히트 싱크는 전자 기기의 필수적인 부분입니다. 전기 부품에서 열을 제거하여 주변 공기 중으로 방출합니다. 이렇게 히트 싱크는 과열을 방지하고 부품의 고장이나 파괴를 막습니다.
보통 알루미늄이나 구리와 같은 높은 열 발산 계수를 가진 금속으로 구성된 히트 싱크는 작업 온도를 조절하여 장치의 안정성과 내구성을 향상시킵니다. CPU, 전력 트랜지스터, 그리고 열 발산이 중요한 다른 고출력 전자 시스템에서 사용됩니다.
히트싱크란 무엇인가요?
히트싱크는 CPU와 같은 칩 위에 놓이는 금속 물체로, 주요 기능은 열을 처리하는 것입니다. 히트싱크는 구성 요소에서 열을 흡수하고 금속 핀을 통해 냉각하여 칩을 식힙니다. 히트싱크는 수동 장치이며 이동하는 부품이 없습니다. 그러나 종종 뜨거운 공기를 반대 방향으로 불어내는 팬과 함께 사용됩니다. 또한, 히트싱크는 열을 파이프를 통해 다른 위치로 운반하는 액체 냉각 시스템에 통합될 수 있습니다.
전자 제품에서 열 싱크의 응용
히트싱크의 가장 일반적인 사용 용도는 다음과 같습니다:
- 파워 앰프: 파워 앰프에서는 트랜지스터의 온도를 낮추기 위해 히트 싱크가 사용됩니다. 히트 싱크는 열을 제거하고 트랜지스터가 열로 인해 손상되거나 영향을 받지 않도록 도와 안정성을 보장합니다.
- CPU 컴퓨터에서는 CPU와 그래픽 카드를 식히기 위해 히트싱크가 사용됩니다. 이러한 구성 요소는 다양한 처리 작업을 수행할 때 많은 열을 발생시키며, 히트싱크는 이 열을 빠르게 방출하여 하드웨어 성능에 영향을 미치거나 손상을 방지하는 데 유용합니다.
- 광전자 공학: 일부 장치, 예를 들어 LED와 레이저는 생성하는 과도한 열을 관리하기 위해 히트 싱크가 필요합니다. 적절히 냉각되지 않으면 이러한 부품은 과열될 수 있으며, 이는 효율성과 효과를 확실히 낮추게 됩니다. 히트 싱크는 온도 제어를 가능하게 하여 장치가 장기적으로 예상대로 작동할 수 있게 합니다.
히트 싱크 공차
| 요인 | 일반적인 허용오차 |
| 치수 허용오차 | ±0.1 mm to ± 0.5 mm |
| 평탄도 | ± 0.05 mm to ± 0.1 mm over 100 mm |
| 수직도 | ± 0.1 mm per 100 mm |
| 평행도 | ± 0.1 mm per 100 mm |
| 표면 마감 (Ra) | 1.6 µm to 3.2 µm |
| 구멍 위치 | ± 0.1 mm |
| 핀 두께 | ± 0.1 mm |
| 핀 간격 | ± 0.1 mm |
| 열전도율 | ± 5% |
| 무게 허용오차 | ± 5% |
히트싱크 유형 설명
히트싱크는 일반적으로 전자 기기에서 열을 제어하고 방출하기 위해 최적입니다. 흐름, 재료 및 핀의 방향과 같은 요소에 따라 다양한 범주로 나뉩니다. 다음은 두 가지 주요 범주입니다:
액티브 히트 싱크
액티브 히트 싱크는 매우 효율적인 것으로 간주됩니다. 이들은 장치의 전원에 직접 연결되어 있으며, 공기 또는 액체가 뜨거운 부품 위를 순환하여 열 전달을 촉진하는 강제 대류 기술을 사용합니다.
액티브 히트 싱크는 열 방출이 중요한 GPU 및 CPU에서 일반적으로 사용됩니다. 일부 설계는 냉각 시스템을 향상시키기 위해 액체 냉각 시스템도 통합합니다. 팬은 일반적으로 히트 싱크의 측면 또는 상단에 장착되어 냉각 과정에 참여합니다.
