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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.29 No.7 pp.443-450
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2019.29.7.443

Effect of Thermal Grease on Thermal Conductivity for Mild Steel and Stainless Steel by ASTM D5470

Young-Wook Cho1, Byung-Dong Hahn2, Ju Ho Lee3, Sung Hyuk Park4, Ju-Hwan Baeg1, Young-Rae Cho1
1Division of Materials Science and Engineering, Pusan National University, Busan 46241, Republic of Korea
2Functional Ceramics Department, Korea Institute of Materials Science, Gyeong-Nam 51508, Republic of Korea
3Reliability Research Center, Korea Electronics Technology Institute, Gyeonggi-do 13509, Republic of Korea
4School of Materials Science and Engineering, Kyungpook National University, Daegu 41566, Republic of Korea
Corresponding author E-Mail : yescho@pusan.ac.kr (Y. R. Cho, Pusan Nat’l Univ.)
April 4, 2019 July 2, 2019 July 2, 2019

Abstract


Thermal management is a critical issue for the development of high-performance electronic devices. In this paper, thermal conductivity values of mild steel and stainless steel(STS) are measured by light flash analysis(LFA) and dynamic thermal interface material(DynTIM) Tester. The shapes of samples for thermal property measurement are disc type with a diameter of 12.6 mm. For samples with different thickness, the thermal diffusivity and thermal conductivity are measured by LFA. For identical samples, the thermal resistance(Rth) and thermal conductivity are measured using a DynTIM Tester. The thermal conductivity of samples with different thicknesses, measured by LFA, show similar values in a range of 5 %. However, the thermal conductivity of samples measured by DynTIM Tester show widely scattered values according to the application of thermal grease. When we use the thermal grease to remove air gaps, the thermal conductivity of samples measured by DynTIM Tester is larger than that measured by LFA. But, when we did not use thermal grease, the thermal conductivity of samples measured by DynTIM Tester is smaller than that measured by LFA. For the DynTIM Tester results, we also find that the slope of the graph of thermal resistance vs. thickness is affected by the usage of thermal grease. From this, we are able to conclude that the wide scattering of thermal conductivity for samples measured with the DynTIM Tester is caused by the change of slope in the graph of thermal resistance-thickness.



ASTM D5470 방법으로 연강과 스테인리스강의 열전도도 측정시 열그리스의 영향

조 영욱1, 한 병동2, 이 주호3, 박 성혁4, 백 주환1, 조 영래1
1부산대학교 재료공학과
2재료연구소
3전자부품연구원
4경북대학교 신소재공학부

초록


    Pusan National University

    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    전자소자의 고집적화 추세와 단위면적당 소비되는 전 력의 증가로 인해, 소자에서 생기는 발열의 증가는 전 자소자의 수명과 성능에 심각한 문제를 야기한다.1-3) 발 광다이오드(LED)의 경우, 소자의 접합부에서 발생하는 과열로 인해 비발광(non-radiative) 재결합이 증가해서 발광효율이 크게 떨어진다.4) 전력반도체 소자에서도 고 집적화 추세로 인해 발생하는 과열을 효율적으로 방 출시키는 기술개발이 시급하다. 반도체 소자에서 과열 의 원인은 작은 칩(chip)에 많은 양의 전류가 흐르기 때문인데, 해결책으로는 발열이 적은 반도체 소자를 개 발하거나 히트싱크(heat sink, HS) 등의 방열모듈을 사용해 열을 효과적으로 방출시키는 것이다. 방열모듈 에서 열전달은 대부분 두께방향으로 진행되기 때문에 두께방향에 대한 열전도 현상을 이해하는 것은 중요 하다.5-7)

    히트싱크용 소재로 가장 널리 사용되는 소재로는 60 계열의 알루미늄(Al) 합금과 구리(Cu) 합금이 있다. 재 료의 열전도도(thermal conductivity)는 문헌에서 찾을 수 는 있지만, 실제로 사용되는 특정 재료에 대한 열전도 도는 문헌의 값과 200 % 이상 다를 수 있다.7) 왜냐하 면, 열전도도는 재료의 내부를 이동하는 전자(electron)와 포논(phonon)의 거동에 지배를 받으며, 이들의 거동은 재 료 내부에 존재하는 각종 결함(defect)인 기공(pore)과 2 차상 등에 의해 영향을 받기 때문이다.2,8) 따라서, 신뢰 도가 높은 방열모듈을 설계하고 제조하기 위해서는, 방 열모듈에 사용되는 특정 재료에 대한 열전도도를 정확 하게 측정할 필요가 있다.

