방열판 설계 및 제조에 대한 간략한 검토

마지막 업데이트: 09/01;읽는 시간: 6분

방열판

방열판은 기계, 전기 및 전자 시스템에서 열을 제거하는 열역학적 장치입니다.다양한 장치 및 기계에서 해당 장치 또는 기계의 기능을 유지하려면 온도 범위를 특정 한도 내로 유지하는 것이 필수적입니다.여기서 방열판의 역할이 작용합니다.예를 들어, 여러 산업 분야에서 사용되는 노트북의 무거운 기계는 열을 발산해야 합니다.오늘날의 기술 세계에서 얼마나 널리 사용되고 있는지 생각해 보십시오.방열판은 열을 공기 또는 액체와 같은 조절된 매체로 전달하여 열을 분산시킨 다음 장치 및 전달 매체에서 방출합니다.

이 글은 간략하게방열판 작업, 설계 단계 및 제조 접근 방식.

방열판의 작동

열은 항상 고온에서 저온 매체로 흐른다는 푸리에 열 전달 법칙은 방열판이 어떻게 작동하는지에 대한 기초를 제공합니다.장치는 주변 공기나 액체보다 더 뜨거운 열을 생성하지만 전도, 대류 또는 경우에 따라 복사를 통해 더 차가운 접점으로 열을 전달합니다.

방열판 작동에 대한 명확한 그림을 보려면 아래 순서도를 살펴보겠습니다.

방열판 작동 순서도

·   패시브 방열판

패시브 방열판은 팬이나 주위의 물 순환과 같은 강제 대류 없이 흡수된 열을 주변 공기로 자연적으로 전달합니다.이들은 일반적으로 모양이 크고 외부 환경에 노출된 핀 배열을 포함합니다.

·   활성 방열판

능동 방열판은 추가 팬 또는 송풍기와 자연 접근 방식 이외의 열을 제거하도록 설정된 액체로 구성됩니다.이 추가 설정은 강제 대류 프로세스에 의한 열 분산 프로세스를 증가시킵니다.예를 들어, 팬이 작동하면 공기 속도가 증가하고 방열판에서 주변 환경으로 열을 빠르게 전달합니다.

열 저항 계산

방열판을 설계하는 동안 총 열 저항(R_hs)는 잠재적인 성능과 효율성을 이해하는 데 중요한 역할을 하므로 계산 방법을 살펴보겠습니다.

R_hs= (티_j-T_a/P) – (R_th-jc) – R_I

P= 총 발산 열

T_I= 0C에서 장치의 최대 접합 온도.

R_th-jc= 케이스 열 저항에 대한 접합부

T_a= 주변 공기 온도⁰C.

R_I= 인터페이스 재료의 저항

R_나= (t/L x W x K_I)

t = 인터페이스 재료의 두께

K_I=계면재의 열전도율

L = 열원 길이

W =열원의 폭

방열판 설계

설계에는 여러 단계가 있습니다.각각에 대해 간단히 살펴보겠습니다.

1.          재료 선택

열 전도성은 가열된 장치 구성 요소에서 싱크 및 환경으로 열을 빠르게 전달할 수 있기 때문에 방열판 재료의 필수 특성 중 하나입니다.

방열판을 만드는 데 사용되는 두 가지 기본 재료는 구리와 알루미늄 합금입니다.강도, 내식성, 내구성, 높은 열전도율 등 기계적 성질이 우수하기 때문입니다.그러나 다이아몬드(2,000W/m/k)는 가격이 꽤 비싸지만 고성능 및 정밀 전자 장치의 방열판으로 이상적인 소재가 될 수 있습니다.

전자 부품 외에도 리튬 이온 배터리는 방열이 필요합니다.이러한 상황에서 구리나 알루미늄은 방열판의 최적 재료가 아닐 수 있습니다.

열 관리를 위한 자동차 산업의 솔루션은 보다 멋진 전도성 탄소 섬유 소재입니다.

2.          핀 배열 및 공기 흐름

방열판 성능에 영향을 미치는 또 다른 요소는 냉각수 매체로, 이는 방열 속도에 상당한 영향을 미칩니다.따라서 방열판을 제작할 때 모양, 크기 및 핀 배열을 고려해야 하는 중요한 측면입니다.매개변수 최적화 기술을 사용하는 것은 명시된 제한 사항과 일치하고 설계 목표를 달성하기 위한 이상적인 매개변수 값을 찾는 최선의 선택입니다.

• 핀 사이의 공간을 개선하여 공기 흐름을 개선하고 열 저항을 줄입니다.

• 더 큰 표면적이 전도 및 대류 열 전달을 증가시켜 열 발산에 도움이 되므로 두께와 높이 증가를 고려하십시오.

• 더 작은 열 경계층을 만들고 공기 흐름 방향을 방열판과 이상적인 각도로 설계하여 핀 효율을 높였습니다.

• CAD로 핀 설계를 준비한 후 열 전달 시나리오를 시뮬레이션하여 효율성을 최적화할 수 있습니다.

3.          방열판 부착

싱크대가 장치의 발열체에 연결되는 방식도 작동 방식에 영향을 미칩니다.스탠드오프 스페이서, 판 스프링 클립, 에폭시 및 열 테이프 옵션 중에서 열 전달률을 최대화하는 최상의 연결 방법을 선택하십시오.

4.          열 인터페이스

방열판의 결함과 표면 거칠기는 열 접촉 면적과 계면 압력 감소로 인해 열 저항을 높이는 역할을 합니다.이 문제를 극복하기 위해서는 열 인터페이스 재료가 최선의 선택입니다.액상 폴리머, 왁스, 알루미늄, 흑연, 테이프 등을 방열판 표면과 기기의 발열체에 사용하여 열 저항을 낮춥니다.

