전도성 실리콘의 특성을 검색하면 대부분 "실리콘과 카본 블랙, 전기 전도성"이라는 두 줄의 결과만 나옵니다. 하지만 이것만으로는 부품 사양을 정하기에 충분하지 않습니다. 저항률 등급, 충전재 종류, 경도 변화 등의 정보가 없으면 견적을 비교하거나 압축 사이클 후 부품의 거동을 예측할 수 없습니다.
전도성 실리콘은 표준 실리콘 고무(PDMS)에 카본 블랙, 니켈 코팅 흑연 또는 은 기반 충전제를 첨가하여 연속적인 전도성 경로를 형성한 것입니다. 체적 저항은 약 0.001 Ω·cm(은 충전제)에서 10⁸ Ω·cm(정전기 방지 등급)까지 다양합니다. 내열성, 내한성 및 내후성은 기본 폴리머와 거의 동일합니다.
실리콘이 전도성을 띠는 이유는 무엇일까요?
폴리머 자체에는 전도성이 없습니다. 기본 실리콘 고무는 절연체이며, 체적 저항률은 약 10¹⁴–10¹⁵ Ω·cm이고 절연 강도는 20–25 kV/mm 범위입니다. 전도성은 전도성 충전재를 충분히 첨가하여 입자들이 서로 접촉하고 고무 전체에 걸쳐 연속적인 네트워크를 형성하도록 함으로써 기계적으로 부여됩니다.
그 점이 바로 그것입니다. 침투 임계값. 그 이하에서는 필러를 아무리 많이 첨가해도 저항률이 거의 변하지 않습니다. 하지만 그 이하를 넘어서면 1~2% 정도의 필러 첨가량 변화만으로도 저항률이 수십 배까지 떨어질 수 있습니다. 이것이 바로 전도성 실리콘을 현장에서 혼합하는 것이 아니라 배합하는 이유이며, "탄소 충전 실리콘"을 사용한다고 하는 두 공급업체의 부품이라도 저항값이 30년 이상 차이가 날 수 있는 이유입니다.
체적 저항 등급 및 해당 등급의 대표적인 충전재
| 학년 | 체적 저항률 | 일반적인 필러 | 일반적인 사용 |
|---|---|---|---|
| 안티스태틱 | 10⁶–10⁸ Ω·cm | 저함량 카본 블랙 | 정전기 방지 패드, 취급 트레이 |
| ESD/정전기 방지 | 10³–10⁶ Ω·cm | 카본블랙 | 번인 오븐 씰, IC 핸들링 가스켓 |
| 전도성(일반) | 10¹–10³ Ω·cm | 고함량 카본 블랙 | 키패드 접촉식 접지 패드 |
| EMI 차폐, 탄소 | 0.5–10 Ω·cm | 카본 블랙 / 카본 파이버 | 저렴한 인클로저 가스켓 |
| EMI 차폐, 금속 충전 | 0.001–0.1 Ω·cm | 니켈-흑연, 은-알루미늄, 순은 | MIL-DTL-83528 차폐 가스켓 |
참고로, 신에츠의 표준 탄소 섬유 등급 (EC-BL / EC-BM / EC-BH)의 저항은 0.009~0.05 Ω·m, 즉 대략 0.9~5 Ω·cm 범위에 있습니다. 시판되는 전도성 실리콘은 일반적으로 0.01 Ω·m에서 10 Ω·m 사이에서 안정적인 값을 보입니다. 100 Ω·m 이상에서는 탄소 함량의 작은 변화에도 저항값이 크게 변동하며, 10 kΩ·m~100 MΩ·m 범위에서 일정한 값을 유지하는 것은 생산 과정에서 어렵습니다.
전도성 충전재는 기계적 특성을 어떻게 변화시킬까요?
