써멀 소재를 선정할 때 많은 엔지니어들이 열전도율에 가장 큰 비중을 두는 경향이 있습니다. 물론 열전도율은 중요한 지표이지만, 실제 현장에서 방열 성능을 좌우하는 또 다른 핵심 변수가 있습니다. 바로 두께(Thickness)와 압축률(Compression Rate)입니다. 이 두 변수는 설계 단계에서 충분히 검토되지 않으면 조립 불량, 부품 손상, 방열 성능 저하 등 다양한 문제로 이어질 수 있습니다. 태양3C가 설계 단계에서 반드시 확인해야 할 포인트를 상세히 안내해 드립니다.
왜 두께가 방열 성능에 영향을 미치나요?
써멀 패드의 기본 역할은 발열체와 방열판 사이의 공기층(air gap)을 완전히 제거하는 것입니다. 공기의 열전도율은 약 0.026 W/mK에 불과하여, 미세한 공기층도 열저항을 크게 높이는 원인이 됩니다. 따라서 써멀 패드의 두께는 부품 간 실제 갭보다 약간 두꺼워야 공기층을 확실히 채울 수 있습니다. 반면 두께가 지나치게 크면, 소재 자체가 열경로(thermal path)에 추가적인 저항으로 작용합니다. 같은 열전도율이라면 두꺼울수록 열저항이 높아지기 때문입니다.
또한 실제 양산 환경에서는 부품 간 갭이 이상적인 설계값과 다를 수 있습니다. 부품의 치수 공차(dimensional tolerance)와 조립 공차를 고려하여 써멀 패드의 두께를 결정해야 합니다. 최소 갭 상황에서도 충분한 압축이 이루어지고, 최대 갭 상황에서도 소재가 충분히 접촉을 유지할 수 있는 두께 범위를 설정하는 것이 중요합니다.
압축률과 압축 하중은 어떻게 관련되나요? 써멀 패드는 조립 압력에 의해 압축되며, 이때의 압축 하중(Compressive Load)이 부품에 그대로 전달됩니다. 이 하중이 지나치게 크면 PCB나 반도체 칩 등 민감한 부품에 물리적 손상을 줄 수 있습니다. 따라서 소재의 경도(Hardness)와 압축 응력-변형 곡선(Compressive Stress-Strain Curve)을 확인하여, 허용 압축 범위 내에서 설계가 이루어졌는지 검토해야 합니다.
압축률이 높은 소연성 소재는 낮은 압력에서도 잘 변형되어 계면 밀착성이 우수하지만, 장기 사용 시 소재의 반발력(Recovery)이 감소할 수 있습니다. 특히 진동 환경에서는 소재가 계속 압축·이완을 반복하면서 영구 변형이 누적될 수 있으므로, 장기 신뢰성 데이터를 반드시 확인해야 합니다. 반면 압축률이 낮은 경성 소재는 내구성이 높지만, 표면 조도가 거친 부품이나 갭이 큰 환경에서는 밀착성이 떨어져 공기층이 잔류할 수 있습니다.
액상 갭 필러(Gap Filler)와 써멀 패드는 어떻게 다른가요?
갭이 매우 크거나(3mm 이상) 형상이 복잡한 부품 주변에는 고체 형태의 써멀 패드보다 액상 갭 필러(Liquid Gap Filler)가 더 적합할 수 있습니다. 액상 갭 필러는 경화 전에 유동성을 가지므로 복잡한 형상의 공간도 완전히 채울 수 있습니다. 다만, 경화 후에는 소재가 고정되어 분해·재조립이 어렵고, 도포 공정에서 두께 제어가 중요합니다. 태양3C는 고체 써멀 패드와 액상 갭 필러(써멀 겔, 써멀 포팅)를 모두 공급하고 있으며, 고객의 조립 구조에 따라 최적 형태를 제안해 드립니다.
최적의 선택은 어떻게 해야 할까요? 두께와 압축률은 서로 트레이드오프(trade-off) 관계에 있는 경우가 많습니다. 태양3C는 고객의 설계 도면과 부품 사양을 바탕으로 최적 두께 및 경도 사양을 제안해 드리며, 필요한 경우 커스텀 두께 제품도 공급 가능합니다. 설계 초기 단계부터 소재 파트너로서 함께 검토하면 더욱 완성도 높은 열 설계가 가능합니다.
두께 및 압축 특성에 관한 기술 상담이 필요하시면 언제든 당사로 문의해 주시기 바랍니다.
