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보이드 방열판 제작 가이드: 방열판을 선택하는 빠르고 쉬운 가이드

개요

수십 년 동안 Boyd는 세계 최대의 방열판 및 열 관리 기술 포트폴리오를 구축했습니다. 우리는 당신이 올바른 방열판 솔루션을 찾을 수 있도록 우리의 방열판 참조 가이드를 개발하기 위해이 경험과 지식을 활용했습니다. 이 문서에서는 가장 인기 있는 패시브 방열판 유형, 통합, 사용자 지정 및 응용 프로그램에 적합한 제작 및 핀 유형을 선택하는 방법을 다룹니다. 올바른 방열판을 선택하는 것은 최적화된 냉각에 필수적이며, 정확한 가격대에서 더 컴팩트한 형상의 높은 성능이 필요합니다. 우리의 빠른 참조 가이드는 방열판을 구축하고 선택하는 데 어디서부터 시작할지 결정하는 데 도움이 될 것입니다.

히트싱크 기본 사항

방열판은 냉각 전자 장치의 가장 기본적인 구성 요소 중 하나입니다. 자체 전도 냉각을 통해 제대로 냉각할 수 없고 열 분산기보다 더 효율적인 냉각이 필요한 열원의 경우, 열판이 소스에서 열을 멀리 이동시키고 보다 최적화된 전도 또는 대류를 통해 방출되어야 합니다.

히트 싱크는 주로 받침대와 핀으로 구성됩니다. 베이스는 일반적으로 열원과 접촉하고 핫 스폿에서 핀으로 열을 퍼뜨리는 평면 표면입니다. 핀은 열을 분산시키기 위해 종종 기지에 수직으로 실행되는 여러 형상으로 절단하거나 구성 할 수 있습니다. 목표는 방열판의 표면적을 최적화하여 가장 많은 열을 전달하고 발산 할 수 있도록하는 것입니다.

드문 경우를 제외하고, 히트 싱크는 열 전도성 금속으로 만들어지며, 가장 일반적인 것은 알루미늄입니다. 알루미늄은 미터당 켈빈 당 235와트의 열전도율을 가지며 가볍고 저렴하므로 더 가볍고 비용 효율적인 방열판에 이상적입니다. 구리도 인기있는 선택입니다. 구리는 더 비싸고 무겁지만 400W/mK의 높은 열전도율로 인해 고성능 응용 분야에 필요할 수 있습니다.

마지막으로, 엔지니어들은 종종 히트 싱크를 "자연적인"대류 또는 "강제적인"대류로 분류합니다. 자연 대류(수동) 방열판은 활성 구성 요소를 추가하지 않고도 표면적을 최대화하고 열을 전도합니다. 강제 대류(활성) 방열판은 팬 및 송풍기와 같은 구성 요소를 활용하여 핀을 가로질러 더 차가운 공기를 강제로 통과시켜 난기류를 만들고 방열판의 냉각 성능을 향상시키도록 설계되었습니다.

매우 유사한 구조 일지라도 대류 유형 사이의 지느러미 밀도와 길이에는 차이가 있습니다.
기본 열 분산기는 열을 거의 방출하지 않는 소규모 응용 제품에 사용되며 방열판은 필요하지 않습니다. 자연 대류 방열판. 열은 바닥과 지느러미를 가로 질러 퍼집니다.
힘 대류 방열판은 충돌 팬을 활용하여 지느러미를 가로 질러 공기를 강제로 통과시키고 난기류를 만듭니다.
스탬핑 열 흡수원

히트 싱크 제작

스탬프 보드 레벨

보드 레벨 방열판은 스탬프 또는 압출 할 수 있습니다. 스탬프 히트 싱크는 프로그레시브 펀칭 공정을 거친 판금으로 만들어지며 펀칭 다이를 통과하는 각 금속 스탬프와 함께 세부 사항과 기능이 추가됩니다.

