방열 성능을 향상시킬 수 있는 냉각 기술과 그 작동 원리

이제 모두가 관심을 갖는 궁극적인 문제인 방열에 대해 살펴보겠습니다.

열 지느러미

방열판은 수동 열 전달 장치입니다. IC 패키지에서 주변 환경으로 열을 전달할 때 열 저항은 열 대류 및 열 복사로 인해 패키지에서 환경으로의 병렬 열 저항보다 훨씬 작습니다.

그림 1은 열 인터페이스 재료(TIM)가 패키지 상단에 연결된 N핀 방열판(N은 Fin의 수)의 열 저항 모델을 보여줍니다. 패키지와 방열판 사이의 접촉을 개선하려면 TIM이 필요하므로 방열판의 유효 열 저항에는 TIM의 열 저항이 포함되어야 합니다.

방열판의 등가 저항은 TIM의 저항에 방열판 바닥의 저항을 더한 값과 거의 같으며 방열판의 저항을 숫자 N으로 나눈 값입니다. 방열판의 면적이 더 클 수 있기 때문에 패키지의 상단 표면적보다 열 대류 및 방열 저항은 패키지 상단 표면의 열 대류 및 방열 저항보다 작을 수 있습니다. 또한 저항을 방열판(Fin)의 개수로 나누면 N배의 개선 효과를 얻을 수 있다. 그러나 주어진 방열판 기판 영역에 대해 Fin의 증가가 일정량보다 높으면 결국 각 Fin의 열 저항이 증가하게 됩니다. 열전달 계수. . 그리고 이러한 열 저항은 방열판의 유효 열 저항을 직접적으로 증가시키기 때문에 방열판의 전반적인 성능을 향상시키기 위해서는 방열판과 TIM에 높은 열전도율 재료를 선택하는 것이 매우 중요합니다.

방열판

전자 시스템을 냉각하는 또 다른 기술은 열 비아와 방열판을 사용하여 IC에서 PCB 후면으로 더 많은 열을 분산시키는 것입니다. IC 아래에 배치된 방열 구멍은 PCB의 열 저항을 크게 줄이고 PCB 바닥에 배치된 방열판으로 열을 안내하는 데 도움이 됩니다. 라디에이터는 열전도율이 높은 재료(예: 흑연)로 만들어졌으며 방열을 개선하기 위해 더 큰 표면적을 가지고 있습니다.

팬

패시브 방열판 또는 라디에이터가 열을 제거하기에 충분하지 않은 경우 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 프로젝터 등과 같은 소비자 전자 시스템에서도 전자 팬을 사용하여 열을 발산할 수 있습니다. 팬은 전기 모터를 사용하며 열을 제거하기 위해 시스템 주위의 공기 흐름을 능동적으로 이동하기 위해 전기가 필요합니다. 이로 인해 오디오 잡음이 발생할 수 있으므로 팬을 선택할 때 잡음 및 안정성 문제를 고려해야 합니다. 오늘날 많은 팬이 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 사용하여 속도를 제어할 수 있으므로 시스템 온도에 따라 팬 속도를 동적으로 조정하도록 열 관리 시스템을 설계할 수 있습니다.

히트 파이프

히트 파이프는 열전도 및 상변화의 원리를 사용하여 고체 구성요소 간에 열을 전달하는 열전달 장치입니다. 라디에이터 파이프의 상 변화는 일반적으로 액체가 증발 말단에서 끓는점에 도달하고 기화되어 가스로 파이프로 퍼지는 과정을 말합니다. 냉각단에 도달한 후 응축 및 열을 방출하고 액체는 모세관 작용에 의해 증발단으로 다시 흐릅니다. 증발단에서 응축단으로 열을 전달하는 움직임에서 이 과정이 계속 반복됩니다. 히트 파이프는 컴퓨터, 태블릿 및 스마트폰과 같은 소비자 전자 시스템에도 널리 사용됩니다.

동적 조절

마지막으로, 전기 엔지니어로서 우리는 실제로 다양한 전력 조절 기술을 사용하여 시스템의 전력 소비를 제어할 수 있지만 이는 일반적으로 시스템 성능을 저하시킵니다. 우리의 목표는 고객이 가능한 한 성능을 평가하면서 최고의 사용자 경험을 얻을 수 있도록 하는 것입니다. 많은 전자 시스템은 이제 PCB 전체에 열 센서를 사용하여 온보드 프로세서가 시스템의 온도를 모니터링하고 온도가 상승할 때 동적 조절 결정을 내릴 수 있습니다. 전기 엔지니어로서 우리는 시스템의 다양한 전력 곡선을 자연스럽게 이해합니다. 시스템 온도가 다른 온도 임계값에 도달할 때 팬을 켜고, 기능을 줄이거나, 시스템의 다른 부분을 비활성화하거나, 클록 속도를 제한하여 기대치를 달성할 수 있습니다.