방열판은 전자 기기 냉각에 사용되는 가장 기본적인 부품 중 하나입니다. 열원이 자체 전도를 통해 효과적으로 열을 발산하지 못하고 보다 효율적인 냉각이 필요할 때, 방열판은 열원에서 열을 전달하여 최적화된 전도 및 대류를 통해 열을 방출하는 데 사용됩니다.

방열판은 전력 전자 장치, 통신 장비, 서버, LED 조명, 자동차 전자 장치 및 산업 장치에 널리 사용됩니다.

방열판의 기본 구조

일반적인 방열판은 주로 두 부분으로 구성됩니다.

• 베이스

• ~까지

베이스는 일반적으로 열원과 직접 접촉하는 평평한 표면입니다. 베이스의 기능은 열점에서 열을 전달하여 핀 전체에 고르게 분산시키는 것입니다.

방열판의 전체 표면적을 증가시키기 위해 방열핀이 설계되었습니다. 방열핀은 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 일반적으로 열 방출을 극대화하기 위해 바닥면에서 수직으로 배치됩니다.

방열판의 주요 설계 목표는 표면적을 최대화하여 주변 공기로 더 많은 열을 전달하는 것입니다.

방열재

극히 일부 예외를 제외하고, 방열판은 열전도율이 높은 금속, 가장 흔하게는 알루미늄이나 구리로 만들어집니다.

알류미늄

알루미늄은 방열판에 가장 널리 사용되는 소재입니다.

• 열전도율: 235 W/mk

• 경량

• 비용 효율적인

• 제조하기 쉬움

이러한 특성 덕분에 알루미늄은 경량화되고 경제적인 방열판 솔루션에 이상적입니다.

구리

구리는 방열판에 널리 사용되는 또 다른 소재입니다.

• 열전도율: 약 400 W/mk

• 더 높은 열 전달 능력

구리는 무겁고 비싸지만 고성능 열 응용 분야에 자주 필요합니다.

자연 대류 vs 강제 대류

방열판은 일반적으로 공기 흐름 조건에 따라 두 가지 범주로 분류됩니다.

자연 대류(수동 냉각)

수동식 방열판은 열을 제거하기 위해 오로지 자연적인 공기 흐름에만 의존합니다.

이 제품들은 다음과 같은 목적으로 설계되었습니다:

• 표면적을 최대화합니다

• 공기가 자연스럽게 순환하도록 하십시오

• 추가적인 능동 부품 없이 작동합니다.

수동형 방열판은 저전력 전자 기기에 흔히 사용됩니다.

강제 대류(능동 냉각)

능동형 방열판은 팬이나 송풍기를 사용하여 방열핀 사이로 공기를 불어넣습니다.

이러한 강제적인 공기 흐름은 난류를 발생시켜 열 전달 효율과 냉각 성능을 크게 향상시킵니다.

능동 냉각 솔루션은 다음과 같은 분야에서 널리 사용됩니다.

• 서버

• 전력 전자 장치

• 고성능 컴퓨팅 시스템

일반적인 방열판 유형

방열판 생산에는 여러 가지 제조 기술이 사용되며, 각 기술은 서로 다른 열 요구 사항 및 용도에 적합합니다.

1. 스탬핑 방식의 방열판(보드 레벨)

스탬핑 방열판은 판금을 사용하여 단계적인 스탬핑 공정을 통해 생산됩니다. 각 스탬핑 단계에서 금속이 금형을 통과하면서 특징과 세부 사항이 추가됩니다.

이러한 방열판은 일반적으로 특정 전자 패키지 유형에 맞게 설계되어 인쇄 회로 기판(PCB)에 최적으로 장착되도록 합니다.

이 제품들은 수동 모드로 작동하거나, 전체적인 공기 흐름을 증가시키기 위해 팬을 포함할 수 있습니다.

장점

• 저전력 애플리케이션(0~5W)에 이상적입니다.

• 빠르고 간단한 조립

• 낮은 제조 비용

• 대량 생산에 적합한 확장성

• 다양한 패키지 유형에서 사용 가능합니다.

단점

• 5W 이상의 용도에는 적합하지 않습니다.

• 크기 제한(일반적으로 50mm 미만)

• 단일 기기만 냉각하도록 설계되었습니다.

2. 압출 알루미늄 방열판

압출 성형은 가장 널리 사용되고 비용 효율적인 방열판 제조 방법 중 하나입니다.

압출 성형 방열판은 용도에 따라 크기가 다양합니다. 소형 방열판은 보드 레벨 냉각에 사용되는 반면, 대형 방열판은 중전력 열 관리용으로 설계되었습니다.

핀의 형상과 간격에 따라 수동 냉각과 능동 냉각 모두에 최적화할 수 있습니다.

보드 레벨 압출형 방열판은 일반적으로 다음과 같은 부품에 사용됩니다.

• 비가

• FPGA

압출 공정은 핀 구조, 간격 및 베이스 치수를 정의하는 프로파일 다이로 시작됩니다. 가열된 알루미늄이 다이를 통과하여 긴 프로파일을 만들고, 이 프로파일은 나중에 원하는 길이로 절단되어 추가 가공됩니다.