수동 히트 싱크
수동 히트 싱크는 일반적으로 구성 요소에서 열을 전달하기 위해 대류 흐름에 의존합니다. 액티브 히트 싱크와 달리 작동하려면 추가 전원이나 팬과 같은 부품이 필요하지 않습니다. 이는 장치 주위에서 생성된 대류 흐름에 의존하여 생성된 열의 냉각 프로세스를 지원합니다. 액티브 히트 싱크가 냉각에 더 우수하지만, 수동 히트 싱크는 더 저렴하고 작동하는 데 전력이 필요하지 않습니다.
또한, 이러한 히트 싱크는 일반적으로 고열 방출이 필요하지 않은 장치, 예를 들어 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 및 칩셋에 사용됩니다. 사용 용이성 덕분에, 수동 히트 싱크는 비용과 전력에 민감한 응용 프로그램에서 사용됩니다.
~ 중에서 선택하기 액티브 및 패시브 히트싱크 는 장치 설계에서 중요한 고려 사항입니다. 냉각 팬 덕분에 능동적인 히트싱크는 열 방출을 위해 큰 표면적을 필요로 하지 않습니다. 반면, 수동 히트싱크는 대류 외에는 히트싱크를 통해 공기를 강제로 흐르게 할 방법이 없기 때문에 열을 방출하기 위해 더 많은 표면적이 필요합니다.
히트싱크는 전자 부품을 냉각할 때 주로 알루미늄 또는 구리로 제작됩니다. 아래는 각 재료의 분포입니다:
구리
구리는 높은 열전도율로 인해 히트 싱크에 선호됩니다. 이는 알루미늄보다 약 두 배 높은 열전도율을 가지며, 200~400 W/m-K 범위입니다. 이 높은 전도성 덕분에 구리는 가장 효율적으로 열을 전달하는 최상의 열전도체입니다. 그러나 구리는 알루미늄보다 훨씬 무겁고 비용이 더 비쌉니다. 또한 구리는 유연성이 떨어지고 가공성이 부족하여 원하는 형태로 만들고 성형하기가 어렵습니다.
알루미늄
알루미늄은 시장에 나와 있는 다른 금속들과 비교하여 가볍고 저렴하여 열 싱크 제품에 사용됩니다. 그러나 알루미늄의 높은 열 전도율은 구리의 약 절반에 해당하며, 이는 열 전도에 사용할 수 없다는 것을 의미합니다. 알루미늄은 가공하기 쉽고 가벼우며 충분히 강한 얇은 시트로 생산할 수 있습니다. 그러나 열 전도 계수는 재료의 열 전도율에 따라 달라집니다.
히트싱크 설계 팁
히트싱크 설계는 전자 기기에서 적절한 열 제어를 보장하기 위해 완료해야 하는 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 다음은 염두에 두어야 할 주요 요소들입니다:
- 재료 선택: 사용되는 재료의 유형은 히트 싱크 성능에 중요한 영향을 미칩니다:
- 열 인터페이스 재료(TIMs): TIM은 히트 싱크와 구성 요소 사이에 삽입되어 열 전달을 향상시키기 위해 상대적으로 낮은 열 저항을 가지고 있습니다. 미카와 같은 재료는 공기보다 더 좋은 전도체이기 때문에 사용됩니다.
- 히트 싱크 재료 알루미늄과 구리는 히트 싱크에 가장 선호되는 재료입니다. 알루미늄은 낮은 비용, 낮은 밀도, 형성의 용이성으로 선택되며, 구리는 더 나은 열 전도성을 가지고 있고 부식에 강합니다. 이 금속들이 결합되면 열을 방출하는 데 최고의 히트 싱크가 만들어집니다.
히트 싱크에 사용되는 재료는 열을 전달할 수 있으며, 이로 인해 열 손상에 취약한 장치 부품의 신뢰성이 감소할 수 있습니다.
히트 싱크 제작에 사용되는 기술.
일반적으로 알루미늄 히트싱크를 만들기 위해 일반적으로 사용되는 세 가지 주요 제조 방법이 있습니다:
CNC 가공은 밀링, 드릴링, 연삭, 선삭 작업을 포함하는 고급 제조 기술입니다. 이 방법은 설계 특성을 +/- 0.005''의 최소 허용 오차로 부품을 개발할 수 있기 때문에 유연성을 제공합니다. CNC 가공은 복잡하고 정교한 형태의 히트 싱크를 제조하는 데 특히 적합합니다. 이러한 정밀하게 설계된 히트 싱크는 높은 열 방출과 복잡한 구조가 필수적인 곳에서 이상적입니다. 그러나 CNC 가공의 정확성과 정밀성은 다른 절삭 방법보다 더 비쌉니다.
