Thermal Insulation을 흑연시트와 함께 적용하여 한층 우수한 방열 효과를 누려보세요

열 공학자들은 흑연시트(graphite), 히트 파이프(heat pipes), 베이퍼 챔버(vapor chamber) 등을 이용하여 열을 보다 넓은 면적으로 발산, 확산시키는 방식으로 기기 성능을 개선합니다. 하지만 방열과 관련된 요구사항이 점차 증가하는 가운데, 이러한 방열 솔루션은 Z축 방향의 내열성이 불충분하기 때문에 열이 기기 표면에 도달하여 핫스팟을 형성하는 문제를 효과적으로 억제하지 못하여, 결국 핫스팟 차단이 한계에 부딪힐 수 있습니다.

이제 GORE Thermal Insulation을 사용하여 방열 솔루션의 효과를 개선할 수 있습니다. 첨단 에어로겔 기술에 기반한 GORE Thermal Insulation은 수직 방향(through-plane) 열 전도율(k_z)이 공기층 대비 월등히 낮아 방열 비율이 높으며, 시스템 레벨의 공기층보다 우수한 성능을 제공합니다.  단독 사용이 가능할 뿐만 아니라 열확산시트(heat spreader)와 함께 적용하여 고성능의 열 관리 디자인을 설계할 수 있습니다.

흑연시트는 천연/합성, 제조사, 두께 등에 따라 열 전도도가 달라지며, 이방성(anisotropic)이 매우 높아 수평/수직 전도도가 다릅니다. 흑연시트의 열 전도도는 수직 방향보다 수평 방향이 높습니다.

흑연시트 단일 솔루션

열 전도도가 높은 그라파이트 시트를 적용하는 경우, 내열성이 수평 방향으로는 낮고 수직 방향으로는 상대적으로 덜 낮은, 바람직한 조합이 형성되어 이상적인 열 전도도 특성이 구현됩니다:

• 수평 방향 전도도 600~1900 W/m·K
• 수직 방향 전도도 3~20 W/m·K*

이러한 특성이 결합되어 열 전도도가 높은 흑연시트의 이방성 열전달 비율은 ~500:1이 됩니다.

GORE® Thermal Insulation과 합지된 흑연시트

하지만 흑연시트가 GORE® Thermal Insulation과 함께 사용될 때, 수직 방향 열 전도도가 0.020 W/m·K로 더욱 낮기 때문에 이방성 열전달 비율은 100~1,000배 확대되어 방열 성능이 강화될 수 있습니다.

_{* 출처: https://neograf.com/products/thermal-management-solutions/egraf-spreadershield}

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열 전도도가 높은 흑연시트는 모바일 기기용 방열 소재로 널리 사용되어 왔습니다. 휴대폰에 가장 일반적으로 적용되어 온 열 관리 테크닉이기도 합니다. 흑연시트 제조사들이 많은 노력을 통해 수직 방향 전도도를 낮추는 데 성공했으나, 문제는 여전히 표면으로 열이 전달될 만큼 높다는 점입니다. 이를 보완하기 위해 흑연시트와 휴대폰 표면 사이에 공기층을 확보하여 열 전달을 차단하고 있지만, 더 많은 흑연시트를 사용하여 프로세서로부터 열을 확산시키고 이를 통해 프로세서 성능을 향상시키는 데 사용되어야 할 공간을 공기층이 차지한다는 문제가 있습니다.

전도도가 높은 흑연시트 소재와 Thermal Insulation을 결합하면 넓은 공간을 차지하는 공기층을 얇은 단열재로 대체하여 더 많은 흑연시트를 사용할 수 있는 공간이 확보됩니다. 이러한 결합형 솔루션을 사용하면 프로세서에서 발생하는 열을 더 많이 확산시킬 수 있어, 프로세서를 더 높은 전력에서 가동할 수 있습니다. 그 결과 최종 사용자는 보다 우수한 성능을 누릴 수 있습니다.

GORE® Thermal Insulation여기서 모든 기술 정보를 확인해보세요.

최근 모바일 기기의 열 관리를 위해 유연한 흑연시트에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이러한 수요는 폴더블 폰, AR/VR 글래스와 같은 커브형 기기 등의 새로운 폼팩터 및 평평하지 않은 흑연시트가 필요한 내부 부품의 형상 등 여러 가지 요인으로 수요 증가가 계속되고 있습니다.

다만 흑연시트가 구부러질 때 구조적인 변화가 생길 수 있고, 흑연시트 상부에 불균일한 공기층이 형성되어 공기층이 가장 얇은 지점 표면에 핫스팟이 생길 수 있기 때문에 유연한 흑연시트의 열 전도도에 대한 우려가 생길 수 있습니다. 표면 핫스팟의 경우 두께 및 내열성이 균일한 단열재로 흑연시트와 기기 표면 사이의 열 차단 장벽을 적용할 수 있고, 그 결과 유연한 흑연시트의 성능을 개선할 수 있습니다. 또한 단열재의 뛰어난 압축성으로 유연한 흑연시트를 고정할 수 있습니다.

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흑연시트는 열이 수평 방향, 즉 기기의 길이와 폭 방향으로 움직여야 할 때 유리하고, 방열 페이스트와 TIM(Thermal Interface Material)은 열을 수직 방향, 즉 기기 상하로 이동시킬 때 사용됩니다. 많은 경우 방열 페이스트 및 TIM을 프로세서와 흑연시트 사이에 적용하여 열을 최대한 빠르게 흑연시트 내부로 이동시키며, 이를 통해 열을 효과적으로 차단하고 기기가 최고 성능에서 가동되도록 합니다.

흑연시트와 TIM은 고체 상태의 소재이기 때문에 시간이 지나면 움직일 수 있는 페이스트보다 선호되는 대안입니다. 또한 GORE® Thermal Insulation을 흑연시트 반대편에 적용하여 열이 수직으로 표면까지 전달되어 핫스팟을 형성하는 문제를 막을 수 있습니다.

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빠른 변화와 치열한 경쟁에 노출되어 있는 오늘날의 시장환경에서 글로벌 선두 OEM들은 개발/공급망 리스크는 완화하면서도 차별화되고 혁신적인 제품 개발을 지원하는 당사의 제품과 서비스에 대한 신뢰를 바탕으로 고어를 선택하고 있습니다.