수동 냉각은 일반적으로 열전도 또는 열복사 원리를 채택하며, 주로 발열체나 방열판을 통해 냉각을 수행합니다. 휴대폰 단말기, 태블릿 PC 등 얇고 가벼운 소비자 전자제품은 내부 공간 구조의 제약으로 인해 일반적으로 이 방식을 사용합니다. 수동 냉각 방식의 방열판에는 흑연 방열 필름, 그래핀 필름, 히트파이프, 히트 스프레더 등이 포함됩니다.
(1) 흑연 방열 필름
흑연 방열 필름은 소비자 전자제품 방열에 가장 널리 적용됩니다. 흑연은 특수한 육각 평면 격자 구조를 지녀 열을 2차원 평면에 균일하게 분산시키고 효과적으로 전달할 수 있습니다. 흑연은 밀도가 낮아 경량화가 가능하며, 어떤 평면이나 곡면에도 매끄럽게 부착되어 방열 효율을 높입니다.
제조 방식, 열전도율, 크기 및 두께 등에 따라 흑연 방열 재료는 천연 열전도 흑연 시트, 인공 합성 방열 흑연 필름, 나노 복합 흑연 필름으로 분류됩니다. 이 중 천연 열전도 흑연 시트의 열전도율은 800-1200W/m·K이며, 가장 얇은 두께는 0.1mm입니다. 인공 합성 흑연 필름은 탄소 분자의 고결정 상태 흑연 필름으로, 필름 결정면의 열전도율은 1500-2000W/m·K에 달하며 두께는 0.03mm까지 가능합니다. 이는 국부적 핫스팟 제거에 이상적인 열 분산 재료로, 핫스팟과 방열체 사이에서 열 전달 다리 역할을 합니다.
(2) 그래핀
신소재 산업의 '신예'인 그래핀은 알려진 물질 중 가장 높은 열전도 계수를 가지며, 이론적 열전도율은 5300W/m·K로 흑연보다 훨씬 높습니다. 이는 단일층 탄소 원자가 전자 궤도 혼성화 후 형성된 벌집 모양의 2차원 결정체로, 두께는 0.335nm에 불과하며 단층 흑연이라고도 불립니다. 탄소 나노튜브, 풀러렌과 동소체입니다. 단점은 생산량이 적고 가격이 높다는 점입니다.
