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TECH M

고발열 전자장비 수명 늘리는 신개념 냉각판 개발…다공성 구조로 냉각효율 획기적으로 높여

2019-06-10박응서 기자

무방향성 상변화 냉각판의 원리를 나타낸 그림. 고온의 발열부에서 열이 발생하면 끓어올라 기포가 발생한다. 기포가 발생하면 그 압력에 의해 액체 덩어리가 밀려나가며 냉각이 이뤄지는 원리다. 사진제공 한국기계연구원

국내 연구진이 전자제품과 전자 장비에서 발생하는 열을 식혀주는 냉각 성능을 2배 높인 신개념 냉각판 기술을 개발했다.

 

 

한국기계연구원 에너지기계연구본부 에너지변환기계연구실 이정호 책임연구원이 전자제품과 전자 장비 열관리를 돕는 새로운 냉각기술 ‘무방향성 상변화 냉각판(TGP)’ 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.

연구팀은 냉각판의 고온부 금속 표면을 다공성 구조로 가공(microporous coating)해 상대적으로 낮은 온도에서도 쉽게 물이 끓도록 해 냉각 성능을 2배 이상 높인 기술을 개발했다. 매끄러운 표면보다 요철이 있는 구조에서 물이 더욱 빨리 끓는 점에서 착안한 기술이다.

또 냉각판의 작동 원리를 기존 냉각장치로 주로 쓰이던 히트파이프(heat pipe)와 베이퍼챔버(vapor chamber)에 쓰던 증발 방식에서 액체가 끓는 현상을 일컫는 비등(boiling) 방식으로 바꿔 방향과 관계없이 작동한다. 비등은 물이 1기압 100℃에서 끓어서 증발하는 것으로, 빨래가 마르거나 컵 속 물이 증발하듯 액체가 기화하는 현상을 모두 포함한다.

TGP를 전자제품 내부 고온이 발생하는 부품에 부착하면 발열부와 맞닿은 부분에서 기포가 발생한다. 기포가 압력에 의해 액체를 사방으로 밀어내면서 냉각이 이뤄진다. 압력에 의한 이동으로 작동 방향에 관계없이 우수한 냉각성능을 유지할 수 있는 것이 큰 장점이다.

지금까지 히트파이프나 베이퍼챔버는 액체가 내부에 금속으로 만든 심지(Wick)를 따라 모세관힘에 의해 이동하며 냉각하는 방식을 이용했다. 금속 심지를 따라 정해진 방향으로만 작동해 항공기 같이 위치가 자주 바뀌거나 정밀한 제어가 필요한 전자장비에서는 성능이 떨어지는 한계가 있었다.

 

한국기계연구원 이정호 책임연구원이 전자장비의 효과적인 냉각을 위한 무방향성 상변화 냉각판 시제품을 들고 설명하고 있다. 사진제공 한국기계연구원

 

최근 연구에 따르면 발열은 전자제품 고장 원인에서 54%에 달할 정도로 전자 장비 수명과도 관련이 깊은 것으로 보고되고 있다. 반도체는 약 70도가 넘으면 제대로 작동하지 않는 것으로 알려져 있다.

이정호 박사는 “전자제품과 전자 장비뿐만 아니라 방열과 냉각이 필요한 산업 분야에 확대 적용할 수 있을 것”이라며 “특히 고발열 냉각이 필요한 고출력 전자 장비를 비롯해 최근 배터리 화재로 이슈가 된 ESS배터리, 전기자동차 배터리 냉각, 고출력 LED 같은 열관리 분야에도 바로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

 

박응서 테크엠 기자  gopoong@techm.kr