사례 연구: 맞춤형 압출 알루미늄 히트싱크 케이스가 산업용 엣지 AI 컴퓨터의 열 스로틀링 문제를 해결한 사례

타겟 오디언스: 산업용 IoT 엔지니어, 하드웨어 설계자, 임베디드 시스템 개발자, 자동화·로봇공학·통신 분야 조달 관리자.

요약설명

고객

• 고성능 산업용 엣지 AI 컴퓨팅 게이트웨이를 개발하는 유럽을 대표하는 기업.

도전

• 공장 현장에서 고부하 처리 시 심각한 CPU 열 스로틀링 발생(92°C 초과). 환경 내 높은 전도성 금속 먼지 및 미세 입자로 인해 능동식 팬 냉각 방식 적용이 불가능함.

해결책

• 맞춤 설계된 팬리스 하이브리드 인클로저로, 6063-T5 압출 알루미늄 히트싱크 재질의 측면/상단 벽과 5052-H32 정밀 스탬핑 시트 메탈 재질의 전면/후면 패널을 통합하였으며, 맞춤 CNC 밀링 가공 내부 열 블록을 특징으로 한다.

결과

전체 처리 부하 시 CPU 온도가 28°C 감소하여 팬리스 안정 작동을 가능하게 하였으며, IP50 등급의 먼지 차단 성능을 달성하고, 24개월 간의 실제 배치 기간 동안 열 과부하로 인한 자동 종료가 한 번도 발생하지 않았다.

1. 과제: 고먼지 공장 환경에서의 팬리스 작동

최신 제조 공장에서는 실시간 품질 검사 및 머신 비전을 위해 엣지에서 인공지능(AI)을 적용하는 것이 매우 중요하다. 그러나 산업 현장은 유명무실할 정도로 혹독한 환경이다.

고객사의 엣지 AI 컴퓨터는 고성능 프로세서를 사용하여 최대 부하 시 상당한 열을 발생시켰습니다. 기존에 구매한 스테인리스 강재 케이스는 내장된 냉각 팬을 갖추고 있었으나, 케이스 내부에 심각한 먼지 축적이 발생했습니다. 몇 달 이내에 전도성 금속 가루와 미세 입자 먼지가 팬을 막았고, PCB 상에 침착되어 단락 회로, CPU 과열로 인한 성능 저하(서멀 스로틀링), 그리고 빈번한 시스템 크래시를 유발했습니다.

[표준 팬 냉각 케이스] ──(공장 내 먼지 및 금속 가루)── [막힌 팬, 과열로 인한 성능 저하(92°C) 및 시스템 크래시]

장치가 생존하기 위해서는 100% 팬 없는 밀봉형 케이스 가 필요했으며, 이 케이스는 외부 벽면을 통한 수동적 열 방출이 가능해야 하면서도 내부 PCB를 전도성 먼지로부터 보호할 수 있어야 했습니다.

2. 솔루션 설계: 수동 냉각용 알루미늄 압출 케이스

OEM 전문 제조업체로서 당사 엔지니어링 팀은 통합형 하이브리드 냉각 케이스를 처음부터 설계하였으며, 이 케이스는 정밀 알루미늄 압출 및 판금 CNC 가공 .

당사의 설계: 압출식 6063-T5 알루미늄 핀 + 내부 CNC 열 블록 + 레이저 컷팅 5052 프론트 패널(무팬 방진형)

고열전도성 압출

주 본체는 열 전도율(201 W/(m·K))과 기계적 강성이 뛰어난 합금 6063-T5 알루미늄을 사용하여 압출 제작하였습니다. 외부 표면에는 열 방산을 극대화하기 위해 맞춤 계산된 깊은 쿨링 핀(히트싱크)이 적용되어 있습니다. 지역입니다.

내부 CNC 열 블록

다축 CNC 밀링 공법을 활용해, 고객사의 독자적인 PCB에 탑재된 프로세서 및 MOSFET과 고성능 열전도 패드를 통해 완벽하게 접촉하는 맞춤형 내부 알루미늄 받침대를 가공하였습니다. 이를 통해 칩에서 외부 압출 핀까지 직접적이고 저항이 낮은 열 경로가 형성됩니다.

정밀 판금 패널 맞춤 제작

프론트 및 리어 패널은 5052 등급 알루미늄으로 성형되었습니다. 자동 광섬유 레이저 커팅 및 CNC 밀링 공법을 통해 DB9, RJ45, USB-C, HDMI 등 PCB 포트와 정확히 일치하는 정밀하고 톱니 없는 I/O 포트 개구부를 구현하였습니다.

프리미엄 양극산화 표면 마감

최종 인클로저는 샌드블라스팅된 블랙으로 양극산화 처리되었습니다. 양극산화는 표면 경도 및 스크래치 저항성을 향상시킬 뿐만 아니라 알루미늄 표면의 열 방사율을 높여 열 방사 효율을 15% 향상시킵니다.

철저한 열 및 구조적 검증

양산에 앞서, 프로토타입 인클로저는 시뮬레이션된 공장 부하 조건 하에서 열 챔버 테스트를 수행하였습니다: