서멀 페이스트는 무엇으로 만들어졌으며 얼마나 발라야 할까?
서멀 페이스트는 열 인터페이스 재료(TIM)라고도 불리며, CPU/GPU 다이와 방열판 사이의 미세한 공극을 채우는 열전도성 화합물입니다. 주로 세라믹, 금속 또는 탄소 기반 입자로 충전된 폴리머 매트릭스(실리콘, 아크릴 또는 에폭시)로 만들어집니다. 최적의 도포량은 통합 방열판(IHS) 중앙에 놓는 완두콩 크기 한 방울(약 0.05~0.1 세제곱센티미터)이며, 장착 후 본드 라인 두께는 0.05~0.1밀리미터가 됩니다.
재료 구성 및 열전도율
베이스 재료는 페이스트의 취급 특성을 결정하고, 충전재는 열 성능을 결정합니다. 폴리머 매트릭스(일반적으로 부피 기준 20~30%)는 점도를 제공하고 펌프아웃을 방지하며, 전도성 충전재(부피 기준 70~80%)는 열 전달 경로를 제공합니다.
일반적인 충전재와 열전도율 값: - 산화아연: 25 W/mK(입자 크기 0.5~10마이크로미터) - 산화알루미늄: 30 W/mK(입자 크기 1~20마이크로미터) - 질화붕소: 60 W/mK(육방정계 결정 구조) - 은: 429 W/mK(플레이크 또는 구형, 1~5마이크로미터) - 다이아몬드 분말: 900~2000 W/mK(합성, 0.5~2마이크로미터) - 탄소나노튜브: 3000 W/mK(정렬형이지만 분산이 어려움)
참고로 공기의 열전도율은 0.026 W/mK에 불과합니다. 100W CPU 다이 아래의 0.05mm 공극은 20도 이상의 온도 상승을 유발할 수 있으므로 페이스트는 필수입니다. 최종 페이스트 화합물의 유효 열전도율은 저가 세라믹 페이스트의 1.5 W/mK부터 프리미엄 액체 금속 합금(갈륨-인듐 공융합금, 융점 15.7도)의 12.5 W/mK까지 다양합니다.
점도 및 입자 크기 엔지니어링
점도는 센티포아즈(cP)로 측정됩니다. 표준 실리콘 기반 페이스트는 25도에서 200,000~350,000 cP 범위입니다. 고점도 페이스트(400,000 cP 이상)는 진동이 심한 환경에서 펌프아웃에 저항하지만 더 높은 장착 압력이 필요합니다. 저점도 페이스트(150,000 cP 미만)는 쉽게 퍼지지만 열 사이클 후 "펌프아웃" 현상이 발생할 수 있습니다.
입자 크기 분포는 최소 본드 라인 두께에 직접적인 영향을 미칩니다. 10마이크로미터 입자를 가진 페이스트는 입자가 간극을 가로질러 다이나 방열판에 흠집을 내지 않고서는 10마이크로미터보다 얇은 본드 라인을 달성할 수 없습니다. 다이렉트 다이 냉각용 정밀 페이스트는 0.5~3마이크로미터 입자를 사용하여 25~50마이크로미터 본드 라인을 구현합니다.
당사 공장 BQUQ는 3롤 밀을 사용하여 입자를 분산시키며, 부피 기준 ±2%의 균일도를 달성합니다. 각 배치는 레이저 회절 입자 크기 분석기(말번 Mastersizer 3000)로 테스트하여 D50 값(중앙 입자 크기)이 사양 대비 0.5마이크로미터 이내로 유지되도록 보장합니다.
도포량: 0.1그램 규칙
올바른 서멀 페이스트 양은 IHS 면적과 목표 본드 라인 두께의 함수입니다. 공식은 다음과 같습니다:
부피(세제곱밀리미터) = 면적(제곱밀리미터) × 본드 라인 두께(밀리미터)
표준 AMD AM5 CPU(IHS 면적 558제곱밀리미터)의 경우 0.05mm 본드 라인에는 27.9세제곱밀리미터의 페이스트가 필요합니다. Intel LGA1700(IHS 면적 455제곱밀리미터)의 경우 동일한 본드 라인에 22.8세제곱밀리미터가 필요합니다.
