WO2011059245A2 - 접촉열전도재 특성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

접촉열전도재 특성 측정 장치 및 방법 Download PDF

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WO2011059245A2
WO2011059245A2 PCT/KR2010/007960 KR2010007960W WO2011059245A2 WO 2011059245 A2 WO2011059245 A2 WO 2011059245A2 KR 2010007960 W KR2010007960 W KR 2010007960W WO 2011059245 A2 WO2011059245 A2 WO 2011059245A2
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contact
conductive material
temperature
heat flow
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이선규
김정균
와타루나가야마
Original Assignee
광주과학기술원
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means

Definitions

  • the present invention relates to a contact thermally conductive material, and more particularly, to a thermal resistance measurement of a contact thermally conductive material.
  • Thermal management technology a technology that solves the heat generation problems of systems due to the miniaturization and integration of electronic equipment, is a core technology in notebook computers, high-performance CPU chipsets, portable electronic devices, core components of display equipment, and aerospace electronic equipment. It is attracting attention.
  • Representative thermal management technologies include contact interface research, heat dissipation design technology, and cooling technology.
  • contact interface research has been mainly conducted to reduce contact thermal resistance at the contact surfaces of two rigid bodies. On the surface of an actual rigid body, irregular patterns such as surface roughness and waviness exist, and such irregular surface contact is a major cause of contact thermal resistance that prevents thermal conduction.
  • contact thermal conductive materials there is a method of flattening the surface by applying pressure and a method of reducing contact thermal resistance by filling a high thermal conductive material between the contact surfaces.
  • Such high thermal conductive materials are hereinafter referred to as contact thermal conductive materials.
  • the technical problem to be achieved by at least one embodiment of the present invention is to provide a contact thermal conductive material measuring apparatus for accurately measuring the thermal resistance of the contact thermal conductive material in contact with the heat sink.
  • Another technical problem to be achieved by at least one embodiment of the present invention is to provide a method for measuring the properties of contact thermally conductive materials that accurately measures the thermal resistance of the contact thermally conductive material in contact with the heat sink.
  • Another object of at least one embodiment of the present invention is to provide a computer-readable recording medium storing a computer program for accurately measuring thermal resistance of a contact thermal conductive material in contact with a heat sink.
  • the contact heat conductive material measuring apparatus is a contact heat conductive material provided between one end of the heat sink and the second heat flux bar coupled to one end of the first heat flux bar (heat flux bar)
  • a heat flow value calculator for calculating a heat flow value passing through the heat flow value
  • a temperature calculator configured to calculate temperatures of upper and lower surfaces of the contact thermal conductive material in consideration of the calculated heat flow value
  • a heat resistance calculation unit configured to calculate a heat resistance of the contact thermal conductive material in consideration of the calculated heat flow value and the calculated temperature.
  • the temperature calculator may calculate the temperature of the upper and lower surfaces of the contact thermal conductive material in consideration of the measured temperature of the second heat flow bar, the measured temperature of the heat sink, and the calculated heat flow value.
  • the temperature calculator may calculate the temperature of the bottom surface of the contact heat conductive material in consideration of the temperature of the bottom surface of the second heat flow bar, the calculated heat flow value, and the resistance of the second heat flow bar.
  • the temperature calculator may calculate the temperature of the upper surface of the contact thermal conductive material in consideration of the calculated heat flow value, the temperature of the heat sink, and the resistance of the heat sink.
  • the temperature of the heat sink is the center temperature of the heat sink
  • the resistance of the heat sink is a resistance value between one surface of the heat sink and the center of the heat sink.
  • the heat resistance calculation unit may calculate the total heat resistance of the contact heat conductive material in consideration of the calculated heat flow value, and the temperature of the upper and lower surfaces of the calculated contact heat conductive material. At this time, the thermal resistance calculation unit takes into account of the calculated total thermal resistance, the contact thermal resistance between the second heat flux bar and the contact thermal conductive material, and the contact thermal resistance between the contact thermal conductive material and the heat dissipation plate. Calculate the thermal resistance.
  • the heat flow value calculator may calculate the heat flow value in consideration of the temperature measured values at each of the plurality of positions in the second heat flow bar and the thermal conductivity of the second heat flow bar.
  • the heat flow value through may be a heat flow amount penetrating the upper and lower surfaces of the contact thermal conductive material.
  • a method of measuring contact thermal conductive property (a) between a heat sink coupled to one end of a first heat flux bar and one end of a second heat flux bar. Calculating a heat flow value passing through the prepared contact thermal conductive material; (b) calculating temperatures of upper and lower surfaces of the contact thermal conductive material in consideration of the calculated heat flow value; And (c) calculating a thermal resistance of the contact thermal conductive material in consideration of the calculated heat flow value and the calculated temperature.
