KR20140090336A - 이차전지용 써멀패드 및 이를 갖는 전지모듈 - Google Patents

이차전지용 써멀패드 및 이를 갖는 전지모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지용 써멀패드 및 이를 갖는 전지모듈에 관한 것이다. 상기 전지모듈은, 충방전이 가능한 파우치형 전지셀과; 써멀패드를 사이에 두고 상기 전지셀에 밀착 고정된 상태로 전지셀에서 발생하는 열을 전지셀의 외부로 이동시키는 전열부재와; 상기 전열부재로부터 열을 전달받아 제거하는 냉각부로 구성되고, 상기 써멀패드는; 양면에 접착면을 갖는 일정두께의 시트형부재로서, 대상면에 대한 접착 고정시 접착면과 대상면의 사이에 기포가 갇히는 것을 방지하는 기포생성방지수단을 갖는 것을 특징으로한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 이차전지용 써멀패드는, 기포생성방지수단이 적용되어 있으므로, 대상면의 상태가 평활하지 않더라도 대상면에 완벽하게 접착할 수 있어 방열 및 접착효율을 상승시킬 수 있다.

Description

이차전지용 써멀패드 및 이를 갖는 전지모듈{Thermal pad for secondary battery and Battery module having the same}
본 발명은 이차전지용 써멀패드 및 이를 갖는 전지모듈에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기의 전원에서부터 전기자동차나 하이브리드차량 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다. 이러한 이차전지를 사용하는 에플리케이션은 이차전지의 장점으로 인해 점차 다양화되고 있으며, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 보다 콤팩트하고 강력한 파워를 출력할 수 있게 개발되고 있다.
상기한 이차전지는 다양한 형태로 제조가 가능하며, 이를테면 파우치형이나 원통형이나 각형으로 제작 할 수 있다. 특히 상기 파우치형의 경우 그 형상이 비교적 자유롭고 무게가 가벼우며 슬림화 및 경량화가 가능하여 휴대기기용으로 많이 사용되고 있다.
상기 파우치형 이차전지에 있어서 케이스 역할을 하는 파우치는, 박막의 금속필름과 그 양면에 절연성 필름이 부착된 적층구조를 가지며, 두꺼운 금속재로 성형한 원통형이나 각형과 달리, 자유롭게 구부러짐이 가능하다.
그런데, 상기한 파우치형의 경우, 외형을 이루는 파우치 자체가 유연성 소재로 이루어져 강성이 없으므로 정형화된 형태를 취하지 않아, 방열특성 개선을 위한 별도의 구조를 적용하기가 어려웠다. 즉, 파우치 내부의 전극조립체에서 발생하는 열을 효과적으로 방열하기가 힘들었다.
공지의 사실과 같이, 이차전지는 충전과 방전을 수행하는 동안 내부에서 많은 열을 발생하므로 내부의 열을 신속히 방출하는 것이 매우 중요한데, 파우치형은 이런 방열문제가 각형이나 원통형 타입에 비해 취약한 것이다. 다수의 이차전지로 구성되어 있는 전지모듈에서 가장 중요한 하나는 안전성인데, 전지모듈의 대부분의 안전성 문제는 발열이나 외부 충격 등에 기인한다.
다양한 범위의 전압 및 전류 범위를 요구하는 디바이스를 충족시키기 위하여 다수의 전지셀을 적층하는 적층식 구조의 모듈이 개발되어 있다. 상기한 적층식 전지모듈은 전지셀들을 적층하여 전기적 연결을 이루는 구조를 가진다. 그런데 상기한 적층식 전지모듈은 높은 출력을 얻을 수 는 있지만, 충방전시 전지셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 된다.
상기한 바와 같이 전지셀에서 발생하는 열을 외부로 배출하기 위한 냉각수단으로서, 전지셀과 열적으로 접촉하는 전열부재와, 상기 전열부재가 흡열한 열을 제거하는 수냉식 또는 공랭식 냉각부가 사용되고 있다.
상기 전열부재는 전지셀과 냉각부를 연결하는 열교(heat bridge)로서 전지셀의 열을 냉각부로 이동시켜 전지셀의 열을 낮추는 것이다.
