컴퓨터 팬

컴퓨터 팬(computer fan)은 액티브 쿨링을 위해 컴퓨터 케이스의 내부나 케이스에 직접 부착하는 선풍기이다. 차가운 공기가 바깥에서 케이스 내부로 들어올 수 있게 하기 위해 사용한다. 또, 히트 싱크를 통해 안쪽으로부터 뜨거운 공기가 바깥으로 이동하여 특정 부품을 시원하게 만들어준다. 컴퓨터 팬은 82mm, 120mm(일반적), 140mm, 200~220mm 등 표준 크기로 출시된다. 컴퓨터 팬은 3핀 또는 4핀 팬 단자를 사용하여 전원을 공급받으며 통제된다.

 용도 
초기 개인용 컴퓨터에서는 자연 대류(수동 냉각)를 사용하여 대부분의 부품을 냉각할 수 있었지만, 많은 현대적 부품들은 더 효과적인 능동 냉각을 필요로 한다. 이러한 부품을 냉각하기 위해 팬을 사용하여 가열된 공기를 부품에서 멀리 이동시키고 차가운 공기를 그 위로 끌어들인다. 부품에 부착된 팬은 대개 공기와 접촉하는 가열된 표면의 면적을 넓히기 위해 히트 싱크와 결합되어 사용되며, 이를 통해 냉각 효율을 높인다. 팬 제어가 항상 자동인 것은 아니다. 컴퓨터의 바이오스는 컴퓨터에 내장된 팬 시스템의 속도를 제어할 수 있다. 사용자는 추가 냉각 부품을 사용하여 이 기능을 보완하거나, 팬을 서로 다른 속도로 설정하는 노브가 달린 수동 팬 컨트롤러를 연결할 수도 있다.

IBM PC 호환기종 시장에서 컴퓨터의 전원 공급 장치(PSU)는 거의 항상 배기 팬을 사용하여 PSU 내부의 따뜻한 공기를 배출한다. CPU에 대한 능동 냉각은 인텔 80486에서 나타나기 시작했으며, 1997년 무렵에는 모든 데스크톱 프로세서의 표준이 되었다.Mueller, Scott 2005. Upgrading and Repairing PCs. Que Publishing. 16th edition. pp 1274–1280 섀시 또는 케이스 팬은 일반적으로 후면에서 가열된 공기를 배출하는 배기 팬 하나와 선택적으로 전면을 통해 차가운 공기를 끌어들이는 흡기 팬으로 구성되며, 2000년 말 펜티엄 4의 등장과 함께 보편화되었다.

 응용 분야 
섬네일|80 mm × 80 mm × 25 mm 크기의 축류 컴퓨터 팬

 케이스 팬 
섬네일|컴퓨터 케이스 팬의 전면과 후면

팬은 컴퓨터 케이스를 통해 공기를 이동시키는 데 사용된다. 케이스 내부의 부품은 주변 공기가 너무 뜨거우면 열을 효율적으로 방출할 수 없다. 케이스 팬은 섀시의 전면이나 하단(내부 하드 드라이브 랙 위로 공기가 흐를 수 있음)을 통해 외부의 차가운 공기를 끌어들이는 흡기 팬으로 배치되거나, 상단이나 후면을 통해 따뜻한 공기를 내보내는 배기 팬으로 배치될 수 있다. 일부 ATX 컴퓨터 타워 케이스에는 왼쪽 측면 패널에 하나 이상의 추가 통풍구와 장착 지점이 있어, 가장 큰 열원 중 하나인 메인보드 부품과 확장 카드에 직접 시원한 공기를 불어넣는 팬을 설치할 수 있다.

표준 축류 케이스 팬은 가로와 세로 너비가 40, 60, 80, 92, 120, 140, 200, 220 mm인 것들이 있다. 케이스 팬은 종종 PC에서 가장 눈에 띄는 냉각 형태이므로, LED 조명이 있거나 자외선(UV) 반응성 플라스틱으로 만들어지거나 장식용 그릴로 덮인 다양한 장식용 팬을 시중에서 구할 수 있다. 장식용 팬과 액세서리는 케이스 모딩을 하는 사람들에게 인기가 많다. 공기여과기는 먼지가 케이스로 들어가 내부 부품을 막는 것을 방지하기 위해 흡기 팬 위에 자주 사용된다. 히트 싱크는 먼지의 단열 효과로 인해 방열 능력이 급격히 저하되므로 먼지가 쌓이는 것에 특히 취약하다.

