POLYRACK TECH‰GROUP
SOLIDWORKS Flow Simulation을 이용한 전자 패키지 냉각 기능 최적화

과제

전자 냉각 시스템의 최적화 및 랙형 전자 시스템 및 부품에 사용되는 효과적이고 혁신적인 냉각 시스템의 설계

해결책

SolidWorks Flow Simulation CFD 해석 소프트웨어와 전자장치 냉각 모듈을 이용해 전자 시스템의 열 전달 방식을 시뮬레이션

결과

개발 시간을 3개월에서 2주로 단축

두 건의 프로토타입 제작 싸이클 단축

새로운 유동 시뮬레이션 컨설팅 비즈니스 창출

전자 냉각 시스템 설계의 새로운 혁신적 변화실현

다중 인쇄회로기판 및 복잡한 열 전달 문제와 관련된 효과적인 패키지를 설계하기 위해서는 POLYRACK Tech-Group와 같은 회사의 전문적 역량이 반드시 필요합니다. 독일 기업인 POLYRACK은 전자 업계를 위한 통합 패키지 솔루션의 선도적인 공급업체입니다. POLYRACK은 인클로져, 19인치 서브랙, 마이크로컴퓨터 패키지 시스템(MPS), 산업용 PC 응용 프로그램 및 백플레인, 그리고 맞춤 제작 파트 및 솔루션을 비롯한 다양한 제품과 서비스를 제공합니다. 개발 매니저 Bernd Knab은 지난 날 어느 고객이 유동 시뮬레이션 컨설팅 서비스에 대해 POLYRACK에 문의를 해 왔던 사실을 아직도 기억하고 있습니다. "고객이 패키지 설계에 대한 유동 시뮬레이션을 요청해 왔을 때, 장차 유동 해석 기능이 비즈니스에서 큰 비중을 차지하게 될 것이라는 예상을 할 수 있었습니다"라고 Knab은 당시를 회상합니다. "기존 설계 구조의 내부에서 일어나는 작용을 시뮬레이션함으로써 시간을 절약하고 비용을 줄이고 성능을 개선할 수 있으리라는 판단을 하였습니다."

유동 해석 시스템을 평가함에 있어 POLYRACK은 CAD 통합 패키지를 선택하는 편이 바람직하다는 결론을 내릴 수 있었습니다. "시뮬레이션 기능을 CAD 시스템 내부에서 실행하는 편이 훨씬 유리합니다"라고 Knab는 강조합니다. "데이터를 다른 형식으로 기록하는 데 너무 시간이 많이 걸릴 뿐 아니라, 응용 프로그램을 이것 저것 열어야 하는 관계로 이중 삼중의 노력이 소요됩니다. POLYRACK은 현재 SolidWorks® 3D CAD 소프트웨어를 사용하고 있으며, SolidWorks Flow Simulation 전산유체해석(CFD) 소프트웨어가 자사의 유체 유동 및 열 전달 해석 요구 사항을 충족한다는 사실에 대해 만족을 표하고 있습니다. 아울러 POLYRACK은 전자 패키지 제조업체로서 멀티코어 칩 및 히트파이프와 관련된 열 전달 문제의 처리와 관련된 역량의 확대를 위해 전자장치 냉각 모듈을 시스템에 새로이 추가하였습니다. "SolidWorks에 만족하고 있었기 때문에 SolidWorks Flow Simulation에 있어서도 만족스러운 결과를 예상하고 있었습니다"라고 Knab은 설명합니다. "SolidWorks Flow Simulation 덕분에 작업에 내재되어 있는 열 전달 문제를 보다 잘 이해하고 해결함으로써 결과적으로 개발 활동의 효과를 개선할 수 있었습니다."

"SOLIDWORKS FLOW SIMULATION은 생산성과 효율성을 개선해 주었을 뿐 아니라, 달리 해결할 방법이 없었을 열 전달 문제를 처리할 수 있는 길을 열어주었습니다." 

