모든 보드나 배터리 팩에 "최고의" 방열재는 없습니다. 적절한 소재 선택은 채워야 할 공간의 크기, 접합부의 전기 절연 유지 필요성, 그리고 조립 및 유지보수 방식에 따라 달라집니다. 칩, 전력 모듈, 전기차/에너지 저장 배터리 팩이 더 작은 크기에 더 많은 전력을 공급함에 따라, 열원과 방열판 또는 냉각판 사이의 계면을 통해 열이 그 어느 때보다 빠르게 전달되어야 합니다. 이 글에서는 일반적으로 사용되는 네 가지 계열(실리콘 필름, 실리콘 그리스, 젤, 포팅 접착제)을 비교합니다. 이 계열은 Trumonytechs에서 공급하는 제품과 동일합니다. 이 글은 계면 소재에 대한 포괄적인 분류 체계가 아니므로, 갭 필러, 상변화 물질, 테이프, 솔더 열전도성 물질(TIM)은 다루지 않습니다. 또한 능동 액체 냉각 루프 설계나 특정 모델의 데이터시트 수치는 포함하지 않습니다.
열전도성 소재가 공극보다 우수한 이유는 무엇일까요?
금속끼리 직접 접촉하는 접합부가 뜨거워지는 이유는 금속 자체 때문이 아니라 접합면에 갇힌 공기 때문입니다. 정밀 가공된 방열판과 평평한 부품조차도 미세한 돌출부에서만 만나기 때문에, 실제로 접촉하는 면적은 전체 접촉면의 극히 일부에 불과하고 나머지는 공기로 채워진 빈 공간으로 남습니다. 공기의 열전도율은 약 0.024 W/(m·K)에 불과하므로, 이러한 빈 공간이 열 접촉 저항을 지배하고 접합부에서 냉각수로의 열 전달 경로를 차단합니다. 열전도성 물질 그 공기를 밀어내고 두 표면을 연결하여 갇힌 공기로 인해 발생했던 계면 저항을 낮춥니다.
전도율은 핵심 수치이지만, 이는 공통된 측정 방법에 따른 비교 결과일 뿐, 절대적인 보증 수치는 아닙니다. 일반적으로 제조사들은 ASTM D5470 규격에 따라 측정된 값을 보고하는데, 이 규격은 열 임피던스와 겉보기 전도율을 산출하는 방법을 규정하고 있습니다. 이러한 공통된 기준이 없다면, 동일한 등급의 재료라도 실제 접합부에서는 다르게 작동할 수 있습니다. 따라서 사용자가 제어해야 할 것은 접합면 전체의 저항입니다. 적당한 전도율을 가진 얇고 습윤성이 우수한 층은 높은 등급의 컴파운드를 사용했지만 제대로 접착되지 않은 두꺼운 층보다 우수한 성능을 보일 수 있으므로, 사양서를 맹신하기 전에 실제 접합면과 표면 상태를 확인해야 합니다.
네 가지 인터페이스 재료와 각각의 용도
여기서 비교하는 네 가지 제품군은 형태에 따라 구분되며, 형태는 재료를 접합부에 적용하는 방식을 결정합니다. 필름과 패드는 미리 성형된 고체이고, 그리스는 유동성이 있는 페이스트이며, 젤은 부드럽지만 유동성이 없는 반고체이고, 포팅 접착제는 경화되어 단단한 보호막을 형성합니다. 이 글에서는 시중에 나와 있는 모든 접합 재료가 아닌 이 네 가지 제품군만을 다룹니다. 표는 1차 필터 역할을 하며, 그 다음 섹션에서는 선택 순서를 정합니다.
| 재료 | 형태 | 일반적인 사이즈 | 조심하세요 |
|---|---|---|---|
| 실리콘 필름/패드 | 미리 성형된 판재를 원하는 크기로 절단한 것 | 반복 가능한 조립; 사전 경화된 패드는 일반적으로 약 0.25~5mm의 간격을 덮습니다. | 적절한 압축 기간이 필요합니다 |
| 실리콘 그리스 | 유동성 페이스트, 매우 얇은 접착층 | CPU/GPU 또는 전원 모듈 덮개와 같이 평평하고 평탄도가 높은 접합부 | 사이클링 중 펌프질과 건조 |
| 써멀 젤 | 부드럽고 흐르지 않는 반고체 | 단단한 클램핑 없이 불규칙한 공극과 적층 공차 간격 | 분배량; 경화 가능 등급에 대한 경화 제어 |
| 화분용 접착제 | 일반적으로 에폭시 기반의 단단한 재료를 경화시킵니다. | 조립품의 밀봉, 고정 및 보호 | 치료 후에는 재작업이 거의 또는 전혀 필요하지 않습니다. |
열 전도성 실리콘 필름
여러 제품에 걸쳐 일관된 접착력을 유지할 수 있다는 점에서 사전 성형 필름 또는 패드가 진가를 발휘합니다. 금속 산화물 충전제가 함유된 실리콘 시트는 수동 또는 자동화 방식으로 원하는 크기로 절단하고 경화시킬 수 있어 제품 간 접착선의 일관성을 유지할 수 있습니다. 사전 경화 패드는 일반적으로 약 0.25~5mm의 틈새를 덮는 데 사용됩니다. 사전 성형된 층은 압축 범위 내에서만 제 성능을 발휘하므로, 장착 압력을 설계 요소로 고려하고 제품 카테고리에 표시된 압력 등급을 그대로 따르기보다는 각 제품의 개별 등급을 확인해야 합니다. Trumonytechs는 이러한 형태의 제품을 제공합니다. 열 전도성 실리콘 필름.
