열 전도성 조성물 및 그의 제조 방법 document_id A220623051453

전자 장치로부터 열을 제거하는 것은 특히 개인용 컴퓨터에서 점점 더 중요해지고 있다. 증가하는 처리 속도 및 소형화 추세에 따라, 상기 마이크로프로세서의 열 유출이 현저하게 증가한다. 상기 마이크로프로세서의 온도가 증가함에 따라 개인용 컴퓨터의 기능불량 확률도 또한 증가한다. 과도한 열을 제거하고 상기 프로세서를 일정한 온도 하에서 보관하는 것은 절대 필요한 일이다. 상기 증가된 열 제거는 열 제거를 촉진하기 위한 복잡한 열 처리 기법을 요한다. 한 가지 기법은 열을 전기 시스템 중의 고온 영역으로부터 멀리 전도하기 위해서 일부 형태의 열 소산 유닛, 예를 들어 열 확산기, 열 발산판, 뚜껑, 열 파이프 등의 사용을 수반한다. 열 소산 유닛은 높은 열 전도성 물질, 예를 들어 구리, 알루미늄, 탄화 규소, 금속 합금, 중합체 합성물 및 세라믹 합성물 등으로부터 형성된 구조물이며, 열 제거를 돕기 위해 열 발생 유닛에 기계적으로 결합된다. 상기 열 소산 유닛의 표면 및 상기 열 발생 소자의 표면은 좀처럼 완벽하게 평면이거나 평탄하지 않으며, 따라서 상기 표면들 사이에 공극(air gap)이 존재한다. 상기 공극은 열처리 장치로서 상기 열 소산 유닛의 유효도 및 가치를 감소시킨다. 전자 소자들을 위해 이들 간의 계면 물질, 즉 상기 공극내 배치 물질로서, 중합체성 조성물이 개발되었다. 일례로, 열 전도성 조성물이 열 접착 물질로서 상기 열 전달 표면들 사이에 배치된다. 또 다른 예로, 상기 조성물은 플립 칩 조립체("FC") 등의 언더필(underfill)로서 사용된다. 또 다른 예로, 상기 중합체성 물질은 전자 모듈 조립체에서 장치를 캡슐화하는 작용을 한다. 열 전도성 조성물의 또 다른 예는 경화된 중합체 젤 성분 및 충전제 성분의 혼합물이다. 또 다른 예로, 상기 조성물은 그의 낮은 내열성으로 인해 열전도성 충전제를 함유하는 그리스(grease)의 형태이다. 상기 그리스 자체가 열 전도성을 발휘한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 조성물은 유기 수지 및 충전제(예를 들어 질화 붕소)를 포함하는 열전도성 시트의 형태이다. 상기 열 전도성 시트는 열 패드, 상 변화 필름, 열 테이프 등의 형태일 수 있다. 상기 계면 용도를 위한 상기 중합체성 조성물의 바람직한 성질로는 낮은 열저항율, 안정한 내열성이 있고, 접착제의 경우, 다양한 접촉 물질들과의 높은 접착 강도, 열 사이클링, 열 쇼크, 고온 보관 시험 및 고온/다습 보관 시험을 수반하는 신뢰도 스트레스 노출 중의 결합 일체성의 유지, 틈이 없는 결합 선, 200 ℃까지의 열 안정성, 분배, 스크린 인쇄, 스텐실 인쇄 또는 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 임의의 다른 적용 방법에 적합한 페이스트 점도, 및 장기간 동안 거의 점도 변화가 없는 중합체-전도성 충전제 분산 안정성이 있다. 특허 공보 EPA 322165에는, 약 130 내지 260 마이크론의 중간 입자 크기를 갖는 질화 붕소가 20 내지 60 부피%의 범위로 충전제로서 사용되는 열 전도성 조성물이 개시되어 있다. 또 다른 참고문헌인 WO 2003027207A1에는 열 전도성 충전제로서 실질적으로 구형인 질화 붕소를 혼입시킴으로써 상 변화 필름이 판형 질화 붕소 입자를 사용하는 경우에서보다 두께 방향으로 더 큰 열 전도성을 가질 뿐만 아니라 상기 상 변화 전에 감소된 초기 내열성을 가질 수 있음이 개시되어 있다. 상기 사용된 "구형" 질화 붕소 입자, 예를 들어 PT620 및 PT670은 1 내지 5 범위의 종횡비를 갖는 것으로 정의된다. 이들은 실제로 불규칙한 형상의 입자이며 전혀 구형이지 않다. 당해 분야에 사용된 바와 같이, 상기 "종횡비"는 입자의 주 직경 대 부 직경의 비로서 정의되며, 입자의 형상이 구에 가까운지의 여부를 가리키는 지수이다. 2 초과의 종횡비는 입자가 구와 다른 형상을 가지며, 따라서 난류를 발생시킴을 가리킨다. 상기 종횡비의 하한은, 중요하지는 않지만, 바람직하게는 1에 가깝다. 미국 특허 제 6,713,088 호에는 질화 붕소 소판의 구형 응집체를 포함하는 구형 질화 붕소 분말이 개시되어 있으며, 여기에서 상기 구형 질화 붕소 응집체를 유기 결합제에 의해 함께 결합시키고 이어서 약 1 마이크론 초과의 평균 직경을 갖도록 상기 응집체 또는 입자를 분무 건조시킨다. 미국 특허 제 6,652,822 호에는 "고체(solid)" 구형 질화 붕소 입자가 개시되어 있으며, 여기에서 상기 고체 구형 질화 붕소 입자는 에어로졸 기체에 현탁된 질화 붕소의 전구체 입자를 플라스마에 의해 용융시키고 냉각 및 고화 시 고체 구형 질화 붕소 생성물 입자를 형성시킴으로써 생성된다. 본 발명은 전자 공학 용도에서 그리스, 접착제, 젤, 상 변화 물질, 패드, 테이프, 호일 등의 형태로 열 계면 물질로서 사용하기 위한, 중합체 매트릭스 및 충전제로서의 구형 질화 붕소 응집체의 블렌드를 포함하는 신규의 열 전도성 조성물을 제공한다. 발명의 요약 본 발명은 중합체 매트릭스 및 충전제로서의 구형 질화 붕소 응집체의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물에 관한 것이며, 이때 상기 구형 질화 붕소 응집체는, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되는 불규칙한 비 구형 BN 입자로부터 형성되며, 2 미만의 평균 종횡비를 갖고, 구형 질화 불소 충전제의 60% 이상은 40 내지 200 마이크론의 입자 크기 분포 내의 평균 응집체 크기를 갖는다. 본 발명의 하나의 태양에서, 중합체 매트릭스 및 충전제로서의 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 구형 질화 붕소 응집체의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물을 제공하며, 이때 상기 중합체 매트릭스는 폴리올레핀, 폴리올-에스터, 유기-실록산, 폴리다이메틸실록산, 에폭시, 아크릴레이트, 유기폴리실록산, 폴리이미드, 플루오로카본, 벤조사이클로부텐, 불소화된 폴리알릴 에테르, 폴리아미드, 폴리이미도아미드, 시아네이트 에스터, 폐놀계 수지, 방향족 폴리에스터, 폴리 아릴렌 에테르, 비스말레이미드, 플루오르 수지, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 경화성 물질 중에서 선택된다.