작성자 BQUQ Engineering Team 검토 BQUQ Quality Engineering 2025년 9월 4일 조회수 ISO 9001:2015 인증 공장

서버 공기 흐름과 덕트: 공기를 필요한 곳으로 보내기

간단한 답변: 덕트는 팬이 이미 이동시키는 공기를 방열판 상단으로 우회시키지 않고 방열판 핀을 통해 강제로 통과시킴으로써 작동합니다. 일반적인 1U 서버에서 잘 설계된 덕트와 올바른 핀 방향은 개방형 레이아웃에 비해 방열판 열 저항을 25–40%까지 줄일 수 있습니다. 이는 우회 흐름이 급격히 감소하기 때문입니다. 덕트 자체는 일반적으로 저비용 스탬핑 또는 열성형 부품이지만, 방열판이 설계된 경계 조건을 변경합니다. 먼저 공기 흐름 경로를 수정한 다음, 각 방열판이 실제로 받는 체적 유량에 맞게 핀 밀도, 핀 두께 및 베이스 두께를 조정하십시오.

팬 사양보다 공기 흐름 경로가 더 중요한 이유

대부분의 서버 열 문제는 팬 문제가 아닙니다. 라우팅 문제입니다. 1U 섀시 내부에서 30 CFM 정격의 40 mm 팬은 필요한 구성 요소에 30 CFM을 거의 전달하지 못합니다. 공기는 방열판 주변, DIMM 위, 케이블 틈새, 빈 드라이브 베이를 통해 누출됩니다. 임피던스가 증가함에 따라 팬의 정압 곡선이 무너지고 방열판은 정격 유량의 일부만 받습니다.

덕트는 이러한 손실을 회수하는 가장 저렴한 방법입니다. 덕트는 개방형 섀시를 정의된 채널 세트로 변환합니다. 전면-후면 영역으로, 각각 고유한 흐름 예산을 가집니다. 흐름 예산이 알려지면 방열판 형상은 추측이 아닌 해결 가능한 문제가 됩니다.

실제 순서는 다음과 같습니다:

1. 섀시 공기 흐름 영역과 각 영역의 구성 요소를 정의합니다.

2. 최소 누출로 해당 영역을 밀봉하는 덕트를 설계합니다.

3. 각 방열판이 실제로 받는 흐름을 측정하거나 시뮬레이션합니다.

4. 팬의 자유 공기 정격이 아닌 실제 흐름에 맞게 방열판을 지정합니다.

4단계에서 대부분의 프로젝트가 시간을 잃습니다. 엔지니어는 종종 최대 표면적을 위해 조밀하고 핀 수가 많은 방열판을 지정한 다음, 8 CFM에서 핀이 부족하고 방열판이 더 거친 설계보다 더 뜨거워진다는 것을 발견합니다.

덕트가 방열판 열 저항을 어떻게 변화시키나요?

덕트는 한 번에 두 가지 변수를 변경합니다: 접근 속도와 우회 비율. 둘 다 열 저항 방정식의 대류 항에 직접 영향을 미칩니다.

조건	방열판에서의 유효 흐름	우회 비율	60 W에서 일반적인 방열판 ΔT
개방형 섀시, 덕트 없음	6–9 CFM	45–60%	42–50 °C
부분 슈라우드	11–14 CFM	25–35%	32–38 °C
전체 덕트, 방열판에 밀봉	16–20 CFM	5–12%	24–30 °C

수치는 1U, 60 mm × 60 mm 압출 알루미늄 방열판, 1.0 mm 핀, 2.0 mm 피치, 25 °C 주변 온도에서 테스트한 것을 나타냅니다. 섀시, 팬 곡선 및 고도에 따라 수치가 다를 수 있지만 효과의 방향은 일관됩니다.

개선을 이끄는 두 가지 메커니즘:

우회 감소. 공기는 저항이 가장 적은 경로를 선택합니다. 덕트가 없으면 핀 팁 위 공간이 핀 채널 자체보다 임피던스가 낮은 경우가 많아 상당한 흐름이 방열판에 닿지 않습니다.
속도 증가. 덕트를 밀봉하면 동일한 체적 유량이 더 작은 단면을 통과하게 되어 속도가 증가하고 핀 채널 내부의 경계층이 얇아집니다.

두 번째 효과에는 한계가 있습니다. 핀 피치가 좁아지면 임피던스가 증가하고 정압 요구가 높아지며 팬 곡선이 이를 지원하지 못할 수 있습니다. 그렇기 때문에 덕트와 핀 형상을 함께 최적화해야 합니다.

어떤 핀 방향을 선택해야 하나요?

공기 흐름 벡터에 대한 핀 방향은 서버 방열판에서 가장 흔한 설계 오류입니다. 핀은 지배적인 흐름 방향과 평행하게 배치되어야 합니다. 흐름을 가로지르는 핀은 임피던스 벽을 만들어 공기를 상단으로 강제합니다.

