써멀 인터페이스 기초

개요

써멀 인터페이스 개요

써멀 인터페이스(thermal interface; 열계면)는 온도가 다른 두 물질 사이의 경계 영역으로서, 더 뜨거운 물질에서 더 차가운 물질로 열이 전달되는 부분을 말합니다. 전자기기에서 써멀 인터페이스는 마이크로프로세서, 방열판, 써멀 인터페이스 재료(TIM; thermal interface material)와 같은 구성 요소들 사이에 존재합니다. 써멀 인터페이스 재료의 선택과 설계는 전자기기의 열 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

전자기기에서 써멀 인터페이스의 중요성

전자기기에서 발생하는 열을 효율적으로 관리하는 것은 기기의 손상을 방지하고 성능을 유지하며 수명을 연장하는 데 필수적입니다. 열 관리가 제대로 이루어지지 않으면 부품 고장, 디바이스 성능 저하, 전력 소비 증가로 이어질 수 있습니다. 써멀 인터페이스 재료는 구성 요소 간의 “열 전달을 개선”하여 전자기기의 열 관리에 대한 효율성을 높이는데 매우 중요합니다.

배경 정보

열 관리 개요

열 관리는 최적의 성능, 신뢰성 및 안전을 보장하기 위해 전자 장치의 온도를 조절하는 프로세스를 말합니다. 열 관리의 목표는 디바이스 구성 요소에서 발생하는 열을 제거하여 주변 환경으로 효율적으로 방출하는 것입니다. 열을 효과적으로 관리하지 못하면 디바이스 수명이 단축되고 성능이 저하되며 심지어 치명적인 고장이 발생할 수도 있습니다.

열 관리 기술은 크게 패시브 방식과 액티브 방식으로 분류할 수 있습니다. 패시브 방식은 재료의 자연적인 열 전도성을 이용하여 디바이스로부터 주변 환경으로 열을 전달하는 것입니다. 예를 들어, 금속 핀을 사용하여 표면적을 넓히고 열 방출을 촉진하는 “방열판”과 고체 상태에서 액체 상태로 변화하면서 열을 흡수하고 방출하는 “상변화 물질” 등이 있습니다. 액티브 방식은 외부 에너지원을 사용하여 열 전달을 향상시킵니다. 예로는 방열판 위나 장치를 통해 공기를 불어 대류 열 전달을 증가시키는 “팬”과 일련의 튜브를 통해 냉각수를 순환시켜 장치에서 열을 제거하는 “액체 냉각 시스템” 등이 있습니다.

열 관리는 전자기기 설계의 중요한 측면이며 특히 CPU, GPU, 전력 전자 장치와 같이 전력 밀도가 높은 기기의 경우 더욱 중요합니다. 효과적인 열 관리를 위해서는 디바이스 레이아웃, 소재 선택, 열 전달 메커니즘을 신중하게 고려해야 하며 열 성능, 디바이스 크기, 비용 간의 절충이 필요할 수 있습니다.

열 전달 메커니즘

열 전달 메커니즘은 열 관리의 원리를 이해하는 데 기본이 됩니다. 열 전달에는 전도, 대류, 복사의 세 가지 주요 모드가 있습니다.

• 전도(conduction):
  물질 자체의 움직임 없이 물질을 통해 열이 전달되는 것을 말합니다. 열은 더 뜨거운 영역에서 더 차가운 영역으로 흐르며, 열 전달 속도는 영역 내에서의 온도 차이, 재료의 열전도율(thermal conductivity), 열이 이동하는 거리에 따라 달라집니다. 금속은 열전도율이 높아 열전도에 효과적인 반면, 단열재는 열전도율이 낮고 열전달에 취약합니다.


• 대류(convection):
  유체(액체 또는 기체)를 통해 유체 자체의 움직임에 의해 열이 전달되는 것을 말합니다. 유체가 가열되면 팽창하고 밀도가 낮아져 유체가 상승하여 흐름을 생성합니다. 그러면 가열된 유체는 더 차가운 표면으로 열을 전달하고 하강하여 열 전달의 순환을 만들어 냅니다. 대류는 유체 흐름이 자연 부력에 의해 구동되는지 아니면 팬이나 펌프와 같은 외부 소스에 의해 구동되는지에 따라 자연적이거나 강제적일 수 있습니다.


