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Nikkei X-TECH_2024.3.1

‘Apple Vision Pro’ 철저 분해 (4)
Vision Pro 분해 시작
기술자도 놀라는 '1대 3역'의 니덱의 팬 등장

닛케이 크로스테크 분해반은 미국 애플이 2024년 2월에 발매한 헤드 마운트 디스플레이(HMD) ‘Apple Vision Pro(이하, Vision Pro)’의 분해에 드디어 착수했다. 지난 회까지는 분해하기 전의 상태에서 열설계를 분석했지만 이번에는 분해를 통해 그 에어 플로우와 관련된 부품을 살펴본다.

-- 광학계 경통과 메인 기판으로 냉각 팬을 끼우는 구조 --
Vision Pro는 정가운데에 냉각 팬이 있고, 그것을 렌즈나 유기EL(OLED) 디스플레이 등으로 구성되는 광학계 경통과 메인 기판으로 양옆에서 끼우는 구조로 되어 있었다.

경통 뒤편에는 금속판이 노출돼 있었다. 바로 OLED의 뒷면에 해당하는 부분이다. 조금 틈을 두고 냉각 팬을 두었다. 이 틈새로 바람이 빠져나가면서 금속판을 통해 OLED를 식히는 것으로 보인다.

경통을 떼어내자 분해에 동석한 기술자가 “왜 이런 곳에?”라며 놀랐다. 2개의 경통이 부착돼 있던 금속제 축 프레임에 회색의 TIM(열전도재료)이 도포돼 있었기 때문이다.

축 프레임과 TIM을 통해 붙어 있던 장소는, 외주(外周)의 알루미늄 합금제 프레임에 부착돼 있던 검은 원통 모양의 부품이다. 이 부품은 장착자의 IPD(동공간 거리)에 맞춰 자동으로 경통을 좌우로 움직여 위치를 조정하는 모터로 보인다.

“전동 모터의 발열은 그렇게 크지 않겠지만 접안렌즈에 가까운 부분의 열원이라는 점을 감안해, 일부러 축 프레임으로 보내는 것은 아닐까?”라고 HMD 설계에 정통한 기술자는 말한다.

이 구조를 바탕으로 “IPD의 조정을 장착 직후 초기 설정 시뿐만 아니라 사용 중에도 세세하게 조정하고 있는 것은 아닐까?”라고 추측하는 기술자도 있었다. 빈번하게 IPD 조정용 모터가 움직인다면 분명히 열은 고민거리가 될 것이다. 또한 실제로 Vision Pro에서 이러한 세세한 조정이 이뤄지고 있는지는 현시점에서는 불분명하다.

-- 냉각 팬의 케이스가 히트싱크 겸 실드로 --
메인 기판을 분리하자 두 가지 놀라운 사실이 있었다. 우선은 냉각 팬의 뒤쪽에 직접 TIM이 도포되어 있던 것이다. TIM은 'M2'칩과 'R1'칩 위에 도포되어 있어 TIM을 통해 프로세서의 열을 냉각 팬의 알루미늄 케이스로 보내고 있는 것으로 보인다. 냉각 팬의 케이스 자체가 히트싱크로서 이용되고 있는 것이다.

지금까지 냉각 팬이 히트싱크의 역할도 겸하고 있었다는 것을 알았다. 하지만 또 다른 역할도 겸비하고 있었다. 그것은 전자 노이즈 대책용 실드이다. iPhone 등의 메인 기판에서는 통신용 IC 등에 금속제 실드캔을 씌워 노이즈 대책을 하는 경우가 많다. 이번에 Vision Pro의 메인 기판은 냉각 팬의 알루미늄 케이스에 밀착돼 있어 실드캔을 대신하는 역할도 담당하고 있는 것 같다.

“다른 제품처럼 수지제 냉각 팬 케이스와 마이크로 히트싱크라는 구조를 채택하지 않았다. 냉각 팬 케이스 그 자체를 히트싱크로서 이용한 구조는 특징적이다”라고 열설계 전문가인 Thermal Design Laboratory(군마현)의 구니미네(国峯) 씨는 평가한다. 게다가 실드캔도 겸하고 있는 1대 3역의 냉각 팬에 “이런 용도도 가능한가?”라고 HMD 개발에 정통한 기술자는 놀랐다.

-- MacBook에서도 본 니덱의 팬이 에어 플로우의 핵심 --
분해 결과 나타난 Vision Pro의 에어 플로우를 정리하면 다음과 같다. HMD 바닥에 뚫린 여러 개의 작은 구멍을 통해 흡기하고, 냉각 팬을 통해 천정의 2개의 구멍으로 배기한다. 이때 팬의 케이스에 따라 직접 M2와 R1을 식힘과 동시에 팬과 경통부와의 틈새로 흐르는 바람으로 OLED 뒷면의 금속판을 식힌다.

마지막으로 이 에어 플로우의 핵심인 냉각 팬에 대해 자세히 살펴보자.

냉각 팬의 메인 기판 측에는 ‘Nidec’이라는 글자가 새겨져 있어 니덱(구 일본전산)의 냉각 팬인 것을 알 수 있다. 23년에 미국 메타(Meta Platforms)가 발매한 ‘Meta Quest 3’에도 니덱의 슬림형의 소형 냉각 팬을 채택하고 있다. “최근에 니덱의 냉각 팬 채택이 눈에 띄는 것이 인상적이다”라고 HMD 설계에 정통한 기술자는 말한다.

냉각 팬의 케이스는 알루미늄 합금제로, 직경 약 46mm, 높이 약 5mm, 두께 약 0.5mm였다. 배기구에 접해 있는 덕트 부분에는 공기가 새지 않도록 밀폐하기 위한 부드러운 수지제 부품이 부착되어 있었다.

냉각 팬의 외장을 분리하면 물결치는 것 같은 곡선 모양의 날개가 아주 촘촘한 간격으로 배치돼 있었다. 날개의 직경(외경)은 약 37.45mm이고, 날개의 내경은 약 31.23mm, 날개 부분의 길이는 약 6.22mm였다. 날개 매수는 47매로, 날개 높이는 약 3.42mm, 날개 두께는 약 0.4mm였다.

Vision Pro의 냉각 팬은, 이전에 분해한 21년 제품 ‘MacBook Pro 16인치 모델(M1 Max 탑재)’에 채택됐던 니덱의 냉각 팬과 모양이 유사했다. Vision Pro를 탑재한 쪽이 날개 매수는 적고, 사이즈도 작아져 있었다.

MacBook Pro 탑재품에서는 케이스 내외부가 검게 칠해져 있으면서도 중앙의 은색 축이 눈에 띄었다. 그러나 이번에는 케이스뿐만 아니라 축까지도 검게 도장해서 통일하는 애플스러움도 보였다.

 -- 끝 --

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