써멀 그리스: 전도율 vs 펌프아웃

작성자 BQUQ Engineering Team 검토 BQUQ Quality Engineering 2025년 8월 27일 조회수 ISO 9001:2015 인증 공장

써멀 그리스 선택: 전도율 vs 펌프아웃

간단한 답변: 써멀 그리스는 헤드라인 W/m·K 수치만 보고 고르는 것이 아니라, 벌크 전도율과 기계적 안정성의 균형을 기준으로 선택해야 합니다. 인터페이스 온도 60 °C 이하로 작동하는 대부분의 압출 또는 CNC 가공 방열판에는 0.05–0.10 mm 본드 라인 두께(BLT)에서 3–6 W/m·K의 실리콘 또는 무실리콘 페이스트로 충분합니다. 접합부 온도가 대략 80 °C를 넘고 전원 사이클링이 반복되는 경우, 8 W/m·K를 초과하는 고충전 페이스트는 오일 상이 이동하기 때문에 오히려 더 빨리 펌프아웃되는 경우가 많습니다. 전도율은 낮지만 응집력이 더 높은 페이스트가 이들보다 더 오래 버틸 수 있습니다. BQUQ는 방열판 베이스를 ±0.005 mm 평탄도 목표로 가공하므로, 채워야 하는 BLT가 줄어들고 — 이는 어떤 그리스가 유리한지를 바꿉니다.

W/m·K 수치가 이야기의 절반에 불과한 이유

모든 써멀 인터페이스 재료(TIM)는 다이 또는 패키지 케이스, TIM, 방열판 베이스, 그리고 벌크 금속으로 이어지는 스택에 위치합니다. TIM의 역할은 약 0.026 W/m·K의 전도율을 갖는 공기를, 완벽하게 평탄하지 않은 두 표면 사이의 미세한 틈에서 밀어내는 것입니다. TIM 층은 얇기 때문에 — 일반적으로 0.03~0.15 mm — 그 열저항이 전도율보다 더 중요합니다.

열저항은 전도율을 두께로 나눈 값입니다. 0.20 mm BLT로 도포한 12 W/m·K 페이스트는 0.05 mm에서의 5 W/m·K 페이스트보다 성능이 떨어집니다. 그래서 방열판의 표면 조도, 평탄도, 장착 압력이 부차적인 문제가 아니라 — 프리미엄 페이스트가 제 역할을 할 수 있는지를 결정합니다.

실제 성능을 좌우하는 세 가지 변수:

벌크 열전도율 (W/m·K) — 마케팅 수치.
본드 라인 두께 — 페이스트 점도, 장착 압력, 방열판 평탄도에 의해 결정됩니다.
시간에 따른 기계적 안정성 — 페이스트가 도포된 위치에 그대로 남아 있는지 여부.

세 번째 변수가 바로 펌프아웃이 발생하는 지점입니다.

펌프아웃이란 무엇이며 왜 고전도율 그리스를 망가뜨리는가?

펌프아웃은 열 사이클링에 의해 TIM이 인터페이스 밖으로 점진적으로 이동하는 현상입니다. 어셈블리가 가열되면 다이와 방열판이 서로 다른 비율로 팽창하고(CTE 불일치), 그 사이의 간극이 열렸다 닫혔다 합니다. 각 사이클은 작은 펌프처럼 작용합니다. 페이스트는 인터페이스 중앙에서 가장자리 쪽으로 밀려 나가고, 사이클의 냉각 구간에서 완전히 되돌아오지 않습니다.

고충전 페이스트 — 중량 기준 80–90 %의 금속 또는 세라믹 필러를 함유한 것 — 는 가장 문제가 큰 경우가 많습니다. 구조를 함께 잡아 주는 실리콘 또는 합성 오일 상이 더 적고, 남아 있는 오일도 우선적으로 이동합니다. 필러 네트워크가 캐리어에서 분리되면 건조가 뒤따르고 열저항이 상승합니다.

고장 징후

펌프아웃은 즉각적인 고장을 거의 일으키지 않습니다. 이는 느린 드리프트로 나타납니다. 접합부 온도가 500~2,000 사이클 동안 3–8 °C 상승한 뒤 가속됩니다. 현장 장치가 열 한계에 도달할 때쯤이면 인터페이스는 40 %까지 고갈되어 있을 수 있습니다.

악화시키는 요인

큰 CTE 불일치(구리 방열판 대 플라스틱 패키지 소자).
큰 ΔT 변동을 동반한 높은 전원 사이클링 빈도.
낮은 장착 압력으로 간극이 호흡하게 됨.
두꺼운 초기 BLT로 페이스트가 이동할 공간이 더 많아짐.

개선하는 요인

더 높은 장착 압력과 더 평탄한 방열판 베이스.
오일 보유력이 더 높고 필러 충전량이 더 낮은 페이스트.
상변화 재료 또는 사전 경화 써멀 패드 — 치수 안정성이 있지만 일반적으로 저항이 더 높습니다.

그리스 점도를 방열판 베이스에 어떻게 맞추는가?

