기술 개요(방열 솔루션)
방열 열관리는 대류나 복사열, 컨덕션 등의 방열이 열학적으로 구성돼 있다.
열관리에서 가장 어려운 부분이 솔리드와 에어 인터페이스 부분이다. 전자재료 간의 구성에 있어서 에어갭에 대한 층 부분과 맞물려 말하면, 복사열 쪽에 큰 이슈화가 돼 있고 과연 방열 소재나 유기 소재를 사용해서 어떻게 설계할 것인가가 문제되고 있다.
사이리스터(thyristor), 정류기, 변압기, 마이크로프로세서, CPU, IC, 메모리, 파워 트랜지스터, 다이오드, PDP 패널, LED 등 발열이 많은 장치에 적용되고 있다.
모바일, 아이패드, 노트북 폭발적 수요 증가와 하드웨어 경박 단소화, IC의 대용량화 등이 최근의 트렌드이다. 이에 따라 회로의 집적도로 인한 많은 열이 발생하고 기판의 열화 문제로 제품 신뢰성이나 수명이 단축되고 있다.
한 가지 예를 들어, 가격이 장애가 되고 있는 LED TV와 같은 경우, 여러 가지 구조 설계를 단일화 시키자는 면에서 많이 바뀌고 있다. 지금은 원 바(bar)를 원 에지형 방식으로 바꾸고 있다. 이렇게 되면 파워칩을 많이 사용할 수밖에 없어 열이 많이 발생하게 되는데, 과연 인터페이스 소재라든가 거기에 쓰이는 기판, LED 자체를 어떻게 해석할 것인가라는 문제들이 계속 이슈화가 되고 있다. 실제 신뢰성 부분이라든지, 이를 제품화했을 때 성형해서 제품화가 가능한지, 신뢰성에는 문제가 없는지에 대해 이슈가 되고 있다.
열전도도
열전도도를 보게 되면 유기물의 열전도도가 기본 에폭시는 0.2W가 된다. 이외에 에폭시보다 높은 가소성 플라스틱이 상당히 많은데, 이런 것들은 결정화가 많이 되어서 내열성이 올라가는 부분이 있고 열전도도가 상승되는 점이 있다. 실제 성형했을 때 성형이 가능한지 고려해야 한다.
소재는 탄성 카본부터 시작해서 알루미나 등 높은 방열 재료가 많다. 이런 것들을 사용해서 진행해야 하는데 매트릭스 상관관계는 어느 정도 있으며, 실제 가공했을 때 어느 정도의 효과가 있는지에 대해 고려해야 한다.
터치 스크린 패널(TSP) 동향
TSP(Touch Screen Panel)는 입력장치의 하나로 디스플레이에 직접 손가락이나 도구를 접촉하여 신호 전달 및 조작을 누구나 쉽고 편리하게 사용할 수 있도록 한 장치다.
TSP의 구분은 저항식 방식(Resistive Type)과 정전용량 방식(Capacitive Type)이 있는데 방식에 따라 필요한 어떤 부자재를 사용하느냐에 따라 달라지는 것이 중요한 이슈이다.
TSP의 구조를 보게 되면, Functional Coating(AF, AR or Hard Coating), Protective Cover(Glass or Film), Bonding Layer(OCA or LOCA), Transparent Electrode Layer(ITO Film or Etc), Bonding Layer(OCA or LOCA) or Insulating Layer(G2 Type), Substrate(Glass or film), Bonding Layer(OCA or LOCA), Flat Panel Display Module) 등 기능적인 코팅부분, 내부 구조에 필요한 섹션, 폴리머 필름 등과 같이 다양한 소재의 복합체 코팅소재 기술의 결정체라고 할 수 있다.
정전용량(Capacitive) TSP 분류
GFF: 강화 글래스 / ITO 필름
G1F: 강화 글래스 뒷면 ITO 증착 / ITO 필름 증착
G1(M): 커버 글래스에 ITO 1 레이어(X, Y 축구현) 증착, 멀티 터치 구현, 4인치 이하 화면만 제조 가능. G2 라인 활용 가능, 보급형 제품에 적합, 메탈 전극이 없다.
G2: 강화 글래스 ITO 증착(X축), 가공(절연층) 후 ITO 박막 증착(Y축), 수율 낮음, 4인치 이상 고가 제품에 적합하다.
GG: 강화 글래스 밑면에 ITO를 한쪽 또는 양쪽에 박막 증착
● GFF 대비 장점
- G1F(Glass / ITO Film): GFF 대비 투과율 5% 상승, 디스플레이 소비전력 5% 절감.
- G2(Gass Only): GFF 대비 투과율 25% 상승, 디스플레이 소비 전력 25% 절감
TSP 관련 부자재 소개 및 개발 동향
OCA
OCA는 Optical Clear Adhesive의 약자로서 TSP 모듈과 FPD 모듈 사이의 접착 및 계면에서의 빛의 반사를 줄여 광투과성을 향상시키고, 저항 타입 TSP에서 에어 갭(Air Gap)으로 인한 빛의 회절을 감소시켜 시인성 증가, 색채 현상 향상의 목적으로 사용되는 광학용 등방성 투명 접착 필름이다.
특징으로는 빛의 투과성이 99%(반사 손실 보정 시)이며 Haze Level이 1% 이하이다. 캐리어 필름 제거 시 복굴절이 없고 높은 계면 접착력을 갖는다. 고온 고습하에서 백화 현상이 없고 Outgassing이 되는 기재(PC, PMMA 등)에서 높은 내구성이 있다. 또한 터치 애플리케이션에서 Bare ITO와 호환 가능하며 고온, 습도, UV하에서 안정적이다.