충전재는 부품을 뻣뻣하게 만들지만 인장 강도를 저하시킵니다. 전기적 이유로 첨가된 충전재는 하중에 따라 보강재 역할을 하거나 결함으로 작용할 수 있습니다.
| 재산 | 일반적인 실리콘 | 탄소 충전 전도성(일반적) |
|---|---|---|
| 경도 | 쇼어 A 경도 30~70, 전 범위 이용 가능 | 쇼어 A 경도 45~70, 연약 지반은 제한적임 |
| 인장강도 | 6~10 MPa | 약 5~6 MPa (≈776 psi) |
| 파단 시 신장률 | 300–700% | ~250–350% |
| 인열 강도 | 20–40 kN/m | 약 85 ppi (≈15 kN/m) |
| 압축 변형률(22시간/175°C) | 15–30% | 필러 종류에 따라 더 높아질 수 있음 |
| 색상 | 어느 | 검정색 또는 금속이 포함된 경우 메탈릭 그레이 색상 |
설계에 두 가지 결과가 있습니다. 첫째, EMI 수준의 저항을 갖는 쇼어 A 20 경도의 전도성 실리콘을 요구할 수는 없습니다. 필요한 충전재 함량 때문에 그러한 조건을 충족할 수 없기 때문입니다. 둘째, 밀봉력과 전기 접촉력은 서로 연관되어 있습니다. 경도가 높은 화합물은 밀봉을 위해 더 많은 압축이 필요하며, 더 많은 압축은 전도성을 유지해야 하는 가스켓의 경화 속도를 가속화합니다.
전도성 실리콘은 일정한 온도 범위를 유지하나요?
대부분 그렇습니다. 탄소 충전재가 포함된 등급은 여전히 약 -55°C ~ 200°C의 연속 온도 범위에서 사용 가능하며, 단시간 동안 230°C까지 올라갈 수 있지만, 기본 폴리머의 오존, 자외선 및 내후성을 유지합니다. 충전재는 실록산 골격을 변경하지 않습니다.
변하는 것은 부품의 내구성이 아니라 전기적 값의 안정성입니다. 반복적인 열 순환과 장시간 압축은 충전재 네트워크를 미세하게 변화시키므로, 고무 자체는 멀쩡해 보여도 사용 수명 동안 저항이 상승합니다. 첫날 상온에서 시제품을 테스트하는 팀은 이러한 현상을 거의 발견하지 못합니다. 현장 반품 시에는 가스켓 균열이 아닌 간헐적인 접촉 불량으로 나타납니다. 적용 분야에 저항 상한선이 있는 경우, 해당 상한선은 열 노화 전에 테스트하는 것이 아니라 열 노화 후에 테스트해야 합니다.
은 기반 충전재는 온도 문제가 아니라 접합 하우징과의 전기화학적 호환성이라는 자체적인 한계를 가지고 있습니다. 염수 분무 환경에서 순은이 함유된 실리콘을 알루미늄에 접촉시키면 플랜지가 부식됩니다. 이것이 바로 MIL-DTL-83528 규격에서 은-알루미늄 및 니켈-흑연 등급을 순은과 별도로 분류하는 이유입니다.
어떤 기준이 이러한 속성을 정의하고 검증합니까?
| 기준 | 이 책이 다루는 내용 |
|---|---|
| ASTM D257 | 절연체 및 반도체 재료의 부피 저항률 및 표면 저항률 |
| ASTM D991 | 전기 전도성 엘라스토머의 체적 저항률 |
| 밀-DTL-83528 | EMI 차폐용 전도성 엘라스토머 개스킷 소재 (충전재 종류별) |
| MIL-STD-285 / IEEE 299 | 차폐막의 차폐 효과 측정 |
| ASTM D2240 | 경도계 |
| ASTM D412 / D624 | 인장, 신장, 인열 |
| ASTM D395 | 압축 세트 |
| RoHS 2011/65/EU | 금속 함유 등급에 관련된 제한 물질 |
시험 방법 없이 "전도성, 10² Ω"이라고만 표기된 데이터시트는 사양서가 아닙니다. 어떤 표준을 사용했는지, 두께는 얼마인지, 접촉 압력은 얼마인지 문의하십시오.
측정된 부품 저항값이 데이터시트 값과 일치하지 않는 이유는 무엇일까요?
저항률은 물질의 특성이고 저항은 기하학적 결과이기 때문입니다. R = ρ × l / A. 두께 0.5mm, 면적 5mm²의 접촉부에 있는 1Ω·cm의 화합물은 단면적이 3mm인 가스켓에 있는 동일한 화합물과는 매우 다르게 작용합니다.
