3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러 | TIM 및 CCL 응용 분야
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3M™ 보론 나이트라이드(질화붕소) 쿨링 필러: TIM 및 CCL 응용 분야
  1. 3M™ 보론 나이트라이드(질화붕소) 쿨링 필러는 전자 소재의 열 관리(Thermal Management)와 신호 특성 개선을 동시에 구현하기 위해 설계된 고성능 세라믹 필러입니다. 
  2. 보론 나이트라이드는 높은 열전도도와 우수한 전기 절연 특성을 동시에 갖는 소재로, 폴리머 기반 전자 소재에 적용될 경우 효율적인 열 방출과 안정적인 전기적 성능을 제공할 수 있습니다.
  3. 특히 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러는 PCB 소재인 CCL(Copper Clad Laminates)과 열 인터페이스 소재(TIM, Thermal Interface Materials)에서 널리 활용됩니다. 이러한 응용 분야에서는 전자 부품의 고집적화와 고출력화로 인해 열 관리가 매우 중요한 요소가 되며, 동시에 고속 신호 전송 환경에서는 낮은 유전손실과 안정적인 전기적 특성이 요구됩니다.
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Copper Clad Laminates (CCLs)는 무엇인가
  1. Copper clad laminates(CCLs)는 다양한 전자 응용 분야의 시장 세그먼트에서 사용되는 인쇄 회로 기판(PCB)의 기반
  2. 구리 클래드 라미네이트의 일부 층에서는 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러 솔루션을 사용하여 신호 전달을 개선하고 열을 관리할 수 있는 기회가 있습니다. 
​
Picture 1: CCL과 관련된 층 구조를 보여줍니다. 
CCL의 용도
  1. Copper clad laminates(CCLs)는 열 관리와 신호 무결성이 중요한 응용 분야에서 매우 중요합니다. 
열 관리 응용
  1. 전력 전자: 전원 공급 장치, 인버터 및 컨버터, 모터 드라이브, 의료 장비
  2. 자동차 전자: 엔진 제어 장치(ECU), 배터리 관리 시스템(BMS)
  3. 통신: 기지국 및 안테나
신호 손실 관련 응용
  1. 고속 디지털 회로: 데이터 센터, 컴퓨팅 장치
  2. 고주파 RF 및 마이크로파 회로: 통신 장비, 레이더 시스템
  3. 통신: 네트워크 장비, 5G 인프라
  4. 항공우주 및 방위: 항공 전자 장비, 전자전 시스템
열 관리 및 신호 손실을 위한 주요 특성
주요 특성
설명
열전도도 (Thermal Conductivity)
높은 열전도도를 가진 소재는 효율적인 열 방출을 돕습니다. 
낮은 유전 손실 (Low Dielectric Loss)
낮은 유전 손실을 가진 소재는 신호 감쇠와 왜곡을 최소화합니다. 
낮은 열팽창계수 (Low Coefficient of Thermal Expansion, CTE)
온도 변화로 인한 기계적 응력과 고장 위험을 줄입니다. 
  1. 이러한 응용을 위해 설계된 Copper clad laminates는 열 관리와 신호 무결성 요구 사항을 충족하기 위해 특수 소재와 구조를 포함하는 경우가 많습니다.
3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러는 CCL을 위한 우수한 솔루션
  1. 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러는 낮은 유전 특성을 가진 필러로, 폴리머 소재에 사용되어 엔지니어가 목표 Dk 및 Df 값에 맞도록 설계할 수 있게 하며, 동시에 평면(in-plane) 및 수직(through-plane) 방향의 열 특성을 최적화하여 열 방출을 돕습니다. 
  2. 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러를 도입하면 데이터 전송 속도를 향상시키고, 많은 응용에서 요구되는 신호 전달 전력 손실을 감소시킬 수 있습니다. 
  3. 또한 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러는 더 얇은 설계를 가능하게 하여 전자 제품 설계의 소형화를 지원할 수 있습니다.
Dk 및 Df 특성
3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러는 다음을 제공할 수 있습니다. 
  1. 모든 세라믹 필러 중 가장 낮은 유전 손실 계수(Df)(Df = 0.00051)
  2. 모든 전기 절연 열전도 필러 중 더 낮은 유전율(Dk)(Dk = 4)
  3. 온도나 주파수가 증가해도 Df와 Dk 값이 일정하게 유지됨
Picture 2: 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러의 Df 및 Dk 데이터를 보여줍니다.  
​
또한 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러는
  1. 알루미나 필러 대비 8–20배 높은 고유 열전도도
  2. 폴리머 혼합 상태에서도 2–8배 높은 열전도도
를 가집니다. 
유전 상수 (Dk: Dielectric Constant)
유전 상수는 재료가 전기 에너지를 저장할 수 있는 능력을 나타냅니다. 
  1. 의미: 전기 신호가 기판을 통과할 때 발생하는 전하의 축적 정도를 의미합니다. 
  2. 영향: Dk값이 낮을수록 신호가 재료를 더 빠르게 통과할 수 있어, 데이터 전송 속도(Velocity)를 향상시키는 데 유리합니다.
유전 손실 / 손실 계수 (Df: Dissipation Factor)
유전 손실은 전기 에너지가 재료 내에서 열로 변하여 사라지는 비율을 나타냅니다. 
  1. 의미: 신호가 전달되는 동안 손실되는 에너지의 양을 측정하는 지표입니다. 
  2. 영향: Df 값이 낮을수록 신호 감쇠(Attenuation)와 왜곡이 적어, 전력 손실을 줄이고 깨끗한 신호 무결성을 유지할 수 있습니다.
Df_and_Dk_data_of_3M™_Boron_Nitride_Cooling_Fillers.png
3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러의 열전도도
소재
열전도도 (W/m·K)
공기 (Air)
0.024 – 0.026
폴리머 (Polymer)
0.1 – 0.45
유리 (Glass)
0.05 – 1.1
실리카 (Silica)
1 – 10
미네랄 필러 (Mineral Fillers)
약 15
알루미나 (Alumina, Al₂O₃)
20 – 50
알루미늄 나이트라이드 (Aluminum Nitride, AlN)
약 100
보론 나이트라이드 (Boron Nitride, BN)
최대 400
구리 (Copper)
최대 300
알루미늄 (Aluminum)
최대 230
그라파이트 (Graphite)
최대 165
그래핀 (Graphene)
최대 6,000
다이아몬드 (Diamond)
최대 2,300
3M™_Boron_Nitride_Cooling_Filler_thermal_conductivity_2.png
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Thermal Interface Materials (TIMs) 이해
  1. Thermal interface materials(TIMs)는 두 표면 사이에 삽입되어 열 결합을 향상시키는 물질입니다. 
  2. 이들은 한 표면에서 다른 표면으로의 열 전달을 향상시키기 위해 사용되며, 이는 다양한 전자 및 기계 시스템에서 매우 중요합니다. 
  3. TIM은 전자, 자동차 및 기타 산업에서 성능과 신뢰성을 위해 효율적인 열 관리가 필수적인 분야에서 중요한 역할을 합니다.
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TIM 응용 분야
TIM은 구성 요소 사이의 열전도도를 향상시키기 위해 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 
​
대표적인 적용 예:
  1. 소비자 전자제품: 스마트폰, 태블릿, 노트북의 열 방출 향상
  2. 자동차 전자: ECU 및 배터리 관리 시스템의 열 성능 관리
  3. LED 조명: LED 전구 및 디스플레이 백라이트의 열 관리 향상
  4. 통신 장비: 라우터, 스위치, 기지국에서 효율적인 열 전달
  5. 의료 장비: 영상 장비 및 진단 장비의 열 관리
  6. 전력 전자: 인버터, 컨버터, 전원 공급 장치의 냉각 향상
  7. 산업 장비: 모터 드라이브, 로봇, 자동화 시스템의 열 관리
TIM 응용에서의 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러의 장점
3M은 다양한 응용 요구에 맞는 보론 나이트라이드 쿨링 필러 첨가제의 전체 포트폴리오를 제공하며,소프트 응집체(soft agglomerates) 등 여러 형태로 제공됩니다. 
TIM 포일 및 패드에서,부드러운 구조와 높은 순도 덕분에 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러 응집체는폴리머 매트릭스에서 가장 높은 수준의 through-plane 열전도도와 유연성을 제공합니다. 
이를 통해 다음과 같은 특성을 가진 TIM 설계가 가능합니다. 
  1. 높은 전기 절연성
  2. 낮은 쇼어 경도
  3. 높은 절연 파괴 전압
  4. 우수한 박리 강도
  5. 5 W/mK 이상의 높은 through-plane 열전도도
  6. 우수한 가공성

