방열판이란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

Jul 16, 2023

현대 전자 장치는 뜨겁습니다. 방열판이 우리가 사용할 수 있도록 시원하게 유지하는 방법은 다음과 같습니다.

과열은 장치에 문제가 됩니다. 그렇기 때문에 전자 장치나 유사한 열원의 온도를 제어하려면 열 제거가 필수적입니다.

방열판은 전자 장치에서 열 에너지를 환경으로 방출하고 장치를 냉각시키는 데 사용됩니다. 그렇다면 방열판이란 정확히 무엇이며 어떻게 작동합니까?

현대 시대에 우리는 전자 시스템과 장치에 둘러싸여 있습니다. 마이크로프로세서 칩부터 이동통신 시스템용 BTS(Base Transceiver Station)에 이르기까지 전자 제품이 작동하려면 전력이 필요합니다.

전력 중 일부는 장치를 작동하는 데 사용되지만 나머지는 대부분 열의 형태로 소산됩니다(장치의 효율성에 따라 다름).

그러나 장치의 소형화로 인해 전자 장치는 열을 축적할 수 없으며 이 열 에너지를 환경으로 방출해야 합니다. 이를 위해 방열판이 자주 사용됩니다.

방열판은 뜨거운 전자 장치에 적용되어 전도를 통해 열을 흡수한 다음 이 에너지를 대류 및 복사를 통해 주변 환경으로 방출하는 부품입니다. 방열판의 일반적인 구조는 다음과 같습니다.

전자 장치는 최소한의 인터페이스와 열 전도성 소재를 활용하여 발열원과 방열판을 연결하여 장치 내부에 열이 축적되지 않도록 설계됩니다. 방열판은 열 제거를 위해 장치에 낮은 열 저항 경로를 제공하는 방식으로 설계되었습니다.

방열판은 열전도성 재료, 가장 일반적으로 알루미늄(열전도율: 237W/m·K)으로 만들어집니다. 알루미늄은 은이나 금과 같은 다른 열 전도성 물질에 비해 가격이 저렴한 금속입니다.

상대적으로 작은 전자 케이스의 열은 전도를 통해 평평한 금속판에 흡수됩니다. 전자 장치의 외부 케이스와 방열판 사이에 열 페이스트를 바르면 전도가 촉진되는 경우가 많습니다. 이는 열 전도성이 높은 페이스트와의 적절한 물리적 접촉을 보장합니다.

상대적으로 작은 전자 케이스의 열은 전도를 통해 더 큰 방열판 표면으로 확산됩니다.

그러나 열원의 더 작은 표면적이 방열판의 더 큰 표면적과 물리적으로 접촉할 때 열 에너지는 열 저항 확산을 겪습니다. 그렇기 때문에 방열판 베이스 플레이트의 적절한 접촉 두께를 선택하여 확산 저항을 제어하는 ​​것이 중요합니다.

확산 저항이 최소화된 방열판은 열이 베이스 플레이트와 핀에 거의 고르게 분산되도록 합니다. 따라서 방열판의 표면적이 효율적으로 활용됩니다. 그러나 확산 저항을 계산하는 것은 이 문서의 범위를 벗어납니다.

방열판 베이스 플레이트의 반대편에는 열 대류를 위한 표면적을 늘리기 위해 많은 금속 핀이 사용됩니다. 대부분의 경우 열을 발산하기 위해 핀 사이를 자유롭게 흐르는 유체, 즉 공기의 능력을 방해할 수 있으므로 핀을 너무 가깝게 배치하지 마십시오.

방열판 베이스에서 열이 고르게 분산되면 핀이 제공하는 전체 표면적을 활용하여 자연 대류 또는 강제 공기 대류를 통해 주변 공기에 열을 방출합니다.

자연 대류는 외부 소스를 통해 압력을 가하지 않고 주변 공기가 유체의 자연 흐름을 사용하여 방열판 핀에서 열 에너지를 전달하는 프로세스입니다. 이 과정에서 유체 분자의 흐름이나 속도는 느립니다.

열 교환을 위한 강제 대류 방법에서는 송풍기나 팬을 사용하여 방열판 핀 표면을 통과하는 유체 흐름 속도를 높입니다. DC 또는 PWM 팬을 사용할 수 있습니다.

공기 흐름이 증가하면 방열판에서 더 많은 열이 빠져나가게 됩니다. 일반적으로 강제 대류는 제거하기 위해 많은 열량이 필요하거나 설계에서 더 작은 방열판이 필요한 경우에 사용됩니다.