  • the step (b) may calculate the temperature of the upper and lower surfaces of the contact thermal conductive material in consideration of the measured temperature of the second heat flow bar, the measured temperature of the heat sink, and the calculated heat flow value.
  • the step (b) may calculate the temperature of the bottom surface of the contact heat conductive material in consideration of the temperature of the bottom surface of the second heat flow bar, the calculated heat flow value, and the resistance of the second heat flow bar.
  • the step (b) may calculate the temperature of the upper surface of the contact thermal conductive material in consideration of the calculated heat flow value, the temperature of the heat sink, and the resistance of the heat sink.
  • the temperature of the heat sink is the center temperature of the heat sink
  • the resistance of the heat sink is a resistance value between one surface of the heat sink and the center of the heat sink.
  • the step (c) may calculate the total thermal resistance of the contact thermally conductive material in consideration of the calculated heat flow value and the respective temperatures of the upper and lower surfaces of the calculated contact thermally conductive material.
  • the step (c) is the contact heat conductive material itself in consideration of the calculated total heat resistance, the contact heat resistance between the second heat flux bar and the contact heat conductive material, and the contact heat resistance between the contact heat conductive material and the heat sink. Calculate the resistance of
  • the step (a) may calculate the heat flow value in consideration of the temperature measurement value at each of the plurality of positions in the second heat flow bar and the thermal conductivity of the second heat flow bar.
  • the heat flow value through may be a heat flow amount penetrating the upper and lower surfaces of the contact thermal conductive material.
  • the computer-readable recording medium (a) the heat sink and the second heat flux bar coupled to one end of the heat flux bar (heat flux bar) Calculating a heat flow value passing through the contact thermal conductive material provided between the first ends; (b) calculating temperatures of upper and lower surfaces of the contact thermal conductive material in consideration of the calculated heat flow value; And (c) calculating a thermal resistance of the contact thermal conductive material in consideration of the calculated heat flow value and the calculated temperature.
  • Apparatus and method for measuring contact thermal conductive material characteristics when measuring the thermal resistance of the contact thermal conductive material in contact with the heat sink, taking into account not only the heat flow passing through the heat sink but also the transverse heat flow flowing in the heat sink. Since the thermal resistance of the contact thermal conductive material is measured, the thermal resistance of the contact thermal conductive material can be accurately measured.
  • FIG. 1 is a reference diagram for explaining an example of a structure of an experimental tester provided with a contact thermal conductive material to measure the thermal resistance of the contact thermal conductive material measuring apparatus according to at least one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of an apparatus for measuring contact thermal conductive properties according to at least one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 are reference diagrams for a more detailed description of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the thermal resistance calculation unit 170 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of measuring contact thermal conductive material properties according to at least one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a reference diagram for explaining an example of the structure of an experimental tester provided with a contact thermal conductive material to measure the thermal resistance of the apparatus for measuring contact thermal conductive material according to at least one embodiment of the present invention
  • Figure 2 is 3 is a block diagram of an apparatus for measuring contact thermal conductive properties according to at least one embodiment
  • FIG. 3 is a reference diagram for a more detailed description of FIGS. 1 and 2.
  • a circular mark means a point at which the temperature is actually measured
  • a rectangular mark means a point at which the temperature is linear interpolated using the actual measured temperature values.
  • the resistive markings are indicated by simplifying the first heat flow bar 110, the heat dissipation plate 132, the contact heat conductive material 120, and the second heat flow bar 112 as resistances.
  • Experimental tester 100 is provided with two heat flux bars (heat flux bar), each heat flow bar is made of high thermal conductivity copper, each size is 50 x 50 x 137 mm.
  • Each of the heat flow bars 110 and 112 is designated as a first heat flow bar 110 and a second heat flow bar 112, and the first heat flow bar 110 is an upper heat flux bar and a second heat flow bar. Bar 112 is a lower heat flux bar.
  • Each of the heat flow bars 110 and 112 includes five cartridge heaters 114 having a heat generating capacity of 80 W having a diameter of 10 mm for heat generation.
  • the heat flow bars 110 and 112 are insulated with a 25 mm thick Teflon material 118 having a low thermal conductivity to prevent heat loss due to ambient air.
  • the device for applying pressure to the contact thermally conductive material 120 is composed of a motor 122, a gear box 124, a screw 126, and a screw spring 128, through which the pressure can be automatically adjusted, the rod
  • the cell 130 may measure external pressure applied in real time.
  • the contact thermal conductive material 120 may be a gap pad type contact thermal conductive material or an adhesive tape type contact thermal conductive material.
  • the heat sink 132 is made of a plate having a thickness of 10 mm using copper to generate lateral heat flow, and is insulated with a 20 mm thick Teflon material.
  • Each heat flow bar (110, 112) and the heat sink 132 is provided with a flow channel 134 for cooling, each flow channel 134 is connected to the liquid circulator 136, accordingly, the temperature of the cooling water is 10 °C Is kept constant.
