알루미늄 기판에 스크린 인쇄한 AlN 후막의 두께 방향으로 열전도도 평가

Evaluation of Thermal Conductivity for Screen-Printed AlN Layer on Al Substrate in Thickness Direction

히트 싱크용 소재에 응용할 목적으로 단층금속과 2층 단면구조 복합재료에 대해 열전도 특성을 연구하였다. 단층금속으로는 알루미늄합금(Al6061)을 사용했으며, 2층 단면구조 복합재료로는 Al6061기판에 질화알루미늄(AlN)을 스크린 인쇄한 층상구조 복합재료를 선택하였다. 섬광법으로 측정한 열확산계수와 비열 및 밀도를 사용해서 열전도도를 측정하였다. 실험을 통해 얻은 열전도 특성 값을 참고문헌에 보고된 자료를 사용해 계산한 값과 비교하였다. Al6061 기판에 스크린인쇄법으로 AlN 후막을 형성시킨 2층 단면구조 복합재료 시편의 열전도도는 AlN 후막의 두께가 증가할수록 선형적으로 감소하였다. 측정한 복합재료의 열전도도는 두께가 53μm과 163μm일 때, 각각 114.1W/m·K와 72.3W/m·K로 나타났다. 또한, 스크린 인쇄한 AlN 후막의 열전도도를 열전도비저항에 대한 혼합법칙을 적용해서 평가하였다. AlN 후막의 두께가 53μm와 163μm인 경우, 스크린 인쇄한 AlN 후막의 열전도도는 각각 9.35W/m·K와 12.40W/m·K로 나타났다.

A study on thermal properties for a single-layer metal and two-layer composites was investigated for the heat-sink application. For the single-layer metal, an aluminum alloy (Al6061) was selected. A screen printed aluminum nitride (AlN) layer on the Al6061 substrate was chosen for the two-layer composites. The thermal conductivity of the sample was determined from the thermal diffusivity measured by the light flash analysis (LFA), specific heat and density. Measured thermal property values were compared to calculated values using the data from the references. The thermal conductivity of composites with screen printed AlN layer on the Al6061 substrate decreased linearly with increasing the thickness of AlN layer. Measured values of the thermal conductivity for composites with 53μm and 163μm thick AlN layers were 114.1W/m·K and 72.3W/m·K, respectively. In particular, the thermal conductivity of the screen-printed AlN layer was demonstrated by appling the rule of mixture in view point of thermal resistivity. Measured values of the thermal conductivity for AlN layers with the thickness of 53μm and 163μm showed 9.35W/m·K and 12.40W/m·K, respectively.