#구상알루미나 #질화붕소
전기 자동차의 붐으로 인해 생각보다 빠른 변화를 맞이 하고 있습니다. 글로벌 주요 자동차 메이커들이 전기차를 경쟁적으로 출시하고 있는 상황으로, 아직 까지는 내연 자동차가 대세입니다만, 빠르게 자동차도 전동화 되어 가고 있는 상황입니다. 따라서, 그것에 따라, 자동차도 점차 전기 부품들로 채워져 나가고 있는 추세입니다.
이러한 추세에 따라서 방열에 대한 이슈도 많이 늘어나고 있는 추세입니다. 일반적인 가전에서만 관련있던 열 이슈들이 자동차에서도 발생 하고 있는 것이지요.
향후 이러한 이슈는 자동차의 에너지 효율을 높이기 위한 작업과 함께 더욱 증가 할것으로 예상 됩니다.
일반적으로 방열은 절연계 방열과 비절연계 방열로 나누어집니다. 비절연계 방열의 경우는 절연성이 크게 요구 되지 않는 분야 인지라, 그라파이트와 같은 카본계 필러들이 많이 사용 되어집니다.
하지만 전기차와 같은 분야에서는 전기 장치다 보니 절연을 요구로 하는것들이 많죠.
방열재의 경우 형태에 따라서 여러가지 종류가 있습니다. 다들 컴퓨터를 조립했거나 뜯어 보았던 경험이 있으시다면 한번쯤은 방열 그리스를 접해 본적이 있을 겁니다. 방열재를 다른 말로 TIM이라고도 합니다만, 이러한 방열재는 형태에 따라서 방열패드 (갭패드) 방열접착제(갭필러) 방열그리스, 방열폿팅재 등으로 나누어집니다.
각각 형태의 장단점은 있습니다만, 그러한 방열재에는 열전도율을 높이기 위한 무기 필러들이 사용 됩니다.
대중적으로 가장 많이 사용되는 필러는 알루미나인데요. 절연 전제하의 가성비가 가장 뛰어난 방열재로,
일반 적인 방열재는 알루미나가 많이 사용 됩니다.
알루미나는 아래의 표에서 볼수 있듯이 고유한 열전도율은 30W/M.K 정도입니다. 하지만 실제로 실리콘 수지와 같은 바인더와 함께 사용하므로, 알루미나만으로 낼수 있는 최대 열전도율은 바인더와 함께 사용 했을때 8와트 미만으로 추측 합니다. 물론 가공방법이나 노하우에 따라 달라 질수 있습니다.
방열재에는 일반 알루미나보다 구상 알루미나를 많이 사용 합니다. 그것은 입자가 구슬 처럼 구형이 되면, 점도가 일반적인 파쇄 형태의 알루미나보다 많이 올라가지 않아 고충진을 할수 있기 때문입니다.
마그네시아라는 소재의 경우 이론적으로 알루미나의 두배의 열전도성(60W/M.K)을 가집니다. 하지만 마그네시아는 수분에 취약한 특성이 있어서, 고온 고습 환경에서 분해 되어 수산화 마그네슘이 되는 경향성이 있습니다. 다만, 특수한 형태로 가공하여 내습성을 개선 하는 경우가 있는데요.
일본 Denka에서 소개하고 있는 구상 마그네시아가 그러한 제품입니다. 이제품의 경우 필러 형태에서 85도85퍼센트 습도를 보증 하고 있으며, 바인더와 같이 사용될 경우에는 이것보다 더 가혹한 환경한 상황에서도 쓰여 질수 있습니다. 다소 아쉬운 점은 내수성 탓에 미분 라인업이 아직 개발 중이라는 것이죠.
Denka 방열 필러소개
Denka는 오랫동안 쌓아온 산화물, 질화물 세라믹스의 제조경험과 구상화 기술을 융합한 방열 필러 제품의 개발을 계속 하고 있습니다.
질화 붕소라는 소재도 방열 필러로 사용됩니다. 질화붕소는 질화물로 뛰어난 열전도율을 가지고 비중도 낮은 장점이 있습니다. 다만 입자의 형태가 육방정의 비늘 모양 인지라, 열전달의 이방성이 있는것이 한계입니다.
수평 수직의 열전도울 차이가 큰지라, 각각 문헌 마다 열전도율의 표기가 다릅니다만, 위의 자료는 대략적으로 80 W/M.K 라고 표기 하고 있네요. 어떤 문헌에는 수평 방향 한입자 기준으로 400W/M.K 락 하는 문헌도 있습니다만, 실제로 그정도 까지 나올까 하는 의문은 있습니다.
실제로 사용 할경우 수평 방향의 열전도율이 월등 해서, 카본계 필러를 사용해본 경험이 있으신분은 비슷하다고 느낄수 있을 듯합니다. 그렇기 때문에 질화붕소를 화이트 카본이라고 하는 별명을 가지고 있습니다.
입자 형태가 비늘 형태이나 보니, 흡유량도 많은데다가, 점도가 많이 올라가는 지라, 다른 무기 필러에 비해 다루기가 까다롭습니다만, 잘 활용할 경우 8와트 이상의 열전도율을 확보 할수 있습니다.
유전 손실이 알루미나보다 낮은 지라, 저유선 손실 방열재로서는 가장 적합하지 않을까 하는데 제법상 비싼 단가가 걸림돌이긴 합니다.
마지막으로 질화알루미늄이라는 소재가 있습니다. 열전도율은 170W/M.K 라 표기 되어있습니다만, 어떠한 문헌에는 320W/M.K도 존재 합니다. 가장 이상적인 방열 필러이긴 한데 수분에 극히 취약한 점 때문에, 내수성 개선이 다소 필요합니다. 이 소재를 접하신 분은 아시겠지만, 특유의 암모니아의 냄새가 나는데, 이것은 질화 알루미늄의 질소가 공기중의 수분가 반응 해서 이탈 하여 암모니아가 발생하기 때문인데요.. 최근에는 이런한 내수성을 개선한 제품들 (구형 )도 제조 되고 있습니다만, 단가가 상당히 비싼 것으로 알려져 있습니다.
이상 절연 쪽에 많이 사용되는 방열 필러들을 소개 드렸는데요. 각 사용 되는 용도와 물성 특성에 따라서 사용되는 필러가 달라지는 점은 기억해두시면 좋을 것 같습니다.