هیت سینک چیست و چگونه باعث کاهش دمای قطعات کامپیوتری می‌شود؟

حتماً تا به حال با باز کردن کیس کامپیوتر یا روی هر برد الکترونیکی دیگری دیده‌اید که قطعات فلزی بزرگ و کوچکی روی برخی قطعات دیگر نصب شده‌اند. به این قطعات، هیت سینک یا گرماگیر می‌گویند که برای پخش گرمای قطعات دیگر، نصب می‌شوند. در این مطلب ضمن تشریح عملکرد Heat sink به بررسی این می‌پردازیم که چرا استفاده از آن برای بسیاری از قطعات ضروری و حیاتی است.

فهرست مطالب این مقاله:

- مقدمه
- هیت سینک (Heat sink) چیست؟
- قطعات و بخش های اصل یک هیت سینک
- مواد سازنده هیت‌سینک
- انواع گرماگیر
- عوامل موثر در عملکرد هیت سینک‌ها
- هیت سینک روی چه قطعاتی نصب می‌شود؟
- موارد کاربرد دیگر هیت‌سینک
- جمع‌بندی
- سوالات پرتکرار

مقدمه

هیت‌سینک‌ها بخش‌های ضروری خنک‌کننده بسیاری از بردهای الکترونیکی و کامپیوتر شما هستند. این قطعات فلزی که در انواع و اقسام با طراحی‌های مختلف در بازار وجود داشته و طراحی شده‌اند، گرما را از اجزای حیاتی می‌گیرند و آنها را در محیط پخش می‌کنند تا طول عمر، عملکرد و پایداری آنها را افزایش دهند. گرماگیرها اشکال و اندازه‌های مختلفی دارند که هیت سینک پره دار رایج‌ترین نوع آن است. آنها اغلب با یک فن برای خنک‌کننده بهتر همراه هستند.

عواملی مانند اندازه، مواد، لوله‌های حرارتی، فن‌ها، مواد رابط حرارتی، فشار نصب و دمای محیط بر کارایی هیت‌سینک تأثیر می‌گذارد و برای استفاده جهت پخش گرما در هر قطعه الکترونیکی، باید از گرما گیر مناسب آن استفاده کرد. اما این همه آن چیزی نیست که باید در مورد Heatsink بدانید. در ادامه این مطلب به شما می‌گوییم که اصولاً هیت سینک چیست؟ چرا استفاده از گرماگیر ضروری است؟ انواع هیت سینک چیست و در چه قطعاتی برای پخش گرمای تولید شده باید از هیتسینک استفاده کرد.

هیت سینک (Heat sink) چیست؟

وقتی جریان الکتریکی از یک قطعه الکترونیکی عبور می‌کند، به دلیل پدیده‌ای به نام مقاومت الکتریکی دمای آن قطعه الکترونیکی افزایش می‌یابد. هر ماده‌ای که جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند، از خود یک مقاومت طبیعی در برابر عبور جریان نشان می‌دهد. این مقاومت باعث می‌شود که بخشی از انرژی الکتریکی به گرما تبدیل شود، که به آن تلفات ژولی می‌گویند. این پدیده با استفاده از قانون ژول بیان می‌شود که بیان می‌کند، مقدار گرمای تولید شده در یک رسانا متناسب با مربع جریان عبوری، مقاومت رسانا و زمانی که جریان از رسانا عبور می‌کند، است:

Q = I2 × R × t

که در آن Q مقدار انرژی گرمایی تولید شده (به ژول)، I شدت جریان الکتریکی (به آمپر)، R مقاومت الکتریکی رسانا (به اهم) و t زمان عبور جریان (به ثانیه) است.

بنابراین، هرچه جریان موثر بیشتر و مقاومت بالاتر باشد، گرمای بیشتری تولید می‌شود. این گرما می‌تواند به اجزاء الکترونیکی آسیب برساند و عملکرد آن‌ها را کاهش دهد. برای جلوگیری از این مشکل، از هیت سینک‌ها استفاده می‌شود تا گرمای اضافی را از قطعات حساس دور کنند و به محیط اطراف منتقل کنند، که این امر به حفظ طول عمر و کارایی قطعات کمک می‌کند.

اصول کار هیت‌سینک

هیت‌سنک (که در فارسی به آن گرماگیر می‌گوییم) یکی از اجزاء مهم در سیستم‌های خنک‌سازی بردهای الکترونیکی و قطعات کامپیوتری است. این قطعه، به عنوان یک رادیاتور، یک واسط پخش‌کننده گرماست و حرارت تولید شده توسط قطعات الکترونیکی را جذب کرده و به محیط اطراف منتقل می‌کند.

هیت سینک از اصول انتقال حرارت رسانا، همرفتی و تابشی برای انتقال گرما از منبع گرمتر به سیال با دمای پایین‌تر استفاده می‌کند که در آن گرما از منبع تولیدی آن (قطعه الکترونیکی) به داخل سینک هدایت می‌شود. هیت‌سینک‌ها از موادی با ظرفیت گرمایی زیاد تولید می‌شوند، یعنی می‌توانند گرمای بیشتری را در هر گرم ماده ذخیره کنند. سپس این گرما از طریق جریان همرفتی و تشعشع از سینک به سیال اطراف آن (هوا یا مایع) منتقل می‌شود.

هدف از استفاده از هیت سینک چیست؟

همانطور که گفته شد، این قطعات برای دفع گرمای اتلاف ناشی از عملکرد دستگاه‌های الکتریکی یا مکانیکی طراحی شده است. این گرمای اتلافی می‌تواند باعث ایجاد خرابی در دستگاه شود یا اگر دستگاه از قطعه جدا نشود، عملکرد کلی آن را کاهش دهد و برای دفع آن بهترین راه، پخش گرما به محیط پیرامون است.

چرا هیت سینک‌ها پره‌ای ساخته می‌شوند؟

تبادل گرما و سرعت انتقال حرارت، با داشتن یک سطح بزرگ در تماس با سیال (هوا یا آب) افزایش می‌یابد. به همین دلیل مهندسان تلاش می‌کنند تا با ایجاد سطح موثر بیشتر در فضایی که قرار است هیت‌سینک اشغال کند، مساحت موثر سطح را افزایش دهند. این کار با برش باله‌ها در مواد پایه هیت سینک به طور چشمگیری افزایش داد.

یک هیت سینک ممکن است غیرفعال یا فعال باشد. نوع فعال از همرفت اجباری ایجاد شده توسط یک فن یا پمپ برای انتقال سریع گرما از دستگاه استفاده می‌کند، در‌حالی‌که نوع غیرفعال از همرفت طبیعی استفاده می‌کند.

تعداد و آرایش پره‌ها در هیچ دو هیت سینکی لزوماً یک شکل و یک اندازه نیست. در واقع یک مهندس طراح مدارهای الکترونیکی با محاسباتی که از طریق قانون ژول انجام شده و با استناد به برگه داده (دیتاشیت) هیت‌سینک‌ها می‌تواند مشخص کند که چه گرماگیری بهترین انتخاب برای دفع گرمای قطعات است. البته استفاده از محاسبات فیزیکی و ریاضی در این مورد چندان ضروری نیست و این روزها متناسب با بسیاری از قطعات، سینک‌های استاندارد طراحی شده و در بازار موجود هستند.

قطعات و بخش های اصل یک هیت سینک

گرما گیرها دستگاه‌های نسبتاً ساده‌ای هستند که از پنج جزء اصلی تشکیل شده‌اند:

پایه هیت سینک

پایه یک گرماگیر معمولاً یک بلوک یا ورقه مسطح از ماده‌ای با هدایت حرارتی عالی است. پایه معمولاً دارای ضخامت مقطعی یکنواخت است، اما می‌توان آن را طوری طراحی کرد که پروفایل مقطعی داشته باشد که انتقال حرارت را برای هندسه خاص منبع حرارتی منطبق و بهینه کند. پایه معمولاً با استفاده از ابزار نصب و خمیر حرارتی به قطعه الکترونیکی متصل می‌شود.