생산에 있어 세 가지 주요 요인이 작용합니다.
- 두께 및 접촉 면적. 얇고 넓을수록 저항이 낮아집니다. 씰 형상의 설계 변경은 전기적 성능을 조용히 변화시킵니다.
- 압축. 접촉 저항은 변형이 증가함에 따라 감소하며, 일반적으로 15~30% 압축 범위 내에서 안정화됩니다. 압축이 부족한 가스켓은 접촉 저항값이 높고 일관성이 떨어집니다.
- 표면 상태. 성형된 표면, 이형제 잔류물 및 금형 후 세척은 모두 접촉 저항에 영향을 미칩니다. 탄소 섬유가 채워진 표면은 탈형 직후 측정했을 때와 200°C에서 4시간 동안 후경화 처리 후 측정했을 때 측정값이 다를 수 있습니다.
전도성 부품 견적을 받을 때, 입고 사양서에는 종종 고정 장치, 압축률, 프로브 간격 없이 저항값(옴)만 기재되어 있습니다. 이 수치만으로는 검사를 진행할 수 없으며, 이것이 초도품 검사 결과에 대한 분쟁이 발생하는 가장 흔한 이유입니다.
부동산 경계가 실제 부분에 나타나는 곳
키패드 접촉식 알약. 10¹–10³ Ω·cm급의 탄소 알갱이를 비전도성 재질로 성형함 맞춤형 실리콘 키패드 본체. 전기적 요구 사항은 전류 전달이 아닌 스위치 폐쇄이므로 저항 변화율이 절대값보다 더 중요합니다. 비교 자료를 참조하십시오. 전도성 실리콘 키패드와 비전도성 실리콘 키패드 비교 그리고 실리콘 키패드 재질 및 등급.
EMI 차폐 가스켓. 금속 충진 등급은 충진재 종류에 따라 MIL-DTL-83528 규격에 따라 지정됩니다. 여기서 충진재 선택은 저항률보다 하우징 재질과 부식 환경에 의해 결정됩니다.
접지 및 ESD 패드. 정전기 방지 및 ESD 등급의 경우, 핵심은 전하를 천천히 방출하는 것이지 전도하는 것이 아닙니다. 저항률이 너무 낮은 것은 장점이 아니라 결함입니다. 전도성 코팅 실리콘 폼 가스켓은 밀폐부가 동시에 정전기를 차단하고 배출해야 할 때 사용됩니다.
얼룩말/엘라스토머 커넥터. 전도성 화합물 전체를 사용하는 대신 전도성 층과 절연성 층이 교대로 배열되어 있으며, 중요한 특성은 체적 저항률만이 아니라 피치와 압축 범위입니다.
같은 재료 계열의 절연체 측면에서 기본적인 동작 특성은 저희 가이드에서 다루고 있습니다. 실리콘의 전기적 특성 그리고 전기 절연용 실리콘 고무 스트립. 열전도율은 완전히 별개의 충전재 시스템입니다. 자세한 내용은 다음을 참조하십시오. 실리콘 열전도율. 전기 전도성과 열 전도성은 동일한 화합물이 아니며, 한 등급에서 두 가지 특성을 모두 요구하는 것은 일반적으로 경도를 다시 높이는 알루미나 또는 질화붕소 첨가를 의미합니다.
전도성 실리콘이 아닌 것
실리콘은 전선이 아닙니다. 은이 함유된 제품조차도 저항값이 약 0.001Ω·cm로, 구리보다 대략 5배 정도 높습니다. 전도성 실리콘은 연결, 접지, 차폐 및 스위칭을 위해 존재하는 것이지, 의미 있는 전류를 전달하는 용도가 아닙니다.
또한 단순히 비용을 대체할 수 있는 재질도 아닙니다. 탄소강은 표준 복합재 가격과 비슷합니다. 니켈-흑연 복합재는 몇 배 더 비싸고, 은 함유 복합재는 은 함량에 따라 가격이 책정되므로 금속 시장 상황에 따라 가격이 변동하며, 부품 형상에 따른 스크랩 발생률이 단위 비용에 직접적인 영향을 미칩니다.