    두께가 수 미크론 이하로 얇은 박막재료에 대한 열전 도도는 3오메가(3ω)법으로 측정할 수 있다.3,9) 그런데, 벌 크 재료에 대한 열전도도는 hot-disk법, 섬광법(light flash analysis, LFA) 혹은 DynTIM(dynamic thermal interface material) Tester로 대부분 측정한다.7,10) 방열모듈용 재료 를 구입하면 열전도도가 표시되어 있기도 하지만, 어떤 조건에서 열전도도를 측정하였는지에 대한 정보는 거의 없다. 또한, 재료의 열전도도는 측정방법과 실험변수 등 에 따라 지배를 받기 때문에, 특정한 방법으로 측정한 열전도도를 사용해 방열모듈을 설계하면 문제가 생길 수 도 있다.7,11) 더구나, 열전도도를 측정하는 각각의 방법 은 장점과 한계점도 동시에 갖기 때문에, 신뢰도가 높 은 방열모듈을 설계하기 위해서는, 동일한 시편에 대해 서로 다른 방법으로 열전도도를 측정 후 비교 평가해서 사용하는 것이 바람직하다.10,12)

    본 연구는 실험의 단순화를 위해 히트싱크 대신에 판 상형 금속(metal plate) 재료를 선택해서 두께방향으로 열전도도의 측정시, 측정방법과 실험변수가 열전도도 측 정값에 미치는 영향을 알아보기 위한 목적으로 수행되 었다. 시편은 산업적으로 널리 사용되는 연강과 스테 인리스강의 2종으로 선택하였으며, 각각에 대해 시편두 께를 변수로 판상형 금속시편을 제작 후, 섬광법과 ASTM D5470(DynTIM Tester) 방법으로 두께방향의 열전도도를 측정하였다. 특히, DynTIM Tester법으로 열 전도도 측정시 실험변수로 열그리스(thermal grease)의 사용 유무를 선택함으로써, 시편과 시편홀더 사이의 계 면상태가 열전도도에 미치는 영향에 대해 자세하게 고 찰하였다.

    2. 실험 방법

    2.1 시편의 제조와 미세조직

    시편 제조용 원재료는 상용의 연강(mild steel)과 스테 인리스강(STS304)을 선택하였다. 두께가 5 mm인 판상 의 재료를 구입해서, 디스크 형태로 기계적 가공하여 열 전도도 측정용 시편을 제작하였다. 섬광법과 DynTIM Tester로 열전도도를 측정하기 위해서는 장치마다 시편의 형상과 치수가 엄격하게 규정되어 있다. 대부분 판상의 디스크 형상이 요구되며, 본 연구에 사용된 시편의 형 상은 지름이 12.6 mm인 판상으로, 두께는 대략 1 mm, 2 mm 및 3 mm가 되도록 하였다. 연마공정을 통해 시편 의 두께 균일도는 5 μm 이내로 제조하였으며, 비접촉 3 차원측정현미경(KEYENCE사, 모델명: VK-X250)을 사용 해 측정한 디스크형 시편 양쪽의 표면거칠기는 0.5 μm 이하로 나타났다. 시편의 미세조직 관찰을 위해 폴리싱 법으로 경면가공해서 화학용액으로 에칭한 후 광학현미 경 관찰도 하였다.

