30 선행개발팀 최진명 jmchoi@lgchem.com LUCON 9000 Series 제품소개 _ 방열소재 01 서론 그림 1 The Concept of Thermally Conductive Plastic 최근휴대폰, 모바일기기, TV, 노트북, 모니터등전자제품의박형화에따라이들제품에서발생하는열로인해여러가지문제점이야기되고있다. 이들전자제품의발열은제품의성능을저하시키는데, 특히 LED 제품의경우발열로인해제품의수명이짧아지고빛의파장이바뀌게된다. 이러한발열문제점을해결하기위하여, 알루미늄이나마그네슘등의금속을사용한방열소재가사용되고있으나, 이들제품은제조단가가비싸며무겁고부식문제가발생한다. Heat Electric Metal k >70 Thermally Conductive Plastics 2.0>k>1.0 Polymer k<0.25 k : Thermal Conductivity (W/mK) Thermal Conductive Electric Conductive Thermal Conductive Electric Conductive Electric Insulation Thermal Insulation Electric Insulation 한편, 금속방열소재를대체하기위하여고분자를사용한방열소재가활발히연구개발되고있는데, 대부분의고분자는 0.6 W/m K 이하의열전도도를나타내며결정성고분자가비결정성고분자에비해높은열전도도를갖는다. 반면, 금속및세라믹재료들의열전도도는 30~200 W/m K 사이의높은열전도도를나타내며, 이들필러들을이용하여복합체를제조하면고분자재료의장점인가공성, 경량화, 제품설계다양성등을유지하면서도필러들의특성인열전도성을부여할수있다는장점이있다. 따라서, 고분자방열소재는금속방열소재와유사한수준의열전도성을구현하면서원가절감, 성형성및가공성우수, 경량화를구현하는장점이있다. Temp.( ) 40 50 60 70 80 90 100 General Plastic (k=0.2 W/mK) Thermally Conductive Plastic (k=5 W/mK)
LG POLYMER JOURNAL 2016 SUMMER. 31 그림 2 The Advantage of Thermally Conductive Plastic Weight Reducing Effect - Lower Specific Gravity than metals (Al: 2.7, LUCON 9000: 1.2~1.9) Design Flexibility and Productivity - Higher Degree of Freedom in Design - Improved Productivity by Injection Aluminum Heat Sink Cost Reduction - No post processing or surface treatment LUCON 9000 Heat Sink LUCON 은다양한플라스틱소재에전도성필러를첨가하여전도성을부여한 LG화학컴파운드제품으로, 전기전도성을가지는 LUCON 6000 계열과열전도성을가지는 LUCON 9000 계열이있다. LUCON 6000 계열은대전방지수준에서정전기분산, 전자파차폐에이르는광범위한전기전도성영역을가진다. 반면, 열전도성을가지는 LUCON 9000 계열은전기절연성을가진절연타입과전기전도성을가진비절연타입으로나누어진다. 이번호에서는 LG화학의 LUCON 9000 계열에대해소개하고자한다. 02 LUCON 9000 Series 소개 LG 화학 LUCON 9000 계열은사용하는필러들에따라크게절연타입과비절연타입으로나누어진다. Base resin은주로내열성이우수한 poly(phenylene sulfide)(pps), polycarbonate(pc), polyamide(pa) 등이사용된다. 전기절연타입에사용되는필러들은주로세라믹계열의재료들로 boron nitride(bn), aluminium nitride (AlN), silicone carbide(sic), magnesium oxide (MgO), aluminium oxide(al 2 O 3 ) 등을사용하며, 전기비절연타입의경우금속 ( 합금포함 ) 또는 carbon nanotube(cnt) 나 Graphite, Graphene Nanoplate 와같은카본계열필러들를사용한다. 전기절연 / 열전도성소재전기절연 / 열전도성소재는 2~7 W/m K 범위의열전도도를나타내며 10 15 Ω/sq. 이상의전기저항값및높은절연파괴전압특성을가진다. 이들제품은주로 LED heat sink, LED housing, 열저항기, 릴레이부품등과같은높은열을발생시켜방열성능이요구되는전기전자및산업용부품분야에사용되고있다.