پره‌ها

پره‌هایی که از پایه گرماگیر بیرون زده‌اند، مسئول انتقال حرارت به محیط اطراف هستند. این پره‌ها طوری طراحی شده‌اند که سطح تماسی که گرماگیر با مایع ارائه می‌دهد را بهینه کنند. هرچه سطح تماس بزرگتر باشد، نرخ انتقال حرارت سریع‌تر است.

پره‌ها می‌توانند جزء جدایی‌ناپذیر از پایه باشند یا با استفاده از روش‌های مختلفی مانند فرآیند فشرده‌سازی به صورت جداگانه متصل شوند. شکل و چیدمان پره‌ها می‌تواند نرخ انتقال حرارت را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

لوله‌های حرارتی

لوله‌های حرارتی برای انتقال حرارت در طول محور خود طراحی شده‌اند. لوله‌های حرارتی می‌توانند در داخل گرماگیرهای استاندارد و پخش‌کننده‌های حرارتی از طریق فشار، جوشکاری و اپوکسیِ هادی حرارتی، برای بهبود کارایی انتقال حرارتی گرماگیر گنجانده شوند. لوله‌های حرارتی با انتقال حرارت از طریق مکانیزم تغییر فاز کار می‌کنند که باعث می‌شود مایع در سمت منبع حرارتی (قطعه الکترونیکی) تبخیر شود، سپس در طول محور لوله حرارتی به نقطه‌ای که خنک می‌شود حرکت کرده و از طریق تقطیر دوباره به مایع تبدیل می‌شود.

استفاده از لوله حرارتی در همه آن‌ها مرسوم نیست و بیشتر برای هیت‌سینک‌هایی در نظر گرفته می‌شود که باید بازدهی بالایی داشته و روی قطعاتی (مانند پردازنده‌ها و تراشه‌های حافظه بسیار سریع) سوار شوند که حین کار بسیار داغ می‌شوند.

نکته دیگر این است که این روزها در برخی از مدل‌های پیشرفته و بسیار کوچک مانند گرماگیرهایی که داخل گوشی‌های هوشمند برای خنک کردن پردازنده دستگاه استفاده می‌شوند نیز به صورت مستقل و تنها از یک لوله حرارتی استفاده می‌شود. طراحی این لوله‌ها نیز بسیار جالب توجه است و در آنها از مس، گرافیت یا دیگر رساناهای حرارتی پُربازده استفاده می‌شود تا بازدهی به حداکثر برسد.

ماده رابط حرارتی

مواد رابط حرارتی یا خمیرهای حرارتی برای بهبود قابل توجه روند انتقال حرارت بین منبع حرارتی و پایه آن به کار می‌روند تا با پر کردن هرگونه فضای خالی هوا بین قطعه الکترونیکی و گرماگیر، مانع از به وجود آمدن کوچکترین اختلال در روند انتقال حرارت شوند. علت استفاده از خمیر حرارتی این است که هوا به خودی خود، رسانای ضعیفی برای حرارت است، بنابراین پر کردن فضاهای خالی هوا با ماده‌ای با هدایت حرارتی بیشتر، کارایی خنک‌کنندگی یک گرماگیر را افزایش می‌دهد. خمیرهای حرارتی می‌توانند بر پایه فلز، سرامیک یا سیلیکون باشند، که خمیر حرارتی بر پایه فلز مؤثرترین نوع است.