    2.2 열특성 평가

    시편의 두께방향에 대한 열전도도는 섬광법(LFA-467, Netzsch, Germany)과 DynTIM Tester(Mentor Graphics, USA)의 2가지 방법으로 측정하였다. Fig. 1은 섬광법으 로 열확산계수(thermal diffusivity, α)를 측정하는 원리와 DynTIM Tester로 열저항(thermal resistance, Rth)을 측정 하는 원리를 도식적으로 나타낸 것이다. Fig. 1(a)는 섬 광법에서 두께방향으로 열확산계수 측정시, 열전달의 방 향과 시편의 가열로 인한 온도-시간 특성커브를 나타내 는 개념도이다. 섬광법 적용시, 입사빔의 열흡수가 용이 하도록 콜로이드 상태의 흑연입자를 시편의 양쪽면에 2~5 μm 두께로 분사코팅 하였다. 섬광법으로 열확산계수를 측 정하는 방법은 이전에 발표한 논문에 기술하였으며,13-14) 열확산계수는 식 (1)을 사용해서 계산하였다.

    a = 0.1388  × d 2 / t 1 / 2
    (1)

    여기서, α는 열확산계수(mm2/s)이고, d은 시편의 전체두 께(mm), t1/2은 적외선 센서로 얻은 온도-시간 그래프에 서 최대온도의 50 %에 도달하는데 소요되는 시간을 의 미한다.

    열전도도(λ)는 시편의 밀도와 비열 및 열확산계수를 사 용해 구할 수 있고, 밀도는 아르키메데스의 수중부유법, 비열은 시차주사열량계(DSC)를 사용해 측정하였다. 시편 의 열전도도는 식 (2)을 사용하여 계산하였다.1,5)

    λ = α  × ρ  × C p
    (2)

    여기서, λ(W/m·K)는 열전도도, α(mm2/s)는 열확산계수, ρ(g/cm3)는 밀도, Cp(J/g·k)는 비열을 나타낸다.

    Fig. 1(b)는 DynTIM Tester로 시편의 두께방향으로 열 저항(thermal resistance, Rth) 측정시, 시편의 장착 위치 와 온도-시간 특성커브를 나타내는 개념도이다. 시편은 히 팅용 다이오드 블록(diode block)과 히트싱크(heater sink) 사이에 설치한다. 다이오드에 5.0 A 정도로 큰 전류를 인가하면 발열이 되고, 1 mA로 작은 전류를 인가하면 다이오드는 온도센서 역할을 한다. 본 연구에서는 다이 오드에 5.0 A의 전류를 66초 동안 인가시켜 시편의 상 단부 온도가 130 ºC 정도(THD)에 도달 시킨 후, 다이오 드에 0.1 mA로 작은 전류를 60초 동안 인가시킴으로써 시편의 냉각과정에서 온도-시간 특성커브를 얻었다.

    열저항은 시편의 냉각과정에서 DynTIM Tester의 온도 -시간 특성커브로부터 구했으며, 열저항의 계산식은 아래 의 식 (3)과 같다.10)

    R th  =  Δ T /  Δ P
    (3)

    여기서, ΔT는 시편의 냉각과정에서 다이오드로 측정한 시 편 상단부의 온도(cooling curve)와 25 ºC로 유지된 히트 싱크(TCP)의 온도 차이를 의미한다. ΔP는 냉각과정에서 시편의 상단부에서 하단부로 빠져나간 열량을 의미하며 DynTIM Tester에서 자동으로 기록 된다.

    동일한 재료의 서로 다른 두께를 갖는 시편으로 DynTIM Tester를 수행하면, 열저항-시편두께 특성커브를 얻을 수 있으며, 열저항-시편두께 특성커브와 아래의 식 (4)로부 터 열전도도를 계산할 수 있다.7,10)

    k = 1/[S  × A]
    (4)

    여기서, S는 열저항-시편두께 특성커브의 기울기(S)이고, A는 디스크 형상의 시편에서 단면적을 의미한다. DynTIM Tester시 시편의 위쪽과 아래쪽에 열그리스(thermal grease, 모델명: Cooling Flow-CT250)의 코팅 유무를 실험변수 로 선택하였다. 사용한 열그리스의 열전도도는 3.8W/m·K 이며, 페이스트(paste) 상태의 것으로 시편의 상단면과 하 단면에 0.2 mm 정도의 두께로 균일하게 도포해서 사용 하였다.

