 이들 사이에 존재하는 열 저항을 감소시키기 위한 중합체 조성물이 개발되어 왔다. 현재의 열 계면 물질의 벌크 열 전도성은 중합체 매트릭스의 낮은 열 전도성(열 계면 물질 또는 TIM에서 전형적으로 발견되는 중합체의 경우 약 0.2W/m·K)에 의해 크게 제한된다. 일부 평가("Thermally Conductive Polymer Compositions", D. M. Bigg., Polymer Composites, June 1986, Vol. 7, No. 3)에 의하면, 전기적 절연 중합체 복합체에 의해 달성가능한 최대 벌크 열 전도성은 기본 중합체 매트릭스의 단지 20 내지 30배이다. 이 수치는, 일단 충진제의 열 전도성이 기본 중합체 매트릭스의 100배를 초과하면, 충진제 유형과는 무관하게 거의 변화하지 않는다. 결론적으로, 중합체 물질의 열 전도성은 열 싱크의 열 전도성에 비해 낮아서, 열 생산 요소로부터 열 싱크까지의 열 전달이 비효율적이 되게 한다. 또한, 효과적인 열 전달 능력은 1) 마이크로 또는 나노 공극, 및 2) 충진제 침강 또는 충진제 크기보다 더 작은 표면 불규칙 부위로 마이크론 크기의 충진제가 침투할 수 없음에 의해 야기되는 충진제가 없는 층으로 인한 계면간 불완전성에 의해 더욱 감소된다. 따라서, 열 싱크와 열 생산 요소사이에 열을 효과적으로 전달하기 위한 개선된 조성물에 대한 필요성이 존재한다. 발명의 개요 본 발명에 따른 열 계면 조성물은, 유기 매트릭스에 블렌딩되는 하나 이상의 유기-작용기에 의해 작용화된 나노입자를 함유한다. 특정 실시양태에서, 열 계면 조성물은 또한 마이크론 크기의 충진제 입자를 포함한다. 유기 매트릭스와 블렌딩되는 유기-작용화된 나노입자를 함유하는 열 계면 조성물과 각각 접촉하는 열 싱크 또는 열 스프레드 및 열 생성 요소를 포함하는 전기 부품 또한 본원에 개시되어 있다. 본 발명에 따라 열 전달 효율을 증가시키는 방법은 열 생성 요소와 열 싱크 또는 열 스프레드 사이에 유기 매트릭스와 블렌딩된 유기-작용화된 나노입자를 함유하는 열 계면 조성물을 삽입시키는 단계를 포함한다.