핀 방향	흐름 동작	사용 시기
흐름에 평행 (직선 채널)	낮은 임피던스, 전체 채널 참여	표준 전면-후면 서버 공기 흐름
흐름에 수직	높은 임피던스, 심한 우회	전용 충돌 제트 팬이 있는 경우에만
핀 핀 배열	등방성, 중간 임피던스	다방향 또는 충돌 냉각
스카이브 각진 핀	흐름을 핫 존으로 재지향	공유 덕트 아래의 국부 핫 스팟

1U 전면-후면 섀시의 경우 섀시 축에 정렬된 직선 압출 채널이 거의 항상 올바릅니다. 방열판이 여러 구성 요소를 제공하는 공유 덕트 아래에 있는 경우 덕트가 흐름에 측면 성분을 도입하지 않는지 확인하십시오. 15° 요는 방열판 성능의 10–15%를 손실할 수 있습니다.

핀 피치, 베이스 평탄도 및 채널 직진성을 엄격하게 제어해야 하는 경우 압출 방열판이 대량 생산에서 최고의 가성비를 제공하며, CNC 가공 방열판은 개정 간에 프로파일이 변경되는 소량 또는 시제품 제작에 적합합니다.

실제로 견고한 덕트 설계 규칙

덕트와 방열판 사이의 간격을 밀봉하십시오

60 mm 핀 스택을 따라 밀봉되지 않은 2 mm 간격은 덕트를 무효화할 만큼 충분한 공기를 누출할 수 있습니다. 폼 개스킷, 마일러 플랩 또는 방열판과 3–5 mm 겹치는 성형 립이 모두 효과적입니다. 목표는 핀 팁에서 접촉 또는 거의 접촉하는 밀봉이지 넉넉한 간격이 아닙니다.

덕트 단면을 일정하게 유지하거나 완만하게 수렴시키십시오

급격한 확장은 정압을 낭비합니다. 급격한 수축은 속도 이점 없이 임피던스를 추가합니다. 입구에서 방열판 입구까지 점진적인 테이퍼로 총 면적 변화가 20% 미만인 것이 합리적인 목표입니다.

팬의 정압 곡선을 존중하십시오

덕트는 시스템 임피던스를 높입니다. 팬이 이미 P-Q 곡선의 무릎 근처에 있으면 덕트를 추가하면 분포가 개선되더라도 총 흐름이 감소할 수 있습니다. 덕트 추가 전후의 팬 곡선에서 작동점을 확인하십시오.

서비스 접근을 남겨두십시오

DIMM 또는 팬 트레이를 교체하기 위해 제거해야 하는 덕트는 제거되고 다시 설치되지 않습니다. 도구 없이 제거할 수 있도록 설계하고 올바른 방향을 라벨링하십시오. 거꾸로 재설치된 덕트는 덕트가 없는 것보다 나쁩니다.

고도와 입구 온도를 고려하십시오

해수면에서 35 °C 입구 정격의 서버는 1,500 m에서 여유가 적습니다. 여기서 공기 밀도가 약 15% 감소합니다. 덕트는 우회를 줄이기 때문에 여기에 도움이 되지만 방열판은 감소된 질량 흐름에 맞게 크기가 조정되어야 합니다.

실제 흐름에 핀 형상 맞추기

덕트가 흐름을 정의하면 핀 형상은 트레이드 스터디가 됩니다. 가장 중요한 변수:

핀 피치. 좁은 피치는 표면적을 증가시키지만 임피던스를 높입니다. 60 mm 스택을 가로지르는 15–25 CFM의 덕트 1U 흐름에서 1.5–2.5 mm 피치가 일반적인 작업 범위입니다.
핀 두께. 얇은 핀(0.6–1.0 mm)은 핀을 따른 전도를 감소시키지만 더 좁은 피치를 허용합니다. 높이 25 mm 미만의 짧은 핀의 경우 0.8 mm가 종종 충분합니다.
핀 높이. 높은 핀은 면적을 추가하지만 팁에서 효과가 떨어집니다. 덕트 1U 흐름에서 약 30 mm를 초과하면 추가 높이는 수확 체감을 보입니다.
베이스 두께. 베이스는 다이 풋프린트에서 핀 필드로 열을 확산합니다. 60 mm 방열판의 60 W 소스의 경우 3–5 mm 베이스 두께가 일반적입니다. 더 두꺼운 베이스는 비례 이점 없이 질량과 비용을 추가합니다.

아직 개념 단계에 있다면 방열판 설계 체크리스트에서 프로파일을 확정하기 전에 필요한 입력을 안내합니다. 자연 대류 또는 저유량 엣지 케이스의 경우 방열판 자연 대류 핀 간격의 핀 간격 규칙이 적용되며, 이는 강제 대류 덕트 설계와 상당히 다릅니다.

시뮬레이션이 도움이 되는 곳과 오해를 부르는 곳

CFD는 덕트 레이아웃을 비교하는 데 유용하지만 경계 조건만큼만 좋습니다. 세 가지 일반적인 실패 모드:

1. 이상화된 팬 곡선. 다중 팬 섀시에 단일 팬 곡선을 적용하면 팬 간 상호 작용과 역류를 무시합니다.