한편, 상기 전열부재와 전지셀을 물리적으로 고정시키기 위한 것으로서, 써멀패드(thermal pad)가 사용되고 있다. 상기 써멀패드는 양면에 접착면이 형성되어 있는 일정두께의 시트형 부재로서, 전열부재와 전지셀의 사이에 개지된 상태로 전열부재에 대해 전지셀을 물리적으로 밀착 고정시킨다.
그런데 상기한 종래의 써멀패드는, 어느 정도의 넓이를 가지기 때문에, 접착 대상면에 접착될 때 대상면과의 사이에 기포를 발생시킬 수 있다는 단점을 갖는다. 즉, 상기 써멀패드와 대상면의 사이에 기포가 들어갈 수 있는 것이다.
써멀패드와 대상면의 사이에 기포가 들어가면 (기포에 의해) 써멀패드와 대상면이 벌어져 열전달이 제대로 이루어지지 않게 됨은 물론, 전열부재에 대한 전지셀의 물리적 접착력이 약해 이를테면 외부로부터 가해지는 충격이나 진동에 의해 전열부재가 전지셀로부터 쉽게 탈락될 수 있다. 상기한 기포가 차지하는 면적이 써멀패드 면적의 20% 정도일 경우 열전달성능이 현저히 떨어진다.
이러한 문제 때문에 써멀패드를 대상면에 접착시킬 때 기포가 들어가지 않도록 하는 것이 중요하다. 써멀패드를 접착시키기 위해서는 보통 대상면에 써멀패드를 펼친 상태로 롤러를 이용해 눌러 붙인다. 그런데 상기한 대상면이 평활하지 않을 경우 써멀패드와의 사이에 기포가 들어가는 것을 막는 것은 대단히 어렵다.
가령 파우치형 전지셀의 경우, (파우치 자체가 유연성 소재로 이루어져 강성이 없기 때문에) 정형화된 형태를 취하지 않아 그 표면이 평활하지 않으므로, 파우치형 전지셀에 써멀패드를 완벽하게 부착하기가 매우 곤란한 것이다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 기포생성방지수단이 적용되어 있으므로, 대상면의 상태가 평활하지 않더라도 대상면에 완벽하게 접착할 수 있어 방열 및 접착효율을 상승시킬 수 있는 이차전지용 써멀패드 및 이를 갖는 전지모듈을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지용 써멀패드를 갖는 전지모듈은, 충방전이 가능한 파우치형 전지셀과; 써멀패드를 사이에 두고 상기 전지셀에 밀착 고정된 상태로 전지셀에서 발생하는 열을 전지셀의 외부로 이동시키는 전열부재와; 상기 전열부재로부터 열을 전달받아 제거하는 냉각부로 구성되고, 상기 써멀패드는; 양면에 접착면을 갖는 일정두께의 시트형부재로서, 대상면에 대한 접착 고정시 접착면과 대상면의 사이에 기포가 갇히는 것을 방지하는 기포생성방지수단을 갖는다.
또한, 상기 전열부재와 냉각부의 사이에도 상기 써멀패드가 구비된다.
또한, 상기 기포생성방지수단은; 상기 써멀패드의 두께방향으로 관통하되, 그 일단부가 써멀패드의 테두리방향으로 개방된다.
또한, 상기 배기슬릿은, 일정폭을 가지며 길이방향으로 연장된 슬릿으로서, 다수 개가 상호 나란하게 연장된 패턴을 이룬다.
또한, 상기 기포생성방지수단은; 상기 써멀패드의 두께방향으로 관통된 다수의 배기구멍이다.
아울러, 상기 기포생성방지수단은; 상기 써멀패드의 접착면에 형성된 홈으로서, 길이방향으로 연장되어 적어도 일단부가 써멀패드의 테두리방향으로 개방된 배기홈이다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지용 써멀패드는, 충방전이 가능한 전지셀과, 상기 전지셀에서 방출되는 열을 전지셀 외부로 배출하는 전열부재의 사이에 개지되어, 전열부재를 이차전지에 고정시킴과 아울러 전지셀의 열을 전열부재로 전달하는 것으로서, 양면에 접착면을 갖는 일정두께의 시트형 부재로서, 대상면에 대한 접착 고정시 접착면과 대상면의 사이에 기포가 갇히는 것을 방지하는 기포생성방지수단을 갖는다.
