효율적인 열 방출을 위해 방열판의 두께는 어느 정도여야 하나요?

크고 부피가 큰 방열판이 항상 더 나은 냉각 성능을 의미하는 것은 아니며, 두께와 형상이 적절하다는 이유만으로 컴팩트한 디자인이 더 나은 성능을 보이는 경우도 있습니다.

방열판의 적절한 두께는 베이스와 핀의 역할에 따라 달라집니다. 베이스는 열원을 확산시키고 핀은 열을 공기로 전달하는 역할을 합니다. 둘 다 최대 크기가 아니라 균형이 필요합니다.

이상적인 두께를 결정하는 요소, 핀 형상이 중요한 이유, 효율적인 설계 방법, 방열판 소재를 형성하는 최신 트렌드를 살펴보세요.

최적의 방열판 두께는 어떻게 결정되나요?

방열판의 바닥이 너무 얇거나 핀이 너무 가깝기 때문에 방열판이 아무리 커도 실패하는 경우도 있습니다. 저는 고객의 재설계를 도울 때 이런 문제를 몇 번 겪었습니다.

최적의 두께는 열전도율, 핀 효율, 베이스 확산 저항, 공기 흐름 및 크기 제한의 균형을 맞추는 것입니다. 모든 것을 두껍게 만든다고 해서 효과가 있을 것이라고 기대할 수는 없습니다.

제가 알아낸 방법은 다음과 같습니다:

고려해야 할 사항

너무 얇은 베이스는 열을 잘 전달하지 못합니다. 핀이 너무 얇으면 열을 충분히 전달하지 못할 수 있습니다. 하지만 모든 것을 두껍게 만들면 무게와 비용이 증가하고 공기 흐름이 줄어들 수 있습니다.

일반적인 값

• 기본 두께: 압출 알루미늄의 경우 보통 5-10mm, 구리의 경우 그 이상입니다.
• 지느러미 두께: 알루미늄의 경우 약 0.5-1.5mm, 구리의 경우 0.2-0.6mm.
• 간격: 일반적으로 자연 대류 설계에서는 4mm 이상입니다.
• 지느러미 높이: 공기 흐름과 디자인에 따라 다르지만 보통 20~50mm입니다.

목표는 열이 소스에서 베이스로 흐르고 고르게 퍼진 다음 지느러미로 이동하여 공기 중으로 방출되도록 하는 것입니다. 체인의 어느 한 부분이라도 저항이 높으면 성능이 저하됩니다.

적절한 지느러미 지오메트리의 장점은 무엇인가요?

소재가 잘못된 것이 아니라 핀이 너무 가까워 공기 흐름을 막아서 열 테스트에 실패한 디자인을 본 적이 있습니다. 핀 간격을 변경하여 문제를 해결했습니다.

잘 설계된 지느러미 형상은 표면적을 넓히고 공기 흐름을 원활하게 하며 각 지느러미를 효과적으로 만들어 냉각 성능을 향상시킵니다.

지오메트리가 중요한 이유

• 표면적: 공기가 움직일 수 있는 한 더 넓은 면적 = 더 나은 열 전달.
• 공기 흐름: 공기는 지느러미 사이에 공간이 필요합니다. 너무 가까우면 냉각이 제대로 되지 않습니다.
• 핀 효율성: 길고 얇은 지느러미는 끝 부분이 충분히 뜨거워지지 않을 수 있습니다.
• 자료 사용: 좋은 지오메트리는 동일한 성능을 위해 더 적은 금속을 사용합니다.
• 오리엔테이션: 수직 핀은 자연 대류에 도움이 되고, 크로스 컷 핀은 강제 대류에 적합합니다.

효과적인 팁

저는 고객을 안내할 때 이 도구를 사용합니다. 추측이 아니라 어떤 모양이 열과 공기를 함께 흐르게 하는지를 테스트하는 것입니다. 그래야 실제 결과를 얻을 수 있습니다.

이상적인 두께의 방열판을 설계하려면 어떻게 해야 하나요?

저는 항상 어떤 문제를 해결해야 하는지, 즉 열이 얼마나 많이, 얼마나 빨리, 어디로 가는지부터 시작합니다. 거기서부터 거꾸로 치수와 재료로 작업합니다.

이상적인 두께를 설계하려면 전력 부하, 재료 제한, 공기 흐름 및 크기 제약을 이해해야 합니다. 추측이 아닌 단계별 균형이 필요합니다.

단계별 계획

1. 열 목표 정의

   • 전력 부하(W)
   • 최대 허용 온도 상승(°C)
   • 목표 열 저항(°C/W)

2. 자료 선택

   • 가볍고 저렴한 시스템을 위한 알루미늄
   • 컴팩트한 고성능 싱크용 구리

3. 기본 두께 선택

   • 열원이 넓은 경우 얇게
   • 열원이 작고 중앙에 있는 경우 두꺼운 경우

4. 핀 프로필 선택

   • 두께: 0.5-1.5mm(Al), 0.2-0.6mm(Cu)
   • 높이: 20-50mm
   • 간격: ≥4mm(자연 대류)

5. 시뮬레이션 또는 계산

   • 계산기 또는 CFD 소프트웨어 사용
   • 기본 저항 + 핀 성능 확인

6. 조정 및 반복

   • 너무 덥나요? 더 두꺼운 베이스 또는 더 많은 지느러미
   • 너무 무겁나요? 더 얇은 베이스 또는 더 짧은 지느러미

사례 예시

경량 방열판의 발전에는 어떤 것이 있나요?

오늘날 고객들은 특히 전기차, 드론, 휴대용 장비에 더 작고 가벼운 시스템을 원합니다. 이는 더 나은 소재와 더 스마트한 형태가 필요하다는 것을 의미합니다.

새로운 디자인은 더 얇은 핀, 혼합 소재, 히트 파이프를 사용하여 무게를 줄이면서도 전원 장치를 안전하게 냉각합니다.

변화하는 사항

1. 얇은 핀 기술

   • 스키브 핀을 사용하면 알루미늄 핀을 0.3mm만큼 얇게 만들 수 있습니다.
   • 더 많은 지느러미, 더 나은 공기 흐름, 더 적은 금속

2. 하이브리드 디자인

   • 구리 베이스 + 알루미늄 핀 = 더 적은 무게로 더 나은 성능 제공
   • 하이엔드 전자 제품에서 흔히 볼 수 있습니다.

3. 히트 파이프 및 증기 챔버

   • 최소한의 금속으로 빠르게 열 이동
   • 종종 두꺼운 베이스 교체

4. 3D 프린팅 구조물

   • 격자 또는 벌집 형태 사용
   • 견고하고 가벼우며 맞춤형 모양

5. 표면 코팅

   • 블랙 아노다이징으로 방사능 개선
   • 나노 코팅으로 표면 저항 감소

요약 표

이제 더 얇은 맞춤형 프로파일, 더 가벼운 알루미늄 합금, 열 출력을 높여주는 마감재를 제공합니다. 더 이상 단순한 형태가 아니라 전체 시스템 효율성이 중요합니다.

결론

적절한 방열판 두께를 선택한다는 것은 적절한 소재, 모양, 공기 흐름에 맞는 열 요구 사항을 충족한다는 의미입니다. 너무 두꺼우면 공간과 무게가 낭비됩니다. 너무 얇으면 과열의 위험이 있습니다. 새로운 소재와 더 스마트한 디자인 덕분에 이제 그 어느 때보다 더 효율적이고 컴팩트하게 고전력 전자기기를 냉각할 수 있습니다.