알루미늄 방열판 히트싱크 heat sink

Heat sink

방열판(防熱板)

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열(heat)이 모이는(sink) 부품. 방열판(防熱板)이라고도 한다. 기계에서 발생하는 작동열을 모아, 상대적으로 온도가 낮은 매질(공기, 물, 기름 등)으로 방출하는 부품이며 열교환기의 일종이다.

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히트싱크는 열의 전도와 복사에 특화된 재질과 구조를 갖고 있어, 열을 발생시키는 시스템으로부터 열을 빼앗아 주변으로 방출하는 냉각 장치다.

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대부분의 히트싱크는 주변의 대기(공기) 중으로 열을 방출하거나(공랭식) 히트싱크를 통과하는 액체(물, 기름 등)에 열을 방출한다(수랭식, 유랭식). 그러나 우주선이나 인공위성 등 진공의 우주공간에서 사용되는 히트싱크는 주변의 진공으로 열을 방출한다.

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라디에이터와 히트싱크의 차이는 그 안에 열교환용 유체가 흐르고 있느냐이다. 즉 라디에이터는 열의 전도, 복사외에도 대류를 통해 열을 제거한다는 점이 히트싱크와 다르다. 안에 냉각수 등의 열교환 유체가 흐르는 능동식 열교환기는 라디에이터, 그렇지 않고 그냥 한 덩어리인 수동식(passive) 열교환기는 히트싱크다.

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오늘날에는 “라디에이터는 기계에, 히트싱크는 전자기기에”라는 인식이 퍼져있을 정도로 히트싱크는 전자기기에 많이 탑재된다. 개인용 컴퓨터에서 열이 많이 발생하는 부품(cpu, gpu등)에는 거의 반드시 히트싱크가 부착되어 부품에서 발생하는 열을 효과적으로 제거한다. 히트싱크에 팬을 부착해 히트싱크에서 발생하는 열을 강제로 배기하는 공냉식 히트싱크도 많이 이용된다.

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히트싱크의 재질로는 알루미늄 합금이 가장 널리 이용된다. 가볍고 열전도율이 뛰어나기 때문이다(대개 150~200 Wm•K). 구리는 열전도율이 더 좋지만(99% 구리일 경우 약 400 Wm•K), 알루미늄보다 훨씬 무겁고(밀도가 약 3배) 재료비도 비싸서 많이 사용되지는 않는다. 때로는 열 발생 부품과 직접 접촉하는 부분은 구리로 만들고, 이를 둘러싼 방열핀/방열판 부분은 알루미늄 합금으로 만들기도 한다.

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히트싱크는 효과적인 방열을 위해 표면적을 극대화한 디자인으로 만들어지며, 이를 위해 방열핀(fin)을 많이 갖고 있다. 라디에이터 역시 표면적이 넓도록 만들어지지만, 안에 유체가 흘러야 하므로 최소한의 두께는 있어야 하는 데 비해 히트싱크는 안에 유체가 흐르지 않으므로 핀을 얇게 만드는 것이 일반적이다.

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열 발생이 심하지 않은 기계의 경우 방열핀이 하나도 없는 평평한 히트싱크가 사용되기도 한다. 스마트폰이나 디지털카메라 같은 소형 전자기기의 경우 열을 발하는 부품을 히트 파이프 같은 열전도체로 케이싱에 부착시켜 본체 외부로 열을 방출하도록 만들기도 한다. 이런 전자기기를 사용하다 보면 제품 외부가 뜨거워 지기도 하는데, 이는 제품의 표면이 히트싱크 역할을 하기 때문이다.

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