알루미늄의 Heat Sink(방열판) 디자인 방법은?
작성자 : pdcman 분류 : 디자인 | 절차 및 방법론 작성일 : 2018.02.27 11:30:36 조회 : 2713 키워드 : 알루미늄,디자인방법,방열판,HEATSINGK,제품디자인
(질문의배경)
LED조명을 디자인 하려고 하는데 LED의 특성상 열에 취양한 구조를 가지고 있다. 따라서 디자인 접근 시 방열을 위한 형상의 디자인이 필요한데 방열을 위한 기본적인 조건과 형태적으로 주의해야 할 사항은?
(요약)
방열은 기본적으로 대류, 전도, 복사의 요소를 가지고 있다. 따라서 전기.전자에서 방열에 신경을 쓰는 이유는 대부분의 전자부품들은 열에 취약하기 때문에 생성된 열을 의도적으로 외부로 방출시켜 주어야하기 때문이다. LED또한 열에 취약하기 때문에 엔지니어들은 방열구조에 신경을 쓸 수밖에 없다.
히트싱크 구조를 크게 만들어 열을 빼내면 되겠지만 양산단가의 상승과 열이 빠져나가는 상관관계에 있어서도 일정부분 환경의 변수가 있기 때문에 그닥 효과적이라고 볼 수는 없다. 따라서 노하우를 기반으로 3차원 방열 시뮬레이션을 통해 최적의 값을 찾아내는 것이 매우 중요하다.
<그림. 밀링을 이용한 히트싱크구조 가공>
(방열에 적용되는 소재 및 가공 방법)
방열에 적용되는 가장 좋은 재질은 은->동->알루미늄 순인데 은과 동은 가격이 비싸기 때문에 일반적으로 알루미늄 재질을 가장 선호하고 있다. 따라서, 알루미늄 재질을 기반으로 다이캐스팅 및 압출, 인발 공정을 통해 양산화 제품을 만들어 히트싱크로 사용되고 있다. 방열에 사용되는 구조에는 냉각팬, 아이스파이프, 수냉식, 공랭식 방법도 있으며, 두 가지를 같이 적용하여 좀 더 효율적인 방안으로 사용하는 제품도 있다.
<그림. 재질별 열 전도율>
(다이캐스팅과 압출의 장단점)
압출의 경우 금형비용이 적게 드는 반면에 디자인적인 형상의 제약이 있으며, 다이캐스팅의 경우 디자인이 자유로운 반면 압출금형보다 상당히 많은 비용이 추가된다. 압출의 경우 단위면적을 높이기 위해 면에 주름형상을 주어 방열 면적을 의도적으로 높이기도 한다.
Tip
회로기판의 경우 FR4를 일반적으로 사용하고 있으나 좀더 효율적인 방열을 위해 알루미늄 기판을 사용하여 회로부품을 직접 실장하여 사용하는 방법도 있다. 알루미늄PCB 공정은 먼저 절단된제품에 coverlay를 가접한 다음 부식을 하고 2차 가접을 하고난 다음 타발을 한다.
<참고자료·문헌>
- https://www.youtube.com/watch?v=lGxCWcqcoyw / How To Make A Heat Sink From Scratch 알루미늄 원재를 밀링장비를 이용하여 히트싱크를 제작하는 동영상
- https://www.youtube.com/watch?v=dQjZRXvvzD0 / LED heatsink making procedure 알루미눔 압출된 자재를 도금 및 후처리 과정을 보여주는 동영상
- https://www.youtube.com/watch?v=PWBV04JaPog / CNC Machining a Heat Sink! Part 1 Widget102 CNC머시닝센터를 이용한 히트싱크 가공 방법 동영상
<전문용어>
Heatsink, 아이스파이프, 수냉식, 공랭식, 다이캐스팅, 알루미늄PCB