MOSFET 냉각 성능 향상을 위한 Heat Sink 설계

해석배경

Heat Sink는 칩 내부 온도를 최대한 낮추기 위하여 MOSFET에 장착됩니다.

이 실험에서는 Heat Sink의 냉각성능을 정확하게 평가하기 위하여 정상상태 및 과도 열 전달 해석을 수행하였습니다.

MOSFET Chip 이미지

해석목적

• 과열에 의한 손상 방지를 위해 장착한 Heat Sink 냉각성능 평가
• Heat Sink 사용 시 MOSFET의 열변형 검토

해석모델 및 해석조건

• 모델링 : 3D Solid Element
• 하중 조건 : Chip part 에 시간에 따른 발열하중 입력
• 설계 조건
- 방열 면적 면적 증가를 통한 냉각 성능 향상
- 재질 변경을 통한 냉각 성능 향상

MOSFET의 FE 모델

해석결과

기존 설계안의 해석 수행 결과, Heat Sink의 냉각 성능이 적절하게 작동하지 않아 설계 개선이 필요하다라는 결과가 도출되었습니다. 개선된 설계안에서는 방열 면적을 15 % 증가시키고 재료에 구리를 추가하였습니다.그 결과, 내부 최대 온도가 44 °로 감소하였고 냉각 성능을 성공적으로 개선할 수 있었습니다.

기존안 : 최대 온도 : 176℃ > 허용 온도 : 150℃
개선안 : 최대 온도 : 132 ℃ < 허용 온도 : 150℃
- 방열 면적 증가 + 재질 변경 (전도 및 대류 성능 향상)
히트 싱크의 전도 및 대류 성능 향상을 통하여 냉각 성능 개선