제3장 플라스틱, 고무를 이용한 제품의 최신 동향 (8) - 방열, 열전도 재료에 관련하는 개발

[YDfamily]

⑧ Dexerials

Dexerials는 열전도성 입자의 충전율을 높이는 knowhow를 활용하여 부재 간의 간격을 메우는 열전도 재료 TIM(Thermal Interface Material)을 개발하고 있다. 이 개념을 이하와 같이 설명하고 있다. Filler의 충전율을 올리기 위한 연구로서 행해졌는데, 큰 직경의 구상(球狀) filler의 틈에 작은 직경의 구상 filler를 틈 없이 충전하는 방법이로, 이렇게 하는 것으로 filler끼리가 가까워지고, 열 효율이 좋게 전파한다. 주의할 포인트로서, filler의 형태가 불규칙하게 있다면 다수의 입자경의 filler를 어떠한 비율로 충전할지에 의해서도 열전도율의 값은 변화하기 때문에, TIM의 메이커는 연구에 근거하여 독자의 knowhow를 축적하고 있다.

Dexerials는 이것과는 별도로 탄소 섬유를 특정 방향으로 배열시킨 열전도 시트도 개발하고 있고, 이들을 합쳐, 열전도율과 경도에 의해 구분되는 각종 열전도 시트를 개발하였다(도48).

Filler의 충전, 가장 빽빽하게 충전하기 위해서는

이상적인 입자 사이즈 분포에 의한 충전 모델(Harsfield’s Packing Model)

큰 filler의 틈을 작은 filler로 충전하는 것으로 효율 좋게 틈을 메우는 것이 가능하다.

입경의 종류를 증가하는 것으로 보다 충전 효율을 올리는 것이 가능

포인트: Filler의 형상

             형상, 크기가 고르지 않으면 이론적으로 충전율이 올라가지 않는다.

도48 Dexerials의 TIM

⑨ Taica 방열제품

Taica는 αGEL이 갖는 남다른 부드러움에, 열전도성을 부여하는 것으로, 밀착성, 추종성(追從性)을 활용한 20W/mK까지의 높은 열 전도율과 유연성을 모두 갖고, 높은 방열 성능을 실현한 것으로서, 시트상, 액상(grease, putty, 2액 경화), EMI 대책품, 양면 테이프, no-silicon 등, 각종 형태의 제품 라인업을 갖추고 있다. 난연성, 전기 절연성의 양립, 기판의 부하 저감도 가능하다고 하여 시장에 소구하고 있다.

도49 Taica의 방열 제품

⑩ Kaneka의 일액성 경화형 elastomer

Kaneka는, 비 실리콘계 실온 경화형의 1액 수지(열전도성 elastomer RV 시리즈)를 개발하였다. 양호한 이형성에 의해 rework가 용이하고, 열원과 방열 기기를 연결하는 thermal interface material(TIM)으로서 유용하고, 스마트폰이나 디지털 카메라 등의 다양한 전자 기기의 방열에 매력을 발휘하고 있다. 특징으로서 ①액상 수지와 무기 filler로부터 되는 1액 경화형 elastomer이고, ②실온, 온기 경화형으로 높은 형상 추적성, 박막 분포성(=저 열저항)을 나태내고, ③비 실리콘계 수지이므로 저분자 환상 siloxane 가스의 발생이 없고, ④수리 시 등에 취급하기 쉬운 양호한 박리성, ⑤낮은 비유전율(3.7@ 10GHz (RV089)), ⑥높은 내 migration성을 들고 있다(도50).

항목	단위	Grade		측정방법
		RV089	RV087
열전도율	W/mK	0.9	1.7	ISO 22007-2
				23℃, 50%RH
경화속도(24시간)	Mm	2.5	2.5	Kaneka법
				23℃, 50%RH
포인트 라인 두께	㎛	30	70	Kaneka법
비중	-	1.7	2.8	ASTM D792
체적 저항	Ω·㎝	1010	1010	JIS K6911
절연 파괴 전압	kV/mm	20	16	ASTM D149
				23℃, AC60Hz
비 실리콘	-	O	O	-

도50 Kaneka의 열전도성 elastomer

⑪ Sanyo(三洋) 화성의 열전도성 재료

Sanyo 화성은 높은 열전도성과 유동성을 양립한 열전도성 재료(TMI)로서 절연성 우레탄 방열 gap filler(개발품)을 개발하였다(도51). 2액 혼합에 의해 실온에서 경화 하는 우레탄계 열전도성 재료로, 미세한 요철 표면에도 추종하고, 효율 좋게 열을 전달하는 것이 가능하고, 소형화, 고성능화, 고기능화가 진행하는 전자 기기의 열대책에 공헌 가능함으로써, 이하의 특징을 들 수 있다. ①높은 방열 특성, ②저점도로 높은 유동성, ③2액 실온 경화 타입, ④비 실리콘계, ⑤기재로의 밀착성이 높음, ⑥절연성

경화 전: paste상

경화 후: 임의의 형상으로 경화 가능

도51 Sanyo 화성의 2액 경화 TIM

⑫ Goyoshiko(五洋紙工)의 열전도 시트

Goyoshiko는 아크릴계 열전도 시트를 개발하였다(도52). 아크릴 수지를 사용한 열 전도성과 전가 절연성이 우수한 시트로 roll to roll 방식에 의한 연속 생산, 타발 가공에도 대응 가능하고, silicon free이므로 접점 장애의 원인으로 되는 저분자 siloxane이 발생하지 않는 것, oil bleed out이 발생하지 않기 때문에, 주변 부재에 악영향을 주지 않는 것, 두께가 얇기 때문에 열저항을 작게 가능하고, 좁은 공간 내에서도 사용 가능한 것을 특징으로서 들 수 있다.

			당사 아크릴계	타사 아크릴계
두께		Mm	0.3~0.5	0.50
열전도율 (Xe flash법)		W/m·K	4	2
열저항 TO-220 출력 3W 체결 torque 0.4N·m		℃ · cm2/W	1.15	1.45
경도		Durometer	55	11
점착력	대 SUS판	N/25mm	2.14	2.74
	대 알루미늄판		2.00	0.56
인장강도		MPa	1.3	0.4
신율		%	67	65
절연 파괴 강도		kV/mm	30	16
체적 고유 저항율		Ω·㎝	≥1.0*1011	≥1.0*1011
비유전율(1MHz)		-	4.5	4.2
유전 정접(1MHz)		-	0.034	0.023

도52 Goyoshiko의 아크릴계 열전도 시트