방열판의 기본:어떻게 작동합니까?

전자 장치와 기계가 작동할 때 열이 발생한다는 것을 알기 위해 MIT 졸업생이 될 필요는 없습니다. 감독하지 않고 방치하면 이러한 상황이 빠르게 장치 과열로 이어져 오작동을 일으킬 수 있습니다. 그런 다음 충분히 신속하게 대응하지 않으면 이 오작동이 영구적인 손상으로 이어질 수 있습니다.

과열을 방지하기 위해 대부분의 장치에는 장치 내에서 열 관리를 담당하는 구성요소인 방열판이 통합되어 있습니다. CPU(중앙 처리 장치)와 같은 장치 또는 기계의 중요한 영역에서 열을 발산하여 냉각 및 기능을 유지합니다.

흥미롭게도, 전자 장치가 올바르게 작동하도록 유지하는 데 중추적인 역할을 하는 동안 방열판은 크기가 작기 때문에 간과되는 경우가 많습니다. 이러한 기적의 구성 요소에 대해 자세히 알아보려면 이 가이드에서 방열판이 무엇이며 어떻게 작동하는지 이해하는 데 필요한 모든 필수 정보를 제공합니다.

(말장난 의도) 바로 빠져들자.

방열판이란 무엇입니까?

방열판이 무엇인지 더 자세히 설명하면서 시작하겠습니다. 간단히 말해서 수동 열 교환기로 작동하여 기계 또는 전자 장치의 온도를 조절하는 구성 요소입니다.

장치의 작업 표면적을 증가시켜 발열 부품에서 저온 유체로 열을 전달합니다. 이렇게 하면 장치에서 열이 분산되어 과열 없이 작동합니다.

방열판은 환상적인 냉각 특성으로 인해 CNC 가공을 비롯한 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 일반적으로 컴퓨터 구성 요소(일반적으로 CPU 및 GPU)를 냉각하고 트랜지스터 또는 레이저에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.

방열판은 어떻게 제작되나요?

더 큰 표면적에 대한 필요성은 방열판을 구축하는 방법에 상당한 영향을 미칩니다. 일반적인 방열판은 매우 좁은 핀 또는 핀에 연결된 베이스로 구성됩니다. 이렇게 하면 방열판은 특정 볼륨에 최대한 많은 표면적을 맞출 수 있습니다.

그러나 핀의 크기와 모양은 방열판마다 다릅니다. 또한 방열판의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 다음을 구별할 수 있습니다.

• 핀 핀 방열판. 이러한 방열판에는 바닥에서 연장되는 핀이 있습니다. 다양한 유형의 방열판 중에서 표면적이 가장 크며 공기 흐름이 낮은 경우에 가장 잘 작동합니다. 핀은 일반적으로 원통형, 타원형 또는 정사각형 모양으로 제공됩니다.
• 플레이트 핀 방열판. 플레이트 핀 방열판에는 바닥에서 연장되는 직사각형 핀이 있습니다. 이러한 방열판은 핀 핀 시스템보다 더 일반적이며 단방향 공기 흐름에서 가장 잘 작동합니다.
• 플레어 핀 방열판. 플레어 핀 시스템은 플레이트 핀 방열판의 변형입니다. 그들은 흐름 저항을 감소시키는 나팔 모양 지느러미 배열(따라서 이름)이 있습니다.

일부 방열판에는 팬과 송풍기가 부착되어 있습니다. 이를 능동 방열판이라고 합니다. 이 기사의 뒷부분에서 더 자세히 이야기하겠습니다.

방열판은 어떻게 작동합니까?

방열판은 열원에서 열을 빼앗아 표면 쪽으로 끌어당겨 냉각 공기 또는 유체와 접촉하는 열 전도체를 사용합니다. 전체 프로세스에는 4가지 기본 단계가 포함됩니다.

1. 소스에서 열이 발생합니다. 소스는 작동 시 열을 생성하고 적절한 기능을 위해 냉각이 필요한 모든 시스템이 될 수 있습니다. 기계, 전기, 화학, 핵, 태양 또는 마찰 시스템이 될 수 있습니다.
2. 열은 소스에서 멀리 이동합니다. 자연 전도를 통해 열은 방열판으로 이동하고 소스에서 멀어집니다. 이 프로세스는 방열판 재료의 열전도율과 직접 관련이 있습니다. 이것이 알루미늄이나 구리와 같은 재료가 방열판을 구성하는 데 자주 사용되는 이유입니다. 열전도율이 높습니다.
3. 열은 방열판 전체에 분산됩니다. 그런 다음 열은 방열판을 통해 이동하여 고온 환경에서 저온 환경으로 이동합니다. 방열판의 의미는 열 프로파일이 일관되지 않다는 것입니다. 따라서 방열판은 일반적으로 소스 쪽으로 더 뜨겁고 말단 쪽으로 더 차갑습니다.
4. 방열판은 열을 제거합니다. 마지막 단계는 방열판에서 멀리 이동하는 열을 포함합니다. 싱크의 온도 구배와 냉각 유체(일반적으로 공기 또는 전기 전도성 유체)에 크게 의존합니다. 유체는 방열판의 표면을 가로질러 열 확산과 대류를 사용하여 주변 환경으로 열을 제거합니다. 여기서 주의할 점은 주변 온도가 방열판보다 차갑지 않으면 싱크가 열을 제거하지 않는다는 것입니다.

다양한 유형의 방열판

방열판에 대해 이야기할 때 수동, 능동 및 하이브리드의 세 가지 기본 유형의 방열판을 구분합니다. 아래에서 자세히 알아보십시오.