• 복사(radiation):
  적외선과 같은 전자기파를 통해 열이 전달되는 것을 말합니다. 모든 물체는 복사열를 방출하며, 복사의 양은 온도와 물질의 방사율에 따라 달라집니다. 복사열의 전달은 진공 상태나 비접촉 표면 사이에서도 발생할 수 있기 때문에 전자기기의 열 관리에 중요합니다.

각 열 전달 모드의 효과는 특정 장치와 환경에 따라 다릅니다. 대부분의 전자 장치에는 세 가지 열 전달 모드가 모두 다양하게 존재합니다.

써멀 인터페이스 재료의 종류

전자 장치에서 부품과 방열판 사이의 열 전달을 향상시키기 위해 일반적으로 사용되는 여러 유형의 써멀 인터페이스 재료(TIM)가 있습니다. TIM의 선택은 애플리케이션, 디바이스 설계, 작동 조건 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 사용되는 TIM 유형은 다음과 같습니다.

• 써멀 그리스(thermal grease):
  써멀 그리스는 부품과 방열판(heatsink) 사이에 도포하여 틈새와 표면 요철을 메우는 부드럽고 점성이 있는 페이스트(paste)입니다. 일반적으로 실리콘 또는 탄화수소 베이스로 만들어지며 금속 산화물과 같은 열 전도성 필러(thermally conductive filler)가 포함되어 있으며, 비교적 저렴하고 적용하기 쉽지만 시간이 지나면 마르거나 흘러내릴 수 있고, 굳어진 후에 방열판을 분리하면 기존의 써멀 그리스를 제거하고 다시 도포해야 합니다. 얇게 도포되므로 열이 전달되는 거리가 매우 짧아서 열전도율이 낮은 소재로도 일정 수준의 열전도 효과를 기대할 수 있습니다.


• 써멀 테이프(thermal tape):
  써멀 테이프는 부품에 방열판을 부착할 때 사용되는 얇은 점착 테이프입니다. 일반적으로 열 전도성 점착층이 있는 유연한 폴리머 재질로 만들어집니다. 써멀 테이프는 부착이 용이하며 공간이 제한적이거나 방열판을 제거해야 하는 경우에 유용합니다.


• 써멀 패드(thermal pad):
  써멀 패드는 열원(heat source)와 방열판 사이에 배치되는 부드러운 패드입니다. 일반적으로 열 전도성 필러가 내장된 실리콘 또는 폴리머 재질로 만들어집니다. 써멀 패드는 설치가 간편하고 써멀 그리스나 테이프보다 더 안정적인 인터페이스를 제공할 수 있으며, 압축하는 데 더 많은 힘이 필요할 수 있습니다.


• 상변화 물질(PCM; phase change material):
  상변화 물질은 고체 상태에서 액체 상태로 변화하여 많은 양의 열을 흡수하고 방출할 수 있는 물질입니다. 일반적으로 휴대용 전자기기와 같이 빠른 열 반응이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다. PCM은 열전도율이 높지만 수명이 제한적이고 적용하기 어려운 경우가 있습니다.


• 금속 기반 인터페이스 재료:
  금속 기반 인터페이스 재료는 일반적으로 표면 요철에 적합하고 높은 열 전도성을 제공할 수 있는 금속 합금으로 만들어집니다. 일반적으로 CPU 및 전력 전자기기와 같은 고성능 애플리케이션에 사용됩니다. 하지만 가격이 비싸고 적용하기 어려울 수 있습니다.

TIM의 선택은 열 성능, 적용 용이성, 비용 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 디바이스 소재와 호환되고 작동 조건을 견딜 수 있으며 장기간 안정적인 성능을 제공할 수 있는 TIM을 선택하는 것이 중요합니다.

