[논문]방열판 설계에 따른 접촉열전도재의 전열특성

김정균; 이선규

문제 정의

실험 장치는 ASTM D-5470 규격을 기초로 계발되었고, 본 장비에는 압력 변화에 따른 접촉열전도재의 두께 변화를 실시간으로 측정하기 위한 광학측정장비가 추가되었다. 본 연구를 통해 소형화, 집적화 된 전자장비 패키지에서 실제 방열장비와의 연관성을 고려한 최적화된 접촉열전도재를 선택 기준을 제시하였다.
따라서 접촉열전도재의 성능 평가에 있어서 방열판과의 관계를 고려하는 것은 중요한 요소이다. 본 연구에서는 방열판에 의해 발생하는 측면 열 흐름을 고려한 접촉열전도재의 열전도율 및 접촉 열 저항을 측정하는 실험장치의 개발과 측정방법을 제시하였다.
본 연구에서는 측면 열 흐름을 고려한 접촉열전도재의 열전도율과 접촉 열 저항을 측정하는 실험장치의 개발 및 측정 방법을 제시하였다. 실험 장치는 ASTM D-5470 규격을 기초로 계발되었고, 본 장비에는 압력 변화에 따른 접촉열전도재의 두께 변화를 실시간으로 측정하기 위한 광학측정장비가 추가되었다.

제안 방법

압력 변화에 따른 접촉열전도재의 두께 변화를 실시간으로 측정하기 위한 레이저다이오드와 PSD 센서를 이용한 광학측정장치가 추가되었다. 1-D 구리 bar 의 온도는 RTD 센서를 이용하여 측정하였고, lateral 구리 plate 의 온도는 T-type 열전대를 이용하여 측정하였다. 압력신호와 온도신호는 NI-1600 DAQ 장비를 이용하여 데이터를 수집하였다.
먼저, 1-D 열 흐름이 발생하는 경우의 측정 방법은 정상상태에서의 heat flow meter bar 에서 각 위치에 따른 온도를 측정하고 최소제곱 법을 이용하여 차 선을 구한 다음 선의 기울기를 이용하여 heat flow meter bar 에 흐르는 열 흐름을 구하고, 선을 이용하여 끝 단에 온도를 추정한다. 이 때 정상상태는 5 분간 0.
실험 장치를 이용한 측정은 1-D 열 흐름만 발생하는 상황에서 접촉열전도재가 없는 상황과 있는 상황 그리고 측면 열 흐름이 발생하는 상황에서의 양 heat flow meter 바 사이의 접촉 열저항과 thermal impedance 를 측정하였다. 측정 결과는 table 1 에 정리되어있다.
측정 시 접촉열전도재에 압력을 가하는 장치는 기어박스와 모터, 스프링, 나사를 이용하여 구성하였고, 로드셀을 이용하여 실시간으로 외부 가압을 측정하였다. 측면 열 흐름을 발생시키기 위해서 lateral heat flow meter spreader 역시 구리를 이용하여 제작되었고, teflon 으로 단열처리 되었다. 각 bar 에는 냉각을 위해 채널이 가공되어있고, 각 채널은 유동순환기에 연결되어 있어 냉각수의 온도를 일정하게 유지시키게 하였다.
주위 공기와의 열전달을 막고 1-D 열 흐름만을 발생키 위해 구리 bar 는 열전도율이 낮은 단열물질인 Teflon 으로 단열 처리되어 있다. 측정 시 접촉열전도재에 압력을 가하는 장치는 기어박스와 모터, 스프링, 나사를 이용하여 구성하였고, 로드셀을 이용하여 실시간으로 외부 가압을 측정하였다. 측면 열 흐름을 발생시키기 위해서 lateral heat flow meter spreader 역시 구리를 이용하여 제작되었고, teflon 으로 단열처리 되었다.

대상 데이터

각 bar 에는 냉각을 위해 채널이 가공되어있고, 각 채널은 유동순환기에 연결되어 있어 냉각수의 온도를 일정하게 유지시키게 하였다. 압력 변화에 따른 접촉열전도재의 두께 변화를 실시간으로 측정하기 위한 레이저다이오드와 PSD 센서를 이용한 광학측정장치가 추가되었다. 1-D 구리 bar 의 온도는 RTD 센서를 이용하여 측정하였고, lateral 구리 plate 의 온도는 T-type 열전대를 이용하여 측정하였다.
1-D 구리 bar 의 온도는 RTD 센서를 이용하여 측정하였고, lateral 구리 plate 의 온도는 T-type 열전대를 이용하여 측정하였다. 압력신호와 온도신호는 NI-1600 DAQ 장비를 이용하여 데이터를 수집하였다. 접촉열전도물질로는 Bergquist 사의 Gap pad 1500 40mil 를 이용하였다.
압력신호와 온도신호는 NI-1600 DAQ 장비를 이용하여 데이터를 수집하였다. 접촉열전도물질로는 Bergquist 사의 Gap pad 1500 40mil 를 이용하였다. 테이블 1 은 각 측정 센서의 불확실성을 나타내고 있다.

이론/모형

그림 1 은 측면 열 흐름을 고려한 접촉열전도재의 열전도율 및 접촉 열 저항을 측정하는 실험장치를 보여주고 있다. 본 실험 장치는 ASTM D-5470 규격 []을 기초로 계발되었다. 열 전도율이 높은 구리를 이용하여 열 흐름이 발생하는 2 개의 heat flow meter bar 를 구성하고 각 bar 에는 발열을 위한 80W 의 열용량을 갖는 5 개의 카트리지 히터가 내장되어 있다.
본 연구에서는 측면 열 흐름을 고려한 접촉열전도재의 열전도율과 접촉 열 저항을 측정하는 실험장치의 개발 및 측정 방법을 제시하였다. 실험 장치는 ASTM D-5470 규격을 기초로 계발되었고, 본 장비에는 압력 변화에 따른 접촉열전도재의 두께 변화를 실시간으로 측정하기 위한 광학측정장비가 추가되었다. 본 연구를 통해 소형화, 집적화 된 전자장비 패키지에서 실제 방열장비와의 연관성을 고려한 최적화된 접촉열전도재를 선택 기준을 제시하였다.

성능/효과

반면, 측면 열 흐름이 발생하는 경우 접촉열전도재는 1-D 열 흐름만 있는 경우보다 접촉 열저항과 thermal impedance 가 큰 값을 보여주고 있다. 따라서 측면 열 흐름이 발생하는 경우 이상적인 상황에서보다 접촉열전도재의 열전도 성능이 저하되는 것을 확인했다.
측정 결과 접촉열전도재가 존재하는 경우 접촉 열저항과 thermal impedance 가 감소하는 것을 볼 수 있었다. 반면, 측면 열 흐름이 발생하는 경우 접촉열전도재는 1-D 열 흐름만 있는 경우보다 접촉 열저항과 thermal impedance 가 큰 값을 보여주고 있다.

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