장점

• 중전력 애플리케이션에 적합합니다.

• 비용 효율적인 생산

• 대량 생산에 매우 적합한 확장성

• 간편한 맞춤 설정

• 열 저항이 낮은 일체형 구조

단점

• 초고출력 용도에는 적합하지 않습니다.

• 크기 제한 (가로 약 23인치, 세로 약 47인치)

• 대형 프로파일은 마감 처리에 제약이 있을 수 있습니다.

3. 스키드 핀 방열판

스키빙은 금속 덩어리에서 직접 핀을 만드는 기계 가공 공정입니다. 얇은 층을 밑면에서 잘라내어 위쪽으로 접어 올려 핀을 만듭니다.

핀과 베이스가 동일한 재질로 만들어져 이음새나 접합면이 없으므로 열 저항이 줄어듭니다.

이 공정은 또한 매우 얇은 핀과 높은 핀 밀도를 가능하게 하여 전체 표면적을 크게 증가시킵니다.

압출 방식과 달리 스키빙 방식은 별도의 툴링이 필요하지 않아 툴링 비용을 절감하고 시제품 제작 속도를 높일 수 있습니다.

장점

• 높은 냉각 효율

• 얇은 지느러미와 높은 지느러미 밀도

• 공구 비용 절감

• 구리 방열판에 경제적입니다

단점

• 초고출력 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.

• 크기 제한

• 지느러미가 가늘면 더 쉽게 부서질 수 있습니다.

• 대량 생산에는 적합하지 않음

4. 접합 핀 및 브레이징 핀 방열판

접합형 핀 방열판은 크게 두 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다.

• 베이스 (압출 또는 기계 가공)

• 열전도성 접착제, 에폭시 또는 브레이징을 사용하여 개별 핀을 부착합니다.

지느러미는 일반적으로 얇은 판금을 찍어내는 방식으로 제작되는 반면, 받침대는 압출, 주조 또는 기계 가공으로 제작될 수 있습니다.

히트 파이프나 증기 챔버와 같은 추가적인 열 기술을 베이스에 통합하여 성능을 향상시킬 수도 있습니다.

접합형 핀 방열판은 설계 유연성을 높여주며, 더 작은 공간에 더 높은 핀 밀도를 구현할 수 있게 해줍니다.

장점

• 공간 제약이 있는 환경에 적합한 컴팩트한 디자인

• 높은 열 성능

• 강제 대류에 적합

• 좁은 핀 간격

• 높은 핀 종횡비

• 유연한 설계 통합

• 공구 비용 절감

단점

• 진동이 심한 환경에는 적합하지 않습니다.

• 요구되는 열 저항이 0.01°C/w 미만인 경우에는 적합하지 않습니다.

5. 지퍼형 핀 방열판

지퍼형 핀은 개별적으로 찍어낸 판금 핀들을 접어서 서로 맞물리게 하여 만듭니다.

이 지느러미들은 다음 두 가지 방식으로 배열될 수 있습니다:

• 공기 흐름을 조절하기 위한 폐쇄형 채널

• 다방향 공기 흐름을 위한 개방형 구성

핀 스택은 일반적으로 납땜, 브레이징 또는 에폭시 접착을 통해 방열판 베이스 또는 히트 파이프에 부착됩니다.

이 설계는 통합 열 솔루션을 위한 탁월한 기계적 안정성과 높은 유연성을 제공합니다.

장점

• 높은 열 성능

• 강제 공기 흐름 용도에 이상적입니다.

• 유연한 설계 통합

• 공구 비용 절감

• 경량

• 열파이프 효율을 향상시킬 수 있습니다.

• 향상된 기계적 안정성

단점

• 극도로 낮은 열 저항 요구 사항에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

6. 접이식 핀 방열판

접이식 지느러미는 얇은 금속판을 복잡한 모양으로 구부려 표면적을 증가시켜 만듭니다.

이러한 핀들은 일반적으로 베이스에 접착되거나 브레이징되어 최종 방열판 어셈블리를 형성합니다. 접이식 핀 기술은 액체 냉각판 솔루션에도 사용할 수 있습니다.

장점

• 표면적 증가

• 높은 핀 효율

• 다양한 재료와 호환 가능

• 경량 구조

단점

• 핀 사이로 공기 흐름이 직접 유도될 때 최상의 성능을 발휘합니다.

• 경우에 따라 생산 비용이 더 높아질 수 있습니다.

7. 다이캐스트 방열판

다이캐스팅 방열판은 용융 금속을 맞춤형 금형에 주입하여 일체형 구조로 생산됩니다.

이 제조 방식은 대량 생산에 이상적이며 다른 공정으로는 구현하기 어려운 복잡한 형상을 만들 수 있습니다.

주조 후 최종 제품을 얻기 위해서는 최소한의 가공 및 후처리만 필요합니다.

장점

• 대량 생산에 이상적입니다

• 복잡한 형태에 적합함

• 열 저항이 낮거나 거의 0에 가까움

단점

• 초기 공구 및 금형 비용이 높음