    3. 결과 및 고찰

    지름을 12.6 mm로 고정시키고 두께를 변수로 해서 제 조한 디스크 형상의 연강과 스테인리스강 시편에 대해, 비접촉 방법인 섬광법과 접촉 방법인 DynTIM Tester법 2가지 방법으로 열전도도를 측정하였다. Table 1은 실험 에 사용된 6가지 종류의 시편에 대해, 각 재료별로 두 께가 1 mm, 2 mm, 3 mm를 목표로 제조한 시편의 실제 두께를 나타낸다.

    3.1 시편의 미세조직

    Fig. 2는 본 연구에 사용된 연강과 스테인리스강에 대 해 광학현미경으로 관찰한 미세조직 사진을 나타낸다. Fig. 2의 (a)와 (b)는 연강에 대한 미세조직으로, (a)는 판 상의 재료에서 평면에 대한 것이고, (b)는 단면에 대한 미세조직을 나타난다. Fig. 2(c)와 (d)는 스테인리스강에 대한 미세조직으로, (c)는 판상의 재료에서 평면에 대한 것이고, (d)는 단면에 대한 미세조직을 나타난다. Fig. 2 의 (b)와 (d)에서 보듯이, 본 연구에 사용된 시편은 판 상으로 제조시 심한 냉간압연 가공으로 인해 연신된 미 세조직을 보여준다. 따라서, 본 연구에 사용된 판상의 시 편은 미세조직상 심한 이방성을 나타내기 때문에, 시편 의 두께 방향과 평면 방향의 열전도는 다르게 나타날 것 으로 보인다.

    3.2 섬광법으로 측정한 열물성

    Table 2는 실험에 사용한 6개 시편에 대해, 섬광법으 로 열전도도 측정시 필요한 실험결과를 요약해 나타낸 것이다. Fig. 3의 (a)와 (b)는 각각 열전도도의 변화 거 동을 더 자세하게 살펴보기 위해, Table 2의 결과에서 열 확산계수와 열전도도를 그래프로 나타낸 것이다. Table 2 와 Fig. 3에서 보듯이, 연강의 열확산계수와 열전도도는 스테인리스강에 비해 대략 3배 정도 높게 나타났다. 또 한, 동일 재료에서는 시편두께가 1 mm에서 3 mm로 증 가해도 열확산계수와 열전도도는 5 %정도 이내에서 비 슷하게 나타났다. 시편두께 증가시 열전도도가 5 %정도 증가한 이유는 식 (2)에서 보듯이 열확산계수의 증가 때 문으로 보이며, ISO 18755에서는 섬광법 적용시 시편의 최적 두께에 대해 규정하고 있다.15) 시편이 너무 얇으면 식 (1)에서 t1/2이 너무 짧아 정확한 측정이 어렵고, 너 무 두꺼우면 시편의 둘레 방향으로 열손실이 많아 문제 가 발생한다.

    연강과 스테인리스강에서 두께가 대략 2 mm인 경우, 섬광법으로 측정한 연강의 열확산계수와 열전도도는 대 략 11.95 mm2/s와 43.57 W/m·K이며, 스테인리스강의 경 우는 대략 4.11 mm2/s와 14.92 W/m·K로 나타났다. 측정 된 시편의 열확산계수와 열전도도는 이전에 발표된 여 러 연구자들의 결과와 비슷하며,16-18) 이 결과를 DynTIM Tester로 측정한 결과와 서로 비교 평가하였다.