써멀 인터페이스 재료의 선택 기준

써멀 인터페이스 재료(TIM)를 선택할 때는 최적의 열 성능과 디바이스 신뢰성을 보장하기 위해 몇 가지 기준을 고려하는 것이 중요합니다. TIM의 주요 선택 기준은 다음과 같습니다.

• 열전도율:
  TIM의 열전도율은 열 전달 효과를 결정하는 데 중요한 요소입니다. 열전도율이 높은 TIM일수록 열 전달이 더 잘 되어 작동 온도가 낮아지고 디바이스 성능이 향상됩니다. TIM의 열전도율은 써멀 그리스의 경우 약 0.5W/mK에서부터 금속 기반 TIM의 경우 10W/mK 이상에 이르기까지 매우 다양합니다. 열전도율은 물질 고유의 특성으로서 크기와 관계없습니다. 같은 열전도율을 가지는 물질이라도 열이 전도되는 거리가 멀어질수록 열저항이 커집니다.


• 열저항(thermal resistance):
  TIM의 열저항은 인터페이스를 통과하는 열 흐름에 대한 저항을 측정한 것으로서, TIM 레이어의 두께에 비례하고 면적 및 열전도율에 반비례합니다. 열저항이 낮은 TIM일수록 열 전달이 잘되어 작동 온도가 낮아지고 디바이스 성능이 향상됩니다.


• 압축성:
  TIM의 압축성은 표면에 미세한 요철이 있는 열원과 방열판 사이의 간격을 메우는 능력을 측정하는 척도입니다. 압축성이 높은 TIM은 더 나은 접촉(요철에 의한 에어갭 air gap 감소)을 제공하고 열 전달 성능을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 압축성이 너무 높으면 시간이 지남에 따라 TIM 자체(써멀 그리스의 경우) 또는 실리콘 오일(써멀 패드의 경우)이 흘러나와 효율이 떨어질 수 있습니다.


• 수명:
  TIM의 수명은 시간이 지나도 열 성능을 유지하는 능력을 측정하는 척도입니다. 일부 TIM은 시간이 지남에 따라 건조되거나, 흘러내리거나, 파손되어 열 전달 효율이 감소할 수 있습니다.


• 화학적 호환성:
  TIM은 장치 재료 및 환경과 화학적으로 호환되어야 합니다. 일부 TIM은 특정 금속 또는 플라스틱과 반응하여 디바이스의 부식 또는 성능 저하를 일으킬 수 있습니다. (써멀 패드의 경우 저분자 실록산의 접점 부식 문제 등)


• 적용의 용이성:
  TIM의 적용 용이성은 특히 대량 생산에 있어 중요한 요소입니다. 일부 TIM은 특수 장비나 기술이 필요할 수 있지만(form-in-place 타입의 써멀 컴파운드), 간단하게 적용할 수 있는 것도 있습니다.


• 비용:
  TIM의 비용도 고려해야 할 중요한 요소입니다. 비용 효율적인(cost effective) 열 관리를 위해서는 열 성능, 수명, 적용 용이성과 TIM의 비용이 균형을 이루어야 합니다.

최적의 열 성능과 디바이스 신뢰성을 보장하기 위해 열전도율, 압축성, 수명, 화학적 호환성, 적용 용이성, 비용 등 여러 기준의 균형을 맞춰 올바른 TIM을 선택해야 합니다.

용어 정리

써멀 인터페이스 재료를 선정할 때, 열전도율, 열저항, 열임피던스, 열관류율 등의 용어를 이해하는 것이 도움이 될 수 있습니다.

• 열전도율(thermal conductivity):
  
  단위는 W/mK이며, 물질이 열을 전달하는 능력을 나타내는 물리적 성질입니다. 열전도율은 아래와 같은 공식에서 도출됩니다.
  
  
  ∆Q

  ∆t

   = kA

  ∆T

  ∆L
  
  
  

  ∆Q:전도되는 열량(watt), ∆t:단위 시간(sec), k:비례상수(열전도율), A:열이 전도되는 단면적(m²), ∆L:열이 전도되는 거리(m), ∆T:양측의 온도 차이(kelvin)

  
  

  단위 시간 동안 열이 이동한다고 가정할 때, k는 아래와 같습니다.