  • the thickness change of the contact thermal conductive material 120 according to the change in the pressure applied to the contact thermal conductive material 120 (Position Sensitive Detector (PSD) sensor 138 of 10 ⁇ m resolution is used.
  • PSD Pressure Sensitive Detector
  • the temperature of each heat flow bar (110, 112) is measured using a resistance temperature detector (RTD) sensor (not shown), the temperature of the heat sink 132 is measured using a T type thermocouple.
  • RTD resistance temperature detector
  • the heat flow value calculator 150 calculates a heat flow value passing through the contact heat conductive material 120 provided between the heat sink 132 coupled to one end of the first heat flux bar 110 and the first heat flux bar 112. do.
  • the heat flow through the contact thermal conductive material 120 ( ) Is a heat flow through the second heat flow bar 112 ( ), Which is the heat flow flowing through the heat sink 132 + )
  • a heat flow passing through the first heat flow bar 110 Is the same as the sum of Heat flow through the contact thermally conductive material 120 ( )
  • the heat flow through the second heat flow bar 112 ( ) Each is a longitudinal heat flow and the heat flow through the heat sink 132 ( , Is the transverse heat flow.
  • the RTD sensor (not shown) measures the temperature at each part of the second heat flow bar 112, and the heat flow value calculation unit 150 determines the slope value of the line that linearly interpolates the measured temperature values.
  • the heat flow value flowing through the second heat flow bar 112 may be calculated using the heat conductivity value of the second heat flow bar 112. This calculated heat flow value is the value (heat flow value) of the heat flow passing through the contact thermal conductive material 120.
  • the temperature calculator 160 calculates temperatures of the upper and lower surfaces of the contact heat conductive material 120 in consideration of the heat flow value calculated by the heat flow value calculator 150.
  • the temperature calculator 160 considers the measured temperature of the second heat flow bar 112, the measured temperature of the heat dissipation plate 132, and the heat flow value calculated by the heat flow value calculator 150. Calculate the temperature of each of the upper and lower surfaces.
  • the temperature calculator 160 is in contact with the temperature of the bottom surface of the second heat flow bar 112, the heat flow value calculated by the heat flow value calculator 150, and the resistance of the second heat flow bar 112. The temperature of the lower surface of the thermal conductive material 120 is calculated.
  • the temperature calculator 160 may calculate the temperature of the bottom surface of the contact thermal conductive material 120 according to Equation 1 below.
  • the temperature calculator 160 considers the heat flow value calculated by the heat flow value calculator 150, the center temperature of the heat dissipation plate 132, and the resistance value of the heat dissipation plate 132, and thus the upper surface of the contact heat conductive material 120. Calculate the temperature.
  • the resistance value of the heat sink 132 is a resistance value between one surface of the heat sink 132 and the center of the heat sink 132.
  • the temperature calculator 160 may calculate the temperature of the upper surface of the contact thermal conductive material 120 according to Equation 2 below.
  • the thermal resistance calculation unit 170 calculates the thermal resistance of the contact thermal conductive material 120 in consideration of the heat flow value calculated by the heat flow value calculation unit 150 and the temperature calculated by the temperature calculation unit 160.
  • the heat resistance calculator 170 considers the heat flow value calculated by the heat flow value calculator 150 and the temperature of the upper and lower surfaces of the contact thermal conductive material 120 calculated by the temperature calculator 160. The total thermal resistance of the contact thermally conductive material 120 Calculate
  • Total thermal resistance at this time Is a value that includes not only the thermal resistance of the contact thermal conductive material 120 itself but also the contact thermal resistance.
  • the contact thermal resistance includes 'contact thermal resistance between the second heat flux bar 112 and the contact thermal conductive material 120' and 'contact thermal resistance between the contact thermal conductive material 120 and the heat sink 132'.
  • the thermal resistance calculation unit 170 calculates the thermal resistance value of the contact thermal conductive material 120 itself by subtracting the contact thermal resistance value from the total thermal resistance value of the contact thermal conductive material 120. To this end, the thickness of the contact thermal conductive material 120 and the total thermal resistance of the contact thermal conductive material 120 while changing the thickness of the contact thermal conductive material 120 ( It is necessary to measure the relationship between the " values, " Because it is its own thermal conductivity, it is possible to calculate the 'thermal resistance value of the contact thermal conductive material 120 itself' using the slope value of the line. At this time, the Y-axis intercept value of the line means the contact thermal resistance value of the contact thermally conductive material 120.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the thermal resistance calculation unit 170 shown in FIG. 2, and shows an example of the 'line obtained by linear interpolation' described in the previous paragraph.
  • FIG. 4 is a contact heat conduction material of 'TIM A', that is, A when the X axis is 'thickness of the contact thermal conductive material 120' and the Y axis is 'full thermal resistance value of the contact thermal conductive material 120'.
