최신 전자 기기의 크기가 커지면서 방열 밀도가 높아졌습니다. 이때 발생하는 열은 전자 기기의 성능에 영향을 미칩니다. 효율성과 수명을 유지하려면 전자 기기의 열을 효과적으로 방출할 수 있는 수단이 필요합니다.
이 시점에서 신중하게 선택한 방열판은 전자 부품의 열 발산 문제에 대한 좋은 해결책이 될 수 있습니다. 전자 부품에는 자체적인 냉각 특성이 있지만 방열판을 사용하는 것도 좋은 선택입니다.
올바른 방열판을 선택할 때는 세 가지 요소를 신중하게 고려해야 합니다. 여기에는 설계 요구 사항, 재료 특성, 열 저항 관리에 대한 신중한 평가가 포함됩니다. 올바른 방열판을 선택하면 열 성능을 효과적으로 개선하고 에너지 효율을 최적화하며 과열을 방지할 수 있습니다.
Trumonytechs에서는 전문화된 열 솔루션을 제공할 수 있습니다. 단순히 열 소재가 필요한 경우 인터페이스 자료 도 이상적인 옵션입니다.
목차
라디에이터는 어떤 용도로 사용되나요?
방열판은 일반적으로 액체 냉각, 자연 대류, 강제 대류 또는 복사에 의해 열을 발산하도록 설계된 열 전도성 소재(구리/알루미늄)로 만들어집니다. 방열판의 주요 목적은 발열체에서 더 시원한 환경으로 열을 전도하는 것입니다. 예를 들어, 기존의 열 방출 방식은 고체가 공기 중으로 직접 온도를 방출하여 냉각하는 것입니다. 반면 방열판의 등장은 고체와 공기 사이에 직접 열 전도성 매체를 제공합니다. 부품과 냉각수 사이의 접촉 면적을 늘리고 재료 자체의 열 전도성 특성과 결합하여 우수한 열 전도성을 달성하여 장비 제조업체가 지정한 최대 온도 이하로 온도를 유지합니다.
그러나 애플리케이션마다 방열 요구 사항이 다릅니다. 따라서 현재 냉각 요구 사항에 따라 적합한 방열판을 선택해야 합니다. 하지만 걱정하지 마세요, Trumonytechs는 열 관리 전문가를 통해 단계별로 안내해 드릴 수 있는 경험이 있습니다.
열 저항 관리
열 저항의 이해와 열 관리에서 열 저항의 중요성
열 저항은 열원에서 주변 환경으로의 열 전달 효율을 평가하는 데 사용되는 주요 매개변수입니다. °C/W 단위로 측정되며, 전력 소비량 와트당 발생하는 온도 상승을 정량화합니다. 열 저항이 낮을수록 시스템이 열을 더 잘 방출하여 구성 요소가 안전한 작동 온도 범위 내에서 유지됩니다.
열 저항은 모듈 인클로저에 대한 칩, 인클로저와 방열판(열 인터페이스 저항), 방열판과 흐르는 유체 사이의 저항 등 몇 가지 중요한 경로의 합으로 이해할 수 있습니다. 각 경로는 전체 열 저항에 영향을 미칩니다. 따라서 각 부품이 열 저항에 미치는 영향을 이해하는 것이 올바른 방열판을 선택하는 데 중요합니다. 그렇다면 열 저항은 어떻게 계산해야 할까요? 아래에서 설명하겠습니다.
열 저항 계산
열 저항을 효과적으로 계산하려면 가장 적합한 방열판을 선택하기 위해 시스템 내에서 허용되는 최대 온도 상승을 아는 것이 중요합니다. 예를 들어 주변 온도에서 장비의 최대 작동 온도까지입니다. 이는 방열판의 최대 허용 열 저항을 결정하는 데 도움이 됩니다.
