소개글
"성균관대학교 신소재"에 대한 내용입니다.
목차
1. 스마트폰 발열 문제와 해결방안
1.1. 연구 배경
1.1.1. 스마트폰 발열의 문제점
1.1.2. 연구 목적
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 스마트폰 발열의 원인
1.2.2. 전자부품의 방열 방법
1.2.3. 스마트폰의 냉각 장치
1.2.4. PC의 냉각 장치
1.2.5. 열전도성 재료
1.2.6. 방열 소재
1.3. 연구 내용 및 결과
1.3.1. 스마트폰의 설계 변화
1.3.2. 핀의 배열
1.3.3. Heat sink 핀의 두께에 따른 방열
1.3.4. Heat sink 두께와 핀의 개수에 따른 방열
1.3.5. Heat sink의 소재에 따른 방열
1.4. 결론
2. 페로브스카이트 소재
2.1. 개요
2.1.1. 재료설명
2.1.2. 만들어진 계기
2.2. 소재 제작 원리
2.3. 개발현황
2.4. 시장 전망
2.4.1. 3세대 태양전지 시장
2.4.2. 관련주
3. 반도체공학 기술자
3.1. 하는 일
3.2. 전망
3.3. 관련 학과
3.4. 필요한 자격증
3.4.1. 전자기사
3.4.2. 반도체설계산업기사
3.4.3. 6시그마
4. 참고 문헌
본문내용
1. 스마트폰 발열 문제와 해결방안
1.1. 연구 배경
1.1.1. 스마트폰 발열의 문제점
스마트폰은 소형 전자기기로, 휴대성을 높이기 위해 소형화, 경량화가 진행 중이다. 개인용 컴퓨터의 경우에는 공간이 많이 남기 때문에 외부 팬 장치를 활용해서 온도를 낮출 수 있다. 하지만 스마트폰은 외부 팬 장치를 설치할 공간이 없다. 따라서 발열을 해소하는 데에 어려움이 있다. 또한 스마트폰의 성능 향상으로 발열이 급격하게 증가했고, 소프트웨어 수준에서 성능을 제한해서 전력을 줄이는 방법으로 발열을 해결해왔다. 하지만 이 때문에 사용자들은 발열 문제로 인해 성능이 저하된 스마트폰을 사용할 수밖에 없다. 따라서 적극적인 발열 완화 방법이 요구되는 상황이다.
발열은 스마트폰과 같은 전자기기에 부정적인 영향을 미친다. 열을 받게 되면 열응력이나 열팽창이 발생하고, 화학적 변화 때문에 특성이 변형되어서 기기의 오작동을 유발할 수 있다. 반도체 소자와 같은 소자의 정상적인 동작을 보증할 수 없게 되고, 고온으로 인해 전자부품의 고장률을 높여 전자기기의 수명을 줄인다. 특히 배터리의 온도가 올라가면 배터리 변형이 일어나 배터리의 수명이 단축되어 스마트폰 수명이 단축된다. 또한 Application Processor(AP)는 정상 동작하는 온도 범위가 있어, 이 범위를 벗어나게 되면 Silicon의 변형이 발생해 정상 동작하지 않을 수 있다. 지속적인 발열은 반도체의 신뢰성에도 안 좋은 영향을 준다.
스마트폰을 사용 시 발열이 발생하면 사용자들은 불편감을 느낄 수 있다. 그리고 인체에 화상을 입힐 수 있다. 따뜻한 감각은 33°C에서 35°C 사이의 범위에 있는데, 스마트폰의 온도가 44°C 이상인 상태로 장시간 사용하면 화상을 입고 세포가 복구되기 힘든 수준이 된다.
따라서 스마트폰의 열이 높은 수준으로 발생하면 전자기기의 성능이 저하되고 수명이 단축되며 사용자의 불편감을 유발할 수 있는 문제점이 존재한다.
1.1.2. 연구 목적
스마트폰의 성능 및 수명 개선을 위해 최적의 방법으로 발열 문제를 해결하기 위함이다. 따라서 스마트폰의 설계 및 소재 변경을 통해 전자기기 성능 저하, 수명 단축, 부정적인 사용자의 경험 문제를 해결해서 개선하기 위함이다.
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 스마트폰 발열의 원인
스마트폰 발열의 원인은 크게 두 가지로 볼 수 있다.
첫째, 배터리 충전 중 스마트폰 사용과 같이 배터리에 부하가 걸리는 작업을 수행할 때이다. 이때 배터리의 방전과 충전이 동시에 이루어지기 때문에 배터리에 큰 부하가 걸려 발열이 일어난다. 또한 급속 충전 시에도 배터리에 큰 부하가 걸려 발열이 발생한다.