열 전도성 실리콘 그리스
그리스는 가장 평평하고 얇은 접합부에 적합하며, 접합선이 거의 없는 얇은 막을 형성할 수 있습니다. 실리콘 기반 페이스트는 미세한 요철을 메우고 매우 얇은 두께에서도 전도성을 유지하기 때문에 CPU, GPU 및 전원 모듈 덮개 아래에 사용됩니다. 알려진 한계는 시간과 움직임입니다. 진동이 있거나 수직으로 장착된 접합부에서는 저점도 그리스가 열 사이클 동안 흘러나올 수 있고 얇은 막이 건조될 수 있으므로 선택하기 전에 방향과 열 사이클 조건을 확인해야 합니다. Trumonytechs는 이러한 제품을 공급합니다. 열 전도성 실리콘 그리스, 그리고 기름과 페이스트의 차이점 대부분 배합물과 충전제일 뿐, 별도의 재료 분류는 아닙니다.
열 전도성 젤
고르지 않고 단단하게 고정할 수 없는 틈새는 젤이 탁월한 효과를 발휘하는 경우입니다. 젤은 그리스보다 점도가 높은 유동성이 없는 페이스트와 같은 특성을 가지므로 불규칙한 틈새를 채우고 조립 시 발생하는 스트레스를 최소화하면서 부품을 고정합니다. 제품별로 공정 제어가 매우 중요합니다. 토출량, 유동성, 그리고 경화형 젤의 경우 경화 특성까지 모두 정밀하게 조정해야 일관된 접합 품질을 얻을 수 있습니다. Trumonytechs는 이러한 요구를 충족하는 제품을 제공합니다. 열 전도성 젤 이 가족에서.
열 전도성 포팅 접착제
구조적 및 환경적 보호, 즉 열 전달뿐만 아니라 포팅을 고려하는 것이 설계의 핵심입니다. 포팅 컴파운드는 일반적으로 열전도성 분말이 함유된 에폭시로, 경화되면 단단한 덩어리가 되어 부품을 밀봉, 고정 및 기계적으로 보호하는 동시에 열을 방출합니다. 의도적인 단점은 재작업의 용이성입니다. 일단 경화되면 조립체는 사실상 영구적입니다. 포팅은 장치가 노출될 수 있는 충격, 습기 또는 진동에 맞춰 보호하기 위한 조치로 간주해야 하며, 유지보수를 위한 수단으로 생각해서는 안 됩니다. Trumonytechs는 이러한 요구 사항을 충족합니다. 열전도성 포팅 접착제 이 가족에서.
단열재를 틈새, 단열재 및 조립에 맞춰 선택하기
전도도 수치가 아니라 틈새를 기준으로 선택을 시작하십시오. 계면을 측정하십시오. 얇고 평평한 접합부는 그리스 또는 박막을, 측정 가능하고 반복 가능한 틈새는 패드를, 불규칙하거나 공차로 인한 틈새는 젤 또는 도포형 필러를 나타냅니다. 시판되는 그리스 및 틈새 필러는 일반적으로 한 자릿수 초반에서 십 대 초반의 W/(m·K) 범위에 속하므로 전도도는 여러 기준 중 하나로만 고려해야 합니다. 실제 접합선에 밀착되지 않는 층은 정격 값을 제공하지 못합니다. 먼저 기계적 밀착성을 확보한 다음, 적합한 제품 목록 내에서만 전도도를 비교하십시오.
다음으로 절연 요구 사항을 결정해야 합니다. 절연 요구 사항은 다른 모든 사항을 압도할 수 있기 때문입니다. 셀이나 활성 부품이 금속 냉각판 또는 섀시로부터 전기적으로 절연되어야 하는 경우, 해당 층은 열 전달뿐만 아니라 절연 강도도 제공해야 합니다. 즉, 주어진 패드가 전기를 전도하는지 여부 전도성은 추측이 아닌 명시하고 검증해야 하는 속성입니다. 충전재의 화학적 성질에 따라 절연체인 재료도 전기 전도성을 띠게 될 수 있으므로, 전도성을 기준으로 최종 후보 재료를 선정하기 전에 각 재료 또는 모델의 유전 강도, 내전압 및 시험 조건을 확인해야 합니다.