 PSU 팬 
전원 공급 장치(PSU)에는 몇 가지 예외를 제외하고 팬이 포함되어 있지만, 이를 케이스 환기용으로 사용해서는 안 된다. PSU의 흡입 공기가 뜨거울수록 PSU 자체도 더 뜨거워진다. PSU 온도가 올라가면 내부 부품의 전도성이 떨어진다. 전도성 감소는 PSU가 입력된 전기 에너지를 더 많은 열 에너지로 변환한다는 것을 의미한다. 이러한 온도 상승과 효율 저하의 순환은 PSU가 과열되거나 냉각 팬이 PSU에 상대적으로 차가운 공기를 적절히 공급할 수 있을 만큼 빠르게 회전할 때까지 계속된다. 현대의 PC에서 PSU는 주로 하단에 장착되며 전용 흡기 및 배기 통풍구를 갖추고 있는데, 흡기구에는 먼지 필터를 설치하는 것이 바람직하다.

 CPU 팬 
섬네일|작동 중인 서멀라이트 Le Grand Macho RT CPU 팬

중앙 처리 장치(CPU) 히트 싱크를 냉각하는 데 사용된다. 대규모 집적 회로와 같은 집중된 열원을 효과적으로 냉각하려면 히트 싱크가 필요하며, 이는 팬에 의해 냉각될 수 있다. 팬만 사용하는 것으로는 작은 칩의 과열을 방지할 수 없다.

 그래픽 카드 팬 
섬네일|냉각을 위해 두 개의 팬을 사용하는 ASUS 지포스 GTX 650 Ti PCI 익스프레스 3.0 ×16 그래픽 카드

그래픽 처리 장치의 히트 싱크나 그래픽 카드의 메모리를 냉각하는 데 사용된다. 과거의 카드는 전력 소모량이 적어 이러한 팬이 필요하지 않았으나, 3D 그래픽과 게임을 위해 설계된 대부분의 현대적 그래픽 카드는 전용 냉각 팬이 필요하다. 일부 고성능 카드는 CPU보다 더 많은 열을 발생시킬 수 있으며(최대 350와트 소모), 따라서 효과적인 냉각이 특히 중요하다. 2010년 이후 축류 팬이나 블로어, 터보 또는 스쿼럴 케이지 팬으로도 알려진 원심 팬을 장착한 그래픽 카드들이 출시되고 있다.

 칩셋 팬 
메인보드 칩셋의 노스브리지 히트 싱크를 냉각하는 데 사용된다. 이는 시스템 버스가 크게 오버클럭되어 평소보다 더 많은 전력을 소모할 때 필요할 수 있지만, 그렇지 않은 경우에는 불필요할 수 있다. 칩셋의 더 많은 기능이 중앙 처리 장치로 통합됨에 따라 칩셋의 역할이 줄어들었고 발열 또한 감소했다.

 하드 드라이브 냉각 
냉각을 목적으로 하드 디스크 드라이브 옆이나 위에 팬을 장착할 수 있다. 하드 드라이브는 시간이 지나면서 상당한 열을 발생시킬 수 있으며, 과도한 온도에서 작동해서는 안 되는 열에 민감한 부품이다. 많은 경우 자연 대류 냉각으로 충분하지만, 다음과 같은 일부 상황에서는 팬이 필요할 수 있다.
 더 많은 열을 발생시키는 고속 회전 하드 디스크 ( 저가형 드라이브는 최대 7,200 RPM으로 회전하며, 10,000 및 15,000 RPM 드라이브도 있지만 열이 더 많이 발생함)
 대규모 또는 밀집된 디스크 어레이 (디스크가 조밀하게 장착되는 서버 시스템 포함)
 인클로저나 장착된 위치 때문에 팬의 공기 흐름 없이는 냉각이 쉽지 않은 디스크

 다목적 
섬네일|소형 블로어 팬을 사용하여 랩톱 컴퓨터의 CPU 쿨러에 공기를 보낸다.