    3.3 ASTM D5470 방법으로 측정한 열물성

    DynTIM Tester에서 열전도도를 측정하는 원리는 ASTM D5470의 규정을 따르며,19) 열적 안정상태(steady state)로 가정한다. DynTIM Tester에서 시편두께는 2가 지 개념으로 사용된다. 첫번째는 시편두께를 측정한 후 입력하는 방식인 열저항-시편두께 특성커브 모드이고, 두 번째는 DynTIM Tester로 BLT(bond length thickness) 를 측정해서 열저항-BLT 특성커브 모드이다. DynTIM Tester에서 BLT는 시편두께와 비슷하지만, 실제로는 Fig. 1(b)에서 보듯이 다이오드 블록(diode block)의 하단부 와 히트싱크의 상단부 사이의 거리인 sample로 표시된 부분이다.10)

    Table 3은 DynTIM Tester로 열전도도 측정시, 열저 항-시편두께 모드의 실험결과를 나타낸 것이다. 연강과 STS304 재료에 대해 각각 3가지 두께의 시편에 대해 열저항을 측정하였다. Fig. 4는 Table 3에서 시편별 열 저항-시편두께 특성커브를 나타낸다. 열저항은 시편두 께에 따라 증가하였으며, 열그리스를 도포하지 않은 경 우 접촉저항(contact resistance)의 증가로 인해 열저항 이 증가했다.12) 열저항-시편두께 특성커브를 사용해서 회 귀방정식(regression equation)으로 구한 연강의 기울기 는 스테인리스강에 비해 작았다. 이 결과를 식 (4)에 대입하면, 시편의 열전도도 증가를 의미하기 때문에 예 상했던 바와 잘 일치한다.10)

    3.4 섬광법과 ASTM D5470 방법의 비교

    Fig. 5는 섬광법과 ASTM D5470(DynTIM Tester)의 2가지 방법으로 측정한 연강과 스테인리스강에 대한 열 전도도를 나타낸다. 섬광법으로 측정한 연강과 스테인리 스강의 열전도도는 Table 2에서 보듯이 대략 44 W/m·K 와 15 W/m·K로 나타났다. 그런데 DynTIM Tester로 측 정한 결과에서는 특이한 현상이 발견되었다. DynTIM Tester법으로 측정한 연강과 스테인리스강의 열전도도는 열그리스를 사용한 경우 섬광법으로 측정한 값보다 각 각 3.5 %와 25 % 높은 45.61 W/m·K와 18.82 W/m·K로 나타났지만, 열그리스를 사용하지 않은 경우는 섬광법으로 측정한 값보다 각각 20 %와 18.6 % 낮은 35.01 W/m·K 와 12.2W/m·K로 나타났다.

    동일한 시편에 대한 열전도도는 비슷하게 나타날 것으 로 예상했지만, DynTIM Tester로 측정한 열전도도는 열 그리스의 사용 유무에 따라, 연강의 경우 45.61 W/m·K 에서 35.01 W/m·K로 23 % 정도 다르게 나타났다. 이런 이유로, DynTIM Tester시 열그리스의 사용 유무가 열전 도도에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요하다. 현 재까지 수행된 연구결과는 열그리스를 사용하면 시편과 장치의 경계면에 생기는 에어갭(air gap)을 제거함으로써 열저항을 줄이고, 열전도도의 재현성 향상에 기여한다고 알려져 있다.12)

    3.5 ASTM D5470 방법에서 열그리스 영향

    Fig. 5에서 보듯이 DynTIM Tester로 열전도도 측정시 열그리스의 사용 유무는 시편의 열전도도에 지대한 영 향을 준다. 즉, 동일한 시편에 대해서도 열그리스를 사 용하면 사용하지 않는 시편에 비해 열전도도가 높게 나 타났다. Fig. 6은 Fig. 4에서 열그리스를 사용해 측정한 연강의 열저항-시편두께 특성커브를 1차함수 형태로 나 타낸 것이다. Fig. 6에서 열저항(Rth)은 시편 두께에 비 례하는 부분과 시편의 두께가 0일 때 존재하는 열저항 성분의 2가지로 구분된다. 즉, 열저항(Rth)은 시편의 열 저항(Rsam)과 장치의 열저항(Rsys) 성분으로 나눌 수 있 으며 다음과 같이 표현할 수 있다.

