Search

KR-102960856-B1 - Heat radiating sheet of an electronic device and Method for producing the heat radiating sheet

KR102960856B1KR 102960856 B1KR102960856 B1KR 102960856B1KR-102960856-B1

Abstract

일 실시 예에 따른 방열 시트는, 제1 크기의 평균 직경을 가지는 제1 산화 그래핀 입자와 제2 크기의 평균 직경을 가지는 제2 산화 그래핀 입자에 의해 형성되는 복수의 산화 그래핀 입자 층; 및 상기 복수의 산화 그래핀 입자 층 사이의 기공의 두께가 2㎛ 미만인 미세 주름 구조를 가질 수 있다. 이 외에도, 상기의 방열 시트의 제조 방법, 방열 시트를 포함한 모바일 통신 장치가 개시된다.

Inventors

  • 김영도
  • 박천명

Assignees

  • 삼성전자주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210331

Claims (20)

  1. 방열 시트에 있어서, 제1 크기의 평균 직경을 가지는 제1 산화 그래핀 입자, 제2 크기의 평균 직경을 가지는 제2 산화 그래핀 입자 및 PAN(polyacrylonitrile) 입자에 의해 형성되는 층상 구조에 의해 형성되는 복수의 산화 그래핀 입자 층; 및 상기 복수의 산화 그래핀 입자 층 사이의 기공의 두께가 2㎛ 미만인 미세 주름 구조를 가지는, 방열 시트.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 크기는 18 내지 22㎛이고, 상기 제2 크기는 3 내지 5㎛인, 방열 시트.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 산화 그래핀 입자와 상기 제2 산화 그래핀 입자의 중량 비는 50:50인, 방열 시트.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 방열 시트는 900W/mK 이상의 열 전도도를 가지는, 방열 시트.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 산화 그래핀 입자 및 상기 제2 산화 그래핀 입자에 대한 상기 PAN 입자의 중량 비는 1%인, 방열 시트.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 PAN 입자의 분자량은 3,000g/㏖에서 50,000g/㏖의 사이의 값을 가지는, 방열 시트.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 방열 시트는 1200W/mK 이상의 열 전도도를 가지는, 방열 시트.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 방열 시트는 0.5㎛ 미만의 보이드(void)를 가지는, 방열 시트.
  11. 방열 시트의 제조 방법에 있어서, 제1 크기의 평균 직경을 가지는 제1 산화 그래핀 입자, 제2 크기의 평균 직경을 가지는 제2 산화 그래핀 입자 및 PAN 입자에 의해 형성된 층상 구조를 지정된 중량 비로 배합하여 산화 그래핀 수분산 용액을 이용하여 분산액을 제조하는 과정; 상기 분산액을 기판 위에 도포 또는 코팅하여 초기 필름을 생성하는 과정; 상기 초기 필름에 대한 어닐링(annealing)을 수행하는 과정; 및 상기 어닐링이 수행된 초기 필름을 압착하여 방열 시트를 생성하는 과정을 포함하는, 방열 시트 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 분산액을 제조하는 과정은: 상기 PAN 입자를 증류수에 분산시켜 PAN 수분산 용액을 제조하는 과정, 및 상기 PAN 수분산 용액과 상기 산화 그래핀 수분산 용액을 혼합하는 과정을 포함하는, 방열 시트 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 초기 필름을 생성하는 과정은: 상기 분산액을 기재에 도포 또는 코팅하는 과정, 및 상기 기재로부터 상기 분산액에 의해 생성된 상기 초기 필름을 분리하는 과정을 포함하는, 방열 시트 제조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 어닐링을 수행하는 과정은: 상기 초기 필름을 지정된 온도 이상의 고온 상태로 유지하는 과정, 및 상기 초기 필름을 냉각하는 과정을 포함하는, 방열 시트 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 지정된 온도는 2300℃인, 방열 시트 제조 방법.
  16. 모바일 통신 장치에 있어서, 제1 하우징 및 상기 제1 하우징에 대해 회전 가능한 제2 하우징을 포함하는 하우징; 상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징에 걸쳐 배치되는 플렉서블 디스플레이; 상기 플렉서블 디스플레이의 아래에서 제1 하우징에 대응되도록 배치되는 제1 보강 판 및 상기 제2 하우징에 대응되도록 배치되는 제2 보강 판; 및 상기 제1 보강 판 및 상기 제2 보강 판과 상기 플렉서블 디스플레이 사이에서, 상기 제1 보강 판 및 상기 제2 보강 판, 및 상기 플렉서블 디스플레이에 부착되는 방열 시트를 포함하고, 상기 방열 시트는: 제1 크기의 평균 직경을 가지는 제1 산화 그래핀 입자와 제2 크기의 평균 직경을 가지는 제2 산화 그래핀 입자에 의해 형성되는 복수의 산화 그래핀 입자 층을 포함하고; 상기 산화 그래핀 입자 층 사이의 기공의 두께가 2㎛ 미만인 미세 주름 구조를 가지는, 모바일 통신 장치.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 제1 보강 판 아래에는 발열원이 배치되는, 모바일 통신 장치.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 발열원은 AP(application processor), 메모리, 모뎀, 카메라, 안테나, 배터리 중 적어도 하나를 포함하는, 모바일 통신 장치.
  19. 청구항 17에 있어서, PCB(printed circuit board)를 더 포함하고, 상기 발열원은 상기 PCB 상에 배치되는 전자 부품인, 모바일 통신 장치.
  20. 청구항 16에 있어서, 상기 방열 시트는 상기 제1 산화 그래핀 입자, 상기 제2 산화 그래핀 입자, 및 PAN(polyacrylonitrile) 입자에 의해 형성되는, 모바일 통신 장치.