-Bernd Knab 개발 매니저

열 전달 문제의 효과적 시뮬레이션

SolidWorks Flow Simulation 덕분에 POLYRACK은 90%가 특정 응용 분야에 맞춤화되어있는 패키지 설계의 열 전달 행동을 신속하게 시뮬레이션할 수 있게 되었습니다. 이러한 통찰력은 POLYRACK의 엔지니어들이 냉각 성능을 개선하는 동시에 시간을 절약하고 비용을 줄일 수 있는 길을 열어 줍니다. 예를 들어 10가지의 고집적 기판이 포함되어 있는 하우징에 대한 유동 시뮬레이션 결과, 초기 설계대로 8개의 소형 팬을 사용하는 것보다 네 개의 대형 팬을 사용할 때 시스템을 보다 효과적으로 냉각할 수 있다는 사실을 알 수 있었습니다. "SolidWorks Flow Simulation을 이용해 공기 흐름 특성의 영향을 시뮬레이션할 수 있는 기능이 갖춰짐에 따라 광범하고 값비싼 프로토타입 제작을 거치지 않고도 열 전달 문제를 소프트웨어 내부에서 해결할 수 있게 되었습니다"라고 Knab은 설명합니다. "시뮬레이션 기능이 없었다면 이처럼 10개의 보드가 포함된 랙 설정을 위한 냉각 시스템을 최적화하는 데 아마 3개월 이상 시간을 들여야 했을 것입니다. 하지만 SolidWorks Flow Simulation 덕분에 이 작업을 불과 2주만에 마칠 수 있었습니다."

접근 방식의 혁신을 통한 프로토타입 싸이클 단축

POLYRACK은 열 전달 현상을 시뮬레이션하고 패키지 설계의 작은 변화가 냉각 시스템의 성능에 영향을 미친다는 사실을 이해함으로써 혁신적인 접근 방식을 개발하는 동시에 비용이 많이 드는 프로토타입 제작 싸이클을 단축할 수 있게 되었습니다. "중요한 것은 난류가 없는 이상적 분량의 공기 흐름이 전자 부품을 통과하도록 해야 한다는 것입니다"라고 Knab은 지적합니다. "랙 시스템의 경우, 팬 가까이에 위치한 보드에 대부분의 공기 흐름이 집중되는 반면 랙 내부의 멀리 떨어진 보드에는 충분한 양의 공기가 도달하지 못하는 상황이 종종 벌어지곤 합니다." "SolidWorks Flow Simulation을 실행한 결과 우리는 다공성 금속 플레이트를 팬 앞에 설치하고 PCB의 위치를 바꿈으로써 공기 흐름을 분산시키고 전체 시스템에 균일하게 공기 흐름이 발생하도록 할 수 있다는 사실을 알 수 있었습니다"라고 Knab은 말을 잇습니다." 이러한 접근 방식은 공기가 흐르는 속도와 보드 전체에 가해지는 압력을 동일하게 유지해줍니다. SolidWorks Flow Simulation을 사용하기 전까지는 이러한 시도를 해 본 적이 없었기 때문에 우리는 흥미를 가지고 이러한 결과를 지켜 보았습니다. 아울러 SolidWorks Flow Simulation은 냉각 시스템을 최적화하는 이외에도 매 프로젝트마다 평균 두 건씩 프로토타입을 줄여 주는 효과를 제공합니다."

최상의 방열판 찾기

SolidWorks Flow Simulation은 SolidWorks 설계 소프트웨어와 통합되어 있으며, 이는 POLYRACK이 설계 설정을 활용하여 방열판과 같은 다양한 종류의 부품을 대상으로 열 전달 해석을 효율적으로 실행할 수 있다는 것을 의미합니다. "설정 정보를 이용해 일례로 다섯 가지의 방열판 설계에 대해 시뮬레이션을 실행함으로써 어느 옵션이 최상의 성능을 보이는지를 판단할 수 있습니다"라고 Knab은 말합니다. "문제를 한 번만 정의하면 되며, 이어 다섯 건의 시뮬레이션을 모두 한꺼번에 실행할 수 있기 때문에 많은 시간이 절약됩니다."SolidWorks Flow Simulation 도구를 구현한 이래로 POLYRACK은 유동 시뮬레이션 컨설팅 영역을 단일 고객에서 훨씬 빈번한 작업 영역으로 확장할 수 있었습니다. "SolidWorks Flow Simulation은 생산성과 효율성을 개선해 주었을 뿐 아니라, 달리 해결할 방법이 없었을 열 전달 문제를 처리할 수 있는 길을 열어 주었습니다."

POLYRACK은 광범하고 값비싼 프로토타입을

제작할 필요 없이 랙형 전자 시스템을 위한

설계를 최적화함으로써 성능이 한층 개선된

설계를 실현하기 위한 목적으로 SolidWorks

Flow Simulation을 사용하고 있습니다.