در همین رابطه بخوانید:

- خمیر سیلیکون چیست؟؛ آشنایی با نحوه استفاده از خمیر حرارتی و انواع آن
- بهترین خمیر سیلیکون (حرارتی) برای CPU چه ویژگی‌هایی دارد؟

ابزار نصب

گرماگیرها می‌توانند با استفاده از روش‌های نصب مختلف به منابع حرارتی هدف خود به طور محکم متصل شوند. برای مدل‌های کوچکتر، از چسبی با هدایت حرارتی بالا برای چسباندن مستقیم این قطعات به منبع حرارتی استفاده می‌شود. این روش معمولاً برای اجزای کوچکتر PCB به کار می‌رود. برای مدل‌های بزرگتر، می‌توان از پیچ‌های معمولی استفاده کرد، یا به جای آن، از پین‌های فشاری برای بهینه‌سازی فشار تماس بین منبع حرارتی و گرماگیر استفاده می‌شود.

مواد سازنده هیت سینک

همانطور که عنوان شد، اصولاً باید گرماگیرها را از موادی با هدایت حرارتی بالا ساخت. رایج‌ترین این مواد به شرح زیر است:

• آلومینیوم: آلومینیوم ماده‌ای سبک و ارزان با هدایت حرارتی خوب است که به طور معمول در گرماگیرهای دستگاه‌های الکترونیکی مانند کامپیوترها و چراغ‌های LED به کار می‌رود.
• مس: مس دارای هدایت حرارتی عالی است و می‌تواند برای قطعات حساس‌تر مانند پردازنده‌های کامپیوتری استفاده شود.
• آلیاژهای آلومینیوم: آلومینیوم خالص ممکن است برای استفاده در بسیاری موارد بسیار نرم و نامناسب باشد. از این رو ترکب آنها با برخی فلزات دیگر که به صورت آلیاژی ارائه می‌شوند، می‌توانند هیت‌سینک‌های بهتری را تولید کنند. آلیاژهای آلومینیوم مانند 1050 دارای استحکام بیشتری هستند بدون اینکه تأثیر قابل توجهی بر انتقال حرارت داشته باشند، در حالی که آلیاژهای سری 6 حتی مقاوم‌تر هستند اما هدایت حرارتی را فدا می‌کنند.
• گرافیت: گرافیت دارای هدایتی نزدیک به مس است اما به طور قابل توجهی سبک‌تر است.
• الماس: الماس هدایت حرارتی به مراتب بهتری نسبت به مس دارد، با این حال هزینه آن باعث می‌شود در بیشتر کاربردها غیرعملی باشد، معمولاً در درون قطعات الکترونیکی گران قیمت، برای انتقال گرما از بستر به بخش‌های خارجی قطعه نیمه‌هادی استفاده می‌شود. البته این روزها جایگزین‌های دیگر مانند شیشه‌های خاص نیز وارد کار شده‌اند و موارد استفاده از الماس بسیار محدود و نادر شده است.

انواع گرماگیر

به صورت کلی سه نوع وجود دارد که بر حسب استفاده از قطعات خارجی و تجهیزات تسهیل کننده انتقال حرارت و خنک‌کننده، دسته‌بندی می‌شوند.

گرماگیرهای غیرفعال

گرماگیر غیرفعال ساده‌ترین نوع است. این نوع فقط شامل یک پایه با پره‌های سینک است که در آن حرارت عمدتاً از طریق جابجایی طبیعی منتقل می‌شود. هنگامی که هوای اطراف پره‌ها به دلیل هدایت حرارتی گرم می‌شود، هوای داغ بالا می‌رود و سپس هوای خنک‌تر جایگزین هوای داغ می‌شود. این یک فرآیند مداوم در هیت سینک‌های Passive است ولی باید در نظر داشت که این نوع گرماگیرها مؤثرترین نوع نیستند.

هیت سینک‌های هیبریدی

گرماگیر ترکیبی از یک سیستم کنترلی استفاده می‌کند تا تصمیم بگیرد چه زمانی از رفتار غیرفعال یا فعال استفاده کند. وقتی منبع حرارتی مقدار کمی حرارت تولید می‌کند، فن یا پمپ هوا یا مایع روشن نمی‌شود، زیرا جابجایی طبیعی برای انتقال مقدار لازم حرارت از منبع حرارتی کافی است. وقتی جابجایی طبیعی کافی نیست، فن فعال می‌شود و جابجایی اجباری به افزایش مقدار حرارت منتقل شده از منبع کمک می‌کند.