  • '120 obtained by linear interpolation'
  • 'TIM B' that is, B for the contact thermal conductive material 120, 'B' obtained by linear interpolation '.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of measuring contact thermal conductive material properties according to at least one embodiment of the present invention. Hereinafter, FIG. 5 will be described with reference to FIG. 2.
  • the heat flow value calculator 150 calculates a heat flow value passing through the contact heat conductive material 120 provided between the heat sink 132 coupled to one end of the first heat flux bar 110 and one end of the second heat flux bar 112. Step 310.
  • the temperature calculator 160 After step 310, the temperature calculator 160 considers the heat flow value calculated in step 310, the measured temperature of the second heat flow bar 112, and the measured temperature of the heat sink 132. Calculate the respective temperatures of the upper and lower surfaces (step 320).
  • the thermal resistance calculator 170 calculates the thermal resistance of the contact thermal conductive material 120 in consideration of the heat flow value calculated in operation 310 and the temperature calculated in operation 320 (operation 330). .
  • the program for executing the method of measuring the contact thermal conductive properties according to at least one embodiment of the present invention mentioned above in a computer may be stored in a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), and an optical reading medium (for example, a CD-ROM) or a DVD (DVD). : Digital Versatile Disc).

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Abstract

본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정장치 및 방법은, 제1 열속 바의 일단에 결합된 방열판과 제2 열속 바의 일단 사이에 마련된 접촉열전도재를 흐르는 열류값을 계산하고, 계산된 열류값을 고려하여 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산하고, 그 계산된 열류값과 그 계산된 온도를 고려하여 접촉열전도재의 열저항을 계산함으로써, 방열판과 접촉하고 있는 접촉열전도재의 열저항을 정확히 측정할 수 있다.

Description

접촉열전도재 특성 측정 장치 및 방법
본 발명은 접촉열전도재에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 접촉열전도재의 열저항 측정에 관한 것이다.
전자 장비의 소형화 및 집적화에 따른 시스템의 발열 문제를 해결하기 위한 기술인 열관리(thermal management) 기술은 노트북 컴퓨터, 고성능 CPU 칩셋, 휴대용 전자기기, 디스플레이 장비의 핵심부품 및 우주항공 전자장비에서 핵심적인 기술로 주목받고 있다. 대표적인 열관리 기술로 접촉경계면 연구, 방열설계 기술, 쿨링 기술 등이 있으며, 이 중 접촉경계면 연구는 주로 두 강체의 접촉면에서의 접촉 열저항을 줄이기 위한 연구로 진행되어 왔다. 실제 강체의 표면에는 표면 거칠기(surface roughness), 파상도(waviness) 등의 불규칙한 패턴이 존재하며 이러한 불규칙한 표면 접촉은 열전도 현상을 방해하는 접촉 열저항의 주요한 원인이 된다. 이 때, 실제 접촉 면적을 증가시키기 위해서는 압력을 가하여 표면을 평평하게 하는 방법과, 접촉면 사이에 고열전도재료를 채워 넣어 접촉 열저항을 줄이는 방법이 있다. 이러한 고열전도재료를 이하, 접촉열전도재라 명명한다.
소형화, 집적화가 많이 이루어진 전자장비의 경우, 고성능의 전자 칩이 얇은 방열판과 함께 패키지된 경우를 흔히 볼 수 있다. 이 때, 패키지 시스템이 얇아질수록 접촉열전도재를 통해 흐르는 열류와 방열판과의 연관성은 더욱 강해지기 마련이다. 그러므로 이러한 상황하에서의 접촉열전도재의 성능 평가를 함에 있어서는 방열판에 흐르는 횡방향 열류까지도 고려하여야 하지만, 현재까지의 접촉열전도재 성능 평가 방법은 오로지 접촉열전도재를 흐르는 종방향 열류만을 고려하여 접촉열전도재의 성능을 평가할 뿐이므로, 방열판과 접촉하고 있는 접촉열전도재의 성능을 정확히 평가하기 위한 방안으로서 방열판과 접촉하고 있는 접촉열전도재의 열저항을 정확히 측정하기 위한 방안이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 방열판과 접촉하고 있는 접촉열전도재의 열저항을 정확히 측정하는 접촉열전도재 특성 측정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 방열판과 접촉하고 있는 접촉열전도재의 열저항을 정확히 측정하는 접촉열전도재 특성 측정방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 방열판과 접촉하고 있는 접촉열전도재의 열저항을 정확히 측정할 수 있도록 하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정장치는 제1 열속 바(heat flux bar)의 일단에 결합된 방열판과 제2 열속 바의 일단 사이에 마련된 접촉열전도재를 관통하는 열류값을 계산하는 열류값 계산부; 상기 계산된 열류값을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산하는 온도 계산부; 및 상기 계산된 열류값과 상기 계산된 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 열저항을 계산하는 열저항 계산부를 포함한다.