실질적으로 이는 다음과 같습니다: - 완두콩 크기 한 방울: 직경 4~5밀리미터(약 30~50세제곱밀리미터) - 쌀알 크기 선: 길이 3~4밀리미터, 너비 1.5밀리미터(약 15~25세제곱밀리미터) - X자 패턴: 각각 길이 5밀리미터, 너비 2밀리미터인 두 선이 교차(약 40~60세제곱밀리미터)
너무 많은 페이스트(100세제곱밀리미터 이상)를 도포하면 유압이 발생하여 방열판이 들어 올려지고 본드 라인이 0.2밀리미터 이상으로 증가합니다. 이로 인해 열 저항이 40~60% 증가합니다. 너무 적게 도포하면(10세제곱밀리미터 미만) 다이 면적의 15~25%에 공기 주머니가 남아 평균보다 5~8도 높은 국부적 핫스팟이 발생합니다.
비교 성능 데이터
| 페이스트 유형 | 열전도율 (W/mK) | 점도 (cP) | 최적 본드 라인 (mm) | 그램당 가격 (USD) | 공극 대비 온도 저감 (도) |
| 세라믹(산화아연) | 1.5 - 3.0 | 150,000 - 250,000 | 0.08 - 0.12 | 0.50 - 1.50 | 18 - 22 |
| 금속 산화물(알루미나) | 3.0 - 5.0 | 200,000 - 300,000 | 0.06 - 0.10 | 1.50 - 3.00 | 22 - 28 |
| 질화붕소 | 5.0 - 8.0 | 250,000 - 350,000 | 0.05 - 0.08 | 3.00 - 6.00 | 28 - 35 |
| 은(미세 입자) | 6.0 - 10.0 | 180,000 - 280,000 | 0.04 - 0.07 | 5.00 - 10.00 | 30 - 40 |
| 액체 금속(갈륨 합금) | 40.0 - 80.0 | 1,000 - 3,000(액체) | 0.02 - 0.04 | 15.00 - 25.00 | 45 - 55 |
참고: 온도 저감은 100W 다이 전력, 25도 주변 온도, 구리 방열판 조건에서 측정되었습니다. 액체 금속은 전기 전도성이 있으므로 갈륨 부식을 방지하기 위해 니켈 도금 구리 IHS가 필요합니다.
도포 방법 및 장착 압력
최적의 도포 방법은 페이스트 점도와 방열판 장착 메커니즘에 따라 달라집니다. 250,000 cP 이상의 페이스트의 경우 장착 압력이 자연스럽게 페이스트를 바깥으로 퍼뜨리므로 완두콩 방법(중앙 점)이 권장됩니다. 200,000 cP 미만의 페이스트의 경우 얇게 펴 바르는 방법(레이저 블레이드나 주걱으로 균일한 층을 도포)이 더 안정적입니다.
장착 압력은 매우 중요합니다. 금속 IHS와 구리 방열판 사이의 권장 접촉 압력은 20~40psi(제곱인치당 파운드)이며, 스프링 장착 나사가 있는 백플레이트로 달성합니다. 20psi에서 페이스트는 원래 부피의 90%로 압축됩니다. 40psi에서는 80%로 압축됩니다. 60psi를 초과하면 페이스트가 완전히 밀려나 건조 조인트가 발생할 수 있습니다.
열 사이클(전원 켜기/끄기)은 다이(실리콘 열팽창계수 2.6ppm/K), IHS(구리 16.5ppm/K), 방열판(알루미늄 23ppm/K) 사이의 차등 팽창을 유발합니다. 사이클당 일반적으로 5~15마이크로미터의 이 움직임은 페이스트를 간극 밖으로 밀어낼 수 있습니다. 고점도 페이스트와 틱소트로픽 지수(전단 시 점도가 낮아지고 정지 시 회복되는 특성)가 2.0 이상인 페이스트는 이러한 펌프아웃 효과에 저항합니다.
