방열판이란?
방열판(heat sink)은 냉각을 목적으로 기기에 장착하는 부품입니다. 주로 전자기기에 사용되며, 과도한 온도 상승을 방지한다. 방열판이라고도 합니다.
원리와 구조가 매우 간단하고 물리적 동작을 필요로 하지 않는다. 따라서 고장이 잘 나지 않는 장점이 있습니다.
방열판 사용 용도
방열판은 열을 발생시키는 전자 부품 등에 결합되어 사용됩니다. 대표적인 예가 컴퓨터의 CPU 냉각입니다.
CPU와 같은 전자부품은 내부에 반도체나 전도체를 사용합니다. 이들 부품은 작동 시 항상 발열이 발생하는데, 발열을 방치하면 전자제품 내부의 온도가 상승하여 주변 바니시를 녹이거나 반도체 부품을 소손시키기도 합니다. 방열판으로 이러한 발열 부품을 방열하면 과열로 인한 고장을 방지할 수 있게 됩니다.
일반적인 CPU는 방열판을 장착한 후 팬을 이용해 냉각을 합니다. 이를 세트로 묶어 CPU 쿨러라고 부릅니다.
방열판의 원리
방열판은 금속을 빗살 모양으로 배열한 구조로 되어 있습니다. 빗살 부분을 핀이라고 하는데, 빗살 모양으로 만들어 표면적을 넓혀 방열 성능을 높입니다. 방열판의 원리는 열역학 제2법칙입니다. 이는 열은 반드시 고온의 물질에서 저온의 물질로 흐른다는 아주 간단한 원리입니다.
따라서 방열판만으로 운영할 경우 대기온도 이하로 낮출 수 없습니다. 따라서 소형 전자부품이나 내열온도가 높은 기기에 사용합니다. 방열판과 함께 팬이나 펌프를 이용해 강제 순환을 시키면 냉각 효율을 높일 수 있습니다.
발열량이 많은 경우에는 펠티에 소자나 히트펌프 등 냉각 효율이 더 높은 장비를 사용합니다.
방열판의 기타 정보
1. 방열판의 성능
방열판의 성능은 주로 ‘열저항’으로 표시됩니다. 열저항은 온도가 잘 전달되지 않는 정도를 나타내는 값으로, ‘어떤 물체에 1와트의 열을 가했을 때 온도가 몇도 상승하는가’를 뜻합니다. 열 저항의 단위는”K/W”또는”℃/W”입니다.
열저항은 방열판의 표면적과 소재에 따라 달라지며, 값이 작을수록 성능이 높아집니다. 표면적을 넓히는 것이 가장 효율적으로 열 저항을 줄일 수 있기 때문에 방열판은 빗살 모양이나 사다리꼴 모양으로 설계됩니다.
방열판의 성능을 나타내는 또 다른 값은 압력 손실입니다. 압력 손실은 방열판을 통과하는 공기와 냉각수의 저항을 나타내며, 값이 낮을수록 고성능입니다.
2. 방열판 재료
방열판의 재료는 열전도율이 높은 금속을 사용합니다. 알루미늄 합금이나 황동, 청동과 같은 구리 소재 또는 은, 철과 같은 금속이 사용됩니다. 구리 소재는 열전도율이 좋지만 무게가 무겁고 가격이 비싸다. 따라서 방열판 소재로 사용되는 경우는 드물다고 할 수 있습니다.
반면 알루미늄은 가볍고 저렴합니다. 알루미늄은 자체 방열성도 높아 풍량이 적은 환경에서는 알루미늄이 구리보다 더 적합한 경우도 있습니다.
방열판 소재로는 주로 알루미늄이 사용됩니다. 알루미늄으로 필요한 사양을 충족하지 못하는 경우 다른 소재를 고려할 수 있습니다.