گرماگیرهای فعال

گرماگیر فعال از جابجایی اجباری هوا یا مایع برای انتقال حرارت استفاده می‌کند. وقتی فن یا پمپ جریان سیال را بر روی گرماگیر ایجاد می‌کند، این جریان مداوم باعث می‌شود که مایع داغ اطراف آن به طور مداوم با مایع خنک‌تر جایگزین شود. هرچه نرخ جریان بالاتر باشد، نرخ انتقال حرارت بیشتر است. گرماگیرهای فعال از غیرفعال مؤثرتر بوده و طبیعتاً مصرف انرژی آنها نیز بالاتر است.

عوامل موثر در عملکرد Heat sink

عوامل متعددی بر کارایی گرماگیر تأثیر می‌گذارند. در حالی که خنک‌کننده‌های CPU با قیمت 500 هزار تومان یا 2 میلیون تومان در نگاه اول شبیه به هم به نظر می‌رسند، ممکن است تفاوت‌های عمده‌ای در طراحی آنها وجود داشته باشد که بر عملکردشان تأثیر بگذارد. از این‌رو مهم‌ترین عواملی که بر عملکرد یک گرماگیر تأثیر می‌گذارند می‌توانند موارد زیر باشند:

• اندازه: مدل بزرگ‌تر دارای توان پخش حرارت بیشتری است، که به آن اجازه می‌دهد حرارت بیشتری را قبل از داغ شدن CPU در خود نگه داشته و زمینه دفع آن را فراهم کند. علاوه بر این هیت سینک بزرگتر معمولاً دارای سطح تماس بیشتری برای بهبود دفع حرارت است.
• ماده: مس نسبت به وزن خود جرم حرارتی بیشتری نسبت به آلومینیوم دارد، به این معنی که می‌تواند حرارت بیشتری را نگه دارد، اما همچنین ماده‌ای گران‌تر است. تفاوت‌های قابل توجهی نیز در جرم حرارتی بین آلیاژهای مختلف آلومینیوم وجود دارد.
• لوله‌های حرارتی: هرچه لوله‌های حرارتی بیشتر و بزرگ‌تر باشند، بهتر است. همچنین، لوله‌های حرارتی مسی عملکرد بهتری نسبت به آلومینیومی‌ها دارند.
• فن‌ها: کیفیت، سرعت، اندازه و تعداد فن‌ها به طور قابل توجهی بر سرعت خنک شدن گرماگیر تأثیر می‌گذارد. به خاطر داشته باشید که فن‌های سریع‌تر به معنای فن‌های پرسروصداتر نیز هستند، بنابراین بهتر است به جای آن به اندازه و کیفیت توجه کنید.
• ماده رابط حرارتی یا TIM: هرچه TIM بهتر باشد، سریع‌تر می‌تواند حرارت را از CPU دور کرده و به گرماگیر منتقل کند. این ماده می‌تواند یک ترکیب حرارتی، فلز مایع یا پد حرارتی باشد. مواد با هدایت حرارتی بیشتر نتایج بهتری ارائه می‌دهند.
  • فشار نصب: گرماگیر باید به صورت محکم و مطمئن، روی CPU نصب شده و به آن فشار تنظیم‌شده‌ای را وارد کند تا فاصله‌های میکروسکوپی بین گرماگیر و سطح فلزی CPU را به حداقل برساند. با این حال، باید همیشه از وارد کردن فشار زیاد خوششضدداری کنید، زیرا ممکن است به CPU آسیب برسد.
• دمای محیط: دمای داخل کیس و اتاق شما به طور قابل توجهی بر دمای گرماگیر و در نتیجه CPU تأثیر می‌گذارد. هر چه هیت سینک و مجموعه سیستم در محیط خنک‌تری قرار داشته باشد، عملکرد آن بهتر خواهد بود.