  
  
  k =  

  Q∙∆L

  A∙∆T
  
  
  
  

  여기서 단위를 정리하면, W/mK(Watt per meter-Kelvin)이 되며, 열전도율이 높은 물질은 열을 잘 전달하고, 열전도율이 낮은 물질은 열을 잘 전달하지 않습니다. 따라서 단열재로 사용되는 물질들은 일반적으로 열전도율이 낮습니다.




• 열저항(thermal resistance):
  
  단위는 K/W(Kelvin per Watt)입니다. 열저항은 열이 전도되는 거리에 비례하고, 열전도율 및 단면적에 반비례하므로 아래와 같은 공식이 도출됩니다.
  
  
  R = 

  ∆L

  Ak
  
  
  

  R:열저항, ∆L:열이 전도되는 거리(m), A:열이 전도되는 단면적(m²), k:열전도율(W/mK)

  
  

  참고로 열저항율(thermal resistivity)은 재료 상수이며 열전도율의 역수입니다. (단위: mK/W)

  
  
  R_λ = 

  1

  k
  
  
  

  R_λ:열저항율, k:열전도율(W/mK)




• 열임피던스(thermal impedance):
  
  단위는 m²K/W(square meters-Kelvin per Watt)입니다. 열임피던스는 재질의 두께(열이 전도되는 거리)를 열전도율로 나눈 값이며, 아래와 같이 표현됩니다. 열임피던스는 열저항과 접촉저항을 모두 아우르는 개념이라고 할 수 있으며, 복합 재질의 총체적 열저항을 계산할 때 유용하게 사용될 수 있습니다.
  
  
  Z = 

  ∆L

  k
  
  
  

  Z:열임피던스, ∆L:열이 전도되는 거리(m), k:열전도율(W/mK)

  
  

  예를 들어, 나란히 붙어 있는(직렬연결) A물질(열전도율 k_A, 두께 L_A)과 B물질(열전도율 k_B, 두께 L_B)의 총체적인 열임피던스 Z는 아래와 같이 계산될 수 있습니다.

  
  
  Z = Z_A + Z_B = 

  L_A

  k_A

    +  

  L_B

  k_B
  
  



• 열관류율(thermal transmittance):
  
  단위는 W/m²K(Watt per square meters-Kelvin)입니다. 열관류율은 열임피던스의 역수이며, 아래와 같이 표현됩니다. 열임피던스가 복합 재질의 총 열저항을 나타내는 것과 같이, 열관류율은 복합재질의 총 열전도값을 나타냅니다.
  
  
  U = 

  1

  Z
  
  
  

  U: 열관류율, Z: 열임피던스(m²K/W)

써멀 인터페이스 재료의 특성 분석

열전도율 측정 기술

열전도율은 써멀 인터페이스 재료(TIM)의 중요한 파라미터이며 일반적으로 여러 기술 중 하나를 사용하여 측정합니다. 이러한 기법은 사용되는 시간 및 온도 구배(temperature gradient)에 따라 크게 정상 상태 기법과 과도 기법 등으로 분류할 수 있습니다.

• 정상 상태 기법:
  정상 상태 기법은 정상 상태 조건에서 알려진 두께와 면적의 샘플에서 온도 구배를 측정하여 열전도율을 측정합니다. 가장 일반적으로 사용되는 정상 상태 기법은 서로 다른 온도의 두 플레이트 사이에 샘플을 놓고 열 흐름과 온도 구배를 측정하는 보호열판법(guarded hot plate method)입니다. 또 다른 기법으로는 준비된 시료를 이미 열전도율이 알려진 기준 물질과 비교하는 방법입니다.


• 과도 기법:
  과도 기법은 짧은 시간 동안 알려진 열 입력에 대한 시료의 온도 반응을 측정하여 열전도율을 측정합니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은, 얇은 와이어 또는 스트립을 단시간 동안 가열하여 시료의 온도 상승 및 냉각 곡선을 측정하는 열선법(hot wire method)입니다. 또 다른 기법으로는 짧은 펄스의 레이저 광선으로 시료를 가열하고 온도 상승 및 감소를 측정하는 레이저 플래시법(LFA; laser flash analysis)입니다.