수동 방열판

패시브 방열판은 자연 대류에 의존합니다. 즉, 방열판 표면을 가로질러 기류를 생성하는 것은 뜨거운 공기의 부력뿐입니다. 그 때문에 패시브 방열판은 열을 제거할 때 2차 전원이나 제어 시스템이 필요하지 않습니다. 반면에 활성 방열판만큼 시스템에서 열을 전달하는 데 효율적이고 효과적이지 않습니다.

활성 방열판

수동 방열판과 달리 능동 방열판은 자연 대류에만 의존하지 않습니다. 그들은 강제 공기를 사용하여 가열된 영역을 가로질러 유체 흐름을 증가시킵니다. 그들은 팬, 송풍기 또는 전체 물체의 움직임을 사용하여 그렇게 합니다.

활성 방열판의 작동 방식에 대한 일반적인 예는 컴퓨터가 따뜻해지기 시작할 때 PC의 팬이 켜지는 것입니다. 팬은 공기가 방열판을 가로질러 흐르도록 하여 가열되지 않은 공기가 표면을 가로질러 이동할 수 있도록 합니다. 그 때문에 방열판 시스템 전체의 총 열 구배가 증가하여 장치에서 더 많은 열을 제거합니다.

하이브리드 방열판

이름에서 알 수 있듯이 하이브리드 방열판은 수동 및 능동 방열판 시스템의 특성을 결합합니다. 흥미롭게도 하이브리드 시스템은 수동 또는 능동 방열판만큼 인기가 없습니다. 또한 특정 온도 요구 사항에 따라 장치를 냉각하기 위해 전용 제어 시스템에 의존하는 경우가 많습니다.

시스템이 더 낮은 온도 수준에서 작동할 때 강제 공기 소스(팬 또는 송풍기)는 비활성 상태로 유지되어 시스템을 수동적으로 냉각합니다. 활성 시스템은 장치가 더 높은 온도에 도달하기 시작할 때만 작동을 시작하여 그 과정에서 방열판의 냉각 용량을 증가시킵니다.

방열판을 만드는 데 사용되는 재료는 무엇입니까?

말했듯이 방열판의 재료는 자연 열전도율을 제공해야 합니다. 그렇기 때문에 방열판은 일반적으로 알루미늄 또는 구리를 사용하여 생산되며 재료는 용도, 열 강도, 생산 방법 및 예산에 따라 결정됩니다.

• 알루미늄. 일반적으로 방열판 제조업체는 알루미늄 1050, 6060, 6061 또는 6063을 사용합니다. 첫 번째 방열판은 열 전도율이 매우 높지만 강도가 부족한 반면 나머지 세 개는 전도율이 낮지만 기계적 특성이 더 강합니다. 가성비 면에서 가장 저렴한 방열판은 알루미늄 합금을 사용하여 생산됩니다.
• 구리. 구리는 우수한 열전도율을 제공합니다. 실제로 알루미늄보다 2배 더 도움이 됩니다. 또한 내식성, 항균성 및 기타 바람직한 특성을 제공합니다. 그렇기 때문에 구리 방열판은 알루미늄 방열판보다 비싸고 일반적으로 제조가 더 어려운 고급 제품으로 간주됩니다.

방열판은 어떻게 만들어지나요?

방열판 제조에는 알루미늄 압출, 다이 캐스팅 또는 CNC 밀링과 같은 여러 공정 및 생산 기술이 포함됩니다. 일반적으로 다음을 사용하여 제조됩니다.

• 밀링. 밀링은 빈 공작물에서 재료를 절단하는 빼기 프로세스입니다. 또한 방열판을 더 빠르게 생산할 수 있는 경제적인 방법이기도 합니다.
• 압출. 강철 다이를 통해 뜨거운 금속 빌렛을 강제로 만드는 과정입니다. 압출은 방열판을 만들 때 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 압출은 빠르고 효과적이며 따라서 더 경제적이라고 생각하기 때문입니다.
• 캐스팅. 주조는 용융 금속을 주형에 붓는 것을 포함하며 구리와 알루미늄 방열판을 만드는 또 다른 인기 있는 방법입니다. 이러한 방열판은 더 높은 수준의 복잡성을 가지며 향상된 기계적 특성을 제공합니다.
• 스카이빙. 스카핑이라고도 하는 스카이빙은 재료를 조각으로 자르는 과정입니다. Skiving은 일반적으로 플레이트 핀 및 플레어 핀 방열판을 생산할 때 사용되어 더 얇고 정밀한 핀 배치를 제공합니다.
• 3D 프린팅. 3D 인쇄 방열판은 전통적으로 생산된 방열판에 대한 실행 가능한 대안이 되었습니다. 그 주된 이유는 최근 구리 적층 제조의 발전으로 인해 방열판을 만들 때 3D 프린팅을 보다 저렴한 방법으로 만들 수 있기 때문입니다.

방열판 성능에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

여러 요인이 방열판의 성능과 특정 구성 요소(예:CPU 또는 GPU)의 열을 효과적으로 발산할 수 있는지 여부에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 변수는 다음과 같습니다.

• 방열판의 크기,
• 방열판 재료의 열전도율(알루미늄 대 구리),
• 모양, 부피 및 지느러미 배열,
• 기류 속도,
• 지느러미 사이의 덕트 크기.

성능은 또한 방열판 유형에 따라 달라질 수 있습니다. 능동 방열판은 더 효과적인 것으로 간주되므로 일반적으로 더 빠른 냉각이 필요한 장치에 사용됩니다.

주요 요약

이 가이드를 읽은 후 방열판의 중요성과 작동 방식에 대해 더 잘 이해할 수 있기를 바랍니다. 크기는 작을 수 있지만 전기 또는 기계 장치의 성능에 미치는 영향은 어마어마하여 과열을 방지하고 가능한 최고 수준의 성능을 보장합니다.