엘로윙(Yellowing), Delaminate, Degrade 없이 장시간 내구성을 유지하며 대부분의 투명 기재에서 안정한 접속을 위한 높은 점착력을 보인다. 오염방지 및 작업성 향상을 위해 각각 다른 이형력을 갖는 2개의 Release 필름을 사용하여 최적의 평탄한 접착제를 제공한다. 애플리케이션으로는 TSP 모듈용 필름/글래스 접착제와 FPD용 광학 접착제가 있다.
LOCA 또는 OCR
LOCA(Liquid Optical Clear Adhesive) 또는 OCR(Optical Clear Resin)의 약자로서 TSP모듈과 FPD 모듈 사이의 접착 및 계면에서의 빛의 반사를 줄여 광투과성을 향상시키고, Resistive Type TSP에서 에어갭으로 인한 빛의 회절을 감소시켜 시인성 증가, 색채현상 향상의 목적으로 사용되는 UV 광조사의 경화되는 광학용 투명 접착 수지이다.
특징으로는 커버 글래스 / ITO 전극, TSP / FPD 모듈 접착을 위한 설계가 가능하며 매우 낮은 경도로 내부 스트레스를 최소화하고 충격 강도를 향상시킨다. ITO 전극 부식 방지를 조성하며 우수한 광학 특성을 나타낸다.
전반적으로 시인성을 향상시키며 디스플레이의 강도가 증가한다. 또한 배터리 수명가 디스플레이의 사용 가능 시간이 증가하고 얇은 디스플레이 디자인이 가능하다. 애플리케이션으로는 모바일 기기, 모니터, 올인원 PC 등 디스플레이 장치 TSP 모듈용 광학용 접착 수지에 적합하다.
Hybrid Type Insulator
정전용량 방식에서 상당히 이슈가 되고 있는 Hybrid Type Insulator는 정전 용량 타입 터치스크린 패널에서 X축, Y축 두 개의 전극 사이에서 전극 간의 절연성을 유지하는 재료이다.
특징은 고온 안정성(~250℃)으로 Me-Si, Ph-Si, Si-O-Si 열분해 온도가 매우 높다. 전기적 절연성을 가지며 내후성(No-yellowing, no choking, no gloss), 방수성(Me 그룹의 정렬이 Hydrophobic 표면 구현)이 높다. 높은 표면 경도는 Si-O-Si의 치밀한 경화 네트워크를 갖는다.
● 성질
1. 가시광 영역에서 투명성
2. Non-yellowing(thermally and UV)
3. 두께 ~2um
4. 내화학성(Metal, ITO etchant)
5. 저온 경화성(~250℃)
6. 내열 안정성
7. 높은 절연성
8. Spin/Slit Coating 가능
9. UV로 패턴 형성 가능
애플리케이션으로는 방수성(Me-resin, emulsion), 적층 기판(Me-resin/vanish), Resitor용 도료, 반도체 절연제, Acrylate / Alkyd 수지의 변성 재료, Alkoxy oligomer-저분자 SiOR oligomer, UV 경화수지(광학기기의 UV몰딩) 등이다.
AF Coating
투과가 계속 이슈화 되면서 AF(Anti Fingerprint Coating) 코팅도 중요해졌다. 모바일 기기의 커버 글래스 표면에 기기 사용시 발생하는 지문, 화장품 등의 오염을 최소화하고 쉽게 제거 가능하도록 코팅하는 소수성의 코팅 재료이다.
불소(F) 타입의 우수한 방오, 방수, 방유 표면 코팅제로서 글래스 표면에 매우 얇은 배리어 필름(Barrier Film) 형성(10nm 정도)하고 유리 및 SiO2 코팅 면에 효과적이다.
애플리케이션으로는 TSP, LCD 패널 글래스, 광학 렌즈(아이 글래스 랜즈, 카메라 렌즈 등) 등이 있다.
● 특징
-우수한 방수성, 방유성
-우수한 지문 방지 효과 및 쉬운 지문 제거
-기름에 대한 낮은 미끄럼 각도
-높은 무용집성으로 인한 우수한 코팅성
-우수한 표면 결빙 억제 및 쉬운 제거
-표면 마찰력
-우수한 내구성
-짧은 공정 시간
결론
Mesogen 구조를 포함하는 규칙적인 반복을 지닌 에폭시 또는 결정성 에폭시는 고방열을 확보하는데 필요하다. 결정성 에폭시를 사용하여 필러 함유량을 Vol 65% 충진시 7W/mk 열전도값을 얻을 수 있다. 또한 결정성 에폭시는 현존하는 Bisphenol-A형 에폭시보다 2.5배 정도도 높은 열전도도 값을 나타나며 고방열 매트릭스를 형성하는데 있어 경화제 선택에도 열전도도 값에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
고방열 소재 기술은 고 충전기술에서 나노분산기술로 전환되고 있다. TSP 소재는 기능성 코팅기술이 핵심 기술이다.
<이 글은 지난 4월3일 한국과학기술정보연구원(KISTI) 주최의 전자재료를 위한 코팅과 접착 기술동향 中 TSP 관련 코팅과 LED 방열 솔루션(최호경 박사, (주)신아티엔씨 연구소장) 발표 중 일부를 정리 요약한 내용임을 밝힙니다.>
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