제조 품질 관리
BQUQ는 ISO 9001:2015 인증 프로세스에 따라 산업용 고객을 위한 서멀 페이스트를 제조합니다. 당사의 핵심 관리 항목은 다음과 같습니다: - 열전도율: 가드 핫 플레이트 방법(ASTM D5470)으로 측정, 허용 오차 ±5% - 점도: Brookfield 회전 점도계로 25도에서 측정, 허용 오차 ±10% - 입자 크기 D50: 레이저 회절 방식, 허용 오차 ±0.5마이크로미터 - 탈가스: ASTM E595에 따라 테스트, 우주 등급 응용 분야의 경우 총 질량 손실 1% 미만 - 유통기한: 밀봉 주사기 포장 상태에서 25도, 상대습도 60% 기준 24개월
대량 생산(월 10,000개 이상)의 경우 0.6밀리미터 니들이 장착된 공압 주사기를 사용한 자동 도포를 권장합니다. 도포 압력은 60~80psi로 설정하고, 점당 사이클 시간은 0.8~1.2초입니다. 점 무게는 ±5밀리그램 허용 오차의 체크 계량 저울로 공정 중 검증됩니다.
FAQ 스타일 도포 팁
1. 카드로 페이스트를 펴 발라야 하나요? 페이스트 점도가 200,000 cP 미만이고 다이가 다이렉트 다이(IHS 없음)인 경우에만 해당합니다. IHS 장착 CPU의 경우 완두콩 방법이 공기 방울 유입을 방지하므로 더 우수합니다. 2. 너무 많이 도포했는지 어떻게 알 수 있나요? 장착 후 IHS 측면에서 페이스트가 밀려 나오는 것이 보이면 30~50% 과다 도포한 것입니다. 90% 이상의 이소프로필 알코올로 닦아내고 다시 도포하세요. 3. 페이스트에도 유통기한이 있나요? 네. 24개월 후에는 폴리머 매트릭스가 산화되어 점도가 최대 30% 증가합니다. 열전도율은 저하되지 않지만 페이스트를 균일하게 펴 바르기가 더 어려워집니다. 4. 방열판을 분리한 후 페이스트를 재사용할 수 있나요? 아니요. 본드 라인이 끊어지면 페이스트 내부에 공기 주머니가 형성됩니다. 항상 이소프로필 알코올로 양쪽 표면을 닦고 새 페이스트를 도포하세요. 5. 도포 가능한 최저 온도는 얼마인가요? 실온(20~25도)에서 도포하세요. 10도 미만에서는 실리콘 기반 페이스트의 점도가 50% 증가하여 제대로 퍼지지 않습니다.
결론
서멀 페이스트는 폴리머 매트릭스와 열전도성 충전재로 구성된 정밀 엔지니어링 복합재로, 특정 본드 라인 요구 사항에 맞게 입자 크기와 점도가 조정됩니다. 표준 CPU IHS 표면의 경우 올바른 양은 완두콩 크기 한 방울(30~50세제곱밀리미터)이며, 20~40psi 장착 압력에서 0.05~0.1밀리미터 본드 라인을 생성합니다. 올바른 페이스트 유형과 양을 사용하면 건조 공극과 비교하여 CPU 온도를 20~55도 낮출 수 있으며, 이는 시스템 신뢰성과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.
생산에 일관되고 반복 가능한 열 인터페이스 재료가 필요한 엔지니어를 위해 BQUQ는 엄격한 허용 오차와 12시간 견적 프로세스를 갖춘 맞춤 제조 페이스트를 제공합니다. 당사 팀은 열 예산, 점도 요구 사항 및 도포 방법을 맞춤화할 수 있습니다. sc@bquq.com 또는 WhatsApp +86 13713157787로 문의하시거나, www.bquq.com에서 데이터시트와 샘플 요청이 가능합니다.
