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14살꿈많던아이
전자기기 내부 히트싱크는 어떤 원리로 열을 효과적으로 방출하나요?
CPU나 전력반도체에 붙이는 히트싱크가 발열을 관리한다고 배우는데, 이 금속 구조물이 어떻게 효과적으로 열을 흡수하고 방출하는지 궁금합니다.
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
히트싱크가 하는 일은 열이 칩에서 공기까지 가는 길을 넓고 짧게 만들어주는 거예요. 칩 표면은 손톱만 한 크기인데 거기서 수십~수백 W의 열이 나오니, 이 좁은 면적만으로는 공기에 열을 넘겨줄 수가 없어요.
첫 단계는 전도예요. 히트싱크 바닥은 열전도율이 높은 구리(약 400W/m·K)나 알루미늄(약 200W/m·K)으로 만들어서 칩의 열을 빠르게 빨아들이고 넓게 퍼뜨려요. 그런데 칩과 히트싱크 표면은 매끈해 보여도 미세하게 울퉁불퉁해서 그 틈에 공기가 갇혀요. 공기의 열전도율은 0.026 정도로 금속의 만분의 일 수준이라, 이 틈을 서멀 그리스로 메워야 열이 제대로 넘어가요.
두 번째 단계는 대류예요. 금속으로 퍼진 열은 표면에 닿는 공기로 넘어가는데, 넘어가는 열의 양은 표면적과 온도 차에 비례해요. 얇은 핀을 촘촘히 세우는 건 같은 부피 안에서 표면적을 수십 배로 늘리려는 설계예요. 팬을 달아 공기를 계속 흘려주면 데워진 공기가 바로 빠지고 차가운 공기가 들어와서 방열량이 몇 배로 늘어나요. 핀 사이에 먼지가 끼면 공기 흐름이 막혀서 온도가 올라가는 것도 이 이유예요.
CPU 쿨러에 들어가는 히트파이프는 관 속 액체가 뜨거운 쪽에서 증발하고 먼 쪽 핀에서 응축하며 열을 실어 날라요. 같은 굵기의 구리 막대보다 열을 수십 배 이상 빨리 옮길 수 있어서, 칩의 열을 넓은 핀 전체로 고르게 보낼 수 있어요 :)
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채택된 답변안녕하세요.
히트싱크는 열을 없애는 것보다 열을 넓은 면적으로 빠르게 퍼뜨리는 역할을 해요.
CPU에서 나온 열을 구리나 알루미늄으로 전달한 다음 여러 개의 판으로 넓게 퍼뜨려 공기중으로 방출하게 되죠. 핀을 많이 만드는 이유도 공기와 닿는 면적을 크게 만들기 위해서고, 팬을 사용하면 뜨거운 공기를 계속 밀어내면서 냉각 효과가 더 커지게 돼요.
그래서 히트싱크는 열전도율이 높은 재료와 넓은 표면적이 핵심이에요. 열을 한곳에 가둬두지 않고 넓게 펼쳐서 공기나 냉각수로 넘겨주는 장치라고 생각하시면 이해가 쉬우실 것 같아요.
감사합니다.
안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
히트싱크는 열전도율이 높아 금속으로 칩의 열을 빠르게 흡수가 넓게 퍼뜨린 뒤 얇은핀으로 표면적을
극대화해 공기 중으로 방출하고 여기에 팬이나 히트파이프를 더하면 방열 성능이 향상되게합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
히트싱크는 열전도율이 뛰어난 구리나 알루미늄 금속을 발열체에 직접 밀착시켜 발생한 열을 빠르게 흡수한 뒤 금속 전체로 열을 분산 시킵니다. 이후 전달된 열은 얇은 금속 핀이 여러 겹 겹쳐진 구조를 통해 공기와 닿는 단면적을 극대화함으로써 열방출 성능을 극적으로 높입니다. 여기에 표면과 접촉하는 공기가 데워지면서 생기는 자연 대류 현상이나 팬을 이용한 강제 대류를 더해 뜨거운 공기를 외부로 빠르게 배출합니다. 추가로 고성능 제품은 내부의 액체가 증발 및 응축하며 열을 옮기는 히트파이프를 내장하여 흡수 및 전달 속도를 배가시킵니다 결과적으로 히트싱크는 빠른 열 단면적을 통한 대류 방출이라는 물리적 메커니즘을 연계하여 칩셋의 온도를 안전하게 유지합니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
히트싱크는 전도와 대류로 열의 밖으로 퍼뜨리죠. 그리고 열 전달이 빠른 알루미늄이나 구리를 씁니다. 부품 표면에 뜨거운 열을 금속 몸통이 썩 흡수하는 구조입니다. 그 열이 얇은 핀 여러 개로 전달이 되고 핀 덕분에 공기와 닿는 면적이 크게 늘어나는 거죠. 지나가는 공기가 이 열이 싣고 바깥으로 날려 보내는 구조이고, 좁은 열을 넓게 넓혀서 시키는 원리입니다.
현장에서는 칩과 히트싱크 사이에 밀착 상태부터 확인합니다. 둘 사이에 눈에 보이지 않는 미세한 틈이 생길 수가 있는데, 이 틈에 들어간 공기가 열을 막아 버리죠. 그래서 서머 구리스나 서머 패드를 꼭 발라줘야 합니다. 공기 구멍을 메워야 열이 막힘없이 넘어갈 수 있기 때문이죠. 핀 사이에 먼지가 쌓여도 공기가 못 통하니까 열이 갇히게 됩니다. 그러니 주기적으로 먼지를 털어서 깨끗이 해주면 되겠습니다.