케이스에 부착된 라디에이터에 케이스 팬을 장착하여 수랭 장치의 냉매를 냉각하는 동시에 케이스를 환기시키는 역할을 할 수 있다. 랩톱에서는 단일 블로어 팬이 히트피프를 사용하여 CPU와 GPU 모두에 연결된 히트 싱크를 냉각하는 경우가 많다. 데스크노트와 모바일 워크스테이션에서는 두 개 이상의 강력한 팬이 사용될 수 있다. 랙 장착형 서버에서는 한 줄의 팬이 섀시 전면에서 후면으로 공기 흐름을 만들어내며, 이는 수동 덕트나 슈라우드를 통해 개별 부품의 히트 싱크를 가로지르도록 유도된다.

 기타 용도 
팬은 덜 일반적이지만 다음과 같은 다른 목적으로도 사용된다.
 수랭 라디에이터는 많은 열을 전달하며, 라디에이터 팬은 열을 방출하기 위해 (공기 흐름이 높은 케이스 팬과 달리) 큰 정압을 가진다.
 랩톱 컴퓨터는 따뜻한 공기가 빠져나갈 수 있는 큰 개구부가 부족하다. 적절한 냉각을 보장하기 위해 팬이 내장된 트레이와 같은 쿨러 위에 랩톱을 올려놓을 수 있다.
 일부 하이엔드 기기(많은 서버 포함) 또는 추가적인 신뢰성이 필요한 경우, SATA/SAS 컨트롤러, 고속 네트워크 컨트롤러(40Gbps 이더넷, 인피니밴드), PCIe 스위치, 보조 프로세서 카드(예: 일부 제온 파이), 일부 FPGA 칩, 사우스브리지와 같은 다른 칩들도 히트 싱크와 전용 팬으로 능동 냉각된다. 이들은 메인보드 자체에 있거나 종종 PCIe 카드를 통한 별도의 추가 보드 형태일 수 있다.
 확장 슬롯 팬 — PCI 버스 또는 PCI 익스프레스 슬롯 중 하나에 장착되는 팬으로, 일반적으로 그래픽 카드나 확장 카드 전반에 추가 냉각을 공급하기 위한 것이다.
 광학 드라이브 팬 — 일부 내부 CD 및 DVD 라이터에는 냉각 팬이 포함되어 있었다.
 메모리 팬 — 현대의 주기억장치는 능동 냉각이 필요할 정도로 충분한 열을 발생시킬 수 있으며, 일반적으로 메모리 칩 위에 배치된 작은 팬의 형태를 띤다. 이는 특히 메모리가 오버클럭되거나 전압이 높아진(오버볼팅) 경우, 또는 FB-DIMM을 사용하는 시스템과 같이 메모리 모듈에 능동 로직이 포함된 경우에 해당한다. 그러나 1.2V를 사용하는 DDR4와 같이 더 낮은 전압이 사용되면서 예전만큼 자주 필요하지는 않게 되었다. 대부분의 경우 CPU 근처에 위치한 메모리 모듈은 CPU 팬과 라디에이터에서 나오는 공기가 따뜻하더라도 케이스나 CPU 팬으로부터 충분한 공기 흐름을 받는다. 메인 CPU가 수랭식인 경우 이 소량의 공기 흐름이 부족할 수 있으므로 케이스 내 공기 흐름이나 전용 메모리 냉각에 대한 추가적인 주의가 필요하다. 안타깝게도 대부분의 메모리 모듈은 온도를 쉽게 측정할 수 있는 온도 모니터링 기능을 제공하지 않는다.