32 기존금속 (Al) 의비중이 2.6~2.7 인것에비해비중이 1.3~1.9 로가볍고사출성형성이우수하고, 전기절연성을구현하고있기때문에후공정이필요없이매우다양한형태의제품을빠르고대량생산할수있다는장점이있다. 또한안료등을이용하여백색이외에다양한색상을구현할수있는특징도가지고있다. 비절연 / 열전도성소재전기비절연 / 열전도성소재는제품의경우 1~20 W/m K 사이의열전도도값을가지며카본계열필러들에의해색상은주로블랙색상을나타낸다. 이들제품의비중은 1.2~1.7으로매우가벼우며, 전기저항은 10 4 ~10 Ω 10 사이의값을나타내 LED heat sink 또는 housing 이외에자동차부품에도사용가능하다. 그림 3 The Types of Thermally Conductive Plastic LUCON 9000 Series LUCON 9xx5 (Electrical Insulator) Ceramic Filler PPS, PC, PBT, PA etc. LUCON 9xx1 (Electrical Conductor) Metalic & Carbonic Filler PPS, PC, PA, PBT, PP etc. 그림 4 The Development of LG Chem 열전도도 15W/mk PA9151 PX9151 10W/mk PA9101 CP9101 PX9101 PN9101 PA9071 CP9071 PX9071 PN9071 CP9075 PN9075 5W/mk PA9051 CP9051 PX9051 PN9051 CP9055 PN9055 PA9055 PA9031 CP9031 PX9031 PN9031 CP9035 PN9025 2W/mk PA9021 CP9021 PX9021 PN9021 PL9033 CP9025 PN9008 PA9025 PX9025 Electrical Conducting Electrical Insulating
LG POLYMER JOURNAL 2016 SUMMER. 33 그림 5 Application : Automotive Electric Parts LCD Cluster Rear Case LUCON PX9101EM LED Rear Lamp Heat Sink LUCON CP9021 EV/HEV Inverter EV Battery Pack H/L Heat Sink LUCON PX9101 Turn Signal Lamp Heat Sink LUCON CP9021, PO9021 기능성방열복합소재 : 전자기파차폐 / 방열복합소재최근자동차스마트화에따른자동차내전장부품의사용량이급격히증가하고있다. 또한, 자동차의전장부품은집적화및고효율화로인하여전력사용량은급격히증가하고있으며, 이에따라전자기파차폐이슈외에발열이슈가추가적으로제기되고있다. 이러한이슈를해결하고자 LG화학에서는열전도도를가지면서, 전자기파차폐특성을동시에구현하는차폐 / 방열복합소재를개발하였다. 개발된수준은전자기파차폐수준 10~40dB 에열전도도 1~15W/mK 수준이며, 지속적인연구로더높은열전도도와차폐특성을동시구현하는소재를개발진행중이다. 이러한기능성복합소재는자동차레이더부품, Cluster Rear Cover, ECU, 인버터등에금속대체로사용될수있다. 그림 6 Application : E&E Parts ESS LED Reducing Cost Saving Energy Profile Tubes Home Appliances
34 그림 7 The Designation of LUCON 9000 Series Thermal Conductive Plastic Nomenclature ex) CP9025 CP 9 02 5 1 : Electrical Conductor 5 : Electrical Insulator Thermal Conductivity : 2W/m K Thermal Conductive Plastic Base Resin - CP : PC Base - PA : PA Base - PX : PBT Base - PN : PPS Base - PL : PP Base 03 LUCON 9000 Series 명명법 04 맺음말 LUCON 은 LG 화학의전도성 Grade 이다. 그중열전도성을가지는 Grade 는 9000 Series 이다. 열전도성소재는다양한 Base 에전도성 Filler 및보강재를첨가하는것으로 Base Resin 대한구분이필요하기때문에 Base Resin 에대한표가와전기절연과비절연을구분하는것이필요하다. 예를들어, LUCON CP9025 라하면, LG 화학의전도성소재인 LUCON, PC Base 를나타내는 CP, 열전도성 Series 인 9, 가운데두숫자는열전도도 (2W/mK), 5는전기절연을나타낸다. 현재방열소재시장은현재크게형성되어있는것은아니지만, 앞으로계속해서성장해갈것으로판단된다. 특히대형 LED 업체들이기존 LED Heat Sink 에사용하던금속을경량화및원가절감가능한열전도성플라 스틱소재로대체개발이끊임없이요구되고있다. 또한, 스마트폰, LED TV 및자동차부품등박형화로인하여발열문제가야기되고있는제품에적용가능성이높아질것이며, EV/HEV 시장및전장부품의사용량증대에따른기능성복합소재에대한요구는지속적으로높아질 것이다. LG 화학은다양한 Base 에1~15 W/m K 의넓은범위의제품군이개발되어있으며, 고객의사용환경및제품용도에따라적합한 Solution 을제공할것이다.