자주 묻는 질문
전도성 실리콘과 열전도성 실리콘은 같은 것인가요?
아니요. 전기 전도성은 탄소 또는 금속 충전재가 형성하는 퍼콜레이션 네트워크에서 비롯됩니다. 열 전도성은 일반적으로 전기 절연체인 알루미나 또는 질화붕소에서 비롯됩니다.
실리콘 고무에서 얻을 수 있는 가장 낮은 저항률은 얼마입니까?
순은으로 채워진 등급은 대략 0.001 Ω·cm에 도달합니다. 그보다 낮으면 엘라스토머 영역을 벗어나 금속 접점이나 도금된 부품으로 분류됩니다.
전도성 실리콘은 식품 등급이나 의료 등급일 수 있나요?
카본 블랙 함량은 일반적으로 배제됩니다. FDA 21 CFR 177.2600 식품과 직접 접촉하는 경우 LFGB 규정을 준수해야 합니다. 특정 규정 준수 화합물이 확인되지 않는 한, 전도성 등급은 산업용 및 전자 재료로 취급해야 합니다.
전도성 실리콘은 시간이 지남에 따라 전도성을 잃게 되나요?
해당 부품은 내구성을 유지하지만, 열 순환 및 장기간 압축으로 인해 저항이 상승하는 경향이 있습니다. 따라서 새 샘플이 아닌 열 노화 후의 상태를 기준으로 품질을 평가해야 합니다.
전도성 부품 견적을 내기 전에 필요한 사항
위의 특성들은 선택의 폭을 좁힐 뿐입니다. 최종적으로 화합물과 가격을 결정짓는 데에는 네 가지 요소가 거의 모든 것을 좌우합니다. 목표 저항률 또는 저항값과 그 시험 방법, 경도 및 밀봉력 요구 사항, 접합 하우징 재질 및 부식 환경, 그리고 부품이 성형, 압출 또는 다이컷팅 방식으로 제작되었는지 여부입니다. 실리콘 시트. 필러 선택은 이러한 요소들에 따라 결정되며, 필러 선택은 비용과 3년 차에 나타날 변동폭을 모두 좌우합니다.
저항 요구 사항이 여전히 고정 장치 없이 단일 수치로만 제시되어 있다면, 이는 금형 제작 전, 즉 최초 시제품 제작 후가 아니라 가장 먼저 해결해야 할 문제입니다.
참고자료
- ASTM D257-14(2021)e1, 절연 재료의 DC 저항 또는 전도도에 대한 표준 시험 방법 — ASTM International. https://www.astm.org/d0257-14r21e01.html
- ASTM D991-89(2020), 고무 특성—전기 전도성 및 정전기 방지 제품의 체적 저항률 — ASTM International. https://store.astm.org/d0991-89r20.html
- MIL-DTL-83528, 가스켓 재료, 전도성, 차폐 가스켓, 전자, 엘라스토머, EMI/RFI — 미국 국방군수청 ASSIST, 개정 J, 2023년 10월 11일. https://quicksearch.dla.mil/qsDocDetails.aspx?ident_number=34009
- IEEE Std 299-2006, 전자기 차폐 인클로저의 효과 측정을 위한 표준 방법 — IEEE 표준 협회. https://standards.ieee.org/standard/299-2006.html
- 21 CFR 177.2600, 반복 사용을 목적으로 하는 고무 제품 — 미국 FDA / eCFR, 최신판. https://www.ecfr.gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-B/part-177/subpart-C/section-177.2600
- 지침 2011/65/EU(RoHS), 2025년 1월 1일 통합본 — EUR-Lex. https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2011/65/2025-01-01/eng
- Rahaman M. et al., 외부 전도성 고분자 복합재료의 전기 전도도의 침투 임계값 결정, Polymers (2019) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6418723/
- Miranda I. 외, 생의학 공학을 위한 PDMS의 속성 및 응용: 검토(2022) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8788510/
- 실리콘 고무 화합물의 특성 — 신에츠 화학, 제품 카탈로그(PDF). https://www.shinetsusilicone-global.com/catalog/pdf/rubber_e.pdf