    R th = R sam + R sys = ax + b = S d + R sys
    (5)

    여기서, S는 열저항-시편두께 특성커브의 기울기이고, d 는 시편두께이다. Fig. 6과 Table 3의 결과를 사용해서, 열저항-시편두께 특성커브의 기울기(S)는 식 (6)과 같이 표시된다.10)

    S =  Δ R th / Δ BLT =  Δ R th / Δ d
    (6)

    여기서, BLT는 앞에서 살펴본 식 (1)의 시편두께 d와 비 슷한 의미를 갖기 때문에 BLT 대신 시편두께 d로 표시 하기도 한다.

    Table 3과 Fig. 6에서, 연강의 경우 그래프의 기울기 는 시편두께가 1.036 mm와 2.912 mm인 경우의 결과를 사용해 계산할 수 있다. 즉, 식 (6)에 열그리스를 사용 하지 않은 경우, 열저항을 각각 2.60 K/W와 3.03 K/W을 대입하면 기울기 S = 229 K/m·W가 된다. 비슷한 방법으 로, 열그리스를 사용한 경우 열저항 1.37 K/W와 1.70 K/ W을 대입하면 기울기 S = 176 K/m·W가 얻어진다.

    또한, 열그리스를 사용하지 않은 경우와 사용한 경우 의 열전도도는 식 (4)에 기울기 S = 229 K/m·W 혹은 S = 176 K/m·W와 단면적 A = 1.24 × 10-4 m2를 대입하면 각 각 35.22 W/m·K와 45.82 W/m·K로 얻어진다. 이렇게 계 산한 연강의 열전도도는 예측한 대로 DynTIM Tester에 서 회귀방정식으로 측정한 열전도도와 비슷하게 나타났다.

    Fig. 6의 열저항-시편두께 특성커브에서 기울기 S를 알 았기 때문에, 식 (5)에서 장치의 열저항(Rsys)도 쉽게 계 산할 수 있다. 예를 들면, Table 3에서 시편두께가 1.036 mm인 연강에 대해 계산하면, 열그리스를 사용하지 않은 경우와 사용한 경우 장치의 열저항(Rsys)은 각각 2.36 K/ W과 1.18 K/W로 나타난다. 비슷한 방법으로, 스테인리 스강에 대한 기울기 S와 장치의 열저항(Rsys)도 계산하 였다. 열그리스를 사용하지 않은 경우 기울기와 장치의 열저항은 657 K/m·W와 2.49 K/W였으며, 열그리스를 사 용한 경우는 426 K/m·W와 1.21 K/W로 계산되었다.

    3.6 ASTM D5470 방법에서 열전도도 고찰

    Table 4는 DynTIM Tester로 열전도도 측정시 열저항 에 관한 식 (5)의 기울기 S와 장치의 열저항(Rsys)을 연 강과 스테인리스강에 대해 계산한 값을 요약한 것이며, Fig. 7은 Table 4의 결과를 그래프로 나타낸 것이다. Table 4에서 특이한 점은, 동일한 시편에서 열그리스의 사용 유무에 따라 기울기와 장치의 열저항(Rsys)이 모두 변화한다는 것이다. 열그리스를 사용할 때 장치의 열저 항이 감소하는 것은 당연하다. 왜냐하면 에어갭의 열전 도도는 대략 0.03 W/mK로 본 연구에서 사용된 열그리 스에 비해 열전도도가 100배 이상 낮기 때문이다.20) DynTIM Tester 접촉저항은 낮을수록 바람직하며, 시편 의 표면상태에 영향을 받기 때문에 표면코팅을 하거나 표면개질 처리해서 변화시킬 수 있다.21-23)

    Table 4와 Fig. 7의 결과는 DynTIM Tester법에서 열 전도도 측정시 지금까지 당연하게 여겨왔던 가설인 열 저항-시편두께 특성커브에서 기울기는 접촉저항을 포함한 장치의 저항에 무관하고 일정해야 한다는 것과 상반된 결과를 나타낸다. 즉, 열그리스를 사용하면 열저항-시편 두께 특성커브에서 장치의 열저항은 물론 기울기도 감 소했다. 이 결과는 DynTIM Tester법으로 열전도도 측정 시 중요한 발견으로, 열그리스를 사용했을 때 시편의 열 전도도가 높게 나타났던 원인은 기울기의 감소 때문으 로 설명할 수 있다. 하지만, 열그리스의 사용 유무에 따 라 기울기의 변화가 생기는 원인 규명에 대한 후속 연 구가 필요하다고 본다.