 물리적 특성 

컴퓨터에 사용되는 대부분의 팬은 낮은 압력과 높은 풍량을 생성하기 때문에 축류 흐름 유형이며, 원심형 및 횡류 팬 유형도 사용된다. 두 가지 중요한 기능적 사양은 이동할 수 있는 풍량(일반적으로 분당 입방 피트(CFM)로 표시됨)과 정압이다. 데시벨로 표시되는 소음 수치 또한 가정용 및 사무용 컴퓨터에서 매우 중요할 수 있다. 일반적으로 팬이 클수록 동일한 CFM에서 더 조용하다.

 크기 
+ 팬 크기 및 대응하는 나사 구멍 간격 팬 크기 (mm) 장착 구멍 중심 간격 (mm) 40  32 50  40 60  50 70  60 80  71.5 92  82.5 120  105 140  124.5 200  154 220  170

치수와 장착 구멍은 팬을 사용하는 장비에 맞아야 한다. 대개 정사각형 프레임 팬이 사용되지만 원형 프레임도 사용되며, 종종 장착 구멍이 허용하는 것보다 더 큰 팬을 사용할 수 있도록 한다(예: 120 mm 정사각형 팬용 구멍이 있는 140 mm 팬). 정사각형 팬의 너비와 원형 팬의 직경은 대개 밀리미터 단위로 표시된다. 제시된 치수는 장착 구멍 사이의 거리가 아니라 팬의 외곽 너비이다. 일반적인 크기에는 40 mm, 60 mm, 80 mm, 92 mm, 120 mm, 140 mm가 포함되지만,
8 mm, 17 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 38 mm, 45 mm, 50 mm, 70 mm, 200 mm, 220 mm, 250 mm 및 360 mm 크기도 사용할 수 있다. 높이 또는 두께는 일반적으로 10 mm, 15 mm, 25 mm 또는 38 mm이다.

섬네일|왼쪽부터 오른쪽으로 팬 크기: 140 mm, 120 mm, 92 mm, 80 mm, 60 mm, 50 mm 및 40 mm.

일반적으로 정사각형 120 mm 및 140 mm 팬은 게임용 컴퓨터와 같이 냉각 요구 사항이 높고 낮은 속도에서 더 조용한 작동을 원하는 경우에 사용된다. 더 큰 팬은 대개 케이스 냉각, 대형 히트 싱크가 있는 CPU 및 ATX 전원 공급 장치에 사용된다. 정사각형 80 mm 및 92 mm 팬은 요구 사항이 덜한 응용 분야나 더 큰 팬이 호환되지 않는 경우에 사용된다. 더 작은 팬은 일반적으로 소형 히트 싱크가 있는 CPU, SFX 전원 공급 장치, 그래픽 카드, 노스브리지 등을 냉각하는 데 사용된다.

 회전 속도 
회전 속도(분당 회전수, RPM)는 정압과 함께 특정 팬의 풍량을 결정한다. 소음이 문제인 경우, 동일한 풍량을 이동시킬 수 있는 더 작고 빠른 팬보다 더 크고 천천히 회전하는 팬이 더 조용하다. 팬 소음은 팬 속도의 5제곱에 대략 비례하는 것으로 밝혀졌다. 속도를 절반으로 줄이면 소음이 약 15 dB 감소한다. 축류 팬은 작은 크기의 경우 최대 약 38,000 rpm의 속도로 회전할 수 있다.

팬은 센서와 회로에 의해 제어되어 온도가 높지 않을 때 속도를 줄임으로써 고정 속도 팬보다 조용한 작동, 긴 수명 및 낮은 전력 소비를 제공할 수 있다. 팬의 수명은 대개 최대 속도와 고정된 주변 온도에서 작동한다는 가정 하에 인용된다.

 공기 압력 및 유량 
정압이 높은 팬은 라디에이터나 히트 싱크 사이의 틈새와 같이 제한된 공간을 통해 공기를 강제로 통과시키는 데 더 효과적이다. 히트 싱크용 팬을 선택할 때는 CFM 단위의 풍량보다 정압이 더 중요하다. 정압의 상대적 중요성은 기하학적 구조에 의해 공기 흐름이 제한되는 정도에 따라 달라지며, 히트 싱크 핀 사이의 간격이 좁아질수록 정압이 더 중요해진다. 정압은 일반적으로 mm Hg 또는 mm H2O로 표시된다.