스탬프가 찍힌 방열판 형상은 PCB에서 최적화된 착용감과 기능을 보장하기 위해 특정 전자 패키지 유형에 맞게 설계되었습니다. 이러한 방열판은 일반적으로 전체 보드 또는 시스템에서 공기 흐름을 증가시키는 데 사용되는 팬의 추가에 따라 수동 또는 능동적일 수 있습니다.

장점
  • 저전력 응용 제품에 적합(0-5W)
  • 빠르고 쉬운 조립을 위한 옵션
  • 저렴한 비용
  • 확장 가능한 대용량
  • 모든 패키지 유형에 대한 카탈로그 옵션
트레이드 오프 및 제한 사항
  • 5W 이상의 응용 제품에는 적합하지 않습니다.
  • 크기 제한, 50mm 이하
  • 하나의 장치에서만 사용할 수 있으며 여러 열원을 냉각하는 데 사용할 수 없습니다.
스스로에게 물어볼 질문
  • 어떤 패키지 또는 장치를 냉각하고 있습니까?
  • 장치가 작동하는 데 필요한 최대 주변 온도는 얼마입니까?
  • 장치가 얼마나 많은 전력을 소비합니까?
  • 최대 장치 케이스 온도는 얼마입니까?
  • 방열판에 얼마나 많은 공간이 있습니까?
  • 계획된 부품 장착 방법, 구멍, 접착 패드, 클립은 무엇입니까?
  • 팬이 있고 어디에 배치됩니까?

압출 알루미늄

압출 알루미늄은 가장 인기 있고 비용 효율적인 제조 중 하나입니다. 압출 방열판의 크기는 응용 제품에 따라 다양하며, 보드 레벨의 경우 더 작거나 중간 전력 응용 제품의 경우 더 큽니다. 지느러미 모양과 피치를 기반으로 수동 또는 능동 냉각을 위해 설계 할 수 있습니다. 보드 레벨 압출 방열판은 BGA 및 FPGA와 같은 패키지에 일반적입니다.

올바른 압출 방열판을 선택하는 것은 주로 필요한 프로파일을 기반으로 합니다. 압출 히트 싱크는 핀 밀도, 피치 및 길이뿐만 아니라 기본 높이 및 너비를 결정하는 프로파일 다이를 생성하여 만들어집니다. 연화 알루미늄은 다이를 통해 밀려 다이와 동일한 프로파일과 크기를 가진 원시 막대로 알려진 긴 막대를 만듭니다. 그런 다음 막대를 더 작고 표준 모양의 막대 / 사각형 또는 사용자 정의 길이로 자릅니다. 이들은 맞춤형 방열판을 만들기 위해 추가로 가공되고 완성됩니다. 이 프로세스는 빠르고 비용 효율적이며 확장 가능합니다. 그래서 많은 사람들이 솔루션을 찾을 때 압출 히트 싱크를 먼저 고려합니다.

장점
  • 저전력 및 중전력 응용 제품에 적합
  • 빠르고 비용 효율적인
  • 확장 가능한 대용량
  • 간단한 사용자 지정
  • 제한된 열 저항을 위한 일체형 구조
트레이드 오프 및 제한 사항
  • 고전력 응용 제품에는 적합하지 않습니다.
  • 크기 제한, 치수는 약 23" W, 47" L보다 클 수 없습니다.
  • 더 큰 크기에 대한 마감 제한 사항
스스로에게 물어볼 질문
  • 자연 대류 또는 강제 대류를 사용하고 있습니까?
  • 머시닝이 필요하십니까?
  • 장치가 작동 할 최대 주변 온도는 얼마입니까?
  • 장치가 얼마나 많은 전력을 소비합니까?
  • 최대 장치 케이스 온도는 얼마입니까?
  • 장치 크기와 열원 설치 면적은 얼마입니까?
  • 방열판에 얼마나 많은 공간이 있습니까?
알루미늄 압출 프로파일
Max Clip 히트 싱크
스키브 핀 방열판

찢 긴

스키빙은 층이베이스 상단에서 부분적으로 슬라이스되는 단일 금속 조각으로 구성된 제작입니다. 이 층들은 받침대에 수직이되도록 다시 접히고 지느러미를 만들기 위해 일정한 간격으로 과정이 반복됩니다. 일체형 구조는 핀과 베이스 사이에 조인트나 재료가 없기 때문에 열 저항을 감소시킵니다. 이 공정은 또한 높은 핀 밀도와 얇은 핀 형상을 가능하게하여 더 많은 방열판 표면적과 열 전달을 증가시킵니다.

