هیت سینک آلومینیومی

هیت سینک یک پروفیل غالبا آلومینیومی است که بارزترین ویژگی آن انتقال گرما و خاصیت خنک کنندگی می‌باشد. از هیت سینک آلومینیومی برای تمام مصارفی که در آن خنک کنندگی مسئله‌ای مهمی است استفاده می‌شود.

می‌توان اینگونه عنوان کرد که هیت سینک در کنار هر منبع حرارتی که قرار بگیرد به شرط اتصال مناسب با آن منبع، میتواند حرارت تولید شده را از منبع گرفته، جذب بدنه خود کند و این حرارت را به تدریج از خود تخلیه کند. در ادامه به توضیحات بیشتری در مورد هیت سینک خواهیم پرداخت.

هیت سینک چیست و کارکرد آن چگونه است؟

هیت سینک (Heat Sink) برای خنک سازی قطعات و تجهیزاتی که در حین کار داغ می‌شوند استفاده می‌گردد. در بسیاری از انواع دستگاه‌های الکترونیکی و مکانیکی از هیت سینکها برای دفع گرمای تولید شده توسط آنها استفاده می‌کنند.

در واقع، اصطلاح هیت سینک به هر نوع سیستم خنک کننده الکترونیکی گفته می‌شود که گاهی اوقات به آن دفع کننده گرما یا حتی خنک کننده هم می‌گویند. این نوع خنک کننده‌ها یک نوع رادیاتور هستند چون گرمایی که جمع می‌کنند را به محیط اطراف و به دور از منبع تولید کننده آن منتقل می‌کنند.

 

هیت سینکها برای جذب و پخش کردن گرمای زیادی که توسط انواع مختلف وسایل الکترونیکی و مکانیکی تولید می‌شوند استفاده می‌گردند. در واقع، هر نوع سیستمی که به خاطر عملکرد طبیعی خود گرما تولید می‌کند، از وسایلی مثل هیت سینک برای دفع گرما کمک می‌گیرد تا اجزای مهم و حیاتی آن خنک بمانند. به عنوان مثال فرایندهایی مثل فرایند مکانیکی، سوختی، الکترونیکی، سایشی، شیمیایی، خورشیدی یا هسته‌ای گرما تولید می‌کنند.

انواع مختلف هیت سینک

همانطور که گفتیم انواع مختلفی از هیت سینک وجود دارد. با این حال همه این تجهیزات از فلز ساخته شده‌اند که اکثراً فلز مس یا آلومینیوم است.

یکی از رایج ترین مدلهای هیت سینک، مدلهای تیغه‌ای (Finned) هستند. البته نمونه‌های دیگری هم مثل مدلهای پین‌دار و Stamped هم وجود دارد. همچنین بعضی روشهای قالب گیری از این قطعات برای تولید وجود دارند که به افزایش مساحت سطح و میانگین مقدار گرمای دفع شده کمک می‌کنند.

اکثریت هیت سینکها غیر فعال هستند. غیر فعال به معنای این است که دفع گرما از منبع تولید کننده نیازی به تجهیزات یا فرایندهای خاص ندارد و تا زمانی که هیت سینک با قطعه یا بخش مورد نظر در تماس باشد از طریق فرایند همرفتی، انتقال و دفع گرما انجام خواهد شد.

با این حال می‌توان وسایل خنک کننده مثل فنهای برقی را به هیت سینکها متصل کرد تا فرایند دفع گرما با راندمان و کیفیت بهتری انجام شود. محصولاتی که از این تکنیک برای دفع گرما استفاده می‌کنند به هیت سینک فعال معروف هستند.

 

هیت سینک مسی

فلز مس به خاطر اینکه ویژگی خارق العاده‌ای در دفع و انتشار گرما دارد عمدتاً به عنوان ماده اصلی ساخت هیت سینکها به کار می‌رود. مس رسانایی گرمایی فوق العاده‌ای دارد و همین باعث می‌شود تا گرمای قطعه‌ای که قصد خنک سازی آن را دارید، به سرعت پخش شده و از آن دور شود. البته از طرفی هم باید در نظر داشته باشید که هیت سینکهای مسی قیمت بالاتری نسبت به سایر نمونه‌ها مثل مدلهای آلومینیومی دارند. ضمن اینکه وزن آنها هم تا ۳ برابر بیشتر است.

هیت سینک آلومینیومی

رسانایی گرمایی آلومینیوم به اندازه فلز مس نیست اما خیلی سبک و ارزانتر است. فلز آلومینیوم حتی موقعی که به شکل ورقه‌های نازک استفاده می‌شود (آلومینیوم اکسترود شده) استحکام ساختاری بسیار بالایی دارد که در مورد ساخت هیت سینکهای مسی به این شکل نیست.

بسیاری از هیت سینکهای آلومینیومی ویژگی مشترکی در طراحی دارند. در طراحی و ساخت این نوع محصولات به گونه‌ای عمل شده که دفع گرما از طریق تعداد پره یا تیغه فلزی نازک امکانپذیر است.

برخی از انواع هیت سینکها، مثل مدلهای پره‌ای را می‌توان از جنس آلومینیوم و مس تولید کرد. بندرت پیش می‌آید که شرکتهای سازنده صفحه تماس یا پایه را از مس بسازند و برای ساخت پره‌ها یا تیغه‌ها از آلومینیوم استفاده کنند.