 베어링 유형 
팬에 사용되는 베어링 유형은 성능과 소음에 영향을 줄 수 있다. 대부분의 컴퓨터 팬은 다음 베어링 유형 중 하나를 사용한다.
 슬리브 베어링  오일이나 그리스로 윤활된 두 표면을 마찰 접촉으로 사용한다. 종종 자가 윤활을 위해 다공성 소결 슬리브를 사용하며, 가끔씩의 유지보수나 교체만 필요하다. 슬리브 베어링은 접촉면이 마모되고 윤활제가 건조해짐에 따라 높은 온도에서 내구성이 떨어져 결국 고장으로 이어진다. 하지만 주변 온도가 비교적 낮은 경우에는 수명이 볼 베어링 유형과 비슷하다(일반적으로 약간 짧음). 슬리브 베어링은 높은 온도에서 고장 날 가능성이 더 높으며, 수직 이외의 방향으로 장착할 경우 성능이 저하될 수 있다. 슬리브 베어링 팬의 전형적인 수명은 에서 약 30,000시간이다. 슬리브 베어링을 사용하는 팬은 일반적으로 볼 베어링을 사용하는 팬보다 저렴하며, 수명 초기에는 낮은 속도에서 더 조용하지만 노후화되면서 시끄러워질 수 있다.
 라이플 베어링  슬리브 베어링과 유사하지만 더 조용하고 볼 베어링만큼 긴 수명을 가진다. 베어링 내부에 나선형 홈이 있어 저장소에서 유체를 펌핑한다. 펌핑되는 유체가 샤프트 상단을 윤활하기 때문에 슬리브 베어링과 달리 샤프트를 수평으로 하여 안전하게 장착할 수 있다. 또한 펌핑 작용으로 샤프트에 충분한 윤활제가 유지되도록 하여 소음을 줄이고 수명을 늘린다.
 유체 베어링 (FDB)  거의 무소음에 가까운 작동과 높은 기대 수명(볼 베어링보다 길지는 않음)이라는 장점이 있지만 가격이 더 비싼 경향이 있다.
 볼 베어링  일반적으로 유체 베어링보다 비싸지만, 볼 베어링 팬은 슬리브 베어링 팬과 같은 장착 방향 제한이 없고 고온에서 더 내구성이 뛰어나며 높은 회전 속도에서 슬리브 베어링 팬보다 더 조용하다. 볼 베어링 팬의 전형적인 수명은 에서 60,000시간 이상일 수 있다.
 자기 베어링 또는 자기 부상 베어링  자력에 의해 팬이 베어링으로부터 반발되는 방식이다.

 커넥터 
섬네일|컴퓨터 팬의 3핀 커넥터

컴퓨터 팬에 주로 사용되는 커넥터는 다음과 같다.

 3핀 몰렉스 커넥터 KK 제품군
 이 몰렉스 커넥터는 팬을 메인보드나 다른 회로 기판에 연결할 때 사용된다. 작고 두꺼운 직사각형 인라인 암형 커넥터로, 한쪽 긴 면의 가장 바깥쪽 가장자리에 두 개의 편광 탭이 있다. 핀은 정사각형이며 0.1 인치(2.54 mm) 피치이다. 3개의 핀은 접지, +12 V 전원 및 타코미터 신호에 사용된다. 리셉터클의 몰렉스 부품 번호는 22-01-3037이다. 개별 크림프 접점의 몰렉스 부품 번호는 08-50-0114(주석 도금) 또는 08-55-0102(반금 도금)이다. 매칭되는 PCB 헤더 몰렉스 부품 번호는 22-23-2031(주석 도금) 또는 22-11-2032(금 도금)이다. 대응하는 와이어 스트리퍼와 크림핑 도구도 필요하다.

