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히트 싱크용 클래드메탈에서 두께 방향의 열전도 특성에 미치는 계면의 영향
Effect of Interface on Thermal Conductivity of Clad Metal through Thickness Direction for Heat Sink 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.22 no.3, 2015년, pp.67 - 72  

김종구 (부산대학교 재료공학부) ,  김동용 (부산대학교 재료공학부) ,  김현 (부산대학교 재료공학부) ,  한병동 (재료연구소) ,  조영래 (부산대학교 재료공학부)

초록
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히트 싱크용 소재에 응용할 목적으로 단층금속과 2층금속 클래드메탈에 대해 열전도 특성에 대한 연구를 하였다. 단층시편으로는 스테인리스강과 알루미늄을 선택하였으며, 2층 금속으로는 스테인리스강과 알루미늄을 압연해서 제조한 클래드메탈을 사용하였다. 열전도도는 섬광법으로 측정한 열확산계수와 비열 및 밀도를 사용해 얻었다. 실험을 통해 얻은 측정값을 참고문헌에 보고된 자료를 사용해 얻은 계산값과 비교하였다. 단층시편의 경우, 실험을 통해 얻는 열확산계수와 열전도도는 계산값보다 작았다. 스테인리스강의 경우, 측정한 열전도도는 계산값에 비해 6% 정도 작았으며, 알루미늄의 경우 18% 정도 작았다. 반면, 2층 금속인 스테인리스강과 알루미늄의 클래드메탈은 측정한 열전도도가 계산값에 비해 55% 정도 낮게 나타났다. 섬광법으로 측정한 열전도도가 계산값보다 55% 정도 낮게 나타난 이유는 스테인리스강과 알루미늄의 사이에 존재하는 계면의 영향 때문이다. 스테인리스강과 알루미늄의 사이에 존재하는 계면은 열전도 특성을 지배하는 전자와 탄성파의 이동을 어렵게 하기 때문이다. 우수한 방열특성을 갖는 다층구조 방열모듈을 개발하기 위해서는 열전도 특성에 결정적으로 영향을 주는 계면 특성의 조절이 중요하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A study on thermal properties for a single-layer metal and a 2-ply metal (clad metals) was investigated for the application of heat sink. For the single-layer metal, a stainless steel (STS) and an aluminum (Al) were selected. Also, a roll bonded clad metal with STS and Al was chosen for the 2-ply me...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 LED용 다층구조 방열모듈에서 두께 방향으로 열전도 특성을 알아보기 위해 수행되었다. 연구의 단순화를 위해 시편의 선택은 단층금속과 2층 금속(2-ply metal)의 2가지 그룹으로 제한하였다.
  • 전자소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키는 기술의 개발이 필요하기 때문에, 히트 싱크용 단층금속과 클래드메탈의 열전도 특성에 미치는 인자에 대한 연구를 수행하였다. 단층금속의 경우, 문헌에 보고된 물리적 값들을 사용해서 계산한(calculated) 열전도 특성값은 실험으로 측정한(measured) 열전도 특성값과 18% 이내의 범위에서 일치하였다.

가설 설정

  • 4에서 보듯이, 압연법으로 클래드메탈을 제조하면 계면이 치밀하게 본딩된다.17) STS와 Al의 계면(STS/Al interface) 부분을 100배의 배율로 관찰하면 본딩이 완벽한 것처럼 관찰된다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
발광다이오드의 발광효율이 저하되는 원인은 무엇인가? 전자소자의 고출력화와 고집적화 추세가 빠르게 진행 됨에 따라 단위면적당 소비되는 전력의 증가와 함께 발열량의 증가는 심각한 문제가 되고 있다.1-3) 발광다이오드(LED)의 경우, 반도체소자의 접합부에서 발생하는 과도한 발열로 인해 LED소자가 가열되면 발광효율이 급격 하게 저하한다. 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)와 전력반도체 등의 소자에서도 소형화와 고성능화 추세와 함께 전자소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키는 기술의 개발이 필요하다.
전자소자의 발열 원인은 무엇인가? 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)와 전력반도체 등의 소자에서도 소형화와 고성능화 추세와 함께 전자소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키는 기술의 개발이 필요하다. 전자소자에서 생기는 발열의 원인은 작은 반도체 칩(chip)에 많은 전류가 흐르기 때문이며, 칩에서 발생한 열을 방출시키는 방법은 몇 가지가 있다. 산업적 관점에서 가장 널리 사용되는 열방출 기술은 반도체소자의 뒷면에 방열모듈을 추가로 붙이는 것이다.
칩에서 발생한 열을 방출시키는 방법은 무엇인가? 전자소자에서 생기는 발열의 원인은 작은 반도체 칩(chip)에 많은 전류가 흐르기 때문이며, 칩에서 발생한 열을 방출시키는 방법은 몇 가지가 있다. 산업적 관점에서 가장 널리 사용되는 열방출 기술은 반도체소자의 뒷면에 방열모듈을 추가로 붙이는 것이다. 반도체소자의 경우 리드프레임을 사용해 방열 기능을 갖도록 하지만, 발열문제가 심각한 경우 히트 싱크(heat sink) 나 히트 파이프(heat pipe)를 추가로 장착해야 한다.
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참고문헌 (19)

  1. W. Suh, H. S. Jung, Y. H. Lee, Y. H. Kim and S. H. Choa, "Heat Dissipation Technology of IGBT Module Package", J. Microelectron. Packag. Soc., 21(3), 7 (2014). 

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  7. G. Kim, K. M. Jung, J. T. Moon and J. H. Lee, "Electrical Resistivity and Thermal Conductivity of Paste Containing Ag-Coated Cu Flake Filler", J. Microelectron. Packag. Soc., 21(4), 51 (2014). 

  8. J. W. Roh, S. Y. Jang, J. Kang, S. Lee, J. S. Noh, J. Park and W. Lee, "Thermal Conductivity in Individual Single-Crystalline PbTe Nanowires", Kor. J. Met. Mater., 48(2), 175 (2010). 

  9. M. Abdel-Rahman, S. Ilahi, M. F. Zia, M. Debbar, N. Yacoubi and B. Ilahi, "Temperature Coefficient of Resistance and Thermal Conductivity of Vanadium Oxide 'Big Mac' Sandwich Structure", Infrared Phys. Technol., 71, 127 (2015). 

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  18. H. R. Akramifard, H. Mirzadeh and M. H. Parsa, "Cladding of Aluminum on AISI 304L Stainless Steel by Cold Roll Bonding: Mechanism, Microstructure and Mechanical Properties", Mater. Sci. Eng., A613, 232 (2014). 

  19. H. Samadi and E. Gracia, "Thermal Conductivity of Plasma Sprayed Forsterite/Mullite Coatings", Ceram. Inter., 40, 13995 (2014). 

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