آشنایی با موضوع هیت سینک

هیت سینک Heat sink یا گرما خور یک قطعه فلزی از جنس فلزهایی با رسانای گرمایی بالا مثل مس و آلومینیوم است که روی پردازنده ها یا چیپ ها مانند: Motherboardsیا هر چیپ دیگری که در اثر پردازش اطلاعات گرما تولید میکند قرار داده می شود تا سطح تماس پردازنده و چیپست را با محیط اطراف بیشتر کند و به پردازنده امکان دفع گرمای بیشتری را بدهد تا پردازنده بیشتر از حد استاندارد گرم نشود. در بردهای الکترونیکی، افزایش دما از مقدار تعیین شده ای که در دیتا شیت محصولات ذکر می شود، باعث آسیب رسیدن به قطعات و سوختن آنها می شود. به طور معمول قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستور، IC، دیود و LED در اثر فعالیت تولید حرارت می کنند، تولید کنندگان برای افزایش طول عمر و بهبود عملکرد محصولاتشان از هیت سینک ها استفاده می کنند. البته برای برخی قطعات مانند LED یک هیت سینک داخلی در ساختارشان طراحی شده است. ساختار هیت سینک: این قطعه باید از ماده ای که رسانش حرارتی خوبی داشته باشد، ساخته شود و فلزات بهترین گزینه برای این کار می باشند، در بین فلزات، طلا بهترین گزینه است اما به دلیل قیمت بالای آن جز در موارد خیلی خاص، از این فلز استفاده نمی شود. پس از طلا، مس گزینه مناسبی است اما چگالی بالای آن و انعطاف پایینش در شکل پذیری، مانع از استفاده از این فلز در ساخت هیت سینک می شود. آلومینیوم فلزی سبک و ارزان است که شکل پذیری خوبی دارد و به طور گسترده ای در ساخت هیت سینک به کار برده می شود. قبل از ساخت هیت سینک های مدرن امروزی، تولید کنندگان در صنایع الکترونیک با نصب ورق و شمش آلومنیوم در کنار برد، دستگاه را خنک می کردند. با گذشت زمان با استفاده از ایجاد کانال های هوایی و آبی در هیت سینک ها، روش های جدیدی برای خنک کردن بردها ایجاد شد. فاصله پره ها و قطر و شکل ظاهری و سایر ویژگی ها مواردی هستند که در نوع طراحی و انتخاب مطرح می شوند. معمولا جهت تبادل بهتر حرارت، بین قطعات و هیت سینک از خمیر سیلیکون استفاده می شود.

1.هیت سینک چیست؟

sink یک نوع مبدل حرارتی است که حرارت تولیدی در تجهیزات الکترونیکی و مکانیکی را منتقل می کند و
با پراکنده کردن حرارت، دما را در وسیله مورد نظر کنترل می کند.

هیت سینک ها برای این تبدیل دما، حرارت موجود را با استفاده از سیالات رسانای حرارتی مثل هوا یا در بعضی مواقع خنک کننده های آبی از روی قطعه مورد نظر پراکنده می کنند و
در نهایت دمای آن را تنظیم می کنند.

از هیت سینک ها در کنار اجزای کامپیوتر ها بسیار استفاده می شود.

برای مثال در کنار پردازنده یا CPU، کارت گرافیک، برخی از تراشه ها مثل ماژول حافظه RAM و… همواره یک هیت سینک وجود دارد.

از دیگر کاربردهای Heat sink می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پردازنده (processor)
• منبع تغذیه (Power Supply)
• لیزر های توان بالا
• ال ای دی (LED)

هیت سینک ها حرارت را از تجهیزات جذب می کنند و با ماکزیمم کردن سطح تماس با سیال اطرافشان، حرارت را به آن سیال منتقل می کنند.

موارد زیر بر روی عملکرد این تجهیز موثر هستند:

• سرعت یا نرخ گردش هوا
• مواد انتخاب شده
• طراحی برآمدگی ها
• عملکرد سطح

2.انواع هیت سینک ها

هیت سینک ها را می توان بر اساس ویژگی های متنوع زیر به دسته های متفاوتی تقسیم بندی کرد.

• جریان هوا
• جنس مواد سازنده
• استفاده از آب
• روش تولید

در ادامه این مقاله به معرفی انواع هیت سینک در دسته بندی های مختلف می پردازیم.

