서멀 그리스
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
서멀 그리스는 반도체 장치의 열 결합을 개선하기 위해 사용되는 물질로, 중합체 매트릭스와 열 전도성이 높은 충전재로 구성된다. 에폭시, 실리콘, 폴리우레탄 등을 매트릭스로 사용하며, 산화 알루미늄, 질화 붕소, 은, 액체 금속 등이 충전재로 사용된다. 서멀 그리스는 세라믹, 금속, 탄소, 가융 합금 기반으로 분류되며, 부품 표면과 방열기 표면을 깨끗하게 한 후 적절한 방법으로 도포하여 사용한다. 펌프 아웃 현상이나 고온 분리 현상과 같은 문제점이 발생할 수 있으며, CPU, GPU 등에서 발생하는 열을 방열판으로 전달하는 데 사용된다. 주요 제조사로는 신에츠 화학공업, 다우 코닝, 타이카 등이 있으며, 일부 제품은 흡입 시 유독 가스를 배출할 수 있으므로 주의해야 한다.
더 읽어볼만한 페이지
- 열전도 - 뉴턴의 냉각 법칙
뉴턴의 냉각 법칙은 물체의 열 손실률이 물체와 주변 환경 간의 온도 차이에 비례하며, 과도 냉각 분석에 활용된다. - 열전도 - 히트파이프
히트파이프는 작동 유체의 증발과 응축을 통해 열을 효율적으로 전달하는 폐쇄형 열전달 장치로, NASA의 우주 프로그램에서 위성 트랜스폰더의 열 평형을 위해 개발된 후 컴퓨터 CPU 냉각, 태양열 집열 등 다양한 분야에 적용되고 있다. - 열 - 열기관
열기관은 고온 열원에서 열을 받아 일을 하고 나머지를 저온 열원으로 방출하는 장치이며, 증기 동력, 가스 동력, 내연기관 등으로 분류되어 화력 발전소, 자동차 등 다양한 분야에 활용된다. - 열 - 화상
화상은 열, 화학물질, 전기, 방사선 등으로 피부와 조직이 손상되는 것으로, 심한 정도에 따라 증상이 다르게 나타나며 원인에 따라 다양한 치료법이 적용되고 심각한 경우 생명을 위협할 수 있다. - 냉각 기술 - 흡수 냉동기
흡수 냉동기는 열에너지를 이용하여 냉각 효과를 내는 장치로, 냉매와 흡수제를 사용하며 전력 소비가 적고 폐열 활용이 가능하다는 장점 때문에 환경 규제 강화와 에너지 효율에 대한 관심 증가로 다시 주목받고 있다. - 냉각 기술 - 인터쿨러
인터쿨러는 터보차저 엔진에서 압축된 흡입 공기를 냉각시켜 엔진 출력을 향상시키고 이상 연소를 방지하는 장치로, 냉각 방식에 따라 공랭식과 수랭식으로 나뉜다.
