هیت سینک با مقاومت حرارتی بیشتر از 1

هیت سینک چیست ؟

هیت سینک یا همان  HEAT SINK از دو کلمه HEAT به معنی حرارت و SINK که در اینجا به معنی پایین آورنده است  تشکیل شده است. در کشور عزیزمان هیت سینک را به عناوین دیگر مثل  رادیاتور نیز می‌شناسند.
بطور کلی هیت سینک به دلیل متریالش (جنس ماده تشکیل دهنده) باید ویژگی‌هایی داشته باشد که بارزترین این ویژگی‌ها خاصیت خنک کنندگی یا دفع حرارت است­. می‌توان این­گونه عنوان کرد که هیت سینک در کنار هر منبع حرارتی که قرار بگیرد به شرط مچ شدن یا 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. هیت‌سینک با توجه به شکلش و تعاملی که با هوای جاری یا حتی مایعاتی مثل آب برقرار می‌کند این حرارت را از سیستم خارج می‌کند. می‌دانید حرارت مخصوصا اگر زیاد باشد بعنوان یک عامل مخرب در قطعات و سیستم‌های برقی و الکترونیک به حساب می‌آید و موجب­ اصطحلاک بالای دستگاه و اجزای آن می‌شود. 
این حرارت ناخواسته حتی ممکن است باعث سوختن یک قطعه از دستگاهمان شود­، که با سوختن آن قطعه احتمالا تمام دستگاه از کار خواهد افتاد­. قطعات زیادی در دستگاه­های مختلف الکتریکی­، الکترونیکی و مخابراتی و روشنایی  استفاده می‌شوند که در اثر فعالیت تولید حرارت می‌کنند. قطعاتی نظیر انواع مختلف ترانزیستورها­، تریستورها­، دیود­ها وهمینطور ال‌ای‌دی‌ها­، LED  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 می‌شویم.  

دلایل استفاده از هیت سینک 
در اینجا سعی می­کنیم با یک مثال ساده اهمیت استفاده از هیت سینک را برای شما روشن سازیم­. فرض کنید می­خواهید یک منبع ولتاژ ثابت طراحی کنید که مثلا ولتاژ 20 را به 5 تبدیل کند و بتواند 5 آمپر جریان در خروجی ایجاد کند­. در اینجا باید اول از همه میزان توان تلفاتی را در این مثال محاسبه کنیم­. اختلاف ولتاژ ورودی و خروجی 15 است­، که اگر این عدد را در 5 آمپر که جریان خروجی است ضرب کنیم نتیجه عدد 75 وات بدست می­آید که توان تلفاتی را برایمان مشخص می­کند. حال اگر از روی کاتالوگ ترانزیستور­ها یه بررسی ساده انجام دهیم  و مثلا ترانزیستور 2N3055 معروف  که توان تلفات قابل تحملش در کاتالوگ 115 اعلام شده است را انتخاب کنیم و بدون هیچ نگرانی از آن استفاده کنیم چیزی طول نخواهد کشید که ترانزیستور می­سوزد.
چون توان حرارتی این ترانزیستور در دمای 25 درجه 115 وات است­. وقتی دما بالاتر از 25 درجه می­رود توان تلفاتی پایین می­آید که این امر باعث سوختن ترانزیستورمی‌شود. اگر شما نتوانید دمای ترانزیستورتان را کمتر یا مساوی 25 درجه نگه دارید خیلی سریع آن را از دست خواهید داد­. برای پایین نگه داشتن دما راه­های مختلفی وجود دارد که ارزان­ترین و مطمئن ترین این روش­ها استفاده از هیت سینک مناسب است­. 
این مثال ساده اهمیت استفاده از هیت سینک را تا حدود زیادی مشخص کرد­.

جنس هیت سینک 
هیت سینک را از مواد مختلفی می‌سازند­. بستگی دارد به میزان توان دفع حرارتی که از هیت سینک انتظار دارند و هزینه‌ای که می‌خواهند برای تهیه هیت سینک بپردازند. 
فلزات‌هادی خوبی برای حرارت و الکتریسته هستند­. ولی ما از هر فلزی نمی­توانیم بعنوان 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 بعنوان ماده مناسب در ساخت هیت سینک یاد کرد­.  احتمالا فقط در صنایع خاص آن­هم بطور بسیار محدود از این فلز جهت ساخت هیت سینک استفاده می‌شود­.  مس هم هدایتگر مناسبی برای حرارت است ولی این فلز مس هم  به­دلیل چگالی بالایی که دارد خیلی سنگین است که این امر موجب بالا رفتن هزینه تولید هیت سینک بر پایه متریال 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 شکل‌پذیری کم این فلز را نیز بعنوان نقطه ضعفی دیگر برای آن در نظر گرفت­.
امروزه در تمام دنیا از فلز آلومینیوم با عدد اتمی 13 در ساخت هیت سینک استفاده می‌شود. آلومینیوم فلزی است که هم نسبتا ارزان است، هم تقریبا همه جا به وفور یافت می‌شود،  امتیاز دیگر آلومینیوم این است که به راحتی می‌توان آن را با آلیاژهای دیگر ترکیب کرد­. خاصیت شکل‌پذیری بالا نیز یک امتیاز برای آلومینیوم به حساب می‌آید.