점도는 주어진 장착 힘 아래에서 페이스트가 얼마나 얇게 압착될 수 있는지를 결정합니다. 또한 운송 및 진동 중에 페이스트가 제자리에 남아 있는지도 결정합니다.

그리스 등급	일반 점도	일반 전도율	최적 방열판	펌프아웃 위험
저점도 실리콘	50–150 Pa·s	1–3 W/m·K	스탬핑 또는 얇은 압출, 저압	낮음
중점도 실리콘	150–400 Pa·s	3–6 W/m·K	압출 알루미늄, 스프링 클립 장착	낮음–보통
고충전 실리콘	400–900 Pa·s	6–10 W/m·K	CNC 가공 구리 베이스, 고압	보통–높음
무실리콘 / 탄화수소	100–500 Pa·s	2–8 W/m·K	민감한 광학, 실리콘 회피 어셈블리	보통
액체 금속 / 금속계	매우 낮음	20–70 W/m·K	밀폐형, 비알루미늄, 전문가 조립 전용	매우 높음(합금화 위험)

액체 금속은 범용 그리스가 아닙니다. 알루미늄과 합금을 형성하여 시간이 지나면 압출 알루미늄 방열판을 파괴합니다. 그 전도율 등급이 필요하다면 베이스는 구리 또는 니켈 도금이어야 합니다.

LED 조명, 전원 공급 장치, 산업용 전자 제품에 사용되는 대부분의 압출 방열판에는 중점도 영역이 실용적인 최적점입니다. 가공 또는 밀링된 표면을 잘 적시고, 20–50 psi 장착 압력을 견디며, 정상 듀티 사이클에서 펌프아웃되지 않습니다.

전도율 vs 펌프아웃: 실용적 의사결정 표

이를 1차 스크리닝으로 사용하십시오. 저항 수치는 적당한 압력에서 0.06 mm BLT에 대한 지표입니다.

애플리케이션 프로파일	인터페이스 온도	사이클링 강도	권장 방향	지표 TIM 저항
LED 가로등, 압출 방열판	45–65 °C	낮음, 느린 일주기	2–4 W/m·K, 중점도	0.15–0.30 °C·cm²/W
산업용 PSU, 강제 공랭	60–85 °C	보통	4–6 W/m·K, 중고점도	0.10–0.20 °C·cm²/W
IGBT 모듈, 흑색 아노다이징 방열판	80–110 °C	높음, PWM	6–8 W/m·K, 높은 오일 보유력	0.08–0.15 °C·cm²/W
고밀도 서버 CPU, 구리 베이스	70–95 °C	높음, 빈번함	8–12 W/m·K 또는 상변화	0.05–0.12 °C·cm²/W
야외 통신, 넓은 ΔT	−40 to +85 °C	가혹함	그리스가 아닌 상변화 또는 패드	0.15–0.35 °C·cm²/W

패턴은 다음과 같습니다. 사이클링 강도가 높아질수록 최적 전도율은 더 이상 상승하지 않습니다. 어느 지점을 넘으면 첫날에만 유효한 수치를 위해 장기 안정성을 희생하게 됩니다.

방열판 평탄도가 필요한 그리스를 어떻게 바꾸는가?

이 부분은 대부분의 TIM 선택 가이드가 건너뛰는 부분이며, 제조사가 실제로 제어할 수 있는 부분입니다. 접촉 면적 전체에서 0.02 mm 평탄도를 가진 방열판 베이스는 0.10 mm 평탄도보다 간극을 채우는 데 필요한 페이스트가 더 적습니다. 페이스트가 적다는 것은 BLT가 더 얇다는 뜻이고, 이는 저항이 더 낮다는 뜻이며 — 펌프아웃될 재료도 더 적다는 뜻입니다.

BQUQ는 핵심 형상에서 ±0.005 mm를 유지하는 CNC 장비로 방열판 베이스를 가공하며, 도면에 평탄도와 표면 조도(Ra)를 지정할 수 있습니다. 인터페이스가 0.12 mm 대신 0.05 mm BLT라면, 종종 한 단계 낮은 전도율 등급을 선택하고도 동일한 접합부 온도를 달성하면서 펌프아웃 여유를 확보할 수 있습니다.

중요한 세 가지 제조 레버:

1. 베이스 평탄도 — BLT를 직접 제어합니다.

2. 표면 조도 — 약간 질감이 있는 표면(Ra 0.4–0.8 µm)은 인터페이스를 고갈시킬 수 있는 거울면 마감보다 페이스트를 더 잘 붙잡습니다.

3. 장착 구멍 위치와 스프링 압력 — 균일한 압력 분포는 한쪽 모서리에서 간극이 호흡하는 것을 방지합니다.

베이스 두께를 어떻게 할지 아직 결정 중이라면, 방열판 베이스 두께 가이드에서 확산 저항과 열 질량 사이의 절충을 다룹니다.

