Effect of Interface on Thermal Conductivity of Clad Metal through Thickness Direction for Heat Sink

Korea Institute of Materials Science, 797 Changwondaero, Seongsangu, Changwon, Gyeongnam 642-831, Korea(Received September 14, 2015: Corrected September 23, 2015: Accepted September 24, 2015)초록: 히트 싱크용 소재에 응용할 목적으로 단층금속과 2층금속 클래드메탈에 대해 열전도 특성에 대한 연구를 하였다. 단층시편으로는 스테인리스강과 알루미늄을 선택하였으며, 2층 금속으로는 스테인리스강과 알루미늄을 압연해서제조한 클래드메탈을 사용하였다. 열전도도는 섬광법으로 측정한 열확산계수와 비열 및 밀도를 사용해 얻었다. 실험을 통해 얻은 측정값을 참고문헌에 보고된 자료를 사용해 얻은 계산값과 비교하였다. 단층시편의 경우, 실험을 통해 얻는 열확산계수와 열전도도는 계산값보다 작았다. 스테인리스강의 경우, 측정한 열전도도는 계산값에 비해 6% 정도 작았으며, 알루미늄의 경우 18% 정도 작았다. 반면, 2층 금속인 스테인리스강과 알루미늄의 클래드메탈은 측정한 열전도도가 계산값에 비해 55% 정도 낮게 나타났다. 섬광법으로 측정한 열전도도가 계산값보다 55% 정도 낮게 나타난 이유는 스테인리스강과 알루미늄의 사이에 존재하는 계면의 영향 때문이다. 스테인리스강과 알루미늄의 사이에 존재하는 계면은 열전도 특성을 지배하는 전자와 탄성파의 이동을 어렵게 하기 때문이다. 우수한 방열특성을 갖는 다층구조 방열모듈을 개발하기위해서는 열전도 특성에 결정적으로 영향을 주는 계면 특성의 조절이 중요하다.Abstract: A study on thermal properties for a single-layer metal and a 2-ply metal (clad metals) was investigated forthe application of heat sink. For the single-layer metal, a stainless steel (STS) and an aluminum (Al) were selected. Also,a roll bonded clad metal with STS and Al was chosen for the 2-ply metal. The thermal conductivity of the sample wasobtained from the thermal diffusivity measured by the light flash analysis (LFA), specific heat and density. Measuredthermal property values were compared with the calculated values using the data from the references. For the single–layer metal, measured values for the thermal diffusivity and thermal conductivity were smaller than calculated values.Differences between measured and calculated values were about 6% and 18% for the STS and Al samples, respectively.For the clad metals, however, a large difference (55%) was observed. Here, a relatively small thermal conductivitymeasured by LFA was due to the existence of a interface between STS and Al in the clad metal. Such a interface reducesthe moving velocity of free electrons and phonons in the clad metal. For the development of a high performance heat-dissipation module with the multi-layer structure, the control of interface properties which determine thermal propertieswas confirmed to be important.Keywords: thermal diffusivity, thermal conductivity, heat sink, clad metal