둘째, Application Processor(AP)에서 발열이 발생하는 것이다. AP는 모바일 기기에 사용되는 마이크로프로세서로, CPU, 메모리, 그래픽카드, 저장장치 등이 하나의 칩에 집적되어 있는 시스템이다. 수백만 개에서 수억 개의 트랜지스터에 전류가 흐르면서 0과 1의 디지털 신호가 반복적으로 생기게 되고, 이 과정에서 열이 발생한다. 특히 10nm 이하의 미세공정을 사용하는 AP의 경우 소자 간 간격이 좁아지고 금속 배선의 저항이 증가하면서 발열 문제가 더욱 심각해지고 있다.
1.2.2. 전자부품의 방열 방법
발열체의 온도 상승을 막기 위해서는 방열이 필요하다. 기본적으로는 전력이 불필요한 방법인 방열면적을 증가시켜서 열을 방출한다. 하지만 면적을 무조건적으로 키울 수 없기에 발열 온도에 따라서 방열 방법을 변화시킨다. 온도에 따라서 열전달율과 방열면적을 대응시킨다.
열전달율에는 대류 열전달율과 방사 열전달율이 있다. 대류 열전달율을 높이려면 풍속 증가 및 흐름 난류화가 조건이고 방사 열전달율을 높이려면 고온면의 방사율 증가 및 주위 흡수율 증가가 그 조건이다. 아래 그래프는 방열면적을 가로축으로, 열전달율을 세로축으로 발열온도가 50°C일 때의 방열 한계를 그래프화 한 것이다.
방열을 위해 열전도체가 사용된다. 열전도체에서 방열이 잘 일어나기 위해서는 열전도체의 열전도율이 좋아야 하고, 열원과 밀착성이 있어야 한다. 또한 열전도체의 면적은 클수록, 두께는 얇을수록 효율이 높아지며 열원의 열을 분산시켜 열전도체 전체 면적으로 열을 이동시켜야 한다. 또한 기계적 열적 특성이 변화하지 않아야 한다.
1.2.3. 스마트폰의 냉각 장치
스마트폰의 냉각 장치는 발열을 해소하기 위한 중요한 방식이다. 스마트폰에는 히트파이프(heat pipe)와 베이퍼 챔버(vapor chamber)라는 두 가지 주요 냉각 장치가 사용된다.
히트파이프는 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 얇은 금속의 형태이며, 내벽에는 열전도율이 높은 액체가 주입되어 있다. 열이 발생하면 히트파이프가 열을 흡수하여 수증기가 되고, 이 수증기가 파이프를 타고 온도가 낮은 쪽으로 이동하면서 열을 뺏게 된다.
베이퍼 챔버는 직사각형 평판형 구조로, 상판과 하판에 의해 밀폐된 공간을 가지고 있다. 베이퍼 챔버 내에는 증발부 기능과 응축부 기능이 구분되어 있으며, 열원에 의해 증발부가 가열되면 증발된 작동 유체가 응축부로 이동하여 열을 전달한다. 이후 응축된 작동 유체가 모세관 현상에 의해 다시 증발부로 돌아오는 과정을 통해 열이 이동한다.
이와 같이 히트파이프와 베이퍼 챔버는 스마트폰의 발열을 효과적으로 해소하기 위해 사용되는 핵심 냉각 장치이다. 전도와 증발·응축 과정을 통해 열을 효과적으로 방출할 수 있기 때문에 스마트폰의 성능과 수명 향상에 크게 기여한다.
1.2.4. PC의 냉각 장치
PC의 냉각 장치는 크게 방열판(히트싱크, heat sink)과 통풍구와 냉각팬(ventilation w/ thermal fan)으로 나눌 수 있다.
방열판(히트싱크)은 열원으로부터 열을 받아 골고루 열을 분산하는 역할을...
참고 자료
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http://blog.daum.net/king22/15526144
https://cafe.naver.com/mijuse/13658https://blog.naver.com/weupclass/222083132195
https://msms7.tistory.com/entry/%ED%8E%98%EB%A1%9C%EB%B8%8C-%EC%8A%A4%EC%B9%B4%EC%9D%B4%ED%8A%B8-%EA%B4%80%EB%A0%A8%EC%A3%BC-%EB%8C%80%EC%9E%A5%EC%A3%BC-%EB%B0%8F-%ED%85%8C%EB%A7%88%EC%A3%BC-%EC%B4%9D%EC%A0%95%EB%A6%AC
https://tripgamemoney.tistory.com/133
https://www.youtube.com/watch?v=RALlu2e2deA&t=585s
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