| 서멀 그리스 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | 서멀 그리스 |
| 다른 이름 | 방열 그리스 서멀 컴파운드 열 전달 페이스트 |
| 영어 이름 | thermal grease thermal compound heat transfer paste |
| 설명 | 열 접촉을 최대화하는 데 사용되는 유체 |
| 주의 사항 | 최근 학회에서는 서멀 컴파운드에 호흡기 질환을 일으키는 산화 알루미늄이 다량으로 들어있어 서멀 그리스를 대체할 물질이 필요하다는 학설이 있다. |
| 사용 목적 | |
| 주된 용도 | 열원과 방열판 사이의 틈을 메워 열전달을 돕는다. |
| 효과 | 냉각 성능 향상 시스템 안정성 확보 |
| 사용 예시 | CPU GPU 전력 증폭기 |
| 구성 성분 | |
| 기본 성분 | 금속 산화물 질화붕소 산화아연 알루미늄 은 |
| 추가 성분 | 실리콘 오일 폴리우레탄 |
| 종류에 따른 차이 | 열전도율 점성 내열성 절연성 |
| 사용 방법 | |
| 도포 방법 | 얇게 펴 바르기 점 형태로 찍어 바르기 |
| 주의 사항 | 과도한 양 사용 금지 먼지나 이물질 혼입 방지 재사용 금지 |
| 기타 | |
| 대체 물질 | 액체 금속 서멀 패드 |
| 관련 정보 | 인텔에서 제공하는 방열 그리스 도포 방법 인텔 공식 홈페이지 참조 |
2. 구성
서멀 그리스는 중합체 액체 매트릭스와 전기적으로는 절연성이지만 열 전도성이 높은 충전재의 대량 분율로 구성된다. 일반적인 매트릭스 재료는 에폭시, 실리콘 (실리콘 그리스), 폴리우레탄, 아크릴레이트이며, 용제 기반 시스템, 핫멜트 접착제 및 감압 접착 테이프도 사용할 수 있다. 이러한 유형의 접착제에는 산화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 아연, 다이아몬드, 그리고 점점 더 질화 알루미늄이 충전재로 사용된다. 충전재 로딩은 질량 기준으로 70~80%까지 높을 수 있다.[2]
은색 서멀 컴파운드는 실리콘/세라믹 매질에 현탁된 미크론화된 은 입자로 구성된다. 금속 기반 서멀 페이스트는 전기 전도성과 정전 용량을 가질 수 있으며, 일부가 회로로 흘러 들어가면 오작동 및 손상을 유발할 수 있다.
가장 효과적인 페이스트는 거의 전부 액체 금속으로 구성되며, 일반적으로 갈린스탄 합금의 변형이다. 이러한 제품은 균일하게 도포하기 어렵고, 유출로 인해 오작동을 일으킬 위험이 가장 크다. 또한, 이 페이스트에는 갈륨이 포함되어 있어 알루미늄에 매우 부식성이 있으므로 알루미늄 방열판에 사용할 수 없다.
기본이 되는 것은 상온에서 어느 정도 고온까지 점도 변화가 적은 변성 실리콘 등의 그리스이다. 이 그리스에 열전도율이 높은 금속 또는 금속 산화물 입자(필러)를 혼합한 것이 많다.
입자로서 주로 사용되는 것은 구리나 은, 알루미늄 외에도 알루미나나 산화 마그네슘, 질화 알루미늄 등도 사용된다. 이들의 단체, 혹은 혼합물을, 그들의 입자 직경에 맞는 분산 방법을 사용하여 분산시킨다.
도포 직후에는 적절한 점도를 유지하더라도, 사용 후 시간이 경과하면 열화되어 경화될 수 있다. 따라서 고형화된 그리스에, 접합하는 재질의 선팽창 계수 차이에 의해 균열이 생기는 경우가 있으며, 전도 특성이 저하되는 경우가 있다.
2. 1. 종류
서멀 그리스는 충전재의 종류에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.
- 세라믹 기반의 서멀 그리스
- 금속 기반의 서멀 그리스
- 탄소 기반의 서멀 그리스
- 가융 합금 기반의 서멀 그리스
3. 사용 방법
사용 효과를 높이기 위해서는 도포 방법이 중요하다. 성분 등에서 그리스 자체의 열전도율을 신중하게 선택한 경우라도, 도포 방법이 부적절하면 충분한 효과를 얻을 수 없다.[6]
일반적인 방열 그리스 사용 방법은 다음과 같다.
# 부품의 표면과 방열기 표면을 깨끗하게 유지한다.
## 실리콘 표면 연마는 입자 크기 100nm 이하의 다이아몬드나 탄화 규소 입자를 함유한 페이스트로 한다. 일반적으로는 다이싱 전에 수행한다. 방열기는 알루미늄이나 구리로 만들어졌기 때문에 공기 중에서 순식간에 표면 산화가 일어나므로, 다음 작업은 질소 퍼지된 환경에서 수행한다.
