열 인터페이스 재료: 패드 vs 그리스 vs 갭 필러

Mar 04,2025

열 인터페이스 재료: 패드, 그리스, 갭 필러 비교

열 성능에서는 서멀 그리스가, 제조 용이성에서는 패드가 우세하며, 갭 필러는 그 사이의 어색한 틈을 메우기 위해 존재합니다. 얇은 본드 라인의 우수한 그리스는 0.1-0.5 K·cm²/W의 열 임피던스에 도달합니다. 일반적인 1mm 패드는 5-20배 더 나쁘지만 디스펜싱이나 청소가 필요 없습니다. 갭 필러는 1-5mm의 불규칙한 틈이 있을 때 가장 합리적인 선택입니다. 임피던스 목표, 생산량, 그리고 부품 분해 방식 순서대로 선택하십시오.

어떤 두 개의 고체 표면도 완벽하게 접촉하지 않습니다. 현미경으로 보면 가공된 면조차도 산과 골이 있으며, 그 사이에 갇힌 공기는 훌륭한 절연체입니다. 열 인터페이스 재료(TIM)는 이러한 빈 공간을 채워 열이 죽은 공기를 통해 스며드는 대신 접합부를 가로질러 전도되도록 합니다. 이 가이드는 실제 수치를 통해 세 가지 TIM 유형을 비교하고, 기계적 설계를 수정하는 것보다 가장 영리한 재료가 오히려 잘못된 해답이 되는 경우를 알려줍니다.

첫째, 중요한 지표: 열 임피던스

데이터시트는 W/m·K 단위의 벌크 열전도율을 강조하지만, 접합부가 실제로 느끼는 것은 열 임피던스입니다. 이는 전도율을 재료의 최종 두께로 나누고 면적을 곱한 값입니다. 2mm 두께의 5 W/m·K 패드는 0.05mm로 압착된 1 W/m·K 그리스보다 더 나쁠 수 있습니다. 정직한 사양은 명시된 압력과 두께에서의 K·cm²/W 단위 임피던스입니다.

TIM 유형	벌크 전도율	실용 두께	일반적인 임피던스
실리콘 그리스(세라믹 충전)	0.8-4 W/m·K	0.025-0.1 mm	0.1-0.5 K·cm²/W
상변화 재료	3-8 W/m·K	0.03-0.1 mm (용융 후)	0.1-0.3 K·cm²/W
연질 서멀 패드	1-6 W/m·K	0.5-3 mm	1.0-6.0 K·cm²/W
갭 필러	1-5 W/m·K	1-10 mm 충전	3-15 K·cm²/W
그래파이트 시트	5-20 W/m·K (면내)	0.05-0.5 mm	0.2-1.0 K·cm²/W

결론: TIM은 전도율만이 아닌 실제 클램프 압력에서의 임피던스로 평가해야 합니다. 화려한 W/m·K 수치를 가진 2mm 패드는 일반적으로 얇은 그리스에 패배하며, 임피던스 사양만이 이를 드러냅니다.

서멀 그리스: 최고의 성능, 가장 지저분한 공정

그리스는 실리콘 또는 합성 오일의 열전도성 충전재가 포함된 펌핑 가능한 페이스트입니다. 평평한 표면 사이에 얇게 압착되면 비납땜 TIM 중 가장 낮은 임피던스를 제공하므로 CPU, GPU 및 전력 모듈 조립에서 여전히 지배적입니다. 대가는 공정에 있습니다. 제어된 양으로 디스펜싱되고, 올바른 본드 라인으로 퍼지거나 클램핑되어야 하며, 수년간의 열 사이클 후에 펌프 아웃되거나 건조될 수 있습니다.

그리스는 단일 평평한 인터페이스, 중간~높은 전력 밀도, 재작업 가능한 접합부가 중요한 애플리케이션에 적합합니다. 조립이 자동화되고 깔끔해야 하거나, 부품을 자주 분리해야 하거나, 인터페이스가 크고 고르지 않은 경우에는 실패합니다. 그리고 벤치에서의 한 가지 경고: 그리스가 많을수록 좋은 것은 아닙니다. 과도한 두께는 저항을 추가하므로 두 표면을 모두 덮는 가장 얇은 균일한 층이 목표입니다.

서멀 패드: 제조 친화적이지만 임피던스 비용 발생

패드는 미리 성형된 충전 실리콘 또는 아크릴 시트로, 벗겨서 놓고 클램핑합니다. 디스펜싱, 경화, 청소가 필요 없으며 표면의 불규칙성과 부품 높이 차이를 어느 정도 허용합니다. 이러한 편의성은 열 성능의 대가를 치릅니다. 패드는 그리스보다 몇 배 더 두꺼워야 하며 표면에 변형되도록 실제 클램프 압력이 필요합니다. 일반적인 권장 사항은 10-50 psi의 장착 압력이므로 패드 장착 방열판은 중력이 아닌 스프링 클립이나 나사가 필요합니다.

패드 경도	쇼어 00 / 쇼어 A	최적 용도
매우 연질 (쇼어 00 ~20-40)	저압에서 밀착	취약한 부품, 낮은 클램프
중간 (쇼어 00 ~50-70)	접촉과 핸들링의 균형	일반 PCB-하우징 충전
경질 (쇼어 A ~30-50)	핸들링 우수, 더 많은 압력 필요	정밀 평면 접합부

결론: 핸들링과 예산이 허용하는 가장 부드러운 패드를 선택하십시오. 사용 가능한 클램프 힘으로 밀착되지 않는 패드는 데이터시트 전도율로 해결할 수 없는 공극을 남깁니다. 패드는 자동화가 방열판과 패드를 함께 배치하는 스탬핑 방열판 및 클립온 어셈블리에서 빛을 발합니다.

