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1장 Heat Sink의 시장 동향
2장 설계 변수 찾기
3장 Heat sink의 제원 결정
4장 Heat Sink의 설계변수 결정
5장 최적화
1.heat sink의 시장 동향
Ⅰ.히트싱크(heat sink) 종류 및 형상 제작유형별 히트싱크의 종류
압출형 히트싱크와 판형 히트싱크의 사진이다.판형 히트싱크의 경우 알루미늄 판재를 프레스로 기계 가공하여 여러 가지 형상으로 만들고, 압출 형은 알루미늄을 반용해 상태로 금형을 통해 압출시켜 만드는 제품이다.압출형 히트싱크의 경우에는 압출이라는 제작 과정 특성상 성형할 때 유동성을 좋게 하기 위하여 첨가물질을 알루미늄 용액 속에 넣기 때문에 열전도도가 판형에 낮다.보통 사용 용도에 따라 다양한 등급을 갖기 때문에 열전도도가 다양하지만 보통 압출 형에 비해 판형 히트싱크의 열전도도가 1.5~2배 정도 높다.
히트싱크의 열전달 경로가 반도체 소자와 히트싱크 내부로의 전도 열전달, 히트싱크 외부로의 대류 및 복사 열전달이 있는데 복사열전달은 방사율에 따라서 열전달 량이 달라진다.일반적으로 알루미늄 판재는 방사율이 0.1정도의 값을 가지게 되지만 표면을 산화 처리하는 정도에 따라 방사율을 0.55수준까지 향상시킬 수 있다.
압출형 히트싱크는 알루미늄 판을 모재위에 촘촘하게 심어서 접착하는 접착 형으로 가공비가 많이 들어 제작 단가가 향상된다는 단점이 있지만 강제대류 냉각 방식일 경우 방열 효율이 향상된다.이 외에도 히트싱크 핀을 원형 pin 타입으로 하거나 압출 형 히트싱크를 직각방향으로 일정 간격으로 잘라내어 사각 pin 타입으로 가공하는 경우도 있다.
히트싱크의 냉각방식은 크게 수랭식과 공랭식이 보편적이지만 수랭식 냉각장치는 공랭식의 1.5~2배에 달하는 냉각효과를 가지지만 냉각키트와 물 순환 펌프, 온도방열기, 냉각팬 등의 부가적인 장치들이 필요하여 cpu의 냉각에는 적합하지 못하다.반면 공랭식의 경우 자연대류 방식과 팬을 사용하는 강제대류 방식이 있는데 히트싱크에 부착되는 반도체 소자의 발열량이 큰 경우에는 자연대류 냉각방식만으로는 히트싱크 크기의 한계가 있기 때문에 팬을 사용한 강제대류 냉각 방식을 사용한다.대체로 사진처럼 fan을 사용하여 강제대류 냉각 방식을 사용하는 경우 2~3배의 냉각성능을 갖는다.
therefore 프로젝트에서 주어진 제한된 공간 내에서 가장 효과적인 냉각효과를 위한 cpu의 히트싱크 설계를 위하여 본 조에서는 표면처리를 한 판형 히트싱크에 fan을 장착하여 강제대류를 하는 heat sink를 설계하기로 결정 하였다.
②최근 cpu heat sink 형상
최근에는 두터운 구리 히트 파이프를 사용하여 cpu에서 발생한 열을 신속하게 구리 베이스에서 히트파이프로 전달, 해소하는 열전도 시스템을 갖추고 히트싱크 설치 공간에 최적화되도록 팬의 방향과 위치를 설계하며 열전도성에 영향을 주지 않으면서 구리 재질로 된 표면의 부식을 방지하기 위하여 베이스와 모든 히트파이프는 매우 정밀한 니켈 코팅을 표면에 입히는 전기 도금 처리를 하고 있다.히트 싱크의 넓은 표면적과 핀 디자인은 쿨링 성능을 향상 시켜준다.
2.설계 변수 찾기
Ⅰ.설계 변수의 선정 매트랩 분석
1) h(대류열전달계수)값의 변화
h 값을 2부터 100까지 변화 시켜 rtot의 값은 max37.64 min1.085이다.
편차 xxxx. xx
xx. xxxx
xx. xx
2)tf(핀의 두께)의 변화
tf(핀의 두께)를 0부터 0.0375까지 변화시켜 rtot는 max1.916 min1.788 이다.
편차1.xxxx.xx.xxxxxx.xx.xx
3) n(핀의 개수)의 변화
n(핀의 개수)를 0부터 30까지 변화시켜 얻은 rtot는 max14.51 min0.8407 이다.
편차 14.xxx-xxx.840713.6693
4) wf(핀의 폭)의 변화
wf(핀의 폭)을 0부터 0.0375까지 변화시켜 얻은 rtot는 max14.51 mun1.178
편차14.xxx-xxx.17813.332
5) k(열전도율)의 변화
k(열전도율)을 50부터 400까지 변화 시켜 rtot는 max1.831 min1.535 (이하 생략)