압출 히트 싱크와 달리 스키드 핀 방열판은 툴링 및 여러 단계에 의존하지 않습니다. 대신 하나의 절삭 공구를 사용하여 공구 비용을 낮추고 설계 유연성을 높이며 더 빠른 프로토 타이핑을 가능하게합니다.

장점
  • 고효율 냉각 및 더 나은 성능
  • Thin Fin & High Fin Density Capabilities
  • 공구 가공 비용 절감
  • 경제적인 구리 제조
트레이드 오프 및 제한 사항
  • 고전력 응용 제품에는 적합하지 않습니다.
  • 크기 제한, 치수 참조
  • 얇은 핀은 더 깨지기 쉬울 수 있습니다.
  • 대량에 도움이되지 않습니다.
스스로에게 물어볼 질문
  • 자연 대류 또는 강제 대류를 사용하고 있습니까?
  • 어떻게 장착할 계획입니까? (가장 일반적인 푸시 핀)
  • 장치가 작동 할 최대 주변 온도는 얼마입니까?
  • 장치가 얼마나 많은 전력을 소비합니까?
  • 최대 장치 케이스 온도는 얼마입니까?
  • 방열판에 얼마나 많은 공간이 있습니까?
  • 신속하게 확장할 계획입니까?

Bonded Fin (& Brazed)

접합 핀 방열판은 열 전도성 본딩제, 일반적으로 에폭시 또는 납땜과 함께 부착되는 홈 또는 슬롯 및 핀이있는 압출 또는 가공 된 베이스로 구성된 두 조각 어셈블리입니다. 구조적 무결성을 높이고 열 성능을 향상시키기 위해 이러한 구조는 때로는 열 및 기계적 결합을 강화하기 위해 브레이징됩니다.

핀은 일반적으로 코일 스톡에서 펀칭되거나 얇은 플레이트 스톡에서 절단되는 반면, 베이스는 종종 압출, 다이 캐스트 또는 가공됩니다. 베이스는 또한 더 높은 성능을 위해 내장된 히트 파이프 또는 증기 챔버와 같은 추가적인 열 통합을 포함할 수 있다. 더 많은 수의 더 긴 핀과 추가적인 커스터마이징을 가능하게 함으로써, 본딩 히트싱크는 더 작은 실장 면적에서 더 많은 표면적과 함께 더 높은 성능을 제공합니다.

장점
  • 공간이 제한된 응용 제품을 위한 더 작은 실장 면적
  • 높은 열 성능
  • 강제 대류에 적합, 공기 흐름 길이 제한 없음
  • 타이트한 핀 피치
  • 높은 핀 종횡비
  • 쉽게 통합되고 높은 설계 유연성
  • 툴링 비용 절감
트레이드 오프 및 제한 사항
  • 높은 진동 또는 충격이 있는 응용 분야에는 적합하지 않습니다.
  • 열 저항이 0.01°C/W 미만이어야 하는 경우에는 사용할 수 없습니다.
스스로에게 물어볼 질문
  • 얼마나 많은 전력을 소산해야합니까?
  • 열원의 풋프린트와 위치는 무엇입니까?
  • 주변 온도와 최대 방열판 온도는 얼마입니까? (또는 필요한 열 저항)
  • 기하학적 또는 중량 제약, 전체 치수는 무엇입니까?
  • 팬이 필요하십니까?
  • 당신의 재료 선호도는 무엇입니까?
  • 목표 비용은 얼마입니까?
보세 핀 방열판
보세 핀 방열판
지퍼 핀 히트 싱크 어셈블리