또한, 상기 기포생성방지수단은; 상기 써멀패드의 두께방향으로 관통하되, 그 일단부가 써멀패드의 테두리방향으로 개방된 배기슬릿이다.
아울러, 상기 배기슬릿은; 일정폭을 가지며 길이방향으로 연장된 슬릿으로서, 다수 개가 상호 나란하게 연장된 패턴을 이룬다.
또한, 상기 기포생성방지수단은; 상기 써멀패드의 두께방향으로 관통된 다수의 배기구멍이다.
또한, 상기 기포생성방지수단은; 상기 써멀패드의 접착면에 형성된 홈으로서, 길이방향으로 연장되어 적어도 일단부가 써멀패드의 테두리방향으로 개방된 배기홈이다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하겨 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 이차전지용 써멀패드는, 기포생성방지수단이 적용되어 있으므로, 대상면의 상태가 평활하지 않더라도 대상면에 완벽하게 접착할 수 있어 방열 및 접착효율을 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 서멀패드를 갖는 전지모듈의 구조를 나타내 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 또 다른 예를 나타내 보인 사시도이다.
도 7은 상기 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 또 다른 예를 도시한 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소 들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
또한, “제 1”, “제 2”, “일 면”, “타 면” 등의 용어는, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 서멀패드(19)를 갖는 전지모듈(11)의 구조를 나타내 보인 도면이다.
도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 전지모듈(11)은, 충방전이 가능한 파우치형 전지셀(15)과, 시트형 써멀패드(19)를 사이에 두고 상기 전지셀(15)에 밀착 고정된 상태로 전지셀(15)에서 발생하는 열을 전지셀의 외부로 이동시키는 전열부재(17)와, 상기 전열부재(17)로부터 열을 전달받아 제거하는 냉각부(13)를 포함한다.
상기 전지셀(15)은 파우치형 이차전지로서 다수개가 나란하게 배치된 상태로 냉각부(13) 상부에서 하나의 패키지를 형성한다. 보통의 파우치형 이차전지가 그러하듯이, 상기 전지셀(15)도 파우치가 전극조립체(미도시)를 감싼 구조를 가지며, 충방전시 전극조립체에서 많은 열을 발생한다.
상기 전열부재(17)는, 일정두께를 갖는 금속플레이트를 절곡 형성한 것으로서, 상기 전지셀(15)과 결합하여 전지셀(15)의 열을 흡열하는 흡열부(17a)와, 상기 흡열부(17a)의 하단에 절곡 형성되며 흡열부(17a)를 수직으로 지지하는 지지부(17b)로 이루어진다. 상기 흡열부(17a)와 지지부(17b)의 사이각은 직각이거나 직각이 아닐 수 도 있다.
상기 냉각부(13)는 그 내부로 냉각수가 통과하는 수냉식 열교환부 일 수 있다. 냉각수가 통과함에 따라 냉각부(13)는 저온의 상태를 유지하며 전열부재(17)를 통해 전달된 열을 흡수하여 제거한다.
한편, 상기 써멀패드(19)는, 전지셀(15)과 흡열부(17a), 지지부(17b)와 냉각부(13)의 사이에 개재되어, 전지셀(15)을 흡열부(17a)에, 지지부(17b)를 냉각부(13)에 고정시킨다.
도 1에서는 상기 써멀패드(19)가 일반적인 써멀패드와 같아 보이지만, 본 실시예에 따른 써멀패드(19)는 다양한 형식의 기포생성방지수단이 적용된 것으로서, 가령 도 2 내지 도 8의 형태를 취한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드(19)의 사시도이다.
도 2에 도시한 써멀패드(19)는, 일정두께를 갖는 직사각 시트형 부재로서 양면에 접착면(19c)을 갖는다. 특히 상기 써멀패드(19)에는, 기포생성방지수단으로서 다수의 배기배기슬릿(19a)이 형성되어 있다.