여기서, 상기 온도 계산부는 상기 제2 열류 바의 측정 온도, 상기 방열판의 측정 온도, 및 상기 계산된 열류값을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 온도 계산부는 상기 제2 열류 바의 하면의 온도, 상기 계산된 열류값, 및 상기 제2 열류 바의 저항을 고려하여 상기 접촉열전도재 하면의 온도를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 온도 계산부는 상기 계산된 열류값, 상기 방열판의 온도, 및 상기 방열판의 저항을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상면의 온도를 계산할 수 있다. 이 때, 상기 방열판의 온도는 상기 방열판의 중심 온도이고, 상기 방열판의 저항은 상기 방열판의 일면과 상기 방열판의 중심간의 저항값이다.
여기서, 상기 열저항 계산부는 상기 계산된 열류값, 및 상기 계산된 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 전체 열저항을 계산할 수 있다. 이 때, 상기 열저항 계산부는 상기 계산된 전체 열저항, 상기 제2열속 바와 상기 접촉열전도재간의 접촉열저항, 및 상기 접촉열전도재와 상기 방열판간의 접촉열저항을 고려하여 상기 접촉열전도재 자체의 열저항을 계산한다.
여기서 상기 열류값 계산부는 상기 제2 열류 바에서의 복수 위치 각각에서의 온도 측정값 및 상기 제2 열류 바의 열전도율을 고려하여 상기 열류값을 계산할 수 있다.
여기서, 상기 관통하는 열류값은 상기 접촉열전도재의 상하면을 관통하는 열류량일 수 있다.
상기 다른 과제를 이루기 위해 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정방법은, (a) 제1 열속 바(heat flux bar)의 일단에 결합된 방열판과 제2 열속 바의 일단 사이에 마련된 접촉열전도재를 관통하는 열류값을 계산하는 단계; (b) 상기 계산된 열류값을 고려하여, 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산하는 단계; 및 (c) 상기 계산된 열류값 및 상기 계산된 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 열저항을 계산하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 (b) 단계는 상기 제2 열류 바의 측정 온도, 상기 방열판의 측정 온도, 및 상기 계산된 열류값을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 (b) 단계는 상기 제2 열류 바의 하면의 온도, 상기 계산된 열류값, 및 상기 제2 열류 바의 저항을 고려하여 상기 접촉열전도재 하면의 온도를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 (b) 단계는 상기 계산된 열류값, 상기 방열판의 온도, 및 상기 방열판의 저항을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상면의 온도를 계산할 수 있다. 이 때, 상기 방열판의 온도는 상기 방열판의 중심 온도이고, 상기 방열판의 저항은 상기 방열판의 일면과 상기 방열판의 중심간의 저항값이다.
여기서, 상기 (c) 단계는 상기 계산된 열류값 및 상기 계산된 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 전체 열저항을 계산할 수 있다. 이 때, 상기 (c) 단계는 상기 계산된 전체 열저항, 상기 제2열속 바와 상기 접촉열전도재간의 접촉열저항, 및 상기 접촉열전도재와 상기 방열판간의 접촉열저항을 고려하여 상기 접촉열전도재 자체의 저항을 계산한다.
여기서 상기 (a) 단계는 상기 제2 열류 바에서의 복수 위치 각각에서의 온도 측정값과 상기 제2 열류 바의 열전도율을 고려하여 상기 열류값을 계산할 수 있다.
여기서, 상기 관통하는 열류값은 상기 접촉열전도재의 상하면을 관통하는 열류량일 수 있다.
상기 또 다른 과제를 이루기 위해, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, (a) 제1 열속 바(heat flux bar)의 일단에 결합된 방열판과 제2 열속 바의 일단 사이에 마련된 접촉열전도재를 관통하는 열류값을 계산하는 단계; (b) 상기 계산된 열류값을 고려하여, 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산하는 단계; 및 (c) 상기 계산된 열류값 및 상기 계산된 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 열저항을 계산하는 단계를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정장치 및 방법은, 방열판과 접촉하고 있는 접촉열전도재의 열저항을 측정함에 있어, 방열판을 관통하는 열류 뿐만 아니라 방열판에 흐르는 횡방향 열류까지도 고려하여 접촉열전도재의 열저항을 측정하므로 접촉열전도재의 열저항을 정확히 측정할 수 있다.
도 1는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정장치가 열저항을 측정하고자 하는 접촉열전도재가 마련된 실험 테스터기의 구조의 일 례를 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정 장치의 블록도이다.
도 3는 도 1 및 도 2의 보다 상세한 설명을 위한 참고도이다.
도 4는 도 2에 도시된 열저항 계산부(170)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 그 첨부 도면을 설명하는 내용을 참조하여야만 한다.