Description

전자 장치의 방열 시트 및 그 제조 방법{Heat radiating sheet of an electronic device and Method for producing the heat radiating sheet} 본 문서에서 개시되는 다양한 실시 예들은, 폴더블/롤러블 전자 장치에 적용될 수 있는 방열 시트 및 그 제조 기술에 관한 것이다. 스마트폰이나 태블릿과 같은 전자 장치에서는, 디스플레이나 AP(application processor)와 같은 전자 부품에서 열이 발생할 수 있다. 발열은 일반적으로 각종 부품의 성능을 저하시키기 때문에, 전자 장치에서 발생하는 발열을 확산 및 해결하는 것은 매우 중요하다. 전자 장치에서 발생하는 발열을 해소하기 위해, 히트 파이프(heat pipe)나 방열판, 방열 시트와 같은 소재들이 사용되고 있다. 예를 들어, 인조 그라파이트(graphite) 필름은 우수한 가격 경쟁력을 가지고 있으며, 롤(roll) 형상으로 제작이 가능하기 때문에 높은 양산성을 가진다. 한편 최근에는 플렉서블 디스플레이를 적용함에 따라 전자 장치를 반으로 접거나, 플렉서블 디스플레이의 일부를 장치 내부로 롤링(rolling) 또는 슬라이딩 함으로써 활용 가능한 디스플레이의 영역이 가변적인 폴더블/롤러블 전자 장치가 출시되거나 개발 중에 있다. 도 1은 일 실시 예에 따른 산화 그래핀 입자의 배합을 나타낸다. 도 2는 일 실시 예에 따른 방열 시트의 제작 과정을 나타내는 흐름도이다. 도 3은 일 실시 예에 따른 PAN 입자의 기산화 및 탄화 과정을 나타낸다. 도 4는 도 3의 기산화 및 탄화 과정을 화학식으로 나타낸 도면이다. 도 5는 다양한 실시 예에 따른 산화 그래핀 입자를 이용한 방열 시트 및 기존의 그라파이트 시트의 단면을 주사 전자 현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)을 이용하여 촬영한 이미지를 나타낸다. 도 6은 일 실시 예에 따른 방열시트와 기존의 그라파이트 시트의 연신율을 비교한 그래프이다. 도 7은 일 실시 예에 따른 방열 시트의 열원에 대한 방열 성능을 평가하기 위한 환경을 나타낸다. 도 8은 일 실시 예에 따른 방열 시트가 적용된 폴더블 전자 장치의 단면도를 나타낸다. 도 9는 일 실시 예에 따른 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치를 도시한 도면이다. 도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도 1은 일 실시 예에 따른 산화 그래핀 입자의 배합을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 서로 다른 크기를 가지는 산화 그래핀 입자를 배합하는 개념이 도시된다. 방열 시트의 열 전도도를 극대화하기 위해서는 단순히 그라파이트의 박리 과정을 통해 입자의 크기가 큰 그래핀 입자를 이용하는 것보다, 입자의 크기가 큰 산화 그래핀 입자와 입자의 크기가 상대적으로 작은 산화 그래핀 입자를 적절한 비율로 배합하는 것이 효율적이다. 예를 들어, 도 1에서와 같이 평균적으로 제1 크기를 가지는 제1 산화 그래핀 입자(101)와 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지는 제2 산화 그래핀 입자(102)를 적절히 배합하는 경우에는 포논 스캐터링(phonon scattering)이 최소화될 수 있다. 포논 스캐터링은 열 전도의 관점에서 매우 중요하다. 