도포 방법: 대부분의 펌프아웃이 실제로 시작되는 곳

"불량 그리스"로 인한 현장 고장은 흔히 도포 실패입니다. 가장 흔한 실수:

페이스트 과다. 압력 아래에서 퍼지는 선 또는 작은 점이 올바릅니다. 두껍게 손으로 펴 바른 층은 0.15 mm 이상의 BLT를 보장합니다.
불균일한 압력. 손으로 조인 나사는 인터페이스 전체에 불균일한 BLT를 만듭니다.
오염된 표면. 오일과 산화층은 페이스트를 바르기도 전에 접촉 저항을 높입니다.
번인 없음. 대부분의 페이스트는 정상 상태 BLT에 도달하기 위해 한두 번의 열 사이클이 필요합니다. 번인 전이 아니라 후에 테스트하십시오.

TIM 선택이 기계 설계와 상호작용하는 어셈블리의 경우, 써멀 인터페이스 선택 기사에서 그리스, 패드, 상변화 재료 사이의 더 넓은 결정 과정을 설명합니다.

그리스를 완전히 포기해야 하는 경우는 언제인가?

그리스가 항상 답은 아닙니다. 다음과 같은 경우에는 그리스를 벗어나십시오:

어셈블리가 넓은 ΔT에서 5,000회 이상의 전원 사이클을 견뎌야 하는 경우.
표면 사이 간극이 0.3 mm를 초과하는 경우 — 갭 필러 또는 패드가 더 좋습니다.
현장 서비스가 불가능하고 재작업 비용이 높은 경우.
제품이 점성 유체를 이동시킬 수 있는 진동에 노출되는 경우.

그런 경우에는 사전 경화 써멀 패드, 상변화 재료 또는 적절히 지정된 갭 필러가 첫날 저항은 더 높더라도 수명 비용에서는 프리미엄 그리스보다 우수합니다.

TIM 사양서에 무엇이 있어야 하는가?

그리스에 유용한 사양서는 W/m·K에서 끝나지 않습니다. 다음을 요구하십시오:

벌크 전도율 및 시험 방법.
점도 및 오일 블리드 데이터.
베이크 후 휘발분 함량.
권장 BLT 범위.
열 사이클링 데이터(N 사이클 후 저항 변화).

써멀 사양서 가이드는 구매와 엔지니어링이 동일한 문서를 읽도록 구성하는 방법을 보여줍니다.

자주 묻는 질문

Q: 써멀 그리스는 열전도율이 높을수록 항상 더 좋은가요?

A: 아닙니다. 더 높은 전도율은 보통 더 높은 필러 충전량을 의미하며, 이는 페이스트를 함께 잡아 주는 오일 상을 감소시킵니다. 열 사이클링 아래에서 이런 페이스트는 더 빨리 펌프아웃되고 건조됩니다. 대략 80 °C 이상에서 사이클링이 빈번한 인터페이스의 경우, 오일 보유력이 좋은 4–6 W/m·K 페이스트가 제품 수명 동안 8–12 W/m·K 페이스트보다 종종 더 우수한 성능을 냅니다.

Q: 써멀 그리스의 목표 본드 라인 두께는 얼마로 해야 하나요?

A: 대부분의 전자 제품에는 0.05–0.10 mm를 목표로 하십시오. 0.03 mm 미만에서는 불완전 충전과 건식 접촉 지점 위험이 있습니다. 0.15 mm를 초과하면 페이스트 자체의 저항이 지배적입니다. 얇은 BLT를 달성하는 것은 페이스트 자체만큼이나 방열판 평탄도와 장착 압력에 달려 있습니다.

Q: 알루미늄 방열판에 써멀 그리스를 사용할 수 있나요?

A: 예, 실리콘 또는 탄화수소 기반 그리스라면 가능합니다. 알루미늄에는 액체 금속 및 갈륨 기반 TIM을 피하십시오 — 알루미늄과 합금을 형성하여 인터페이스를 열화시킵니다. 액체 금속급 전도율이 필요하다면 방열판 베이스는 구리 또는 니켈 도금이어야 합니다.

Q: 제품 출하 전에 펌프아웃을 어떻게 테스트하나요?

A: 현장 ΔT와 사이클 수를 재현하는 전원 사이클링 테스트를 실행하고, 일정 간격으로 접합부-방열판 저항을 측정하십시오. 번인 후 기준선보다 10 %를 초과해 상승하면 펌프아웃을 나타냅니다. 더 높은 ΔT에서의 가속 시험은 수개월의 현장 수명을 수주로 압축할 수 있습니다.

Q: BQUQ는 TIM 사용을 위해 평탄도를 지정한 방열판을 공급하나요?

A: 예. BQUQ는 핵심 형상에서 방열판 베이스를 ±0.005 mm로 가공하며 도면에 평탄도와 표면 조도 요구 사항을 유지할 수 있습니다. 더 엄격한 평탄도는 더 얇은 본드 라인을 사용할 수 있게 하며, 이는 종종 더 저렴한 그리스로도 열 목표를 충족할 수 있음을 의미합니다. 견적은 12 영업시간 내 제공됩니다.

써멀 그리스 선택: 전도율 vs 펌프아웃

써멀 그리스 선택: 전도율 vs 펌프아웃

W/m·K 수치가 이야기의 절반에 불과한 이유