전력 전자제품에 일반적으로 사용되는 반도체 패키지인 TO-220 패키지와 유사합니다. 이 경우 장치의 전력 소비로 인해 열이 발생합니다. 칩에서 부품 케이스까지, 케이스와 방열판 사이, 방열판과 냉각수 사이의 열 저항을 고려해야 합니다. 전력 소비량을 계산하고 개별 저항을 결합하여 방열판의 필요한 열 저항을 결정할 수 있습니다.
각 경로의 열 저항이 낮을수록 열 전달 효율이 높아집니다. 이는 과열을 방지하고 부품 수명과 안정성을 보장합니다. 어느 한 경로의 열 저항이 너무 높으면 냉각이 제대로 이루어지지 않아 성능이 저하되거나 심지어 장비 고장의 원인이 될 수 있습니다.
이는 다소 까다로울 수 있으며 측정하려면 전문 장비가 필요합니다. 다행히도 Trumonytechs는 전문적인 모델링 분석을 제공할 수 있습니다. 방열판의 형상과 매개 변수를 검토하여 가장 높은 요구 사항을 충족하는 방열판을 식별할 수 있습니다.
열 저항을 줄이는 방법
열 저항을 줄이려면 발열체와 방열판 사이의 작은 공기 간격을 메우고 열 전도율이 높은 열 그리스 또는 열 패드와 같은 효율적인 열 인터페이스 재료(TIM)를 사용하여 이러한 공간을 채워 열 전달을 향상시키는 데 사용하는 것이 중요합니다. 반면 방열판은 효과적인 열 전달을 위해 핀의 수를 늘리거나 모양을 조정하여 방열판의 표면적을 최대화할 수 있으므로 또 다른 효과적인 열 방출 전략입니다. 이 두 가지 방법을 함께 사용하면 부품의 열을 효과적으로 흡수하고 방출하여 낮은 열 저항을 달성할 수 있습니다.
재료 선택
방열판을 설계할 때는 열 방출을 최적화하고 부품의 효율성과 수명을 보장하기 위해 소재 선택이 매우 중요합니다. 방열판과 냉각 솔루션에 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 소재는 알루미늄과 구리입니다. 각 소재는 용도에 따라 장점과 한계가 있습니다.
알루미늄: 알루미늄은 비용 효율성과 다양한 모양으로 쉽게 압출할 수 있다는 장점 때문에 널리 사용됩니다. 열전도율이 우수하여 대부분의 기존 냉각 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 또한 알루미늄은 가볍기 때문에 전자 및 자동차 산업에서 널리 사용될 수 있습니다. 하지만 알루미늄의 열전도율은 구리의 절반 정도에 불과하기 때문에 열전도율이 높은 일부 애플리케이션의 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다.
구리: 구리는 알루미늄의 약 2배에 달하는 뛰어난 열전도율을 가지고 있습니다. 따라서 열전도율이 높은 애플리케이션에 이상적입니다. 예를 들면 전력 전자 장치, 고성능 프로세서, LED 냉각 시스템 등이 있습니다. 구리는 또한 알루미늄에 비해 내식성이 뛰어난 소재이므로 부식 방지 애플리케이션에 이상적입니다. 하지만 구리는 밀도가 높을수록 무게가 무거워지기 때문에 무게가 많이 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않을 수 있습니다. 또한 알루미늄보다 가격이 비싸기 때문에 예산이 제한된 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
기타 재료 및 합성물: 극한의 성능 시나리오를 위해 코팅 방열판과 같은 복합 솔루션과 수냉식 패널 가 이상적입니다. 이러한 소재는 열 전달, 내식성, 무게 감소 등 향상된 성능을 제공할 수 있습니다. 이러한 소재는 금속 기판과 열 전도성 코팅을 결합하여 열 전달 효율을 높이고 부식을 줄입니다. 한편, 최신 전기 자동차에 액체 냉각 기술을 사용하는 이유는 다음과 같습니다. 테슬라의 배터리 냉각 시스템가 대표적인 예입니다.