방열 시트에서 열 전도가 일어날 때, 포논 스캐터링 현상이 많이 발생할수록 열 전도도는 저하될 수 있다. 또한 포논 스캐터링 현상은 온도가 증가함에 따라 증가하게 된다. 따라서, 방열 시트의 포논 스캐터링 현상이 높을수록, 방열 시트는 특히 고온에서의 열 전도도가 비효율적이게 되고, 이는 좁은 실장 공간에 다수의 열원이 배치되는 모바일 통신 장치에서 방열 성능을 저하시키게 된다. 따라서 단일 크기의 산화 그래핀 입자를 이용하여 방열 시트를 생성하는 것보다, 서로 다른 크기의 산화 그래핀 입자를 이용하여 방열 시트를 생성하는 것이 방열 성능에 있어서 유리하다. 일 실시 예에서, 제1 산화 그래핀 입자(101)의 평균 크기는 약 20㎛일 수 있다. 여기서 평균 크기라 함은 입자의 평균 직경을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 산화 그래핀 입자(101)는 18㎛에서 22㎛ 사이의 크기를 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 제2 산화 그래핀 입자(102)의 평균 크기는 약 4㎛일 수 있다. 예를 들어 제2 산화 그래핀 입자(102)는 3㎛에서 5㎛ 사이의 크기를 가질 수 있다. 다양한 실시 예에서, 제1 산화 그래핀 입자(101)와 제2 산화 그래핀 입자(102)의 크기는 적절한 비율로 채택될 수 있다. 예를 들어, 제1 산화 그래핀 입자(101)와 제2 산화 그래핀 입자(102)의 크기는 약 5:1의 비율을 가질 수 있다. 그러나 다른 예시에서, 제1 산화 그래핀 입자(101)와 제2 산화 그래핀 입자(102)의 크기는 약 4:1 또는 6:1의 비율을 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 산화 그래핀 입자(101)는 그라파이트의 박리 과정을 통해 획득될 수 있다. 다만 산화 그래핀 입자를 획득하기 위해 알려진 다양한 기법들이 제1 산화 그래핀 입자(101)의 획득에 적용될 수 있다. 또한 제2 산화 그래핀 입자(102)는 제1 산화 그래핀 입자(101)에 대해 추가적으로 초음파 처리 과정을 적용함으로써 획득될 수 있다. 도 2는 일 실시 예에 따른 방열 시트의 제작 과정을 나타내는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 방열 시트의 제작 과정은, 서로 다른 크기를 가지는 산화 그래핀 입자를 이용하여 분산액을 제조하는 분산액 제조 공정(201)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 적절한 질량 비로 배합된 제1 산화 그래핀 입자(101)와 제2 산화 그래핀 입자(102)를 증류수에 분산시킴으로써 산화 그래핀 수분산 용액이 제조될 수 있다. 예를 들어, 제1 산화 그래핀 입자(101)와 제2 산화 그래핀 입자(102)는 70:30의 질량 비를 가질 수 있다. 다른 예시에서, 제1 산화 그래핀 입자(101)와 제2 산화 그래핀 입자(102)는 50:50 또는 30:70의 질량 비를 가질 수 있다. 각각의 질량 비를 통해 생성된 방열 시트의 구조 및 성능에 대해 도 8을 참고하여 후술한다. 일 실시 예에서, 상기 분산액에는 제1 산화 그래핀 입자(101)와 제2 산화 그래핀 입자(102) 외에 추가적으로, 방열 시트의 열 전도도 및 기계적인 물성(예: 인장 성능)을 증가시키기 위해 PAN(polyacrylonitrile) 고분자가 추가로 배합될 수 있다. 예를 들어, 전술한 산화 그래핀 수분산 용액에 PAN 수분산 용액이 첨가될 수 있다. 