5.          시뮬레이션

방열판의 성능을 가상으로 확인하려면 설계 시뮬레이션이 중요합니다.컴퓨터 시뮬레이션은 개선에 대한 아이디어를 제공하고 필요한 응용 프로그램에 적합한지 여부를 확인합니다.

방열판 제조 공정

방열판 설계를 열적으로 시뮬레이션한 후 이제 생산을 시작합니다.다양한 제조 공정을 자세히 살펴보겠습니다.

1.          CNC 가공

CNC 가공으로 제작된 방열판

CNC 가공복잡한 모양의 방열판 제조에 가장 적합한 접근 방식입니다.이 접근 방식은 설계자에게 많은 유연성을 제공합니다.CNC 기계로 필요한 핀을 절단하고 블록 바닥에서 구부리는 싱크를 만드는 데 전체 금속 블록이 사용됩니다.그러나 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 드는 방법입니다.

2.          압출

방열판을 생산하는 가장 일반적인 공정 중 하나는 다음과 같습니다.압출, 플레이트 핀을 만들기 위해 연성 재료의 뜨거운 빌릿을 고강도 강철 다이에 압착하는 작업이 포함됩니다.알루미늄 방열판과 관련된 대부분의 냉각 응용 분야에 사용됩니다.물론 알루미늄은 방열판 생산에 가장 널리 사용되는 소재입니다.

Extrusion으로 만든 방열판 

저렴하고 간단한 절차입니다.방열판은 다양한 작동 환경에서 사용할 수 있습니다.그러나 최대 압출 폭 제한으로 인해 핀이 넓은 방열판에는 사용할 수 없습니다.

3.          주조

Casting으로 제작된 방열판

에서주조방열판의,알류미늄, 구리 또는 아연이 일반적인 재료입니다.이 공정에서 선택한 재료의 잉곳을 먼저 녹이고 약간의 압력을 가하여 방열판의 다이에 주입합니다.주입된 액체 재료가 다이에서 응고된 후 방출되고 표면 결함을 제거하기 위해 최소한의 가공이 추가로 수행됩니다.높은 정확도로 복잡한 형상을 얻는 것이 가장 좋습니다.

4.          냉간 단조

냉간 단조로 만든 방열판

알루미늄 및 그 합금에 적합한 방열판을 위한 또 다른 고정밀 제조 방식입니다.그러나 구리와 청동에도 적용할 수 있습니다.냉간 단조는 극한의 압력을 이용하고 실온에서 금속 모양을 변형시켜 방열판을 위한 원형 및 타원형 핀을 만듭니다.또한 고밀도 핀을 생산하는 데 사용되어 고속 기류 조건에서 열 전달을 향상시킵니다.

5.          3D 프린팅

3D 프린팅 방열판

방열판을 생산하는 방법으로서 3D 프린팅의 발전은 기술 진보의 결과였습니다.파우더 베드 융합 및 직접 에너지 증착 기술은 방열판 인쇄에서 가장 널리 사용되는 두 가지 방법입니다.

6.          스탬핑

콜드 스탬핑으로 만든 방열판 

그만큼스탬핑방열핀 내부에 히트파이프를 시공해야 하는 경우에 사용합니다.그런 다음 금속 스트립을 누르면 핀이 생성됩니다.고속 스탬핑 기술을 사용하는 경우 대량 생산에 특히 효과적입니다.그럼에도 불구하고 가격이 높습니다.

결론

방열판은 기계, 전기 및 전자 장치에 필수적입니다.이 기사에서는 전자 장치에 중점을 둔 세부 설계 프로세스 및 제조에 대해 살펴보았습니다.방열판의 설계는 방열률에 큰 영향을 미치므로 각 설계 단계는 성능을 최적화하기 위해 따라야 합니다.또한 설계 후 열 시뮬레이션은 실제 작업 시나리오를 이해하고 설계를 개선하는 데 도움이 됩니다.

여기 ProleanHub에는 10년 이상의 경험과 고급 제조 장치를 갖춘 디자이너가 있습니다.우리는 최고 수준의 방열판 설계 및 제조 서비스를 제공합니다.또한 기계 엔지니어는 디자인을 시뮬레이션하여 기능과 성능을 향상시킵니다.마지막으로 당사의 품질 관리 부서는 각 제조 단계를 모니터링하므로 서비스 품질과 타협할 필요가 없습니다. 방열판 제조가 필요한 경우문의하기.

FAQ

방열판의 효율을 어떻게 향상시킬 수 있습니까?

내열성 감소, 핀 크기, 모양 및 배열 최적화, 핀 인터페이스 개선 등 여러 가지 방법으로 효율성을 높일 수 있습니다.

방열판에 가장 적합한 재료는 무엇입니까?

방열판에 가장 적합한 재료는 구리 및 알루미늄 합금입니다.다시 말하지만, 열 전달률은 방열판의 설계에 따라 달라집니다.

방열판은 어떻게 작동합니까?

방열판은 핀이 있는 구리 및 알루미늄과 같은 열전도율이 높은 재료로 만들어집니다.가열된 부품에 부착되어 열을 흡수합니다.그런 다음 흡수된 열은 전도, 대류 또는 복사를 통해 주변 환경에서 분산됩니다.

방열판의 설계 단계는 무엇입니까?

단계는 다음과 같습니다.

1. 재료 선택
2. 핀의 모양, 크기 및 배열 고정
3. 어태치먼트 고정(방열판 및 장치 부품)
4. 핀의 열 인터페이스
5. CAD 설계의 열 시뮬레이션

방열판에 대한 일반적인 제조 방식은 무엇입니까?

CNC 가공, 주조, 단조, 스탬핑 및 3D 프린팅이 일반적인 접근 방식입니다.