در همین رابطه بخوانید:

- چگونه خمیر حرارتی (Thermal Compound) فاسد را تشخیص دهیم؟
- خمیر سیلیکون چیست؟؛ آشنایی با نحوه استفاده از خمیر حرارتی و انواع آن
- آموزش ساده ترین روش تعویض خمیر سیلیکون

هیت سینک روی چه قطعاتی نصب می‌شود؟

شما می‌توانید در تمامی اجزای حیاتی کامپیوتر مانند پردازنده مرکزی (CPU)، کارت گرافیک و برخی قسمت‌های مادربرد، گرماگیرها را ببینید.

گرماگیرها در برخی اجزا مانند حافظه RAM و درایوهای M.2 NVMe به صورت اختیاری به کار می‌روند و با خنک نگه داشتن این قطعات، اندکی به بهبود عملکرد و ثبات آن‌ها کمک می‌کنند. با‌این‌حال، از آنجایی که این دستگاه‌های حافظه از ابتدا حرارت زیادی تولید نمی‌کنند، استفاده از گرماگیر روی آنها ضروری نیست. شرکت‌های تولید کننده ماژول‌های حافظه اقتصادی اغلب از نصب گرماگیر روی آنها صرف‌نظر می‌کنند که میزان کاهش هزینه تولید و عرضه‌ای که اتفاق می‌افتد ارزش اندک کاهش عملکردی که در کار کردن با سرعت بالا و به مدت طولانی را دارد، خواهد داشت.

اما برخلاف حافظه‌ها، استفاده از هیت سینک روی بسیاری از قطعات دیگر ضروری است. مهمترین این قطعات، پردازنده یا CPU کامپیوتر، کارت گرافیک و برخی مدارها و تراشه‌های نصب شده روی مادربردها هستند. در واقع یک کامپیوتر بدون استفاده از آن در این قطعات، کار نخواهد کرد و این دقیقاً همان علتی است که استفاده از انبوه مدارهای مانیتورینگ دما و نظارت مستقیم سیستم‌عامل روی این قطعات را ضروری می‌کند.

اما شاید برای شما نیز این سوال پیش آمده باشد که چرا CPU و دیگر قطعات تا این حد داغ نمی‌شوند که اصولاً بدون استفاده از گرماگیر نمی‌توانند کار کنند؟ جواب این سوال در ساختار این قطعات نهفته است.

یک پردازنده مرکزی دارای میلیاردها ترانزیستور ریز است که جریان حرکت الکترون‌ها را برای کنترل رفتار سیگنال‌های الکتریکی و اخذ تصمیمات منطقی، دستکاری می‌کنند که به علت فرکانس بالای کاری و جریان موثر لحظه‌ای کار قطعه در این فرآیند، حرارت زیادی تولید می‌شود. اما نکته مهمتر این است که، حرارت تولید شده در این حالت در ناحیه‌ای کوچک به نام دای CPU (بخشی که هسته پردازنده در آن قرار دارد) متمرکز می‌شود. حال اگر حرارت جایی برای پخش شدن یا رفتن نداشته باشد، پردازنده داغ شده و مدارهای محافظتی داخلی آن دستور خاموش شدنش را می‌دهند تا از آسیب‌های بعدی جلوگیری شود.

یک مادربرد باید دارای گرماگیر روی برخی تراشه مانند چیپست (پل جنوبی) باشد تا ثبات کلی سیستم و ارتباط آن با دیگر تجهیزات جانبی را تضمین کند. بسیاری از مادربردها همچنین از گرماگیرها روی ماژول‌های تنظیم‌کننده ولتاژ (VRMs) و کنترل‌کننده M.2 NVMe نیز استفاده می‌کنند.