3M 보론 나이트라이드 파우더 특성
(참고용 자료이며, 공식 사양이 아닙니다)
3M 보론 나이트라이드 제품
타입
입도분포
d(0.1) μm
입도분포
d(0.5) μm
입도분포 
​d(0.9) 값(μm)
입도분포
d(0.97) μm
Bulk Density,
Scott (g/cm³)
Bulk Density,
DIN (g/cm³)
Surface Area
(m²/g)
CFP 001Platelets
n.a.
0.5**0.8**n.a.<  14
n.a.
<  30
CFP 0031 ~22 ~58.5 ~ 22.5n.a.
<  0.15
n.a.
<  18
​CFP 003SF
0.5 ~ 22 ~66 ~14n.a.
n.a.<  0.15<  20
CFP 0061.5 ~ 34.5 ~ 810 ~ 20n.a.
<  0.2
n.a.
<  8.5
CFP 007HS1.5 ~ 35 ~ 8
10 ~ 20n.a.
<  0.22n.a.
<  5.5
CFP 00752 ~ 3.56 ~ 8.512 ~ 25n.a.
<  0.22
n.a.
<  5.5
CFP 0092 ~ 3.56 ~ 1214 ~ 32n.a.
<  0.22
n.a.
<  5.5
CFP 0122 ~ 4.58 ~ 1420 ~ 40n.a.
<  0.25n.a.
<  4.5
CFP 012P*
65 ~ 120125 ~ 190200 ~ 300n.a.
​n.a.
0.3 ~ 0.55<  3.5
CFA 50M*
​Agglomerates
5 ~ 1015 ~ 3035 ~ 70n.a.
​n.a.
0.1 ~ 0.4<  3.5
CFA 75*5 ~ 16​25 ~ 55
75 ~ 115n.a.
n.a.
0.25 ~ 0.4​<  3.5
CFA 100*10 ~ 3550 ~ 8095 ~ 145n.a.
n.a.
0.3 ~ 0.4<  3.0
CFA 150*20 ~ 80120 ~ 200240 ~ 360n.a.
n.a.
0.3 ~ 0.55<  3.0
CFA 250S*8 ~ 2040 ~ 100120 ~ 210n.a.
n.a.
0.3 ~ 0.6<  4.5
ASTM B329/ISO 3923-2(Scott 밀도) 및 ISO 23145-2(DIN 밀도)에 따라 결정된 벌크 밀도
Scott 방식은 일반적으로 DIN 대비 낮거나 조금 더 안정적인 값이 나오는 경향이 있음.
레이저 광 산란으로 측정한 입자 크기 분포(Mastersizer 2000, 에탄올 분산)

