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.
![33.](https://www.midasmts.com/hs-fs/hubfs/33..png?width=400&name=33..png)
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
![해석모델1-7](https://www.midasmts.com/hs-fs/hubfs/%ED%95%B4%EC%84%9D%EB%AA%A8%EB%8D%B81-7.png?width=400&name=%ED%95%B4%EC%84%9D%EB%AA%A8%EB%8D%B81-7.png)
![해석모델2-5](https://www.midasmts.com/hs-fs/hubfs/%ED%95%B4%EC%84%9D%EB%AA%A8%EB%8D%B82-5.png?width=400&name=%ED%95%B4%EC%84%9D%EB%AA%A8%EB%8D%B82-5.png)
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
기존 설계안 FE모델(상) - 재설계된 FE모델(하)
![해석결과3_176도](https://www.midasmts.com/hs-fs/hubfs/%ED%95%B4%EC%84%9D%EA%B2%B0%EA%B3%BC3_176%EB%8F%84.gif?width=400&name=%ED%95%B4%EC%84%9D%EA%B2%B0%EA%B3%BC3_176%EB%8F%84.gif)
![해석결과4_132도](https://www.midasmts.com/hs-fs/hubfs/%ED%95%B4%EC%84%9D%EA%B2%B0%EA%B3%BC4_132%EB%8F%84.gif?width=400&name=%ED%95%B4%EC%84%9D%EA%B2%B0%EA%B3%BC4_132%EB%8F%84.gif)
기존 설계안 MOSFET 온도분포 형상 (좌) - 재설계된 MOSFET 온도분포 형상 (우)
최대 온도 176℃ (재설계 필요) 최대 온도 132℃ (설계기준 만족)
![해석결과5-1](https://www.midasmts.com/hs-fs/hubfs/%ED%95%B4%EC%84%9D%EA%B2%B0%EA%B3%BC5-1.png?width=400&name=%ED%95%B4%EC%84%9D%EA%B2%B0%EA%B3%BC5-1.png)
기존 설계안 및 개선안의 온도-시간 그래프 비교
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