2. 누출 무시. 모든 간격을 밀봉하는 모델은 물리적 빌드가 달성하지 못하는 성능을 예측합니다.

3. 단순화된 방열판 모델. 다공성 점프 근사는 핀 팁 우회 및 입구 효과를 놓칠 수 있습니다.

실용적인 접근 방식은 상대 비교를 위해 시뮬레이션하는 것입니다. 덕트 A 대 덕트 B, 피치 1.5 mm 대 2.0 mm. 그런 다음 승리한 구성을 베이스, 핀 팁 및 입구에 열전대를 사용하여 물리적 목업에서 검증합니다. 방열판 열 시뮬레이션 도구 리뷰는 어떤 솔버가 덕트 서버 흐름을 잘 처리하고 어떤 것이 너무 공격적으로 단순화하는지 다룹니다.

덕트 서버 방열판의 제조 고려 사항

덕트 설계는 특정 위치에서 공차를 밀어붙입니다:

특징	일반적인 요구 사항	공정 참고 사항
베이스 평탄도	0.05–0.10 mm	일관된 TIM 본드 라인에 필요
핀 채널 직진성	60 mm에 걸쳐 ±0.15 mm	핀 팁의 덕트 밀봉에 영향
핀 피치 일관성	±0.10 mm	장치 간 임피던스 변동 제어
장착 구멍 위치	±0.10 mm	방열판을 덕트 및 보드 키프아웃에 정렬
베이스-핀 필렛	R0.3–R0.5	조립 중 응력 집중 감소

압출 프로파일은 대량 생산에서 피치 일관성과 직진성을 잘 처리합니다. 설계에 알루미늄 핀 스택에 접합된 구리 베이스 또는 다이 풋프린트 아래에 내장된 베이퍼 챔버가 필요한 경우 제조 경로가 변경되고 리드 타임도 변경됩니다. BQUQ는 하나의 Dongguan 공장에서 네 개 라인에 걸쳐 CNC 가공(±0.005 mm), 금속 스탬핑, 맞춤 스프링 및 방열판 생산을 운영하므로 스탬핑 브래킷과 가공 베이스가 있는 덕트 방열판을 세 개의 별도 공급망이 아닌 단일 패키지로 견적하고 제작할 수 있습니다.

유연한 MOQ가 적용되므로 열 검증을 위한 200개 파일럿 빌드는 예외가 아닌 일반 주문입니다.

FAQ

Q: 1U 서버 방열판에 실제로 필요한 공기 흐름은 얼마입니까?

A: 60 mm × 60 mm 방열판이 있는 60 W 구성 요소의 경우 15–25 CFM의 덕트 흐름이 일반적으로 케이스 온도를 입구에서 30 °C 이내로 유지합니다. 10 CFM 미만에서는 열 저항이 급격히 증가하고 핀 밀도를 줄여야 합니다. 팬의 자유 공기 정격을 가정하지 말고 특정 팬 곡선과 섀시 임피던스에 대해 항상 확인하십시오.

Q: 방열판을 변경하지 않고 기존 서버 설계에 덕트를 추가할 수 있습니까?

A: 종종 가능하지만 재검증하십시오. 덕트를 추가하면 시스템 임피던스가 높아지고 각 방열판이 받는 흐름이 변경됩니다. 일부 방열판은 크게 개선되지만 조밀하고 핀 수가 많은 방열판은 임피던스가 이미 높았기 때문에 이득이 적을 수 있습니다. 덕트 설치 전후의 베이스 및 핀 팁 온도를 측정하십시오.

Q: 덕트가 자연 대류 또는 저유량 설계에 도움이 됩니까?

A: 강제 대류보다 적습니다. 덕트는 주로 우회를 줄이며 자연 대류는 재지향할 방향 흐름이 거의 없습니다. 수동 또는 거의 수동 설계에서는 핀 간격과 굴뚝 높이가 더 중요합니다. 해당 경우에 대한 자연 대류 핀 간격 지침을 참조하십시오.

Q: 서버 덕트는 어떤 재료로 만들어야 합니까?

A: 마일러와 폴리카보네이트는 저비용, 저온 영역에 일반적입니다. 뜨거운 구성 요소에 가깝거나 구조적 강성이 필요한 덕트의 경우 스탬핑 알루미늄 또는 난연성 ABS가 일반적입니다. 선택은 온도, UL 등급 요구 사항 및 덕트가 구조 부재로도 작용해야 하는지 여부에 따라 결정됩니다.

Q: 내 방열판이 우회 제한인지 전도 제한인지 어떻게 알 수 있습니까?

A: 베이스 온도와 핀 팁 온도를 비교하십시오. 베이스-핀 팁 구배가 크면 베이스 또는 핀 루트의 전도 한계를 나타냅니다. 구배가 작고 절대 온도가 높으면 대류 한계를 나타냅니다. 즉, 공기 흐름, 덕트 또는 핀 형상이 제약 조건입니다. 이 단일 측정으로 일반적으로 올바른 수정을 식별할 수 있습니다.

서버 공기 흐름과 덕트: 공기를 필요한 곳으로 보내기