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2021.05.26 열 설계

열 설계에 대한 상호 이해

전자기기의 반도체 부품 열 설계


지난 편
에서는 기술 트렌드의 변화에 따라 열 설계가 변해야 하는 필요성에 대해 설명했습니다. 이번에는, 최근의 열 설계는 기기 설계에 관련된 모든 기술 부문의 상호 이해가 바탕이 되지 않으면 성립되지 않는다는 내용에 대해 설명하겠습니다. 구체적인 열 설계 해설에 앞서 서론이 길어지는 이유는, 최근의 열 설계 과제는 열 설계의 기술적인 면뿐만 아니라, 열 설계를 둘러싼 환경이나 체제에도 크게 관련되므로 이러한 상황에 대한 이해가 필요하기 때문입니다.

열 설계에 대한 상호 이해

제품 개발을 위해서는 전자 회로 설계, 실장 기판 (PCB) 설계, 메커니즘 설계, 소프트웨어 설계가 관련됩니다. 지금까지는 각각의 전임 설계자나 담당 부서가 이를 분담하여 실시했습니다. 예를 들면 전자 회로 설계자는 제품 사양을 만족하는 부품을 선정하여 회로를 설계하고, 소프트웨어 설계자는 하드웨어를 동작시키기 위한 소프트웨어를 개발했습니다. 그리고, 실장 기판 설계자는 적절한 부품 배치 및 레이아웃, 기판 사이즈 등을 고려하여 기판을 설계하고, 메커니즘 설계자는 하우징이나 구조를 설계했습니다.

이러한 상황에서 최근 요구되는 열 설계를 실시하는 경우, 각 설계자가 자신의 담당 설계 시 열 설계를 반영하고, 이를 타 설계 부문과 공유하여 하나로 취합해 나가지 않으면 열 설계가 최적화된 제품을 창출하기는 어려울 것입니다.

예를 들어, 기기의 트렌드인 소형화, 정음화, 그리고 비용 절감에 대응하기 위한 Fanless 사양을 검토하는 경우를 생각해 보겠습니다. Fan이 있다면 통상적으로 하우징 내부의 냉각에 관련된 담당은 메커니즘 설계자라고 생각하기 쉽지만, Fanless화가 된다면 어떤 부문의 설계자가 냉각 대처를 해야 할지 판단이 어려울 것입니다. 하기 그림은 이러한 경우 각각의 설계자가 열 설계로서 실시할 항목을 예시로 나타낸 것입니다.

그림과 같이, 각각 자신의 범주에서 발열을 줄이거나 방열을 늘리는 방법을 취하고, 각각의 대책이 연관되어 Fanless화를 달성하는 것임을 알 수 있습니다. 이는 상호 커뮤니케이션이 활발하지 않으면 추진할 수 없는 부분이 많고, 상호 이해가 바탕이 되지 않으면 의도한 결과가 얻어질 수 없을 것입니다. 또한, 반대로 자신의 범주만으로는 알 수 없었던 부분에 대해 알게 됨에 따라 더욱 효과적인 해결책을 찾아낼 수 있는 가능성이 넓어집니다.

상호 이해를 통해 열 설계를 최적화함으로써 가능해지는 것

설계 품질이라는 말이 있습니다. 단적으로 말하자면, 설계대로 프로토타입을 제작하고, 평가 결과 문제가 발생하지 않아 단기간에 양산에 돌입한 후, 시장에서도 문제가 발생하지 않는 고품질 설계를 뜻합니다. 이는 열 설계에 국한되지 않으며, 각 부문의 설계자 모두가 원하는 것입니다. 그만큼 설계 품질을 향상시키는 것은 중요하며, 이를 위해서는 지금까지 설명해온 현대의 요구를 만족하는 열 설계와 평가 기준의 확립, 열 설계에 대한 상호 이해, 그리고 열 설계에 「진지하게 임하는 자세」가 필수입니다.

현실적으로는 맨파워 부족이나 비용을 우선시한다는 문제가 있을 것입니다. 그러나, 설계 품질을 향상시키는 것은 최종적으로 이러한 문제의 해결로 연결됩니다. 설계 품질을 향상시키면, 하기 그림과 같이 프로토타입 제작 횟수를 줄일 수 있습니다. 이는 비용이 크게 절감되는 것이며, 리워크가 줄어들기 때문에 비용뿐만 아니라 맨파워도 절약할 수 있습니다.

다음 편에서는 열 설계와 방열의 기본에 대해 설명하겠습니다.

키 포인트

・열 설계의 최적화를 위해서는, 현대의 요구를 만족하는 열 설계와 평가 기준의 확립, 그리고 열 설계에 대한 상호 이해가 필요하다.

・또한, 열 설계 시에는 「진지하게 임하는 자세」가 필요하다.

・설계 품질을 향상시킴으로써, 맨파워와 비용 절감이 가능해진다.

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