이하 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정장치 및 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정장치가 열저항을 측정하고자 하는 접촉열전도재가 마련된 실험 테스터기의 구조의 일 례를 설명하기 위한 참고도이고, 도 2는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정 장치의 블록도이고 도 3는 도 1 및 도 2의 보다 상세한 설명을 위한 참고도이다. 한편, 도 3에 도시된 바에서 원형 표시는 온도가 실제 측정되는 지점을 의미하고, 사각형 표시는 실제 측정 온도값들을 이용하여 온도가 선형 보간(linear interpolation)되는 지점을 의미하며, 도 3에 도시된 저항 표기들은 제1 열류 바(110), 방열판(132), 접촉열전도재(120), 제2 열류 바(112)를 저항으로 간단화하여 표기한 것이다.
실험 테스터기(100)는 2 개의 열류 바(heat flux bar)가 마련되고, 각각의 열류 바는 열전도율이 높은 구리로 이루어져 있고, 각각의 크기는 50 x 50 x 137 mm이다.
열류 바(110, 112) 각각은 제1 열류 바(110), 제2 열류 바(112)라 명명되고, 제1 열류 바(110)는 상위 열류 바(upper heat flux bar)이고, 제2 열류 바(112)는 하위 열류 바(lower heat flux bar)이다.
각각의 열류 바(110, 112)에는 발열을 위한 직경 10mm의 80W의 발열용량을 갖는 다섯 개의 카트리지 히터(114)가 내장되어 있다.
열류 바(110, 112)는 주위 공기에 의한 열손실을 막기 위해 열전도율이 낮은 두께 25mm의 테프론 재질(118)로 단열 처리되어 있다.
접촉열전도재(120)에 압력을 가하는 장치는 모터(122), 기어 박스(124), 스크류(126), 및 나사 스프링(128)으로 구성되어 있으며, 이를 통해 자동으로 압력 조절이 가능하고, 로드 셀(130)을 이용하여 실시간으로 가하는 외부 압력을 측정할 수 있다. 접촉열전도재(120)는 갭 패드(gap pad) 타입의 접촉열전도재일 수도 있고, 접착 테이프(adhesive tape) 타입의 접촉열전도재일 수도 있다.
방열판(132)은 횡방향 열류를 발생시키기 위해 구리를 이용하여 두께 10mm의 판으로 제작된 것이고, 두께 20mm의 테프론 재질로 단열 처리되어 있다.
각 열류 바(110, 112)와 방열판(132)에는 냉각을 위한 유동 채널(134)이 마련되며, 각 유동 채널(134)은 액체 순환기(136)에 연결되며 이에 따라, 냉각수의 온도가 10℃로 일정하게 유지된다.
한편, 접촉열전도재(120)에 가해지는 압력의 변화에 따른 접촉열전도재(120)의 두께 변화를 실시간으로 측정하기 위해서 10㎛ 분해능의 PSD (Position Sensitive Detector) 센서(138)가 사용된다. 또한, 각 열류 바(110, 112)의 온도는 RTD(Resistance Temperature Detector)센서(미 도시)를 이용하여 측정되고, 방열판(132)의 온도는 T 타입 열전대를 이용하여 측정된다.
도 1와 관련하여 상기 언급된 수치, 재질, 종류에 대한 모든 제한은 설명의 편의상 도입된 일 실시예에 불과한 것이므로 본 발명을 해석하는 데 있어 제한으로 기능할 수 없다.
열류값 계산부(150)는 제1 열속 바(110)의 일단에 결합된 방열판(132)과 제2 열속 바(112)의 일단 사이에 마련된 접촉열전도재(120)를 관통하는 열류값을 계산한다. 여기서 접촉열전도재(120)를 관통하는 열류(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000001
)는 제2 열류 바(112)를 관통하는 열류(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000002
)와 동일하고, 이는 방열판(132)을 흐르는 열류(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000003
+
Figure PCTKR2010007960-appb-I000004
)와 제1 열류 바(110)를 관통하는 열류(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000005
)의 합과 동일하다. 접촉열전도재(120)를 관통하는 열류(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000006
), 제2 열류 바(112)를 관통하는 열류(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000007
) 각각은 종방향 열류이고 방열판(132)을 흐르는 열류(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000008
,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000009
)는 횡방향 열류이다.
구체적으로 RTD 센서(미 도시)는 제2 열류 바(112)의 각 부분에서의 온도를 측정하고, 열류값 계산부(150)는 그 측정 온도값들을 선형보간(linear interpolation)한 선의 기울기 값과 제2 열류 바(112)의 열전도율 값을 이용하여 제2열류 바(112)를 흐르는 열류값을 계산할 수 있다. 이 계산된 열류값이 바로 접촉열전도재(120)를 관통하는 열류의 값(열류값)인 것이다.