압출
압출 방법은 알루미늄 합금과 같은 재료를 원하는 단면 프로필을 얻기 위해 형상된 개구부나 금형을 통해 압출하는 방법입니다. 압출은 히트 싱크를 생산할 때 경제적이고 효과적입니다. 압출 공정은 6063과 같은 높은 열 전도성을 가진 알루미늄 합금을 쉽게 형성할 수 있어 특정 히트 싱크를 만드는 데 특히 적합합니다. 그러나 압출 방법의 단점 중 하나는 개발할 수 있는 히트 싱크의 최대 너비이며, 이로 인해 히트 싱크 크기가 제한될 수 있습니다.
다이캐스팅
다이 캐스팅은 알루미늄 합금을 용광로에 넣고 녹인 후 압력을 가해 금형에 주입하는 과정입니다. 이 방법은 설계에서 매우 유연하며 좋은 열 특성을 가지고 있고 대규모 생산에 비해 상대적으로 저렴합니다. 열 주조는 두께와 자연 대류에 기반한 시스템 또는 애플리케이션에 이상적입니다. 다이 캐스팅 과정은 얇고 강하며 복잡한 히트 싱크 기하학을 만드는 데 특히 적합하며 복잡한 히트 싱크 구조를 만드는 데 널리 사용됩니다.
히트 싱크 구조
히트 싱크의 구조를 탐구하기 위해 세 가지 유형을 살펴보겠습니다. 일부 히트 싱크 유형에는 콜드 플레이트, 핀핀 히트 싱크, 플레이트핀 히트 싱크가 포함됩니다.
콜드 플레이트
오늘날의 세계에서는 대부분의 전자 장치가 고출력 회로에서 발생하는 열적 문제를 해결하기 위해 정교한 냉각 기술을 필요로 합니다. 콜드 플레이트는 액체 타입을 포함하여 고출력 레이저, 연료 전지, 배터리 냉각 시스템, 모터 드라이버, 의료 장비 등에서 사용됩니다. 이러한 냉각 시스템은 특정 부품에서 순환하는 유체로 열을 전달하여 해당 부품을 냉각합니다. 이 매개체는 열을 먼 열 교환기로 전달하고, 여기서 열은 대기 중으로 방출되거나 두 번째 냉각 회로의 다른 액체로 방출됩니다.
핀핀 히트 싱크
핀핀 히트 싱크는 핀 클러스터가 제공되는 압출 디자인으로 설명할 수 있습니다. 이 핀들은 원통형, 타원형 또는 정사각형 단면을 가질 수 있으며, 중앙 허브에서 위쪽 또는 바깥쪽으로 솟아 있습니다. 핀핀 히트 싱크의 제조 비용은 상대적으로 낮지만, 다른 히트 싱크보다 효율성이 떨어집니다. 핀핀 히트 싱크는 다른 히트 싱크보다 열 제거 능력이 낮아서 예를 들어, 핀 히트 싱크와 같은 다른 히트 싱크보다 사용 빈도가 적습니다.
플레이트핀 히트 싱크
플레이트핀 히트 싱크는 히트 싱크의 표면적을 크게 증가시키는 직선형 핀으로 만들어집니다. 이는 열 방출을 개선합니다. 구조적으로 열이 부품에서 효율적으로 전달되어 효율적인 냉각 시스템을 만듭니다. 플레이트핀 히트 싱크의 제조 방법은 다양하며, 이 히트 싱크는 여러 가지 용도로 적용될 수 있습니다. 일반적으로 기계 케이싱과 커버의 외부에 적용되며 가장 간단하고 효율적인 냉각 방법 중 하나입니다. 소음을 발생시키지 않으며 최소한의 전력 공급원이 필요합니다.
결론
히트 싱크 설계는 전자 장치의 효율성과 수명을 결정하는 데 중요합니다. 좋은 히트 싱크 설계는 열 방출을 크게 개선하여 구성 요소에 대한 열 영향을 줄일 수 있습니다. 따라서 다양한 유형의 히트 싱크와 그에 따른 설계 매개변수를 구별하여 효과적인 냉각 솔루션을 개발하는 것이 중요합니다.
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