고성능 방열의 새로운 해답으로 떠오른 3D 프린팅 구리 방열판

안녕하세요, 쓰리디시스템즈입니다.

 전자장비가 점자 작아지고 성능은 높아지면서, ‘열 관리’는 단순한 기능이 아니라 제품의 성능과 수명을 결정하는 핵심 요소가 되었습니다. 특히 고열이 발생하는 환경에서는 열을 얼마나 효과적으로 제어하는지가 기술의 경쟁력을 결정합니다. 본 포스팅에서 저희 쓰리디시스템즈는 기존의 한계를 뛰어넘고 혁신을 만들어 내고 있는 3D 프린팅 구리 방열판 솔루션에 대해 자세히 이야기해보겠습니다.

알루미늄 방열판의 한계, 그리고 구리의 등장

 오랫동안 방열판의 재료로 가장 흔하게 사용된 것은 가공이 쉬운 알루미늄입니다. 하지만 열전도율 측면에서는 분명한 한계가 존재합니다. 알루미늄의 열전도율은 약 200W/m·K로, 고열이 발생하는 환경에서는 열을 빠르게 분산시키기 어렵습니다.

이러한 알루미늄의 아쉬운 점을 완벽하게 보완해줄 소재가 바로 구리입니다. 알루미늄 대비 약 2배 이상 높은 400 W/m·K의 뛰어난 열전도율을 자랑합니다. 구리 방열판이 고온을 빠르게 흡수하여 전체 면적으로 확산시키는 데 매우 효과적이라는 것을 의미합니다.

[그림1] 방열판 재료가 온도 분포에 미치는 영향

 이러한 뛰어난 성능에도 불구하고 구리는 무겁고 가공이 어렵다는 고질적인 문제 때문에 널리 사용되지 못했습니다. 하지만 3D Systems의 금속 적층 제조 기술은 이러한 한계를 극복하며 구리 방열판 솔루션의 새로운 시대를 열었습니다. 복잡한 형태의 부품을 정밀하게 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술 덕분에, 구리의 장점은 극대화하고 단점은 최소화하는 혁신적인 솔루션이 탄생하였습니다.

3D 프린팅 기술은 단순히 구리를 원하는 모양으로 찍어내는 것을 넘어, 기존 제조 방식으로 불가능했던 혁신적인 구조를 가능하게 합니다.

항공우주 분야에서 쌓은 금속 적층 제조 경험을 바탕으로, 3D Systems는 제한된 공간에서도 복잡하고 안정적인 열 전달 구조를 만들어냅니다. 여러 부품을 조립해야 했던 방열판을 3D 프린팅으로 한 번에 출력하여, 부품 수를 줄이고 제작 시간도 단축할 수 있습니다. 특히 얇고 견고한 벽을 제작해 누설을 방지하고, 부피 대비 표면적을 극대화하여 열 교환 효율을 극적으로 높이는 것이 핵심 기술입니다. 이는 제품의 크기와 무게를 줄이면서도 탁월한 열 관리 성능을 보장합니다.

 최근 3D Systems는 AI가 설계하고 금속 3D 프린팅으로 제작한 세계에서 가장 강력한 액체 질소(LN2) 방열판을 개발했습니다. 오버클럭 전문가들과의 협업으로 탄생한 이 제품은 고성능 컴퓨팅 및 냉각 분야에 새로운 기준을 제시하고 있습니다.

• 최대 열전달: 2상 비등(two-phase boiling) 물리와 정교한 알고리즘을 결합한 ColdStream은 3D 프린팅의 강점을 활용해 열 전달을 극대화하는 구조를 설계했습니다. 초기 테스트 결과, 열 저항값은 0.011 K/W라는 놀라운 수치를 기록하며 세계에서 가장 강력한 방열판 중 하나임을 증명했습니다.
• 압도적인 냉각 성능: 초기 물리 테스트에서 이 방열판은 현재 시장 최고 제품인 Volcano LN2 쿨러보다 3배 빠른 쿨다운 성능을 보였습니다.
• 엄청난 전력 처리 능력: 600W의 전력을 소모하는 Core i9-14900KF를 손쉽게 감당했으며, Volcano LN2 쿨러보다 히트싱크 바닥 온도를 11℃나 낮게 유지했습니다. 이는 동일한 바닥 온도에서 2배 이상의 전력을 처리할 수 있는 잠재력을 의미합니다.

이 방열판은 기존 제조 방식으로는 불가능한 복잡한 형상을 구현하기 위해 3D Systems의 DMP 기술을 사용했습니다. 특히 뛰어난 열전도율을 위해 순수 구리(Pure Copper)를 사용했는데, 구리 분말의 순도 유지가 핵심이었습니다. 3D Systems는 독자적인 진공 챔버 기술을 활용해 프린팅 전 분말과 챔버 내 공기와 습기를 제거하고, 고순도 아르곤 가스를 주입해 안정적인 공정을 가능하게 합니다.

전자 장비의 고성능화가 가속화될수록, 효율적인 열 관리 기술의 중요성은 더욱 커질 것입니다. 3D 프린팅 구리 방열판은 기존 방식의 한계를 극복하고, 뛰어난 성능과 유연성을 바탕으로 다양한 산업 분야에 혁신적인 솔루션을 제공할 것입니다.

 저희 쓰리디시스템즈는 앞으로도 고객사의 비즈니스 성장을 위한 최적의 열 관리 솔루션을 제공하기 위해 끊임없이 연구하고 도전하겠습니다.