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바카라 필승법 가세이 뉴스 No.536
2023.01.23
우레탄 재료 사업 본부 연구부 우레탄 재료 연구 그룹
단위 수석노세 켄타
[문의처]
우레탄 재료 사업 본부 영업부
근년、스마트폰 확산 및 클라우드 서비스 확산、IoT 및 자율주행화 등 세계적인 통신량 증가에 대응하는 5세대 이동통신 시스템 '5G'로의 전환이 진행되고 있다。그에 따라、전자 기기의 고성능화、고기능화 진행、처리 속도가 증가함、각종 장치 및 전자 부품에서 발생하는 열량이 증가하고 있습니다。한편에、전자 기기 소형화、고밀도 실장 진행、방열 면적 및 방열 경로 축소 등、냉각 조건이 엄격함。전자 기기의 오작동 및 손상을 방지、품질과 신뢰성을 높이기 위해、전자 기기에는 그 어느 때보다도 높은 열 대책이 필요하다。
그 대책 중 하나로、전자 부품(발열체)과 방열 부품(방열판) 사이에 사용되는 열전도성 재료(Thermal Interface Material: 이후 TIM으로 약칭함)의 고성능화가 진행되고 있다。
본고에서는、TIM 중 하나인 바카라 필승법 정보、우리의 개발 제품 소개。
TIM 유형으로、도포 시 액상으로 나중에 경화되는 '바카라 필승법'、액상 그대로의 '방열 그리스'、시트 모양의 '방열 시트' 등이 있음。표 1은 이러한 성능 비교를 보여 주지만、발열량、발열부와 방열부 사이의 거리、모양、재작업성 및 접착성 필요、작업성에 대한 요청과 같은 조건에 따라 어떤 유형을 사용할지 선택됨。바카라 필승법는、방열 시트에 대해、자동 구현을 적용하기 쉬운、단재가 나오지 않음、밀착성과 추종성이 우수함、접촉 열 저항이 낮다는 장점이 있음。한쪽、방열 그리스의 경우、펌프 아웃 방지 및 블리드 아웃 방지、진동성이 우수하다는 장점이 있습니다。현재 TIM 시장 규모는 방열 시트、바카라 필승법、방열 그리스의 순서이지만、전기 자동차 용도를 포함한 차량용 전자 기기에 대한 TIM의 자동 구현 요구가 증가하고 있기 때문에、바카라 필승법의 수요가 앞으로 크게 확대될 전망이다。
기존、TIM 재료 자체의 열전도율에 관해서는 방열 시트가 가장 유리하다。그에 대한 바카라 필승법、방열 그리스는 유동성을 확보하기 위해 열전도성 필러의 충진율을 높이기 어렵다、방열 시트에 비해 열전도율이 떨어지는 경향이 있었다。
바카라 필승법와 방열 그리스의 장점으로、도포 시 액상이기 때문에 피착 계면에 밀착되어 계면에서의 접촉 열 저항이 낮아진다、높은 방열 효과를 기대할 수 있는 점을 들 수 있다。도 1에서 바카라 필승법를 예로 들어 기판 계면의 접촉 열 저항을 설명한다。기판과 금속의 평활면은 실제로 미세한 요철이 존재합니다、이들이 서로 밀착된 경우、마이크로 점 접촉으로、미세한 요철에 공기가 존재하기 때문에 접촉 열 저항이 된다。발열체와 방열판 사이에 바카라 필승법를 삽입한 경우、이러한 표면 요철에 대한 추종의 용이성은 접촉 열 저항에 영향을 미친다。방열 특성을 고려할 때 접촉 열 저항은 재료의 열전도도와 함께 중요한 요소입니다。
당사는、더 나은 열 관리 솔루션 제공、바카라 필승법의 장점을 유지한 채、종래의 과제였던 「열전도성」과 「유동성」의 양립을 달성할 수 있는 재료의 설계·개발을 실시했다。본 개발품은 열전도성 필러를 함유하는 폴리올액과 폴리이소시아네이트액의 2액을 혼합하는 형태의 우레탄 바카라 필승법이다。사진 1과 같이 혼합 직후 페이스트형 액체로、실온에서 경화、모든 형상으로 성형할 수 있음。이전、열전도성을 높이기 위해 열전도성 필러의 양을 늘리면 바카라 필승법의 점도가 높아집니다、유동성이 나빠지는 문제가 있었다。점도가 높으면、발열체 및 방열판 표면의 요철을 따라갈 수 없음、접촉 열 저항도 높아짐 등、고열 전도성과 높은 유동성(저점도)을 양립하는 것은 어려웠습니다。