배터리셀 사이에 방열핀을 삽입하고 방열핀의 끝단을 외부 히트싱크와 연결
히트싱크(Heat Sink)는 전자 장치 또는 기계 장치에 의해 발생된 열을 장치로부터 멀리 떨어져 있는 공기 또는 액체 냉각수로 전달하여 장치의 온도를 조절할 수 있는 수동형 열 교환기이다.
전기차 배터리 냉각 시스템에서 배터리셀 사이에 방열핀을 삽입하고 방열핀의 끝단을 외부 히트싱크에 연결시켜 배터리를 간접 수냉식으로 냉각시킨다. 전자 시스템에서 히트싱크는 주변 매체로 열을 방출하여 장치를 냉각시키는 수동 열 교환기이다. 컴퓨터에서 방열판은 중앙 처리 장치 또는 그래픽 프로세서를 냉각시키는 데 사용된다. 히트싱크는 레이저 및 발광 다이오드와 같은 파워 트랜지스터 및 옵토 일렉트로닉스와 같은 고전력 반도체 장치에 사용되며, 기본 장치의 열 방출 능력은 온도를 조절하기에 충분하지 않다. 방열판은 공기와 같은 냉각 매체를 감싸는 냉각 매체와 접촉하여 표면적을 최대화하도록 설계되었다. 공기 속도, 재료 선택, 돌출 디자인 및 표면 처리는 히트싱크의 성능에 영향을 미치는 요소이다. 히트싱크 부착 방법 및 열 인터페이스 재료 또한 집적 회로의 다이 온도에 영향을 미친다. 열 접착제 또는 열 그리스는 방열판과 장치 사이의 에어 갭을 채워서 방열판 성능을 향상시킨다.
히트싱크의 재질로는 알루미늄 합금이 가장 널리 이용된다. 가볍고 열전도율이 뛰어나기 때문이다(대개 150~200 Wm•K). 구리는 열전도율이 더 좋지만(99% 구리일 경우 약 400 Wm•K), 알루미늄보다 훨씬 무겁고(밀도가 약 3배) 재료비도 비싸서 많이 사용되지는 않는다. 때로는 열 발생 부품과 직접 접촉하는 부분은 구리로 만들고, 이를 둘러싼 방열핀/방열판 부분은 알루미늄 합금으로 만들기도 한다.
히트싱크는 효과적인 방열을 위해 표면적을 극대화한 디자인으로 만들어지며, 이를 위해 방열핀(fin)을 많이 갖고 있다. 래디에이터 역시 표면적이 넓도록 만들어지지만, 안에 유체가 흘러야 하므로 최소한의 두께는 있어야 하는 데 비해 히트싱크는 안에 유체가 흐르지 않으므로 핀을 아주 얇게 만드는 것이 일반적이다.
열 발생이 심하지 않은 기계의 경우 방열핀이 하나도 없는 히트싱크가 사용되기도 한다. 스마트폰이나 디지털 카메라같은 소형 전자기기의 경우 열을 발하는 부품을 구리 케이블 같은 열전도체로 케이싱에 부착시켜 본체 외부로 열을 방출하도록 만들기도 한다. 이런 전자기기를 사용하다 보면 손이 뜨거워질 정도로 제품 외부가 가열되기도 하는데, 이는 제품의 외각이 히트싱크 역할을 하기 때문이다.
수냉식 히트싱크
수냉식 히트싱크는 고출력,고전류의 전자부품이나 소자에서 열을 흡수하여 발산하는데 전문 사용하는 히트싱크 종류의 하나이다. 사이즈가 다른 소자에 따라 크기와 외형을 설계하며 정밀CNC작업, 교반마찰용접작업, 내외 아노다이징처리작업을 경과해 만들어진 고성능 히트싱크로서 흐름저항과 열저항이 뛰여나고 내부식성이 강한 등 장점을 지니고 있다. 수냉 히트싱크는 열량을 짧은 시간 내에 발산하여 신속히 온도를 내려가게 함으로서 전자제품의 사용 수명을 현저하게 높일 수 있다.
특징
- 작은 용량 큰 방열효과
- 모든 IGBT묘둘에 적용
- 전자설비 내의 일치한 온도를 유지
전자기술의 발전과 더불어 전자 부품도 고속, 고주파, 모듈화로 발전하고 있다. 이러한 고출력 모듈의 광범위한 응용은 전자부품으로 하여금 발열량이 지속적으로 높아지고 있다. 통계에 따르면 전자설비운행중 65%이상이 과열로 인한 것으로 나타났다. 이로 하여 전자기재의 냉각은 전자제품개발, 연구중에서 아주 중요한 비중을 차지하고 있으며 방열효율이 전자제품의 원가를 줄이고 성능을 발휘하는데 있어 아주 중요한 요소로 존재하고 있다.
원리
기술면에서 볼때 수냉 히트싱크의 공작원리는 간단하다. 펌프를 사용해 물탱크의 물을 히트싱크의 수조에서 순환함으로서 열량을 발산하게 하는 것이다. 수냉식 히트싱크는 공냉(풍냉)히트싱크에 비해 냉각효율이 훨씬 높을 뿐만 아니라 소음 또한 많이 줄일 수 있다. 물 자체 또한 비열용(比热容)이 높고 값이 싼 등 우월성으로 여러 분야 전자기재의 방열영역에 광범하게 응용되고 있다.
응용
- 전력 : 풍력발전 태양에너지광푸 수력발전
- 교통 : 고속열차, 전기자동차, 지하철
- 전통공업 : 고중주파감응가열전원 용접기전원교류주파
- 첨단기술 : 우주항공 레이저 통신/LED
- IGBT모듈 사이리스터 발전 변전소 모선 등[1]
각주
참고자료
같이 보기
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