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열은 전자 제품이나 전자 소자등에 큰영향을 줍니다.

전자제품에 영향을 미치는 요소는 다음과 같습니다.

※ 전자제품에 영향을 미치는 요소들

• System reliability(제품 신뢰성)
• Product performance(제품 품질)
• Limits design advances(제품의 디자인)
– size requirements(제품크기)
– power density(소자등의 밀도)
• Thermal platform(방열 관련 소프트웨어 혹은 하드웨어관련)
costs(가격)

위와같은 고려사항들을 고려하여 제품을 설계하게 됩니다. 

 

상기 사진을 보면 전자 소자 내부에 큰 열이 방생하고 있음을 알수 있습니다. Heatsinker(방열판)로의 빠른 열 방출이 일어나고 있음을 나타내는 사진 입니다.
상기 사진은 열을 분석하는 장비로 열을 찍은 사진으로 위쪽에 파란색이 방열판이 위치하여 있고 아래쪽이 소자가 놓여 있습니다.
위 그림에서 아래쪽 보라색이 열이 높은 공기가 소자쪽으로 오는 그림이고 소자쪽과 방열판 쪽의 그림이 파란색인것은 그만큼 방열이 잘되고 있다는것을 나타낸 그림 입니다.

전자제품은 내부적의 열을 외부로 빠르게 빼주지 않으면 그 열이 소자에 영향을 주어 소자가 제기능을 수행할수 없게 됩니다.

이를 경제적인 관점에서 본다면 신뢰성을 높이기 위하여 적절한 제품들을 선정하여 내부의 열을 빼내 주어야 합니다.

 

지구상에는 많은 금속들이 존재하며, 그러한 금속들은 상당히 높은 열전도도를 가지고 있는데 한번 확인해 보겠습니다.

예)
aluminum = 217 watt/m-K(지구상에 존재하는물질)
copper = 394 watt/m-K(지구상에 존재하는물질)
diamond = 630 watt/m-K(지구상에 존재하는물질)
filled silicon grease = 0.80-5.5 watt/m-K(지구상에 존재하는물질)
방열 접착제 혹은 Ag 페이스트 = 0.39-3.9 watt/m-K(특별한 목적으로 제조된 제품)

 

상기의 예)에서 보듯이 지구상에 존재하는 금속류와 어떠한 특정 목적으로 제조된 제품간의 열전도도는 큰 차이를 보이는 것을 알수 있으며, 특정 목적으로 제조된 제품중에 그래도 열전도도가 높은 제품의 대표적인 예입니다.

 

일반적으로 열 방출을 위하여 제품을 사용하는 사람들은 열전도도 수치만을 놓고 제품을 판단하는 경향이 많은데 그것은 정말 잘못된 생각이며, 아래 5가지의 고려사항을 전재하고 제품을 선택 하여야 합니다.

 

※ 열전도에 영향을 주는 5가지 고려사항

1) Bondline thickness(접착두께)
2) Surface wetting(접착제 혹은 방열제품의 접합성)
3) Contact pressure(접착압력)
4) Area(접착면적)
5) Long term stability(치수안정성)

 

 

상기 사진은 열전달 계면들을 가상적으로 표현한 그림 입니다.

그리고, 계면사이에 열전달 제품이 위 사진들의 공극을 얼마나 잘 매워 주느냐가 가장 효과적인 열전달을 수행 할수 있는지의 관건 이라고 할수 있습니다.

 

상기 사진은 방열 제품 종류를 열거한 것이며, 각각의 장점과 단점을 쉽게 확인할수 있어 자신이 가장 필요로 하는 제품을 찾는데 도움을 줄것으로 판단이 됩니다.

 

앞에서 언급하였듯이 열전도도가 좋아 지는것의 관건은 접촉 표면에 얼마나 적절히 방열제품이 스며들고 공기가 제거되느냐 하는것이 관건이라 하겠습니다.

 

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과연 접착이란 무엇일까요?
접착은 두개의 물체 또는 두개의 면이 화학적인힘 또는 물리적인힘 또는 화학적인힘과 물리적인힘에 의하여 나타난 현상 입니다.

그럼 접착제란 무엇일까요?
접착에 의하여 2개이상의 재료를 일체화할수 있는물질을 말합니다.
쉽게말하면 접착에 의하여 재료를 붙인다는 말입니다.

접착제를 알기 위해서는 한가지 더 용어를 정의하고 가야할 필요가 있는데 그것은 바로 피착제 입니다.
피착제는 접착이 되는 물질입니다.
여기서 피착제가 중요합니다.
이유는 접착제는 접착하고져 하는곳, 즉 피착제의 재질이 무엇이냐에 따라서 접착제 선택이 달라지기 때문 입니다.
그리고 접착전 피착제가 오염이 되어 있으면 접착이 잘 일어나지 않습니다.
따라서 접착을 시도하고져 할때 가장 고려하여야 하는것이 접착이되는면 즉 피착제 입니다.

그럼 접착제는 왜 달라붙을까요?
무슨힘으로 접착이 되는 거일까요?
(1) 서로잡아당기는힘
판 데르 발스 힘 : 분자간의 상호 인력
수소결합
(2) 기계적 이탈의힘
지퍼, 투묘, 모세관현상, 갈고리효과등
(3) 점착
영구접착에 대한 일시적 접착

위의 3가지 힘에 의하여 접착이 이루어 집니다.
그중에 (1)의 서로 잡아당기는 판 데르 발스 힘 과 수소결합이 접착제에 접착력의 가장 큰 힘입니다.
(2)와 (3)은 접착에 도움이 되는 힘입니다.

