Heatsink는 어떻게 선정해야 하는가?

 

Heatsink를 장착한 chip의 열저항을 어떻게 계산할 수 있을까 ?

 

chip에 Heatsink를 바로 부착할 수 없다. chip의 표면과 Heatsink사이에 써멀 패드, 써멀 그리스를 부착해주어야 한다. 

 

따라서 Heat sink를 부착한 chip의 열저항을 계산할 때 필요한 것은

 

Heat sink의convection 열저항, 써멀패드의 conduction 열저항, chip conduction 열저항이다. 

 

Heatsink의 열저항

다음은 Heat sink 데이터 시트 중 Convection 열저항 성능을 나타낸 것이다. 크기가 클수록, 외부 바람의 속도가 클수록 Convection 열저항이 작은 것을 확인할 수 있다. 

 

Thermal pad의 Conduction 열저항

 

다음 종류의 Thermal pad를 이용한다고 가정하였다.

 

Chip의 Conduction, Convection 열저항

 

Chip의 열저항 규격을 볼 때, 먼저 볼 부분은 Conduction 열저항과 Convection 열저항이다. 

 

ex) FPGA Conduction, Convection 열저항

열저항(JA)가 Convection 열저항, 열저항(JC)가 Conduction 열저항 이다.

외부 온도가 30도이고,

Heat sink없이  FPGA가 10Watt를 소모하는 상황이다. 이 경우 FPGA 내부 온도는 몇도인가? 

Convection 열저항을 통해 계산할 수 있다. 

10(Watt) * 10.2(℃/Watt) = 102 도차이가 발생한다. 

외부 온도가 30도라면 Chip 내부 온도는 132도가 된다. 

Chip은 동작이 불가능하다. 따라서 따로 Heatsink를 붙여줘야 한다. 

 

ex) 프로세서 Conduction, Convection 열저항

앞서 언급된 FPGA의 열저항보다 프로세서의 열저항이 큰 것을 확인할 수 있다.

FPGA, 프로세서가 똑같은 전력을 소모하는 상황에서, 열을 똑같이 방출해야 한다면

프로세서에 장착하는 Heatsink의 크기가 더 커야 한다(열저항이 더 작은 Heatsink).

 

 

Chip에 아주 큰 금속 덩어리가 부착되어 있다면 Chip 내부 온도는 얼마일까 ?

 

Heat sink로 Chip의 열을 방출한다면, 어떤 Heatsink를 선정해야 하는가?

 

 

Heatsink 데이터 시트

위 데이터시트는 크기와 외부 공기 흐름에 따른 Heatsink의 열저항을 적은 것이다. 

 

외부의 공기 흐름이 없는 상황(natural convection)에서 열저항이 1.24에 가까운 것은

 25cm * 20cm * 3cm 크기의 Heatsink이다.

 

외부의 공기 흐름이 있는 상황(0.5 m/sec convection)에서 열저항이 1.24보다 작은 것은 모든 Heatsink가 해당한다.

그 중 크기가 14cm * 12cm * 1cm 인 Heat sink를 선택하면 된다.