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Thermal

히트싱크 선택 계산기

장치 접합부를 최대 온도 이하로 유지하기 위해 필요한 히트싱크 열 저항 (θSA) 을 계산하십시오.이를 사용하여 적절한 히트싱크를 선택할 수 있습니다.

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공식

θSA=TJ(max)−TAPD−θJC−θCS\theta_{SA} = \frac{T_{J(max)} - T_A}{P_D} - \theta_{JC} - \theta_{CS}
θ_SA— 필요한 히트싱크 열 저항 (°C/W)
T_J(max)— 최대 접합 온도 (°C)
T_A— 주변 온도 (°C)
P_D— 전력 손실 (W)
θ_JC— 접합부-케이스 열 저항 (°C/W)
θ_CS— 케이스-히트싱크 열 저항 (°C/W)

작동 방식

히트싱크선택 계산기는 필요한 열 저항을 결정하고 전력 전자 신뢰성, LED 열 관리 및 CPU/GPU 냉각 설계에 필수적인 히트싱크크기 조정을 권장합니다.열 엔지니어, PCB 설계자 및 제품 엔지니어는 이를 사용하여 부품이 안전한 온도 제한 내에서 작동하도록 합니다.JEDEC JESD51-14 에 따르면 선택 프로세스에는 (1) 전력 손실 Pd를 계산하고, (2) Tj (최대), Ta (최대) 및 설계 마진에서 최대 허용 θJA 를 결정하고, (3) θJC 및 θCS 를 빼서 필요한 θSA 를 찾고, (4) θSA 요구 사항을 충족하는 히트싱크를 선택합니다.표준 히트싱크의 범위는 θSA = 20°C/W (소형 클립온, 15×15×10mm) 에서 θSA = 0.5°C/W (팬이 달린 대형 핀, 100×100×50mm) 입니다. θSA 의 10% 감소는 열 설계 지침에 따른 제조 변동과 노후화를 고려합니다.

계산 예제

TO-247 패키지에서 15W를 소비하는 MOSFET 드라이버의 경우 히트싱크을 선택하십시오.요구 사항: Tj (최대) = 150°C, Ta (최대) = 55°C, 대상 Tj = Tj (최대) - 25°C = 125°C의 신뢰성 마진.MOSFET 데이터시트에서 발췌: θJC = 0.4°C/W (TO-247AC).필요한 값 θJA: θJA(max) = (125°C - 55°C) /15W = 4.67°C/W입니다. 베르그퀴스트 실패드 2000 써멀 패드 사용 (θCS = 0.3°C/W) : θSA(max) = 4.67 - 0.4 - 0.3 = 3.97°C/W. 10% 경감 적용: θSA(design) = 3.97 × 0.9 = 3.57°C/W. 아비드 62700 (60mm 압출, θSA = 3.2°C/W) 을 선택하십시오.강제 통풍으로 확인: 팬이 2m/s의 공기 흐름을 제공하면 θSA 가 1.2°C/W로 떨어져서 동일한 Tj에서 40W가 손실되므로 과부하 조건에서 유용합니다.

실용적인 팁

  • ✓온라인 히트싱크 선택 도구 (Aavid, Wakefield-Vette) 사용 — 입력 전력, Tj (최대), Ta, 패키지 유형, 도구는 θSA 곡선과 호환되는 제품을 권장합니다.
  • ✓좁은 공간의 경우 히트 파이프나 증기 챔버를 고려하세요. 5mm 높이에서 θSA < 0.5°C/W를 달성하여 모바일 디바이스용 폼 팩터를 얇게 만들 수 있습니다.
  • ✓써멀 패드는 써멀 그리스에 비해 조립을 단순화하지만 2-3배 더 높습니다 θCS — 중요한 어플리케이션에는 접착선 두께를 제어한 디스펜싱 써멀 그리스를 사용하십시오.

흔한 실수

  • ✗주변 온도 변화 무시 — 50°C 산업 환경에서는 25°C 실험실 조건에 맞게 설계할 수 없습니다. 항상 제품 사양에서 최악의 경우 Ta를 사용하십시오.
  • ✗구성 요소별 열 저항 무시 — θJC 는 패키지 간에 10배 차이가 납니다 (TO-220:1°C/W vs. SOIC-8:40°C/W). 장치 데이터시트에서 확인
  • ✗경감 계수 적용 실패 — 게시됨 θSA 은 이상적인 장착 및 공기 흐름을 가정함, MIL-HDBK-251 기준 실제 마진에 대해 10-20% 의 경감 적용

자주 묻는 질문

열 저항 θ (°C/W 또는 K/W) 은 열 흐름에 대한 반대를 측정합니다. Tj = Ta + Pd × θJA. 낮음 θ 은 더 나은 냉각 효과를 의미합니다.접합부에서 주변 환경으로의 열 경로는 θJC (패키지, 0.4-40°C/W), θCS (인터페이스, 0.1-1°C/W) 및 θSA (히트싱크, 0.5-20°C/W) 로 구성됩니다.다음은 직렬로 추가됩니다. θJA = θJC + θCS + θSA.
Published θSA 는 최적의 장착 압력 (50-100 psi), 깨끗한 열 인터페이스, 지정된 공기 흐름 및 수직 방향을 가정합니다.실제 설치에는 나사 풀림 (+10% θSA), 먼지 축적 (+5-15%), 수평 장착 (자연 대류의 경우 +20-30%) 등 다양한 변형이 있습니다.10% 디레이팅은 최소 마진을 제공합니다. IPC-9592B 기준에 따라 열악한 환경에서는 20-30% 를 사용하십시오.
자연 대류로 필요한 θSA를 달성할 수 없을 때이며, 일반적으로 소자당 5~10W를 넘는 경우입니다. 핀형 히트싱크에서는 2~3 m/s의 강제 공랭으로 θSA가 3~5배 개선됩니다. 팬 선정: 인클로저 내 총 손실 5~10W당 1 CFM. 전력 밀도가 10W/cm²를 넘으면 액체 냉각이 공랭보다 10배 높은 성능을 냅니다. 비용 절충: 대형 히트싱크(5~20 USD) 대 팬(3~10 USD) + 소형 히트싱크.
자연 대류 알루미늄 돌출부의 사용 법칙: θSA ≈ 50 / √(area_cm²). 용 θSA = 5°C/W: 면적 = (50/5)² = 100 cm² = 10×10cm 설치 공간핀을 추가해 같은 설치 면적의 두 배 유효 면적을 늘리세요.강제 통풍을 사용하면 동일한 비용으로 3-5배 더 작은 히트싱크를 사용할 수 있습니다 θSA. 정확한 사이징을 위해서는 제조업체의 열 곡선 또는 CFD 시뮬레이션이 필요합니다.

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