여기서 PAN 수분산 용액은 적절하게 선정된 높은 분자량을 가지는 PAN 입자를 증류수에 분산시킴으로써 제조될 수 있다. 일 예시에서, PAN 입자의 분자량은 약 30,000g/㏖일 수 있다. 예를 들어, PAN 입자의 분자량은 3,000g/㏖에서 50,000g/㏖의 값 사이에서 결정될 수 있다. 또한 PAN 입자의 산화 그래핀 입자 대비 질량 비는 1wt%로 결정될 수 있다. 일 실시 예에서, 산화 그래핀 입자 및/또는 PAN 입자는 증류수가 아닌 적절한 유기 용매에 분산될 수 있다. 일 실시 예에서, 방열 시트의 제작 과정은 분산액 제조 공정(201)에서 제조된 분산액을 기재에 도포 또는 코팅하는 필름 형성 공정(203)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 기재는 PET(polyethylene terephthalate) 또는 스테인레스 스틸 플레이트(stainless steel plate) 일 수 있다. 다만 기재의 종류는 이에 제한되지 않으며, 초기 필름을 생성하기 위한 적절한 기재가 선택될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 기재에 상기 분산액을 바 코팅(bar coating)하는 과정을 통해 방열 시트의 초기 단계에 해당하는 초기 필름이 제조될 수 있다. 다른 실시 예에서, 상기 기재에 상기 분산액을 도포하고, 상기 분산액이 건조된 이후에 상기 기재로부터 필름을 분리하는 과정을 통해 초기 필름이 제조될 수 있다. 이 외에도, 분산액 제조 공정(201)을 통해 제조된 분산액을 이용하여 필름을 생성하는 적절한 기법이 적용될 수 있다. 일 실시 예에서, 필름 형성 공정(203)을 통해 형성된 초기 필름에 대해 어닐링 공정(205)이 수행될 수 있다. 어닐링 공정(205)은 가열, 고온 유지, 및 냉각의 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 필름 형성 공정(203)을 통해 형성된 초기 필름을 2300℃ 이상의 고온으로 가열하고, 일정 시간 동안 고온 상태를 유지할 수 있다. 그 후 상온까지 서서히 냉각하는 과정이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 어닐링 공정(205)을 통해 필름을 구성하는 그래핀 층간에 공기 주머니가 형성될 수 있다. 또한 어닐링 공정(205)을 통해 잔유 응력의 제거, 연성의 향상 등이 일어나면서, 방열 시트에서 발생 가능한 결함들이 제거될 수 있다. 일 실시 예에서, 어닐링 공정(205)은 필름을 천천히 지정된 고온인 제1 온도(예: 2300℃)까지 가열하고, 제1 온도에서 필름을 일정 시간 동안 유지시킨 후, 다시 제2 온도(예: 50℃)까지 서서히 냉각시키고(예: 시간 당 약 20℃ 냉각), 제2 온도부터는 상온에서 자연 대류를 통해 식히는 과정을 포함할 수 있다. 다만 다른 실시 예에서, 어닐링 공정(205)은 제1 온도에서 바로 자연 대류를 통해 식히는 과정을 통해 수행될 수도 있다. 일 실시 예에서, 어닐링 공정이 수행된 필름에 대해 압착 공정(207)이 수행될 수 있다. 압착을 통해 특정 미세 주름 구조(예: 마이크로 폴드 구조)가 형성될 수 있다. 도 3은 일 실시 예에 따른 PAN 입자의 기산화 및 탄화 과정을 나타낸다. 도 2를 참고하여 전술한 분산액이 PAN 입자를 포함하는 경우, PAN 입자가 그래핀 입자와 상호작용하여 기계적 물성(예: 인장력, 연신력)을 강화하기