열: 구매자가 알아야 할 사항

열 관리는 전자 장치를 냉각하여 올바르게 작동하도록 하는 중요한 기능입니다. 구매 전문가의 경우 다양한 유형의 열 전도 제품과 작동 방식을 식별하고 리드 타임에 대한 고려 사항을 파악하면 최상의 솔루션을 소싱할 수 있습니다.

열 관리 솔루션 설계는 일반적으로 구매 전문가가 혼자 할 수 있는 일이 아닙니다. 표준 전자 부품을 소싱할 때와 다른 방식으로 접근해야 하므로 엔지니어가 참여해야 합니다.

다양한 유형의 열 전도 제품을 분류하는 한 가지 방식에는 능동 냉각과 수동 냉각이 있습니다. 능동 냉각에서는 전력을 사용하여 냉각합니다(예: 팬(AC 또는 DC) 또는 펠티에 장치). 전력이 필요하지 않은 냉각 기술에는 그리스, 퍼티, 열 패드 등이 있습니다.

그림 1: Copal의 F310R-05LLC 축류 5V_DC 팬은 능동 냉각에 사용될 수 있습니다. (이미지 출처: Nidec Copal Electronics)

공간

가장 중요하게 고려해야 하는 사항은 사용 가능한 공간입니다. 예를 들어 대형 인클로저가 탑재된 컴퓨터에는 충분한 팬 공간이 있습니다.

웨어러블, 휴대 전화와 같은 응용 제품의 경우 공간이 중요합니다. 대형 열 관리 솔루션은 효과적이지 않습니다. 대신 열 패드, 젤 또는 그리스를 활용해야 합니다. 이러한 유형의 솔루션을 사용하여 공간 제약 조건을 완화할 수 있습니다. 또한 열을 발생시키는 부품 및 모듈 유형(예: 무선 RF 모듈, 전원 공급 장치)에 유의해야 합니다.

열 방출

부품에서 생성되는 열은 응용 제품의 외부로 방출되어야 합니다. 열을 흡수하는 것으로는 충분하지 않으므로, 케이스, 다른 영역 또는 공기 중으로 전파되어야 합니다.

열 관리는 부품에서 열을 흡수하여 다른 위치로 방출하는 것입니다. 열을 제거하지 않고 부품에서 흡수한다면 성능이 저하되고 최악의 경우 부품이 손상될 수 있습니다.

공간을 사용할 수 있는 응용 분야에서는 방열판을 사용할 수 있습니다. 방열판은 부품에 배치되는 금속 또는 세라믹 싱크입니다. 방열판에는 부품의 열을 대기로 전송하는 핀 또는 리브가 있습니다. 방열판을 부품에 견고하게 고정해야 합니다. 부품의 표면은 매끄러워 보일 수도 있지만 실제로는 그렇지 않습니다. 방열판과 부품 사이의 표면을 유연한 패드, 젤 또는 그리스와 같은 중간재로 채워야 합니다. 일부 방열판은 중간 패드가 바닥에 부착된 상태로 제공됩니다.

그림 2: Chemtronics의 방열판 그리스는 열 전도 성능을 높이기 위해 냉각할 부품과 방열판 사이의 간격을 채우는 데 사용됩니다. (이미지 출처: Chemtronics)

타이밍

선택하는 솔루션에 못지않게 선택 시기도 중요합니다. 널리 사용되는 솔루션인 열 패드의 가장 중요한 두 가지 기술적 파라미터는 방출할 수 있는 열의 양과 방출 속도입니다. 이러한 파라미터는 설계 프로세스 이전 또는 도중에 계산되어야 합니다. 그런 다음 실제 응용 제품에서 엔지니어가 참여하여 테스트해야 합니다.

다음으로 고려할 주요 파라미터는 패드의 유연성입니다. 이제 응용 제품에서 패드를 사용할지 젤을 사용할지 여부를 고려해야 합니다. 젤은 그리스 또는 퍼티입니다. 그리스의 한 가지 문제점은 그리스를 칠한 부품을 재가공하거나 수리해야 하는 경우에 유지보수가 까다롭고 지저분해질 수 있습니다. 또한 그리스는 형태가 훼손되고 부품 표면에 고르게 분포되지 않으므로 장기적으로 볼 때 그렇게 신뢰할 수 없습니다. 반면에 그리스는 다른 솔루션보다 훨씬 저렴합니다.

패드는 대부분의 경우에 더 효과적이지만 부품의 형태에 맞게 절단해야 합니다. 원칙적으로 패드 솔루션을 사용하면 더 많은 비용이 들 수 있습니다. 구매 전문가는 이러한 모든 변수에 더하여 제조업체에서 패드를 절단하는 데 걸리는 시간과 품질을 고려해야 합니다.

리드 타임의 경우 대부분의 제조업체에서 5주 ~ 6주의 표준 시간 척도를 제시하지만 1주 ~ 2주의 프리컷 시간이 추가될 수 있습니다. 제조업체에 따라 사용되는 재료에 다양한 원자재를 조합하여 최대 12주까지 제시하는 제조업체도 있습니다. 따라서 외부적인 문제로 인해 리드 타임이 지연될 수 있습니다.

예를 들어 일본에서 몇 년 전에 발생한 지진으로 인해 많은 접착제 공장이 폐허가 되었습니다. 접착제는 패드의 핵심 부품이므로 리드 타임이 16주 이상으로 연장되었습니다. 코로나19로 인해 일부 공장이 문을 닫았지만, DigiKey는 보유 재고 덕분에 리드 타임이 영향을 받지 않고 유지되어 팬데믹의 영향을 최소화했습니다. 궁극적으로 리드 타임은 응용 분야와 가격 경쟁에 따라 달라집니다.

추적 가능성

열 관리의 경우 부품 추적 가능성도 중요한 고려 사항입니다. DigiKey는 믿을 수 있는 제품을 확보하기 위해 제조업체에서만 직접 구매합니다. 이렇게 하면 시제품과 관련하여 구매자에게 발생할 수 있는 잠재적인 문제를 빠르게 분리시켜 문제의 출처를 신속하게 파악할 수 있습니다.

추적 가능성이 열 관리에 중요한 또 다른 이유는 보관 수명 때문입니다. 특수 열 패드, 그리스 또는 퍼티를 사용할 경우 유통업체에서 보관 수명에 유의해야 합니다. 패드, 제조업체 및 화학 물질마다 보관 수명이 다르며, 1년, 5년 또는 무기한인 경우도 있습니다. 그럼에도 불구하고 소싱 전문가는 구매 프로세스 중에 보관 수명을 고려해야 합니다.

열 관리 솔루션을 소싱하는 것은 일반 전자 부품보다 더 복잡할 수 있지만, 엔지니어링 팀과 구매 팀이 협력할 수 있는 새로운 경로를 제공하여 실제로 해볼 만한 가치가 있습니다. DigiKey는 즉각적인 배송을 위해 65개 이상의 유수 제조업체가 제공하는 수천 가지 열 관리 부품을 재고로 보유하고 있습니다. DigiKey와 사내 엔지니어 팀은 열 관리 솔루션과 관련된 결정을 내리는 구매 전문가를 위해 24시간 연중무휴로 고객 지원을 제공하고 있습니다.