01 / THERMAL FUNDAMENTALS

온도를 결정하는
물리부터 시작합니다.

열전달의 언어를 익히고, 세 가지 입력으로 정상상태 온도를 계산해 봅니다.

공개 자료 기반 · 교육용 합성 예제

왜 열설계를 배우는가

SSD의 컨트롤러와 NAND에서 발생한 열은 패키지, PCB, 접촉면과 냉각 구조를 거쳐 주변으로 이동합니다. 먼저 얼마나 열이 발생하는지, 어디로 흐르는지, 어느 온도를 평가하는지를 구분해야 합니다. 이 챕터는 실제 제품 사양 대신 일반화된 열 경로를 다룹니다.

물리 개념

온도는 열적 상태를 나타냅니다. 온도 차이는 열전달의 구동력입니다.
열전달률 $\dot{Q}$ 는 단위 시간당 이동하는 에너지이며 단위는 W = J/s입니다.
전도는 물질 내부를 통한 열전달입니다. 1차원 정상 전도에서는 $\dot{Q} = k A (T_h-T_c)/L$ 입니다.
대류는 표면과 유체 사이의 열전달입니다. $\dot{Q} = h A (T_s-T_\infty)$ 입니다.
복사는 전자기파를 통한 에너지 교환입니다. 절대온도에 비선형으로 의존합니다.

여기서 $k$ 는 열전도율 [W/(m·K)], $A$ 는 면적 [m²], $L$ 은 길이 [m], $h$ 는 열전달계수 [W/(m²·K)]입니다. 전도 식은 일정한 물성과 일정한 단면적, 내부 발열 없는 구간을 가정합니다. 대류 식의 $h$ 는 유동과 형상에 따라 달라집니다.

핵심 방정식

정상상태에서는 장치에 저장되는 열에너지가 시간에 따라 변하지 않습니다. 장치의 발열량 $P$ 가 한 열 경로를 통해 주변으로 전달된다고 가정하면 다음과 같습니다.

R_{\mathrm{thermal}} = \frac{T_{\mathrm{device}} - T_{\mathrm{ambient}}}{P}

T_{\mathrm{device}} = T_{\mathrm{ambient}} + P R_{\mathrm{thermal}}

변수	의미	단위
$T_{\mathrm{device}}$	선택한 장치 온도 노드	K (표시는 °C)
$T_{\mathrm{ambient}}$	해당 경로의 주변 기준 온도	K (표시는 °C)
$P$	열로 변환되는 발열량	W
$R_{\mathrm{thermal}}$	두 노드 사이 유효 열저항	K/W

온도 차이 1 K와 1 °C의 크기는 같습니다. 절대온도 계산은 K로 수행하고 결과를 °C로 변환합니다. $P=0$ 일 때 첫 식으로 열저항을 역산할 수 없지만, 두 번째 식은 장치 온도가 주변 온도와 같다는 이상적인 결과를 줍니다.

공학적 해석

같은 주변 온도에서 발열량 또는 열저항이 커지면 온도 상승이 커집니다. 단순한 직렬 경로에서는 열저항을 더할 수 있지만 실제 SSD에는 병렬 경로가 있습니다. 접합부–주변 열저항과 케이스–주변 열저항은 평가 노드가 다르므로 서로 대체할 수 없습니다. 열저항의 두 기준 노드와 해당 경로로 흐르는 열전달률을 함께 정의하세요.

균일한 전도 구간의 열저항은 $R=L/(kA)$ , 대류 경로의 열저항은 $R=1/(hA)$ 입니다. 접촉 저항과 확산 저항은 이 식만으로 모두 표현되지 않습니다. MIT 공개 교재의 열저항 회로 설명을 참고할 수 있습니다.

시뮬레이터

아래 조건은 교육용 합성 데이터입니다. 입력을 지우거나 물리적으로 허용되지 않는 수를 넣으면 계산 결과를 표시하지 않습니다.

INPUTS / 입력

조건을 바꿔 탐색하세요

주변 온도 °C

발열량 W

열저항 K/W

전기 입력 전력 중 열로 변환되는 발열량을 입력하세요. 실측 SSD 사양이 아닙니다.