지퍼 핀

지퍼 핀 스택은 연동 기능을 사용하여 접히고 함께 압축되는 일련의 개별 스탬프 판금 핀으로 만들어집니다. 핀 길이와 간격은 스탬핑 다이에 따라 다릅니다. 핀을 닫아 지느러미 덕트를 만들거나 응용 분야 요구 사항에 따라 다방향 공기 흐름을 위해 열린 상태로 둘 수 있습니다. 핀 스택은 일반적으로 전체 열 조립을 위해 방열판 베이스 또는 히트 파이프에 납땜, 브레이징 또는 에폭시화됩니다. 상단과 하단에 핀을 결합하면 내구성이 뛰어난 방열판을 위해 기계적 안정성이 향상됩니다.

지퍼 핀 스택은 높은 수준의 설계 유연성을 제공하여 히트 파이프 및 증기 챔버를 내장형으로 운반하고 팬과 대형 시스템에 이르기까지 다양한 기술을 갖춘 고도로 통합된 솔루션에 사용할 수 있습니다.

장점
  • 높은 열 성능
  • 강제 대류에 이상적
  • 쉽게 통합되고 높은 설계 유연성
  • 툴링 비용 절감
  • 더 가벼운 무게
  • 히트 파이프 효율을 높이는 데 사용할 수 있습니다.
  • 향상된 기계적 무결성
트레이드 오프 및 제한 사항
  • 낮은 열 저항 요구 사항에 대한 일부 제한 사항
스스로에게 물어볼 질문
  • 강제 대류를 이용하고 있습니까?
  • 얼마나 많은 전력을 소산해야합니까?
  • 열원의 풋프린트와 위치는 무엇입니까? 수직 공간이 있습니까?
  • 주변 온도와 최대 방열판 온도는 얼마입니까? (또는 필요한 열 저항)
  • 기하학적 또는 중량 제약, 전체 치수는 무엇입니까?
  • 히트 파이프를 고려하고 있습니까?

폴드 핀

접힌 핀은 접이식 공정을 통해 금속 시트를 넣어 표면적이 증가한 다양한 형상을 만들어 구성됩니다. 이러한 핀은 액체 냉판을 포함한 다양한 기술 내에서 사용될 수 있지만; 그들은 히트 싱크를 만들기 위해베이스에 가장 자주 접착되거나 브레이징됩니다.

장점
  • 표면적 및 핀 효율성 향상
  • 높은 열유속 밀도
  • 더 많은 재료 옵션
  • 경량
트레이드 오프 및 제한 사항
  • 공기가 방열판에 직접 덕트될 때 가장 좋습니다.
  • 더 높은 비용이 발생할 가능성
접힌 핀 방열판
다이 캐스트 히트 싱크

다이 캐스팅 히트 싱크

다이 캐스트 히트 싱크는 단일 피스 구조입니다. 이들은 주로 무게에 민감하거나, 우수한 화장품 표면 품질을 요구하거나, 매우 복잡한 형상을 가진 응용 분야를 위해 대량으로 제조됩니다. 이 솔루션은 열 전도성 합금을 거의 그물 모양의 맞춤형 금형에 부어 만든 다음 최종 제품을 위해 가볍게 가공되고 완성됩니다.

장점
  • 고용량, 고성능 응용 제품에 적합
  • 복잡한 형상에 적합
  • 낮은 열 저항 ~ 무
트레이드 오프 및 제한 사항
  • 높은 초기 일회성 툴링 비용

추가 구성요소

히트 싱크는 다른 열 기술과 쉽게 통합되어 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 방열판과 함께 사용되는 가장 인기있는 기술은 열 인터페이스 재료, 팬 및 송풍기와 같은 공기 이동기, 히트 파이프 및 증기 챔버입니다. 이러한 다양한 솔루션은 열 저항을 감소시키고, 열 확산 및 기본 냉각 성능을 개선하고, 핀 효율을 높이고, 방열판 구성을 완벽하게 최적화할 수 있습니다.