1-2 انواع Heat Sink بر اساس جریان هوا

1. فعال (Active)
2.  غیرفعال (Passive)

1) فعال (Active Heat Sink)

مدل فعال معمولا از فن، دمنده یا چیزی شبیه به این ها برای انتقال حرارت استغاده می کند.

مزیت نوع فعال این است که کارایی بسیار خوبی دارد اما داشتن اجزای متحرک و قیمت زیاد از معایب آن ها است.

2.غیر فعال (Passive Heat Sink)

مدل غیرفعال اجزای مکانیکی ندارد و انتقال حرارت در آن ها از طریق فین ها و با استفاده از فرآیند همرفت یا Convection انجام می شود.

مزیت این نوع این است که قطعات متحرک ندارد و به همین خاطر بیشتر قابل اعتماد است؛
اما در مقابل برای انتقال حرارت همواره نیاز دارد که جریان پیوسته ای از هوا روی فین ها در حال عبور باشد.

2-2# انواع هیت سینک بر اساس جنس مواد سازنده

هیت سینک ها یا از مس و آلیاژهای آن ساخته می شوند که هدایت حرارتی بالایی دارد و می تواند حرارت را به سرعت منتقل کند.

از این نوع مسی در مواقعی که باید انتقال حرارت بسیار سریع اتفاق بیفتد استفاده می شود.

یا از آلیاژهای آلومینیوم که هدایت حرارتی پایین تری دارد اما هزینه ساخت و وزن قطعه را کاهش می دهد.

ضریب انتقال حرارت آلومینیوم تقریبا نصف مس و آلیاژ های آن است.

3-2 انواع دسته بندی بر اساس استفاده آب در هیت سینک

در این دسته بندی هیت سینک ها شامل موارد فلزی جامد، دارای پمپ آپ و دو فاز هستند.

1) فلزی جامد

تا به این جای مقاله هیت سینک چیست هر نوعی از این تجهیزات که نمایش داده شد همگی از نوع فلزی جامد بودند.

این خانواده از یک صفحه فلزی بزرگ متصل به تجهیز ساخته شده اند که گرما را از آن دریافت کند و
تعدادی پره که به فین معروف است به صورت ردیفی دارد تا با تماس بیشتر با هوای اطراف گرما را پخش کند.

دسته فلزی جامد ارزان ترین هیت سینک هاست.

2) دارای پمپ مایعات

این دسته بندی از heat sink ها به سیستم هایی اشاره دارد که
پمپ و فین ها از منبع ایجاد گرما دور هستند.

مایع توسط پمپ به صفحه خنک متصل به منبع گرما ارسال می شود و سپس با گردش آن مایع گرم شده در پره ها گرما را منتقل می کند و
مجددا خنک می شود.

علی رغم اینکه این روش در از بین بردن حرارت تجهیزات بسیار موثر است، برای خنک سازی تجهیزات الکترونیکی کمترین قابلیت اطمینان را دارد.

3) دو فاز

لوله های حرارتی و مخزن بخار یکی از رایج ترین سیستم های دو فازی هستند که
می توان آن ها را به یک هیت سینک متصل کرد تا عملکرد آن را بهبود بخشید.

به علت رسانش حرارتی بسیار بالای این سیستم دو فاز در نهایت عملکرد کلی هیت سینک بسیار بهبود پیدا می کند.

لوله های حرارتی برای این وجود دارند که حرارت ایجاد شده در منبع گرما رو به سمت فین ها و پره های دور از منبع انتقال دهند.

در عین حال از مخزن بخار برای پراکنده کردن حرارت در پره های مستقر روی منبع تولید گرما استفاده می شود.

قابلیت اطمینان این سیستم ها در حد نوع فلزی جامد است اما طبیعتا هزینه بیشتری دارد.

در تصویر زیر به ترتیب از سمت چپ انواع هیت سینک بر اساس وجود مایع در سیستم را مشاهده می کنید.

4-2# انواع Heat Sink بر اساس روش تولید

برای تولید هیت سینک هم مثل بسیاری از تجهیزات دیگر روش های بسیار متعددی وجود دارد که
از رایج ترین آن ها می توان موارد زیر را نام برد:

• ماشینکاری CNC
• فورجینگ
• ریخته گری دایکست
• اکستروژن

در این مقاله با هم بررسی کردیم که هیت سینک چیست و چه انواعی دارد؟

استفاده درست از این تجهیزات در ظاهر ساده می تواند از خرابی های بسیار بزرگ و پر هزینه جلوگیری کند، پس در انتخاب صحیح آن ها دقت لازم را داشته باشید.