냉각 방식 및 설계 유형
전자 기기의 성능, 안정성 및 수명을 유지하려면 효과적인 냉각이 필수적입니다. 냉각 방법에는 크게 두 가지가 있습니다: 패시브 냉각 및 액티브 냉각시스템 요구사항에 따라 각각 특정 용도로 사용할 수 있습니다. 또한 방열판 구조와 열 시뮬레이션의 설계 혁신이 냉각 기술의 발전을 이끌고 있습니다.
패시브 냉각 대 액티브 냉각
패시브 냉각은 자연 대류와 복사에 의존하여 열을 발산합니다. 이 방식은 움직이는 부품이나 추가 전력 소비가 없으므로 조용한 작동이 필요한 환경이나 외부 전원이 없는 시스템에 이상적입니다. 패시브 냉각 솔루션은 일반적으로 IoT 장치, LED와 같은 조명 시스템, 저전력 전자 장치에 사용됩니다. 하지만 열 방출 기능이 제한적이며 고성능 또는 열 집약적인 시스템에는 적합하지 않습니다.
반면 능동 냉각은 팬이나 펌프를 사용하여 방열판이나 냉각판을 통과하는 공기 또는 액체의 흐름을 증가시켜 열 방출 효율을 높입니다. 능동 냉각은 고성능 컴퓨팅, 데이터 센터, 전기 자동차(EV)와 같이 대규모 열 부하를 관리해야 하는 애플리케이션에 매우 중요합니다. 능동 냉각 시스템은 더 복잡하고 전력이 필요하지만 패시브 솔루션에 비해 더 높은 수준의 열 방출을 제공합니다.
방열판 모양 및 배열
라디에이터 핀의 모양과 배열은 냉각 효율에 중요한 역할을 합니다. 일반적인 디자인에는 직선 핀, 핀 핀, 곡선 핀이 있으며, 각 핀은 특정 시나리오에 적합합니다. 예를 들어 직선형 핀은 제조가 쉽고 소형 장치에 널리 사용됩니다. 반면에 니들 핀은 더 넓은 표면적을 제공하며 난류가 많은 기류 조건에 이상적입니다. 곡선형 핀은 공간이 제한된 시스템에서 공기 흐름을 최적화하고 열 방출을 개선합니다.
표면적을 최대화하고 공기 흐름 패턴을 최적화하는 것이 핵심 설계 원칙입니다. 표면적이 넓을수록 열 교환이 향상되고, 공기 흐름 설계는 핫스팟을 방지하고 균일한 냉각을 보장합니다. 이러한 요소는 방열판의 전체 효율에 큰 영향을 미치므로 정밀한 설계 선택이 필수적입니다.
Trumonytechs 모델링 서비스를 사용하여 다양한 지느러미 모양과 구성의 열 성능을 평가할 수 있습니다.
시뮬레이션 및 최적화
엔지니어는 SimScale 및 ANSYS와 같은 열 시뮬레이션 툴을 사용하여 생산 전에 냉각 설계를 평가할 수 있습니다. 이러한 도구는 열 흐름 경로를 예측하고 열 병목 현상을 파악하며 최적의 재료 및 구조 조합을 추천합니다. 시뮬레이션은 비용이 많이 드는 프로토타입의 필요성을 줄이고 최종 설계가 성능 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.
다양한 요소를 고려한 최선의 선택
방열판은 최신 전자 기기에서 중요한 열 부품 역할을 합니다. 올바른 방열판 어셈블리를 선택하려면 전자 부품이 제조업체가 지정한 한계 내에서 작동할 수 있도록 열 저항, 소재 선택 및 설계 최적화를 고려해야 합니다. 전자 부품의 열을 효과적으로 방출함으로써 전자 장비가 최적의 상태로 작동하도록 보장하고 과열로 인한 수명 단축을 방지할 수 있습니다. 궁금한 점이 있는 경우 시뮬레이션 솔루션을 사용하여 최적의 방열을 위한 방열판 구성 요소의 형상과 매개 변수를 결정할 수 있습니다.