방열 계면 물질(TIM)

열 인터페이스 재료(TIM)는 갭 충전 패드에서 열 그리스 및 필름에 이르기까지 다양합니다. 열 인터페이스 재료는 열 저항을 감소시키고 열 확산을 증가시키기 위해 방열판과 열원 사이에 적용되는 전도성 재료입니다. 방열판 받침대가 아무리 매끄럽더라도 열원에 직접 놓으면 장치와 방열판 사이에 작은 공기 틈새가있어 열 전달을 방해합니다. 이 재료는 열 전달을 개선하기 위해 공기 주머니를 채 웁니다.

열 재료 유형

열전달 그리스
  • 가장 일반적으로 사용되는 TIM
  • 낮은 인터페이스 저항
  • 평평한 표면에 가장 적합
  • 제조업체에서 상영(예: 인쇄 상영)
갭 필러
  • 엘라스토머 시트, 실리콘 또는 실리콘 프리
  • 다양한 두께
  • 하나의 방열판에서 높이가 다양한 여러 장치에 사용할 수 있습니다.
  • 공차 스택 업 수용
  • 전기적으로 절연 가능
Adhesives & Epoxies
  • 경화되고 경화되는 높은 열전도도 화합물
  • 기계적 결합을 생성하고 인터페이스 저항을 감소시킬 수 있습니다.
  • 열 테이프
  • 롤 형태로 제공되거나 제조업체에서 직접 적용
상 변화
  • 특정 온도 (일반적으로 50-65 ° C)에서 녹는 왁스와 같은 물질
  • 매우 낮은 인터페이스 저항을 갖는 매우 얇은 결합
  • 그리스 또는 에폭시보다 깨끗함
  • 스프링 장착력 필요
영화 및 패드
  • 열을 전도하는 얇은 재료
  • 일반적으로 유연성
  • 전기 절연에 최적
  • 흑연 예외: 유연하지 않고 전기적으로 격리되며 재사용이 불가능하지만 최상의 열 확산을 제공합니다.
하드웨어
  • 열 전도성 세라믹, 일반적으로 산화 알루미늄
  • 전기 절연

팬 및 송풍기

팬은 열 성능을 향상시키는 가장 간단하고 비용 효율적인 방법입니다. 팬 또는 송풍기를 추가하면 동일한 설치 공간 내에서 공기 흐름과 냉각을 증가시킬 수 있습니다. 팬은 다양한 속도, 전압 및 기능 유형으로 사용자 정의 할 수 있으며 수동 솔루션이 핵심 요구 사항이 아닌 대부분의 응용 분야에서 고려해야 할 첫 번째 옵션입니다. 팬 트레이는 비용 효율적이고 고성능 냉각을 위해 고전력 응용 제품에 사용됩니다.

송풍기는 또한 크기와 사용법이 다양하며 국부적이고 방향성이 높은 냉각으로 매우 얇게 설계 할 수 있으므로 가전 제품의 핫 스폿 냉각에 이상적입니다. 또는 송풍기는 Boyd의 듀얼 인레트 블로어와 같은 더 큰 프로파일로 제공되며, 엔터프라이즈 컴퓨팅 시설 및 랙 냉각과 같은 응용 제품을 위해 낮은 음향으로 고성능 냉각을 위해 설계되었습니다.