• 시차 주사 열량 측정법(DSC; differential scanning calorimetry):
  시차 주사 열량 측정법은 용융 또는 결정화와 같은 열 전이 중 열 흐름을 측정하여 물질의 열적 특성을 측정하는 기술입니다. DSC는 열 전이 중 열 흐름을 분석하여 TIM의 열전도율을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

측정 기술의 선택은 필요한 재료 특성, 온도 범위, 정확도 등 특정 응용 분야와 요구 사항에 따라 달라집니다. 정확하고 신뢰할 수 있는 열전도율 측정을 위해서는 적절한 기술을 선택하고 측정 불확실성과 잠재적 오류 원인을 신중하게 고려하는 것이 중요합니다.

열저항 측정 기술

열저항은 써멀 인터페이스 재료(TIM)를 특성화하는 데 중요한 매개변수입니다. 일반적으로 열전도율 측정 방법과 동일(정상 상태 기법, 과도 기법)하며, 전기 저항을 이용하기도 합니다.

• 전기 저항: 전기 저항은 일부의 경우, 특히 전기 전도성 물질의 경우 열저항의 대용으로 사용할 수 있습니다. 시료의 전기 저항은 표준 전기 측정 기술을 사용하여 측정하고, 열저항은 재료 특성에 따라 달라지는 변환 계수를 사용하여 계산합니다.

써멀 인터페이스 재료의 응용 분야

전자기기의 개요 및 열 관리 과제

전자기기는 작동 시 부산물로 열을 발생시키며, 기기의 손상을 방지하고 성능을 유지하려면 이 열을 방출해야 합니다. 효과적인 열 관리는 전자기기의 신뢰성과 수명을 보장하는 데 필수적이며, 이는 많은 애플리케이션에서 중요한 과제입니다.

전자기기의 열 관리 문제는 기기의 유형, 작동 환경, 전력 요구 사항에 따라 달라질 수 있습니다. 그러나 몇 가지 일반적인 과제는 다음과 같습니다.

• 소형화:
  전자기기의 크기가 계속 작아짐에 따라 기기 내 부품에서 발생하는 열을 방출하는 것이 더욱 어려워지고 있습니다. 디바이스가 작아질수록 열을 방출할 수 있는 표면적이 줄어들고 부품 패킹이 더 촘촘해지기 때문에 부품 온도가 높아질 수 있습니다. 반도체와 같은 부품은 사양에 따라 특정 온도 이내에서 사용할 것을 명시하고 있고, 이 온도를 넘어가면 작동을 멈추거나 오작동을 야기할 수 있습니다.


• 전력 밀도:
  전자기기는 점점 더 강력해지고 있으며, 이로 인해 전력 밀도(power density; 단위 부피 또는 단위 면적당 생성 또는 전송될 수 있는 전력의 양; W/m³, W/m²)가 높아지고 발열량도 커질 수 있습니다. 전력 밀도가 높으면 디바이스 내에 핫스팟이 발생하여 성능이 저하되고 고장 위험이 높아질 수 있습니다.


• 환경 조건:
  운영 환경은 전자 장치의 열 관리 요구 사항에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 주변 온도, 습도가 높고 먼지나 기타 오염 물질에 노출되면 디바이스의 열 부하가 증가하여 열 성능이 저하될 수 있습니다.


• 재료 선택:
  전자 장치에 사용되는 소재는 열 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 써멀 인터페이스 재료의 선택은 구성 요소와 방열판 사이의 열 전달에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 케이스 및 기타 구성 요소의 재료 선택도 디바이스의 열 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.


• 열저항:
  써멀 인터페이스의 열저항은 장치의 전반적인 열 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 열저항이 높으면 열 전달이 비효율적이고 구성 요소 온도가 높아질 수 있습니다.