피착제와 접착제 사이를 자세히 드려다 보면 위 그림과 같습니다.
즉, 피착제 1과 피착제 2는 접착제라는 매개체를 사이에 두고 접착이 일어 납니다.
그래서 위에 언급 하였듯이 피착제가 중요하다고 말씀을 드린 것입니다.
접착제에 분자는 분자간의 판 데르 발스 힘과 분자간 수소결합을 이루고 있음을 위 그림에서 보여 주고 있습니다.

그럼 접합부에 걸리는 힘들은 어떤것들이 있을까요?
분명 접착제는 잘 떨어지지 않아야 하므로 어떤힘들이 걸리는지 확인해 볼 필요가 있습니다.

 인장응력 : 쉽게 보시면 접착이 일어난 물건을 양쪽으로 당기는 힘이 걸릴수 있습니다.

개열응력 : 이는 사과를 두손으로 쪼개는 힘이라고 이해하시면 쉽겠습니다.
 

전단응력 : 위 그림처럼 접착되있는 물체를 양쪽으로 당기는 힘입니다. 특히 전단응력은 접착제 성능테스트에서 중요한 테스트 종목입니다.
 

박리응력 : 박리응력은 쉽게 말하면 띄어 내는것 입니다. 쉽게 생각하면 자동차 앞유리에 불법주차 라벨이 붙어있으면 그것을 띄어내는것으로 이해하시면 쉽습니다.

위와같은 4가지 항목은 접착제 생산시 테스트 항목들 입니다.
일정 피착제에 접착을 하고 접착제가 접착이 잘되는지 테스트하는 항목들입니다.

그러면 접착이 잘이루어 졌는지는 어떡게 확인할수 있는지 확인해 보겠습니다.
앞에서 언급했던 전단응력이 중요한 테스트 항목인 이유가 아래에서 확인하실수 있습니다. 접착제가 접착이 잘 이루어 졌는지 확인할수 있는 테스트항목이 전단응력 테스트 입니다. 이제 하나하나 알아보겠습니다.

위 전단응력 테스트에서 접착제(빨간색)게 윗쪽 피착제에만 남고 아래 피착제에는 남아있지 않은 그림 입니다. 이건 접착이 제대로 이루어 지지 않은 것입니다. 아래 피착제와 접착제가 완전 떨어졌기 때문 입니다. 이런경우는 접착제를 다른것으로 교체를 해주어야 합니다.
 

 위 그림도 위 피착제에 조금 아래 피착제에 조금씩 남아있고 접착제가 분리된 그림 입니다. 위에 그림보다는 접착이 잘 이루어 졌지만 최적의 접착제를 선택하신것이 아닙니다.

위 그림은 접착제 자체가 완전히 깨진 그림 입니다. 피착제에서 접착제가 떨어지지 않은 그림으로 접착이 가장 잘이루어 졌습니다. 가장 이상적인 접착의 상태 입니다.

이상 접착제 관련하여 조금 살펴 보았습니다.
앞으로도 좀더 쉽게 접착제를 알아 볼수 잇도록 자주 글올리겠습니다.



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                                       컨베이어타입의 UV경화기
 

자외선 경화를 더 잘 이해하기 위해서는 일반 잉크나 페인트는 칠한 후 “건조” 시키는 것을 생각해 볼필요가 있습니다.

종이에 인쇄를 하거나 가구를 만들어 옻칠을 한후 따뜻하고 바람이 잘 통하는 곳에 몇시간- 몇일 동안 말리면 잉크나 페인트 속에 있는 용제나 수분이 날라 가고 순수한 잉크나 페인트 성분만 남아서 인쇄된 부분이나 칠한 부분이 완전히 말라서 딱딱해 지고 손으로 만져도 묻지 않게 되는데, 이 과정을 우리는 “말린다” 혹은 “건조한다”라고 말을 합니다..

 “건조”는 건조 시키는 동안 잉크나 페인트 속에 있는 화학 성분이 변하는 것이 아니라, 잉크나 페인트 속에 들어 있는 희석제(신나)나 용제(솔벤트)가 증발하여 모두 날아가고, 순수한 잉크나 페인트 성분만 남아 있으므로 잉크가 완전히 말라서 “건조” 되었다고 합니다.

 **이처럼 수백 년 동안 사용해 왔던 건조 방법은 잉크나 페인트를 말리기 위해 온도를 높이거나 바람이 잘 통하는 곳에서 칠한 제품을 건조시키면 건조 시키는 동안 잉크나 페인트 속에 있는 용제나 수분이 날라 가고 순수한 잉크나 페인트 성분만 남아서 딱딱하게 마르게 됩니다.

이에 비해서 “UV 경화”란 잉크나 페인트를 말리는데 열이나 바람을 이용하지 않고, UV(자외선)를 이용하여 잉크나 페인트의 원료를 화학 반응을 시키는 것입니다. 액체 상태의 잉크나 페인트의 원료가  화학 반응 되면 고체 상태로 딱딱하게 변하게 됩니다. UV 경화에서는 아직 고분자가 되기 전의 고분자 원료(모노머와 올리고머)에 “UV(자외선)을 쪼여 주면 고분자의 원료(액체)가 자외선을 받아 고분자(고체)로 바뀌는 것입니다.

**UV 경화는 용제를 사용하지 않으므로 용제를 말리는 게 아니라 액체 상태의 원료를 자외선으로 화학 반응 시키고, 화학 반응으로 생긴 고분자가 딱딱하게 되므로 일반인의 눈에는 마치 보통 페인트나 잉크가 “마르는 것” 처럼 보이므로 자외선 건조라고 부르기도 하지만, 건조가아닌 화학반응에 의한 고체로 변화가 맞습니다.


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