کارت‌های گرافیک نیز به خودی خود از یک (یا حتی دو) پردازنده گرافیکی (GPU)، حافظه VRAM و مدار تنظیم ولتاژ یا VRM استفاده می‌کنند که آنها نیز به گرماگیر نیاز دارند. البته فرق CPU و کارت گرافیک در استفاده از هیت سینک این است که اصولاً طراحی آن در کارت گرافیک به نحوی است که در آن ارتباط گرمای بین قطعات عنوان شده وجود دارد و هیت‌سینک این قطعات که در دو نوع هیت سینک‌های Active و Passive (بسته به توان کارت گرافیک) ساخته می‌شود باید بتواند همه قطعات را با هم خنک کند.

لازم به ذکر است که در همه قطعات کامپیوتر از راهکارهای گرماگیر فعال یا غیرفعال استفاده می‌شود که اصولاً در اینجا، قطعه‌ای که برای این هدف به کار گرفته می‌شود، کولر یا خنک‌کننده نام می‌گیرد. خود کولرها فعال دارای انواع آبی و بادی هستند که در مطلب زیر می‌توانید اطلاعات بسیار بیشتری در مورد آنها بخوانید.

در همین رابطه بخوانید:

- خنک کننده آبی یا بادی؟ چه زمانی از کولر مایع استفاده کنیم و کی از فن بادی؟ [تماشا کنید]

موارد کاربرد دیگر هیت سینک

به جز قطعات کامپیوتر، از گرماگیر در طیف وسیع دیگری از کاربردها نیز استفاده می‌شود تا بتوان میزان حرارت تولیدی قطعات یا سیستم را کاهش داد. برخی از این کاربردها عبارت‌اند از:

تجهیزات و چراغ‌های روشنایی LED

درست است که میزان حرارت تولیدی چراغ‌های LED به حد لامپ‌های رشته‌ای نیست، با این حال، مدارهای به کار رفته جهت راه‌اندازی یک LED یا خود قطعه یا شبکه قطعات LED حرارت زائد زیادی تولید می‌کنند که باید به بهترین نحو دفع شود. از این سو در این قطعات نیز استفاده از هیت سینک ضروری است. گرماگیر استفاده شده در لامپ‌های LED از نوع غیرفعال است و ممکن است در چراغ‌های ارزان‌قیمت تنها از یک ورق ساده آلومینیومی برای دفع گرمای برد PCB نصب LEDها استفاده شود. با این حال چراغ‌های حرفه‌ای‌تر، با توان بالاتر و پیشرفته‌تر می‌توانند طراحی پیچیده‌تری برای دفع گرمای تولید شده داشته باشند که طبعاً هزینه تولید چراغ را نیز بالاتر می‌برد.

منابع تغذیه صنعتی و غیرصنعتی

منابع تغذیه، برق AC را برای دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی به DC تبدیل می‌کنند. این فرآیند تبدیل هیچ‌گاه ایده‌آل نیست و حرارت زائدی تولید می‌کند که می‌تواند عمر واحد تغذیه را کاهش دهد. به همین دلیل تلاش می‌شود تا به نحوی، ارتباط گرمایی بین بخش فلزی ترانزیستورهای سوئیچینگ این دستگاه‌ها با بدنه فلزی آن برقرار شود تا از کل بستر بدنه به عنوان هیت سینک استفاده شود. همچنین در منابع تغذیه هر دو راهکار فعال و غیر فعال مورد استفاده قرار می‌گیرد که به توان منبع تغذیه، ابعاد، هدف طراح و پارامترهای دیگر آن وابسته است.

قطعات الکترونیکی

پایه‌ای‌ترین استفاده از هیت‌سینک، در قطعات الکترونیکی مانند انواع تراشه و ترانزیستورهاست. اگر رویکرد الکترونیک قدرت مانند مدارهای سوئیچینگ توان بالا و قطعات مانند رگولاتورها، ماسفت‌ها و ... مد نظر باشد، استفاده از یک هیت‌سینک روی قطعه ضروری خواهد بود و حتی ممکن است در برخی از قطعات به دلیل گرمای بالای تولید شده حین کار، استفاده از هیت سینک‌های فعال، توصیه شود.