온도 계산부(160)는 열류값 계산부(150)가 계산한 열류값을 고려하여, 접촉열전도재(120)의 상하면 각각의 온도를 계산한다.
구체적으로 온도 계산부(160)는 제2 열류 바(112)의 측정 온도, 방열판(132)의 측정 온도, 열류값 계산부(150)가 계산한 열류값을 고려하여, 접촉열전도재(120)의 상하면 각각의 온도를 계산한다.
보다 구체적으로, 온도 계산부(160)는 제2열류 바(112)의 하면의 온도, 열류값 계산부(150)가 계산한 열류값, 및 제2 열류 바(112)의 저항을 고려하여 접촉열전도재(120)의 하면의 온도를 계산한다.
즉, 온도 계산부(160)는 다음의 수학식 1에 따라 접촉열전도재(120)의 하면의 온도를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2010007960-appb-I000010
여기서,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000011
는 접촉열전도재(120)의 하면의 온도를 의미하고,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000012
는 제2 열류 바(112)의 하면(bottom)의 온도로서 측정된 온도를 의미하고,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000013
은 열류값 계산부(150)가 계산한 열류값을 의미하고,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000014
은 제2 열류 바(112)의 저항값을 의미한다.
또한, 온도 계산부(160)는 열류값 계산부(150)에 의해 계산된 열류값, 방열판(132)의 중심 온도, 방열판(132)의 저항값을 고려하여, 접촉열전도재(120)의 상면의 온도를 계산한다. 이 때, 방열판(132)의 저항값은 방열판(132)의 일면과 방열판(132)의 중심간의 저항값이다.
즉, 온도 계산부(160)는 다음의 수학식 2에 따라 접촉열전도재(120)의 상면의 온도를 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2010007960-appb-I000015
=
Figure PCTKR2010007960-appb-I000016
*
Figure PCTKR2010007960-appb-I000017
+
Figure PCTKR2010007960-appb-I000018
여기서,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000019
는 접촉열전도재(120)의 상면의 온도를 의미하고,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000020
은 열류값 계산부(150)가 계산한 열류값을 의미하고,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000021
은 방열판(132)의 중심온도로서 측정된 온도를 의미하고,
Figure PCTKR2010007960-appb-I000022
은 방열판(132)의 상면 혹은 하면으로부터 방열판(132)의 중심까지의 저항값을 의미한다.
열저항 계산부(170)는 열류값 계산부(150)에 의해 계산된 열류값 및 온도 계산부(160)에 의해 계산된 온도를 고려하여 접촉열전도재(120)의 열저항을 계산한다.
구체적으로, 열저항 계산부(170)는 열류값 계산부(150)에 의해 계산된 열류값과 온도 계산부(160)에 의해 계산된 '접촉열전도재(120)의 상하면 각각의 온도'를 고려하여 접촉열전도재(120)의 전체 열저항(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000023
)을 계산한다.
이는 다음의 수학식 3으로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2010007960-appb-I000024
=
Figure PCTKR2010007960-appb-I000025
이 때의 전체 열저항(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000026
)은 접촉열전도재(120) 자체의 열저항 뿐만 아니라, 접촉열저항도 포함하고 있는 값이다. 여기서, 접촉열저항에는 '제2 열속 바(112)와 접촉열전도재(120)간의 접촉열저항' 및 '접촉열전도재(120)와 방열판(132)간의 접촉열저항'을 포함한다.
따라서 접촉열전도재(120) 자체의 열저항을 알기 위해서는 전체 열저항(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000027
)에서 접촉열저항을 제하여야 한다.
그러므로, 열저항 계산부(170)는 접촉열전도재(120)의 전체 열저항값에서 접촉열저항값을 제함으로써 접촉열전도재(120) 자체의 열저항 값을 계산한다. 이를 위해, 접촉열전도재(120)의 두께를 변경해 가면서 '접촉열전도재(120)의 두께'와 '접촉열전도재(120)의 전체 열저항(
Figure PCTKR2010007960-appb-I000028
)값'간의 관계를 측정할 필요가 있고, 열저항 계산부(170)는 그 측정 수치들을 이용하여 선형보간(linear interpolation)함으로써 선을 구하고 그 선의 기울기 값의 역수가 '접촉열전도재(120) 자체의 열전도율'이므로 그 선의 기울기 값을 이용하여 '접촉열전도재(120) 자체의 열저항값'을 계산할 수 있다. 이 때, 그 선의 Y축 절편값은 접촉열전도재(120)의 접촉열저항 값을 의미한다.
도 4는 도 2에 도시된 열저항 계산부(170)의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 바로 이전 문단에 기재된 '선형보간에 의해 구해진 선'의 일 례를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 4는 X축을 '접촉열전도재(120)의 두께'로 하고 Y축을 '접촉열전도재(120)의 전체 열저항 값'으로 했을 때, 'TIM A' 즉, A라는 접촉열전도재(120)에 대해 '선형보간에 의해 구해진 선'과 'TIM B' 즉, B라는 접촉열전도재(120)에 대해 '선형보간에 의해 구해진 선'을 도시한 것이다.