효과적인 열 관리는 전자기기의 안정적이고 장기적인 작동을 보장하는 데 매우 중요합니다. 열 관리 문제를 해결하려면 디바이스의 작동 환경, 전력 요구 사항, 디바이스에 사용되는 소재의 열적 특성을 신중하게 고려해야 합니다.

써멀 인터페이스 재료의 새로운 응용 분야

써멀 인터페이스 재료(TIM)는 열 관리를 개선하고 성능을 향상시키기 위해 전자 장치 및 전력 전자 장치에 널리 사용되어 왔습니다. 그러나 현재 연구자 및 업계 전문가들이 연구하고 있는 새로운 TIM 응용 분야가 있습니다. 다음은 새롭게 떠오르는 TIM의 몇 가지 응용 분야입니다.

• LED 조명:
  발광 다이오드(LED)는 에너지 효율과 긴 수명으로 인해 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 하지만 LED는 열을 발생시켜 성능과 수명에 영향을 줄 수 있습니다. TIM을 사용하면 LED의 열 관리를 개선하여 열을 더 잘 방출하고 기기의 수명을 늘릴 수 있습니다.


• 전기 모터:
  전기 모터는 작동 중에 열을 발생시켜 효율과 수명을 감소시킬 수 있습니다. TIM을 사용하면 전기 모터의 열 관리를 개선하여 열 방출을 개선하고 효율과 수명을 늘릴 수 있습니다.


• 태양광 패널:
  태양광 패널은 햇빛을 전기 에너지로 변환하지만 작동 중에 열을 발생시킬 수도 있습니다. 높은 온도는 패널의 성능과 수명에 영향을 미칠 수 있습니다. TIM을 사용하면 패널의 열 관리를 개선하여 열 방출을 개선하고 효율과 수명을 늘릴 수 있습니다.


• 의료 기기:
  의료 기기는 작동 중에 열이 발생하여 성능과 안전에 영향을 미칠 수 있습니다. TIM은 의료 기기의 열 관리를 개선하여 열 방출을 개선하고 환자에게 위험할 수 있는 과열을 방지하는 데 사용할 수 있습니다.


• 항공우주 및 방위 산업:
  항공우주 및 방위 산업은 극한의 조건을 견딜 수 있는 고성능 전자 장치를 필요로 합니다. TIM은 이 분야에서 사용되는 전자기기의 열 관리를 개선하여 열 방출을 개선하고 열악한 환경에서도 안정적인 성능을 보장하는 데 사용할 수 있습니다.

결론적으로, TIM의 새로운 응용 분야는 다양하며 여러 산업에 걸쳐 있습니다. 연구자들이 TIM의 잠재력을 계속 탐구함에 따라 다양한 전자 장치 및 시스템의 성능, 효율성, 신뢰성을 개선하는 데 더욱 필수적인 요소가 될 것으로 보입니다.

도전 과제 및 향후 방향

써멀 인터페이스 기술의 현재 과제

써멀 인터페이스 기술(TIT)은 전자 장치 및 시스템의 열 관리를 개선하는 데 큰 진전을 이루었지만 여전히 해결해야 할 몇 가지 과제가 남아 있습니다. 현재 TIT의 몇 가지 과제는 다음과 같습니다.

• 표면 거칠기:
  TIT의 주요 과제 중 하나는 표면 거칠기입니다. 방열판과 부품의 표면 거칠기는 TIM의 접촉 면적과 열전도율에 영향을 미칠 수 있습니다. 결과적으로 TIM의 효율성이 저하되어 열 성능이 저하될 수 있습니다.


• 인터페이스 두께:
  TIM의 두께는 열 전도성에 영향을 미치는 또 다른 중요한 파라미터입니다. TIM이 너무 두꺼우면 열 전달을 감소시키는 열 장벽을 만들 수 있습니다. 반면에 TIM이 너무 얇으면 부품과 방열판 사이의 틈새를 채우지 못해 열 접촉이 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다.


• 열 안정성:
  TIT의 또 다른 과제는 TIM의 열 안정성입니다. 일부 TIM은 열 순환 또는 고온 노출로 인해 시간이 지남에 따라 성능이 저하될 수 있습니다. 이러한 성능 저하로 인해 열 성능이 저하되거나 심지어 TIM이 고장날 수도 있습니다.