스스로에게 물어볼 질문
  • CFM에 얼마나 많은 공기 흐름이 필요합니까?
  • 필요한 DC 전압, 5V, 12V, 24V, 48V (AC 전압의 경우 제한된 가용성)
  • 크기 제약 조건은 무엇입니까? (높이, 길이, 너비)?
  • 컨트롤을 위한 추가 와이어 옵션이 필요합니까?
  • 소음 제약이 있습니까? 그렇다면 어떤 데시벨?
  • 일반적으로 압력 강하로 측정되는 시스템 레벨 압력 요구 사항이 있습니까?
  • 팬은 어떤 환경 조건에서 작동합니까? (예: 실외, 먼지 또는 비 노출)
팬 방열판 어셈블리
더블 폭 더블 인렛 블로어
열 확산 히트 파이프 어셈블리
수송 히트 파이프 어셈블리

히트 파이프 & 증기 챔버

히트 파이프와 증기 챔버는 수동 두 상 냉각 기술입니다. 히트 파이프는 심지, 가장 자주 소결 된 구리를 특징으로하며, 중공 파이프의 내부에 추가되며, 일반적으로 구리도 있습니다. 매우 소량의 물이나 유체가 히트 파이프 내부에 배치되고 진공 밀봉됩니다.

열원이 히트 파이프와 접촉하면 유체가 증발하여 열원에서 멀어집니다. 열은 열원에서 발산 지점으로 전달되고 액체는 히트 파이프에서 응축되어 열을 방출합니다. 이것은 고체 금속에 비해 훨씬 빠른 열 전달 및 분산을 가능하게합니다.

증기 챔버는 유사하게 제조되지만 열 확산을 개선하기 위해 평면 형상을 가지고 있습니다. 통합 방열판 어셈블리에 활용될 때, 증기 챔버는 베이스에 내장되어 전체 방열판 풋프린트에서 열 전달을 최적화합니다. 증기 챔버는 다양한 장치 유형 및 스카이 라인에 이상적입니다.

히트 파이프는 전체 핀 높이를보다 잘 활용하기 위해베이스를 핀 스택의 다른 지점에 연결하여 히트 싱크 핀 효율을 향상시키는 데 사용할 수 있습니다. 그러나, 이들은 증기 챔버와 유사한 확산을 위해 히트 싱크 내에서 가장 자주 사용됩니다. 히트 파이프는 최적의 설계로 장착 및 여러 열원을 수용하도록 배치 할 수 있습니다.

다음은 무엇입니까?

히트 싱크는 계속해서 열 관리 시스템의 필수적인 부분이 될 것이며 대부분의 엔지니어가 깨닫는 것보다 더 많은 히트 싱크 제조 및 설계 가능성이 있습니다. 히트 싱크 기본 사항은 상당히 표준이지만 오늘날 옵션과 사용자 정의 수는 수십 년 동안 사용 된 전통적인 방열판을 훨씬 뛰어 넘습니다. 많은 사람들이 올바른 사용자 정의 옵션으로 최적의 제조 방법을 활용함으로써 시간, 비용, 공간 및 무게를 절약하는 동시에 냉각 및 장치 성능을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 깨닫지 못합니다.

Boyd Corporation은 수십 년 동안 방열판을 설계했습니다. 최초의 개인 및 기업 전자 장치가 도입 된 이래로 우리가 알고있는 인터넷이 출현하기 훨씬 전에. 히트 싱크 기술은 그 기간 동안 새로운 구조, 기술 및 제조 기능으로 크게 발전했습니다. 이러한 추세는 열 관리 요구가 진화함에 따라 계속 될 것입니다. 새로운 재료, 고성능 구조물 및 혁신적인 기술 통합은 열 솔루션이 발전함에 따라 시장에 진입하고 있습니다.

Boyd Corporation의 수십 년간의 혁신 전문 지식, 경험, 자원 및 여러 기능을 간소화 된 제품에 통합하기위한 고유 한 접근 방식은 회사를 열 혁신의 최전선에 계속 유지하고 지속적으로 개선 된 제조 방법론을 유지할 것입니다. 구형 모델 방열판을 개선하거나 개조할 준비가 되었거나 다음 세대를 위한 새로운 과제를 해결하고자 하는 경우 Boyd Corporation에 연락하여 방열판 구조, 사용자 정의 및 더 나은 최적화된 냉각을 위한 기타 가능성에 대해 자세히 알아보십시오.

질문이 있으십니까? 저희가 도와드리겠습니다!