상기 배기슬릿(19a)은, 써멀패드(19)의 두께방향으로 완전히 관통되어 있는 일정폭의 슬릿으로서, 길이방향으로 연장되어 그 일단부가 써멀패드(19)의 양단부측으로 개방되어 있다. 상기 배기슬릿(19a)은 다수개가 상호 나란하게 형성되어 있다.
이와 같이 써멀패드(19)에 다수의 배기슬릿(19a)이 형성되어 있으므로, 상기 써멀패드(19)를 대상면에 접착할 때, 가령 상기 배기슬릿(19a)과 배기슬릿의 사이에 기포가 일시적으로 들어가 있다 하더라도 롤러를 통한 접착과정시, 기포가 양측의 배기슬릿, 또는 상대적으로 가까운 배기슬릿으로 이동하여 쉽게 빠져나갈 수 있다.
상기 배기슬릿이 없다면, 기포가 써멀패드의 외곽부까지 이동하여야 하므로 기포의 제거가 매우 힘들다. 이는 이를테면 스마트폰의 디스플레이 화면에 보호필름을 부착할 때 경험할 수 있는 현상이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드(19)의 다른 예를 도시한 평면도이다.
상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.
도 3에 도시한 써멀패드(19)의 경우 배기슬릿(19a)의 패턴이 상기 도 2의 경우와 다르다. 즉, 도 2의 경우 임의의 배기슬릿의 연장방향이 이웃 배기슬릿의 연장방향과 반대인데, 도 3의 배기슬릿(19a)은 네 개씩의 배기슬릿(19a)이 써멀패드(19)의 중앙부에서 시작하여 반대방향으로 연장된 형태를 취한다. 상기와 같이 배기슬릿(19a)의 형성 패턴이 다르지만, 배기슬릿(19a)의 기능이 동일한 것임은 물론이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 써멀패드(19)에 형성되어 있는 배기슬릿(19a)의 패턴이 도 2 및 도 3과 다름을 알 수 있다. 즉 도면상 좌측 3열의 배기슬릿(19a)은 상부로 연장되어 단부가 써멀패드(19)의 상단부로 개방되어 있고, 우측 3열의 배기슬릿(19a)은 하단부로 개방되어 있다. 각 배기슬릿(19a)이 써멀패드의 두께방향으로도 개방되어 있는 것임은 당연하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5에 도시한 바와같이, 써멀패드(19)의 내측 영역에 다수의 배기구멍(19b)이 형성되어 있다. 상기 배기구멍(19b)은 써멀패드(19) 자체의 두께 방향으로 관통된 구멍으로서, 써멀패드(19)를 대상면에 접착할 때 주변의 기포를 그 내부로 유도하여 공기중으로 배출한다. 상기 배기구멍(19b)의 모양이나 사이즈 또는 형성패턴은 필요에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드의 또 다른 예를 나타내 보인 사시도이고, 도 7은 상기 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도이다.
도 6에 도시한 써멀패드(19)는, 기포생성방지수단으로서 다수의 배기홈(19d)을 갖는 타입이다. 상기 도 2 내지 도 4를 통해 예를 든 써멀패드(19)는 배기슬릿(19a)이나 배기구멍(19b)이, 써멀패드(19)의 두께 방향으로 완전히 관통되어 있지만, 도 6의 써멀패드(19)는 관통되지 않고 (오목하고 길게 패어 있는) 배기홈(19d)이 형성되어 있는 것이다.
상기 배기홈(19d)은 일정폭을 가지며 길이방향으로 연장되고 단부가 써멀패드(19)의 양단부로 개방된 형태를 취한다. 따라서 상기 배기홈(19d)의 주변에 갇혀 있던 기포는, 써멀패드(19)의 접착과정시 배기홈(19d)으로 들어가 배기홈(19d)의 길이방향을 따라 이동하여 대기중으로 흩어진다.