OUTPUTS / 정상상태 결과

70°C

장치 온도 주변 대비 +30 K

MODEL · Tdevice = Tambient + P × Rthermal

발열량에 따른 온도 변화

차트를 불러오는 중…

차트 데이터 표 보기

현재 조건에서 계산한 합성 발열량 스윕
발열량 (W)	장치 온도 (°C)
0	40
2	43
4	46
6	49
8	52
10	55
12	58
14	61
16	64
18	67
20	70
22	73
24	76
26	79
28	82
30	85
32	88
34	91
36	94
38	97
40	100

INTERPRETATION · 열저항을 유지하면 발열량과 온도 상승은 비례합니다. 실제 냉각에서는 열저항 자체가 달라질 수 있습니다.

ASSUMPTIONS & LIMITATIONS / 가정과 한계

정상상태, 단일 열 경로, 일정한 열저항, 고정된 주변 온도를 가정합니다. 과도응답, 국부 핫스폿, 온도 의존 물성, 비선형 냉각과 스로틀링은 포함하지 않습니다. 0 K/W는 이상적인 경계 조건입니다. 실제 제품의 안전성·적합성을 판정하지 않습니다.

계산 예제

주변 온도 40 °C, 발열량 20 W, 열저항 1.5 K/W를 사용합니다.

\Delta T = 20\,\mathrm{W} \times 1.5\,\mathrm{K/W} = 30\,\mathrm{K}

T_{\mathrm{device}} = 313.15\,\mathrm{K} + 30\,\mathrm{K} = 343.15\,\mathrm{K} = 70\,{}^\circ\mathrm{C}

열저항을 1.0 K/W로 낮추면 동일한 발열량에서 60 °C가 됩니다. 이 비교는 주변 온도와 발열량, 열저항의 정의가 동일할 때 유효합니다.

설계 고려사항

평가 노드가 접합부, 케이스, PCB 중 무엇인지 명시합니다.
주변 온도는 실내 온도와 다를 수 있습니다. 장치 가까이의 유체 온도를 구분합니다.
전도 길이, 접촉면, TIM, 유동과 열 확산에 따른 경로 변화를 검토합니다.
온도 한계는 공개 제품 사양과 평가 노드가 일치하는 경우에만 비교합니다. 이 계산기는 특정 제품의 한계값을 제공하지 않습니다.

흔한 실수

전력과 에너지(W와 J), 온도와 온도 상승(°C와 K)을 혼동하지 마세요. 열저항은 모든 워크로드와 냉각 조건에서 일정한 제품 고유값이 아닙니다. 정상상태 계산으로 부팅 직후의 온도나 국부 핫스폿을 예측할 수 없습니다.

체크리스트

발열량과 전기 입력 전력을 구분했나요?
장치 노드와 주변 기준 온도를 정의했나요?
W, K/W, K 또는 °C의 단위를 확인했나요?
정상상태와 일정한 열저항 가정이 맞나요?
합성 결과와 실제 측정값을 구분했나요?

퀴즈

주변 온도 30 °C, 발열량 10 W, 열저항 2 K/W일 때 장치 온도는?
열저항과 주변 온도가 같을 때 발열량을 두 배로 늘리면 온도 상승은?
계산 결과 70 °C만으로 실제 SSD가 안전하다고 판단할 수 있나요?

정답과 해설 보기

1. 50 °C입니다. 온도 상승은 20 K입니다.

2. 온도 상승이 두 배가 됩니다. 절대온도나 °C 온도가 두 배가 되는 것은 아닙니다.

3. 판단할 수 없습니다. 제품별 한계, 평가 노드, 국부 온도와 모델 적용 범위를 추가로 확인해야 합니다.

참고문헌

MIT Unified Engineering — 16.4 Thermal Resistance Circuits: 전도·대류 열저항과 회로 표현의 물리적 근거. 2026-10-03 확인.
MIT Unified Engineering — 16.1 Heat Transfer Modes: 열전달 메커니즘의 공개 설명. 2026-10-03 확인.

이 콘텐츠는 공개 교육 자료를 참고해 독립적으로 작성했으며, 예제와 차트는 합성 조건을 계산한 결과입니다.

발열량 (W)	장치 온도 (°C)
0	40
2	43
4	46
6	49
8	52
10	55
12	58
14	61
16	64
18	67
20	70
22	73
24	76
26	79
28	82
30	85
32	88
34	91
36	94
38	97
40	100

발열량 (W)	장치 온도 (°C)
0	40
2	43
4	46
6	49
8	52
10	55
12	58
14	61
16	64
18	67
20	70
22	73
24	76
26	79
28	82
30	85
32	88
34	91
36	94
38	97
40	100

온도를 결정하는물리부터 시작합니다.