갭 필러: 평평한 접합부가 아닌 틈새용

갭 필러는 보드와 하우징 또는 방열판 사이의 약 0.5mm에서 5-10mm까지의 공간을 채우도록 설계된 부드럽고 매우 유연한 재료(시트, 퍼티 또는 디스펜싱 액체)입니다. 부품 높이가 다르고 단일 평평한 접합부가 없는 곳에 사용하십시오. 필러는 키가 큰 커패시터와 낮은 인덕터 주위를 모두 눌러 각각에서 금속 벽으로 열을 전달합니다. 임피던스는 그리스에 비해 높지만, 접촉이 전혀 없는 것보다는 훨씬 낫습니다.

일반적인 실수는 그리스나 패드가 필요한 곳에 갭 필러를 사용하는 것입니다. 표면이 평평하고 가깝다면 3mm 필러 시트는 순전히 열적 손실입니다. 대신 접합부를 평평하고 얇게 설계하십시오. 필러는 또한 격리가 필요합니다. 부드럽기 때문에 조립 및 재작업 중에 필러가 제자리에 유지되도록 댐이나 포켓을 설계하십시오.

전기 절연 및 기타 선택 기준

TIM이 전기적으로 절연되어야 합니까? 세라믹 또는 알루미나 충전 패드와 그리스는 열을 전도하면서 절연합니다. 흑연은 전기를 전도하므로 활선 트레이스를 절대 브리지해서는 안 됩니다. 금속 백킹 패드는 접지 및 차폐용입니다. 전압 절연은 별도의 사양입니다. 모듈 베이스플레이트에 고전압이 흐르면 해당 전압 정격의 TIM을 선택하고 실제 클램프 압력에서 검증하십시오. 더 얇을수록 항상 유전 여유가 줄어들기 때문입니다.

요구 사항	그리스	패드	갭 필러
최저 임피던스	최고	보통	약함
자동화 조립	디스펜서 필요	최고	좋음
재작업 / 분리	지저분함	용이	보통
전기 절연	충전 유형 절연	대부분 절연	대부분 절연
불규칙한 틈 충전	불가	제한적	최고

결론: 임피던스 예산, 조립 방법, 절연의 세 가지 실제 제약 조건을 이 표에 매핑하면 후보 목록이 빠르게 줄어듭니다. 두 재료가 동률일 때 생산 라인에서 반복적으로 적용할 수 있는 것을 선택하십시오. 일관되게 적용된 약간 더 나쁜 재료가 잘못 적용된 더 나은 재료보다 낫습니다.

어떤 TIM보다 나은 기계적 해결책

최고의 열 인터페이스는 필요하지 않은 것입니다. 더 평평한 표면, 더 높은 클램프 압력, 더 짧은 열 경로는 어떤 재료 선택보다 중요합니다. CNC 가공 방열판의 밀링된 평평한 베이스는 얇은 그리스 층이 제 역할을 할 수 있게 합니다. 거칠거나 휜 베이스는 어떤 재료로도 구제할 수 없는 두꺼운 패드를 강요합니다. 접합부에 휨을 메우기 위해 3mm 패드가 필요하다면 평탄도를 수정하십시오. 열 저항 가이드는 인터페이스 저항이 열 예산을 얼마나 빨리 잠식하는지 보여줍니다. 공장에 방열판 문의를 보낼 때 인터페이스 계획(TIM 종류, 두께, 클램프 압력)을 포함하십시오. 이는 방열판에 필요한 베이스 평탄도와 표면 마감을 변경합니다.

자주 묻는 질문

Q: 열 전도율과 열 임피던스의 차이점은 무엇입니까?

A: 전도율(W/m·K)은 재료를 설명하고 임피던스(K·cm²/W)는 두께와 접촉을 포함한 설치된 접합부를 설명합니다. 두꺼운 고전도율 패드가 얇은 저전도율 그리스보다 성능이 나쁠 수 있으므로 실제 본드 라인과 압력에서 임피던스를 비교하십시오.

Q: 서멀 그리스가 항상 서멀 패드보다 낫습니까?

A: 열적으로는 그렇습니다. 얇은 그리스 층이 일반적으로 어떤 패드보다 낫습니다. 그러나 패드는 조립 속도, 청결성 및 재작업에서 우수합니다. 성능이 우선이고 볼륨이 낮을 때는 그리스를 선택하고, 자동화, 서비스 용이성 또는 부품 높이 변화가 지배적일 때는 패드를 선택하십시오.

Q: 서멀 패드에 필요한 압력은 얼마입니까?

A: 대부분의 연질 패드는 표면에 완전히 밀착되려면 약 10-50 psi의 클램핑 압력이 필요합니다. 그 이하에서는 공극이 남습니다. 이것이 패드 장착 방열판에 느슨한 배치가 아닌 제어된 힘의 클립이나 나사가 필요한 이유입니다.

Q: 패드 대신 갭 필러를 사용해야 하는 경우는 언제입니까?

A: 틈이 불규칙하거나 약 1mm보다 높을 때, 예를 들어 부품이 실장된 PCB와 하우징 벽 사이의 공간을 채울 때입니다. 평평하고 가까운 접합부에서 갭 필러는 순전한 열적 손실이므로 접합부를 얇고 평평하게 설계하십시오.

Q: 서멀 패드가 전기 절연을 제공할 수 있습니까?

A: 대부분의 충전 패드와 그리스는 절연하지만 실제 두께와 압력에서 전압 정격을 확인하십시오. 흑연 시트와 금속 백킹 패드는 전기를 전도하므로 활선 회로를 절대 브리지해서는 안 됩니다.