صنعت خودرو

علاوه بر گرماگیرهای به کار رفته در مدار کنترلی وسایل نقلیه، گرماگیرها همچنین برای خنک نگه داشتن موتورهای الکتریکی در حین کار و همچنین خنک‌سازی شارژرهای Onboard برای وسایل نقلیه الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند.

صنعت هوافضا

گرماگیرها را می‌توان در مدار کنترلی به کار رفته در کاربردهای فضایی نیز یافت. برای مثال در فضاپیماها برای انتقال حرارت باید از رویکرد موثر و مناسب با خلاء استفاده شود که به صورت کلی با رویکرد انتقال حرارت در کره زمین متفاوت است. در واقع باید گفت که در بدنه فضاپیماها، گرماگیرها حرارت را تنها از طریق جریان تابشی منتقل می‌کنند، زیرا در فضا هیچ سیالی جهت انتقال حرارتی وجود ندارد.

جمع‌بندی

انتخاب گرماگیر مناسب برای اجزای الکترونیکی، به‌ویژه در سیستم‌هایی که دارای قطعات حساس و پرکاربرد هستند، از اهمیت بالایی برخوردار است. هیت سینک ها نقش کلیدی در حفظ کارایی و طول عمر قطعات دارند و از آسیب‌های ناشی از افزایش دما جلوگیری می‌کنند.

مواد به کار رفته در ساخت و طراحی آن‌ها، مستقیماً بر کارایی حرارتی آن‌ها تأثیر می‌گذارد. مس و آلومینیوم به دلیل هدایت حرارتی بالا، از جمله مواد محبوب در ساخت هستند. طراحی پره‌ها و لوله‌های حرارتی نیز در بهبود انتقال حرارت نقش دارند.

فن‌ها و ماده رابط حرارتی (TIM) به عنوان بخش‌های مکمل، در افزایش سرعت انتقال حرارت از قطعه به گرماگیر و سپس به محیط اطراف کمک می‌کنند. انتخاب خمیر حرارتی با کیفیت بالا و فن‌های مناسب، می‌تواند تأثیر قابل توجهی در کاهش دمای قطعات داشته باشد.

در نهایت توجه داشته باشید که استفاده از یک گرماگیر باکیفیت برای سیستم‌های پرارزش به هیچ عنوان یک هزینه اضافی به شمار نمی‌آید. در واقع با انتخاب مدل مناسب آن می‌توانید سلامت دستگاه و قطعه مورد نظر را حداقل از باب گرمایی، تضمن کنید. پس در نظر داشته باشید که علی‌رغم ظاهر ساده، گرما گیر از مهمترین قطعات سیستم است که نباید هیج‌گاه آن را از قلم انداخت.

سوالات پرتکرار

کاربرد هیت سینک چیست؟

اصولاً کاربرد هیت سینک خنک کردن قطعه الکترونیکی یا فراهم کردن بستری برای تبادل حرارتی سطح آن با محیط است؛ حرارتی که در اثر کار و عبور جریان الکتریکی در تراشه یا قطعه ایجاد شده و اگر به صورت صحیح دفع نشود می‌تواند موجب آسیب رسیدن به قطعه شود.

بهترین هیت سینک برای CPU کدامند؟

بهترین هیت‌سینک برای CPU متناسب با کاربرد و مدل پردازنده می‌تواند نوعی باشد که حداکثر بهینگی در دفع گرمای آن هنگام کار را فراهم کند. اگرچه کولرهای آبی، بازده عملکردی بسیار بالایی دارد ولی در بیشتر اوقات، خرید یک کولر بادی با هیت سینک فلزی موثر می‌تواند یک راهکار کم‌هزینه‌تر و در عین حال کارآمد باشد.