도 6에서는 상기 배기홈(19d)을 상호 나란하게 형성하였지만, 배기홈(19d)의 패턴도 매우 다양하게 변경할 수 있다. 가령 격자형이나 곡선형으로도 구현할 수 있는 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 써멀패드(19)의 또 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 8에 예를 든 써멀패드(19)에는 상기한 배기슬릿(19a)과 배기홈(19d)이 함께 적용되어 있다.
상기 배기슬릿(19a)은 도 2에 도시한 바와같이, 다수 개가 나란하게 길이방향으로 연장되어 일단부가 써멀패드의 단부로 개방되어 있고, 배기홈(19d)은 배기슬릿(19a)에 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 상기 배기슬릿(19a)이나 배기홈(19d)의 기능은 상기한 바와같다.
결국 상기한 바와같이 구성되는 본 실시예의 써멀패드(19)는, 써멀패드의 부착시 대상면과의 사이에 갇히는 기포를 외부로 쉽게 배출할 수 있어, 써멀패드에 대한 전지셀(15)이나 전열부재(19)의 결합이 강력하게 유지되며 열전달도 애초에 설계된 대로 구현될 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
11:전지모듈 13:냉각부
15;전지셀 17:전열부재
17a:흡열부 17b:지지부
19:써멀패드 19a:배기슬릿
19b:배기구멍 19c:접착면
19d:배기홈

Claims (11)

  1. 충방전이 가능한 파우치형 전지셀과; 써멀패드를 사이에 두고 상기 전지셀에 밀착 고정된 상태로 전지셀에서 발생하는 열을 전지셀의 외부로 이동시키는 전열부재와; 상기 전열부재로부터 열을 전달받아 제거하는 냉각부로 구성되고,
    상기 써멀패드는;
    양면에 접착면을 갖는 일정두께의 시트형부재로서, 대상면에 대한 접착 고정시 접착면과 대상면의 사이에 기포가 갇히는 것을 방지하는 기포생성방지수단을 갖는 전지모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전열부재와 냉각부의 사이에도 상기 써멀패드가 구비된 전지모듈.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기포생성방지수단은;
    상기 써멀패드의 두께방향으로 관통하되, 그 일단부가 써멀패드의 테두리방향으로 개방된 배기슬릿인 전지모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배기슬릿은, 일정폭을 가지며 길이방향으로 연장된 슬릿으로서, 다수 개가 상호 나란하게 연장된 패턴을 이루는 전지모듈.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 기포생성방지수단은;
    상기 써멀패드의 두께방향으로 관통된 다수의 배기구멍인 전지모듈.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 기포생성방지수단은;
    상기 써멀패드의 접착면에 형성된 홈으로서, 길이방향으로 연장되어 적어도 일단부가 써멀패드의 테두리방향으로 개방된 배기홈인 전지모듈.
  7. 충방전이 가능한 전지셀과, 상기 전지셀에서 방출되는 열을 전지셀 외부로 배출하는 전열부재의 사이에 개지되어, 전열부재를 이차전지에 고정시킴과 아울러 전지셀의 열을 전열부재로 전달하는 것으로서,
    양면에 접착면을 갖는 일정두께의 시트형 부재로서, 대상면에 대한 접착 고정시 접착면과 대상면의 사이에 기포가 갇히는 것을 방지하는 기포생성방지수단을 갖는 이차전지용 써멀패드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기포생성방지수단은;
    상기 써멀패드의 두께방향으로 관통하되, 그 일단부가 써멀패드의 테두리방향으로 개방된 배기슬릿인 이차전지용 써멀패드.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 배기슬릿은;
    일정폭을 가지며 길이방향으로 연장된 슬릿으로서, 다수 개가 상호 나란하게 연장된 패턴을 이루는 이차전지용 써멀패드.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 기포생성방지수단은;
    상기 써멀패드의 두께방향으로 관통된 다수의 배기구멍인 이차전지용 써멀패드.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 기포생성방지수단은;
    상기 써멀패드의 접착면에 형성된 홈으로서, 길이방향으로 연장되어 적어도 일단부가 써멀패드의 테두리방향으로 개방된 배기홈인 이차전지용 써멀패드.
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