조립, 서비스 및 작동 주기를 고려하여 마무리합니다. 자동화 라인에서는 반복성을 위해 다이컷 패드 또는 분배형 젤을 선호하며, 수동 조립에는 그리스를 사용할 수 있습니다. 진동, 수직 장착 또는 장시간 열 순환을 견뎌야 하는 부품은 펌프 아웃, 건조 및 박리 현상을 검사해야 합니다. 부품에 밀봉 또는 기계적 고정이 필요한 경우, 포팅은 재작업 용이성을 희생하는 대신 보호 기능을 제공합니다.
결론
전자 장치의 열 방출에 가장 적합한 소재는 단순히 전도율이 가장 높은 것이 아니라, 간격, 절연 요구 사항, 조립 방식에 맞는 소재입니다. 먼저 인터페이스를 정의하고, 기계적 적합성이나 절연 요구 사항을 충족하지 못하는 소재는 제외한 다음, 남은 후보 물질들 내에서 전도율과 장기적인 신뢰성을 비교해야 합니다. 특히 전기차(EV) 및 에너지 저장 시스템(ESS) 팩의 경우, 진동과 열 순환으로 인해 접합부가 장기간 사용되면서 손상될 수 있으므로 이러한 고려 사항이 매우 중요합니다. Trumonytechs는 실리콘 필름, 그리스, 젤, 포팅 접착제 등 다양한 제품을 제공하며, 셀과 냉각수 사이의 경로에 적합한 간격과 용도에 맞는 소재를 선택할 수 있도록 지원합니다.
자주 묻는 질문
열전도성 접착 재료란 무엇이며, 부품을 그냥 볼트로 조립하지 않는 이유는 무엇입니까?
열 인터페이스 재료는 두 표면이 단단히 고정된 경우에도 남아 있는 미세한 공극을 채웁니다. 갇힌 공기는 약 0.024 W/(m·K)의 높은 단열성을 가지므로, 이러한 공극이 접촉 저항에 큰 영향을 미칩니다. 이 재료는 공기를 밀어내어 열이 열원에서 방열판 또는 냉각판으로 이동할 수 있도록 합니다.
써멀 그리스는 써멀 젤과 어떻게 다른가요?
그리스는 매우 얇고 평평한 접합부에 적합한 유동성 페이스트 형태이며, 젤은 불규칙한 틈새에 적합한 부드럽고 유동성이 없는 반고체 형태입니다. 그리스는 접착면이 최소화된 상태에서도 전도성이 우수하지만 진동 시 흘러나올 수 있습니다. 젤은 불규칙한 표면에도 잘 견디며, 강하게 고정하지 않아도 부품을 제자리에 고정시켜 줍니다. 다만, 도포량이 적고, 경화형 젤의 경우 경화 조절이 어려울 수 있습니다.
접착제 대신 패드나 젤을 선택해야 하는 경우는 언제일까요?
밀봉, 고정, 기계적 보호는 물론 열 전달까지 필요한 조립품에는 포팅 접착제를 선택하십시오. 포팅 접착제는 경화되어 전원 공급 장치, 배터리, 변압기 및 인덕터에 적합한 견고한 보호막을 형성하지만, 재작업이 불가능하므로 수리보다는 보호에 중점을 두어야 합니다.
진동팩에서 펌프아웃에 저항하는 재질은 무엇입니까?
패드나 경화 젤과 같은 미리 성형되거나 경화된 재료는 저점도 그리스보다 펌핑 유출에 대한 저항성이 더 뛰어납니다. 수직으로 장착되거나 진동하는 조립체의 경우, 열 순환 과정에서 그리스가 접합부 밖으로 스며 나올 수 있으므로, 선택하기 전에 접합면의 방향과 열 순환 조건을 확인해야 합니다.
추가 자료
- 고출력 전자 장치의 열 관리를 위한 열 인터페이스 재료의 최근 발전 동향 (나노재료, 2022) — 동료 평가를 거친 논문. 계면 재료 선택에 영향을 미치는 공극 메커니즘과 전도도 범위를 뒷받침합니다.
- 고분자 기반 열 관리 소재의 설계 및 제조에 있어서 최근의 발전 동향 (고분자, 2021) — 동료 평가를 거친 논문. 충전재 선택과 고분자 매트릭스가 이러한 재료의 전도성 및 절연 특성을 결정하는 방식에 대한 배경 설명.
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- Trumonytechs의 고급 써멀 패드로 PCB 성능 향상 — 열 패드가 인쇄 회로 기판을 안전한 온도 범위 내로 유지하는 방법.
- 상변화 소재란 무엇인가요? — 이 문서에서 범위 외 항목으로 나열된 열 인터페이스 제품군에 대해 설명합니다.
- 열 그리스란 무엇인가요? — 열전도 그리스가 프로세서와 방열판 사이의 미세한 틈을 어떻게 채우는지 자세히 살펴보겠습니다.
