هیت سینک، خنک کننده یا گرماگیر که معادل فارسی Heat Sink می‌باشد، در اصطلاحات فنی همان هیت سینک می‌باشد. هیتسینک در تولید تجهیزات گوناگون برای کاهش گرمای تولیدی منبع استفاده میشود. هیت سینک به طور گسترده ای در تولید وسایل الکترونیک که قطعات حساس به افزایش دما دارند، به کار برده میشود. این قطعه حرارت تولید شده را جذب می کند و به تدریج از خود تخلیه می کند. در بردهای الکترونیکی، افزایش دما از مقدار تعیین شده ای که در دیتا شیت محصولات ذکر میشود، باعث آسیب رسیدن به قطعات و سوختن آن ها 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 استفاده می کنند. البته برای برخی قطعات مانند LED یک هیت سینک داخلی در ساختارشان طراحی شده است.
ساختار هیت سینک آلومینیومی:
برای کم کردن گرما اعمالی به یک قطعه الکترونیکی در مسیر این قطعه، مقاومت‌های مختلفی گذاشته می شود. هیت سینک با بهره‌گیری از این تکنیک و خاصیت پایداری مناسب، جایگزین مطمئنی برای مقاومت ها است و به خوبی و به طور کامل حرارت وارد شده بر محصول را مهار می کند.
مشخصات فنی هیت سینک رادیاتور خنک کننده گلدستار:
- ساختار کلیه هیتسینک های گلدستار از آلومینیوم و آلیاژهای روی، منیزیم، مس و سیلیسیم می باشد.
- هیتسینک های گلدستار با چگالی کم، دمای ذوب بالا، عدم جذب رطوبت و غیر مغناطیسی بودن باعث جلوگیری از ایجاد ترک، منقبض و منبسط شدن و در نتیجه استحکام بالا میشود.
- آنادایز یکپارچه و طلایی رنگ هیتسینک های گلدستار، موجب افزایش رسانایی حرارتی و جلوگیری از خوردگی و اکسید شدن می شود و در مقابل اشعه ماورای بنفش به هیچ گونه پوششی نیاز ندارد.
- هیتسینک های گلدستار متناسب با جریان A هر قطعه، در ابعاد و اشکال متنوع بنابر ضخامت محل نصب قطعه، تعداد و فاصله پره ها محاسبه، طراحی و تولید شده اند.
- جهت افزایش عبور جریان هوا برای خنک کاری هر چه بهتر پره ها به منظور بالا بردن امنیت قطعات، امکان نصب فن مناسب کنار هیتسینک های گلدستار وجود دارد.
- امکان نصب هیتسینک های گلدستار توسط پیچ روی بدنه تابلو و یا با پایه ریلی روی ریل مینیاتوری استاندارد 35 mm وجود دارد.
- جهت دفع حرارتی هر چه بهتر، پره های هیتسینک های گلدستار به صورت افقی، عمودی و شیاردار محاسبه، طراحی و تولید شده اند.
- سطح صاف و صیقلی روی هیتسینک ها محل نصب قطعه موجب حذف هر چه بیشتر فاصله هوایی بین قطعه الکترونیکی و هیتسینک گلدستار می شود که باعث انتقال هر چه بهتر حرارت می گردد.
نحوه آنادایز / آنادایزینگ هیتسینک رادیاتور خنک کننده گلدستار:
ابتدا اسید فسفریک به عنوان یک الکترولیت موجب تخلخل آلومینیوم می شود، در ادامه جریان الکتریکی به آن اعمال شده و روی آن یک پوشش اکسیدی -آندی سیل شده به ضخامت 1 تا 4 میلی متر ایجاد می کند، سپس جهت بررسي کیفیت کار، آلومینیوم در حمام اسید کرومیک قرار گرفته و در نهایت آنادایز هیتسینک به پایان می رسد.