    결과를 종합하면, Fig. 5에서 보듯이 비접촉 방법인 섬 광법과 접촉 방법인 DynTIM Tester법으로 열전도도를 측정했을 때, 동일한 시편에 대해서도 열전도도가 다르 게 나타났다. 즉, 섬광법으로 특정한 열전도도에 비해, 접 촉 방법인 DynTIM Tester법에서 측정한 열전도도는 열 그리스를 사용하면 더 크게 나타나고, 사용하지 않으면 작게 나타났다. 이유는 열그리스의 사용 유무는 접촉 방 법인 DynTIM Tester에서 열저항-시편두께 특성커브에서 장치의 열저항은 물론 기울기도 변화시키기 때문으로 판 단된다.

    4. 결 론

    판상형 금속재료에 대해 두께방향으로 열전도도의 측 정시 열전도도에 미치는 주요 인자에 대해 연구하기 위 해, 시편두께를 변수로 해서 연강과 스테인리스강에 대 해 섬광법과 DynTIM Tester로 열전도도를 측정하였다. DynTIM Tester의 적용시 열그리스의 사용 유무가 열전 도도에 미치는 영향에 대해 자세하게 연구하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

    1. 디스크 형상의 연강과 스테인리스강에 대해 비접촉 방법인 섬광법으로 측정한 열전도도는 대략 44W/m·K와 15 W/m·K로 나타났으며, 시편의 두께가 1 mm에서 3 mm 의 범위에서 열전도도는 5 % 이내에서 거의 비슷하게 나 타났다.

    2. 접촉 방법인 DynTIM Tester법으로 측정한 연강과 스테인리스강의 열전도도는 열그리스의 사용 유무에 따 라 큰 차이를 보였다. 열그리스를 사용한 경우 열전도 도는 섬광법으로 측정한 것보다 높게 나타났고, 열그리 스를 사용하지 않으면 섬광법으로 측정한 것보다 낮게 나타났다.

    3. DynTIM Tester법으로 열전도도 측정시, 열그리스를 사용하면 열저항-시편두께 특성커브에서 장치의 열저항과 함께 기울기도 감소함을 확인하였다. 열저항-시편두께 특 성커브에서 기울기의 감소는 열전도도의 증가를 의미하 기 때문에, 열그리스를 사용하면 사용하지 않는 경우에 비해 시편의 열전도도가 높게 나타난다.

    Acknowledgement

    This work was supported by a 2-Year Research Grant of Pusan National University.

    Figure

    MRSK-29-7-443_F1.gif

    Schematic and principle for measurement of thermal properties: (a) LFA and (b) DynTIM Tester.

    MRSK-29-7-443_F2.gif

    Optical microscopic images of samples: (a) and (b) are plane view and cross sectional view for mild steel, (c) and (d ) are plane view and cross sectional view for stainless steel(STS304).

    MRSK-29-7-443_F3.gif

    Thermal properties of samples measured by LFA: (a) thermal diffusivity and (b) thermal conductivity.

    MRSK-29-7-443_F4.gif

    Thermal resistance of samples measured dependence on sample thickness by DynTIM Tester.

    MRSK-29-7-443_F5.gif

    Thermal conductivity of samples measured by LFA and DynTIM Tester.

    MRSK-29-7-443_F6.gif

    Concept of slope (ΔRth/ΔBLT) calculation for mild-steel sample in DynTIM Tester.

    MRSK-29-7-443_F7.gif

    Calculated slope and thermal resistance for samples in DynTIM Tester with and without thermal grease.

    Table

    Type and thickness of samples used in this study.

    Results for calculation of thermal conductivity by LFA.

    Thermal resistance for samples with or without thermal grease in DynTIM Tester.

    Results of slope and thermal resistance using equation (5) in DynTIM Tester.

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