금속기판에 유전체 후막을 형성시켜 제조한 2층 층상재료에서 두께 방향의 열전도 특성

Thermal Properties of Two-Layered Materials Composed of Dielectric Layer on Metallic Substrate along the Thickness Direction

전자소자의 방열모듈에서 두께 방향의 열방출 특성에 대한 중요성이 증가하고 있다. 금속과 금속의 본딩 및 유전체와 금속의 본딩 구조를 갖는 2가지 종류의 2층 층상재료를 제조한 후 두께 방향으로 열확산계수를 측정하였다. 금속(STS439)과 금속(Al6061)으로 이루어진 2층 층상재료에서는 섬광법(LFA)으로 열확산계수를 측정했을 때, 열흐름의 방향을 반대로 변화시켜도 열확산계수의 변화가 없었다. 그런데, 유전체(AlN-Polymer)와 금속(Al6061)의 2층 층상재료에서는 열흐름의 방향을 반대로 인가하였을 때 열확산계수는 17.5% 정도 다르게 나타났다. 유전체와 금속의 단면구조를 갖는 2층 층상재료에서, 금속에서 유전체 방향으로 측정한 열확산계수가 유전체에서 금속 방향으로 측정한 열확산계수에 비해 17.5% 작게 나타난 이유는, 금속내의 전자가 갖고 있던 에너지가 유전체 쪽으로 전달되기 위해서는 계면 주변에서 포논의 에너지 형태로 변환될 때 저항이 생기기 때문이다.

The importance of heat dissipation for the electric device modules along the thickness direction is increasing. Two types of two-layered materials, metal-metal bonding and dielectric-metal bonding, have been fabricated by roll bonding process and a thermal diffusivity of the specimens was measured along the thickness direction. The thermal diffusivity of specimens with metal-metal bonding measured by light flash analysis (LFA) showed a same value independent on the direction of heat flow. However, the thermal diffusivity of specimens with dielectric-metal bonding showed a big difference of 17.5% when the direction of heat flow changed oppositely in the LFA process. The measured thermal diffusivity of specimens when the heat flows from metal to dielectric direction showed smaller value of 17.5% compared to the value when the heat flow from dielectric to metal direction. The difference in thermal diffusivity of specimens with dielectric-metal bonding dependence on direction of heat flow is due to the electron-phonon resistance that occurred transfer process of electron energy to phonon energy near the interface.