شایان ذکر است آنادایزینگ مناسب می تواند به نحو بسیار مطلوبی جذب و دفع حرارت تا حدود 230 درجه سانت یگراد را افزایش دهد.
روش ساخت و استفاده هیت سینک Heatsink چگونه است؟
برای کاهش حرارت اعمالی به یک قطعه می توان در مسیر آن، از گذاشتن مقاومت های مختلف استفاده کرد. هیت سینک با استفاده از این روش و خاصیت مقاومت ویژه در مواد، جایگزین مطمئنی برای مقاومت ها است.
هیت سینک 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 نمی‌شود. 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 میشود.
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، 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 میشود.
هیت سینک LED یا خنک کننده LED چیست؟
هیت سینک که داخل LED به کار برده میشود برای جذب و انتقال گرمای حاصل از تابش نورLED و انتقال آن به هیت سینک خارجی می باشد. زیرا حرارت بالا باعث آسیب به فسفر داخل LED میشود که این آسیب باعث کاهش نور خروجی، تغییر رتگ و طول عمر LED میشود. به همین دلیل انتخاب هیت سینک در محصولات روشنایی اهمیت فراوانی در کیفیت نور دارد.
دلایل فنی استفاده از هیت سینک رادیاتور خنک کننده گلدستار:
عبور جریان از قطعات الکترونیکی نظیر دیود، تریستور، ترانزیستور، رله الکترونیکی SSR و … تولید گرمای مخرب می کند؛ در صورتی که این حرارت تولیدی به طور مناسب و مستمر دفع نشود، عمر مفید قطعات کاهش یافته و حتی در مواردی موجب سوختن می شود.
جهت خنکسازی موثر و کارامد قطعات الکترونیکی از هیت سینک رادیاتور خنک کننده گلدستار استفاده می شود و به منظور انتقال بهتر گرما از قطعات الکترونیکی به هیتسینک برای پخش گرما، خمیر یا پدهای حرارتی سلدوک به کار می روند.
فرایند اکسترود در ساخت هیتسینک ها:
شکل دادن فلزاتی از قبیل آلومینیوم فرآیند مشخصی است که به وسیله نیروی هیدرولیکی بیلت با فشار وارد قالب می گردد و به عنوان محصولات اکسترودی در شکل های متفاوت از قالب خارج می گردد.
پرس های اکستروژن در اندازه های معینی ساخته می شوند و اندازه آنها ارتباط مستقیم با اندازه بیلتی دارد که باید اکسترود شود. در این روش بیلت ابتدا وارد کوره می شود و به دمای تقریبی ۴۵۰ درجه سانتیگراد ( بین ۴۲۶ تا ۴۹۶ درجه سانتیگراد) می رسد. بعد بیلت حرارت یافته را به داخل رام هدایت میکنند و به روغن آغشته می سازند تا در هنگام عبور از قالب به آن نچسبد و باعث شکستن قالب نشود روغن همچنین نقش روان کننده را نیز بازی می کند.
ناگفته نماند که جنس قالب از فولاد می باشد که معمولا با کیفیت ترین فولاد را جهت ساخت قالب به کار می گیرند. سپس رام بیلت را وارد کانتینر می کند. فشار ادامه پیدا می کند تا بیلت از داخل قالب گذشته و شکل قالب را به خود بگیرد . اصولا باید در هنگام اکسترود نیتروژن مایع از اطراف قالب عبور داده شود که این امر موجب افزایش طول عمر قالب می شود. حرارت خروجی اکستروژن با توجه به آلیاژ آن متفاوت است. به عنوان مثال حرارت مناسب جهت آلیاژ ۶۰۶۳برابر حداقل ۴۹۸ درجه سانتیگراد است.
هنگامی که طول پروفیل اکسترود شده به اندازه دلخواه رسید پروفیل بریده میشود. محصول برش خورده به میز خنک کننده منتقل میشود. بعد از خنک شدن محصولات، آنها را به روی میز مخصوص (استریج) هدایت می کنند تا در این مرحله پروفیل تولیدی تابگیری شود. این عمل باعث می شود که پروفیل ها به صورت صاف و یکنواخت و طبق استاندارد های مورد نظر در آیند.
