신소재프로세스공학 (정** 교수님) 설계 보고서 A+, 성균관대학교 / 스마트폰의 냉각 쿨링 열 히트 방출

소개

"신소재프로세스공학 (정** 교수님) 설계 보고서 A+, 성균관대학교"에 대한 내용입니다.

목차

1.1 연구 배경
1) 발열의 문제점

1,2 연구 목적

2. 이론적 배경
1) 스마트폰 발열의 원인
2) 전자부품의 방열 방법
3) 스마트폰의 냉각 장치
4) PC의 냉각 장치
5) 열전도성 재료
6) 방열 소재[9]

3. 연구 내용 및 결과
1) 스마트폰의 설계 변화
2) 핀의 배열
3) Heat sink 핀의 두께에 따른 방열
4) Heat sink 두께와 핀의 개수에 따른 방열
5) Heat sink의 소재에 따른 방열

4. 결론

본문내용

1.1 연구 배경
1) 발열의 문제점
스마트폰은 소형 전자기기로, 휴대성을 높이기 위해 소형화, 경량화가 진행 중이다. 개인용 컴퓨터의 경우에는 공간이 많이 남기 때문에 외부 팬 장치를 활용해서 온도를 낮출 수 있다. 하지만 스마트폰은 외부 팬 장치를 설치할 공간이 없다. 따라서 발열을 해소하는 데에 어려움이 있다. 또한 스마트폰의 성능 향상으로 발열이 급격하게 증가했고, 소프트웨어 수준에서 성능을 제한해서 전력을 줄이는 방법으로 발열을 해결해왔다. 하지만 이 때문에 사용자들은 발열 문제로 인해 성능이 저하된 스마트폰을 사용할 수밖에 없다. 따라서 적극적인 발열 완화 방법이 요구되는 상황이다[1].
발열은 스마트폰과 같은 전자기기에 부정적인 영향을 미친다. 열을 받게 되면 열응력이나 열팽창이 발생하고, 화학적 변화 때문에 특성이 변형되어서 기기의 오작동을 유발할 수 있다. 반도체 소자와 같은 소자의 정상적인 동작을 보증할 수 없게 되고, 고온으로 인해 전자부품의 고장률을 높여 전자기기의 수명을 줄인다[2]. 특히 배터리의 온도가 올라가면 배터리 변형이 일어난다. 스마트폰에는 리튬이온배터리가 사용되는데, 충전 시 리튬이온이 음극으로 이동하고, 방전 시에는 리튬이온이 양극으로 이동한다. 그러나 상온보다 20~30가 높은 약 40의 열 조건에서 에서 로 2차 상변화가 일어난다. 이는 새로운 리튬 저장 메커니즘으로, 2차 상변화가 일어나면 에너지 장벽이 높아져 이산화티타늄 전극 내부에서 리튬이온이 이동하기 어려워진다. 충전과 방전을 거듭하면 이산화티타늄 격자 구조에 결함이 생겨 비가역적인 손실이 발생하게 된다[3]. 따라서 배터리의 수명이 단축되어 스마트폰 수명이 단축된다.
또한 스마트폰에 들어가는 Application Processor(AP)는 정상 동작하는 온도 범위가 존재한다. -25에서 125 사이의 범위를 벗어나게 되면 Silicon의 변형이 발생해 정상 동작하지 않을 수 있다. 또한 지속적인 발열은 반도체의 신뢰성에도 안 좋은 영향을 준다. 따라서 스마트폰의 수명을 단축시키는 원인이 된다.

참고자료

· 서승규(2016), 최신 스마트폰에서 발열을 고려한 성능 및 전력 개선에 대한 사례 연구
· 권민성(2017), 휴대용 SSD 외장 하드드라이브 발열문제 개선을 위한 디자인개발 연구
· 기초과학연구원, 권예슬, “스마트폰 발열이 배터리 수명 줄이는 원인 규명”, https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000735/selectBoardArticle.do?nttId=19022.
· 이재욱(2015), 모바일 장치에서의 표면온도 인지를 통한 발열 관리 기법
· 가부시키가이샤후지쿠라, 베이퍼 챔버, KR20180048972A, filed May 10, 2018, and issued June 22, 2017
· 윤준규(2020), 히트싱크의 형상변화에 따른 테스크탑 PC용 CPU냉각의 열전달특성에 관한 연구
· 조재웅, 한문식(2011), 팬의 위치에 따른 컴퓨터 본체 내부의 공기유동에 관한 시뮬레이션 해석
· Soowon Kang 외 5, Fire in Your Hands: Understanding Thermal Behavior of Smartphones
· 방열소재 및 방열접착 기술시장동향 및 사업화 이슈분석, 한국과학기술정보연구원, 2013
· 유영은 외 3(2016), 열전도성 고분자 복합소재/금속 소재 하이브리드 구조의 방열기구 설계 및 방열특성에 관한 연구
· 이황래 외 3, 열전도성 고분자 복합재료의 최신 연구동향
· 윤여성 외 5, 전기자동차 배터리 하우징용 열전도성 고분자 복합재료
· 한국과학기술연구원, 열전도성 고분자 복합소재 및 이의 제조방법, 10-2014-0032793, fi led September 7,2012, and issued March 17, 2014.