# 부품 또는 방열기 접합부에 방사형으로 도포한다.
## X자 형태로 도포하는 경우가 많다. 시린지로 도포할 때는 니들을 사용하고, 정압을 얻을 수 있는 디스펜서를 사용한다. 프로그램에 의해 일정량을 도포하는 로봇 디스펜서를 사용하는 것이 일반적이다.
## 인텔에서는 CPU의 경우, 중앙부에 콩알 또는 쌀알 크기의 그리스를 도포하고, 방열판을 누르는 힘으로 펴 바르는 것을 권장하고 있다.[6]
# 부품과 방열기를 연결한다.
## 일반적으로 위아래로 눌러서 고정하지만, 특히 고온이 예상되는 자동차 용도 등에서는 저온 리플로우를 통해 확실한 밀착을 확보하는 경우가 있다.
3. 1. 펌프 아웃 현상
펌프 아웃은 서로 다른 열팽창 및 수축 속도로 인해 다이와 방열기 사이에서 서멀 그리스가 손실되는 현상이다.[4] 많은 수의 전원 사이클을 거치면서 서멀 그리스가 다이와 방열기 사이에서 밀려나 결국 제자리에 그리스가 줄어들어 열 성능이 저하된다.[4]일부 화합물에서 나타나는 또 다른 문제는 고온에서 폴리머와 충전재 매트릭스 성분이 분리되는 것이다. 폴리머 재료의 손실은 낮은 습윤성을 유발하여 열 저항을 증가시킬 수 있다.[4]
3. 2. 고온 분리 현상
서멀 그리스는 일부 열 인터페이스 재료와는 다른 고장 메커니즘에 취약하다. 고온에서 폴리머와 충전재 매트릭스 성분이 분리될 수 있다.[4] 폴리머 재료의 손실은 낮은 습윤성을 유발하여 열 저항을 증가시킬 수 있다.[4]4. 용도
서멀 그리스는 트랜지스터, CPU, GPU, LED COB 등의 반도체 장치에서 발생하는 열을 방열판으로 전달하여 열 결합을 개선하는 데 사용된다.[3] 과도한 열은 반도체의 성능 저하 및 치명적인 고장을 유발할 수 있어 냉각이 필수적이다.[3]
일반적으로 CPU 케이스 상단과 냉각을 위한 방열판 사이에 서멀 그리스가 사용되며, CPU 다이와 통합 히트 스프레더 사이에도 사용된다.[3] 오버클러커들은 "델리딩"을 통해 히트 스프레더를 다이에서 떼어내어 열전도성이 더 높은 서멀 그리스(주로 액체 금속 서멀 그리스)로 교체하기도 한다.[3]
5. 주요 제조사
신에츠 화학공업, 다우 코닝, 타이카 등이 주요 제조사이다.
6. 건강 위험
산화 아연이 포함된 서멀 그리스는 흡입 시 유독 가스를 배출할 수 있으므로 사용 시 입자 호흡 보호구가 필요하다.[5] 산화 아연은 수생 생물에게 매우 유독하며 수생 환경에 장기적인 부정적 영향을 미칠 수 있다.[5]
참조
[1]
서적
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
Wiley
[2]
학회
Thermal interface materials for power electronics applications
http://www.nrel.gov/[...]
IEEE
2008
[3]
뉴스
What is delidding? - ekwb.com
https://www.ekwb.com[...]
2018-10-18
[4]
간행물
Thermal Performance Challenges from Silicon to Systems
http://mprc.pku.edu.[...]
2020-03-08
[5]
웹사이트
ICSC 0208 - ZINC OXIDE
https://www.ilo.org/[...]
ILO
[6]
웹사이트
放熱グリスの塗り方
https://www.intel.co[...]
인텔
2023-01-07
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com