طراحی هیتسینک جهت کاربری خاص:
برای طراحی هیت سینک جهت مصارف خاص و اتصال به قطعات خاص باید نکات زیادی را مدنظر قرار داد ، تا محصول نهایی را بتوان به راحتی به کار برد . بعنوان مثال اگر قرار است هیت سینک به انواع مختلف رله ، و بطور همزمان قابلیت نصب فن را نیز در خود داشته باشد ، برای طراحی چنین قالبی باید تحقیقات جامعی صورت پذیرد تا ابعاد سطح تماس هیت سینک با قطعه به درستی محاسبه و طراحی شود . فضای مناسب جهت اتصال فن روی هیتسینک در نظر گرفته شود و حتی الامکان محل پیچ شدن هم روی سطح مقطع هیت سینک تعبیه گردد تا در مراحل استفاده به ماشین کاری کمتری نیاز باشد.
انتخاب هیت سینک مناسب:
روشهای زیادی جهت انتخاب هیت سینک مناسب وجود دارد ، میتوان با مراجه به سایت ها یا نرم افزارهایی که بدین منظور ساخته شده اند هیت سینک مناسبی را با توجه به نیاز انتخاب کرد . اما مطمئن ترین راه مشاهده نمودار حرارتی هیت سینک هاست ، تا با مطابقت دادن اطلاعات این نمودار با داده های قطعات الکترونیکی خود هیت سینک مناسب را جهت نیاز خود انتخاب و تهیه نمایید . متاسفانه نمودار حرارتی دقیق و قابل اعتماد هیت سینک در هیچ سایت داخلی وجود ندارد که بتوان با اتکا به آن هیت سینک مناسبی را انتخاب نمود.
بنابراین پیشنهاد ما به این است که توان قابل تحمل تلفات قطعات از کاتالوگ آنها استخراج شده و با استفاده از نرم افزار GSH توان تلفاتی هیتسینک محاسبه گردیده و با یک ضریب اطمینان ۲۰٪ برای قطعه مورد نظر استفاده گردد.
آنودایز:
آلومينيوم فلزي است که آنودايز مي شود، يعني آلومينيوم به عنوان آند قرار گرفته با اعمال جريان الکتريکي ، يک لايه اکسيد بر سطح آن ايجاد مي کنند که ضخامت اين لايه بيشتر از لايه اکسيد طبيعي است و در ضمن به آلومينيوم قابليت رنگ پذيري مي دهد . این عمل در بسیاری از موارد جنبه ظاهری داشته و به سبب زیبا نمودن هیتسینک انجام میشود . اما تحقیقات نشان داده که اگر فرایند آنودایز مشکی در شرایط مناسب انجام شود میتواند تا ۲۰ درصد توان دفع حرارت هیت سینک را افزایش دهد ، که این مطلب از اهمیت فراوانی برخوردار است و نظر بسیاری از مصرف کنندگان هیت سینک را به خود جذب کرده است.
طي پروسه آندايزينگ مي توان آلومينيوم را به رنگهاي زيبايي در آورد و به آن زيبايي و استحکام بخشيد ، در نتيجه طرحي زيبا و جذاب توليد مي شود که سطح آن به آساني با آب گرم قابل شتشو است و نياز به هيچ تميزکاري و نگهداري ندارد و به طور طبيعي مقاوم به خوردگي است.