• 호환성:
  TIM과 구성 요소 및 방열판의 호환성 또한 중요한 고려 사항입니다. 일부 TIM은 구성 요소 또는 방열판과 반응하여 부식, 성능 저하 또는 기타 문제를 일으킬 수 있습니다.


• 제조 및 비용:
  마지막으로, TIM의 제조 공정과 비용도 문제가 될 수 있습니다. 일부 TIM은 제조가 어렵기 때문에 생산 비용이 높습니다. 또한 TIM의 비용은 전자 장치 또는 시스템의 전체 비용에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

결론적으로 TIT는 전자기기의 열 관리를 개선하는 데 상당한 진전을 이루었지만 여전히 해결해야 할 몇 가지 과제가 있습니다. 연구자와 업계 전문가들은 이러한 문제를 해결하고 전자 장치 및 시스템의 열 성능을 개선하는 새로운 TIM을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

써멀 인터페이스 재료의 새로운 트렌드

써멀 인터페이스 재료(TIM)는 전자 장치 및 시스템의 증가하는 수요를 충족하기 위해 끊임없이 진화하고 있습니다. 다음은 TIM의 새로운 트렌드입니다.

• 그래핀 기반 TIM:
  탄소 원자로 이루어진 2차원 물질인 그래핀은 열 전도성이 뛰어나 써멀 인터페이스 재료로 사용할 수 있습니다. 연구자들은 전자 장치의 열 관리를 개선하기 위해 그래핀 기반 TIM을 사용하는 방법을 모색하고 있습니다. 그래핀 기반 TIM은 더 나은 열 방출을 제공하고 전자 장치의 전반적인 성능과 효율성을 개선할 수 있습니다.


• 상 변화 재료:
  상변화 물질(PCM)은 상변화 중에 열 에너지를 흡수하거나 방출할 수 있는 물질입니다. 연구자들은 전자기기의 열 관리를 개선하기 위해 PCM을 TIM으로 사용하는 방법을 모색하고 있습니다. PCM은 작동 중에 열을 흡수하고 유휴 시간 동안 열을 방출하여 장치의 전반적인 효율과 수명을 개선할 수 있습니다.


• 3D 프린팅:
  3D 프린팅 기술은 전자기기의 특정 형상에 맞는 맞춤형 TIM을 만드는 데 사용되고 있습니다. 이 접근 방식은 부품과 방열판 사이의 접촉 면적을 최대화하여 전자기기의 열 성능을 개선할 수 있습니다. 또한 3D 프린팅을 사용하여 TIM의 열 전도성을 향상시키는 복잡한 구조를 만들 수도 있습니다.


• 나노 입자 기반 TIM:
  기존 TIM에 나노 입자를 추가하여 열 전도성을 개선할 수 있습니다. 연구자들은 은, 구리, 알루미늄 산화물 등 다양한 종류의 나노 입자를 사용하여 TIM의 열 전도성을 향상시키는 방법을 모색하고 있습니다. 이러한 나노 입자 기반 TIM은 더 나은 열 방출을 제공하고 전자 장치의 전반적인 열 성능을 개선할 수 있습니다.


• 하이브리드 TIM:
  하이브리드 TIM은 최적의 열 전도성과 안정성을 달성하기 위해 서로 다른 재료를 결합한 TIM입니다. 예를 들어, 연구자들은 액체 금속과 기존의 써멀 페이스트를 결합한 하이브리드 TIM의 사용을 모색하고 있습니다. 액체 금속은 뛰어난 열 전도성을 제공하는 반면, 써멀 페이스트는 안정성을 제공하고 부식을 방지합니다.

결론적으로, TIM의 새로운 트렌드는 다양한 재료와 제조 방법에 걸쳐 다양합니다. 연구자들이 TIM의 잠재력을 계속 탐구함에 따라 전자 장치 및 시스템의 열 관리를 개선하는 데 더욱 효율적이고 효과적이 될 것으로 보입니다.