도 5은 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정 방법을 나타내는 플로우챠트이다. 이하, 도 5을 도 2를 참조하여 설명한다.
열류값 계산부(150)는 제1 열속 바(110)의 일단에 결합된 방열판(132)과 제2열속 바(112)의 일단 사이에 마련된 접촉열전도재(120)를 관통하는 열류값을 계산한다(제310 단계).
제310 단계 후에, 온도 계산부(160)는 제310 단계에서 계산된 열류값과, 제2 열류 바(112)의 측정 온도, 및 방열판(132)의 측정 온도를 고려하여 접촉열전도재(120)의 상하면 각각의 온도를 계산한다(제320 단계).
제320 단계 후에, 열저항 계산부(170)는 제310 단계에서 계산된 열류값, 제320 단계에서 계산된 온도를 고려하여, 접촉열전도재(120)의 열저항을 계산한다(제330 단계).
이상에서 언급된 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 접촉열전도재 특성 측정방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장될 수 있다.
여기서, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc))와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명을 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 제1 열속 바(heat flux bar)의 일단에 결합된 방열판과 제2 열속 바의 일단 사이에 마련된 접촉열전도재를 관통하는 열류값을 계산하는 열류값 계산부;
    상기 계산된 열류값을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산하는 온도 계산부; 및
    상기 계산된 열류값과 상기 계산된 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 열저항을 계산하는 열저항 계산부를 포함하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 온도 계산부는
    상기 제2 열류 바의 측정 온도, 상기 방열판의 측정 온도, 및 상기 계산된 열류값을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 온도 계산부는
    상기 제2 열류 바의 하면의 온도, 상기 계산된 열류값, 및 상기 제2 열류 바의 저항을 고려하여 상기 접촉열전도재 하면의 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 온도 계산부는
    상기 계산된 열류값, 상기 방열판의 온도, 및 상기 방열판의 저항을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상면의 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 방열판의 온도는 상기 방열판의 중심 온도이고,
    상기 방열판의 저항은 상기 방열판의 일면과 상기 방열판의 중심간의 저항값인 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 열저항 계산부는
    상기 계산된 열류값, 및 상기 계산된 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 전체 열저항을 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 열저항 계산부는
    상기 계산된 전체 열저항, 상기 제2열속 바와 상기 접촉열전도재간의 접촉열저항, 및 상기 접촉열전도재와 상기 방열판간의 접촉열저항을 고려하여 상기 접촉열전도재 자체의 열저항을 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 열류값 계산부는
    상기 제2 열류 바에서의 복수 위치 각각에서의 온도 측정값과 상기 제2 열류 바의 열전도율을 고려하여 상기 열류값을 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 관통하는 열류값은 상기 접촉열전도재의 상하면을 관통하는 열류량인 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정장치.
  10. (a) 제1 열속 바(heat flux bar)의 일단에 결합된 방열판과 제2 열속 바의 일단 사이에 마련된 접촉열전도재를 관통하는 열류값을 계산하는 단계;
    (b) 상기 계산된 열류값을 고려하여, 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산하는 단계; 및
    (c) 상기 계산된 열류값 및 상기 계산된 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 열저항을 계산하는 단계를 포함하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 제2 열류 바의 측정 온도, 상기 방열판의 측정 온도, 및 상기 계산된 열류값을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 제2 열류 바의 하면의 온도, 상기 계산된 열류값, 및 상기 제2 열류 바의 저항을 고려하여 상기 접촉열전도재 하면의 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  13. 제10 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 계산된 열류값, 상기 방열판의 온도, 및 상기 방열판의 저항을 고려하여 상기 접촉열전도재의 상면의 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 방열판의 온도는 상기 방열판의 중심 온도이고,
    상기 방열판의 저항은 상기 방열판의 일면과 상기 방열판의 중심간의 저항값인 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  15. 제10 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 계산된 열류값, 및 상기 계산된 접촉열전도재의 상하면 각각의 온도를 고려하여 상기 접촉열전도재의 전체 열저항을 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 계산된 전체 열저항, 상기 제2열속 바와 상기 접촉열전도재간의 접촉열저항, 및 상기 접촉열전도재와 상기 방열판간의 접촉열저항을 고려하여 상기 접촉열전도재 자체의 저항을 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  17. 제10 항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 제2 열류 바에서의 복수 위치 각각에서의 온도 측정값과 상기 제2 열류 바의 열전도율을 고려하여 상기 열류값을 계산하는 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 관통하는 열류값은 상기 접촉열전도재의 상하면을 관통하는 열류량인 것을 특징으로 하는 접촉열전도재 특성 측정방법.
  19. 제10 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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