엔지니어링 로그: KVM-GO DP/VGA 열 추적 및 최종 해결

기록 1: "평소 따뜻함"이 아니라는 걸 깨달은 순간

KVM-GO 개발 중반에 일반적인 "소형 기기가 따뜻해지는" 기대와 맞지 않는 열 동작이 나타났습니다. 문제는 DisplayPort(DP)와 VGA 두 가지 버전에서만 발생했고, HDMI 버전은 기대 범위 내에 머물렀습니다.

처음 증상은 단순했습니다. 외관 온도가 예상보다 빨리 불쾌해졌습니다. 우려한 것은 쾌적함이 아니라 내부 온도가 소비자용 부품의 장기 내구 한계를 훨씬 넘을 가능성이었습니다.

기록 2: 왜 DP와 VGA만인가

버전별 비디오 경로 설계를 추적하자 패턴이 나타났습니다.

HDMI: MS2130S를 사용한 단일 변환 단계(HDMI → USB 비디오)
DP: IT6563 + MS2130S의 2칩 체인으로 DP → USB 비디오 변환
VGA: MS9288C + MS2109S의 2칩 체인으로 VGA → USB 비디오 변환

2칩 구성은 부품만 늘리는 게 아닙니다. 전력 소산과 국부적 핫스팟이 늘어납니다. KVM-GO 크기의 제품에서는 그런 핫스팟이 퍼질 공간이 거의 없습니다.

다음은 표면적 제약이었습니다. KVM-GO는 크기를 한계까지 줄였기 때문에 PCB 면적과 효과적인 열 방산 면적 모두 작습니다.

마지막으로 레이아웃 제약이 실제 엔지니어링 트레이드오프로 이어졌습니다. 두 발열 칩을 같은 쪽에 배치하면 열적으로는 이상적이지만, 핀 배치와 고속 배선 요구로 인해 그 접근이 어려웠습니다. 한 칩을 더 "내부"에 두면 배선과 신호 무결성에는 유리하지만, 열이 외장 내부에 갇혔습니다.

원본 PCB 레이아웃

원본 고속 배선

KVM-GO 내부 스택 레이아웃

기록 3: 핵심 지표 측정 — 내부 vs 외부 온도

추측을 멈추고 문제의 양쪽을 측정하기로 했습니다. 외부·내부 모니터링을 위한 온도 측정점을 만들고 장시간 부하 테스트를 진행했습니다.

특히 VGA에서 결과가 우려될 만했습니다.

약 1시간 지속 운영 후: - 외부 표면은 약 65°C에 도달 - 내부 온도는 최대 약 115°C

많은 소비자용 부품의 최대 동작 온도는 부품·등급에 따라 85°C 전후입니다. 내부가 3자리 온도라면 단순 "만지면 뜨거운" 수준이 아니라, 제품 수명 단축이나 환경별 불안정한 동작을 초래할 수 있는 상황이었습니다.

기준 온도 테스트(내부 vs 외부)

기록 4: 빠른 sanity check — 강제 환기가 효과적(이지만 제품 해결책은 아님)

다시 설계하기 전에 간단한 검증을 하고 싶었습니다. 열을 더 빨리 제거하면 온도가 의미 있게 내려갈까요?

DIY 팬으로 간단한 강제 환기 세트업을 시도했습니다. 물리 법칙대로 온도가 눈에 띄게 내려갔고, 테스트에서 약 15°C 감소했습니다. 이로써 문제가 측정 오차나 소프트웨어가 아니라 열 병목이라는 것이 확인되었습니다.

동시에 한 가지가 더 확실해졌습니다. 팬은 우리가 만드는 제품과 맞지 않습니다. KVM-GO는 컴팩트하고 조용하며 일체형이어야 합니다. 그래서 강제 환기는 진단 도구로만 쓰고, 최종 답은 아니었습니다.

DIY 팬 냉각 세트업

DIY 팬 냉각, 다른 각도

팬 냉각 시 온도 테스트

기록 5: 해결 1단계 — 발열원을 바깥으로(신호 무결성 유지)

첫 번째 실제 개선은 PCB에서 이뤄졌습니다. 두 발열 칩을 외관 쪽에 최대한 가깝게 배치하도록 설계를 조정했습니다.

단순히 "부품을 옮긴" 게 아닙니다. DP와 VGA는 배선 제약이 꽤고, 특히 차동 쌍 같은 고속 신호를 깨끗하게 유지하는 건 타협이 없습니다. 두 칩을 모두 바깥에 두면 배선이 더 어려워져, 신호 무결성을 떨어뜌리지 않도록 세심하게 작업했습니다.

구·신 레이아웃과 배선을 비교한 뒤 하드웨어를 제작해 동작을 검증했습니다.

수정된 PCB 레이아웃(칩 외향 배치)

수정된 배선(1차)

수정된 배선(핵심 영역)

수정된 PCB, 검증용 제작

1단계 이후 변화

열은 개선됐지만 2차 문제를 발견했습니다. 온도가 여전히 외장으로 효과적으로 전달되지 않았습니다. 일부 영역이 과도하게 뜨거웠고, 열화상 결과 외장이 제대로 된 히트스프레더처럼 동작하지 않는 것으로 보였습니다.

1단계는 피크 열 스트레스를 줄였지만, 열 경로를 완전히 해결하진 못했습니다.

레이아웃 변경 후 온도(1단계)

외장 열 전달 확인(1단계 후)

기록 6: 해결 2단계 — 실효적인 열 경로 구축(CNC 알루미늄 블록 + 열 계면 재료)

이 시점에서 외장을 단순 덮개가 아니라 열 시스템의 일부로 취급했습니다.

추가한 것: - 상·하 PCB 스택 위의 CNC 알루미늄 블록 - 열 계면 재료(그리스 또는 패드)로 열을 알루미늄으로, 그다음 알루미늄 외장으로 전달

목표는 간단했습니다. 효과적인 열 방산 면적을 늘리고, 열이 외장에 안전하게 dissipate될 수 있는 안정적이고 저저항 경로를 만드는 것입니다.

CNC 열 블록(2단계)

CNC 블록 설치 상세

2단계 후 최종 결과

열 전도 경로를 추가한 뒤: - 외부 온도는 약 65°C에서 안정 - 내부 온도는 약 55°C 수준으로 감소

열화상 결과가 원하는 모습을 보여주었습니다. 열 분포가 균일해지고, 외장이 드디어 열 dissipate에 참여해 내부에 열이 쌓이지 않게 되었습니다.

CNC 열 전도 추가 후 온도(2단계)

CNC 열 전도 후 외장 온도

마치며

이번 문제의 교훈은 단순히 "DP와 VGA가 더 뜨겁다"가 아닙니다. 다단 변환으로 전력이 더 든다는 건 예상된 부분입니다. 진짜 교훈은, 이 정도 크기의 기기에서는 열이 어디로 가는지가 얼마나 열이 나는지만큼 중요하다는 것입니다.

1단계(레이아웃)로 내부 핫스팟 심도를 낮췄고,
2단계(기계적 열 전도 경로)로 제품에 맞는, 지속 가능한 해결을 얻었습니다.

팬도 없고, 사용자 특별 조치도 없이, 예측 가능하게 동작하는 설계입니다.