* 레이저광산란법으로 측정한 입자크기분포(Mastersizer 2000, 건조, 0.1bar)
** SEM 사진을 통해 결정된 데이터
BNCFP_사진.png
3M™ Boron Nitride  Cooling Fillers

3M™의 신소재 세라믹 필러인 보론 나이트라이드 쿨링 필러는 전기 절연성에 영향을 끼치지 않으며 열 전도성을 개선하는 제품입니다.

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3M_St_Paul_Monument.jpeg
3M 첨단 소재

3M의 차별화된 첨단 소재는 땅속 깊은 곳에서부터 우주 멀리까지, 오늘날 가장 까다롭고 다양한 응용분야 및 환경에서도 최적의 성능을 발휘하는데 적합합니다. 
3M은 첨단 기술을 이용하여 자동차, 원자력 발전, 플라스틱 가공, 석유 및 가스, 방위 산업 및 기타 여러 산업 부문에 있어, 고객의 "가능성"을 "현실"로 바꿀 수 있도록 지원하고 있습니다.
  1. 3M™ Glass Bubbles | 글라스 버블
  2. 3M™ Glass Bubbles - 건설·도료·단열 시장
  3. 3M™ Glass Bubbles - 컴파운딩 및 사출 성형
  4. 3M™ 보론 나이트라이드
  5. 3M™ 보론 나이트라이드 쿨링 필러 | TIM 및 CCL 응용 분야

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제품문의
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