 4핀 몰렉스 커넥터 KK 제품군
 이는 4개의 핀을 가졌으나 3핀 커넥터의 잠금/편광 기능을 갖춘 몰렉스 KK 커넥터의 특수 변형이다. 추가 핀은 가변 속도 제어를 제공하기 위한 펄스 폭 변조(PWM) 신호에 사용된다. 이들은 3핀 헤더에 꽂을 수 있지만 팬 속도 제어 기능은 상실된다. 리셉터클의 몰렉스 부품 번호는 47054-1000이다. 개별 크림프 접점의 몰렉스 부품 번호는 08-50-0114이다. 헤더의 몰렉스 부품 번호는 47053-1000이다.

 4핀 몰렉스 커넥터
 이 커넥터는 팬을 전원 공급 장치에 직접 연결할 때 사용된다. 대형 인라인 4핀 수형-암형 몰렉스 커넥터로 이어지고 분기되는 두 개의 전선(노란색/12 V 및 검은색/접지)으로 구성된다. 커넥터의 나머지 두 전선은 5V(빨간색)와 접지(역시 검은색)를 제공하지만 이 경우에는 사용되지 않는다. 이는 직렬 ATA가 표준이 되기 전 하드 드라이브에 사용되던 것과 동일한 커넥터이다.

 3핀 몰렉스 커넥터 PicoBlade 제품군
 이 커넥터는 노트북 팬이나 팬을 그래픽 카드에 연결할 때 사용된다.

 델 전용
 이 전용 델 커넥터는 단순한 3핀 암형 IC 커넥터를 확장한 것으로, 한쪽에 두 개의 탭을 추가하고 다른 쪽에 잠금 탭을 추가했다. 핀 소켓의 크기와 간격은 표준 3핀 암형 IC 커넥터 및 3핀 몰렉스 커넥터와 동일하다. 일부 모델은 흰색 전선(속도 센서)이 중앙에 있는 반면, 표준 3핀 몰렉스 커넥터는 흰색 전선이 3번 핀이어야 하므로 호환성 문제가 존재할 수 있다.

 기타
 일부 컴퓨터 팬은 다양한 디자인의 2핀 커넥터를 사용한다.

 대안 
소음, 신뢰성 또는 환경적 문제로 인해 팬이 바람직하지 않은 경우 몇 가지 대안이 있다. 케이스에서 뜨거운 공기를 뽑아내는 전원 공급 장치의 팬 하나를 제외한 모든 팬을 제거함으로써 어느 정도 개선을 이룰 수 있다.

수동 냉각만을 사용하도록 시스템을 설계하여 소음을 줄이고 고장날 수 있는 가동 부품을 제거할 수 있다. 이는 다음과 같은 방법으로 달성할 수 있다.
 자연 대류 냉각: 신중하게 설계되고 올바르게 배치된 충분히 큰 히트 싱크는 자연 대류만으로도 최대 100 W를 방출할 수 있다.
 열을 케이스 밖으로 전달하기 위한 히트파이프
 전압을 낮추거나 계산 강도를 줄여 열 방출 필요성을 줄이는 언더볼팅 또는 언더클럭
 침수 액체 냉각: 메인보드를 비전도성 액체에 넣는 방식은 우수한 대류 냉각을 제공하고 히트 싱크나 팬 없이도 습기와 물로부터 보호한다.
다른 냉각 방법으로는 다음과 같은 것들이 있다.
 수랭
 광물유
 액체 질소
 Peltier 효과 장치 등에 의한 냉장
 이온 바람 냉각이 연구되고 있는데, 이는 두 전극 사이의 공기를 이온화하여 공기를 이동시키는 방식이다. 이는 팬을 대체하며 가동 부품이 없고 소음이 적다는 장점이 있다.

 같이 보기 
 컴퓨터 하드웨어 용어 사전



 스몰 폼 팩터 (SFF)
 PC 팬 제어를 위한 소프트웨어 프로그램: Argus Monitor 및 SpeedFan

 각주 

 외부 링크 

 전자 장비 냉각을 위한 (2/3/4핀) 팬 속도 제어의 이유와 방법 – Analog Devices

분류:컴퓨터 하드웨어 냉각
분류:환기 장치