در مورد آلومینیوم­(  AL) جالب است بدانیم که­:
آلومينيوم داراي چگالي حدود 2.7 گرم بر سانتي‌متر­مکعب­،  يعني حدود يک سوم چگالي فولاد  می‌باشد.
آلومينيوم در صنعت بوسيله‌ الکتروليز اکسيد آلومينيوم مذاب تهيه می‌شود، براي جداسازي آلومينيوم  از سود سوزآوراستفاده مي‌کنند.
استحکام آلياژهای آلومينيوم را نيز می‌توان با انتخاب آلياژ مناسب و گاه با انجام عمليات حرارتي خاص به حد استحکام فولاد رساند.
آلومينيوم در دمای 650 درجه سانتي گراد ذوب می‌شود که تا رسيدن به اين دما به زمان نسبتاً زيادی نياز است­.
آلومينيوم در حين گرم شدن و حتي ذوب شدن هيچ نوع گاز و دود خطرناک و سمي توليد نمی‌کند­.
آلومينيوم رطوبت را جذب نمی‌کند، متورم نمی‌شود­، ترک نمی‌خورد­، شکافته و پاره نمی‌شود، منقبض نمی‌شود و قابل فاسد شدن نيست­.
آلومينيوم در مقابل اشعه ماوراء­بنفش به هيچ­گونه پوششي نياز ندارد­.
یکي ديگر از خواص فوق العاده آلومینیوم مقاومت به خوردگي است. اکسيد طبيعي که همواره در سطح آلومينيوم وجود دارد مانع و سد بزرگي در برابر انواع مواد خورنده محسوب می‌شود­.
آلومينيوم فلزي است که آندايز می‌شود، يعني آلومينيوم به عنوان آند قرار گرفته با اعمال جريان الکتريکي­­، يک لايه اکسيد بر سطح آن ايجاد می‌کنند که ضخامت اين لايه بيشتر از لايه اکسيد طبيعي است و در ضمن به آلومينيوم قابليت رنگ‌پذيری‌ می‌دهد­.
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 مي­شود که سطح آن به آسانی با آب گرم قابل شتشو است و نياز به هيچ تميزکاري و نگهداری ندارد و به طور طبيعي مقاوم به خوردگي است­.
جالب است بدانید که­: روش‌های آبکاری آلومينيوم به اين مفهوم است که با استفاده از يک فرايند کاتدي بتوان يک فلز ديگر مانند مس­، قلع­، نيکل­، نقره­، طلا و ... را روی آلومينيوم ترکيب کرد تا خواص جديد به فلز پايه داد مانند افزايش هدايت الکتريکي­، خاصيت لحيم‌پذيريی، مقاومت به خوردگيی، مقاومت به سايش و ...
موسسه صنعتی هیتالوم سالهاست که بعنوان اولین تولید کننده هیت‌سینک در داخل کشور فلز آلومینیوم را بعنوان متریال مناسب جهت ساخت هیت سینک به کار گرفته و طی قریب به 20 سال فعالیت مستمر توانسته است بالغ  بر 150 کیس اکسترود از این فلز جهت استفاده بعنوان هیت سینک در صنایع مختلف تولید نماید­.
اشاره شد که به غیر از ارزان و در دسترس بودن می­توان ویژگی شکل‌پذیری آسان را نیز به خصوصیات آلومینیوم اضافه کرد.  به منظور بالا بردن توان دفع حرارت هیت سینک­، متخصصین  در سراسر دنیا سعی کرده‌اند با طراحی شکل‌های مختلف که بتواند تعامل مناسبی با هوا داشته باشد­، دمای هیت سینک را از طریق برخورد هوا یا مایعات خنک با سطح هیت سینک پایین آورند­. برای رسیدن به این هدف باید هیت سینک را تا جای ممکن در طرح‌هایی با سطح تماس زیاد تولید کرد­. به زبان ساده‌تر هیت سینک را با تعداد پره‌های زیاد و البته بلند طراحی می‌کنند و حتی روی پره‌ها را هم تا حد امکان بصورت آج دار تولید می‌کنند تا با افزایش سطح تماس هیت سینک با هوا بتوانند  دمای آن را پایین نگه دارند­.
در طراحی بعضی از هیت سینک‌های خاص سعی شده فضایی ایجاد شود تا این امکان را به هیت سینک بدهد که روی آن یک فن فشار مثبت یا منفی جهت ایجاد جریان هوایی منظم  و  مداوم­، به منظور کاهش دما نصب شود­. 
                                                                   
بعضی از هیت سینک‌ها هم برای خنک شدن از مایعاتی مثل آب کمک می‌گیرند­. برای این منظور باید در ساخت قالب به ایجاد کانال‌هایی جهت عبور جریان آب دقت کرد­. این دست هیت سینک‌ها به هیت سینک آب سرد (آب گرد) هم معروفند.