هیت سینک تیغه‌ای

هیت سینک تیغه‌ای در واقع یک بلوک فلزی بوده که به شکل چندین باله یا پره و یا تعداد زیادی صفحه بسیار نازک در آمده که آرایش قرارگیری این پره‌ها به سمت بیرون از قسمت مرکزی است. این نوع طراحی باعث شده تا مساحت سطح این نوع هیت سینک بیشتر شود که به نوبه خود تأثیر زیادی در انتقال و دفع مؤثر و کارآمد گرما از تمام قطعاتی خواهد شد که این هیت سینک به آن متصل است.

موقع طراحی و ساخت پره‌های هیت سینک، می‌توان از چندین فرایند استفاده کرد. امروزه عمدتاً از شیوه‌هایی مثل قالب زنی یا دایکاست، ماشین کاری با CNC و یا فرزکاری استفاده می‌کنند.

هیت سینکهایی که به روش دایکاست (Die-Cast) تولید شده‌اند به خاطر قیمت کمتر و فروش به صورت عمده رایجتر هستند در حالی که محصولات تولید شده به روش CNC قیمت بیشتری دارند اما کیفیت آنها بالاست و فقط در تعداد کم به فروش می‌رسند.

هیت سینک پره‌ای یا پره‌دار

هیت سینکهایی که پره‌دار هستند به هیت سینکهای پره‌ای یا خنک کننده‌ای پره‌ای شکل هم معروف هستند. در واقع، این نوع هیت سینکها نوع دیگری از هیت سینکهای بسیار رایج و پرکاربردی هستند که در بالا توضیح دادیم.

در این مدل، از بخش مرکزی تعدادی پین یا میله به سمت بالا یا بیرون از مرکز قرار گرفته‌اند. این پین یا پره‌ها استوانه‌ای، بیضوی یا مربعی شکل هستند. این نوع محصولات نسبت به نمونه‌های تیغه‌ای، مساحت سطح بیشتری دارند. با این وجود، این نوع محصولات باعث بهبود چشمگیر عملکرد قطعاتی که در آن به کار رفته‌اند نخواهند شد و امروزه نسبت به مدلهای تیغه‌ای خیلی کمتر استفاده می‌شوند.

موارد کاربرد هیت سینک

ما در همین مقاله در رابطه با اهمیت کاربرد هیت سینکها برای خنک سازی قطعات بسیار مهم کامپیوتر مثل CPU و GPU صحبت کردیم. سایر کاربردهای روزمره هیت سینک ها عبارتند از:

• مادربوردها
• هیت سینکهای حالت جامد و رله
• هیت سینکهای مورد استفاده برای ترانزیستور قدرت یا پاور ترانزیستور
• هیت سینکهای PCB
• هیت سینکهای داخلی و خارجی لپ‌تاپها
• هیت سینک برای آمپلی فایرها

جنس هیت سینک 

انتخاب جنس هیت سینک بستگی به میزان توان دفع حرارتی که از آن انتظار دارند و نوع کاربرد آن تعیین می‌شود.
فلزات هادی خوبی برای حرارت و الکتریسته هستند، ولی ما از هر فلزی نمی‌توانیم به عنوان هیت سینک استفاده کنیم. طلا بهترین شرایط را برای دفع حرارت دارد ولی به دلیل بالا بودن نرخ جهانی این فلز گرانبها نمی‌توان از آن به عنوان ماده مناسب در ساخت هیت سینک استفاده کرد و فقط در صنایع خاص آن هم به طور بسیار محدود از این فلز جهت ساخت هیت سینک استفاده می‌شود.

مس هم هدایت‌گر مناسبی برای حرارت است، ولی فلز مس هم به دلیل چگالی بالایی که دارد خیلی سنگین است که این امر موجب بالا رفتن هزینه تولید هیت سینک بر پایه مس می‌شود و این یک نقطه ضعف برای مس به حساب می‌آید و باعث محدود شدن استفاده از این ماده در تولید هیت سینک شده است. علاوه بر بالا بودن جرم حجمی مس می‌توان قابلیت شکل پذیری کم این فلز را نیز بعنوان نقطه ضعفی دیگر برای آن در نظر گرفت.

ساخت هیت سینک آلومینیومی

امروزه در تمام دنیا از فلز آلومینیوم با عدد اتمی ۱۳ در ساخت هیت سینک استفاده می‌شود. آلومینیوم فلزی است که هم نسبتاً ارزان است، هم تقریباً همه جا به وفور یافت می‌شود.  امتیاز دیگر آلومینیوم این است که به راحتی می‌توان آن را با آلیاژهای دیگر ترکیب کرد. خاصیت شکل پذیری بالا نیز یک امتیاز برای آلومینیوم به حساب می‌آید.

کاربرد هیت سینک

هیت سینک در تمام مصارف مورد استفاده قرار میگیرد ساده ترین مثال استفاده هیت سینک در فن های CPU کامپیوتر برای پایین آوردن دمای آن است. مثال بعدی را میتوان به استفاده در برد های الکترونیکی اشاره نمود. مانند برد ماشین لباسشویی یا برد ساید و ….

دلیل استفاده از هیت سینک خاصیت خنک کنندگی آن است میتوان گفت یکی از ویژگیهای مهم برای هیت سینگ همین دفع حرارت و خاصیت خنک کنندگی آن است. از همین رو مبدل حرارت Heat exchangers میتواند معادل مناسبی برای هیت سینک باشد.

قطعاتی نظیر انواع مختلف ترانزیستورها، تریستور ها، دیود ها IGBT ها و POWER MOS FET ها و همینطور POWER LED ها وجود دارند که در اثر فعالیت تولید حرارت میکنند.  حال اگر حرارت تولید شده در این قطعات را بطور مناسب و مستمر دفع نکنیم باعث کم شدن عمر مفید این قطعات می شویم.