이번、당사는 독자적인 계면 제어 기술로 열전도성 필러의 습윤성을 향상、저점도에서 높은 유동성을 유지하면서 수지에 고농도로 열전도성 필러를 함유하는 데 성공했다。그림 2는 일반적인 갭 필러 제품의 열전도도와 점도의 상관관계를 보여준다。위에서 설명한 대로、열전도도가 높을수록 액체의 혼합 점도도 높아지는 경향이 있음을 알 수 있습니다。당사가 이번에 개발한 우레탄 바카라 필승법는、종래의 시판품에 비해 열전도율과 점도의 밸런스가 우수하다(당사 조사)。그러므로、본 개발품은 갭 필러의 도포성이 좋다、방열 재료 실장의 자동화에 대응할 수 있음과 함께、생산 효율화에 기여할 수 있음。또한 도포 후 재료를 압축할 때 전자 부품과 방열판의 편향으로 인한 응력을 줄일 수 있습니다。
또한 본 개발품은 우레탄계이며 비실리콘 설계로 하고 있기 때문에、전자기기에서 실리콘계에서 문제가 되는 저분자 실록산 성분 휘발에 의한 도통 불량의 걱정이 없다。우레탄의 유연성으로 인해 진동으로 인해 벗겨지기 어렵다는 특징이 있습니다、및 절연형 필러를 사용하는 등、다양한 전자기기나 차량용 용도 등에도 적용 가능。
이번、고열 전도성과 낮은 점도를 양립할 수 있는 키포인트、당사 계면 제어 기술을 이용한 열전도성 필러의 고농도 분산。그림 3의 개략도와 같이、분산제가 없는 상태에서는 열전도성 필러가 응집해 버린다、입자 사이에 미세한 공기를 포함하는 상태입니다。여기에 독자적인 분산제를 첨가하여、열전도성 필러 표면에 분산제가 흡착、분산 매체에 대한 습윤성 향상。이것에 의해 효과적으로 공기가 빠져 열전도성 필러를 분산매에 고충전해도、응집체를 만들지 않고、깨끗한 페이스트 제품을 얻을 수 있습니다。
회사 개발 제품의 방열 효과를 검증했습니다。실험 방법으로서 도 4에 나타낸 바와 같이 구리판으로 방열 재료를 사이에 끼워、가열된 폴리프로필렌(PP) 플레이트를 놓고 서모 카메라로 PP 플레이트 표면의 온도 변화를 관찰했다。그 결과를 도 5에 나타낸다。결과에서 알 수 있듯이、본 개발품은 방열재를 끼우지 않는 경우(스페이서만) 또는、타사와 동일한 정도의 열전도율을 가진 실리콘 방열 시트에 비해、가열된 PP 플레이트의 온도 저하가 빠르고 효율적으로 열을 놓칠 수 있음을 알 수 있습니다。이유로、본 개발품은 경화 전이 액상으로 기판 표면의 미세한 요철에 추종하여 접촉 열 저항을 저감시키기 위해、동등한 열전도도를 갖는 방열 시트에 대해、방열 효과에 차이가 있는 것으로 간주됨。
이러한 뛰어난 방열 특성 및 자동 실장 요구에 부응할 수 있는 이 개발품의 특징을 살려、실용화를 위한 검토를 진행。
현재 당사가 개발 중인 우레탄 바카라 필승법의 라인업을 표 2에 나타낸다。
고열 전도성을 나타내는 일반 등급 외에도、우레탄 설계 기술을 활용、일반적으로 밀착하기 어려운 비극성 PP 기재에 밀착성을 나타내는 등급도 개발 중이다。일반적으로 실리콘계 갭 필러 제품은 기판에 밀착성이 낮지만、밀착성을 자유롭게 제어、다양한 기재에 밀착성을 부여할 수 있는 것은 당사 우레탄 설계 기술의 강점이라고 할 수 있다。또한 레올로지 제어 기술을 통해、높은 틱소성을 부여해、액 누구나 펌프 아웃하기 어려운 등급도 라인업하고 있습니다。
향후、IoT화가 진행되는 중、자동차、전원·에너지、통신 모듈 등 다양한 전자 기기의 소형화、고성능화、고기능화 진행、이 열 대책에 대한 요구 성능도 점점 높아지고 있습니다。우리는 이러한 요구를 충족시키는 열 관리 솔루션으로、우레탄 바카라 필승법의 실용화를 목표로 함、오랫동안 축적한 계면 제어 기술과 우레탄 설계 기술을 활용하여、향후 다양한 요구에 맞는 고품질 제품을 개발할 것。
참고문헌
1) “2019년 열제어·방열부재 시장의 현황과 신용도 전개” 주식회사 후지경제