روشهاي آبکاري آلومينيوم به اين مفهوم است که با استفاده از يک فرايند کاتدي بتوان يک فلز ديگر مانند مس ، قلع ، نيکل ، نقره ، طلا و … را روي آلومينيوم ترکيب کرد تا خواص جديد به فلز پايه داد . مانند افزايش هدايت الکتريکي ، خاصيت لحيم پذيري ، مقاومت به خوردگي ، مقاومت به سايش و …
ماشینکاری هیتسینک:
بعد از تولید پروفیل در شکل های مختلف ، این پروفیل ها در سایزهای بلند ، معمولا ۳ متری ، در انبار نگهداری میشوند . با توجه به نیاز مشتری باید این شاخه ها با دستگاه های برش دقیق به سایز مورد نیاز بریده شوند . و بعد از انجام سوراخکاری و قلاویزکاری روی سطح و دیواره هیت سینک جهت نصب قطعات ، باید سطح تماس هیت سینک و منبع حرارت به خوب صاف و سیقلی گردد . به این حالت فلت گفته می شود .
در صورتی که سطح هیت سینک ناصاف بوده یا حتی دارای خط و خش باشد انتقال حرارت از منبع حرارتی به هیتسینک به خوبی صورت نپذیرفته و ممکن است به علت افزایش دما در منبع تولید حرارت ، این قطعه آسیب دیده و عمر مفیدش کاهش یابد.
برای تبادل بهتر حرارت بین هیت سینک و منبع حرارت ساز ، گاهی از خمیر سیلیکون بعنوان واسط بین این دو استفاده میشود . در نهایت بهترین حالت ممکن برای سطح هیت سینک حالتی است که سطح قطعه کف تراشی شده و سپس با دستگاه های مخصوص چند مرحله سمباده کاری شود تا در نهایت با دستگاه پرداخت سطح هیت سینک آینه کاری شود . در چنین حالتی بهترین وضعیت تبادل حرارت بین هیت سینک و منبع حرارت به وجود می آید.
هیت سینک سی پی یو چیست؟
معمولا بدنه هیتسینک Heat sink ها پره پره بوده مثل رادیاتور تا سطح تماس آن با محیط بیشتر شود و در بعضی جاها مثل CPU روی آن یک فن قرار داده میشود تا هوای گرم میان پره های هیتسینک را خارج کند. در کل وظیفه هیت سینک تبادل حرارت ( دفع گرما ) است.
موارد استفاده هیت سینک عمدتا در صنایع الکتریکی (لامپ LED ، پوسته موتورها و بردهای الکتریکی و ال ای دی پاور و CPU … ) می‌باشد.
این در حالی است که فلز آلومینیوم به دلیل قابلیت اکسترود پذیری بالا و صافی سطح و رسانایی بالا گزینه ایده عالی برای ساخت هیت سینک می‌باشد.
خمیر سیلیکون چیست؟
خمیر سیلیکون در واقع یک رسانای گرمایی بسیار با کیفیت است که بین دو شیء فلزی مورد استفاده قرار می گیرد که در اینجا معمول این دو شیء سیستم خنک کننده یا Heat Sink و CPU یا GPU شما می باشد. با استفاده از این خمیر گرما به راحتی بین این دو شیء رد و بدن می شود. این خمیر زمانی که بر روی Heat Sink و CPU یا GPU شما قرار می گیرد کلیه فضاهای خالی میکروسکوپی که بر روی CPU یا Heat Sink شما قرار دارد را پر می کند، این فضاهای خالی می تواند باعث عدم انتقال درست گرما و در نتیجه عملکرد ضعیف سیستم خنک کننده شوند. هوا رسانای ضعیفی برای گرماست.
خمیر سیلیکون که در اینجا به عنوان رابط حرارتی Thermal Interface معروف است یک رسانای گرمایی بسیار خوب است که تا صد برابر هوا می تواند گرما را منتقل کند. به این رابط حرارتی همانطور که اشاره شد TIM یا Thermal Interface Materials گفته می شود. البته بایستی توجه کنید که خمیر سیلیکون به اندازه فلز قدرت رسانایی گرما ندارد ، بنابراین بایستی به اندازه لازم مورد استفاده قرار بگیرد در غیر اینصورت می تواند کارایی سیستم خنک کننده را تحت تاثیر قرار بدهد.
